SDYSC-1山地运输车传动系统设计

精品资料，值得下载学习！ 摘 要 我国山区面积巨大，山区由于地形崎岖，交通闭塞，经济文化落后。尤其是在我国西部山区，不通公路的山区较多，运输能力差，无法实现物流的畅通，难以适应市场经济的发展，制约山区农村经济的发展。 为了解决山地间的货物运输，我们尝试设计一种山地运输车，使其具备良好的山地运行特性，能够在山区复杂路面行驶。同时，具有强大的爬坡性能，体积小巧，运输能力强，可基本满足山区运输的需要。这样，就可以解决山区筑路困难无法运输的问题。车辆设计长度小于 2500度小于 1200重 2吨，爬坡能力不大于 45度，主要用于山 地间的普通货物运输。 本设计为 地运输车传动系统设计，是在山地运输车总体设计的基础上完成的。车辆的传动系统是从发动机到驱动轮之间所有的动力传递装置的总称。山地运输车的传动系统是整个运输车的核心关键部分，其直接决定了山地运输车的性能，在整车设计中非常重要。本设计根据设计要求及总体设计的相关数据，根据经济、适用、安全可靠的设计原则和分析比较，首先完成了传动系统总体方案的确定。之后从柴油发动机的选择开始，一步步确定了各液压传动部件的主要参数，最后完成了 行星减速器及零部件的设计计算。 通过本课题的研究 与设计，巩固和扩大学生在校期间所学的基础知识与专业知识，对培养学生的实际工作能力。设计出了车辆的传动系统，满足了山地运输车经济、实用、可靠的条件。 关键词： 山地运输车； 履带式； 传动系统；行星减速器 精品资料，值得下载学习！ ur is in of is to to of of In to of we to a on At be a of of In it in s 500 mm 200 mm is 5 on of is as is of it of so in it is to of we of of by a in a to to In it a is 品资料，值得下载学习！ 目 录 1 前 言 . 5 2 山地运输 . 5 地运输的现状 . 5 车运输 . 5 小型拖拉机和农用运输车 . 6 地形履带运输车 . 6 展趋势 . 6 地运输车行走装置应满足的要求 . 7 3 传动系统总体方案的确定 . 7 装置的选择 . 7 动机 . 7 油机 . 7 汽机 . 7 动方式的比较与选择 . 8 械传动 . 8 力机械传动 . 8 力传动 . 9 压传动 . 9 较选择 . 9 体传动方案 . 10 4 传动系统主要参数的确定 . 10 油发动机的参数 . 10 走装置的参数 .走装置的牵引力计算 . 土壤的变形阻力 . 坡度阻力 . 转弯阻力 . 履带运行的内阻力 . 12 稳定运行时的惯性阻力 . 12 阻力的计算 . 12 引力的校核 . 12 压马达主要参数计算确定 . 13 压马达输出功率 . 13 压马达最高输出转速 . 13 压马达的输出力矩 . 14 达理论排量 . 14 5 行星齿轮减速器的设计 . 15 星齿轮传动的特点和优越性 . 15 星齿轮传递的优越性 . 15 星齿轮传动的优越性 . 15 星减速器传动方案的选定和传动比的分配确定原则 . 16 星减速器传动方案的选定 . 16 精品资料，值得下载学习！ 动比的分配确定原则 . 16 星减速器齿轮配齿与计算 . 17 动比公式的推导 . 17 星排齿轮的配齿 . 17 星齿轮模数计算与确定 . 18 合参数计算 . 19 行星排的中心距 . 19 行星排的中心距 . 20 位系数 的选取 . 20 行星齿轮几何尺寸计算 . 21 排行星齿轮的几何尺寸 . 21 排行星轮的几何尺寸 . 23 行星齿轮强度校核 . 25 阳轮和行星轮接触疲劳强度校核 . 25 . 27 齿轮材料选择 . 28 速器结构的设计 . 29 轮轴的设计计算 . 29 递连接 . 30 承选用与校核 . 30 他附件说明 . 31 6 结 论 . 31 参考文献 . 33 致谢 . 34 精品资料，值得下载学习！ 1 前 言 我国山区面积占全国总面积的三分之二以上，广大山区有着丰富的森林和矿产资源，为发展 经济提供雄厚的物质基础。但是山区往往由于地形崎岖，不通公路，交通闭塞，运输能力差，无法实现物流的畅通，经济文化常常相对落后，运输问题很大程度上制约着山区经济的发展。 本设计就是为了解决山区间简单的运输问题，来源于生产。此山地运输车，具备良好的山地运行特性，具有强大的爬坡性能，能够在山区复杂路面行驶。