液力传动变速箱设计与仿真设计

操纵阀

摘要
本课题是设计一个液力传动变速箱，液力传动变速箱是汽车中的驱动设备，广泛的应用于叉车、牵引车、挖掘车等工业车辆中。根据本次设计的的要求，本是一个驱动60吨的液力传动变速箱设计过程。液力传动变速箱主要由变速箱、液力变矩器、油泵总成与主调压阀和溢流阀组件、操纵阀组件、离合器和液压控制等部分组成。由液力变矩器提供转矩和具有前进二档、后退二档共四个档位的动力换档变速箱，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操纵简单、方便，起动平稳，较大地减轻操作者劳动强度。
本课题通过液力传动变速箱主要参数的设计，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。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，及时纠正设计中的不足。

目录
1绪论1
1.1研究的目的和意义1
1.2本课题的主要研究内容1
1.3国内外研究现状2
1.3.1发展概述2
1.3.2液力传动变速箱的技术发展趋势2
2总体方案的设计3
2.1液力传动变速箱概述3
2.2主要技术参数3
2.3工作原理3
2.4结构介绍4
2.4.1变速箱4
2.4.2液力变矩器4
2.4.3油泵总成4
2.4.4主调压阀、溢流阀部件5
2.4.5操纵阀部件5
2.4.6离合器5
2.5变速箱的三维建模及运动仿真5
2.6变速箱使用注意事项5
2.7本章小结6
3变速箱设计7
3.1变速箱传动方案设计7
3.2前进档设计8
3.2.1前进挡概述8
3.2.2前进挡档数的确定8
3.2.3前进挡齿轮设计8
3.2.4齿轮强度计算方法概述9
3.2.5前进挡轴的设计9
3.3倒档设计10
3.3.1倒档概述10
3.3.2倒档零件设计11
3.4刹车档设计11
3.5变速箱总体结构12
3.6本章小结12
4液力变矩器设计13
4.1液力变矩器概述13
4.2液力变矩器的结构与工作原理13
4.3液力变矩器的设计计算14
4.3.1液力变矩器的转矩功率计算14
4.3.2液力变矩器循环圆设计14
4.3.3液力变矩器叶片设计15
4.3.4液力变矩器各种性能及其评价15
4.4液力变矩器的冷却装置设计16
4.5本章小结16
5液压传动部分设计17
5.1液力传动变速箱油路原理17
5.2油泵总成设计17
5.3主调压阀、溢流阀部件18
5.4本章小结19
6离合器（专题部分） 20
6.1引言20
6.2离合器的功能与要求21
6.3离合器的结构方案的确定21
6.3.1摩擦离合器的基本组成和工作原理21
6.3.2离合器的结构方案分析22
6.4湿式多片式液力离合器的结构与工作原理26
6.4.1结构介绍26
6.4.2工作原理27
6.5前进离合器的设计与计算29
6.5.1离合器的基本参数和主要尺寸的选择29
6.5.2从动盘的设计31
6.5.3压盘设计32
6.5.4压紧弹簧的设计计算33
6.5.5扭转减振器的设计34
6.6倒档离合器的设计与计算35
6.6.1倒档离合器基本参数的选择35
6.6.2从动盘的设计36
6.6.3压盘设计37
6.6.4压紧弹簧的设计计算38
6.6.5扭转减振器的设计38
6.7本章小结39
7操纵阀组件（专题部分） 40
7.1离合器操纵机构介绍40
7.2操纵阀原理简介41
7.3操纵阀结构设计41
7.4本章小结44
8变速箱的三维动态仿真45
8.1 PRO/E软件介绍45
8.2变速箱三维模型的建立45
8.3变速箱的动态仿真46
8.3.1机构模块简介46
8.3.2总体界面及使用环境46
8.3.3机械设计模块的分析流程46
8.3.4机械设计运动分析详解47
8.3.5运行分析47
8.3.6齿轮从动连接47
8.3.7回放47
8.4三维模型转换为工程图48
8.4.1图样转换的实现48
8.4.2变速箱各部分工程图48
8.5本章小结50
9总结51

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。

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高效率。
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。

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：

倒档离合器

前进离合器