毕业设计（论文）-履带牵引车辆转向机构的设计（全套图纸）

摘 要为了适应现代化生产的需要，履带拖拉机不断提高了行驶速度。为了增强履带拖拉机的机动性能，要求其能够进行任意半径转向。为了避免拖拉机履带对路面的滑磨，又要求两条履带能够实现差速。这就需要有一种机构来实现拖拉机的这些使用要求。此时，机械液压双功率流差速式转向机构的优点就体现出来了。这种转向机构在保证连续无级输出转速的前提下应用较小的液压元件功率大幅度提高车辆输出的总功率，并且其传动效率远远超过纯液压转向机构的传动效率。对此，基于双功率流传动原理，利用液压元件的无极调速特性，对适合履带车辆的液压机械双功率流差速转向机构的转向原理进行了分析。并且从履带拖拉机机械液压双功率差速式转向机构的转向特点入手，分析了三种有代表性的液压机械双功率差速式转向机构的转向性能和转向指标。最后，选择了一拖公司设计的行星排机构进行设计计算，提出了转向机构行星排特性参数的确定原则，并结合东方红1302R型橡胶履带拖拉机进行了参数设计和转向运动性能分析，所选参数满足整机性能的要求。关键词：拖拉机 机械液压双功率流差速转向机构 设计全套图纸，加153893706AbstractProduction in order to meet the needs of modernization, crawler tractors continuously improve the speed. To enhance tractor mechanical functions required to carry out arbitrary radius steering. To avoid crawler tractor on the road friction and also requires two tracks to achieve differential. This need for a body to achieve these tractor use requirements. At this time, the mechanical-hydraulic power flow Differential Steering institutions on the merits of the reflected. This shift in the level of continuous output speed without the prerequisite of the application of smaller hydraulic components significantly improve power transmission The total power, and its transmission efficiency far exceed net hydraulic steering mechanism of transmission efficiency. In this regard, based on the popular action-power principle, the use of hydraulic components of limitless speed characteristics, Tracked vehicles suitable for the mechanical-hydraulic differential power flow shifted to the principle of analysis. Tractor and machinery from the two hydraulic power differential steering the steering characteristics, Analysis of three representative mechanical-hydraulic power-shift differential to the performance indicators and steering. Finally, the choice of a trailer company in the planetary bodies arrangements for the design, made arrangements to planetary bodies characteristic parameters of the principles, and the combination of the East-1302 R-rubber track tractor parameters for the design and performance analysis to campaign, Whole selected parameters to meet performance requirements.Keywords : tractor-mechanical hydraulic power flow differential steering mechanism design目 录第一章 绪论. . .1第二章 方案分析.42.1转向性能. . . .4 2.2评价指标. . . .4 2.3卡特.