【正文】 年 6 月 21 日 學(xué)位授予單位： 哈爾濱工程大學(xué) 履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 摘 要 隨著新世紀(jì)的前進(jìn)，我國(guó)在市政工程、道路交通、農(nóng)田水利、能源礦上等對(duì)高性能機(jī)械產(chǎn)品的需求迅速增長(zhǎng)，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，對(duì)其性能要求也越來(lái)越嚴(yán)格。 通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，了解和掌握機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟和方法?！笆晃濉逼陂g，工程機(jī)械行業(yè)規(guī)?？偭?、銷(xiāo)售收入均躍居世界首位，成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一 [1]。 作為工程機(jī)械里的重要組成部分 —— 推土機(jī)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與工程機(jī)械行業(yè)的快速進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外對(duì)其需求量與日俱增，但是 所謂機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，工作條件的更加復(fù)雜與艱難化，人們對(duì)其工作可靠性、可維修性、安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性也就提出了更高的要求 [3]。本課題屬于在現(xiàn)有傳動(dòng)系統(tǒng)中進(jìn)行改進(jìn)和部分創(chuàng)新，比如現(xiàn)在的推土機(jī)一般是 3 前進(jìn)擋 3 倒退擋的，而我通過(guò)改進(jìn)使其實(shí)現(xiàn) 5 進(jìn) 4 退的。然而，由于各種傳動(dòng)形式系統(tǒng)，具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在不同的使用條件下側(cè)重點(diǎn)不一樣，使得采用不同傳動(dòng)形式的推土機(jī)也是各有千秋 [5]。總而言之，此傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)其它幾種來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，而且價(jià)格也比較可觀(guān)，燃料消耗量同時(shí)也比較低，更好的是傳動(dòng)效率高；但是話(huà)說(shuō)回來(lái)其人力換擋操縱相當(dāng)費(fèi)力，對(duì)駕駛操作者的能力要求較高，且其變速屬于有級(jí) 變速，對(duì)可能遇見(jiàn)的各種載荷的適應(yīng)性能力不是很好，這點(diǎn)不能充分利用 發(fā)動(dòng)機(jī) 功率。因此，為了更好地解決在換擋時(shí)，在其中存在的碰撞、打擊等問(wèn)題，動(dòng)力換擋變速箱的液壓操縱系 統(tǒng)中一般都會(huì)安裝一種裝置，那就是平穩(wěn)結(jié)合閥。當(dāng)變矩器進(jìn)入效率相當(dāng)小的地方工作時(shí)，就會(huì) 轉(zhuǎn)換為耦合器工作情況，從而能夠提升效率； (2) 利 用幾條路子的方向，把總的總功率分成幾路，使其中的一路或者幾路功率經(jīng)履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 過(guò)變矩器； (3) 采用帶閉鎖離合器的變矩器，當(dāng)載荷變化小、作業(yè)工況平穩(wěn)時(shí)，將變矩器閉鎖，變?yōu)闄C(jī)械傳動(dòng)，一定程度上傳動(dòng)系統(tǒng)的效率得到提高。該傳動(dòng)系統(tǒng)主要由變量泵和變量馬達(dá)組成，顯然這使得整個(gè)液壓傳動(dòng)傳動(dòng)裝置占地面積變得相對(duì)小一些，重量不會(huì)太重，從而便于人們安排推土機(jī)的總體規(guī)劃。不僅有液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，還有機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，綜合起來(lái)就是能夠充分利用發(fā)動(dòng) 機(jī)的功率，生產(chǎn)率高。