10吨装载机的液力传动变速箱设计

摘 要 本论文 研究 一个驱动 10 吨 的装载机作业 的液力传动变速箱设计过程 ，课题的专题部分是换档离合器的设计与计算。 液力传动变速箱主要由变速箱、液力变矩器、油泵总成与主调压阀和溢流阀组件、操纵阀组件、 换档 离合器和液压控制等部分组成。 该箱为由液力变矩器提供转矩 并 具有前进 四 档、后退 四 档共 八 个档位的 定轴式 动力换档变速箱， 该 变速箱采用 三元件单涡轮 液力变矩器。液力变矩器使该液力传动变速箱具有液力传动输出的自动适应性，能随着外负载的变化而相应改变其输出扭矩和转速，而且要求能够吸收和消除来自发动机和外负载对传动系统的冲击振 动。所采用的换档方式要求操纵简单、方便，起动平稳，较大地减轻操作者劳动强度。本课题通过液力传动变速箱主要参数的设计 ， 用三维设计软件 来实现液力传动变速箱的零部件造型和整机造型。在液力传动变速箱设计过程中，在投入生产之前利用计算机 把三维图转成二维工程图，为生产工艺提供指导和参考。 关键词 ： 液力传动变速箱；液力变矩器；换档离合器；操纵阀 目 录 引言 . 1 1 动力换档变速箱的发展概况 . 1 2 工程机械变速箱 . 2 速箱概述 . 2 速箱的功用 . 2 变速箱的要求 . 2 速箱的类型 . 3 要技术参数 . 4 动比范围 d 的确定 . 5 比值 q 的选取原则与预定公比值 q . 5 比值 q 与档位数 Z 的确定 . 6 动比 i 的选取 . 6 作原理及结构介绍 . 6 轴式动力换档 变速箱 . 6 合器 . 9 力变矩器 . 12 3 定轴式动力换档变速箱设计 . 15 速箱传动方案设计 . 15 速箱主要参数的确定 . 17 动轴的中心距 a . 17 轮模数 m . 18 轮齿形角 . 19 轮齿宽 b . 19 齿轮螺旋角 . 19 轮齿数 z . 19 速箱主要零件设计 . 20 轮设计 . 20 轮强度计算 . 21 轮材料、加工精度和结构形状 . 25 和轴承设计 . 25 承支承方式的选择 . 25 花键形式的选择 . 25 的强度和刚度计算 . 27 度计算 . 29 4 换档离合器（专题部分） . 30 档离合器的结构类型 . 30 离合器组成方式分类 . 30 连接方式分类 . 32 压紧方式分类 . 32 摩擦片分离弹簧形式分类 . 32 档离合器工作原理 . 32 档离合器的结构方案分析 . 33 式离合器摩擦力矩的计算 . 36 合器所能提供的力矩 . 36 合器所需传递的力矩 M . 38 合器储备系数 . 38 合器的设计与计算 . 38 合器的基本参数和主要尺寸的选择 . 38 构设计 . 40 紧分离部分 . 43 滑和密封 . 44 5 结论 . 45 参考文献 . 46 致谢 . 47 附录 . 48桂林电子科技大学毕业设计（论文） 1 引言 本 课题是柳工传动件研究所的一个项目， 测绘一个意大利进口的卡拉罗定轴式动力换档变速箱， 该箱为 驱动 10吨 装载机作业 的液力传动变速箱 。 课题通过液力传动变速箱主要参数的设计，用三维设计软件 来实现液力传动变速箱的零部件造型和整机造型。在液力传动变速箱设计过程中，在投入生产之前利用计算机 三维转成二维工程图，为生产工艺提供指导和参考。 课题的专题部分是换档离合器的设计与计算。通过计算与查阅相关文献，把从外国引进的新技术、新工艺以及各项与国标不相一致的标准转化为国家标准，从而使提高公司 自主生产该变速箱的技术和能力。 1 动力换档变速箱的发展概况 变速 箱 使 装载机等工程机械 可以变换排挡，以不同的牵引力和行驶速度工作，实现进退行驶， 以及在挂空挡时切断发动机传给驱动轮的动力。