工程机械设计第2章 工程机械传动系统课件.ppt

第一节传动系统概述第二节主 离 合 器第三节液力耦合器与液力变矩器第四节变速箱第五节万向传动装置第六节驱动桥,第二章工程机械传动系统,第一节传动系统概述,一、传动系统的功用二、传动系统的类型,一、传动系统的功用,1)降低转速，增大转矩。2)实现变速。3)由于内燃机不能反转，可以通过传动系统中的变速箱实现机械的倒退行驶。4)必要时切断动力传递。5)实现左右驱动车轮的不同转速。,二、传动系统的类型,1.机械传动系统2.液力机械传动系统3.液压传动系统4.电传动系统,1.机械传动系统,图2-1轮式装载机机械传动系统简图1发动机2离合器3变速箱4液压泵5驱动桥6传动轴7脱桥装置8停车制动器,1.机械传动系统,图2-2履带式推土机机械传动系统布置简图1柴油机2分动箱3主离合器4制动器5联轴器6变速箱7中央传动装置8转向离合器9转向制动器10最终传动装置11驱动轮A工作装置液压泵B主离合器液压泵C转向液压泵,2.液力机械传动系统,1)由于变矩器有自动变速能力，使作业机械能在规定范围内根据外界阻力的变化自动进行无级变速，不仅提高了内燃机的功率利用率，还大大减少了换挡次数，降低驾驶员的劳动强度。2)在同样的变速范围内可以减少挡位数，简化变速箱的结构。3)由于变矩器利用液体作为传递动力的介质，输出轴和输入轴之间没有刚性的机械连接，可以减少传动系统及发动机零件的冲击载荷，提高设备的使用寿命。4)由于变矩器涡轮有零转速制动功能，使车辆起步平稳，可得到任意小的行驶速度。,2.液力机械传动系统,图2-3推土机液力机械传动系统布置简图1发动机2分动箱3液力变矩器4联轴器5行星式动力换挡变速箱6中央传动装置7转向离合器与制动器8最终传动装置9驱动轮,图2-4装载机液力机械传动系统示意图,2.液力机械传动系统,3.液压传动系统,1)能实现无级变速。2)操纵简便，用一根操纵杆便能改变行驶方向和速度。3)利用液压传动系统的制动功能可以实现机械的制动。4)取消了机械和液力机械传动系统中的传动轴和差速器，使传动系统大大简化。,3.液压传动系统,图2-5液压传动系统示意图1内燃机2变量液压泵3液压管路4低速液压马达5驱动车轮,图2-6电传动系统示意图1内燃机2发电机3操纵装置4电动轮,3.液压传动系统,4.电传动系统,1)动力装置(内燃机发电机)和车轮之间没有刚性联系，便于总体布置及维护。2)变速操纵方便，可以实现无级变速，因而在整个变速范围内都可以充分利用发动机功率。3)电动轮通用性强，可简单地实现任意多桥的驱动方式，以满足不同机械对牵引性能和通过性能的要求。4)可以采用电力制动，在长坡上行驶时可大大减轻车轮制动器的负荷，延长制动器的使用寿命。5)容易实现自动化。,第二节主 离 合 器,一、主离合器的功用和分类二、经常接合式离合器三、非经常接合式离合器,一、主离合器的功用和分类,1)车辆起步时将发动机与传动系统柔和地接合起来，使车辆平稳起步。2)换挡时能将发动机与传动系统迅速、彻底地分离，以减小换挡时齿轮产生的冲击，换挡后，再平顺地接合起来。3)当传动系统受到过大的载荷时，主离合器又能打滑，以保护传动系统免遭损坏。,二、经常接合式离合器,1.