1、學 號 2010071106密 級 _哈爾濱工程大學學士學位論文履帶推土機傳動系統(tǒng)設(shè)計院（系）名稱：機電工程學院專 業(yè) 名 稱：機械設(shè)計制造及其自動化學 生 姓 名：王顯義指 導 教 師：鐘宇光 教授哈爾濱工程大學2014年6月履帶推土機傳動系統(tǒng)設(shè)計 王顯義 哈爾濱工程大學學 號 2010071106密 級 _履帶推土機傳動系統(tǒng)設(shè)計The Design of the Transmission System of Crawler Bulldozer學 生 姓 名：王顯義院（系）名稱：機電工程學院專 業(yè) 名 稱：機械設(shè)計制造及其自動化指 導 教 師：鐘宇光職 稱：教 授所 在 單 位：哈爾濱工程大

2、學論文提交日期：2014年6月12日論文答辯日期：2014年6月21日學位授予單位：哈爾濱工程大學履帶推土機傳動系統(tǒng)設(shè)計摘 要隨著新世紀的前進，我國在市政工程、道路交通、農(nóng)田水利、能源礦上等對高性能機械產(chǎn)品的需求迅速增長，機遇與挑戰(zhàn)并存，對其性能要求也越來越嚴格。作為工程機械的重要組成部分推土機，隨著工況條件的復(fù)雜與艱難，對其工作可靠性、維修性、安全性和燃油經(jīng)濟性也提出了更高的要求，而這些要求均與推土機傳動系統(tǒng)有著密切的關(guān)系。本設(shè)計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)的工作結(jié)構(gòu)，使其實現(xiàn)5個前進擋和4個倒退擋。本設(shè)計采用的是機械式傳

3、動系統(tǒng)，主要完成了以下工作：對各擋分配傳動比；對擋位之間布置進行安排；確定齒輪傳動方式，及各齒輪參數(shù)、軸布置及軸結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)計換擋機構(gòu)鎖銷式同步器；對支承傳動齒輪的箱體進行大致的設(shè)計；并且，與此同時使用PRO/E軟件工具進行三維模型繪制和裝配關(guān)系分析，對重要受力構(gòu)件進行強度分析，能夠?qū)崿F(xiàn)目的、滿足基本要求，運用CAD繪制二維裝配圖與零件圖。 通過本次課題設(shè)計，進一步加強所學的專業(yè)知識，了解和掌握機械系統(tǒng)設(shè)計步驟和方法。并經(jīng)過三維CAD系統(tǒng)和運動學分析軟件的建模和分析練習，掌握了先進的設(shè)計方法和設(shè)計理論，提高了實踐能力。關(guān)鍵詞：高性能機械產(chǎn)品、推土機、傳動系統(tǒng)、人力換擋變速器、同步器I哈爾濱工程

4、大學學士學位論文ABSTRACTWith the century of progress, the need of high-performance machinery products for munioipal engineering, road traffic, irrigation and water conservancy, energy and mines and so forth is rapidly increasing. Opportunity is always standing by dekaron, the performance of which is increas

5、ingly strict. As the significant member of construction machinery, the buildozer has to improve its working reliability, maintainability, safety, fuel economy to adapt to the more complex and difficult environment, which is closedly related to the transmission system of the buildozer.After having a

6、knowledge of theory, feature, the latest condition at home and abroad about the human transmission, I designed the transmission of the buildozer, which has five forward gears and four reverse gears. The plan adopted to mechnical transmission system. The main work finished is as follow: distrubute ge

7、ar ratio to every gear, arrange the configuration of each other gear, comfirm the driving mode of gear wheel, including parameter the arrangement and structure of shafts, design the lockpin synchroizer and the box; As well, I used the PRO/E to draw three-dimensional mode and analysis weighted, findi

8、ng it reasonable, then draw its X-Y scheme. Through the progress, I have a deep congnition of my profissional knowledge and grasp the way of mechanical system design. At the same time, with the practice of the three-mode CAD system and kinesiology, I mastered the advanced design technique and theory

9、 , and improved my practical ability. Key words：High-performance machinery products, Earthmover, Transmission system, Human transmission, Lockpin synchronizerI履帶推土機傳動系統(tǒng)設(shè)計目 錄第1章 緒論11.1 課題背景、目的及意義11.2 國內(nèi)外各種傳動系統(tǒng)研究狀況11.3 本論文的主要內(nèi)容3第2章 履帶推土機傳動系統(tǒng)的總體方案設(shè)計52.1 設(shè)計目標52.2 履帶推土機傳動系統(tǒng)總體設(shè)計52.3 傳動比確定72.3.1 概述72.3.2 總

