机械液压双流传动系统试验台转向装置设计【优秀机械毕业设计论文】
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机械
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文档包括:
说明书一份。35页,8300字。
图纸共2张,如下所示
A0-变速箱开式试验台.dwg
A0-第一升速箱装配图.dwg



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1 机械液压双流传动系统试验台设计(转向装置) 摘 要 机械液压双功率流转向系统是履带车辆的一种新型转向方式,也就是发动机功率在变速箱的输入轴上分流,一路功率流向变速箱,一路功率流向由变量泵、定量马达及其他控制元件组成的液压转向调速系统。 本文从整体上论述了机械液压双功率流转向系统 (转向装置) 性能检测系统的测试原理和设计方案,并从硬件和软件两方面详细阐述了汽车变速箱性能检测系统的组成。 介绍了汽车变速器系统综合试验台的主要构成与种类 , 着重在机械硬件方面去 分析研究开放式 机械液压双功率流转向 系统 (转向装置) 综合试验台的主要结构、特点及工作原理 。 试验台通过各扭矩转速传感器测得的转矩和转速对转向装置进行性能分析。因试验台所用液压泵的需求,试验台设计安装了第一升速装置,它使液压泵的输入扭矩和转速符合液压泵的要求;又根据测功机的扭矩转速特性曲线选择安装了第二升速装置,使测功机的输入扭矩和转速符合其要求。 本论文研究的目的、意义:我国汽车、拖拉机工业正处于发展和提升时期, 履带车辆双功率流转向装置 可实现由方向盘操纵进行精确的方向控制,机动性好等许多优点 ,这对其设计制造、 性能检测与维修提出了迫切要求。为开发具有自主知识产权的、适合我国国情的高性能转向装置,提出本研究课题 。 关键词 : 双功率流 , 转向装置 , 试验台 , 开式 2 O to is to a is in of to in of On on to of to he of By by of or t to to a or My a is to 3 be by in of of of to 4 目 录 第一章 前言 . 二 章 总体设计方 案 的设计 . 验台的结构 . . 验台的测试原理 . 要 部件的选择 . 力源 . 速箱 . 压泵的选用 . 功机的 选择 . 级转速扭矩的计算 . 感器的选择 .二章 升速装置的设计 . 压泵升速装置设计(第一升速装置) . 轮的设计 . 速轴的设计 . 功机升速装置选择(第二、三升速装置) . 四 章 联轴器的选用 .五章 结论 .考文献 .谢 .5 第一章 前 言 本次设计是我们在校期间最后一次设计、学习机会,是对所学知识的一次综合运用,也是我们在走向工作岗位之前的一次重要实战演练。通过这次设计,我们进一步对所学知识加以巩固,进一步提高 搜集资料及查阅资料的能力,进一步提高我们的团队协作精神。总之,这次设计对我们走向工作岗位有着重要的作用。 履带拖拉机 无论是作为工程机械变型、农田作业牵引或驱动动力,还是作为农业机械行走底盘,其功能 都非常强大,而在特殊的工作环境下对转向系统的要求也有更改的要求 。 机械液压 双功率转向系统是履带车辆的一种新型转向方式,也就是发动机功率在变速箱的虽然轴是分流,一路流向变速箱一路流向变量泵、定量马达及其他控制元件组成的液压转向调速系统。其能各号的满足履带车辆的转向要求。 本次试验台的设计就是 为了对机械液压双功率转向装置进行性能试验和车辆燃油经济性的试验 ,满足对转向装置开发和维修的需求。 本次试验台设计采用开式试验台设计,开放式试验台是最先出现的一种试验台,它的主要结构原理所示 功率输入 动力区 试验区 模拟负载区 功率损耗 各部分的组成及功用为: 动力区由内燃机、调速器及附属装置组成,它负责向系统提供动力 (功率 ),其中包括转速和扭矩。 