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某型履帶車輛變速箱是該型車輛傳動(dòng)系統(tǒng)中最重要的部件之一，其工作狀況直接關(guān)系到車輛能否正常行駛。而變速箱體是箱內(nèi)各軸系零件的支撐平臺(tái)，它承載時(shí)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形量對(duì)箱體的失效與軸承的破損有很大影響，所以對(duì)該型車輛變速箱體進(jìn)行剛強(qiáng)度分析具有重要的意義。對(duì)類似簡單箱體的結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行研究的較多。具有代表性的有趙麗娟、劉宏梅、柯金和、陳義東等人的工作，但他們的研究對(duì)象均以電機(jī)為動(dòng)力，功率和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，工況相對(duì)簡單。而復(fù)雜箱體(比如某型履帶車輛變速箱)結(jié)構(gòu)分析研究的論文相對(duì)較少，具有代表性的有文占科、曹鳳利、劉傳峰等人的工作，但這些工作對(duì)箱體所受荷載的計(jì)算敘述較少。文中從某型履帶車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的工況入手，通過動(dòng)力傳輸路線和機(jī)械效率分析，計(jì)算出傳遞到變速箱各軸上的功率、轉(zhuǎn)速及所受轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而計(jì)算出各軸所受的支反力，其反作用力即為箱體軸承座孔上所受荷載。然后將Solidworks創(chuàng)建的箱體模型導(dǎo)入Patran中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析。最后根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)以往車輛使用中出現(xiàn)的常見故障做出解釋，并對(duì)技術(shù)維修提出建議。
該變速箱體沿著三軸中心線所在平面分為上下兩部分。Patran的幾何建模能力相對(duì)較弱，因此利用Solidworks軟件來創(chuàng)建上下箱體模型，將它們裝配成一體，并將裝配體文件另存為Parasolid格式，即*.x_m文件，為下一步進(jìn)行有限元分析準(zhǔn)備幾何模型。
某型履帶車輛動(dòng)力傳遞路線為：動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)齒式聯(lián)軸器、齒輪傳動(dòng)箱、齒式聯(lián)軸器傳遞到主離合器主動(dòng)鼓上。一部分動(dòng)力經(jīng)風(fēng)扇聯(lián)動(dòng)裝置傳遞到風(fēng)扇上。當(dāng)主離合器結(jié)合時(shí)，另一部分動(dòng)力經(jīng)被動(dòng)鼓傳遞到變速箱主動(dòng)軸上。變速箱工作的最惡劣工況當(dāng)屬發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩最大且變速箱掛一擋時(shí)的工況。為此需查閱發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩最大時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，這樣才能進(jìn)一步算出傳遞到變速箱主動(dòng)軸上的功率和轉(zhuǎn)速。下圖給出了該型履帶車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線。由圖可得：發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為382.2 kW，額定轉(zhuǎn)速為2000 r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩2300 N·m時(shí)轉(zhuǎn)速n=1200 r/min，功率P= 286.65 kW。另從文獻(xiàn)查得：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針方向(從機(jī)頭向機(jī)尾方向觀察，機(jī)尾即動(dòng)力輸出端)，從而推斷出變速箱主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)向亦為順時(shí)針方向。
假定齒式聯(lián)軸器、齒輪傳動(dòng)箱中每對(duì)嚙合齒輪的機(jī)械效率刀均為0.99，則傳遞到主離合器主動(dòng)鼓上的功率P= 286.65x0.994=275.35 kW。發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)風(fēng)扇功耗為47 kW，按照線性關(guān)系估算出發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的風(fēng)扇功耗為28.2 kW，從而計(jì)算出傳遞到變速箱主動(dòng)軸上的功率為247.15 kW。齒輪傳動(dòng)箱的傳動(dòng)比為0.7，由此可計(jì)算出變速箱主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n=1714.29 r/min。變速箱輸入動(dòng)力通過主動(dòng)齒輪與中間軸上四擋主動(dòng)齒輪嚙合傳遞到中間軸上。當(dāng)變速箱掛一擋時(shí)，中間軸上一倒擋主動(dòng)齒輪與主軸上一擋被動(dòng)齒輪嚙合，從而將動(dòng)力傳遞到主軸上。主動(dòng)齒輪、四擋主動(dòng)齒輪、一倒擋主動(dòng)齒輪及一擋被動(dòng)齒輪均為直齒圓柱齒輪，齒數(shù)分別為14、28、12和36，模數(shù)和分度圓上的壓力角分別為9mm和200，根據(jù)這些條件可以計(jì)算出各軸上的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及每對(duì)嚙合齒輪中主動(dòng)齒輪傳動(dòng)載荷的各分量，如表所示。
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