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正文內(nèi)容

機(jī)械-zl30輪式裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-11 03:54 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的所有傳動(dòng)部件總稱為傳動(dòng)系統(tǒng) ,其功用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力按需要傳至驅(qū)動(dòng)輪和其他結(jié)構(gòu)。目前,車輛采用的傳動(dòng)系統(tǒng)有 4種類型: 機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由離合器、變速箱、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)橋等機(jī)件組成。機(jī)械傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、傳動(dòng)效率高,價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn),但也存在一系列缺點(diǎn),如:各種阻力急劇變化的工況下,發(fā)動(dòng)機(jī)易過(guò)載熄火;換擋時(shí),動(dòng)力中斷時(shí)間長(zhǎng);傳動(dòng)系受到的沖擊載荷大等 等。 液力機(jī)械傳動(dòng) 液力機(jī)械傳動(dòng)的特點(diǎn)是傳動(dòng)系統(tǒng)中裝有液力元件。液力機(jī)械傳動(dòng)能自動(dòng)根據(jù)外界阻力變化,進(jìn)行無(wú)級(jí)變速,提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率;能減少變速器檔位數(shù),簡(jiǎn)化變速箱的結(jié)構(gòu);能減小傳動(dòng)系零件的沖擊載荷;車輛起步平穩(wěn),可得到任意小的行駛速度。在液力機(jī)械傳動(dòng)中,變速箱常用動(dòng)力換擋變速箱。但是,由于采用了液力元件,液力機(jī)械傳動(dòng)傳動(dòng)效率較低。 液壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)是傳動(dòng)系統(tǒng)中裝有液壓元件(液壓泵和液壓馬達(dá))。液壓傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變速,且能保持高效率;便于操縱;簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)。但是,由于液壓元件制造精度高, 液力傳動(dòng)存在價(jià)格昂貴、可靠性差的缺點(diǎn)。 電傳動(dòng) 電傳動(dòng)系統(tǒng)的基本原理是:發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī),然后用發(fā)電機(jī)輸出的電能驅(qū)動(dòng)裝在車輪中的電機(jī)。電傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是價(jià)格高、自重大。目前僅適用于一些大功率的礦用車輛。 結(jié)論:根據(jù)以上 4種傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),考慮裝載機(jī)工作阻力急劇變化、換擋頻繁、第 6 頁(yè) 共 42 頁(yè) 速度變化范圍大、要求起步平穩(wěn)、且要求以任意小的速度行駛而獲得較大的牽引力的特點(diǎn),本設(shè)計(jì)采用液力機(jī)械傳動(dòng),其傳動(dòng)系統(tǒng)方案如圖 : ( 1)總傳動(dòng)比的確定 可由如下公式計(jì)算最低檔 總傳 動(dòng)比 : jm axm axm ax ?TgM rFi ?? ( 21) 式中 ?maxi —— 最低擋總傳動(dòng)比; maxF —— 整機(jī)最大牽引力,依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書 maxF = 103N ; maxTM 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 j? 變速器機(jī)械效率 gr —— 滾動(dòng)半徑; ? ? dg rr 1 ??? 式中 ? —— 滑轉(zhuǎn)率,取 ? =; dr —— 動(dòng)力半徑, mm; 車輪的動(dòng)力半徑可由下式計(jì)算: ? ??????? ??? ? Hdrd ( 22) 圖 ZL30裝 載機(jī)液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 第 7 頁(yè) 共 42 頁(yè) 式中 d —— 輪輞直徑,英寸; H —— 輪胎斷面高度,英寸; ? —— 車輪變形系數(shù)。 由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知輪胎規(guī)格為: ( Bd)。 目前裝載機(jī)廣泛采用低壓寬基輪胎BH=~ ,取BH=。 查相關(guān)資料可知 λ=~ , 此處 取λ =。 將各參數(shù) 代入 公 式( 23)可得: dr =。 將有關(guān) 參數(shù) 代入可得: gr =。 將相關(guān)參數(shù)代入公式( 22)得: ?maxi = 4??? = ( 2)各部件傳動(dòng)比的確定 確定各部件傳動(dòng)比的原則:為了減小傳動(dòng)系統(tǒng)中各部件的載荷,根據(jù)功率傳遞的方向,后面的 輪邊減速器 部件應(yīng)取盡可能大的傳動(dòng)比。