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1、提供全套毕业论文，各专业都有学 号 2010071106密 级 _哈尔滨工程大学学士学位论文履带推土机传动系统设计院（系）名称：机电工程学院专 业 名 称：机械设计制造及其自动化学 生 姓 名：指 导 教 师： 哈尔滨工程大学2014年6月履带推土机传动系统设计 王显义 哈尔滨工程大学学 号 2010071106密 级 _履带推土机传动系统设计The Design of the Transmission System of Crawler Bulldozer学 生 姓 名：院（系）名称：机电工程学院专 业 名 称：机械设计制造及其自动化指 导 教 师： 职 称：教 授所 在 单 位：哈尔滨工程
2、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：哈尔滨工程大学履带推土机传动系统设计摘 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
3、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
4、程大学学士学位论文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 increa
5、singly 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 g
7、ear 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, find
8、ing 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 theor
9、y , and improved my practical ability. Key words：High-performance machinery products, Earthmover, Transmission system, Human transmission, Lockpin synchronizerI履带推土机传动系统设计目 录第1章 绪论11.1 课题背景、目的及意义11.2 国内外各种传动系统研究状况11.3 本论文的主要内容3第2章 履带推土机传动系统的总体方案设计52.1 设计目标52.2 履带推土机传动系统总体设计52.3 传动比确定72.3.1 概述72.3.2
10、总传动比确定72.3.3 总传动比校核92.3.4 传动系统总传动比的分配92.4 本章小结10第3章 变速箱关键构件结构方案设计113.1 概述113.2 变速箱结构方案的选择113.2.1 平面和空间三轴式变速箱123.2.2 齿轮安排123.2.3 换挡结构形式133.2.4 变速箱主参数确定133.3 变速箱轴结构设计193.3.1 计算各轴的转矩193.3.2 输入轴结构设计203.3.3 中间轴结构设计213.3.4 输出轴结构设计233.4 同步器结构设计233.4.1 锁销式同步器工作过程分析243.4.2 同步器主要参数确定243.5 运动可行性分析模拟273.6 本章小结2
11、7第4章 变速箱关键构件的校核计算304.1 变速箱齿轮强度计算304.1.1 齿轮损坏原因及形式304.1.2 计算斜齿轮的弯曲应力304.1.3 计算斜齿轮的接触应力324.2 变速箱轴的校核计算354.2.1 输入轴的校核354.2.2 中间轴的校核374.3 检验轴承的寿命424.4 校核键的强度434.5 箱体外壳结构设计及初步建模444.6 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50I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
