工程机械设计复习题及答案

复习提纲1.什么是驱动力、切线牵引力、有效牵引力？什么是附着系数、附着力？发动机输出的力矩Me ，经过传动系传到驱动轮上，成为作用于驱动轮的力矩为Mk ，它产生一个对地面的圆周力，地面也同时产生一个作用于驱动轮上的反作用力Pk ，这个反作用力就是推动机械前进的驱动力，也可成为切线牵引力。

从机械的所有驱动装置（驱动轮或履带）所产生的总驱动力Pk 中，减去该机械所有行走装置所承受的总行驶阻力Pf ，就是整台机器可以对外输出的牵引力，通常称为有效牵引力Pkp 。

在车轮（履带）条件与地面条件给定时，存在一个机器所能产生的最大驱动力P φ，即附着力。

2.滑转率的定义是什么？滑转曲线是什么形式？为什么？滑转率δ为机器理论速度与实际速度之差对理论速度的比值。

δ=(Vt-V)/Vt=（Lt/t-L/t ）/(Lt/t)=△L/Lt△L~j(土壤变形，应变),而由j 产生的作用反力即牵引力Fk （Fk=/(1)f j k e ττ-=-）。

J 越大则Fk 越大。

所以变形j 较小时土壤近似弹性体（当j较小，由数学公式化简上式可得Fk 关于j 的线性公式），δ与Fk 基本成线性，当变形量超过一定范围，土壤结构变化了δ增大Fk 增大变慢，但δ越大，Fk越大是成立的，大致关系如右图所示。

当δ=1时，V=0，牵引力也最大，临界打滑。

当δ=0，则牵引力为零。

可见车辆行驶动力靠土壤变形的反作用产生，行驶则必有土壤变形，也就必有滑转。

3.牵引性能的简化计算方法？P22（1）档位数较多的机械①爬坡能力：最大爬坡角αmax 应该为其挂某一挡时发动机处于全功率状态时的爬坡角，αmax=sin ﹣1（P K1cos β∕Gs ）-β β—滚动阻力角，β=tan-1f ，f 为滚动摩擦系数；P K1—发动机额定功率时一档的切线牵引力；Gs —机器使用重量。

②最高行驶速度：P kmax 》=Pf+Pw ；P kmax ——发动机额定功率时最高档的切线牵引力；Pf —滚动阻力：Pw —风阻力。

③按参与作业的档位校核其牵引能力：对于输出牵引力的机械，其所有工作档位应该能够克服其相应工况的所有作业阻力。

对于铲土机械来说，其一档状态下发动机最大扭矩时的有效牵引力应该大于附着力，也就是说，当机器的工作阻力突然增大时，其行走装置应该能够打滑。

（2）档位数较少的机械①行驶档满足绝大多数的行驶工况，即行驶档至少能满足在普通公路上正常行驶；②工作档满足机器的牵引工况与最大爬坡角。

4.什么是底盘？底盘有哪几部分组成？各部分有什么功能？哪些组成？底盘是机架和行驶传动系、行走系、转向系、行驶制动系的总称，是整机的支承，并能使整机以所需的速度和牵引力沿规定方向行驶。

组成—传动系、行驶系、转向系、制动系。

传动系—功能：将发动机的动力按需要适当降低转速增加扭矩后传到驱动轮上，使之适应工程机械运行或作业的需要，还应有按需要切断动力的功能；组成：离合器、变速器、万向传动装置、液力变矩器、分动箱、驱动桥、最终传动等。

