4395 3吨叉车的传动系统方案拟定及变速器的结构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4395 3吨叉车的传动系统方案拟定及变速器的结构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,叉车,传动系统,方案,拟定,变速器,结构设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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1 3 吨叉车的传动系统方案拟定及变速器的结构设计 学 生：欧阳敏 指导老师：杨文敏 (湖南农业大学工学院，长沙 410128) 摘 要 ： 叉车过去称为叉式装卸车或铲车，是一种以货叉为标准取物装置，采用轮式底盘，属于流动式起重运输器械，或物料搬运机械，是物流机械的一种。 叉车有发动机、轮式底盘、和门架系统组成。 为了研究出用途广泛、高效率、低成本、高安全性、维护方便等功能齐全的叉车。能够在原有的基础上，对 3t 叉车的传动系统及其变速器有一定的改进，力求能为搬运行业在未来趋势下做出力所能及的贡献。 关键词 ： 叉车、传动系统、变速器、结构设计 ； s 410128) to to is a of it up is by In to by we to if we on on of 1 前言 ： 叉车 简介 叉车过去称为叉式装卸车或铲车，是一种以货叉为标 准取物装置，通常能将货物起 2 升 3车采用轮式底盘，属于流动式起重运输器械，或物料搬运机械，是物流机械的一种。它又是一类边缘产品，有时也被归入工程机械。作为车辆，叉车与蓄电池搬运车、牵引车、翻斗车、 车等同属于工业车辆或装卸搬运车辆。他们一般只在工厂内部或特定区域的场地内作业，因此也被称为场（厂）内机动车辆，属于特种设备。 叉车历史及发展 二战期间，由于搬运军事物资的需要，促进了叉车的发展。 20 世纪 50 年代国内开始仿制苏联的 5t 机械传动叉车。 60 年代通过测绘仿制日本叉车，开创了中国的叉车行业。 70年代的行业联合设计，奠定了中国叉车行业的基础，其影响深远。 80年代的新系列设计，解放思想，拓宽了品种系列，更新理念，大范围采用了宽视野门架、同步器换挡、液力传动和动力转向等新技术。 90年代以来一批中外合资与独资企业的建立，如德国的林德，形成了产品档次的多层次格局，使叉车行业百花齐放。 2007 年，中叉公司、外资及全国其他企业共生产叉车 15万余台，虽然与 汽车年产几百万相比，叉车仍是一个比较小的行业，但从中叉公司 2003年产叉车约 3万 5千台，到 2007 年产 9万千台，年增长率近 30的情况 。 可以看出我国叉车行业的发展势头非常 迅猛 ,1- 。 从 销售内燃叉车的不同吨位看，近几年 产品一直占据着内燃叉车销售榜首，其次是 2007年内燃叉车各起重吨位产品所占比重情况参见下表 1。 表 1 2010内燃叉车各起重吨位产品所占比重情况 005on 位 2010 年 (%) 2011 年（ %） 2012 年（ %） 上 表可以看出， 1012年销售的内燃叉车中 年都在 60%以上。由此可以看出，近年来国内各吨位叉车中， 3t 级的叉车在需求量上是最大的，说明它的应用在各个方面也是最广泛的，这也是这次研究挑选 3也符合市场的发展需 求 ,2-。 3 叉车用途及特点 叉车在仓库等狭小场地进行装卸工作的典型工作循环为：调整方向，对准货位：调整货叉高度，放平货叉；前进叉取货物。略微起升货物，后倾使货物 稳定，后退，调整货物到离地 300右；将货物搬运出仓库；调整方向，对准货运的载货汽车，起升货物到高于货车车厢的高度；前进到货车的装载位置，前倾放平货叉，降下货物；后退抽出货叉，后倾门架并降下货叉到离地 300右；将叉车开入仓库取下一件货物。在上述每一作业循环中，驾车员要多次操作节气门（油门）、离合器、变速器、转向盘、制动器、多路换向阀等。作为车辆，作业时还要避让障碍和人员，驾驶员操作非常复杂繁重以及辛 苦 ,3-。 因此叉车的工作特点是：转向、离合、换挡、制动、起升、倾斜等系统操作频繁。 由此可以看出来，叉车的操作性能对于叉车操作者的重要性，而叉车的传动系统中，变速器，换挡器的好坏决定了叉车的操作性能，所以我们叉车对于它的传动系统有非常严格的要求。