　　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

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

表 2.1 装载机基本参数

基本参数

斗容0.78-1.0m

额定载重量1600kg

额定功率47kw

工作质量5300300kg

最大崛起力625kn

最大牵引力425kn

铲斗外侧469550mm

车轮外侧437050mm

卸高240450mm

卸距86530mm

速度（I II）

前进0~9.9、0~26km/h

后退0~9.7、0~25.5km/h

轮胎

规格16/70-20

层级10

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。

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。

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]。1.3 目的、依据和意义

　　　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。

1.4 变速器的特点和设计要求及内容

　　　本次设计主要是依据给定的ZL15轮式装载机有关参数，通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。

　　　ZL15轮式装载机在我国应用十分广泛，而变速器是整车的关键总成之一。其功用是在不同的使用条件下, 改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速, 使汽车得到不同的牵引力和速度, 同时使发动机在最有利的工况范围内工作。通过ZL15轮式装载机变速器的设计，使其变速器性能更好具有一定的实际意义。

　　　本次设计以装载机变速器设计为题。其主要结论为：

变速器的布置形式为前二后二的定轴式动力换挡变速器。

齿轮尺寸参数设计计算和校核，共十一个齿轮，其中主要传动齿轮为Z5与Z8、Z4与Z11,传动比分别为、。

轴尺寸参数设计计算和校核，共五根轴，全部校核合格。

换挡同步机构选择的是湿式多摩擦片离合器。

　　　本次设计使用的是传统的设计方法，由于能力有限和时间的仓促设计中存在一些不足和需要改进的地方，其中没有使用Pro/E、有限元等现代先进的设计方式，为本设计不足。

参考文献

[1] 郭新华. 汽车构造[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 王望予. 汽车设计[M].北京:机械工业出版社,2000.

[3] 成大先. 机械设计手册[M]．北京:化学工业出版社，2004.

[4] 王黎钦. 机械设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社2008.

[5] 余志生. 汽车理论[M].北京:机械工业出版社，2008

[6] 石允国. 汽车变速器的现状与前景[J].机械研究与应用, 2007.

[7] 王连明. 机械设计课程设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社2005.

[8] 何忠正. 装载机[M].北京：冶金工业出版社，1999.

[9] 韦志林. 汽车变速器轴承寿命的校核计算[J]. 广西工学院学报,2000.

[10] 余志生. 汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000.

[11] 王春香. 基础材料力学[M].北京：科学出版社，2007.

[12] 杨占敏. 轮式装载机[M].北京：化学工业出版社，2005.

[13] 刘品. 机械精度设计与检测基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007

[14] Friedrich Ehrlinger.Comprehensive analysis of transmission system of automobile transmission [J]. Analysis of auto parts,2007.

[15] Yasuo shimizu ,Toshitake kawai. Development of electric power steering [J]. WarrendalePA: SAE paper no,2004.

[16] sebulke a the two-mass flywheel-a torsional vibration damper for the power trainofpassengerdevelopment(SAE870394)[J].warrendalePA:SAEtransaction,2007.

