【正文】 第 4 章 變速箱關(guān)鍵構(gòu)件的校核計算 .................................................................................... 30 變速箱齒輪強度計算 ............................................................................................... 30 齒輪損壞原因及形式 .................................................................................... 30 計算斜齒輪的彎曲應(yīng)力 ................................................................................ 30 計算斜齒輪的接觸應(yīng)力 ................................................................................ 32 變速箱軸的校核計算 ............................................................................................... 35 輸入軸的校核 ................................................................................................ 35 中間軸的校核 ................................................................................................ 37 檢驗軸承的壽命 ....................................................................................................... 42 校核鍵的強度 ........................................................................................................... 43 箱體外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計及初步建模 ............................................................................... 44 本章小結(jié) ................................................................................................................... 45 結(jié) 論 .......................................................................................................................................... 46 參考 文獻 .................................................................................................................................. 47 攻讀 學士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果 .............................................................. 49 致 謝 .................................................................................................................................. 50 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題背 景 、目的及意義 近些年以來，隨著 我國國民經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展與國家“十一五”規(guī)劃綱要的成功實施，能源礦山、農(nóng)田水利、市政工程、道路交通等對高性能機械產(chǎn)品需求和要求等迅速增長與增加，使得我國工程機械行業(yè)抓住了難得的歷史機遇，順勢地不斷快速發(fā)展、成長與壯大，同時也遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。京滬高鐵總投資 2200 億元，其中基建占到 1000 億元，工程機械采購規(guī)模大約為 209 億元，平均每年的采購額約為 42 億元，不言而 喻高鐵對工程機械的需求量是非常大的。工程機械將再一次面對發(fā)展的 機遇 。另外， 作為牽引式工程機械的典型代表 —— 履帶推土機，較一般的推土機能夠適應(yīng)更多的工況，它追求的是速度與負荷之間的自適應(yīng)能力、降低比油耗、提高作業(yè)生產(chǎn)率，充公利用發(fā)動機功率，即追求最大的作業(yè)生產(chǎn)率、經(jīng)濟性、動力性，也就是說能夠使發(fā)動機功率得到充分發(fā)揮，使傳動系統(tǒng)應(yīng)有較高的效率，使整機有較好的作業(yè)生產(chǎn)率，而這一切的關(guān)鍵之一，推土機傳動系統(tǒng)地位著舉重若輕 [4]。 履帶推土機主傳動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) 5 個前進擋和 4 個倒退擋，并可通過轉(zhuǎn)向差速器實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動，此課題的目的就是在了解工程機械人力換擋變速器 的基本原理、特點、及國內(nèi)外最新發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計履帶推土機傳動系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)，實現(xiàn) 5 進4 退，并且用 PRO/E 軟件工具進行三維模型繪制和裝配關(guān)系分析，后期可用 相關(guān) 軟件對重要受力構(gòu)件進行強度模擬分析。 履帶推土機國內(nèi)外各種傳動系統(tǒng)研究狀況 哈爾濱工程大學學士學位論文 2 目前當下，現(xiàn)有推土機傳動系統(tǒng)一般主要有四種，分別是機械式傳動系統(tǒng)、液力機械傳動、液壓傳動系統(tǒng)、電傳動系統(tǒng)。根據(jù)對推土機的使用性能要求，無論推土機使用何種傳動方式，其最終的目的都只有一個，那就是最大限度地提高推土機動力性和燃油經(jīng)濟性，保證推土機有最大生產(chǎn)率。 