这也决定了对于叉车研究的未来的方向，主要是对叉车的传动系统中传动方案的设计及变速器的设计进行突破，这也说明了此次研究的重要性。 叉车分类与构造 叉车的分类 叉车的构造和性能的特点就是：货物重心位于四个车轮所围成的支撑平面之外，有稳定性问题；其底盘系统与汽车、拖拉机、运输车辆相比，有前轮驱动、后轮转向、车速较低、爬坡度大、机动性强、越野性差、结构紧凑、自重较大等特点。 根据叉车的起重量，将其分为小吨位（ 1t）、中顿位（ 2t）、大吨位（ 5t）。 根据动力来源，叉车分为手动叉车（起重量 下） 、内燃叉车（ 42t）、蓄电池叉车（ 3 根据货物与叉车的位置关系，叉车分正面叉车和侧面叉车。正面叉车包括平衡重式叉车（内燃叉车和蓄电池叉车）和前移式叉车（蓄电池叉车，小吨位，室内使用）； 常用分法就这三类，此次设计的就是 3 叉车的结构 叉车的结构紧凑，轴距较短，转向灵活，能在狭窄的场地和通道内作业，能通过比较低矮的仓门；因此叉车非常广泛的应用于车间、仓库、港口、车站等场所，进行装卸、堆垛、拆垛、和极短距离的搬运。叉车对于实现装卸搬运作业的机械化，提高劳动生产率非常重要，是现代物流系统的重要装备。 叉车由发动机 、轮式底盘和门架组成。叉车底盘与工程机械的底盘相仿，也采用刚 4 性悬架，有传动系统、制动系统、转向系统和行走支撑装置组成。 2 叉车传动系统方案拟订 叉车的基本参数拟订 (1) 载荷中心距 C 载荷中心距是货物重心到货叉垂直段前表面的规定距离（ （叉车的载荷中心距一般为标准值） 由上表我们可以选择 C=500 (2) 最大起升高度 2 叉车额定起重量标准 of 定起重量 Q/t h）所能爬上的长为规定值的最陡坡道的坡度值。典型值为 20%。 (8) 型号确定 由以上参数可以确定此叉车的型号为 此次 。 叉车的传动系统方案拟订 传动系统的要求 (1)减 速增距：相对于驱动车轮来说，发动机的转速非常高，需要有一部分固定的减速。从另一个角度来说，减速的目的在于增大转矩，否则驱动车轮将无法克服道路 阻力 ,4-。 (2)改变速比：用来提供不同的车速或适应不同的道路阻力情况。 (3)提供倒档：内燃发动机不能倒转，倒车需要有传动系统来实现。 (4)提供空挡：被牵引或维修时，较长时间切断转速与转矩的传递。 (5)平稳起步：首先内燃机不能带载起动，其次车辆起步时要逐渐加载，避免冲击。 (6)提供差速：转弯或通过不平稳路面时允许两个驱动车轮的转速不同。 而叉车对于传动系统还有 一些特殊的 要求 ,5-。 (1)需要较大的速比。叉车的车速较低，最大车速为 20km/h，要求传动系统总的传动比较大。 (2)有较多的倒档。叉车在作业时常用倒档，频率接近 50%。而此次设计的 此次 也是设计了 3个前进挡和两个倒退挡。 (3)频繁的操作：从上述的操作循环可以看出，叉车的离合器和变速器的操作相当频繁，在这种情况下，需要采用较好的同步器换挡和动力换挡。 (4)提供辅助维修手段。由于叉车的结构紧凑，传动系统零部件的维修与更换非常困难，在设计时就需要着重考虑。 (5)特殊的结构形式。由于结构紧凑，所以我的传动系统就需要采用刚性连接，无万向传动。 传动系统的 方案 拟订 叉车的传动系统一般采用如下几种方式。 (1)机械传动： 此中传动方案有离合器、变速器、驱动桥中的主传 动（轮边减速）等组成。 此种传动方案对应变速器的档位不同时，各有一条牵引力曲线，而且机械传动在档位一定的情况下并不改变发动机的特性，因此它的牵引力曲线的形状与发动机的外特性 6 曲线在某种情况下是相似的，只要当档位数 足够并且速比分配合理时，通过及时的人工换挡，分段逼近理想的传动系统特性曲线。所以在驾驶员合理的操作下，机械传动可以达到最高的传动效率。 当然这也要求操作员的技术很高。而且若是操作不当时，发动机易熄火，冒黑烟，也会增加油耗。 (2)液力机械传动：相当于用液力变矩器取代离合器，动力换挡变 速器取代人力换挡变速器，驱动桥部分也不会变，简称液力传动。 液力传动的特性与传动系统的理想特性比较相近，低速牵引力大，加速快，难呢过自动调速，对于操作员来说，更加方便。但是这也缺少了操作性，最主要的是，他的传动效率低 较 ,5-。 (3)静压传动和内燃点传动：静压传动依靠液 压系统的控制回路 实 现调速，操作方便，也能实现理想特性，但是成本较高不予考虑。内燃电传动采用电动轮方案，基本原理是，有内燃机带动直流发电机，然后用发电机输出电能驱动装载车轮中的直流电动机。