【終稿全套】ZL15裝載機總體及變速箱設計任務書（3軸及齒輪）【3張CAD圖紙+文檔】

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目 錄 第1章 前言··········································································1 第2章 總體設計····································································2 2.1 概述·············································································2 2.2 選擇確定總體參數(shù)····························································2 2.3 裝載機底盤部件型式選擇···················································12 第3章 牽引計算··································································20 3.1 柴油機與變矩器聯(lián)合工作的輸入與輸出特性曲線························20 3.2 確定檔位及各檔傳動比·····················································24 3.3 運輸工況牽引特性曲線·····················································27 3.4 求出各檔最高車速并分析牽引特性········································29 第4章 總體布置··································································35 4.1 估計各部件重量（可根據(jù)樣機定），并確定部件位置坐標·················35 4.2 各部件布置···································································35 4.3平衡重計算·································································39 4.4 驗算輪胎載荷·····························································40 第5章 定軸式動力換檔變速箱設計·········································42 5.1 傳動比的確定·······························································43 5.2 傳動簡圖設計·······························································45 5.3 配齒計算·····································································48 5.4 離合器設計··································································50 5.5 結構設計·····································································53 第6章 畢業(yè)設計小結····························································70 參考文獻············································································72 附：英文翻譯 英文原文 3 河北建筑工程學院 畢業(yè)實習報告 系 別 機械工程系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機094 姓 名 楊東勝 學 號 2009307413 指導教師 郭秀云 李長歡 實習成績 畢業(yè)實習報告 為了給我們的畢業(yè)設計做良好的鋪墊，讓我們對所要設計的內容有一個比較全面的認識并能較完善地完成畢業(yè)設計，在指導老師的安排下，我們踏上了開往長春的列車，去長春會展中心進行參觀實習。 一．實習目的： 畢業(yè)實習是整個教學的一個重要環(huán)節(jié)，又由于是第一次的專業(yè)實習所以我很重視也很認真，因為我們平時只能從課本上學習理論知識，所以能有這樣的實習機會我也格外珍惜，希望能夠學到課本上學不到的知識，積累實踐經(jīng)驗，為以后的經(jīng)驗積累入門經(jīng)驗。通過本次實習使我們了解裝載機及挖掘機的基本特性參數(shù)，弄清設計過程，學會設計調整和收集資料，并且有利于我們更好的理論聯(lián)系實際，進一步加深對本專業(yè)知識的了解和把握。要求我們在實習過程中結合實物，認真研究圖紙，弄清各部分的關系；仔細觀察某些具體部件（如工裝及變速箱）的加工工藝機器某些工序（如組裝）的基本過程；并注意比較不同機型裝載機在結構機器布置以及性能特性上的異同；認真收集資料，寫好實習報告，為畢業(yè)設計做好準備。 二．參加展出的主要單位的情況： 福田雷沃重工： 福田雷沃國際重工股份有限公司（簡稱福田雷沃重工）是一家以工程機械、農業(yè)裝備、車輛為主體業(yè)務的大型產業(yè)裝備制造企業(yè)，2011年實現(xiàn)銷售收入160億元，同比增長12.7%。2012年，雷沃品牌價值以177.36億元，位列中國500最具價值品牌排行榜第64位。公司被認定為“國家重點高新技術企業(yè)”，公司工程技術研究院被認定為“國家認定企業(yè)技術中心”，公司主導產品曾被認定為“中國名牌”、“中國馳名商標”、“最具市場競爭力品牌”。 