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机械毕业设计全套

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JX04-078@ZL15装载机总体及变速箱设计任务书（3轴及齿轮）,机械毕业设计全套

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1 目 录 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 选择 12 第 3 章 牵引计算 20 3.1 柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线 20 3.2 确定档位及各档传动比 24 3.3 运输工况牵引特性曲线 27 3.4 求出各档最高车速 并 分析 牵引 特性 29 第 4 章 总体布置 35 4.1 估计各部件重量（可根据样机定），并确定部件位置坐标 35 4.2 各部件 布置 35 4.3 平衡重 计算 39 4.4 验算轮胎载荷 40 第 5 章 定轴式动力换档变速箱设计 42 5.1 传动比的确定 43 5.2 传动简图设计 45 5.3 配齿计算 48 5.4 离合器设计 50 5.5 结构设计 53 第 6 章 毕业设计小 结 70 nts 2 参考文献 72 附：英文翻译 英文原文 nts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 姓 名 杨东胜 学 号 2009307413 指导教师 郭秀云 李长欢 实习成绩 nts毕业实习报告 为了给我们的毕业设计做良好的铺垫，让我们对所要设计的内容有一个比较全面的认识 并 能较完善 地 完成毕业设计 ， 在 指导老师的安排 下 ，我们踏上了开往 长春 的列车，去 长春 会展中心进行参观 实习。 一 实习目的： 毕业实习是整个教学的一个重要环节， 又由于是第一次的专业实习所以我很重视也很认真，因为我们平时只能从课本上学习理论知识，所以能有这样的实习机会我也格外珍惜，希望能够学到课本上学不到的知识，积累 实践经验，为以后的经验积累入门经验。通过本次实习使 我们 了解 装载机 及挖掘机 的基本特性参数 ，弄清设计过程，学会设计调整和收集资料 ，并且有利于我们更好的理论联系实际，进一步加深对本专业知识的了解和把握 。要求 我们 在实习过程中结合实物，认真研究图纸，弄清各部分 的 关系；仔细观察某些具体部件（如工装 及变速箱 ）的加工工艺机器某些工序（如组装）的基本过程；并注意比较不同机型装载机在结构机器布置 以及性能特性 上的异同；认真收集资料，写好实习 报告 ， 为毕业设计做好准备。 二 参加展出的 主要 单位 的 情况 ： 福田雷沃重工 ： 福田雷沃国际重 工股份有限公司（简称福田雷沃重工）是一家以工程机械、农业装备、车辆为主体业务的大型产业装备制造企业， 2011 年实现销售收入 160 亿元，同比增长 12.7%。 2012 年，雷沃品牌价值以 177.36 亿元，位列中国 500 最具价值品牌排行榜第 64 位。公司被认定为“国家重点高新技术企业”，公司工程技术研究院被认定为“国家认定企业技术中心”，公司主导产品曾被认定为“中国名牌”、“中国驰名商标”、“最具市场竞争力品牌”。 此次参展的是雷沃装载机、挖掘机。雷沃工程机械业务高速、健康发展，市场竞争力持续攀升，成为行业内成长最快 的品牌之一。 凯威重工 ： 青州市世纪凯威工程机械有限公司位于历史文化名城东方古州之一的青州，这里地理位置优越，交通便利，为企业的发展，提供了得天独厚的条件。 公司经济实力雄厚，研发能力强，通过引进技术、设备，开发研制了 910、 912、 915、 916、 918、 920、 926、 928、 936 系列装载机。产品技术性能稳定，工作装置及车架运用计算机优化设计，具有高位卸料后自动放平功能。采用人性化设计流线形外观，驾驶室全钢化成形玻璃，视野开阔。加长轴距，作业行驶平稳，安全可靠。 凯威装载机转弯半径小，转向灵活，适用于 狭小空间作业。该机液压操作，结构简单，操作方便，性能良好，质量可靠。该产品广泛应用于基建工程、公路建设工程、港口、车站等，并根据客户需求订做抓木、抓草、抓管、抓纸机及专用工程机械。 nts中国重汽集团海斗工程机械 ： 中国重汽海斗工程机械挖掘机项目于 2009 年 9 月立项， 2010 年 11 月 19 日，中国重汽集团公司成立中国重汽海斗工程机械事业部正式进军工程机械领域，并将还斗工程机械挖掘机项目列入重汽集团十二五规划重点发展板块之一。 中国重汽集团海斗工程机械事业部位于美丽的海滨城市 青岛，在青岛高新区建成了中国重汽青岛工业 园。目前，挖掘机项目已完成一期工程 3.5 万平方米联合厂房、年产 5000 台的中大型挖掘机生产线建设，二期工程计划于 2013 年完成建设，届时产能将实现翻番。 中国重汽进军工程机械领域有着特有的自身优势，海斗挖掘机必在工程机械领域占有重要地位。