1、1履带式推土机变速传动系统设计摘 要变速箱使推土机可以变换排档，以不同的牵引力和行驶速度工作，实现进退行驶，以及在挂空档时切断发动机传给驱动轮的动力。变速箱有不同的结构类型，基本上分为两大类，即与摩擦离合器配套的机械式变速箱和与液力变矩器配套的动力换档变速箱(有定轴式与行星式两种)，前者是在切断传动系动力的情况下换档的，后者则利用变速箱中的换档离合器在不一切断传动系动力的情况下换档。不论采用何种传动方式，最大限度地提高推土机动力性和经济性，保证推土机有最大生产率都是其最终目的。推土机作为牵引式工程机械的典型代表，仅追求速度与负荷之间的自适应能力，充分利用发动机功率,提高作业生产率，降低比油耗，
2、即追求最大的动力性、经济性、作业生产率，也就是说发动机功率应得到充分发挥，传动系统应有较高的效率，整机应有较好的作业生产率，而上述三者都与推土机传动系统有着密切的关系。此次设计通过参照典型的几款工程机械结构，如 Z435 装载机、小松 D155A履带推土机、TY180 推土机等，设计了配合液力变矩器的定轴式动力换挡变速箱、转向离合器及行星式双级终转动，并对齿轮进行了计算及校核。关键字：履带式推土机； 变速箱； 行星式； 牵引式。2AbstractBy way of sub-transmission, bulldozers can be divided into mechanical bulld
3、ozer,hydrostatic bulldozers and hydraulic mechanical bulldozer. No matter what transmission mode to maximize power and economy bulldozers, to ensure maximum productivity bulldozers are the ultimate goal. Bulldozers, construction machinery, as Traction typical of speed and load only between the pursu
4、it of adaptive capacity, full use of engine power, improve operational productivity, reduce the specific fuel consumption, that maximize the power, economy, job productivity, that is, that should be full engine power, transmission efficiency should be higher, the whole operation should have better p
5、roductivity, but these three are with the bulldozer is closely related to transmission. The design of several projects by reference to typical mechanical structure, such as the Z435 loaders, Komatsu D155A bulldozer, C5-6-type transport bulldozers, crawler shovel is designed with a fixed axis torque
6、converter power shift transmission box, turned to two-stage clutch and planetary final rotation, and gear for the calculation and checking. Keywords: crawler tractors, fixed-axis gearbox, dual-stage planetary final drive.3目 录第一章 绪论 .11.1 选题的背景及课题研究意义 .11.2.1 国内研制现状 .21.2.2 国外发展现状 .21.3 本课题拟解决的问题 .4第