变速 箱 有不同的结构类型，基本上分为两大类，即与主离合器配套的机械式变速 箱 和与液力变矩器配套的动力换挡变速 箱 （有定轴式和行星式两种），前者是在切断传动系动力的情况下换挡的，后者则利用变速器中的换挡离合器在不切断传动系动力的情况下换挡。 所谓动力换挡变速 箱 是传动系统中采用液压操纵的多片湿式摩擦离合器进行换挡的变速 箱 。在这种传 动系统中可不设主离合器，液力变矩器和变速 箱 直接连接，换挡时只要操纵控制阀就可以换挡。因此操纵轻 便简单，且可在不中断动力传递情况下进行换挡，换挡速度快，无冲击，故生产率高，齿轮 使用寿命长。 动 力换档变速箱区别于机械拨叉换档变速箱，后者换档时要先踩离合器断开动力。而前者不用断开动力换档，故此名之。动力换档变速箱由液力变矩器和液压操纵的变速箱组成，操纵液压控制阀实现换档。 工程机械如推土机 、 装载机的作业工况特别适合动力换档，现在一部分轿车采用自动档的也是动力换档变速箱，其下又分手动和电控。发展前景很好，技术含 量较高， 但与国际先进水平尚有差距。 传统的动力变速换档在结构上主要由液力变矩器、机械齿轮变速传动机构、手动变速换档机构组成。美国上世纪七十年代已广泛应用于轿车、市区公共汽车、重型卡车和工程机械上，国内当时的红旗轿车亦已装备了液力变矩器。同一时期，随着国内开始研制轮式装载机而同步应用了动力换档变速箱，如眼下鼎盛的 0、 5 等装载机上的液力机械变速箱都是当时从国外 40代机型上引入的。这种中等功率的变速箱为国内众多大小装载机厂家所通用，价格便宜，配件方便，市场很好。但多年一贯，改进不大 ，品种很少，相比国外同类产品已几经换代了。更大功率的变速箱尚属缺口，须从国外采购。 国产工程机械主机呼唤自主创新的高技术水平的动力换档变速箱出现，而总成的另部件如变矩器、泵、阀、离合器 (摩擦片、活塞密封等 )国产化技术水平已有长足发展，桂林电子科技大学毕业设计（论文） 2 应能满足设计配套的需要。可以说到了推陈出新的时候了 ,有实力的工程机械集团公司如徐工、宇通重工、龙工等都已在自主开发新的动力换档变速箱。 今天 ， 动力换档变速箱已经发生了重大的变化。自从 1990 年代，美国已开始生产动力换档变速箱的电液比例换档控制系统，对原手动换档变速箱进行电液比例 控制换档的升级改造。微处理器控制的电液动力换挡率先应用于工程机械、建筑机械及农用机械变速齿轮箱，国内柳工 小型装载机（含多功能装载机如挖掘装载 ” 两头忙 ” 等）市场需求迅速增加，并有逐年加速的趋势。我国小型装载机（主要指 2吨以下 ， 包括 1吨以下的所谓微型装载机）占装载机总销量的比重远低于欧美（欧美等发达国家小型装载机占装载机总销量的比重在 5060%），可见国内小装市场的上升空间是巨大的。世界上小型装载机基本上都是采用静液压传动。国内厂家除了一种两前两后档位液力变速箱老 面孔外，都还是沿用农用车机械换档变速箱。要想真正把这类产品发展壮大起来，就必须要走技术创新之路。 2 工程机械变速箱 速箱概述 目前铲土运输等工程机械的动力装置主要是内燃机，其扭矩和转速变化范围较小，不能满足机械在作业和运行过程中牵引力和行驶速度变化的要求，因此必须有变速箱来解决这相矛盾。 机械变速箱是利用齿轮传动进行工作的。在齿轮传动中，互相啮合的两个齿轮的转速与它们的齿数成反比，因此，齿轮传动的传动比为： 1221 i（ 式中： 主、从动齿轮的转速； 主、从动齿轮的齿数。 为了增加齿轮传动的传动化，通常采用多级齿轮传动。在多级齿轮传动中，其总传动比等于各从动齿轮齿数的连乘积和各主动齿轮齿数的连乘积之比。