ZL15轮式装载机变速器设计

摘 要轮式装载机属于铲土运输机械类，是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等建设工程的土石方施工机械。具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可或缺的设备之一。变速器是传动系统中重要的“三大件”之一，它的结构复杂，材质要求高，加工难度大。其功能是改变来自发动机的转矩与转速，使其配合工作人员和工作环境发挥其应有的作用。本文首先确定变速器主要部件的结构型式和主要设计参数，在分析变速器各部分结构形式、发展过程及其以往形式的优缺点的基础上，确定了总体设计方案，采用传统设计方法对变速器各部件齿轮、轴和同步器进行设计计算并完成校核。最后运用键词：轮式装载机；变速器；齿轮；轴；同步器to,is 3 it is of on of is of 摘要. 选题的背景. 国内外研究现状.外轮式装载机发展现状.内轮式装载机发展现状.内轮式装载机发展趋势. 目的、依据和意义. 变速器的特点和设计要求及内容. 装载机.载机概述.载机型号选定. 装载机发动机.载机发动机概述.载机发动机型号选定. 装载机变矩器.矩器概述.矩器特性参数.矩器特性参数选定. 本章小结.速器总体布置设计. 设计方案确定. 变速器传动比确定.大传动比确定.小传动比确定.速器传动比分配. 传动路线确定. 本章小结.配齿及齿轮基本参数的确定.齿轮主要参数的确定.齿轮校核.本章小结.变速器轴的设计.轴的强度计算.轴承的选择与校核.的轴承选择与校核.的轴承选择与校核.的轴承选择与校核.的轴承选择与校核.的轴承选择与校核. 本章小结.挡同步机构的选择与设计.换挡同步机构的选择与工作原理.换挡同步机构的设计.变速器箱体设计.本章小结.一种通过安装在前端一个完整的铲斗支承结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式履带或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可或缺的装备之一8。装载机可以用以下的方法来分类：（1）按用途分。分为露天装载机，用于露天作业；地下装载机，用于地下作业。（2）按发动机功率分。分为小型的，型的，型的，大型的，3）按行走机构类型分。分为轮胎行走机构（又分带铰接式车架和带有后轮转向的刚性车架两种）；履带行走机构。（4）按铲斗卸载方式分。分为前端式（又分为仅可前卸和既可前卸、又可一侧或两侧卸载两种）；后卸式；既可前卸、又可后卸。（5）按传动形式分。分为机械传动；全液压驱动；液压机械传动；电传动。（6）按发动机类型分。分为柴油机式（内燃式）；汽油机式；电动轮机式。（7）按动臂在卸载时是否回转动分。分为不回转的；半回转的（回转90）；全回转的（赚栋360）。目前应用最广泛的是液力机械传动、带有铰接式车架、大型轮胎行走的前卸式装载机。装载机变速器是装载机的重要部件之一，主要实现装载机在行进过程中变速及倒车功能。它由几十个零件组成，零件之间的装配关系相当复杂。因此变速箱的设计需要较长的时间和反复的实验。0年的发展后，到20世纪90年代中末期国外轮式装载机技术已到达相当高的水平。基于液压技术、微电子技术和信息技术的各种智能系统已广泛应用于装载机的设计、计算操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面，是国外轮式装载机在原来的基础上更加“精制”，其自动化程度得以提高，从而进一步提高生产效率，改善了司机的作业环境，提高了作业舒适性，降低了噪声、振动和排污量，保护了自然环境，最大限度地简化维修、降低作业成本，使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都能达到了很高水平。（1）产品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化发展产品的系列化、成品化、多品种化成为主流。为了适应市场需求，各厂商加快了产品的更新换代，如以卡特彼勒为代表的美国，以小松公司为代表的日本和装载机生产第三大集团西欧各厂家都加快推出多功能，全面兼顾动力性、机动性与灵活性的新产品，以满足不同用途用户的需要。此外，装载机的大小规格向两头延伸，以适应大型露天煤矿或金属矿和狭窄施工场所，如仓库、货栈、农舍、低下等场所的装载作业。