小松.一拖公司三种产品方案的比较. .5第三章 设计计算.73.1行星齿轮的设计计算. . .7 3.1.1选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图. 73.1.2进行行星齿轮传动的配齿计算. . .73.1.3初步计算齿轮的主要参数. . . . 83.1.4几何尺寸计算. . . . . . . . .9 3.1.5行星齿轮传动装配条件的验算. . . . . . . .113.1.6计算行星齿轮传动的效率 . . . . . . .11 3.2 最终传动部分的设计计算.123.2.1最终传动比齿轮的设计计算. .123.2.2 最终传动比齿轮的尺寸计算. . 133.2.3最终传动齿轮上短支撑轴的设计计算. 143.3 液压马达部分的设计计算. .143.3.1液压马达输出端齿轮的设计计算.143.3.2液压马达输出端齿轮的尺寸计算. .15第四章 校核计算. . . . . . . . . . . .174.1 行星齿轮传动的校核计算. . . . . . . . 174.2 最终传动部分的校核计算. . . . . . . . 19参考文献.21致谢.22 第一章 绪论 履带作为车辆的行走机构既加强了车辆离开道路的越野能力，也增大了车辆的负重能力。车辆的转向机构是车辆的重要组成部分，转向机构性能的优劣直接影响其技术性能。由于履带车辆的转向原理与轮式车辆根本不同，是履带车辆很难再任何速度下按驾驶员意愿使车辆按一定的转向半径转向。随着农用履带车辆功率的增大和车速的提高，对其转向机动性的要求也越来越高，对新型转向机构的研究也越加迫切。机电液新技术的发展，使机动性高，能耗低，性能优良的新型转向机构的开发有了可能。依据不同的分类方法，履带车辆的转向机构可根据车辆在转向过程中功率流的传递方式分为单公履流转向和双功率流转向机构，也可根据在转向中履带的运动有无联系而分为独立式转向机构和差速式转向机构。单功率流转向机构一般构造的方法是在变速机构后串联某种转向机构，是构成履带车辆转向传动的最为简单的方法。单功率流转向机构是最简单的转向机构，其中最常用的有转向离合器，单差速器，双差速器，行星转向机构等。单功率转向的缺点是明显的，车辆仅有几个固定的转向半径，按非规定的转向半径转向时，要靠摩擦元件的滑磨来实现，难以得到稳定准确的转向半径；其次是在转向过程中摩擦元件的剧烈滑磨会带来发热和磨损，使传动效率降低，特别是在较大功率的转向状态下，会存在较大的功率损失，以致常需降速转向；另外，剧烈的摩擦也使机构容易损坏，导致工作可靠性差，寿命降低。在发动机后，将发动机功率分成变速和转向两路并列传递，就是双功率转向机构。双功率流转向机构将用于直线推进的变速机构与造成左右不、侧履带速度差的转向机构在传动系统中并列，转向机构在车辆直驶时不造成两侧履带的速度差，在转向时，变速流提供各档不同的直线行驶速度与转向机构造成的两侧履带的速度差汇流，实现车辆的转向。在双功率流转向机构中又分为机械是双功率流转向机构和机械液压式双功率流转向机构。在单功率流转向机构的基础上最早出现的是直驶和转向两功率流均由机械装置来实现的机械式双功率流转向机构。此种转向机构主要由两个变速箱，行星齿轮传动机构，离合器和行星齿轮机构制动器组成，在转向性能上较单功率流转向机构有很大的提高，但是它的转向半径仍然是有级的。档位越低，得到的转向半径越小；档位越高，得到的转向半径越大。仍然不适应车辆在所有不同曲率的道路上用圆滑轨迹转向行驶的需要，也不能排除部分接合摩擦元件进行滑磨转向及由滑膜所带来的一系列问题。机械式转向机构的转向性能容易受到驾驶员的驾驶技术，体力条件和离合器制动器磨损的影响，并且容易给驾驶员带来疲劳。随着机电液压及人机工程技术的发展，机械式转向机构必将会在大功率拖拉机，推土机等工程车辆上遭到淘汰。在机械系统上附加液压泵-液压马达驱动的机械-液压转向系统将逐渐得到应用。机械液压式双功率流转向机构由发动机，变量泵，控制阀，定量马达，多档变速箱以及后桥转向差动机构组成。它将由发动机传来的机械功率流在多档变速箱的输入轴上分流，一路流经由液压泵-液压马达组成的转向调速系统；另一路流经多档变速器，最后在行星排上合流，然后经行星排中的某一部件（如行星架）传到车辆的最终传动上。由于液压泵和液压马达可以无级控制，因此使用这类转向机构既可以获得车辆两侧的速度差实现无级控制，又克服了机械式转向机构的许多特点。若液压马达不工作，只有来自中央传动的功率流，由于液压马达可实现无级控制，因此车辆两侧履带驱动轮转速差可以有无穷多个，可得到无穷多个转向半径，即可实现无级转向，驾驶员只要操纵转向盘转动液压装置，就可使车辆稳定的沿一定的圆弧行驶。