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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）
裝載機變速箱綜合實驗臺設(shè)計
姓 名 裴彥華
學(xué) 院 機械工程學(xué)院
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
年 級 2009級
指導(dǎo)教師 張進生 王志
2013 年 6 月 6 日
目 錄
摘要 III
Abstract IV
第一章 緒論 5
1.1課題背景及意義 5
1.1.1 我國工程機械行業(yè)現(xiàn)狀 5
1.1.2 裝載機變速箱概述 6
1.1.3裝載機變速箱分類 7
1.2 裝載機變速箱試驗臺分類 8
1.2.1 開放式變速箱試驗臺 8
1.2.2 封閉式試驗臺 9
1.3 國內(nèi)外變速箱試驗臺研究的現(xiàn)狀 11
1.3.1國外變速箱試驗臺現(xiàn)狀 11
1.3.2國內(nèi)變速箱試驗臺現(xiàn)狀 11
1.4 本章小結(jié) 12
第二章 試驗臺的結(jié)構(gòu)和工作原理 13
2.1 變速箱綜合性能試驗方法 13
2.2 試驗臺方案的確定 14
2.2.1 驅(qū)動方案設(shè)計 14
2.2.2 加載方案設(shè)計 14
2.3 試驗臺的工作原理和組成 17
2.3.1 試驗臺臺體的機械結(jié)構(gòu)形式 18
2.4 電機的選取 19
2.4.1 選擇電機的容量 19
2.4.2 電機轉(zhuǎn)速的選取 19
2.5 本章小結(jié) 20
第三章 加載部分主要部件的設(shè)計計算 21
3.1 升速箱的設(shè)計計算 21
3.1.1 升速箱傳動方案的確定 21
3.1.2 升速箱主要零件的校核 22
3.2 聯(lián)軸器的選擇與校核 25
3.3 鍵的選擇計算 27
3.4 升速箱機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 27
3.5 本章小結(jié) 28
第四章 驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)和加載調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計計算 29
4.1 驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計 29
4.1.1 驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)方案的確定 29
4.1.2 驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)滾珠絲杠的選擇 29
4.1.2 帶傳動的設(shè)計 31
4.1.3 驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 33
4.2 加載調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計 34
4.2.1 加載調(diào)整機構(gòu)方案確定 34
4.2.2 加載調(diào)整機構(gòu)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 35
4.3 本章小結(jié) 35
總結(jié) 36
參考文獻 37
致謝 38
附錄 39
原文 39
譯文 52
69
山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文
摘要
變速箱作為裝載機的一部分，控制著裝載機行駛時在各種路況時的車速，可以說變速箱的性能直接作為這輛裝載機好壞的評價。而研究變速箱的與發(fā)動機的聯(lián)合工作特性，就需要對變速箱的性能進行臺架實驗，因此變速箱的性能檢測實驗是非常有必要的。本文先介紹了變速箱試驗臺的分類，及其優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上完成了裝載機變速箱綜合實驗臺的原理性設(shè)計，確定了變速箱綜合試驗臺的整體方案，介紹了各部分的結(jié)構(gòu)和原理，并給出了關(guān)鍵零部件的計算及校核，如升速箱的設(shè)計計算、帶傳動的設(shè)計計算等。試驗臺主要由驅(qū)動裝置、加載裝置、升速箱、臺架、加緊裝置、驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)、加載調(diào)整機構(gòu)及一些附屬設(shè)備組成。加緊裝置可以利用定位板實現(xiàn)變速箱的定位及夾緊。由于驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的上下位移，加載調(diào)整機構(gòu)可以調(diào)節(jié)加載電機的左右位移，故可以在同一個試驗臺上多種型號的變速箱進行性能實驗的測試。
關(guān)鍵詞 裝載機；變速箱；綜合試驗臺；性能檢測
Abstract
As a part of the loader, gearbox controls the speed of gearbox when driving in a variety of road conditions, it can be said that the performance of transmission is directly evaluated the loader. When studied the gearbox’s characteristics joint work with the engine, requires the bench test for the performance of the gearbox, so the transmission performance testing laboratory is very necessary. This article introduces the classification of gearbox test rig and their advantages and disadvantages, first. On this basis, completed schematic design about a comprehensive experimental station of loader gearbox, identified the overall program of the gearbox comprehensive test rig, introduced the structure and principle of various parts of the test rig, and gives the calculation and verification of the key components, such as the design calculation or speed box, belt transmission design calculation. Test rig consists of drive device loading device, or speed box, bench, step up, drive adjusting mechanism, load adjusting mechanism and certain subsidiaries equipment. Clamping device can use the positioning plate to achieve positioning and clamping of transmission. As adjusting mechanism of drive can adjusts the vertical displacement of the drive motor and the loading adjusting mechanism can adjusts the level displacement of the loading motor, Therefore one test rig can complete the test of variety of models of experimental performance of gearbox.
