机械毕业设计（论文）液压机械传动变速箱开式试验台设计（全套图纸） .pdf

1 液压机械传动变速箱开式试验台 摘 要 液压机械传动变速箱是一种新型变速箱，它可通过机械流和液压流共同作用 进行无级变速。目前它在很多拖拉机上得到了广泛的应用，大大地提高了车辆的 整车性能、然油经济性等。目前，国内汽车变速箱试验台很多还是传统式的，自 动化程度较低，由于液压机械传动变速箱结构复杂，维修技术要求高，仅靠传统 的维修方法很难保证维修质量， 需要适应维修企业使用的新型变速器维修检测设 备，以提高液压机械传动变速箱的维修质量，保证它的性能。 本课题针对此变速箱设计出一种适应维修企业使用的新型变速箱试验台 液压机械传动变速箱开式试验台。它可给新型变速箱提供动力，模拟变速器在汽 车上的输入工况；可对变速器加载，检测汽车加速性能；可对新型变速箱的传动 效率、 换档规律以及液压机械双流分流比等性能进行检测，使变速箱的综合性能 得到充分发挥，从而提高汽车整车性能。 关键词 变速箱，试验台，机械流，液压流 2 opening type experimental platform of mechanical drive gearbox and the hydraulic pressure abstract the mechanical drive gearbox of the hydraulic pressure is a kind of new- type gearbox, it can flow through machinery and the hydraulic pressure flow and act on and carry on the infinitely variable speeds together. it is widely used on a lot of tractors at present, improve completed car performance of the vehicle , right oil economy ,etc. greatly . at present, domestic automobile gearbox test a lot platform or traditional type, automatic degree relatively low, because the hydraulic pressure mechanical drive gearbox structure is complicated, maintain technology to expect much, only very difficult by the traditional maintenance method to guarantee to maintain quality , need adapting to the new- type gear box that the maintenance company uses and maintaining the checkout equipment , in order to improve the maintenance quality of the mechanical drive gearbox of the hydraulic pressure , guarantee its performance . this subject designs the new- type experimental platform of gearbox that a kind of adaptation maintenance company uses to this gearbox - opening type experimental platform of mechanical drive gearbox of the hydraulic pressure. it can provide motive 3 force , the introduction operating mode on the automobile of gear box of simulation for new- type gearbox ; can load the gear box , measure the automobile and accelerate performance ; can change double- current the shelf law and hydraulic pressure machinery to shunt to measure more than ,etc. performance , to the transmission