其缺點(diǎn)是：?jiǎn)挝恢亓抗β拭芏缺惹叭N傳動(dòng)方式都小，電機(jī)尺寸與重量都比同功率液壓組件大得多，目前結(jié)構(gòu)比較笨重；耗用有色金屬哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 和其它特殊材料較多，價(jià)格較高，從而使得整機(jī)成本也提高了；由于是電控，抗干擾和電磁兼容等問(wèn)題解決起來(lái)相對(duì)比較困難。而在國(guó)外，有部分企業(yè)，比如利勃海爾、卡特彼勒，它們?cè)缫蜒兄瞥黾夹g(shù)相當(dāng)成熟的液壓傳動(dòng)推土機(jī)，并成功使用在中小型推土機(jī)上 [9]。 (2) 根據(jù)所選方案，對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要包括變速箱的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)齒輪、軸、軸承進(jìn)行必要的校核、驗(yàn)算，并繪制相應(yīng)的彎矩圖、扭矩圖，最后繪制裝配圖。第 2 章 履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 5 第 2 章 履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)在大方向上將從第一章中所論述的幾大類(lèi)傳動(dòng)系統(tǒng)中選擇選擇一種實(shí)現(xiàn) 5 個(gè)前進(jìn)擋、 4 個(gè)倒退擋，由于要實(shí)現(xiàn)的擋位比較多，因此大類(lèi)傳動(dòng)系統(tǒng)采用機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括主離合器和人力換擋變速箱，履帶式驅(qū)動(dòng)橋（中央傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向制動(dòng)、輪邊減速），而主離合器、履帶式驅(qū)動(dòng)橋大部分機(jī)件標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，比如：輪邊減速其實(shí)就是一個(gè)二級(jí)減速器，轉(zhuǎn)向制動(dòng)主要是轉(zhuǎn)向離合器屬于離合器范疇、中央傳動(dòng)就是一對(duì)傘齒傳動(dòng)，因而這些不是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，后期有時(shí)間再改進(jìn)。 機(jī)械式履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)采用發(fā)動(dòng)機(jī) 離合器 變速箱 驅(qū)動(dòng)橋 驅(qū)動(dòng)輪，既可以滿(mǎn)足要求，其中驅(qū)動(dòng)橋包括中央傳動(dòng)與最終傳動(dòng)。倒擋是通過(guò)換擋裝置使中間軸與齒輪 12 聯(lián)接固定，從而把運(yùn)動(dòng)傳遞出去，就能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向變換了。而這些傳動(dòng)用到的齒輪主要是通過(guò)三根軸支承在箱體上。m 總傳動(dòng)比確定 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 對(duì)于履帶式機(jī)械，傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比按下式計(jì)算： Tekt 060?? （ 21） 式中 kZ ：履帶圍繞驅(qū)動(dòng)輪一周需要履帶板數(shù)，此處 5?kZ ； tl :履帶板節(jié)距，工程常用 17 20 216（ mm） ，此處選 203mm； 前進(jìn)擋傳動(dòng)比確定 對(duì)于前進(jìn)擋 31062 .V,.V m a xTm inT ?? (km/h)，由公式 （ 21） 可得 最低擋總傳動(dòng)比： 156998155360010621850510203060060331????????? ??...V m i nTekt 最高擋總傳動(dòng)比： 393 78393 60 0103101 85 05102 0306006033????????? ??...V m a xTektH 中間擋總傳動(dòng)比確定： 由研究已知知道，為了達(dá)到 最佳轉(zhuǎn)換規(guī)律，相臨傳動(dòng)比之間滿(mǎn)足： qnniiii BA ???? ???? ?3221 （ 22） 式中 q 為公比級(jí)數(shù)，一般取 ； 由變速箱有 5 個(gè)前進(jìn)擋，則： qiiqiiqiiH ????????????43221? 