10、傳動比確定72.3.3 總傳動比校核92.3.4 傳動系統(tǒng)總傳動比的分配92.4 本章小結(jié)10第3章 變速箱關(guān)鍵構(gòu)件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計113.1 概述113.2 變速箱結(jié)構(gòu)方案的選擇113.2.1 平面和空間三軸式變速箱123.2.2 齒輪安排123.2.3 換擋結(jié)構(gòu)形式133.2.4 變速箱主參數(shù)確定133.3 變速箱軸結(jié)構(gòu)設(shè)計193.3.1 計算各軸的轉(zhuǎn)矩193.3.2 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計203.3.3 中間軸結(jié)構(gòu)設(shè)計213.3.4 輸出軸結(jié)構(gòu)設(shè)計233.4 同步器結(jié)構(gòu)設(shè)計233.4.1 鎖銷式同步器工作過程分析243.4.2 同步器主要參數(shù)確定243.5 運動可行性分析模擬273.6 本章小結(jié)27

11、第4章 變速箱關(guān)鍵構(gòu)件的校核計算304.1 變速箱齒輪強度計算304.1.1 齒輪損壞原因及形式304.1.2 計算斜齒輪的彎曲應(yīng)力304.1.3 計算斜齒輪的接觸應(yīng)力324.2 變速箱軸的校核計算354.2.1 輸入軸的校核354.2.2 中間軸的校核374.3 檢驗軸承的壽命424.4 校核鍵的強度434.5 箱體外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計及初步建模444.6 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50I第1章 緒論1.1 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

12、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)。“十一五”期間，工程機械行業(yè)規(guī)?？偭俊N售收入均躍居世界首位，成為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)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(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。據(jù)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將極大地帶動工程機械行業(yè)進一步的發(fā)展2。工程機械將再一次面對發(fā)展的。作為工程機械里

13、的重要組成部分推土機，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展與工程機械行業(yè)的快速進步，國內(nèi)外對其需求量與日俱增，但是所謂機遇與挑戰(zhàn)并存，工作條件的更加復(fù)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(jīng)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(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。因此本設(shè)計的意義也就體現(xiàn)出來了。履帶

14、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。本課題屬于在現(xiàn)有傳動系統(tǒng)中進行改進和部分創(chuàng)新，比如現(xiàn)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(xiàn)5進4退的。1.2 履帶推土機國內(nèi)外各種傳動系統(tǒng)研究狀況目前當下，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)。

15、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(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。然而，由于各種傳動形式系統(tǒng)，具有各自的優(yōu)缺點，在不同的使用條件下側(cè)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(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。機械式系統(tǒng)中離合器是關(guān)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(jīng)常采用液壓動力來

16、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?？偠灾?，此傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(yīng)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(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。其中變矩器的優(yōu)點比較明顯。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

17、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(tǒng)中一般都會安裝一種裝置，那就是平穩(wěn)結(jié)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(jīng)常位于75%以下的這種效率相當相當?shù)托〉牡胤?，由此導致整個傳動系統(tǒng)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(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

18、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(zhuǎn)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(jīng)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(yè)工況平穩(wěn)時，將變矩器閉鎖，變?yōu)闄C械傳動，一定程度上傳動系統(tǒng)的效率得到提高。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。但是其中用到的電子控制系統(tǒng)

19、技術(shù)上較復(fù)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(shù)也就不常用到。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。該傳動系統(tǒng)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(guī)劃。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。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(zhì)也會不一樣；在改變速

20、度與行走運動方面，可以簡單、快捷地實現(xiàn)推土機的無級調(diào)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(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)。不僅有液力機械式傳動系統(tǒng)的優(yōu)點，還有機械式傳動系統(tǒng)的優(yōu)點，綜合起來就是能夠充分利用發(fā)動機的功率，生產(chǎn)率高。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)。電力傳動的總體概念與靜液壓傳動

21、是相似的，不同的地方是用發(fā)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(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。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(jié)構(gòu)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

