轻型多功能工具车底盘设计

编号： （ ）字 号 本科生毕业设计（论文） 题目： 姓名： 学号： 班级： 二xx 年六月 轻型多功能工具车底盘设计 本科生毕业设 计 姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 设计题目： 轻型多功能工具车底盘设计轻型多功能工具车底盘设计 专 题： 指导教师： 职 称： 二xx 年六月 学院 专业年级 学生姓名 任任务务下下达达日日期期： 20 xx 年年 12 月月 5 日日 毕业设计日期：毕业设计日期： 20 xx 年年 3 月月 1 日至日至 20 xx 年年 6 月月 3 日日 毕业设计题目：毕业设计题目：轻型多功能工具车底盘设计 毕业设计主要内容和要求：毕业设计主要内容和要求： 一、主要设计内容： 1.车体结构布局与底盘参数设计； 2.底盘传动参数设计； 3.车辆动力参数匹配； 4.主减速器及变速箱参数设计。 二、设计参数： 1.车辆地隙高度高度 150mm；整车长度 1.5m；宽度 1.2m； 2.发动机采用常州柴油机厂的 3M78 型多缸柴油机，功率为 15.2kW，并对其进行 防爆处理，安装进气防爆装置、尾气防爆装置、排气管采用外套水冷装置、尾 气水洗装置； 3.档位 3（前进挡）+1（到退档） ，最大速度 15km/h; 三、具体毕业设计要求及工作： 1.完成总体结构设计：底盘总体设计； 2.绘制装配图、绘制各零件工作图，折合零号图 3.5 张； 3.英文翻译 3000 字以上。 4.编写设计说明书一份； 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力； 研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度 及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用 所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点； 写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等） ： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘要 随着采煤机械化程度的提高，越来越多的机械投入到煤炭生产之中，如掘 进机、双滚筒采煤机、刮板输送机、转载机等。与此同时，一旦采煤机械发生 故障便会对采煤工作产生巨大影响，明显降低煤炭开采量，直接影响到煤矿企 业的经济利益。 我们都知道，任何机械都存在发生故障的风险，尤其是在煤矿井下恶劣的 环境中。更重要的是，我国煤矿企业使用的采煤机械和国外同类产品在质量上 还存在一定差距，发生故障的频率更高，能否及时对故障机械进行维修显得尤 为重要。目前，国内大多数煤矿在发生机械故障时，还需维修人员自行携带工 具步行前往，这不仅耗费了人力，更延长了维修故障机械所需的时间，相应拖 缓了采煤的工作进程。本文以此为出发点，提供了一种轻型工具车的设计方案。 此工具车不仅具有承载人员和携带工具的基本功能，还摒弃了矿用车辆乘 用舒适性差、噪音大的缺点，采用麦弗逊悬架和拖曳臂半独立悬架，带来了极 佳的乘坐舒适性。本车采用四轮驱动形式，保证了车辆良好的通过性。 关键词：工具车；故障机械维修；底盘 Abstract With the increased mechanization of coal mining, more and more machinery are used in coal production , such as boring machine, double drum shearer, scraper conveyor, loader and so on. At the same time, once the failure of mining machinery for mining work will produce a huge impact, significantly reducing the