動(dòng)力換檔變速器設(shè)計(jì)

第五章定軸式動(dòng)力換擋變速器設(shè)計(jì)5.1概述與機(jī)械式變速器相比，相同之處是所有支承齒輪的軸是不動(dòng)的；不同的是換擋形式采用動(dòng)力換擋，也就是說，齒輪通過軸承支承在軸上，它與軸的分離和接合通過離合器來實(shí)現(xiàn)，而這個(gè)離合器的接合和分離是用油壓操縱的，見圖7-2。另外定軸式動(dòng)力換擋變速器中軸的個(gè)數(shù)一般要比機(jī)械式變速器中軸的個(gè)數(shù)多。干涉是主要問題。2/1/20232/1/20232/1/2023定軸式動(dòng)力換擋變速器構(gòu)造圖2/1/20235.2傳動(dòng)簡圖設(shè)計(jì)2/1/2023一、形式選擇1、按自由度定軸式動(dòng)力換擋變速器是以操縱液壓離合器來獲得擋位傳動(dòng)比。若只需接合一個(gè)離合器，就能得到一個(gè)擋位，則稱為二自由度變速器；若要得到一個(gè)擋位，必須同時(shí)接合兩個(gè)離合器，則稱為三自由度變速器，它由兩個(gè)二自由度機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成。以此類推，四自由度變速器要得到一個(gè)擋位，就必須同時(shí)接合三個(gè)離合器，它由三個(gè)二自由度機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成。用相同個(gè)數(shù)的離合器組成不同自由度的傳動(dòng)方案，最多能得到的擋位數(shù)亦不同。例如，用六個(gè)離合器組成二自由度三自由度四自由度可得最多檔位數(shù)6

8～9

8掛某個(gè)擋時(shí)空轉(zhuǎn)離合器數(shù)5

4

32/1/20232/1/2023，由用戶要求而定。3、換檔離合器布置位置

4、變速器軸的形式長軸式一根軸上裝兩個(gè)或以上離合器；可以減少軸的數(shù)目和變速器的徑向尺寸，但軸向尺寸較大，軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一根軸上裝三個(gè)離合器的很少見。短軸式一根軸上只裝一個(gè)離合器。2/1/2023二、二自由度變速器中空轉(zhuǎn)離合器片間相對轉(zhuǎn)速換檔離合器可以裝在主動(dòng)齒輪軸上，也能裝在被動(dòng)齒輪軸上。在變速箱傳動(dòng)比確定的條件下，由于換檔離合器的位置不同，其閉合時(shí)的工作轉(zhuǎn)矩不同，分離時(shí)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也不同。2/1/2023

在二自由度變速器中，所有離合器的主動(dòng)部分都通過齒輪或直接和輸入軸相連，所有離合器的從動(dòng)部分都通過齒輪或直接和輸出軸相連。圖

a）中，已知接合離合器，求另一個(gè)空轉(zhuǎn)離合器主、從片間的相對轉(zhuǎn)速。

設(shè)和分別代表離合器中主、從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速，，離合器的相對轉(zhuǎn)速為：則接合離合器2/1/2023令輸入軸到離合器

主動(dòng)部分的傳動(dòng)比為

輸出軸到離合器從動(dòng)部分的傳動(dòng)比為

接合離合器，變速器的傳動(dòng)比為

若接合離合器，變速器的傳動(dòng)比為所以

或

2/1/2023

上式中，當(dāng)，同為前進(jìn)或倒退擋離合器時(shí)，和同號，；當(dāng)，一為前進(jìn)擋，一為倒退擋離合器時(shí)，和異號，。故上式又可寫為：

上式中，當(dāng)，同號則取“－”號，，異號則取“+”號。從上式可知：的大小與有關(guān)，即與離合器的安裝位置有關(guān)，越大值越小，故從降低值出發(fā)，離合器應(yīng)安裝在低速軸上；當(dāng)各離合器位置已定，當(dāng)（掛最高擋），（計(jì)算最低擋）時(shí)，值最大，即變速器在最高擋工作，最低擋位離合器的相對轉(zhuǎn)速最大。特別是最低擋的傳動(dòng)比與最高擋的傳動(dòng)比異號時(shí)，值更大。2/1/20232/1/2023例：解：當(dāng)檔處離合器的最大。三、離合器的工作轉(zhuǎn)矩Mc

二自由度變速器中離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩由右圖可知式中――輸入軸至φ離合器的安裝軸的傳動(dòng)比