即:先選取盡可能大的終傳動(dòng)比 fi ,然后再選取盡可能大的主傳動(dòng)比 oi ,最后由總傳動(dòng)比確定變速箱傳動(dòng)比 ki 。 但 必須考慮以下幾點(diǎn): a)fi 的大小受到輪輞直徑的限制; b)ki 的最小值受軸承允許的最高轉(zhuǎn)速及齒輪最大的允許圓周速度的限制。 根據(jù)以上原則,最終初步確定最低檔的各部件傳動(dòng)比如下: 1ki =, oi =, fi =。 驅(qū)動(dòng)橋是輪式裝載機(jī)底盤傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分,處于傳動(dòng)系統(tǒng)的末端,主要包括主傳動(dòng)器、差速器、半軸、 輪邊減速器 、橋殼等部件。其功用是增大傳動(dòng)扭矩 ,降低轉(zhuǎn)速;改變力矩的傳動(dòng)方向;保證左右驅(qū)動(dòng)輪能差速旋轉(zhuǎn);并將動(dòng)力合理地分配、傳遞至左、右驅(qū)動(dòng)輪;橋殼承受作用于路面和車架之間的垂直力和橫向力。 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求: a)保證裝載機(jī)具有較佳的動(dòng)力性,通過(guò)性和燃料經(jīng)濟(jì)性; b)保證一定必要的離地間隙; c)齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn),噪聲小,傳動(dòng)效率高; 第 8 頁(yè) 共 42 頁(yè) d)在各種 轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率; e)具有足夠的強(qiáng)度、剛度,滿足可靠性要求; f)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工工藝性好,制造容易,拆裝,調(diào)整方便; g)兼顧整機(jī)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向性等。 按工作特性可將驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式分為兩大類,即:非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí),應(yīng)該選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋;當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí),則應(yīng)該選用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。因此,前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋;后者稱為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。此外,輪式裝載機(jī)還可采用傾斜式驅(qū)動(dòng)橋。 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的特點(diǎn)是:橋殼是一根支承在左右 驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁,齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠,其廣泛用在各種車輛上。 普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋,由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠,廣泛用在各種工程機(jī)械、多數(shù)的越野汽車。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同,但是有一個(gè)共同特點(diǎn),即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁,齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。 驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在裝載機(jī)輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下,也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下,如果 單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求,可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中,通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi),也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器:越野汽車為了提高離地間隙,可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方;輪式裝載機(jī)的輪邊減速器一般為行星式,以減小其尺寸,獲得大的傳動(dòng)比,且將其安裝在輪轂內(nèi)。 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒(méi)有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的,并且彼此之間可以 做相對(duì)運(yùn)動(dòng),所以這種橋稱為斷開(kāi)式的。