機械式傳動系統(tǒng)主要由主離合器、人力換擋變速箱或液壓動力換擋變速箱組成。并且，為了使人們在 用的時候能夠不用費多大的力氣，用主離合器，就經(jīng)常采用液壓動力來進行控制它，這與采用濕式離合器不謀而合，極大地便于布置；人力換擋變速箱，顧名思義，就是采用嚙合套，通過人的力量來控制換擋裝置。 液力機 械傳動系統(tǒng)下屬又可以分為三類形式：第一種是由變矩器和動力換擋變速箱組合而得。它的轉(zhuǎn)速能夠隨著阻力自動變化，從而使得換擋過程較柔和，能高效率的利用發(fā)動機的功率，不容易熄火，且整機牽引性能也得到一定程度的改善，但是仍存在一定的換擋沖擊 [6]。液壓動力換擋操縱輕便，對駕駛者要求不是很高，性能好。第二種是在上一種的基礎(chǔ)上的變矩器加上一個閉鎖離合器，可以認為是第一種的第二代系統(tǒng)，其為了克服第一代變矩器效率低的缺點，目前主要有以下的解決措施： (1) 利用很多東西整合在一起的變矩器。第三種又是在第二種的基礎(chǔ)上改進，將其中的換擋變速箱改為自動，具體辦法是在帶閉鎖離合器的變矩器和動力換擋變速箱基礎(chǔ)上加上電子自動換擋控制系統(tǒng)，該裝置能根據(jù)負荷變化進行自動換擋，與此同時采用電子控制調(diào)壓閥 （ ECMV） 進行換擋的品質(zhì)控制，使換擋更加趨于平穩(wěn)，沖擊振動更加小 [7]。 液壓傳動系統(tǒng)：發(fā)動機功率所有都是 用來使用到的那些液壓機構(gòu)部件、裝置。另外使用此種傳動系統(tǒng)能夠輕易實現(xiàn)左右兩邊的履帶可以左邊運動右邊不動或是右邊運動左邊不動或是兩邊都工作、可以實現(xiàn)在一個位置就能夠轉(zhuǎn)彎以致改變方向和通過開動機器利用發(fā)動機來進行轉(zhuǎn)向，以便液壓推土機更加適應(yīng)各種不同的、復(fù)雜的作業(yè)的工況需求。液壓傳動系統(tǒng)具有自動無級變速功能，可以根據(jù)外界載荷、推土機的行駛速度大小變化自動改變現(xiàn)在的速度來達到最佳狀態(tài)。 最后一種傳動系統(tǒng)是電傳動系統(tǒng)，即先把內(nèi)燃機的運動的機械能通過一些運動機構(gòu)之后轉(zhuǎn)化成電能，再通過傳達轉(zhuǎn)換過來的電能來傳遞需要的動力，由電能最后 再轉(zhuǎn)化為運動的機械能的傳動系統(tǒng)。其優(yōu)點是：電動機和發(fā)電機之間用柔性電纜連接，通過比較顯然可知，鋪設(shè)電纜線明顯比液壓管道更為方便；調(diào)節(jié)的特性好，和微電子技術(shù)的關(guān)聯(lián)程度非常高，可以得到很多不同的牽引特性曲線，可以方便的實現(xiàn)自動控制及遙控，具有較好地發(fā)展前景；能使發(fā)動機在有利工況下穩(wěn)定運行，油耗低、排放污染小、壽命長。電力傳動裝置很早就用于柴油機電動船舶和內(nèi)燃機車上，后又用于大噸位礦用載重汽車和某些大型工程機械（包括推土機）上 [8]。 從以上對各形式傳動系統(tǒng)的描述可知，最有前景的一種是液壓傳動系統(tǒng)，而目前我國大部分推土機是液力機械傳動系統(tǒng)式，此項技術(shù)比較成熟，而使用液壓傳動就相對較少，且技術(shù)不完整，核心技術(shù)還沒有掌握，且問題 較多。 本論文的主要內(nèi)容 本課題為履帶推土機傳動系統(tǒng)設(shè)計，目標是實現(xiàn) 5 個前進擋與 4 個倒退擋。具體內(nèi)容如下： (1) 了解現(xiàn)有履帶推土機傳動系統(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)計要求確定至少兩個履帶推土機主傳動系統(tǒng)方案，最終通過比較選擇比較合理的設(shè)計方案，并繪制結(jié)構(gòu)簡圖。 (3) 設(shè)計支撐整個傳動系統(tǒng)的箱體結(jié)構(gòu)。 (5) 應(yīng)用三維制圖軟件 PRO/E，進行主要零件三維實體建模，裝配及運動仿真。而本設(shè)計的重點就是人力換擋變速箱。 履帶推土機傳動系統(tǒng)總體設(shè)計 履帶推土機傳動系統(tǒng)由于此處需實現(xiàn)多個擋位的前進與后退，根 據(jù)國內(nèi)履帶推土機傳動系統(tǒng)的發(fā)展情況及其各類傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點，本設(shè)計采用機械式傳動系統(tǒng)實現(xiàn)本設(shè)計要求。擬有兩套變速箱 總體方案如圖 所示： (a)方案 1 哈爾濱工程大學學士學位論文 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，即實現(xiàn)倒擋。該方案中所有傳動齒輪均是常嚙合的。 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，沖擊會比較嚴重，且效率低，噪音大，耐久性不長，經(jīng)濟性不高；而方案 (2)利用嚙合套或是同步器換擋，能夠輕便實現(xiàn)換擋，沖擊小，效率高，不易損壞，只是相對比較復(fù)雜。 下面把其各擋傳遞路線 詳細地 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 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。本設(shè)計就是要確定這 16 個齒輪、 3 根軸、同步器、箱體及它們的相互位置關(guān)系。 表 傳動系統(tǒng)最終實現(xiàn)擋位及其速度（ km/h） 擋位 1 2 3 4 5 前進擋 7 倒退擋 —— 表 所選發(fā)動機參數(shù) 發(fā)動機 型號 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 最大扭矩 參數(shù) G128ZG2 1850r/min 854N為了防止發(fā)動機熄火，最低擋總傳動比應(yīng)滿足的條件是： 對于履帶機械 ? ?m a x 0 1 1ekM M i Pr ???? ? （ 23） 式中： maxeM 為發(fā)動機最大輸出轉(zhuǎn)矩； 0M 為發(fā)動機驅(qū)動輔助裝置（油泵、風扇等）消耗的轉(zhuǎn)矩； 1? 前進 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。 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。 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學士學位論文 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]。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，但不能影響整機寬度，且要使輪邊傳動裝置結(jié)構(gòu)上能夠包容。 當 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。 借鑒現(xiàn)有的機械： 取33331550071912551250.i.iof????? 再由： ofk iiii??? 分別計算得變速箱的 ki ： 前 進 5 擋分別為： 、 、 、 、 倒退 4 擋分別為： 、 、 、 本章小結(jié)