Keywords： loader;?gearbox;?comprehensive test rig;?comprehensive test rig
山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文
第一章 緒論
1.1課題背景及意義
1.1.1 我國工程機械行業(yè)現(xiàn)狀
裝載機作為工程機械的一種重要的設(shè)備，它在電力、建筑、水利、交通和國防等部門工程施工中應(yīng)用非常廣泛。它的主要作用是鏟裝石灰、土壤、煤炭、砂石等散狀物料，當(dāng)然也可以對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。還可以通過換裝不同的輔助工作裝置對起重、推土以及其他物料的裝卸進行作業(yè)。在道路施工特別是在高等級公路施工中，很多作業(yè)都會用到裝載機，如路基工程的填挖、水泥混凝土料場和瀝青混合料的集料與裝料等。此外在進行刮平地面、推運土壤和牽引其他機械等方面裝載機也起到了很大的作用。由于裝載機具有作業(yè)效率高、速度快、操作輕便、機動性好等優(yōu)點，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機種之一。裝載機是循環(huán)作業(yè)，工作時有外載荷變化比較大、頻繁的變換方向等問題，為了提高適應(yīng)外載荷變化的能力，裝載機一般采用機械傳動系統(tǒng)。
而變速箱作為裝載機的一部分，控制著裝載機在各種路況上行駛時的車速，可以說變速箱的性能可以直接作為這輛裝載機好壞的評價。變速箱是裝載機機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中的核心部件，變速箱是由行星輪、液力變扭距和液壓操縱系統(tǒng)等組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式達到變速力矩。裝載機變速箱主要有兩個功能：改變傳動比和在發(fā)動機轉(zhuǎn)動方向不變的情況下，使裝載機能夠倒退行駛。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展越來越好，市場對裝載機的性能要求也越來越高。變速箱技術(shù)是裝載機的核心技術(shù)，變速箱性能的高低會直接影響裝載機的經(jīng)濟性、動力性等性能。因此，變速箱的高性能可以直接體現(xiàn)裝載機的水平。
變速箱的性能對裝載機整車的性能有重要影響，發(fā)動機和變速箱的結(jié)合可視為一種新的動力裝置，具了有新的性能特性，這種新的性能特性會直接影響到裝載機的工作效率及牽引性能。從另一方面來說，發(fā)動機與變速箱的共同工作情況在很大程度上決定了裝載機的牽引性能和經(jīng)濟性。整車牽引特性計算的基礎(chǔ)包括發(fā)動機與變速箱的合理匹配，另外，發(fā)動機與變速箱的合理配合也是傳動車輛優(yōu)化設(shè)計以及動力傳動系匹配的前提。裝載機主要組成部分之一就是動力傳動系統(tǒng)，改善裝載機的動力性和燃油經(jīng)濟性的一個重要途徑是對動力傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化匹配。整車動力性與燃油經(jīng)濟性的好壞在很大程度上是由裝載機動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配決定的。如果沒有一個與它合理匹配的傳動系統(tǒng)，即使發(fā)動機具有良好的性能，也不能充分發(fā)揮其性能。當(dāng)傳動系統(tǒng)與發(fā)動機匹配合理時，能使發(fā)動機在其理想工作區(qū)附近工作，這樣的優(yōu)點是不僅可以減輕發(fā)動機磨損，減少燃料消耗，還能減少尾氣排放、提高裝載機的使用壽命。在發(fā)動機和整車參數(shù)確定以后，就應(yīng)當(dāng)傳動系統(tǒng)也選擇正確的參數(shù)，只有這樣達到裝載機動力性和燃油經(jīng)濟性的合理匹配。綜上所述，對裝載機變速箱進行實驗，具有很重要的現(xiàn)實意義。
1.1.2 裝載機變速箱概述
裝載機變速箱的作用是改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，是裝載機的傳動部件。目前國內(nèi)裝載機采用的傳動形式基本上都是采用變速箱和液力變矩器組合的傳動形式。在變速箱的內(nèi)部采用齒輪傳動，離合器的結(jié)合和分離由液壓動力控制，從而達到實現(xiàn)檔位切換的目的，大部分離合器采用濕式摩擦片的全部動力換擋，也有個別變速箱采用部分動力換擋，是通過在部分檔位上利用嚙合套和撥叉進行的。
圖1-1 變速箱實物圖
變速箱的主要功能就是將柴油機的動力，完成裝載機的牽引力及行駛功能以不同的速度及不同的牽引力，方式是經(jīng)過變矩、變速傳給驅(qū)動車輪、驅(qū)動橋等。主要是由渦輪四元件中的變矩器將兩個渦輪的動力輸入到變速箱的超越離合器及變速箱各檔來完成變速箱的變矩變速的。變速箱結(jié)構(gòu)的主要組成部分是：倒檔行星變速機構(gòu)及直接檔總成、一檔行星變速機構(gòu)總成，主要組成零部件是：輸出軸、裝在直接檔總成外面的中間軸輸出齒輪等。變速箱的實物圖見圖1-1。
1.1.3裝載機變速箱分類
從變速箱使用方式的發(fā)展歷程來說，變速箱經(jīng)歷了三個時期，這三個時期為：傳統(tǒng)手動變速箱、自動變速箱和手自一體變速箱。傳統(tǒng)手動變速箱的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，燃油經(jīng)濟性好，制造成本低，但是缺點是操作復(fù)雜；自動變速箱的優(yōu)點是：駕駛輕松，但是缺點是燃油經(jīng)濟性差：手自一體變速箱存在同樣燃油經(jīng)濟性差的缺點。另外自動變速箱從自動換擋原理上分類，又可分為電控機械式自動變速器 （ATM）、無級自動變速器（CVT）、液力自動變速器（AT）和雙離合器式自動變速器（DCT）。而液力自動變速器又可分為電子控制液力自動變速箱和液壓控制液力自動變速箱兩種。
從變速箱的結(jié)構(gòu)形式來分類，目前裝載機變速箱大體可分成兩大類別，一類是行星式齒輪變速箱，比如小松、卡特等廠家的變速箱，這是目前我國使用最多的產(chǎn)品；另一類是定軸式箱，其優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、工作可靠，如美國德納變速箱和德國采埃孚（簡稱ZF公司）的變速箱。從結(jié)構(gòu)的繁簡程度上行星式變速箱又可分為復(fù)雜式的變速箱和簡單式的變速箱兩種，我國目前所采用的行星式變速箱簡單式結(jié)構(gòu)，這種簡單式結(jié)構(gòu)的變速箱一般為具有兩個行星排，在制造和維護上都相對與復(fù)雜式的變速箱比較容易。復(fù)雜行星式變速箱的缺點是制造工藝復(fù)雜，這就大大增加了變速箱的制造難度。就中國目前的實際情況來說，中國還不適合采用此種的變速箱。但是無論是定軸式的變速箱還是行星式的變速箱都在其性能上各有其優(yōu)點和缺點，因此兩種流派的變速箱一直在世界上并存。
