一种带湿式制动功能的电动叉车轮边减速器设计与分析_吴小君

一种带湿式制动功能的电动叉车轮边减速器设计与分析的开题报告题目：一种带湿式制动功能的电动叉车轮边减速器设计与分析选题背景和意义：电动叉车在物流行业中应用越来越普遍，由于其具有零污染、低噪音、灵活等特点，受到了用户的广泛青睐。

然而在电动叉车的运行过程中，制动系统是至关重要的一个部分，特别是在负载较大、起步、停车等方面。

因此，本课题拟设计一种新型的电动叉车轮边减速器，集成湿式制动功能，使得电动叉车的制动系统功能更加完善。

该研究对于推进电动叉车的发展，提高其安全性和可靠性具有重要意义。

研究内容：1. 确定电动叉车的轮边减速器的主要结构参数和性能要求。

2. 采用SolidWorks软件进行叉车轮边减速器结构的三维建模。

3. 对减速器内部传动结构进行设计和优化，确保其传递动力平稳、可靠。

4. 在减速器中加入湿式制动功能，实现对电动叉车的制动控制。

5. 通过ANSYS软件进行叉车轮边减速器的动力学仿真及结构强度分析。

研究方法：1. 理论分析法：根据电动叉车的工作原理，理论分析其轮边减速器的传动方式和齿轮的模数、公称直径等参数。

2. 三维建模法：采用SolidWorks软件对叉车轮边减速器进行三维建模，为后续的优化提供方便。

3. 最优化设计法：利用最优化设计方法对轮边减速器内部传动结构进行优化设计，提高其传递力矩的平稳性和可靠性。

4. 数值仿真法：利用ANSYS软件进行叉车轮边减速器的动力学仿真及结构强度分析，验证减速器的性能和强度。

预期成果：1. 一种带湿式制动功能的电动叉车轮边减速器的设计方案。

2. 对该减速器进行的三维建模及优化设计报告。

3. 利用数值仿真方法对叉车轮边减速器的动力学及强度进行分析的报告。

4. 研究成果的论文及展示报告。

一种带湿式制动功能的电动叉车轮边减速器设计与分析
本文以轮毂电机驱动的优势为出发点,针对三支点前驱电动叉车的特点设计了一种带湿式制动功能的轮边减速装置。

通过对轮边减速器的结构功能、轻量化等要求进行了系统化设计,一方面实现了电机转子驱动型电动轮在电动叉车上的应用,另一方面完成了叉车制动系统在减速装置内的集成设计,从而实现了带制动控制功能的电动叉车减速器总成。

本文设计的电动叉车轮边减速器是以行星齿轮系统作为减速器的主体传动结构,采用浮动内齿圈结构形式来提升行星齿轮传动的均载性。

在减速传动链的设计中,添加一对外啮合斜齿轮作为其前置级减速系统；通过引入湿式片式制动结构来直接实现轮边减速装置内部输出端的制动,保证所设计的制动系统满足叉车行驶工况的要求；在完成结构设计后利用Pro/E软件建立了轮边减速器虚拟样机的装配模型,应用ABAQUS软件对轮边减速器行星轮系的外啮合变位齿轮和湿式制动结构中的摩擦钢片等进行了有限元分析并获得了相关的数据结果,为轮边减速器的结构改进和性能优化提供重要的理论依据和数据参考。