efficiency of the new- type gearbox , make the comprehensive performance of the gearbox given full play to, thus improve the completed car performance of the automobile. keywords: gearbox, test bed, machinery flows, the hydraulic pressure flows 目 录 前言. 4 第一章 变速器试验台总论6 1.1 开式试验台6 1.2 闭式试验台8 第二章 总体方案设计. 8 2.1 设计内容及要求8 2.2 变速器试验台的基本功能8 2.3 变速器试验台基本方案8 2.4 试验台各组件的选择9 第三章 升速箱设计及计算13 3.1 齿轮基本参数 .13 3.2 齿轮齿数分配. 13 3.3 齿轮强度计算. 13 3.4 轴的强度计算. 15 3.5 轴承的寿命计算. 19 总 结21 参考文献22 致 谢23 4 前 言 拖拉机在农田作业，农田基本建设，农业运输以及在抽水、脱粒、农产品加 工等固定作业中用途十分广泛。因此，拖拉机技术的发展对全面实现农业机械化 起着至关重要的作用。目前液压机械无级变速箱广泛应用在拖拉机上，是实现拖 拉机性能的关键部分。液压机械无级变速传动以液压机械式无级自动变速器 (hmt)为主，主要由多档自动变速器、液压变量泵和定量马达构成的液压变速装 置、 将机械和液压动力合成的行星齿轮机构三部分构成。液压机械传动是一种液 压功率流与机械功率流并联的新型传动形式，通过机械传动实现传动高效率，通 过液压传动与机械传动相结合实现机械传动无级变速。 与传统的机械式变速器相 比，液压机械式无级自动变速器有以下特点： 能自动适应负荷和行驶阻力的 变化， 实现无级变速， 保证发动机工作在最佳工作点， 有利于提高拖拉机动力性、 燃油经济性和工作效率。 以液体为传力介质，大大减轻传动系动载，易防止 发动机超载和熄火，可提高有关零部件的寿命，对工作条件恶劣的农业机械和工 程机械尤为重要。行驶平稳，能吸收衰减振动，减少冲击和噪声，提高乘坐舒 适性。能以很低的车速稳定行驶，可提高坏路上的通过性和低速作业质量。 操作轻便，便于实现换档自动化，降低驾驶员劳动强度。体积小，重量轻，惯 性小，结构紧凑，节省材料，易于布置。 液压机械无级变速器性能优越自上世纪 60 年代就已开始被应用在军用坦克 和装甲车上，至今已有四十年的历史，技术逐渐健全，性能更加优越，已被广泛 5 的应用在各种车辆上，尤其是在拖拉机上。无级变速器是实现拖拉机性能的关键 部分，不仅决定拖拉机的动力性和燃油经济性，而且决定作业效率。因此无级变 速器性能的好坏影响着整车性能，对无级变速器性能的研究与检测是非常必要 的。 本课题针对这种情况设计一液压机械传动变速箱开式试验台，该试验台主要 用于拖拉机、工程机械和汽车等行星传动效率、扭矩、转速测量。它可以对各种 自动变速箱、液压机械双功率流传动等新型传动的性能进行测试，探索其牵引性 能、传动效率、换档规律、功率分流比，为我国的拖拉机、工程机械、汽车的新 技术改造提供强有力的技术设备支撑。 目前，日本等研制出了世界上最先进的液压机械传动变速箱，并率先将其应 用到推土机、装载机等工程机械和履带拖拉机上；中国一拖集团公司也已开始将 这些新型传动试用到大功率履带拖拉机上。可以预见，液压机械无级变速器在现 代汽车、拖拉机上有着广阔的应用前景。中国一拖集团在实现我国农业机械化和 现代化的进程中一直发挥着非常重要的作用， 是拖拉机行业技术进步和技术改造 的排头兵。如目前试制的 1302r 橡胶履带拖拉机即采用了近几年刚刚出现的机 械液压双流传动装置。河南科技大学同中国一拖集团毗邻，长期以来有着良好的 合作，目前正合作研究履带拖拉机自动变速器。所以，变速器试验台的研制，将 为汽车拖拉机的新技术改造提供试验平台， 有力推动农业机械行业和学校科研水 平的提高。 6 第一章 变速器试验台总论 目前，国内外做了很多试验台，常见的变速器试验台一般都由驱动装置、加 载装置、测量装置，被试装置等四部分组成，其基本组成见图 1- 1。试验动力由 驱动装置发出，经测量装置、被试装置传递到加载装置。测量装置用来测量出动 力传递过程中的一些基本机械参量，主要有转速、扭矩，经过数据处理后可得到 系统的功率、效率等。通常用作驱动装置的有发动机、电动机等；用作测量装置 的为转速- 扭矩传感器；用作加载装置的有齿轮箱、发电机、液压缸、磁粉制动 器、电涡流测功机等。 驱动装置测量装置被试装置测量装置加载装置 图 1- 1 传动试验台的基本构成 机械传动试验台从工作原理上可以分为开放功率流式试验台和封闭功率流 式试验台。