ZL50裝載機(jī)定軸式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)
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太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 1 -畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)ZL50ZL50 裝載機(jī)定軸式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)裝載機(jī)定軸式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)生姓名 : :學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) : :院院 系系 : :專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) : :機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 : : 填寫(xiě)日期填寫(xiě)日期 : :目錄目錄太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 2 -摘要摘要 .- - 4 4 - -ABSTRACT .- 5 -第第 1 1 章章 輪式裝載機(jī)底盤(pán)構(gòu)造簡(jiǎn)述輪式裝載機(jī)底盤(pán)構(gòu)造簡(jiǎn)述 .- - 6 6 - -1.1 裝載機(jī)的總體構(gòu)造 .- 6 -1.2 傳動(dòng)系統(tǒng) .- 6 -第第 2 2 章章 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)變矩器匹配計(jì)算變矩器匹配計(jì)算 .- - 8 8 - -2.1 參考課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)得到相關(guān)數(shù)據(jù) .- 8 -2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性.- 9 -2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配計(jì)算.- 13 -2.4 裝載機(jī)各擋總傳動(dòng)比的確定.- 17 -2.5 裝載機(jī)整機(jī)性能分析.- 18 -第三章定軸式動(dòng)力換擋變速箱的設(shè)計(jì)第三章定軸式動(dòng)力換擋變速箱的設(shè)計(jì) .- - 2222 - -3.1 變速箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析.- 22 -3.2 確定變速箱的主要參數(shù)和配齒計(jì)算.- 23 -太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 3 -3.3 軸的設(shè)計(jì).- 30 -3.4 換擋離合器的設(shè)計(jì).- 31 -第四章第四章 變速箱主要零件的校核和軸承壽命計(jì)算變速箱主要零件的校核和軸承壽命計(jì)算 .- - 3333 - -4.1 齒輪強(qiáng)度和計(jì)算.- 33 -4.2 軸的強(qiáng)度校核 .- 35 -4.3 輸出軸軸承的校核.- 43 -4.4 軸承壽命計(jì)算.- 46 -參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .- - 4949 - -致致 謝謝 .- - 5050 - -附附 錄錄.- - 5 54 4 - -太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 4 -ZL50 裝載機(jī)定軸式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)摘要ZL50 裝載機(jī)的傳動(dòng)系中采用雙渦輪液力變矩器，這種結(jié)構(gòu)型式的變矩器在小傳動(dòng)比范圍內(nèi)具有較大的變矩系數(shù)和較高的效率。因此，能夠改善裝載機(jī)的作業(yè)效率。另外，裝載機(jī)在輕載高速時(shí)，變矩器只有二級(jí)渦輪工作；在低速重載時(shí)，變矩器的一、二級(jí)渦輪同時(shí)工作，這樣，變矩器在自身速度轉(zhuǎn)換時(shí)，相當(dāng)于兩擋速度，并隨外界負(fù)荷的變化自動(dòng)變化，因此，可以減少變速箱的擋位數(shù)，簡(jiǎn)化變速箱的結(jié)構(gòu)。基于這個(gè)原因，定軸式動(dòng)力換擋變速箱只有三個(gè)前進(jìn)擋，三個(gè)倒退擋。該變速箱具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，剛性大，傳動(dòng)效率高，操縱輕便可靠，齒輪及摩擦片離合器壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字： 雙渦輪變矩器，動(dòng)力換擋，定軸變速機(jī)構(gòu)。太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 5 -ZL50 loader fixed shaft power shift transmission designAbstractAbstractZL50loader power transmission system used in the double turbine torque converter, this structure type of converter in small drive is larger than the scope of the change pitch coefficient and high efficiency, which can improve the loaders efficiency of operations. Moreover, when the loader in high-speed, torque converter has the second-level turbine wheel work; in heavy, the first-level and the second-level turbine wheel also works, like this, when torque converter changes own speeds, it is equal to have two speeds, and along with outside load change it automatic change its speed. Therefore, it may reduce the gear boxs speeds and simplifies gear boxs structure. For this reason, the power shifts planetary gears the gearbox has only two forward and a setback stalls, which has the simple structure, compact, high transmission efficiency , simple to operation, gear and friction disk clutch life long ,and so on.Keyword ：Power shift, Planetary Line, Planetary transmission 第第 1 1 章章 輪式裝載機(jī)底盤(pán)構(gòu)造簡(jiǎn)述輪式裝載機(jī)底盤(pán)構(gòu)造簡(jiǎn)述1.11.1 裝載機(jī)的總體構(gòu)造裝載機(jī)的總體構(gòu)造裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、礦山、建筑、水電、港口等工程的土石方工程施工太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 6 -機(jī)械，其外形如圖 1.1 所示。它的作業(yè)對(duì)象主要是各種土壤、砂石料、灰料及其它筑路用散狀物料等，主要完成鏟、裝、卸、運(yùn)等作業(yè)，也可對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè)。由于它具有作業(yè)速度快、效率高、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因而裝載機(jī)在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展，成為土、石方工程施工的主要機(jī)種之一。裝載機(jī)以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力裝置，行走裝置為輪胎或履帶，由工作裝置來(lái)完成土石方工程的鏟挖、裝載、卸載及運(yùn)輸作業(yè)。