最终设计完成的轮边减速器在经过试验测试后成功地实现了在某一款三支点前驱电动叉车上的试车。

课题研发设计的带湿式制动功能的轮边减速装置较好地实现了减速传动和行驶制动等功能,其整体性能仍有待测试完善。

白城师范学院学报Journal of Baicheng Normal University 第33卷第8期2019年8月Vol. 33,No. 8Aug. ,2019基于提升变速稳定性的电动叉车减速器的设计与研究张燕(安徽国防科技职业学院汽车技术学院，安徽六安237011)摘要：电动叉车由于环保、轻便的优势成为车间首选的运输工具，深受各大行业物流环节的青睐，其中，叉车领域中以电动叉车的发展最为迅速•减速器作为电动叉车驱动装置，其变速稳定性直接影响物料搬运•文章以某型号减速器作为研究载体，由于减速器从动齿轮之间存在间距,使得传动齿轮与从动齿轮之间存在一定时间的无接触状态，导致减速器动力不能稳定输出，影响运输稳定性.为此，在减速器的传动机构中设计一个稳定齿轮，调整齿轮相关参数，缓解传动不稳的问题，解决了物流行业电动叉车搬运货物时剧烈震动的难题,提升电动叉车的使用性能.关键词:减速器;稳定性;稳定齿轮；电动叉车中图分类号:TH242 文献标识码:A 文章编号：1673-3118 (2019 )07-0008-06目前,各种类型的叉车中电动叉车领先于其他叉车.电动叉车使用电能作为其动力能源,安全可靠、操 作便利、安静、环保，所以在各行各业中都得到了较为广泛的应用，尤其是物流行业•叉车负责物料的搬运, 其工作稳定性直接影响运输过程中货物是否倾倒、散落，叉车的稳定性主要依赖于驱动装置减速器动力的 稳定输出，因此，对电动叉车减速器的组成部件进行研究,调整部件参数,并进行改进性设计,提升减速器 动力输出的稳定性,为提升电动叉车的工作可靠性带来了重大意义⑴•1电动叉车减速器动力传输现状1.1减速器传动机构电动叉车减速器采用齿轮传动,包括从动齿轮、传动齿轮、主动轴、从动轴等构件•齿轮作为传动装置, 需要承受传动工况中的冲击载荷，因此对轮齿的强度要求较高.齿轮传动种类众多,分类依据采用最多的是苏联B. H •库的略夫采夫提出的构件分类法.构件代号 一般为:K -太阳轮,H -转臂,V -输出轴.齿轮传动分为三类：2K - H 、3K 和K-H - V,它们的优势在于 传动比大、传动效率高⑷，其中2K-H 优势更突出，它研制更加简便、易于安装，最突出的优势还在于其外 形尺寸小，所以被大量地采用，本文涉及的减速器即采用2K - H 型.2K-H 型行星齿轮机构共有三种类型，其中NGW 型行星齿轮传动除具备普通2K-H 型行星齿轮传 动的优点外,还具有传动比、使用功率不受限制的优点•图1为传动结构(部分)•图2为齿轮传动示意图 (部分)，传动线路为小齿轮一大齿轮一太阳轮一行星轮一行星架一轮毂.收稿日期:2019 - 03 - 06作者简介：张燕(1983—),女，讲师，硕士，研究方向：汽车技术.基金项目：安徽省教育厅自然科学研究重点项目(KJ2018A0894);安徽省青年人才支持计划项目(gxyq2019269);安徽国疗科技职业学院质 量工程项目(g£2017jxtd04)；安徽省教育厅自然科学研究畫点项目(KJ2018A0888);安徽省质量工程项目(2017ghjc347).基于提升变速稳定性的电动叉车减速器的设计与研究图1传动结构方案（部分）图2传动示意图（部分）（1.轮毂;2.行星轮;3.太阳轮;4.行星架;5.内齿圈;6.大齿轮;7.小齿轮）1.2减速器传动现状电动叉车减速器的传动系统中设有行星齿轮机构作为传动机构，减速器由传动轴、位于传动轴上的传动齿轮以及从动轴和位于从动轴上的从动齿轮组成，在变速过程中需要将传动轴上的传动齿轮进行移动,但在移动过程中，由于从动齿轮之间存在间距，导致在移动过程中，传动齿轮与从动齿轮之间有一段时间无法啮合,处于无接触状态,导致减速器的动力输出不稳定,造成减速器在变速过程中不能稳定变速，影响传动效果•电动叉车在运送货物过程中振动加剧，时常发生货物颠落甚至倾覆的现象，造成损失•另一方面,齿轮之间距离过大,轮齿啮合时,齿面承受较大的冲击载荷,磨损加剧，应力通常集中在齿根处,容易造成轮齿的疲劳折断，图3为齿面损伤情况;齿轮啮合时碰撞频繁，导致噪声很大，与当下环保的生产理念相冲突，影响电动叉车的使用效果•针对以上情况，设计增加一个稳定齿轮，同时合理调整齿轮参数,提升减速器传动稳定性具有重要意义⑶•图3轮齿损伤情况2电动叉车减速器稳定变速的设计思路通过前期使用状况发现,从动齿轮之间的间隙严重影响着电动叉车行驶的稳定性，导致物料运输损失加剧，因此，在进行减速器设计时,减速器变速稳定性作为首要考虑的因素•故在设计时,重点设计一个稳定齿轮，使主动轮与从动轮处于啮合空档期时，稳定齿轮能暂时与从动齿轮啮合，使得从动轴速度不会发生急速下降，缓解速度的波动•同时设置挡块，限制调节杆的调节范围，进一步提升稳定性•减速器动力传输的稳定性直接影响电动叉车的使用性能，把提升稳定性融入设计思路中，提高电动叉车的使用有效性及市场竞争力⑷.