工程机械底盘设计讲义

图5.2­2所示为履带式工程机械传动系统简图
转向？
图5.2­2 履带式工程机械传动系统简图 1­内燃机；2­齿轮箱；3­主离合器；4­变速器；5­主传动齿轮；6­转向离合器；7­终传 动装置； 8­驱动链轮；A­工作装置液压油泵；B­离合器液压油泵；C­转向离合器液压油泵
机械传动系统中,履带式与轮式的不同点
如图5.3­7所示的两级齿轮传动中，其总传动比i为：
z 2 z 4 i = z z 3 1
n1
1(z 1 )
4(z 4 )
在齿轮传动中，所传递的扭矩是随 着传动比的加大而提高，而转速则 是随着传动比的加大而降低。变速 器工作时，利用齿数不同的齿轮啮 合传动，来改变其传动比，从而达 到变速和变矩的目的，这就是变速 器工作的基本原理。右下图为变速 和变矩的实现方法
当主动轴1带着泵轮3旋转时，充满在泵轮内的工作液体随泵轮一起旋转，并在离心力的作用下， 沿叶片之间的通道流向外缘，再由外缘流入涡轮2中，冲击涡轮的叶片使涡轮带动从动轴4一 起旋转。 液力偶合器只能用来传递扭矩，不能改变扭矩的大小，故目前施工机械的传动系中应用很少。
二 液力变矩器 液力变矩器（图5.3­6）就是在液力偶合器的泵轮1与涡轮2之间另外增加一个固定不动 的导向轮3，由三个轮的内腔共同构成一个液体循环路线。 液力变矩器工作时，工作液在三个轮内作环形运动。在环形运动中，由于导向轮3的 影响，使涡轮输出的扭矩大于泵轮输入的扭矩，以实现变矩作用。涡轮的总扭矩 等于泵轮扭矩和导轮反作用扭矩之和。液力变矩器输出的扭矩与输入的扭矩之比 称为变矩系数，通常用“K”来表示。
2）多片式摩擦离合器 多片式摩擦离合器由数量较多的摩擦盘组成，由于摩擦面较多，故传递的扭矩较大。 履带式拖拉机上所使用的转向离合器就是属于这种类型的离合器。 多片式摩擦离合器原理与单片式摩擦离合器相同.
图5.3­4 多片式摩擦离合器 1-主动盘；2-压紧弹簧；3-弹簧座；4-锁片；5-弹簧杆；6-螺帽；7-主动鼓；8-从动 鼓；9-从动盘；10-松放圈；11-接盘；12-短半轴；13-分离轴承；14-轴承座； 15-销子；16-压盘
3.全液压式传动系统的组成 由于全液压传动具有结构简单、布置方便、操纵轻便、工作效率高、容易改型换代等 优点，近年来，在公路工程机械上应用广泛。例如，具有全液压式传动系统的挖 掘机，目前已基本取代了机械式传动系统的挖掘机。图5.2­4所示为挖掘机的全液 压式传动系统简图。
图5.2­4 全液压式传动系示意图 1­辅助齿轮泵；2­柱塞泵；3­齿轮箱；4­行走轮；5­减速器；6­柱塞式液压马达；7­液 压泵；8­分动箱；9­柴油机
n4 n 2 ＝n 3 2(z 2 ) 3(z 3 )
5.4 液力机械变速系统 比较下列两种传动系统 下图中用液力变矩器 代替上图的主离合器, 有何优点呢? 1.变矩器输出转速和扭 矩范围广,操作简单; 2.发动机不易熄火; 3.变速器结构简化; 4.吸收和减少振动及 冲击，故起停平稳， 工作舒适 ; 5.随着外界负荷的变化 ，可以自动调节其扭矩. 目前使用较多的液力传 动元件有液力偶合器和 液力变矩器两种。
一、转向系 转向系用以保证工程机械行走时改变行走方向。履带式工程机械由操纵传动系中转向 离合器和转向制动器实现转向，或由分别操纵左右两侧履带的传动实现转向。轮 胎式工程机械转向系由转向器、动力转向装置和转向传动系统等组成。轨行式工 程机械由轨道引导转向。步行式多用于有转台回转装置的工程机械，步行装置置 于转台两侧，转台相对于底架回转，就可实现步行方向的改变。 二、制动系 制动系用以保证工程机械行走时减速与停止。履带式工程机械由行走制动器实现制动。 轮胎式工程机械因行走速度高，为确保安全，故设有主制动装置、停放制动装置。 轨行式工程机械的制动装置与制动系统与机车车辆的制动装置与制动系统类似。 5.2 传动系统功用及组成 一、传动系统的功用 工程机械的动力装置和驱动轮之间的传动部件总称为传动系统。工程机械之所以需要 传动系统而不能把柴油机或汽油机与驱动轮直接相连接，是由于柴油机或汽油机 的输出特性具有转矩小、转速高和转矩、转速变化范围小的特点，这与工程机械 运行或作业时所需的大转矩、低速度以及转矩、速度变化范围大之间存在矛盾。 为此，传动系统的功用就是将发动机的动力按需要适当降低转速增加转矩后传动 驱动轮上，使之适应工程机械运行或作业的需要。
