履带推土机传动系统设计Word文档格式.docx

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TheDesignoftheTransmissionSystemofCrawler

Bulldozer

学生姓名：

机械设计制造及其自动化

钟宇光

职称：

教授

所在单位：

哈尔滨工程大学

论文提交日期：

2014年6月12日

论文答辩日期：

2014年6月21日

学位授予单位：

摘要

随着新世纪的前进，我国在市政工程、道路交通、农田水利、能源矿上等对高性能机械产品的需求迅速增长，机遇与挑战并存，对其性能要求也越来越严格。

作为工程机械的重要组成部分——推土机，随着工况条件的复杂与艰难，对其工作可靠性、维修性、安全性和燃油经济性也提出了更高的要求，而这些要求均与推土机传动系统有着密切的关系。

本设计在了解工程机械人力换挡变速器的基本原理、特点、及国内外最新发展情况的基础上，设计履带推土机传动系统的工作结构，使其实现5个前进挡和4个倒退挡。

本设计采用的是机械式传动系统，主要完成了以下工作：

对各挡分配传动比；

对挡位之间布置进行安排；

确定齿轮传动方式，及各齿轮参数、轴布置及轴结构设计；

设计换挡机构锁销式同步器；

对支承传动齿轮的箱体进行大致的设计；

并且，与此同时使用PRO/E软件工具进行三维模型绘制和装配关系分析，对重要受力构件进行强度分析，能够实现目的、满足基本要求，运用CAD绘制二维装配图与零件图。

通过本次课题设计，进一步加强所学的专业知识，了解和掌握机械系统设计步骤和方法。

并经过三维CAD系统和运动学分析软件的建模和分析练习，掌握了先进的设计方法和设计理论，提高了实践能力。

关键词：

高性能机械产品、推土机、传动系统、人力换挡变速器、同步器

I

哈尔滨工程大学学士学位论文

ABSTRACT

Withthecenturyofprogress,theneedofhigh-performancemachineryproductsformunioipalengineering,roadtraffic,irrigationandwaterconservancy,energyandminesandsoforthisrapidlyincreasing.Opportunityisalwaysstandingbydekaron,theperformanceofwhichisincreasinglystrict.Asthesignificantmemberofconstructionmachinery,thebuildozerhastoimproveitsworkingreliability,maintainability,safety,fueleconomytoadapttothemorecomplexanddifficultenvironment,whichisclosedlyrelatedtothetransmissionsystemofthebuildozer.

Afterhavingaknowledgeoftheory,feature,thelatestconditionathomeandabroadaboutthehumantransmission,Idesignedthetransmissionofthebuildozer,whichhasfiveforwardgearsandfourreversegears.Theplanadoptedtomechnicaltransmissionsystem.Themainworkfinishedisasfollow:

distrubutegearratiotoeverygear,arrangetheconfigurationofeachothergear,comfirmthedrivingmodeofgearwheel,includingparameterthearrangementandstructureofshafts,designthelockpinsynchroizerandthebox;

Aswell,IusedthePRO/Etodrawthree-dimensionalmodeandanalysisweighted,findingitreasonable,thendrawitsX-Yscheme.Throughtheprogress,Ihaveadeepcongnitionofmyprofissionalknowledgeandgraspthewayofmechanicalsystemdesign.Atthesametime,withthepracticeofthethree-modeCADsystemandkinesiology,Imasteredtheadvanceddesigntechniqueandtheory,andimprovedmypracticalability.

Keywords：

High-performancemachineryproducts,Earthmover,Transmissionsystem,Humantransmission,Lockpinsynchronizer

II

第1章绪论..............................................................................................................................1

1.1课题背景、目的及意义.............................................................................................1

1.2国内外各种传动系统研究状况.................................................................................1

1.3本论文的主要内容.....................................................................................................4

第2章履带推土机传动系统的总体方案设计......................................................................5

2.1设计目标.....................................................................................................................5

2.2履带推土机传动系统总体设计.................................................................................5

2.3传动比确定.................................................................................................................7

2.3.1概述..................................................................................................................7

2.3.2总传动比确定..................................................................................................7

2.3.3总传动比校核..................................................................................................9

2.3.4传动系统总传动比的分配..............................................................................9

2.4本章小结...................................................................................................................10

第3章变速箱关键构件结构方案设计................................................................................11

3.1概述...........................................................................................................................11

3.2变速箱结构方案的选择...........................................................................................11

3.2.1平面和空间三轴式变速箱............................................................................12

3.2.2齿轮安排........................................................................................................12

3.2.3换挡结构形式................................................................................................13

3.2.4变速箱主参数确定........................................................................................13

3.3变速箱轴结构设计...................................................................................................19

3.3.1计算各轴的转矩............................................................................................19

3.3.2输入轴结构设计............................................................................................20

3.3.3中间轴结构设计............................................................................................21

3.3.4输出轴结构设计............................................................................................23III

3.4同步器结构设计.......................................................................................................23

3.4.1锁销式同步器工作过程分析........................................................................24

3.4.2同步器主要参数确定....................................................................................24

3.5运动可行性分析模拟...............................................................................................27

3.6本章小结...................................................................................................................29

第4章变速箱关键构件的校核计算....................................................................................30

4.1变速箱齿轮强度计算...............................................................................................30

4.1.1齿轮损坏原因及形式....................................................................................30

4.1.2计算斜齿轮的弯曲应力................................................................................30

4.1.3计算斜齿轮的接触应力................................................................................32

4.2变速箱轴的校核计算...............................................................................................35

4.2.1输入轴的校核................................................................................................35