12、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。作为工程机械
13、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
14、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
15、。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
16、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
17、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
18、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，从而能够提升效率；(2) 利用几条路子的方向，把总的总功率分成几路，使其中的一路或者几路功率经过变矩器；(3) 采用带闭锁离合器的变矩器，当载荷变化小、作业工况平稳时，将变矩器闭锁，变为机械传动，一定程度上传动系统的效率得到提高。第三种又是在第二种的基础上改进，将其中的换挡变速箱改为自动，具体办法是在带闭锁离合器的变矩器和动力换挡变速箱基础上加上电子自动换挡控制系统，该装置能根据负荷变化进行自动换挡，与此同时采用电子控制调压阀（ECMV）进行换挡的品质控制，使换挡更加趋于平稳，冲击振动更加小7。但是其中用到的电子控制系
19、统技术上较复杂，没有达到熟练掌握的程度，目前还处于起步阶段，因而这种技术也就不常用到。液压传动系统：发动机功率所有都是用来使用到的那些液压机构部件、装置。该传动系统主要由变量泵和变量马达组成，显然这使得整个液压传动传动装置占地面积变得相对小一些，重量不会太重，从而便于人们安排推土机的总体规划。另外使用此种传动系统能够轻易实现左右两边的履带可以左边运动右边不动或是右边运动左边不动或是两边都工作、可以实现在一个位置就能够转弯以致改变方向和通过开动机器利用发动机来进行转向，以便液压推土机更加适应各种不同的、复杂的作业的工况需求。马达与泵的组合方式不一样，推土机获得的牵引的特征、性质也会不一样；在改变
20、速度与行走运动方面，可以简单、快捷地实现推土机的无级调速和微动行驶，使推土机开动起来不是那么的强烈，并且可以很快的该变速度的大小和没有强烈的碰撞、震颤的情况下轻而易举地变化行走的方向。液压传动系统具有自动无级变速功能，可以根据外界载荷、推土机的行驶速度大小变化自动改变现在的速度来达到最佳状态。不仅有液力机械式传动系统的优点，还有机械式传动系统的优点，综合起来就是能够充分利用发动机的功率，生产率高。最后一种传动系统是电传动系统，即先把内燃机的运动的机械能通过一些运动机构之后转化成电能，再通过传达转换过来的电能来传递需要的动力，由电能最后再转化为运动的机械能的传动系统。电力传动的总体概念与静液压传
21、动是相似的，不同的地方是用发电机、电动机和电缆取代了液压泵、液压马达和液压管道。其优点是：电动机和发电机之间用柔性电缆连接，通过比较显然可知，铺设电缆线明显比液压管道更为方便；调节的特性好，和微电子技术的关联程度非常高，可以得到很多不同的牵引特性曲线，可以方便的实现自动控制及遥控，具有较好地发展前景；能使发动机在有利工况下稳定运行，油耗低、排放污染小、寿命长。其缺点是：单位重量功率密度比前三种传动方式都小，电机尺寸与重量都比同功率液压组件大得多，目前结构比较笨重；耗用有色金属和其它特殊材料较多，价格较高，从而使得整机成本也提高了；由于是电控，抗干扰和电磁兼容等问题解决起来相对比较困难。电力传动
22、装置很早就用于柴油机电动船舶和内燃机车上，后又用于大吨位矿用载重汽车和某些大型工程机械（包括推土机）上8。以上所介绍的各传动系统之间还能相互组合以利用，这里不再赘述。从以上对各形式传动系统的描述可知，最有前景的一种是液压传动系统，而目前我国大部分推土机是液力机械传动系统式，此项技术比较成熟，而使用液压传动就相对较少，且技术不完整，核心技术还没有掌握，且问题较多。而在国外，有部分企业，比如利勃海尔、卡特彼勒，它们早已研制出技术相当成熟的液压传动推土机，并成功使用在中小型推土机上9。1.3 本论文的主要内容本课题为履带推土机传动系统设计，目标是实现5个前进挡与4个倒退挡。首先是确定总体传动方案，然