ZL15轮式装载机变速器设计.gif

ZL15装载机变速器装配图.gif

零件图10张.gif

装载机变速器装配图及零件图11张.gif

内容简介：: 毕业设计（论文）开题报告学生姓名院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-09班指导教师姓名职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称ZL15轮式装载机变速器设计一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义1、研究现状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。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73.55147.10kw；大型的，功率为147.10514.85kw；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。国内轮式转载机发展现状：我国轮式装载机事业发展比较晚，技术大多来自美国、德国、日本等发达国家。目前，我国轮式装载机生产技术水平只相当发达国家20世纪九十年代的生产水平，有些技术能达到与之比肩的地步，不多。虽然国内的生产厂家很多，但是国内自主开发较弱，产品服务有许多硬伤，比如，零件可靠性、排放环保性、售后服务及时性等，产品更新换代以适应市场需求的能力较差，不能及时适应市场的需求。目前我国轮式装载机的发展还有以下特点：（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，高科技附加值较少，产品档次较低，属于中等水平。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一个重要指标。由于设计或制造等原因，各个部件不能自如运作，工作起来笨拙不堪。装载机工作环境千差万别，特别是矿山野外更需要灵活性，这方面外国的大吨位装载机也不逊于国内小型成熟装载机！舒适性是指驾驶员在操作过程设备作业时所感受的舒适程度，包括环保方面的排放标准和噪声大小等。（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，造成装载机实用功能少、用途单一。尽管已能生产出0.410t的装载机产品，但产量主要集中在15t范围内，无力生产微型级、大型级产品，造成产品机构中间大两头小。国内轮式装载机发展趋势：尽管我国轮式装载机的技术发展水平与西方国家存在着很大的差距，但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、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过度。从仿制向自主开发过渡，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，成为装载机行业的领先者。其发展特点如下：（1）大型和小型轮式装载机，在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求量的限制。竞争最为激烈的中型轮式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，强化结构件强度及刚度，以使整体可靠性提高。（3）优化系统结构，提高系统性能。（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及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FOPS和ROPS功能，通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。驾驶证内环境向汽车方向靠拢，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，进一步改善故障系统，提供排除问题的方法。2、目的、依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二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、研究的基本内容（1）、ZL15轮式转载机变速器整体机构设计；（2）、ZL15轮式转载机变速器尺寸设计；（3）、ZL15轮式转载机变速器尺寸校核。2、拟解决的主要问题（1）、ZL15轮式转载机变速器尺寸设计；（2）、ZL15轮式转载机变速器尺寸校核。三、技术路线（研究方法）调查研究变速器机构设计数据采集、分析、处理变速器尺寸参数计算变速器尺寸校核变速器CAD出图完成设计说明书四、进度安排（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告第12周（3月1日3月14日）（2）确定总体方案第34周（3月15日3月28日）（3）对变速器桥结构进行设计第56周（3月29日4月11日）（4）对变速器尺寸进行设计第78周（4月12日4月25日）（5）建立变速器的零件图及装配模型第911周（4月26日5月16日）（5）书写设计说明书第1213周（5月17日5月30日）（6）设计审核、修改设计说明书第1416周（6月1日6月20日）（7）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月21日6月27日）五、参考文献 1蒋崇贤，何明辉专用汽车设计武汉工业大学出版社 2工程中的有限元方法(第3版)机械工业出版社，2004 3黄天泽，黄金陵汽车车身结构与设计机械工业出版社，2000 4孙桓主编.