【文章內(nèi)容簡介】 國外，有部分企業(yè)，比如利勃海爾、卡特彼勒，它們早已研制出技術(shù)相當(dāng)成熟的液壓傳動推土機(jī)，并成功使用在中小型推土機(jī)上 [9]。 本論文的主要內(nèi)容 本課題為履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) 5 個前進(jìn)擋與 4 個倒退擋。首先是確定總體傳動方案，然后再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容如下： (1) 了解現(xiàn)有履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)都有哪些，了解國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀， 并結(jié)合課題設(shè)計(jì)要求確定至少兩個履帶推土機(jī)主傳動系統(tǒng)方案，最終通過比較選擇比較合理的設(shè)計(jì)方案，并繪制結(jié)構(gòu)簡圖。 (2) 根據(jù)所選方案，對各部分進(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。 (3) 設(shè)計(jì)支撐整個傳動系統(tǒng)的箱體結(jié)構(gòu)。 (4) 按照最新制圖標(biāo)準(zhǔn)，手工繪制零號裝配圖并用計(jì)算機(jī)繪制各個主要部件零件圖 。 (5) 應(yīng)用三維制圖軟件 PRO/E，進(jìn)行主要零件三維實(shí)體建模，裝配及運(yùn)動仿真。第 2 章 履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 5 第 2 章 履帶推土機(jī)傳動系統(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傳動系統(tǒng)中選擇選擇一種實(shí)現(xiàn) 5 個前進(jìn)擋、 4 個倒退擋，由于要實(shí)現(xiàn)的擋位比較多，因此大類傳動系統(tǒng)采用機(jī)械式傳動系統(tǒng)，機(jī)械式傳動系統(tǒng)主要包括主離合器和人力換擋變速箱，履帶式驅(qū)動橋（中央傳動、轉(zhuǎn)向制動、輪邊減速），而主離合器、履帶式驅(qū)動橋大部分機(jī)件標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，比如：輪邊減速其實(shí)就是一個二級減速器，轉(zhuǎn)向制動主要是轉(zhuǎn)向離合器屬于離合器范疇、中央傳動就是一對傘齒傳動，因而這些不是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，后期有時間再改進(jìn)。而本設(shè)計(jì) 的重點(diǎn)就是人力換擋變速箱。人力換擋變速箱主要包括箱體和箱體內(nèi)的設(shè)計(jì)。 履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)由于此處需實(shí)現(xiàn)多個擋位的前進(jìn)與后退，根據(jù)國內(nèi)履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)的發(fā)展情況及其各類傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式傳動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求。 機(jī)械式履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)采用發(fā)動機(jī) 離合器 變速箱 驅(qū)動橋 驅(qū)動輪，既可以滿足要求，其中驅(qū)動橋包括中央傳動與最終傳動。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，主要是通過四根同平面的軸，支承各齒輪；其中換擋主要是通過移動齒輪換擋，倒擋的實(shí)現(xiàn)是通過移動齒輪 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 (2)：如 圖 (b)示： 1~16 都是齒輪， 17 是同步器，通過十六個齒輪與四個同步器就能夠?qū)崿F(xiàn) 5 個前進(jìn)擋， 4 個倒擋。該方案中所有傳動齒輪均是常嚙合的。倒擋是通過換擋裝置使中間軸與齒輪 12 聯(lián)接固定，從而把運(yùn)動傳遞出去，就能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向變換了。 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，傳動不穩(wěn)定，且會直接導(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)利用移動齒輪換擋，沖擊會比較嚴(yán)重，且效率低，噪音大，耐久性不長，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，只是相對比較復(fù)雜。 1 2 34 561112 13 14 15 167891017履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 經(jīng)過上述比較，本設(shè)計(jì)擬采用方案 (2)。 