【正文】 異響聲，有時(shí)會(huì)影響作業(yè)但加油后可繼續(xù)工作?！?超越離合器的失效分析　裝載機(jī)在超越離合器失效時(shí)可能存在的外在表現(xiàn)：（1） ．裝載機(jī)在起步和換擋過程中，機(jī)器反應(yīng)遲鈍或存在明顯的滯后現(xiàn)象。當(dāng)裝載機(jī)處于低速重載或遇到較大阻力時(shí)，液力變矩器將降低速度以提升力矩，如果中間輸入軸齒輪帶動(dòng)內(nèi)環(huán)凸輪（圖 1—3）的轉(zhuǎn)速ω A 比外環(huán)齒輪轉(zhuǎn)速 ω B 小，此時(shí)，圓柱滾子（圖 1—4）按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)楔緊在由外環(huán)齒輪（圖 1—1） 、內(nèi)環(huán)凸輪（圖 1—3）構(gòu)成的楔形空間里，從而使三者合為一體以共同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。從以上分析可知，超越離合器的使用顯著提高了液力變矩器在小傳動(dòng)比范圍內(nèi)的變矩系數(shù)和效率，拓寬了高效工作區(qū)域，并且提高了傳動(dòng)效率，改善了裝載機(jī)牽引性能。當(dāng)裝載機(jī)在工作過程中遇到較大阻力時(shí)，雙渦輪液力變矩器將根據(jù)工況自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速，從而使得轉(zhuǎn)矩增大，給車輪提供足夠的動(dòng)力完成鏟進(jìn)、推動(dòng)物料等工作。一般來說，液力變矩器一級(jí)渦輪輸出的功率通過輸入軸的一級(jí)輸出齒輪傳遞到到與之嚙合的超越離合器外環(huán)齒輪上。在裝載機(jī)行業(yè)內(nèi)，隨著大噸位裝載機(jī)的開發(fā)使用，超越離合器大部分由保持架式轉(zhuǎn)變?yōu)轫斾N式了。但是頂銷式超越離合器有其顯著的優(yōu)點(diǎn)：首先，其零件加工精度要求低。從磨損補(bǔ)償方面來看，保持架式超越離合器由于是靠彈簧推動(dòng)保持架進(jìn)而推動(dòng)滾柱進(jìn)入楔緊狀態(tài)，零件一旦異常磨損將得不到補(bǔ)償，使得超越離合器壽命降低。保持架式超越離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件強(qiáng)度高，裝配簡(jiǎn)單方便?！　”３旨苁匠诫x合器其基本結(jié)構(gòu)由外環(huán)齒輪、內(nèi)環(huán)凸輪、保持架、壓蓋、彈簧、圓柱滾子六個(gè)零件組成?！　》墙佑|式楔塊式超越離合器是一種低速時(shí)傳遞扭矩，而高速時(shí)完全脫開的超越離合器。一般可分為兩種：非接觸楔形塊式超越離合器和圓柱滾子式超越離合器。對(duì)于大噸位裝載機(jī)來說，超越離合器壽命更是短，有的甚至達(dá)不到 1800 小時(shí)，很難滿足用戶對(duì)裝載機(jī)的壽命要求。而其余傳動(dòng)比則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)兼顧制造、裝配工藝來分配，具體參數(shù)表見表 22。 圖 21 變速箱傳動(dòng)原理圖 　 總體設(shè)計(jì)中的參數(shù)選擇 利用綜合比較法對(duì) ZL30 變速箱進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)在生產(chǎn)的輪式裝載機(jī) 30 變速箱大約有十多種，通過查找相關(guān)資料可得出各種變速箱在總體參數(shù)設(shè)計(jì)上都是大同小異。換檔行星排總成由倒檔行星排和一檔行星排串聯(lián)而成。　 