毕业设计：液力传动变速箱的设计与仿真

1、江西理工大学应用科学学院毕业设计1绪论1.1研究的目的和意义（1）液力传动变速箱设计是机械工程及自动化专业学生的一次比较完整的某类机械的 整体设计。通过设计，培养学生独立的机械整机的分析能力，树立正确的设计思想，掌机 电一体化产品设计的基本方法和步骤，为自动化机械设计打下良好的基础。（2通过设计，把有关课题（机械原理、机械设计、液力传动、汽车构造、CAD技术、Pro/E ）中获得的理论知识在实际中综合地加以利用，使这些知识得到巩固与发展，使理 论知识与生活密切地结合起来。因此，液力传动变速箱的设计是有关专业基础和专业课后 综合性的专业设计。（3）通过设计，熟练的应用有关参考资料，计算图表、手册

2、、图册和规范，熟悉有关 国家标准，培养学生独立工作与分工合作完成大型设计的能力和在机械整体设计方面所必 备的基本技能。（4）本次设计的具体要求：进行相关的机械、液力传动以及液压控制等方面的理论与 技术研究，开发基于机电一体化的高效、简易、稳定。（5）随着国家经济建设的不断发展，对液力传动变速箱的需求量将逐年大幅度增加， 液力传动变速箱用户对性能要求越来越高。本次设计致力于研究出更加实用、合理的液力 传动变速箱。1.2本课题的主要研究内容本次设计的液力传动变速箱是由液力变矩器和具有前进二档、后退二档共四个档位的 动力换档变速箱组成的液力传动变速箱。设计的主要任务包括总体方案设计、结构与零部 件设

3、计、液压控制部分设计、变速箱的三维建模与运动仿真。液力传动变速箱采用单级二 相三工作轮综合式液力变矩器。液力变矩器使该液力传动变速箱具有液力传动输出的自动 适应性，能随着外负载的变化而相应改变其输出扭矩和转速，而且要求能够吸收和消除来 自发动机和外负载对传动系统的冲击振动。所采用的换档方式要求带有缓冲阀，使操纵简 单、方便，起动平稳，较大地减轻操作者劳动强度。除此之外，还要学会湿式多片式液力离合器的设计方法以及设计液压控制整体的油 路。这样，每个部分协调工作，构成完整的液力传动变速箱。并学会用Pro/E建造部件的三维造型和运动仿真。在设计过程中学会查阅相关技术文献、资料、手册，并进行计算和绘图

4、及编写文本。 在解决工程问题时必须有全局观点、生产观点和经济观点，并树立正确的设计思路和严谨 的工作作风，熟悉机电液一体化技术工作的一般程序和方法。1.3国内外研究现状1.3.1发展概述20世纪80年代中期，液力传动变速箱在国外得以迅速发展，普及率愈来愈高，除了 大排量发动机继续装备液力传动变速箱之外，发动机排量在ZL以下的轿车也大量装备液力传动变速箱，而且不少车型都把它作为标准配置推出。液力传动变速箱在我国一直是处 于十分落后状态，除了 70年代长春第一汽车制造厂曾为红旗牌轿车配置了液力传动变速 箱之后，将近二十多年来，国产轿车从未出现过液力传动变速箱总成。自从20世纪80年代以来，国外大量

5、的现代轿车进人我国市场，特别在一些国际化大都市，装备有液力传动 变速箱的进口轿车迅速增长。随着我国改革开放的进一步深入，国家对汽车工业的投资规 模日益扩大，国内外汽车生产企业对高质量、高水平、高效率的液力传动变速箱的需求越 来越迫切。1.3.2液力传动变速箱的技术发展趋势随着国内汽车市场的发育成长，液力传动变速箱产品型谱逐步细化，产品的针对性越来越强，因此在保证现有液力传动变速箱生产和改进的同时，要充分认识到加入WTO后良好的合作开发机遇，取长补短，同时更应认识到供方、买方、替代者、产品竞争者的巨 大压力。要紧跟重型商用车行业向高档、高技术含量和智能化方向发展的趋势，要紧跟客 车低地板化、绿色

6、环保化、城市公交大型化的发展方向，开发和生产具有自主知识产权、 适合我国国情的重型车用液力传动变速箱。1江西理工大学应用科学学院毕业设计2总体方案的设计2.1液力传动变速箱概述液力传动变速箱已有60多年的历史，目前工业车辆普遍使用的是液力传动变速箱。 人们经常把液力传动变速箱和无级变速箱两个概念混为一谈。实际上这两种变速箱工作原 理完全不同。液力传动变速箱主要利用液力变矩器配合差动轮系齿轮箱实现换挡功能。传动过程 中，液力变矩器中液体分子在高压，高速运动中有相对运动。液力传动变速箱档位少变化 大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。2.2主要技术参数驱动60吨的液力

7、传动变速箱主要设计参数:1)外形尺寸：740X 580x 620mm2)功率：70Kw3)转速：2200r/mi n4)油压：1.21.5Mpa5)力矩：70N.m6)净质量：<400kg7)变速要求：四级2.3工作原理本次设计的液力传动变速箱主要利用液力变矩器配合变速箱中的齿轮实现换挡功能。 液力变矩器由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，泵轮和涡轮是一对工作组合，它们就好似相 对放置的两台风扇，一台风扇吹出的风力会带动另一台风扇的叶片旋转，风力成了动能传 递的媒介，如果用液体代替空气成为传递动能的媒介，泵轮就会通过液体带动涡轮旋转， 再在泵轮和涡轮之间加上导轮，通过反作用力使泵轮和涡轮之间实