得： 414123915644 1 .iiq H ???? ?? 于是前進(jìn)擋中間傳動(dòng)及其高低擋分別為： 3 、 、 、 （從 39 依次推算而得） 15 、 、 、 （從 156 依次推算而得） 綜上可得前進(jìn) 5 擋傳動(dòng)比分別為： 15 1 7 5 39 倒退擋傳動(dòng)比確定 履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 對(duì)于倒退擋 1933 .V,.V m a xTm inT ?? (km/h)，同理 由公式 （ 21） 可得 最低擋總傳動(dòng)比： 1 2 39 0 71 2 23 6 0 010331 8 5 05102 0 3060060331 ????????? ?? ...Vm i nTekt 最高擋總傳動(dòng)比： 4557443600 1019185051020306006033 ????????? ?? ...Vm axTektH 中間擋總傳動(dòng)比確定： 同理可求得公比 ： 4139814512333 1 ..iiq H ???? ?? 從 45 依次計(jì)算得 4 6 、 從 123 依次計(jì)算得 12 、 、 綜上可得各傳動(dòng)比依次為： 12 8 6 45 總傳動(dòng)比校核 這里只需校核最低擋就行了，因?yàn)橹挥凶畹蛽鯘M(mǎn)足要求其它擋位就能滿(mǎn)足使用要求。 傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比等于整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中的各個(gè)部分的傳動(dòng)比之積： fk iiii 0?? （ 24） 式中： ki 為變速箱傳動(dòng)比； 0i 為中央主傳動(dòng)傳動(dòng)比； fi 為輪邊減速 器的傳動(dòng)比。 0i 值也要盡量取大，但要注意中央傳動(dòng)的最小離地間隙的限制。除此之外還確定了傳動(dòng)系統(tǒng)中各部件的傳動(dòng)比及其變速箱內(nèi)各擋的傳動(dòng)比 ,并對(duì)總傳動(dòng)比進(jìn)行了驗(yàn)算。變速箱的主要功用 [11]是： (1)變速變扭。 (3) 實(shí)現(xiàn)空擋。 對(duì)變速箱的要求，除一般便于制造、使 用、維修以及質(zhì)量輕、尺寸緊湊外。 (4) 要避免自動(dòng)脫擋、跳擋、運(yùn)動(dòng)干涉等不良現(xiàn)象的發(fā)生。 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 平面和空間三軸式變速箱 倒擋軸：此處沒(méi)有設(shè)計(jì)單獨(dú)的倒擋軸，主要是因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中是通過(guò)在中間軸上布置倒擋齒輪從而實(shí)現(xiàn)倒擋，因而在這里需要解決一個(gè)問(wèn)題，空間三軸的位置關(guān)系確定問(wèn)題，通過(guò)下圖所示： 1輸入軸； 2輸出軸； 3中間軸 圖 過(guò)渡軸的布置 通過(guò)圖 的簡(jiǎn)單受力分析可知，由圖看去輸入軸順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，過(guò)度軸布置應(yīng)布置在右邊 更合理一些。 中間軸：前端采用雙列球面滾柱軸承支承，有與輸入軸常嚙合的齒輪，各 擋齒輪用雙金屬滑動(dòng)軸承支承在花鍵軸上形成空套聯(lián)接，后端用滾柱軸承支承。 (3)齒輪的布置要有利于減小軸的撓度，改善支承受力。 (7)低擋齒輪靠近支承，一般情況是從右到左、從低擋到高擋依次排列。斜齒輪換擋雖在工作時(shí)較平穩(wěn)，但仍然不能避免過(guò)大的沖擊，因此在變速箱中移動(dòng)齒輪換擋 越來(lái)越少見(jiàn)了。因此，比較適合用于對(duì)換擋要求不是很高的大型機(jī)器中，比如推土機(jī)。具體設(shè)計(jì)詳見(jiàn)后文。 推土機(jī)中齒輪的模數(shù)計(jì)算 齒輪模數(shù)是決定齒輪幾何尺寸的主要參數(shù)，與齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度、重疊系數(shù)、及其傳動(dòng)平穩(wěn)性有關(guān)。齒寬過(guò)大、過(guò)小都不行，因此，在保證齒輪強(qiáng)度的情況下，齒寬不宜過(guò)大。 β 過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致軸向力過(guò)大，軸承的工作條件惡化，導(dǎo)致傳動(dòng)效率下降，因此 β 不宜過(guò)大，一般176。 