这种转向机构不但具有结构好，没有摩擦元件，寿命长，效率高，工作可靠，布置简便，维修调教少及降低能耗等特点外，而且在工作性能上它不是通过部分或全部切断一侧履带的动力来制动一侧驱动轮实现转向的，而是两侧履带始终传递动力，这样可很好地实现动力转向，基本上消除了履带打滑现象，适用于进行偏载推土和切除树根作业；在坡地转向时不会出现逆转向现象，提高了车辆的安全性；由于转向时不切断动力，因此车辆的平均车速不降低；履带不停止行驶，对土壤破坏少，在松软土壤上的通过性好；转向半径的大小可任意控制，提高了履带车辆的机动性，转向平稳；转向时车辆能发挥直线行驶同样高的工作性能；容易实现一根操纵杆来控制进退和转向。随着液压技术水平的不断提高，液压泵-液压马达及其它液压元件性能的不断改进，使机动性高，能耗低，性能优良的机械液压连续无级转向机构的设计开发有了可能。这种转向机构在大功率履带车辆上的应用也使其转向半径连续无级变化的范围将会越来越大。为了应对我国加入WTO后来自于发达国家农机工业的挑战，努力提高国产大功率车辆的技术性能已迫在眉睫。随着液压泵液压马达及控制阀等主要液压元件国际化生产进程的不断深入，其制造成本的大幅度下降，国产大功率履带车辆必将大量地装备这种先进的无级转向机构，从而使国产大功率履带车辆的技术性能得到极大提高，逐步达到甚至超越国际先进水平。 第二章 方案分析为了更清楚地分析车辆的转向性能，这里叙述一下车辆的转向性能与评价指标。2.1转向性能 转向性能是车辆改变其运动方向的一种能力，是车辆整车性能的一个重要评价指标。2.1.1转向半径R和相对转向半径转向中心O到纵向轴线的距离叫转向半径R，如图1所示。相对转向半径是转向半径R与两侧履带中心距B的比值，具有中心转向的履带车辆，。2.1.2周转向时间 履带车辆绕其转向中心O旋转一周所需的时间，。2.2评价指标2.2.1平均旋转角速度转向过程中转过的角度与所用时间T的比值，2.2.2规定转向半径 转向过程中，车轮内侧摩擦元件被完全制动，没有制动功率损失，两侧主动轮和发动机之间的传动比都是定值，这时的理论转向半径称为规定的转向半径。规定的转向半径决定了车辆能够持续进行转向的可能性，规定转向半径越大，以规定转向半径转向的可能性越大，转向性能越好。装备有液压机械双功率差速式转向机构的车辆各档具有无级规定的转向半径，车辆可在大于该档最小规定转向半径的任意转向半径转向。2.2.3转向所需单位牵引力 车辆转向所需单位牵引力表示了转向时所受的内外阻力的大小，其值越小，转向越容易，转向性能越好。2.3卡特，小松，一拖公司三种产品方案的比较 车辆后桥左右输出轴转速N和NN和N为中央传动输出转速和液压马达输出转速为行星排特性参数 =，Z、Z为行星轮齿圈和太阳轮的齿数由三种转向机构的结构可知+1=i、i为中央传动和液压马达到转向机构的传动比r为履带驱动轮半径，i为终传动比卡特公司小松公司一拖公司结构简图输 出 轴 转 速后桥左输出轴后桥右输出轴车辆转向角速度nnn转向半径R相对转向半径转向机构输出转矩后桥左输出轴M=M=后桥右输出轴M=M=通过计算，求得当2.372时有以下参数的对比资料：性能参数对比卡特公司小松公司一拖公司转向角速度最大次之最小转向时间最小次之最大直线行驶速度最小最大次之转向半径相对转向半径最小最大次之单位牵引力最大次之最小直线行驶驱动力矩最大最小次之 经过各种参数的对比，选择适合中国环境的一拖公司的方案，并选择此机构进行近一步的设计计算。第三章 设计计算3.1行星齿轮的设计计算3.1.1选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图.选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图根据行星齿轮传动设计表1-1常用行星齿轮传动的传动类型及其特点，选择2Z-X负号机构NGW型行星齿轮，传动比范围i为39，传动功率植不限，传动效率=0.970.99,这种传动类型的特点是:效率高，体积小，质量小，结构简单，制造方便.适用于任何工况下的大小功率的传动，且广泛应用于动力及辅助传动之中，工作制度不限；可作为减速增速和差速装置。3.1.2进行行星齿轮传动的配齿计算所谓行星齿轮的配齿计算就是给定的传动比i来确定行星齿轮传动中的各轮的齿数。特征参数P与给定的传动比i有关。P的数值必须合理的选取。依据书中给定的范围38，选取此设计中的P=3。因为i=P+1，所以i=4。参考行星齿轮传动设计一书P页标准，选择n=3，Z=22，Z=17，Z=56，i=3.5455。3.1.3初步计算齿轮的主要参数行星齿轮输出轴传递最大扭距时，变速箱挂入三挡n =410根据使用要求及行星轮传动的特点，选择i=4，n=3，Z=22，Z=17，Z=56，i=3.5455，由i=-,此时液压马达的输出转速n=0，n=294.根据初算轴直径公式d，d取72mm。选取轴的材料为40Cr，所以A=100,这时，由于轴传递的更多的是扭矩，所以只需要进行扭转强度的校核计算。对于光轴，这时，所以轴满足要求。齿轮材料和热处理的选择：中心轮a和太阳轮c均采用20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度5862HRC，据图6-15和图6-27，取=1400N/mm，=400N/mm，中心轮a和太阳轮c的加工精度等级为6级;内齿轮b采用35CrMo，调质硬度217255，据图6-13和图6-27，取=780N/mm，=300N/mm，内齿轮的加工精度等级为7级。 