行星齿轮变速箱最佳传动方案设计.pdf

Vo I 1 4 f Y e r i a I No 6 7 丁 l 1 l 弓 2 l 太 原 重 型 机 械 学 院 童 山 西 省 交 通 科 学 研 究 所靳 长 征 埔 摘 要 根 据 给 定 曲 器 捎 传 动 比 乖 唾 用 传 动 转 建 关 系 式 对 行 11 排 的 符 种 组 合 进行 综 台 舒 折 找 出 全 部 叮 施 实现的方枭 然后根 结构性 能 传动效率 操纵 力矩和制造 艺等 粜挑选蛀 的传动方案辟确定 备行 星排 参数 关键词 行星齿轮变速箱传动方案设计 行星变速箱具有结构 刚度大 齿 闻负荷小 传动 比大并且效率高 结构紧凑以及便于实现自 动换档等优点 在筑路工程机械上得到 了广泛应 用 但是 如果其传动方案选择不佳时 会造成 传动效率低 行 星轮转速过高 制动 力矩与闭锁 力矩过大等不 良后果 目前 一般是用类 比 选 择传动方案 即拼凑 多种方案并从中优选 但这 样做不能断定是 否还有 其它更好的方案 本 文 采用综合法选择最佳传动方案 l 行星变速箱最佳传动方案的评价标准和设计 要求 1 能较准确地实现各档传动 比 2 传动效率要高 特别是常用挡 前进 档 传动效率应不低于 0 9 5 后退 挡传动效 率应不 低 于 0 8 7 3 各构 件转速和轴承相对转速不应过高 特别是制动器 闭锁离 台器 行星齿轮的相对转 速不得 超过允许值 一般制动器 闭锁离台器最 高空转转速 得大 于 4 0 0 0 5 0 0 0 r p m 行星排 传力时 行星轮转速 不得大于 5 0 0 0 6 0 0 0 r p m 行星排 空 载 时 行 星 轮 转 速 不得大 于 7 0 0 80 0 0r p m 4 行 星排 特性参数 的值应在 4 3 4下列范围之 内 值超出合理范围将 使行星 排结构设计困难 相 邻行 星排的 n值 不要相差 太大 以利变速 箱结构设计 5 结构 比较 简单 外形尺 寸耍 对f I 件 连接 的要求是 相 邻行星排同名构件连接最好 其次是行 星架与齿圈连接 太阳轮与行 星架的连 一 R一 接 齿圈与太 阳轮的连接最 不好 应 力求避 免 制动器的布拦要求是 齿圈为制动件鼎好 行 星 架次之 太阳轮为制动件最差 闭锁离台器应 布 在结掏空阉允许的两回转构件之间 且该两构 件的相对空转转速不得超过允许值 因此 首先 为便 F操纵 闭锁离合器的位簧应在变速箱的端 部 其次 从摩擦力矩最小的观点考虑 离台器最 好装在摩擦力矩较小的两构件之间 但还应考虑 滑唪功的问 题 因相 对速度过大 将 使滑摩功大 为增 媳 6 各构件承受的扭矩不应过大 特别是离 合器的 唪擦力矩和制动器的制动力矩要小 2 变速箱 自由度数的选择确定 在选择行星变速箱的自由度时 除了应考虑 变速箱 行星机构的结构要简单外 还需注意使操 作系统简化 一般根据档位数而定 对于挡位 数不大于 4的变速 箱 一般采用二 自由度方案 对于档位大于 6的变速箱 应采用多自由度串联 组成式方案 考虑到换档操纵性要 求 多采用三 自由度方案 三 自由度变速 箱与二 自由度变速 箱相比 其主要优点是减 p了构成变速箱的行星 排和换档操纵件 制动器和闭锁离 台器 数目 改 善了变速箱的结构工艺性 可降低制动器和闭锁 离合器的空 转转 速 但也存在一些需要在方案 设计 中解决的问题 如 较难准确地实现全部 传 动比 操 纵件 的元件数 日增 多 由于操纵的瞪擦 元件 各挡共用 因此1 得不按最大扭矩的档来设 计 对其它 挡来讲 储备系敬过 尢 使换挡性能 变 坏 目前所用的变速箱 一般采用由两个二 自由 维普资讯 目 第 l 4卷 总第 6 7期 筑路机械与旋工机械 化 1 9 9 7 2 度变速箱串联而成 其方案有两种 见图 1 二 互 三 二 三 一 m 硪建 增 建 二 主 至 王 I 二 二 卜 m 增速 减遘 图 1 两十 二 且由厦变 速 箱的 串联方 暴 前一种方案常用于前进档位数和后退 档位 数相同 且前进至后退和后退 至前进 的换档机会 很多的推土机和装载机 这样布置可减少摩擦片 的空转转速 后一种方案常用于一些前进档位 数多和后退档位数少的铲运机和 自卸车变速箱 这样布置的 目的是 减少了整个行 星变速 箱所受 的负荷 使整个变速箱结构紧凑 