8、现转速差就可以实现变 速变矩了。由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大，因此在涡轮后面再串联几排齿轮提 咼效率。液力传动变速箱是通过湿式多片液力离合器限制或接通齿轮组中的某些齿轮得到不 同的传动比。所以换挡品质的好坏与这些离合器和制动器有直接关系。根据汽车挡次的不 同，出于成本考虑，经济型车的液力传动变速箱的控制机构通常被设计得很简单。2.4结构介绍液力传动变速箱是由变速箱、液力变矩器、油泵总成、主调压阀、溢流阀部件、操纵 阀部件和离合器组成。下面逐步介绍各个部件：2.4.1变速箱本次变速箱设计选用斜齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮因其使用寿命长，传动平稳和噪声 小而得到广泛使用。设计要求：变速箱在低档

9、工作时作用有较大的力，所以变速箱的低档布置在靠近轴的 后支承处，然后按照从低档到高档顺序布置各档位齿轮。这样做既能使轴有足够大的刚性, 又能保证装配容易。变速箱整体结构刚性与轴和壳体的结构有关系。通过控制轴的长度即 控制档数，来保证变速箱有足够的刚性。轴的设计：输出轴上的功率 P=70kw，转速n=2200r/min ，转距T=70 Nm2.4.2液力变矩器本次设计的液力变矩器为单级二相三元性结构，选用冲焊型液力变矩器。它有三个工 作轮：泵轮、涡轮、导轮。它直接输入发动机动力传递扭矩和离合作用。通过泵轮将输入 的机械能转变为工作液体的动能、压力能，再经涡轮将液体的动能转变为机械能而输出， 在这

10、一过程中，通过导轮增加了输出力矩。它能根据外载荷的变化自动完成无级变矩、无 级变速的平稳传动，有效衰减了传动中的冲击和震动。根据动力机净标定转速和功率：nb=n db=2200r/min-1， Pdb=70kw。根据液力变矩器的零工况泵轮公称扭矩Mbgo=70n.m进一步确定变矩器的型号为YJH315型 2.4.3油泵总成油泵通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。在发动机运转时，不论 汽车是否行驶，油泵都在运转，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、换挡控制系统 部分提供一定油压的液压油。本次设计中，泵必须安装在变矩器的机壳上，并靠变矩器的输出轴来驱动。如果把泵 直接安装在变矩器的

11、输出轴上，则就回使变矩器变的体积庞大，而且在工艺上也是有很大 的困难。因此我们根据泵的的动力输入方式，可以确定使用齿轮泵，这样实现起来方便而 且效率咼本次设计采用的油泵型式是：月牙型的定量泵。244主调压阀、溢流阀部件调节主回路油压的调压阀称为主调压阀。油泵产生的液压调节后形成主油路压力，作 为整个液压系统中各阀的基础液压。当油泵把油液输送到液压系统时，油泵的输出油压随着发动机的转速增加而升高，过 高的油压可能引起油泵停转或部件损坏。为了防止这种现象发生，在液压系统都设有调压 阀，以调节和保持主回路的油压，起到限压和溢流的作用。2.4.5操纵阀部件操纵阀的作用是通过控制离合器的限制或接通来实现

12、换挡，微动阀的作用是调压。液压式操纵阀由总泵（主缸）、分泵（工作缸）、管路系统、回位弹簧等组成。具有摩擦阻 力小，传动效率高，质量小，布置方便，接合柔和（有助于降低猛接离合器时传动系的动载 荷）。系统刚度好有助于减小自由行程，也便于远距离操纵及采用可翻倾式驾驶室等优点。本次设计选用液压式操纵阀。2.4.6离合器本次离合器设计的要求为摩擦面多，接合平顺柔和；摩擦片浸在油中工作，表面磨损 小、使用寿命长，故选用湿式多片液力离合器，共设计两个离合器，即一个前进离合器和 一个倒挡离合器。湿式多片液力离合器的结构包括：离合器盖、回位弹簧，滚针轴承，摩擦片等部件。 主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接

13、合状态并能传递动力的基本结构，操纵阀是 控制离合器限制或接通的装置。2.5变速箱的三维建模及运动仿真本课题用三维设计软件Pro/E来实现液力传动变速箱的零部件造型和整机造型。并要 求将三维建模转换为工程图，使用 pro/e的工程图功能，我们可以将pro尼制作的模型输出 成图纸的形式。在液力传动变速箱设计过程中，在投入生产之前利用计算机进行装配仿真， 可以发现零、部件设计上的尺寸干涉和结构不合理，及时纠正设计中的不足，避免实际制 造中出现问题，造成浪费和损失。2.6变速箱使用注意事项变速箱在使用和维修保养时必须注意的几个事项为：1油质检查；影响油质的主要原因是油液温度，油液温度过高，将会使油液粘

14、性下 降，性能破坏，堵塞细小量孔，卡滞控制阀门，降低润滑效果，破坏密封部件，进而可能 导致变速箱失效；2、油压检查。车辆运行1000公里后有必要进行测压，把所测的压力值列表和标准压 力值对照来衡量此时变速箱的工作状况；3、液压控制系统漏油检查；4、换档杆位置检查和调整；5、要用指定的耐高温液压油；6、在行驶中可以自由地切换前进挡；7、长时间停车必须使用手刹，否则会破坏液力变速箱的锁止机构;8车子停稳后，再挂入倒挡。2.7本章小结在这一章节里，我们大概了解液力传动变速箱的结构和功能，以及它其中所包含的各 个部件的基本情况。对其工作原理也有了初步的认识，此次液力传动变速箱的设计涉及到 的知识面很广