行驶系—功能：（1）支承整机的总重力；（2）接受由发动机经传东西传来的转矩，并通过驱动轮与地面之间的附着作用，产生驱动力，以保证机械正常行驶、作业。

（3）传递并支承路面作用于车轮上的各种反力及其所形成的力矩；（4）尽可能地缓和不平路面对机身造成的冲击和振动，保证机械平顺行驶。

组成：车架、车桥、车轮和悬架。

转向系—功能：操纵车辆的行驶方向，能根据需要保持车辆稳定地沿直线行驶或能按要求灵活地改变行驶方向。

组成：转向器、转向传动装置和动力转向装置。

制动系—功能：使车辆以适当的减速度行驶直至停车；在下坡行驶时使车辆保持稳定的车速；不论在平地还是在坡道上，都能使车辆可靠地停止。

组成：制动器和制动驱动系统。

5.什么是传动系？传动系有什么功能？哪些组成？P24在发动机与行走机构之间传递动力的所有构件组成传动系（工程机械的动力装置和驱动轮之间的传动部分）。

传动系的功能：a、将发动机的动力传递到驱动轮。

b、有接通，断开动力的功能。

c、改变行驶速度和牵引力。

d、机器工作中后退的能力。

e、有一定的过载保护能力。

f、有动力输出功能。

组成：离合器、液力变矩器、变速器、分动箱、万向传动装置、驱动桥、最终传动等。

6、机械传动、液力机械传动、液压传动的传动系各有什么特点？P24-26机械传动（主要由主离合器、变速箱、中央传动、转向离合器和最终传动组成）：优点---结构简单、便于维修、工作可靠、成本低廉、传动效率高、可以利用柴油机运动构建的惯性运动；缺点---（1）发动机的振动冲击直接传到传动系，外负荷的冲击波动直接到达发动机，造成发动机功率下降，所有零部件的使用寿命降低。

（2）由于传动系没有自动适应能力，在传动系的传动比不变的条件下设备只能依靠发动机的调速特性适应外负荷的变化。

（3）为保证在负荷变化时机器有较高的生产率，超负荷时发动机不熄火，要求驾驶员有丰富的经验和熟练的技巧，同时频繁的换挡动作会使驾驶员的劳动强度增加。

（4）换挡过程中分离主离合器造成的动力中断，往往使工作中的工程机械停止前进，造成机器起步困难。

（使用于小功率的工程机械和负荷比较稳定的连续式作业机械）液力机械传动（主要由液力变矩器、动力换挡变速箱、前桥、后桥、轮边减速器组成）：优点----能自动适应负载的变化，在较大范围内改变牵引力和速度，减少变速箱的档位数，方便操作；减少传动系乃至发动机所承受的冲击，延长构件寿命；动力换挡变速箱不会挂不上档，且换挡过程中几乎没有动力中断，这也有效提高了机器生产率；液力变矩器的非刚性传动可以使机器起步平稳。

缺点----效率低，液力变矩器的最高效率一般低于90%（75%以上变为有效工作区）；零部件制造成本较高；行驶速度稳定差。

（主要功率较大、负荷变化剧烈的工程机械）液压传动（主要由变量泵、定量马达、变速箱、驱动桥、轮胎、轮边减速器组成）：优点---（1）能实现大范围无级变速，而且速度稳定，可以实现微动；（2）可以利用液压系统实现制动；（3）系统布置比较简单，易于实现远距离操纵；（4）当机器左右两边分别驱动时，可实现原地转向；（5）易于实现过载保护，延长构件寿命；（6）液压元件可以由专业厂家生产，容易实现标准化。

缺点----（1）液压元件制造精度要求高、工艺复杂、成本高、需要专业工厂制造；（2）传动效率低，元件易发热，功率较大时要有专门的散热系统；（3）由于液压泵本身的流量脉动和液流在管路、元件中的扰动，液压系统工作噪声大。

（主要用于大中功率的工程机械传动系）7.会分析简单的闭式液压传动系统原理图。

8.传动系的总传动比、各部件的传动比、变速箱中间档的传动比按什么原则规定？P27-28 在不影响整机性能情况下，选尽量大的总传动比、中间传动比，剩下的分给变速箱。

中间档传动比的确定：（1）速度连续原则（2）充分利用发动机功率原则。

（总体符合等比级数分配原则）9.传动系的计算载荷怎样确定？P30（1）由柴油机或液力变矩器的最大输出转矩Mmax确定（熄火）M p=M max×i×ηm(2)由附着力Gφ确定（打滑）M p´=Gφ×φ×r d／i´η´m10.主离合器有什么作用？有哪些设计要求？有哪些主要参数？P31、34-37主离合器的主要作用是根据工作需要将柴油机与传动系之间的动力传递接通或断开。