这是多级齿轮传动中的一个基本概念，它适用于任何级的齿轮传动 。 速箱的功用 驱动链轮）间的传动比，从而改变机械的行驶速度和牵引力，适应作业和行驶工况的需要； 所谓挂空档），能使发动机动力不传给行走装置，在发动机运转的情况下机械能长期停车，便于发动机起动和停车安全。 变速箱的要求 满足使用要求，使机械在合适的速度和牵引力作用下工作，具有良好的牵引力和燃料经济性以及高的生产率。 用寿命长，传动效率高，设计、制造简单和拆修方便。 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 3 允许同时挂两个档、自动退档和跳档等现象。 档离合器能平稳结合。 速箱的类型 （ 1）按操纵方式分 用人力来拨动齿轮或啮合套进行换档，工作原理如图 械换档示意图 （ a）拨动滑动齿轮换档 双联滑动齿轮 a动该双联齿轮，使齿轮对 a a或者 啮合，从而改变了传动比，即所谓换档。 （ b）拨动啮合套换档 齿轮 c、 合套毂 合套 合套毂相当于一只牙嵌式离合器，当啮合套移至于 c 或 d 上的牙嵌齿相结合时，齿轮 c（或 d）便我轴固接一起旋转。动力经 c c或 d d传出。 （ c）齿轮和轴为固定连接 一般用键或花键与连接，并轴向定位于轴上，不能轴向移动。 （ d）齿轮和轴为空档连接 齿轮通过轴承支承在轴上，能相对转动但不能轴向移动。 （ e）齿轮和轴为滑动连接，表示齿轮通过花键与轴连接，可轴向移动，但不能相对转动。 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 4 动力换档原理如图 图 力换档示意图 如图所示；齿轮 a/b 用轴承支撑在轴上，与轴是空转连接，通过相应的换挡离合器，分别将不同档位的齿轮与轴向固定，从而实现换档。换挡离合器的分离和结合，一般是液压操纵；液 压油是由发动机带动的油泵供给，可见换档的动力是由发动机提供另外，与机械式换档相比，用离合器换档时，切断动力时间短似乎没有切断动力。 油压操纵的压力源是发动机带动的油泵提供，离合器的结合和分离靠的是发动机的动力，所以称为动力换档。 （ 2）按轮系型式分 变速箱中所有齿轮都有固定轴线。定轴式变速箱可能有两种，机械换档和动力换档。 变速箱中有些齿轮的轴线在空间旋转，有旋转轴的齿轮叫做行星轮，它在空间有两个运动：自转和公转。因此我们叫此类变速箱为行星齿轮变速箱，行星轮变速箱只有动力 换档一种形式。 要技术参数 工程机械变速箱的主要技术参数包括，传动比范围 d、公比值 q、档位数 Z 和各档传动比 i。 传动比范围 式中 最大传动比； 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 5 最小传动比。 公比3221 （ 式中 Z 档位数； 1i 、 2i 档、档 Z 档传动比 传动比21 式中 1n 、 2n 变速箱输入、输出转速（ r/ 动比范围 d 的确定 变速箱传动比范围 程机械可按以下公式计算变速箱最大和最小传动比00m a xm a xm a x （ a xm a xm 式中 作业机械最大牵引力（ N）； 驱动轮滚动半径（ m）； 发动机与变矩器共同工作时变矩器最大输出转矩或发动机最大输出转矩（ N m）； 0i 主传动传动比； 轮边传动比； k 变速箱传动效率； 0 主传动传动效率； B 轮边传动传动效率； 机器克服滚动阻力时变矩器输出轴最高转速或发动机额定转速（ r/ 车辆最高行驶速度（ km/h）。 比值 q 的选取原则与预定公比值 q 公比 择合理与否，直接影响到功率的合理利用与变速箱的档位数。