这些产品如美国克拉克公司生产的675型，功率1000W，而日本东阳远搬株式会社生产的310型，m 外，装载机还向高卸位、远距离作业方向发展。如松公司也开发了能扩大作业范围带伸出机构的装载机。（2）采用新结构、新技术，产品性能日趋完善近年开发的产品普遍采用了高性能发动机和自动换挡变速器、大流量负荷传感液压系统、前后防滑差速器多片湿式盘式制动器、行走颠簸减震等先进技术，并综合液压、微电子和信息技术制造，并应用了很多只能系统。工作装置连杆机构推陈出新，各种自动功能更趋成熟、完善。1、发动机为了解决高作业效率与低燃料消耗的矛盾，近年来开始采用发动机管理系统。发动机管理系统亦称自动控制系统、电脑控制系统等，是电子计算机在工程机械中的应用之一。它能及时地根据装载机的工作负荷要求调节发动机的输出功率，使装载机更有效地利用发动机的动力，减少动力损失，节约燃料，减少废气排量和噪声，同时可使发动机长期在额定点工作，增加发动机的使用寿命。2、传动机构以卡特彼勒公司为代表的轮式装载机采用液力机械传动系统，其换档在变速箱最佳效率点进行。换挡离合器采用电子压力控制，行驶和换挡过程平稳，提高了生产率，延长了元件的使用寿命。3、液压系统为了满足铲掘力和快速装卸两方面的要求，装载机工作装置采用多级液压系统。例如小松公司的入料堆装载时切断阀自动使该泵卸载，通过向工作装置的也流量减少，使发动机功率更多地通过变矩器传给车轮，增加牵引力。当动臂举升时，转换阀接入，以提高举升速度。4、工作装置20世纪90年代中末期以来装载机的工作装置已不再采用单一的特彼勒公司在继在其992G、924承受极大的扭矩载荷，具有卓越的可靠性、耐用性及和平行举升机构相类似的作业性能。（3）发展多种工作装置，不断满足市场需求所有厂家的产品都强调一机多用，配有快换装置及多种附件，可以换装几种到几十种甚至上百种不同的作业装置。（4）易于维修、保养，注重环保所有产品都充分考虑可维护、维修性，各关键零部件和维护点都预留了足够的通路，保养点集中并可在地面上进行，普遍采用自动集中润滑。大量机罩都采用可展开结构，可整体翻转，有些机型的驾驶室还可整体倾翻。许多产品发动机风扇采用液压驱动。大部分产品设有微机操作信息中心供维修查询。各厂家也都十分注重产品的环保，主要从降低污噪节约能源入手8。制造技术是陆续从美国、德国和日本等国家引进的。目前，我国轮式装载机生产技术水平只相当与发达国家20世纪90年代的生产制造水平。虽然目前国内轮式装载机生产厂家群雄并立，并且有增无减，但国内企业自主开发创新能力较弱，产品更新换代以适应市场需求的能力较差，不能及时适应市场需求。在生产制造上，工艺装备水平和生产能力低，造成关键零部件技术不过关，整机的可靠性，故障率，使用寿命，机、电、液一体化水平，外观质量，操作的灵活性和舒适性方面与先进国家产品相比差距较大。目前我国轮式装载机的发展有如下一些特点。（1）缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低我国生产的轮式装载机的技术水平普遍较低，高科技附加值少，产品档次低，属中等偏下水平。产品质量不稳定，国产装载机大故障的部位主要集中在传动系统，小毛病经常出现在液压系统。（2）设备的灵活性、舒适性较差灵活性是反映装载机工作效率的重要指标。由于设计和制造等原因，各个部件不能自如运作，工作起来笨拙不堪，现场讲是出工不出力、出力不出活。现场作业，其环境千差万别，特别是洞室、狭窄恶劣地段工作更需要灵活性，在这方面国外的大吨位设备也远比国内小吨位灵活得多。（3）用途单一，产品规格中间大两头小我国生产的轮式装载机所配备的附属作业装置有限，造成装载机功能少、用途单一。0产量主要集中在15力生产微型级、大型级产品，造成产品机构中间大两头小的格局。8也应该考虑到历史和国情的原因。目前国产轮式装载机亦正从低水平、低质量、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，正从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业中的领先者。其体现一下一些趋势：（1）大型和小型轮式装载机，在近几年的发展过程中，收到客观条件及市场总需求量的限制。竞争最为激烈的中型装载机更新速度将越来越快。（2）各生产厂家根据实际情况，重新进行总体设计，优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，以使整机可靠性得到提高。