我國中小型裝載機的變速箱目前普遍采用雙變集成技術(shù)。這種變速箱主要有三種結(jié)構(gòu)形式：第一種是單渦輪的變矩器與定軸式的變速器的組合；第二種是單渦輪形式的變矩器與液壓機械式半動力換擋的變速器的組合（這種液壓機械式變速器具有4進2退、3進3退或者4進4退控制檔位的功能）；第三種是雙渦輪的變矩器與行星式動力換擋的變速器（2進1退）的組合。
第三種變速箱可以適應(yīng)負荷的變化，通過多檔位的切換，這樣降低了變速箱對變矩器結(jié)構(gòu)的要求，但缺點是操作頻繁，目前只有少數(shù)的30系列裝載機上還在使用。第一類變速箱應(yīng)用比較廣泛，目前主要在50系列的裝載機上應(yīng)用，因為其檔位較少，具有完全可實現(xiàn)單桿操縱的優(yōu)點；第二種變速箱除了輸出軸和輸入軸在轉(zhuǎn)動外，其他軸都是固定不動的，但固定與軸上的齒輪是獨立旋轉(zhuǎn)的部件，因此此類變速箱擴大了檔位的選擇性，最多時可達到6進3退共9個檔位的切換。
1.2 裝載機變速箱試驗臺分類
當(dāng)前國內(nèi)的裝載機變速箱的加載試驗臺按能量傳遞方式分類通?？煞譃閮深悾洪_放式的變速箱試驗臺和封閉式的變速箱試驗臺，其中封閉式的變速箱試驗臺又可以分為機械封閉式的變速箱試驗臺以及電封閉式的變速箱試驗臺。
1.2.1 開放式變速箱試驗臺
圖1-2 開式變速箱試驗臺原理圖
開放式的變速箱試驗臺是一種最早出現(xiàn)的試驗臺，它的主要組成部件主要有主電動機拖動的傳動裝置、帶動加載裝置。試驗臺的組成包括動力區(qū)、試驗區(qū)和模擬負載區(qū)。動力區(qū)又由驅(qū)動動機、變速器及其附屬裝置組成，動力區(qū)有向變速器試驗臺的傳動系統(tǒng)提供動力源的作用。試驗臺試驗區(qū)主要組成包括被測件， 輸入輸出傳感器等裝置；試驗臺模擬負載區(qū)的主要組成包括負載電機或發(fā)電機制動器及附屬裝置。圖1-2為開式裝載機變速箱原理圖
開放式變速器試驗臺的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，工作過程也簡單，工作可靠性高，生產(chǎn)成本比較低，載荷比較穩(wěn)定；但是它的缺點是系統(tǒng)輸入的試驗功率幾乎全部被加載裝置消耗掉，因而能量消耗比較大，而且消耗的能量不能回饋利用，尤其是對于大功率并且時間長的試驗項目（如裝載機變速箱的疲勞壽命試驗），它的試驗成本要遠遠高于后面將要敘述的封閉式的變速箱試驗臺 。
1.2.2 封閉式試驗臺
封閉式的裝載機變速箱試驗臺在加載過程中產(chǎn)生的能量可以被驅(qū)動電機循環(huán)使用，是通過反饋到電網(wǎng)或直流母線，被封閉在電網(wǎng)系統(tǒng)中，從而達到節(jié)能的目的。與開放式的變速箱試驗臺相比，它可以節(jié)約大量能量，從而大大降低了試驗成本。封閉式的變速箱試驗臺又可以分為兩大類：機械封閉式的試驗臺和電封閉式的試驗臺。圖1-3為閉式變速箱試驗臺原理圖。
圖1-3 閉式裝載機變速箱原理圖
（1） 機械封閉式的試驗臺
機械封閉式的試驗臺的工作原理是在一個封閉的傳動系統(tǒng)中由一臺電動機為被測變的速箱提供動力，使被測變速箱轉(zhuǎn)動。機械封閉式的變速箱試驗臺可以看作是有一個封閉的功率環(huán)流在一個封閉的機械傳動系統(tǒng)內(nèi)部運行，所以被之為機械封閉式的試驗臺。由于這種類型試驗臺的優(yōu)點是造價相對不高、能夠減少能量消耗，但是其缺點是加載裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，試件的轉(zhuǎn)速不能太高，而且設(shè)備龐大。所以在要求發(fā)動機轉(zhuǎn)速越來越高的現(xiàn)代，這種試驗臺也逐漸被淘汰。
機械封閉式試驗臺通常的加載方式是液壓加載，工作原理是油缸在試驗臺傳動系統(tǒng)的內(nèi)部發(fā)生彈性偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)加載。驅(qū)動電機可以在試驗臺液壓系統(tǒng)外部進行驅(qū)動，一方面補充試驗臺閉環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)部的功率消耗，另一方面為試驗臺的測控系統(tǒng)提供動力源，從而使試驗臺測控系統(tǒng)正常運行，試驗臺系統(tǒng)一方面可以對測試件的輸入扭矩進行調(diào)整，這種調(diào)整通過改變電機轉(zhuǎn)速的大小，另外，也可以改變對測試件的輸入扭矩，這種改變是通過調(diào)整液壓油缸的偏轉(zhuǎn)角來實現(xiàn)的。
機械封閉式變速器試驗臺的特點是：節(jié)能，不太昂貴；但是加載系統(tǒng)需要采用液壓加載，加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，被測試的變速箱的轉(zhuǎn)速不能超過某一確定的數(shù)值，需要定期的維護，維護費用比較高。特別是要求變速器的輸入轉(zhuǎn)速也逐漸變大，是因為現(xiàn)在隨著汽車使用的發(fā)動機排量增大專速增高，故而機械封閉式變速器試驗臺的缺點逐漸明顯。
（2） 電封閉式變速器試驗臺
電封閉式的試驗臺的組成部件是：控制部件、驅(qū)動電機、輸入傳感器、被試變速箱、加載電機等，它的工作原理和機械閉式的試驗臺比較類似，只是功率流被通過電網(wǎng)的裝置電能替代了，也是在一個封閉的系統(tǒng)中運行，所以被稱之為電封閉。電封閉試驗臺的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，能源利用率和效率都很高，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)的加載，但是缺點是造價昂貴。這在一定程度上使電封閉式變速箱試驗臺的發(fā)展和應(yīng)用受到了限制。電封閉試驗臺技術(shù)應(yīng)用更加的成熟，因為交變技術(shù)的發(fā)展，推動了電封閉式試驗臺技術(shù)的發(fā)展，這種技術(shù)改變了原來效率低，加載慢，噪聲大的缺點得到很大改觀，不僅能還能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)，減少了對電網(wǎng)的污染，而且源利用率大大提高，這種靜止變流技術(shù)還大大提高了加載的動態(tài)響應(yīng)速度，將會被更多的人所應(yīng)用。