此次參展的是雷沃裝載機、挖掘機。雷沃工程機械業(yè)務高速、健康發(fā)展，市場競爭力持續(xù)攀升，成為行業(yè)內成長最快的品牌之一。 凱威重工： 青州市世紀凱威工程機械有限公司位于歷史文化名城東方古州之一的青州，這里地理位置優(yōu)越，交通便利，為企業(yè)的發(fā)展，提供了得天獨厚的條件。 公司經(jīng)濟實力雄厚，研發(fā)能力強，通過引進技術、設備，開發(fā)研制了910、912、915、916、918、920、926、928、936系列裝載機。產品技術性能穩(wěn)定，工作裝置及車架運用計算機優(yōu)化設計，具有高位卸料后自動放平功能。采用人性化設計流線形外觀，駕駛室全鋼化成形玻璃，視野開闊。加長軸距，作業(yè)行駛平穩(wěn)，安全可靠。 凱威裝載機轉彎半徑小，轉向靈活，適用于狹小空間作業(yè)。該機液壓操作，結構簡單，操作方便，性能良好，質量可靠。該產品廣泛應用于基建工程、公路建設工程、港口、車站等，并根據(jù)客戶需求訂做抓木、抓草、抓管、抓紙機及專用工程機械。 中國重汽集團海斗工程機械： 中國重汽海斗工程機械挖掘機項目于2009年9月立項，2010年11月19日，中國重汽集團公司成立中國重汽海斗工程機械事業(yè)部正式進軍工程機械領域，并將還斗工程機械挖掘機項目列入重汽集團十二五規(guī)劃重點發(fā)展板塊之一。 中國重汽集團海斗工程機械事業(yè)部位于美麗的海濱城市—青島，在青島高新區(qū)建成了中國重汽青島工業(yè)園。目前，挖掘機項目已完成一期工程3.5萬平方米聯(lián)合廠房、年產5000臺的中大型挖掘機生產線建設，二期工程計劃于2013年完成建設，屆時產能將實現(xiàn)翻番。 中國重汽進軍工程機械領域有著特有的自身優(yōu)勢，海斗挖掘機必在工程機械領域占有重要地位。中國重汽集團海斗工程機械事業(yè)部將堅持“用人品打造精品，用精品奉獻社會”的核心價值觀，堅持“科學、誠信、和諧、共贏”的經(jīng)營理念，開始新的創(chuàng)業(yè)發(fā)展，力爭實現(xiàn)“十二五”末產銷挖掘機1萬臺、銷售收入過百億，企業(yè)綜合實力進入行業(yè)前列的目標，為中國重汽實現(xiàn)十二五發(fā)展目標發(fā)揮重要支撐作用。 強大的動力，卓越的性能和經(jīng)濟性：原裝進口世界知名品牌發(fā)動機，三級進氣過濾，渦輪增壓和空空中冷等先進配置，是挖掘機動力持續(xù)強勁的保證。 液壓系統(tǒng)：采用國際一流的液壓系統(tǒng)，提高了挖掘機的精確控制能力和可靠性，科學的雙泵交叉功率控制系統(tǒng)使功率分配更加合理，隨心所欲，一切盡在掌握中。 電控系統(tǒng)：智能全功率電控系統(tǒng)使發(fā)動機和液壓系統(tǒng)渾然一體，完美匹配，最大限度提高作業(yè)效率，降低燃油消耗。行走馬達：原裝進口馬達，安全可靠，RV減速機速比高，輸出力矩大，運行平穩(wěn)。開闊的作業(yè)視野：低噪音、低振動、寬敞舒適的駕駛環(huán)境，讓駕駛員無疲勞輕松作業(yè)。 三一重工： 三一集團是全球工程機械制造商50強、全球最大的混凝土機械制造商、中國企業(yè)500強、工程機械行業(yè)綜合效益和競爭力最強企業(yè)、福布斯“中國頂尖企業(yè)”，中國最具成長力自主品牌、中國最具競爭力品牌、中國工程機械行業(yè)標志性品牌、亞洲品牌500強。經(jīng)營范圍：建筑工程機械、起重機械、停車庫、通用設備及機電設備的生產、銷售與維修（其中特種設備制造須憑本企業(yè)行政許可）；金屬制品、橡膠制品及電子產品、鋼絲增強液壓橡膠軟管和軟管組合件的生產、銷售；客車(不含小轎車)和改裝車的制造與銷售（憑審批機關許可文件經(jīng)營）；五金及法律法規(guī)允許的礦產品、金屬材料的銷售；提供建筑工程機械租賃服務；經(jīng)營商品和技術的進出口業(yè)務(國家法律法規(guī)禁止和限制的除外)。 此次參展的是三一汽車起重機、挖掘機等。三一尚未生產研發(fā)裝載機，有點遺憾。 三．實習內容及過程： 這次實習我們主要是認識長春會展中心擺出的各種機械產品。其中主要有裝載機、挖掘機、橋式起重機、塔式起重機，還有各種機械方面的材料、工具、零件等。我們主要是觀察了輪式裝載機。 早晨八點半，我們來到了實習地點—長春會展中心，開始了本次實習。 首先我們在指導老師帶領下參觀了展出單位的參展地點，看到了國內外先進的裝載機，我們觀看了ZL15、ZL50、ZL30等型號的裝載機，并詳細的記下了相關機型、相關部件的結構、性能等。指導老師帶領同學們仔細觀察了裝載機每一結構如鏟斗、動臂、變速箱等的特點及構造，同時針對同學們對所要設計的內容所提出的一系列的問題進行了詳細的實物講解，使我們對裝載機的結構、性能特點有了更好的認識，同學們的積極性也都很高，拿著自己的手機、相機拍下了課本上所不能了解的東西。 之后同學們分組參觀，每個公司展出的裝載機、挖掘機前都有專人負責，我們就自己不懂的地方向負責人進行了耐心的提問。各負責人為我們詳細的介紹了裝載機設計時的注意事項，并針對我們的畢業(yè)設計提出了更多更好的意見。同時鑒于同學們的要求，各負責人給我們講解了各型號裝載機、挖掘機的整體性能參數(shù)、部件的完整的設計方案和圖紙，在指導老師和相關負責人的指導教誨下，我們學到了很多學校里學不到的知識，我們受益頗深。 然后我們觀看了三一重工的汽車起重機以及其他公司的塔式起重機的模型。 最后我們還觀看了勞動防護用品。勞保用品分四大門類近千種，包括：個體防護用品（頭部防護、眼面部防護、足手部防護、防護服、防墜落用品、呼吸護具、水上救生用品等），職業(yè)服裝及材料（阻燃、防靜電、拒水拒油、工裝等），安全生產監(jiān)測儀器儀表（輻射及微波、靜電、噪音、粉塵、毒物等各類監(jiān)測儀器儀表），安全生產設備（交通安全生產設備、礦工安全設備、石油職工安全生產設備、機械安全生產防護裝置、電力安全防護設備、應急救援設備、消防設備等）。這增加了我們安全勞動方面的知識，安全生產也很重要。 到這里，本次實習也就結束了。 四．