机械设计.机械工业出版社出版 5余志生汽车理论M，机械工业出版社，1987 6陈家瑞主编.汽车构造.人民交通出版社出版 7吴镇著.理论力学.上海:上海交通大学出版社，1997 8吕慧瑛.机械设计基础.北京:清华大学出版社，2002 9王望予.汽车设计.机械工业出版社，200410杨占敏，王智明等.轮式装载机.化学工业出版社，200511吉林工业大学工程机械教研室主编.轮式装载机设计.198212何正忠.装载机.冶金工业出版社.199813机械设计手册编委会.机械设计手册.200714 Lefman, Jonathan1. Automated 100-position specimen loader and image acquisition system for transmission electron microscopy.200715 ENR: Engineering News-Record. TIER II WHEEL LOADER: New Automatic Transmission ControlSystem.2004六、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计本科学生毕业设计ZL15轮式装载机变速器设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程07-9班学生姓名：指导教师：职称：讲师黑龙江工程学院二一一年六月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ABSTRACTWheel 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; SynchronizerII目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 选题的背景11.2 国内外研究现状11.2.1 国外轮式装载机发展现状11.2.2 国内轮式装载机发展现状31.2.3 国内轮式装载机发展趋势41.3 目的、依据和意义51.4 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62.1 装载机62.1.1 装载机概述62.1.2 装载机型号选定62.2 装载机发动机72.2.1 装载机发动机概述72.2.2 装载机发动机型号选定82.3 装载机变矩器92.3.1 变矩器概述92.3.2 变矩器特性参数92.3.3 变矩器特性参数选定102.4 本章小结10第3章变速器总体布置设计113.1 设计方案确定113.2 变速器传动比确定113.2.1 最大传动比确定113.2.2 最小传动比确定123.2.3 变速器传动比分配123.3 传动路线确定133.3.1齿轮的传动路线133.3.2传动比的传动路线133.4 本章小结13第4章齿轮的设计及校核144.1配齿及齿轮基本参数的确定144.1.1配齿144.1.2齿轮的基本参数选定144.2齿轮主要参数的确定154.3齿轮校核194.3.1齿轮材料的选择194.3.2计算各轴转矩204.3.3齿轮强度计算204.4本章小结25第5章变速器轴和轴承的设计与选择265.1变速器轴的设计265.2轴的强度计算265.2.1齿轮和轴上的受力计算275.2.2轴的强度计算285.2.3轴的刚度计算315.3轴承的选择与校核345.3.1轴的轴承选择与校核345.3.2轴的轴承选择与校核355.3.3轴的轴承选择与校核365.3.4轴的轴承选择与校核365.3.5轴的轴承选择与校核365.4 本章小结37第6章换挡同步机构的选择与设计386.1换挡同步机构的选择与工作原理386.2换挡同步机构的设计386.2.1摩擦片材料386.2.2摩擦偶件数量P396.2.3摩擦副Z396.2.4摩擦片表面沟槽406.2.5摩擦片内外径406.2.6花键的设计406.2.7摩擦片的厚度406.3变速器箱体设计416.4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73.55147.10kw；大型的，功率为147.10514.85kw；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5060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，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。（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。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。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。