輪式裝載機(jī)變速箱傳動(dòng)原理概述本次設(shè)計(jì)的變速箱根據(jù)要求是與雙渦輪液力變矩器聯(lián)合工作的，故在中間輸入軸上采用超越離合器與液力變矩器的雙渦輪配合工作，其中液力變矩器一級(jí)渦輪通過變速箱一級(jí)輸入軸齒輪與超越離合器外環(huán)齒輪嚙合，而二級(jí)渦輪則通過二級(jí)輸入軸齒輪與中間輸入軸齒輪（亦即通常所說的二軸齒輪）嚙合，中間輸入軸齒輪通過螺栓連接和超越離合器內(nèi)環(huán)凸輪連接為一個(gè)整體。行星排的傳動(dòng)比計(jì)算也是每一個(gè)設(shè)計(jì)者所要進(jìn)行的基本計(jì)算。行星變速箱只有動(dòng)力換檔一種方式。定軸式變速箱換檔方式可能有兩種型式：人力換檔和動(dòng)力換檔。但是動(dòng)力換檔操縱非常輕便簡(jiǎn)單，換檔快，換檔時(shí)動(dòng)力切斷的時(shí)間可降低到最低限度，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷下不停車換檔，大大有利于生產(chǎn)率的提高。 油壓操縱的壓力源是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的油泵提供，離合器的接合和分離靠的是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，所以稱為動(dòng)力換檔。動(dòng)力經(jīng) cc’齒輪對(duì)或 d—d’齒輪對(duì)傳出。雙聯(lián)沿動(dòng)齒輪 ab 與軸用花鍵連接，撥動(dòng)該雙聯(lián)齒輪，使齒輪對(duì) aa’或 b—b’相嚙合，從而改變了傳動(dòng)速比，即所謂換檔。 一般用花鍍或鍵與軸連接，并軸向定位于軸上，不能軸向移動(dòng)。(2)變速箱應(yīng)工作可靠、使用壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)和制造簡(jiǎn)單、拆修方便?！?輪式裝載機(jī)變速箱功能及設(shè)計(jì)要求從整體上說，變速箱具有以下一些功用：(1)改變發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪(或驅(qū)動(dòng)鏈輪) 間的傳動(dòng)速比，從而改變機(jī)械的行駛速度和牽引力，以適應(yīng)作業(yè)和行駛工況的需要。在裝載機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，變速箱有著舉足輕重的作用。經(jīng)過幾年的努力，在吸收當(dāng)時(shí)世界最先進(jìn)的輪式裝載機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)了功率為 162KW的鏟接式輪式裝載機(jī)，定型為 Z450（即后來的 ZL50） ，并于 1971 年12 月 18 日正式通過專家鑒定。其主要功能是對(duì)松散物料進(jìn)行鏟裝及短距離運(yùn)輸作業(yè)。然后還負(fù)責(zé)將設(shè)計(jì)出來的變速箱轉(zhuǎn)化為 PRO/E 三維造型。輪式裝載機(jī) ZL30 變速箱的設(shè)計(jì)綜合了大學(xué)四年內(nèi)所學(xué)的基本知識(shí)，能夠比較全面的考核我的專業(yè)知識(shí)和綜合能力。輪式裝載機(jī) ZL30 變速箱在市場(chǎng)上占有很大比例，選擇此課題具有很強(qiáng)的實(shí)用性，能夠幫助我在畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)很好地了解工程機(jī)械行業(yè)在社會(huì)上的重要性。PRO/E 軟件在現(xiàn)代企業(yè)中運(yùn)用得比較普遍，作為大學(xué)本科畢業(yè)生有必要對(duì)其進(jìn)行一定的了解并能完成相關(guān)一些操作。它是工程機(jī)械中近年來發(fā)展最快、產(chǎn)銷量及市場(chǎng)需求最大的機(jī)種之一?