實習總結： 通過此次實習我學到了許多書本上學不到的知識，比如在人格魅力方面的鍛煉，在與人出事方面的謙恭，做事要事無巨細，親自躬行，在做事前后的思考與探索，這都對我的人格成長起到了很好的作用，并且為我以后的工作奠定了很好的實踐基礎。另一方面，通過這次實習使我們能夠掌握要領，并做到舉一反三，培養(yǎng)自己分析和解決生產實際問題的能力，提前進入未來將要從事的工作角色。 畢業(yè)實習是我們機械專業(yè)知識結構中不可缺少的組成部分，其目的在于通過實習使學生獲得基本生產的感性知識，理論聯(lián)系實際，擴大我們的知識面；同時又是鍛煉和培養(yǎng)學生業(yè)務能力及素質的重要渠道，培養(yǎng)當代大學生具有吃苦耐勞的精神，也是學生接觸社會、了解企業(yè)的一個絕好的機會。我們的實習達到了我們所希望的效果，相信通過此次畢業(yè)實習，會使我們每一位同學將理論與實際結合的更緊密，更能夠使我們掌握工程機械設計的基本流程、各種參數(shù)的選取、各種影響因素產生的特點；使我們從容的面對以后的設計和我們即將踏入的工作崗位。 實習雖然結束了，再過三個多月，我們真的就要走上工作崗位了，想想自己大學四年的生活，有許多讓我回味的思緒，我感謝老師們對我的諄諄教會，在這個春意盎然的季節(jié)，伴隨著和煦的春風一起飛揚，飛向遠方，去追逐我的夢！ 摘要 我所設計的ZL15裝載機既保留了傳統(tǒng)裝載機的優(yōu)點，而且具有新的性能和優(yōu)點。 本次設計主要進行的是變速箱的設計。ZL15裝載機屬于小型土方機械，廣泛應用于城市建設工地及貨場、煤場、倉庫等裝載及堆放松散貨料的場所，并且可以用來完成輕度的挖掘及平整場地作業(yè)。 ZL15型裝載機屬于ZL系列，采用輪式行走系，液力機械傳動系，鉸接式車架,所以該機具有機動性好、轉向靈活、生產率高、操縱輕便等優(yōu)點。另外，該機后橋布置為擺動橋，增加了整機的穩(wěn)定性，所以該機的安全性好。 ZL15型裝載機采用定軸式變速箱，結構簡單，制造成本較低，維修方便，特別是采用離合器外置式時，變速箱體尺寸小，便于總體布置。本機在設計中，參考同類機型，選用最佳傳動方案，使機構簡單，操作方便，并滿足作業(yè)要求。定軸式變速箱采用動力換擋，使駕駛室操作便捷，減少勞動強度。 變速箱設計包括：變速箱型式的選擇、傳動比最終的確定、傳動簡圖設計（前三后三檔位）、所有齒輪的配齒計算、Ⅰ軸和Ⅱ軸離合器設計、結構設計（包括軸、軸承以及齒輪的選擇校核計算）。最后還運用有CATIA對輸出軸的受力情況進行了有限元分析。 【關鍵詞】輪式裝載機 定軸式變速箱 換擋離合器 有限元分析 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計計算書 指導教師：郭秀云 李長歡 設計題目：ZL15裝載機總體及變速箱設計（3軸及齒輪） 設計人：楊東勝 參考文獻 【1】 同濟大學主編.鏟土運輸機械. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987. 【2】 吉林工業(yè)大學編.輪式裝載機設計. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1989. 【3】 楊晉生主編.鏟土運輸機械. 北京:機械工業(yè)出版社,1987. 【4】 同濟大學主編.工程機械底盤構造與設計. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987. 【5】 諸文農編.底盤設計(上下). 北京:機械工業(yè)出版社,1981. 【6】 許鎮(zhèn)宇，邱宣懷主編.機械零件(修訂版)[M] .北京：人民教育出版社，1981 【7】 吉林工業(yè)大學主編. 工程機械液壓與液力傳動. 機械工業(yè)出版社，1979 【8】 東北工學院主編. 機械零件設計手冊. 冶金工業(yè)出版社，1997 【9】 黃誼主編. 液壓與氣壓傳動（第一版）. 北京：機械工業(yè)出版社, 2000年5月 【10】 成大光主編. 機械設計手冊（第一卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 成大光主編. 機械設計手冊（第二卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 成大光主編. 機械設計手冊（第三卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 成大光主編. 機械設計手冊（第四卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 成大光主編. 機械設計手冊（第五卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 【11】 董剛, 李建功, 潘鳳章主編. 機械設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 1998年7月 【12】 劉鴻文主編. 材料力學（第四版）. 高等教育出版社, 2004年1月 【13】 路鳳儀主編. 機械原理課程設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 2002年6月 【14】 青風，國內輪式裝載機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，機電信息，2004年第八期 【15】Computers and Structures 80 (2002) 605–614 【16】Journal of Terramechanics 46 (2009) 217–227 72 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題 名稱 ZL15裝載機總體及定軸變速箱 設計（3軸及齒輪） 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機094 學生姓名： 楊東勝 學 號： 2009307413 指導教師： 郭秀云 李長歡 課題來源 導師課題 課題類別 畢業(yè)設計（論文） 一、 論文資料的準備 裝載機及ＺＬ系列裝載機簡介 裝載機是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設工程的土石方施工機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等做輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進行推土、起重和其他物料（如木材）的裝卸作業(yè)。