（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。1.2.2 国内轮式装载机发展现状我国轮式装载机行业起步较晚，其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。尽管已能生产出0.410t的装载机产品，但产量主要集中在15t范围内，无力生产微型级、大型级产品，造成产品机构中间大两头小的格局。81.2.3 国内轮式装载机发展趋势尽管国产轮式装载机的技术发展水平与西方发达国家存在着很大的差距，但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FOPS和ROPS功能，通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。81.3 目的、依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。1.4 变速器的特点和设计要求及内容本次设计主要是依据给定的ZL15轮式装载机有关参数，通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。第2章装载机基本参数的选定2.1 装载机2.1.1 装载机概述装载机是一种用途十分广泛的工程机械，可以用来铲装、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2-18。图2.1 装载机工作装载种类2.1.2 装载机型号选定本文设计所选定的车型为柳工ZL15。基本参数如表2.2.图 2.2 装载机ZL15表 2.1 装载机基本参数基本参数斗容0.78-1.0m额定载重量1600kg额定功率47kw工作质量5300300kg最大崛起力625kn最大牵引力425kn铲斗外侧469550mm车轮外侧437050mm卸高240450mm卸距86530mm速度（I II）前进09.9、026km/h后退09.7、025.5km/h轮胎规格16/70-20层级102.2 装载机发动机32.2.1 装载机发动机概述发动机为装载机的行走、作业等提供动力，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（0.390.52）kg/W，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。2.2.2 装载机发动机型号选定装载机发动机型号选用的是一拖（洛阳）东方红YTR4105G69柴油机。其基本参数如下表2-2。图 2.3 柴油机YTR4105G69表 2.2 柴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47kw额定转速2400r/min缸径X行程4105X120mm最大扭矩220.75%Nm2.3 装载机变矩器2.3.1 变矩器概述液力传动装置利用液体作为工作介质来传递动力，属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。2.3.2 变矩器特性参数（1）变矩比变矩比是涡轮力矩与泵轮力矩之比，即（2.1）当涡轮转速时的变矩比成为启动变矩比（或失速变矩比），越大说明车辆的启动性能越好。（2）传动比是涡轮转速与泵轮转速之比，即（2.2）（4）传动效率传动效率是涡轮轴上输出功率与泵轮轴上输入功率之比，即（2.3）可见，传动效率又是变矩比与传动比的乘积。2.3.3 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。表2.3 变矩器基本参数基本参数2.4 本章小结本章主要介绍了装载机发动机和变矩器基本参数，这是设计本课题的前提，为以后的设计确定了方向。第3章变速器总体布置设计3.1 设计方案确定在装载机的关键部件中，最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。3.2 变速器传动比确定3.2.1 最大传动比确定选择最低档传动比时，应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。（3.1）式中：-从变矩器到车轮的最大传动比 -轮胎滚动半径-变矩器涡轮允许的最低转速（1）装载机滚动半径由轮胎型号16/70-20知，轮胎横截面宽为160mm，扁平率为70，轮辋为20in。（3.2）（2）变矩器涡轮允许的最低转速（3.3）-泵轮转速（发动机输出转速2400r/min）-变矩器最小传动比（3）最低稳定车速最后得3.2.2 最小传动比确定（3.4）式中：-从变矩器到车轮最小传动比-变矩器允许的最高转速-装载机空载行驶最高速度（）8。（1）变矩器涡轮允许的最高转速 -变矩器最大传动比最后得3.2.3 变速器传动比分配本文设计变速器是前二挡后二挡，所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。（3.5）-主减速器传动比（）-变速器一档传动比-最终传动比（）同理 3.3 传动路线确定3.3.1齿轮的传动路线前进I挡路线：Z1-Z3-Z4-Z6-Z7-Z9 前进挡路线：Z1-Z3-Z5-Z8-Z7-Z9 前进I挡路线：Z2-Z11-Z10-Z3-Z4-Z6-Z7-Z9 前进挡路线：Z2-Z11-Z10-Z3-Z5-Z8-Z7-Z93.3.2传动比的传动路线各对啮合齿轮的传动比、。