【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生產(chǎn)企業(yè)對(duì)高質(zhì)量、高水平、高效率的 液力傳動(dòng)變速箱 的需求越來(lái)越迫切。 液力傳動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)是機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一次比較完整的某類(lèi)機(jī)械的整體設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)的分析能力，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，掌機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，為自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)所學(xué)基本理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用，使得設(shè)計(jì)、計(jì)算 和繪圖能力都得到了全面的訓(xùn)練。 現(xiàn)代車(chē)輛動(dòng)力性能的提高和人們對(duì)車(chē)輛安全性和舒適性的要求使人們對(duì)車(chē)輛的減速制動(dòng)性能提出了更高的要求。液力傳動(dòng)變速箱高速制動(dòng)力矩大，制動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，壽命長(zhǎng)，而結(jié)構(gòu)體積較小，在現(xiàn)代車(chē)輛上得到了日益廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的研究液力傳動(dòng)變速器的方法是通過(guò)反復(fù)的試制和試驗(yàn)，需要很長(zhǎng)的時(shí)間?，F(xiàn)在使用 UG 仿真科技節(jié)省很多的時(shí)間。 研究的目的和意義 （ 1）液力傳動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)是機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一次比較完整的某類(lèi)機(jī)械的整體設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)的分析能力，樹(shù)立正確 的設(shè)計(jì)思想，掌機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，為自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。 （ 2）通過(guò)設(shè)計(jì)，把有關(guān)課題（機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液力傳動(dòng)、 CAD 技術(shù)、 UG）中獲得的理論知識(shí)在實(shí)際中綜合地加以利用，使這些知識(shí)得到鞏固與發(fā)展，使理論知識(shí)與生活本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯 2 密切地結(jié)合起來(lái)。因此，液力傳動(dòng)變速箱的設(shè)計(jì)是有關(guān)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)課后綜合性的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)。 （ 3）通過(guò)設(shè)計(jì)，熟練的應(yīng)用有關(guān)參考資料，計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖冊(cè)和規(guī)范，熟悉有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作與分工合作完成大型設(shè)計(jì)的能力和在機(jī)械整體設(shè)計(jì)方面所必備的基本技能。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 本次設(shè)計(jì)的液力傳動(dòng)變速箱是由液力變矩器和具有前進(jìn)二檔、后退二檔共四個(gè)檔位的動(dòng)力換檔變速箱組成的液力傳動(dòng)變速箱。設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括總體方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)與零部件設(shè)計(jì)、液壓控制部分設(shè)計(jì)、變速箱的三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真。液力傳動(dòng)變速箱采用單級(jí)二相三工作輪綜合式液力變矩器。液力變矩器使該液力傳動(dòng)變速箱具有液力傳動(dòng)輸出的自動(dòng)適應(yīng)性，能隨著外負(fù)載的變化而相應(yīng)改變其輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，而且要求能夠吸收和消除來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)和外負(fù)載對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊振動(dòng)。