15、，涉及到了机械制图，机械原理，材料力学，液压传动，汽车理论，以及Pro/E 等方面的知识，可以说是对我大学知识的汇总，也是对我的考验，经过近一个月的努力， 通过查资料和询问老师，我已经掌握了液力传动变速箱的设计方法，知道了做什么，怎么 去做，并确定了当中的尺寸和参数，不过，由于水平有限，其中在所难免会有些小错误， 望各位老师赐教，知道我把这次毕业设计做的更完美。5江西理工大学应用科学学院毕业设计3变速箱设计3.1变速箱传动方案设计.1 冷1-ia1'；6ii|1 111摩播片51 111F1111111L11|11丄一79_ -9辎出轴10-_刹车轴图3 1总体方案图说明：前进一挡：由

16、输入轴经齿轮2和8结合，由输出轴输出；前进二挡：由输入轴经齿轮1和7结合，由输出轴输出；后退一挡：由输入轴经齿轮3和6,过中间轴，又由齿轮5和8,最后有输出轴输出； 后退二挡：由输入轴经齿轮3和6,过中间轴，又由齿轮4和7,最后有输出轴输出； 刹车挡：由刹车轴，经齿轮9和10，最后控制输出轴。表3 1挡位齿数表档位参数前进一挡前进二挡后退一挡后退二挡刹车挡齿数Z2=28Z 1 =48Z 3 =48 Z 6 =48Z 3 =48 Z 6 =48Z9=32Z 8 =48Z 7=28Z 5 =28 Z 8 =48Z 4 =48 Z 8 =48Z10 =32传动比（i ）1.750.561.750.5

17、613.2前进档设计3.2.1前进挡概述由于汽车变速箱各档齿轮的工作情况是不相同的，所以按齿轮受力、转速、噪声要求 等情况，应该将它们分为前进挡工作区和后退档工作区两大类。前进挡工作区：在这个区内的工作特点是行车利用率较高，因为它是汽车的经济性档 位。在高档工作区内的齿轮转速都比较高，因此容易产生较大的噪声，特别是增速传动， 但是它们的受力却很小，强度应力值都比较低，所以强度裕量较大，即使削弱一些小齿轮 的强度，齿轮匹配寿命也在适用的范围内。因此，在前进档工作区内齿轮的主要设计要求 是降低噪声和保证其传动平稳，而强度只是第二位的因素。以下将具体阐述怎样合理选择 设计参数。3.2.2前进挡档数的

18、确定档数多少影响到档与档之间的传动比比值。比值过大会造成换档困难。一般认为比值 不宜大于1.7 1.80因此如最大传动比与最小传动比之比值愈大，档位数也应愈多。对于轿车而言，由于其行驶车速高，比功率大，最高档的后备功率也大，即最高档的动力因素大， 所以其最高档与起动档的动力因素间的变化范围较小。重型货车的比功率更小，使用条件也更复杂，所以一般采用六档至十几个档的变速箱， 以适应复杂的使用条件，从而使汽车具有足够的动力性和良好的燃油经济性。但：本设计为了满足使用要求，挡数设计为：前进为二挡3.2.3前进挡齿轮设计(1) 合理选用模数：在现代变速箱设计中，各档齿轮模数的选择是不同的。但为了经济性和

19、用途的要求， 初选模数：m=4。(2) 合理选用压力角：对于同一分度圆的齿轮而言，若其分度圆压力角不同，基圆也就不同。当压力角越大 时，基圆直径就越小，渐开线就越弯曲，轮齿的齿根就会变厚，齿面曲率半径增大，从而 可以提高轮齿的弯曲强度和接触强度。(3) 合理选用螺旋角：为了保证齿轮传动的平稳性、低噪声和少冲击，所有齿轮都要选择较大的螺旋角，一 般都在30左右。(4) 分析齿顶宽：对于正变位齿轮，随着变位系数的增大，齿顶高也增大，而齿顶会逐渐变尖。所以必 须对齿轮进行齿顶变尖的验算。对于汽车变速箱齿轮，一般推荐其齿顶宽不小于 (0.25-0.4)m。324齿轮强度计算方法概述（1）我国的国家标准

20、局所发表的渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法是参照国际标准化 组织的计算方法所制定的，该方法比较全面地考虑了影响齿轮承载能力的各种因素，现已 成为目前最精确的、综合的齿轮强度计算方法。影响轮齿载荷的各种因素大致可归纳为四个方面，分别用四个系数来修正名义载荷， 这四个系数分别为使用系数 Ka、动载系数Kv、齿向载荷分布系数Kd、齿间载荷分配系数Kw。（2）各种齿轮强度计算方法所采用的动载系数 Kv在形式上有很大的差别，考虑的因 素也不相同。（3） 各种齿轮强度计算方法所采用的齿向载荷分布系数Kd的计算方法各不相同。（4） 各种齿轮强度计算方法所采用的齿间载荷分配系数Kw的处理上有很大差别。（5）由于