23、后再进行详细设计。具体内容如下：(1) 了解现有履带推土机传动系统都有哪些，了解国内外发展现状，并结合课题设计要求确定至少两个履带推土机主传动系统方案，最终通过比较选择比较合理的设计方案，并绘制结构简图。(2) 根据所选方案，对各部分进行详细设计，主要包括变速箱的设计计算，对齿轮、轴、轴承进行必要的校核、验算，并绘制相应的弯矩图、扭矩图，最后绘制装配图。(3) 设计支撑整个传动系统的箱体结构。(4) 按照最新制图标准，手工绘制零号装配图并用计算机绘制各个主要部件零件图。(5) 应用三维制图软件PRO/E，进行主要零件三维实体建模，装配及运动仿真。3第2章 履带推土机传动系统的总体方案设计2.1
24、 设计目标设计履带推土机传动系统，根据课题设计要求，本设计在大方向上将从第一章中所论述的几大类传动系统中选择选择一种实现5个前进挡、4个倒退挡，由于要实现的挡位比较多，因此大类传动系统采用机械式传动系统，机械式传动系统主要包括主离合器和人力换挡变速箱，履带式驱动桥（中央传动、转向制动、轮边减速），而主离合器、履带式驱动桥大部分机件标准化程度较高，比如：轮边减速其实就是一个二级减速器，转向制动主要是转向离合器属于离合器范畴、中央传动就是一对伞齿传动，因而这些不是本设计的重点，后期有时间再改进。而本设计的重点就是人力换挡变速箱。人力换挡变速箱主要包括箱体和箱体内的设计。2.2 履带推土机传动系统总
25、体设计履带推土机传动系统由于此处需实现多个挡位的前进与后退，根据国内履带推土机传动系统的发展情况及其各类传动系统的优缺点，本设计采用机械式传动系统实现本设计要求。输出 机械式履带推土机传动系统采用发动机-离合器-变速箱-驱动桥-驱动轮，既可以满足要求，其中驱动桥包括中央传动与最终传动。拟有两套变速箱总体方案如图2.1所示：(a)方案1(b)方案2图2.1 总体方案方案(1)：如图2.1(a)示:1至15均属于齿轮，主要是通过四根同平面的轴，支承各齿轮；其中换挡主要是通过移动齿轮换挡，倒挡的实现是通过移动齿轮11，使其与输入轴上的双联齿轮之2啮合上，从而改变齿轮旋转方向，即实现倒挡。方案(2)：
26、如图2.1(b)示：116都是齿轮，17是同步器，通过十六个齿轮与四个同步器就能够实现5个前进挡，4个倒挡。该方案中所有传动齿轮均是常啮合的。倒挡是通过换挡装置使中间轴与齿轮12联接固定，从而把运动传递出去，就能实现旋转方向变换了。方案(1)与方案(2)相互比较：结构布置比较：方案(1)采用四根同平面轴，占用空间，且其中出现了悬臂梁，传动不稳定，且会直接导致后期箱体的设计复杂化，而方案(2)采用三根轴直接支承在箱体的两端，刚度较好，其次是利用空间布置使得空间利用率明显高于方案(1)；换挡方式比较：方案(1)利用移动齿轮换挡，冲击会比较严重，且效率低，噪音大，耐久性不长，经济性不高；而方案(2)
27、利用啮合套或是同步器换挡，能够轻便实现换挡，冲击小，效率高，不易损坏，只是相对比较复杂。经过上述比较，本设计拟采用方案(2)。下面把其各挡传递路线详细地列在如下表2.1中：基本原理就是通过不同齿轮的组合得到不同的挡位，其中用到同步器之后，大大减表2.1 挡位传递路线前 进一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少齿轮数量。而这些传动用到的齿轮主
28、要是通过三根轴支承在箱体上。本设计就是要确定这16个齿轮、3根轴、同步器、箱体及它们的相互位置关系。2.3 传动比确定2.3.1 概述本设计只有一个要求实现5个前进挡、4个倒退挡，为了能够把设计进行下去，在此参照T180系列推土机，根据其最终挡位速度计算出本设计中需要的变速箱挡位速度进行设计。表2.1 传动系统最终实现挡位及其速度（km/h）挡位12345前进挡2.63.54.7710.3倒退挡3.34.56.19.1表3.2 所选发动机参数发动机型号额定功率额定转速最大扭矩参数G128ZG2132.4kW1850r/min854Nm2.3.2 总传动比确定对于履带式机械，传动系统总传动比按下