公比 降低变矩器的平均使用效率；选取过低，会增加变速箱的档柆数，使变速箱与操纵系统复杂化，提高造价。 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 6 公比选取原则： 以最少档位满足工作力与工作速度要求； 提高动力机的功率利用率，一般牵引作业型车辆公比 输作业型车辆公比 与变矩器相配使用的变速箱应保证变矩器经常在高效率范围内（上时的传动范围）工作，因此变矩器高效传动范围宽的公比值 q 可以取大些，尽量使公比值 根据公比选取原则，参照变矩器高效传动范围并结合不同机种的工况，可以预定公比值 q 。 比值 q 与档位数 Z 的确定 确定档位数应使各档传动比构成公比为 q 的几何级数，因为按几何级数划分排档档位数极少，在档位数一定时可保证各档在高效范围内工作，功率利用范围好。 根据选择传动范围 q ，可按下式计算预定档位数 Z 1 将预定档位数 Z 圆整为整数郰为档柆数 Z，然后再根据档柆数 Z 和选定的传动范围d 按下式计算实际公比 q 1Z （ 动比 i 的选取 选取传动比，应根据以上介绍的公比 q、传动比范围 d、档 位数 Z 综合考虑。传动比选择大，构件受力大，变速箱体积大；选取太小，构件及轴承转速高，且使整机主传动和终传动比增大，故选择变速箱传动比时不应太大也不应过小。 对于液力机械传动轮式车辆，变速箱档（慢速档）的传动比选择原则：保证发动机与变矩器共同工作的最大工作转矩所决定的牵引力，即。 变速箱高档（快速档）的传动比选择原则：保证车辆在水平良好道路上高速行驶时，由发动机与变矩器共同工作时最小工作转矩所决定的驱动力 作原理及结构介绍 轴式动力换档 变速箱 动力换档变速箱是指与液力变矩器相连而可在不切断动力下换档的变速箱。它有定轴传动和行星传动两种形式，由 用液压控制的制动器或离合器进行换档。 定轴式动力换档变速箱由固定轴线的传动轴、外啮合圆柱齿轮、换档离合器、液压控制系统等组成。它具有结构简单、制造容易、便于采用通用的换档离合器等优点 , 因桂林电子科技大学毕业设计（论文） 7 此在轮式装载机上 , 至今仍是一种典型结构。 定轴式动力换档变速箱是动力换档的一种型式。图 3 型轮式装载机液力机械传动的机构图。其中液力变矩器采用的单级三元件结构型式；变速箱采用定轴式动力换档变速箱，变矩器的动力输出轴也就是变速箱的动力输入轴。变矩器和变种箱组装在一起构成了 该装载机的液力机械传动。 3装载机的定轴式变速箱是平行四轴的常啮合齿轮式，可实现前进四档和倒退四档。在输入轴 3上安装了组合式离合器 1、 2，该两离合器是实现换向离合器。离合器 2 接合实现前进档，离合器 1 接合实现倒退档；在中间轴 13、 11 上分别安装了组合式离合器 14、 5和 12、 6，分别称作一、三档离合器和二、四档离合器。轴 8为输出轴，在该轴上安装了全盘多片式制动器 9（即中央制动器），在输出轴两端安装了联轴节 10、7动力经该两联轴节分别带动前、后桥驱动。 该变速箱通过液压操纵离合器进行换档，其换档原理如 图 b)所示，离合器的外壳与缸体（即离合器毂）和轴 1固定连接，其中在离合器外壳内圆面加工有花键齿，主动摩擦片以花键形式与离合器外壳相连。离合器齿轮 4通过轴承套装于轴 1上，并在齿轮的处长鼓外圆面上加工有外花键齿，从动摩擦片以花键形式与离合器齿轮相连，主、从摩擦片相间排列。活塞 6装于缸体内，其端面压向摩擦片。来自变速操纵阀的高压油通过轴 1内侧的油通道进入缸体的油腔内，推动活塞，装离合器主、从摩擦片压紧，使轴 1和离合器齿轮形成一个整体而传递动力。