22、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。以上所介紹的各傳動系統(tǒng)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(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。而在國外，有部分企業(yè)，比如利勃海爾、卡特彼勒，它們早已研制出技術(shù)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。1.3 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。首先是確定總體傳動方案，然后

23、再進行詳細設(shè)計。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。(2) 根據(jù)所選方案，對各部分進行詳細設(shè)計，主要包括變速箱的設(shè)計計算，對齒輪、軸、軸承進行必要的校核、驗算，并繪制相應(yīng)的彎矩圖、扭矩圖，最后繪制裝配圖。(3) 設(shè)計支撐整個傳動系統(tǒng)的箱體結(jié)構(gòu)。(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(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。3第2章 履帶推土機傳動系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2.1

24、設(shè)計目標設(shè)計履帶推土機傳動系統(tǒng)，根據(jù)課題設(shè)計要求，本設(shè)計在大方向上將從第一章中所論述的幾大類傳動系統(tǒng)中選擇選擇一種實現(xiàn)5個前進擋、4個倒退擋，由于要實現(xiàn)的擋位比較多，因此大類傳動系統(tǒng)采用機械式傳動系統(tǒng)，機械式傳動系統(tǒng)主要包括主離合器和人力換擋變速箱，履帶式驅(qū)動橋（中央傳動、轉(zhuǎn)向制動、輪邊減速），而主離合器、履帶式驅(qū)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(zhuǎn)向制動主要是轉(zhuǎn)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(shè)計的重點，后期有時間再改進。而本設(shè)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(nèi)的設(shè)計。2.2 履帶推土機傳動系統(tǒng)總體

25、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。輸出 機械式履帶推土機傳動系統(tǒng)采用發(fā)動機-離合器-變速箱-驅(qū)動橋-驅(qū)動輪，既可以滿足要求，其中驅(qū)動橋包括中央傳動與最終傳動。擬有兩套變速箱總體方案如圖2.1所示：(a)方案1(b)方案2圖2.1 總體方案方案(1)：如圖2.1(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(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。方案(2)：如

26、圖2.1(b)示：116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?qū)崿F(xiàn)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(lián)接固定，從而把運動傳遞出去，就能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向變換了。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

27、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。經(jīng)過上述比較，本設(shè)計擬采用方案(2)。下面把其各擋傳遞路線詳細地列在如下表2.1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2.1 擋位傳遞路線前 進一Z1-Z5-Z4-Z11-Z16-Z10二Z1-Z5-Z4-Z11-Z15-Z9三Z1-Z5-Z4-Z11-Z14-Z8四Z1-Z5-Z4-Z11-Z13-Z6五Z3-Z7倒 退一Z2-Z12-Z16-Z10二Z2-Z12-Z15-Z9三Z2-Z12-Z14-Z8四Z2-Z12-Z13-Z6少齒輪數(shù)量。而這些傳動用到的齒輪主要

28、是通過三根軸支承在箱體上。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。2.3 傳動比確定2.3.1 概述本設(shè)計只有一個要求實現(xiàn)5個前進擋、4個倒退擋，為了能夠把設(shè)計進行下去，在此參照T180系列推土機，根據(jù)其最終擋位速度計算出本設(shè)計中需要的變速箱擋位速度進行設(shè)計。表2.1 傳動系統(tǒng)最終實現(xiàn)擋位及其速度（km/h）擋位12345前進擋2.63.54.7710.3倒退擋3.34.56.19.1表3.2 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)G128ZG2132.4kW1850r/min854N·m2.3.2 總傳動比確定對于履帶式機械，傳動系統(tǒng)總

29、傳動比按下式計算： （2-1）式中：履帶圍繞驅(qū)動輪一周需要履帶板數(shù)，此處； :履帶板節(jié)距，工程常用173、203、216（mm），此處選203mm；1、前進擋傳動比確定對于前進擋 (km/h)，由公式（2-1）可得最低擋總傳動比： 最高擋總傳動比： 中間擋總傳動比確定：由研究已知知道，為了達到最佳轉(zhuǎn)換規(guī)律，相臨傳動比之間滿足： （2-2）式中q為公比級數(shù)，一般取1.4-1.8；由變速箱有5個前進擋，則： 得： 于是前進擋中間傳動及其高低擋分別為： 39、55.146、77.976、110.259、155.906 （從39依次推算而得） 156、110.325、78.024、55.179、39.