21、汽车变速箱的工作特性，使得轮齿的载荷是波动的，对于这种不稳定载荷 的情况。从以上四点可看出国际标准化组织ISO的齿轮强度计算方法是一种比较合理、 精确的 方法，所以在本论文中齿轮的设计计算采用此种方法。齿轮在传递动力时，轮齿处于悬臂状态，在齿根产生弯曲应力和其它应力，并有较大 的应力集中，为使齿轮在预定的寿命期内不发生断齿事故，必须使齿根的最大应力小于其 许用应力。采用30切线法确定齿根危险截面位置，取危险截面形状为平截面，按全部载 荷作用在单对齿啮合区上界点，只取弯曲应力一项，按受拉侧的最大应力建立起名义弯曲 应力计算公式，再用相应的系数进行修正，得到计算齿根的弯曲应力公式。图3 29江西理

22、工大学应用科学学院毕业设计#江西理工大学应用科学学院毕业设计3.2.5前进挡轴的设计第一轴和中间轴：(3 1)d = （0.4 0.5） A, mm第二轴:(3 2)d =1.07 3 Te max， mm式中Temax 发动机的最大扭矩，N m轴的直径d与轴的长度L的关系可按下式选取:第一轴和中间轴：d/L=0.160.18；第二轴：d/L=0.18 0.21。图33轴的设计图3.3倒档设计3.3.1倒档概述由于倒档使用率不高，为了经济性，采用和前进挡一样的设计。为实现倒档传动, 利用在前进档的传动路线中，加入一个中间传动齿轮的方案，也有利用两个联体齿轮 的方案。由于前者结构简单，鼓采用中间

23、传动齿轮实现倒挡。332倒档零件设计图34倒退一挡齿轮图3 5倒车轴3.4刹车档设计由于刹车档使用率不高，一般常采用直齿滑动齿轮方案换入倒档。为实现刹车档传动, 设计刹车挡齿轮，控制刹车轴的输入转距，从而控制输出轴的转动，实现刹车功能。.r1图3 6刹车轴3.5变速箱总体结构图3 7变速箱总装配图3.6本章小结本章很细致的讲解了变速箱的设计与计算过程，这也是本次设计中最复杂，最难的一 部分，因为变速箱是主体。经过我的努力和老师同学的帮助，终于顺利完成了。包括前进 档的设计，倒档和刹车档的设计，计算量比较大，所以要非常仔细，变速箱的顺利完成， 后面的部分将会容易的多了，当然其中难免会有些须错误，

24、忘老师指正。13江西理工大学应用科学学院毕业设计4液力变矩器设计4.1液力变矩器概述液力变矩器是液力传动变速箱最具特点的部件，本次设计的液力变矩器为单级二相三 元性结构，有三个工作轮：泵轮、涡轮、导轮。它直接输入发动机动力传递扭矩和离合作 用。通过泵轮将输入的机械能转变为工作液体的动能、压力能，再经涡轮将液体的动能转 变为机械能而输出，在这一过程中，通过导轮增加了输出力矩。它能根据外载荷的变化自 动完成无级变矩、无级变速的平稳传动，有效衰减了传动中的冲击和震动。4.2液力变矩器的结构与工作原理变矩器的结构包括泵轮、涡轮、导轮和罩轮，泵轮与变矩器壳体连成一体，其内部径 向装有许多扭曲的叶片，叶片

25、内缘则装有让变速器油液平滑流过的导环。变矩器壳体与曲 轴后端的驱动盘相连接。同泵轮一样，涡轮也装有许多叶片。但涡轮叶片的扭曲方向与泵 轮叶片的扭曲的方向相反。涡轮中心有花键孔与变速器输入轴相连。泵轮叶片与涡轮叶片 相对安置，中间有34mm的间隙。导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器安装在与 油泵连接在一起的导轮轴上，油泵安装在变速器壳体上。液力传递过程如下图：液力变矩器15江西理工大学应用科学学院毕业设计图41液力传递过程示意图 泵轮 涡轮导轮泵轮，依次反复循环。涡轮扭矩=泵轮液流冲击涡轮的扭矩+导轮反作用扭矩 液力变矩器的工作原理示意图如下：#江西理工大学应用科学学院毕业设计#江西理工大学

26、应用科学学院毕业设计图42工作原理示意图#江西理工大学应用科学学院毕业设计4.3液力变矩器的设计计算4.3.1液力变矩器的转矩功率计算液力变矩器主要依靠其泵轮来吸收从发动机或输入轴传递而来的功率或转矩。泵轮转矩Tb= p gB?Tfe2D5（4 1）式中 加一一泵轮功率系数转矩系数取决于变矩器的型式和几何形状以及Tb , nB和D所用的单位。对于一组几何相似的液力变矩器在等倾角（运动学相似）工况下时，它是常 数，而当转速比i改变时，则发生变化，即 怡是转速比的函数。上述转矩及功率的计算方程，同样适用于涡轮，其型式为Tt= p grbr2。5（42）利用2b及？t值，可以计算出表示液力变矩器的其

27、他数值。1）变矩比 K=-Tt/Tb=- 2t/ 22）效率 n =Ki二 2t/ Bi求得这些数值以后，可以根据上1），2）式求出转矩系数K及转矩Tb值及Tt值。实际 应用中求输入输出特性来得到。4.3.2液力变矩器循环圆设计1）循环圆形状的选择采用圆形循环圆。2）工作轮在循环圆中的排列位置径流式工作轮从轴面图看，液流沿着叶片半径方向流动。我们按照设计要求和生产方 便采用这种。3）循环圆尺寸的确定a）先确定变矩器有效直径根据动力机净标定转速和功率1nb=n db=2200r/mi nPdb=70kw查液力变矩器系列型谱图，可初步选用有效直径为D=315mm,公称力矩为63n.m的液力 变矩器

