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ZL50装载机总体及变速箱设计（第二行星排）【5张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: zl50 装载机总体变速箱设计第二行星排 cad图纸毕业论文

资源描述：

ZL50装载机总体及变速箱设计（第二行星排）

73页 32000字数+说明书+实习报告+开题报告+5张CAD图纸【详情如下】

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摘要

Zl50装载机是我国轮式装载机系列中的中型产品，该机是一种较大型的以装卸散状物料为主的工程机械，广泛应用于矿山、基建、道路修筑、港口、货场、煤场等地进行装载、推土、铲挖、起重、牵引等作业。

本设计的步骤简单如下：1.对装载机的总体进行分析，确定总体参数；2.牵引计算，确定出各档及各档传动比；3.对装载机进行整体布置，并绘出总体布置图；4.变速箱的设计，这是本设计中最主要的部分，确定传动比，设计传动简图，配齿计算，得出齿圈、行星轮、太阳轮的齿数，并验算其合理性。然后进行齿轮设计；5.对离合器，轴、轴承的设计及选择。

此设计中，主要任务是设计变速箱及第二行星排，设计中采用了行星式动力换挡变速箱，它具有3个离合器和3根轴，且轴安装在壳体内，使变速箱结构简单、便于维修。变速箱具有两个前进挡和一个后退档，可以产生三个速度。

关键词：装载机液力机械传动系统行星式动力换挡变速箱

第1章前言· 1

第2章总体设计 2

2.1 概述· 2

2.2 选择确定总体参数· 2

2.3 装载机底盘部件型式设计 11

第3章牵引计算 22

3.1 柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线· 22

3.2 确定档位及各档传动比 28

3.3 运输工况牵引特性曲线 31

3.4 求出各档最高车速并分析牵引特性· 33

第4章总体布置 35

4.1 总体布置草图的基准· 35

4.2 各组成部件的位置· 35

4.3 计算平衡重 39

4.4 桥荷的分配· 40

4.5 验算轮胎载荷· 42

4.6 总体布置图 43

第5章行星式动力换挡变速箱设计 43

5.1 传动比的确定 44

5.2 传动简图设计 45

5.3 配齿计算 · 47

5.4 离合器设计 53

5.5 齿轮设计· 56

5.6 轴的设计· 59

5.7 轴承的选择计算· 64

第6章毕业设计小节· 66

参考文献68

毕业实习报告· 69

第1章前言

ZL50轮式装载机是一种较大型的以装卸散状物料为主的工程机械，因其具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，所以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缺少的装备之一。

ZL50轮式装载机是高效率、用途广泛的工程机械，广泛应用于建筑、矿山、道路、水电和国防建设等国民经济各个部门，不仅对松散的堆积物料可以进行装、运、卸等作业，还可以对岩石、硬土进行轻度挖掘工作。

ZL50轮式装载机属于ZL系列，采用轮式行走系，液力机械传动系，铰接式车架工作装置采用液压操纵。此类装载机具有机动性好、转向灵活、生产率高、操纵轻便等特点，一般后桥布置为摆动桥，增加了整机的稳定性，所以该机的安全性好。

ZL50轮式装载机为四轮驱动装载机，作业时以全轮驱动，空车运输时，为防止寄生功率，仅用前轮驱动，因此后桥的传动可以用啮合套脱开。ZL50装载机采用液压与液力机械传动，具有变速平稳、传动比大、作业效率高和无级变速等特点，应用十分广泛。其变速器采用行星齿轮变速器，换档操纵为液压式。ZL50装载机的主要特点：采用双涡轮变矩器、具有两个前进档一个倒退档的双行星传动动力换档变速器，以及能实现脱起动，内燃机熄火转向，排气制动的“三合一”机构。第2章总体设计

2.1 概述

总体设计是极为关键的环节，是对所设计的机械的总设想。总体设计的成败关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。

总体设计指导机构设计和部件设计的进行，在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究。收集国内外同类机械的有关资料。了解当前国内外装载机的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析比较，制定总的设计原则。设计原则应当保证保证所设计机型符合的方针、政策。在满足使用要求的基础上，力求结构合理，技术先进，经济性好，寿命长。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。