中国重汽集团海斗工程机械事业部将坚持“用人品打造精品，用精品奉献社会”的核心价值观，坚持“科学、诚信、和谐、共赢”的经营理念，开始新的创业发展，力争实现“十二五”末产销挖掘机 1 万台、销售收入过百亿，企业综合实力进入行业前列的目标，为中国重汽实现十二五发展目标发挥重要支撑作用 。 强大的动力，卓越的性能和经济性：原装进口世界知名品牌发动机，三级进气过滤，涡轮增压和空空中冷等先进配置，是挖掘机动力持续强劲的保证。 液压系统：采用国际一流的液压系统，提高了挖掘机的精确控制能力和可靠性，科学的双泵交叉功率控制系统使功率分配更加合理，随心所欲，一切尽在掌握中。 电控系统：智能全功率电控系统使发动机和液压系统浑然一体，完美匹配，最大限度提高作业效率，降低燃油消耗。行走马达：原装进口马达，安全可靠， RV 减速机速比高，输出力矩大，运行平稳。开阔的作业视野：低噪音、低振动、宽敞舒适的驾驶环境，让驾驶员无疲劳轻松作业。 三一重工 ： 三 一集团是全球工程机械制造商 50 强、全球最大的混凝土机械制造商、 中国企业 500 强 、工程机械行业综合效益和竞争力最强企业、福布斯 “ 中国顶尖企业 ” ，中国最具成长力 自主品牌 、中国最具竞争力品牌、中国工程机械行业标志性品牌、 亚洲品牌 500强 。 经营范围 ： 建 筑工程机械、起重机械、停车库、通用设备及机电设备的生产、销售与维修（其中特种设备制造须凭本企业行政许可）；金属制品、橡胶制品及电子产品、钢丝增强液压橡胶软管和软管组合件的生产、销售；客车 (不含小轿车 )和改装车的制造与销售（凭审批机关许可文件经营）；五金及法律法规允许的矿产品、金属材料的销售；提供建筑工程机械租赁服务；经营商品和技术的进出口业务 (国家法律法规禁止和限制的除外 )。 此次参展的是三一汽车起重机、挖掘机等。三一尚未生产研发装载机，有点遗憾。 三 实习 内容及 过程： 这次实习我们主要是认识长春会展中心摆 出的各种机械产品。其中主要有装载机、挖掘机、桥式起重机、塔式起重机，还有各种机械方面的材料、工具、零件等。我们主nts要是观察了轮式装载机。 早晨八点半，我们来到了实习地点 长春会展中心，开始了本次实习。 首先我们 在 指导老师 带领下参观了 展出单位的参展地点 ，看到了 国内外先进的装载机 ， 我们观 看 了 ZL15、 ZL50、 ZL30 等型号的 装载机，并详细的记下了相关机型、相关部件的 结 构、性能等。指导老师带领同学们仔细观察了装载机每一结构 如铲斗、动臂 、变速箱 等 的特点及构造，同时针对同学们 对 所要设计的内容所提出的一系列的问题进行了 详细的实物讲解，使我们对装载机的结构、性能特点有了更好的认识 ，同学们的积极性也都很高，拿着自己的手机 、相机 拍下了课本上所不能了解的东西 。 之后同学们分组参观，每个公司展出的装载机、挖掘机前都有 专人负责，我们就自己不懂的地方向负责人进行了耐心的提问。各负责人 为我们详细的介绍了装载机设计时的注意事项，并针对我们的毕业设计提出了更多更好的意见。同时鉴于同学们的要求，各负责人 给我们 讲解 了各型号装载机 、挖掘机 的整体 性能参数 、部件的完整的设计方案和图纸，在指导老师和 相关负责人 的指导教诲下，我们学到了 很 多学校里学不到的知 识，我们受益颇深。 然 后我们观 看 了 三一重工的汽车起重机 以及 其他公司的 塔式起重机的模型 。 最后 我们 还 观看了劳动防护用品。劳保用品分四大门类近千种，包括：个体防护用品（头部防护、眼面部防护、足手部防护、防护服、防坠落用品、呼吸护具、水上救生用品等），职业服装及材料（阻燃、防静电、拒水拒油、工装等），安全生产监测仪器仪表（辐射及微波、静电、噪音、粉尘、毒物等各类监测仪器仪表），安全生产设备（交通安全生产设备、矿工安全设备、石油职工安全生产设备、机械安全生产防护装置、电力安全防护设备、应急救援设备、消防设备等）。这 增加了我们安全劳动方面的知识，安全生产也很重要。 到这里，本次实习也就结束了。 四 实习总结 ： 通过此次实习我学到了许多书本上学不到的知识 ， 比如在人格魅力方面的锻炼，在与人出事方面的谦恭，做事要事无巨细，亲自躬行，在做事前后的思考与探索，这都对我的人格成长起到了很好的作用，并且为我以后的工作奠定了很好的实践基础 。另一方面 ，通过这次实习 使 我们 能够掌握要领，并做到举一反三，培养自己分析和解决生产实际问题的能力，提前进入未来将要从事的工作角色。 毕业 实习是我们 机械 专业知识结构中不可缺少的组成部分，其目的在于通过实 习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大 我们的 知识面；同时又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有吃苦耐劳的精神，也是学生接触社会、了解 企业的一个绝好的机会。 我们的实习达到了我们所希望的效果， 相信 通过此次 毕业实习， 会使我们每一位同学将 理论与实际结合 的更紧密 ， 更能够使我们 掌握 工程机械 设计的基本流程 、 各种参数的选取 、 各种影响因素产生的特点； 使我们从容的面nts对以后的设计和我们即将踏入的工作岗位。 实习虽然结束了，再过 三 个多月，我们真的就要走上工作岗位了，想想自己大学四年的生活，有许多 让我回味的思绪， 我感谢老师们对我的谆谆教会， 在这个春意盎然的季节，伴随着和煦的春风一起飞扬，飞向远方，去追逐我的梦！ nts摘要 我所设计的 ZL15 装载机既保留了传统装载机的优点，而 且 具有新的性能和优点。 本次设计主要进行的 是 变速箱 的设计。 ZL15 装载机属于小型土方机械，广泛应用于城市建设工地及货场、煤场、仓库等装载及堆放松散货料的场所，并且可以用来完成轻度的挖掘及平整场地作业。 ZL15 型装载机属于 ZL 系列，采用轮式行走系，液力机械传动系，铰接式车架 ,所以该机具有机动性好、转向灵活、生产率高、操纵轻便等优点。另外，该机后桥布置为摆动桥，增加了整机的稳定性，所以该机的安全性好。 ZL15 型装载机采用定轴式变速箱，结构简单，制造成本较低，维修方便，特别是采用离合器外置式时，变速箱体尺寸小，便于总体布置。本机在设计中，参考同类机型，选用最佳传动方案，使机构简单，操作方便，并满足作业要求。定轴式变速箱采用动力换挡，使驾驶室操作便捷，减少劳动强度。 变速箱设计包括：变速箱型式的选择、传动比最终的确定、传动简图设计（前三后三档位）、所有齿轮的配齿计算、轴和轴离合器设计、结构设计（包括轴、轴承以及齿轮的选择校核计算）。最后还运用有 CATIA 对输出轴的受力情况进行了有限元分析。 【 关键词 】 轮式装载机 定轴式变速箱 换挡离合器 有限元分析 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人： 杨东胜 72 参考文献 【 1】 同济大学主编 .铲土运输机械 . 北京 :中国建筑工业出版社 ,1987. 【 2】 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. 【 3】 杨晋生主编 .铲土运输机械 . 北京 :机械工业出版社 ,1987. 【 4】 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. 【 5】 诸文农编 .底盘设计 (上下 ). 北京 :机械工业出版社 ,1981. 【 6】 许镇宇，邱宣怀主编 .机械零件 (修订版 )M .北京：人民教育出版社， 1981 【 7】 吉林工业大学主编 . 工程机械液压与液力传动 . 机械工业出版社， 1979 【 8】 东北工学院主编 . 机械零件设计手册 . 冶金工业出版社， 1997 【 9】 黄谊主编 . 液压与气压传动（第一版） . 北京：机械工业出版社 , 2000 年 5 月 【 10】 成大光主编 . 机械设计手册（第一卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 成大光主编 . 机械设计手册（第二卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 成大光主编 . 机械设计手册（第三卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 成大光主编 . 机械设计手册（第四卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 成大光主编 . 机械设计手册（第五卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 【 11】 董刚 , 李建功 , 潘凤章主编 . 机械设计 . 北京：机械工业出版社 , 1998 年 7 月 【 12】 刘鸿文主编 . 材料力学（第四版） . 高等教育出版社 , 2004 年 1 月 【 13】 路凤仪主编 . 机械原理课程设计 . 北京：机械工业出版社 , 2002 年 6 月 【 14】 青风，国内轮式装载机的现状和发展趋势，机电信息， 2004 年第八期 【 15】 Computers and Structures 80 (2002) 605 614 【 16】 Journal of Terramechanics 46 (2009) 217 227 nts 河北建筑工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题 名称 ZL15 装载机总体及 定轴 变速箱 设计（ 3 轴及齿轮） 系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机 094 学生姓名： 杨东胜 学 号： 2009307413 指导教师： 郭秀云 李长欢 nts课题来源 导师课题 课题类 别 毕业设计（论文） nts一、 论文资料的准备 装载机及系列装载机简介 装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等做轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料（如木材）的装卸作业。在道路，特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料、装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地 面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。 