【正文】 性。對(duì)比已有超越離合器的性能，通過試驗(yàn)驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。近年來，對(duì)于超越離合器的結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)也是投入了比較多的研究。它是利用主、從動(dòng)部分的速度變化或旋轉(zhuǎn)方向的變換，具有自行離合功能的裝置。并從結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合其工作過程，分析了其工作過程中盡可能的失效零部件及其失效的關(guān)鍵部位。對(duì)其工作原理方面從脫開超越結(jié)合整個(gè)循環(huán)過程入手，做了詳細(xì)的說明。螺旋式超越離合器的失效形式總結(jié)失效形式滾珠接觸疲勞磨損、沖擊破碎、壓潰、壓扁彈簧塑性變形、疲勞斷裂雙螺旋軸沖擊斷裂、扭轉(zhuǎn)變形螺紋副接觸疲勞磨損、沖擊破損滾道滑槽接觸疲勞磨損、塑性變形、破損 本章小結(jié) 本章對(duì)試驗(yàn)所要研究的螺旋式超越離合器做了詳細(xì)的介紹。相比較而言，其他零部件的部分失效計(jì)算尚未成熟，只能通過試驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)于花鍵齒部分，在這里不做失效分析。（5） 滾道滑槽：在鋼球高速運(yùn)轉(zhuǎn)，高負(fù)荷，沖擊振動(dòng)等工作狀態(tài)下，與鋼球接觸的滾道部位將產(chǎn)生接觸疲勞磨損、塑性變形、甚至產(chǎn)生破損等失效。（4） 螺紋副：超越離合器在超越過程中，將在螺紋副的作用下使得大小螺旋套螺旋結(jié)合，在完全結(jié)合的一瞬間，將受到外載荷以及慣性載荷所引起的沖擊，如此反復(fù)工作。（3） 雙螺旋軸：在超越離合器處于超越的過程中時(shí)，雙螺旋軸將與外花鍵套以及軸端零件發(fā)生軸向沖擊，并且在傳遞大負(fù)荷扭矩與瞬時(shí)過載時(shí)，會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，受到大的剪切應(yīng)力。（2） 彈簧：超越離合器在工作時(shí)，由于頻繁的正反轉(zhuǎn)，使得超越離合器脫開超越結(jié)合的過程循環(huán)持續(xù)。并且，滾珠與滾道滑槽之間是高副接觸，所以滾珠最容易出現(xiàn)的失效形式就是磨損。下面將對(duì)螺旋式超越離合器的失效情況做詳細(xì)的分析總結(jié)，從而便于確定試驗(yàn)的對(duì)象，指導(dǎo)試驗(yàn)結(jié)果的分析驗(yàn)證。這些因素都是導(dǎo)致超越離合器失效的根本條件，縮短了超越離合器的使用壽命，甚至造成不必要的工業(yè)事故[17]。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的速度波動(dòng)特性，將導(dǎo)致超越離合器的動(dòng)力源呈現(xiàn)不規(guī)則的時(shí)間特性，從而影響其使用壽命，影響整機(jī)的使用壽命[16]。 圖23 螺旋式超越離合器裝配零件 螺旋式超越離合器的失效分析 超越離合器的工作環(huán)境相對(duì)是比較惡劣的，它是裝配于液力變矩器的輸出軸與變速箱的輸入端。與此同時(shí)，花鍵軸和驅(qū)動(dòng)齒輪等零件采用高強(qiáng)度的合金鋼和良好的表面處理工藝，以此提高螺旋花鍵的疲勞強(qiáng)度和耐磨性，避免因材料缺陷對(duì)整體結(jié)構(gòu)造成影響，延長了超越離合器的使用壽命。此螺旋式超越離合器采用螺旋花鍵結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用花鍵和螺旋傳遞扭矩克服了滾柱式超越離合器高副傳遞的缺點(diǎn)，可傳遞的扭矩更大，壽命更長。圖22 螺旋式超越離合器實(shí)物圖 螺旋式超越離合器的特點(diǎn)這種螺旋式超越離合器將工作狀態(tài)（超越或結(jié)合）的選擇機(jī)構(gòu)與結(jié)合時(shí)傳遞扭矩的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相互分開。大螺旋套將在雙螺旋軸的旋合作用下，向外花鍵軸2靠近，最后緊壓在外花鍵軸上，并隨其一起轉(zhuǎn)動(dòng)，超越過程結(jié)束，此時(shí)處于結(jié)合狀態(tài)。在達(dá)到與花鍵軸2相同轉(zhuǎn)速時(shí)，達(dá)到臨界狀態(tài)。雙螺旋軸處于自由狀態(tài)。 圖21 螺旋式超越離合器結(jié)構(gòu)圖 螺旋式超越離合器的工作原理螺旋式超越離合器的工作原理：開始工作時(shí)將工作機(jī)的輸出齒輪與花鍵軸2嚙合，帶動(dòng)大螺旋套3同步轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠5安裝于大螺旋套3和小螺旋套4之間，在托架彈簧7和螺釘8的共同配合下可以在大螺旋套3和小螺旋套4之間傳遞一定轉(zhuǎn)矩。小螺旋套4內(nèi)部加工有小內(nèi)螺旋面，外部加工有半圓環(huán)槽和多個(gè)球面凹陷，小內(nèi)螺旋面與小螺旋面嚙合?；ㄦI軸2在螺旋軸1上的軸向位置通過左擋圈10來限制，左擋圈10安裝于左擋圈槽中。其組成零件： 10左擋圈螺旋軸1上設(shè)置有大螺旋面和小螺旋面。第二章 螺旋式超越離合器結(jié)構(gòu)性能分析 螺旋式超越離合器的結(jié)構(gòu)下圖介紹試驗(yàn)所選用的一種新型的螺旋式超越離合器。在總結(jié)了目前相關(guān)的發(fā)展?fàn)顩r后，對(duì)超越離合器性能試驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)做了進(jìn)一步的說明。