第2章液压辅助动力装置总体设计

-PAGEIII-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-PAGEII-摘要随着科学技术的发展和人们生活品质的提高，汽车在人们的出行中扮演者越来越重要的角色。但另一方面，汽车的大量使用也带来了许多不容忽视的问题，首当其冲的就是环境污染和能源大量消耗的问题。节能环保型汽车恰恰可以减轻环境污染和减少能源的消耗，而其中混合动力汽车最具有发展前景。混合动力有电动混合和液压混合动力两种，其中液压混合动力技术是指在不改变传统车辆底盘结构形式和发动机的前提下，通过在地盘上另外装配一套液压再生驱动系统，使大部分在制动过程中被消耗掉的制动能量被有效的回收储存，并在车辆起步和加速时释放这些被回收存储的能量，以此达到减少油耗、降低排放、减小发动机和制动器的磨损的技术。由于底盘上加装的液压系统的液压泵/马达的转速与发动机转速的差异，因此在实际车辆中需要开发出能够调整液压泵/马达转速的变速装置。本次毕业设计的题目是设计液压混合动力车辆中液压辅助动力装置转矩耦合器，使耦合器具有一种输入转速和两种输出转速。耦合器采用液压控制来实现两种不同的传动比。本研究对于减少能源消耗，开发液压混合动力车辆具有很大的使用价值。关键词液压混合动力汽车；液压节能驱动系统；转矩耦合器；液压泵AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnologyandtheimprovementofpeople'squalityoflife,automobilehasbecomeanindispensablemeansforpeopletotravel.Butontheotherhand,theextensiveuseofautomobilesalsobringsmanyproblemsthatcannotbeignored,thefirstisenvironmentalpollutionandenergyconsumption.Energy-savingandenvironment-friendlyvehiclescanreduceenvironmentalpollutionandenergyconsumption,amongwhichhybridelectricvehicleshavethemostdevelopmentprospects.Therearetwokindsofhybridpower,electrichybridandhydraulichybrid,inwhichthehydraulichybridpowertechnologymeansthat,withoutchangingthetraditionalvehiclechassisstructureandengine,anadditionalsetofhydraulicpressureisassembledonthesite.Thebiodrivesystemallowsmostofthebrakingenergyconsumedduringbrakingtobeeffectivelyrecycledandstored,andreleasedasthevehiclestartsandaccelerates,therebyreducingfuelconsumptionandemissions.Techniquesforreducingwearofenginesandbrakes.Becauseofthedifferencebetweenthespeedofhydraulicpump/motorandenginespeedofhydraulicsysteminstalledonchassis,itisnecessarytodevelopaspeedchangingdevicewhichcanadjustthespeedofhydraulicpump/motorinactualvehicle.Thetitleofthisdeviceinhydraulichybridelectricvehicle,sothatcouplerhasoneinputspeedandtwokindsofspeedOutputspeed.Thecoupleradoptshydrauliccontroltorealizetwodifferenttransmissionratios.Thisresearchhasgreatapplicationvalueforreducingenergyconsumptionanddevelopinghydraulichybridelectricvehicle.Keywordshydraulichybridelectricvehicle,hydraulicenergysavingdrivesystem,torquecoupler,hydraulicpump/motor-PAGEVII--绪论混合动力车辆的发展现状随着能源危机和环境危机的不断加重，汽车行业也不得不根据新的市场需求，开发出各种节能的汽车，但是电动汽车存在制造成本高以及电池本身的污染等问题，使得电动汽车的发展受到了阻碍。而混合动力汽车就避免了电动汽车的缺点。在现阶段混合动力汽车具有良好的发展前景。国外发展现状上个世纪90年代以来，混合动力汽车由于其较强的可实施性而成为了许多著名汽车生产商的重点研究对象，在研究混合动力汽车的国家中，日本实力最强。日本生产的混合动力汽车占据了美国市场的主导地位，中国近年来也在大力发展混合动力汽车，并取得了许多突破性的成果。二十世纪七十年代末和八十年代初，美国和德国的汽车公司开始研究公共汽车节能的问题，静液压传动的飞轮蓄能的电力复合驱动降低油耗更多，可提高汽车的加速性能。后来，液压和电动技术的成熟使车辆的耗油量大大的降低，而且使车辆的污染物排放量大大的减少了，更加的符合了节能环保的要求。除此之外，美国的通用福特、克莱斯勒子在九十年代中期与美国能源部投资了上亿美元用于开发混合驱动汽车，最近俄罗斯专家考虑用电容器储能装置研究混合动力汽车，优点是质量功率大，且能在极短的时间内存储和释放能量。随着世界石油资源的紧张，价格的上涨，对于环保要求的越来越高，混合动力是今后汽车节约能源的一种发展趋势。据报道，最近瑞士科学家研制了一种新型的节能环保汽车，它是世界上目前最节省燃料的汽车。国内发展现状目前，我国混合动力汽车的开发和研制也取得了很大的进展，但是以运行的车辆整体为研究对象，通过回收储存汽车在运行的过程中损失的机械能予以再利用，从而降低能耗和减轻环境污染的设计还很少，而该系统具有调节方便，可对多种参数进行控制等优点。华中科技大学研制成功了一种新型的电动节能轿车，据介绍，这种车辆的传动取消了离合器，不需要手动变速，其动力源是高性能的锂离子电池。这种汽车具有电机能量回收制动系统和机械制动系统，一次能量供给可以行驶二百五十公里，能够适应各种道路状况，具有运行平稳，自动调速，快速响应，节能环保等优点。现在建立资源节约型环境友好型社会已经成为了热门话题，绿色环保已经成为一种产品的价值追求和市场要求。发展节能环保型汽车是一件鱼与熊掌兼得的事，不仅能够缓解资源短缺的压力，又能够促进国民经济的快速发展。混合动力汽车的原理以前的车辆完全依靠纯机械的操作系统，在车辆怠速、刹车和下坡时由于机械摩擦等原因都会损失大量的能量。将汽车减速制动时损失的机械能加以回收储存，发动机处于怠速状态，在汽车爬坡，起步，加速的情况下释放这些能量，充当辅助动力与发动机一起更多的时间在经济状态下运转。