最新工程机械设计与底盘设计.docx

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最新工程机械设计与底盘设计

工程机械设计与底盘设计

工程机械底盘设计

第二章传动系设计概述

1.传动系的类型、特点、适用

①机械传动

优点：

成本低廉、传动效率高、传动准确、利用了惯性；

缺点：

负荷冲击大、有级变速、换挡动力中断、操纵费力；

适用：

常用于小功率的工程机械和负荷比较平稳的连续式作业机械。

②液力机械传动

优点：

操纵方便、自适应性强、负载冲击小、寿命长、生产率高、起步平稳快速；

缺点：

效率低、零部件成本高、行驶速度稳定性差；

适用：

常用于功率较大、负荷变化剧烈的工程机械。

③液压传动

优点：

可无级变速、传动系统简单、可实现原地转向、利用液压系统制动、易于过载保护；

缺点：

元件制造精度高、工艺复杂成本高、传动效率低、元件易发热、工作噪声大。

适用：

主要用于大中功率的工程机械传动系。

④电传动

优点：

传动效率高、便于控制、便于布置、易于实现多轮驱动等优点；

缺点：

笨重，成本高；

适用：

电传动主要用于大功率履带挖掘机、装载机（电动铲）及重型载重车辆等机械中。

2.传动比

传动系的总传动比iΣ是变速箱的输入轴转速与驱动轮转速之比，iΣ=n’e/nK

各部件传动比的分配：

ik变速箱的传动比；i0中央传动的传动比；if最终传动的传动比

传动比分配的基本原则：

由于发动机一般为机器中转速较高的部件，所以为了减少传动系中零件所承受的转矩，根据动力传递的方向，后面的部件应该取尽可能大的传动比。

也就是说，先取尽可能大的if，其次取尽可能大i0，最后按iΣ的需要确定ik。

中间传动比的确定：

①速度连续原则：

发动机应该始终工作于设定功率Ne′以上的范围，当由于工况变化使机器工作于设定范围的端点时换档，换档后机器立刻工作于设定范围的另一端点，而且换档前后机器的理论速度应该不变。