在道路，特別是在高等級公路施工中，裝載機用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場的集料、裝料等作業(yè)。此外還可進行推運土壤、刮平地面和牽引其他機械等作業(yè)。由于裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此它成為工程建設中土石方施工的主要機種之一。 ZL系列輪式裝載機是一種高效率的工程機械，具有結構先進、性能可靠、機動性強、操縱方便等優(yōu)點。廣泛應用于礦山建筑工地、道路修建、水利工程、港口、貨場、電站以及其他工業(yè)部門進行裝載推土鏟挖起重牽引等多種作業(yè)。對加快工程建設速度減輕勞動強度提高工程質量降低工程成本都發(fā)揮著重要作用。因此近幾年來無論在國內還是國外裝載機品種和產量都得到迅速發(fā)展，成為工程機械的主導產品之一。 為適應裝載機多功能作業(yè)的要求輪式裝載機已經(jīng)向一機功能方向發(fā)展。這主要靠主機控制適合多種作業(yè)的組合工作裝置完成。80年代國外裝載機和液壓挖掘機除了不斷完善裝挖功能外正向一機多能方向發(fā)展。許多公司競相生產各式各樣的輔助機構。這種機型使用范圍很廣，其產品受到用戶的普遍關注。 在通用拖拉機前端加裝載裝置后部加挖掘裝置可改裝變形成前裝后挖拖拉機亦稱挖掘裝載機俗稱“兩頭忙”。 國內外裝載機的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景 隨著我國國民經(jīng)濟建設的調整發(fā)展，大型輪式裝載機的需求量會有大幅度上升，特別是西部大開發(fā)及許多大型工程建設，大型輪式裝載機大有用武之地。另外世界上生產大型輪式裝載機的國家、企業(yè)也不多，出口前景也非常好，苦于我們還拿不出產品。1999年我國全行業(yè)ZL60型共銷28臺，ZL80型及ZL100型一臺也未銷售。因此我國大型 輪式裝載機可以說是基本上未推向市場。影響推出市場的主要原因是除開發(fā)水平較低外主 要是配套件跟不上。大型輪式裝載機的配套件國內基本上沒有，有少量的也是水平低、可靠性差、不太適用進口配套件、價格又太貴。因此大型輪式裝載機的國內市場基本上被國外大公司所占領。我國裝載機行業(yè)特別是主要裝載機制造企業(yè)應抓住我國加入WTO后進口件價格 降低的機遇進口一部分重要的關鍵部件同時為盡量降低成本加大力度開發(fā)一些目前已經(jīng)有能力開發(fā)的零部件如傳動系統(tǒng)中的驅動橋、液壓件中的缸、閥等經(jīng)過精心設計開發(fā)出 具有中國特色的大型輪式裝載機。只要我們的產品能占領國內市場也一定能打進國際市場。國產挖掘裝載機及小型多功能裝載機數(shù)量很少。在我國ZL20型以下屬小型裝載機。據(jù)1999年全行業(yè)主要企業(yè)統(tǒng)計共銷售小型裝載機有1546臺，能占全行業(yè)的8.2。 國外小型裝載機及小型多功能裝載機包括挖掘裝載機在內市場份額已相當大。美 國的山貓牌小型多功能裝載機年銷量在5萬臺左右還有美國的凱斯、約翰迪爾、卡特 彼勒、英國的JCB公司等的挖掘裝載機及小型多功能裝載機年銷量都在萬臺上?？梢娛澜缡袌錾贤诰蜓b載機及小型多功能裝載機市場是多么大而中國目前這類產品基本上還沒有。這類產品特別適用 于市政建設、中小城鎮(zhèn)建設、鄉(xiāng)間非等級公路建設、一般公路的維護保養(yǎng)、港口碼頭作業(yè)還有改造環(huán)境、植樹造林等。特別是西部大開發(fā)這類產品將有廣闊的潛在市場。這類產品的開發(fā)今后肯定是以靜液壓件傳動為主。目前世界上小型裝載機、小型多功能裝載機基本上都是靜液壓傳動。我國要能真正把這類產品發(fā)展起來必須有自己的創(chuàng)新。裝載機行業(yè)的廣大企 業(yè)特別是有能力的大企業(yè)應加大創(chuàng)新力度去爭我國小型裝載機、小型多功能裝載機、挖掘裝載機等這一巨大的潛在市場。我國西部3000米以上高海拔地區(qū)及沙漠地區(qū)占了很大的面積在實施西部大開發(fā)中高原 及沙漠型特殊用途裝載機需要量較大國內目前基本上還沒有這類產品而國外大公司在這方 面已經(jīng)有成熟的產品。因此我國加入WTO后這個巨大的潛在市場很可能被國外大公司所占領。我國的裝載機行業(yè)從現(xiàn)在起應積極行動起來與有關科研院所及有關發(fā)動機等配套件企業(yè)聯(lián)合起來盡快開發(fā)出具有中國特色的高原、沙漠型特殊用途裝載機去搶占我國西部這一潛在大市場。 中型輪式裝載機是國內最成熟而產量又大大過剩的產品。這種產品只要“入世”后，實行國際采購提高質量、水平、可靠性，那么大批進入國際市場的機遇就在眼前。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題） 本畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于：（1）鞏固和擴大學生在校期間所學的基礎知識和專業(yè)知識；（2）訓練學生綜合運用多學科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題的能力；（3）培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神 (注：因為畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)造的分析、解決技術問題。)