常規(guī)的電封閉式試驗臺的結(jié)構(gòu)形式如圖2.3所示。電封閉式變速器試驗臺和開放式變速器試驗臺在結(jié)構(gòu)上很類似，加載電機在對被測變速箱的進行加載的同時，可以具有發(fā)電的功能，加載電機產(chǎn)生的電能可以通過試驗臺閉環(huán)系統(tǒng)反饋給電網(wǎng)或者向被測試變速箱的驅(qū)動電機提供電能。
電封閉式變速器試驗臺不僅結(jié)構(gòu)造比較簡單，節(jié)能效果很好，傳動效率比較高，而且能夠方便的實現(xiàn)動態(tài)加載。
1.3 國內(nèi)外變速箱試驗臺研究的現(xiàn)狀
1.3.1國外變速箱試驗臺現(xiàn)狀
機械閉式試驗臺已被國外的傳動系統(tǒng)試驗臺和變速箱試驗臺淘汰了，國外的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)改用為電封閉式試驗臺和機械開式試驗臺。因為機械開式試驗臺不僅不需要陪試變速箱，而且能夠?qū)崿F(xiàn)變扭矩加載，這種加載的實現(xiàn)是通過使用相應(yīng)的部件與控制方式來實現(xiàn)的，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、控制方便，但是進行加載試驗時需要重點考慮減少能源消耗的問題。電封閉試驗臺的優(yōu)點是：機械結(jié)構(gòu)相對簡單，能夠進行各種道路工況的負載模擬，電能重復(fù)利用。目前國外關(guān)于裝載機變速箱性能檢測方面的實驗還是比較先進的，能夠有對變速箱的性能進行詳細研究的實驗，各種測試變速箱的設(shè)備和器材也很先進，實驗的標(biāo)準(zhǔn)也比較高。
1.3.2國內(nèi)變速箱試驗臺現(xiàn)狀
國內(nèi)生產(chǎn)裝載機變速箱的企業(yè)主要有：杭州前進齒輪箱集團有限公司，柳州采埃孚機械有限公司，廈門廈工橋箱有限公司，長沙中南傳動機械廠，三明齒輪箱有限公司，徐工集團徐州齒輪廠，徐工特工義車驅(qū)動橋廠等。另外，吉林大學(xué)對裝載機變速器相關(guān)技術(shù)的研究比較成熟。
因為國外技術(shù)的壟斷現(xiàn)狀，國內(nèi)很多生產(chǎn)變速箱的廠家來對自己生產(chǎn)的變速箱進行測試時不得不使用那些測試功能簡單、測試功率低、精度和可靠性都不高的試驗臺測控系統(tǒng)。這樣往往得不到可信度高的數(shù)據(jù)，不能對數(shù)據(jù)進行精確的處理和分析。因此我國的變速箱產(chǎn)品的質(zhì)量往往得不到提高。因此，有必要設(shè)計出一種變速箱測控系統(tǒng)，可以使得測試的可靠性高、實時性強、經(jīng)濟性好，同時還要控制簡單、操作靈活，只有這樣才能以改變我國在變速箱試驗臺測控系統(tǒng)方面落后的現(xiàn)狀。
我國目前大多數(shù)變速箱生產(chǎn)廠家只進行空載換擋試驗，無法檢測裝載機變速器的性能。變速箱加載試驗臺普遍存在可靠性能比較差，測試精度比較低，而且試驗臺重量大，耗能大等缺點。
目前國內(nèi)關(guān)于裝載機變速箱性能檢測方面的實驗還是比較落后的，不能夠有對變速箱的性能進行詳細研究的實驗，各種測試變速箱的設(shè)備和器材也比較落后，實驗的標(biāo)準(zhǔn)很低。但是因為變速箱是裝載機的關(guān)鍵部件，變速箱的性能直接影響了裝載機的性能，因此，在變速箱裝配完成后，很有必要對其進行全面的檢測。
目前，國內(nèi)變速箱試驗臺絕大部分為機械閉式試驗臺，這種試驗臺有很大的不足之處，具體體現(xiàn)在機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大而連接部分較多，目前僅僅能做定轉(zhuǎn)速，定扭矩排擋循環(huán)試驗。
1.4 本章小結(jié)
本章主要介紹了裝載機變速箱試驗臺的分類及現(xiàn)狀，變速箱試驗臺可分為兩類：開放式變速箱試驗臺和封閉式變速箱試驗臺，其中封閉式變速箱試驗臺又包括機械封閉式變速箱試驗臺和電封閉式變速箱試驗臺，同時也對機械封閉式試驗臺和電封閉式試驗臺進行了對比和分析。介紹了國內(nèi)外試驗臺的現(xiàn)狀，以及國內(nèi)裝載機變速箱試驗臺的問題及缺點，提出了研究裝載機變速箱試驗臺的必要性。
第二章 試驗臺的結(jié)構(gòu)和工作原理
2.1 變速箱綜合性能試驗方法
變速器試驗項目通常包括有換擋性能試驗、空載損失試驗、傳動效率試驗、靜強度試驗、疲勞測試、油壓試驗 、可靠性試驗、噪聲和振動等。
1. 換擋性能試驗
試驗方法是通常使用一組或者多組的慣量可變的飛輪來模擬汽車行駛時的工作狀況，通過不同轉(zhuǎn)速和扭矩情況下的換擋操作來對換擋性能進行測試。
測試參數(shù)主要包括：輸入轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩、離合器操縱油壓的動態(tài)變化曲線及進口油溫、出口油溫、工作油流量等。
2. 空載損失試驗
測試參數(shù)主要包括：輸入轉(zhuǎn)矩、輸入轉(zhuǎn)速、出口油溫、離合器油壓等。
作變速箱各檔空載損失功率與輸入轉(zhuǎn)速（或輸入轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)速）的關(guān)系曲線PK=f( n1 )或 T1=f(n1)。
3. 傳動效率試驗
測試參數(shù)主要包括：輸入轉(zhuǎn)矩、輸入轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)速、變矩器進口油壓、主油路油壓、離合器油壓、出口油溫等，各參數(shù)記錄保持同步。
作各檔效率與輸出轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線，輸出轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線。
4. 靜強度試驗
強度測試主要是指對變速箱和傳動軸進行扭轉(zhuǎn)強度的測試。試驗時要將被測變速箱安裝在試驗裝置上，然后將其輸出端固定，利用驅(qū)動電機帶動輸入端慢慢轉(zhuǎn)動, 同時要測量被測變速箱輸入端的扭矩、輸出端的扭矩以及輸入軸的扭轉(zhuǎn)角度，直到扭矩達到某設(shè)定值時加載停止，或者到變速箱損壞時停止加載，進而可以判斷變速箱的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強度性能。
5. 疲勞壽命試驗