，F(xiàn)在我國(guó)的裝載機(jī)無論是在技術(shù)上還是產(chǎn)量上都獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中 ZLZLZL50 系列裝載機(jī)已被大量運(yùn)用于祖國(guó)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。一般來說，變速箱性能的好壞直接影響整個(gè)裝載機(jī)性能的優(yōu)劣。(2)使機(jī)械能倒退行駛。(3)換檔應(yīng)輕便，不允許出現(xiàn)同時(shí)掛兩個(gè)檔，自動(dòng)脫檔和跳檔等現(xiàn)象。 圖 1—2—1(d)為空轉(zhuǎn)連接， 它表示齒輪通過軸承支承在軸上能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能軸向移動(dòng)。 ②撥動(dòng)嚙合套換檔， 如圖 1—2—1(b)所示。 (2)動(dòng)力換檔 動(dòng)力換檔的工作原理，如圖 1—2—2 所示。 人力換檔變速箱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制造方便、重量輕、傳動(dòng)效率高，但是人力操縱勞動(dòng)強(qiáng)度大。 由于轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī)械換檔頻繁，迫切需要改善換檔操作。 ②．行星式變速箔變速箱中有些齒輪的軸線在空間旋轉(zhuǎn)。 本課題設(shè)計(jì)難點(diǎn)　　ZL30 變速箱中二軸（包括超越離合器總成和換檔行星排總成，以下論文中統(tǒng)稱二軸）是整個(gè)變速箱中的重要中間軸部分，二軸中的超越離合器和雙渦輪液力變矩器聯(lián)合工作，顯著提高了液力變矩器在小傳動(dòng)比范圍內(nèi)的變矩系數(shù)和效率，拓寬了高效工作區(qū)域，并且提高了傳動(dòng)效率，改善了裝載機(jī)牽引性能。 2　ZL30 輪式裝載機(jī)變速箱總體設(shè)計(jì) 輪式裝載機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)上已經(jīng)應(yīng)用了很長(zhǎng)一段時(shí)間，其類型根據(jù)裝載機(jī)斗容的大小分為 50、60（即斗容分別是 3 噸、4 噸、5 噸、6 噸）等，這幾種也是我國(guó)現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的裝載機(jī)類型。從液力變矩器輸入到變速箱里的力矩大部分多通過超越離合器傳給了輸出軸，但還有一小部分通過分動(dòng)齒輪帶動(dòng)變速泵和轉(zhuǎn)向泵齒輪驅(qū)動(dòng)工作油液，提供變速箱的控制油壓。其中，倒檔行星排中的內(nèi)齒圈與一檔行星排的行星架為剛性連接，倒檔制動(dòng)離合器控制倒檔行星排的行星架，而一檔制動(dòng)離合器控制一檔行星排的內(nèi)齒圈。因此，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中借助了現(xiàn)在企業(yè)中比較成熟的參數(shù)設(shè)計(jì)資料。表 21 單排行星排傳動(dòng)方案表 22 變速箱傳動(dòng)比分配范圍序 號(hào) 嚙 合 部 件 傳 動(dòng) 比 范 圍 備 注1 一 軸 與 二 軸 之 間 ～ 2 倒 檔 行 星 排 ～ 3 一 檔 行 星 排 ～ 4 三 軸 與 四 軸 之 間 ～ 5 分 動(dòng) 齒 輪 與 轉(zhuǎn) 向 泵 齒 輪 ～ 一 般 取 6 分 動(dòng) 齒 輪 與 變 速 泵 齒 輪 ～ 一 般 取 　變速箱各齒輪齒數(shù)、模數(shù)的選擇根據(jù)傳動(dòng)原理圖和傳動(dòng)比分配范圍，可初選出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)如表23： 