试验区由被测装置、变速器、扭矩转速测量装置及其它一些测量装置组成。 模拟负载区主要由测功机及附属装置组成。 开放式试验台整套系统的工作原理及工作过程简单,制造成 本较低,它的弱点是能量无法反馈使用。 在说明书中重点说明了: 1 试验台的总体设计方案,包括整体结构、测试原理、主要部件的选择。 2 试验台升速箱的设计和选择,介绍升速箱的设计原则和方 法,设计了 6 第一升速箱和选择了第二升速箱。 3 试验台连接装置的选择,即联轴器的选择和运用。 说明书中还有少缺点和不足,希望老师能指正。 7 第三章 总体设计 方安的 设计 验台的结构 机械液压双功率流转向系统是履带车辆的一种新型转向方式,也就是发动机功率在变速箱的输入轴上分流,一路功率流向变速箱,一路功率流向由变量泵、定量马 达及其他控制元件组成的液压转向调速系统。 根据测试的要求 括变速器); 2. 能测试 转向装置的转向性能; 确定试验台的结构 第一升速器第一扭矩转速传感器发动机被测转向装置第二升速器扭矩转速传感器测功机液压泵第二扭矩转速传感器第三升速器扭矩转速传感器测功机变速器图 2验台的结构 验台的测试原理 8 1、 测试转向装置的传动效率(包括变速器) ,测量的过程是: 由第一扭矩转速传感器测得转向装置的输入扭矩转速 11,第三、第四传感器测得转向装置的输出扭矩转速3344 , 下式可进行计算, 213322113322129 5 5 09 5 5 09 5 5 0 ( 2 式中 变速器传动效率; 1M 转向装置 输入转矩; 3M 转向装置 输入转矩; 4M 转向装置输入转矩; 1n 转向装置输入转速 ; 3n 转向装置输入转速 ; 4n 转向装置输入转速。 2、 能测试 转向装置的转向性能, 转向半径的计算 :同向时1435344334 ( 2 反向是1435344334 ( 2 式中 4R 、3轮各自的转向半径; 4n 、3 1435 为两轮距离。 转向时的液压动力部分的分流比,由第二扭矩转速传感器测得通过测得液压路的扭矩转速 22, 由第一扭矩转速传感器测得输入 转向装置的转矩转速 22,可 1122nM ( 2 式中 为转向液压分流比 。 9 3、通过在输油路上安装油耗仪,测量燃油消耗量测得值代入下式 1000( 2 式中 燃油消耗率 燃油消耗量 发动机功率 要 部件的选择 力源 油机 ,参数如下: 发动机型号 动机额定功率 06/118 发动机额定转速 r/300 发动机启动方式 直接电启动 速箱 : 6+2 变速箱( 东方红 带拖拉机 使用) 各档传动比 : 知 中央传动比: 终传动比: 压泵的选用 : 已知选用 90055 10 转向液压马达的计算 因设计中的给定参数与东方红 1302R 橡胶履带拖拉 机的结构与性能参数相近,故设计中的未知参数可参考东方红 1302R 橡胶履带拖拉机的参数用以计算。 满足车辆转向时的最大转向阻力距。可由下式计算: )1(2 (参考文献河南科技大学学报 2005 年第 6 期( 2 式 中: 示转向液压马达的驱动力矩 车辆驱动轮半径辆履带中心距 B 速行星排特性参数 =端传动效率 98.0m转向机构输出效率 95.0c履带车辆驱动段效率 96.0v中央传动效率 97.0z 末端传动比 091.6实际测量东方红 1302R 橡胶履带拖拉机的最大转向阻力距 M,当此型号拖拉机在预计最大转向阻力距工况下进行测量,其中,在水泥路面上的转向阻力距的测量结果为 m,。故可计算得: 243N m 表 2压泵参数 排量 输入速度 理论扭矩 吸油口旋转部件的转动惯量 重量 最小 额定 最大 可达到 尺寸 Nm/kg m2 5 500 3900 4250 4700 0 11 功机的 选择 : 根据发动机的额定功率 06 ,知需要选用额定吸收功率大于 106的测功机,又因电涡流测功机的 扭矩特性(后面选择升速装置时详解),选择 250 电涡流测功机。 