amount of coal mining, coal directly affect the economic interests of enterprises. We all know that any mechanical failure are at risk, especially in the coal mine harsh environment. More importantly, coal mining machinery and coal mining enterprises of similar foreign products used in quality there is still a gap, the higher the frequency of failure, timely repair of mechanical failure is particularly important. Currently, most domestic mines in the event of mechanical failure, maintenance personnel need to walk to bring their own tools, which not only cost a human, but failure to extend the time required for maintenance of machinery, the corresponding drag slow the process of coal mining work. This article as a starting point, provide a lightweight tool car design. This tool not only has the car carrying personnel and carry tools, basic functions, but also abandoned mine vehicle passenger comfort is poor, big noise shortcomings, McPherson suspension and semi-trailing arm independent suspension, brought excellent comfort. The car with four-wheel drive form, to ensure good vehicle Through sexual. key words: Tool car；Failure mechanical maintenance；Chassis 目 录 1 绪论.1 1.1 题目意义 .1 1.2 矿用车辆发展及生产现状 .1 1.3 国外辅助运输与防爆柴油机的现状 .1 1.4 我国煤矿用防爆柴油机的应用现状 .2 1.5 矿用车辆发展趋势及应用前景 .3 2 设计内容与方案选择.4 2.1 柴油机防爆简介与主机选型 .4 2.2 工具车底盘设计 .7 2.2.1 传动系.8 2.2.2 行走系.9 2.2.3 转向系.12 2.2.4 制动系.12 3 变速器设计.14 3.1 变速器主要参数的选择 .14 3.1.1 挡数.14 3.1.2 传动比设计.15 3.1.3 计算中心距.16 3.1.4 齿轮参数设计.16 3.2 齿轮及轴的校核 .21 3.2.1 斜齿轮弯曲应力.21 3.2.2 齿轮材料接触应力.22 3.2.3 轴的尺寸设计及强度校核.23 4 主减速器设计.31 4.1 模数选择 .31 4.2 主动和从动锥齿轮齿数的确定 .32 4.3 螺旋角的确定 .32 4.4 法向压力角的确定 .33 4.5 齿轮的几何尺寸计算 .33 5 差速器设计.35 5.1 差速器齿轮计算载荷的确定 .35 5.2 差速器齿轮及半轴齿轮基本参数的确定 .35 5.3 差速器的齿轮强度计算 .38 6 半轴的设计与校核.40 6.1 半轴的设计 .40 6.2 半轴强度校核 .41 参考文献.42 翻译部分.43 英文原文 .43 中文译文 .53 致 谢.63 1 绪论 1.1 题目意义 现代化煤矿对机械的依赖程度很高，高产高效的综合机械化采煤工作面逐步取代了落 后的爆破采煤法和普通机械化采煤工艺，综合机械化采煤工作面用到的主要机械包括液 压支架、双滚筒采煤机、刮板机和转载机等，只有低故障率的采煤、运煤机械才能满足 煤矿正常的生产要求。 