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正文內(nèi)容

zl20裝載機(jī)行星式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書(編輯修改稿)

2024-08-29 22:53 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 端面重合度縱向重合度=00總重合度=參照同類機(jī)型, ZL20裝載機(jī)的行星動(dòng)力換擋變速箱結(jié)構(gòu) 該變速箱由行星傳動(dòng)部分和一對(duì)定軸傳動(dòng)齒輪組成,可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)后退檔。行星部分有兩個(gè)行星排,兩行星排的太陽(yáng)輪、行星輪、齒圈的齒數(shù)相等。兩個(gè)行星排的太陽(yáng)輪制成一體,通過花鍵和輸入軸連接,輸入軸則通過兩個(gè)滾珠軸承支撐在箱體上,每個(gè)滾珠軸承限制一個(gè)方向的軸向位移。太陽(yáng)輪又通過花鍵和閉鎖離合器的主動(dòng)軸相連接。前行星排齒圈、后行星排行星架、閉鎖離合器的從動(dòng)鼓相互之間通過花鍵連成一體,是行星變速部分的輸出軸。后行星排行星架和太陽(yáng)輪之間有一個(gè)滾珠軸承支承;前行星排行星架通過一個(gè)滾珠軸承支承載輸入軸上。前行星排行星架和后行星排齒圈上分別設(shè)有制動(dòng)器。前排行星架上的制動(dòng)為倒檔制動(dòng)器,后排齒圈上的制動(dòng)器為低檔制動(dòng)器,它們通過花鍵齒與制動(dòng)的旋轉(zhuǎn)摩擦片相連接。制動(dòng)器的固定摩擦片,通過固定在變速箱殼體上的銷釘導(dǎo)向,并傳力給殼體,制動(dòng)器摩擦片的壓緊靠油缸活塞。制動(dòng)器分離時(shí)的活塞回位靠沿圓周布置的分離彈簧。閉鎖離合器的主動(dòng)摩擦片有兩片,它們與離合器主動(dòng)軸通過螺釘相連接。主動(dòng)片為彈性片,允許變形的軸向移動(dòng),以實(shí)現(xiàn)結(jié)合和分離。閉鎖離合器的被動(dòng)鼓分為前、后兩塊,和主動(dòng)傳動(dòng)齒輪三者用螺釘連成一體,通過兩個(gè)滾珠軸承支承在殼體上,兩個(gè)滾珠軸承各限制一個(gè)方向的移動(dòng)。 離合器從動(dòng)片只有一片,因?yàn)閺膭?dòng)鼓的一側(cè)和離合器的壓緊活塞都作為被動(dòng)摩擦片來(lái)傳力。被動(dòng)片通過銷釘導(dǎo)向,并傳力給被動(dòng)鼓。離合器靠油壓推動(dòng)活塞來(lái)壓緊結(jié)合,分離時(shí)活塞靠碟形分離彈簧分離。變速箱前輸出軸通過兩個(gè)滾珠軸承支承在殼體上,每個(gè)軸承限制一個(gè)方向的移動(dòng)。軸上通過花鍵固定著被動(dòng)傳動(dòng)齒輪。后輸出軸一端支承在輸出軸的端孔滑動(dòng)軸承上,另一端支承在滾珠軸承上,滾珠軸承起定位作用,限制兩個(gè)方向的軸向移動(dòng)。后輸出軸上有滑套,移動(dòng)滑套可以使后橋驅(qū)動(dòng)切斷和結(jié)合,該機(jī)構(gòu)稱為脫橋機(jī)構(gòu)。在對(duì)各基本構(gòu)件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后,就應(yīng)該對(duì)該行星齒輪傳動(dòng)的各個(gè)齒輪進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。在驗(yàn)算行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度時(shí),其基本的原始參數(shù)為:齒輪的材料及其力學(xué)性能和熱處理,齒數(shù)比。幾何參數(shù)、和等。行星齒輪傳動(dòng)的承載能力一般是由其齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度條件來(lái)決定的。軟齒面(HB≤350)鋼制齒輪的承載能力主要取決于齒面的接觸強(qiáng)度,故通常先按齒面接觸強(qiáng)度,即先按其初算公式(42)確定其主要幾何參數(shù);然后按齒根彎曲強(qiáng)度公式(510)進(jìn)行驗(yàn)算。而硬齒面(HB350)鋼制齒輪的承載能力主要取決于齒面的彎曲強(qiáng)度,故通常先按齒面彎曲強(qiáng)度,即先按其初算公式(43)計(jì)算齒輪的模數(shù);然后按齒根接觸強(qiáng)度條件公式(56)進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)于長(zhǎng)期工作的行星齒輪傳動(dòng),應(yīng)對(duì)其各個(gè)嚙合齒輪副分別按公式(56)驗(yàn)算其齒面接觸強(qiáng)度和按公式(510)驗(yàn)算其齒根彎曲強(qiáng)度。而對(duì)于具有短期間斷工作特點(diǎn)的行星齒輪傳動(dòng),僅需按公式(510)進(jìn)行其齒根彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算。