其调速和制动油电气系统控制，也能实现理想特性，布置也简单方便。但是成本也太高，所以也不予考虑。 综合以上方案，我初步选择的是机械传动和液力传动 。 机械传动操作性强，结构简单，制造成本在几种方案中时最低的，虽然对操作员的要求较高，但在如今的专业水平下是没有任何问题的。最主要的是它的传动效率是最高的。而且在现在的叉车中有最广泛的运用，在设计上有最完美的方法，在制作工艺上也有比较完全的系统 。 整体结构如图 3。 液力传动，操作方便，也满足理想特性。但是传动相率相对较低。而且在现如今的叉车中，应用比较少，所以技术也不够成熟，制造成本相对较高。 最终，我还是选择了机械传动来实现对 此次 的设计。 传动系统部件的选择与设计 内燃机的选择 根据经验公式 G = 5L + (1) (2) :G)3600 + (3) G 叉车自重 7 图 1 叉车传动系统结构图 of Q 额定起重量，已知为 3t C 载荷中心距 ， 取 500 前轮半径 ， 取 155 轴距 ， 取 1000 限速影响系数 ， = 档动力因素， 3 最大车速 20km/h G+Q 叉车自重与起重量和 传动效率，机械传动取 t 附件功率 最终计算得 G=询参考资 料 ,64105而可以查阅参考资 料 ,7 9550Ne/ 179N m。 主离合器的设计 叉车对离合器的一般要求 接合平顺。保证内燃叉车的平稳起步和平稳换挡，这一方面也要求驾驶员的熟练操作来做保 证 ,8-。 (1)分离彻底。如在起动或换挡过程中暂时彻地的切断动力传递，分离状态要彻底，不要有连带，不能 “拖泥带水”，但也需要由离合器构造和操纵机构保证。 (2)传力可靠。叉车用的主离合器都是常接合的，自由状态为接合状态，有弹簧来压紧。能实现将发动机的输出转矩可靠地传递给传动系统，正常工作状态下不打滑。 8 (3)防止过载。在车辆起步、制动和阻力突然增大时，通过摩擦副之间 的打滑来保护传动系统的各零部件不过载，起极限力矩联轴器作用。 (4)更换方便。这是叉车对此的特殊要求，因为叉车的结构紧凑，但是它的操作有非常平滑，有上述的操作循环中可以看出对离合器的操作也是非常的频繁的。而离合器也是传动系统中不可或缺的一部分，所以要求易更换，在 此次 的设计中，就采用了最常用的在配合变速器第一轴的“抽轴构造”来实现。所谓抽轴构造是指变速器第一轴能轴向移动一段距离，使其与离合器从动盘之间的花键脱开，使离合器从动盘能从上方取出方便更换。 (5)接合可靠。具有合适的储备能力。既能保证传递发动机最大转矩，又能防止传动系统零部件过载。而反映这种性能的参数是离合器的转矩储备系数，储备系数值的大小与原动机和工作机性能、离合器的结构形式等因素有关。 一般取 离合器构造 离合器种类分为：干式离合器，湿式离合器，单片离合器， 多片离合器，经常接合式离合器，经常分离式离合器。 在 此次 的设计中选择经常接合式离合器。 离合器由摩擦衬片、压盘、分离杠杆、分离拨叉、分离轴承和壳体等组成。 对其离合器的摩擦片 D 与 D=300d=175 绘制 构造组装图见图 (1)工作原理 离合器的主动部分由内燃机飞轮 1、离合器盖 5 和压盘 4 等构件。离合器从动部分由带有摩擦片 3的从动片 2，从动片通过 花键与从动轴 9相连，从动轴即变速器输入轴。当从动片被弹簧 (压紧装置 )压紧在飞轮与压盘之间时，产生摩擦力而传递转矩。需要中断转矩时，迅速踩下踏板 12，经过分离拨叉 10、分离套筒 8、分离轴承 7 及分离杠杆 11，使压盘 4 进一步压紧弹簧并离开从动片 2，离合器处于分离状态，不再传递转矩。这些机构统称为分离机构。 当需要离合器结合时，缓慢的松开踏板，压盘会在弹簧力作用下，向左移动而将从动片逐渐压紧，压力逐渐增大时，主、从动片见的摩擦力加大，传递转矩加大。从动片在摩擦作用下逐渐加速，直至与主动件速度一致。 这样的设计才能保证迅速分离，缓慢结合，从而起到传递转矩的作用。 (2)主离合器验算 转矩储备系数：主离合器的最大摩擦力矩 备 ,9-， = 摩擦力矩的验算 M = (4) = 3;33(3;3) (5) F = 0A = 0(3;3)4 (6) 压盘上的总压力； 擦因数，干式：铜对石棉 摩 擦面等效半径 z 摩擦面数，单片去 2 0 需用压强，钢对铜丝石棉 摩擦片面积 由上述经验公式得 D = /,0z(1+1/3 代入所有数据得 D = 60 2(113 = 295 D=300 万向传动的设计 它由两个万向节和一根可伸缩的传动轴就构成了一套万向传动装 ， 万向传动能够“容忍”非常大的距离偏差和角度偏差，可靠地传递动力。 