29、式计算： （2-1）式中：履带围绕驱动轮一周需要履带板数，此处； :履带板节距，工程常用173、203、216（mm），此处选203mm；1、前进挡传动比确定对于前进挡 (km/h)，由公式（2-1）可得最低挡总传动比： 最高挡总传动比： 中间挡总传动比确定：由研究已知知道，为了达到最佳转换规律，相临传动比之间满足： （2-2）式中q为公比级数，一般取1.4-1.8；由变速箱有5个前进挡，则： 得： 于是前进挡中间传动及其高低挡分别为： 39、55.146、77.976、110.259、155.906 （从39依次推算而得） 156、110.325、78.024、55.179、39.023 （
30、从156依次推算而得）综上可得前进5挡传动比分别为：156、110、78、55、392、倒退挡传动比确定对于倒退挡 (km/h)，同理由公式（2-1）可得最低挡总传动比： 最高挡总传动比：中间挡总传动比确定：同理可求得公比：从45依次计算得45、63、88.2、123.48从123依次计算得123、87.857、62.755、44.825综上可得各传动比依次为：123、88、63、452.3.3 总传动比校核这里只需校核最低挡就行了，因为只有最低挡满足要求其它挡位就能满足使用要求。为了防止发动机熄火，最低挡总传动比应满足的条件是：对于履带机械 （2-3）式中：为发动机最大输出转矩；为发动机驱动
31、辅助装置（油泵、风扇等）消耗的转矩；前进1挡传动系统效率；为车辆的附着力；为驱动链轮的节圆半径。其中，代入公式（2-3）计算得N显然是满足要求的。2.3.4 传动系统总传动比的分配传动比分配即是在传动系统的总传动比确定之后，把总传动比合理地分配到变速箱、中央传动和轮边减速器三个部件中去的过程。传动系统的总传动比等于整个传动系统中的各个部分的传动比之积： （2-4）式中：为变速箱传动比；为中央主传动传动比；为轮边减速器的传动比。各部件传动比确定的原则是：为了减小传动系统中各传动部件的载荷，根据功率由前向后传动的方向，越向后部件应取越来越大的传动比10。一般，首先确定，然后确定，最后根据式（2-4
32、）确定。除此之外，在确定这三个部件传动比的过程中，需要注意以下几个方面的问题：值尽量取大，但不能影响整机宽度，且要使轮边传动装置结构上能够包容。值也要尽量取大，但要注意中央传动的最小离地间隙的限制。当和取值较大或过大时，变速箱中最高挡的传动比就要小于1，出现增速现象。虽然增速是被允许的，但须演算高速轴承、齿轮、传动轴等零件的转速是否在允许的范围之内。借鉴现有的机械： 取 再由： 分别计算得变速箱的：前进5挡分别为：2.45、1.73、1.23、0.86、0.61倒退4挡分别为：1.93、1.38、0.99、0.712.4 本章小结本章主要介绍了履带推土机传动系统的组成部分，并确定了履带推土机主
33、传动系统总体方案原理图，明确变速箱挡位路线，及所要完成的基本内容。除此之外还确定了传动系统中各部件的传动比及其变速箱内各挡的传动比,并对总传动比进行了验算。总传动比的确定是依据理论速度及其相关的参数计算而得，中间各挡的总传动比则是在现有研究的基础上，根据其与最高挡和最低挡之间的关系来确定；变速箱中各挡传动比则是依据总传动比分配原则及其一些客观条件而得。49第3章 变速箱关键构件结构方案设计3.1 概述变速箱有动力换挡变速箱和非动力换挡变速箱两大类，此处所要设计的变速箱属于第二类。非动力换挡变速箱又被称为人力换挡变速箱或机械式变速箱，其结构简单，工作可靠，传动效率高。变速箱的主要功用11是：(1