此时，从排油孔 5排油，但是，决不影响离合器的操作，因为排出 一油比供应的油少。松开离合器时，变速操纵阀切断压力油路，作用在活塞 6背面的油压力下降，活塞通过波状弹簧 7返回到原来的位置，致使轴 1和离合器齿轮 4分离。当离合器分离时，活塞背面的油便凭着离心力通过排油孔 5排出，以防离合器保持局部啮合。 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 8 图 3装载机变速箱的传动简图。各档传动路线见附表。 图 载机液力机械传动图 1234 ;5678910档轴 ;111213档离合器 ;14桂林电子科技大学毕业设计（论文） 9 图 合器操作图 1234567该变速箱采用了两个离合器组合在一起的结构，并将所有离合器安装在变速箱体内。具有离合器轴受载好，结构较紧凑的优点，但保养维修并不太方便。 采用定轴式动力换档变速箱的机械较多，但原理基本相同。 图 载机变速箱传动简图 1、 2、 3、 4、 5、 7、 8、 9、 11、 12、 136、 10 档离合器轴 ; 档离合器轴 ; A、 退离合器 ;C、 档离合器 ; E、 档离合器 附表 载机各档传动路线 档位 接合的离合器 传动路线 前 进 一 B、 C 2 B、 E 2 B、 D 2 B、 F 2 退 一 A、 C 1 A、 E 1 A、 D 1 A、 F 1 离合器 （一）离合器的功能 （ 1） 离合器的功 能 临时切断动力，便于变速箱换档； 使工程机械干稳起步而不产生冲击力； 便于发动机在完全无载的情况下起动； 通过摩擦式主离合器的打滑，可以防止传动系零件过载； 通过对主离合器的半联动操纵，使工程机械微动或慢动。 （ 2） 离合器的类型 按离合器安装位置分类 按离合器安装位置的不同，可分为主离合器和分离合器两种。主离合器安装在发动机和变速器之间的飞轮壳内，它是传动系力流的枢纽，其主要用途是临时切断动力，使变速器能顺利挂档和换档 。 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 10 离合器按主、从动元件接合情况的不同，可分为凸爪式、齿轮式、摩擦式和液力式四种。下面分别简介。 1、凸爪离合器 凸爪离合器（图 称牙嵌式离合器 ,当离合器啮合时，连接两轴而传递动力；而当离合器分离时，分开两轴而切断动力。这种离合器大多用于转速不高且不经常进行离合动作之处，它常用于分离合器 图 爪离合器 2、齿轮式离合器 图 内齿的齿轮 2空套在轴 3上，带外齿的齿轮 1通过导向平键或花键安装轴 3 上，当右移齿轮 1 时，则 1、 2 两齿轮的内外齿正好啮合，动力从轴 4经齿轮 5和 2传给齿轮 1，使轴 3旋转；当左移齿轮 1时，则 1、 2 两齿轮的内外齿便分开，动力被切断，轴 3停止转动。 这种离合器通常用于变速器的换档齿轮上，一般称为啮合套或同步器。汽车变速箱，换档采用这种同步器。 图 轮式离合器 上述两种离合器的缺点 : 接合动作应在两轴同时不回转或两轴的转速差很小时才能进行，并 在接合时会产生桂林电子科技大学毕业设计（论文） 11 冲击。 3、摩擦式离合器 摩擦式离合器是通过传动件的摩擦力来连接两轴的，接合动作平稳，同时可以在两轴不停转和不减速的情况下进行接合或分离动作。因此，在传动中使用较广泛。在施工机械上使用较普遍的摩擦离合器有单片式和多片式两种。 单片式摩擦离合器单片式摩擦离合器多用作主离合器，它是连接于发动机的第一道传动装置（图 图 片式摩擦离合器工作原理 图 片式摩擦离合器 4、多片式摩擦离合器 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 12 多片式摩擦离合器由数量较多的摩擦盘组 成（图 由于摩擦面较多，故传递的扭矩较大。