輔助夾具設(shè)計(jì)與有限元分析：根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象及試驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)輔助試驗(yàn)夾具，并建立相應(yīng)的三維模型，并完成相關(guān)零部件的有限元分析，校核其設(shè)計(jì)的可靠性。從而確定試驗(yàn)的具體項(xiàng)目，找到合適的試驗(yàn)方法，合理的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。 超越離合器性能試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容本文的主要研究?jī)?nèi)容有：第一章論述了超越離合器研究背景，目的及意義，給出了 超越離合器的性能試驗(yàn)的原因，并討論了超越離合器的性能試驗(yàn)的發(fā)展，及其應(yīng)用，發(fā)展趨勢(shì)；第二章對(duì)螺旋式超越離合器的結(jié)構(gòu)及其工作原理特點(diǎn)、失效分析等方面的討論；第三章針對(duì)分析超越離合器的失效形式，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做了詳細(xì)的試驗(yàn)方案；第四章對(duì)螺旋式超越離合器試驗(yàn)臺(tái)硬件、軟件及其輔助夾具各組成零部件及要求等方面做了介紹；第五章對(duì)試驗(yàn)輔助夾具箱體，軸等零件做了相關(guān)的有限元分析，驗(yàn)證其強(qiáng)度、剛度等結(jié)構(gòu)性能參數(shù)。而新研發(fā)的螺旋式超越離合器，從結(jié)構(gòu)上分析其特點(diǎn)，它具有面接觸，傳遞扭矩大、磨損補(bǔ)償、承載能力高，各零部件各司其職，壽命高，結(jié)構(gòu)工藝性好，工作平穩(wěn)，壽命長，批量生產(chǎn)成本低，維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的超越離合器雖然基本上能夠滿足工作需求，但是各自都存在一定不足之處。原因是超越離合器在工作過程中，常處于脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下，其零部件在循環(huán)載荷作用下易產(chǎn)生疲勞破壞。超越離合器工作時(shí)是利用主、從動(dòng)軸的速度差或旋轉(zhuǎn)方向的變換，具有自行結(jié)合，脫開的功能。通過試驗(yàn)分析螺旋式超越離合器各方面的性能，從而指導(dǎo)我們對(duì)其結(jié)構(gòu)原理方面的新突破，為超越離合器的檢修提供了可靠的依據(jù)，進(jìn)一步降低了成本。研究并構(gòu)建超越離合器性能試驗(yàn)臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種超越離合器的試驗(yàn)，測(cè)試其性能參數(shù)，以檢驗(yàn)超越離合器各性能參數(shù)是否滿足有關(guān)技術(shù)要求的規(guī)定；并自動(dòng)記錄相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而借助相關(guān)軟件進(jìn)行分析處理，最后將數(shù)據(jù)、特性曲線等試驗(yàn)結(jié)果通過報(bào)表打印輸出。 超越離合器性能試驗(yàn)研究目的和意義 超越離合器性能試驗(yàn)研究目的超越離合器是ZL50裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其工作性能的優(yōu)劣將直接影響到整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的總體性能，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度將關(guān)系到整車的質(zhì)量。相關(guān)資料對(duì)超越離合器的試驗(yàn)臺(tái)介紹也是比較少的，所以超越離合器測(cè)試平臺(tái)有待進(jìn)一步開發(fā)。超越離合器試驗(yàn)臺(tái)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電液控制系統(tǒng)，其基本模塊涉及到學(xué)科領(lǐng)域有自動(dòng)控制、傳感檢測(cè)、流體力學(xué)、液壓傳動(dòng)、傳熱學(xué)、計(jì)算機(jī)及PLC應(yīng)用等。 超越離合器性能試驗(yàn)研究發(fā)展趨勢(shì)由于超越離合器的受載和工作環(huán)境的復(fù)雜性，所搜集的資料中很難查閱到有關(guān)超越離合器的綜合性能試驗(yàn)的詳細(xì)信息。而到目前為止，在國外超越離合器已經(jīng)是成熟的產(chǎn)品。早在20世紀(jì)70年代，美國航空宇航局開始對(duì)高速超越離合器進(jìn)行研究。Cheon GillJeong通過相關(guān)研究，驗(yàn)證了超越離合器對(duì)齒輪傳動(dòng)過程中非線性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)具有削弱作用，并介紹了相關(guān)的驗(yàn)證方法，提出了在齒輪系統(tǒng)雙側(cè)安裝超越離合器的減振作用比只在輸入或輸出端單側(cè)效果更好。Chesney對(duì)單向斜撐超越離合器的加工制造和安裝調(diào)試進(jìn)行了詳細(xì)地分析，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)分析方程。 超越離合器性能試驗(yàn)國外研究現(xiàn)狀國外對(duì)超越離合器的研究比較早，目前已經(jīng)有了較為深層次的研究，并且大多都偏向于實(shí)際應(yīng)用的研究，而且都取得了一定的成績(jī)。