所采用的換檔方式要求帶有緩沖閥，使操縱簡(jiǎn)單、方便，起動(dòng)平穩(wěn)， 較大地減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。 除此之外，還要學(xué)會(huì)濕式多片式液力離合器的設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)液壓控制整體的油路。這樣，每個(gè)部分協(xié)調(diào)工作，構(gòu)成完整的液力傳動(dòng)變速箱。并學(xué)會(huì)用 UG 建造部件的三維造型和運(yùn)動(dòng)仿真。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)會(huì) 查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)、資料、手冊(cè)，并進(jìn)行計(jì)算和繪圖及編寫(xiě)文本。在解決工程問(wèn)題時(shí)必須有全局觀(guān)點(diǎn)、生產(chǎn)觀(guān)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)觀(guān)點(diǎn)，并樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思路和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，熟悉機(jī)電液一體化技術(shù)工作的一般程序和方法。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯 3 2 總體方案的設(shè)計(jì) 液力傳動(dòng)變速箱是由液力變矩器和具有前進(jìn)二檔、后退二檔 共四個(gè)檔位的動(dòng)力換檔變速箱組成的液力傳動(dòng)變速箱?？傮w方案的設(shè)計(jì)的是： 變速箱、液力變矩器、油泵總成、主調(diào)壓閥、溢流閥部件、操縱閥部件和離合器 。 液力傳動(dòng)變速箱采用單級(jí)二相三工作輪綜合式液力變矩器。液力變矩器使該液力傳動(dòng)變速箱具有液力傳動(dòng)輸出的自動(dòng)適應(yīng)性，能隨著外負(fù)載的變化而相應(yīng)改變其輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，而且要求能夠吸收和消除來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)和外負(fù)載對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊振動(dòng)。 主要技術(shù)參數(shù)和工作原理 驅(qū)動(dòng) 60 噸的液力傳動(dòng)變速箱主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 1）外形尺寸： 730560600mm 2）功率： 70Kw 3）轉(zhuǎn)速： 20xxr/min 4）油壓： ~ 5）力矩： 6）凈質(zhì)量： ≤400kg 7）變速要求： 四級(jí) 本次設(shè)計(jì)的液力傳動(dòng)變速箱主要利用液力變矩器配合變速箱中的齒輪實(shí)現(xiàn)換擋功能。液力變矩器由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪等構(gòu)件組成，泵輪和渦輪是一對(duì)工作組合，它們就好似相對(duì)放置的兩臺(tái)風(fēng)扇，一臺(tái)風(fēng)扇吹出的風(fēng)力會(huì)帶動(dòng)另一臺(tái)風(fēng)扇的葉片旋轉(zhuǎn)，風(fēng)力成了動(dòng)能傳遞的媒介，如果用液體代替空氣成為傳遞動(dòng)能的媒介，泵輪就會(huì)通過(guò)液體帶動(dòng)渦輪 旋轉(zhuǎn)，再在泵輪和渦輪之間加上導(dǎo)輪，通過(guò)反作用力使泵輪和渦輪之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速差就可以實(shí)現(xiàn)變速變矩了。由于液力變矩器自動(dòng)變速變矩范圍不夠大，因此在渦輪后面再串聯(lián)幾排齒輪提高效率。 液力傳動(dòng)變速箱是通過(guò)濕式多片液力離合器限制或接通齒輪組中的某些齒輪得到不同的傳動(dòng)比。所以換擋品質(zhì)的好壞與這些離合器和制動(dòng)器有直接關(guān)系。根據(jù)汽車(chē)擋次的不同，出于成本考慮，經(jīng)濟(jì)型車(chē)的液力傳動(dòng)變速箱的控制機(jī)構(gòu)通常被設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單。 結(jié)構(gòu)介紹 液力傳動(dòng)變速箱是由變速箱、液力變矩器、油泵總成、主調(diào)壓閥、溢流閥部件、操縱閥部件和離合器組成。下面逐 步介紹各個(gè)部件： （ 1） 變速箱 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯 4 本次變速箱設(shè)計(jì)選用斜齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪因其使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)平穩(wěn)和噪聲小而得到廣泛使用。 設(shè)計(jì)要求：變速箱在低檔工作時(shí)作用有較大的力，所以變速箱的低檔布置在靠近軸的后支承處，然后按照從低檔到高檔順序布置各檔位齒輪。