前进I挡路线：前进挡路线：前进I挡路线：前进挡路线：轴、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。 3.4 本章小结本章首先根据所学汽车理论的知识计算出主减速器的传动比，然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。第4章齿轮的设计及校核4.1配齿及齿轮基本参数的确定4.1.1配齿在确定布置形式和传动路线后，要考虑配齿的问题，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，所以尺寸要大些。根据以上条件配齿计算得：保证同轴条件：（4.1）保证不接触条件：（4.2）各对齿轮传动比初确定：、最小齿轮齿数初确定：所有齿轮齿数得：、传动比修正：、4.1.2齿轮的基本参数选定（1）齿轮模数m及传动中心距A，齿轮模数m是决定齿轮大小和几何参数的重要参数，直接影响齿轮抗弯疲劳强度。齿轮模数m一般根据变速器输出轴最大扭矩按下式进行估算：（4.3）式中：-变速器I挡最大输出扭矩（公斤米），（为变速器输入轴最大扭矩额，为I挡传动比）。（4.4）（2）齿轮螺旋角选用20，压力角选用20。（3）中心距A （4.5）I轴与II轴之间II轴与III轴之间 III轴与IV轴之间 I轴与V轴之间（4）轮齿宽度B，齿宽B的大小直接影响齿轮的强度。一般以中心距A或模数m的比例系数来确定齿宽B。齿宽系数取为。直齿、短轴取较小值，斜齿、长轴取较大值。本文设计斜齿、短轴取。（5）齿轮变位，齿轮变位的原因有避免根切、增强小齿轮强度和配凑中心距。由于Z1与Z3、Z7与Z9、Z2与Z11大小相等，中心距不变，不进行变位。Z4与Z6、Z5与Z8大小相差悬殊，进行变位，变位系数。4.2齿轮主要参数的确定圆柱斜齿轮基本参数：分度圆直径： (4.6)齿顶高：（4.7）齿根高：（4.8）全齿高：（4.9）齿顶圆直径：（4.10）齿根圆直径：（4.11）上式中：-齿顶高系数，取1。 -顶隙系数，取0.25。 -变为系数。 -齿高变动系数5。齿轮Z1分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿轮Z3分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：中心距：齿轮Z4分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿轮Z6分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：中心距：齿轮Z5分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿轮Z8分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：中心距：齿轮Z7分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿轮Z9分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：中心距：齿轮Z7分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿轮Z2分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：中心距：齿轮Z10分度圆直径：齿顶高：齿根高：全齿高：齿顶圆直径：齿根圆直径：中心距： 4.3齿轮校核4.3.1齿轮材料的选择1、满足工作条件的要求不同的工作条件，对齿轮传动有不同的要求，故对齿轮材料亦有不同的要求。但是对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯软。2、合理选择材料配对如对硬度350HBS的软齿面齿轮，为使两轮寿命接近，小齿轮材料硬度应略高于大齿轮，且使两轮硬度差在3050HBS左右。为提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号材料。3、考虑加工工艺及热处理工艺变速器齿轮渗碳层深度推荐采用下列值：时渗碳层深度0.81.2时渗碳层深度0.91.3时渗碳层深度1.01.3表面硬度HRC5863；心部硬度HRC3348对于氰化齿轮，氰化层深度不应小于0.2；表面硬度HRC485312。对于大模数的重型汽车变速器齿轮，可采用25CrMnMO，20CrNiMO，12Cr3A等钢材，这些低碳合金钢都需随后的渗碳、淬火处理，以提高表面硬度，细化材料晶面粒3。本文齿轮与轴采用相同材料20CrMnTi渗碳合金钢。4.3.2计算各轴转矩发动机最大扭矩为220.7N.m，变矩器变矩比3，各轴均取最大载荷。I轴： =220.73=662.1N.m （4.12）II轴： =220.731=662.1N.m （4.13）III轴： =220.732.21=1463.241N.m （4.14）IV轴： =220.732.21=1463.241N.m （4.15）V轴： =220.73=662.1N.m （4.16）4.3.3齿轮强度计算（1）轮齿弯曲强度计算齿轮弯曲应力（4.17）式中：弯曲应力（MPa）；图4.1 齿形系数图计算载荷（N.mm）；应力集中系数，可近似取=1.65；摩擦力影响系数，主、从动齿轮在啮合点上的摩擦力方向不同，对弯曲应力的影响也不同；主动齿轮=1.1，从动齿轮=0.9；齿宽（mm）；模数；齿形系数，如上图4.1对于装载机齿轮，许用应力在320450MPa范围。