【正文】 )，因此按外嚙合點還是按內(nèi)嚙合點來計算，其結(jié)果都是一樣的。s (ω s ω c )〈 0 時，嚙合功率的流向 是 從齒圈至太陽輪。39。 以圖 4— 3 所示為例，行星排的傳遞功率為： SSSSSSS MRPVPN ?? 39。 對單行星 c? ＝ 0? 1? ＝ ＝ ； 對雙行星 c? ＝ 20? 1? ＝ 0． 982 ＝ 。 第四章 行星排的設(shè)計 28 當(dāng)作用在太陽輪上的外力矩 M39。行星排三元件（太陽輪、齒圈、行星輪）的理論力矩關(guān)系可由行星輪的平衡求得。 對單行星 排 上式 K 值前取負(fù)號得： sn 十 K rn 一 (1 十 K) ＝ 0 對雙行星 排 上式 K 值前取 正號得： sn — K rn +(K— 1) ＝ 0 對于 K 值錢的正負(fù)號是根據(jù)算傳動比時， 行星排轉(zhuǎn)速關(guān)系式是三元一次齊次方程式，三個未知數(shù)，一個方程式，這反映了行星排是兩個自由度機(jī)構(gòu)。 行星排有三個基本 元件： 太陽輪、齒圈、行星架，分別用符號 s、 r、 c 來表示，行星輪以符號p 來表示 ( 注：各種資料的命名各有不同，無特殊說明，本說明書中沿用此種表達(dá)方式 )。 (2)．直接采用液壓油推動圓柱滾子 直接制造封閉油腔利用液壓油來推動頂銷（小型活塞）使圓柱滾子進(jìn)入楔進(jìn)狀態(tài)，完全取消彈簧。根據(jù)幾何關(guān)系有： 當(dāng) r、 R 、 ? 確定了以后， h 便可根據(jù)公式直接計算了。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 越多，分布到每一個圓柱滾子上的載荷就越小，超越離合器的受力也越均勻。根據(jù)實驗經(jīng)驗和有關(guān)資料數(shù)據(jù)，楔形角 α 一般在 6176。作用在圓柱滾子上的離心力 Fl 可由下式確定： 上式中： 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。各零件在接觸受壓時，其接觸? ?2/t a n11 ?? ?????? ZR TZR TF SS? ?2/tan1 ???? ZR TF S長春工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 19 面積為一狹長矩形，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“ +”號用于外接觸，“ ”號用于內(nèi)接觸。② 上式中： Ts：超越離合器所傳遞的計算力矩 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： 在計算接觸強(qiáng)度時取其最大值： 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： 長春工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 17 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 計算公式，注意方向） f2 = F2μ 2 （ 摩擦力 計算公式，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)齒輪對圓柱滾子的正壓力 F2：內(nèi)環(huán)凸輪對圓柱滾子的支撐力 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 對上述方程組進(jìn)行化簡整理可得： 在超越離合器工作時，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： 可得： ? ? 12/tan ?? ? 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。 （ 2）．裝載機(jī)在高速行進(jìn)中傳動系統(tǒng)變速箱位置有沖擊聲，或者機(jī)器突然緊急制動，換擋后重新起步機(jī)器恢復(fù)正常。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。液力變矩器二級渦輪輸出的功率通過輸入軸的二級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)凸輪固定為一個整體。相對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導(dǎo)致滾子的不正常楔入和旋出。