其参数如下: 表 2 250 电涡流测功机 参数 型号 吸收功率定扭矩N m 最 高转速r/定扭矩转速范围 r/动惯量 2 50 1100 2500 20002800 级转速扭矩的计算 550( 2 发动机到离合器: 06 300 变速箱输出轴转速及扭拒 一档: m 711e 二档: m i n/ 23 8 0 022e 三挡: m i n/ 0 033e 四挡: m i n/e 五挡: m i n/ 5 4m 0 055e 六挡: m i n/ 2 5m 7 0 066e 各挡扭矩: 9 5 5 0 1 0 0 4 4 0 . 1 32300T e N m 12 一档: 1 5 3 29 5 5 011二档: 1 0 5 19 5 5 022三挡: 9 0 29 5 5 033四档: 8 0 69 5 5 044五档: 6 5 49 5 5 055六挡: 3 8 29 5 5 066后桥输出转速和扭矩 由式 得 表 2桥输出转速和扭矩 转速扭矩 档速度 (r/ 扭矩 ( 档速度 (r/ 扭矩 ( 档速度 (r/ 扭矩 ( 110 5/ 档速度 (r/ 扭矩 ( 档速度 (r/ 扭矩 ( 档速度 (r/ 扭矩 ( 感器的选择 : 需测的扭矩转速如图 2一传感器所测为发动机输出转速和扭矩,其大小为 9550300 13 300 第三、第四传感器所测是转向装置输出经升速装置升速后的扭矩转速,其大小为 一档时 2 m 3 0 2m 传感器一、三、四选择为: 2二传感器所测的是液压泵输入扭矩转速由 243 m 250m a 第二传感器 选用 9 5 5 0 1 0 0 4 4 0 . 1 32300T e N m 14 图 2、应用范围: 列传感器是一种测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器。应用范 围十分广泛,主要用于: 1、电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测; 2、风机、水泵、齿轮箱、扭力板手 的扭矩及功率的检测; 3、铁路机车、汽车、拖拉机、飞机、船舶、矿山机械中的扭矩及功率的检测; 4、可用于污水处理系统中的扭矩及功率的检测; 5、可用于制造粘度计; 6、可用于过程工业和流程工业中。 二、产品系列尺寸参考下 表 : 15 表 2列传感器尺寸参数 三、主要性能及电气指标: 扭矩 精度: F S 、 F S 、 F S (可选) 频 率 响 应: 100 s 非 线 性: F S 重 复 性: F S 回 差: F S 零 点 时 漂: F S 零 点 温 漂: F S /10 输 出 阻 抗: 350 1 、 700 3 、 1000 5 (可选) 绝 缘 阻 抗: 500静 态 超 载: 120 % 150% 200%(可选 ) 使 用 温 度: 10 50 储 存 温 度: 20 70 电 源 电 压: 15V 5% 总 消耗电流: 200率信号输出: 515 定 扭 矩: 105(正反双向测量值) 信 号占空比: ( 50 10) % 四、电气连接: 如图 2示,扭矩传感器用一个航空接头( 外部设备连接, 插座端固定在机壳上。航空插座管脚定义如下图: 规格 ( d B C E F G H 键 b*h*l*n 08 78 8 72 122 31 61 100 54 112 188 600 28 92 8 72 123 41 61 100 60 125 209 800 38 96 8 72 124 55 61 100 65 135 238 108 106 8 69 126 70 78 120 68 144 270 14000 75 144 13 69 132 105 85 120 90 185 347 2016 图 2、安装方式: (1)水平安装 :如图 2示 : 动力设备联轴器扭矩传感器联轴器负载设备图 2平安装 2、连接方式: 扭矩传感器与动力设备、负载设备之间的连接 (1)弹性柱销联轴器连接 : 如图 2示,此种连接方式结构简单,加工容易,维护方便。