叉车吨位较大，轴距较大时，在布置上可以采用万向传动，优点是可以把发动机靠后，用以平衡叉车载物时的重 量 ,10-。 万向传动的设计应该符合以下两个特点： (1)与中间轴相连的两万向节必须在同一平面内。 (2)被连接的两根轴与中间轴的夹角数值相等。 叉车驱动桥的功能 (1)减速增距：通过主传动、轮边减速 （此次设计未用到），进一步降低转轴、增大转矩，以满足驱动要求。 (2)差速：适应转弯、路面不平、轮胎气压不等造成滚动半径差别等情况。 (3)承载：承装驱动桥机构，承装车轮、制动器、连接门架、车架。 (4)传力：支撑车架，传递重力、驱动力、制动力、侧向力。 10 叉车驱动桥 特点 ,11-: (1)由于车速较低，主传动速比往往较大。 (2)多采用全浮式半轴：只承受转矩，其他载荷有桥壳承担。 (3)有时通过剖分轴瓦直接承装门架，并通过剖分轴瓦直接安装在车架上。 (4)由于叉车结构紧凑，中小吨位往往与变速器刚性连接。 叉车驱动桥的构造 (1)主传动 主传动有称主减速器。由于叉车的车速低，传动系统的总速比大，希望主传动部分能分担速比。 主传动中采用曲线齿锥齿轮副，其优点是不发生根切的最小齿数少，只有 56 个，有利于提高速比，减小尺寸。主传动主要承担固定的速比，一般单机速比 57，双级速比 812。在本次设计中便采用单级速比，并去主速比 0 = (2)差速器 当叉车转弯、在不平路面上行驶或左右轮胎载荷与气压不等而使其滚动半径有差异时，必须允许左右驱动车轮以不同的速度旋转，才能保证正常行驶。因为采用差速器将动力分别传递到两根半轴，并使其有可能以不同的速度旋转。 差速器位于主传动大椎齿轮的中间，是一种空间行星轮机构。在正常情况下，差速器壳带动十字轴并带动行星齿轮公转，行星齿轮拨动半轴齿轮转动，只是行星轮只有公转没有自转，两个半轴齿轮的转速相同。当有差速需要时，行星齿轮既有公转又有自转，是两个半轴的转速不 同 ,12-。 对于半轴，驱动桥壳，车轮，均按照传统叉车的标准选取 。在此不做介绍。 3 变速器设计 叉车变速器的作用 变速变距：通过换挡改变内燃机到驱动车轮之间的传动比，改变驱动力和车速，适用不同的路面。 提供倒档：解决内燃机不能倒转的问题，使车辆能够后退行驶。 提供空挡：较长时间切断动力传递，以便让内燃机无载起动或短暂停车时怠速运转。 叉车中的变速器要求 档位合理：档位数量需要符合设计要求，各档的速比分配要合理。 倒档要多：本次设计要求 2个倒档。 换挡轻便：采用同步器换挡，减小冲击，减轻驾驶员疲劳，提高效率。 11 效率高：采用高效率传动齿轮，工作可靠，噪声小，寿命长。 制造简单：叉车的成本要低，变速器要求结构简单，维修方便。 叉车 变速方案拟定 由于本次设计要求 3个前进挡， 2个倒退挡，所以 需考虑无级变速，采用有级变速。 叉车的传动要求精度高，传动效率高，噪音小，所以全部齿轮选择斜齿轮。 变速器的换挡部分，要求换挡简单，方便，尽量减轻驾驶员的工作压力，所以选择换挡简单的换挡同步器，该结构虽然复杂，但是通过同步锁环的锥面摩擦要进入啮合的齿轮转速同步，使换挡容易，无冲 击 ,13-。 在上述传动部分设计中，已经设计为人力换挡变速器的操作机构。 但在结构上需要满足以下要求： (1)处于空挡的变速器不能自动挂档。 (2)挂档后的变速器不会脱档，并保证齿轮的全齿长啮合工作。 (3)变速器不能同时挂入两个档位。 为满足上述要求，在挂档机构中便设计了变速器换挡的自锁与互锁机构。这使在换挡过程中，驾驶员必须克服自锁弹簧的压力，挤开钢球，才能拨动拨叉轴，起到不能自动挂档的作用。而且一旦进入某一档位，钢球会落入拨叉轴的另一凹坑，从而防止脱档。而在拨叉轴之间 的小孔通道中，有几个互锁钢球和销子，拨叉轴侧面的相应位置也有凹坑，只要有一根拨叉轴移开空挡位置，这些钢球和销子之间就不会再有空隙，阻止其他拨叉轴的移动，从而防止同时挂入两个档位。 速器结构设计 动方案与传动比的分配 设汁一个变速器，首先根据总体设计所确定的档数及行档传动比，拟定传动方案，即确定各档的传动路线和换档方式。根据的原则： (1)尽量缩短传动路线，减少传动路线中的齿轮啮合对数，提高传动效率。在传动比不是很足的条件下，一般采用两级减速传动。档数放多，采用串联式传动可以减少齿轮对数。 (2)尽量使齿轮和釉共用，以减少齿轮 数和轴数，在某些情况下，第一级的被动齿轮可当作第二级的主动齿轮。 配置齿轮和轴时要注意下列问题 。 (1)一对齿轮的传动比不宜选择过大，一般不大于 3，否则齿轮大小悬殊，结构不紧凑。 12 (2)低速档齿轮副受力大，应尽量布置得靠近轴承，以减小轴的变形，保证良好啮合。 (3)采用斜齿轮传动时，应合理考虑齿轮的螺旋角方向，使轴承受力 合理。中间铀上的从动齿轮和主动齿轮螺旋角的方向应该相同，以便减轻轴承的轴向载荷。 (4)相邻档位的齿轮应尽量相邻布置，以便于换档。不同类型的叉车变速器，其档位数也不尽相同。采用前 3 后 2 的变速器。选择最低档传动比时，应根据叉车的最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着力、汽车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。叉车爬坡时车速不高，空气阻力可忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有： m a x 1 0 m a x m a x m a x( c o s s i n )e g i i m g f m (7) 根据车轮与路面的附着条件： m a x 1 0 2e g i i (8) 求得的变速器 1 档传动比为 m a x m a x 21m a x 0 m a x 0( c o s s i n ) r r e rm g f r i T i (9) 1 以取： 1 式中： m= 叉车满载总质量 g= 重力加速度 道路最大阻力系数 r 驱动车轮的滚动半径： 13 英寸 179N*M 发动机最大转矩 0i = 主减速比 r 叉车传动系的传动效率 = 道路附着系数 最高档传动比 13 3 0发 轮2450 发动机额定转速 r轮轮= (10) 3 由于最大时速为 20km/h，由 0 3 (11) 得 = 前进中间档速比： 2 1 3g g gi i i=42= (12) 倒档 1 速比： 取1档 2 速比： 2 反算各档速度： 1发 2/0 变 =h (13) 22.3 km/h 30.0 km/h 1h 2h 变速器主要参数 传动方案确定后，可根据计算转矩确定中心矩 A、模数 M、齿宽 b、螺旋角 等参数。 (1)齿轮轴中心距 中心距的大小直接影响变速器尺寸的紧凑 。 因此，在传递最大转矩、齿轮强度足够， 14 结构布置可能实现的条件下，应尽可能采用较小的中心距。对于叉车来讲，绝大多数变速器的输入轴和输出轴不同轴线，因此第一级传动和第二级传动的轴距可以不相等。我们首先要确定中间轴和输出轴的中心矩 所传的转矩最大。其他轴之间的中心距可以由结构设计确定。初选中心距 ，可用经验 公式 ,14-； 3 1k =10 179 43 = (14) 取 A=100 式中： 10 按发动机的最大转矩直接求 A 时的中心矩系数 (2)模数 m 常啮合斜齿轮，可按下式初选法向模数 3m a x= 0 (15) 式中： 内燃机最大转矩 从齿轮应力的合理性及强度考虑，每对齿轮应有各自的模数，但从工艺性考虑，一个变速器的齿轮模数应尽量统一，多用折中方案。 m = 1357 (3)齿轮宽度 斜齿轮 b=(6 0 (16) 对低档齿轮，齿宽系数取较大值。 （对于齿轮 1，由于是齿轮轴上的齿轮，所以宽度去 0） (4)斜齿轮的螺旋角 确定螺旋角 0时，主要是从它对啮合性能、齿轮强度的影响以及轴向力平衡等方面综和考虑。 0增大时，齿轮啮合的重合系数增大，运转平稳；在一定范围内 (02 所以重合度符合要求 ，各齿轮主要参数见下表 5 表 5 各齿轮主要参数值表 of 轮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m 数 24 22 28 30 18 54 50 44 20 22 d 66 61 77 83 50 149 138 121 55 61 1 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 (3)斜 齿轮材料选择 材料选择 20碳淬 火 ),17-； 21 (4)斜齿轮强度校核 11 H A v H Z Z K K K (39) 式中： 强度系数（ N/ 2 对钢制齿轮：Z 节点区域系数： 22 c o s c o sc o s s i = (40) 其中： t= t a n t a n 2 0a r c t a n ( ) a r c t a n ( )c o s c o s 2 4 . 