履带式拖拉机上所使用的转向离合器就是属于这种类型的离合器。多片式摩擦离合器原理与单片式摩擦离合器相同。 机械式传动系的主离合器主要采用片式摩擦离合器 (单片、双片或多片 )。液力机械式传动系设有一液力变矩器，一般不再另设片式摩擦主离合器。也有若干采用动力换档变速箱的机械式传动系的工程机械不设主离合器，因换档离合器 已 具备其功能 。 按压紧机械分类 离合器根据压紧机构可分为： 1常压式，弹簧压紧，用于轮式工程机械和个别履带式工程机械 (如东方红 75拖拉机 )。 2非常压式，杠杆压紧，用于各种履带式工程机械。 常压式离合器经常是处在接合状态，只需单向操纵使之分离，外操纵力除去即重新合，一般用脚操纵。 非常压式或离或合需人力双向操纵，一般用手操纵。 根据离合器 摩擦片的工作条件 分类。 离合器根据摩擦片的工作条件 还 可分为干式和湿式 (在油中工作 )两类。由于工程机械离合器的使用条件比较恶劣 (频繁的接合，重负荷下起步等 )， 采用于式磨损，施工时要经常调整，弄得不好还容易烧坏。湿式在油中工作，采用油泵循环冷却 ,恶劣使用环境而不烧坏，摩擦片的使用寿命达干式的 5 6 倍。湿式摩擦表面的摩 檫系数为干式的 1 4 1 3，但可用增加压紧力提高许用比压来补偿。因此摩擦片尺寸和片数末见大增多，即总摩擦面积未必增大。但操纵力增加，应该用动力操纵。湿式在结构上当然复杂些，但优点显著，故在工程机械中应用越来越广。 力变矩器 目前使用较多的液力传动元件有 液力偶合器 和 液力变矩器 两种。 （ 1）液力偶合器 液力偶合器（图 由固定在主动轴上的泵轮 3（主动轮）和固定在从动轴上的涡轮 2（从动轮）两大部分组成。两轮成碗状，其径向排列有许多叶片（两轮面对面地连接安装，并有 3 4间隙。液力偶合器的 基本工作原理如下： 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 13 图 力偶合器 主动轴 1带着泵轮 3旋转时，充满在泵轮内的工作液体随泵轮一起旋转，并在离心力的作用下，沿叶片之间的通道流向外缘，再由外缘流入涡轮 2中，冲击涡轮的叶片使涡轮带动从动轴 4一起旋转。 由于液力偶合器用液体作为传动介质，泵轮和涡轮之间没有刚性联系，二者之间允许有很大的转速差。因此用液力偶合器，可以保证工程机械平稳地起步和加速，衰减发动机传给传动系的扭转振动，防止传动系和发动机过载，还可以减少换档次数以及在暂时停车时不摘档而维持发动机怠速运转，从而延长传 动系和发动机有关部件的寿命。 液力偶合器只能用来传递扭矩，不能改变扭矩的大小， 这一点相似于机械联轴节，因此，有时也称为液力联轴节 ， 目前施工机械的传动系中应用很少。 （ 2）液力变矩器 液力变矩器（图 是在液力偶合器的泵轮 1与涡轮 2之间另外增加一个固定不动的导向轮 3，由三个轮的内腔共同构成一个液体循环路线。液力变矩器工作时，工作液在三个轮内作环形运动。在环形运动中，由于导向轮 3的影响，使涡轮输出的扭矩大于泵轮输入的扭矩，以实现变矩作用。涡轮的总扭矩等于泵轮扭矩和导轮反作用扭矩之和。液力变矩器输出的扭矩 与输入的扭矩之比称为变矩系数，通常用 “K” 来表示。 式中： K 液力变矩器变矩系数； 涡轮的扭矩； 泵轮的扭矩。 目前使用的液力变矩器的变矩系数通常为 3 图 力变矩器简图 i 泵轮； 23 变矩器 适用于转速低而扭矩大的施工机械的传动系中。 