下面分别对它们的组成及特点作简要介绍。 1.1 开式试验台 开式试验台结构简单开式试验台组成原理如图 1- 2 所示。试验台的输入功率 由原动机提供，经过被试装置传递至负载装置。负载装置采用耗能部件，如磁粉 制动器、电涡流测功机、直流电机或电力测功机、水力测功机等，传递到负载装 置的功率被负载装置完全消耗掉，同时给被试装置施加了载荷。由于整个试验台 7 的 功 率流向未 形成 回路，故 称其为开放功率流式简称开式试验台。 驱动装置传感器被试装置传感器加载装置 测量装置 控制系统 图 1- 2 开式试验台组成原理图 开式试验台的主要优点是:结构简单、制造安装方便、加载稳定可靠、能够方 便地进行不同功率和各种形式的被试装置的测试试验，但是，由于功率流开放使 得动力消耗大，造成能量的巨大浪费，试验费用较高，这类试验大多用于非长期 运转的试验。 1.2 闭式试验台 闭式试验台根据能量循环形式可分为电封闭式试验台（如图 1- 3 所示）和机 械封闭式试验台（如图 1- 4 所示）两种：电封闭式试验台机械部分与开式试验台 相似，但其负载装置必须是电机，即负载电机成为发电机，所发电流经过控制系 统反馈到驱动电机或输入电网，以达到能量循环的目的（所谓“闭式”即是指功率 或能量封闭循环） 。电封闭式试验台从原动机发出的功率可以部分地反馈回原动 机，既达到了加载的目的，又实现了节能。机械封闭式试验台的能量主要在传动 箱、陪试装置、被试装置、加载装置之间流动，原动机所消耗的功率主要用于克 服系统中摩擦损失所消耗的功。 该种形式的试验台是目前国内汽车变速器及驱动 桥齿轮实验中应用最多的试台。 驱动装置传感器被试装置传感器加载装置 测量装置 控制系统 能量回馈 图 1- 3 电封闭式试验台组成原理图 8 原动机 传 动 箱 传 动 箱 陪试装置被试装置 加载装置 图 1- 4 机械封闭式试验台基本组成 封闭功率流式试验台除了具有开放功率流式的优点外，还具有节能的优点， 节能效果可达 50%左右，因而它适用于较大功率的被试装置进行长期的运转试 验。 第二章 总体方案设计 2.1 设计内容及要求 设计一液压机械传动变速箱开式试验台，使它能够满足对车辆整车性能、然 油经济性、 以及变速器的传动效率、 换档规律、 液压机械双流分流比的试验研究。 其中功率吸收装置为电涡流测功机， 其他组件在符合设计要求的前提下由自己选 择确定。 2.2 变速器试验台的基本功能 设计的试验台主要用于检测拖拉机上的机械液压无级变速器试验台能给变 速器提供动力，模拟变速器在拖拉机上的输入工况；能给变速器加载；能模拟车 辆在实际行驶过程中的动态加速阻力；能检测汽车拖拉机然油经济性；能测变速 器传动效率、换档规律性和液压机械双功率流分流比；为诊断变速器故障提供参 考数据。要求具有有一定的通用性，可以检测不同型号的败诉企，同时注意制造 成本不宜过高。 2.3 变速器试验台基本方案 试验台主要由原动机、转矩转速传感器、被试变速箱、升速箱、加载装置、 联轴器、惯性飞轮组，信号采集与控制系统，本试验台组成形式采用框架式组合 9 结构，其试验范围具有很强的可伸缩性，试验范围较宽。图中的被测变速器用支 架固定在地面上，在动力源与变速器之间，安装扭矩转速传感器 1，该传感器用 于测量发动机输出功率随负载的变化而变化的情况,为变速器的输入功率；变速 器后面安装扭矩转速传感器 2，用于测量变速器输出功率随负载的变化而变化的 情况； 升速箱装在变速器与加载装置之间，以保证动力源输出的功率全部被加载 装置吸收；在变速器上的变量泵之前安装一个转矩转速传感器，从而可以测试变 速器液压功率分流比；惯性飞轮组连接在试验台的末端，用以模拟辆在实际行驶 过程中的动态加速阻力；该试验台没有制动器，原地制动，只限于单种工况。信 号采集与控制系统在次不作介绍。 2.4 试验台各组件的选择 2.4.1 动力源选择 开式试验台动力源用直流电动或发动机。 直流电动机机械特性硬，调速性能好，调速控制方便易实现，是一种较好的 动力驱动源，但直流电机启动电流较大，无专用供电设备会造成电网电压的极大 波动，影响其它用电设备的正常运行，有专用供电设备则需较大的经济投入。电 动机对车辆原动机的运行只能是近似的模拟， 不可能对具有机械特性的发动机状 10 态完全实现； 发动机能够直接将要与原变速器配套使用的单片机等控制系统用于 变速传动系统的性能测试； 能够准确的模拟无级自动变速器在车上的真实使用工 况； 发动机的输入转矩，功率等随转速变化的特性同无级自动变速器实际在车上 的特性相吻合，测试结果准确。总之发动机工作状态的变化较电动机更能接近实 际。 但发动机本身的工作状态将对整个测试系统的测试精度及测试的可重复性带 来极大的影响，发动机本身较电动机的可控性较差，噪声高，对环境污染严重。 