ZL 系列轮式装载机是一种高效率的工程机械 ， 具有结构先进 、 性能可靠 、 机动性强 、 操纵方便等优点。广泛应用于矿山建筑工地 、 道路修建 、 水利工程 、 港口 、 货场 、电站以及其他工业部门进行装载推土铲挖起重牵引等多种作业。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都发挥着重要作用 。 因此近几年来无论在国内还是国外装载机品种和产量都得到迅速发展 ， 成为工程机械的主导产品之一。 为适应装载机 多功能作业的要求轮式装载机已经向一机功能方向发展。这主要靠主机控制适合多种作业的组合工作装置完成。 80 年代国外装载机和液压挖掘机除了不断完善装挖功能外正向一机多能方向发展。许多公司竞相生产各式各样的辅助机构。这种机型使用范围很广 ， 其产品受到用户的普遍关注。 在通用拖拉机前端加装载装置后部加挖掘装置可改装变形成前装后挖拖拉机亦称挖掘装载机俗称 “ 两头忙 ” 。 国 内 外装载机的发 展 现状 及 发展前景 随着我国国民经济建设的调整发展 ， 大型轮式装载机的需求量会有大幅度上升 ，特别是西部大开发 及 许多大型工程建设 ， 大型轮式装 载机大有用武之地。另外世界上生产大型轮式装载机的国家、企业也不多 ， 出口前景也非常好 ， 苦于我们还拿不出产品。 1999 年我国全行业 ZL60 型共销 28 台 ， ZL80 型及 ZL100 型一台也未销售。因此我国大型 轮式装载机可以说是基本上未推向市场。影响推出市场的主要原因是除开发水平较低外主 要是配套件跟不上。大型轮式装载机的配套件国内基本上没有 ， 有少量的也是水平低 、 可靠性差 、 不太适用进口配套件 、 价格又太贵。因此大型轮式装载机的国内市场基本上被国外大公 司所占领 。 我国装载机行业特别是主要装载机制造企业应抓住我国加入 WTO 后 进口件价格 降低的机遇进口一部分重要的关键部件同时为尽量降低成本加大力度开发一些目前已经有能力开发的零部件如传动系统中的驱动桥、液压件中的缸、阀等经过精心设计开发出 具有中国特色的大 型轮式装载机。只要我们的产品能占领国内市场也一定能打进国际市场 。 国产挖掘装载机及小型多功能装载机数量很少 。 在我国 ZL20 型以下属小型装载机 。 据 1999 年全行业主要企业统计共销售小型装载机有 1546 台 ， 能占全行业的 8.2。 国外小型装载机及小型多功能装载机包括挖掘装载机在内市场份额已相当大。美 nts国的山猫牌小型多功能装载机年销量在 5 万台左右还有美国的凯斯、约翰迪尔、卡特 彼勒、英国的 JCB 公司等的挖掘装载机及小型多功能装载机年销量都在万台上。可见世界市场上挖掘装载机及小型多功能装载机市场是多么大而中国目前这类产品基本上还没有。这类产品特别适用 于市政建设、中小城镇建设、乡间非等级公路建设、一般公路的维护保养、港口码头作业还有改造环境、植树造林等。特别是西部大开发这类产品将有广阔的潜在市场。这类产品的开发今后肯定是以静液压件传动为主 。 目前世界上小型装载机、小型多功能装载机基本上都是静液压传动。我国要能真正把这类产品发展起来必须有自己的 创新。装载机行业的广大企 业特别是有能力的大企业应加大创新力度去争我国小型装载机、小型多功能装载机、挖掘装载机等这一巨大的潜在市场 。 我国西部 3000 米以上高海拔地区及沙漠地区占了很大的面积在实施西部大开发中高原 及沙漠型特殊用途装载机需要量较大国内目前基本上还没有这类产品而国外大公司在这方 面已经有成熟的产品。因此我国加入 WTO 后这个巨大的潜在市场很可能被国外大公司所占领。我国的装载机行业从现在起应积极行动起来与有关科研院所及有关发动机等配套件企业联合起来尽快开发出具有中国特色的高原、沙漠型特殊用途装载机去 抢占我国西部这一潜在大市场。 中型轮式装载机是国内最成熟而产量又大大过剩的产品。这种产品只要 “ 入世 ” 后 ， 实行国际采购提高质量、水平、可靠性 ， 那么大批进入国际市场的机遇就在眼前。 nts二、本课题的目的（重点及拟解决的关键问题） 本毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练， 目的在于 ：（ 1） 巩固和扩大学生在校期间所学的基础知识和专业知识 ；（ 2） 训练 学生综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题 的能力 ；（ 3） 培养、锻炼学生独立工作能力和创新精神 (注：因为 毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考， 刻苦钻研，有所创造的分析、解决技术问题。 )； （ 4）使学生学会用 CAD 绘制相关图纸，并掌握相关方法与技巧；（ 5）培养学生查阅常用设计资料的能力； （ 6） 使学生掌握装载机的总体设计、变速箱设计、牵引计算等技术工作的实现方法，为今后步入工作岗位打下良好的基础。 课题重点 ：（ 1） ZL15 装载机总体及定轴变速箱基本技术参数的确定；（ 2）总体方案选择及总体设计 ； （ 3）牵引计算 ；（ 4）总体布置；（ 5）典型零件设计及有限元分析 。 