重量减轻 3 二 自由度行星变速箱最佳方案设计 对 于无永久外力支承的二 自由度行星 变速 箱 若要得到 个不等 于 1的不同传动 比就 需 要 个操 纵件 一 个主动件 一个 从动件 故 所 需构件的总数为 2个 即为了实现 个 i 1 传动比 变速箱的行星排数必 须有 而且仅 需 要 个 对于 i 1的传动 比 即直接档 可借 助闭锁离台器连接任意两构件而得 总之 对于 无永久性外力支承 的二 自由度行星变速箱 其所 有的构件总数为 2个 在 2个构 件中再 任意取 3个可组成一个行星排 故可组成的不同 行星排总数为 m c 在 c 个行星排中 任选 个可组 成一个 变速箱 对每一变速箱再看不同的前后次序排列 方式有 P 故可能 的变速 箱 传动方案共 有 c P 个 对这些方案再根据 行星排特性 参数 的大小 结构的可能性 和台理性 行星轮 的最高转速 传动效率 各构件 离台器及制动器 的载荷和热 负荷等条件 最后选出最佳方案 单行星排的转速特性方程 1 0 1 其中 一太阳轮转速 一 齿圈转速 一 行星架转速 一行星排特性参数 a 2 一齿圈齿数 一太阳轮齿 数 可以看出 此方程为三元 齐次 系数和为零 的线性 方程 并且太阳轮转速前 的系数绝对值最 小 齿圈转速前的系数绝对值较大 而行星架转 速前的系数绝对值最大 反过来 对于任何一个 三元 齐次 系数和为零的线性方程都可对应一 个行星排 并且根据方程中各变量前系数绝对值 的大小 可以判断各变量对应行星排中基本元件 的转速 并且齿圈转速前 的系数与太阳轮转速前 的系数之比即为行 星排特性 参数 二 自由度 行星变速箱的操纵件转速方程 i n i 一 1 0 2 其中 输入件转速 输出件转速 操纵件转速 一 传 动比 可以看 出 它与单行星排转速特性 方程 1 形式相似 也是三元 齐次 系数和为零的线性方 程 故根据它可确定一个行星排 并能实现所给 的传动比 圉 2单行星 捧 二 自由度行星变速箱最佳 传动方案设计步 骤 如下 1 确定变速箱 自由度 决 定行星排数和操 纵件数 对于二 自由度行星变速箱的档位数 与 行星排数和操纵件数由表 1查取 表 I 二自由廑行星变速箱参截 2 列出传动的原始方程并导 出派生方程 根据二自由度行星变速箱的操纵件方 程 2 将 所给传动比 i 1 的其它 个传动比代入 可刊 出 个原始方程 利用原始方程 采用消元法导 9 维普资讯 V o 1 1 4 S e r i a l No 6 L R o a d Ma c h in e r y 兀 c t i 0 I 1 Me c h a n i z a t i o n 出其余的所有派 生方程 注意原始方程和派 生 方程的总数 为 c 2 3 判断每个 行星排的构 成和行星排参 数 由于每一原 始方 程和 派生方程代表一个行 星排 故可根据原始方 程和派生方程判断每个行 星排的构成和行星排参数 a 列表分析并废除 a 值不 合理的行星排 4 组 合行 星排并废 除不能实现全部传动 比的行星排组合 有 n个非直接档 就需要 n 个行星排组成一个传动方案 在剩下的行星排中 任选 n个为一组 然后列表分析 废 除不能实现 全部传动 比的行星排组合 5 对每一方案的行星排合理地排列顺序 并绘 出行星排构件的连接图 6 布置直接 挡离合器 井对每一方案进 行 结构评 比 从简图上定性地按外形尺寸 套轴层 数 构件形状 诸行星排 值接近程 度等方面进 行列表比较 7 进行 传动比效率 转速 转矩等分析 结 果列表 根据以上分析从结构工艺性 运动学 动力 学等方砸进行分析评价 选择最佳传动方案 4 实例 做传动 比 i l 3 8 1 i 2 1 9 4 i 3 l i R 4 0的行星变速箱传动方案简图 4 1 确定变速箱的自由度 由传动比可知 除 i 1可由直接档实现 外 还有三 个非直接 挡 为了实现较准确的传动 比和使操 纵简化 选 用二自由度变速箱 由表 1 知应 有三个行星排 一个离合器 三个制动器 4 2列出传动的原始方程井导 出派生方程 将所给 i 1的传动比代入二 自由度行星 变速箱操纵件方程 2 可得如下三个原始方程 2 8 1 I一3 8 1 n n 0 3 1 0 6n 一2 0 6n 十 2 0 4 4 0 0n 一5 0 0 nR n 0 5 