28、b）确定循环圆内径通过直径比m=D°/D, D。循环圆内径，D为有效直径。对一般失效变矩比，m=1/3;而对失效变矩比K。要求高的变矩器，m的取值范围为0.40.45。取m=0.4, D° =mD=0.4 315=126。c） 循环圆形状系数a循环圆形状系数a=LL2，L!为循环圆内环的径向长度，L?为 循环圆外环的径向长度。a的取值范围为0.430.55。取a=0.5,计算得L 2 =D-D 0 =315-126=189, L1=a L 2 =94.5。d）循环圆宽度B' =bD。式中B'为循环圆的轴向宽度。一般取值范围为b=0.20.4,取 b=0.3，

29、故 B' =0.3 315=94.5。4.3.3液力变矩器叶片设计叶片设计拟采用环量分配法。直径为315mm的变矩器，对于载重汽车，因功率储备小，动力变化范围大，载荷变化剧烈，故应选取能容较大，具有小正透性（1.0<p<1.3）,高效范围宽（d°.75>2）.零速工况和高效区变矩系数大（k0=2.53.5）以内空载损失小的液力变矩器 直径为315mm的变矩器，采用k°=3.0。本次设计的液力变矩器的装配图如下图所示：图43液力变矩器装配图4.3.4液力变矩器各种性能及其评价1 ）变矩性能：变矩性能是指液力变矩器在一定范围内，按一定规律无级地改变由泵

30、轮轴传至涡轮轴 的转矩值的能力。变矩性能主要由无因次的比特曲线K=Ki来表示。评价性能好坏的指标有如下两种工况，一是i=0时的变矩比值K0,通常称为失效变矩比；二是变矩比K=1时的 转速比i值，以iM表示，通常称做偶合器工况点的转速比，它表示液力变矩器增矩的工况 范围。2）自动适应性能：自动适应性能是指液力变矩器在发动机工况不变或变化很小的情况下，随着外部阻力 的变化，在一定范围内自动地改变涡轮轴上的转矩Tt和转速rr，并处于稳定工作状态的能力。3）经济性能经济性能是指液力变矩器在传递能量过程中的效率。它可以用无因次效率特性n =ni）来表示。4）负荷特性：负荷特性是指它以一定的规律对发动机施

31、加负荷的性能。液力变矩器施加于发动机的 负荷性能完全由泵轮的转矩变化特性决定。5）透穿性能透穿性能是指液力变矩器涡轮轴上的转矩和转速变化时泵轮轴上的转矩和转速相应 变化的能力。4.4液力变矩器的冷却装置设计液力变矩器在工作时，由于能量的损失，会产生很多的热量，这种热量和液力变矩器 传递的功率有关。为了确定冷却所需的循环流量，用以选择冷却器及补油泵的容量，就必须知道变矩器 与传动系的发热量。可得如下结论：液力变矩器的功率损失为发动机额定功率的20%25%;传动系的功率损失约为发动机额定功率的 5%8%；两方面的功率损失之和Ps约为Ps= （1-小）PeN=0.3PeN=0.3X70kw=21kw

32、（43）式中：n液力机械传动的平均效率，取 n £=0.7;PeN-发动机的额定功率1导轮，2涡轮，3泵轮，4背压阀，5压力表，6油温表，7精滤油器,8冷却器，9油泵，10安全阀，11粗滤油器，12油箱图4- 4液力变矩器压力补偿及冷却系统简图4.5本章小结本章介绍了液力变矩器的结构与工作原理及其一些特性，并进行了液力变矩器的设计 计算，包括液力变矩器的转矩功率计算，循环圆设计，叶片设计，还分析了叶片参数对性 能的影响和叶轮上轴向力，在最后，进行了液力变矩器的冷却装置的设计。 通过这次设计, 充分了解了液力变矩器的结构和工作过程与原理。5液压传动部分设计5.1液力传动变速箱油路原理L

33、nn=j19江西理工大学应用科学学院毕业设计图5 1液力传动变速箱总体油路图以上图是从油箱出来的油的部分油路。油液的选用根据变矩器的要求，再根据温度的 要求及工况的要求，选择 6号压力油。油液从油箱出来经过精滤油器过滤杂质，至V齿轮泵。经过泵的加压一部分到了主调压 阀，在那里经过压力调节，送入变矩器。另一部分进入直动式减压阀减压后到达离合器。 从而带动操纵阀工作到达液压缸，实现换档。离合器处于挂档状态，当处于中间位置时， 2个档都没挂上。这样以来，就解决了 2 个换档工作时会互相干扰的问题。而我们在离合器缸中，活塞的两边都加上弹簧，以使它 能准确、迅速的回中间位置。为了简化设计，并达到迅速、准

34、确的换档，我们把液压缸安 装在2根轴上。这样我们可以通过简单的液压缸里的杆的左右运动，实现换档。5.2油泵总成设计油泵安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。 选取齿轮泵的几何排量为QB由几何排量公式有：(5 1)QB=2 二 mz吐二 / 4( Z+2) m 2- ( Z- 2) mh B式中：m齿轮模数；Z齿轮齿数；B 齿轮齿宽。选用内啮合齿轮：外齿轮：Z= 102.5B= 0.1m内齿轮：Z=7m 2.5 B = 0.1mK取 1.01Qb=2二 mZB=二/ 4( Z+2) m - ( Z- 2) M B= 40ml /r J根据变矩器的液压要求，取齿轮泵额定压力为2.5Mpa,

35、最大压力为4 Mpa最低为2 Mpa 容积效率为85%。齿轮泵设计图如下：；变距器输出轴图52泵的过渡配合图通过过度齿轮与变矩器输出啮合来带动齿轮泵，由于变矩器的输出是不断变化的，因 此泵的的输出也是变化的。过度齿轮是用来把泵和变矩器的输出轴隔离开来，以方便泵的 安装，减小变矩器的尺寸。内啮合齿轮泵的输入轴是和过度齿轮同轴的。壳体的设计：为了给过度齿轮和泵的结合设计，很好的保护和防止油液的污染，必须 给其装上外壳。起齿轮边界总高度170毫米，为了给油液的运行留下足够的空间和过度齿轮的运转啮 合，给它两边都留下20毫米的空间。根据对工作状况的分析，和对油液压力的校核，选 择2毫米的锻钢作为机壳。

36、泵的厚度选为20毫米。泵和齿轮被密封在壳体里，可以最大限度的保护泵的工作， 并且由于壳体呈扁圆形状，可以很好的节省空间，为变矩器设计的小型化有很大的帮助， 该壳体装在变矩器的壳体。5.3主调压阀、溢流阀部件主调压阀是将油泵产生的液压调节后形成主油路压力，作为整个液压系统中各阀的基 础液压，可通过主油路压力检测口测量出主油路压力。由于主调压阀是为变矩器调压的， 而变矩器的进口压力为 0.45MPA-0.7MPA之间的。因此必须在以上的主调压阀的基础上进 行适当的改进，就可符合设计要求。根据主调阀压力的调节的关系，取弹簧的劲度系数为：K=1.1107N/M节流孔油压为S=:0.2X=40如下图设计

37、：0.2MPA(0.0440.044 ) - (0.02-0.02 ) =153610-6253106(0.03 )二 +1.110 X=1.53610-二 Pmm即该弹簧预留压紧长度为40 mm至变矩器弹簧u a u u ul节流孔回油箱图53主调压阀油输入口5.4本章小结在本章中，通过对液力传动变速箱油路原理进行了细致的分析，了解了变速箱的油路过程，更加熟悉了液力传动变速箱的具体结构和原理。而后进行了油泵总成的设计和主调 压阀、溢流阀部件的设计，虽然它们都是小部件，可对整个液力传动变速箱而言，可以说 是至关重要的。21江西理工大学应用科学学院毕业设计6离合器（专题部分）6.1引言按动力传递

38、顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。 顾名思义，离合器是“离” 与“合”矛盾的统一体。离合器种类繁多，根据工作性质可分为：（1 ）操纵式离合器；（2）自动式离合器。随着汽车发动机转速和功率的不断提高人们对离合器的要求越来越高，提高离合器的 可靠性和使用寿命已成为离合器的发展趋势图6 1离合器工作示意图本次设计的离合器选用湿式多片液力离合器。湿式多片液力离合器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热图62离合器的组成元件6.2离合器的功能与要求离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递。（1）汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；（2）在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速

39、器中换挡齿轮之间的冲击；（3）限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；（4）有效地降低传动系中的振动和噪声。为了保证离合器具有良好的工作性能，对离合器设计提出如下基本要求：1）能在任何行驶情况下，可靠地传递发动机的最大扭矩。2）接合平顺、柔和。即要求离合器所传递的扭矩能缓和地增加；3）分离迅速、彻底；4）从动盘的转动惯量小；5）有良好的吸热能力和通风散热效果，保证离合器的使用寿命。6）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的能力。7）操纵轻便，以减少驾驶员的疲劳；8）作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小;9）应有足够的强度和良好的动平衡；

40、10）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。6.3离合器的结构方案的确定6.3.1摩擦离合器的基本组成和工作原理21.曲轴2.从动轴（变速器一轴）3.从动盘4.飞轮 5.压盘 6.离合器盖 7.分离杠杆 8.回位弹簧9.分离轴承和分离套筒10.回位弹簧11.分离叉12.离合器踏板13.分离拉杆 14.拉杆调节叉 15.回位弹簧 16.压紧弹簧17.从动盘摩擦片18.轴承图63摩擦离合器的基本组成基本组成包括：主动部分：飞轮、离合器盖、压盘从动部分：从动盘、从动轴压紧机构：压紧弹簧操纵机构：离合器踏板、分离拉杆、分离叉、分离套筒、分离轴承、分离杠杆等主、从动部分和压紧机构是保证离合器

41、处于接合状态并能传递动力的基本结构，操纵 机构是使离合器主、从动部分分离的装置。离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质（液力 偶合器）来传递转矩，使两者之间可以暂时分离和接合， 在传动过程中又允许两部分相互转 动。发动机发出的转矩，通过飞轮及压盘与从动盘接触面的摩擦作用，传给从动盘。当驾 驶员踩下离合器踏板时，通过机件的传递，使膜片弹簧大端带动压盘后移，此时从动部分 与主动部分分离。1飞轮；2从动盘；3和7踏板；4压紧弹簧；5 从动轴；6从动盘毂图64摩擦离合器工作原理1）接合状态飞轮、压盘、从动盘三者在压紧弹簧的作用下压紧在一起，发动机的转矩经飞轮、压 盘通过

