毕业设计（论文）橡胶履带牵引车辆改进设计（无极自动变速器方案设计）（全套图纸）.doc

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1、橡胶履带牵引车辆改进设计（无极自动变速器方案设计）摘 要设计了一种液压机械无级变速器，该装置由一个单行星排机构、变量泵-定量马达构成的液压传动系统和多档有级变速箱组成。在分析液压机械传动形式和液压传动类型的基础上，确定了拖拉机的总体传动方案，对液压元件及机械参数的选择方法进行了阐述，分析了变速器的无级调速特性。绘制了理论牵引特性曲线，分析比较了改进前后牵引特性。装有液压机械无级变速器的拖拉机实现了速度的连续无极变化，在任何牵引力时，发动机都在接近于满负荷点工作，大大提高了拖拉机的生产效率和燃油经济性。为了研究液压机械无级变速传动装置的特性，以东方红1302R拖拉机机械液压无级变速器为对象，建立

2、起速比与变量泵和定量马达的排量比、液压功率分流比、传动效率的关系式，绘制其特性曲线，给出各段工况下的功率流向，分析循环功率存在条件及其对变速机构输出的影响。分析结果表明，行星排特性参数、变量泵和定量马达排量比是影响变速机构速比、液压功率分流比、功率及效率等特性的主要设计参数；机械液压无级变速器具有可控的无极调速特性。关键词：拖拉机，液压机械传动，无级变速器，特性分析全套图纸，加153893706 CHARACTERISTICS ANALYSIS OF HYDRO-MECHANICAL CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION OF TRACTOR ABSTRACTT

3、o study the characteristics of hydro-mechanical continuously variable transmission device , based on the hydro-mechanical continuously variable transmission (HMCVT) of Donganghong 1302R tractor, the relation formulas of speed ratio of HMCVT with displacement ratio of variable hydraulic motor (MF) ,

4、hydraulic power distributing ratio and transmission efficiency are established. The characteristic curves of HMCVT are drawn. The power flow direction of each range is presented. The existing conditions of circulation power and its influence on mechanism out put are analyzed. The analysis results sh

5、ow that the characteristic parameter of planetary ear train and displacement ratio of PV and MF are the main design parameters that influence on the characteristics of speed ratio ,hydraulic power distributing ratio and efficiency of HMCVT ;the HMCVT has the characteristics of stepless speed regulat

6、ion and high efficiency This main gearbox design is the two-axis gearbox, and the three-axis gearbox compared to its simple structure, compact, Except maximum block (not directly block), the other of the block of higher transmission efficiency, low noise, the manufacture and use of low cost; Gearbox

7、 shift structure of the sliding gear shift, it is relatively simple structure, convenience. Input shaft and output shaft rectangular spline shaft, the gear is also used rectangular key to input or output shaft linked. Farm tractor gearbox in the design, Main Gearbox transmission ratio is the basis f

8、or determining the main users of agricultural operations in the course of speed needs and the needs of tractor work to be determined, therefore, the current design of the first tractor to determine the structure of the transmission system, then divided speed, thereby delimiting the 3 km/h 9km/h and

9、9km/h 30 km/h speed of the two main areas, calculate and determine each blocks speed and the transmission ratioes, the design process to determine the necessary structural components, Bearing under which the need to use a deep groove ball bearings and cylindrical roller bearings these two types of b

10、earings, and then the final structure of its various components of the check, and eventually met the requirements of design. KEY WORD：tractor, gearbox ratio, continuously variable transmission,hydro-mechanical transmission , Characteristics analysis 符 号 说 明：第i个齿轮：第i和第j个齿轮的传动比：齿轮模数 ：第i轴的转矩 ：齿数：机械效率：节

11、点处压力角 ：啮合角 ：弯曲应力 ：接触应力 ：发动机标定转速 ：驱动轮动力半径 ：发动机最大输出扭矩 名义计算载荷：配合齿轮的总齿数：弹性模量 ：第i档颈向力 ：第i档左侧颈向力 ：第i档右侧颈向力 ：中心距 ：拖拉机第j挡理论工作速度 目 录第一章 前言.11.1对变速器的要求 .11.2变速器的分类.1第二章 传动方案的确定.4 2.1传动方案的选择.42.2 传动方案的比较.4 2.3 传动方案的分析.6第三章 传动参数的确定.9 3.1初步确定各段特性参数.9 3.2中心距的选择及传动比的分配及齿轮齿数的选择.11 3.3重新计算前进段的转速和突变点e .12 3.4 倒挡的计算 .