2011 年 5 月 23 日 7 时 45 分，铜梁县某煤业有限责任公司，在技改扩能井主提斜井 发生一起运输事故，造成 5 人死亡，1 人受伤，直接经济损失达 360 万。由此可见机械故 障对煤矿生产影响之大，不仅带来经济上的损失，还有可能带来巨大的人身伤害。因此， 煤矿配备一种能携带多种工具，及时对故障机械进行维修的工具车显得尤为必要。 1.2 矿用车辆发展及生产现状 矿用汽车行业的发展在我国开始于 20 世纪 60 年代末 70 年代初。由于各种原因，只 有 15 吨、20 吨和 32 吨三种吨位矿用自卸汽车进行了批量生产。这段时间为我国矿用车 辆研制的第一次高潮。 在 70 年代中期，本溪汽车制造厂研制了载重 68 吨、108 吨的矿车，湘潭电机厂也开 始研制 108 吨矿用无轨胶轮车，经鉴定后投入批量生产，这段时期为我国矿用车辆研制 的第二次高潮。 到了 80 年代，随着改革开放政策的实施，很多企业开始尝试通过与国外企业合资、 技贸合作等多种方式，从国外引进先进产品和技术，这大大促进了国内矿用汽车技术的 发展。内蒙占北方重型汽车股份有限公司作为目前国内矿用汽车行业唯一一家中外合资 企业就成功地引进了具有世界先进水平的 TEREX 矿用汽车系列产品，并投入批量生产， 从而，拉开了国内矿用汽车新一轮发展的序幕。 从我国矿用车辆起步开始，我国生产过载重 20 吨、22 吨、25 吨、27 吨、32 吨、36 吨、42 吨、45 吨、50 吨、55 吨、68 吨、77 吨、85 吨、91 吨、108 吨、l54 吨矿用自卸 车。除了少数需用 154 吨以上大吨级进口矿车外，这些吨级的国内矿车基本满足了需求。 根据国内市场多年需求情况，矿车生产企业也开始调整产品结构，某些吨位级别的矿车 己停止生产，如 27 吨、50 吨、154 吨等。 1.3 国外辅助运输与防爆柴油机的现状 国外煤矿用防爆柴油机的研究生产起步较早，早在 20 世纪 30 年代就开始作为矿井 辅助运输的动力装置，20 世纪 50 年代到 60 年代，一些主要采煤国家已经开始着手解 决矿井辅助运输的机械化问题，到七、八十年代已相继建成了具有各自特色的煤矿辅助 运输系统和装备，并带来了巨大的经济效益。 德国在 1963 年研制出了柴油机单轨吊，20 世纪 80 年代以防爆柴油机为动力的辅助 运输设备已达 400 台左右；英国 20 世纪 80 年代开发了高速柴油机车和高速乘人车辆； 美、澳和南非是使用无轨胶轮车较多的国家，其有一系列的无轨运输产品。目前国外煤 矿使用的煤炭辅助运输设备主要有卡轨车、单轨吊、无轨胶轮车和齿轨车等 4 大类。无 轨胶轮车的研制生产国家主要有德、美和澳大利亚等；生产的车型涵盖货物和设备搬运、 人员运输、维修服务和巷道清理等所有辅助运输领域，具有技术先进、可靠性高的特点， 目前正向多功能、专业化方向发展。 到目前为止国外在矿用防爆柴油机领域已经积累了丰富的经验，建成了完善的产品 开发、售后服务、生产制造和质量控制体系。尤其在欧美国家，从事防爆柴油机的生产 设计的厂商具有品种多，型号全，覆盖范围广的特点。开发的机型主要有卡特彼勒公司 的 Cat3304、Cat3306 和 Cat3304PC 机型；莫哈姆公司的 MWMD916-4、MWMD916-6 和 MWMD932-8 机型；英国帕金斯公司的 NEW1006-6、1004-4 和 1104C-44T 等。开发的防爆柴 油机品牌多样、马力大，防爆后最高功率可达 300kW，并应用了包括最新的柴油机机、电、 液一体化技术，使得国外的防爆柴油机的产品具有功率大、污染小和经济性高的特点。 1.4 我国煤矿用防爆柴油机的应用现状 国内的矿用防爆柴油机的研究起步较晚，应用也较少。