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离合器的设计.rar

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    离合器 设计
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    江西理工大学应用科学学院毕业设计11 绪论1.1 研究的目的和意义(1)液力传动变速箱设计是机械工程及自动化专业学生的一次比较完整的某类机械的整体设计。通过设计,培养学生独立的机械整机的分析能力,树立正确的设计思想,掌机电一体化产品设计的基本方法和步骤,为自动化机械设计打下良好的基础。(2 通过设计,把有关课题(机械原理、机械设计、液力传动、汽车构造、CAD 技术、Pro/E)中获得的理论知识在实际中综合地加以利用,使这些知识得到巩固与发展,使理论知识与生活密切地结合起来。因此,液力传动变速箱的设计是有关专业基础和专业课后综合性的专业设计。(3)通过设计,熟练的应用有关参考资料,计算图表、手册、图册和规范,熟悉有关国家标准,培养学生独立工作与分工合作完成大型设计的能力和在机械整体设计方面所必备的基本技能。(4)本次设计的具体要求:进行相关的机械、液力传动以及液压控制等方面的理论与技术研究,开发基于机电一体化的高效、简易、稳定。(5)随着国家经济建设的不断发展,对液力传动变速箱的需求量将逐年大幅度增加,液力传动变速箱用户对性能要求越来越高。本次设计致力于研究出更加实用、合理的液力传动变速箱。1.2 本课题的主要研究内容本次设计的液力传动变速箱是由液力变矩器和具有前进二档、后退二档共四个档位的动力换档变速箱组成的液力传动变速箱。设计的主要任务包括总体方案设计、结构与零部件设计、液压控制部分设计、变速箱的三维建模与运动仿真。液力传动变速箱采用单级二相三工作轮综合式液力变矩器。液力变矩器使该液力传动变速箱具有液力传动输出的自动适应性,能随着外负载的变化而相应改变其输出扭矩和转速,而且要求能够吸收和消除来自发动机和外负载对传动系统的冲击振动。所采用的换档方式要求带有缓冲阀,使操纵简单、方便,起动平稳,较大地减轻操作者劳动强度。除此之外,还要学会湿式多片式液力离合器的设计方法以及设计液压控制整体的油路。这样,每个部分协调工作,构成完整的液力传动变速箱。并学会用 Pro/E 建造部件的三维造型和运动仿真。在设计过程中学会查阅相关技术文献、资料、手册,并进行计算和绘图及编写文本。在解决工程问题时必须有全局观点、生产观点和经济观点,并树立正确的设计思路和严谨的工作作风,熟悉机电液一体化技术工作的一般程序和方法。刘喜:液力传动变速箱设计与仿真设计21.3 国内外研究现状1.3.1 发展概述20 世纪 80 年代中期,液力传动变速箱在国外得以迅速发展,普及率愈来愈高,除了大排量发动机继续装备液力传动变速箱之外,发动机排量在 ZL 以下的轿车也大量装备液力传动变速箱,而且不少车型都把它作为标准配置推出。液力传动变速箱在我国一直是处于十分落后状态,除了 70 年代长春第一汽车制造厂曾为红旗牌轿车配置了液力传动变速箱之后,将近二十多年来,国产轿车从未出现过液力传动变速箱总成。自从 20 世纪 80年代以来,国外大量的现代轿车进人我国市场,特别在一些国际化大都市,装备有液力传动变速箱的进口轿车迅速增长。随着我国改革开放的进一步深入,国家对汽车工业的投资规模日益扩大,国内外汽车生产企业对高质量、高水平、高效率的液力传动变速箱的需求越来越迫切。1.3.2 液力传动变速箱的技术发展趋势随着国内汽车市场的发育成长,液力传动变速箱产品型谱逐步细化,产品的针对性越来越强,因此在保证现有液力传动变速箱生产和改进的同时,要充分认识到加入 WTO后良好的合作开发机遇,取长补短,同时更应认识到供方、买方、替代者、产品竞争者的巨大压力。要紧跟重型商用车行业向高档、高技术含量和智能化方向发展的趋势,要紧跟客车低地板化、绿色环保化、城市公交大型化的发展方向,开发和生产具有自主知识产权、适合我国国情的重型车用液力传动变速箱。