为了能更好地完成变速器的各种试验，并综合考虑经济及其它方面的条件， 可以选用原履带拖拉机的发动机，从而完成变速器的扭矩传递及全面特性的测 试。 发动机即选用东方红 1302r 的变速器， 型号为 lr610zt8， 额定转速 2300rpm， 对应额定功率为 106kw。 被试变速器额定功率为 106kw，转速在 330km/h，最大传动比为 6.91， 最小传动比为 0.73。 额定功率下变速器最大输出转矩为: 1 1 1 9550 100 304113 9550 meb e b b e ne mi n nekw i nm ne i n = = = = e me me 其中为发动机最大输出功率 n =2300r/min为对应额定转速 =6.91为变速器最大传动比 代入公式得m 最大输出转矩为额定功率下最大输出转矩的（115）倍，则m(1+15) 3497.5nm= 11 2.4.2 加载装置 设计内容要求加载装置为电涡流测功机。电涡流测功机控制容易，控制精度 较高，为模拟车辆运行工况，在测功机和传动装置之间必须增加变速变扭装置， 电涡流测功机作为吸功设备，缺点是将机械能转化为热能而散失，对能源的浪费 较大。电涡流测功机选 dw160，主要性能指标如下： 型号 额 定 吸 收 功率 kw 额 定 扭 矩 n.m 最 高 转 速 r/min 额定扭矩转速范围 r/min dw160 160 160 6500 20002800 12 2.4.3 升速箱 s 1 s12 i 113497.5 i491.9 1.857.117.11 2300 1.85 5828.8 /min 0.73 e s bs n in ii nm r = = = me smax max 设增速箱传动比为 ，测功机需吸收的扭矩为 m=m，转速为 在满足电涡流测功机能完全吸收变速箱输出功率的条件下，根据电涡路测功机 及变速箱功率特性曲线分析 取=，i，则m n 2.4.4 惯性飞轮组 222 2 2 22 111 222 0.3465 1 3/97.76 7.11 40 7000 0.3465 1),2),3),4)0.0879 97.76 a jjww www sw w w j j w g i wvi w g vr ww iw i mr ikg m w i =+ = = = = w0fs 由动能原理 1) ,m=7000kg 2) ）w=wi i，取i ）车轮惯性组忽略不计，即 由得 其中 为车轮系统转动惯量，ww车轮角速度 13 2 2 2 23 2 1 17.58200 2 17.58 18 7.8 3.14 0.210 1.85 j jj j s i imrmkgmm r mr hmm i = = = j 由，取r 则由，得h= 当时，按上式计算，需惯性飞轮组15块。 2.4.5 扭矩转速传感器 扭矩传感器主要工作性能指标包括：扭矩测量量程、工作转速范围、精度等 级、灵敏度、重复性、线性、动态特性、过零特性、工作寿命、安装及环境适应 性、抗干扰能力、外型尺寸、重量等。 扭矩转速传感器的选取根据扭矩和转速的大小。发动机额定功率为 106kw， 额定转速 2300r/min，由 2.4.1 中的计算可 m1max=491nm,m2max=3487.5nm, 最大转速 n1=2300r/min,n2=3150r/min,传感器型号为诚邦科技生产的 nj2； m3max=41,n3=4000r/min,传感器型号为诚邦科技生产的 njg2。 第三章 升速箱设计及计算 3.1 齿轮基本参数 模数 由于整个传动过程中，承受的扭矩比较大，经考虑，模数取 5，并选 为直齿轮 压力角 a 压力角取 a20 齿宽 b b=km，k 取 7.2，则 b=36 14 3.2 齿轮齿数分配 5322 12 1614 48 11 , 7.111.85 ss zzzz ii zzzz = = 123456 根据中心距的大小及传动比的大小，各个齿数如下： z =48,z =18,z =39,z =27,z =18,z 3.3 齿轮强度计算 1) 齿轮 1、2 1.弯曲疲劳强度 3 33 1 2 2 1311.6 101.65 0.9 364.7 3.14 518 7.2 0.21 1311.6,1.65,0.9,5,18,7.2 gf w c gmefc t k k mpa m zk y tminm kkmzk = = w 由于小齿轮抗弯曲强度能力低，故校核小齿轮2 其中 2.接触疲劳强度 35 3 5 1125.8 102.1 1011 0.418()0.418()1084 3682.130.8 2 1311.6 10 /cos2/cos25800,2.1 10, 108 cos20? 36,sin240 sin2082.1,sin90sin20 =30.8 jj zb tg czzbb fe mpa b fftdn empa bk mrr =+=+= = = = 其中 15 符合要求 2） 齿轮 3、4 1.