早期曾有煤炭部、机械部的 “六五”攻关项目4105 防爆低污染柴油机以及国家“七五”重大科技攻关项目 6105 防爆低污染柴油机的研制，但都没能推广应用。随后几年，少数厂家才开始进行防 爆柴油机的改造和生产，但作为井下轨道牵引车的动力装置，因销量太少，厂家仅停留 在对普通柴油机进行防爆改造，并没有对柴油机的配气机构和燃油系统等方面进行适应 性研发。由于防爆柴油机的使用单位少、应用范围小，造成了国内柴油机生产企业对此 领域投入较少，使得国内防爆柴油机呈现品种单一、功率偏小、可靠性差等特点。 近年随煤矿集约高效开采推进以及大型煤矿的建设，辅助运输系统也取得长足发展， 应用范围也得到了进一步扩展，无轨胶轮车辆开始大批量应用，成为众多大型矿井辅助 运输的主力军。随着用量的增加，相关的生产商明显增多。产业竞争态势的形成和煤矿 生产要求的提高都对矿用防爆柴油机提出了更高的要求。防爆柴油机产业也迅速发展壮 大，在产品生产制造、质量检验和设计开发等方面都取得了长足进步。在设计开发方面， 国内企业及科研机构进行了进气系统、排气系统及整机的压力场、温度场、动力性和流 量以及燃油经济性的优化分析；防爆柴油机也已经从现有柴油机原型机的防爆改造进入 到部件适应性改造的新阶段，原型机机型开发也从先前的自然吸气机型发展到涡轮增压、 空空中冷、增压中冷和双涡轮增压技术；配套的自动启动系统、保护装置、电气系统均 实现了技术突破与升级。随着煤矿车辆的大范围应用，在现场使用数据获取的基础上进 一步优化性能。虽然，安宝、康晨等业内著名公司已能与国外大型防爆设备制造企业相 抗衡，但我国的防爆设备普及仍然不容乐观。未来，我国应更加注重防爆柴油机研发与 应用，使我们的煤矿作业场所达到较高的安全水平。 防爆柴油机作为卡轨车、单轨吊、无轨胶轮车和齿轨车等现代煤矿辅助运输设备的动 力源，从开始的少量应用到现在大范围应用，给矿井机械化辅助运输及工作面搬迁带来 了革命性变化，同时也为企业带来了可观的安全效益和经济效益。总之，随着目前采掘 技术的发展以及观念的不断更新，应在防爆柴油机领域，紧随国际先进技术发展的步伐， 整合国内外各厂家的技术优势，加快研发具有独立知识产权的技术和机型，为我国的辅 助运输的更新换代提供可靠的技术支持，促进矿用防爆柴油机品质的不断提升。 1.5 矿用车辆发展趋势及应用前景 矿用汽车行业发展迅速，从数量上看，较长时间以来矿用车辆生产企业的年销售量一 直停留在 300 辆左右，即便是历史最好水平也未超过 400 辆。出现了供大于求的现象。 在 2003 年上半年，受全国出现“非典”疫情的影响，矿用汽车的生产和销售均出现了下 滑。疫情解除后，销售形势迅速好转，出现了供不应求的局面。2003 年生产了 305 辆， 不但全部销售完，而且还将上年的库存清空，共售出 362 辆，付款方式也是货款两清。 2003 年下半年，有色金属、钢材、煤炭等原材料价格上涨，拉动了矿石的需求，同 时也增加了矿用汽车的需求，但矿用汽车生产周期长，其生产、技术、销售远不同于公 路车辆，不能够大批量投产，在国外其被视为工程机械范畴，一般采取订单方式安排生 产，由于矿用汽车生产成本较高，增加库存就面临占用更多的资金，如果用户购车时又 不能全款兑现，对制造企业的正常运转将会带来非常大的困难。 由于各矿车的使用单位工况差异、运输物料差异以及作业班次差异等，矿车寿命有 所不同，但都应从矿车的经济角度考虑，从投入和产出比考虑，才能够步入良性循环， 创造最大的经济效益。 预测 2004 年矿用汽车的需求，我认为主要从两个方面考虑。一方面是矿用汽车的年更 新数量，这是主市场；其次是根据国民经济增长率预测。 本论文所设计矿用车辆属于井下小型工具车，此工具车可作为代步车兼维修工具承载 车，节省了煤矿工人的体力，使其不必在狭长的巷道中行走；减少了维修故障机械的时 间，对煤矿安全和煤矿生产做了有力保证。未来的很长一段时间煤炭对于我国乃至世界 仍是重要的能源，以我国现有煤矿数量来看，井下轻型多功能工具车有着广阔的市场前 景，我国现有国有重点煤矿达 1499 家，小中型煤矿也数量众多，向这些煤矿销售轻型多 功能工具车及进行零配件供应具有很强的可操作性。 