【正文】 member of construction machinery, the buildozer has to improve its working reliability, maintainability, safety, fuel economy to adapt to the more plex and difficult environment, which is closedly related to the transmission system of the buildozer. After having a knowledge of theory, feature, the latest condition at home and abroad about the human transmission, I designed the transmission of the buildozer, which has five forward gears and four reverse gears. The plan adopted to mechnical transmission system. The main work finished is as follow: distrubute gear ratio to every gear, arrange the configuration of each other gear, firm the driving mode of gear wheel, including parameter the arrangement and structure of shafts, design the lockpin synchroizer and the box。 本設(shè)計(jì)在了解工程機(jī)械人力換擋變速器的基本原理、特點(diǎn)、及國(guó)內(nèi)外最新發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的工作結(jié)構(gòu)，使其實(shí)現(xiàn) 5 個(gè)前進(jìn)擋和 4 個(gè)倒退擋。作為工程機(jī)械的重要組成部分 — — 推土機(jī)，隨著工況條件的復(fù)雜與艱難，對(duì)其工作可靠性、維修性、安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性也提出了更高的要求，而這些要求均與推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)有著密切的關(guān)系。并經(jīng)過(guò)三維 CAD 系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件的建模和分析練習(xí)，掌握了先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理論，提高了實(shí)踐能力。京滬高鐵總投資 2200 億元，其中基建占到 1000 億元，工程機(jī)械采購(gòu)規(guī)模大約為 209 億元，平均每年的采購(gòu)額約為 42 億元，不言而 喻高鐵對(duì)工程機(jī)械的需求量是非常大的。另外， 作為牽引式工程機(jī)械的典型代表 —— 履帶推土機(jī)，較一般的推土機(jī)能夠適應(yīng)更多的工況，它追求的是速度與負(fù)荷之間的自適應(yīng)能力、降低比油耗、提高作業(yè)生產(chǎn)率，充公利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，即追求最大的作業(yè)生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性，也就是說(shuō)能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)功率得到充分發(fā)揮，使傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)有較高的效率，使整機(jī)有較好的作業(yè)生產(chǎn)率，而這一切的關(guān)鍵之一，推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)地位著舉重若輕 [4]。 履帶推土機(jī)國(guó)內(nèi)外各種傳動(dòng)系統(tǒng)研究狀況 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 目前當(dāng)下，現(xiàn)有推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)一般主要有四種，分別是機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、電傳動(dòng)系統(tǒng)。 