34、)变速变扭。发动机的变速变矩能力较差，或者说几乎没有，不能够满足对车辆牵引力和速度变化范围的需求，因此需要通过变速箱来解决部分矛盾，以满足部分要求。(2) 降速增扭。发动机的转速高，转矩小，需要通过变速箱等部件来降低发动机传递到驱动轮的转速，同时增大驱动轮的转矩，以便满足对车辆牵引力和速度的要求。(3) 实现空挡。第一，发动机启动时需要空载；第二，当车辆较长时间停车而又不希望发动机熄火，这两项要求均需要变速箱挂空挡切断发动机的动力或切断车辆的负载而实现。(4) 实现车辆的进退。不管是运输工况，还是牵引工况，车辆随时都面临需要变换方向的可能，但因发动机不能够反向旋转，只能一直朝一个方向旋转，因此
35、车辆的前进、倒退只能依靠变速箱换挡以改变转向来实现。 对变速箱的要求，除一般便于制造、使用、维修以及质量轻、尺寸紧凑外。主要还有以下几点：(1) 换挡操纵轻便、灵活、准确。(2) 要求变速箱结构简单，工作可靠，噪声小，传动效率高。(3) 变速箱要有足够的挡位数，包括空挡和倒挡，以保证车辆具有良好的生产率、动力性与经济性。(4) 要避免自动脱挡、跳挡、运动干涉等不良现象的发生。3.2 变速箱结构方案的选择目前，推土机上采用的变速箱结构多种多样，这是由于各种类型的推土机的使用要求不同，也是由于各国推土机的使用、制造、修理等条件所决定的。各种结构形式都有其各自的优缺点，这些优缺点随着主观和客观条件变
36、化而变化。因此，设计时应深入实际，收集资料，调查研究，对结构进行分析比较，并尽可能考虑到产品系列化、通用化和标准化，最后决定较合适的方案12。3.2.1 平面和空间三轴式变速箱倒挡轴：此处没有设计单独的倒挡轴，主要是因为在本设计中是通过在中间轴上布置倒挡齿轮从而实现倒挡，因而在这里需要解决一个问题，空间三轴的位置关系确定问题，通过下图所示： 1-输入轴；2-输出轴；3-中间轴图3.1 过渡轴的布置通过图3.1的简单受力分析可知，由图看去输入轴顺时针转时，过度轴布置应布置在右边更合理一些。平面三轴式变速箱三轴处于同一个平面上，占用空间大，且不易实现多个倒退挡，而空间三轴式变速箱，顾名思义就是输入
37、轴、输出轴和中间轴在空间成三角形布置；在输入轴与中间轴之间布置有换向惰轮，从而能够实现多个前进挡和多个倒退挡。根据上述所讲的原则，及其绿色设计的理念，本设计决定选用空间三轴式变速箱：输入轴：前端采用双列球面滚柱轴承支承，不仅可以调心，而且还能承受轴向力；后端用滚柱轴承支承，主要承受径向力。轴中部有常啮合齿轮和直接挡齿轮。中间轴：前端采用双列球面滚柱轴承支承，有与输入轴常啮合的齿轮，各挡齿轮用双金属滑动轴承支承在花键轴上形成空套联接，后端用滚柱轴承支承。输出轴：前端采用双列球面滚柱轴承支承，与中央传动锥齿轮做成一体，上有各挡被动齿轮，通过花键与输出轴联接。3.2.2 齿轮安排各齿轮副的安装对于变
38、速箱整机的布置影响大，因此对于其安排要注意以下几方面：(1)为提高传动效率，普遍采用有直接挡的传动方案。(2)注意齿轮的受载情况，由于本设计采用斜齿轮，因此需注意旋向的安排。(3)齿轮的布置要有利于减小轴的挠度，改善支承受力。(4)充分利用空间，尽量减小轴向尺寸和变速箱外形尺寸。(5)相临挡要相互靠近，便于换挡。(6)尽可能多地采用公用齿轮、公用轴、减少零件成本，降低造价成本。(7)低挡齿轮靠近支承，一般情况是从右到左、从低挡到高挡依次排列。3.2.3 换挡结构形式目前，履带推土机的换挡形式主要有三种：(1) 移动齿轮换挡。通常采用直齿轮滑动换挡，也有斜齿轮滑动换挡的。移动直齿轮换挡的优点是结
39、构简单、尺寸紧凑、制造简单，缺点是换挡时齿面间承受巨大的冲击，会导致齿轮过早损坏，且工作噪声大13。斜齿轮换挡虽在工作时较平稳，但仍然不能避免过大的冲击，因此在变速箱中移动齿轮换挡越来越少见了。(2) 啮合套换挡。使用啮合套换挡，可用构成一定传动比的齿轮副制造成常啮合的斜齿轮，在斜齿轮的侧边做一个易结合的结合齿，一般采用花键齿，用来与啮合套啮合。这样避免了在一两个齿之间有大冲击，在结合时，啮合套齿与结合齿共同承受冲击力，大大地减弱了冲击，且此种换挡还具有斜齿轮传动的优点。因此，比较适合用于对换挡要求不是很高的大型机器中，比如推土机。(3) 同步器换挡。这是啮合套换挡的改进，能够减轻结合时，结合