2 8n = (41) n=20 =a r c t a n ( t a n c o s ) = a r c t a n ( t a n 2 4 . 2 8 c o s 2 1 . 8 )= (42) t 端面重合度；非变位齿轮： t = t =Z 螺旋角系数 Z= = (43) Z 重合度系数 Z= 1= (44) 其中 = 查 ,18-: 端面分度圆切向力： 1=10 (45) jT=179 Nm (46) 22 0 传动系所计算的零件之前的总传动比 r 传动系所计算的零件之前的总传动效率 主动齿轮分度圆直径 d=67.9 b 齿宽 b=20 被动齿轮与主动齿轮的齿数比 = 16/14=K 接触强度计算的使用系数，插车第一轴常啮合齿距.1 动载系数 23( ) 1v t p f C v B C v B C v B (47) 分度圆处的圆周速度： v = 10360 = 8) 精度等级选为 8 级 ,19- K 齿向载荷分布系数： 按机械零件调质 8 级公式计算 2 2 31 . 1 5 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 3 1 1 0H d (49) d= 2 31 . 1 5 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 0 . 2 4 ) 0 . 2 4 0 . 3 1 1 0 16 =为： 以： 12=K 齿间载荷分配系数： 因为 0320 =00 (50) 所以 =23 可得 11 H A v H Z Z K K K (51) = 0 =用表面接触应力 j S (52) 式中： 考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数，接触疲劳寿命系数5-，其中 N 的计算方法是：设 n 为齿轮的转速（单位为 j 为齿轮没转一圈时，同一齿面捏合的次数；位为 h），则齿轮的工作应力循环次数 N 按下式 计算 ,20-： 60 hN (53) 取.1 齿轮的疲劳极限，接触疲劳迁都极限值 ,21-。 取1650 S 疲劳强度安全系数，对接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声、震动增大，并不立即导致不能 继续工作的后果，故可取 S=。 所以得 li m H N =1815 (54) 因为 齿轮的接触疲劳强度满足要求。 齿根弯曲应力W的计算 S A v F Y Y K K K (55) 24 式中： 使用系数，叉车第一轴常啮合： 动载系数，与接触应力计算的K 齿向载荷分配系数：K 齿间载荷分配系数： 螺旋角系数： m i 20 (56) 纵向重合度： m =20 = (57) 1 . 0 5 2 4 . 2 81 0 . 7 9120Y 载荷作用于单对齿啮合区上界点时的齿形系数： 因为当量齿数以Y 载荷作用于单对齿啮合区上界点时的应力修正系数， S A v F Y Y K K K (58) = 20 1121 用齿根弯曲应力的上限W，对渗碳淬火表面硬化合金钢： W=m i T N （ 59） 25 式中： 弯曲强度计算的最小安全系数： 实验齿轮的应力修正系数： 弯曲强度计算的应力修正系数： =Y 相对齿根表面状况系数：W= 1 0 5 0 2 1 . 0 5 0 . 9 4 3 4 0 . 9 5 71 . 3 =W故斜 齿轮 设计强度 满足要求。 变速器轴的设计计算 (1)变数器轴的参数设计 变速器轴在工作中承受着转矩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。刚度不足会产生弯曲变形，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。 轴的尺寸可根据经验公式初步选定轴颈尺寸，然后再进行验算。设计时应力求减小变速器的轴向尺寸，以提高轴的刚度。 变速器的最大直径 d 与支撑间的距离 L 可按下列关系初选： 对 输入轴 及中间轴： 输出轴 ： 出轴 与中间轴的最大直径 d 可根据中心距 A（ 下式选： d=( 初选的轴径还需根据变速器的结构布置和轴承与花键、弹性挡圈等标准及轴的刚度与强度验算结果进行修正。