双涡轮液力变矩器超越离合器的强度与可靠性研究

【摘要】目前，我国80%以上的轮式装载机装备有双涡轮液力变矩器，它相当于一个自动换挡的两挡变速器，从而可以减小机械变速器的挡位数。双涡轮液力变矩器具有高效区宽，变矩比大等优点，其功率通过超越离合器输出给变速箱，属功率内分流式的液力机械变矩器。当装载机在高速轻载的工况下作业时，超越离合器分离；当装载机在低速重载的工况下作业时，超越离合器锁止。从而可实现装载机高速轻载与低速重载间的转换，提高了生产效益。测试表明，复杂多变的轮式装载机完成一个工作循环大约需要48秒，超越离合器在每一个循环过程当中需完成8次的锁止与分离，装载机的使用寿命如果按8000小时来计算，那么超越离合器需要完成512万次可靠的锁止和分离。然而目前的超越离合器在工作2000小时左右失效的相对较多，因为更换超越离合器的工作量大，维修成本较高，所以各主要的装载机制造商均对超越离合器机型进行了改良设计。在这样的背景下，本文对装载机工作循环进行了测试，对现有的超越离合器进行受力分析以及静、动强度分析，找出影响现有超越离合器疲劳的主要因素，依据因素对现有超越离合器进行改进设计，从而解决现有超越离合器易疲劳的缺点，对提高装载机的可靠性具有重要的意义。本文围绕装载机工作循环的测试、现有超越离合器的结构、超越离合器的静、动态强度分析、结构改进设计等关键问题所做研究工作及得出的结论如下：1.超越离合器工作过程分析和装载机工作循环测试对装载机处在高速轻载与低速重载的两种工况下进行了分析。当处于高速轻载的工况时，超越离合器分离；当处于低速重载的工况时，超越离合器锁止。对装载机工作循环进行了测试并进行载荷计算。首先，在测试结果的基础之上，对测试数据进行分析，得到了装载机工作循环内的十二个工况下相对应的发动机的转速和输出轴的转速。其次，在其基础之上计算出双涡轮液力变矩器在每个状态下相对应的变矩器转速比和Ⅰ涡Ⅱ涡的转速。再次，在CFD中进行载荷计算，依据转速计算得出在不同时间内的Ⅰ涡与Ⅱ涡的转矩，进而计算得出动态仿真的加载数据。2.现有超越离合器的静态强度分析对现有的超越离合器进行受力分析，简化现有超越离合器的模型，并运用有限元法对现有超越离合器进行静态分析，得出滚柱与内、外圈的接触处的应力和应变分布情况。3.现有超越离合器的动态强度分析采用有限元法对现有超越离合器进行动态分析，得出滚柱和内、外圈的瞬时应力分布，给出了产生最大应力的位置。4.现有超越离合器的改进设计和对比分析在分析现有超越离合器有限元结果的基础之上，对影响超越离合器失效的因素进行分析，找出影响超越离合器疲劳的因素，针对因素对现有超越离合器进行改进设计，得出一种新型超越离合器。建立新型超越离合器的几何模型，并对其简化。对新型超越离合器进行受力分析以及静、动强度分析，得出新型超越离合器滚柱与内、外圈的接触处的位移分布情况以及滚柱和内、外圈的瞬时应力分布情况。最后，对现有和新型超越离合器进行对比分析，验证新型超越离合器比现有超越离合器有所改进。
【作者】胡晶；
【导师】马文星；
【作者基本信息】吉林大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】超越离合器；机械设计；有限元；强度分析；磨损；

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