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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AUTOCAD完成装配图和主要零件图的绘制。
关键词：轮式装载机；变速器；齿轮；轴；同步器
ABSTRACT
Wheel loader shovel soil transportation machinery belongs to, is a widely used in road, railway, construction, water and electricity, ports and mining and other construction engineering conditions construction machinery. With homework speed, high efficiency and convenient operation flexibility good, etc, and to speed up eng-ineering construction speed, reduce labor intensity, improving engineering quality, reduce project costs play an important role in modern mechanical construction, is one of the indispensable equipment.Transmission is transmission system important "3 big", it is one of the complicated structure, and the material of the demand is high, processing is difficult. Its function is to change from engine torque and speed, and make it work environment with staff and play their due role.
This paper first determine the transmission of the main parts of structure and main design parameters, and on the analysis of various parts structure, transmission is developing process and the advantages and disadvantages of past form, on the basis of overall design scheme determined, the traditional design method of the transmission parts gear, axis and synchronizer for design calculation and complete checking.Finally using AUTOCAD complete assembly drawings and main component drawing.
Key words: Wheel Loaders; Transmission; Gear; Axis; Synchronizer
目 录
摘要I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1 选题的背景1
1.2 国内外研究现状1
1.2.1 国外轮式装载机发展现状1
1.2.2 国内轮式装载机发展现状3
1.2.3 国内轮式装载机发展趋势4
1.3 目的、依据和意义5
1.4 变速器的特点和设计要求及内容5
第2章 装载机基本参数的选定6
2.1 装载机6
2.1.1 装载机概述6
2.1.2 装载机型号选定6
2.2 装载机发动机7
2.2.1 装载机发动机概述7
2.2.2 装载机发动机型号选定8
2.3 装载机变矩器9
2.3.1 变矩器概述9
2.3.2 变矩器特性参数9
2.3.3 变矩器特性参数选定10
2.4 本章小结10
第3章 变速器总体布置设计11
3.1 设计方案确定11
3.2 变速器传动比确定11
3.2.1 最大传动比确定11
3.2.2 最小传动比确定12
3.2.3 变速器传动比分配12
3.3 传动路线确定13
3.3.1齿轮的传动路线13
3.3.2传动比的传动路线13
3.4 本章小结13
第4章 齿轮的设计及校核14
4.1配齿及齿轮基本参数的确定14
4.1.1配齿14
4.1.2齿轮的基本参数选定14
4.2齿轮主要参数的确定15
4.3齿轮校核19
4.3.1齿轮材料的选择19
4.3.2计算各轴转矩20
4.3.3齿轮强度计算20
4.4本章小结25
第5章 变速器轴和轴承的设计与选择26
5.1变速器轴的设计26
5.2轴的强度计算26
5.2.1齿轮和轴上的受力计算27
5.2.2轴的强度计算28
5.2.3轴的刚度计算31
5.3轴承的选择与校核34
5.3.1Ⅰ轴的轴承选择与校核34
5.3.2Ⅱ轴的轴承选择与校核35
5.3.3Ⅲ轴的轴承选择与校核36
5.3.4Ⅳ轴的轴承选择与校核36
5.3.5Ⅴ轴的轴承选择与校核36
5.4 本章小结37
第6章 换挡同步机构的选择与设计38
6.1换挡同步机构的选择与工作原理38
6.2换挡同步机构的设计38
6.2.1摩擦片材料38
6.2.2摩擦偶件数量P39
6.2.3摩擦副Z39
6.2.4摩擦片表面沟槽40
6.2.5摩擦片内外径40
6.2.6花键的设计40
6.2.7摩擦片的厚度40
6.3变速器箱体设计41
6.4本章小结41
结论42
致谢43
参考文献44
附录45
第1章 绪 论
1.1 选题的背景
装载机属于铲土运输机械类，是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，功率小于73.55kw；中型的，功率为73.55~147.10kw；大型的，功率为147.10~514.85kw；特大型的，功率大于514.85kw。（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。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外轮式装载机发展现状
在经历了50～60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。
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，斗容量仅0.11功率9.8W。此外，装载机还向高卸位、远距离作业方向发展。如JCB公司开发了伸缩臂式转载机，小松公司也开发了能扩大作业范围带伸出机构的装载机。
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。
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。
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G系列装载机采用电子自动换挡系统可自动选择档位传动比，使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。
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WA450型装载机设有一只转换泵，切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。
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Z型连杆结构，卡特彼勒公司在继IT综合多用机上开发八杆平行举升机构之后，又在其992G、924G等轮式装载机上采用了单铸钢动臂的所谓Versa连杆机构，可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。
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