7、二章 传动系统的确定 .42.1 传动系概述 .42.2 几种典型的传动系统 .52.3 变速箱 .82.4 离合器 .122.5 最终传动 .14第三章 传动系统参数的确定 .173.1 档位与传动路线 .173.2 变速箱主要参数的确定 .183.3 斜齿圆柱齿轮的计算及校核 .213.4 转轴计算 .28第四章 结论 .33参考文献 .33致谢 .351第一章 绪 论1.1 选题的背景及课题研究意义推土机是一种工程车辆，前方装有大型的金属推土刀，使用时放下推土刀，向前铲削并推送泥、沙及石块等，推土刀位置和角度可以调整。推土机能单独完成挖土、运土和卸土工作，具有操作灵活、转动方便、所需工作
8、面小、行驶速度快等特点。其主要适用于一至三类土的浅挖短运，如场地清理或平整，开挖深度不大的基坑以及回填，推筑高度不大的路基等。变速箱是推土机的重要组成部分，它能实现增扭减速，降低发动机转速，增大扭矩；变扭变速，工程机械作业时，牵引阻力变化范围大，而内燃机转速和扭矩的变化范围不大，即使用夜里机械式传动，采用了液力变矩器也不能满足要求，因此必须通过变换变速箱排挡以改变传动系的传动比，改变工程机械的牵引力和运行速度，以适应阻力的变化；也能实现空档，以利于发动机启动和发动机不熄火的情况下停车；还能实现倒档，以改变运行方向。随着推土机行业高速发展，推土机零部件制造商面临着严格的技术法规约束以及降低成本等
9、压力，因此，质量最轻、体积最小等轻量化指标已经成为考核变速器生产企业竞争力的重要依据，所以它也是影响整车性能的重要因素之一。变速器的质量一直也是推土机行业竞争的焦点，对变速器的研究开放也越来越显得举足轻重。计算机虚拟现实技术，为汽车专业教学中出现的实训设备投入不足提供了某种技术手段。因此本论文将通过 solidworks、ADAMS 等软件对 T160型推土机变速箱进行建模与仿真，将变速器的内部结构可视化，提供先导性的实训手段和工具,减少实训设施的投入,减少原材料的消耗和浪费。21.2 国内外推土机发展概况1.2.1 国内研制现状近年来,随着工程建筑施工和露天矿物开采规模的不断扩大,土石方工程
10、作业量的增加使我国履带式推土机得到迅速发展。但我国轮式装载机行业起步较晚，其制造技术是陆续从美国、德国和日本等国家引进的。总体表现为：（1）缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低；（2）设备的灵活性、舒适性较差；（3）用途单一，产品规格中间大两头小。随着近年来先进技术的不断引进，我国推土机行业的发展持续进步，其作业性能、可靠性、维修性、安全性及燃料经济性有了明显的提高,微电子技术正在向推土机渗透,向机电一体化方向发展。1.2.2 国外发展现状50 年代履带式推土机功率只有 74kW,品种规格不全,发展不快,70 年代初出现了 301.5kW 的推土机.随着资源开发和大型建筑工程提高生产率的需要
11、,围绕高效率、低成本为核心开发了大型化、液压化和机电一体化的履带式推土机。（1）美国卡特彼勒公司1977 年末该公司推出 522kW 的 D10 型推土机后相继又推出 574kW 的D11N 型推土机,使该公司来自地面的冲击和振动附加载荷对履带式行走机构所带来的不良影响,然后继续开发了新型的非等腰三角形式，高架驱动链轮式应用于履带布置的推土机,继而抬高了驱动轮,最后将弹性悬挂式行走装置作用于传动机构，取代了传统“四轮一带”这种布置结构形式。其主要特点是履带接地面积大,使单个链节所受冲击力减少 50% ;驱动轮高架所受负荷由行走装置摆架和枢轴吸收而不传给终传动系统;防止由于驱动链轮夹带泥砂碎石而
12、产生附加磨损; 使得它的承载能力更高,并且有较高且较好的稳定性和运作机动灵活性; 履带和传动系统检修迅速、方便。从31978 年到 1992 年末共生产 5 万多台。目前从 D4H 到 D11N 形成 L、H、N 三大系列,并在此基础上发展了 H系列的新产品,采用模块式结构动力传动系差速转向机构、EMS 电子操作系统,舒适的驾驶室和较少的润滑点。在当时国际工程机械行业居主导地位。（2）日本小松公司1975 年推出 56kW 的 D455A 型推土机; 紧接着又在 1981 年展出 755kW的 D555A 型推土机，地点为美国世界工程机械博览会上;552kW 的 D475A-1型推土机在 19
13、86 年推图,产品的不断更新，使得日本小松公司的推土机名声远扬，随着 574kW 的 D475- 2 型推土机的推出，半刚性履带行走装置也得以应用, 大容量的推土铲和大型的松土器也安装上来,装有电子监测系统更是得以首次使用,履带打滑的问题也减少了,牵引力也得到加强,生产能力和生产效率也不断加强,可靠性的加强便不言而喻。小松的美国公司在最近更是推出了超大型的推土机,功率达到了惊人的 845.8kW、机重为142.6t,机身装有推土铲为 68.5m,这种推土机的问世，更是进一步扩大了了生产能力和生产效率。（3）德国利勃海尔公司静液压履带推土机是该公司的主打产品。这种推土机具有结构简单、维修简化的特