同时，体积小巧，运输能力强，整机结构简单，维修和保养方便，便于操纵，具备良好的通过性和适用性，可基本满足山区运输的需要。 本设计题目为 故说明书主要介绍了此种山地运输车传动系统的设计。该设计结合机械专业的教学内容和国内外相关设备应用与发展。对小型履带式山地运输车传动系统进行了较深入的分析研究。本设计依据设计要求和总体设计方案及参数完成，同时遵循以下原则：满足使用要求，具有良好的爬坡和转向性能；整体布置、外形尺寸方便合理，具有良好的通过性；设计满足结构和工艺要求，符合机械行业设计标准；满足基本的安全性和稳定性。在以上设计标准、原则下，本设计具体完成了：山地运输车传动系统总体方案的确定，液压传动各部件参数的计算以及行星减速器的设计。 通过毕业设计，使我们进一步掌握机械设计的方法和 步骤，巩固、加深对所学的基础理论、基本技能。训练了我们调查研究、查阅文献、收集资料并进行分析的能力，制订设计方案的能力，产品设计与开发能力；设计、计算和绘图能力；书面及口头表达能力，动手实践能力及外语水平等。巩固和扩大在校期间所学的基础知识与专业知识，接受了工程师必须的综合训练，对培养实际工作能力具有巨大的作用。 2 山地运输 地运输的现状 目前应用于山地运输的车辆种类繁多，以下列举的一些典型运输设备的概况和优缺点。 车运输 汽车运输是解决一般道路运输问题最普遍的运输方式。与其他运输方法相 比，汽车运输方法在运输方案制定与实施、运输车辆装载能力等方面有相当巨大的优势。但是，山地丘陵地区的路面主要为中级沙石路面和低级泥结碎石或土路，普通的汽车运输车辆无法安全通畅的在此类道路上行驶。为此需要修建公路和基础设施，而修建能供现有运输车辆运行的道路，其难度较大，耗费资金巨大，山区经济实力差，无法承受。 目前解决汽车在山区运输的主要方法是，利用已有道路，适当拓宽少数汽车无法通行的窄道，新开辟修整少量小路，最大限度减少施工现场运输对环境和植被的破坏，降低道路施工的总工程量，降低成本，可完成一些基本的山地运输 任务。 精品资料，值得下载学习！ 小型拖拉机和农用运输车 此类农用机械一般用于农用生产和运输，能够适应窄路和急弯等较复杂路况，同时具有一定的爬坡能力，完全可以完成一般的山区运输任务。但是，由于不是专用的山地运输车辆，所以其车辆装载能力有限，在面对山区陡坡时的爬坡能力有限。尤其是南方某些地方，其山区雨季道路泥泞不堪，路面情况复杂多变，工作环境不稳地，运输条件极其恶劣。在此类情况下，这种一般的农用运输车辆无法保证在山路的安全行驶，无法完成运输任务。 地形履带运输车 全地形车运输车可以在任何地形上行驶，如沼泽、雪地 、山林、池塘、溪流等恶劣的地形，可以完成普通车辆难以行驶的非公路路况下，人员、货物运输或抢险救灾任务。履带运输车完全可以适应山区的道路情况，即使在最复杂、最恶劣的行驶条件下，同样可以进行作业。更重要的是，此类车辆具有良好的可操纵性，同时稳定行性方面较其他运输设备具有很大的优势。 虽然履带车辆使用环境多变，但是由于其本身机械系统非常复杂，加大了 设计和制造的成本，人们负担能力有限。而且，有些山区道路狭窄，路面情况复杂，陡坡及松软路面多。而一般的履带运输车，车身重、体积大，车辆在机动灵活性及狭窄复杂地形通过能力方 面扔有待提高。 图 1 履带式山地运输车 展趋势 现有的运输车辆都具有一定的局限性，无法顺利全面的完成山地运输任务。为了解决这样的问题，新型的山地运输车，首先必须其具备出色良好的山地运行特性，能够在山区复杂路面安全、平稳的行驶。同时，必须具有强大的爬坡性能，面对山区陡坡及松软路面依然可以行使。车辆体积方面，设计要小巧灵活，同时保证装载能力，使其既拥有出色灵活性和通过能力，又具有良好的运输能力，这样就可基本满足山区运输的需要。将这样的山地运输车用于山区运输，既大幅度降低修建精品资料，值得下载学习！ 道 路的难度和耗费的资金，又可以解决山区运输筑路难的问题，有利于提高山区人民生活质量和发展山区农村的经济水平。 地运输车行走装置应满足的要求 对于整个山地运输车最为重要的行走装置，在设计时应满足下列要求： 驱动力：要有较大的驱动力，使其在湿软或高低不平具有良好的爬坡性能和转向性能。 通过性：在不增大行走装置高度的前提下使其具有较大的离地间隙，以提高其不平地面上的越野性能。 稳定性：行走装置具有较大的支撑面积或较小的接地比压，以提高稳定性。 