變速箱疲勞耐久性測試是指在一定的輸入轉(zhuǎn)速和油溫下對變速箱各個擋位按照額定的輸入扭矩進行循環(huán)運轉(zhuǎn)，直到完成額定運轉(zhuǎn)時間或者變速箱發(fā)生損壞，試驗后拆解變速箱分析磨損情況，如果損壞則分析變速箱損壞的具體情況及原因。
2.2 試驗臺方案的確定
2.2.1 驅(qū)動方案設(shè)計
動力裝置又稱為自動變速器的性能試驗臺的驅(qū)動設(shè)備，它可以模擬發(fā)動機的運行工況，并且驅(qū)動液力變矩器泵輪工作。動力裝置應(yīng)滿足變速箱試驗輸入動力的要求，能調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩按一定的規(guī)律變化，如轉(zhuǎn)速恒定或恒轉(zhuǎn)矩控制。
常見的驅(qū)動裝置有電動機，發(fā)動機或測功機。電動機又有交流電動機或直流電動機等。
如果動力裝置是發(fā)動機，它的優(yōu)點是能夠準(zhǔn)確地模擬與發(fā)動機相匹配的變速器在裝載機上的真實使用的工況，與裝載機上的實際特性相吻合。但發(fā)動機作為動力源，其缺點有：輸入動力的穩(wěn)定性比較差、噪聲很大、有排氣污染、通用性也比較差、不容易調(diào)節(jié)到要求的穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速與扭矩等。 另外在實驗過程中需要對不同型號的變速箱進行檢測，頻繁的更換不同型號的變速箱，這要求發(fā)動機要不斷的啟動和停止，這樣很不利于發(fā)動機的穩(wěn)定工作，而且會對發(fā)動機造成一定程度的損壞，不利于實驗的正常進行。
目前，最為廣泛使用的動力裝置是電動機。電動機作為動力源，其優(yōu)點是：噪聲很小、占地面積比較小、無污染、起停比較方便、易于將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到合適的值?？梢赃x擇的電動機有交流變頻控制電機。交流變頻電動機驅(qū)動裝置的優(yōu)點是變矩器的輸入轉(zhuǎn)速可調(diào)，可滿足比較廣泛的試驗要求，并且具備啟動功能，可以適應(yīng)不同工況條件下的頻繁變速的要求。缺點是變頻器造價比較高，當(dāng)試驗系統(tǒng)較大時，需要提供較大的電量，同時操作也比較為復(fù)雜。裝載機變速箱性能試驗可選用低于普通發(fā)動機功率的交流變頻電機。
2.2.2 加載方案設(shè)計
對于變速箱的加載試驗，因為信號的檢測與運行控制已經(jīng)十分成熟，所以關(guān)鍵是負載的施加和控制。尤其是對大功率設(shè)備的負載試驗來說，負載較大，這就導(dǎo)致能耗增加，所以負載的施加方式不僅會影響到試驗效果，還可能造成設(shè)備的占地面積比較大，并產(chǎn)生很大的能量浪費，因此負載施加方式的選擇對試驗臺的正常穩(wěn)定運行有十分重要的作用。目前，加載試驗臺通常采用的加載方式主要有：渦流測功機、磁粉制動器、磁滯測功機、液力測功機、直流發(fā)電機、交流發(fā)電機等，各種加載方式各有其特點和不足，如表2-1所示
表2-1 各種加載方式的優(yōu)缺點
序號
加載裝置
功率流向
優(yōu)點
缺點
1
渦流測功機
輸出的機械能轉(zhuǎn)化為熱能損失掉
控制電路簡單、造價較低，可以正反加載，加載功率較大
低速加載性能很差（零速無法加載），不能反拖，能耗很大，需要采用水冷進行冷卻
2
磁粉制動器或皮囊抱閘
輸出的機械能轉(zhuǎn)化為熱能損失掉
控制電路簡單、造價較低，可以正反加載
低速加載性能一般，高速加載很差，需要采用水冷進行冷卻，加載功率小
3
磁滯測功機
輸出的機械能轉(zhuǎn)化為熱能損失掉
控制電路簡單、造價較低，可以正反加載
低速加載性能很差，高速加載性能一般，加載功率小
4
交直流發(fā)電機帶阻性負載
輸出的機械能轉(zhuǎn)化為熱能損失掉
控制電路簡單、造價較低
在速度變化較大場合無法控制負載的施加
5
機械封閉
輸出機械能再回饋到驅(qū)動端循環(huán)利用
高低速加載性能都很好，能耗很低
不能做反拖試驗，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對具有離合器或變矩器等存在滑差的被試設(shè)備無法實現(xiàn)加載
6
液力測功機
輸出的機械能轉(zhuǎn)化為熱能損失掉
加載功率大
低速加載性能很差，高速加載性能一般，不能反拖，能耗大，設(shè)備占地較大
7
直流發(fā)電機
輸出機械能再回饋到驅(qū)動端循環(huán)利用
高低速加載性能都很好，能耗很低，可以正反轉(zhuǎn)加載和反拖加載
電機可靠性較低，尤其在高速運行時，容易產(chǎn)生故障
8
交流發(fā)電機變頻矢量控制
輸出機械能在轉(zhuǎn)化為電能回饋到驅(qū)動端循環(huán)利用
高低速加載性能都很好%能耗很低，可以正反轉(zhuǎn)加載和反拖加載，對具有離合器或變矩器等存在滑差的被試設(shè)備可實現(xiàn)高精度加載
造價相對較高，在同等功率容量時交流電封閉式比直流電封閉式造價高些
在液力變速箱的臺架試驗中，試驗臺所用的主要加載方法包括：水力測功法、電渦流測功法和電封閉測功法3種方法。其中，水力測功法因為其技術(shù)的落后、操作的復(fù)雜，現(xiàn)已基本被淘汰；電渦流測功機則在部分的廠家的加載設(shè)備中有還應(yīng)用，但電渦流測功機存在缺點：需要水冷卻、能耗比較大、控制精度比較差、不能進行反拖試驗、響應(yīng)速度比較慢等，目前，最好的加載方式是電封閉加載，這種加載方法的優(yōu)點是：技術(shù)比較先進、能夠高效節(jié)能，能夠完成反拖試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、程序加載試驗、隨機加載實驗、路譜加載試驗等試驗。
電封閉加載方案又分為直流電封閉加載和交流電封閉加載兩種，在幾年前點封閉加栽方案大多數(shù)采用直流電動機的方案，而近幾年隨著交流技術(shù)的發(fā)展，使得電封閉加載方式得到了廣泛應(yīng)用，這種電封閉加載是由交流發(fā)電機變頻矢量控制的，具有良好的綜合性能。兩種電封閉加載方式的性能也有所不同，直流電封閉式的性能特點是：功率因數(shù)比較低，對電網(wǎng)的干擾比較大，適用速度比較低，控制精度比較低，空間電磁干擾比較小，動態(tài)響應(yīng)比較慢，系統(tǒng)造價低，可靠性比較低；而交流電封閉式的特點是：功率因數(shù)比較高，動態(tài)響應(yīng)比較快，控制精度也比較高，適合很寬的速度范圍，對電網(wǎng)的干擾比較小，采取措施后干擾也很小，可靠性比較高，系統(tǒng)造價比較高等。目前，國際國內(nèi)正逐步淘汰直流電封閉式，而交流電封閉式正在廣泛使用中。