表 23 變速箱各齒輪參數(shù)初選表序 號(hào) 齒 輪 齒 數(shù) 模 數(shù) 備 注1 Z1 39 52 Z2 20 53 Z3 52 54 Z4 33 55 Z5 60 56 Z6 49 57 Z7 42 8 Z8 42 3　ZL30 變速箱超越離合器的設(shè)計(jì)　 超越離合器 概述：　　超越離合器是輪式裝載機(jī)雙變系統(tǒng)（變速箱系統(tǒng)和變矩器系統(tǒng)）中一個(gè)非常重要的部件。對(duì)于用戶來說，更換維修一次超越離合器其費(fèi)用大約在 2500——4000 元，有的甚至更高。(1)非接觸楔形塊式超越離合器：　　非接觸楔形塊式超越離合器又稱非接觸式逆止器，它是利用特殊形狀楔塊的離心力及其與外環(huán)之間的特殊幾何關(guān)系以實(shí)現(xiàn)超越傳動(dòng)。在離合器內(nèi)部，有多個(gè)異形塊分布在由內(nèi)、外圈所形成的滾道中，當(dāng)外圈正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)異形塊一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)內(nèi)圈轉(zhuǎn)速超過非接觸轉(zhuǎn)速時(shí)，異形塊所受的離心翻轉(zhuǎn)力矩大于彈簧復(fù)位力矩，異形塊發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，與內(nèi)、處圈脫離接觸，從而實(shí)現(xiàn)無磨損運(yùn)轉(zhuǎn)。頂銷式超越離合器取消了保持架和壓蓋，取而代之的是頂銷，但增加了彈簧根數(shù)，一般每個(gè)滾子由兩根彈簧，兩根頂銷支撐。但其零件精度要求較高，例如內(nèi)環(huán)凸輪滾道平面的分度誤差及平面至凸輪中心線的距離誤差要求特別高，否則將會(huì)直接導(dǎo)致圓柱滾子在工作過程中非正常楔緊和旋出，使保持架變形而影響其整機(jī)的可靠性?！　№斾N式超越離合器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，彈簧和頂銷容易產(chǎn)生疲勞破壞。相對(duì)于保持架式超越離合器來說，其內(nèi)環(huán)凸輪滾道平面的分度誤差不影響離合器的正常工作；其滾道平面至凸輪中心線的距離也不會(huì)導(dǎo)致滾子的不正常楔入和旋出。因此，在本文中將以頂銷式超越離合器為例，從其結(jié)構(gòu)上入手全面的解讀超越離合器。液力變矩器二級(jí)渦輪輸出的功率通過輸入軸的二級(jí)輸出齒輪傳遞到與之配合的中間軸齒輪上，中間軸齒輪通過螺栓和超越離合器的內(nèi)環(huán)凸輪固定為一個(gè)整體。如果阻力進(jìn)一步增大，液力變矩器將進(jìn)一步降速，當(dāng)速度降到超越離合器內(nèi)環(huán)凸輪速度比外環(huán)齒輪速度低時(shí)，超越離合器滾柱將自動(dòng)楔緊在外環(huán)齒輪和內(nèi)環(huán)凸輪之間的楔形空間中，從而使三者形成一個(gè)剛體。下面以頂銷式圓柱滾子超越離合器為例，通過其結(jié)構(gòu)介紹進(jìn)一步闡明超越離合器的工作原理。這個(gè)時(shí)候，液力變矩器一級(jí)、二級(jí)渦輪同時(shí)工作，共同把所有的力矩提供給超越離合器，從而使裝載機(jī)產(chǎn)生高達(dá)十幾噸的推進(jìn)力。（2） ．裝載機(jī)在高速行進(jìn)中傳動(dòng)系統(tǒng)變速箱位置有沖擊聲，或者機(jī)器突然緊急制動(dòng)，換擋后重新起步機(jī)器恢復(fù)正常。異響聲隨著時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)越來越頻繁，機(jī)器工作越來越吃力。