白城师范学院学报第33卷第8期2.1减速器的组成部件减速器的主要功能是:结合外界的增速与降速指令，通过主动齿轮与从动齿轮等一系列传动机构操作，实现电动叉车变速•根据减速器的功能要求，须有以下主要部件:主动轴、从动轴、主动轮、从动轮、稳定齿轮、调节杆、挡块、传动筒、电机及相关小附件，以上主要部件有机结合实现电动叉车减速器稳定变速的功能.2.2减速器稳定变速的技术方案减速器包括机体,机体内部设有传动轴，传动轴一端穿过机体与旋转电机相连,传动轴上套设有传动筒，传动筒上设有传动齿轮,传动轴一侧设有从动轴，从动轴上设有多个齿数不一的从动齿轮,从动齿轮之间等距设置,并且直径一致，为从动齿轮与传动齿轮啮合提供便利•从动轴另一端与行星轮相连接,行星轮设置在齿圈中，行星轮与齿圈之间啮合有小齿轮，从动轴另一端与机体内壁轴连，传动齿轮一侧传动筒上设有稳定齿轮，稳定齿轮宽度等于从动齿轮之间间距，便于稳定齿轮在传动齿轮移动过程中与从动齿轮之间啮合,有利于稳定变速,同时稳定齿轮与传动齿轮直径一致、齿数一致•稳定齿轮与传动齿轮之间间距小于从动齿轮之间宽度•稳定齿轮与传动齿轮之间设有调节块,调节块端面固定连接调节杆,调节杆通过传动机构与调速杆相连，调节块一侧调节杆上设有挡块,当调节杆到达调节极限时,挡块即可阻碍调节杆继续运动•通过设置稳定齿轮,使得在变速过程中，稳定齿轮与从动齿轮相互啮合,提高变速过程中的稳定性，有效地解决了电动叉车动力输出不稳的难题.3电动叉车减速器的设计结构及其功能CAD绘图软件是目前应用较为普遍的作图工具,CAD能实现很多设计想法，制图便捷,受到各行各业设计工作者的欢迎，因此采用CAD作为减速器的设计工具.基于CAD软件设计出减速器（如图4）.起保护作用的机体1,机体1内部设有传动轴2,传动轴2的一端穿过机体1与旋转电机6相连，旋转电机为动力源•传动轴2上套设有传动筒3,传动筒3上设有传动齿轮4及稳定齿轮5,稳定齿轮5与传动齿轮4之间设有调节块10,调节块10端面固定连接调节杆9,调节杆9通过传动机构与调速杆相连，调节变速.与传动轴2平行的一侧设置从动轴7,从动轴7上装配多个齿数不同的从动齿轮8,从动轴7的一端与行星轮相连，行星轮设置齿圈中，行星轮与齿圈之间啮合有小齿轮,从动轴7另一端机体1内壁轴连•其中从动齿轮8之间等距设置，并且直径相同，以便于从动齿轮与传动齿轮相啮合.稳定齿轮5的齿宽等于从动齿轮8之间间距，以利于稳定齿轮在传动齿轮移动过程中与从动齿轮之间啮合，便于稳定变速.同时稳定齿轮5与传动齿轮4直径一致、齿数一致.调节杆9上设有挡块11，可使调节杆到达调节极限时,阻碍调节杆继续运动，保障稳定性•其中，俯视平面图见图5.图4电动叉车减速器结构图（1.机体;2.传动轴;3.传动筒;4.传动齿轮;5.稳定齿轮;6.旋转电机;7.从动轴;&从动齿轮;9.调节杆;10.调节块;11.挡块）基于提升变速稳定性的电动叉车减速器的设计与研究图5俯视平面图（2.传动轴;4.传动齿轮;5.稳定齿轮;6.旋转电机;7.从动轴;8.从动齿轮）4电动叉车减速器实现稳定变速的工作原理电动叉车在运送物料过程中,在进行变速时,通过操纵调速杆,操纵机构带动调节块运动,从而带动传动齿轮移动，在传动齿轮移动时，稳定齿轮与从动齿轮相互内啮合,使传动齿轮在变速过程中，即便与从动齿轮处于分离状态,传动轴仍能继续带动从动轴运转,保证从动轴旋转的稳定性，防止在变速过程中从动轴的转速骤降，当传动齿轮与从动齿轮重新啮合时,稳定齿轮位于从动齿轮之间•稳定齿轮的参与,避免了传动齿轮与从动齿轮啮合空档期从动轴的动力缺失,使从动轴的转速一直处于稳定状态，使得电动叉车传动平顺、无顿挫感,实现稳定变速，解决了由于从动齿轮间间距过大引起的传动空挡,导致动力间断输出的困境•同时调整从动轮之间的间距，使间距大小一致,轮齿直径相等，使得从动轮与传动轮啮合更平顺，稳定齿轮的直径与传动齿轮直径大小一致、齿数相等,设计时，针对齿轮的参数做了以上改善,为传动齿轮与从动齿轮平稳啮合、传递稳定的动力及减少齿轮齿面的损伤创造了必要条件.运用有限元分析软件ANSYS对改善前后的啮合齿轮进行力学分析,应力云图见图6和图7.由此可见,对于不同的齿轮传动结构，会得到不同的应力数值，对前后两种传动结构的齿轮应力进行分析（见表1）•OCT SS2G1712:CKS:.5■&^.112297游XT fs'.a.F®宀.00^463A.齡牌;“toa.ei3..BVFFBR.347^^-G®f* 礙［?；蜒翘#.089SU ASQ m備图6结构改善前齿轮啮合应力云图白城师范学院学报第33卷第8期OC1:2617浓皿叙5裁龙轉^,S12B43"VV®…14.22&7迅帮,5714X3S；XF'®-.aa®194f e VF^,GX83■«"■&F®-.uG74S3A"和蓦1杯弋口aw沁熾33靈V434E'^C j B,530£^vSZ刖w@J讥心強m駝图7结构改善后齿轮啮合应力云图表1分析结果对比最大应力标准值/MPa原结构/MPa改善后结构/MPa "max74.278.173.1比较改善前后结果发现，原结构齿轮啮合时齿根最大应力超出标准值5.2%，改善后齿轮啮合时齿根最大应力低于标准值1.5%.改善前齿轮啮合时，最大应力出现在齿根处,最大应力值为0"*=78.1MPa,超出轮齿能承受的最大应力值，极易发生轮齿折断，磨损也会加剧•分析发现,改善后的齿轮啮合时，最大应力为=73.1 MPa,出现在齿根处，最大应力值低于标准应力，轮齿不会发生断裂,提升了齿轮的使用寿命⑸.5结语目前各行各业，尤其轻工业，因为节能、环保、轻便等因素，选择电动叉车作为其主要物流工具.减速器作为电动叉车的变速机构，变速的稳定性直接决定了电动叉车运送物料的平稳性•稳定变速、有效运送货物是物流行业对电动叉车的期望，然而，由于减速器从动轮间存在间距，变速时传动轮移动至与从动轮啮合期间，主从动轮之间存在一定时间的非接触状态,此时从动轴转速骤降，导致电动叉车速度急速下降,如此往复，电动叉车动力输出极不稳定,基于此，通过增设一个稳定齿轮，同时调整齿轮的相关参数，即可实现电动叉车的稳定变速,亦可缓解齿轮轮齿的损伤，对电动叉车的使用性能提升具有重要意义同•对于减速器的实际使用效果，还有待后续的继续研究.参考文献：[1]李臻.非摩擦式无级变速装置的设计与研究[D].长沙：湘潭大学,2017.[2]李余格，汪韶杰，彭建刚.基于NSGA-II叉车轮边减速器优化设计[J].