2 设计内容与方案选择 2.1 柴油机防爆简介与主机选型 目前，国内外的无轨辅助运输设备绝大多数采用防爆柴油机为动力，本论文所设 计轻型多功能工具车也不例外。该类车辆机动灵活，可涵盖轻型到重型所有车辆，但 也存在柴油机排放的废气污染环境等缺点。 图 2-1 KC4102 型防爆柴油机 防爆柴油机由防爆柴油机主机、进气防爆系统、排气防爆系统和安全自动控制系统组 成。 目前国内生产的柴油主机，原服务对象都是针对都是针对汽车、拖拉机、工程机械等 地面车辆，不具备防爆功能。国产柴油防爆柴油主机一般由柴油主机生产厂提供合适的 柴油机基础机型，由整车生产厂按防爆规定提出的要求进行防爆改装。 本论文设计的为轻型工具车辆，不要求使用较高功率的柴油机，市场上比较适合的柴 油机基础机型有用于常州东风农机集团 DF-204 的 380T 型发动机，缸径 80mm，行程 90mm，标定功率 14.7kW，转速 2300rpm，采用带预热塞的电启动；以及艾克美公司的 JD295 型柴油发动机，该机采用垂直 2 缸的布局形式，水冷、四冲程，额定功率 13.2kW，额定转速 2200rpm；还有一种是常柴 3M78 型发动机，该机无论从质量、尺寸还 是功率上，均较前面两种更优，综合考虑，最终选用常柴 3M78 型柴油发动机。详细参数 见下表。 表 2.1 3M78 柴油机主要技术参数 项 目单位规 格 产品型号3M78 型式直立、水冷、四冲程、左机 燃烧方式涡流 缸径行程mmmm7878.4 压缩比22:1 进气方式自然吸气 活塞总排量L1.123 冷却方式强制循环水冷却 润滑方式压力、飞溅 标定功率kW15.2kW 标定转速r/min2600 最大输出扭矩Nm64 最大扭矩时转速r/min1820 外特性最低燃油消耗率g/kWh275 烟度FSU4.5 机油消耗率g/kWh2.72 起动方式电起动 噪声dB(A)107 排放“国”标准 旋转方向逆时针（飞轮端面） 外形尺寸（长宽高）mm520457581 重量kg110 国家防爆规程对防爆柴油机作了详细的规定，如防爆柴油机任一部位表面温度不能超 过 150、柴油机最终排气温度不得超过 70、任何通气部位不得有明火喷出等。在对柴 油机基础机型进行改造时均须严格按照规程进行。普通柴油机车存在的防爆隐患有热表 面，排气表面温度可达 300-500，其它元件表面温度也有超过起燃温度的；火焰火星和 热气体，排气温度达 650，火焰可能通过排气系统高速回流至大气；机械火花，摩擦、 碰撞产生；静电，非金属材料产生；电火花，电器元件工作过程中产生的电弧和电火花。 当然，企业对上述隐患均制定了详细的对策，下面一一对各种防爆处理进行介绍。 热表面处理：对于零部件表面温度过高，应采用适当的隔热和水冷方式使表面温度下 降 ； 火焰火星和热气体处理：设置进排气口的阻火装置,如阻火器；火焰消除装置，如废 气净化水箱；设置防爆结合面 。 机械火花处理：外露金属零件为避免碰撞产生电火花应尽量不用轻金属，表面喷涂不 小于 0.2mm 的防护层或设置钢质防护罩； 静电处理：由于非金属材料可能产生静电，因此对这类零部件材料有如下要求，外露 的非金属零件应该采用不燃或阻燃材料，电阻值小于 10 亿 ；密封衬垫，应使用带有金 属骨架或金属包封的不燃材料。 电火花处理：所有电气元件必须符合 GB3836.2爆炸性气体环境用电器设备第 2 部 分:隔爆型“d”或 GB3836.4爆炸性气体环境用电器设备第 4 部分:本质安全型“i” 的有关规定,并取得煤矿安全标志准用证。并且做到采用隔爆型电气元件、尽量采用非电 气元件、连接电气设备的电缆除应符合 MT818 的有关规定外，还应具有耐油性能，并应 可靠固定和保护。 对进气系统的改造主要设计空气滤清器、进气防火栅栏、空气关断阀、扫气泵、涡轮 增压器等。 由于普通机械传动所用离合器不防爆，所以要对其在地面车辆常用结构基础上严格按 矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件MT/T 1989-2006 中的规定进行改造，主要 是对其安装面和离合器操纵机构等进行改装，其防爆结构尺寸要求与防爆柴油机主机部 分的要求相同。