=170.65MPa320450MPa=152.54MPa320450MPa=170.65MPa320450MPa=86.73MPa320450MPa=212.79MPa320450MPa=419.18MPa320450MPa=352.11MPa320450MPa=181.37MPa320450MPa=352.11MPa320450MPa=170.65MPa320450MPa=152.54MPa320450MPa所有齿轮弯曲应力皆满足要求。（2）齿轮接触应力计算（4.18）式中：轮齿的接触应力（MPa）；计算载荷（N.mm）；节圆直径(mm)；节点处压力角（），齿轮螺旋角（）；齿轮材料的弹性模量（MPa）；齿轮接触的实际宽度(mm)；、主、从动齿轮节点处的曲率半径(mm)，直齿轮、，斜齿轮、；、主、从动齿轮节圆半径(mm)。将作用在变速器第一轴上的载荷作为计算载荷时，变速器齿轮的许用接触应力见表4.1。弹性模量=20.6104 Nmm，齿宽表4.1变速器齿轮的许用接触应力齿轮渗碳齿轮液体碳氮共渗齿轮一挡和倒挡190020009501000常啮合齿轮和高挡13001400650700（1）计算齿轮Z1，Z3和Z10的接触应力=662.1N.m，=662.1N.m，=662.1N.m，，=52.14mm =52.14mm =52.14mm =638.14MPa19002000MPa =1148.07MPa19002000MPa =1148.07MPa19002000MPa （2）计算齿轮Z2，Z11的接触应力=662.1N.m，=662.1N.m，， =25.02mm =25.02mm =624.81MPa19002000MPa =624.81MPa19002000MPa （3）计算齿轮Z4，Z6的接触应力=662.1N.m，=1463.241N.m，， =45.34mm =23.80mm =442.23MPa19002000MPa =624.81MPa19002000MPa （4）计算齿轮Z5，Z8的接触应力=662.1N.m，=1463.241N.m，，=21.54mm =47.60mm =658.26MPa19002000MPa =658.18MPa19002000MPa （5）计算齿轮Z7，Z9的接触应力=1463.241N.m，=1463.241N.m，，=25.02mm =25.02mm =909.21MPa19002000MPa =909.21MPa19002000MPa 所有齿轮接触应力皆满足要求。4.4本章小结本章首先简要介绍了齿轮材料的选择原则，即满足工作条件的要求、合理选择材料配对、考虑加工工艺及热处理，然后计算出各挡齿轮的转矩。根据齿形系数图查出各齿轮的齿形系数，计算轮齿的弯曲应力和接触应力。最后计算出各挡齿轮所受的力，为下章对轴及轴承进行校核做准备。第5章变速器轴和轴承的设计与选择5.1变速器轴的设计变速器在工作时承受着转矩及来自齿轮啮合的圆周力、径向力和斜齿轮的轴向力引起的弯矩。刚度不足会引起弯曲变形，破坏齿轮的正确啮合，产生过大的噪声，降低齿轮的强度、耐磨性及寿命。设计变速器轴时，其刚度大小应以能保证齿轮能有正确的啮合为前提条件。轴的径向及轴向尺寸对其刚度影响很大，且轴长与轴径应协调。变速器I轴、II轴、III轴、IV轴与V轴的最大直径d可根据中心距按以下公式初选（5.1）I轴：=60.57980.772mmII轴：=80.334107.112mmIII轴：=80.334107.112mmIV轴：=65.8487.798mmV轴：=65.8487.798mm轴径的选择还需根据变速器的结构布置和轴承与花键、弹性挡圈等标准以及轴的刚度和强度验算结果进行修正。5.2轴的强度计算如下图，根据轴的受力，取I轴、II轴和V轴装轴承处的直径为25mm，III轴和IV轴装轴承处的直径为30mm；mm，mm，mm，mm，mm，mm，mm，mm，mm，mm。图 5-1 齿轮和轴上的受力简图5.2.1齿轮和轴上的受力计算根据受力简图5.1，可计算出变速器的齿轮和轴上的作用力。I轴： II轴： III轴： IV轴： V轴： 5.2.2轴的强度计算在进行轴的强度和刚度验算时，可将轴看作是铰接支承的梁。由于转矩相同，所以轴、轴和轴支反力相同，轴与轴相同。I轴支反力（1）在垂直平面内的支反力由得（5.2） =4679.9N 由得 =7856.977N （5.3）（2）在水平面内的支反力由得（5.4） =-77609.06N =78348.091N （5.5）轴支反力（5.6） =9888.614N （5.7） =77609.059N （1）在水平面内的支反力（5.8） =1932.98N =25032.98N （5.9）（2）在垂直平面内的支反力（5.10） =7719.41N =7764.934N （5.11）验算轴的强度作用在齿轮上的径向力和轴向力，使轴在垂直平面内弯曲变形，而圆周力使轴在水平面弯曲变形。在求取支点的垂直面和水平面内的反力后，计算相应的垂向弯矩、水平弯矩。