直流電封閉加載系統(tǒng)的工作原理是拖動單元與負載單元都采用直流可逆的調(diào)速器和直流電動機，從交流電網(wǎng)吸收交流電能經(jīng)過拖動單元送給拖動電機，達到將電能轉(zhuǎn)化成機械能的目的，然后拖動被試變速箱的負載電機從被試變速箱的輸出軸吸收機械能并把其轉(zhuǎn)化成直流電能，由負載單元的可逆直流調(diào)速器將直流電能轉(zhuǎn)化成交流電能回送到交流電網(wǎng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)直流電封閉加載。
交流電封閉加載系統(tǒng)的工作原理是拖動單元與負載單元都采用交流變頻的調(diào)速器和交流變頻電動機，從而拖動電機能夠處于電動運行的狀態(tài)，負載電機能夠處于交流發(fā)電運行的狀態(tài)。整流器能夠?qū)慕涣麟娋W(wǎng)吸收的交流電能轉(zhuǎn)化成直流電能，拖動單元能夠?qū)闹绷髂概盼盏闹绷麟娔苣孀兂山涣麟姡缓笏徒o拖動電機，拖動電機將電能轉(zhuǎn)化成機械能拖動被試變速器，負載電機從被試變速器的輸出軸吸收機械能并轉(zhuǎn)化成交流電能，由負載單元的變頻器將交流電能轉(zhuǎn)化成直流電能送到直流母排，從而實現(xiàn)交流電封閉加載，
綜合考慮以上因素，交流電封閉的優(yōu)點是很明顯的，尤其在工作現(xiàn)場條件差的情況下，宜采用交流發(fā)電機作為加載裝置。
2.3 試驗臺的工作原理和組成
工作原理：裝載機變速箱綜合試驗臺是對裝載機變速箱性能臺架實驗和故障分析的系統(tǒng)。變速箱實驗臺的基本工作原理是通過測量變速箱的輸入、輸出功率，然后得到變速箱的傳動效率。實現(xiàn)這測量過程的是，通過輸入端安裝轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，測量輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。在變速箱的輸出端連接升速箱、加載裝置，實現(xiàn)變速箱的制動。在加載裝置和變速箱之間安裝轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，測量輸出轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)速。經(jīng)過計算就可以得到變速箱的輸入功率和傳動效率。
本課題的實驗對象為裝載機變速箱，試驗臺為電封閉式試驗臺，試驗臺用于對裝載機變速箱各項性能的檢測和評價，模擬真實使用下變速箱的運行狀態(tài)。綜合試驗臺設(shè)計包括變速箱試驗臺設(shè)計和測控系統(tǒng)設(shè)計。其中試驗臺的設(shè)計包括試驗臺的尺寸設(shè)計、各器件的布置位置、各器件參數(shù)的選取、變速箱的裝夾（裝夾過程中，滑臺用于不同規(guī)格的變速箱總成的軸向尺寸的調(diào)整，以便實現(xiàn)快速裝夾）等。
2.3.1 試驗臺臺體的機械結(jié)構(gòu)形式
變速箱綜合試驗臺是一個集機、電為一體的設(shè)備，試驗臺主要由基本底座，驅(qū)動電機，驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)，升速箱，加載電機，加載裝置，加載調(diào)整機構(gòu)、變速箱裝夾機構(gòu)等組成。圖2-1 為裝載機變速箱綜合試驗臺的機械結(jié)構(gòu)圖。圖中1為驅(qū)動電機，2為輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，3為離合器，4是聯(lián)軸器，5是變速箱裝夾機構(gòu)，6是被測變速箱，8是聯(lián)軸器，9是輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，10是升速箱，11是加載電機，12是底座。
圖2-1 裝載機變速箱試驗臺機械結(jié)構(gòu)圖
2.4 電機的選取
2.4.1 選擇電機的容量
電機類型和結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)電源、載荷特點和工作條件（溫度、空間尺寸、環(huán)境等）來選擇。沒有特殊要求時都應(yīng)選擇交流電動機。標(biāo)準(zhǔn)電動機的容量都是由額定功率來表示的。所選電動機的額定功率應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛏源笥诠ぷ魉蟮念~定功率。當(dāng)電機容量小于工作要求的額定功率時，則不能保證試驗臺正常工作，或著使電動機處于長期過載狀態(tài)，電機因為發(fā)熱過大而過早損壞；而容量過大就會增加試驗臺成本，并且因為功率和功率因數(shù)過低而造成能量浪費。
由于變速箱試驗臺運行時載荷變化很小，只要電動機的負載不超過電機的額定值，電動機就不會發(fā)熱，通常不必校核啟動力矩和發(fā)熱。所需電動機的功率為：
pd=pnηKw （2-1）
工作機所需功率Pw應(yīng)由機器工作阻力和運動參數(shù)計算求的，
Pw=Fv1000ηw Kw （2-2）
或
Pw=Tnw9550ηwKw （2-3）
總效率η按式（2-4）計算
η=η1η2η3η4?ηn （2-4）
其中各值分別是傳動裝置中每一傳動副，每對軸承，每個聯(lián)軸器的效率。
2.4.2 電機轉(zhuǎn)速的選取
同一類型的電機，相同的額定功率有多種可供選擇的轉(zhuǎn)速，如果選用轉(zhuǎn)速比較低的電機，則會因級數(shù)較多而外廓尺寸及重量比較大，價格比較高，但可以使傳動裝置總傳動比及尺寸變小，選用轉(zhuǎn)速高的電機則恰恰相反。故應(yīng)全面分析優(yōu)缺點來選定電機轉(zhuǎn)速。
按照試驗臺的轉(zhuǎn)速要求和傳動機構(gòu)的合理傳動比范圍。可以推算出電動機的可選范圍：
n=(i1i2i3i4?in)nw （2-5）
本試驗臺要求輸入轉(zhuǎn)矩為：85Nm；輸入轉(zhuǎn)速為0-3000r/min；加載電機功率為：3kw；輸入扭矩為小于1000Nm。取總效率為0.86將原始數(shù)據(jù)帶入下式
Pw=Tnw9550ηwKw=85×30009550×0.86=31.05Kw （2-6）
主電機與輸入軸傳動比定為3/10，加載電機與輸入軸傳動比定為1。其他各級總傳動比設(shè)為0.9，帶入下式
n=i1i2i3i4?innw=1111r/min （2-7）
根據(jù)以上數(shù)據(jù)查機械設(shè)計手冊表12.1，主電機選用Y225M-2型，加載電機選用Y132M1-6型。查機械設(shè)計手冊表12.3可查得電機的外形尺寸、軸伸尺寸、中心高、鍵連接尺寸、地腳尺寸等參數(shù)。
電機的技術(shù)數(shù)據(jù)如下表2.2.