12、13 3.5计算各段的功率分流比.14第四章 齿轮的校核 . 16 4.1低速级齿轮的校核.16 4.1.1校核齿面的接触强度.16 4.1.2校核齿根弯曲疲劳强度 .17 4.2 倒挡第一级齿轮传动的校核.17 4.2.1校核齿面的接触强度.18 4.2.2 校核齿根弯曲疲劳强度.184.3各段齿轮参数.19第五章 离合器的选择 .215.1行星轮系离合器的计算.215.1.1 离合器C1的计算 .215.1.2 离合器C2、C3、C4的计算.225.2前进、倒档离合器的计算.23第六章 液压传动系统的选择.24 6.1 液压马达的选择.246.1液压泵的选择.24第七章 结论.25参考文献

13、.26致谢.28第一章 前言汽车上广泛使用活塞式发动机，其输出转矩和转速变化都和小，而汽车在行驶时所遇到的复杂的道路条件和使用条件要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为此，在汽车传动系统中设置了变速器。1.1对变速器的要求变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转速和转矩，目的是在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种情况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。变速器设有空挡，可在发动机、汽车活行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。变速器设有倒挡，使汽车获得倒退能力。必要时还有动力输出装置。对变速器提出如下基本要求：1）保证汽车有必要的动力性和经济性。2）设置

14、倒挡，使汽车能倒退行使，3）设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。4）工作可靠。汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生。5）变速器应当有高的工作效率及工作噪音低。除此之外，变速器还应满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、拆装维修方便等要求。1.2变速器的分类变速器由变速传动机构和操纵机构组成。按变速方式可分为有级变速器和无级变速器两种。有级变速包括定轴有级变速和行星有级变速。是指在一定转速范围内，能够实现若干固定、不连续的转速变化。工作可靠，传动比准确，采用多轴传动时变速范围大，但不能在运转中变速，不易选择最佳转速值。无级变速器包括液力变矩式无级变速器，纯机械无级变速器、液

15、压机械无级变速器等。是指再一定转速范围内，能够实现任意连续的转速变化。可在运转中变速。操作简单，变速快，能够选择最佳转速值，传动平稳；但变速范围较小，传动比不准确。为了扩大变速范围，无级变速器还可与有级变速串联使用。因为设计任务为设计无级自动变速器，所以这里只对无级变速作简单的介绍。液力机械自动传动系统是用液力变矩器（或偶合器）代替离合器，用行星齿轮变速器代替普通圆柱齿轮组合而成的自动控制系统。液力自动变速器有一个液力变矩器和几套行星齿轮组成。液力变矩器主要有泵轮P（作为输入主动件由发动机带动）、涡轮T（作为输出从动件）和导R（作为固定反作用件起增扭作用）组成。工作中如果变矩器中的导轮做自由转

16、动时，变矩器就变成偶合器工作，转矩不会放大；如果变矩器前的离合器C结合，变矩器中涡轮和泵轮就锁死连成一体，变矩器不在独立工作，发动机动力直接经离合器、星星论变速器输出，此时液力自动变速器的效率最高（因为此时无液力传动的损失），行星齿轮变速器的作用是进一步放大传动比和改变输出的旋转方向。液力自动变速器的结构和类型很多。机械无级变速器有带式无级传动和牵引环式无级传动两种。带式无级传动，它有三角胶带（金属带）和两个可变节径的带轮组成。早期用金属带式的，由于橡胶带的使用寿命不可能太长，传递的转矩也不可能太大，因而这是困扰它的主要问题。现今所采用的钢带的CVT其传递的功率可以达到150KW。此类已在国内