装载机总体参数的选择就是对装载机主要性能提出总体的要求，作为整机和总体设计的依据。

总的设计原则：

1．遵守“三化”：零件标准化、产品系列化、部件

2．采用“四新”：新技术、新结构、新材料、新工艺。

3．满足“三好”：好制造、好使用、好维修。

装载机总体参数主要包括：发动机功率，载重量，装载机自重，车速，牵引力，铲起力，轴距，轮距，最大卸载高度，最小转向半径，轮胎尺寸，整机外形尺寸。

2.2选择确定总体参数

目前，装载机的总体设计中有计算法、类比法及综合运用计算等三种设计方法，限于我们的条件，我们的设计采用计算法和类比法综合运用的方法，比较法就是参考国内外已有的同类型机种的参考尺寸，结合我们要设计的机型的具体要求，参照确定其参数尺寸

总体参数的确定包括以下内容：

2.2.1确定轴距和轮距

1．轴距是装载机总体设计中的主要尺寸，一般是用比较法初步选取，然后通过绘制总布置，才能准确地选定轴距。轴距L的主要影响以下三个方面的性能：

（1）轴距增大，有利于提高整车的纵向稳定性。轴距增加还可以减少装载机在行驶中之前后颠覆，提高行驶平稳性，减少司机疲劳。

（2）轴距增长如其它条件不变时，最小转弯

参考文献

[Ⅰ]吴永平等.工程机械设计机北京化学工业出版社 2007.

[Ⅱ]杨占敏轮式装载机北京化学工业出版社,2007.

[Ⅲ]吴庆鸣何小新工程机械设计武汉武汉大学出版社 2006.

[Ⅳ]杨国平现代工程机械技术北京机械工业出版社 2006.

[Ⅴ]杨晋升轮式装载机设计北京机械工业出版社 1986

[Ⅵ]张光裕工程机械底盘构造与设计 1986

[Ⅶ]同济大学主编铲土运输机械北京中国建筑工业出版社，1987.

[Ⅷ]吉林工业大学编. 轮式装载机设计北京中国建筑工业出版社，1989.

[Ⅸ]同济大学主编. 工程机械底盘构造与设计北京中国建筑工业出版社，1987.

[Ⅹ]诸文农编. 底盘设计（上、下）北京机械工业出版社.

[ⅱ]许镇宇、邱宣怀主编. 机械零件北京人民教育出版社.

[ⅲ]机械零件课程设计.贵州：贵州人民出版社.

[ⅳ]吉林工业大学主编. 工程机械液压与液力传动北京机械工业出版社.

[ⅴ]东北工学院编.机械零件设计手册. 北京：冶金工业出版社.

[ⅵ]成大先主编机械设计手册北京化学工业出版社，2004.

[ⅶ]《机械工程标准手册》编委会编机械工程标准手册北京中国标准出版社，2002.

[ⅷ]黄宗益、薛瑞祺、阎以诵编著工程机械CAD 上海同济大学出版设，1990.

[ⅸ] 闻邦椿.机械设计手册（第五版）北京机械工业出版社，2010.