经常接合式离合器的工作原理2.经常接合式离合器的典型结构,1.经常接合式离合器的工作原理,图2-7摩擦式离合器的构造原理图1飞轮2从动片3摩擦片4压盘5离合器盖6紧弹簧7分离轴承8分离套筒9从动轴10分离拨叉11分离杠杆12踏板13离合器壳,2.经常接合式离合器的典型结构,(1)单片式离合器最常用的周布弹簧式离合器的典型构造如图2-8所示。(2)双片式离合器双片式离合器的构造和工作原理与单片式离合器基本相同。(3)膜片式弹簧离合器膜片式弹簧离合器所用的压紧弹簧是一个用薄弹簧钢板制成的带有锥度的膜片弹簧。,图2-8单片式离合器的构造1飞轮2外壳3从动片4压盘5分离杠杆6油杯7、14调整螺钉8分离套筒9从动轴10分离拨叉11离合器盖12压紧弹簧13拉杆15、17回位弹簧16踏板,2.经常接合式离合器的典型结构,图2-9双片式离合器的构造1、2从动片3压盘4中间盘5飞轮6联接螺栓7调整螺钉8分离杠杆9分离套筒10分离轴承11隔热垫12压紧弹簧13离合器盖14传动销15磁性开口销16分离弹簧17限位螺钉,2.经常接合式离合器的典型结构,图2-10膜片式弹簧离合器a)膜片弹簧离合器的构造b)膜片弹簧1飞轮2从动盘3扭转减振器4压盘5压盘传动片6传动片固定螺钉7分离弹簧钩8膜片弹簧9铆钉10分离叉11分离叉臂12操纵索组件13分离轴承14离合器盖15钢丝支承圈16分离叉回位弹簧,2.经常接合式离合器的典型结构,图2-11膜片式弹簧离合器的工作原理4压盘7分离弹簧钩8膜片弹簧13分离轴承15钢丝支承圈,2.经常接合式离合器的典型结构,三、非经常接合式离合器,1.非经常接合式主离合器的工作原理2.非经常接合式主离合器的结构,1.非经常接合式主离合器的工作原理,图2-12非经常接合式主离合器的工作原理a)基本结构(接合位置)b)不稳定位置；c)分离位置1飞轮2前从动盘3主动盘4后从动盘5十字架6分离套7离合器轴8弹性推杆9加压杠杆10杠杆销,2.非经常接合式主离合器的结构,(1)主动部分主动部分由飞轮6、主动盘4和压盘5组成。(2)从动部分从动部分由从动盘3、从动轮毂2和离合器轴1组成。(3)压紧分离机构如图2-15所示，离合器壳2用螺钉固定在飞轮上，内部有螺纹与调整盘11在A处相配，重锤杠杆12、滚轮13、连杆14成组地均布在调整盘11与分离滑套15上，形成肘节式杆件压紧机构。,2.非经常接合式主离合器的结构,图2-13T220推土机主离合器1离合器轴2从动轮毂3从动盘4主动盘5压盘6飞轮7离合器壳8飞轮盖9弹簧10调整盘11盖12分离套筒13分离环14轴承盖15液压助力器16连接法兰17接头盖18滚柱轴承19轴承座20制动毂21制动带22溢流阀23调整螺钉24粗滤器25磁性螺塞26分离弹簧27拨叉28施压盘29重锤杠杆30轴承,图2-14从动盘的结构1粉末冶金片2钢片3碟形弹簧,2.非经常接合式主离合器的结构,图2-15压紧分离机构组件1压盘2离合器壳3施压盘4固定板5固定螺母6固定螺钉7分离架8拨叉9分离弹簧10螺柱11调整盘12重锤杠杆13滚轮14连杆15分离滑套A螺纹联接处,2.非经常接合式主离合器的结构,第三节液力耦合器与液力变矩器,一、液力耦合器二、液力变矩器,一、液力耦合器,1.