上述两种离合器的缺点: 接合动作应在两轴同时不回转或两轴的转速差很小时才能进行，并在接合时会产生 冲击。 3、摩擦式离合器 摩擦式离合器是通过传动件的摩擦 力来连接两轴的，接合动作平稳，同 时可以在两轴不停转和不减速的情况 下进行接合或分离动作。因此，在传 动中使用较广泛。在施工机械上使用 较普遍的摩擦离合器有单片式和多片 式两种。 1）单片式摩擦离合器 单片式摩擦离合器多用作主离合器 ，它是连接于发动机的第一道传动装置 图5.3­3 单片式摩擦离合器工作原理 1-飞轮；2-曲轴；3-从动盘；4-摩擦衬片； 5-压盘；6-螺钉；7-离合器盖；8-压紧弹簧； 9-踏板；10-滑动套；11-从动轴
工程机械底盘
5.1 工程机械底盘的基本组成 工程机械底盘是整机的支承，并能使整机以作业所需要的速度和牵引力沿规定方向行 驶。一般由传动系、行走系、转向系和制动系组成。 一、传动系 传动系是动力装置和行走机构之间的动力传动和操纵、控制机构组成的系统。它将动 力装置输出功率传给驱动轮，并改变动力装置的功率输出特性以满足工程机械作 业行驶要求。传动系根据动力传动形式分为机械式、液力机械式、全液压式和电 传动式等四种传动系统类型。在铲土运输机械中多数为机械式与液力机械式传动 系统。近年来在挖掘机上采用全液压式传动系统较多。在大型工程机械上已出现 由电动机直接装在车轮上的电动轮式传动系统，但尚未全面推广应用。 二、行走系 行走系用以支承工程机械底盘各部件并保证工程机械的Leabharlann Baidu驶。根据行走装置的不同行 走系可以分为履带式、轮胎式、轨行式和步行式四种。履带式由机架、履带架和 四轮一带等组成。轮式由机架、悬架、桥壳与轮胎、轮辋等组成。轨行式由机架、 转向架和轮对等组成。步行式由机架和步行装置等组成。
图5.2­3 ZL50装载机传动系统简图 1­液力变矩器；2­单向离合器；3­行星变速器；4­换档离合器；5­脱桥机构；6­传动轴
这种液力机械式传动系统与机械式传动系统相比，主要有以下几个优点： （1）能自动适应外阻力的变化，使机械能在一定范围内无级地变更其输出轴转矩与 转速，当阻力增加时，则自动降低转速，增加转矩，从而提高机械的平均速度与 生产率； （2）因液力传动的工作介质是液体，所以能吸收并消除来自内燃机及外部的冲击和 振动，从而提高了机械的寿命； （3）因液力装置自身具有无级调速的特点，故变速器的档位数可以减少，并且因采 用动力换档变速器，减小了驾驶员的劳动强度，简化了机械的操纵。
5.3 主离合器与机械变速器 一、主离合器 离合器的作用是按工作需要随时将两轴连接或分开。按其安装位置的不同，可分为主 离合器和分离合器两种。主离合器安装在发动机和变速器之间的飞轮壳内，它是 传动系力流的枢纽，其主要用途是临时切断动力，使变速器能顺利挂档和换档。 离合器按主、从动元件接合情况的不同，可分为凸爪式、齿轮式、摩擦式和液力式四 种。下面分别简介。 1、凸爪离合器 凸爪离合器（图5.3­1）又称牙嵌式离合器 ,当离合器啮合时，连接两轴而传递动 力；而当离合器分离时，分开两轴而切断动力。这种离合器大多用于转速不高且 不经常进行离合动作之处，它常用于分离合器
二、机械变速器 1、变速器的作用及工作原理 变速器的主要作用是改变机械的牵引力和行驶速度，以适应其外界负荷变化的要求； 在发动机旋转方向不变的情况下，使机械前进或后退行驶；在发动机不熄火时， 使发动机和传动系保持分离。 机械变速器是利用齿轮传动进行工作的。在齿轮传动中，互相啮合的两个齿轮的转速 与它们的齿数成反比，因此，齿轮传动的传动比为：