安全性：机械在斜坡下行时不发生下滑和超速溜坡现象，以提高 安全性。 方便性：行走装置的外形尺寸应符合道路运输的要求。 3 传动系统总体方案的确定 力装置的选择 工程机械上常用的动力装置主要有三种：电动机、柴油机以及蒸汽机，下面是三种动力装置源的概况和特点： 动机 电动机是一种旋转式电动机器，它将电能转变为 机械能 。电动机能提供的 功率 范围很大， 从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、 加速 、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的 工作效率 较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、 国防 、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。 油机 柴油机是用柴油作燃料的内燃机，属于压缩点火式发动机。柴油机具有热效率高的显著优点，经济性优于汽油机，功率大，符合工程机械向大型化发展的趋势。其应用范围越来越广。柴油机具有较好的燃油经济性，使用成本低，在相同的续驶里程内，可以设置容积小些的油箱。柴油机工作可靠，寿命长，排污量少。随着强化程度的提高，柴油机单位功率的重量也显著降低。为了节能，各国都在注重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦 损失、广泛采用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染。 汽机 精品资料，值得下载学习！ 蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾推动了机械工业甚至社会的发展，现代蒸汽机的最大的优点是它几乎可以利用所有的燃料将热能转化为机械能。但是蒸汽机离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大。而且它是一种往复式机器，惯性力限制了转速的提高；工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。逐渐为其他动力装置所代替。 综上所述几类动力装置的特点，设计的山地运输车主要在山路间行驶， 同时需要较大的功率的动力源。柴油机作为动力装置不受电源、电缆的限制，行驶方便，符合工程机械动力装置的需要，故本设计采用了柴油机作为动力装置。 动方式的比较与选择 传动系统是从发动机到驱动轮之间所有的动力传递装置的总称。传动系统的功用是把动力装置输出的功率传递给驱动轮，并改变动力装置的输出特性，以满足对自行式工程机械车速和牵引力的要求。目前，工程机械的传动系统有以下四种类型：机械传动、液力机械传动、电力传动以及液压传动。 械传动 机械传动是指传动系统中采用刚性零部件传递动力的方式。它是通过 齿轮、齿条、带、链等机件传递动力和进行控制。工程机械中使用机械传动系统由来已久。机械传动具有结构简单、制造容易、工作可靠、重量轻、操作简单、维护方便、价格低廉、传动效率高、可以利用传动系统运动零件的惯性进行作业等优点。但是机械传动存在许多缺点： 在行驶阻力急剧变化的工况下，柴油机容易过载熄火，因此要求司机有熟练的操作技巧。 采用机械式变速箱，换挡时动力中断时间长。 柴油机振动直接传递到传动系个零件，而行驶阻力的变动又直接影响柴油机的工作，降低了柴油机和零部件的使用寿命。 工作阻力的变化将直接影响发动 机的工作，为了充分利用发动机的功率，需要增加变速器的档位数，因而变速器结构变得复杂，并且增加了司机的换档次数。 机械传动不能进行无极调速，远距离传动比较困难。 上述缺点在行驶阻力变化剧烈及经常改变行驶方向的工况下影响特别显著。因此，机械传动适用于行驶阻力比较稳定的连续作业机械。 力机械传动 液力机械传动是在普通机械传动系统中串联或并联加入液力变矩器（或液力偶合器）后，使发动机输出的动力通过液力变矩器（或液力偶合器）及机械传动部件传到驱动轮，这个系统称为液力机械传动系统。它具有的主要优点是：使工 程机械具有自动适应载荷变化的特性；简化了机械的操纵，延迟了机械的使用寿命；提高了机械的起步性能和通过性能同时简化了维修工作。 与机械传动相比，液力机械传动的主要缺点是成本高，在行驶阻力变化小而进行连续作业时，上述优点并不明显，而由于变矩器的传动损失，增加的燃油消耗量。 