17、外的一些乘用车上采用。牵引环无级传动是由于数学超环面主动盘于超环面从动盘之间配置着可在两者之间运动的滚子，而运动滚子在从动盘的角度连续可变，从而实现无级变速，又可以称作可无限变速的机械无级变速器。有资料认为，它的突出优点是，不需要像CVT那样使用工艺复杂，造价昂贵的金属传动带。而且这种IVT可以传递很大的转矩。目前国外的很多国家都在研究开发。机械无级变速器所能传递的功率小，多用于功率较小的汽车上。液压机械无级变速传动是一种液压功率流和机械功率流并联的新型的传动装置，通过机械传动实现通高效率，通过液压传动与机械传动相结合实现无级变速。目前国外先进的拖拉机及工程车辆的传动系统已经开始采用改装置。液

18、压机械无级变速传动装置有几种结构形式，主要由单行星排、变量泵定量马达（变量马达）、有级自动变速器或多行星排、变量泵定量马达（变量马达）构成。其中前者的机构比较简单，后者的结构比较复杂。由于这种无级变速器是由机械和液压共同作用才实现无级变速的，当液压传动功率占总功率比较大时，整个传动系统的效率相对比较低（比纯液压实现无级变速的传动装置的效率高）第二章 传动方案的确定2.1传动方案的选择 由于设计任务要求设计的变速器应用于履带式拖拉机，这种拖拉机需要的扭矩比较大。而通过概述可以了解，液力变矩式无级变速器的机械效率较低；机械无级变速器的传递变速器的设计采用液压机械式。并且这种变速器国外已经成功运用于

19、拖扭矩较小，并且造价也很高；机械液压式无级变速器可以根据调节液压分流比来实现较大的扭矩和效率。所以采用机械液压式无级变速器的设计方向。2.2传动方案的比较液压机械式无级变速器分为单行星排式和多行星排式两种。图1-1为双行星排式的机械液压无级变速器的传动方案原理图。 图2-1它基本由机械传动、液压传动和动力差动合成三部分组成。机械部分由a、b、c、d四个行星排组成，行星排d的行星架固定，有5个换挡元件，C，C ，C，C为制动件，C为离合器，行星排a，b组成的机构主要起换向作用，c，d组成的机构主要起变速作用，机械部分形成两个前进挡和两个倒退挡以及一个输出转速为零的挡。液压部分由变量泵、液压马达及

20、控制部件等组成闭式液压传动系统，通过电液伺服机构来控制变量泵和液压马达的斜盘角度的变化，以改变液压输出流量的大小从而实现液压传动无级变速。机械传动和液压传动通过差动轮系合成。图1-2为单行星排式的机械液压无级变速器的传动原理图。图2-2 单行星排无级变速传动方案该方案由一个单排行星机构，变量泵定量马达构成的液压传动系统和多挡有级变速箱组成。发机输出功率分成野鸭工；发动机输出分成液压功率和机械功率两路，液压功率经由液压传动系统将功率传给行星排的太阳轮S，机械功率通过离合器C1或C2传到行星排的齿圈R上或行星架C上，然后两种功率经由行星排汇总后，通行星架或齿圈通过闭合离合器C3或C4传递到多挡有级

21、边速箱的输入轴上。根据离合器结合状态的不同，随着变量泵和液压马达的排量比的变化。变速器前进方向有四个变速段构成，倒车方向有两个变速段构成。对两种方案进行比较，双行星排式无级变速传动方案动力由太阳轮输入，齿圈输出，每次换挡只需操纵两个执行机构，操纵简单，组成的元件转速低，换挡平稳，但结构复杂，齿轮种类较多，工艺要求高，加工复杂；单行星排式无级变速传动方案结构简单，齿轮种类少、加工量小，以太阳轮输入，行星排、齿圈输出，强度高，传递扭矩大，换挡平稳，但每次换挡需要操纵三个执行机构，较为复杂。综上所述，选择单行星排式的无级传动方案进行设计，其操纵性能上的不足可以通过对变速器的操纵机构改进来弥补。2.3