近些年來，隨著計(jì)算機(jī)、電子元器件的普及，企業(yè)及部分高校也開始研發(fā)基于微機(jī)控制的新型試驗(yàn)臺(tái)。并且，他們所研究的超越離合器主要適用于非汽車、航空領(lǐng)域，而且因?yàn)槠髽I(yè)規(guī)模小、研究水平低，實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施受限制等原因，所以試制的產(chǎn)品水平較低。但從總體上來說，國內(nèi)對(duì)超越離合器的研究還是相對(duì)少。 超越離合器性能試驗(yàn)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 超越離合器性能試驗(yàn)國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)對(duì)于超越離合器的研究起步比較晚，研究主要集中在工作原理、工作特性、結(jié)構(gòu)改進(jìn)、數(shù)學(xué)建模等方面，研究?jī)?nèi)容大都偏于介紹和理論描述，研究的深度一般，缺乏相關(guān)通用設(shè)計(jì)方法的研究，應(yīng)用實(shí)例的研究也比較少[6,7,8]。從而，提高其使用壽命，改善其動(dòng)力特性。在傳動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，其工作環(huán)境差，易偏載且受交變載荷作用，屬于易疲勞件。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，影響其傳動(dòng)系統(tǒng)使用壽命最重要的零部件之一是超越離合器[1]。超越離合器性能試驗(yàn)方法與裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄摘 要 IABSTRACT II第一章 緒論 3 超越離合器性能試驗(yàn)研究背景 3 超越離合器性能試驗(yàn)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 超越離合器性能試驗(yàn)國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 超越離合器性能試驗(yàn)國外研究現(xiàn)狀 4 超越離合器性能試驗(yàn)研究發(fā)展趨勢(shì) 4 超越離合器性能試驗(yàn)研究目的和意義 5 超越離合器性能試驗(yàn)研究目的 5 超越離合器性能試驗(yàn)研究意義 5 超越離合器性能試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容 5 本章小結(jié) 6第二章 螺旋式超越離合器結(jié)構(gòu)性能分析 7 螺旋式超越離合器的結(jié)構(gòu) 7 螺旋式超越離合器的工作原理 8 螺旋式超越離合器的特點(diǎn) 9 螺旋式超越離合器的失效分析 9 本章小結(jié) 11第三章 螺旋式超越離合器性能試驗(yàn)方法設(shè)計(jì) 12 螺旋式超越離合器試驗(yàn)?zāi)康?12 螺旋式超越離合器試驗(yàn)原理 12 螺旋式超越離合器試驗(yàn)項(xiàng)目及要求 12 靜態(tài)性能試驗(yàn) 13 疲勞試驗(yàn) 14 19 本章小結(jié) 20第四章 超越離合器性能試驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì) 21 試驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì) 21 超越離合器試驗(yàn)臺(tái)輔助裝置設(shè)計(jì) 22 輸入齒輪軸的設(shè)計(jì) 22 Pro/E三維建模設(shè)計(jì) 26 輔助件總體裝配設(shè)計(jì) 29 本章小結(jié) 30第五章 超越離合器輔助夾具有限元分析 32 箱體模態(tài)分析 32 輸入軸靜力學(xué)分析 37 靜力學(xué)分析定義 37 軸的靜力學(xué)分析過程 37 本章小結(jié) 41第六章 總結(jié)與展望 42 工作總結(jié) 42 研究展望 42參 考 文 獻(xiàn) 43致 謝 45第一章 緒論 超越離合器性能試驗(yàn)研究背景隨著機(jī)械工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)動(dòng)力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的高速，高效，穩(wěn)定性的需求不斷的提高，研究如何提高動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能、壽命是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。尤其針對(duì)當(dāng)今普遍使用的礦山機(jī)械，其傳遞動(dòng)力的過程更需要研究分析。它是用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間或者機(jī)器內(nèi)部主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間動(dòng)力傳遞與分離功能的重要部件[2,3]。因此，對(duì)于其結(jié)構(gòu)特性及工作性能，使用壽命的試驗(yàn)研究能更好的指導(dǎo)我們?cè)O(shè)計(jì)，研發(fā)更經(jīng)濟(jì)，更可靠的動(dòng)力控制器件[4]。為此，針對(duì)ZL50裝載機(jī)的超越離合器的性能，我們進(jìn)行失效分析，試驗(yàn)研究