30、023 （從156依次推算而得）綜上可得前進5擋傳動比分別為：156、110、78、55、392、倒退擋傳動比確定對于倒退擋 (km/h)，同理由公式（2-1）可得最低擋總傳動比： 最高擋總傳動比：中間擋總傳動比確定：同理可求得公比：從45依次計算得45、63、88.2、123.48從123依次計算得123、87.857、62.755、44.825綜上可得各傳動比依次為：123、88、63、452.3.3 總傳動比校核這里只需校核最低擋就行了，因為只有最低擋滿足要求其它擋位就能滿足使用要求。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 （2-3）式中：為發(fā)動機最大輸出轉(zhuǎn)矩；為

31、發(fā)動機驅(qū)動輔助裝置（油泵、風扇等）消耗的轉(zhuǎn)矩；前進1擋傳動系統(tǒng)效率；為車輛的附著力；為驅(qū)動鏈輪的節(jié)圓半徑。其中，代入公式（2-3）計算得N顯然是滿足要求的。2.3.4 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。傳動系統(tǒng)的總傳動比等于整個傳動系統(tǒng)中的各個部分的傳動比之積： （2-4）式中：為變速箱傳動比；為中央主傳動傳動比；為輪邊減速器的傳動比。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。一般，首先確定，然后確定，最后根據(jù)

32、式（2-4）確定。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：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。值也要盡量取大，但要注意中央傳動的最小離地間隙的限制。當和取值較大或過大時，變速箱中最高擋的傳動比就要小于1，出現(xiàn)增速現(xiàn)象。雖然增速是被允許的，但須演算高速軸承、齒輪、傳動軸等零件的轉(zhuǎn)速是否在允許的范圍之內(nèi)。借鑒現(xiàn)有的機械： 取 再由： 分別計算得變速箱的：前進5擋分別為：2.45、1.73、1.23、0.86、0.61倒退4擋分別為：1.93、1.38、0.99、0.712.4 本章小結(jié)本章主要介紹了履帶推土機傳動系統(tǒng)的組成部分，并確定了履

33、帶推土機主傳動系統(tǒng)總體方案原理圖，明確變速箱擋位路線，及所要完成的基本內(nèi)容。除此之外還確定了傳動系統(tǒng)中各部件的傳動比及其變速箱內(nèi)各擋的傳動比,并對總傳動比進行了驗算?？倐鲃颖鹊拇_定是依據(jù)理論速度及其相關(guān)的參數(shù)計算而得，中間各擋的總傳動比則是在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)其與最高擋和最低擋之間的關(guān)系來確定；變速箱中各擋傳動比則是依據(jù)總傳動比分配原則及其一些客觀條件而得。49第3章 變速箱關(guān)鍵構(gòu)件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計3.1 概述變速箱有動力換擋變速箱和非動力換擋變速箱兩大類，此處所要設(shè)計的變速箱屬于第二類。非動力換擋變速箱又被稱為人力換擋變速箱或機械式變速箱，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，傳動效率高。變速箱的主要功用1

34、1是：(1)變速變扭。發(fā)動機的變速變矩能力較差，或者說幾乎沒有，不能夠滿足對車輛牽引力和速度變化范圍的需求，因此需要通過變速箱來解決部分矛盾，以滿足部分要求。(2) 降速增扭。發(fā)動機的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，需要通過變速箱等部件來降低發(fā)動機傳遞到驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速，同時增大驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩，以便滿足對車輛牽引力和速度的要求。(3) 實現(xiàn)空擋。第一，發(fā)動機啟動時需要空載；第二，當車輛較長時間停車而又不希望發(fā)動機熄火，這兩項要求均需要變速箱掛空擋切斷發(fā)動機的動力或切斷車輛的負載而實現(xiàn)。(4) 實現(xiàn)車輛的進退。不管是運輸工況，還是牽引工況，車輛隨時都面臨需要變換方向的可能，但因發(fā)動機不能夠反向旋轉(zhuǎn)，只能一直朝一個方向