按速度连续原则确定变速箱中间档传动比时，应该使各档位的传动比成等比级数。

②充分利用发动机功率原则：

其思路是：

在换档时机恰当的条件下，机器在全部工作范围内应该获得尽可能大的平均输出功率。

按照这一原则确定中间档的传动比的方法是，通过调整中间档的传动比，使所有档位曲线下面的面积最大。

（1）速度连续原则：

在确定了最高档、最低档的传动比和档位数后，就可以很容易地计算出中间各档的传动比，而且结果比较理想，在新产品设计的初级阶段使用较好。

（2）充分利用发动机功率原则：

结果相当理想，设计时还需要知道发动机的功率特性曲线，需要采用计算机的专门程序，可以用在机器改进完善阶段。

第三章主离合器

1.主要参数：

①离合器的摩擦力矩Mm：

，

若认为压紧力P在摩擦面上均匀分布：

P=qA，对于工程机械来说，由于离合器使用频繁，而且载荷较大，一般取较小的[q]值。

②摩擦片直径：

摩擦片的内径系数C=R1/R2

由于减小C值对M的增大作用不明显，而且过小的C值还会导致摩擦片内外线速度差值加大，造成温升不一致和翘曲现象。

通常，在结构允许的条件下，取较大的C值；干式离合器一般为0.55～0.68，湿式的为0.71～0.83。

③转矩储备系数β：

为保证离合器能可靠地传递发动机最大转矩并有一定的使用寿命，必须使离合器的摩擦转矩有一定的储备量，这个储备量的程度用转矩储备系数β衡量

第四章人力换挡变速箱

1.平面三轴变速箱：

用于倒退不太频繁的机械（如汽车），以及液压驱动的传动系（其后退一般利用液压马达的反转来实现，变速箱不需要布置倒档，如稳定土拌和机）

2.空间三轴变速箱：

空间三轴式变速箱在频繁倒退的机械上使用较多，如推土机。

3.轴在变速箱中的布置

布置时要充分考虑整机布置的需要和它前后连接部件的关系。

为了便于换档，换档齿轮轴的位置要有利于布置拨叉；

为了降低机器的重心，输入轴应布置于变速箱的上方；

尽量避免在箱体中间布置支承；

过渡轴、空间三轴中间轴等零部件，应尽量布置在齿轮啮合力在轴上合力小的一侧。

4.档位齿轮在轴上的布置

各档位齿轮应按由高档位到低档位的前后顺序排列，将啮合力最大的齿轮靠近箱体布置。

采用斜齿轮时，如果同一轴上既有齿轮输入动力又有齿轮输出动力时，同时工作的两个轮齿的倾斜方向应相同，以抵消一部分轴向力。

为了减少变速箱轴向长度，应该尽量采用重叠的轴向空间,有利于缩小变速箱的轴向尺寸。

5.倒档齿轮的布置

两种布置形式：

1）在输出轴之前布置倒档齿轮，平面三轴；2）在输入轴之后布置倒档齿轮，空间三轴。

对一种类型的变速箱，倒档也可以有多种的不同方案，设计原则是在保证所需倒档传动比的条件下，方便操纵，尽量减小轴向尺寸。

第五章液力传动

1.循环圆：

通常把液力传动器件轴向断面构成（使液体循环流动）的环状空腔，称为循环圆。

由循环圆所构成的回转体空间则是变矩器内油液进行循环的空间。

循环圆的最大外径叫做有效直径。

2.液力变矩器的外特性

液力变矩器的外特性是指在泵轮转速nB一定的条件下，变矩器的输入转矩MB、输出转矩MT、效率η与变矩器涡轮转速nT的关系。

液力变矩器的外特性也称为涡轮输出特性。

液力变矩器的基本类型：

a）向心涡轮式b）轴流涡轮式c）离心涡轮式

3.透穿性：

液力变矩器的泵轮转速nB一定时，载荷MT的变化引起泵轮转矩MB变化的性能称为液力变矩器的透穿性。

如果MT增大时MB也增大，则称该变矩器有正的透穿性。

如果MT增大时MB减小，则称该变矩器有负的透穿性。

如果MT变化时MB不变化，则称该变矩器没有透穿性。

4.液力变矩器的输入特性：

输入特性是变矩器泵轮转速nB与泵轮转矩MB的关系。

对于给定的λB来说，MB与nB的关系是一条抛物线；变矩器输入特性是许多抛物线组成的曲线族。

5.向心涡轮变矩器：

当变矩器涡轮进口处的半径大于出口处的半径时，涡轮内的液流是流向变矩器轴心的，这种型式的变矩器称为向心涡轮变矩器。

与其它型式比较，向心涡轮变矩器有以下优点：

正透穿性：

负荷增加时，涡轮转速减小，涡轮离心力对液流阻力减小，循环圆流量增大，使泵轮负荷增加；反之亦然。

空载功耗小，也有利于操纵控制。

能容量大：

泵轮、涡轮均在最大半径处，工作液的动能最大；传递功率相同的条件下，向心涡轮变矩器的体积小。

最高效率高：

涡轮叶片工作面积大，能量转换彻底；传动比增加时，循环圆流量减少，变矩器内部能耗减少，于是效率增加，最高效率时的传动比增加。

最大缺点是起动工况（i=0）的变矩系数K0较小。

6.相——液力变矩器工作轮的工作状态数。

级——泵轮与导轮之间或导轮与导轮之间刚性相连的涡轮数目称为变矩器的级。

变矩器的涡轮被泵轮和导轮分为几个部分，变矩器就有几个级。

7.液力变矩器的选型

①结构型式：

采用向心涡轮变矩器。

对于类似于推土机的机器，行驶速度低，行驶阻力大，变矩器工作于传动比i较大的时候不多，优先选用单相变矩器。

如装载机这样的机器，行驶时速度高，行驶阻力也不大，工作于传动比i大的时候较多，在铲掘过程中牵引力大，而且变化剧烈，最好选用多相变矩器。

②变矩性能：

为了便于机器起步，液力变矩器应有较高的起动工况变矩系数。

但实际上，配有动力换档变速箱后，向心涡轮变矩器的变矩系数能满足大多数工程机械的需要。

③透穿性能：

液力变矩器应有正的透穿性。

为保证柴油机不熄火，变矩器与发动机工作时的工作点在任何情况下都不宜越过柴油机的最大转矩点。

④效率：

从理论上讲，液力变矩器的效率越高、高效区越宽，变矩器的质量就越好。

多相变矩器的高效区宽，但成本高。

⑤速度变化：

涡轮转速变化范围应该有一个限制，通常涡轮的最高工作转速应该小于最高效率时转速的1.5倍。

8.液力变矩器与柴油机共同工作特性分为共同的输入特性和输出特性。

发动机与变矩器的合理匹配。

共同工作的输入特性：

将柴油机的调速外特性曲线与变矩器的输入特性曲线画在一起，就得到了液力变矩器与柴油机共同工作的输入特性曲线，它反映了柴油机的工作点与变矩器传动比的关系。

用共同工作的输入特性来评价二者的匹配是否合理，要从共同工作区的大小及其位置所处柴油机特性的区段是否合理来综合考虑。

影响因素：

变矩器透穿性影响共同工作输入特性的范围大小。

变矩器有效直径影响共同工作输入特性的位置高低。

9.发动机与变矩器的合理匹配原则

最大牵引功率原则：

为了获得最大牵引功率，要求共同工作的输入特性曲线上，液力变矩器最高效率时的传动比（i*）所对应的负荷抛物线通过柴油机额定工作点MeH，这样机器可以获得最大的功率。