齒面接觸強(qiáng)度的校核計(jì)算時(shí),取節(jié)點(diǎn)和單對(duì)齒嚙合區(qū)內(nèi)界點(diǎn)的接觸應(yīng)力中的較大值,而小齒輪和大齒輪的許用接觸應(yīng)力要分別計(jì)算。下列公式適用于斷面重合度。 齒面接觸應(yīng)力在行星齒輪傳動(dòng)的嚙合齒輪副中,其齒面接觸應(yīng)力可按下式[3]計(jì)算,即 (51) (52) besZZZZEH=H0 (53)式中——?jiǎng)虞d系數(shù),由式(657);——使用系數(shù),由表67,——計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù),取1;——計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù),查表69,取1;——計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷分配不均勻系數(shù),;——計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值(N/mm2);——端面內(nèi)分度圓上的名義切向力,可按公式(62)式中——嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩,422Nm,—小齒輪分度圓直徑65mm,求得=12985N。——小齒輪分度圓直徑,,。——工作齒寬,值齒輪副中的較小齒寬,,取60mm?!X數(shù)比,;其中ac齒輪副=32/13=, bc齒輪副=58/13=——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),由公式(661)及圖69,;——彈性系數(shù),mmN;——重合度系數(shù),;——螺旋角系數(shù),直齒輪=1,=0;式中,“+”用于嚙合,“”用于嚙合。將相關(guān)數(shù)據(jù)分別代入式(51)(52)(53)得:c齒輪副=, bc齒輪副。許用接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算,即= (54)式中 ——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度,/,查圖614(a)取MQ線,得=1500/;——計(jì)算接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù),;——計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù),查表612,ac齒輪副、bc齒輪副均取1;——潤(rùn)滑劑系數(shù),——速度系數(shù),——粗糙度系數(shù),;——工作硬化系數(shù),由式(668);——接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù),查表615取1。將數(shù)據(jù)代入式(54)得許用接觸應(yīng)力。強(qiáng)度條件校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件:大、小齒輪的計(jì)算接觸強(qiáng)度應(yīng)力中的較大值均應(yīng)不大于其相應(yīng)的許用接觸應(yīng)力,即≤ (56)所以符合齒面接觸強(qiáng)度要求。 齒根應(yīng)力在行星齒輪傳動(dòng)的嚙合齒輪副中,其齒根應(yīng)力可按下式計(jì)算,即= (57) (58)式中、——意義同前;——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù),由式(660)得1;——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù),查表69得1;——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷分配不均勻系數(shù),由式(712) ;——齒根應(yīng)力的基本值,/,對(duì)大、小齒輪應(yīng)分別確定;——載荷作用于齒頂時(shí)的齒形系數(shù),由圖622知,,;——載荷作用于齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù),由圖624知,,;——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù),由式(675),;——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的螺旋角系數(shù),由式(676)得1;b——工作齒寬,mm,取60mm;將相關(guān)數(shù)據(jù)分別代入式(57)(58)得:c齒輪副太陽(yáng)輪=310,行星輪=305;bc齒輪副行星輪=490,齒圈=411。 許用齒根應(yīng)力可按下式計(jì)算,對(duì)大、小齒輪應(yīng)分別確定。