汽车零部件,2013(10)：47-50.[3]曾德强，柳冠伊，毛贺.RV减速器针齿受力分析及设计改进[J].集成技术,2019(3)=10.[4]谢树江.试析圆柱齿轮减速器设计中应考虑的问题[J].通讯世界,2019(4)=254-255.[5]任小中，董后云，徐恺.电动叉车减速器降噪试验[J].河南科技大学学报,2016(2)=17-20.[6]张燕.一种电动叉车轮边减速器有限元分析[D].合肥:合肥工业大学,2013.基于提升变速稳定性的电动叉车减速器的设计与研究A Design and Research on the Reducer ofElectric Forklift for ImprovingVariable Speed StabilityZHANG Yan(School of Automobile Engineering,Anhui National Defense Vocational College,Luan237011,China) Abstract:Thanks to its environment一friendly and portable advantage,forklift has become a preferred transportation tool in workshop and received praise from all logistics processes.Among them,the development of electric forklift is the most rapid one in the field of forklift.As the actuating device of electric forklift,reducer' s stability of variable speed will directly affect the transportation of materials.In this thesis,it will take the re­ducer of a certain type as the research object.Due to the space between the driven gears of the reducer,there will be some time of contacdess state between the transmission gear and driven gear,which makes the reducer fail to output power stably and affects the stability of transportation.Therefore,to design a stable gear in the driv­en structure of the reducer and modify the related index of the gear can help to relieve the issue of unstable trans­mission,solve the difficulty of huge oscillation of electric forklift in logistics industry,and improve the utility of electric forklift.Key Words:reducer；stability；stable gear；electric forklift责任编辑：耶伟三(上接7页)Effects of Zinc on NitrogenAbsorption of RiceWANG Feng-wen1,DU Yong-zhen2(1.College of Life Science,Baicheng Normal University,Baicheng137000,China；2.Yon^ji No.4Senior High School,Yon^ji132100,China)Abstract:The effects of zinc on nitrogen absorption of rice were studied in this paper.The uniform size seedlings were cultivated by using soil samples with different zinc content.The nitrogen content of rice plants was observed and recorded in different periods and parts of rice plants.The results showed that,except for grouting period,the distribution order of nitrogen in plant was not changed in other periods.The most important period for the distribution of nitrogen in the plant organs is the grouting period.The most influential organs are the leaves and leaf sheaths,which have less effect on stems and spikes.Key Words:rice；nitrogen content；zinc fertilizer；growth stage责任编辑：李玉波。