内容简介：: 河北建筑工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称ZL50装载机总体及变速箱设计（第二行星排）系别：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名：学号：指导教师：课题来源导师课题课题类别工程设计一、论文资料的准备装载机是一种用途非常广泛得工程机械，它广泛应用于铲装、搬运、卸载、平整散装物料，也可以对岩石硬土等进行轻度得铲掘工作。因此，它被广泛应用于建筑、公路、铁路、水电、港口、矿山及国防等工程中。装载机对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低工程成本具有重要作用。所以装载机在国内外不论是品种还是产量，都有飞速发展，并且成为工程机械的主要品种之一。我国的轮式装载机是从20世纪70年代初期发展起来的，与其他机种工程机械相比，轮式装载机的桥、箱、泵、阀及缸等零部件产品配套相对成熟，已经形成了比较完整的配套体系。而且自90年代以来，国内外工程机械进入了一个新的发展时期。工程机械产品以信息技术为先导，在发动机燃料燃烧与电控、液压控制系统、自动操纵、可视化驾驶、精确定位与作业、故障诊断与监控、节能与环保等方面，有了长足的进步。设计人员开发出了许多新结构和新产品。ZL50型装载机作为主导产品，经过多年的发展，质量水平得到不断提高，已经形成独立的产品系列和行业门类。近年来，国内外装载机的发展趋向于采用新结构新技术，并向机电一体化、电子化方向发展。然而，我国装载机在设计上存在很多问题，主要集中在可靠性、结构设计强度等方面。而变速箱对于装载机来说又是重中之重，所以变速箱的设计好坏直接影响到装载机的使用寿命以及工作效率。虽然现在市场上的装载机已经日趋成熟，但对其进行改进设计，尤其是对装载机的变速箱进行改进设计，仍有非常重要的意义。ZL50装载机所采用的是行星式动力换挡变速箱：首先，星行变速箱的主要优点是，可通过在行星排中设计多个行星轮，使载荷由几对齿共同传递，减轻了每对齿上的载荷，以便选用较小的模数，从而减小齿轮体积，因此行星变速箱在径向方向尺寸较紧凑。但轴向尺寸则与所采用的行星排数目有关，当行星排数较多时，则轴向尺寸较大。另外还可实现输入与输出轴同心转动。其中简单行星排是由太阳轮、齿圈、行星架和行星轮组成。由于行星轮轴向旋转与外界连接困难，故在行星排中只有太阳轮、齿圈和行星架三个元件能与外界相连，并称为基本元件。在行星排传递运动过程中，行星轮只起到传递运动的惰轮作用，与传动比无直接关系。其中三个基本元件的传递中仅有两个是独立参数，这表示行星排具有两个自由度。当以某种方式固定某一个元件后，行星排变成了一自由度系统，即可由转速方程式确定另外两元件的转速比。这样，通过将行星排三个基本元件分别作为固定件、主动件或从动件，则可组成六种方案。由于zl50装载机采用双涡轮变矩器和机械自动变速装置相结合，可以得到较大的变矩系数，且高效率范围宽，其作用相当于变矩器加上一个二档自动变速箱（随外负荷变化，不需人操纵，自动换挡）。因此他后面的行星变速箱档位数可以减少，ZL50型装载机的行星变速箱，有两个行星排组成，只有两个前进挡和一个倒档。输入轴和输入齿轮做成一体，与二级涡轮输出齿轮常啮合，二档输入轴与二档制动器摩擦片连成一体。前后行星排的太阳轮、行星轮、齿圈的齿数相同。两行星排的太阳轮制成一体，通过花键与输入轴、二档输入轴相连。前行星排齿圈与后行星排星架、二档离合器受压盘三者通过花键连成一体。前行星排行星架和后行星排齿圈分别设有倒档、一档制动器摩擦片。变速箱后部是一个分动箱，输出齿轮用螺栓和二档油缸、二档离合器受压盘连成一体，同变速箱输出齿轮组成常啮齿轮副，后者用花键和前桥输出轴连接。后桥输出轴前端用滑动轴承支撑在前桥输出轴后面中心孔内；后端则以滚动轴承支撑在壳体上。前、后桥离合套用花键和前、后桥输出轴相连，并可由拨叉波动，当离合套移向前面时，前后轮同时驱动；当离合套移向后面时，则只有前桥驱动。离合套通过拉杆、拨叉来操纵，并有锁定机构。相比液力机械传动系统的装载机不能拖启动；当柴油机熄火后，便不能转向；不能利用柴油机进行排气制动。ZL50装载机的传动系统中设有“三合一”机构，可以解决这些问题。此构件由以下零件组成，空转齿轮通过一个滚动轴承支撑在闭锁离合器被动鼓轴上，滑动啮合套与闭锁离合器被动鼓周通过花键连接。中间传动轴，其上固定着齿轮1，此齿轮与另一齿轮2啮合，齿轮3通过滚珠轴承和自由轮支撑在中间传动轴上。齿轮3与油泵齿轮相啮合，而油泵齿轮变矩器泵轮齿圈相啮合。当发动机启动后，发动机由被动变为主动，它要反过来通过这条传动路线来驱动车轮。由于自由轮只能单向传动，反向传动时，它自动把动力切断，这样，防止有可能发动机通过两条传动路线来驱动车轮，发生干涉，使“三合一”机构受损。三合一机构存有一个缺点，当发动机突然熄火时，要想利用发动机制动和保持动力转向，需将啮合套迅速连接上，但往往难于结合上。