柴油机额定点与变矩器高效区中点匹配原则

最高平均牵引功率原则

第六章动力换挡变速箱

1.单行星排传动的转速方程：

单行星轮行星排取“＋”号，

双行星轮行星排取“－”号。

2.行星传动的闭锁:

在行星传动中如果某一行星排的太阳轮、行星架、齿圈三个元件任意两个的转速相等，第三件的转速也必然与前两个相等。

实际设计中，常利用这个方法（闭锁离合器）实现直接档。

3.行星变速箱的传动分析（计算题，见课本）

4.循环功率：

应该指出：

存在循环功率的方案，只要循环功率的数值与传递功率数值相比很小，方案和其他方案相比又有某些显著优点，例如结构布置方便，行星排特性参数合理，或者该档位不常用等，仍可采用。

特点：

只在内部循环往复，对外不表现。

与主功率同生同灭。

存在及大小仅取决于行星排结构。

危害：

使齿轮传动负荷增大，啮合损失增加，传动效率下降。

使某些零件负荷增大，导致机构尺寸、重量加大，成本增加。

引起的机械能损失转换成热能，导致系统温度上升。

5.行星传动的配齿条件：

①传动比条件

②同心条件：

为了保证太阳轮、行星架、齿圈的轴心线相重合，太阳轮与行星轮的中心距应该等于齿圈与行星轮的中心距。

③装配条件

④相邻条件：

为保证不干涉并减少搅油损失，一般相邻两行星轮的齿顶间隙应大于5~8μm。

第七章万向节与传动轴

1.十字节传动轴：

主动轴以等角速ω1匀速转动，而从动轴的角速度是在ω1cosα，ω1/cosα之间变化，变化周期为180度。

单个十字轴万向节在有夹角传动时的不等速性。

夹角越大，传动的不等速性越严重。

当两个十字轴在同一平面时，传动的等角速条件为：

1）主动轴1与中间轴的夹角a1与从动轴2与中间轴的夹角a2相等；

2）当主动轴、从动轴在同一平面时，中间轴两端的万向节叉应该在同一平面。

当主动轴、从动轴不在同一平面时，第二条应为：

中间轴上和主动轴连接的万向节叉在中间轴和主动轴组成的平面内时，中间轴上和从动轴连接的万向节叉在中间轴和从动轴组成的平面内。

第八章轮式驱动桥

1.锥齿轮传动简述

由于弧齿锥齿轮、双曲面齿锥齿轮具有承载能力强，传动平稳，容易实现大传动比的优点，广泛用在汽车、拖拉机和工程机械主传动上；

差速器齿轮由于相对运动少，而且同时啮合的齿轮数量较多，通常采用直齿锥齿轮。

2.常见几种锥齿轮的特点（P140）

3.克服普通差速器当一边车轮陷入泥泞时另一侧车轮也失效的缺点，目前有许多方法，大体上可以分为两类。

一是采用差速锁使差速器失效；二是增大差速器的内部阻力，限制滑动。

差速锁原理：

当一侧车轮打滑时，利用离合器将一个半轴齿轮和差速器壳体连接一起，从而限制行星轮的自转。

这样两侧驱动轮便可以得到由附着力决定的驱动力矩，从而充分利用不打滑侧车轮的附着力，驱动车辆前进。

优点：

结构简单，可传递全部转矩；但操作时需要停车，在行驶到良好地面时，要及时分离。

不宜接合过早或分离过晚，否则转向沉重甚至造成某些构件损坏。

4.功率循环

理论行驶速度vT=wKrd；理论上，车辆直线行驶时，vT1=vT2=v；实际上，各车轮的动力半径与设计值不同vT1≠vT2；由于前、后车轮的实际速度v1=v2；前、后车轮的滑转率不等；因此前、后轮的在行驶过程中会出现滑转、滑移现象。

循环功率（又称寄生功率）是由于前后驱动轮一个滑转，一个滑移引起的。

因此，功率循环不仅是在前后车轮的理论上速度不