另外,它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配,故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段,主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上,或與脊第 9 頁(yè) 共 42 頁(yè) 梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng),相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。 汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素,而汽車簧下部分質(zhì)量的大小,對(duì)其平順性也有顯著的影 響。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小,又與獨(dú)立懸掛相配合,致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好,由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車廂傾斜,提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度,減小車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞,提高其可靠性及使用壽命。但是,由于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故這種結(jié)構(gòu)主要見(jiàn)于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上,且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車。 傾斜式驅(qū)動(dòng)橋 傾斜式驅(qū)動(dòng)橋的特點(diǎn)是:主、從動(dòng)錐齒輪的安裝軸線 并不垂直,而是相差 5176。的偏角,兩個(gè)主動(dòng)錐齒輪中的一個(gè)與左邊的從動(dòng)錐齒輪嚙合,另一個(gè)與右邊的從動(dòng)錐齒輪嚙合,從而使動(dòng)力傳給左右兩邊的從動(dòng)錐齒輪,實(shí)現(xiàn)減速增扭。 由于采用兩對(duì)錐齒輪構(gòu)成單級(jí)主傳動(dòng),錐齒輪的負(fù)荷就減少一半,錐齒輪、主傳動(dòng)及橋殼的尺寸就可以大大減小,從而提高整機(jī)的離地間隙。這對(duì)特別需要提高離地間隙的車輛很有意義。而且,這種主傳動(dòng)器中差速器動(dòng)力傳遞過(guò)程的特點(diǎn)是:傳動(dòng)軸傳來(lái)的動(dòng)力線傳給差速器,然后傳至主傳動(dòng)齒輪。差速器的受力較小,使得差速器的尺寸較小而便于布置。 由于傾斜式驅(qū)動(dòng)橋多采用了一對(duì)錐齒輪及其他 零件,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,僅見(jiàn)用對(duì)離地間隙有較高要求的車輛。 結(jié)論:由于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 工作可靠,且本設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比并不大,主傳動(dòng)器的傳動(dòng)比可取小值,容易保證其離地間隙,參照國(guó)內(nèi)相關(guān) ZL30 裝載機(jī)的設(shè)計(jì) ,本設(shè)計(jì)最終選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋,其結(jié)構(gòu)如圖 : 第 10 頁(yè) 共 42 頁(yè) 圖 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 第 11 頁(yè) 共 42 頁(yè) 3 主傳動(dòng)器設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)器的功用是 改變扭矩傳遞的方向,并降低變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)速,增大 扭矩。由于裝載機(jī)在各種路面上行使和作業(yè)時(shí),要求 驅(qū)動(dòng)輪 必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速,設(shè)置一個(gè)主傳動(dòng)器后,便 可使主傳動(dòng)器前面的傳動(dòng)部件如變速箱、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小,從而可使其結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量減小。 由于差速器的外殼安裝在主傳動(dòng)器的從動(dòng)錐齒輪上 ,因此確定從動(dòng)錐齒輪尺寸時(shí)要考慮差速器的安裝,反過(guò)來(lái),確定差速器外殼尺寸時(shí), 也 要考慮差速器受主傳動(dòng)器的限制。 主傳動(dòng)器 應(yīng)滿足如下基本要求: a)所選擇的主傳動(dòng)比應(yīng)能保證裝載機(jī)有較佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性; b)外型尺寸要小,保證必要的離地間隙; c)齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn),噪音小,工 作可靠; d)保證足夠的強(qiáng)度和剛度; e)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工工藝性好,制造容易,拆裝、調(diào)整 方便。 