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行星式变速箱超越离合器优化设计及实验研究

徐燚伟  
【摘要】:随着现代科技的高速发展,对工程机械产品的可靠性和耐久性要求也越来越高。在我国常见的装载机通常装配的是双涡轮行星式变速箱,其主要通过超越离合器与液力变矩器配合工作。因此,装配行星式变速箱超越离合器的装载机具有通过性强的特点,能够根据工况条件自动调节输出扭矩以适应阻力变化,从而完成装载作业。装载机行星式变速箱上广泛装配的超越离合器主要用于整合液力变矩器Ⅰ、Ⅱ级涡轮的动力,传递到变速箱相应挡位上,从而实现高速轻载,低速重载的自动切换。行星式变速箱上广泛装配的超越离合器普遍带有隔离环,滚柱在楔紧和脱开过程中会出现受力不均,使隔离环产生磨损,甚至断裂。此结构超越离合器无故障使用周期短,大约在2000小时。本文研究的超越离合器取消了隔离环,每个滚柱单独受力,受力均匀,避免了由于隔离环加工误差造成的分度不均,从而导致每个滚柱的受力不均。为了提高装载机行星式变速箱产品的可靠性和耐久性,本文中针对3吨装载机的行星式变速箱超越离合器,通过理论推导、ANSYS Workbench有限元仿真分析、优化设计和实验研究分析相结合,验证了优化后超越离合器结构的可靠性,为超越离合器优化设计以及避免早期失效提供了参考,同时也为同类型产品的优化设计以及实验研究提供了一种研究方法。本文主要研究内容概括如下:(1)行星式变速箱超越离合器结构特性分析,应用Hertz接触理论和ANSYS Workbench有限元分析软件,对楔合状态下的超越离合器滚柱进行接触应力分析。(2)行星式变速箱超越离合器片弹簧的结构特性分析,运用应变能理论、能量法和微积分原理对片弹簧的刚度和应力进行理论分析。通过片弹簧实测数据对理论分析准确性进行验证。使用ANSYS Workbench有限元分析软件对片弹簧进行静应力分析和疲劳寿命分析。(3)行星式变速箱超越离合器结构优化设计,根据优化设计理论,运用MATLAB数值分析功能对超越离合器结构进行优化。(4)行星式变速箱超越离合器实验分析,通过片弹簧的疲劳寿命实验、行星式变速箱超越离合器性能实验和行星式变速箱超越离合器可靠性台架实验,分析验证了理论与仿真的准确性,证实了理论、仿真和实验具有一致性。


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