40、齿间的冲击，结合齿之间在啮合之前有一个同步的过程，因而结合比较轻柔，比较适合用于汽车之类追求速度的机器中。本设计采用同步器换挡，其中同步机构设计一个锁销式同步器。具体设计详见后文。3.2.4 变速箱主参数确定1、变速箱挡位数及各挡传动比在第2章已经确定：前进5挡分别为：2.45、1.73、1.23、0.86、0.61倒退4挡分别为：1.93、1.38、0.99、0.712、中心距中心距是决定变速箱外形尺寸的重要参数，在满足其他条件下要尽可能的小。中间轴与输出轴之间的距离A1可按下式14计算： （3-1） 式中：轴距系数，一般=13.416，此处取=15； ：变速箱1挡需传递的最大转矩；又：（N
41、m） (mm) 这是初选中心距。3、推土机中齿轮的模数计算齿轮模数是决定齿轮几何尺寸的主要参数，与齿轮的弯曲疲劳强度、重叠系数、及其传动平稳性有关。一般情况下，在满足齿轮强度要求的前提下，可以取得小一些。同一变速箱中，为了加工方便，所有齿轮均使用同一模数。推土机中齿轮的模数一般可按下式计算： （3-2）式中是模数系数，此处取0.48，则： 4、推土机中齿轮的宽度计算齿轮宽度直接影响齿轮的强度。齿宽过大、过小都不行，因此，在保证齿轮强度的情况下，齿宽不宜过大。由于采用的是斜齿轮，其宽度计算经验式为： （mm） （3-3）5、推土机中齿轮的压力角选取齿轮的标准压力角是20，且变速箱中齿轮多采用标准
42、压力角，故本设计也采用标准压力角。6、推土机中斜齿轮的螺旋角选取齿轮的啮合性能、强度和轴向力主要决定了斜齿轮的螺旋角的选取。过大，会导致轴向力过大，轴承的工作条件恶化，导致传动效率下降，因此不宜过大，一般。7、同步器啮合套参数计算与选取同步器啮合套与渐开线花键一样，采用渐开线齿形。由于制造工艺等原因，在同一变速箱中的几个啮合套，往往采用同一模数。啮合套模数按下式初步计算： （3-4）式中：是啮合套齿数；是啮合套所传递的最大转矩；为模数系数，当齿面工作宽度时，；当时，。这里先暂时停一下，后期再与锁销式同步器一起设计。8、推土机中斜齿轮的配齿计算由前已知变速箱各传动比分别为：前进挡： 倒退挡： 传
43、动系简图如图3.2示：图 3.2 传动系统简图 齿序数安排从左到右，从上到小依次排列为Z1到Z16。由图3.2可知，变速箱由换向机构与变速机构两部分组成。前进14挡由换向机构中的两对齿轮和变速机构中的一对齿轮共三对齿轮同时传递动力，前进第5挡仅需一对齿轮传递动力；倒退14挡由换向机构中的一对齿轮和变速机构中一对齿轮共两对齿轮同时传递动力，根据这一情况，除前进5挡可以利用前面的公式直接计算齿轮的齿数之外，其他齿轮的齿数都不能直接计算。首先需要把变速箱传动比分配到每一对齿轮副中，然后才能计算齿轮齿数，传动比分配如下：前进挡： 式中：为换向机构中常啮合齿轮副的传动比， 分别表示变速机构中14挡齿轮副
44、的传动比，其中 ，前进5挡齿轮副实现的传动比：。倒退挡： 式中：为换向机构中常啮合齿轮副传动比，。 (1) 确定 我们知道，前进挡是工作挡，需要低速度大牵引力；倒退挡是非工作挡，倒退挡的牵引力比前进挡的牵引力要小，体现在传动比上面就是各前进挡的传动比要比对应的倒退挡的传动比大。根据对推土机变速箱的统计，换向机构中的等于1左右，/等于1.3左右。在变速机构中，当=1.3时，1挡齿轮副需要实现的传动比为： ；取1,4挡齿轮副实现的传动比为：。(2) 分析变速箱中分度圆最大、最小的齿轮：1) 在换向机构中，倒退挡常啮合齿轮实现的传动比为1，说明主、被动齿轮的分度圆直径比较接近；前进挡两对常啮合齿轮实现的传动比为1.3，平均每一对齿轮实现的传动比为1.14，说明主、被动齿轮的分度圆直径相差不大，故换向机构中不存在最大、最小的齿轮问题。2) 在变速机构中，1挡齿轮副实现的传动比为1.885，说明被动齿轮Z10的分度圆直径比主动齿轮Z16的分度圆直径要打1.885倍；4挡齿轮副实现的传动比为0.662，说明主动齿轮Z13的分度圆直径比被动齿轮Z6的分度圆直径大1.8倍，