如圖 1.1 所示，輪胎式裝載機(jī)是由動(dòng)力裝置、車(chē)架、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置等組成。1.21.2 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)輪胎式裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 1.2 所示，其動(dòng)力傳遞路線(xiàn)為：發(fā)動(dòng)機(jī)液力變矩器變速箱傳動(dòng)軸前、后驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器車(chē)輪。(1) 液力變矩器裝載機(jī)采用雙渦輪液力變矩器，能隨外載荷的變化自動(dòng)改變其工況，相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)變速箱，提高了裝載機(jī)對(duì)外載荷的自適應(yīng)性。變矩器的第一和第二渦輪輸出軸及其上的齒輪將動(dòng)力輸入變速箱。在兩個(gè)輸入齒輪之間安裝有超越離合器。圖 1.1 輪胎式裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-柴油機(jī)；2-傳動(dòng)系統(tǒng)：3-防滾翻與落物保護(hù)裝置；4-駕駛室；5-空調(diào)系統(tǒng)；6-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；7-液壓系統(tǒng)；8-前車(chē)架；9-工作裝置；10-后車(chē)架；11-制動(dòng)系統(tǒng)；12-電器儀表系統(tǒng)；13-覆蓋件太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 7 -當(dāng)二級(jí)齒輪從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速高于一級(jí)齒輪從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速時(shí)，超越離合器將自動(dòng)脫開(kāi)，此時(shí)，動(dòng)力只經(jīng)二級(jí)渦輪及二級(jí)齒輪傳入變速箱。隨著外載荷的增加，渦輪的轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)二級(jí)齒輪從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速低于一級(jí)齒輪從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速時(shí)，超越離合器楔緊，則一級(jí)渦輪軸及一級(jí)齒輪與二級(jí)渦輪軸與二級(jí)齒輪一起回轉(zhuǎn)傳遞動(dòng)力，增大了變矩系數(shù)。(2) 變速箱變速箱為定軸式動(dòng)力換檔變速箱，由兩個(gè)制動(dòng)器和一個(gè)閉鎖離合器實(shí)現(xiàn)三個(gè)擋位。前進(jìn)擋和倒擋分別由各自的制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)換檔；前進(jìn)擋（直接擋）通過(guò)結(jié)合閉鎖離合器實(shí)現(xiàn)。(3) 驅(qū)動(dòng)橋 采用雙橋驅(qū)動(dòng)，主傳動(dòng)采用一級(jí)螺旋錐齒輪減速器，左右半軸為全浮式。輪邊減速器為行星傳動(dòng)減速。定軸式動(dòng)力換擋變速箱太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 8 -第第 2 2 章章 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)變矩器匹配計(jì)算變矩器匹配計(jì)算2.12.1 參考課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)得到相關(guān)數(shù)據(jù)參考課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)得到相關(guān)數(shù)據(jù)2.1.1 液力變矩器所選用的液力變矩器均為單級(jí)四元件雙渦輪液力變矩器其結(jié)構(gòu)型式參考有關(guān)資料。表 2.1 變矩器主要參數(shù)i0.00.10.20.30.4250.50.550.610.730.7650.85k4.133.452.952.51.9181.581.3641.1151.0271.00.9350.00.3450.590.750.8150.790.750.680.750.7650.79510B433.433.634.435.634.835.235.736.433.632.8230.40.9501.0001.0820.8560.8050.693太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 9 -0.8130.8050.7527.425.414.42.1.2 整機(jī)參數(shù)表 2.2 機(jī)重及橋荷分配整機(jī)重 橋荷分配（）空載（噸） 滿(mǎn) 載（噸）空載滿(mǎn)載前橋后橋前橋后橋182335.164.964.835.2 表 2.3 油泵工作參數(shù)變 速 泵轉(zhuǎn) 向 泵工 作 泵壓 力（MPa）流量（l/min）壓 力（MPa）流 量（1/min）壓 力（MPa）流 量 （l/min）1.2120127610325表 2.5 傳動(dòng)比分配主 傳 動(dòng) 比輪 邊 減 速 比6.1674.4發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率/轉(zhuǎn)速-162/2200 kW/r/min最大扭矩/轉(zhuǎn)速-800/1300Nm/r/min傳動(dòng)系的機(jī)械效率（變矩器除外）均取 n=0.88太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 10 -2.22.2 發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)已知：發(fā)動(dòng)機(jī)（6135k） =2200 轉(zhuǎn)/分，=162KW，HneHNe95499549*162/ 2200703.154.ehehehNMN mn最大扭矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速 800N m /1300 轉(zhuǎn)/分。由于工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率均為 1 小時(shí)功率 ，但未扣除發(fā)動(dòng)機(jī)附件所消耗的功率。發(fā)動(dòng)機(jī)附件所消耗的可按照發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率的 10%計(jì)算，所以發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給變矩器的有效功率有額定功率的 90%。發(fā)動(dòng)機(jī)的原始特性曲線(xiàn)可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出不同轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，然后選擇合適的比例在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線(xiàn)。（2.1）22maxem)()(xAAeHeHeaxXnnnnMMMM式中：發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（N m） ； 發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩（N m） ；maxeMHMe 對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的扭矩（N m） ； 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速(r/min)；xMxnHne最大扭矩對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速(r/min)； 對(duì)應(yīng)扭矩的轉(zhuǎn)速(r/min)；AnxnxM不同轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩列于下表： 表 2.6 發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性數(shù)據(jù) Memax( ( N m) )MeH( ( N m) )neH（rpmrpm）nA（rpmrpm）nx（rpmrpm）Me( ( N m) )800703.15422001300800770.1092800703.154220013001000789.2393800703.154220013001200798.8043800703.154220013001400798.8043800703.154220013001600789.2393太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 11 -800703.154220013001800770.1092800703.154220013002000741.4141800703.154220013002200703.154800703.154220013002400655.3288 發(fā)動(dòng)機(jī)用在裝載機(jī)上時(shí)，除其附件外，還要帶整機(jī)的輔助裝置，如工作裝置油泵、轉(zhuǎn)向油泵、變速操縱及變矩器補(bǔ)償冷卻油泵和氣泵等。