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，否則將會直接導(dǎo)致圓柱滾子在工作過程中非正常楔緊和旋出，使長春工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 11 保持架變形而影響其整機(jī)的可靠性。在離合器內(nèi)部，有多個異形塊分布在由內(nèi)、外圈所形成的滾道中，當(dāng)外圈正向運轉(zhuǎn)時，帶動異形塊一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)內(nèi)圈轉(zhuǎn)速超過非接觸轉(zhuǎn)速時，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，與內(nèi)、處圈脫離接觸，從而實現(xiàn)無磨損運轉(zhuǎn)。對于用戶來說，更換維修一次超越離合器 其費用大約在 2500—— 4000 元，有的甚至更高。因此，在此次畢業(yè)設(shè)計中借助了現(xiàn)在企業(yè)中比較成熟的參數(shù)設(shè)計資料。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 通過分動齒輪帶動變速泵和轉(zhuǎn)向泵齒輪驅(qū)動工作油液，提供變速箱的控制油壓。 本課題設(shè)計難點 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，并且提高了傳動效率，改善了裝載機(jī)牽引性能。 由于 轉(zhuǎn)載 運輸機(jī)械換檔頻繁，迫切需要改善換檔操作。 (2)動力換檔 動力換檔的工作原理，如圖 1— 2— 2 所示。 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轉(zhuǎn)動，而不能軸向移動。 (2)使機(jī)械能倒退行駛。 現(xiàn)在我國的裝載機(jī)無論是在技術(shù)上還是產(chǎn)量上都獲得了長足的發(fā)展，其中 ZL ZL ZL50 系列裝載機(jī)已被大量運用于祖國建設(shè)的各個領(lǐng)域。 PRO/E 軟件在現(xiàn)代企業(yè)中運用得比較普遍，作為大學(xué)本科畢業(yè)生有必要對 其進(jìn)行一定的了解并能完成相關(guān)一些操作。輪式裝載機(jī) ZL30 變速箱的設(shè)計綜合了大學(xué)四年內(nèi) 所學(xué) 的基本知識，能夠比較全面的考核我的專業(yè)知識和綜合能力。其主要功能是對松散物料進(jìn)行鏟裝及短距離運輸作業(yè)。 在裝載機(jī)的傳動系統(tǒng)中，變速箱有著舉足輕重的作用。 (2)變速箱應(yīng)工作可靠、使用壽命長、傳動效率高、結(jié)構(gòu)和制造簡單、拆修方便。雙聯(lián)沿動齒輪 ab 與軸用花鍵連接，撥動該雙聯(lián)齒輪，使齒輪對 aa’或 b— b’相嚙合，從而改變了傳動速比，即所謂換檔。 油壓操縱的壓力源是由發(fā)動機(jī)帶動的油泵提供，離合器的接合和分離靠的是發(fā)動機(jī)的動力，所以稱為動力換檔。定軸式變速箱換檔方式可能有兩種型式： 人 力換檔和動力換檔。行星排的傳動比計算也是每一個設(shè)計者所要進(jìn)行的基本計算。換檔行星排總成由 倒檔行星排和一檔行星排串聯(lián)而成。而其余傳動比則根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)兼顧制造、裝配工藝來分配，具體參數(shù)表見表 22。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。 保持架式超越離合器其基本結(jié)構(gòu)由外環(huán)齒輪、內(nèi)環(huán)凸輪、保持架、壓蓋、彈簧、圓柱滾子六個零件組成。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 保持架進(jìn)而推動滾柱進(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。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。當(dāng)裝載機(jī)在工作 過程中遇到較大阻力時，雙渦輪液力變矩器將根據(jù)工況自動降低轉(zhuǎn)速，從而使得轉(zhuǎn)矩增大，給車輪提供足夠的動力完成鏟進(jìn)、推動物料等工作。