基于上述内容，此设计主要是改进变速箱，设计过程：变速箱行星机构进行运动学和动力学分析，行星变速箱传动方案简图设计，齿轮传动部分设计，换挡制动器和闭锁离合器设计，行星变速箱结构分析。跟紧装载机行业向高档、高技术含量和智能化方向发展的趋势，开发和生产具有自主知识产权、适合我国国情的重型车用变速器。二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题）轮式装载机总体设计，是机械设计制造及其自动化专业学习的一个重要的环节。通过设计提高我们对机构的分析能力，机械构造设计的能力，机电一体化系统设计能力，掌握实践生产过程自动化的设计方法，并锻炼机械类学生的综合素质。通过设计，我们将有关课程（如机械原理，机械设计，理论力学，材料力学，液压与气压传动，工程材料，材料成型，自动控制理论，电气控制，测试技术，数控技术，微型计算机原理及应用等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，并使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切的结合起来。关键问题：了解装载机的发展状况和结构类型，确定装载机总体参数、总体布置；分析行星机构的运动学和动力学，其中包括运动分析、力矩分析、功率分析；分析行星齿轮变速箱，其包括行星变速箱组成、自由度和档位数分析，行星变速箱转速分析，行星变速箱力矩分析；设计行星变速箱传动方案简图；设计齿轮传动部分，包括基本参数的确定、配齿计算、齿轮的几何计算；分析行星变速箱结构，包括行星变速箱中不转动部分的支撑和定位、旋转零件的支撑和定位。编写符合要求的设计说明书，并正确绘制机械与液压工程图纸，独立撰写一分毕业论文，并绘制有关图表。三、主要内容、研究方法、研究思路（1）设计任务：装载机的发展状况和结构类别装载机总体参数的确定装载机的总体布置装载机变速箱传动特性分析（2）装载机变速箱的设计和计算变速箱结构形式的选择变速箱行星排运动和受力分析行星变速箱传动方案简图设计通过对资料的调查、收集、加工与整理，综合运用多学科的理论、知识与技能，分析解决变速箱设计中的问题。并且经过实习，了解变速箱的实际工作状况，在对变速箱设计过程中有所帮助外，还能使自己的设计更加接近实际。四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期） 2013.3.29-2013.4.11 熟悉整理资料2013.4.12-2013.4.25 方案选择及总体设计2013.4.26-2013.5.9 绘制总图2013.5.10-2013.5.23 变速箱传统系统分析2013.5.24-2013.6.13 行星排设计及受力分析计算2013.6.14-2013.6.22 绘制零件图纸 2013.6.23-2013.6.27 准备论文及答辩五、主要参考文献 1吴永平等.工程机械设计机北京化学工业出版社 2007. 2杨占敏轮式装载机北京化学工业出版社,2007.3吴庆鸣何小新工程机械设计武汉武汉大学出版社 2006.4杨国平现代工程机械技术北京机械工业出版社 2006.5杨晋升轮式装载机设计北京机械工业出版社 19866张光裕工程机械底盘构造与设计 19867同济大学主编铲土运输机械北京中国建筑工业出版社，1987.8吉林工业大学编. 轮式装载机设计北京中国建筑工业出版社，1989.9同济大学主编. 工程机械底盘构造与设计北京中国建筑工业出版社，1987.10诸文农编. 底盘设计（上、下）北京机械工业出版社.11许镇宇、邱宣怀主编. 机械零件北京人民教育出版社.12机械零件课程设计.贵州：贵州人民出版社.13吉林工业大学主编. 工程机械液压与液力传动北京机械工业出版社. 14东北工学院编.机械零件设计手册. 北京：冶金工业出版社.15成大先主编机械设计手册北京化学工业出版社，2004.16机械工程标准手册编委会编机械工程标准手册北京中国标准出版社，2002.17黄宗益、薛瑞祺、阎以诵编著工程机械CAD 上海同济大学出版设，1990. 18 闻邦椿.机械设计手册（第五版）北京机械工业出版社，2010. 指导教师意见：指导教师签名：日期：教研室意见：教研室主任签名：日期：系意见：系领导签名：日期：系盖章课题来源：导师课题、社会实践、自选、其他课题类别：工程设计、施工技术、新品开发、软件开发、科学实验、毕业论文。河北建筑工程学院毕业实习报告系别机械工程系专业机械设计制造及其自动化班级机094班姓名张维学号 2009407405 指导教师王少雷实习成绩毕业实习报告1.实习目的通过参观数控机床及其操作，将所学专业知识与实践相结合，并根据实习内容不断总结来丰富自己的经验；不断培养独立思考问题、解决问题、自学能力以及在工作中团队协作的精神，最终将自己的所学运用于这次毕业设计中，设计出符合要求毕业设计成果，并通过这次实践来检验所学的理论知识。