在繪制發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器共同工作輸入特性曲線(xiàn)時(shí)，必須根據(jù)裝載機(jī)的具體工作情況，扣除帶動(dòng)這些輔助裝置所消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。這些油泵在裝載機(jī)作業(yè)過(guò)程中，并不是同時(shí)滿(mǎn)載工作的。計(jì)算時(shí)通常取油泵的空載壓力為0.30.5 兆帕，這里取為 0.5 兆帕。發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器的匹配，一般分為兩種方案，即全功率匹配和部分功率匹配。全功率匹配：以滿(mǎn)足裝載機(jī)在作業(yè)時(shí)對(duì)插入力的要求為主，就是說(shuō)此時(shí)變速操縱泵與變矩器共同工作，而轉(zhuǎn)向泵和工作裝置油泵空轉(zhuǎn)，變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的全部功率進(jìn)行匹配。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的力矩為：ezM ( N m) （2.2）czgeezMMMMM式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩（N m） ；eM、分別為工作裝置油泵和轉(zhuǎn)向油泵空轉(zhuǎn)時(shí)消耗的扭矩（N m） ，gMzM變速操縱泵消耗的扭矩；cM部分功率匹配：考慮工作裝置油泵所需的功率，預(yù)先留出一定的功率，就是說(shuō)這時(shí)工作裝置油泵、變速操縱泵與變矩器共同工作，而轉(zhuǎn)向泵空轉(zhuǎn)，變矩器不是與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的全部功率進(jìn)行匹配，而是與部分功率進(jìn)行匹配，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的力矩為：ezM (N m） （2.3）czgeezMMMMM式中： 工作裝置油泵工作時(shí)消耗的扭矩，一般約占發(fā)動(dòng)機(jī)功率的 4060%；gM為轉(zhuǎn)向油泵空轉(zhuǎn)時(shí)消耗的扭矩（N m） ；zM變速操縱泵消耗的扭矩；cM調(diào)查相關(guān)資料可知，變速泵的工作壓力為 1.2 Mpa，工作流量為 120l/min；轉(zhuǎn)向泵的變太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 12 -速泵的工作壓力為 12 Mpa，工作流量為 76l/min；工作裝置油泵的工作壓力為 10Mpa，工作流量為 325l/min。各油泵在不同工作狀態(tài)消耗的扭矩按下式進(jìn)行計(jì)算： （2.4）AbMibbTiinnnQpM2103式中： 為油泵的工作壓力（MPa） ，油泵空轉(zhuǎn)時(shí)壓力取為 0.5 MPa；ip 油泵的理論流量（l/min） ；TiQ油泵的在不同轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)應(yīng)的流量；AbTinnQ油泵的機(jī)械效率，一般取 0.750.85，這里取 0.85；bMi油泵的轉(zhuǎn)速(rpm)；bn發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（rpm） ；An計(jì)算結(jié)果如下：)(109. 585. 0220021205 . 0103mNMZ)(837.1385. 0220023255 . 0103mNMg )(7465.27685. 02200232510103mNMg)(262.1285. 0220021202 . 1103mNMc然后根據(jù)式（2.3）和式（2.4）計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器的不同匹配時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)向變矩器傳遞的有效扭矩，所得數(shù)據(jù)列于下表：表 2.7 發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的扭矩?cái)?shù)據(jù) 單位(Nm)n n（r/mr/minin）MgMgMcMeMzMezMez太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 13 -800276.746513.83712.262770.1095.109475.9915738.9011000276.746513.83712.262789.2395.109495.1215758.0311200276.746513.83712.262798.8045.109504.6865767.5961400276.746513.83712.262798.8045.109504.6865767.5961600276.746513.83712.262789.2395.109495.1215758.0311800276.746513.83712.262770.1095.109475.9915738.9012000276.746513.83712.262741.4145.109447.2965710.2062200276.746513.83712.262703.1545.109409.0365671.9462400276.746513.83712.262655.3295.109361.2115624.121根據(jù)表（2.7）選擇合適的比例在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線(xiàn)，作出發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線(xiàn)。(見(jiàn)圖2.1)2.32.3 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配計(jì)算 2.3.1 初步選擇液力變矩器的有效直徑 D全功率匹配時(shí)變矩器有效直徑按下式確定1D （m） （2.5）521HBezrnMD式中： 該狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的最大有效力矩（N m）;ezM太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 14 - 所選變矩器最高效率時(shí)泵輪力矩系數(shù)；B r 工作液壓的重度（N/）;3m 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（rpm） ；Hn524122008 .3410767.596D（m）539. 0部分功率匹配時(shí)變矩器有效直徑按下式確定2D （m） （2.6）522HBezrnMD式中： 該狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的最大有效力矩（N m）;ezM 所選變矩器最高效率時(shí)泵輪力矩系數(shù)；B R 工作液壓的重度（N/）;3m 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（rpm） ；Hn524222008 .3410504.6865D(m)4958. 0裝載機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，工作裝置油泵不是經(jīng)常滿(mǎn)負(fù)荷工作，因而，為了兼顧兩種工況的要求，使所選變矩器的有效直徑應(yīng)該是;并使變矩器在工況之負(fù)荷拋物線(xiàn)3D132DDDmaxi與（全功率匹配）相交于接近額定扭矩點(diǎn)的調(diào)速特性區(qū)段，與（部分功率匹配）相ezMezM交于額定扭矩點(diǎn)的外特性區(qū)段。