；（4）使學生學會用CAD繪制相關圖紙，并掌握相關方法與技巧；（5）培養(yǎng)學生查閱常用設計資料的能力；（6）使學生掌握裝載機的總體設計、變速箱設計、牽引計算等技術工作的實現(xiàn)方法，為今后步入工作崗位打下良好的基礎。 課題重點：（1）ZL15裝載機總體及定軸變速箱基本技術參數(shù)的確定；（2）總體方案選擇及總體設計；（3）牽引計算；（4）總體布置；（5）典型零件設計及有限元分析。 關鍵問題：（1）總體方案選擇及總體設計；（2）牽引計算。 三、主要內容、研究方法、研究思路 本畢業(yè)設計（論文）課題任務的主要內容： （1）設計任務：①總體參數(shù)選擇： 1）總體方案及總體參數(shù)的確定； 2）牽引計算； 3）變速箱檔位、速比的確定，動力換檔變速箱型式的選定，學生要進行充分論證。②變速箱設計（3軸及齒輪）：1）方案設計，確定傳動簡圖； 2）技術設計； 3）強度、剛度計算。③變速箱操縱液壓系統(tǒng)原理圖設計。 （2）技術參數(shù)：①額定載重量：1.5T；②工作重量：≯5.5T；③最高車速：≮20km/h；④空載牽引力：3.5～4.4T；⑤爬坡能力：≮20°；⑥最大卸載高度：≮2.35m；最小卸載距離：≮0.75m；⑦掘起力：≮4T 研究方法：實驗、測試、分析等基本研究方法。 研究思路：首先，由實習及查閱資料了解到裝載機總體及變速箱設計的相關參數(shù)；然后，進行數(shù)值計算；最后，通過數(shù)值比較進行分析并進行有限元分析。 四、總體安排和進度（包括階段性工作內容及完成日期） 起訖日期 工作內容 2013.2.25-2013.3.4 2013.3.5-2013.3.16 2013.3.17-2013.4.9 2013.4.10-2013.4.16 2013.4.17-2013.5.1 2013.5.2-2013.5.11 2013.5.12-2013.5.19 2013.5.20-2013.5.26 2013.5.27-2013.6.2 2013.6.3-2013.6.16 2013.6.17-2013.6.21 英文論文翻譯（3000中文字以上） 畢業(yè)實習及熟悉整理資料并寫開題報告 總體方案選擇及總體設計 牽引計算 進行總體布置并繪制總體布置圖 變速箱設計 繪制傳動簡圖、液壓系統(tǒng)圖 繪制變速箱裝配圖 典型零件設計及有限元分析 完善計算書、圖紙 準備和進行答辯 修改設計圖、計算書 完善設計成果 五、主要參考文獻 【I】同濟大學主編. 鏟土運輸機械. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社，1987 【II】吉林工業(yè)大學主編. 輪式裝載機設計. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社，1989 【III】楊晉生主編. 鏟土運輸機械. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1987 【IV】同濟大學主編. 工程機械底盤構造與設計. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1987 【V】諸文農主編. 底盤設計（上、下）. 機械工業(yè)出版社，1981年7月 【VI】許鎮(zhèn)宇，邱宣懷主編.機械零件(修訂版)[M] .北京：人民教育出版社，1981 【VII】吉林工業(yè)大學主編. 工程機械液壓與液力傳動. 機械工業(yè)出版社，1979 【VIII】東北工學院主編. 機械零件設計手冊. 冶金工業(yè)出版社，1997 【IX】黃誼主編. 液壓與氣壓傳動（第一版）. 北京：機械工業(yè)出版社, 2000年5月 【X】成大光主編. 機械設計手冊（第一卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 成大光主編. 機械設計手冊（第二卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 成大光主編. 機械設計手冊（第三卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 成大光主編. 機械設計手冊（第四卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 成大光主編. 機械設計手冊（第五卷）. 北京：化學工業(yè)出版社, 2003年9月 【XI】董剛, 李建功, 潘鳳章主編. 機械設計.北京：機械工業(yè)出版社, 1998年7月 【XII】劉鴻文主編. 材料力學（第四版）. 高等教育出版社, 2004年1月 【XIII】路鳳儀主編. 機械原理課程設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 2002年6月 【XIV】Journal of Terramechanics 46 (2009) 217–227 【XV】Computers and Structures 80 (2002) 605–614 指導教師意見： 指導教師簽名： 日期： 教研室意見： 教研室主任簽名： 日期： 系意見： 系領導簽名： 日期： 系蓋章 課題來源：導師課題、社會實踐、自選、其他 課題類別：工程設計、施工技術、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學實驗、畢業(yè)論文。 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計計算書 指導教師：郭秀云 李長歡 設計題目：ZL15裝載機總體及變速箱設計（3軸及齒輪） 設計人：楊東勝 設計項目 計算與說明 結果 第一章 前言 裝載機屬于鏟土運輸機械類，是一種通過安裝在前端一個完整的鏟斗支撐結構和連桿，隨機器向前運動進行裝載或挖掘，以及提升、運輸和卸載的自行式履帶或輪胎機械，它廣泛應用于公路、鐵路、建筑和礦山等工程建設。裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此成為工程建設中土石方施工的主要機種之一，對于加快工程建設速度，減輕勞動強度，提高工程質量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機械化施工中不可缺少的裝備之一。 