液力变矩器和液力偶合器的相同点是，工作时贮于环形内腔中的工作液，除有绕变矩器轴 的圆周运动（图 ，桂林电子科技大学毕业设计（论文） 14 还有在循环圆中沿所示方向 的循环流动（图 ，故能将扭矩从泵轮传和到涡轮上。 液力变矩器不仅能传递力矩，而且在泵轮力矩不变的情况下，随着涡轮转速的不同（反应工程机械作业或运行时的阻力），改变涡轮输出的力矩数值。 图 力偶合器工作示意图 图 力变矩器示意图 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 15 3 定轴式动力换档变速箱设计 速箱传动方案设计 使用中的变速箱齿轮的损坏形式有三种：断齿、齿面点蚀和磨损。 一般情况下，断齿都是在弹性范围内轮齿反复受到弯曲或冲击而造成的疲劳折断，克服断齿的办法 ，主要是降低轮齿的弯曲应用和改善材料的热处理。 通常认为齿面点蚀是因轮齿表层下最大剪应力处在在非金属杂物或气孔引起的。当在该处产生金属剥离时便形成点蚀。克服点蚀的办法，主要是降低轮齿表面的接触应力，改善对材料的热处理要求。 磨损是由于齿面啮合过程过相对滑动和磨料进入润滑油后引起的。在设计上应注意防止磨料进入变速箱内，并保证润滑油清洁。 变速箱设计的步骤如下： 根据档位数与各档传动比，草拟变速箱的传动方案； 确定变速箱的主要参数，包括中心距、齿轮模数、齿宽和斜齿轮螺旋角等； 根据变速箱的传动比选配齿轮，确定各 档齿轮的齿数； 进行齿轮、轴、轴承等零件的寿命计算及强度、刚度校核； 进行结构设计，绘制装配图与零件图。 变速箱的设计，必须与总体设计相协调，并充分考虑在各机型实现系列化、通用化和标准化。 变速箱的传动方案设计，根据确定的档柆数与各档传动比，按照重量轻、体积小、转动效率高、噪声小，操纵轻便的设计原则，草拟传动方案。 本课题研究的定轴式动力换档变速箱 是 一种用于工程机械特别是挖掘装载机的多挡动力换挡变速箱 速，其传动方案如图 它具有一变矩器、一 输入 轴、 两个 输出轴 （前转向驱动桥输出轴、后驱动桥输出轴） 和 两 中间轴 （、） ，在这些轴上分布有固定齿轮、换挡离合器和 离合器 齿轮，它们构成多个用于换挡和换向的单元，包括4个前进挡和 4个后退挡 以及双桥驱动方式。 变速箱的传动线路与各档传动比如表 中表 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 16 图 表 前 进 档 档 F 3 7 13 14 档 F 3 7 10 14 档 F 3 7 9 14 档 F 3 7 11 14 退 档 档 F 7 13 14 档 F 7 10 14 档 F 7 9 14 档 F 7 11 14 前 进 档 3 7 13 档 3 7 10 档 3 7 9 林电子科技大学毕业设计（论文） 17 档 档 3 7 11 退 档 档 7 13 档 7 10 档 7 9 档 7 11 轴变速箱设计中 , 要尽量考虑使齿轮和轴共用 ,如齿轮 是档的从动齿轮，也是、 的从动齿轮，通过销钉与离合器轴 T 刚性连接，以最少的齿轮和轴来取得所要求的变速范围 , 并保证结构紧凑、简单。具体配置齿轮和轴时 , 参考同类机型（如 3装载机） , 本箱取齿轮大部分模数 m=别特殊的齿轮（ 模数 m=4.，变速箱采用直齿圆柱齿轮 , 齿宽 b=(m=需要的时候小齿轮可相应加宽 5相应设计各个配对齿轮、轴承和轴。 速箱主要参数的确定 变速箱的档位娄、传动比及传动方案确定后，不能得出 变种箱的的具体尺寸。影响变速箱的尺寸参数有：中心距、齿轮模数、齿宽、斜齿轮螺旋角及各档齿轮的齿数等。 在上述这些参数中，最重要的是选择中心距和模数，而且只有在确定中心距和模数以后，才知道每对传动齿轮的决齿数，并按变速箱传动比选配齿轮。 