（3）优化系统结构，提高系统性能。如动力系统的减振、散热系统的结构优化、工作装置的性能指标优化及各铰点的防尘、工业造型设计，逐步引进最新的传动系统和液压系统技术，予以国产化、商业化，降低能耗，提高性能。（4）利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡级液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本。（5）提高安全性、舒适性。驾驶室逐步具备过国际安全要求的认证，达到国际市场的基本要求，获得进入国际市场的许可证。驾驶室内环境将向汽车方向靠拢，转向盘、座椅、各操纵手柄都能调节，使操作者处于最佳位置工作。（6）降低噪声和排放，强化环保指标。随着人们环保意识的增强，许多大城市已经制定机动车的噪声和排放标准，工程建设机械若不符合排放标准，将要限制在该地区销售。（7）广泛利用新材料、新工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性。（8）最大限度的简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供排除问题的方法。8据和意义变速箱又是装载机传动系组成的重要部分，起的是改变来自发动机的转矩与转速，使其配合工作人员和工作环境发挥其应有的作用。中国民族工程机械正在巩固国内市场和扩大国外市场，内要配合新国四标准实施，外要与（主要欧洲的排放标准）国际标准接轨，变速箱作为传动系的一大部分，它的改动有益于装载机的动力性与环保性，在它的作用下使装载机既能符合排放标准又能完成各个工况的要求。过对变速器各部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的前2挡后2挡定轴式变速器。本文主要完成下面一些主要工作：（1）参数计算。包括变速器传动比计算、中心距计算、齿轮参数计算、各档齿轮齿数的分配；（2）变速器齿轮设计计算。变速器齿轮几何尺寸计算；变速器齿轮的强度计算及材料选择；计算各轴的扭矩和转速；齿轮强度计算及检验；（3）变速器轴设计计算。包括各轴直径及长度计算、轴的结构设计、轴的强度计算；（4）变速器轴承的选择及校核；（5）同步器的设计选用和参数选择；（6）变速器箱体的结构设计设计。以用来铲装、搬运、卸载、平整散装物料，也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作。此外，还可以刮平地面和牵引其他工程机械等作业。换装相应的工作装置，装载机还可以进行推土、起重、装卸木料或钢管等作业，其部分可换工作装置如下图2。载机载机基本参数基本参数斗容 600730030025256955037050404506530进 026km/6/70业等提供动力，保证其正常行驶和工作。装载机广泛采用柴油机作为动力。柴油机是内燃机的一种，是把燃料燃烧后所产生的热能转变机械能的动力装置12。发动机根据其活塞运动方式的不同，可分为往复活塞式和旋转活塞式两类。装载机多采用往复活塞式发动机。往复活塞式发动机的分累如下。按冲程数：四冲程发动机、二冲程发动机。按气缸数：单缸发动机、多缸发动机。按所用燃料:柴油机、汽油机、煤油机、特种燃料发动机、多种燃料发动机。按着火方式：点燃式、压燃式。按气缸排列形式：单列式、双列式。按冷却方式：水冷式发动机、风冷式发动机。按用途：车用发动机、工程机械用发动机、船用发动机、牵引用发动机、发电机用发动机。按进气方式：增压发动机、非增压发动机。按输出额定转速：分为高速、中速和低速等。装载机应用的柴油机多为往复式四行程多缸高速柴油发动机。柴油机经济性好，它的热效率一般为3040，最高可达40，在热机中它的热效率是较高的。柴油机的适应范围较广，能满足多种不同用途的需要。柴油机结构紧凑，质量轻，体积小，一般平均单位质量为（，因而特别适用于要求局有良好机动性的装载机。柴油机操作简便，启动迅速，工作可靠，不受使用场合的限制。装载机用柴油机除了具有一般车用柴油机的普遍要求之外，由于其工作条件的差别，还有一些新要求。通常装载机工作冲击振动大，要求柴油机具有更高的刚度和强度；工作负荷大，常出现短期超载，要求柴油机有足够的转矩储备系数；施工现场尘土大，要求柴油机空气、柴油机油、机油；装载机柴油机经常在变速下工作，因而要求他有良好的调速性能；柴油机应能在3035的斜坡上可靠工作；此外，在严寒、高原、沙漠、炎热地带，地下工程、水下工程等特殊条件下工作的工程机械以及军用工程机械的保暖、防尘、降温、排气污染等方面的特殊要求柴油机都应能够满足8。