因此初步確定變矩器有效直徑=0.540m。3D2.3.2 做出發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作的輸入特性曲線(xiàn)。 變矩器的輸入特性是分析研究變矩器在不同工況 i 時(shí)，變矩器與柴油機(jī)共同工作的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化的特征。不同轉(zhuǎn)速比時(shí)，泵輪轉(zhuǎn)據(jù)隨泵輪轉(zhuǎn)速的變化而變化。BM已知泵輪轉(zhuǎn)矩為： ( N m) （2.7）BM52DgnMBBB對(duì)于透穿性液力變矩器，變矩器直徑 D 一定，用給定的工作液體（ 一定） ，但是泵輪太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 15 -力矩系數(shù)隨不同工況 i 而變化，故變矩器的輸入特性曲線(xiàn)是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一束拋物線(xiàn)。根B據(jù)式（2.7）計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器的不同匹配時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器共同工作的泵輪轉(zhuǎn)矩，BM并合適的比例在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線(xiàn)，作出發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線(xiàn)。(見(jiàn)圖 2.1)。對(duì)液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作時(shí)輸入特性圖分析。（1）高效工況：最大效率=0.815 時(shí)，傳動(dòng)比 i*=0.425，接近最大功率，允許最低max效率 t=0.75 時(shí)，傳動(dòng)比 i=0.3 和 i=0.73 兩條負(fù)載拋物線(xiàn)包括了最大功率范圍。（2）所得的負(fù)載拋物線(xiàn)絕大部分兼顧了作業(yè)工況和運(yùn)輸工況的要求，即在穩(wěn)定工作區(qū)段內(nèi)。（3）起動(dòng)工況 i=0 其負(fù)載拋物線(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線(xiàn)的交點(diǎn)在穩(wěn)定工作區(qū)內(nèi)。液力變矩器直徑 D=540mm 合適。圖 2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器共同輸入特性曲線(xiàn)2.3.3、作出發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作的輸出特性曲線(xiàn)從共同工作輸入特性曲線(xiàn)上，找出各速比 i=0、0.1、1.2 時(shí)的共同工作的轉(zhuǎn)矩 MB和轉(zhuǎn)速nB。再根據(jù)各速比 i,由原始特性曲線(xiàn)查出對(duì)應(yīng)的變矩系數(shù) k 和效率 ，按公式，,)(innBiTi，可得到發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作輸出iBiTiKMM)101047. 0(3TiTiTinMN太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 16 -時(shí)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和功率值，將計(jì)算數(shù)值，按一定比例，以為橫坐標(biāo)，其他參數(shù)TMTnTNTn為坐標(biāo)進(jìn)行繪圖，即得到發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器共同工作時(shí)的輸出特性曲線(xiàn)。圖 2.2 全功率匹配發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作輸出特性 EXCEL 數(shù)據(jù)表截圖 圖 2.3 全功率匹配發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作輸出特性曲線(xiàn)太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 17 -2.42.4 裝載機(jī)各擋總傳動(dòng)比的確定裝載機(jī)各擋總傳動(dòng)比的確定2.4.1 車(chē)輪動(dòng)力半徑的確定所選用的輪胎規(guī)格為：21-24從鏟土運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)P202 表 6-1 查得：輪胎自由半徑 r=0.885m，輪胎斷面寬度 b=0.590m；動(dòng)力半徑可按下面公式求得近似值： (m) (2.8)brrk. 0式中：rk為車(chē)輪動(dòng)力半徑；為輪胎自由半徑；0rb為輪胎斷面寬度； 系數(shù)，對(duì)于鏟土運(yùn)輸機(jī)械用的低壓輪胎，在松軟土壤上：=0.080.1；在密實(shí)土壤上，=0.120.15；對(duì)于載重汽車(chē)使用的高壓輪胎=0.10.12；這里取 0.1。（m）826. 0590. 01 . 0885. 0. 0brrk2.4.2 低擋傳動(dòng)比計(jì)算在液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸出特性曲線(xiàn)中確定高效區(qū)的最高渦輪轉(zhuǎn)速,已知Bn=2228.475r/min, =7km/h，求得最低擋位傳動(dòng)比：BnminTV （2.9）min377. 0TBKIVnri136.997475.2228826. 0377. 02.4.3 最高擋傳動(dòng)比計(jì)算如果在液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸出特性中確定高效區(qū)內(nèi)最高渦輪轉(zhuǎn)速，已知Bn=2228.475r/min, VTmax=36km/h，求得最高擋位傳動(dòng)比：Bn （2.10）max377. 0TBKIVnri太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 18 -915.2824475.2228826. 0377. 02.4.4 倒檔傳動(dòng)比計(jì)算在液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸出特性曲線(xiàn)中確定高效區(qū)的最高渦輪轉(zhuǎn)速,已知Bn=2228.475r/min, =8.5km/h，求得最低擋位傳動(dòng)比：BnminTV （2.11）TxBKIVnri377. 0641.815 . 8475.2228826. 0377. 02.4.5 中間擋位數(shù)確定若規(guī)定在各中間擋工作時(shí)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍,則可用下式計(jì)算必須的擋位數(shù) M。當(dāng)AnBn然，這時(shí)得到的 M 不一定為整數(shù)，應(yīng)加以圓整。 +1 (2.12)ABmInniiMlglglglg26974.117125.2480.3461.199623.11796.515lg475.2228lg915.28lg136.99lg通過(guò)上式可確定，該動(dòng)力換擋變速箱有 3 個(gè)前進(jìn)擋，3 個(gè)倒退擋。2.52.5 裝載機(jī)整機(jī)性能分析裝載機(jī)整機(jī)性能分析2.5.1 作牽引工況的理論牽引特性分析要求在同一坐標(biāo)紙上繪出滑轉(zhuǎn)率，及各擋實(shí)際速度、牽引效率、牽引功率變矩器渦輪轉(zhuǎn)速、變矩器渦輪功率隨牽引力變化的關(guān)系曲線(xiàn)。(1) 實(shí)際牽引力的計(jì)算： （2.13）NfGPf1577807. 08 . 923000式中：車(chē)輛的滾動(dòng)阻力(kN)；fP太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 19 - 整機(jī)使用重量(kg)；sG f滾動(dòng)阻力系數(shù)，從車(chē)輛地盤(pán)設(shè)計(jì)P170 表 2-1-1 取得，松散土路上的 f=0.07； （2.14）fkkpPPP式中：整機(jī)實(shí)際牽引力（KN） ；kpP 整機(jī)理論牽引力，從表 2-10 中查?。↘N） ；kP車(chē)輛的滾動(dòng)阻力，根據(jù)式 2.13 計(jì)算得到(kN)；fP(2) 滑轉(zhuǎn)率的計(jì)算： （2.15）nBA式中：, 整機(jī)使用重量（KN） ；SkpGPSG A、B、n由輪胎充氣壓力及土壤性質(zhì)決定的系數(shù)，這里取A=0.11,B=12.31,n=6(3) 實(shí)際速度的計(jì)算：iV （2.16）irnVkT377. 