②內(nèi)環(huán)凸輪滾道平面強(qiáng)度不夠被圓柱滾子壓有凹槽。例如：內(nèi)環(huán)凸輪滾道平面與其端面垂直度誤差太大、外環(huán)齒輪滾道面圓柱度誤差太大等均 F1 f1 f2 F2 會(huì)造成圓柱滾子在楔形空間中運(yùn)動(dòng)的時(shí)候受力不均而加快磨損，最終導(dǎo)致整個(gè)超越離合器失效。其受力圖見圖 33圖 33 圓柱滾子受力分析圖 1——外環(huán)齒輪 2——頂銷（彈簧）3——內(nèi)環(huán)凸輪 4——圓柱滾子根據(jù)受力圖可以列出以下平衡方程組： F2 = F1 cosα + f1sinα （垂直方向上受力平衡） f2 + f1cosα—F1sinα≧0 （水平方向上受力保證圓柱滾子越擠越緊） f1 = F1μ 1 （摩擦力計(jì)算公式，注意方向） f2 = F2μ 2 （摩擦力計(jì)算公式，注意方向）上式中： f1：外環(huán)齒輪與圓柱滾子間的摩擦力 f2：內(nèi)環(huán)凸輪與圓柱滾子間的摩擦力F1：外環(huán)齒輪對(duì)圓柱滾子的正壓力 F2：內(nèi)環(huán)凸輪對(duì)圓柱滾子的支撐力μ 1：外環(huán)齒輪與圓柱滾子間的摩擦系數(shù)μ 2：內(nèi)環(huán)凸輪與圓柱滾子間的摩擦系數(shù)α ：楔形角對(duì)上述方程組進(jìn)行化簡(jiǎn)整理可得： 在超越離合器工作時(shí)，充滿油液的摩擦副間的摩擦系數(shù)可近似取相等值即有下式： 根據(jù)萬能公式變換： 21tan?????21tan????可得： ??12/tan???R②上式中： Ts：超越離合器所傳遞的計(jì)算力矩 f1： 外環(huán)齒輪與圓柱滾子間的摩擦力 R：外環(huán)齒輪的內(nèi)孔半徑 Z：圓柱滾子數(shù)目將①式代入②式中整理可得：在計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)取其最大值： 　計(jì)算各摩擦副間的最大接觸應(yīng)力從失效分析中我們知道超越離合器中的圓柱滾子、內(nèi)環(huán)凸輪、外環(huán)齒輪是依靠表面接觸工作的零件，他們的工作能力不僅與整體強(qiáng)度有關(guān)，還與接觸表面的強(qiáng)度有關(guān)。各零件在接觸受壓時(shí)，其接觸面積為一狹長(zhǎng)矩形，最大接觸應(yīng)力發(fā)生在接觸區(qū)中心線上（其結(jié)論論證過程略） ，且其值為：上式中： Fn：作用在圓柱體上的載荷 b：接觸長(zhǎng)度 ρ 1，ρ 2：分別為相互接觸零件曲率半徑 μ 1,μ 2：分別為相互接觸零件材料的泊松比 E1, E2： 分別為兩圓柱體材料的彈性模量式中的“+” 號(hào)用于外接觸， “”號(hào)用于內(nèi)接觸。由于接觸應(yīng)力是局部性的應(yīng)力，且應(yīng)力的增長(zhǎng)與載荷 Fn 并不呈直線關(guān)系（由計(jì)算公式可以得出） ，而要緩慢的多，故安全系數(shù) SH 可取等于或稍大于 1 即可。作用在圓柱滾子上的離心力 可由下式確定：Fl上式中：)2/tan()( ?? ????? rLZRETsLrEFnH??SHHlim,????而2)30(??nRml??M: 圓柱滾子的質(zhì)量：圓柱滾子中心到內(nèi)環(huán)凸輪軸線的距離。?通過數(shù)據(jù)分析，楔形角 α 的大小對(duì)超越離合器的工作性能有著顯著的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)資料數(shù)據(jù)，楔形角 α 一般在 6176。但圓柱滾子半徑的大小在很大程度上受到超越離合器結(jié)構(gòu)尺寸的限制。由圓柱滾子半徑 r 的選取范圍可推算外環(huán)齒輪的選取范圍為：R = 104 ~ 300mm(4).圓柱滾子數(shù)目 Z 的選擇超越離合器中圓柱滾子數(shù)目 Z 越