关键问题：（ 1） 总体方案选择及总体设计；（ 2）牵引计算 。 三、 主要 内容 、 研究方法、研究思路 本毕业设计（论文）课题任务的主要内容： （ 1）设计任务：总体参数选择： 1）总体方案及总体参数的确定； 2）牵引计算； 3）变速箱档位、速比的确定，动力换档变速箱型式的选定，学生要进行充分论证。变速箱设计（ 3 轴及齿轮）： 1）方案设计，确定传动简图； 2）技术设计； 3）强度、刚度计算。变速箱操纵液压系统原理图设计。 （ 2）技术参数 ： 额定载重量： 1.5T；工作重量： 5.5T；最高车速： 20km/h；空载牵引力： 3.5 4.4T；爬坡能力： 20；最大卸载高度： 2.35m；最小卸载距离 ： 0.75m；掘起力： 4T 研究方法：实验、测试、分析等基本 研究 方法 。 研究思路：首先，由实习及查阅资料了解到装载机总体及变速箱设计的相关参数；然后，进行数值计算；最后，通过数值比较进行分析并进行有限元分析。 四、 总体安排和进度（包括 阶段 性工作 内容及 完成日期） 起讫日期 工作内容 2013.2.25-2013.3.4 2013.3.5-2013.3.16 2013.3.17-2013.4.9 2013.4.10-2013.4.16 2013.4.17-2013.5.1 2013.5.2-2013.5.11 2013.5.12-2013.5.19 2013.5.20-2013.5.26 2013.5.27-2013.6.2 2013.6.3-2013.6.16 2013.6.17-2013.6.21 英文论文翻译（ 3000 中文字以上） 毕业实习及熟悉整理资料并写开题报告 总体方案选择及总体设计 牵引计算 进行总体布置并绘制总体布置图 变速箱设计 绘制传动简图、液压系统图 绘制变速箱装配图 典型零件设计及有限元分析 完善计算书、图纸 准备和进行答辩 修改设计图、计算书 完善设计成果 nts五、主要参考文献 【 I】同济大学主编 . 铲土运输机械 . 北京 : 中国建筑工业出版社， 1987 【 II】吉林工业大学主编 . 轮式装载机设计 . 北京 : 中国建筑工业出版社， 1989 【 III】杨晋生主编 . 铲土运输机械 . 北京 : 机械工业出版社 , 1987 【 IV】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 【 V】诸文农主编 . 底盘设计（上、下） . 机械工业出版社， 1981 年 7 月 【 VI】 许镇宇 ， 邱宣怀主编 .机械零件 (修订版 )M .北京 ： 人民教育出版社 ， 1981 【 VII】吉林工业大学主编 . 工程机械液压与液力传动 . 机械工业出版社， 1979 【 VIII】东北工学院主编 . 机械零件设计手册 . 冶金工业出版社， 1997 【 IX】黄谊主编 . 液压与气压传动（第一版） . 北京：机械工业出版社 , 2000 年 5 月 【 X】成大光主编 . 机械设计手册 （第一卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 成大光主编 . 机械设计手册 （第二卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 成大光主编 . 机械设计手册 （第三卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 成大光主编 . 机械设计手 册 （第四卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 成大光主编 . 机械设计手册 （第五卷） . 北京：化学工业出版社 , 2003 年 9 月 【 XI】董刚 , 李建功 , 潘凤章主编 . 机械设计 .北京：机械工业出版社 , 1998 年 7 月 【 XII】刘鸿文主编 . 材料力学（第四版） . 高等教育出版社 , 2004 年 1 月 【 XIII】路凤仪主编 . 机械原理课程设计 . 北京： 机械工业出版社 , 2002 年 6 月 【 XIV】 Journal of Terramechanics 46 (2009) 217 227 【 XV】 Computers and Structures 80 (2002) 605 614 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。 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴 及齿轮） 设计人： 杨东胜 1 设计项目 计算与说明 结果 第一章 前言 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撑结构和连杆，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，它广泛应用于公路、铁路、建筑 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 中不可缺少的装备之一。 