ZL15裝載機是小型土力機械，廣泛應用于城市建設工地及貨場、煤場、倉庫等裝載及堆放松散物料的場所，工作在密實的土壤,并且可以用來完成輕度挖掘及平整場地的作業(yè)。 ZL15裝載機屬于ZL系列，采用輪式行走系；液力機械傳動系；鉸接式車架；工作裝置采用液壓操縱，所以該機具有機動性好，轉向靈活、生產率高、操縱輕便等優(yōu)點。另外，該機后橋布置為擺動橋，增加了整車的穩(wěn)定性，所以，該機安全性好。 ZL15裝載機現(xiàn)在普遍采用的設計是分動裝置、變矩器和變速箱“三合一”布置。變速箱采用定軸式動力換擋變速箱，動力裝置采用高速柴油機。驅動橋為一級減速主傳動，輪邊行星減速，且采用雙橋驅動，采用鉗盤式制動器，工作裝置采用反轉連桿機構。為了適應工作要求，適應生產要求，并盡力向ZL標準系列靠攏，我們在設計過程中，將采用最先進的型式和技術。 2 河北建筑工程學院 畢業(yè)設計計算書 指導老師：郭秀云 李長歡 設計題目：ZL15裝載機總體及變速箱設計（3軸及齒輪） 設計人：楊東勝 設計項目 計算與說明 結果 牽引計算 柴油機與變矩器聯(lián)合工作的輸入特性 柴油機與變矩器聯(lián)合工作的輸出特性 Ⅰ檔總傳動比iI的確定 確定最高檔位的傳動比 計算最少檔位數(shù) 確定中間傳動比 運輸工況牽引特性曲線 求各檔的最高車速 爬坡能力分析 第3章 牽引計算 為了檢測總體設計所確定裝載機的牽引性能，并審核其技術經(jīng)濟性指標，我們需要做牽引計算。 3.1 柴油機與變矩器聯(lián)合工作的輸入與輸出特性曲線 研究變矩器與內燃機聯(lián)合工作的目的在與檢查此變矩器結構形式及有效直徑的選擇是否合適；如何配合才能使整機獲得良好的性能。 在作柴油機與變矩器聯(lián)合工作的輸入輸出特性曲線時，首先應對變矩器有所了解。 變矩器與發(fā)動機聯(lián)合工作的性能與二者之間的連接方式有關，此種連接方式從原則可以分為單流式和雙流差速液力機械式兩種。當發(fā)動機傳給驅動輪的功率全部通過液力變矩器時，稱為單流式；當發(fā)動機傳給驅動輪的功率分別有機械和液力兩條并聯(lián)的路線傳遞時，稱之為雙流差速液力機械式，按傳動系的形式來分類，則可稱其為液力—機械的并聯(lián)復合傳動。 本機選用雙流差速液力機械傳動，即液力—機械的并聯(lián)復合傳動。發(fā)動機分出的部分功率來驅動機械的輔助裝置和輸出軸，因此，當發(fā)動機的調速持續(xù)性轉換到泵輪軸上，需以發(fā)動機的扭矩和功率扣除輔助裝置和工作油泵消耗的那部分。 同一類型幾何相似的液力變矩器在尺寸不同的情況下有相同的λB和λr變化規(guī)律，它們能夠最本質的反應某系列的變矩器性能，一般稱它為液力變矩器的原始特性，由它可以派生出兩個表示變矩器性能的重要無因此特性，即變矩器系數(shù)k=f4(ITB)和效率η=f4(Itb)。所謂無因次特性系數(shù)表示再循環(huán)圓內具有完全相似的穩(wěn)定流動現(xiàn)象的若干變矩器共同特性的函數(shù)曲線。 常用的方法是給出該種液力變矩器的“無因次”特性。 λB=f4（ITB） λr=f2(λr) k=f3(ITB) η=f4(ITB) 前兩式是原始的，后兩式是派生的。實際上只應用了λB，k，η這三條曲線。第一條曲線表示變矩器的透穿性，第二條曲線表示變矩器的變矩性，第三條曲線表示的是液力變矩器的經(jīng)濟性。有了無因次特性后，就可以獲得同類型的任何尺寸的相似液力變矩器的外特性。 3.1.1柴油機與變矩器聯(lián)合工作的輸入特性 聯(lián)合工作的輸出特性曲線包括： Me=f(ne) MB=f(nB) C=λ×γ×D5 在某一傳動比下，λ，D，γ為常數(shù)，則MB=C×nB2 輸入特性曲線指動力輸入軸（泵輪軸）的扭矩與它的速度n之間的關系。MB=λBγnB2D5。根據(jù)已選定柴油機和變矩器的特性曲線作出變矩器與發(fā)動機聯(lián)合工作的輸出特性曲線。 根據(jù)裝載機的作業(yè)特點，一般用發(fā)動機扣除20～40%的功率與變矩器相匹配較為合適。因此根據(jù)本機具體作業(yè)情況扣除發(fā)動機功率的30%。參考圖八：495A-23柴油機的外特性曲線，即： 其數(shù)據(jù)見表3-1，作發(fā)動機凈扭矩及凈功率的特性曲線， 如圖3-1 表3-1發(fā)動機凈扭矩及凈功率數(shù)據(jù) N(rpm) Me(N.m) Mej(N.m) Ne(馬力) Nej(馬力) 1100 176 123.2 28 19.6 1200 183 128.1 32 22.4 1300 189 132.3 34.5 24.15 1400 193 135.1 38 26.6 1500 196 137.2 41 28.7 1600 198 138.6 44 30.8 1700 199 139.3 47 32.9 1800 198 138.6 49 34.3 1900 196 137.2 52 36.4 2000 193 135.1 54 37.8 2100 188 131.6 55 38.5 2200 181 126.7 56 39.2 3.1.2液力變矩器與發(fā)動機聯(lián)合工作輸出特性曲線 根據(jù)圖八-液力變矩器外特性曲線，找出各點對應的值，見表3-2. 