江西理工大学应用科学学院毕业设计32 总体方案的设计2.1 液力传动变速箱概述液力传动变速箱已有 60 多年的历史,目前工业车辆普遍使用的是液力传动变速箱。人们经常把液力传动变速箱和无级变速箱两个概念混为一谈。实际上这两种变速箱工作原理完全不同。液力传动变速箱主要利用液力变矩器配合差动轮系齿轮箱实现换挡功能。传动过程中,液力变矩器中液体分子在高压,高速运动中有相对运动。液力传动变速箱档位少变化大,连接平稳,因此操作容易,既给开车人带来方便,也给坐车人带来舒适。2.2 主要技术参数驱动 60 吨的液力传动变速箱主要设计参数:1)外形尺寸: 740×580×620mm2)功率: 70Kw3)转速: 2200r/min4)油压: 1.2~1.5Mpa5)力矩: 70N.m6)净质量: ≤400kg7)变速要求: 四级2.3 工作原理本次设计的液力传动变速箱主要利用液力变矩器配合变速箱中的齿轮实现换挡功能。液力变矩器由泵轮、涡轮和导轮等构件组成,泵轮和涡轮是一对工作组合,它们就好似相对放置的两台风扇,一台风扇吹出的风力会带动另一台风扇的叶片旋转,风力成了动能传递的媒介,如果用液体代替空气成为传递动能的媒介,泵轮就会通过液体带动涡轮旋转,再在泵轮和涡轮之间加上导轮,通过反作用力使泵轮和涡轮之间实现转速差就可以实现变速变矩了。由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大,因此在涡轮后面再串联几排齿轮提高效率。液力传动变速箱是通过湿式多片液力离合器限制或接通齿轮组中的某些齿轮得到不同的传动比。所以换挡品质的好坏与这些离合器和制动器有直接关系。根据汽车挡次的不同,出于成本考虑,经济型车的液力传动变速箱的控制机构通常被设计得很简单。刘喜:液力传动变速箱设计与仿真设计42.4 结构介绍液力传动变速箱是由变速箱、液力变矩器、油泵总成、主调压阀、溢流阀部件、操纵阀部件和离合器组成。下面逐步介绍各个部件:2.4.1 变速箱本次变速箱设计选用斜齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮因其使用寿命长,传动平稳和噪声小而得到广泛使用。设计要求:变速箱在低档工作时作用有较大的力,所以变速箱的低档布置在靠近轴的后支承处,然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性,又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。通过控制轴的长度即控制档数,来保证变速箱有足够的刚性。轴的设计:输出轴上的功率 P=70kw,转速 n=2200r/min ,转距 T=70 Nm。2.4.2 液力变矩器本次设计的液力变矩器为单级二相三元性结构,选用冲焊型液力变矩器。它有三个工作轮:泵轮、涡轮、导轮。它直接输入发动机动力传递扭矩和离合作用。通过泵轮将输入的机械能转变为工作液体的动能、压力能,再经涡轮将液体的动能转变为机械能而输出,在这一过程中,通过导轮增加了输出力矩。它能根据外载荷的变化自动完成无级变矩、无级变速的平稳传动,有效衰减了传动中的冲击和震动。根据动力机净标定转速和功率:n b=ndb=2200r/min-1, Pdb=70kw。根据液力变矩器的零工况泵轮公称扭矩 Mbgo=70n.m 进一步确定变矩器的型号为YJH315 型2.4.3 油泵总成油泵通常安装在变矩器的后方,由变矩器壳后端的轴套驱动。在发动机运转时,不论汽车是否行驶,油泵都在运转,为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、换挡控制系统部分提供一定油压的液压油。本次设计中,泵必须安装在变矩器的机壳上,并靠变矩器的输出轴来驱动。如果把泵直接安装在变矩器的输出轴上,则就回使变矩器变的体积庞大,而且在工艺上也是有很大的困难。因此我们根据泵的的动力输入方式,可以确定使用齿轮泵,这样实现起来方便而且效率高本次设计采用的油泵型式是:月牙型的定量泵。2.4.4 主调压阀、溢流阀部件调节主回路油压的调压阀称为主调压阀。油泵产生的液压调节后形成主油路压力,作为整个液压系统中各阀的基础液压。