弯曲疲劳强度 3 33 1 2 2 1311.6 101.65 1.1 300.0 3.14 518 7.2 0.208 1311.6,1.65,1.1,5,27,7.2,0.208 gf w c gmefc t k k mpa m zk y tminm kkmzky = = w 由于小齿轮抗弯曲强度能力低，故校核小齿轮4 其中 2.接触疲劳强度 35 3 5 4444 1120.6 102.1 1011 0.418()0.418()877 3646.266.7 2 1311.6 10 /cos2/cos20600,2.1 10, 135 cos20? 36,sin135 sin2046.2,sin195sin20 =66.7 jj zb czzbb fe mpa b fftdn empa bk mrr =+=+= = = = 其中 符合要求 3） 齿轮 5、6 1.弯曲疲劳强度 3 33 51 3 2 2 491.9 101.65 0.9 136.8 3.14 518 7.2 0.21 491.9,1.65,0.9,5,18,7.2,0.21 gf w c gmefc t k k mpa m zk y tmiinm kkmzky = = w 由于小齿轮抗弯曲强度能力低，故校核小齿轮5 其中 2.接触疲劳强度 35 3 5 5555 1111.6 102.1 1011 0.418()0.418()726.5 3682.130.8 2 491.9 10 /cos2/cos11600,2.1 10, 90 cos20? 36,sin240 sin2082.1,sin90sin20 =30.8 jj zb czzbb fe mpa b fftdn empa bk mrr =+=+= = = = 其中 符合要求 3.4 轴的强度计算 16 1) 轴 1 3 223497.5 29146,10608 240 10 29146,746 trt hthh t fn fftgn d ffn mflnm 2) 轴 2 17 22 2222 9 33 3 10608,271,794 ()794(0.63497.5) 65 34300 10 70 34300 3232 vrvvhv h ffn mflnm mmmnm mt mpa w d wmm 故 ca= 其中 符合要求 123 80,90,85lll= 35 35 33 12321123323 1 12352311 2223497.5/1.852491.9 19390,10931, 195 1090 10 80,90,85,0()()0 12761 06629,1021 tt hht h hhtthhh tt fn fn dd lllmflllfll fn fffffn nflnm 由 18 3355 112332312 31 1 7057,3979 20()()04644,2413 46440.08372 rtrt vrvv vv ff tgn ff tgn mvflllfllfn fn mf lnm 由 22 max333 2222 9 33 3 1087,3497.5/1.851891 1087(0.6 1891)() 74 21195 10 60 21195 3232 hv h mmmnm tnm mt mpa w d wmm 故 ca= 其中 符合要求 3） 轴 3 1234 28,80,90,85llll= 19 4 42 3 4 1233312342234 34 43122 2 23 1 22 1311.6 19431 ,29146, 135 10 28,80,90,0()()0 14610,4895 ()14610 1082914680754 14610 tt hht hh hht hh t fn fn d lllmfllllflll fn fn mfllf lnm mf l 28409nm 2244 33123422344343 423 143122 2 10608,7072 0()()()013631 , 4049,382,()624 rtrt vvrrv vvvvvr ff tgn ff tgn mfllllflllfllfn fn mf lnm mfllf lnm 由 20 22 max444 2222 9 33 3 979,1311.6 ()979(0.6 1311.6) 59 21195 10 60 21195 3232 hv h mmmnm tnm mt mpa w d wmm 故 ca= 其中 符合要求 3.5 轴承的寿命计算 1) 轴承 1 7214c d=70 d=125 b=24 a=22.4 c=56 c0=49.2 =15 22 6 0,31016,1.