串联式混合动力中，液压辅助系统的作用实际上是用来平衡电动机的输入功率和发动机的输出功率。并联式混合动力则是指由发动机和电动机共同驱动汽车。混联式结构具有以上两种结构的特点。耦合器的设计内容设计要求耦合器有2种速比（1.5和3），适配满载车重4t，常用车速50km/h，最高车速90km/h。工作内容1、设计具有两种速比的耦合器；2、设计液压辅助动力装置并计算参数。液压辅助动力装置总体设计液压辅助动力装置是混合动力汽车的重要组成部分，其作用是通过对车辆在制动时的制动动能加以回收和储存，从而达到降低能耗，减少环境污染的目的。液压辅助动力装置主要包括液压蓄能器，液压马达/泵，耦合器，发动机，整车控制器及其它辅件组成。液压辅助动力装置结构形式的选择液压混合动力装置分为三种，串联式结构、并联式结构和混联式结构。串联式液压混合动力结构形式如图2.1所示，串联式结构由二次元件，变速器，离合器，变量泵液压蓄能器，发动机等组成，当车辆加速或启动时，二次元件6作为液压马达，将变量泵2的压力能转换为机械能输出，有的时候发动机1和变量泵2也可以集成在一起工作。当车辆制动时，二次元件6作为液压泵将制动动能储存在液压蓄能器中，待车辆加速或爬坡时释放，使发动机始终处于经济的工况下，但串联结构中环节较多，各个环节都有功率损失，因而总的效率也比较低。图2.1串联式液压混合动力原理图2.1.2并联式液压混合动力结构形式并联式混合动力车辆的结构形式如图2.2所示，与串联式不同的是其在变速器后面增加了一个转矩耦合器，这样就使得该系统有多种动力输出方式，该系统的动力输出可以分别单独由发动机和变量泵输出，也可以通过耦合器把发动机与变量泵的输出耦合后输出，这样就可以在发动机和变量泵功率很低时得到大功率的输出。当车辆低速行驶时也可以由蓄能器释放的能量来驱动车辆前进。图2.2并联式液压混合动力原理图2.1.3混联式液压混合动力结构形式混联式混合动力车辆的结构形式如图2.3所示，它是串联式和并联式结构的综集合，发挥两种结构形式的优点，但是混联式的结构形式过于复杂，而且控制困难，生产成本会非常的高。在以上结构形式中，并联式混合动力车辆是在传统车辆其它结构基本保持不变的的基础上加装一套液压辅助动力系统，因此可以直接在汽车的地盘上进行改造，，改装起来相对容易，成本低，且因为并联式本身的结构优点，所以本文决定采用该结构形式。图2.3混联式液压混合动力原理图液压泵/马达液压泵/马达的工作原理传统车辆在减速过程中是通过车轮与摩擦片的摩擦，将车辆的动能和势能转化为摩擦热来达到减速的目的的，这种制动方式加速了制动系统的失效，而且没有将制动动能得到合理的利用。混合动力车辆则通过利用能够在四象限工作的液压泵/马达将车辆的制动动能和势能进行回收转化，使之变为蓄能器中存储的液压能。通过这种能量的回收再利用方式，将传统车辆浪费掉的制动能量回收，在车辆起步，爬坡，加速时迅速反馈给车辆，可达到节能的效果，同时也为车辆提供了更大的动力。控制元件作用下，使其在液压马达和液压泵之中转化，当车辆发生制动时，二次元件就作为液压泵，将制动动能转化成液压能存进蓄能器中。当车辆加速，爬坡时，二次元件作为液压马达，由液压能转换为机械能使车辆前进，蓄能器也将释放储存的液压能从而为车辆提供更大的动力。液压泵/马达的选择根据本次设计需要，选取一款内斯曼力士乐公司的液压泵/马达装置。其型号为A4VS0250DS1。机构如图2.4。图2.4A4VSO250DS1液压泵/马达此液压泵/马达的排量为，闭环控制，最高转速为，重量为。蓄能器的选择图2.5NXQ囊式蓄能器根据设计需求决定选用蓄能器类型为NXQ囊式蓄能器，其型号为NXQ-16/31.5-L-Y。此囊式蓄能器的结构如上图2.5所示。表1-1NXQ囊式蓄能器基本参数容积/L公称压力/MPa连接方式1631.5螺纹连接液压蓄能器是液压系统中不可缺少的液压辅助元件，它具有稳定压力，减小脉动，存储能量，吸收冲击，补偿容量和补偿泄露等作用。