江西理工大学应用科学学院毕业设计5当油泵把油液输送到液压系统时,油泵的输出油压随着发动机的转速增加而升高,过高的油压可能引起油泵停转或部件损坏。为了防止这种现象发生,在液压系统都设有调压阀,以调节和保持主回路的油压,起到限压和溢流的作用。2.4.5 操纵阀部件操纵阀的作用是通过控制离合器的限制或接通来实现换挡,微动阀的作用是调压。液压式操纵阀由总泵(主缸)、分泵(工作缸) 、管路系统、回位弹簧等组成。具有摩擦阻力小,传动效率高,质量小,布置方便,接合柔和( 有助于降低猛接离合器时传动系的动载荷) 。系统刚度好有助于减小自由行程,也便于远距离操纵及采用可翻倾式驾驶室等优点。本次设计选用液压式操纵阀。2.4.6 离合器本次离合器设计的要求为摩擦面多,接合平顺柔和;摩擦片浸在油中工作,表面磨损小、使用寿命长,故选用湿式多片液力离合器,共设计两个离合器,即一个前进离合器和一个倒挡离合器。湿式多片液力离合器的结构包括:离合器盖、回位弹簧,滚针轴承,摩擦片等部件。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构,操纵阀是控制离合器限制或接通的装置。2.5 变速箱的三维建模及运动仿真本课题用三维设计软件 Pro/E 来实现液力传动变速箱的零部件造型和整机造型。并要求将三维建模转换为工程图,使用 pro/e 的工程图功能,我们可以将 pro/e 制作的模型输出成图纸的形式。在液力传动变速箱设计过程中,在投入生产之前利用计算机进行装配仿真,可以发现零、部件设计上的尺寸干涉和结构不合理,及时纠正设计中的不足,避免实际制造中出现问题,造成浪费和损失。 2.6 变速箱使用注意事项 变速箱在使用和维修保养时必须注意的几个事项为:1、油质检查;影响油质的主要原因是油液温度,油液温度过高,将会使油液粘性下降,性能破坏,堵塞细小量孔,卡滞控制阀门,降低润滑效果,破坏密封部件,进而可能导致变速箱失效;2、油压检查。车辆运行 1000 公里后有必要进行测压,把所测的压力值列表和标准压力值对照来衡量此时变速箱的工作状况;3、液压控制系统漏油检查;4、换档杆位置检查和调整;5、要用指定的耐高温液压油;6、在行驶中可以自由地切换前进挡;刘喜:液力传动变速箱设计与仿真设计67、长时间停车必须使用手刹,否则会破坏液力变速箱的锁止机构;8、车子停稳后,再挂入倒挡。2.7 本章小结在这一章节里,我们大概了解液力传动变速箱的结构和功能,以及它其中所包含的各个部件的基本情况。对其工作原理也有了初步的认识,此次液力传动变速箱的设计涉及到的知识面很广,涉及到了机械制图,机械原理,材料力学,液压传动,汽车理论,以及 Pro/E 等方面的知识,可以说是对我大学知识的汇总,也是对我的考验,经过近一个月的努力,通过查资料和询问老师,我已经掌握了液力传动变速箱的设计方法,知道了做什么,怎么去做,并确定了当中的尺寸和参数,不过,由于水平有限,其中在所难免会有些小错误,望各位老师赐教,知道我把这次毕业设计做的更完美。江西理工大学应用科学学院毕业设计73 变速箱设计3.1 变速箱传动方案设计图 3—1 总体方案图说明:前进一挡: 由输入轴经齿轮 2 和 8 结合,由输出轴输出;前进二挡: 由输入轴经齿轮 1 和 7 结合,由输出轴输出;后退一挡: 由输入轴经齿轮 3 和 6,过中间轴,又由齿轮 5 和 8,最后有输出轴输出;后退二挡: 由输入轴经齿轮 3 和 6,过中间轴,又由齿轮 4 和 7,最后有输出轴输出;刹车挡: 由刹车轴,经齿轮 9 和 10,最后控制输出轴。表 3—1 挡位齿数表档位 参数前进一挡 前进二挡 后退一挡 后退二挡 刹车挡齿数 =28 2Z=48 8=48 1=28 7=48 =483Z6=28 =4858=48 =483Z6=48 =4848=329Z=3210传动比(i)1.75 0.56 1.75 0.56 1刘喜:液力传动变速箱设计与仿真设计83.2 前进档设计3.2.1 前进挡概述 由于汽车变速箱各档齿轮的工作情况是不相同的,所以按齿轮受力、转速、噪声要求等情况,应该将它们分为前进挡工作区和后退档工作区两大类。前进挡工作区:在这个区内的工作特点是行车利用率较高,因为它是汽车的经济性档位。