42、摩擦力矩传至从动盘，再经从动轴（变速器的第一轴）向变速器传递动力。2）分离过程踩下离合器踏板，分离拉杆右移，分离叉推动分离套筒左移，通过分离轴承使分离杠 杆内端左移、外端右移，使压盘克服弹簧右移，离合器主、从动部分分离，中断动力传动。3）接合过程缓慢抬起踏板，压盘在压紧弹簧的作用下逐渐压紧从动盘，传递的转矩逐渐增加，从 动盘开始转动，但仍小于飞轮转速，压力不断增加，二者转速逐渐接近，直至相等，打滑 消失，离合器完全接合。6.3.2离合器的结构方案分析（1）从动盘数的选择单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小, 在使用时能保证分离彻底、接合平顺。双片离合器与单片

43、离合器相比，由于摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大； 一般用在传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。多片离合器多为湿式，接合更加平顺柔和；摩擦片浸在油中工作，表面磨损小，摩擦表面温度较低、磨损较小、使用寿命长，主要用于重型牵引车和自卸车上。现在汽车上的变速箱的离合器多为湿式多片离合器，因为片式摩擦元件有以下一些优 点:传递的转矩大，可通过增加片数来提高摩擦扭矩；（2）布置方便；（3）摩擦元件的受力情况 与旋转方向无关；（4）压力分布均匀，磨损均匀；（5）不用专门调整摩擦片间隙的装置。湿式离合器以下特点：1）湿式离合器用油冷却摩擦片，有较快的散热速率；2）湿式离合器接合时，缸内离心油压影响

44、压紧力和储备系数。分离时离心油压仍然作 用于活塞上；3）湿式离合器对摩擦材料和润滑油有专门的要求；综上所述故选用湿式多片离合器。（2）离合器结压盘的选择离合器有摩擦式，电磁式，液力式。摩擦式应用广泛。摩擦式工作表面形状包括锥形、 鼓形和盘形，锥形和鼓形其从动部分转动惯量太大，引起变速器换档困难，且结合不够柔 和，易卡住。故选择盘形摩擦式离合器。（3）压紧弹簧和布置形式的选择1）周置弹簧离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧，采用若干个螺旋弹簧作压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布，同时有若干个分离杠杆也是圆周分布。其特点是结构简单、制造容 易。2）中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压

45、紧弹簧，并 且布置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。此结构多用于重型汽车上。3）斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传力盘上，并通过压杆作用在压盘上。它 的显著优点是在摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变4） 膜片弹簧离合器是以膜片弹簧作为压紧弹簧的。如图65所示： 它的优点为：1）膜片弹簧具有较理想的非线性特性；2）膜片弹簧轴向尺寸小径向尺寸大结构简单，零件数目少，质量小，可靠性高；3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定，平衡性好；4）膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，摩擦均 匀，故能在从动盘摩擦片磨损后，仍能可靠地传递发动机的转矩，而不致

46、产生滑磨：5）易于实现良好的通风散热，维修保养方便，使用寿命长；6）有利于大批量生产，降低制造成本。近年来，膜片弹簧离合器不仅在轿车上大量采用，而且在轻、中、重型货车上也被广 泛米用。图65膜片弹簧离合器故选用膜片弹簧离合器（4）分离时离合器受力形式选择拉式膜片弹簧需专门的分离轴承，结构较复杂，安装和拆卸较困难，且分离行程略比 推式大些：推式摸片弹簧结构简单，安装拆卸较简单。故结合本设计的特点，选用推式膜片弹簧（5）膜片弹簧支承形式的选择推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同分为三种：（1）双支承环形式。如下图。图a用台肩式铆钉将膜片弹簧、两个支承环与离合器盖定位铆合在一起，结构简单， 是早已采

47、用的传统形式；图b在铆钉上装硬化衬套和刚性挡环，可提高耐磨性和使用寿命，但结构较复杂；图c取消了铆钉，在离合器盖内边缘上伸出许多舌片，将膜片弹簧、两个支承环与离 合器盖弯合在一起，使结构紧凑、简化、耐久性良好，因此其应用日益广泛。a）b）c）图66推式膜片弹簧双支承环形式（2）单支承环形式。在冲压离合器盖上冲出一个环形凸台来代替后支承环（图6-7a）27江西理工大学应用科学学院毕业设计（图6-7b），以消除膜片弹簧与支承环使结构简化，或在铆钉前侧以弹性挡环代替前支承环 之间的轴向间隙。bi29江西理工大学应用科学学院毕业设计图6 7推式膜片弹簧单支承环形式（3）无支承环形式。利用斜头铆钉的头部

48、与冲压离合器盖上冲出的环形凸台将膜片 弹簧铆合在一起而取消前、后支承环（图6-8a）;或在铆钉前侧以弹性挡环代替前支承环， 离合器盖上环形凸台代替后支承环（图6-8b），使结构更简化；或取消铆钉，离合器盖内边 缘处伸出的许多舌片将膜片弹簧与弹性挡环和离合器盖上的环形凸台弯合在一起（图 6-8c），结构最为简单。a）bc）图6 8推式膜片弹簧无支承环形式所以选用双支承环形式。（6）压盘驱动形式选择压盘的驱动方式主要有凸块一窗孔式、销钉式、键块式和传动片式。前三种的共同缺 点是在联接件之间都有间隙，在驱动中将产生冲击和噪声，在零件相对滑动中有摩擦和磨 损，降低了离合器传动效率。传动片式是近年来广泛