其工作原理很简单，蓄能器内有一个装有气体的气囊，当液压泵将低压液压油加压进蓄能器的罐体时，气囊内内的气体被压缩，气体压力升高，能量被存储起来，当需要释放时，压缩的高压气体膨胀将液压油挤出并推动液压马达旋转，从而将存储的能量释放出来。本章小结本章主要介绍了液压混合动力辅助装置串联，并联，混联三种不同的结构形式，根据其各自的优缺点最终选择了效率高，结构简单，易于改装的并联式结构形式。其次，还介绍了液压混合动力装置的主要元件——液压泵/马达和蓄能器它们各自的工作原理，而且对它们的型号进行了合理的选择。耦合器的设计整体设计本次设计的耦合器有两个档位，传动比分别为1.5和3，输入轴的转速为、输入转矩为。耦合器的示意图如图3.1所示，因为该耦合器中的两个液压离合器需要在轴上有油路，且为了使输入轴的转向和输出轴的转向一致，所以设计了一对传动比为1:1的齿轮将车桥主轴的动力传到II轴上，II轴和III轴上都装有一个液压离合器，离合器的离合通过控制器进行控制，并保证两个离合器不能同时结合。图3.1耦合器传动示意图如上图3.1所示，车桥主轴的动力传到I轴，经过1:1的齿轮传动传到了II轴，II轴上与离合器结合时，III轴上与齿轮相连的离合器分开，III轴上与离合器相连的大齿轮空转，III轴的输出转速。当II轴上的离合器分离时，III轴上的离合器结合，此时II轴上与离合器相连的大齿轮空转，III轴的输出转速。齿轮的设计传动比为的齿轮设计计算齿轮材料选择：小齿轮：35CrMo调质+表面淬火HRC45~55大齿轮:40Cr调质+表面淬火HRC48~55按照中等质量等级(MQ级)要求,查机械设计手册得到大齿轮和小齿轮的齿根弯曲疲劳极限及其基本值和两齿轮的齿面接触疲劳极限如下：此设计齿轮是闭式硬齿面，所以需按齿根弯曲疲劳强度设计，接下来校核齿面接触疲劳强度。运用人字齿公式设计计算，据齿根弯曲疲劳强度来初步确定齿轮的模数：(3-1)式中：k为载荷系数，它是考虑到载荷分布不均产生的综合影响系数，取k=1.4；为保证不发生根切且传动平稳连续，现取小齿轮齿数,因此大齿轮的齿数：（3-2）；（3-3）复合齿形系数为:依据、、、、等条件，查图机械设计手册得。齿宽系数:；，那么大齿轮的许用弯曲应力为：（3-4）将上面确定的参数带入公式（3-1）：取；中心距为：（3-5）；：（3-6）；校核齿面接触疲劳强度：（3-7）确定公式（3-7）中的各个参数：分度圆上的圆周力：（3-8）使用系数:因为工作装置载荷平稳，故查机械手册取。动载荷系数：（3-9）；由齿轮的圆周速度及增速器的用途，查表取齿轮的,。将相关的参数值代入式（3-9）得：查表得齿轮的齿向载荷分布系数：（3-10）：：表3-1齿间载荷分配系数,精度等级组567895级以下经表面硬化的直齿轮1.01.11.2经表面硬化的斜齿轮1.01.11.21.4未经表面硬化的直齿轮1.01.11.2未经表面硬化的斜齿轮1.01.11.21.4节点区域系数：按照，查机械设计手册得：；根据大小齿轮的材料，查表3-2得材料弹性系数；表3-2材料弹性系数小齿轮材料大齿轮材料钢铸铁球墨铸铁铸铁锡青铜铸锡青铜织物层压朔料钢铸钢球墨铸铁铸铁189.8188.9188.0181.4180.5173.9162.0161.4156.6143.7159.8155.056.4：当量齿数计算：，，，查机械设计手册有：,有因为、，查机械设计手册纵向重合度按、、查机械设计手册有；将确定后的数值带入公式（3-7）中有：确定安全系数：（3-11）应力循环次数：（3-12）将系数带入式（3-12）中：：根据计算出的循环次数值，查机械设计手册可知接触强度的计算寿命系数：、：。工作硬化系数。选取尺寸系数：查图3.2可得。