可能组成的行星排数为 c 2 1 0 即原始方程与派生方程 的总数为 l 0 采用消元 法对原始方程进行消元可得其余 7个派生方程 一 一 1 91 2 2 91 l n 0 1 4 4 l一 2 4 4 月 n 0 l 5 8 n 一2 5 8 月 2 0 1 9 9 n 一 2 9 9 l 2 0 1 7 8 月 一 2 7 8n l 0 5 3 2 一6 3 2 n 2 0 1 2 7nR 一 2 27 l 2 0 表 2 行星捧特性参数 a 6 7 8 9 1 o 1 1 1 2 序 号 4 5 6 8 9 1 0 掏件 to 2 1o R L l 2 l R 注 R o 2 R 行 星排 o L R R一 布 置 2 2 81 1 O 6 4 帅 I 9 l J 4 4 J 5 8 l 9 9 l 7 8 5 豫 1 2 7 评价 过小 稍大 小 过大 过小 注 表中 一 上表示为齿 圈 下为太 阳轮 左 为行星架 4 3 判断各行星排构成和行星排特性 参数 a 判别后的三构件和行星排特性 参数 列于 表 2 废除 值不合理的行星排 即序号为 2 5 9 1 0的行星排 序号为 3的 口 4也稍大 暂不 考虑 这样就剩下五个行星排 4 4 组合行星排并废除不能实现全部 传动比的 行星排组合 本倒有三个 非直接档 需要三个行 星排 故 在剩 下的五个行星排 中任选三个为一组 共有 c 1 0组 列于表 3中 表 3 行星排组台方案 方案 纽台行星捧 掏件 方寨 组台打星排 掏件 1 4 6 bI 2 R l 一7 8 o 1 2 R J一4 7 l 2 io1 2 R 3 J 4 8 I 2 R to 1 2 R I 6 7 t l 2 R 4 7 8 1 0 I 2 R 5 I 6 8 I 2 R bI 2 R 通过对表 3方案分析 在方案 2的三个行星 排中只包括 i o 1 2四个构件 而缺少拇件 R 这就 不能实现倒档 应除去 4 5 对每个方 案的行星排合理地排列顺序 并 绘制行星排 各构件的连接图 画出单个行星排 然后将同 名构 件连接起来 其中方案 8无论改 变连接路线还是改变排列顺序都连不起来 只好 放弃 其余方案则是选择连接简单的一种 因为 每一方案有 P 3 1 6种连接方法 除去方 案2 8 外 其余8 个方案的连接图见图3 维普资讯 一 第 1 4卷 总第 6 7期 筑路机械与 旌工机槭 化 橡胶减振器疲劳试验程序载荷谱的编制 L f L F I f 原 重 型 机 械 学 院 大连粮食进 出口接运 总会 司 孙大刚 吉林工业大学 诸文农 i 彭浦 机器 厂 耀平 摘要 分析 计算了大 型履带式推土机各工况作用在驱动轮 内橡 畦减振器 上的载荷 根 据橡胶材 料疲劳 失 效性 质 对疲劳 试验程序载荷谱的编制及其强化的难题 开展 了研 究 用 所掌握 的理论 及实用方法 成功 地 应用于 3 8 6 k W 推土机橡胶减振器的疲劳试验 发的 用于大型履带式推土机驱动轮的橡胶减振 器进行疲劳试验 需编制试验用程序载荷谱 但 目前 国内尚无大型履带式推土机的工作载荷谱 且 由于橡胶材料的疲劳机理复杂 对于开展橡胶 减振器的疲劳试验 尚有许多难琶待解决 为此 本文根据该 推土机的牵 引特性 曲线 各作业工 试验用程序载荷谱 的编制 及其强化的课题开 展 了研 究 1 作用载荷的计算 该推土机驱动轮及橡胶减振器如图 1 所示 根据推土机 牵 引特性 曲线图 图 2 计算出其在 各工况下的挂钩牵引力 雌雄 馘 嘞雌 圈 3 8 个方案连接囝 丧 4 方案性能参数与结构评比 R 彝 椅 l 妒 柠 基 疗 虽 M l M 排 估 悻 哨 l M 十 呐 什 值 9 7 2 5 R 6 R 4 2 8 1 R 6 R 8 2 2 罡 R l R B 2 7 H 4 R 8 H 十 9 6 3 I 9 6 6 8 I I 8 7 7 S 6 R 8 H 3 I 9 b 3 9 6 3 o 9 6 3 j II I o 9 0 9 4 2 4 6 布置直接 挡离 合器 并对每一方案进 行结 构评比 从简图上定性地按外形尺寸 套轴层数 构 件形状 诸 行星排 值接近 程度等方面进行 比 较 结果列于表 4 4 7进行 传动效率 转速 转矩等分析 结果列 于表 4 4 8 进行全面评比 选择晟佳方案