则轴在转矩和弯矩的同时作用下，其应力为：（5.12）式中: (MPa)；（5.13）为轴的直径(mm)，花键处取内径；为抗弯截面系数(mm)，在低挡工作时，400MPa。下面计算各轴在弯矩和转矩作用下的轴应力代入上式得：轴轴轴轴轴轴轴轴轴轴所有轴皆符合标准，满足强度要求。5.2.3轴的刚度计算变速器轴的刚度用轴的挠度和转角来评价，轴的刚度比其强度更为重要。变速器第二轴的刚度最小，第二轴齿轮处轴截面的总挠度不得大于0.130.15mm。（对于低档齿轮处轴截面的总挠度，又于低档工作时间较短，又接近轴的支撑点，因此允许不得大于0.150.25mm。）齿轮所在平面的转角不应超过0.0012弧度；两轴的分离不超过0.2mm2。斜齿轮对轴和支撑的变形较直齿轮敏感。变速器刚度试验表明，中心距的变化及齿轮的倾斜，不仅取决于周的变形，而且取决于支撑和壳体的变形。对齿轮工作影响最大的是轴的垂向挠度和轴在水平面内的转角，前者改变了齿轮的中心距并破坏了齿轮的正确啮合；后者使大小齿轮相互歪斜导致沿齿长方向压力分布不均匀。计算时，仅计算齿轮所在位置处的挠度和转角。变速器齿轮在轴上的位置如图所示时，若轴在垂直面内挠度为，在水平面内挠度为和转角为，可分别按下式计算：（5.14）（5.15）（5.16）式中：齿轮齿宽中间平面上的径向力(N)；齿轮齿宽中间平面上的圆周力(N)；弹性模量(MPa)，MPa；惯性矩(mm4)，对于实心轴，；轴的直径(mm)，花键处按平均直径计算；，齿轮上的作用力到支座、的距离(mm)；支座间的距离(mm)。轴的全挠度为mm。轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为mm，mm。齿轮所在平面的转角不应超过0.002rad2。（1）轴的挠度和角将轴的数据代入得：轴在垂直平面内的挠度：水平面内的挠度：故轴的合成挠度： =0.0034mm所以轴的挠度符合要求。轴转角的校核所以轴转角符合要求。（2）轴的挠度和角的计算轴挠度的计算轴在垂直平面内的挠度：水平面内的挠度：故轴的合成挠度：所以轴的挠度符合要求。轴转角的校核所以轴转角符合要求。（3）轴的挠度和角的计算轴挠度的计算轴在垂直平面内的挠度：水平面内的挠度：故轴的合成挠度：所以轴的挠度符合要求。轴转角的校核所以轴转角符合要求。（4）轴的挠度和角的计算轴挠度的计算轴在垂直平面内的挠度：水平面内的挠度：故轴的合成挠度：所以轴的挠度符合要求。轴转角的校核所以轴转角符合要求。（4）轴的挠度和角的计算轴挠度的计算轴在垂直平面内的挠度：水平面内的挠度：故轴的合成挠度：所以轴的挠度符合要求。轴转角的校核所以轴转角符合要求。5.3轴承的选择与校核一般是根据布置并考虑轴的受力情况，按国家规定轴承的标准选定，再进行其使用寿命的验算。对汽车变速器滚动轴承耐久性的评价是以轴承滚动体与滚道表面的接触疲劳为依据，承受的动载荷是其工作的基本特征。5.3.1轴的轴承选择与校核轴装轴承处的直径为25mm，按GB/T276-1994的规定，选择轴承30205，其基本额定动载荷N，极限转速为7000r/min。滚动轴承的实际的载荷条件常与确定基本额定动载荷时不同。在进行轴承寿命计算时，必须将实际载荷转换为与确定基本额定动载荷时的载荷条件相一致的假想载荷，在其作用下的轴承寿命与其实际载荷作用下的相同，这一假想载荷成为当量动载荷，用P表示，因此，轴承的寿命计算必须想求出当量动载荷。当量动载荷的计算公式为（5.14）式中：，径向、轴向载荷系数；，。考虑载荷性质引入的载荷系数，对汽车来说，取1.4。 =7136.745N 对汽车轴承寿命的要求是轿车30万Km，货车和大客车25万Km。则轴承的使用预期使用寿命可按汽车以平均车速行驶至大修前的总行驶里程S来计算：（5.15）式中的汽车平均车速可取。所以轴承失效前汽车行驶的时间为而轴承寿命的计算公式为（5.16）式中：寿命系数，对滚动轴承，；轴承转速9。将参数代入公式后得： =87194.47h 所以轴轴承的使用寿命符合要求。5.3.2轴的轴承选择与校核轴装轴承处的直径为25mm，按GB/T276-1994的规定，选择轴承30205，其基本额定动载荷N，极限转速为7000r/mi =10859.802N =24747.14h 所以轴轴承的使用寿命符合要求。5.3.3轴的轴承选择与校核轴装轴承处的直径为30mm，按GB/T276-1994的规定，选择轴承30206，其基本额定动载荷N，极限转速为6000r/mi =13628.65N =30235.41h 所以轴轴承的使用寿命符合要求。5.3.4轴的轴承选择与校核轴装轴承处的直径为30mm，按GB/T276-1994的规定，选择轴承30206，其基本额定动载荷N，极限转速为6000r/mi =16788.01N =24429.11h 所以轴轴承的使用寿命符合要求。5.3.5轴的轴承选择与校核轴装轴承处的直径为25mm，按GB/T276-1994的规定，选择轴承30205，其基本额定动载荷N，极限转速为7000r/mi =77572N =40743.7h 所以轴轴承的使用寿命符合要求。5.4 本章小结本章完成的主要任务是对于轴和轴承进行设计计算，达到正确的装配关系，在满足装配关系的条件下还要进行强度的校核，以满足设计的需要。第6章换挡同步机构的选择与设计6.1换挡同步机构的选择与工作原理装载机变速器是通过液压操纵系统操作离合器进行换挡的；其换档原理：离合器内鼓通过花键与齿轮相连，外鼓通过花键与轴相连，来自变速操纵阀的高压油经油路进入活塞腔内，推动活塞，将装载内外鼓花键上的摩擦片压紧后，使齿轮与轴暂时固连而传递动力。