ZL15 装载机是小型土力机械，广泛应用于城市建设工地及货场、煤场、仓库等装载及堆放松散物料的场所，工作在密实的土壤 ,并且可以用来完成轻度挖掘及平整场地的作业。 ZL15 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，所以该机具有机动性好，转向灵活、生产率高、操纵轻便等优点。另外，该机后桥布置为摆动桥，增加了整车的稳定性，所以，该机安全性好。 ZL15 装载机 现在普遍采用的设计是分动装置、变矩器和变速箱“三合一”布置。变速箱采用定轴式动力换挡变速箱，动力装置采用高速柴油机。驱动桥为一级减速 主传动，轮边行星减速，且采用双桥驱 动，采用钳盘式制动器，工作装置采用反转连杆机构。为了适应工作要 求，适应生产要求，并尽力向 ZL 标准系列靠拢，我们在设计过程中，将采用最先进的型式和技术 。 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 20 设计项目 计算与说明 结果 牵引计算 第 3 章 牵引计算 为了检测总体设计所确定装载机的牵引性能，并审核其技术经济性指标，我们需要做牵引计算。 3.1 柴油机与变矩器联合工作的输入与输出特性曲线 研究变矩器与内燃机联合工作的目的在与检查此变矩器结构形式及有效直径的选择是否合适；如何配合才能使整机获得良好的性能。 在作柴油机与变矩器联合工作的输入输出特性曲线时，首先应对变矩器有所了解。 变矩器与发动机联合工作的性能与二者之间的连接方式有关，此种连接方式从原则可以分为单流式和双流差速液力机械式两种。当发动机传给驱动轮的功率全部通过液力变矩器时，称为单流式；当发动机传给驱动轮的功率分别有机械和液力两条并联的路线传递时，称之为双流差速液力机械式，按传动系的形式来分类，则可称其为液力 机械的并联复合传动。 本 机选用双流差速液力机械传动，即液力 机械的并联复合传动。发动机分出的部分功率来驱动机械的辅助装置和输出轴，因此，当发动机的调速持续性转换到泵轮轴上，需以发动机的扭矩和功率扣除辅助装置和工作油泵消耗的那部分。 同一类型几何相似的液力变矩器在尺寸不同的情况下有相同的 B和 r变化规律，它们能够最本质的反应某系列的变矩器性能，一般称它为液力变矩器的原始特性，由它可以派生出两个表示变矩器性能的重要无因此特性，即变矩器系数k=f4(ITB)和效率 =f4(Itb)。所谓无因次特性系数表示再循环圆内具有完全相似的稳定流动现象的若干变矩器共同特性的函数曲线。 常用的方法是给出该种液力变矩器的“无因次”特性。 B=f4（ ITB） r=f2( r) nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 21 设计项目 计算与说明 结果 柴油机与变矩器联合工作的输入特性 k=f3(ITB) =f4(ITB) 前两式是原始的，后两式是派生的。实际上只应用了B， k， 这三条曲线。第一条曲线表示变矩器的透穿性，第二条曲线表示变矩器的变矩性，第三条曲线表示的是液力变矩器的经济性。有了无因次特性后，就可以获得同类型的任何尺寸的相似液力变矩器的外特性。 3.1.1 柴油机与变矩器联合工作的输入特性 联合工作的输出特性曲线包括： Me=f(ne) MB=f(nB) C= D5 在某一传动比下， ， D， 为常数，则 MB=C nB2 输入特性曲线指动力输入轴（泵轮轴）的扭矩与它的速度 n 之间的关系。 MB= B nB2D5。根据已选定柴油机和变矩器的特性曲线作出变矩器与发动机联合工作的输出特性曲线。 根据装载机的作业特点，一般用发动机扣除 20 40%的功率与变矩器相匹配较为合适。因此根据本机具体作业情况扣除发动机功率的 30%。参考图八： 495A-23柴油机的外特性曲线，即： e j e e=%M M M（ 1-30 ） =0.7e j e e=%N N N（ 1-30 ） =0.7 其数据见表 3-1，作发动机净扭矩及净功率的特性曲线， 如图 3-1 表 3-1 发动机净扭矩及净功率数据 N(rpm) Me(N.m) Mej(N.m) Ne(马力 ) Nej(马力 ) 1100 176 123.2 28 19.6 1200 183 128.1 32 22.4 1300 189 132.3 34.5 24.15 1400 193 135.1 38 26.6 1500 196 137.2 41 28.7 1600 198 138.6 44 30.8 1700 199 139.3 47 32.9 1800 198 138.6 49 34.3 1900 196 137.2 52 36.4 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 22 设计项目 计算与说明 结果 2000 193 135.1 54 37.8 2100 188 131.6 55 38.5 2200 181 126.7 56 39.2 3.1.2 液力变矩器与发动机联合工作输出特性曲线 根据图八 -液力变矩器外特性曲线，找出 各 点对应的值，见表 3-2. 