表2-2 電機技術(shù)參數(shù)
電機型號
額定功率Kw
額定轉(zhuǎn)速r/min
最高轉(zhuǎn)速r/min
額定轉(zhuǎn)矩
Y225M-2
45
2970
3000
Y132M1-6
3
960
1000
2.5 本章小結(jié)
本章主要介紹了裝載機變速箱綜合性能檢測的實驗種類和目的，對比了幾種驅(qū)動和加載方案，確定了本試驗臺加載和驅(qū)動的方案。簡單介紹了本試驗臺的機械結(jié)構(gòu)形式，最后對試驗臺的驅(qū)動系統(tǒng)的主要部件交流異步變頻電機進行了選型，對電機的容量，轉(zhuǎn)速范圍和電機的外形尺寸進行了確定，對試驗臺的各部件提出以下要求：
（1）試驗臺應(yīng)體現(xiàn)驅(qū)動裝置的整體性并兼顧個系統(tǒng)的獨立性。
（2）試驗臺應(yīng)具有可調(diào)整性和可替換性。
（3）試驗臺應(yīng)保持一定的先進性。
第三章 加載部分主要部件的設(shè)計計算
3.1 升速箱的設(shè)計計算
由于一般電機額定轉(zhuǎn)速比較高，而實驗輸出軸的轉(zhuǎn)速都比較低，所以設(shè)計人員都會在加載電機前增加一個升速裝置，例如調(diào)速箱。升速箱有增大輸出轉(zhuǎn)速范圍的作用，一般三相異步電機的額定轉(zhuǎn)速為一到兩千轉(zhuǎn)左右，而試驗臺要求的轉(zhuǎn)速有時會達三千轉(zhuǎn)甚至更高。有的變速箱試驗臺是由兩個皮帶輪進行升速的，其缺點是占地面積大，臺架高速運行時噪音大，而且改變傳動速比時操作比較麻煩。而近期開發(fā)的變速箱試驗臺都沒有采用這種升速方式，而改用了齒輪箱進行升速。這樣的結(jié)果是試驗臺的體積小，高速運行時噪音也小，而且改變傳動速比是操作簡單。故選用齒輪箱進行升速。
3.1.1 升速箱傳動方案的確定
由于升速箱傳動比較小，故選用一級齒輪傳動。采用圓柱齒輪傳動。
（1）升速箱傳動總效率
（3-1）
（2）齒輪材料的選擇
小齒輪選用45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機械設(shè)計手冊平均硬度280HB
大齒輪選用45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機械設(shè)計手冊平均硬度240HB
（3）確定齒輪精度等級
選擇8級精度
（4）選齒數(shù)
小齒輪齒數(shù)選取z1=21，根據(jù)傳動比可得大齒輪齒數(shù)為z2=63，模數(shù)選mn=3。齒寬小齒輪選為b1=65mm，大齒輪選為b2=60mm。
（5）確定齒輪主要尺寸
a)中心距a
mm （3-2）
b)分度圓直徑d
（3-3）
3.1.2 升速箱主要零件的校核
輸出軸的設(shè)計及校核，輸出軸上的功率P轉(zhuǎn)速N及轉(zhuǎn)矩T
T=9550000PN （3-4）
T=1000000N.mm
n=3000r/min
P=T×N9550000=1000000×30009550000314.136kw （3-5）
（1）軸的材料選用45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機械設(shè)計手冊抗彎強度
其結(jié)構(gòu)如下3-1圖所示
圖3-1 齒輪軸結(jié)構(gòu)圖
（2）查機械零件表16.3得，許用彎曲應(yīng)力
（3）畫出軸的空間及垂直和水平面內(nèi)的受力圖，如下圖3-2所示
圖3-2 齒輪軸受力圖
垂直面內(nèi)的支座反力為：
（3-6）
得
水平面內(nèi)的支座反力為：
（3-7）
得
（4）做合成彎矩圖如下圖3-3所示
圖3-3 齒輪軸和成彎矩圖
（3-8）
（5）畫出轉(zhuǎn)矩圖，圖3-4。
圖3-4 齒輪軸轉(zhuǎn)矩圖
其中T=47300N·mm
（6）做當(dāng)量彎矩圖，圖3-5。
圖3-6 齒輪軸當(dāng)量彎矩圖
（3-9）
（3-9）
（7）計算危險截面軸徑
判斷危險截面：連接聯(lián)軸器處，齒輪處和左側(cè)軸承處
（3-10）
（3-11）
（3-12）
故該齒輪軸滿足強度要求。
3.2 聯(lián)軸器的選擇與校核
在負載與傳感器，負載與輸出軸，驅(qū)動電機與離合器，加載電機與升速箱等處都需要安裝聯(lián)軸器。由于材料和結(jié)構(gòu)的不同，用于各個傳動系統(tǒng)的聯(lián)軸器也不盡相同，其載荷能力差異很大。載荷類別主要是針對電動機的工作載荷的沖擊。正反轉(zhuǎn)、震動、頻繁啟動、制動等原因而形成不同類別的載荷。聯(lián)軸器選擇的依據(jù)就是傳動系統(tǒng)的載荷類別。
聯(lián)軸器的種類優(yōu)缺點和用途見下表
表3-1 聯(lián)軸器的類別及應(yīng)用
聯(lián)軸器類別
凸緣式聯(lián)軸器
滑塊聯(lián)軸器
彈性聯(lián)軸器
安全聯(lián)軸器
剛性聯(lián)軸器
撓性聯(lián)軸器
優(yōu)點
構(gòu)造簡單，成本低，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩
有移動副，可以補償兩軸偏移
緩沖吸振，可補償較大的軸向位移
具有過載保護作用，電機帶載啟動轉(zhuǎn)變?yōu)榻瓶蛰d啟動
價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單
具有一定的補償被連兩軸軸線相對偏移的能力
缺點
不允許兩軸有相對位移，無緩沖
無緩沖，移動副應(yīng)加潤滑
有微量的徑向位移和角位移
只能承受限定載荷
不具有減震性能
不具有緩沖減震性能
用途
在轉(zhuǎn)速低，無沖擊，軸的剛性大的場合
用于低速轉(zhuǎn)動場合
正反向變化多，啟動頻繁的高速軸
用于載荷變化很小或需要過載保護的場合
用于兩軸軸線相對偏移極小的情況下