――變速器的輸入轉(zhuǎn)矩?？梢娝c離合器的安裝位置有關(guān)，從縮小離合器體積即減小的目的出發(fā)，離合器應(yīng)安裝在高速軸上。2/1/2023將離合器的空轉(zhuǎn)相對轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)矩相乘得，耗功（換檔時(shí)，從XФ）由上式可知：對于二自由度變速器當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩和輸入轉(zhuǎn)速一定，各擋傳動(dòng)比一定時(shí)，各離合器在各擋工作時(shí)的是常數(shù)，與傳動(dòng)簡圖無關(guān)，即通過改變離合器的位置雖能降低（或增大）值，但同時(shí)必然使值相應(yīng)地增大（或減?。?。要同時(shí)減小和值是不可能的。

2/1/2023設(shè)計(jì)中希望盡量減少離合器的規(guī)格（多數(shù)采用一種或兩種），就須盡量使各離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩相差小。如果能做到各離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩，則可以采用一種規(guī)格離合器，而其傳遞轉(zhuǎn)矩的差異可以通過增減摩擦片數(shù)或改變離合器油缸的油壓來調(diào)整，也有不作任何更動(dòng)就都采用一種規(guī)格的離合器，而使各離合器的儲(chǔ)備系數(shù)不同。設(shè)計(jì)時(shí)，要控制空轉(zhuǎn)離合器摩擦片的線速度：主從摩擦片同向旋轉(zhuǎn)時(shí)，[V]≤50～60m/s，主從摩擦片反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，[V]≤40～50m/s。

2/1/2023四、二自由度變速器中的最大值

當(dāng)時(shí)，值最大。定義變速箱的變速范圍D

通常應(yīng)滿足以下條件：

則此變速器的變速范圍只能達(dá)到某一數(shù)值

，對含倒順變速器（

異號）取“—”號，對不含倒順變速器（

同號）取“+”號。當(dāng)設(shè)計(jì)所要求的變速范圍時(shí)，則不能采用二自由度傳動(dòng)方案（因?yàn)椴豢赡芡瑫r(shí)滿足的條件）。一般，取C1＝1.5，C2＝3，由此可得，對于變速機(jī)構(gòu)Dmax=5.5，換向機(jī)構(gòu)Dmax=3.52/1/2023五、多檔位、大變速范圍時(shí)的處理方法

1）當(dāng)變速范圍較大時(shí)，可采用多級二自由度變速箱串聯(lián)成多自由度變速箱的辦法解決。通常鏟土運(yùn)輸機(jī)械在相同檔位時(shí)，倒退檔速度比前進(jìn)檔快，這時(shí)換向機(jī)構(gòu)應(yīng)該在前面。2）如果換向機(jī)構(gòu)的變速范圍還比較大，可以將其設(shè)計(jì)為兩個(gè)自由度變速箱的串聯(lián)系統(tǒng)。3）在對操作方便性影響不大的條件下，可采用混合換檔方案。即采用嚙合套與離合器混合換檔的辦法。嚙合套可以傳遞較大扭矩，也可以有較高的相對空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。2/1/2023

降低的措施——串聯(lián)

對于前進(jìn)檔位數(shù)和倒退檔位數(shù)相同的變速器，可把換向和變速分別各用一個(gè)二自由度機(jī)構(gòu)，然后再串聯(lián)起來，組成三自由度變速器。圖中FR為換向機(jī)構(gòu)，C為變速機(jī)構(gòu)。

如果整個(gè)變速器的傳動(dòng)比可表示為：

圖7-4串聯(lián)方案那么，令：變速器變速范圍，

換向機(jī)構(gòu)變速范圍

變速機(jī)構(gòu)變速范圍

2/1/20231、采用二自由度傳動(dòng)方案，則2、采用圖a）三自由度傳動(dòng)方案，對于前變速器有：因?yàn)樗?/p>

對于后變速器有：顯然

2/1/20233、采用圖

b）三自由度傳動(dòng)方案，對于前變速器有：但是對后變速器，則有：

由此可見，對由換向機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成的變速器，換向機(jī)構(gòu)應(yīng)放在前面。且令，