這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證裝配容易。變速箱整體結(jié)構(gòu)剛性與軸和殼體的結(jié)構(gòu)有關(guān)系。通過(guò)控制軸的長(zhǎng)度即控制檔數(shù)，來(lái)保證變速箱有足夠的剛性。 軸的設(shè)計(jì)：輸出軸上的功率 P=70kw，轉(zhuǎn)速 n=20xxr/min ，轉(zhuǎn)距 T=70 。 （ 2） 液力變矩器 本次設(shè)計(jì)的 液力變矩器為單級(jí)二相三元性結(jié)構(gòu)，選用 沖焊型 液力變矩器。它有三個(gè)工作輪：泵輪、渦輪、導(dǎo)輪。它 直接輸入發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞扭矩和離合作用。通過(guò)泵輪將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饕后w的動(dòng)能、壓力能，再經(jīng)渦輪將液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而輸出，在這一過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)輪增加了輸出力矩。它能根據(jù)外載荷的變化自動(dòng)完成無(wú)級(jí)變矩、無(wú)級(jí)變速的平穩(wěn)傳動(dòng)，有效衰減了傳動(dòng)中的沖擊和震動(dòng)。 根據(jù)動(dòng)力機(jī)凈標(biāo)定轉(zhuǎn)速和功率： nb=ndb=20xxr/min1， Pdb=70kw。 根據(jù)液力變矩器的 零工況泵輪公稱(chēng)扭矩 Mbgo= 號(hào)為YJH315 型 （ 3）油泵總成 油泵通常安裝在變矩器的后方，由變矩器殼后端的軸套驅(qū)動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不論汽車(chē)是否行駛，油泵都在運(yùn)轉(zhuǎn)，為自動(dòng)變速器中的變矩器、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、換擋控制系統(tǒng)部分提供一定油壓的液壓油。 本次設(shè)計(jì)中，泵必須安裝在變矩器的機(jī)殼上，并靠變矩器的輸出軸來(lái)驅(qū)動(dòng)。如果把泵直接安裝在變矩器的輸出軸上，則就回使變矩器變的體積龐大，而且在工藝上也是有很大的困難。因此我們根據(jù)泵的的動(dòng)力輸入方式，可以確定使用齒輪泵，這樣實(shí)現(xiàn)起來(lái)方便而且效率高 本次設(shè)計(jì)采用的油泵型式是：月牙型的定量泵 。 （ 4）主調(diào)壓 閥、溢流閥部件 調(diào)節(jié)主回路油壓的調(diào)壓閥稱(chēng)為主調(diào)壓閥。油泵產(chǎn)生的液壓調(diào)節(jié)后形成主油路壓力，作為整個(gè)液壓系統(tǒng)中各閥的基礎(chǔ)液壓。 當(dāng)油泵把油液輸送到液壓系統(tǒng)時(shí)，油泵的輸出油壓隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加而升高，過(guò)高的油壓可能引起油泵停轉(zhuǎn)或部件損壞。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，在液壓系統(tǒng)都設(shè)有調(diào)壓閥，以調(diào)節(jié)和保持主回路的油壓，起到限壓和溢流的作用 。 （ 5）操縱閥部件 操縱閥的作用是通過(guò)控制離合器的限制或接通來(lái)實(shí)現(xiàn)換擋，微動(dòng)閥的作用是調(diào)壓。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯 5 液壓式操縱閥由總泵 (主缸 )、分泵 (工作缸 )、管路系統(tǒng)、回位彈簧等組成。具有摩擦阻力小， 傳動(dòng)效率高，質(zhì)量小，布置方便，接合柔和 (有助于降低猛接離合器時(shí)傳動(dòng)系的動(dòng)載荷 )。系統(tǒng)剛度好有助于減小自由行程，也便于遠(yuǎn)距離操縱及采用可翻傾式駕駛室等優(yōu)點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)選用液壓式操縱閥。 （ 6）離合器 本次離合器設(shè)計(jì)的要求為摩擦面多，接合平順柔和；摩擦片浸在油中工作，表面磨損小、使用壽命長(zhǎng)，故選用濕式多片液力離合器，共設(shè)計(jì)兩個(gè)離合器，即一個(gè)前進(jìn)離合器和一個(gè)倒擋離合器。 濕式多片液力離合器的結(jié)構(gòu)包括：離合器蓋、回位彈簧，滾針軸承，摩擦片等部件。主、從動(dòng)部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳遞動(dòng)力的基本結(jié) 構(gòu)，操縱閥是控制離合器限制或接通的裝置。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯 6 3 變速箱的設(shè)計(jì) 變速箱傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 總體方案的設(shè)計(jì)，首先需要知道各軸的分布情況，其次需要根據(jù)所給的參數(shù)計(jì)算出齒輪的齒數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比。圖 31 為變速箱的總體方案圖。 