表3-2變矩器外特性曲線數(shù)據(jù) i η k λ×10-6 γ 0.1 0.285 2.8 2.36 8720N/m3 0.2 0.5 2.5 2.38 0.3 0.64 2.2 2.39 0.4 0.75 1.84 2.40 0.5 0.79 1.6 2.41 0.6 0.82 1.43 2.33 0.7 0.83 1.21 2.23 0.8 0.75 0.95 1.97 0.9 0.65 0.72 1.5 1.0 0.47 0.45 0.73 計算M1=λBγnB2D5 的具體值，見表3-3： 通過表3-3作變矩器與柴油機聯(lián)合工作的輸入特性曲線，見圖3-2： 表3-3聯(lián)合工作輸入特性曲線的計算值 轉速 參數(shù) 1600 1700 1800 2000 2200 2400 I ×10-6 0.1 2.36 0.28 6.88 7.77 8.71 10.76 13.02 15.49 0.2 2.38 0.5 6.94 7.84 8.79 10.85 13.13 15.62 0.3 2.39 0.64 6.97 7.87 8.82 10.89 13.18 15.69 0.4 2.40 0.75 7.0 7.90 8.86 10.94 13.23 15.75 0.5 2.41 0.79 7.03 7.94 8.90 10.98 13.29 15.82 0.6 2.33 0.82 6.80 7.67 8.60 10.62 12.85 15.29 0.7 2.23 0.83 6.51 7.34 8.23 10.17 12.30 14.64 0.8 1.97 0.75 5.75 6.49 7.27 8.98 10.87 12.93 0.9 1.5 0.65 4.38 4.94 5.54 6.84 8.27 9.85 1.00 0.73 0.47 2.13 2.40 2.70 3.33 4.03 4.79 3.1.3 柴油機與變矩器聯(lián)合工作的輸出特性 發(fā)動機與變矩器共同工作的輸出特性，完全反應了復合運動裝置的動力性和燃料的經(jīng)濟性，因此它成為評價液力傳動動力性、經(jīng)濟性的基礎；同時，對配備液力傳動的機械來說，又是進行機器牽引性能計算的原始依據(jù)。 由圖3-2，柴油機與變矩器聯(lián)合工作的輸入特性曲線上負荷拋物線來與換算到泵輪軸上的發(fā)動機扭矩曲線的交點，找到一對發(fā)動機與變矩器共同工作點的參數(shù)坐標值（，），在根據(jù)參考書[Ⅴ]上冊P130公式，，，推算出，，的值。 將以上計算結果列入下表（表3-4）： 表3-4聯(lián)合工作輸出特性曲線的參數(shù)計算值 項 i 目 k η M1 n M2 n2 N2 0.1 2.8 0.28 12.75 2185 35.7 218.5 10.9 0.2 2.5 0.5 12.8 2175 32 435 19.4 0.3 2.2 0.64 12.82 2170 28.2 889.7 35.0 0.4 1.84 0.75 12.85 2165 23.6 1125.8 37.1 0.5 1.6 0.79 12.9 2160 20.6 1382.4 39.8 0.6 1.43 0.82 12.7 2195 18.2 1646.3 41.8 0.7 1.21 0.83 12.3 2205 14.9 1764 36.7 0.8 0.95 0.75 11.2 2230 10.6 2007 29.7 0.9 0.72 0.65 8.7 2265 6.3 2151.8 18.9 1.00 0.45 0.47 4.5 2340 2 2340 6.5 由表3-4所得數(shù)據(jù)作曲線n2—η, n2—M2, n2—N2,即得部分功率匹配的聯(lián)合工作曲線，如圖3-3所示： 對輸出特性曲線進行分析，可得到聯(lián)合工作特性與最佳工況的偏離情況： 1.起步工況：希望起步時，聯(lián)合工況所能發(fā)出的扭矩MEMAX,即it0時MT0=39.84公斤牛，從圖上可以得出MT0=MT0=39.84公斤牛，即起步性能好。 2.變矩器的最高效率點與發(fā)動機傳給變矩器的最大功率點接近，發(fā)動機的功率利用率好。 3.最高效率點左邊曲線到右邊曲線變化緩慢，因此希望變矩器工作在最高效率的左邊。此時發(fā)動機聯(lián)合工作輸出的功率曲線也是左邊比右邊變化緩慢。因此，聯(lián)合工作輸出曲線基本上理想，其動力性和經(jīng)濟性都較好。 3.2 確定檔位及各檔傳動比 3.2.1Ⅰ檔總傳動比iI的確定 由于變矩器有一定的可透性，變矩器的最大效率工況不一定能和柴油機傳給變矩器的最大工況完全一致，因此變矩器最大效率時，渦輪轉速nTη和變矩器最大效率時的轉速nTN可能有一些不同，確定Ⅰ檔總傳動比iI時，由發(fā)動機和液力變矩器聯(lián)合工作輸出特性曲線得，變矩器最大輸出功率NTN=31.98H，對應的轉速為。 由參考書[Ⅳ]P158: =0.377rkneH/ =0.377rknTN/ (3-2-1) 式中： —驅動輪的動力半徑； =r0-Δb (見[Ⅳ] P111) r0—輪胎的自由半徑：r0=1.090/2=0.545m Δ—系數(shù)， 對鏟土運輸機械用的低壓輪胎，在松軟土壤上 Δ=0.08～0.10，在密實土壤中Δ=0.12～0.15 。據(jù)本機作業(yè)特點，取Δ=0.135 b—輪胎斷面寬度；取b=0.290m ∴ =r0-Δb= —變矩器最大輸出功率時的轉（rpm） —Ⅰ擋轉速；根據(jù)[Ⅱ]P78推薦值，裝載機Ⅰ檔速度取3～5km/h,超過以上速度，駕駛員來不及操作，反而延長鏟斗的裝滿時間，增加駕駛員的疲勞，降低生產率。由此，取VTI=5km/h 由式（3-2-1），得iI= 3.2.2確定最高檔位的傳動比（運輸工況） 裝載機的最高檔位一般用來轉移場地時使用，為提高生產率，應盡量提高其最高車速以節(jié)約時間，同時，裝載機的車架為非剛性懸掛，車速不能太高，最高車速受到一定的限制。 根據(jù)現(xiàn)在裝載機的一般要求，并參考同類進行，初選最高車速為30Km/h。 由選定的最高車速VTmax，根據(jù)下式可求出最高行駛速度時所消耗的功率NT′： NT′=PKmin×VTmax/(3.6×ηm) 式中：PKmin— 在VTmax時的牽引力: PKmin=Gf+kFvT2/3.62 G— 整機重量，G=4500Kg=45.0KN f— 平均切線滾動阻力系數(shù)，f=0.02; K— 流線型系數(shù)(),一般取0.0006～0.0007。本機取K=0.00065。 VT— 行駛速度，取VT =28Km/h F— 機械迎風面積：F=B×H,B為輪距，H為車高，參考同類機型選B=2.6m,H=1.4m； F=B×H=。 ηm— 液力變矩器機械傳動的總效率，ηm= 0.6～0.75。