叉车多盘湿式制动器冷却系统的设计马乙;张丽【摘要】This paper presents types and advantages of forklift truck wet brakes, focusing on operation and design of fully-closed multi-disk wet brake.%介绍了叉车湿式制动器的类型及其优点,重点阐述了叉车全封闭湿式多盘制动器冷却系统的工作原理及设计过程.【期刊名称】《起重运输机械》【年(卷),期】2012(000)010【总页数】3页(P62-64)【关键词】叉车;全封闭式多盘湿式制动器;强制冷却;自然冷却【作者】马乙;张丽【作者单位】安徽合力股分有限公司,合肥230601;安徽合力股分有限公司,合肥230601【正文语种】中文【中图分类】TH242国内生产的1～10 t叉车多采用蹄片式制动器，12 t以上叉车及堆高机采用湿式多盘制动器。

随着用户对安全、使用寿命、可靠性的要求越来越高，湿式制动器越来越受到用户的青睐，目前在欧、美等国际市场，湿式制动器已逐渐成为1～5 t 电动叉车、8～46 t内燃叉车的标配。

1 湿式制动器特点湿式制动器工作性能稳定，不需要经常调整，使用寿命一般为干式制动器的3～5倍，使用超过2年性能不会衰退。

其主要特点如下:1)制动摩擦片在密封的油浴里工作，摩擦片两侧的多孔纤维面能确保有一层薄膜油始终把摩擦片和压片分开，防止摩擦片与压片直接接触，可使摩擦片间的磨损减至最小，使用寿命较长。

2)湿式多盘制动器为全封闭式，可免受外界水分、灰尘、杂质等的影响。

制动器的活塞推动固定盘及摩擦盘的作用力均匀分布，并且液压力与所形成的制动力成线性关系。

因此制动迅速、平稳，制动性能稳定，具有较高的安全性。

3)湿式多盘制动器采用多片结构，环形工作面积大，可在较小衬片压力下获得较大的制动力矩，而单个零件承受的压力却较低，摩擦片单位比压小。