能够微量补偿安装误差造成的轴的相对偏移,同时能起到轻微减振的作用。适用于中等载荷、起动频繁的高低速运转场合,工作温度为 17 图 弹性柱销连接示意图动力设备联轴器扭矩传感器联轴器负载设备图 2性柱销联轴器连接 (2)刚性联轴器连接 :这种连接形式结构简单,成本低,无 补偿性能,不能缓冲减振,对两轴的安装精度较高。用于振动很小的工况条件。 据处理系统 采用车辆研究所的数据处理采集系统 信号采集及数据处理系统。系统主要对在换挡过程中变速器的工作状态进行实时检测;对变速器运转过程中的反馈信号进行采集转换和处理;变速器不管采用何种方式的控制方法和控制策略,工件压油驱动的,液压油压力大小、油温的高低、流量大小实时反映了变速器的工作状态。 故采集自动变速器的信号主要是各种油路的压力、冷却油液流量、油温的高低、变速器输入输出转速等根据数据采集的实时性要求,合不同信号的变化 率及采样的离散值所需要达到的分辨率,确定不同信号的采样时间间隔,传感器将此多种信号转化为电信号。用计算机对采集到的信号进行处理, 并将结果显示于计算机屏幕上。同时把采集到的信号与正常信号进行比较,判断变速器工作是否正常,判断并指出变速器工作不正常的可能原因,为变速器进一步整和维修提供依据。 18 第三章 升速装置的设计 压泵升速装置的设计 (第一升速装置) 有表 2知液压泵的驱动轴转速需要达到泵的额定转速 3900r/ 则升速装置的升速不为 u= 齿轮的设计 1 确定齿轮材料及热处理: 根据条件,大小齿轮 均选用 20 渗碳淬火 , 硬度 56查得弯曲疲劳极限应力 ,430 查得接触疲劳极限 500 。 2 按 齿轮弯曲疲劳强度 设计 3 ( 3 1)确定许用弯曲应力 按式 计算,取 , 为齿轮的循环次数 N=600 3900 1 (100 8 5)=108 取寿命系数 i nl i m S Y) 计算小齿轮的名义扭矩 1=9550 106/3900=m 3) 选取载荷系数 K 取 K=)初步选定齿轮参数 33,33 221 4.0d 5)确定复合齿形系数 因两轮所选材料及热处理相同,故设计时按小齿轮的复合齿形系数 19 取 4.0d,得 23 211 又因需考虑到两轴中心距 按表查得 m=5 侧中心距 5633(52 )( 21 为便于箱体孔加工和校验,取 a=2236)计算几何尺寸 2805651653352211 3 校核 齿面的接触疲劳强度 11 0 921( 3 如前所述,若一对齿轮均为钢制,可取弹性系数 M P 齿面许用接触应力 取最小安全系数 , 0 7 0 0m i nm i n 因为 ,故接触疲劳强度也足够 4 齿轮其它形状尺寸: 表 3轮形状尺寸 压力角 齿顶高 齿根高 齿顶园直径 齿根圆直径 基圆直径 齿厚 0 5 75 2 20 5 90 低速 轴的设计 20 由条件可知: 传输功率 P=106速 300r/ 动零件(齿轮)的主要尺寸 m=4 , 齿数比 u=齿轮数 3,大齿轮数 6, 小齿轮分度圆直径65,大齿轮分度圆直径 80,中心距 a=223宽 02=50 1 选择轴的材料 该轴无特殊要求,因此选用调质处理的 45 钢,查得 40 2 初步估计轴颈 按扭矩强度估算出端连轴器处的轴颈。查得 45 钢, C=110;输出轴的功率 06 出轴的转速 n1=u=3900 r/据公式得 i i n 为使所选轴颈与连轴器孔径相适应,需同时选用联轴器。从手册上查得, 1245 6140取轴与连轴器链接的轴颈为 45 齿轮简图 图 3轮简图 21 根据齿轮减速器的 简图确定的轴上主要零件的布置 和轴的初步估计定出的轴颈,进行轴的结构设计。 