0式中： 整機(jī)理論速度（m/s） ；TV n渦輪轉(zhuǎn)速（rpm） ； 各擋對(duì)應(yīng)總傳動(dòng)比；i （2.17）)1 (iTVV式中： 整機(jī)實(shí)際速度（m/s） ；iV 整機(jī)理論速度（m/s） ；TV 各擋對(duì)應(yīng)滑轉(zhuǎn)率，由公式（2.15）計(jì)算得到；(4) 牽引功率及牽引效率的計(jì)算：太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 20 - （2.18）iKPKPVPN式中： 整機(jī)實(shí)際牽引功率 （kw） ；KPN 整機(jī)實(shí)際牽引力（KN） ；kpP 整機(jī)實(shí)際速度（m/s） ；iV （2.19）%100TKPNN式中： 整機(jī)實(shí)際牽引效率； 整機(jī)實(shí)際牽引功率，由（式 2-24）計(jì)算得到（kw） ； KPN 整機(jī)理論牽引功率, 由表 2-10 取得（kw） ；TN按公式（2.132.19） ，可得到裝載機(jī)各擋位對(duì)應(yīng)的實(shí)際牽引力、滑轉(zhuǎn)率、整機(jī)kpPiV實(shí)際速度、整機(jī)實(shí)際牽引功率和整機(jī)理論牽引功率和整機(jī)實(shí)際牽引效率值，所得iVKPNTN數(shù)據(jù)列于下表： 表 2.10 一擋二檔及倒擋理論牽引特性數(shù)據(jù)太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 21 -2.5.2 運(yùn)輸工況動(dòng)力特性分析裝載機(jī)的動(dòng)力特性反映的是工程車(chē)輛在不同坡度的路面上行駛時(shí)的加速度性能和所能達(dá)到的最大車(chē)速及爬坡性能。動(dòng)力性能影響到作業(yè)生產(chǎn)率，尤其是對(duì)運(yùn)輸為主的工程車(chē)輛。用動(dòng)力性能圖來(lái)分析裝載機(jī)的動(dòng)力性能。根據(jù)公式，進(jìn)行分析計(jì)算，其中為車(chē)輪上的驅(qū)jiwfKPPPPPgdtduGPPwkkP動(dòng)力，為滾動(dòng)阻力，為空氣阻力，為坡道阻力，為加速阻力。令為車(chē)輛的fPwPiPjPGPPwk動(dòng)力因數(shù)并用符號(hào) D 表示，工程車(chē)輛在各擋位時(shí)的動(dòng)力因數(shù)與對(duì)應(yīng)車(chē)速的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為動(dòng)力特性曲線(xiàn)?？諝庾枇Π聪旅婀接?jì)算 (KN) (2.20)2TwKSVP 式中： K空氣阻力系數(shù)，與車(chē)輛外形有關(guān)，由試驗(yàn)確定，這里取 0.0006 N/(cm2km2h-2)；S車(chē)輛迎風(fēng)面積，S=2.75。3.44=9.46()；bh2m 整機(jī)理論速度（m/s） ；TV SWGPPDk太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 22 -（2.21）式中： D動(dòng)力特性因數(shù)；為空氣阻力（KN） ；wP整機(jī)使用重量（KN） ；SG 整機(jī)理論牽引力，從表 2-10 中查取（KN） ；kP太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 23 -第三章定軸式動(dòng)力換擋變速箱的設(shè)計(jì)第三章定軸式動(dòng)力換擋變速箱的設(shè)計(jì)3.13.1 變速箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析變速箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析圖圖 3.13.1 前三后三變速箱簡(jiǎn)圖前三后三變速箱簡(jiǎn)圖檔位檔位接合的離合器接合的離合器傳動(dòng)比傳動(dòng)比前進(jìn)前進(jìn)F F8521276ZZZZZZiFl太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 24 -F F94212106ZZZZZZiFlF F96212116ZZZZZZiFlR R8511274ZZZZZZiFlR R911210ZZZZiFl后退后退R R96112114ZZZZZZiFl3.1. 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-變速箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析定軸式動(dòng)力換擋變速箱的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工與裝配精度容易保證，造價(jià)低。缺點(diǎn)是尺寸大，全部采用摩擦離合器換擋，比行星變速器采用制動(dòng)器換擋的工作條件要惡劣，因而影響變速器的使用壽命。定軸式動(dòng)力換擋變速器按自由度F 可分為二，三和四自由度三種，要獲得一個(gè)檔位需要結(jié)合（ F-1） 個(gè)離合器。本設(shè)計(jì)采用三自由度變速箱，需結(jié)合兩個(gè)離合器獲得一個(gè)檔位。在結(jié)構(gòu)上，離合器裝在箱體內(nèi)部，較離合器在箱體外受力情況較好，但維修不如后者方便，變速箱內(nèi)有五個(gè)離合器，分為倒，順，一二三四檔離合器。離合器裝在軸中間，改善了支撐和軸的受了條件減少了軸的變形，提高了離合器的使用壽命。3.23.2 確定變速箱的主要參數(shù)和配齒計(jì)算確定變速箱的主要參數(shù)和配齒計(jì)算變速箱主要參數(shù)包括中心距 A，齒輪模數(shù) m，齒寬 b，螺旋 角及選配齒輪齒數(shù) z。太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 25 -設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用統(tǒng)計(jì)和類(lèi)比的方法初步確定變速器的主要參數(shù)。首先，找現(xiàn)有的同類(lèi)機(jī)型，同一等級(jí),結(jié)構(gòu)類(lèi)型相似的變速器作為參考,分析，對(duì)比新的變速器與參考變速器,在結(jié)構(gòu)和工況上上的差異正確選擇參數(shù)。3.2.1 中心距 A中心距 A 的大小直接影響到變速箱的緊湊性。因此在保證傳遞最大扭拒，齒輪足夠接觸強(qiáng)度的前提下，盡可能采収較小的中心距.另外還要考慮軸承能否布置得下，應(yīng)保證變速箱殼體上必要的壁厚?？砂聪旅娼?jīng)驗(yàn)公式初選變速箱中心距（頭檔傳動(dòng)齒輪的中心距）)(3mmMKAIA式中：發(fā)動(dòng)機(jī)頭檔被動(dòng)齒輪所傳遞的扭矩（，為發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩，IMIehIiMM ehMi：I 檔輸出齒輪的傳動(dòng)比。）AK：中心距參數(shù)，參考相似機(jī)型選取。由上計(jì)算的頭檔傳動(dòng)齒輪的中心距A=153824. 143.1590=213.930mm取 A46=214mm3.2.2 齒輪模數(shù) m m 是直接決定齒輪大小與幾何參數(shù)的主要因素，直接決定著齒輪彎曲強(qiáng)度，模數(shù)的大小與下列因素有關(guān)。齒輪上所受力的大小。作用力大，模數(shù)也要大。 1材料、加工質(zhì)量、熱處理的好壞。材料好、齒輪制造精度和熱處理質(zhì)量高，有可能采 2用小一些的模數(shù)，使齒輪的齒數(shù)相對(duì)多些，可增大齒輪的重疊系數(shù)，改善齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性。按下面經(jīng)驗(yàn)公式初選模數(shù)。31MKmm太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 26 -初選 m=0.333824. 143.1590= 4.7 取 m=5（注:所取模數(shù)均勻且在推薦范圍內(nèi)。）3.2.3 齒寬 b齒寬 b 的大小直接影響齒輪強(qiáng)度。在一定范圍內(nèi)，齒寬大強(qiáng)度就高，但變速箱的軸向尺寸和重量亦大，齒面的載荷步均勻性也會(huì)增大，反而使齒輪的承載能力降低。所以，保證必要的強(qiáng)度條件下齒寬不宜過(guò)大。 對(duì)于斜齒輪齒寬系數(shù)為（78.6）中心距和模數(shù)一定時(shí)，齒寬 b 可用來(lái)調(diào)節(jié)齒所受應(yīng)力，根據(jù)各對(duì)齒輪上受力不同選取不同齒寬，以減少變速箱的軸向尺寸和重量。