機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)主要由主離合器、人力換擋變速箱或液壓動(dòng)力換擋變速箱組成。 液力機(jī) 械傳動(dòng)系統(tǒng)下屬又可以分為三類形式：第一種是由變矩器和動(dòng)力換擋變速箱組合而得。液壓動(dòng)力換擋操縱輕便，對(duì)駕駛者要求不是很高，性能好。第三種又是在第二種的基礎(chǔ)上改進(jìn)，將其中的換擋變速箱改為自動(dòng)，具體辦法是在帶閉鎖離合器的變矩器和動(dòng)力換擋變速箱基礎(chǔ)上加上電子自動(dòng)換擋控制系統(tǒng)，該裝置能根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行自動(dòng)換擋，與此同時(shí)采用電子控制調(diào)壓閥 （ ECMV） 進(jìn)行換擋的品質(zhì)控制，使換擋更加趨于平穩(wěn)，沖擊振動(dòng)更加小 [7]。另外使用此種傳動(dòng)系統(tǒng)能夠輕易實(shí)現(xiàn)左右兩邊的履帶可以左邊運(yùn)動(dòng)右邊不動(dòng)或是右邊運(yùn)動(dòng)左邊不動(dòng)或是兩邊都工作、可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)位置就能夠轉(zhuǎn)彎以致改變方向和通過(guò)開(kāi)動(dòng)機(jī)器利用發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，以便液壓推土機(jī)更加適應(yīng)各種不同的、復(fù)雜的作業(yè)的工況需求。 最后一種傳動(dòng)系統(tǒng)是電傳動(dòng)系統(tǒng)，即先把內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能通過(guò)一些運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之后轉(zhuǎn)化成電能，再通過(guò)傳達(dá)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的電能來(lái)傳遞需要的動(dòng)力，由電能最后 再轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的傳動(dòng)系統(tǒng)。電力傳動(dòng)裝置很早就用于柴油機(jī)電動(dòng)船舶和內(nèi)燃機(jī)車上，后又用于大噸位礦用載重汽車和某些大型工程機(jī)械（包括推土機(jī)）上 [8]。 本論文的主要內(nèi)容 本課題為履帶推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) 5 個(gè)前進(jìn)擋與 4 個(gè)倒退擋。 (3) 設(shè)計(jì)支撐整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的箱體結(jié)構(gòu)。而本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是人力換擋變速箱。擬有兩套變速箱 總體方案如圖 所示： (a)方案 1 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 (b)方案 2 圖 總體方案 方案 (1)：如圖 (a)示 :1 至 15 均屬于齒輪，主要是通過(guò)四根同平面的軸，支承各齒輪；其中換擋主要是通過(guò)移動(dòng)齒輪換擋，倒擋的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)移動(dòng)齒輪 11，使其與輸入軸上的雙聯(lián)齒輪之 2 嚙合上，從而 改變齒輪旋轉(zhuǎn)方向，即實(shí)現(xiàn)倒擋。 方案 (1)與方案 (2)相互比較： 結(jié)構(gòu)布置比較： 方案 (1)采用四根同平面軸，占用空間，且其中出現(xiàn)了懸臂梁，傳動(dòng)不穩(wěn)定，且會(huì)直接導(dǎo)致后期箱體的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，而方案 (2)采用三根軸直接支承在箱體的兩端，剛度較好，其次是利用空間布置使得空 間利用率明顯高于方案 (1)； 換擋方式比較： 方案 (1)利用移動(dòng)齒輪換擋，沖擊會(huì)比較嚴(yán)重，且效率低，噪音大，耐久性不長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性不高；而方案 (2)利用嚙合套或是同步器換擋，能夠輕便實(shí)現(xiàn)換擋，沖擊小，效率高，不易損壞，只是相對(duì)比較復(fù)雜。本設(shè)計(jì)就是要確定這 16 個(gè)齒輪、 3 根軸、同步器、箱體及它們的相互位置關(guān)系。