22、传动方案的分析选定单行星排无级变速传动方案，如图1-2所示。设、分别为变速器输入轴、输出轴、太阳轮、齿圈、行星架以及多挡有级变速箱输入轴的转速，行星排特性参数为K，K=/（为齿圈齿数，为太阳轮齿数）,e为变量泵和液压马达的排量比,取,分析各段速度的传动路线，将各段离合器的开合状态列表1-1如下所示：表2-1 离合器结合状态注：段（挡）位前进-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-倒车-+-+-+-+-+-+-+ “+”表示离合器接合，“”表示离合器分离 M、HM分别表示纯机械挡、液压机械段。由行星齿轮各构件的运动关系（），推导出各段的速度特性。1） 段 令 ，则有： （式

23、2-1）2） 段 (式2-2)3） 段 （式2-3）4） 段 （式2-4）5） 倒挡段令 ，则有： （式2-5）6） 倒挡段 （式2-6）图2-3 各段变速器输出转速与e的关系特性图以上各式表示了液压机械无级调速特性。当各齿轮副的传动比、行星排特性参数给定时，可得到液压机械无级变速器各段速比随变量泵和定量马达排量比e的变化特性曲线（如图1-3）。可以看出，当变量泵和定量马达排量比e在-1到+1范围内变化时，变速器的速比连续无级变化。第三章 传动参数的确定3.1初步确定各段特性参数前进挡各段特性参数的确定 根据图2-3 所示，由各段变速器输出转速与e的关系特性的变化规律，参照（式1-1）（式1-

24、4），列出各段方程式：段 （式3-1） （式3-2）段 （式3-3） （式3-4）段 （式3-5） （式3-6）段 （式3-7） （式3-8）由式3-2和式3-3联立可以推出 由式3-4和式3-5联立可以推出 令，则，另一侧取二级齿轮传动，取，则 ；所以查拖拉机设计手册表24-2-4 NGW行星齿轮传动的齿数组合，取， ，则由设计任务书已知：中央传动比，末端传动比，车轮半径，发动机转速， 车辆最低车速 ，最高车速 由车速公式 和传动公式 得：， ，将数据代入，得： 由（式3-1）， ，其中， 由（式3-2） ， ， 其中 则 设 ，则由（式3-6） ，其中 ， 则由（式3-8） ， ，代入 ，

25、则有：联立（式3-4）和（式3-5） 解得：列出各段和: 3.2中心距的选择及传动比的分配及齿轮齿数的选择根据拖拉机变速器中心距设计经验公式 ,式中，取，中心矩应该取大一些，根据东方红1302R生产线要求，取，即为多档自动变速器的输入轴与输出轴的距离。选取齿轮模数。由拖拉机齿轮模数经验公式 ，得：，取由齿轮传动中心矩，代入数据，整理得：； 试取 ，则有前面说过，令，是前进档第一挡的传动比，分为三级传动，且 ，则，取，即为多挡自动变速部分的输入轴与中间轴的中心距；取模数，根据中心距试取，则，试取，则有 ,重新计算3.3重新计算前进段的转速和突变点e把，代入式3-1式 3-8中，得出各段的转速和突

26、变点的数值，列表3-1如下： 表3-1 各段的转速和突变点由（表3-1）可根据（式3-6）算出高速级的传动比，从而根据中心距配高速级齿轮齿数，得，由以上参数可以画出变速器输出转速与e的关系特性图（如图3-1）。 图3-1 各段变速器输出转速与e的关系特性图3.4 倒挡的计算由传动方案可知倒档与前进挡具有相同的传动方式，列出各端传动方程式如下： (式3-9) (式3-10) (式3-11) (式3-12)由式，将、及代入可得 ， ，表3-2 倒档各段的转速和突变点取倒档为二级传动，取，根据东方红1302R生产线选取第一轴与中间轴的中心距，取模数m=5，试取， ， 则,将以上结果代入（式3-9）（

27、式3-12），令可得得出各段的转速和突变点的数值，列表3-2如右图：3.5计算各段的功率分流比通过前面的分析可知，和具有相同的液压功率分流比表达式，和具有相同的液压功率分流比表达式。各段液压功率分流比的公式如下：1）和段 (式3-13)2）和段 (式3-14)把表3-1、表3-2中前进档、倒退档各段的转速和突变点各端e的变化范围代入以上两式，可得各段液压功率分流比，列表3-3如下：表3-3 各段液压功率分流比档位速度特性功率分流比前进段00.336024.32前进段0.336-0.273-32.4517.34前进段-0.270.36-39.3324.32前进段0.336-0.92932.454