35、旋轉(zhuǎn)，因此車輛的前進、倒退只能依靠變速箱換擋以改變轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)。 對變速箱的要求，除一般便于制造、使用、維修以及質(zhì)量輕、尺寸緊湊外。主要還有以下幾點：(1) 換擋操縱輕便、靈活、準確。(2) 要求變速箱結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，噪聲小，傳動效率高。(3) 變速箱要有足夠的擋位數(shù)，包括空擋和倒擋，以保證車輛具有良好的生產(chǎn)率、動力性與經(jīng)濟性。(4) 要避免自動脫擋、跳擋、運動干涉等不良現(xiàn)象的發(fā)生。3.2 變速箱結(jié)構(gòu)方案的選擇目前，推土機上采用的變速箱結(jié)構(gòu)多種多樣，這是由于各種類型的推土機的使用要求不同，也是由于各國推土機的使用、制造、修理等條件所決定的。各種結(jié)構(gòu)形式都有其各自的優(yōu)缺點，這些優(yōu)缺點隨著主觀和

36、客觀條件變化而變化。因此，設(shè)計時應(yīng)深入實際，收集資料，調(diào)查研究，對結(jié)構(gòu)進行分析比較，并盡可能考慮到產(chǎn)品系列化、通用化和標準化，最后決定較合適的方案12。3.2.1 平面和空間三軸式變速箱倒擋軸：此處沒有設(shè)計單獨的倒擋軸，主要是因為在本設(shè)計中是通過在中間軸上布置倒擋齒輪從而實現(xiàn)倒擋，因而在這里需要解決一個問題，空間三軸的位置關(guān)系確定問題，通過下圖所示： 1-輸入軸；2-輸出軸；3-中間軸圖3.1 過渡軸的布置通過圖3.1的簡單受力分析可知，由圖看去輸入軸順時針轉(zhuǎn)時，過度軸布置應(yīng)布置在右邊更合理一些。平面三軸式變速箱三軸處于同一個平面上，占用空間大，且不易實現(xiàn)多個倒退擋，而空間三軸式變速箱，顧名思

37、義就是輸入軸、輸出軸和中間軸在空間成三角形布置；在輸入軸與中間軸之間布置有換向惰輪，從而能夠?qū)崿F(xiàn)多個前進擋和多個倒退擋。根據(jù)上述所講的原則，及其綠色設(shè)計的理念，本設(shè)計決定選用空間三軸式變速箱：輸入軸：前端采用雙列球面滾柱軸承支承，不僅可以調(diào)心，而且還能承受軸向力；后端用滾柱軸承支承，主要承受徑向力。軸中部有常嚙合齒輪和直接擋齒輪。中間軸：前端采用雙列球面滾柱軸承支承，有與輸入軸常嚙合的齒輪，各擋齒輪用雙金屬滑動軸承支承在花鍵軸上形成空套聯(lián)接，后端用滾柱軸承支承。輸出軸：前端采用雙列球面滾柱軸承支承，與中央傳動錐齒輪做成一體，上有各擋被動齒輪，通過花鍵與輸出軸聯(lián)接。3.2.2 齒輪安排各齒輪副的

38、安裝對于變速箱整機的布置影響大，因此對于其安排要注意以下幾方面：(1)為提高傳動效率，普遍采用有直接擋的傳動方案。(2)注意齒輪的受載情況，由于本設(shè)計采用斜齒輪，因此需注意旋向的安排。(3)齒輪的布置要有利于減小軸的撓度，改善支承受力。(4)充分利用空間，盡量減小軸向尺寸和變速箱外形尺寸。(5)相臨擋要相互靠近，便于換擋。(6)盡可能多地采用公用齒輪、公用軸、減少零件成本，降低造價成本。(7)低擋齒輪靠近支承，一般情況是從右到左、從低擋到高擋依次排列。3.2.3 換擋結(jié)構(gòu)形式目前，履帶推土機的換擋形式主要有三種：(1) 移動齒輪換擋。通常采用直齒輪滑動換擋，也有斜齒輪滑動換擋的。移動直齒輪換擋

39、的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、制造簡單，缺點是換擋時齒面間承受巨大的沖擊，會導致齒輪過早損壞，且工作噪聲大13。斜齒輪換擋雖在工作時較平穩(wěn)，但仍然不能避免過大的沖擊，因此在變速箱中移動齒輪換擋越來越少見了。(2) 嚙合套換擋。使用嚙合套換擋，可用構(gòu)成一定傳動比的齒輪副制造成常嚙合的斜齒輪，在斜齒輪的側(cè)邊做一個易結(jié)合的結(jié)合齒，一般采用花鍵齒，用來與嚙合套嚙合。這樣避免了在一兩個齒之間有大沖擊，在結(jié)合時，嚙合套齒與結(jié)合齒共同承受沖擊力，大大地減弱了沖擊，且此種換擋還具有斜齒輪傳動的優(yōu)點。因此，比較適合用于對換擋要求不是很高的大型機器中，比如推土機。(3) 同步器換擋。這是嚙合套換擋的改進，能夠減輕結(jié)