图3.2接触强度计算的尺寸系数将求出的数带入（3-11）中去，确定出安全系数：；由以上步骤可得出齿轮的齿面接触强度符合其安全要求。知齿根弯曲疲劳强度公式为：(3-13)。：根据、、、、查图3-4可知：、。重合度与螺旋角系数：根据、等数据可以通过查找机械设计手册得。把所求出的数带入式（3-13）中：安全系数：（3-14）上面公式中：寿命系数可据、查找机械设计手册得、。相对齿根圆角敏感系数：由和都大于1.5，查下表3-3可知：表3-3相对齿根圆角敏感系数齿根圆角参数范围值疲劳强度计算时静强度计算时110.950.7尺寸系数查图3.3可知：。图3.3尺寸系数将上述所求出数据代入安全系数计算公式（3-14）可知：选取高可靠度由于，故安全。根据上面的计算可知，传动比为i=1.04的齿轮设计符合要求，齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度均符合要求。整理计算得到的结果汇总成表3-4：表3-4传动比为1.04的齿轮设计参数名称符号计算公式及参数选择螺旋角分度圆直径齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径中心距190.526m传动比的齿轮设计计算材料的选择：大齿轮：40Cr调质+表面淬火HRC48~55小齿轮：35CrMo调质+表面淬火HRC45~55按照中等质量等级(MQ级)要求,查图表得到大齿轮和小齿轮的齿根弯曲疲劳极限及其基本值和两齿轮的齿面接触疲劳极限为：由于设计的齿轮为闭式硬齿面，所以应该按照齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。采用人字齿公式进行设计计算，并依据齿根弯曲疲劳强度来初步确定齿轮的模数：载荷系数k：它是考虑到载荷分布不均产生的综合影响系数，取；：：，；：、、、查图3-4知。取值:；：；把上面确定的参数带入公式（3-1）里：取；把上面的数值带到中心距a的计算公式（3-5）里：：故：经校核齿轮安全。将以上计算结果汇总成表3-5。表3-5传动比为1.52的齿轮设计参数名称符号计算公式及参数选择螺旋角分度圆直径齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径中心距180.133mm传动比的齿轮设计计算材料的选择：大齿轮：40Cr调质+表面淬火HRC48~55小齿轮：35CrMo调质+表面淬火HRC45~55按照中等质量等级(MQ级)要求,查图表得出大小齿轮的齿根弯和两齿轮的齿面为：因为设计闭式硬齿面齿轮，所以应按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。采用人字齿公式进行设计计算，并依据齿根弯曲疲劳强度来初步确定齿轮的模数：；载荷系数k：它是考虑到载荷分布不均产生的综合影响系数，取k=1.4。：,则大齿轮的齿数为：；根据一对相互啮合的齿轮的齿数；初取螺旋角：根据、、、，查图3-4知。取值：。：，那么大齿轮的许用弯曲应力为：；将上面确定的参数带到公式（3-1）里：，取依据中心距a的计算公式（3-5）：；：故：经校核齿轮安全。把以上的结果汇总后得到表格3-6如下：表3-6传动比为3.11的齿轮设计参数名称符号计算公式及参数选择螺旋角分度圆直径齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径中心距180.133mm轴的设计输入I轴的设计1.轴的材料的选择耦合器的I轴所承受的转矩最大，为了使轴的结构尺寸尽可能的小且满足强度要求，因此决定选用40CrNi作为输入轴的材料。40CrNi的各项力学性能指标由机械手册查得为：QUOTEσb=900Mpa,σs=735Mpa,σ-12.