液力耦合器的构造2.液力耦合器的工作原理,图2-16液力耦合器的结构1泵轮壳2涡轮3泵轮4输入轴5输出轴6、7叶片端部,1.液力耦合器的构造,二、液力变矩器,1.液力变矩器的构造2.液力变矩器的工作原理3.液力变矩器的特性参数4.三元件综合式液力变矩器5.带锁止离合器的液力变矩器6.双涡轮液力变矩器,图2-18液力变矩器示意图1发动机曲轴2变矩器壳3涡轮4泵轮5导轮6导轮固定套管7从动轴8起动齿圈,1.液力变矩器的构造,2.液力变矩器的工作原理,图2-20液力变矩器工作轮展开示意图B泵轮W涡轮D导轮,2.液力变矩器的工作原理,图2-21液力变矩器工作原理图a)当常数，=0时b)当常数，逐渐增加时,2.液力变矩器的工作原理,图2-22液力变矩器的特性,3.液力变矩器的特性参数,(1)变矩比变矩比又称变矩系数K，是涡轮转矩Mw与泵轮转矩Mb之比，即K=Mw/Mb。(2)传动比i传动比i是涡轮转速nw与泵轮转速nb之比，即i=nw/nb。(3)传动效率传动效率为涡轮轴上的输出功率Pw与泵轮轴上的输入功率Pb之比。,4.三元件综合式液力变矩器,图2-23三元件综合式液力变矩器1滚柱2垫片3涡轮轮毂4凸缘5涡轮6启动齿圈7变矩器壳体8泵轮9导轮10单向离合器的外座圈11单向离合器的内座圈12泵轮轮毂13变矩器输出轴(变速箱第一轴)14导轮固定套管15垫片16单向离合器盖,图2-24三元件综合式液力变矩器的特性,4.三元件综合式液力变矩器,5.带锁止离合器的液力变矩器,图2-25带锁止离合器的液力变矩器1启动齿圈2锁止离合器液压缸3导向销4曲轴凸缘5油道6液压缸活塞(压盘)7离合器从动盘8传力盘9键10涡轮11泵轮12导轮13单向离合器14涡轮轮毂15变矩器输出轴,6.双涡轮液力变矩器,图2-26双涡轮液力变矩器1飞轮2、4、7、11、17、19轴承3旋转壳体5弹性板6第一涡轮8第二涡轮9导轮10泵轮12齿轮13导轮轴14第二涡轮轴15第一涡轮轴16隔离环18单向离合器外环齿轮,6.双涡轮液力变矩器,图2-27双涡轮液力变矩器特性,第四节变速箱,一、变速箱的功用与类型二、履带式机械变速箱三、定轴式动力换挡变速箱四、行星式动力换挡变速箱,一、变速箱的功用与类型,1.变速箱的功用2.变速箱的类型,1.变速箱的功用,1)改变传动比。2)实现倒挡。3)实现空挡。,2.变速箱的类型,1)按操纵方式不同，变速箱分为机械式换挡和动力式换挡。2)按轮系形式不同，变速箱可分为定轴式变速箱和行星式变速箱。3)按传动比的变化方式不同，变速箱可分为有级式变速箱、无级式变速箱和综合式变速箱。,图2-28机械换挡示意图,2.变速箱的类型,图2-29动力换挡示意图,2.变速箱的类型,二、履带式机械变速箱,1.构造2.动力传动分析,1.构造,图2-30机械式传动推土机常用的变速箱1万向节盘2挡板3轴承压盖4前盖5双列球面滚柱轴承6双联齿轮7、19滚柱轴承8前进挡主动齿轮9倒挡主动齿轮10四挡从动齿轮11五挡主动齿轮12花键套13五挡从动齿轮14双金属滑动轴承15啮合套16啮合套毂17三挡从动齿轮18二挡从动齿轮20定位螺母21主动弧齿锥齿轮22一挡从动齿轮23箱体24一挡主动齿轮25中间轴26二挡主动齿轮27三挡主动齿轮28四挡主动齿轮29倒挡从动齿轮30前进挡从动齿轮31轴承盖32密封环33挡油盘34调整垫片35轴承座36固定板37输入轴38油封,图2-31推土机变速箱的传动简图,2.