40、合時，結(jié)合齒間的沖擊，結(jié)合齒之間在嚙合之前有一個同步的過程，因而結(jié)合比較輕柔，比較適合用于汽車之類追求速度的機器中。本設(shè)計采用同步器換擋，其中同步機構(gòu)設(shè)計一個鎖銷式同步器。具體設(shè)計詳見后文。3.2.4 變速箱主參數(shù)確定1、變速箱擋位數(shù)及各擋傳動比在第2章已經(jīng)確定：前進5擋分別為：2.45、1.73、1.23、0.86、0.61倒退4擋分別為：1.93、1.38、0.99、0.712、中心距中心距是決定變速箱外形尺寸的重要參數(shù)，在滿足其他條件下要盡可能的小。中間軸與輸出軸之間的距離A1可按下式14計算： （3-1） 式中：軸距系數(shù)，一般=13.416，此處取=15； ：變速箱1擋需傳遞的最大轉(zhuǎn)矩

41、；又：（N·m） (mm) 這是初選中心距。3、推土機中齒輪的模數(shù)計算齒輪模數(shù)是決定齒輪幾何尺寸的主要參數(shù)，與齒輪的彎曲疲勞強度、重疊系數(shù)、及其傳動平穩(wěn)性有關(guān)。一般情況下，在滿足齒輪強度要求的前提下，可以取得小一些。同一變速箱中，為了加工方便，所有齒輪均使用同一模數(shù)。推土機中齒輪的模數(shù)一般可按下式計算： （3-2）式中是模數(shù)系數(shù)，此處取0.48，則： 4、推土機中齒輪的寬度計算齒輪寬度直接影響齒輪的強度。齒寬過大、過小都不行，因此，在保證齒輪強度的情況下，齒寬不宜過大。由于采用的是斜齒輪，其寬度計算經(jīng)驗式為： （mm） （3-3）5、推土機中齒輪的壓力角選取齒輪的標準壓力角是20&#

42、176;，且變速箱中齒輪多采用標準壓力角，故本設(shè)計也采用標準壓力角。6、推土機中斜齒輪的螺旋角選取齒輪的嚙合性能、強度和軸向力主要決定了斜齒輪的螺旋角的選取。過大，會導致軸向力過大，軸承的工作條件惡化，導致傳動效率下降，因此不宜過大，一般。7、同步器嚙合套參數(shù)計算與選取同步器嚙合套與漸開線花鍵一樣，采用漸開線齒形。由于制造工藝等原因，在同一變速箱中的幾個嚙合套，往往采用同一模數(shù)。嚙合套模數(shù)按下式初步計算： （3-4）式中：是嚙合套齒數(shù)；是嚙合套所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩；為模數(shù)系數(shù)，當齒面工作寬度時，；當時，。這里先暫時停一下，后期再與鎖銷式同步器一起設(shè)計。8、推土機中斜齒輪的配齒計算由前已知變速箱各傳

43、動比分別為：前進擋： 倒退擋： 傳動系簡圖如圖3.2示：圖 3.2 傳動系統(tǒng)簡圖 齒序數(shù)安排從左到右，從上到小依次排列為Z1到Z16。由圖3.2可知，變速箱由換向機構(gòu)與變速機構(gòu)兩部分組成。前進14擋由換向機構(gòu)中的兩對齒輪和變速機構(gòu)中的一對齒輪共三對齒輪同時傳遞動力，前進第5擋僅需一對齒輪傳遞動力；倒退14擋由換向機構(gòu)中的一對齒輪和變速機構(gòu)中一對齒輪共兩對齒輪同時傳遞動力，根據(jù)這一情況，除前進5擋可以利用前面的公式直接計算齒輪的齒數(shù)之外，其他齒輪的齒數(shù)都不能直接計算。首先需要把變速箱傳動比分配到每一對齒輪副中，然后才能計算齒輪齒數(shù)，傳動比分配如下：前進擋： 式中：為換向機構(gòu)中常嚙合齒輪副的傳動比