28、1.92倒档段00.336024.32倒档段0.336-0.94-32.45%41.11%用图形表示如图3-2图3-2 各段液压功率分流比第四章 齿轮的校核齿轮是变速器的极其重要的零件，没有齿轮变速器就不能实现变速（针对本变速器而言）。齿轮的寿命直接关系的变速器的寿命，所以齿轮的寿命和强度是至关重要的。拖拉机的工作环境恶劣，对变速器的要求更高。所以变速器设计的合理与否对拖拉机影响很大。齿轮的校核是对齿轮的强度和寿命进行理论的计算，这些计算都是根据经验公式进行的，它和实际很接近。通过前面计算，将各档位齿轮参数列表4-1如下表4-1 各挡齿轮齿数段位液压马达-液压泵段低速级高速级倒档齿数43Z3=

29、48Z5=42Z7=23Z9=24Z11=42Z13= 26Z15= 23Z17=40齿数27Z4=30Z6=36Z8=40Z10=60Z12=42Z14= 37Z16= 51Z18= 44 4.1低速级齿轮的校核 由前面计算已知 m=5 传动比为 齿宽 4.1.1校核齿面的接触强度=而=查图表94 =1400 查图表912 =1.15 =查图表932 =189.8 查图表98 =2.51查图表911 =0.75由 = /2=1.204由表 929 =1.5 由图96 =1.56由表 930 =1.06 由图 97 =1.024.1.2校核齿根弯曲疲劳强度 =由图94 =500 由图910 =

30、1.3图917 =0.85 由图931 =1由图918 =0.92 由图93 由图914 由图915 故低速级齿轮安全4.2 倒挡第一级齿轮传动的校核m=5 传动比为 4.2.1校核齿面的接触强度=而=查图表94 =1500 查图表912 =1.15 =查图表932 =189.8 查图表98 =2.5查图表911 =0.8862由 = /2=1.204由表 929 =1.5 由图96 =1.15由表 930 =1.1 由图 97 =1.2064.2.2校核齿根弯曲疲劳强度 =由图94 =500 由图910 =1.3图917 =0.85 由图931 =1由图918 =0.92 由图93 由图91

31、4 由图915 故倒档齿轮是安全的4.3各段齿轮参数通过对齿轮的校核可知所有齿轮都满足强度要求，列出各段齿轮基本参数如表4-2：表4-2每个齿轮的基本参数齿轮编号模数(mm)齿数c分度圆直径(mm)齿顶圆直径(mm)齿根圆直径(mm)齿宽(mm)54310.25215225202.52352710.25135145122.52354810.25240250227.52353010.25150160137.52354210.25210220197.52353610.25180190167.52352310.25115125102.52854010.25200210187.52852410.251

32、20130107.52856010.25300310287.53054210.25210220197.52854210.25210220197.53052610.25130140117.52853710.25185195172.53052310.25115125102.52855110.25255265242.53054010.25200210187.52854410.25220230207.530第五章 离合器的选择离合器是一种可以通过各种操控方式，实现主从动部分在同轴线上传第运动和动力时具有结合或分离功能的装置。离合器有各种不同的用途，在本次设计中，离合器作用在于控制各段齿轮的啮合，它可以根据各工况的要求实现接合或分离，以改变传动件的工作状态，达到改变传动比的目的。因此，离合器对于机械液压式无级变速器邮政极其重要的地位。本次设计的是湿式摩擦离合器，湿式摩擦离和器因有油液的润滑和冷却作用，有效地控制了摩擦表面的温度并可以显著减少摩擦表面的磨损，因此它对提高离合器的可靠性和使用寿命有显著的效果，使用寿命可达干式离合器的56倍。所以湿式摩擦离和器可以适应恶劣的工作条件（频繁的结合，重负荷下起步等）下使用。湿式摩擦表面的摩擦系数较小，但由于湿式可大大提高许用比压，因此可通过增加压紧力使摩擦片的尺寸减少，仅增加了操纵力故应用比较广泛。以提高和进步