14、点;它将柴油发动机的转速传感器进行改进从而能过对行走液压泵电子进行控制,它将发动机功率的利用率达到最大化,从而防止了发动机过载运作,避免发动机过载而损坏，所有履带都是通过电子控制的，履带经变量柱塞的马达单独驱动,进而提高了推土机的机动性;行走台架采用最减震悬挂技术,安装在枢轴上的弹性结构装置和平衡梁能够有效地吸收掉震动效果,从而使得机身运转平稳;重心较低,行驶稳定性也较好;它的工作装置外形设计较为合理,结构十分坚固;电子智能控制装置对整个液压4和系统进行自动操控。无论是把它作为松土作业工作还是转移物料来使用，该款机器始终都保证最优的传动效率，不仅降低了燃油消耗，减小了环境污染，同时延长了发动机
15、的使用寿命。该级别的推土机中多年来唯一的静液压驱动的机型，丰富的实践经验，PR 764 1.3 本课题拟解决的问题本文首先确定变速器主要部件的结构型式和主要设计参数，在分析变速器各部分结构形式、发展过程及其以往形式的优缺点的基础上，确定了总体设计方案，采用传统设计方法对变速器齿轮和轴进行设计计算，设计出一种基本符合要求的前 5 挡后 4 挡定轴式变速器。本文主要完成下面一些主要工作：1.查阅相关文献，完成开题报告；2.草拟变速器传动方案；3.确定变速器的主要参数；4.计算各档位齿数参数；5.进行变速器主要零部件的强度校核；6.绘制装配。5第二章 传动系统的确定2.1 传动系概述传动系统的类型有
16、：机械式、液力机械式、全液压式和电动轮式。在一般铲运机械中，大多数为机械式和液力机械式传动系统，挖掘机有用全液压式传动该系统。机械式、液力式机械传动系统一般包括：离合器、液力变矩器（机械式传动系统没有） 、变速箱、分动箱、万向传动装置、驱动桥、最终传动等部分。但并非所有的传动系统都包括这些部分。如 TY180 推土机传动系统中只有离合器、变速箱、驱动桥和最终传动；CL7 自行式液压铲运机传动系统中没有离合器和分动箱。从分析不同机械的传动系统可知，传动系的组成和布置型式，取决于工程机械的总体结构形式及传动系统本身结构形式等许多因素。2.2 几种典型的传动系统2.2.1 履带推土机机械式传动系统如
17、图 2.2.1 所示为TY180 履带推土机传动系统，它代表了一般履带推土机机械式传动系统布置形式。从图中可看到，柴油机 1纵向前置，与之相连接的是主离合器 2。通过联轴节 3 把动力从主离合器6传给了变速箱 4，变速箱是斜齿轮常啮合、滑套换档机械式变速箱，前进五档，后退四档。变速箱输出轴和主传动器(也称中央传动)主动锥齿轮做成一体，动力经过一对 图 2.2.1常啮合锥齿轮 5，旋转了 90后，经转向离合器 6、最终传动 7 传给了驱动链轮 8。由图中可见，主传动器、转向离台器都装在一个壳体里，称为驱动桥。从图中也可看到，变速箱输入轴后端可把动力直播输出，是用来驱动附件的动力输出处。2.2.2
18、 轮胎装载机液力机械式传动系统图 2.2.2 所示为 ZL50 轮胎装载机液力机械式传动系统，它是这种型式传动系统的典型布置。纵向后置柴油机 1 通过液力变矩器 9 将动力传给变速箱 3，变速箱是行星式动力换档变速箱，有二个行星排，变速箱 3 经万向传动装置 4、6 将动力传给前、后驱动桥 5、7，通过最终传动（也称轮边图 2.2.2减速器） 。在图中可以看到，变速箱 3 的动力是通过一对常啮合齿轮 10将动力分别传给前、后驱动，轮这对常啮合齿轮及其所在壳体称为分动箱，7一般都与变速箱连成一体，在分动箱中，可以根据需要把变速箱动力传给前、后驱动桥或只传给前桥。图中 11 所表示的几个齿轮传动副
19、称为“三合一”机构，用来解决拖起动、柴油机熄火后转向和制动等问题。2.2.3 全液压式传动系统全液压式传动系统具有：结构简单、重量轻、操纵轻便、工作效率高、容易改进变型等优点。图 2.2.3 所示为一台小型液压装载机传动示意图。柴油机 1 通过分动箱 2 直接带动 5 个液压泵，其中两个双向变量柱塞泵 8 供行走装 置中柱塞马达 4 用，两个辅助齿轮 图 2.2.3泵 9 作为行走装置液压系统补油用，另一个齿轮泵 5 供工作装置用。从图中可看到，行走装置是由柱塞马达 4 通过减速箱 7 来驱动四个行走轮 6。有的工程机械，也有液压马达直接带动行走轮，从而进一步简化传动系统。全液压传动系统预计在液压元件有新的发展情况卜，会有更大的突破。综上所述，此次设计最终参照 TY180 型履带式推土机变速系统，其传送系统图如图 2.2.4 所示。