装配方案 及尺寸大小 图 3配方案 考虑到轴结构的工艺性,在轴的右端和左端均制成 2 45倒角; 4 轴的强度验算 先作出轴的受力简图(即力学模型 ) 图 3的受力简图 1) 齿轮上作用力的 大小 22 转矩 圆周力 4 328021 0 0 径向力 4 4t a 2)求轴承的支反力 水平方向上的支反力 7 12 4 32 2 垂直方向上的支反力 2 3)画弯矩图 截面 C 处的弯矩为 水平面上的弯矩 垂直面上的弯矩 3合成弯矩 24)画转矩图 5)画计算弯矩图 因单向回转,视转矩为脉动循环, 6.0a ,则截面 C 处的 当量弯矩为 9)( 3 图 3矩图 6)按弯矩合成应力校核轴的强度 A. 截面 C 当量弯矩最大,故截面 C 可能是危险截面。 已知 m,查得 0 1 9 0 1 B 截面 E 处虽然仅受转矩,但其直径最小,则该平面亦可能为危险截面 4 33 0 1 所以其强度足够 承的设计 低速轴选用 圆柱滚动轴承 36211 24 高速轴选用 圆柱滚子轴承 36209 校核轴承满足要求。 功机升速装置的选择 (第二、三升速装置) 根据后桥的输出转 速 和扭矩 转速扭矩 档速度 (r/ 扭矩 ( kN m) 档速度 (r/ 扭矩 ( kN m) 档速度 (r/ 扭矩 ( kN m) 110 5/ 档速度 (r/ 扭矩 ( kN m) 档速度 (r/ 扭矩 ( kN m) 档速度 (r/ 扭矩 ( kN m) 列 电 涡流测功机 扭矩特性曲线 如下 图 3W 系列电涡流测功机扭矩特性曲线 25 可知道 后桥输出转速扭矩不能满足电涡流测功机扭矩特性, 如要满足测 功机的要求 , 需要将输出转速升高 。 选择升高 20 倍 以最高挡和最低挡 来计算: 一挡: 2 m i n/1 3 0 2m i n/ m 1 6 0m 涡流测功机扭矩特性, 故选用 速机 (新乡恒星传动机厂) 其技术参数如下: 图 3速机 表 3速机技术参数 规格 d1 1 b1 t1 d2 2 50 48 82 292 14 10 165 355 28 规格 B H a C m 1 m 2 m 3 250 116 830 450 594 430 50 350 - 380 规格 n 1 n 2 e 1 e 2 e 3 h d 3 n 重量 250 80 190 145 184 293 280 28 6 252承载能力: 26 表 3速机 承载能力 公称转速 r/输入功率 入 出 500 75 142 1000 50 95 700 38 76 减速器适用范围 1、高速轴转速不大于 1500 转 /分。 2、齿轮传动圆周速度不大于 20 米 /秒。 3、工作环境温度为 。如果低于 0 ,启动前润滑油应预热至 0 以上,本减速器可用于正反两个方向运转。 安装方案: 为适用于试验台 选用 方案 (图 3 图 3速器 安装方案 冷却方法:没有 厂房较大 105升速装置选择确定 。 27 第四章 联轴器的选用 动机到第一 传感器 的连轴器 ( 1) 类型选择 为了避免不同轴心 选用笼型同步万象 联轴器。 ( 2)载荷计算 公称转矩 由式 查得 动力机系数 工况系数 K=动系数 度系数 计算转矩为 c / 1/ ( 3)型号选择 从标准查的 球笼型同步万象联轴器,其参数如下 球笼型同步万象联轴器 表 4球笼型同步万象联轴器参数 型号 6140d: /N m N m 许用转速 /r a 游动量 止 转动 130 2500 3300 38 25 10 50 故适用。 一传感器到第一升速器之间的连轴器 ( 1) 类型选择 28 为了隔离振动与冲击,选用弹性柱销联轴器。 ( 2)载荷计算 公称转矩 由式 ( 4 查得 动力机系数 工况系数 K=动系数 度系数 计算转矩为 1 . 2 1 . 5 1 . 0 1 . 