在高档工作区内的齿轮转速都比较高,因此容易产生较大的噪声,特别是增速传动,但是它们的受力却很小,强度应力值都比较低,所以强度裕量较大,即使削弱一些小齿轮的强度,齿轮匹配寿命也在适用的范围内。因此,在前进档工作区内齿轮的主要设计要求是降低噪声和保证其传动平稳,而强度只是第二位的因素。以下将具体阐述怎样合理选择设计参数。3.2.2 前进挡档数的确定档数多少影响到档与档之间的传动比比值。比值过大会造成换档困难。一般认为比值不宜大于 1.71.8。因此如最大传动比与最小传动比之比值愈大,档位数也应愈多。对于轿车而言,由于其行驶车速高,比功率大,最高档的后备功率也大,即最高档的动力因素大,所以其最高档与起动档的动力因素间的变化范围较小。重型货车的比功率更小,使用条件也更复杂,所以一般采用六档至十几个档的变速箱,以适应复杂的使用条件,从而使汽车具有足够的动力性和良好的燃油经济性。但:本设计为了满足使用要求,挡数设计为: 前进为二挡3.2.3 前进挡齿轮设计(1)合理选用模数:在现代变速箱设计中,各档齿轮模数的选择是不同的。但为了经济性和用途的要求,初选模数:m=4。(2)合理选用压力角:对于同一分度圆的齿轮而言,若其分度圆压力角不同,基圆也就不同。当压力角越大时,基圆直径就越小,渐开线就越弯曲,轮齿的齿根就会变厚,齿面曲率半径增大,从而可以提高轮齿的弯曲强度和接触强度。(3)合理选用螺旋角:为了保证齿轮传动的平稳性、低噪声和少冲击,所有齿轮都要选择较大的螺旋角,一般都在 30 左右。(4)分析齿顶宽:对于正变位齿轮,随着变位系数的增大,齿顶高也增大,而齿顶会逐渐变尖。所以必须对齿轮进行齿顶变尖的验算。对于汽车变速箱齿轮,一般推荐其齿顶宽不小于(0.25-0.4)m。江西理工大学应用科学学院毕业设计93.2.4 齿轮强度计算方法概述(1)我国的国家标准局所发表的渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法是参照国际标准化组织的计算方法所制定的,该方法比较全面地考虑了影响齿轮承载能力的各种因素,现已成为目前最精确的、综合的齿轮强度计算方法。影响轮齿载荷的各种因素大致可归纳为四个方面,分别用四个系数来修正名义载荷,这四个系数分别为使用系数 K 、动载系数 K 、齿向载荷分布系数 K 、齿间载荷分配AVD系数 K 。W(2)各种齿轮强度计算方法所采用的动载系数 Kv 在形式上有很大的差别,考虑的因素也不相同。(3)各种齿轮强度计算方法所采用的齿向载荷分布系数 K 的计算方法各不相同。D(4)各种齿轮强度计算方法所采用的齿间载荷分配系数 K 的处理上有很大差别。W(5)由于汽车变速箱的工作特性,使得轮齿的载荷是波动的,对于这种不稳定载荷的情况。从以上四点可看出国际标准化组织 ISO 的齿轮强度计算方法是一种比较合理、精确的方法,所以在本论文中齿轮的设计计算采用此种方法。齿轮在传递动力时,轮齿处于悬臂状态,在齿根产生弯曲应力和其它应力,并有较大的应力集中,为使齿轮在预定的寿命期内不发生断齿事故,必须使齿根的最大应力小于其许用应力。采用 30 切线法确定齿根危险截面位置,取危险截面形状为平截面,按全部载荷作用在单对齿啮合区上界点,只取弯曲应力一项,按受拉侧的最大应力建立起名义弯曲应力计算公式,再用相应的系数进行修正,得到计算齿根的弯曲应力公式。图 3—2 前进一挡齿轮3.2.5 前进挡轴的设计第一轴和中间轴: (3—1)(0.4~5),dAm刘喜:液力传动变速箱设计与仿真设计10第二轴: (3—3max1.07,edT2)式中 —发动机的最大扭矩,N·maxeT轴的直径 d 与轴的长度 L 的关系可按下式选取:第一轴和中间轴: d/L=0.16 0.18;~第二轴: d/L=0.18 0.21。图 3—3 轴的设计图3.3 倒档设计3.3.1 倒档概述由于倒档使用率不高,为了经济性,采用和前进挡一样的设计。为实现倒档传动,利用在前进档的传动路线中,加入一个中间传动齿轮的方案,也有利用两个联体齿轮的方案。由于前者结构简单,鼓采用中间传动齿轮实现倒挡。
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