2.实习内容本次实习的地点:天津大学；时间：2013年4月2 日；内容：本次实习的主要内容是对数控机床有一个总体的了解，并对本次所要设计的相关数控编程和加工程序有一个详细的了解。本次实习所要解决的主要问题包括：数控机床的工作原理和其先进性、设计加工零件程序和相关编程。3.实习结果在老师的讲解下，我们对五轴联动数控机床了解的最多，五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。五轴联动机床的使用，让工件的装夹变得容易。加工时无需特殊夹具，降低了夹具的成本，避免了多次装夹，提高模具加工精度。采用五轴技术加工模具可以减少夹具的使用数量。另外，由于五轴联动机床可在加工中省去许多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五轴联动机床在加工中能增加刀具的有效切削刃长度，减小切削力，提高刀具使用寿命，降低成本。采用五轴联动机床加工模具可以很快的完成模具加工，交货快，更好的保证模具的加工质量，使模具加工变得更加容易，并且使模具修改变得容易。在传统的模具加工中，一般用立式加工中心来完成工件的铣削加工。随着模具制造技术的不断发展，立式加工中心本身的一些弱点表现得越来越明显。现代模具加工普遍使用球头铣刀来加工，球头铣刀在模具加工中带来好处非常明显，但是如果用立式加工中心的话，其底面的线速度为零，这样底面的光洁度就很差，如果使用四、五轴联动机床加工技术加工模具，可以克服上述不足。五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。若配以五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。立式五轴加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴，设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。此外，我们还了解到数控机床许多优点，在将来机械发展领域内，数控将是重中之重。与普通机床相比，数控机床有如下特点：1、对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；2、加工精度高，具有稳定的加工质量；3、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；4、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；5、机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）；6、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；7、有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；8、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；9、可靠性高。与传统机床相比，数控具有以下一些特点。1、具有高度柔性在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造，更换许多模具、夹具，不需要经常重新调整机床。因此，数控机床适用于所加工的零件频繁更换的场合，亦即适合单件，小批量产品的生产及新产品的开发，从而缩短了生产准备周期，节省了大量工艺装备的费用。2、加工精度高数控机床的加工精度一般可达0.050.1MM，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一脉冲信号，则机床移动部件移动一具脉冲当量（一般为0.001MM），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杆螺距平均误差可由数控装置进行曲补偿，因此，数控机床定位精度比较高。3、加工质量稳定、可靠加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。4、生产率高数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴声速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削。数控机床正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，极大地提高了生产率。另外，与加工中心的刀库配合使用，可实现在一台机床上进行多道工序的连续加工，减少了半成品的工

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