履帶推土機傳動系統設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 履帶推土機傳動系統設計履帶推土機傳動系統設計畢業論文目 錄第1章 緒論 1 課題背景、目的及意義 1 國內外各種傳動系統研究狀況 1 本論文的主要內容 3第2章 履帶推土機傳動系統的總體方案設計 5 設計目標 5 履帶推土機傳動系統總體設計 5 傳動比確定 7 概述 7 總傳動比確定 7 總傳動比校核 9 傳動系統總傳動比的分配 9 本章小結 10第3章 變速箱關鍵構件結構方案設計 11 概述 11 變速箱結構方案的選擇 11 平面和空間三軸式變速箱 12 齒輪安排 12 換擋結構形式 13 變速箱主參數確定 13 變速箱軸結構設計 19 計算各軸的轉矩 19 輸入軸結構設計 20 中間軸結構設計 21 輸出軸結構設計 23 同步器結構設計 23 鎖銷式同步器工作過程分析 24 同步器主要參數確定 24 運動可行性分析模擬 27 本章小結 27第4章 變速箱關鍵構件的校核計算 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力 30 計算斜齒輪的接觸應力 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 箱體外殼結構設計及初步建模 44 本章小結 45結論 46參考文獻 47攻讀學士學位期間發表的論文和取得的科研成果 49致 謝 50IIIIII第1章 緒論 課題背景、目的及意義近些年以來，隨著我國國民經濟建設的高速發展與國家“十一五”規劃綱要的成功實施，能源礦山、農田水利、市政工程、道路交通等對高性能機械產品需求和要求等迅速增長與增加，使得我國工程機械行業抓住了難得的歷史機遇，順勢地不斷快速發展、成長與壯大，同時也遇到了前所未有的挑戰。“十一五”期間，工程機械行業規模總量、銷售收入均躍居世界首位，成為我國國民經濟發展的重要支柱產業之一[1]。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。據報道，“十二五”期間，國家投在交通運輸上的資金將達10萬億元，高鐵、城鐵、地鐵、高速公路等基礎設施建設，將極大地帶動工程機械行業進一步的發展[2]。工程機械將再一次面對發展的。作為工程機械里的重要組成部分——推土機，隨著國家經濟的發展與工程機械行業的快速進步，國內外對其需求量與日俱增，但是所謂機遇與挑戰并存，工作條件的更加復雜與艱難化，人們對其工作可靠性、可維修性、安全性和燃油經濟性也就提出了更高的要求[3]。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更多的工況，它追求的是速度與負荷之間的自適應能力、降低比油耗、提高作業生產率，充公利用發動機功率，即追求最大的作業生產率、經濟性、動力性，也就是說能夠使發動機功率得到充分發揮，使傳動系統應有較高的效率，使整機有較好的作業生產率，而這一切的關鍵之一，推土機傳動系統地位著舉重若輕[4]。因此本設計的意義也就體現出來了。履帶推土機主傳動系統能夠實現5個前進擋和4個倒退擋，并可通過轉向差速器實現轉向運動，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、及國內外最新發展情況的基礎上，設計履帶推土機傳動系統的工作原理和結構，實現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系分析，后期可用相關軟件對重要受力構件進行強度模擬分析。本課題屬于在現有傳動系統中進行改進和部分創新，比如現在的推土機一般是3前進擋3倒退擋的，而我通過改進使其實現5進4退的。 履帶推土機國內外各種傳動系統研究狀況目前當下，現有推土機傳動系統一般主要有四種，分別是機械式傳動系統、液力機械傳動、液壓傳動系統、電傳動系統。從而，按推土機的傳動方式可以把推土機大體分為機械式推土機、液力機械式推土機、靜液壓推土機與電傳動推土機。根據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濟性，保證推土機有最大生產率。