防爆改装还必须经过有关质检中心防爆检验，检验合格方可安装使用。 离合器是汽车传动系统的主要组成之一，他通常安装在发动机飞轮后侧，是与发动机 相联接的部件。通过离合器的结合或分离，使发动机与传动系统、驱动车轮联接或断开。 离合器的功用是保证汽车平稳起步、传动系统换挡时工作平顺以及防止传动系统过载。 离合器的种类有摩擦离合器、液力耦合器或液力变矩器、电磁离合器。摩擦离合器是 借助接触面之间的摩擦作用来传递转矩的装置。目前，与手动变速器相配合使用的离合 器绝大多数是摩擦式。液力耦合器或液力变矩器是利用液体进行传递动力的装置，它们 通常与自动变速箱配合使用，也起到离合器的作用。电磁离合器是利用电磁力来传递扭 矩的装置。电磁离合器靠电磁线圈的通、断电来控制离合器的结合与分离。如在主动与 从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的结合力，这样的离合器称为磁粉电磁离合 器，多用在高档轿车上。 由上述内容可知，本论文所设计工具车宜采用摩擦离合器。 当然，摩擦离合器也有干式和湿式两种，湿式摩擦离合器浸在油中，便于散热。根据 所用压紧弹簧布置位置的不同，摩擦离合器可分为周布弹簧离合器、中央弹簧离合器和 周布斜置弹簧离合器；根据所用压紧弹簧形式的不同，摩擦离合器可分为圆柱螺旋弹簧 离合器、圆锥螺旋弹簧离合器和膜片弹簧离合器。按从动盘数目的不同可分为单盘离合 器和双盘离合器。 因所设计的工具车车重较轻，载荷也较小，所以选用较为常见的干式单盘膜片弹簧离 合器即可。 2.2 工具车底盘设计 图 2-2 车辆底盘示意图 车辆底盘主要分三类，一类主要是整车；二类底盘是指带有驾驶室的底盘，经生产厂 家试验、调试合格发放底盘车合格证，并有国家公告的产品，二类底盘主要用于汽车改 装厂，专用汽车或特种车等 ，其广泛应用于油罐车、洒水车、吸粪车、吸污车、化工 液体运输车、仓栅车、载货车、自卸车、随车吊、粉粒物料运输车、散装水泥车、高空 作业车、清障车、牵引车等；三类是指不带驾驶室的底盘，经生产厂家试验、调试合格 发放底盘车合格证，并有国家公告的产品，三类底盘主要用于客车厂或生产客车的厂家。 本论文所设计工具车采用四驱拖拉机底盘结构，整车结构类似图 2-2 所示，属于二类底盘， 采用双座驾驶舱，车辆后部设有工具箱用以放置各类工具。考虑到井下空间狭小，不会 有图中所示顶棚的构造。车辆底盘由传动系、行走系、转向系和制动系四大系统组成， 下面将逐一介绍。 图 2-3 四驱工具车 2.2.12.2.1 传动系传动系 从发动机到驱动轮之间的一系列传动件称为传动系，它的作用是把发动机的动力传给 驱动轮。发动机不能直接和拖拉机、汽车的驱动轮相连，这是因为发动机的特性与拖拉 机、汽车使用要求存在着矛盾的缘故。传动系就是用来将发动机动力按工作需要和使用 要求传给拖拉机、汽车的驱动轮，以解决发动机性能和车辆使用要求之间的矛盾。 传动系要求满足减速增扭、变扭变速、改变旋转方向和离合传动。要实现上述要求， 可采用不同的传动系。目前已经采用的有机械式、液压式和液力式等几种，其中应用最 广泛的是机械式。 拖拉机与汽车上的传动离合机构称为离合器，用来切断或结合发动机到驱动轮之间的 动力传递。变速机构称为变速箱，用来增扭减速、变扭变速和改变旋转方向。变换旋转 平面的机构在拖拉机上称为中央传动，在汽车上称为主传动，把横向的旋转平面转换到 纵向。中央传动和驱动轮轴等组合在一起称为后桥。 发动机的动力从飞轮传出后，首先传到离合器。离合器结合时，动力经离合器传到变 速箱。变速箱挂上挡后，动力经变速箱传到中央传动；再由中央传动分左、右两边把动 力传到左、右驱动轮。 在拖拉机上，一般在离合器和变速箱之间有一联轴节，以保证离合器轴和变速箱轴安 装得不完全同心时正常传动。在汽车上，由于车厢较长，一般在变速箱和主传动之间有 一带有联轴节的长传动轴，保证后桥上下跳动时动力正常传递。在拖拉机上，为了取得 较大的传动比，在中央传动和驱动轮之间往往还有一级或一级以上减速，称为最终传动。 轮式拖拉机的中央传动、最终传动、车轴，加上转向用的差速器组成后桥。 因论文中需对变速器进行详细的设计，所以在此对变速器的功能、分类等进行陈述， 并对最终变速器类型的选择进行论述。 