下面把其各擋傳遞路線 詳細(xì)地 列 在如 下表 中 ： 基本原理就是通過不同齒輪的組合 得到不同的擋位，其中用到同步器之后，大大減 表 擋位傳遞路線 前 進(jìn) 一 Z1Z5Z4Z11Z16Z10 二 Z1Z5Z4Z11Z15Z9 三 Z1Z5Z4Z11Z14Z8 四 Z1Z5Z4Z11Z13Z6 五 Z3Z7 倒 退 一 Z2Z12Z16Z10 二 Z2Z12Z15Z9 三 Z2Z12Z14Z8 四 Z2Z12Z13Z6 少齒輪數(shù)量。而這些傳動用到的齒輪主要是通過三根軸支承在箱體上。本設(shè)計(jì)就是 要確定這 16 個齒輪、 3 根軸、同步器、箱體及它們的相互位置關(guān)系。 傳動比確定 概述 本設(shè)計(jì)只有一個要求 —— 實(shí)現(xiàn) 5 個前進(jìn)擋、 4 個倒退擋，為了能夠把設(shè)計(jì)進(jìn)行下去，在此參照 T180 系列推土機(jī)，根據(jù)其最終擋位速度計(jì)算出本設(shè)計(jì)中需要的變速箱擋位速度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 表 傳動系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)擋位及其速度（ km/h） 擋位 1 2 3 4 5 前進(jìn)擋 7 倒退擋 —— 表 所選發(fā)動機(jī)參數(shù) 發(fā)動機(jī) 型號 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 最大扭矩 參數(shù) G128ZG2 1850r/min 854Nm 總傳動比確定 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 對于履帶式機(jī)械，傳動系統(tǒng)總傳動比按下式計(jì)算： Tekt 060?? （ 21） 式中 kZ ：履帶圍繞驅(qū)動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)擋傳動比確定 對于前進(jìn)擋 31062 .V,.V m a xTm inT ?? (km/h)，由公式 （ 21） 可得 最低擋總傳動比： 156998155360010621850510203060060331????????? ??...V m i nTekt 最高擋總傳動比： 393 78393 60 0103101 85 05102 0306006033????????? ??...V m a xTektH 中間擋總傳動比確定： 由研究已知知道，為了達(dá)到 最佳轉(zhuǎn)換規(guī)律，相臨傳動比之間滿足： qnniiii BA ???? ???? ?3221 （ 22） 式中 q 為公比級數(shù)，一般取 ； 由變速箱有 5 個前進(jìn)擋，則： qiiqiiqiiH ????????????43221? 得： 414123915644 1 .iiq H ???? ?? 于是前進(jìn)擋中間傳動及其高低擋分別為： 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 擋傳動比分別為： 15 1 7 5 39 倒退擋傳動比確定 履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 對于倒退擋 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 最高擋總傳動比： 4557443600 1019185051020306006033 ????????? ?? ...Vm axTektH 中間擋總傳動比確定： 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 、 、 綜上可得各傳動比依次為： 12 8 6 45 總傳動比校核 這里只需校核最低擋就行了，因?yàn)橹挥凶畹蛽鯘M足要求其它擋位就能滿足使用要求。為了防止發(fā)動機(jī)熄火，最低擋總傳動比應(yīng)滿足的條件是： 對于履帶機(jī)械 ? ?m a x 0 1 1ekM M i Pr ???? ? （ 23） 式中： maxeM 為發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩； 0M 為發(fā)動機(jī)驅(qū)動輔助裝置（油泵、風(fēng)扇等）消耗的轉(zhuǎn)矩； 1? 前進(jìn) 1 擋傳動系統(tǒng)效率； P? 為車輛的附著力； kr 為驅(qū)動鏈輪 的節(jié)圓半徑。其中 max 864 N meM ??， 0 100N mM ??， 1 156i? ? ， 1 ?? ， 88mmkr ? ， 代入公式（ 23） 計(jì)算得 10? N 顯然是滿足要求的。 傳動系統(tǒng)總傳動比的分配 傳動比分配即是在傳動系統(tǒng)的總傳動比確定之后，把總傳動比合理地分配到變速箱、中央傳 動和輪邊減速器三個部件中去的過程。 傳動系統(tǒng)的總傳動比等于整個傳動系統(tǒng)中的各個部分的傳動比之積： fk iiii 0?? （ 24） 式中： ki 為變速箱傳動比； 0i 為中央主傳動傳動比； fi 為輪邊減速 器的傳動比。 