為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，最低擋總傳動(dòng)比應(yīng)滿足的條件是： 對(duì)于履帶機(jī)械 ? ?m a x 0 1 1ekM M i Pr ???? ? （ 23） 式中： maxeM 為發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩； 0M 為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輔助裝置（油泵、風(fēng)扇等）消耗的轉(zhuǎn)矩； 1? 前進(jìn) 1 擋傳動(dòng)系統(tǒng)效率； P? 為車輛的附著力； kr 為驅(qū)動(dòng)鏈輪的節(jié)圓半徑。 各部件傳動(dòng)比確定的原則是：為了減小傳動(dòng)系統(tǒng)中各傳動(dòng)部件的載荷，根據(jù)功率由哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 前向后傳動(dòng)的方向，越向后部件應(yīng)取越來(lái)越大的傳動(dòng)比 [10]。 當(dāng) fi 和 0i 取值較大或過(guò)大時(shí)，變速箱中最高擋的傳動(dòng)比就要小于 1，出現(xiàn)增速現(xiàn)象?？倐鲃?dòng)比的確定是依據(jù)理論速度及其相關(guān)的參數(shù)計(jì)算而得，中間各擋的總傳動(dòng)比則是在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)其與最高擋和最低擋之間的關(guān)系來(lái)確定；變速箱中各擋傳動(dòng)比則 是依據(jù)總傳動(dòng)比分配原則及其一些客觀條件而得。發(fā)動(dòng)機(jī)的變速變矩能力較差，或者說(shuō)幾乎沒(méi)有，不能夠滿足對(duì)車輛牽引力和速度變化范圍的需求，因此需要通過(guò)變速箱來(lái)解決部分矛盾，以滿足部分要求。第一，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要空載；第二，當(dāng)車輛較長(zhǎng)時(shí)間停車而又不希望發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，這兩項(xiàng)要求均需要變速箱掛空擋切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力或切斷車輛的負(fù)載而實(shí)現(xiàn)。主要還有以下幾點(diǎn)： (1) 換擋操縱輕便、靈活、準(zhǔn)確。 變速箱結(jié)構(gòu)方案的選擇 目前，推土機(jī)上采用的變速箱結(jié)構(gòu)多種多樣，這是由于各種類型的推土機(jī)的使用要求不同，也是由于各國(guó)推土機(jī)的使用、制造、修理等條件所決定的。 平面三軸式變速箱三 軸處于同一個(gè)平面上，占用空間大，且不易實(shí)現(xiàn)多個(gè)倒退擋，而空間三軸式變速箱，顧名思義就是輸入軸、輸出軸和中間軸在空間成三角形布置；在輸入軸與中間軸之間布置有換向惰輪，從而能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)前進(jìn)擋和多個(gè)倒退擋。 輸出軸：前端采用雙列球面滾柱軸承支承，與中央傳動(dòng)錐齒輪做成一體，上有各擋被動(dòng)齒輪，通過(guò)花鍵與輸出軸聯(lián)接。 (4)充分利用空間，盡量減小軸向尺寸和變速箱外形尺寸。 換擋結(jié)構(gòu)形式 目前，履帶推土機(jī)的換擋形式主要有三種： (1) 移動(dòng)齒輪換擋。 (2) 嚙合套 換擋。 (3) 同步器換擋。 變速箱主參數(shù)確定 變速箱擋位數(shù)及各擋傳動(dòng)比 在第 2 章已經(jīng)確定： 前進(jìn) 5 擋分別為： 、 、 、 、 倒退 4 擋分別為： 、 、 、 中心距 中心距是決定變速箱外形尺寸的重要參數(shù)，在滿足其他條件下要盡可能的小。一般情況下，在滿足齒輪強(qiáng)度要求的前提下，可以取得小一些。由于采用的是斜齒輪，其寬度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)式為： ? ?7 8. 6 42 51 .6nbm??～ ～（ mm） （ 33） 推土機(jī)中齒輪的壓力角選取 齒輪的標(biāo)準(zhǔn)壓力角是 20176。24176。由于制造工藝等原因，在同一變速箱中的幾個(gè)嚙合套，往往采用同一模數(shù)。 由圖 可知，變速箱由換向機(jī)構(gòu)與變速機(jī)構(gòu)兩部分組成。F39。39。39。RR39。 (1) 確定 Fi 我們知道，前進(jìn)擋是工作擋，需要低速度大牽引力；倒退擋是非工作擋，倒退擋的牽引力比前進(jìn)擋的牽引力要小，體現(xiàn)在傳動(dòng)比上面就是各前進(jìn)擋的傳動(dòng)比要比對(duì)應(yīng)的倒退擋的傳動(dòng)比大。 ??? 。i4 為 ，說(shuō)明主動(dòng)齒輪 Z13 的分度圓直徑比被動(dòng)齒輪 Z6 的分度圓直徑大 倍，故分度圓最大、最小的齒輪出現(xiàn)在換向機(jī)構(gòu)的 1 擋和 4 擋的齒輪副中。39。 ??? ； 191451 73122 ...iii F39。RR ?? ； 6105 .i ? 。2418922 ???????? c o sm/c o sAZ nc ； 372158216911 581 1610116 ?????????? ZZZ,.iZZ c39。c； 對(duì)于第 5 擋，根據(jù)傳動(dòng)比試取 184176?？稍嚋惖?3133141212212 ???? Z,Z,.ZZi R (4) 修正中心距 由 ??? cos zzmAn 2121 （ 38） 代入上文所計(jì)算得的齒數(shù)，最終得輸入軸與輸出軸之間的中心距 1A =184mm，中間軸與輸出軸之間的中心距 2A =190mm。m， 軸承傳動(dòng)效率為 ，齒輪傳動(dòng)效率為 。m 輸出軸Ⅲ： 對(duì)于 1~4 擋： 3P = 2P????齒 輪 軸 承 =? ? = 對(duì)于第 5 擋： 3P = 1P? ?齒 輪 =? = 一擋： 23 . 1 39。m 三擋： 23 . 3 39。m 五擋： 13 . 5 5 1850 3 0 3 2 .80 .6 1nn i? ? ?r/min 33 . 5 3 . 59550 9 5 5 0 1 2 5 . 9 3 9 6 . 53 0 3 2 . 8PT n ?? ? ?N此處，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，依據(jù)公式 ： ? ? 6 33 9 .5 5 1 00 .2 Pd n??? （ 39） 式中： d —— 軸徑； ??? —— 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力， MPa； P —— 軸傳遞的功率， kW； n—— 軸的轉(zhuǎn)速， r/min； C —— 由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)。軸上主要的零件由離合器、萬(wàn)向節(jié)盤、軸承壓蓋 (左 )、軸承 (左 )、齒輪、同步器、軸承 (右 )向左端裝配。 (2) 左端軸承段 B： d2=50mm l2=109mm。 (4) 右端滾柱軸承 D 段： d4=45mm l4=321mm。 (5) 繪制輸入軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 根據(jù)以上的計(jì)算，將各個(gè)軸段的直徑和長(zhǎng)度得出輸入軸的簡(jiǎn)圖如下圖 所示： 圖 輸入軸 中間軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 由于本設(shè)計(jì)中有多個(gè)擋位，但在設(shè)計(jì)時(shí)不用考慮所有擋，可以只需考慮要求最高的一擋就行，因此在接下來(lái)的設(shè)計(jì)中，均已要求最高的前進(jìn)第一擋作為首要滿足條件。軸上主要的零件由調(diào)心滾子軸承、前進(jìn)倒退主動(dòng)齒輪 1 擋變速主動(dòng)齒輪及其其間 的嚙合套 (右 )向左端裝配。 關(guān)于軸上零件的周向固定，齒輪采用花鍵固定，嚙合套套轂與花鍵軸花鍵聯(lián)接，嚙合套外圈與其轂通過(guò)兩個(gè) 180176。m 軸結(jié)構(gòu)確定 輸出軸上主 要布置前進(jìn)擋換向齒輪，這是一個(gè)雙聯(lián)齒輪，通過(guò)軸承與軸連接，與軸存在相對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)，因此其對(duì)該軸的受力影響不大；又因軸上的受力與中間軸基本相同，故其應(yīng)力也相差不大，只是其扭矩相對(duì)大一些，所以關(guān)于此軸，材料選取同中間軸，只是軸徑需要作相應(yīng)的改動(dòng)，再根據(jù)其上齒輪與中間軸和輸入軸上的齒輪之間的關(guān)系，最終初步確定輸出軸的結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 輸出軸 同步器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，變速器要實(shí)現(xiàn) 5 個(gè)前進(jìn)擋， 4 個(gè)倒退擋，主要通過(guò)四個(gè)換擋裝置來(lái)執(zhí)行，由于結(jié)構(gòu)空間尺寸限制、所要同步的齒輪尺寸限制及其軸向尺寸的 限制，同步器的尺寸會(huì)有所不同，但是原理都是一樣的。常壓式同步器的同步性能不夠穩(wěn)定，已經(jīng)很少使用，目前得到廣泛使用的是慣性