44、， 分別表示變速機構(gòu)中14擋齒輪副的傳動比，其中 ，前進5擋齒輪副實現(xiàn)的傳動比：。倒退擋： 式中：為換向機構(gòu)中常嚙合齒輪副傳動比，。 (1) 確定 我們知道，前進擋是工作擋，需要低速度大牽引力；倒退擋是非工作擋，倒退擋的牽引力比前進擋的牽引力要小，體現(xiàn)在傳動比上面就是各前進擋的傳動比要比對應(yīng)的倒退擋的傳動比大。根據(jù)對推土機變速箱的統(tǒng)計，換向機構(gòu)中的等于1左右，/等于1.3左右。在變速機構(gòu)中，當=1.3時，1擋齒輪副需要實現(xiàn)的傳動比為： ；取1,4擋齒輪副實現(xiàn)的傳動比為：。(2) 分析變速箱中分度圓最大、最小的齒輪：1) 在換向機構(gòu)中，倒退擋常嚙合齒輪實現(xiàn)的傳動比為1，說明主、被動齒輪的分度圓直

45、徑比較接近；前進擋兩對常嚙合齒輪實現(xiàn)的傳動比為1.3，平均每一對齒輪實現(xiàn)的傳動比為1.14，說明主、被動齒輪的分度圓直徑相差不大，故換向機構(gòu)中不存在最大、最小的齒輪問題。2) 在變速機構(gòu)中，1擋齒輪副實現(xiàn)的傳動比為1.885，說明被動齒輪Z10的分度圓直徑比主動齒輪Z16的分度圓直徑要打1.885倍；4擋齒輪副實現(xiàn)的傳動比為0.662，說明主動齒輪Z13的分度圓直徑比被動齒輪Z6的分度圓直徑大1.8倍，故分度圓最大、最小的齒輪出現(xiàn)在換向機構(gòu)的1擋和4擋的齒輪副中。 根據(jù)1擋和4擋齒輪副速比1.885和1.9比較接近的情況，假設(shè)：1 1擋和4擋齒輪副中的齒輪模數(shù)相等；2 1擋齒輪副中的主動小齒輪

46、與4擋齒輪副中的被動小齒輪分度圓直徑相同；3 1擋齒輪副中的被動大齒輪與4擋齒輪副中的主動大齒輪分度圓直徑相同。 根據(jù)以上假設(shè)，可以得到結(jié)構(gòu)緊湊的變速箱。1擋和4擋齒輪副實現(xiàn)的傳動比應(yīng)滿足以下條件：把代如上式得： 所以，各齒輪副實現(xiàn)的傳動比為：； ；。(3) 確定斜齒輪齒數(shù)對于斜齒輪，其齒輪副總齒數(shù)計算式為：； (3-5) 齒輪副中主動輪齒數(shù)計算式為： (3-6)被動輪齒數(shù)計算式為： ； (3-7)實現(xiàn)的兩對齒輪齒數(shù)根據(jù)已知中心距試湊。根據(jù)以上原理計算各齒輪副中各齒輪的齒數(shù)如下：； ； ； ； ； 對于第5擋，根據(jù)傳動比試取，則： 由(4) 修正中心距由 （3-8）代入上文所計算得的齒數(shù)，最終

47、得輸入軸與輸出軸之間的中心距=184mm，中間軸與輸出軸之間的中心距=190mm。 (5) 斜齒輪旋向確定由于變速箱中采用的是常嚙合的斜齒輪，有螺旋角，會產(chǎn)生一定的軸向力，為了盡可能減小軸所承受的壓力，可以使輪與輪之間產(chǎn)生的軸向力相互抵消一部分。如果同一軸上既有齒輪輸入動力又有齒輪輸出動力時，同時工作的兩個輪齒的傾斜方向應(yīng)相同，這樣才能抵消一部分軸向力。如圖3.3所示：圖3.3 斜齒輪旋向布置根據(jù)以上原則，再結(jié)合圖3.2可設(shè)計出最佳齒輪旋向布置，綜上得各齒輪齒數(shù)及旋向如表3.1、表3.2所示：表3.1 換向齒輪齒數(shù)及旋向換向齒輪Z1Z5Z4Z11Z12Z2齒數(shù)253126323331旋向左右右