這里選0.7 ∴NT′=Gf+kF/3.62×VTmax/(3.6×ηm) = =11.63Kw 由圖3-3，過η=75%的A點作NTA=18.8千瓦相應轉速為1920rpm，NT′q1 ∴能保證變矩器在高效區(qū)工作。 Ⅲ檔主要用于快速轉移場地，為提高其速度，q2為3，則中間檔傳動比為： q1=2 iⅡ=iⅠ/ q1=50.4/2=25.2 iⅢ=12.6 3.3 運輸工況牽引特性曲線 牽引特性反應的是作業(yè)機械在一定的工質條件下，在水平路段上以各檔穩(wěn)定速度工作時的牽引性能與經(jīng)濟性能，它通過用牽引功率Nkp,實際行駛速度v,整機的耗油率gkp隨牽引力Pkp變化的曲線表示,也即用各檔的(Nkp,v,gkp)=f(Pkp)的關系曲線來表示。 從牽引曲線上，可以看出變速箱布置的合理性，即能否在整個牽引力的適用范圍內，依靠換擋使作業(yè)機械始終工作在較高的牽引功率下工作，即使各檔的功率曲線的連接沒有“深谷”。 從牽引特性曲線上，還可以看出各檔的最大牽引力功率是在發(fā)動機額定工況下出現(xiàn)的，對輪胎式作業(yè)機械，隨著牽引力的增大，滑轉損失增大，所以最大牽引功率Ⅰ檔反而低于Ⅱ檔的。 合理的牽引特性曲線，必須具備以下條件： 1.為了不使發(fā)動機熄火，Ⅰ檔所能發(fā)揮的最大牽引力（即滑轉率δ=100%時的牽引力），應低于發(fā)動機最大扭矩點的相應牽引力。 2.Ⅰ檔的最大牽引力功率點，應在輪胎打滑界限值附近或在該界限值以下，因為如果最大牽引功率點打滑界限以上，在實際工作中就得不到應用，也就是無現(xiàn)實意義。 3.各個檔的最大牽引力點，應處在其較低檔特性曲線的下方，并保證各檔特性曲線的使用區(qū)域相互銜接，否則發(fā)動機容易熄火，車輛行駛性能變壞。 4.利用牽引特性曲線，還可以方便地找出作業(yè)機械任何一個牽引力工作時的牽引效率ηkp。 鏟土運輸機械在運輸工況時，一般不計滑轉損失，而令v=vT。根據(jù)柴油機調速性能或柴油機—液力變矩器聯(lián)合工作輸出特性以及公式 Pk=Mtiηm/rk 式中： Pk —切線牽引力，v=0.337rknT/I, V —實際行駛速度 即可作出各檔的曲線。 作牽引特性曲線 由上面的公式，將計算結果列表，（見表3-5）： 式中: ηm— 機械傳動系統(tǒng)效率，取ηm=0.91，參考[Ⅳ]P143 I — 各檔的傳動比 rk — 驅動輪的動力半徑，rk=0.57 由上面的公式，將結果列表3-5： 即可作出各檔的Pk=f(v)曲線。 作圖步驟如下： （1）從圖二上找出渦輪的某一轉速n及對應的MT1，NT1 （2）利用公式Pk=Mtηm/rk=76.5×0.91/0.569Mt v=0.337rknT/iⅠ=0.377×0.57/76.5nT Nk=PkV/(270×0.7) 計算出對應的Pk，V，Nk。 （3）將（Pk，V），（Nk，V）所對應的點描于坐標系中 （4）同理取轉速nti及對應的Mti,Nti,重復上述一系列的點。 （5）將各點光滑連接，得Ⅰ檔運輸工況牽引特性曲線。 （6）按同樣的方法可作出Ⅱ，Ⅲ檔的牽引特性曲線。 表3-5運輸工況的牽引特性曲線數(shù)據(jù) n Ⅰ檔 Ⅱ檔 Ⅲ檔 V Pk V Pk V Pk 0 38.6 0 3457 0 1729 0 864 884 23.6 3.35 2114 6.69 1057 13.39 528.5 1075 20.6 4.07 1845 8.14 923 16.29 461 1547 14.9 5.86 1335 11.7 667 23.4 334 1806 10.6 6.84 949 13.68 475 27.36 237 2043 6.3 7.74 564 15.4 282 30.9 141 2340 2 8.86 179 17.73 89.6 35.5 45 3.4 求出各檔最高車速并分析牽引特性 3.4.1求各檔的最高車速 1.作水平阻力線 裝載機在水平路面上等速行駛時，無作業(yè)阻力，而只考慮滾動阻力和風阻力，即Pk=∑P=Pf+PW=Gf+kFv/3.62 式中：G--整機重量，G=4500Kg f---滾動阻力系數(shù)，f=0.02 K---流線型系數(shù)，本機取K=0.00065 F---機械迎風面積，F(xiàn)=3.74m2 則Pk=4.50×0.04+（0.00065×3.74×v/3.62×9.8）×103 在牽引特性曲線上作出∑P=f(v)曲線的交點a,b,c,與這些相應點的v值即為該機械在各檔行駛的最高理論速度，將Pk=f(v)曲線計算值列表如下： V 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 0.48 1.9 4.3 7.6 11.9 17.2 23.5 30.6 180 180 180.5 181 184 188 192 197 203 210 由圖三得三個檔位的最高速度分別為： VⅠ=8.8km/h VⅡ=16.4km/h VⅢ=28.6km/h 2.分析該車牽引特性曲線 1）Ⅰ檔為工作檔，工作時牽引力需要克服滾動阻力和插入阻力，由圖3-4知Pkmax=3611,而Pf+PT=180+31800/10=3360,牽引力能滿足工作要求。 2）Ⅱ檔為運輸工檔，運輸時最大阻力 ∑P=180+0.0194×15.12=186.2kg 由圖3-4得此時的PK=1750kg，滿足工作要求，且變矩器在高效區(qū)范圍內工作，經(jīng)濟性較好。 3）Ⅲ 檔主要用于轉移運輸，路面條件較好，速度高些，節(jié)省時間，可提高生產率。 3.4.2爬坡能力分析 主要檢查作業(yè)機械上坡時，能否爬過限定的最大坡度。 由牽引平衡方程：Pk- PW w=Gfcosα+ Gsinα 由圖3-4得：（Pk- PW）max=3300kg 兩式聯(lián)立，得α=44° 滿足不小于20°的要求，實際上，爬坡能力還受整機穩(wěn)定性的限制。 iI=50.4 F=3.74m2 NT=11.63 Kw iM=13.1 M,=2.796 M=3 q1=2 iⅡ=25.2 iⅢ=12.6 VⅠ= 8.8km/h VⅡ= 16.4km/h VⅢ= 28.6km/h α=44° 39