當(dāng)裝載機(jī)處于低速重載或遇到較大阻力時，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，圓柱滾子（圖 1— 4）按逆時針方向旋轉(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。 （ 5）．裝載機(jī)在正常作業(yè)時在變速箱位置出現(xiàn)間斷性的異響聲，有時會影響作業(yè)但加油后可繼續(xù)工作。 （ 3）．頂銷由于磨損或卡死在銷孔中，導(dǎo)致圓柱滾子不能正常工作 而使超越離合器損壞 （ 4）．零件制造誤差太大造成超越離合器失效。 ① 21211tan ?? ??? ? ??2111 2tan ??? ??/2)(tan1 /2)2t a n( tan 2 ??? ??第三章 ZL30 變速箱超越離合器的設(shè)計 18 然后，將圓柱滾子和內(nèi)環(huán)凸輪視為一個整體，則 有： Ts = f1 ③ ③ 式即為計算超越離合器圓柱滾子外環(huán)齒輪之間的正壓力。 (1)接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件： 其中： limH? 為實驗測得的材料的接觸疲勞極限 SH 為許用安全系數(shù)。 超越離合器主要參數(shù)的選擇 (1)．楔形角 α的選擇： 由第五部分中的設(shè)計計算工程中我們可得出： ? ? 12/tan ?? ? 因此有： α? 2arctan(μ 1) 查表，假如μ 1取值為μ 1 = ，此時： α? 2arctan() = 8176。 (2)．圓柱滾子半徑 r 的選擇 由 Hertz 公式可知，圓柱滾子半徑越大，摩擦副間的接觸應(yīng)力越小。 (5).圓柱滾子長度 L 的選擇 從降低接觸應(yīng)力的角度上來說，圓柱滾子長度越大越好（由 Hertz 公式可 看出）。一個超越離合器如果按 24 個圓柱滾子計算，則有 48 根頂銷、48 根彈簧。但是它對超越離合器又提出了新的要求。當(dāng)行星架固定不動時為定軸輪系，當(dāng)行星架以太陽輪軸線 (也即齒圈軸線 )為中心線旋轉(zhuǎn)起來了就變成了行星輪系。 行星輪相對行星架的轉(zhuǎn)速 可由三個元件轉(zhuǎn)速按下式求得 （注：本說明書以下文中提到的行星輪轉(zhuǎn)速均是指行星架的轉(zhuǎn)速） ： np=( sn )psZZ =( rn sn )prZZ 式中 sZ 、 pZ 、 rZ 分別為 太陽輪、行星輪和齒圈的齒數(shù)。即行星徘三元件中任二元件力矩之間存在著固定關(guān)系，它是由齒輪和行星架的內(nèi)在杠桿比所決定的，與各元件轉(zhuǎn)動情況和外界連接情況都沒有關(guān) 系，即不管三元件中哪個主動，哪個被動，哪 個固定，其理論力矩關(guān)系都是一樣的。s ， Ms 為內(nèi)力矩，即行星輪對太陽輪的作用力矩）則太陽輪為主動，其力矩關(guān)系為： MAr = MAs K c? 如果 M39。 功率分析 我們知道，將一行星 排 中三元件 —— 太陽輪、齒圈、行星架分別作為主動件、被動件和固定件，就可以組成單排行星傳動裝置。 ??? 牽連運動所傳遞的功率為： cScSScSy MRPVPN ?? 39。 嚙合功率流的流向： 當(dāng) ScSVP39。嚙合功率也可能大于行星機(jī)構(gòu)所傳遞的功 率， 有些行星傳動方案甚至可能大很多 ，因此長春工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 31 就使得行星傳動的傳動效率計算比較復(fù) 雜， 各種行星傳動的傳動效率可能相差很大，傳動效率可能高于定軸傳動，也可能傳動效率很低。 對單行星排 ?= txNN 對雙行星排 ?= txNN ②．力矩法求效率 齒輪傳動機(jī)構(gòu)沒有轉(zhuǎn)速損失，其功 率損失體現(xiàn)在力矩?fù)p失上，因此我們可以通過力矩 關(guān)系來求效 率 。即 rpsp AA ? 式中 spA —— 行星輪和太陽輪之間的中心距； rpA —— 行星輪和齒圈之間的中心距 。 用公式表示則為： Sj ZN?360?? 長春工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 35 式中 N 為整數(shù)。j? 還必須滿足裝配條件 ： 39。N 均為整數(shù) 。 根據(jù)同心條件公式 第四章 行星排的設(shè)計 38 2 srp ZZZ ??以及特性參數(shù)定義式srZZK? 可得