表 3-2变矩器外特性曲线数据 i k 10-6 0.1 0.285 2.8 2.36 8720N/m3 0.2 0.5 2.5 2.38 0.3 0.64 2.2 2.39 0.4 0.75 1.84 2.40 0.5 0.79 1.6 2.41 0.6 0.82 1.43 2.33 0.7 0.83 1.21 2.23 0.8 0.75 0.95 1.97 0.9 0.65 0.72 1.5 1.0 0.47 0.45 0.73 计算 M1= B nB2D5 的具体值，见表 3-3： 通过表 3-3作变矩器与柴油机联合工作的输入特性曲线，见图 3-2： 表 3-3联合工作输入特性曲线1M的计算值 转速 参数 ()Bn rpm1600 1700 1800 2000 2200 2400 I B10-6 1 ( ) 1 0M N m0.1 2.36 0.28 6.88 7.77 8.71 10.76 13.02 15.49 0.2 2.38 0.5 6.94 7.84 8.79 10.85 13.13 15.62 0.3 2.39 0.64 6.97 7.87 8.82 10.89 13.18 15.69 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 23 设计项目 计算与说明 结果 柴油机与变矩器联合工作的输出特性 0.4 2.40 0.75 7.0 7.90 8.86 10.94 13.23 15.75 0.5 2.41 0.79 7.03 7.94 8.90 10.98 13.29 15.82 0.6 2.33 0.82 6.80 7.67 8.60 10.62 12.85 15.29 0.7 2.23 0.83 6.51 7.34 8.23 10.17 12.30 14.64 0.8 1.97 0.75 5.75 6.49 7.27 8.98 10.87 12.93 0.9 1.5 0.65 4.38 4.94 5.54 6.84 8.27 9.85 1.00 0.73 0.47 2.13 2.40 2.70 3.33 4.03 4.79 3.1.3 柴油机与变矩器联合工作的输出特性 发动机与变矩器共同工作的输出特性，完全反应了复合运动装置的动力性和燃料的经济性，因此它成为评价液力传动动力性、经济性的基础；同时，对配备液力传动的机械来说，又是进行机器牵引性能计算的原始依据。 由图 3-2，柴油机与变矩器联合工作的输入特性曲线上负荷抛物线来与换算到泵轮轴上的发动机扭矩曲线的交点，找到一对发动机与变矩器共同工作点的参数坐标值（1n，1M），在根据参考书 上册 P130 公式21n i n，21M k M，2 2 2 7 1 6 .2N M n，推算出2n，2M，2N的值。 将以上计算结果列入下表（表 3-4）： 表 3-4联合工作输出特性曲线的参数计算值 项 i 目 k M1 n M2 n2 N2 0.1 2.8 0.28 12.75 2185 35.7 218.5 10.9 0.2 2.5 0.5 12.8 2175 32 435 19.4 0.3 2.2 0.64 12.82 2170 28.2 889.7 35.0 0.4 1.84 0.75 12.85 2165 23.6 1125.8 37.1 0.5 1.6 0.79 12.9 2160 20.6 1382.4 39.8 0.6 1.43 0.82 12.7 2195 18.2 1646.3 41.8 0.7 1.21 0.83 12.3 2205 14.9 1764 36.7 0.8 0.95 0.75 11.2 2230 10.6 2007 29.7 0.9 0.72 0.65 8.7 2265 6.3 2151.8 18.9 1.00 0.45 0.47 4.5 2340 2 2340 6.5 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 24 设计项目 计算与说明 结果 档总传动比 iI 的确定 由表 3-4所得数据作曲线 n2 , n2 M2, n2 N2,即得部分功率匹配的联合工作曲线，如图 3-3所示： 对输出特性曲线进行分析，可得到联合工作特性与最佳工况的偏离情况： 1.起步工况：希望起步时，联合工况所能发出的扭矩 MEMAX,即 it0时 MT0=39.84 公斤牛，从图上可以得出 MT0=MT0=39.84 公斤牛，即起步性能好。 2.变矩器的最高效率点与发动机传给变矩器的最大功率点接近，发动机的功率利用率好。 3.最高效率点左边曲线到右边曲线变化缓慢，因此希望变矩器工作在最高效率的左边。此时发动机联合工作输出的功率曲线也是左边比右边变化缓慢。因此，联合工作输出曲线基本上理想，其动力性和经济性都较好。 3.2 确定档位及各档传动比 3.2.1档总传动比 iI的确定 由于变矩器有一定的可透性，变矩器的最大效率工况不一定能和柴油机传给变矩器的最大工况完全一致，因此变矩器最大效率时，涡轮转速 nT 和变矩器最大效率时的转速 nTN可能有一些不同，确定档总传动比 iI时，由发动机和液力变矩器联合工作输出特性曲线得，变矩器最大输出功率NTN=31.98H，对应的转速为 1320TNn rpm。 