齒寬系數(shù)應(yīng)選大些，使接觸線(xiàn)的長(zhǎng)度增加，接觸應(yīng)力降低，一提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。初選 b=85=40mm3.2.4 齒輪壓力角我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20。因此變速箱普遍采用 20壓力角。3.2.5 斜齒輪螺旋角確定斜齒輪螺旋角0時(shí)，主要是從它對(duì)齒輪的嚙合性能、強(qiáng)度影響，以及軸向力平衡等方面綜合考慮。0增大，齒輪嚙合的重疊系數(shù)增大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲下降。但0過(guò)大時(shí)，不僅使軸向力增大，且導(dǎo)致傳動(dòng)效率降低，使軸承工作條件惡化。試驗(yàn)證明，隨0的增大，齒輪的強(qiáng)度也相應(yīng)提高，但是與之相應(yīng)的直齒輪比較，當(dāng)螺旋角大于 30時(shí)，其彎曲強(qiáng)度驟然下降，而接觸強(qiáng)度繼續(xù)上升。因此，從提高低檔的齒輪彎曲強(qiáng)度出發(fā)，不希望0過(guò)大。當(dāng)一根軸上有兩個(gè)嚙合齒輪工作時(shí)，選擇軸上斜齒輪的螺旋角時(shí)，應(yīng)使同時(shí)工作的兩組斜齒輪布置恰當(dāng)，所產(chǎn)生的軸向力相互抵消或者抵消一部分。為達(dá)到軸向力的相互抵消或者抵消一部分，應(yīng)使同一軸上的同時(shí)工作的兩斜齒輪螺旋方向應(yīng)是相同的，因?yàn)橐瑫r(shí)工作，一個(gè)是從動(dòng)齒輪，一個(gè)是主動(dòng)齒輪，因此，軸向力要相反。螺旋角按同類(lèi)機(jī)型選取0163.2.6 選配齒輪由總體計(jì)算公式確定所需各檔傳動(dòng)比如下：1fi40.1290.377 0.598 178010太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 27 -2fi28.6640.377 0.598 1780143fi11.8030.377 0.598 1780341ri40.1290.377 0.598 1780102ri28.6640.377 0.598 1780143ri11.8030.377 0.598 178034初步確定了傳動(dòng)系統(tǒng)各檔的總傳動(dòng)比，但其數(shù)值很大，在傳動(dòng)系統(tǒng)中要經(jīng)過(guò)多級(jí)減速才能實(shí)現(xiàn)式中為總傳動(dòng)比，Ki為變速箱的傳動(dòng)比，0i主傳動(dòng)器的傳動(dòng)比，fi最終傳動(dòng)的fokiiii i傳動(dòng)比。最終求的變速箱的各檔傳動(dòng)比：1fi1.84240.129222fi1.30328.664223fi0.53611.803221ri1.84240.12922 2ri1.30328.664223ri0.53611.80322同時(shí)由分析已知各檔位傳動(dòng)比:太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 28 -1fi= 2fi= 3fi=Z6Z7Z12Z2Z5Z8Z6Z7Z12Z2Z5Z8Z6Z7Z12Z2Z5Z81ri= 2ri= 3ri=Z6Z7Z12Z2Z5Z8Z6Z7Z12Z2Z5Z8Z6Z7Z12Z2Z5Z8由前面計(jì)算已知 A46= 214mm，斜齒輪的螺旋角一般為0=8o20o，這里取016，當(dāng)中心距，模數(shù)和螺旋角已知時(shí)，則總齒數(shù)為Z= =2Acosmn2Acosmn2 214cos165 83即 Z1+Z6=83 又取= 1.12 從而算的2Z=40,6Z=43;從而 A46=16cos262ZZmn=96625. 02835217 Z6Z2圓整為 217mm修正=arccosAZZmn262=17.04cos22nmZd =mm3.521001.17cos540；mmmZdn2.322601.17cos540cos66；有上面所有已知條件和分析結(jié)果，從而以確定各配對(duì)齒輪齒數(shù)為：1Z=19；2Z=40；3Z=20；4Z=23；5Z=44；6Z=437Z=51；8Z=38；9Z=67；10Z=31；11Z=27；12Z=53；齒頂高：mmxhmhnanna5015齒根高：mmxChmhnnannf25. 60125. 05從而確定各個(gè)中心距，取020 45A20cos243ZZmn=20cos223205=114.361mm修正：=947.1961.31142232052arccos43AZZmn太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 29 -cos33nmZdmm.383106947.19cos520mmhddaa383.11652383.106233mmhddff883.9325. 62383.106233cos44nmZdmm.340112947.19cos523mmhddaa340.13252340.112244mmhddff840.10925. 62340.122244取02056AmmZZmn23.710320cos21920520cos213修正：=952.19.7231032192052arccos13AZZmncos11nmZdmm.064101952.19cos519mmhddaa063.11152064.101211mmhddff564.8825. 62383.106211取01634AmmZZmn.56919516cos26529416cos275修正：=922.15.5691952652942arccos75AZZmncos55nmZdmm.708120922.15cos429cos75nmZdmm.550270922.15cos465mmhddaa708.12842708.120255太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 30 -mmhddff708.11052708.120255mmhddaa550.2784255.270277mmhddff550.2605255.270277取01012AmmZZmn.99830410cos25367510cos2129修正:=390.10304.9982536752arccos129AZZmncos99nmZdmm447.340390.10cos567cos1212nmZdmm310.269390.10cos553mmhddaa447.35052447.340299mmhddff947.32725. 62447.340299mmhddaa310.27952310.26921212mmhddff810.25625. 62447.34021212最終確定變速箱各檔傳動(dòng)比1fi=2.598;2fi=1.146;3fi=0.540Z6Z7Z12Z2Z5Z8Z6Z7Z12Z2Z5Z8Z6Z7Z12Z2Z5Z81ri=2.598;2ri=1.146;3ri=0.540Z6Z7Z12Z2Z5Z8Z6Z7Z12Z2Z5Z8Z6Z7Z12Z2Z5Z8齒輪材料選用 20crMnTi，滲碳淬火后，表面硬度 58-62HRC，芯部硬度 300HB5，齒輪精度為8-8-7，表面粗糙度 Ra 值不大于 2.5 微米。太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 31 -3.33.3 軸的設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)初步計(jì)算軸的直徑軸的直徑可以按扭距強(qiáng)度法進(jìn)行估算，即 d35tT軸的材料選用 40Cr，【iT】/MPa35-55，0A為 112-97.1d315tT=mm875.3945660000531;mKNT 6601;取1d=40mm;2d325tT;2TmKNZZT737.6942312d;=42.579mm;取2d=45mm;3d335tT;3T=mKNZZT500.709262;3d=42.878mm;取3d=45mm;4d345tT;4T=mKNZZT375.822573;4d=45.041mm;取4d=45mm;5d355tT;5T=mKNZZT238.9564104;5d=47.364mm;取5d=50mm;6d365tT;6T=mKNZZT462.7569125;6d43.804mm;取6d=45mm;以上確定的軸頸為軸的最小軸頸，根據(jù)軸上零件的受力，安裝，固定及加工要求再確定軸的各段徑向尺寸。軸上零件用軸間定位的相鄰軸頸一般相差 5-10mm。當(dāng)滾動(dòng)軸承用軸向定位是、時(shí)，其軸間直徑由滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)中查取。為了軸上零件裝拆方便或加工要求，相鄰軸段直徑之差應(yīng)取 1-3mm。軸上裝滾動(dòng)軸承，傳動(dòng)件和密封件等處的軸段直徑應(yīng)取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。