轴直径的初步估算，最大转速为，。可用以下公式估算轴的最小直径：（3-15）将数值代入（3-15）中，。3.轴的结构设计（1）确定轴的各段直径和长度考虑到I-II轴段左端需要加工出一轴肩用于定位，并考虑到轴承端盖中密封圈的内径尺寸，，因为轴和半联轴器相配合部分孔的长度是82mm，为使轴向固定准确可靠，故取Ⅰ-Ⅱ段轴的长度为80mm，Ⅲ-Ⅳ段轴上需要安装挡油环，轴承，轴套，根据这些零件尺，长度为45mm。Ⅳ-Ⅴ段需要做齿轮的轴向及周向固定，，根据齿轮的轮毂宽度可知此段轴的长度为88mm。Ⅶ-Ⅷ段与Ⅲ-Ⅳ相同，Ⅷ-Ⅸ与Ⅱ-Ⅲ相同，Ⅸ-Ⅹ段与I-II结构相同。（2）轴上零件的周向定位本设计考虑具体情况决定采用平键中的A型普通平键连接方法。根据齿轮的轮毂宽度和键所在的轴的截面尺寸，通过机械手册查得平。选择轴与齿，保证二者配合具良好的对中性；采用过渡配合来保证轴与滚动轴承的周向定位，此处选。4．按弯扭合成强度条件计算根据所确定的机构简图，。由此求得轴上各段所受的弯矩扭矩。画出轴受力的简图为便于计算，把轴所受的作用力分解为水平面内的力和垂直面内的力，然后进行计算。取集中力作用在轴上零件宽度的中点。对于支反力的作用位置，则随轴承类型的不同而不同。(2）轴上作用力的计算齿轮的圆周力：（3-16）齿轮的径向力：（3-17）齿轮的轴向力：（3-18）（3）计算支反力水平面内支反力：(3-19)（3-20）（3-21）垂直面内支反力：（3-22）（3-23）（3-24）（4）计算轴弯矩，画弯矩图水平面内的弯矩：（3-25）垂直面内的弯矩：（3-26）水平面和垂直面弯矩图如图3.4：合成弯矩：（3-27）合成弯矩图：（5）画转矩图（图3.4）(6）计算并画出当量弯矩图（图3.4）转矩按脉动循环变应力计算，取α=0.6得：（3-28）在校核过程中，通常只对轴上承受最大弯矩和转矩的危险截面的强度进行校核，即截面2的右端。（3-29）得到轴的强度足够。图3.4轴弯矩转矩示意图传动轴II的设计及校核1.选择轴的材料Ⅱ轴是传动轴，耦合器的作用是增加速度减小扭矩，Ⅱ轴承受的扭矩比Ⅰ轴小，为了能够尽可能的减小Ⅱ轴的结构尺寸，选取Ⅱ轴的材料为40CrNi并且作调制处理。根据机械设计手册上关于材料性能的图表查得其力学性能，取A=92。2.初步估算轴的直径，。估算轴的最小直径可根据下面的公式（3-15）计算，有3.轴的结构设计（1）确定轴的各段长度和直径Ⅰ-Ⅱ段轴需要安装轴承，轴套和挡油环，根据轴套，轴承及挡油环的长度，可确定Ⅰ-Ⅱ轴的长度为44mm，；Ⅱ-Ⅲ轴上要安装齿轮并且保证齿轮的定位，根据齿轮轮毂的厚度可以确定Ⅱ-Ⅲ轴的长度为88mm，；Ⅲ-Ⅳ轴肩是用来做两对齿轮的定位用的，需要安装套筒，由套筒的长度可以确定该段轴的长度为10mm，；Ⅳ-Ⅴ段轴与齿轮配合并且要求齿轮可靠定位，根据齿轮轮毂的厚度可以确定此段轴的长度为78mm，直径；Ⅵ-Ⅶ轴与离合器配合，根据离合器的尺寸可确定该段轴长为80mm，直径；Ⅶ-Ⅷ段轴同样需要与齿轮配合，根据已经计算出的齿轮尺寸可以确定该段轴的长；Ⅷ-Ⅸ段轴上需要固定轴承，套筒，及挡油环，根据所选轴承，套筒，及挡油环的尺寸可确定。Ⅱ-Ⅲ轴各段的直径及长度基本确定完毕。（2）轴上零件的周向定位由于A型的圆头平键连接，轴上的槽是使用指状铣刀加工出来，因此，键与槽同形，定位精度高，工程上最常用。所以，决定采用A型普通平键连接来做齿轮的周向定位，由齿轮的轮毂宽度为90mm来确定键的长度，再由键所在轴的截面尺寸即轴的直径确定键宽和键高，由此确定平键的截面尺寸为。根据Ⅱ-Ⅲ段轴上与之配合的齿轮的轮毂宽度和轴的直径，查机械手册得A型普通平键的截面尺寸为，轴上Ⅵ-Ⅶ段需要与离合器配合，为确保离合器的周向定位，同样选用A型普通平键连接，根据配合轴段长度和该轴段的直径，查机械手册得A型普通平键的截面尺寸为，同时为了使齿轮与轴配合后具有很高的旋转精度，；运用过渡配合方式来确保轴与滚动轴承的周向定位，选取4.