动力传动分析,三、定轴式动力换挡变速箱,1.定轴式动力换挡变速箱的结构2.传动简图,1.定轴式动力换挡变速箱的结构,图2-32克拉克R18000系列定轴动力换挡变速箱的结构1前盖2输入轴3前进挡离合器组件4活塞环套5输出轴6箱体7后盖8一挡离合器组件9惰轮10停车制动器11输出轴12输出法兰13三挡离合器组件14后退挡与二挡离合器组件15输入法兰16惰轮轴17二挡离合器鼓盘18三挡离合器鼓盘传动齿轮,1.定轴式动力换挡变速箱的结构,图2-33换挡离合器的构造1输入齿轮轴2滚针轴承3后板挡圈4后板5从动摩擦片6主动摩擦片7、8密封圈9活塞10外鼓齿轮液压缸11活塞环12碟形弹簧13弹簧挡圈,1.定轴式动力换挡变速箱的结构,图2-34离合器摩擦片a)从动摩擦片b)主动摩擦片,1.定轴式动力换挡变速箱的结构,图2-35自动倒空球阀的作用原理a)进油b)泄油,2.传动简图,图2-36R18000系列变速箱传动简图,四、行星式动力换挡变速箱,1.基本行星排2.轮式机械的行星齿轮变速箱3.履带式机械的行星齿轮变速箱,1.基本行星排,图2-37基本行星排a)单行星轮行星排b)双行星轮行星排1太阳轮2齿圈3行星架4行星轮,2.轮式机械的行星齿轮变速箱,图2-38ZL50装载机行星变速箱的构造1变矩器第一涡轮输出轴2变矩器第二涡轮输出轴3第一涡轮输出轴减速齿轮副4第二涡轮输出轴增速齿轮副5变速箱输入轴6变速箱壳体7前行星排8后行星排9变速箱输出轴10离合器从动鼓11中间轴输出齿轮12离合器13离合器液压缸体14齿轮15齿套16前输出轴17输出轴齿轮18后输出轴19滑套20后行星排制动器,2.轮式机械的行星齿轮变速箱,图2-39ZL50装载机变速箱的传动简图,3.履带式机械的行星齿轮变速箱,图2-40TY220推土机行星式变速箱的结构1输入轴2输出轴,第五节万向传动装置,一、万向传动装置的功用二、普通十字轴刚性万向节三、准等速万向节四、等速万向节五、传动轴和中间支承,一、万向传动装置的功用,1)变速箱输出轴和驱动桥输入轴之间的传动。2)在多轴驱动的车辆上，分动器与各驱动桥之间或驱动桥与另一驱动桥之间也需要用万向传动装置传递动力。3)当两根轴虽在同一轴线上，但由于安装困难或因机架变形等原因，使实际工作中难以保证两轴的同轴性，则在动力总成输出轴与变速箱输入轴之间也应有万向传动装置，如图2-42c所示。4)万向传动装置连接在工作中相对位置有变化的两根传递动力的轴之间，如转向驱动桥中半轴的连接，如图2-42d、e所示。5)不少车辆的转向系统中也采用了万向传动装置，如图2-42f所示。,一、万向传动装置的功用,图2-41变速箱与驱动桥之间的万向传动装置1变速箱2万向传动装置3驱动桥4后悬架5车架,图2-42万向传动装置在车辆上的应用1万向节2传动轴3前传动轴4中间支承,一、万向传动装置的功用,图2-43十字轴刚性万向节1轴承盖2、6万向节叉3注油嘴4十字轴5安全阀7油封8滚针轴承9套筒,一、万向传动装置的功用,二、普通十字轴刚性万向节,1.