精品资料，值得下载学习！ 力传动 电力传动是利用电力设备并调节电参数来传递动力和进行控制。采用发电机驱动发电机发电，通过电力驱动电动机，进而驱动行走机构与工作机构。电力传动的 主要优点是： 动力装置和车轮之间无刚性联系，便于总体布置和维修。 变速箱操纵轻 便，可实现无级变速，同时容易实现自动操作。 电动轮通用性强，可简单的实现任意多驱动轮的方式以满足不同机械对牵引性能和通过性能的要求。 电力传动存在的缺点是：运动平稳性差，易受外界负载的影响，惯性大，起动及转向慢，受温度、湿度、振动、腐蚀等环境因素影响较大。而且成本高，据统计比液力机械传动成本约贵 20%左右。目前仅用于大功率的自卸载重汽车、铲运机及矿用轮式装载机等机械中。 压传动 采用发动机驱动随机的油泵站，再由液压马达驱动行走机构。该传动方式取消了主离合器、变速箱、后桥等传动部件，使工作装置的 操纵和整机驱动方式统一，可减轻机重、结构紧凑、总体布置简单，原地转向性能好，可实现牵引力和速度的无极调整，大大提高了牵引性能。与其它传动方式相比，液压传动具有的有点有： 能实现无级变速且变速范围大，并能实现微动。 变速操纵简单。 可利用液压系统实现制动。 采用左右轮分别驱动的系统，能方便地实现弯道行驶和转向。 便于实现自动和远距离操作。 液压传动具有其独特的优越性，但也不能忽视其存在的缺点：对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；液压传动对油温变化较 敏感，这会影响它的工作稳定性。因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁。液压传动在能量转化的过程中，压力大，流量损失大，系统传动效率较低。 较选择 下页表 1 中列举了几种传动方式的主要特性的比较。经过以上分析比较，同时考虑到液压技术不断完善，液压传动的应用日益广泛。根据本山地运输车的实际要求和具体情况，在充分考虑其实现可行性和经济性的基础上，此山地运输侧的传动系统采用液压传动系统。 精品资料，值得下载学习！ 表 1 几种传动方式的主要传动特性比较 特性及性能 机械传动 电力传动 液压传动 功能与重量比 小 小 大 转矩与转动惯量比 小 小 大 响应速度 低 中等 高 可控性 差 中等 好 负载刚度 中等 差 大 调速范围 小 中等 大 体传动方案 由于总体设计上，山地运输车采用的行走方式为履带式行走装置，结合上述传动系统的具体方案，最终确定整个山地运输车的行走装置动力路线为：柴油机 液压泵 控制阀 液压马达 制动器 减速器 驱动轮 履带。 4 传动系统主要参数的确定 油发动机的参数 参考近似工程机械的设计参数，结合本山地运输车的具体工作条件和整 体设计要求，拟选取常柴 缸 柴油机 。主要技术参数如表 2： 表 2 油机主要技术参数 发动机型式 直列 水冷 4 冲程 汽缸数 4 缸径（ 90 冲程（ 95 总排量（ L） 定功率 /转速（ kW/r/ 200 最大转矩 /转速（ N.m/r/ 240 喷射方式 直喷式 进气方式 自然吸气 外形尺寸（ 696 492 650 静质量（ 205 精品资料，值得下载学习！ 走装置的参数 由总体设计设计可得履带及驱 动轮的主要尺寸如表 3 所示： 表 3 履带、驱动轮主要尺寸 项目 履带长度 1 轮距 1 履带板宽 b 驱动轮节圆半径 913 756 1525 472 400 187 走装置的牵引力计算 山地运输车行走时，需要克服行走中所遇到的各种运动阻力，牵引力也就是用于克服这些运动阻 力的。牵引力计算原则是行走装置的牵引力应该大于总阻力，而牵引力又不会超过机械与地面的附着力。行走装置运行时所发出的牵引力必需能克服下列阻力：履带的内阻力；土壤变形等的运行阻力；坡度阻力和转弯阻力等。 壤的变形阻力 土壤对履带行走装置在运行时的阻力是由于履带使土壤挤压变形而引起的，土壤形阻力计算如下： 1W= 1G（ 41） =2 = 式中： 11为运行比阻力，考虑到挖掘机工作环境较为恶劣， 1值取为 度阻力 坡度阻力是由于机器在斜坡上因自重的分力所引起的。设坡角度为 ，则坡度阻力 2 2（ 42） =0式中： 2 为坡度角度，取为035。 弯阻力 履带式运行装置在转弯时所受到的阻力较为复杂，其中包括履带与地面的摩擦阻力，履带板侧面剪切土壤的阻力以及履带板突肋挤压土壤的阻力等