= (59)式中——試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限,/,有圖629(a)取MQ線得=420/;——試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù),采用本書的 值時(shí),取=——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù),查表616取1;——相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù),取1;——相對(duì)齒根表面狀況系數(shù),;——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù),;——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù),見表611。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(59)得,大、。 強(qiáng)度條件校核齒根應(yīng)力的強(qiáng)度條件為計(jì)算齒根應(yīng)力應(yīng)不大于許用齒根應(yīng)力,即≤ (510)因計(jì)算的最大值=490≤=,所以符合齒根彎曲強(qiáng)度要求。⑴、太陽(yáng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 高度變位圓柱直齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸,技術(shù)要求:進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)后表面淬火,齒面硬度為46~55HRC,材料為35CrMo。⑵、行星輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 高度變位圓柱直齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸,技術(shù)要求:進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)后表面淬火,齒面硬度為46~55HRC,材料為35CrMo。⑶、行星輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用空心軸,材料選用40Cr。行星輪軸主要受剪切應(yīng)力,可用下式[1]計(jì)算: (511)式中:—行星輪軸上的總扭矩, =3560000Nmm;—許用剪切應(yīng)力,40Cr的屈服極限=785MPa,所以=;n—行星齒輪個(gè)數(shù),為3;—太陽(yáng)輪與行星輪中心距=。將數(shù)據(jù)代入(72)得=,圓整取=16mm。⑷、軸承的選擇行星輪與行星輪軸之間裝有滾針軸承,該滾針軸承選為沒有套保護(hù)的滾針軸承。滾針數(shù)的確定[1]:作為滾針軸承外圈的行星輪內(nèi)孔,滾針直徑一般不小于齒輪內(nèi)孔的10%,在4~5mm之間,此設(shè)計(jì)取d=4mm,則:式中:—實(shí)際行星輪軸計(jì)算直徑,mm;—行星輪軸的直徑,mm;—滾針與行星輪軸之間間隙。所以:=式中:—滾針軸承直徑,mm; d—滾針直徑,mm。所以:=+4=又因:式中:f—,Z—滾針數(shù),k—正弦系數(shù)。則:=176。所以:z=,取每個(gè)行星輪上的滾針數(shù)z=16。 定軸傳動(dòng)齒輪強(qiáng)度校核分齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。計(jì)算應(yīng)力[1]:小齒輪: (512)大齒輪: (513) 式中:式中——?jiǎng)虞d系數(shù),;——使用系數(shù),——接觸強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù),取1;——接觸強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù),取1;——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),由式(),;——彈性系數(shù),由式(),;——接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)與螺旋角系數(shù),;——端面內(nèi)分度圓上的名義切向力,可按公式式中——嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩,1655Nm,—小齒輪分度圓直徑258mm,求得=12829N;——齒數(shù)比,;——小齒輪分度圓直徑,,查本次說(shuō)明書表為258mm;b——工作齒寬,值齒輪副中的較小齒寬,,取40mm。將數(shù)據(jù)代入式(512)(513)得大小齒輪的計(jì)算應(yīng)力均為=。許用應(yīng)力: (514)式中:—實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限,,取MQ線得1500;—接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù),;—潤(rùn)滑油膜影響系數(shù),;—工作硬化系數(shù),;—接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù),;—最小安全系數(shù)。.將數(shù)據(jù)代入式(514)得=1332。