軸上安裝個(gè)零件的各段長(zhǎng)度，根據(jù)相應(yīng)零件的輪廓寬度和其他結(jié)構(gòu)的需要來(lái)確定，不安裝零件的各段軸長(zhǎng)度可以根據(jù)軸上零件相對(duì)位置來(lái)確定。用套筒固定軸上零件時(shí)，軸端面與套筒端面或輪轂斷面之間應(yīng)留有 2-3mm 間隙，以防止加工誤差是零件在軸向固定不牢靠。軸段在軸承孔內(nèi)的結(jié)構(gòu)與軸承的潤(rùn)滑方式有關(guān)，軸承采用油潤(rùn)滑，軸承的端面距箱體內(nèi)壁的距離為 3-5mm。太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 32 -3.43.4 換擋離合器的設(shè)計(jì)換擋離合器的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)變速箱內(nèi)有五個(gè)離合器3.4.1 離合器的結(jié)構(gòu)1.連接方式 齒輪和離合器的內(nèi)鼓相連，外雇宇宙，液壓缸布置在軸上，液壓缸的壓力油從軸上孔道中來(lái)。2.壓緊方式 液壓缸軸向固定不動(dòng)，通過(guò)活塞軸向移動(dòng)來(lái)壓緊。3.分離彈簧形式一個(gè)大的螺旋彈簧布置在中央，利用離合器內(nèi)鼓的徑向空間來(lái)布置此螺旋彈簧，這樣布置增加離合器的軸向尺寸。4.采用自動(dòng)到控球閥消除離心壓力。3.4.1 離合器片數(shù)的確定由離合器摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式：mModmzkPRMM式中:儲(chǔ)備系數(shù)M:傳遞轉(zhuǎn)矩：摩擦系數(shù)P：壓緊力dR：摩擦力作用等效半徑z：摩擦副數(shù)量ok：壓緊力損失系數(shù) 其值可以由下列公式計(jì)算：11121okZ(對(duì)于干式摩擦離合器一般可取：0.30.13。對(duì)于濕式摩擦離合器一般可取0.080.06)太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 33 -以 222112124,4dpDDqDDDRcD代入上式得 3221116moMMDccqzk式中 q：許用比壓2D：摩擦片外徑1D：摩擦片內(nèi)徑：摩擦片面積利用系數(shù)（螺旋槽為 0.6-0.65 徑向油槽為 0.8-0.9）經(jīng)計(jì)算得離合器外徑 93mm，離合器內(nèi)徑 83mm;依次求得 I 檔，II 檔，III 檔的離合器片數(shù)。I 檔時(shí)，主動(dòng)片數(shù) 9，從動(dòng)片數(shù) 8。II 檔時(shí)，主動(dòng)片數(shù) 11，從動(dòng)片數(shù) 10。III 檔位時(shí)，主動(dòng)片數(shù) 9，從動(dòng)片數(shù) 8注明：離合器的外徑與內(nèi)徑根據(jù)裝配大小進(jìn)行確定，各離合器片數(shù)為初選。3.4.3 換檔離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.傳動(dòng)部分外鼓為整體結(jié)構(gòu)，外鼓和外片一般采取漸開(kāi)式花鍵或矩形槽相連，本設(shè)計(jì)采用矩形花鍵連接。內(nèi)鼓和內(nèi)片也采用矩形花鍵，外鼓和軸花鍵連接。內(nèi)鼓和齒輪制成一體。為了讓冷卻油更好的流過(guò)摩擦片，內(nèi)外孔上都開(kāi)有幾排孔，每排孔都應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，使每對(duì)摩擦面都均勻流暢有通過(guò)潤(rùn)滑油。摩擦襯面采用銅基粉末冶金，燒結(jié)在鋼的底板上，且在摩擦襯面上開(kāi)有溝槽，底板采用65 錳鋼，摩擦片總厚為 2mm,光片材料也選取 65 錳鋼，百度為 3mm,片上花鍵采用 30 度壓力角漸開(kāi)紅，花鍵齒的配合應(yīng)有足夠的側(cè)隙，心避免摩擦片卡死，摩擦片兩段部壓板應(yīng)有足夠的風(fēng)度，否則變形后將使摩擦片各處不能均勻壓緊，導(dǎo)致摩擦片打滑。2壓緊分離部分太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 34 - 液壓缸由鋼或可鍛鑄鐵制成，活塞由中碳鋼制成，配合面表面粗糙度值不大于 0.8 微米，液壓缸壁應(yīng)有一定厚度，否則會(huì)因剛度不足而變形，影響活塞移動(dòng)和引起漏油?；钊谝簤焊字幸苿?dòng)應(yīng)有足夠的導(dǎo)向長(zhǎng)度（一般為 20mm）,活塞與液壓缸有兩個(gè)配合面，宜采用活塞內(nèi)孔處配合為 2-3 級(jí)滑動(dòng)配合，其中心定位作用?；钊鈴教幣浜弦溯^松些，具有 0.25-0.50mm 的間隙，心便裝配方便。活塞的行程由離合器摩擦面的分離間隙來(lái)決定，摩擦現(xiàn)分離間隙過(guò)小，則相對(duì)空轉(zhuǎn)時(shí)摩擦阻力矩過(guò)大，功率損失過(guò)大，但摩擦片分離間隙過(guò)大，則活塞行程大。離合器結(jié)合時(shí)，消除片間間隙所需的時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)也使離合器的軸向尺寸加長(zhǎng)。3潤(rùn)滑和密封（1）：離合器的摩擦片應(yīng)得到可靠地冷卻潤(rùn)滑，冷卻油不足往往引起摩擦片燒結(jié)和摩擦片翹曲變形，但冷卻油過(guò)多將使離合器空轉(zhuǎn)損失增加，功率損失過(guò)多，且使摩擦片摩擦系數(shù)有所降低，一般每對(duì)摩擦面冷卻有最小流量為4327810mm s,最好為43211 1310mm s ，不要大于43230 10mm s。（2）換檔離合器的故障往往是由于漏油引起的，故密封裝置很重要，換檔離合器有兩處需要密封，進(jìn)入離合器軸處，需采用旋轉(zhuǎn)密封，油缸活塞處，需采用滑動(dòng)密封，油缸密封的要求是，密封性好，移動(dòng)的摩擦阻力小，較常用的密封形式，一是合金鑄鐵活塞環(huán)，二是唇口式密封環(huán)。太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 35 -第四章第四章 變速箱主要零件的校核和軸承壽命計(jì)算變速箱主要零件的校核和軸承壽命計(jì)算4.14.1 齒輪強(qiáng)度和計(jì)算齒輪強(qiáng)度和計(jì)算 變速箱齒輪主要破壞形式是疲勞接觸破壞和疲勞彎曲破壞，因此一般變速箱齒輪進(jìn)行疲勞彎曲強(qiáng)度計(jì)算和疲勞接觸強(qiáng)度計(jì)算。4.1.1 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算驗(yàn)算齒根危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力，可按照下式進(jìn)行：310FIFMk krbm y式中：M-計(jì)算扭矩（主動(dòng)齒輪所處的扭矩） （公斤*米） r-主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（厘米）m-模數(shù)【對(duì)直齒輪為斷面模數(shù)（毫米） ，對(duì)斜齒輪為法面模數(shù)（毫米） 】b-齒輪齒寬（厘米） ，大小齒輪齒寬不同時(shí)取較小者y-齒形系數(shù)（查表 3-3-3，對(duì)短齒，將表中查得的y乘以 h/2.25m,式中 h為全齒高）k-螺旋角系數(shù)，對(duì)斜齒取 0.881Ik-工作狀況系數(shù)，對(duì)于輪胎式液力機(jī)械取 1F-許用彎曲應(yīng)力（當(dāng)齒輪材料為 20CrMnTi,20CrMnMo 時(shí)，許用彎曲應(yīng)力F=2500-3200 公斤/厘米 2）對(duì)于輸入齒輪2Z 5nm,b=40, 2Z=40, =17.04mmdr265.1052858. 012004.1711201k對(duì)于輪式推土機(jī)液力傳動(dòng)類(lèi)型Ik=1y查設(shè)計(jì)手冊(cè)取為 0.475太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 36 -代入以上數(shù)據(jù)，計(jì)算輸入齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度為：ayiHMPrbmKMK012.14475. 0540265.1051881. 043.1590101022 250FaKP3204.1.2 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力，對(duì)剛齒輪，可按照下式進(jìn)行；31IHHiMK KKAbi式中：K-系數(shù)（對(duì)直齒輪取 1070，對(duì)斜齒輪取 925，這是由于斜齒輪傾斜，接觸線(xiàn)長(zhǎng)增加，重合度增大，因此承載能力有所提高）A-中心距（厘米）i-傳動(dòng)比，211ZiZM-小齒輪上的扭矩（公斤厘米）b-齒輪齒寬（厘米） ，大小齒輪齒寬不同時(shí)取較小者K-角變位修正對(duì)接觸強(qiáng)度影響系數(shù)，sin401sin2KIK-工作狀況系數(shù)，對(duì)于輪胎式液力機(jī)械取 1H-許用接觸應(yīng)力（當(dāng)齒輪材料為 20CrMnTi, 20CrMnMo 時(shí)，許用接觸應(yīng)力H=10000-14000 公斤/厘米 2）71. 