1）变速器的功用与分类 变速器的主要功能是通过改变传动比，使汽车具有不同的行驶速度和牵引力；在发动 机旋转方向不变的情况下使车辆倒行；同时，变速器还可以利用空档中断发动机动力的 传递，以便发动机能够启动、怠速和换挡。为了变速器实现上述功能，变速器必须具有 合理的挡数和传动比，保证车辆具有良好的动力性和燃油经济性；应设置有空档和倒档， 同时还用具有较高的传动效率，工作可靠，噪声低，操作轻便。 变速器按传动比变化方式可分为有级式变速器、无级式变速器和综合式变速器；按操 纵方式可分为强制操纵式变速器、自动操纵式变速器和半自动操纵式变速器；按工作轴 数量可分为三轴式和两轴式变速器。 三轴式变速器多用于发动机前置后驱的中型载货汽车上，该变速器由变速器壳体、第 一轴、第二轴、中间轴、倒挡轴、各轴上齿轮及变速器操纵机构等组成。第一轴为输入 轴，第二轴为输出轴，第一轴与第二轴在同一轴线上，中间轴与第一、第二轴平行布置。 变速器输出轴的转动方向与输入轴相同。 出于成本、空间、传动系统的传动比等因素，本论文选取的即为三轴式手动变速器。 2）同步器 同步器的作用是使结合套和待啮合的齿圈迅速同步即角速度的大小和方向分别相同， 防止待啮合的齿轮在同步之前啮合，消除换挡时的冲击，缩短换档时间，简化换挡过程， 使换挡操作轻便，延长变速器的使用寿命。 同步器有多种结构形式，目前广泛采用的是摩擦式惯性同步器，是依靠摩擦作用实现 同步的。在结构上，除了结合套、花键毂对应齿轮上的结合齿圈外，还增设了使结合套 与对应结合齿圈的圆周速度迅速达到同步的机构，以防止两者在达到同步之前结合以防 止冲击的结构。常见的同步器有惯性式和自行增力式。目前广泛采用的是惯性同步器。 惯性同步器有锁销式和锁环式两种，锁销式惯性同步器在结构上允许采用直径较大的 摩擦锥面，摩擦锥面之间可产生较大的摩擦力矩，缩短了同步时间，多用在中型和重型 汽车上；自行增力式同步器也是利用摩擦原理实现同步，由于多了增力弹簧，使得同步 所需的摩擦力矩大幅增加，因此，本轻型工具车初选锁环式惯性同步器。 3）变速器的操纵机构 变速器操纵机构的作用是进行挡位变换，根据汽车行驶条件的需要改变变速器的传动 比、变换传动方向或中止动力传递。变速器的操纵机构应能保证驾驶员能准确而可靠的 使变速器挂入所需要的任何一个挡位工作，并可随时使之退到空挡。 为达到上述要求，变速器操纵机构应满足如下要求： 保证变速器不自行脱挡或挂挡，在操纵机构中应设自锁装置； 保证变速器不同是挂入两个挡位，在操作机构中应设互锁装置； 防止误挂倒挡，在变速器操纵机构中应设倒挡锁； 换挡应轻便。 变速器操纵机构根据变速杆距离变速器的远近分为直接操纵式、半直接操纵式和远距 离操纵式 3 种类型。直接操纵式变速杆及所有换挡装置都设在变速器盖上，这种形式机 构简单，操作方便，但易受发动机震动影响；半直接操纵式变速器操纵机构在拨叉轴的 后部伸出端增设杆件与变速器联结；有些汽车，变速器的安装位置离驾驶员座位较远， 如发动机后置，需要在变速杆和拨叉之间加装一套辅助杠杆或传动机构。 综上内容，本工具车选用直接操纵式变速器操纵机构，因车速较慢，发动机功率也较 小，发动机的震动对换挡的影响可忽略不计。 2.2.22.2.2 行走系行走系 行走系的主要功用是把由发动机传到驱动轮上的驱动扭矩转变为拖拉机汽车工作所需 要的推进力，并把驱动轮的旋转运动变成拖拉机汽车在地面上的移动。此外，行走系还 用来承载拖拉机汽车的重量，并减轻冲击和振动。 轮式拖拉机的行走机构主要包括前轴、后轴以及前后轮。与其他轮式车辆相比，轮式 拖拉机具有以下特点： 图 2-4 四轮驱动拖拉机 拖拉机工作时经常需掉头、拐弯，为减小在田间土壤条件下的转向困难，导向轮都采 用小直径的，且胎面大多具有环状花纹，以增加防侧滑能力。在矿井下使用的轻型多功 能工具车设计时需特别注意这一点，矿井下空间狭小，巷道较窄，给车辆的转向带来了 不小的挑战。工具车的转弯半径不可太大，同时轮胎应具有较大的附着力，防止因侧滑 而发生意外事故。 另外，由于农艺上的要求，拖拉机的田间作业速度都不高，加之低压轮胎具有一定的 减震和缓冲作用，所以，在不少轮式拖拉机上不采用弹性悬架和减震器，而使后桥与机 体刚性连接，前轴与机体铰接连接。