各部件傳動比確定的原則是：為了減小傳動系統(tǒng)中各傳動部件的載荷，根據(jù)功率由哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 前向后傳動的方向，越向后部件應(yīng)取越來越大的傳動比 [10]。一般，首先確定 fi ，然后確定 0i ，最后根據(jù)式 （ 24） 確定 ki 。除此之外，在確定這三個部件傳動比的過程中，需要注意以下幾個方面的問題： fi 值盡量取大，但不能影響整機(jī)寬度，且要使輪邊傳動裝置結(jié)構(gòu)上能夠包容。 0i 值也要盡量取大，但要注意中央傳動的最小離地間隙的限制。 當(dāng) fi 和 0i 取值較大或過大時，變速箱中最高擋的傳動比就要小于 1，出現(xiàn)增速現(xiàn)象。雖然增速是被允許的，但須演算高速軸承、齒輪、 傳動軸等零件的轉(zhuǎn)速是否在允許的范圍之內(nèi)。 借鑒現(xiàn)有的機(jī)械： 取33331550071912551250.i.iof????? 再由： ofk iiii??? 分別計(jì)算得變速箱的 ki ： 前進(jìn) 5 擋分別為： 、 、 、 、 倒退 4 擋分別為： 、 、 、 本章小結(jié) 本章主要介紹了履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)的組成部分，并確定了履帶推土機(jī)主傳動系統(tǒng)總體方案原理圖，明確變速箱擋位路線，及所要完成的基本內(nèi)容。除此之外還確定了傳動系統(tǒng)中各部件的傳動比及其變速箱內(nèi)各擋的傳動比 ,并對總傳動比進(jìn)行了驗(yàn)算?？倐鲃颖鹊拇_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) 系來確定；變速箱中各擋傳動比則是依據(jù)總傳動比分配原則及其一些客觀條件而得。第 3 章 變速箱關(guān)鍵構(gòu)件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 11 第 3 章 變速箱關(guān)鍵構(gòu)件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 概述 變速箱有動力換擋變速箱和非動力換擋變速箱兩大類，此處所要設(shè)計(jì)的變速箱屬于第二類。非動力換擋變速箱又被稱為人力換擋變速箱或機(jī)械式變速箱，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，傳動效率高。變速箱的主要功用 [11]是： (1)變速變扭。發(fā)動機(jī)的變速變矩能力較差，或者說幾乎沒有，不能夠滿足對車輛牽引力和速度變化范圍的需求，因此需要通過變速箱來解決部分矛盾，以滿足部分要求。 (2) 降速增扭。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速高， 轉(zhuǎn)矩小，需要通過變速箱等部件來降低發(fā)動機(jī)傳遞到驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速，同時增大驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩，以便滿足對車輛牽引力和速度的要求。 (3) 實(shí)現(xiàn)空擋。第一，發(fā)動機(jī)啟動時需要空載；第二，當(dāng)車輛較長時間停車而又不希望發(fā)動機(jī)熄火，這兩項(xiàng)要求均需要變速箱掛空擋切斷發(fā)動機(jī)的動力或切斷車輛的負(fù)載而實(shí)現(xiàn)。 (4) 實(shí)現(xiàn)車輛的進(jìn)退。不管是運(yùn)輸工況，還是牽引工況，車輛隨時都面臨需要變換方向的可能，但因發(fā)動機(jī)不能夠反向旋轉(zhuǎn)，只能一直朝一個方向旋轉(zhuǎn)，因此車輛的前進(jìn)、倒退只能依靠變速箱換擋以改變轉(zhuǎn)向來實(shí)現(xiàn)。 對變速箱的要求，除一般便于制造、使 用、維修以及質(zhì)量輕、尺寸緊湊外。主要還有以下幾點(diǎn)： (1) 換擋操縱輕便、靈活、準(zhǔn)確。 (2) 要求變速箱結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，噪聲小，傳動效率高。 (3) 變速箱要有足夠的擋位數(shù)，包括空擋和倒擋，以保證車輛具有良好的生產(chǎn)率、動力性與經(jīng)濟(jì)性。 (4) 要避免自動脫擋、跳擋、運(yùn)動干涉等不良現(xiàn)象的發(fā)生。 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，也是由于各國推土機(jī)的使用、制造、修理等條件所決定的。 各種結(jié)構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這些優(yōu)缺點(diǎn)隨著主 觀和客觀條件變化而變化。因此，設(shè)計(jì)時應(yīng)深入實(shí)際，收集資料，調(diào)查研究，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，并盡可能考慮到產(chǎn)品系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，最后決定較合適的方案 [12]。 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：此處沒有設(shè)計(jì)單獨(dú)的倒擋軸，主要是因