确定轴上倒角和圆角尺寸根据机械设计手册来确定各轴肩处圆角半径，轴端倒角均取。5．按弯扭合成强度条件计算按弯扭合成强度条件校核后轴的强度合格。输出轴的设计1.选择轴的材料输出轴承受扭矩和弯矩不是很大，为了使轴的尺寸尽可能的小，选用40CrNi作为轴的材料并做调制处理。查机械设计手册得其力学性能指标，，QUOTEσb=900Mpa,σs=735Mpa,σ-1=430Mpa,τ-2.初步估算轴的直径，。估算轴的最小直径：将数据代入（3-15）中，得。3.设计轴的结构（1）轴各段直径和长度的确定Ⅰ-Ⅱ段轴需安装轴承及挡油环，根据二者的长度，可确定Ⅰ-Ⅱ轴段的；Ⅲ-Ⅳ段轴与齿轮配合，根据齿轮的轮毂宽度可确定该段轴的；Ⅳ-Ⅴ轴段需要与离合器配合，由离合器长度可以确定该段轴的；Ⅶ-Ⅷ段轴也要与齿轮配合，由已经计算出的齿轮的尺寸可以确定此段轴的长度为78mm，直径；Ⅷ-Ⅸ段轴上安装轴承，套筒及挡油环。根据所选轴承，套筒及挡油环尺寸可确定该段轴长为62mm，。各段轴的直径和长度基本确定完毕，轴的结构详见A1图。（2）轴上零件的周向定位运用A型普通平键连接方式作齿轮Ⅲ的周向定位，由齿轮的轮毂宽度为80mm以及该段轴的直径，查机械设计手册得A型普通平键的截面尺寸为。Ⅴ-Ⅵ轴段需要与离合器配合，为保证离合器的周向定位，采用A型普通平键连接，由配合轴段长度以及该轴段的直径，查机械设计手册得平键截面尺寸为，同时为了保证轴与齿轮配合时具较好的对中性，；运用过渡配合来确保滚动轴承与轴的周向定位，选取。4.确定轴上圆角及倒角尺寸查机械设计手册得到各轴肩处的圆角半径，详见A1零件图，轴端倒角均取为。5.按弯扭合成强度条件计算按照弯扭合成强度的条件进行校核后，得出轴的强度是合格的。轴承和键的校核轴承校核本次耦合器设计采用轴承对各轴进行周向定位，相对于滑动轴承，滚动轴承具有启动快、摩擦阻力小、效率高，维护和润滑方便等优点。因为耦合器的输入转速较高，所以运用球轴承。本次设计选用角接触球轴承，其具有极限转速高、可同时承受径向和轴向载荷、摩擦力矩比较小、静载荷容量大、同样的外型尺寸比深沟球轴承动、噪音小、旋转精度高等优点。对Ⅱ轴上所用轴承进行校核，，查机械设计手册选用46111型角接触球轴承。1.轴承径向载荷的计算将轴系部件受到的空间力系分解，得到垂直面与水平面内的两个平面力系，由轴Ⅱ校核时知：水平方向支反力：（3-30）（3-31）垂直方向支反力：合成支反力：（3-32）2．轴承轴向载荷的计算查机械设计手册，66309轴承的径向基本额定动载荷为,。对与66309型轴承系数，。由上式可知，轴承1“压紧”，轴承2“放松”,故：（3-33）（3-34）3.计算轴承的当量动载荷：查机械设计手册得轴向动载荷系数和径向动载荷系数：轴承1轴承2轴承工作时有中等，则根据公式（3-35）有：（3-35）4.校核轴承寿命因为，该对轴承的最短寿命为：（3-36）轴承寿命满足要求。键的校核耦合器中齿轮和轴的周向定位大多采用普通平键连接，其型号都是A型平键，故其校核方法都是一样的。在这里仅选择Ⅰ轴上的平键进行校核。选用的键型号为A型圆头平键，平键截面尺寸为。。动连接时平键校核需要对耐磨性进行检验，其校核公式为：(3-37)把各个参数的数值代入公式（3-37），计算得：p=32.48MPa＜[p]=40MPa所以，键符合要求。离合器的选择离合器的种类很多,相比较于其它形式的离合器由于液动离合器结合与分离平稳，液压油可以缓冲和吸震而且液压离合器在工作中磨损很小，液压油的循环可以带走离合器工作时产生的部分摩擦热，使整个系统的温度不至于过高，工作过程中噪音小等优点，所以此次设计采用液压离合器。