然而，由于各種傳動形式系統，具有各自的優缺點，在不同的使用條件下側重點不一樣，使得采用不同傳動形式的推土機也是各有千秋[5]。機械式傳動系統主要由主離合器、人力換擋變速箱或液壓動力換擋變速箱組成。機械式系統中離合器是關鍵部分，一般為了延長它的使用壽命，常采用濕式離合器。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。總而言之，此傳動系統結構相對其它幾種來說比較簡單，而且價格也比較可觀，燃料消耗量同時也比較低，更好的是傳動效率高；但是話說回來其人力換擋操縱相當費力，對駕駛操作者的能力要求較高，且其變速屬于有級變速，對可能遇見的各種載荷的適應性能力不是很好，這點不能充分利用功率。液力機械傳動系統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。其中變矩器的優點比較明顯。它的轉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]。因此，為了更好地解決在換擋時，在其中存在的碰撞、打擊等問題，動力換擋變速箱的液壓操縱系統中一般都會安裝一種裝置，那就是平穩結合閥。液壓動力換擋操縱輕便，對駕駛者要求不是很高，性能好。其缺點也很明顯，主要是變矩器高效率的地段非常非常的狹小，它在工作的時候經常位于75%以下的這種效率相當相當低小的地方，由此導致整個傳動系統整個的傳動效率非常小，較大能量被浪費在沒有用的地方。第二種是在上一種的基礎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，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。當變矩器進入效率相當小的地方工作時，就會轉換為耦合器工作情況，從而能夠提升效率；(2) 利用幾條路子的方向，把總的總功率分成幾路，使其中的一路或者幾路功率經過變矩器；(3) 采用帶閉鎖離合器的變矩器，當載荷變化小、作業工況平穩時，將變矩器閉鎖，變為機械傳動，一定程度上傳動系統的效率得到提高。第三種又是在第二種的基礎上改進，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上加上電子自動換擋控制系統，該裝置能根據負荷變化進行自動換擋，與此同時采用電子控制調壓閥（ECMV）進行換擋的品質控制，使換擋更加趨于平穩，沖擊振動更加小[7]。但是其中用到的電子控制系統技術上較復雜，沒有達到熟練掌握的程度，目前還處于起步階段，因而這種技術也就不常用到。液壓傳動系統：發動機功率所有都是用來使用到的那些液壓機構部件、裝置。該傳動系統主要由變量泵和變量馬達組成，顯然這使得整個液壓傳動傳動裝置占地面積變得相對小一些，重量不會太重，從而便于人們安排推土機的總體規劃。另外使用此種傳動系統能夠輕易實現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、可以實現在一個位置就能夠轉彎以致改變方向和通過開動機器利用發動機來進行轉向，以便液壓推土機更加適應各種不同的、復雜的作業的工況需求。馬達與泵的組合方式不一樣，推土機獲得的牽引的特征、性質也會不一樣；在改變速度與行走運動方面，可以簡單、快捷地實現推土機的無級調速和微動行駛，使推土機開動起來不是那么的強烈，并且可以很快的該變速度的大小和沒有強烈的碰撞、震顫的情況下輕而易舉地變化行走的方向。液壓傳動系統具有自動無級變速功能，可以根據外界載荷、推土機的行駛速度大小變化自動改變現在的速度來達到最佳狀態。不僅有液力機械式傳動系統的優點，還有機械式傳動系統的優點，綜合起來就是能夠充分利用發動機的功率，生產率高。最后一種傳動系統是電傳動系統，即先把內燃機的運動的機械能通過一些運動機構之后轉化成電能，再通過傳達轉換過來的電能來傳遞需要的動力，由電能最后再轉化為運動的機械能的傳動系統。電力傳動的總體概念與靜液壓傳動是相似的，不同的地方是用發電機、電動機和電纜取代了液壓泵、液壓馬達和液壓管道。