強(qiáng)度條件校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件:大、小齒輪的計(jì)算接觸強(qiáng)度應(yīng)力中的較大值均應(yīng)不大于其相應(yīng)的許用接觸應(yīng)力,即≤ 。最大= ≤ =1332,符合齒面接觸強(qiáng)度要求。計(jì)算應(yīng)力 ( 515)式中:—抗彎強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù),由式();—抗彎強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù),;—復(fù)合齒形系數(shù),;—抗彎強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù)。將數(shù)據(jù)代入式(515)得 =。許用應(yīng)力 (516)式中:—齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值,;—抗彎強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù),;—相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù),,;—相對(duì)齒根表面狀況系數(shù),;—抗彎強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù),;—最小安全系數(shù),;將數(shù)據(jù)代入式(516)=393。強(qiáng)度條件校核齒根應(yīng)力的強(qiáng)度條件為計(jì)算齒根應(yīng)力應(yīng)不大于許用齒根應(yīng)力,即≤ (517)計(jì)算齒根應(yīng)力 =≤ =393,所以符合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度要求。換擋摩擦元件有換擋制動(dòng)器和閉鎖離合器。行星變速箱中直接檔,換擋用閉鎖離合器,其他換擋則用換擋制動(dòng)器。換擋摩擦元件最通用的是片式制動(dòng)器和片式離合器,其有干式和濕式兩種,動(dòng)力換擋采用濕式。⑴、對(duì)摩擦材料的要求:摩擦系數(shù)穩(wěn)定,有一定的強(qiáng)度,導(dǎo)熱性能良好,耐磨損。為達(dá)到上述要求,廣泛采用:外摩擦片通常采用65Mn鋼做成平鋼片,為了耐磨,表面硬度不低于HRC40,厚2~6mm,本次設(shè)計(jì)取4mm;內(nèi)摩擦片用厚2~3mm的45號(hào)鋼或65Mn鋼的鋼片,在其上燒結(jié)鋼基粉末冶金襯面,~,~,本次設(shè)計(jì)取4mm,在粉末冶金襯面上開有網(wǎng)格形油槽。⑵、為了把潤(rùn)滑油通到摩擦片上,在內(nèi)傳動(dòng)鼓上開有許多小孔如圖61,這些小孔應(yīng)按梅花形排列以便向摩擦片均勻供油,同是使摩擦片易于分離。⑶、通常內(nèi)傳動(dòng)鼓與內(nèi)摩擦片是齒形花鍵連接,而外傳動(dòng)鼓與外摩擦片則有的用齒形花鍵連接,有的采用導(dǎo)銷連接,多用在制動(dòng)器的外摩擦片與變速器殼體的連接如圖61,有的是在外傳動(dòng)鼓上開有方形直槽,外摩擦片上有方形突起,嵌在外傳動(dòng)鼓的方形直槽中來(lái)實(shí)現(xiàn)連接,及矩形花鍵。后者因加工簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且便于排油,故應(yīng)用較多,本次設(shè)計(jì)采用矩形花鍵連接。⑷、壓緊盤和止推盤須較厚,有足夠的剛度,這樣可使摩擦片承壓均勻,且止推盤得中央突起部伸在彈簧卡環(huán)不致松脫。⑸、為了保證分離徹底,有的離合器摩擦片間加螺旋彈簧。⑴、離合器施壓有兩種方式:活塞施壓和油缸施壓;此次設(shè)計(jì)采用活塞施壓。⑵、離合器的分離靠恢復(fù)彈簧,本次設(shè)計(jì)制動(dòng)器采用螺旋彈簧,閉鎖離合器采用碟片彈簧分離。⑶、旋轉(zhuǎn)油缸的結(jié)構(gòu)上必須有防止活塞相對(duì)油缸轉(zhuǎn)動(dòng)的措施。方法是在油缸上裝導(dǎo)銷,活塞靠導(dǎo)銷導(dǎo)引,壓鍵盤與外鼓以矩形花鍵連接。⑷、油缸須有一定厚度,本次設(shè)計(jì)取12mm,如果剛度不足發(fā)生彈性變形,則離合器拖宕困難,且易漏油,此外,活塞上應(yīng)設(shè)有拆卸活塞的工藝孔。⑸、油缸活塞的密封既要密封性好,又要摩擦力小。為此本次設(shè)計(jì)采用矩形橡膠密封圈。⑹、油缸、活塞的材料采用灰鑄鐵HT200,表面光潔度▽7~▽8。.作用在片式離合器上的摩擦力矩[7]: (61)式中:—片式離合器傳遞的最大扭矩,根據(jù)傳動(dòng)系的計(jì)算載荷確定==11266=1266Nm?!獌?chǔ)備系數(shù),對(duì)液力機(jī)械傳動(dòng)的動(dòng)力換擋變速箱中的換擋離合器可取β=~,取β=;—摩擦片間摩擦系數(shù),銅基粉末冶金和銅在油中工作取=~,取=;—摩擦片的平均比壓,對(duì)液力機(jī)械傳動(dòng)系而言,銅對(duì)銅基粉末冶金的許用比壓[q]=~,;—摩擦片工作寬度,(、分別為摩擦片外工作半徑和內(nèi)工作半徑),~,,得b=;—摩擦片的摩擦合力作用半徑,
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