液压油通过离合器的旋转接头导入使活塞受到压力，活塞脱开了制动器摩擦盘，直到与离合器的摩擦盘接触上，离合器变成啮合状态，使齿轮旋啮合转实现不同的传动比。耦合器选用的离合器为液压驱动Sinius多盘离合器（湿式标准），为奥林豪斯多盘离合器0021-007-27-000000与0021-007-32-000000系列，工作压力为20bar。本章小结本章首先对耦合器在结构上进行了整体的设计，然后对耦合器的各个齿轮进行了设计计算，并且校核了它们的齿根弯曲强度和齿面接触强度，以及材料的选择和热处理方法；对耦合器内的各根轴进行了设计计算，并且校核了各根轴的强度；最后根据各种离合器的优缺点对离合器的类型及具体型号进行了合理的选择。液压系统离合器液压系统设计由于设计的离合器传递的扭矩较大，因此决定采用液压传动。液压传动具有许多的优点，重量轻、体积小、能容量大、调速范围广，易于实现无极调速等。液压传动与微电子技术结合之后易于实现自动控制，而且液压传动可以实现过载保护。本次设计，采用两个液压离合器分别安装在两根轴上，通过两个离合器的交替动作来控制两对齿轮的结合与分离，从而实现两种不同的传动比。如下图所示，该液压回路中有一个三位四通电磁换向阀，两个单向节流阀，两个液压蓄能器，液压蓄能器可以使离合器结合时动作更加迅速，单向节流阀则可以使离合器的动作更加平稳。当离合器啮合时，在液压蓄能器中的油压会使活塞迅速压向摩擦盘。离合器的液压系统原理图如图4.1所示。图4.1离合器液压系统原理图蓄能器的选择蓄能器是将液压系统中液压油的压力能储存，在需要的时候重新释放出来。其作用有：1.作为辅助动力的源头有时候，当工作机的功率突然增大时，油路中油压一时间很难快速的供应，导致工作机无法正常工作或产生振动，在这种情况下如果在油路中加装蓄能器作为辅助动力源，就可以及时的响应负载的变化，保证系统的正常工作。2.保压补漏有时候由于系统的泄露会降低油路的压力，通过在回路中加装蓄能器就能够使系统保持相对稳定的压力。油箱的设计在液压系统中，油箱是储存液压油的作用的，为液压系统提供充足的液压油供给的装置，它还能够散发油液的热量，使油液中的杂质沉下来而去除。油箱可分成整体式和分离式，整体式具紧凑结构，回收漏掉的油十分容易，但散热性不好；分离式油箱易于保养，因油箱和主机分开，所以油箱发出的热与振动不会对主机的工作产生影响。根据以上的分析，本次设计拟采用分离式结构的油箱。其它液压元件的选择现将选好的液压元件绘制成表格，如下表：表4-1液压元件表序号元件名称规格型号数量1过滤器WU-63X18012内啮合齿轮油泵NB3-G20F13电机Y160L-414卸荷溢流阀HUR-G03-3-3015电磁换向阀4WE6D7X/HG24N9K416节流阀MG8G1.217单向节流阀MK8G1.228油箱160L19空气过滤器QUQ2-10X1.01本章小结本章主要对于离合器液压系统原理图进行了说明及设计，并对蓄能器，油箱做了解释，对于其它的一些液压元件如过滤器，油泵，电机等进行了选择。液压辅助动力系统转矩耦合器技术经济分析概述随着社会的不断发展，科学技术日新月异，各行各业都充斥着巨大的竞争压力，因此人们在开发新的产品时不光注重它的技术性能，而且非常重视它的经济效益。技术指标和经济指标是一项产品设计能否成功的两个关键要素，因此，我们在开发设计一个新的产品时应该对其进行必要的技术经济分析，使技术和经济达到最优的结合，从而使获取最合适的设计研究方案。技术经济，从字面意思不难看出它就是对所研究设计的项目进行技术层面和经济层面的双重考虑，从而达到使所设计研究的项目在经济和技术两个方面都达到最好的成果。技术经济研究主要是对各种技术实践进行经济效果计算、评价及优选等工作，技术经济分析就是找到方案使经济效果最好，经济分析中最为常见的方法为价值分析。价值技术分析中主要的是功能分析，也就是要想办法除去产品多余的