48、左左右表3.2 換擋齒輪齒數(shù)及旋向擋位數(shù)12345齒輪Z16Z10Z15Z9Z14Z8Z13Z6Z3Z7齒數(shù)21372731312736223521旋向左右右左右左左右左右3.3 變速箱軸結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3.1 計算各軸的轉(zhuǎn)矩發(fā)動機最大扭矩854N·m，軸承傳動效率為0.98，齒輪傳動效率為0.97。 發(fā)動機軸： =132.4kW，=1850 r/min，=854 N·m 輸入軸： =0.98132.4kW=129.8 kW r/min N·m 中間軸： =0.970.98129.8kW=123.4kW r/min N·m 輸出軸： 對于14擋： =0.97

49、0.98123.4kW=117.3kW 對于第5擋： =0.97129.8kW=125.9kW 一擋： r/min N·m 二擋： r/min N·m 三擋： r/min N·m 四擋： r/min N·m 五擋： r/min N·m由于對應(yīng)的倒擋比前進擋小，因此此處就不用計算倒擋的轉(zhuǎn)矩了。3.3.2 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計1、軸傳遞的扭矩 N·m2、選取軸的材料以及熱處理方式輸入軸采用40Cr，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，由文獻15查得：抗拉強度：MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限：MPa屈服點：MPa 彎曲疲勞極限：MPa軸的許用彎曲應(yīng)力：MPa MPa3、初步確定

50、軸的最小直徑一般在設(shè)計軸時，先要確定軸的最小直徑，才能進行后續(xù)的設(shè)計。此處，按扭轉(zhuǎn)強度計算，依據(jù)公式： （3-9）式中：軸徑；許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa；軸傳遞的功率，kW；軸的轉(zhuǎn)速，r/min；由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)。軸的材料選取是決定軸承載能力的的重要因素，本設(shè)計中采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)所選軸材料，查表得，此處選取100。因此，可以根據(jù)式（3-9）確定變速箱輸入軸的最小直徑范圍： mm 4、輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于輸入軸的設(shè)計，第一是要明確該軸上的裝配關(guān)系，確定裝配方案。軸上主要的零件由離合器、萬向節(jié)盤、軸承壓蓋(左)、軸承(左)、齒輪、同步器、軸承(右)向左端裝配。由以上分析可得，輸入軸的

51、設(shè)計需要根據(jù)軸向定位的要求，來確定軸的各段直徑和長度。 (1) 安裝萬向接盤、軸承透蓋、軸段A：d1=43mm l1=30mm。該段參數(shù)的確定主要是有所設(shè)計的軸承透蓋直徑及其萬向接盤的尺寸確定的。(2) 左端軸承段B：d2=50mm l2=109mm。這段軸徑由雙列調(diào)心滾子軸承的內(nèi)圈孔徑?jīng)Q定。由于選用的滾子軸承是2000C/W型，其尺寸是d×D×B=50×110×40，故d2=50mm，至于l2確定，出了根據(jù)軸承的寬度之外，需要根據(jù)后期的關(guān)系來確定。(3) 齒輪段C：此段由于要安裝三個斜齒輪及其嚙合套，因此采用花鍵軸形式，由于選擇矩形花鍵中系列NxdxD

52、xB=8×56×65×10，長度l3=526mm。(4) 右端滾柱軸承D段：d4=45mm l4=321mm。該段軸徑由所選滾柱軸承的內(nèi)徑確定，因選用的滾柱軸承是N209E，d×D×B=50×90×20，故d4=50mm，l4確定依賴于整體的尺寸。關(guān)于軸上零件的周向固定，齒輪采用花鍵固定，嚙合套套轂與花鍵軸花鍵聯(lián)接，嚙合套外圈與其轂通過花鍵套聯(lián)接，同時為了保證滾動軸承與軸配合有良好對中性，滾動軸承與軸采用過渡配合H6/n6。軸肩處的圓角半徑R=1mm，軸端倒角1。(5) 繪制輸入軸的結(jié)構(gòu)簡圖 根據(jù)以上的計算，將各個軸段的直徑和長度得出輸入軸的簡圖如下圖3.4所示：圖3.4 輸入軸3.3.3 中間軸結(jié)構(gòu)設(shè)計由于本設(shè)計中有多個擋位，但在設(shè)計時不用考慮所有擋，可以只需考慮要求最高的一擋就行，因此在接下來的設(shè)計中，均已要求最高的前進第一擋作為首要