由参考书 P158: I=0.377rkneH/TIV =0.377rknTN/TIV (3-2-1) 式中： kr 驱动轮的动力半径； kr=r0- b (见 P111) r0 轮胎的自由半径： r0=1.090/2=0.545m 系数， 对铲土运输机械用的低压轮胎，在松软土壤上 =0.08 0.10，在密实土壤中 =0.120.15 。据本机作业特点，取 =0.135 b 轮胎断面宽度；取 b=0.290m nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 25 设计项目 计算与说明 结果 确定最高档位的传动比 kr=r0- b= 0 . 5 4 5 0 . 1 3 5 0 . 2 9 0 0 . 5 0 6 m TNn 变矩器最大输出功率时的转（ rpm） TIV 挡转速；根据 P78推荐值，装载机档速度取 3 5km/h,超过以上速度，驾驶员来不及操作，反而延长铲斗的装满时间，增加驾驶员的疲劳，降低生产率。由此，取 VTI=5km/h 由式（ 3-2-1），得 iI= 0 . 3 7 7 0 . 5 0 6 1 3 2 0 5 0 . 45 3.2.2 确定最高档位的传动比（运输工况） 装载机的最高档位一般用来转移场地时使用，为提高生产率，应尽量提高其最高车速以节约时间，同时，装载机的车架为非刚性悬挂，车速不能太高，最高车速受到一定的限制。 根据现在装载机的一般要求，并参考同类进行，初选最高车速为 30Km/h。 由选定的最高车速 VTmax，根据下式可求出最高行驶速度时所消耗的功率 NT ： NT =PKmin VTmax/(3.6 m) 式中： PKmin 在 VTmax时的牵引力 : PKmin=Gf+kFvT2/3.62 G 整机重量， G=4500Kg=45.0KN f 平均切线滚动阻力系数， f=0.02; K 流线型系数 ( 24nK s m), 一般取 0.00060.0007。本机取 K=0.00065。 VT 行驶速度，取 VT =28Km/h F 机械迎风面积： F=B H,B为轮距， H为车高，参考同类机型选 B=2.6m,H=1.4m； F=B H= 22 .6 1 .4 3 .7 4 m 。 m 液力变矩器机械传动的总效率， m= 0.6 0.75。这里选 0.7 kr =0.506miI=50.4 F=3.74m2 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 26 设计项目 计算与说明 结果 计算最少档位数 确定中间传动比 NT =Gf+kF 2TV/3.62 VTmax/(3.6 m) = 22( 4 5 . 0 0 . 0 2 0 . 0 0 0 6 5 3 . 7 4 2 8 3 . 6 ) 2 8 / ( 3 . 6 0 . 7 ) =11.63Kw 由图 3-3，过 =75%的 A 点作 NTA=18.8 千瓦相应转速为1920rpm， NT q1 能保证变矩器在高效区工作。 档主要用于快速转移场地，为提高其速度， q2为 3，则中间档传动比为： q1=2 i =i / q1=50.4/2=25.2 NT=11.63 Kw iM=13.1 M,=2.796 M=3 q1=2 i =25.2 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭秀云 李长欢 设计题目： ZL15 装载机总体及变速箱设计（ 3 轴及齿轮） 设计人：杨东胜 27 设计项目 计算与说明 结果 运输工况牵引特性曲线 i =12.6 3.3 运输工况牵引特性曲线 牵引特性反应的是作业机械在一定的工质条件下，在水平路段上以各档稳定速度工作时的牵引性能与经济性能，它通过用牵引功率 Nkp,实际行驶速度 v,整机的耗油率 gkp随牵引力 Pkp变化的曲线表示 ,也即用各档的 (Nkp,v,gkp)=f(Pkp)的关系曲线来表示。 从牵引曲线上，可以看出变速箱布置的合理性，即能否在整个牵引力的适用范围内，依靠换挡使作业机械始终工作在较高的牵引功率下工作，即使各档的功率曲线的连接没有“深谷”。 从牵引特性曲线上，还可以看出各档的最大牵引力功率是在发动机额定工况下出现的，对轮胎式作业机械，随着牵引力的增大，滑转损失增大，所以最大牵引功率档反而低于档的。 合理的牵引特性曲线，必须具备以下条件： 1.为了不使发动机熄火，档所能发挥的最大牵引力（即滑转率 =100%时的牵引力），应低于发动机最大扭矩点的相应牵引力。 2.档的最大牵引力功率点，应在轮胎打滑界限值附近或在该界限值以下，因为如果最大牵引功率点打滑界限以上，在实际工作中就得不到应用，也就是无现实意义。 3.各个档的最大牵引力点，应处在其较低档特性曲线的下方，并保证各档特性曲线的使用区域相互衔接，否则发动机容易熄火，车辆行驶性能变坏。 4.利用牵引特性曲线，还可以方便地找出作业机械任何一个牵引力工作时的牵引效率 kp。 铲土运输机械在运 输工况时，一般不计滑转损失，而令v=vT。根据柴油机调速性能或柴油机 液力变矩器联合工作输出特性以及公式 Pk=Mti m/rk i =12.6 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导老师：郭