阳）东方红基本参数如下表2 油机油机基本参数基本参数气缸数目排列方式 4缸直列冷却方式 水冷工作循环 4冲程喷射方式 直喷式额定功率 47400r/105%于动液传动即通过液体再循环流动过程中液体动能的变化来传递动力，所以通常称为液力传动。液力传动在近代车辆和工程机械中得到广泛的应用。采用液力传动的车辆具有如下有特点。（1）能自动适应外阻力的变化，使装载机能在一定范围内无极地变更其输出轴转矩与转速；当阻力增加时，则自动降低转速，增加转矩，从而提高了装载机的平均速度与生产率。（2）提高装载机使用寿命，液力变矩器是油液传递动力，泵轮与涡轮之间不是刚性连接，能较好地缓和冲击，有利于提高装载机上各零件的使用寿命。能使其低速行驶和平稳起步，并能避免超载时发动机熄火。（3）简化了装载机的操纵，变矩器本身就相当于一个无极变速箱，可减少变速箱档位和换挡次数，加上一般采用动力换挡，从而可简化变速箱结构并减轻司机的劳动强度。液力变矩器的缺点是效率低，结构复杂，经济型降低12。）变矩比M 与泵轮力矩 1M 之比，即21 （涡轮转速 2 0n 时的变矩比 0K 成为启动变矩比（或失速变矩比）， 0K 越大说明车辆的启动性能越好。（2）传动比n 与泵轮转速 121ni n （4）传动效率传动效率是涡轮轴上输出功率 22 2 21 1 1P M n N （见，传动效率又是变矩比变矩器特性参数选定装载机变矩器选定的类型是单导轮综合式变矩器。其基本参数如下表。 2 0 是设计本课题的前提，为以后的设计确定了方向。第3章 重要的是传动系统中的变速器、变矩器和差速器，一般称之为“三大件”。三大件中的变速器和变矩器两种关键部件结构复杂，材质要求高，加工难度大。轮式装载机一般选用机械式变速器，它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。有轴线固定式变速器（定轴式变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮式变速器）两种。装载机的变速器通常有24个前进档和24个倒档。动力换挡定轴变速器由于采用液压操纵的多片摩擦离合器换挡，而摩擦离合器的轴向尺寸比较大，这样就不可能在两轴之间实现多档变速。一般在两轴之间，只能实现两档变速。所以这种变速器和普通人力换挡变速器不同之处在于它是一个多轴式串联变速器，以适应目前轮式装载机、推土机等工程机械提出的多档前进和多挡后退的要求。本文设计的是前二挡后二挡的定轴式变速器，换挡部件为湿式摩擦换挡离合器。根据装载机的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等来综合考虑、确定。2v （中： 从变矩器到车轮的最大传动比轮胎滚动半径2n ）装载机滚动半径由轮胎型号16/70胎横截面宽为160平率为70，轮辋为2020 0% （2）变矩器涡轮允许的最低转速 2 1 pn （n 1n 发动机输出转速2400r/变矩器最小传动比 2 2400 60 /r （3）最低稳定车速 2 3 /Tv km h 最后得 v （中： 从变矩器到车轮最小传动比2n 装载机空载行驶最高速度（ 6 /v km h ）8。（1）变矩器涡轮允许的最高转速 2 1 mn n i 变矩器最大传动比 2 2400 920 /r 最后得 以变速器的最大传动比为一档传动比，最小传动比为而当传动比。z I li ii i （3.5）主减速器传动比（ 46 5 ）1变速器一档传动比最终传动比（ 34 4 ）1 z li i 同理2 z li i 1路线：2路线：1 3 、 62 4 、 83 5 、 94 7 、 115 2 、 36 10 。前进 3 4路线：1 2 4 6 3 4路线： 5 6 2 4、轴和轴转矩相同，使用同一种型号湿式摩擦换挡离合器，轴转矩不同是用另一湿式摩擦换挡离合器。后计算出变速器的各挡传动；设定格挡的传动路线和多摩擦片离合器的放置位置。考虑配齿的问题，配齿大致要遵守一下原则：（1）一对齿轮的传动比不要太大，一般不大于3，否则齿轮大小悬殊，结构不紧凑。（2）低速挡齿轮副尽量靠近端部支撑，以减少轴的绕度。（3）最小齿轮齿数除了要考虑根切以外，还要考虑结构因素，如安放轴承的可能性。公用齿轮因两面受力，工作条件较差，所以