4.2.2中间轴的校核................................................................................................37

4.3检验轴承的寿命.......................................................................................................42

4.4校核键的强度...........................................................................................................43

4.5箱体外壳结构设计及初步建模...............................................................................44

4.6本章小结...................................................................................................................45

结论..........................................................................................................................................46

参考文献..................................................................................................................................47

攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果..............................................................49

致谢..................................................................................................................................50

IV

第1章绪论

1.1课题背景、目的及意义

近些年以来，随着我国国民经济建设的高速发展与国家“十一五”规划纲要的成功实施，能源矿山、农田水利、市政工程、道路交通等对高性能机械产品需求和要求等迅速增长与增加，使得我国工程机械行业抓住了难得的历史机遇，顺势地不断快速发展、成长与壮大，同时也遇到了前所未有的挑战。

“十一五”期间，工程机械行业规模总量、销售收入均跃居世界首位，成为我国国民经济发展的重要支柱产业之一[1]。

京沪高铁总投资2200亿元，其中基建占到1000亿元，工程机械采购规模大约为209亿元，平均每年的采购额约为42亿元，不言而喻高铁对工程机械的需求量是非常大的。

据报道，“十二五”期间，国家投在交通运输上的资金将达10万亿元，高铁、城铁、地铁、高速公路等基础设施建设，将极大地带动工程机械行业进一步的发展[2]。

工程机械将再一次面对发展的机遇。

作为工程机械里的重要组成部分——推土机，随着国家经济的发展与工程机械行业的快速进步，国内外对其需求量与日俱增，但是所谓机遇与挑战并存，工作条件的更加复杂与艰难化，人们对其工作可靠性、可维修性、安全性和燃油经济性也就提出了更高的要求[3]。

另外，作为牵引式工程机械的典型代表——履带推土机，较一般的推土机能够适应更多的工况，它追求的是速度与负荷之间的自适应能力、降低比油耗、提高作业生产率，充公利用发动机功率，即追求最大的作业生产率、经济性、动力性，也就是说能够使发动机功率得到充分发挥，使传动系统应有较高的效率，使整机有较好的作业生产率，而这一切的关键之一，推土机传动系统地位着举重若轻[4]。

因此本设计的意义也就体现出来了。

履带推土机主传动系统能够实现5个前进挡和4个倒退挡，并可通过转向差速器实现转向运动，此课题的目的就是在了解工程机械人力换挡变速器的基本原理、特点、及国内外最新发展情况的基础上，设计履带推土机传动系统的工作原理和结构，实现5进4退，并且用PRO/E软件工具进行三维模型绘制和装配关系分析，后期可用相关软件对重要受力构件进行强度模拟分析。

本课题属于在现有传动系统中进行改进和部分创新，比如现在的推土机一般是3前进挡3倒退挡的，而我通过改进使其实现5进4退的。

1.2履带推土机国内外各种传动系统研究状况

1

目前当下，现有推土机传动系统一般主要有四种，分别是机械式传动系统、液力机械传动、液压传动系统、电传动系统。

从而，按推土机的传动方式可以把推土机大体分为机械式推土机、液力机械式推土机、静液压推土机与电传动推土机。

根据对推土机的使用性能要求，无论推土机使用何种传动方式，其最终的目的都只有一个，那就是最大限度地提高推土机动力性和燃油经济性，保证推土机有最大生产率。

然而，由于各种传动形式系统，具有各自的优缺点，在不同的使用条件下侧重点不一样，使得采用不同传动形式的推土机也是各有千秋[5]。

机械式传动系统主要由主离合器、人力换挡变速箱或液压动力换挡变速箱组成。

机械式系统中离合器是关键部分，一般为了延长它的使用寿命，常采用湿式离合器。

并且，为了使人们在用的时候能够不用费多大的力气，用主离合器，就经常采用液压动力来进行控制它，这与采用湿式离合器不谋而合，极大地便于布置；

人力换挡变速箱，顾名思义，就是采用啮合套，通过人的力量来控制换挡装置。

总而言之，此传动系统结构相对其它几种来说比较简单，而且价格也比较可观，燃料消耗量同时也比较低，更好的是传动效率高；

但是话说回来其人力换挡操纵相当费力，对驾驶操作者的能力要求较高，且其变速属于有级变速，对可能遇见的各种载荷的适应性能力不是很好，这点不能充分利用发动机功率。

液力机械传动系统下属又可以分为三类形式：

第一种是由变矩器和动力换挡变速箱组合而得。

其中变矩器的优点比较明显。

它的转速能够随着阻力自动变化，从而使得换挡过程较柔和，能高效率的利用发动机的功率，不容易熄火，且整机牵引性能也得到一定程度的改善，但是仍存在一定的换挡冲击[6]。

因此，为了更好地解决在换挡时，在其中存在的碰撞、打击等问题，动力换挡变速箱的液压操纵系统中一般都会安装一种装置，那就是平稳结合阀。

液压动力换挡操纵轻便，对驾驶者要求不是很高，性能好。

其缺点也很明显，主要是变矩器高效率的地段非常非常的狭小，它在工作的时候经常位于75%以下的这种效率相当相当低小的地方，由此导致整个传动系统整个的传动效率非常小，较大能量被浪费在没有用的地方。

第二种是在上一种的基础上的变矩器加上一个闭锁离合器，可以认为是第一种的第二代系统，其为了克服第一代变矩器效率低的缺点，目前主要有以下的解决措施：

（1）利用很多东西整合在一起的变矩器。

当变矩器进入效率相当小的地方工作时，就会转换为耦合器工作情况，从而能够提