接合主离合器可以使传动系进入工作状态。

断开主离合器后，发动机可以实现空载起动，也可以在短时间内使机器停车而发动机不熄火，还能减少换挡时的冲击。

缓慢地接合主离合器可以使机器平稳起步。

如果机器工作时遇到了较大的冲击，主离合器打滑，起到过载保护作用。

操纵主离合器使它处于半接合状态，可以实现机械微动。

设计要求（1）在正常使用的条件下，能可靠地传递发动机全部转矩。

（2）分离应该迅速、彻底。

（3）接合要平顺柔和，而且不需要完全依靠驾驶员的操作技能来实现这一点。

（4）从动部分的转动惯量要小，这样可以有效地减少换挡时换挡齿轮（或接合套）的冲击。

（5）散热要良好，保证不致因发热造成离合器不能正常工作。

（6）操纵应该轻便。

主要参数：离合器的摩擦力矩Mm，摩擦片直径Rp，转矩储备系数β。

11.变速箱有什么功能？平面三轴、空间三轴变速箱各有什么特点？P52、55-56功能：（1）改变机器的行驶速度。

（2）改变机器所能产生的最大牵引力。

（3）实现空挡。

（4）实现倒档。

（5）设有动力输出口或动力输出轴。

平面三轴变速箱：换挡元件可以布置在变速箱上部的轴上，控制机构简单;三根轴在箱体上的安装孔只有两对，箱体制造简单；多数档位从输入到输出只有两对齿轮传动，直接档是不经过齿轮传动的，即传动效率高；输出轴支承在输入轴的齿轮内部，刚度较差，位于输入轴内部的轴承工作条件较差，这种结构难以获得多个倒档。

空间三轴式变速箱：输入轴、中间轴、输出轴都直接支承在变速箱箱体上，刚度好；换向齿轮可以布置在档位齿轮的前面，可以方便地获得多个倒档；换挡元件一般只能布置在变速箱的中间轴上，而中间轴通常位于变速箱的中下部，使控制机构比较复杂；除了前进五档之外，每个前进挡需要三对齿轮传动，每个后退档需要两队齿轮传动，效率比平面三轴式的变速箱低；三根轴需要三对轴孔，箱体结构也比平面三轴式变速箱复杂。

12.什么是动力换挡变速箱？它有哪些类型?什么特点？P87、91定义：采用离合器将变速箱中的某两个换挡元件结合，或采用制动器将某一换挡元件制动实现换挡，即通过液压系统借助发动机的动力实现其换挡动作的变速箱。

类型：定轴式和行星式特点：定轴式---换挡操作轻便，容易实现自动化；体积受离合器尺寸的影响较大；换挡控制系统较复杂。

行星式----优点：①由于同时有几个齿轮传递动力，可以采用小模数齿轮。

②零件手里平衡，轴承、轴、壳体等受力较小，可以设计的尺寸小，结构紧凑。

③结构刚度大，齿轮接触良好，使用寿命长。

④由于换挡主要使用制动器，使用固定油缸和固定密封，避免了大量的旋转油缸和旋转密封，操纵系统的可靠性提高。

⑤由于制动器布置于变速箱的外周，尺寸大，容量大，而且控制方便。

⑥效率较高。

缺点：①结构复杂，零件多。

②行星架、内齿圈制造工艺难度大，精度要求高。

③由于行星传动需要满足的条件较多，设计难度大。

13.会计算行星传动的传动比，行星传动的配齿有哪些条件？行星传动的优缺点？P104行星传动的配齿条件：（1）传动比条件。

（2）同心条件。

（3）装配条件。

（4）相邻条件。

行星传动的优缺点：优点----①由于同时有几个齿轮传递动力，可以采用小模数齿轮。

②零件手里平衡，轴承、轴、壳体等受力较小，可以设计的尺寸小，结构紧凑。

③结构刚度大，齿轮接触良好，使用寿命长。

④由于换挡主要使用制动器，使用固定油缸和固定密封，避免了大量的旋转油缸和旋转密封，操纵系统的可靠性提高。