在进行轴的刚度和强度验算时，欲求变速器第一轴的支撑反力，必须先求出第二轴的支撑反力。应当对每个档位下的轴的刚度和强度都进行验算，因为档位不同不仅齿轮圆周力、径向力和轴向力不同，而且着力点也有变化。验算时可将轴看作是铰接制成的梁 。 输入轴 的计算转矩为发动机最大转矩输入轴的直径及箱内长度 L 如下： 26 初选 输入 轴的直径为： 3179 =26 (60) 因为轴上前端有花键，所以取： d =25L=380零件图 具体表示出了轴的各段直径分配及轴肩等的位置。 中间轴 的直径 为了方便制造，节约成本。 取 5零件图 具体表示出了轴的各段直径分配及轴肩等的位置。 前进档轴 d=25零件图 具体表示出了轴的各段直径分配及轴肩等的位置。 倒退档轴 d=25于倒退档，在 此次 的设计中，只起到换向作用，不作为主要受力轴，所以做成齿轮轴，节约成本。（在零件图中也不予画出） (2)轴的强度校核 在进行轴的强度校核时，首先根据轴的具体受载情况来确定相应的计算方法。对于变速器中承载斜齿轮的轴，我们可以确定其，即受到了 扭矩，又受到了弯矩，所以应按弯扭合成强度条件进行计算。（由于设计中没有做寿命要求，所以未作出疲劳强 度校核）。 初步选择滚动轴承。由于使用斜齿轮的原因 ，所以选择圆锥滚子轴承。 轴的设计尺寸 5。所以选择型号为 7205E 的轴承，其参数为 d=25;D=52； T=15；做出轴的受力简图如 图 9 求轴上的载荷 = 211(61) = (62) 1 (2 +3) = 3 (63) 2 (2 +3) = 2 (64) 1 (2 +3) = 3 (65) 2 (2 +3) = 2 (66) 齿轮所受切向力 齿轮所受轴向力 1 、 2 水平面的支反力 27 图 3 轴的受力简图 of 制弯矩图和扭矩图。 如 图 10 图 4 轴的弯矩和扭矩图 of 1 、 2 垂直面的支反力 28 依据上述数据和公式得如下 表 5 表 6 计算结果 荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 1 = 6100N; 2 = 3150 1 = 2430; 2 = 1340 弯矩 M = 323662 1 = 128182; 2 = 137685 总弯矩 1 = 348120 2 = 351730 矩 T 1 = 1790000 弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面，而 1轴上的危险截 面都有可能。所以先选择 A 截面校核。根据上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 = 且在 取花键参数 D=22， d=19，B=8， W=12:(1)2 = (67) 前已选周到 材料为 45 钢，调质处理，查得 ,;1- = 60 M。因此 ,;1-， 故安全。 现选择 上诉对 A 截面的算法，得 12:(1)2 = ,;1- (68) 故也是安全的。 其余三轴的校核 对于其余三轴，他们的轴径均比 1 轴大，而且承载均比 1 轴小，所以一定也是安全的。这次就不一一校核。 4 结论 此次设计结合现如今叉车市场的发展，设计的是中等吨位 3t 叉车。其传动方案和变速器结构都是现如今叉车发展方向的主流设计方法。在 21世纪， 内燃叉车带来的燃油成本 ,以及社会能源紧张程度还未达到需要叉车行业寻求变革的地步 内燃叉车的动力性能更强 ,行驶速度、货叉升降速度、牵引力等都优胜全电动叉车。全电动叉车：高效免维护的 确保电瓶的更长使用寿命； 双驱动变速箱油浴齿轮，长保润滑，低噪音高性能，长期免维护； 再生制动功能，延长电池有效使用时间；行走和起升电机采用全交流技术，更高效可靠；智能的可编程液晶显示屏，能够显示故障 29 代码，易发现车身故障，减少检测时间，提高维修效率；易维护的刹车系统，使刹车更加安全和舒适；电机在刹车减速 过程中，起到制动作用； 防滑制动功能，能使叉车即使在斜坡上也能安全停车。 本设计具有的优点 ; 此次设计的 此次 型号叉车在传动系统和变速器方面做出了改进。较以往的叉车有如下优点： (1)结构紧凑，运行平稳。；本次设计的叉车传动系统的设计结构紧凑，大大节省了结构体积。采用万向传动，使中心往后移，大大增加了叉车运行过程中的稳定性。 (2)换挡顺滑，操作手感好；在叉车的变速器设计中，采用了同步器加离合器换挡，在换挡时，没有了顿挫感，使驾驶员在操作过程中，尽量减少疲劳感。 (3)噪声小，传动平稳，效率高；叉车的传动齿 轮，均采用斜齿轮，斜齿轮传动具有传动效率更高，更节省空间的作用，而且啮合更平稳，噪声小。所以叉车的运行中噪声小，运行平稳。 (4)结构简单，大大降低了成本。采用机械传动，不但使结构简单，而且方便制造。大大降低了生产成本。 本次设计的不足： 虽然本次设计尽量接近叉车现在的发展状况，但是在设计上任然有些许不足： (1)发动机适用内燃机；现在在欧美地区的叉车，已经以电动叉车为主流，所以还是与现在最先进的技术还是有不小差距。 (2)变速器的制造成本较高；变速器全部采用斜齿轮，斜齿轮的传动的制造成本还是远远高于直齿轮 的。 参考文献： 1内燃叉车传动系统 J. 北京：北京起重运输机械研究所， 2007:42王建国 M机械工业出版社 3徐杨 M. 北京 :中国农业出版社 054叉车构造与设计 M. 北京 :机械工业出版社 55械设计手册 M北京 :化学工业出版社， 2003:2346纪名刚 M. 北京 :高等教育出版社 787陈作模 机械原理 M. 北京 :高等教育出版社 78现代机械设备设计手册 M. 北京 :机械工业出版社 03 30 9国内叉车市场现状及产品发展趋势分析 J. 安徽：安徽省公路管理局， 2010:510内燃叉车行业的现状和未来 J. 安徽：安徽合力股份公司技术中心， 2006:211互换性与测量技术基础 M. 湖南 :湖南大学出版社 1212材料力学 M. 北京 :高等教育出版社 5613彭文生 M. 北京 :高等教育出版社 3414 北京 :电子工业出版社 415, :A 16现代机构手册 M机械工业 出版社 0217现代机械传动手册 M京 :机械工业 出版社 12 18现代机械动力学 M. 北京 :北京工业大学 出版社 1319秦伟 M. 北京 :机械工业 出版社 5620机械设计基础 M. 北京 :机械工业 出版社 421机械 制造 基础 （切削加工） M. 北京 :北京工业学院 出版社 2致 谢 本设计是在 杨文敏 老师的悉心指导和热情关怀下完成的， 杨文敏 老师在我的毕业设计写作过程中，严格要求，精心指导，对我不清楚的问题进行了认真的解答，并为我指出更正了设计中的不当之处，使我在整个过程中少走了很多弯路，在这里，对 杨文敏 老师表示特别感谢。另外，在毕业设计写作过程中，各位同学也给予了我很大的帮助，使我感受到了合作和信息共享的重要性。还要感谢的是家用电器商城的工作人员，销售人员们，他们对我的热情介绍，使我充分地了解了市面上的 叉车 的优劣之处，对我的毕业设计的完成有很大的帮助，其余未提到的对我有帮助的人员，在此一并感谢。 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计）任务书 学生姓名 欧阳敏 学 号 200940614306 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 (2)班 指导教师及职称 杨文敏 副教授 学 院 工学院 2012 年 12月 3 日 填 写 说 明 一、毕业论文（设计）任务书是学校根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。 二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。 三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。 四、任务书一经下达，不得随意更改。 五、各栏填写基本要求。 （一）毕业论文（设计）选题来源、选题性质和完成形式： 请在合适的对应选项前的“”内打“”，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。 （二）主要内容和要求： 1工程设计类选题 明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。 2实验研究类选题 明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。 3文法经管类论文 明确选题的任务
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