同步器嚙合套參數(shù)計(jì)算與選取 同步器嚙合套與漸開(kāi)線(xiàn)花鍵一樣，采用漸開(kāi)線(xiàn)齒形。 推土機(jī)中斜齒輪的配齒計(jì)算 由前已知變速箱各傳動(dòng)比分別為： 前進(jìn)擋： 1 2 3 4 52 .4 5 1 .7 3 1 .2 3 0 .8 6 0 .6 1i i i i i? ? ? ? ?、 、 、 、 倒退擋： 1 2 3 41 . 9 3 1 . 3 8 0 . 9 9 0 . 7 1R R R Ri i i i? ? ? ?、 、 、 傳動(dòng)系簡(jiǎn)圖如圖 示： 圖 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 齒序數(shù)安排從左到右，從上到小依次排列為 Z1 到 Z16。F39。39。39。 倒退擋： 39。RR iiiiiiiiiiii 44332211 ???? 、 式中： Ri 為換向機(jī)構(gòu)中常嚙合齒輪副傳動(dòng)比，212ZZiR? 。 ??? ； Ri 取 1,4 擋齒輪副實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比為： 6 6 2031 86044 ...iii F39。i1 為 ，說(shuō)明被動(dòng)齒輪 Z10 的分度圓直徑比主動(dòng)齒輪 Z16 的分度圓直徑要打 倍； 4 擋齒輪副實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比 39。 1 擋和 4 擋齒輪副實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比應(yīng)滿(mǎn)履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 足以下條件： 39。 iii,iii 4411 ?? 代如上式得： 45186045241 ...iii F ???? 所以，各齒輪副實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比為： 691451 45211 ...iii F39。 ??? ； 69193111 ..iii 39。根據(jù)以上原理計(jì)算各齒輪副中各齒輪的齒數(shù)如下： 585 7 . 66176。c； 223658365901581 136413 ?????????? ZZZ,.iZZ c39。242451114514115141115 由 。如圖 所示： 圖 斜齒輪旋向布置 根據(jù)以上原則，再結(jié)合圖 可設(shè)計(jì)出最佳齒輪旋向布置， 綜上得各齒輪齒數(shù)及旋向如表 、表 所示 ： 表 換向齒輪齒數(shù)及旋向 換向齒輪 Z1 Z5 Z4 Z11 Z12 Z2 齒數(shù) 25 31 26 32 33 31 旋向 左 右 右 左 左 右 履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 表 換擋齒輪齒數(shù)及旋向 擋位數(shù) 1 2 3 4 5 齒輪 Z16 Z10 Z15 Z9 Z14 Z8 Z13 Z6 Z3 Z7 齒數(shù) 21 37 27 31 31 27 36 22 35 21 旋向 左 右 右 左 右 左 左 右 左 右 變速箱軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩 發(fā)動(dòng)機(jī) 最大扭矩 854Nm 中間軸Ⅱ： 2P = 1P????齒 輪 軸 承 =??= 12 1850 1 2 7 5 .91 .4 5Fnn i? ? ?r/min 22 29 5 5 0 9 5 5 0 1 2 3 . 49 2 3 . 61 2 7 5 . 9PT n ?? ? ?N2 1 2 7 5 . 91 0 7 2 . 21 . 1 9nn i? ? ?r/min 33 . 23 . 29550 9 5 5 0 1 1 7 . 3 1 0 4 4 . 81 0 7 2 . 2PT n ?? ? ?N4 1 2 7 5 . 92 1 6 2 . 50 . 5 9nn i? ? ?r/min 33 . 4 3 . 49550 9 5 5 0 1 1 7 . 3 5182 1 6 2 . 5PT n ?? ? ?Nm 選取軸的材料以及熱處理方式 輸入軸采用 40Cr，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn) [15]查得： 抗拉強(qiáng)度： 750b? ? MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限： 1 280?? ? MPa 屈服點(diǎn)： 800s? ? MPa 彎曲疲勞