1 4 4 0 . 1 3 8 7 1 . 4 m N m ( 3)型号选择 从标准查得 性柱销联轴器 公称直径 250/N m 许用转矩 n 4750/r 1 型轴孔 ,轴颈为 3048质量 8适用。 配合使用 为1145 11245 112 转动惯量 一升速装置到第二传感器之间的联轴器 ( 1) 类型选择 为了隔离振动与冲击,选用弹性柱销联轴器。 ( 2)载荷计算 公称转矩 243由式 ( 4 查得 动力机系数 工况系数 K=动系数 29 温度系数 计算转矩为 c 12 4 ( 3)型号选择 从标准查得 称直径 60/N m 许用转矩 n 6300/r 1 型轴孔 ,轴颈为 3048质量 5故适用。 配合使用 为8238823511 5014动惯量 二传感器到 液压泵之间的联轴器 选用 称直径 560N m 许用转矩 n 6300/r 1 型轴孔 ,轴颈为 3048质量 5故适用。 配合使用 为1135 8238 82 5014动惯量 m 第一升速装置到变速箱之间的连轴器 ( 1) 类型选择 为了避免不同轴心 选用笼型同步万象联轴器。 ( 2)载荷计算 公称转矩 由式 查得 动力机系数 工况系数 K=动系数 30 温度系数 计算转矩为 1 . 2 1 . 5 1 . 0 1 . 1 4 4 0 . 1 3 8 7 1 . 4 m N m ( 3)型号选择 从标准查的 球笼型同步万象联轴器,其参数如下 球笼型同步万象联轴器 驱动桥到第二、第三升速装置的联轴器选择 (1) 类型选择 为了隔离振动与冲击,选用弹性柱销联轴器。 (2) 载荷计算 公称转矩 14045 由式 查得 动力机系数 工况系数 K=动系数 度系数 计算转矩为 : 3 1 . 2 1 . 5 1 . 0 1 . 1 1 4 0 4 5 2 7 8 0 9 m N m ( 3)型号选择 从标准查得 公称直径 5500/N m 许用转矩 n 1600/r 1 型轴孔,孔径 110180 质量 8又因升速装置输出轴 10轴器 120 212110 212 5014X 型弹性柱销联轴器 表 4弹性柱销联轴器参数 型号 公称直径 m 许用转速 /r 31 5500 1600 第二、三升速装置到 第 三、第四传感器 之间联轴器的选择 (1) 类型选择 为了隔离振动与冲击,选用弹性柱销联轴器。 (2) 载荷计算 公称转矩 3.由式 查得 动力机系数 工况系数 K=动系数 度系数 计算转矩为 3 1 . 2 1 . 5 1 . 0 1 . 1 7 0 2 1 4 0 0 m N m 又因 升速装置输出轴 8图 2 所示 传感器输入轴 d=48图 4所示 ( 3) 所以选用 轴器 21248 21248 5014 4弹性柱销联轴器参数 型号 公称直径 m 许用转速 /r 500 3870 第三、第四转速扭矩传感器到测功机之间的联轴器 ( 1) 类型选择 为了隔离振动与冲击,选用弹性柱销联轴器。 ( 2) 载荷计算 公称转矩 3.由式 32 查得 动力机系数 工况系数 K=动系数 度系数 计算转矩为 3 1 . 2 1 . 5 1 . 0 1 . 1 7 0 2 1 4 0 0 m N m 又因升速装置输出轴 8图 2 所示 传感器输入轴 d=48图 4所示 ( 3)所以选用 轴器 21248 21248 5014 33 第六张 结 论 本 机械液压双功率流 系统(转向装置)试验台设计 设计, 是通 过查阅大量的资料和实地考察实验室的试验台, 以待测产品为 依据结合实验室已有的试验场地和设备经行的设计。试验台为开式试验台, 结构简单易于布置,但无法经行功率的在运用。 试验台通过各扭矩转速传感器测得的转矩和转速对转向装置进行性能分析。因试验台所用液压泵的需求试验台设计安
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