普通十字轴万向节的构造2.单个十字轴万向节的运动特性,1.普通十字轴万向节的构造,图2-44十字轴的润滑油道及密封装置1油封挡盘2橡胶油封3油封座4注油嘴,2.单个十字轴万向节的运动特性,1)主动叉平面在垂直位置，且十字轴平面与主动轴轴线垂直时，如图2-45a所示。2)主动叉平面在水平位置，且十字轴平面与从动轴轴线垂直时，如图2-45b所示。,图2-45十字轴万向节传动的不等速性,2.单个十字轴万向节的运动特性,图2-46双万向节等速传动布置图,2.单个十字轴万向节的运动特性,三、准等速万向节,1.双联式万向节2.三销轴式万向节3.球面滚轮式万向节,1.双联式万向节,图2-47双联式万向节1主动轴2从动轴3双联叉,1.双联式万向节,图2-48双联式万向节结构1万向节主动叉2球碗座3衬套4防护圈5双联叉6万向节从动叉7油封8、10垫圈9球碗11弹簧,2.三销轴式万向节,图2-49三销轴式万向节1主动偏心轴叉2、4三销轴3从动偏心轴叉5卡环6轴承座7衬套8毛毡圈9密封罩10止推垫片,3.球面滚轮式万向节,图2-50球面滚轮式准等速万向节1、5万向节轴2筒状体的轴向槽3销轴4球面滚轮,四、等速万向节,1.球叉式万向节2.球笼式万向节,四、等速万向节,图2-51等速万向节的基本工作原理,1.球叉式万向节,图2-52圆弧滚道型球叉式万向节1从动叉2锁止销3定位销4定心钢球5传动钢球6主动叉,1.球叉式万向节,图2-53球叉式万向节等角速传动原理,1.球叉式万向节,图2-54直槽滚道型球叉式万向节,2.球笼式万向节,图2-55固定型球笼式万向节(RF节)1主动轴2、5钢带箍3外罩4保持架(球笼)6传力钢球7星形套(内滚道)8球形壳(外滚道)9卡环,2.球笼式万向节,图2-56球笼式万向节的等角速传动原理1主动轴4保持架(球笼)6传力钢球7星形套(内滚道)8球形壳(外滚道)O万向节中心A外滚道中心B内滚道中心C钢球中心两轴夹角(指钝角),2.球笼式万向节,图2-57伸缩型球笼式万向节(VL节)1主动轴2星形套(内滚道)3保持架(球笼)4筒形壳(外滚道)5传力钢球,五、传动轴和中间支承,1.传动轴的结构及特点2.中间支承,1.传动轴的结构及特点,1)广泛采用空心传动轴(图2-58中4和16)。2)为了避免传动轴高速转动时的离心力引起剧烈振动，要求传动轴的质量沿圆周均匀分布，故通常不用无缝钢管，而采用钢板卷制对焊成管形圆轴。3)传动轴上有花键联接部分。,1.传动轴的结构及特点,图2-58某中型货车传动轴和中间支承的结构1凸缘叉2万向节十字轴3平衡片4中间传动轴5、15油封6中间支承前盖7橡胶垫环8中间支承后盖9双列圆锥滚子轴承10、14注油嘴11支架12堵盖13万向节滑动叉16主传动轴17锁片18滚针轴承油封19万向节滚针轴承20滚针轴承轴承盖21装配位置标记,图2-59滚动花键传动轴1滚柱2传动轴外套管3传动轴内套管4挡圈,1.传动轴的结构及特点,2.中间支承,图2-60东风EQ1090E型汽车的中间传动轴1车架横梁2轴承座3球轴承4注油嘴5蜂窝形橡胶垫6U形支架7油封,第六节驱动桥,一、驱动桥的组成和功用二、主减速器三、差速器四、轮边减速器五、半轴和桥壳,一、驱动桥的组成和功用,1.