2、万向传动装置构造及工作原理 万向传动装置是由万向节和可伸缩的传动轴组成。前者解决角变化的问题；后者 解决轴距变化的问题。 1）万向节
图5.5­2 万向节示意图 1-主动轴；2,4-万向节叉； 3-十字轴； 5-从动轴
图5.5­3 万向节结构图
万向节特点: 一个万向节传动中，当主动叉等速度旋转时，从动叉是不等速的。 为了达到等速传动的目的，可采用两个万向节串联安装（图5.5-5）的方法，在两 个万向节2和3之间用传动轴将其连接。理论和实距证明：只要传动轴两端的万向 节叉位于同一个平面，并且主动轴和从动轴与传动轴的夹角，那么经过两个万向 节传动就可以使从动轴和主动轴的角速度相等。
K=
M W M b
式中：K­­——液力变矩器变矩系数； M ——涡轮的扭矩； W M ——泵轮的扭矩。 b 目前使用的液力变矩器的 变矩系数通常为3。变矩器 适用于转速低而扭矩大的 施工机械的传动系中
图5.3­6 液力变矩器简图 1-泵轮；2-涡轮；3-导向轮
5．5 驱动桥 一 万向传动装置 1、万向传动装置的作用及组成 变速器都被固定在车架上。主传动 器的后桥是通过钢板弹簧与车架连接 的（图5.5­1）。变速器的第二轴1与主 传动器主动轴2不在同一轴线上，而有 一定的交角，由于钢板弹簧的弹性变形 ，这个交角及变速器与主传动器之间 的距离还要经常变化。如果变速器与主 传动器之间用一根整体轴刚性的连接， 显然是不行的。因此，必须采用万向 传动装置。 图5.5-1 万向节传动装置的作用 1-变速器；2-万向传动装置； 3-驱动桥；4-后悬架；5-车架
2、齿轮式离合器 图5.3­2为齿轮式离合器。带内齿的齿轮2空套在轴3上，带外齿的齿轮1通过导向平键 或花键安装轴3上，当右移齿轮1时，则1、2两齿轮的内外齿正好啮合，动力从轴4 经齿轮5和2传给齿轮1，使轴3旋转；当左移齿轮1时，则1、2两齿轮的内外齿便分 开，动力被切断，轴3停止转动。 这种离合器通常用于变速器的换档齿轮上，一般称为啮合套或同步器。汽车变速箱， 换档采用这种同步器。
n z 2 1 i = = n z 2 1
式中：n 、n ——主、从动齿轮的转速； 1 2 z 、z ——主、从动齿轮的齿数。 1 2 为了增加齿轮传动的传动化，通常采用多级齿轮传动。在多级齿轮传动中，其总传动 比等于各从动齿轮齿数的连乘积和各主动齿轮齿数的连乘积之比。这是多级齿轮 传动中的一个基本概念，它适用于任何级的齿轮传动。
转向方式不同，即履带式工程机械在驱动桥内设置了转向离合器。另外，在 动力传至驱动链轮之前，为进一步减速增矩，增设了终传动装置，以满 足履带式机械较大牵引力的需求。
2.液力机械式传动系统的组成 液力机械式传动系统愈来愈广泛地用在工程机械上。目前，国产ZL系列装载机全 部采用液力机械式传动系统。图5.2­3所示为ZL50型装载机传动系统简图。
一 液力偶合器 液力偶合器（图5.3­5）是由固定在主动轴上的泵轮3（主动轮）和固定在从动轴上的涡轮2（从动 轮）两大部分组成。两轮成碗状，其径向排列有许多叶片（图5.3­5a），两轮面对面地连接安 装，并有3～4mm的间隙。液力偶合器的基本工作原理如下：
图5.3­5 液力偶合器及其装配图 (a)外貌图 (b)原理图 1-主动轴；2-涡轮；3-泵轮； 4-从动轴；5-接盘
此外，传动系统还具有切断动力的功能，以满足发动机不能有载起动和作业中换档时 切断动力，以及实现机械前进与后退的要求。 二、传动系统的组成 1.机械式传动系统的组成 图5.2-1所示为轮式工程机械用机械式传动系统的传动简图 主传动器、差速器和半轴装在同一壳体内，形成一个整体，称为驱动桥.转向？
图5.2­1 轮式工程机械传动系统简图 1-离合器；2-变速器；3-万向节；4-驱动桥；5-差速器；6-半轴；7-主传动器；8-传 动轴