松开离合器变速操纵阀切断压力油路，压力油通过油道回到储油缸，活塞便在回位弹簧的作用下恢复原来位置，于是主、被动片分离，便不能传递动力。就这样通过液压系统操纵相关离合器的结合与图6-1 湿式多摩擦片离合器分离，来实现某一档位。 6.2换挡同步机构的设计为了达到计划书所给的数据要求，设计时应根据装载机的类别、使用要求、制造条件，以及“系列化、通用化、标准化”的要求等，合理选择离合器结构。6.2.1摩擦片材料换挡离合器装在密封着的变速器内，工作时散热条件差，所以要求摩擦材料要具有良好的导热、耐磨、耐热、耐腐蚀性。在实际作业中换挡频繁，要求离合器再结合时应平稳、柔和；而在分离时要迅速彻底。因此，在设计离合器时要求摩擦片具有足够的摩擦系数和稳定性，以保证在给定的条件下可靠工作。由于粉末冶金摩擦材料主要成分为金属，导热性好、强度高，且承受负荷能力比金属摩擦材料大，故在工程机械动力换挡变速器中得到广泛应用。由于摩擦离合器工作要产生大量的摩擦热，因此，摩擦副中至少有一个元件应由金属材料制成，以确保摩擦区产生的热量迅速散出，一般采用刚或铸铁。为了增大摩擦系数，另一个元件一般采用摩擦衬面。对于片式离合摩擦副，摩擦衬面材料可分成两大类：金属类、非金属类。金属型摩擦材料，即与钢片对偶的摩擦衬面材料成为金属材料，在汽车车辆中，常见金属型摩擦材料有钢、铸铁和粉末冶金等，摩擦副常见的有钢对钢、钢对铸铁和钢对粉末冶金等类型。采用钢、铸铁作为摩擦材料的摩擦片制造较简单，机械强度高，散热好，耐磨，但摩擦系数低，局部易发生烧蚀、胶合及金属转移等现象，导致早期失效。粉末冶金材料一般采用铜集或铁基粉末冶金，主要成分为金属，添加石墨和铅提高耐磨性与防粘着。粉末冶金摩擦材料的主要优点是有较高的摩擦系数且在较大温度变化范围内，摩擦系数稳定，高温下耐磨性好；许用比压较高，导热性能好；表面开槽可获得良好冷却，允许较长时间打滑而不至烧蚀。由于强度低、韧性差，一般烧结在钢的基片上。非金属的摩擦材料如石墨树脂摩擦材料和市面树脂摩擦材料等多采用纸基摩擦材料。纸基摩擦材料是借用造纸工艺制得的材料，具有动摩擦系数大，低的静、动摩擦系数比，结合平稳柔和、噪声小等优点。工程机械采用的粉末冶金摩擦材料主要有铜基和铁基两种。其中，应用较多的铜基摩擦材料，其材料中含有锡、锌、铅、铁等金属成份及二氧化硅、二氧化、石墨等非金属成分。这类材料的耐磨性较铁基高，且接触均衡、不宜与对偶件粘结。因此选用的摩擦片的材料为钢对粉末冶金。6.2.2摩擦偶件数量P在保证传递扭矩的前提下，应尽量减少摩擦偶件数。摩擦偶件数，磨损小，结合时压紧力和功率损失少，且各片的间隙分布均匀，不仅能充分冷却，而且还不易产生带拍现象。但实际离合器，由于外廓尺寸受到结构限制，为了满足传递扭矩的要求，不得不设计成多片式的结构。对于换挡离合器，其摩擦片一般取37片。因此，选取湿式换挡离合器的摩擦欧件数量为：P=7，其中粉末冶金摩擦片P1=5。6.2.3摩擦副Z表面相邻的主动摩擦片和被动摩擦片构成一个离合器磨擦副，由于摩擦材料与其配对件组成。在保证其传递转矩不变的前提下，应尽量减少摩擦副数，结合时，轴向摩擦力小，压紧力损失小；空转时产生带排转矩小，功率也小。为了提高摩擦面的工作性能，在湿式离合器摩擦衬面上经常开有沟槽。它的主要作用是破坏油膜，使摩擦副处于边界摩擦状态，提高摩滑系数；径向槽主要是保证冷却油能流经摩擦片表面，提高散热系数，同时，油流还可将磨损碎屑带走，起到清洁擦表面的作用。由于摩擦片数为7，则摩擦副数为4。6.2.4摩擦片表面沟槽为了提高摩擦片的工作性能，在摩擦片表面上常开有沟槽，其主要作用：润滑油流过离合器摩擦表面时，能更好地冷却和润滑摩擦片表面，同时油流还可将摩擦表面上磨损下来的磨屑带走，起到清洁摩擦表面的作用；主、从片结合时，这些沟槽有助于摩擦表面上的油汇集到沟槽中流走，当两片相对滑磨时，还可以起到刮油和破坏油膜的作用，从而建立半液体和临界摩擦，提高摩擦因数。摩擦表面的沟槽形式通常有径向槽、螺旋槽、弧形槽、方形槽、复合槽等，不同的沟槽形状对摩擦片性能形象是不同的，并且对于同形状的沟槽其深度、宽度和密度对摩擦性能也有影响。沟槽的设置虽然提高了摩擦性能，但同时也减小了摩擦片的面积与强度，增加了磨损。6.2.5摩擦片内外径离合器的主要尺寸参数有摩擦片外径和内径。摩擦片的外径选取应使摩擦片最大圆周线速度不超过极限值，以免摩擦片发生飞离现象。实施换挡摩擦离合器摩擦转矩与摩擦副副数成正比，且随摩擦副面积和作用半径增大而增大，所以为增大离合器的摩擦转矩，一是可以采用增加摩擦副数量的方法，二是增大摩擦副径向尺寸。但是摩擦副数量过多一方面会导致活塞行程较大，分离不彻底、不均匀而造成较大的带排转矩，另一方面会导致摩擦时摩擦衬片接触比亚分布的不均匀型增大；而加大摩擦副径向尺寸会导致摩擦片圆周速度过大，以致使摩擦副间热流密度过大而出现过热、烧蚀等现象。因此，要合理设计摩擦副的尺寸及摩擦副数量是非常重要的。6.2.6花键的设计矩形花键加工方便，可用磨削方法获得较高的精度。按齿数和齿高的不同规定有轻和中三个系列，轻系列多用于轻载联结或固定；中系列多用于中等载荷联结或空载下移动的动联结；而离合器鼓和轴连接属于中等载荷的连接，所以选用中型系列的花

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。