轮式驱动桥2.履带式驱动桥,一、驱动桥的组成和功用,图2-61轮式驱动桥1桥壳2主传动器3差速器4半轴5轮毂6轮边减速器,1.轮式驱动桥,图2-62断开式驱动桥1主减速器2半轴3弹性元件4减振器5车轮6摆臂7摆臂轴,2.履带式驱动桥,图2-63履带式驱动桥1主传动器2转向传动装置3最终传动装置,二、主减速器,1.主减速器的类型2.单级主减速器3.双级主减速器,1.主减速器的类型,1)按参加减速传动的齿轮副数目不同，主减速器可分为单级主减速器和双级主减速器。2)按主减速器的传动比档数不同，主减速器可分为单速式主减速器和双速式主减速器。3)按齿轮副结构形式不同，主减速器可分为直齿锥齿轮和弧齿锥齿轮两种，其中弧齿锥齿轮又可分为零度弧锥齿轮、螺旋锥齿轮、延伸外摆线锥齿轮和准双曲面锥齿轮等形式，如图2-64所示。4)按主从动锥齿轮轴线的相互位置不同，主减速器可分为两轴垂直相交、两轴垂直但不相交和两轴相交但不垂直等形式。,图2-64主减速器的齿型简图a)直齿锥齿轮b)零度弧锥齿轮c)螺旋锥齿轮d)延伸外摆线锥齿轮e)准双曲面齿轮,1.主减速器的类型,2.单级主减速器,图2-65ZL50装载机主减速器1输入法兰2油封3密封盖4调整垫片5主动弧齿锥齿轮6轴承套7圆锥滚子轴承8止推螺栓9圆柱滚子轴承10托架11行星齿轮垫片12行星齿轮13调整螺母14圆锥滚子轴承15差速器左壳16半轴齿轮17半轴齿轮垫片18轴承座19锁紧片20十字轴21差速器右壳22从动弧齿锥齿轮23垫片,3.双级主减速器,图2-66PY160平地机双级主减速器1第一级主动锥齿轮2第一级从动锥齿轮3第二级主动圆柱齿轮4第二级从动圆柱齿轮,三、差速器,1.差速器的功用与构造2.对称式直齿锥齿轮差速器的工作原理3.强制锁止式差速器,1.差速器的功用与构造,图2-67对称式锥齿轮差速器零件分解图1、5差速器壳2半轴齿轮止推垫片3半轴齿轮4行星齿轮6螺栓7行星齿轮球面垫片8行星齿轮轴(十字轴),2.对称式直齿锥齿轮差速器的工作原理,图2-68差速器运动原理示意图1、2半轴齿轮3差速器壳4行星齿轮5行星齿轮轴6主减速器从动齿轮,3.强制锁止式差速器,图2-69强制锁止式差速器1活塞2活塞皮碗3气路管接头4工作缸5套管6半轴7弹簧8锁圈9外接合器10内接合器11差速器壳,四、轮边减速器,1.轮胎式机械的轮边减速器2.履带式机械的终传动,1.轮胎式机械的轮边减速器,图2-70轮胎式装载机的轮边减速器1半轴2盘式制动器3油封4、13轴承5制动盘6轮毂7行星架8齿圈9行星齿轮轴10行星齿轮11太阳轮12圆螺母14桥壳15轮辋,2.履带式机械的终传动,图2-71轮边减速器传动简图1半轴套管2半轴3太阳轮4行星齿轮5行星齿轮轴6齿圈7行星架,2.履带式机械的终传动,图2-73行星齿轮式最终传动装置1驱动接盘2第一级轴齿轮3齿圈4齿轮毂5锁紧螺母6驱动轮轴7太阳轮8浮动油封9连接盘10内齿圈11磁铁油塞12驱动轮壳13驱动链轮齿圈14行星架15轴承座组件16行星轮轴17行星轮18壳体,五、半轴和桥壳,1.半轴2.桥壳,图2-74全浮式半轴支承受力图1桥壳2主传动装置3差速器4半轴5轮毂6最终传动装置,五、半轴和桥壳,