动轴的中心距 a 中心距 此在保证传递发动机最大转矩、齿轮在足够的强度、结构布置有可能实现的情况下，应尽可能采用较小的中心距。 中心距的值主要取决于两个因素： 保证齿轮有必要的疲劳强度； 保证变速箱壳的轴承孔之间有必要的壁厚。 初选中心距时，可以利用以下经验公式 3 11 （ 式中， 1A 输出轴与中间轴间的的中心距，即变速箱所传递转矩最大的轮副间的中心距； 1 变速箱 1档齿轮所传递的转矩， ； K 轴距系数，与使用变种箱的主机有关，通常为 13 然后，根据所设计变速箱的 1档转矩和选定的 出中心距，即变速箱中传递转矩最大的一能处的中心距，其他轴之间的中心距往往是由结构设计确定的。这个中心桂林电子科技大学毕业设计（论文） 18 距的值仅仅是初选供草图布置与选想齿轮用的。只有在齿轮的齿数确定以后，才得出中心距的精确值。然后对齿轮强度进行验算，检查中心距的值是否合理。 对直齿轮，中心距为： 2121 （ 式中 m 模数； 1z 、 2z 主、 从动齿轮的齿数。 对斜齿轮，中心距为： 021n （ 式中，斜齿轮的法面模数； 0 斜齿轮分度圆的螺旋角。 轮模数 m 齿轮模数是决定齿轮大小和几何参数的主要参数，直接影响到齿轮抗弯曲疲劳强度。设计变速箱时选用大模数，与下列因素有关： 齿轮上所受力的大小，作用力大。模数也就要大； 材料、加工质 量、热处理质量的好坏。在一定的变速箱传动比与中心距下，选用小一点的模数，可以使齿轮的齿数相对地多一些，从而增大齿轮的重叠系数，改善齿轮传动的平稳性。 模数的选择，可以对同类变速箱的统计，参考选择，也可按经验公式选取。 可按下面的经验公式初选模数 m 3 1 （ 式中 1 变速箱 1档齿轮所传递的转矩， ； 其中101 （ 式中 0T 变速箱输入轴最大转矩； 1i 变速箱 1档传动比； 模数系数。对工程机械变速箱，一般取 对斜齿轮 m 应为法面模数计算的模数应按国家标准取相近的 标准值。 变速箱中相啮合的一对齿轮肯定要用相同的模数，至于不同排档齿轮副是用一种模数还是几种模数，需要具体分析。从制造工艺性出发，尽可能使几对齿轮的模数相同，因为加工不同模数的齿轮，就要准备相应模数的齿轮刀具，齿轮刀具比较昂贵，刀具品种减少，对生产准备是有利的。但是从齿轮强度考虑，负荷小的齿轮副相对负荷大的齿轮副来说，希望选用小一点的模数。由于这一矛盾，因此实际中，大多数变速箱采用两桂林电子科技大学毕业设计（论文） 19 种模数，低档采用比高档大一些的模数。 轮齿形角 我国和许多国家都把齿 轮的标准齿形角规定为 20，因此变速箱普遍采用 20的齿形角，但对于某些高速车辆考虑到减小噪声，高档齿轮采用较小齿形角，如 15、 16、 。有些车辆为提高齿轮的承载能力，对倒档采用 25齿形角。 轮齿宽 b 齿宽的大小直接影响齿轮强度。在一定范围内，齿宽越大，强度越高，但变速箱的轴向尺寸和质量亦增大。试验证明，齿宽过大时，随着齿宽的增加，齿面上的载荷不均匀性亦增大，反而使齿轮的承载能力降低。所以在保证必要强度的条件下，齿宽不宜过大。 一般以中心距或模数的比例系数 来确定齿宽： 对于直齿轮 b=(m； 对于斜齿轮 b=(7)m 。 速箱中受力较大的低档齿轮或经常工作的工作档齿轮，齿宽系数应取较大值。 齿轮螺旋角 采用斜齿轮能使变速箱的结构紧凑，螺旋角是表征斜齿轮的主要参数，确定螺旋角时，主要是从它对齿轮的啮合性能、传动强度影响以及轴向力平衡的方面综合考虑。螺旋角太小，不能充分发挥斜齿轮的优点。螺旋角增大，齿轮啮合角重叠系数增大，运动平稳，噪声下降。但螺旋角过大时，不仅使轴向力过大，且导致传动效 率降低