在有些拖拉机上，为了适应运输速度的提高，前轴 采用了弹性悬架。 车辆行驶系主要包括悬架、车轮等，下面将对所设计工具车可能用到的悬架系统和轮 胎的选择进行介绍。 1）悬架组成及分类 汽车的悬架是汽车的车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力装置的 总称。具有连接车桥和车架、缓冲不平路面对汽车产生的冲击力、衰减振动以及引导车 轮相对车身的跳动等功用。 汽车的悬架主要由弹性元件、减振装置和导向机构，此外，还辅设有横向稳定器和缓 冲块。弹性元件有弹簧、橡胶缓冲块等，用来承受和传递垂直载荷，缓和路面不平引起 的冲击。减振装置有减振器、缓冲块等，用来吸收一部分冲击能量，快速衰减振动。导 向机构由杆件组成，对车轮相对车架运动起导向和控制作用。 在多数轿车和客车上，为了防止汽车在转向行驶等情况下发生过大的横向倾斜，在悬 架中还设有横向稳定器，作为辅助弹性元件。 按照导杆机构的形式、结构特点，汽车悬架可分为两大类：非独立悬架和独立悬架。 非独立悬架的结构特点是悬架用一根整体式车桥连接两侧车轮。当一侧车轮因路面不平 而跳动时，会引起另一侧车轮在横向平面内发生摆动。独立悬架结构特点是悬架用断开 式车桥连接两侧车轮。两侧车轮可以实现单独跳动，当一侧车轮因路面不平引起跳动时， 不会直接影响另一侧车轮。独立悬架多用于舒适性较高的轿车上，非独立悬架多用于对 舒适性要求不高的载货汽车上。 按照控制方式，汽车悬架可分为主动悬架和被动悬架。传统悬架多为被动悬架，其性 能参数是固定不可调节的，这样的悬架对道路条件的适用范围比较窄。比如轿车适合在 良好路面上行驶，越野车即使在公路上行驶舒适性也比较差等。主动悬架则可以根据行 驶状态和道路条件在预设的范围内调节悬架刚度、阻尼比和车身高度等参数，使得汽车 可以适应多种道路条件，提升操纵性和平顺性。 因本文所设计工具车主要适用于煤矿井下机械维修，行驶道路条件比较单一，所以采 用普通的被动悬架即可。 2）非独立悬架 绝大多数情况下，非独立悬架的舒适性会明显低于独立悬架。但非独立悬架由于结构 简单、工作可靠和成本低廉，至今仍在汽车上获得广泛应用，尤其是对舒适性要求不高 的载货汽车。行驶于恶劣条件的越野车和工程车辆也经常采用非独立悬架。 根据非独立悬架采用原件不同，分为钢板弹簧、螺旋弹簧、油气弹簧非独立悬架。 本工具车由于载荷较小，只需在从前两种非独立悬架中考虑。 3）独立悬架 汽车行驶时，路面一般不会同时冲击所有的车轮，每个瞬时各个车轮所受到的冲击是 不同的。因此，独立悬架的结构特点更符合汽车行驶时的受力状态，可使所有车轮和路 面都有很好的接触，相对于非独立悬架可以让汽车获得更好的行驶平顺性和操纵稳定性。 独立悬架也存在一些缺点：结构复杂、成本高，维修不便。车轮跳动时，多数独立悬 架的车轮外倾角和轮距变化较大，使得轮胎磨损严重。 独立悬架很少使用钢板弹簧作为弹性元件，而多采用螺旋弹簧和扭转弹簧作为弹性元 件，因而需要专门的导向机构。 独立悬架按车轮导向机构的运动形式不同可分为横臂式独立悬架、纵臂式独立悬架、 斜臂式独立悬架和车轮沿主销移动到悬架。下面对所设计工具车辆可能采用的麦弗逊悬 架和拖曳臂半独立悬架进行简单介绍。 麦弗逊独立悬架也称滑动连杆式悬架，主要由滑动立柱和横摆臂组成。筒式减振器上 铰链的中心与横摆臂外端的球铰链中心的连线为主销轴线，此结构也为无主销结构。当 车轮上下跳动时，因减振器的下支点随横摆臂摆动，故主销轴线的角度是变化的。麦弗 逊悬架的优点是增大了两前轮内侧的空间，便于便于发动机和其它一些部件的布置，且 结构简洁、非簧载质量小，行驶平顺性好；缺点是滑动立柱摩擦和磨损较大，为减少摩 擦，通常将螺旋弹簧中心线与滑柱中心线不重合。另外，还将减振器导向座和活塞的摩 擦表面用减磨材料制成。 随着麦弗逊独立悬架的日益普及，其加工制造工艺日趋成熟，成本也逐渐下降，所以 为获得较好的行驶舒适性，本工具车采用麦弗逊式独立悬架也不失为一个很好的选择。 拖曳臂半独立悬架具有非独立悬挂的存在的缺点但同时也兼有独立悬挂的优点，拖曳 臂式