圖 31 總體方案圖 根據(jù)主要參數(shù)計(jì)算， m in/20xxm in rn ? ，所以可以求出各檔位之間的 傳動(dòng)比以及各個(gè)齒輪的齒數(shù)。見(jiàn)表 31。 說(shuō)明： 前進(jìn)一擋： 由輸入軸經(jīng)齒輪 2 和 8 結(jié)合，由輸出軸輸出； 前進(jìn)二擋： 由輸入軸經(jīng)齒輪 1 和 7 結(jié)合，由輸出軸輸出； 后退一擋： 由輸入軸經(jīng)齒輪 3 和 6，過(guò)中間軸，又由齒輪 5和 8，最后有輸出軸輸出； 后退二擋： 由輸入軸經(jīng)齒輪 3 和 6，過(guò)中間軸，又由齒輪 4和 7，最后有輸出軸輸出； 剎車(chē)擋： 由剎車(chē)軸，經(jīng)齒輪 9 和 10，最后控制輸出軸。 表 31 擋位齒數(shù)表 檔位參數(shù) 前進(jìn)一擋 前進(jìn)二擋 后退一擋 后退二擋 剎車(chē)擋 齒數(shù) 2Z =28 8Z =48 1Z =48 7Z =28 3Z =48 6Z =48 5Z =28 8Z =48 3Z =48 6Z =48 4Z =48 8Z =48 9Z =32 10Z =32 傳動(dòng)比（ i） 1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯 7 前進(jìn)擋設(shè)計(jì) 檔數(shù)多少影響到檔與檔之間的傳動(dòng)比比值。比值過(guò)大會(huì)造成換檔困難。一般認(rèn)為比值不宜大于 ?。因此如最大傳動(dòng)比與最小傳動(dòng)比之比值愈大，檔位數(shù)也應(yīng)愈多。對(duì)于轎車(chē)而言，由于其行駛車(chē)速高，比功率大，最高檔的后備功率也大，即最高檔的動(dòng)力因素大，所以其最高檔與起 動(dòng)檔的動(dòng)力因素間的變化范圍較小。 重型貨車(chē)的比功率更小，使用條件也更復(fù)雜，所以一般采用六檔至十幾個(gè)檔的變速箱，以適應(yīng)復(fù)雜的使用條件，從而使汽車(chē)具有足夠的動(dòng)力性和良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。 但本設(shè)計(jì)為了滿(mǎn)足使用要求，擋數(shù)設(shè)計(jì)為： 前進(jìn)為二擋 （ 1）合理選用模數(shù)：在現(xiàn)代變速箱設(shè)計(jì)中，各檔齒輪模數(shù)的選擇是不同的。但為了經(jīng)濟(jì)性和用途的要求，初選模數(shù)： m=4。 （ 2）合理選用壓力角：對(duì)于同一分度圓的齒輪而言，若其分度圓壓力角不同，基圓也就不同。當(dāng)壓力角越大時(shí)，基圓直徑就越小，漸開(kāi)線(xiàn)就越彎曲， 輪齒的齒根就會(huì)變厚，齒面曲率半徑增大，從而可以提高輪齒的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。選用壓力角為 20176。 （ 3）合理選用螺旋角：為了保證齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性、低噪聲和少?zèng)_擊，所有齒輪都要選擇較大的螺旋角，一般都在 30 左右。 （ 4）分析齒頂寬：對(duì)于正變位齒輪，隨著變位系數(shù)的增大，齒頂高也增大，而齒頂會(huì)逐漸變尖。所以必須對(duì)齒輪進(jìn)行齒頂變尖的驗(yàn)算。對(duì)于汽車(chē)變速箱齒輪，一般推薦其齒頂寬不小于 (~)m。 變速箱齒輪主要參數(shù)的計(jì)算和強(qiáng)度校核 （ 1） 計(jì)算輸入功率和各擋的轉(zhuǎn)速 假設(shè)齒輪的傳動(dòng) 效率 η=。 各軸的 轉(zhuǎn)速 為： 前進(jìn)一擋速度 ： n1=20xx/=1142r/min 前進(jìn)二擋速度： n2=20xx/=3571r/min 后退一擋速度： n3=20xx/=1142r/min 后退二擋速度： n4=20xx/=3571r/min 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯 8 剎車(chē)擋速度： n=1142? 1=1142r/min 各軸 的輸入功率為： 6 1 . 9 7 K W0 . 9 76 3 . 8 9P6 3 . 8 9 K W0 . 9 76 5 . 8 6P. 9 K ????????????剎ⅢⅡⅠP 各軸的傳遞扭矩： 2T. 8 N. M56711426 7 . 99550NP95501 ????T 式 () . 2 N. M5 1 8. 7 63 5 7 5 5 0p9 5 5 0T3???剎TMNn （ 2）參數(shù)列表 各軸的功率、轉(zhuǎn)速、所傳遞轉(zhuǎn)矩如表 32 表 32 各軸的數(shù)值 軸 參數(shù) 電機(jī)軸 I 軸 II 軸 III 軸 剎車(chē)軸 功率 P（ kw） 70 轉(zhuǎn)速 n（ r/min） 20xx 1142 1142 3571 1142 轉(zhuǎn)矩 T（ Nmm ） 334250 567800 567800 176100 518200 （ 3）各齒輪的旋向確定 為了使各軸的軸向力盡量的小，所以 2 軸上的軸向力的方向相反 ，所以 Z1,Z2,Z3 為右旋 。Z4,Z5,Z6,Z10 為左旋； Z7,Z8,Z9 為右旋 （ 4） 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) ①按設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定的傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