主傳動(dòng)器結(jié)構(gòu)方案分析 主傳動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而不同。 1) 齒輪類型 按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分 類 ,主傳動(dòng)器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪傳動(dòng)、雙曲面齒輪傳動(dòng)、圓柱齒輪傳動(dòng)和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋上,主傳動(dòng)器往往采用螺旋錐齒輪傳動(dòng)或雙曲面齒輪傳動(dòng)。 ( 1) 螺旋錐齒輪 螺旋錐齒輪傳動(dòng)的齒形是圓弧齒, 其示意圖如下圖 所示。 工作時(shí) ,不是全齒上同時(shí)嚙合,而是逐漸地從一端連續(xù)平穩(wěn)地至 另一端,并且,由于螺旋角的關(guān)系,在傳動(dòng)過(guò)程中至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合, 因此傳動(dòng)平穩(wěn),承載能力強(qiáng),制造簡(jiǎn)單。螺旋錐齒輪的最小齒數(shù)可以減少到 6個(gè),與直齒錐齒輪相比可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比。但是,第 12 頁(yè) 共 42 頁(yè) 螺旋錐齒輪傳動(dòng) 工作 噪音大,對(duì)嚙合精度很敏感。所以,為了保證齒輪副的正確嚙合,必須提高支撐剛度 ,另外 螺旋錐齒輪 的潤(rùn)滑方式以及所需的潤(rùn)滑油都是一般潤(rùn)滑油 。 圖 螺旋錐齒輪傳動(dòng)示意圖 ( 2) 雙曲面錐齒輪 雙曲面錐齒輪傳動(dòng) 工作示意圖如下圖 所示。 與螺旋錐齒輪相比 , 雙曲面齒輪傳動(dòng)不僅工作平穩(wěn)性更好,彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度更高,同時(shí)還可使 主動(dòng)齒輪的軸線相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸線偏移,可 提高車輛的離地間隙。但 ,雙曲面齒輪傳遞扭矩時(shí),齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng),且齒面間壓力很大,齒面油膜很容易被破壞,必須采用含防劃傷添加劑的雙曲面齒輪油,絕不允許用普通齒輪油代替,否則將時(shí)齒面迅速擦傷和磨損,大大降低使用壽命。雙曲面錐齒輪傳動(dòng)適合于傳動(dòng)比大于 ,且輪廓尺寸有限制的場(chǎng)合 ,另外, 雙曲面錐齒輪 所需要的潤(rùn)滑油是 雙曲面錐齒輪 潤(rùn)滑專用油,價(jià)格較貴,而且消耗較大,如果不及時(shí)更新,還可能會(huì)使齒面磨損加劇,壽命降低。 圖 雙曲面齒輪示意圖 結(jié)論:參照現(xiàn)有機(jī)型的配置,并考慮主傳動(dòng)器傳動(dòng)比小 于 3,經(jīng)方案論證,本設(shè)計(jì)第 13 頁(yè) 共 42 頁(yè) 主傳動(dòng)器的齒輪選用 35186。螺 旋錐齒輪傳動(dòng)形式 。 2) 結(jié)構(gòu)形式 表 各類型減速器特點(diǎn)及其應(yīng)用 按參與傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目,可將主傳動(dòng)器分為單級(jí) 式 主傳動(dòng)器和雙級(jí) 式 主傳動(dòng)器、雙速 式 主傳動(dòng)器、雙級(jí) 式 主傳動(dòng)器配輪邊減速器等。雙級(jí) 式 主傳動(dòng)器應(yīng)用于大傳動(dòng)比的中、重型汽車。單級(jí) 式 主傳動(dòng)器應(yīng)用于轎車和一般輕、中型載貨汽車。單級(jí) 式 主傳動(dòng)器由一對(duì)圓錐齒輪組成,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 結(jié)論:經(jīng)方案論證,本設(shè)計(jì)主傳動(dòng)器采用單級(jí) 式 主 傳動(dòng) 器。 減 速 型 式 特 點(diǎn) 應(yīng) 用 單級(jí)減速 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、成本低、傳動(dòng)比一般在 7以下 中小型底盤,如 JS JS2 小反斗車、 3m 裝載機(jī) 前置錐齒輪雙級(jí)減速 可得較大傳動(dòng)比( 5~ 9,最大可達(dá) 11)和離地間隙,橋的縱向尺寸大,傳動(dòng)軸的夾角增大 較長(zhǎng)軸距的中、重型底盤,如Q QY8汽車起重機(jī) 上置錐齒輪雙極減速 傳動(dòng) 裝置布置較高,便于傳動(dòng)軸通過(guò),車身較高 多橋驅(qū)動(dòng)底盤, 如上安 QY15( SH361) PY160 平地機(jī)等 單級(jí)減速附外嚙合輪邊減速 橋的中央部分、差速器、半軸負(fù)荷減小、尺寸小、提高離地間隙 中、大型底盤,如 Z42 裝載機(jī) 單級(jí)減速附行星輪邊減速 橋中部差速器,半軸體積小,縮短橋中心到傳動(dòng)軸凸緣的距離,行星齒輪結(jié)構(gòu)緊湊,半軸與輸出驅(qū)動(dòng)軸同軸,傳動(dòng)比可達(dá) 12~ 18 工程機(jī)械和重型汽車上廣泛應(yīng)用
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