適用于低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場合
由以上比較，試驗臺選用彈性聯(lián)軸器。
根據(jù)設(shè)計手冊表6-4 選擇聯(lián)軸器的型號為HL2
取載荷系數(shù)K為K=1.4
而聯(lián)軸器所連接的軸 T=436000N·mm
KT=1.4×425217=610404N·mm （3-13）
則軸孔直徑d=38mm，L1=60mm。
3.3 鍵的選擇計算
現(xiàn)以升速箱大齒輪與升速箱輸入軸連接的鍵為例。
圖3-7 齒輪軸上的鍵
①選擇A型普通平鍵
②根據(jù)d=40mm查課程設(shè)計課本表5-1取 b=12mm, h=8mm
③根據(jù)輪轂長度65mm，查課程設(shè)計課本表5-1取鍵的標(biāo)準(zhǔn)長度60mm
④取鍵的材料 45#
3.4 升速箱機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
升速箱的機械結(jié)構(gòu)如下圖3-8所示
圖3-8 升速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)
此升速箱為一級傳動，升速比為3，輸入軸為大齒輪，齒數(shù)為63，因為小齒輪齒數(shù)為21，直徑很小，故輸出軸做成齒輪軸，所用軸承均為角接觸球軸承，所用齒輪為圓柱斜齒輪，圖中1為大齒輪，3為輸入軸，5為軸承端蓋，7為齒輪軸，9為軸承，16、18均為軸承端蓋，19為密封圈。
3.5 本章小結(jié)
本章為升速箱的設(shè)計，升速箱為一級圓柱齒輪傳動，升速比為3，重點研究了變速箱綜合試驗臺中加載部分關(guān)鍵部件的設(shè)計及動力連接部件聯(lián)軸器的選定，并對不同類別的聯(lián)軸器做了比較，重點對升速箱齒輪輸出軸進行了校核，對連接件的尺寸和校核進行了說明。設(shè)計了升速箱的整體機械結(jié)構(gòu)，最后給出了升速箱的結(jié)構(gòu)圖。
第四章 驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)和加載調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計計算
4.1 驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計
由于裝載機變速箱綜合試驗臺要求測試多種型號的變速箱，故需要調(diào)整機構(gòu)，驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)可以調(diào)整驅(qū)動電機及夾具的上下位置，調(diào)整范圍不需要很大，但要求精確，故選用絲杠來做調(diào)整機構(gòu)的精確調(diào)整。
滾珠絲杠的組成包括螺桿、螺母和滾珠。它可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展具有將軸承從滾動動作變成滑動動作的重要意義。由于滾珠絲杠具有很小的摩擦阻力，正被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器中。
滾珠絲杠是精密機械上最常用的傳動元件之一，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆的作用力，同時具有精度高、可逆性好和效率高的優(yōu)點。滾珠絲杠有以下具體優(yōu)點：與滑動絲杠相比驅(qū)動力矩小，能夠保證精度高，微進給的實現(xiàn)，沒有側(cè)隙、剛性好，進給速度高
4.1.1 驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)方案的確定
驅(qū)動調(diào)整方案是由電機傳遞動力，由帶傳動帶動軸的轉(zhuǎn)動，通過錐齒輪將運動傳遞到絲杠。驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)滾珠絲杠的選擇
絲杠的安裝有四種安裝方式，一端固定，一端自由的安裝方式適用于轉(zhuǎn)速較低、滾珠絲杠較短的情況。兩端游動是一種常見的安裝方法，適用于中等轉(zhuǎn)速的情況。一端固定、一端游動則適用于中等轉(zhuǎn)速，需要高精度運行的場合，而兩端固定的安裝擇適用于高速運轉(zhuǎn)、需要高精度運行的場合。故選用兩端固定的安裝方式。
4.1.2 驅(qū)動調(diào)整機構(gòu)滾珠絲杠的選擇
絲杠工作長度l=1m，平均轉(zhuǎn)速nm＝100r/min，最大轉(zhuǎn)速nmax＝10000r/min，絲杠材料選用CrWMn鋼。
（4-1）
根據(jù)壽命條件計算額定動載荷
（4-2）
按照滿足Ca≥的原則選擇絲杠副尺寸。
查表可得如下規(guī)格，
表4-1 滾珠絲杠的技術(shù)參數(shù)
規(guī)格型號
D0
公稱導(dǎo)程 p
絲杠外徑 d
鋼球直徑 d0
絲杠內(nèi)徑 d1
動負荷 Ca(KN)
FFZD3210-3
32
10
32.5
7.144
27.3
25.7
FFZD5006-5
50
6
48.9
3.969
45.76
26.4
考慮各種因素，選FFZD5006-5，其中：
公稱直徑：D0=50mm
導(dǎo)程：p=6mm
螺旋角：λ=arctan(6/(50π))=2°11′
滾珠直徑：d0=3.969mm
絲杠內(nèi)徑：d1 =45.76mm
臨界轉(zhuǎn)速驗證
高速運轉(zhuǎn)時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高轉(zhuǎn)速nmax
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