11012ZZ,A=244mm,b=40mm小齒輪上的扭矩：mNM7 .92798. 087.3240. 111941. 01 .86924對(duì)于液力機(jī)械1, 1aiKKMPaMPaH1400471.9681008 . 17 . 158. 111007 .92917 . 14 .245 .292滿(mǎn)足使用要求。太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 37 -4.24.2 軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度校核4.2.1 輸入軸花鍵設(shè)計(jì)及校核通過(guò)13表 11-29 和10，查得花鍵型號(hào)為：10 x102H7X112H10/f11X16H11/d10此處引用（式 5-3）和（式 5-4）進(jìn)行校核。選輸入軸材料為 40Cr，滲碳后表面淬火。這種材料的接觸極限應(yīng)力950HGMMPa，彎曲疲勞極限應(yīng)力330FGMMPa.初取花鍵長(zhǎng)度為 40mm。1. 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)（式 5-3）帶入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：310FIMk krbm y 經(jīng)計(jì)算 FF4 .1921所以滿(mǎn)足彎曲疲勞要求。2. 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)（式 5-4）帶入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：31IHiMK KKAbi經(jīng)計(jì)算HH4 .11473所以滿(mǎn)足要求。為了更好的減少安裝難度，因此對(duì)花鍵的長(zhǎng)度適當(dāng)增大，最終取為 52mm。4.2.2 中間軸的校核1 根據(jù)裝載機(jī)裝配圖，作出中間軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型）Fr3Ft3Fr2Ft2BA 圖 4.1 中間軸力學(xué)模型太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 38 -選取中間軸的材料為 40CrNi,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)P355 表 15-1 查得： 彎曲疲勞極限1=430（MPa）,剪切疲勞極限1=210（MPa） ，許用彎曲應(yīng)力1=75（MPa） 。2 對(duì)軸進(jìn)行受力分析，并作出彎矩圖根據(jù)以前的計(jì)算可知，當(dāng)閉鎖離合器結(jié)合時(shí)，中間軸受載最大，此時(shí)傳遞給中間軸的扭矩為1TM=197.9（Nm）圓周力：4 .929 .1972222dTFt=4.28（KN） （8.1）徑向力：020tan28. 4tantrFF=1.558（KN） （8.2）根據(jù)以前的計(jì)算可知，摩擦片傳遞給中間軸的的扭矩為3TM=-197.9（Nm）圓周力：6279 .1972233dTFt=0.912（KN） （8.3）徑向力：020tan912. 0tantrFF=0.332（KN） （8.4）根據(jù)上述簡(jiǎn)圖及受力分析，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出水平面上的彎矩HM圖和垂直面上的彎矩VM圖；然后按下式計(jì)算總彎矩并作出 M 圖。 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 39 -圖 4.2 中間軸的載荷分析圖從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 B 是軸上較為危險(xiǎn)的截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的截面 B 處的HM、VM和 M 的值列于下表：表 4.1 截面 B 所受載荷水平面 H垂直面 V太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 40 -載荷 支反力 FKNFKNFHH94. 1,305. 521KNFKNFVV214. 0,68. 121彎矩 Mm675.185NMHm65.58NMV總彎矩m72.19465.58675.185221NM02MmN扭矩 Tm9 .197NT3 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和 扭矩的危險(xiǎn)截面。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)P336，按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力 22ca4 （8.5）通常 由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力，而 由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是 對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力。為了 考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù) ，則計(jì)算應(yīng)力為 22ca4）（ （8.6）式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取6 . 0。對(duì)于直徑 為 d 的圓軸，彎曲應(yīng)力WM，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力WMWMT,將和代入上式，則軸的彎扭合成強(qiáng)度為22222ca)(24)(WTMWTWM）（ （8.7）式中：ca軸的計(jì)算應(yīng)力，單位 Mpa； M軸所受的彎矩，單位為 Nm；太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 41 - T軸所受的扭矩，單位為 Nm； W軸的抗彎截面系數(shù)，單位為3mm，計(jì)算公式由機(jī)械設(shè)計(jì)P365 表 15-1 查得，圓截面的計(jì)算公式31 . 0 dW =0.1350=12500 3mm,花鍵截面的計(jì)算公式DzbdDdDdW32/)(24, Z-花鍵齒數(shù)；W4032/ 4 . 116)3440(64024=6854.98 3mm 截面 B 處的計(jì)算應(yīng)力： 12500/)9 .1976 . 0(72.19422ca =19.83 Mpa根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)P255 表 15-1 查得，對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，軸的許用彎曲應(yīng)力1為75Mpa。 ca1 (8.8)因此，軸的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。4.2.3 輸出軸與軸上相關(guān)零件設(shè)計(jì)1.根據(jù)裝載機(jī)裝配圖，作出輸出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型）Fr4Ft4AC1C2 圖 4.3 輸出軸力學(xué)模型簡(jiǎn)圖選取中間輸入軸的材料為 40CrNi,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)P355 表 15-1 查得：彎曲太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 42 -疲勞極限1=430（MPa）,剪切疲勞極限1=210（MPa） ，許用彎曲應(yīng)力1=75（MPa） 。2. 對(duì)軸進(jìn)行受力分析，并作出彎矩圖 根據(jù)以前的計(jì)算可知，變矩器傳遞給中間輸入軸的扭矩為3TM=1171（Nm）圓周力： 35011712211dTFt =6.69（KN） （8.9）徑向力：020tan69. 6tantrFF=2.435（KN） （8.10）根據(jù)以前的計(jì)算可知，中間軸傳遞給輸出軸的扭矩為 1TM=1171（Nm）根據(jù)上述簡(jiǎn)圖及受力分析，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出水平面上的彎
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