根据结构的设计行星轮C的转速n=968，T=9549=9549初步确定齿轮的模数m，m=对于直齿轮的传动=12.1 从表6-7中查得=1.75从表6-5查得=2，当n， K=1.4 由K=1.6查图6-22得，=2.356，=2.74又=400，所以查表6-6，m=12.1=5.15选择小齿轮的模数为6.3.1.4几何尺寸计算 对于a-c外啮合副，这时c为小齿轮，记为1。a为大齿轮记为2.1模数m=62压力角=203分度圆直径d mz=617=102mm dmz=622=132mm4齿顶高h 外齿高 hhmhm=6mm5齿根高h h（hc）m1.25m=7.5mm6全齿高h hhh=6+7.5=13.5mm7齿顶圆直径d d=d+2 h=102+12=114mm d=d2 h=132+12=144mm8齿根圆直径d d= d-2h=102-15=87mm d= d-2h=132-15=117mm9基圆直径d d=dcos=99.6mm d=dcos=124mm10中心距a a=( d d)=83mm11齿顶圆压力角 =arccos= arccos=29.1 =arccos= arccos=30.512端面重合度 =z(tan-tan)z(tan-tan)=对于b-c内啮合副, 这时c为小齿轮，记为1,b为大齿轮记为2.1模数m=62压力角=203分度圆直径d mz=102mm dmz=656=336mm4齿顶高h 内齿高 hhmm=6mm h（1）m=（1-）6=5.1mm5齿根高h h（hc）m1.25m=7.5mm6全齿高h hhh=6+7.5=13.5mmhhh=5.1+7.5=12.6mm7齿顶圆直径d d=d+2 h=102+12=114mmd=d-h=336-10.2=325.8mm8齿根圆直径d d= d-2h=102-15=87mm d= d+2h=336+15=351mm9基圆直径d d=dcos=99.6mm d=dcos=315.7mm10中心距a a=m(ZZ)=83mm11齿顶圆压力角 =arccos=29.1 =arccos=14.312端面重合度 =z(tan-tan)z(tan-tan) =3.1.5行星齿轮传动装配条件的验算1传动比条件Z=Y-Z，由于选择的是标准行星齿轮，所以满足条件。2邻接条件的验算，两相邻行星轮的齿顶圆半径之和应小于其中心距Ld=144mm2asin=204mm，所以满足邻接条件。3同心条件的验算就是中心轮a，b与行星轮的所有啮合副的实际中心距必须相等，因为a=a，所以满足同心条件。4安装条件，满足安装条件。3.1.6计算行星齿轮传动的效率 查表5-1，选择公式 3.2 最终传动的设计计算3.2.1最终传动比齿轮的设计计算 选择小齿轮齿数为17，大齿F轮为63。1. 选择小齿轮材料为40Cr，调质处理，大齿轮为45钢2. 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限=500MPa，大齿轮的弯曲疲劳极限=380MPa3. 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数K=0.85,K=0.884. 取安全疲劳系数为S=1.1 MPa MPa 5. 计算载荷系数 K=1.251.11.11.13=1.7由于对称支撑，K=1.12+0.18+0.23=1.136. 由表10-5查得，Y Y=2.277. 由表10-5查得，Y=1.52， Y=1.7358. 计算大小齿轮的并加以比较 = T=3442Nm m=，取6.3.3.2 最终传动比齿轮的尺寸计算1模数 m=62压力角 =203分度圆直径d mz=176=102mm dmz=636=378mm 4齿顶高h 外齿高 hhmh6mm5齿根高h h（hc）m1.25m=7.5mm6全齿高h hhh=6+7.5=13.5mm7齿顶圆直径d d=d+2 h=102+12=114mmd=d+2 h=378+12=390mm 8齿根圆直径d d= d-2h=102-15=87mm d= d-2h=378-15=363mm9基圆直径d d=dcos=94.86mm d=dcos=351.5mm10中心距a a=m(ZZ)=mm11齿顶圆压力角 =arccos= arccos =arccos= arccos12端面重合度 =z(tan-tan)z(tan-tan) =（5.1+6.93）=1.913.3.3最终传动齿轮上短支撑轴的设计计算 3.3 液压马达部分的设计计算3.3.1液压马达输出端齿轮的设计计算选择小齿轮材料为40Cr，大齿轮材料为45钢1. 计算载荷系数 2. 由表10-5查得，Y Y=2.453.由表10-5查得，Y=1.52， Y=1.654.计算大小齿轮的并加以比较 =5. T=243Nm m=，取m=2.5.3.3.2液压马达输出端齿轮的尺寸计算1模数 m=2.52压力角 3分度圆直径d mz=17*2.5=42.5mm dmz=35*2.5