49、采用的结构，传动片的弹性允许其作 轴向移动。此结构中压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，使用可靠，寿命长，一般采 用咼碳钢。故选择传动片式。（7）扭转减振器的选择它能降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率，增加 传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振。故要有扭转减振器。(8) 离合器的操纵机构选择机械式质量大，机械效率低，远距离操纵时布置较困难，寿命短，用于轻形车；气 压式突出优点只是操纵轻便；液力式传动效率高，质量小，布置方便，离合器接合较柔和, 可降低猛接离合器时传动系的动载荷， 它不仅用于中、小型车，在重型汽车上也日益增多。故选择液力

50、式。综上所述，本次离合器设计采用湿式多片式液力离合器。下面着重讲解湿式多片式液 力离合器。6.4湿式多片式液力离合器的结构与工作原理6.4.1结构介绍湿式多片液力离合器是液力传动变速箱中最重要的换挡执行元件之一，它由离合器 鼓、离合器活塞、回位弹簧、弹簧座、1组钢片、1组摩擦片、调整垫片、离合器毂及几 个密封圈组成。多片离合器包括一个或多个回位弹簧、回位弹簧座、油封、一个或多个压盘和挡圈。对多片离合器分离状态时的摩擦片和钢片的间隙，各种不同型号的变速箱的标准不尽相 同，通常在1.8-2.2mm之间。离合器的活塞回位弹簧有三种：中央一个大螺旋弹簧；周边布置几个小螺旋弹簧；一 个蝶形弹簧。其中周置

51、数个小螺旋弹簧的结构为最多。 设置回位弹簧的目的是让活塞回位。湿式多片式离合器是利用液压压力来驱动齿轮。当离合器结合时，离合器活塞内的液 压使一组螺旋弹簧零件受力，这将驱使一组离合器盘和摩擦盘压在固定的压力盘上。摩擦 片内缘处有内花键齿，以便与离合器鼓上的外花键相啮合。离合器鼓与齿轮组相连，这样 就可以接受传递过来的力。为分离离合器，离合器活塞中的液压就会降低，在弹簧的作用 下，离合器就会分开。下图为湿式离合器结构图：图69湿式离合器结构图湿式多片液力离合器作为换档执行装置。这种换档离合器因位于变速箱内部，径向尺 寸受到严格限制，而传递的转矩又很大，故做成多片式。(图610)610湿式多片换挡

52、离合器结构图642工作原理湿式多片式液力离合器装在液力变速箱的输入轴上，通过控制阀将压力油分配给前进 或后退离合器，实现前进、后退换挡。当液压控制系统将作用在离合器液压缸内的液压油的压力解除后，离合器活塞在回位 弹簧的作用下压回液压缸的底部，并将液压缸内的液压油从进油孔排出。此时钢片和摩擦 片相互分离，两者之间无压力，离合器鼓和离合器毂可以朝不同的方向或以不同的转速旋 转，离合器处于分离状态。离合器处于分离状态时，其液压缸内仍残留有少量液压油。由于离合器鼓是和变速箱 输入轴某一基本元件一同旋转的，残留在液压缸内的液压油在离心力的作用下会被甩向液 压缸外缘处，并在该处产生一定的油压。若离合器鼓的

53、转速较高，这一压力有可能推动离 合器活塞压向离合器片，使离合器处于半结合状态，导致钢片和摩擦片因互相接触摩擦而 产生不应有的磨损，影响离合器的使用寿命。为了防止这种情况出现，在离合器活塞或离 合器鼓的液压缸壁面上设有一个由钢球组成的单向阀。当液压油进入液压缸时，钢球在油 压的推动下压紧在阀座上，单向阀处于关闭状态，保证了液压缸密封；当液压缸内的油压 被解除后，单向阀钢球在离心力的作用下离开阀座，使单向阀处于开启状态，残留在液压 缸内的液压油在离心力的作用下从单向阀的阀孔中流出，保证了离合器的彻底分离。当离合器处于结合状态，互相压紧在一起的钢片和摩擦片之间要有足够的摩擦力，以 保证传递动力时不产

54、生打滑现象。离合器所能传递的动力的大小主要取决于摩擦片的面 积、片数及钢片和摩擦片之间的压紧力。钢片和摩擦片之间压紧力的大小由作用在离合器 活塞上的液压油的油压及活塞的面积决定。当压紧力一定时，离合器所能传递的动力的大 小就取决于摩擦片的面积和片数。湿式多片液力离合器是利用液压压力来驱动齿轮。当离合器结合时，离合器活塞内的液压使一组螺旋弹簧零件受力，这将驱使一组离合器盘和摩擦盘压在固定的压力盘上，油 压的建立是由变速箱控制的。摩擦片内缘处有内花键齿，以便与离合器鼓上的外花键相啮 合。离合器鼓与齿轮组相连，这样就可以接受传递过来的力。为分离离合器，离合器活塞 中的液压就会降低，在弹簧的作用下，离合器就会分开。湿式多片液力离合器有前进、倒退两个离合器，前者工作时后者则分离。整个离合器 采用齿轮结构，这样可使整个变速箱结构更紧凑。前进时，油缸推动离合器压盘使前进离 合器接合，动力经从动片输出：倒退时，倒退离合器接合，此时将倒退离合器从动片固 定。湿式多片液力离合器工作原理如图6-11所示。HH1.输入轴2.内行星齿轮3.外行星齿轮4行星架5行星加齿圈6.倒挡离合器主动片7.倒挡离合器从动片8.前进离合器从动片 9.前进离合器主动片 10.太阳轮图611湿式离合器工作原理示意前进离合器和一个倒挡离合器的工作