其優點是：電動機和發電機之間用柔性電纜連接，通過比較顯然可知，鋪設電纜線明顯比液壓管道更為方便；調節的特性好，和微電子技術的關聯程度非常高，可以得到很多不同的牽引特性曲線，可以方便的實現自動控制及遙控，具有較好地發展前景；能使發動機在有利工況下穩定運行，油耗低、排放污染小、壽命長。其缺點是：單位重量功率密度比前三種傳動方式都小，電機尺寸與重量都比同功率液壓組件大得多，目前結構比較笨重；耗用有色金屬和其它特殊材料較多，價格較高，從而使得整機成本也提高了；由于是電控，抗干擾和電磁兼容等問題解決起來相對比較困難。電力傳動裝置很早就用于柴油機電動船舶和內燃機車上，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]。以上所介紹的各傳動系統之間還能相互組合以利用，這里不再贅述。從以上對各形式傳動系統的描述可知，最有前景的一種是液壓傳動系統，而目前我國大部分推土機是液力機械傳動系統式，此項技術比較成熟，而使用液壓傳動就相對較少，且技術不完整，核心技術還沒有掌握，且問題較多。而在國外，有部分企業，比如利勃海爾、卡特彼勒，它們早已研制出技術相當成熟的液壓傳動推土機，并成功使用在中小型推土機上[9]。 本論文的主要內容本課題為履帶推土機傳動系統設計，目標是實現5個前進擋與4個倒退擋。首先是確定總體傳動方案，然后再進行詳細設計。具體內容如下： (1) 了解現有履帶推土機傳動系統都有哪些，了解國內外發展現狀，并結合課題設計要求確定至少兩個履帶推土機主傳動系統方案，最終通過比較選擇比較合理的設計方案，并繪制結構簡圖。 (2) 根據所選方案，對各部分進行詳細設計，主要包括變速箱的設計計算，對齒輪、軸、軸承進行必要的校核、驗算，并繪制相應的彎矩圖、扭矩圖，最后繪制裝配圖。 (3) 設計支撐整個傳動系統的箱體結構。(4) 按照最新制圖標準，手工繪制零號裝配圖并用計算機繪制各個主要部件零件圖。(5) 應用三維制圖軟件PRO/E，進行主要零件三維實體建模，裝配及運動仿真。3第2章 履帶推土機傳動系統的總體方案設計 設計目標設計履帶推土機傳動系統，根據課題設計要求，本設計在大方向上將從第一章中所論述的幾大類傳動系統中選擇選擇一種實現5個前進擋、4個倒退擋，由于要實現的擋位比較多，因此大類傳動系統采用機械式傳動系統，機械式傳動系統主要包括主離合器和人力換擋變速箱，履帶式驅動橋（中央傳動、轉向制動、輪邊減速），而主離合器、履帶式驅動橋大部分機件標準化程度較高，比如：輪邊減速其實就是一個二級減速器，轉向制動主要是轉向離合器屬于離合器范疇、中央傳動就是一對傘齒傳動，因而這些不是本設計的重點，后期有時間再改進。而本設計的重點就是人力換擋變速箱。人力換擋變速箱主要包括箱體和箱體內的設計。 履帶推土機傳動系統總體設計履帶推土機傳動系統由于此處需實現多個擋位的前進與后退，根據國內履帶推土機傳動系統的發展情況及其各類傳動系統的優缺點，本設計采用機械式傳動系統實現本設計要求。輸出 機械式履帶推土機傳動系統采用發動機離合器變速箱驅動橋驅動輪，既可以滿足要求，其中驅動橋包括中央傳動與最終傳動。：(a)方案1(b)方案2 總體方案方案(1)：(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，倒擋的實現是通過移動齒輪11，使其與輸入軸上的雙聯齒輪之2嚙合上，從而改變齒輪旋轉方向，即實現倒擋。方案(2)：(b)示：1~16都是齒輪，17是同步器，通過十六個齒輪與四個同步器就能夠實現5個前進擋，4個倒擋。該方案中所有傳動齒輪均是常嚙合的。倒擋是通過換擋裝置使中間軸與齒輪12聯接固定，從而把運動傳遞出去，就能實現旋轉方向變換了。方案(1)與方案(2)相互比較：結構布置比較：方案(1)采用四根同平面軸，占用空間，且其中出現了懸臂梁，傳動不穩定，且會直接導致后期箱體的設計復雜化，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，能夠輕便實現換擋，沖擊小，效率高，不易損壞，只是相對比較復雜。經過上述比較，本設計擬采用方案(2)。：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 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少齒輪數量。