即，解得：

2/1/20234、對變速范圍大的變速器，僅把換向部分分出來，還不足以降低其片間相對轉(zhuǎn)速，此時(shí)可將變速部分再分成兩部分串聯(lián)起來，如圖

c）所示四自由度的變速器。式中——分別為A，B的變速范圍；

——A機(jī)構(gòu)中的最大和最小傳動(dòng)比；

——B機(jī)構(gòu)中的最大和最小傳動(dòng)比。那么由于2/1/2023為使整個(gè)變速器得到最小的值，應(yīng)使最后得

2/1/20235.3換檔離合器、制動(dòng)器設(shè)計(jì)一、換檔離合器的結(jié)構(gòu)類型1、組成選擇單離合器：短軸。雙離合器：長軸，外鼓連成一體，裝在同一根軸上。2/1/20232/1/20232/1/20232、連接形式齒輪連內(nèi)鼓，軸連外鼓；齒輪連外鼓，軸連內(nèi)鼓。3、壓緊方式活塞壓緊，（油缸缸筒固定）；油缸缸筒壓緊，（活塞固定）。4、分離方式中央彈簧式周緣彈簧式碟形彈簧式

a）用一個(gè)中心螺旋彈簧，該方案徑向尺寸最??；b）用若干個(gè)布置在摩擦片內(nèi)孔的螺旋彈簧，可得較大的回位力，工作較可靠；c）用若干個(gè)布置在摩擦片外周的螺旋彈簧；d）采用碟形彈簧；而e），f）中的碟形彈簧在壓緊時(shí)還起杠桿作用。2/1/2023二、油缸旋轉(zhuǎn)離心力壓力及措施

離合器液壓缸中的液壓油由于旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生離心壓力pc。在半徑R處取環(huán)形微元，其質(zhì)量dm為：

由于dm的離心力產(chǎn)生的壓力增量dp為2/1/2023對上式積分得離心壓力pc與半徑的關(guān)系

由于pc的作用，在活塞上產(chǎn)生的附加作用力為

2/1/20232/1/2023離心壓力影響的消除方法：

l．增大分離彈簧的壓力

2．在液壓缸或活塞上開泄油小孔

3．減小活塞面積與分布圓直徑

4.采用液壓缸筒移動(dòng)的雙離合器2/1/2023

5．自動(dòng)排油球閥

離心力F始終通過球心沿徑向作用。支座反力N通過球心，垂直于支承面。作用在球上的總的液壓油壓力P1)球閥在關(guān)閉時(shí)，液壓油的壓力P通過球心，沿泄油孔中心方向。2/1/20232)球在打開位置時(shí)，油經(jīng)球和孔之間月牙形通道A排出，由于狹小的通道產(chǎn)生節(jié)流作用，使液壓缸中建立一定的油壓。在略去球體背壓的條件下，液壓油的壓力P在通過球心，沿平行泄油孔的中心方向。3)離合器的操縱壓力解除后，球閥打開前，作用于球體上的油壓力P3

2/1/2023

球的離心力使閥打開，油壓力使閥關(guān)閉。球閥是開還是關(guān)，取決于兩個(gè)力的大小。

球閥在打開狀態(tài)時(shí)，離合器接通壓力油要使其自動(dòng)關(guān)閉的條件：P2cosα

＞Fsinα球閥在打開狀態(tài)下保持關(guān)閉的條件為：P1cosα

＞Fsinα離合器的操縱壓力解除后，要使球閥打開的條件為：P3cosα

＜Fsinα2/1/2023三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2/1/2023

5.4動(dòng)力換檔變速箱的液壓控制系統(tǒng)

一、對變速箱換檔操縱系統(tǒng)的要求

1.離合器結(jié)合平順性對換檔操縱系統(tǒng)的要求換檔平順性的要求，是指從一個(gè)檔位換到另一個(gè)檔位時(shí)，在傳動(dòng)系中僅發(fā)生最小的轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)。采用階梯油缸的換檔離合器

2/1/20232.離合器工作可靠性對換檔操縱系統(tǒng)的要求

1）輪式車輛行走制動(dòng)器與換檔離合器操縱上應(yīng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。這樣既可避免損壞傳動(dòng)系機(jī)件，又可提高車輛制動(dòng)效能和減少制動(dòng)器磨損。2）換檔操縱油路中具有變矩器自動(dòng)閉鎖油路的脫開系統(tǒng)。當(dāng)變矩器過渡到偶合器下?lián)Q檔時(shí)，應(yīng)保證變矩器的閉鎖離合器能自動(dòng)脫開，否則發(fā)動(dòng)機(jī)的巨大慣性力矩將使換檔離合器嚴(yán)重磨損。換檔后還應(yīng)保證變矩器閉鎖離合器可以平穩(wěn)地重新結(jié)合。3）換檔操縱系統(tǒng)最好采用一根變速桿換檔，前進(jìn)、后退分列在空檔位置的兩側(cè)，且分別依次從低速檔過渡到高速檔，從而保證車輛起步后平