毕业设计（论文）-小型装载机变速箱的设计

学校代码：10184学号:2144020697学校代码：10184学号:2144020697延边大学本科毕业设计说明书本科毕业设计（题题目：小型装载机变速箱的设计学生姓名：学院：工学院专业：机械设计制造及其自动化班级：2014级指导教师：二〇一八年五月

延边大学本科毕业设计说明书摘要车轮式装载机是一种进行工程建筑，工程水电，码头，各种矿山等用于建设工程的铲土，运输的机械类相关的工程运输机械车。其具有许多优点，例如:降低工作所有的时间，再少的时间内有更多的产量，减少人工付出劳动力，降低成本等。使得各项建设工程完成速度加快，保证工程完成质量，其在世界机械工程领域内有着独一无二的地位。车轮式装载机的主要构成之一的变速箱是重中之中，它可以实现使汽车按照不同的速度进行前进与后退，省时省力的使汽车完成各项作业，为其操作提供了有力的基础。本设计主要针对车轮式装载机的变速箱，包括变速箱的总体结构，运作原理，装配方式，以及各个部件的设计数据，根据我国变速箱的历史以及现实的发展，以及各项数据指标设计出整体变速箱，并进行主要零件的设计和验算核对，保障此变速箱的有效使用。关键词：变速箱；齿轮；轴承；轴；装载机

AbstractWheelloaderisakindofengineeringtransportmachinery,whichisusedforengineeringconstruction,engineering,hydropower,wharf,andvariousminesforconstructionengineering.Ithasmanyadvantages,suchasreducingoperationtime,increasingproductivity,reducinglaborcostandsoon.Sothatthecompletionspeedofvariousconstructionprojectsisspeededup,andthequalityoftheprojectisguaranteed.Ithasuniquestatusinthefieldofworldmechanicalengineering.Oneofthemaincomponentsofthewheelloaderisthatthegearboxisinthemiddleoftheweight.Itcanmakethecarmoveforwardandbackatdifferentspeed,savetimeandefforttocompletetheoperationofthecarandprovideapowerfulfoundationforitsoperation.Thisdesignmainlyaimsatthegearboxofwheelloader,includingtheoverallstructureofthegearbox,theoperationprinciple,theassemblyway,andthedesigndataofeachcomponent.Thedesignandcheckingofthemainpartsaredesignedandcheckedoutaccordingtothehistoryandactualdevelopmentofthegearboxinourcountry,aswellasthevariousdataindexes.Checktoensuretheeffectiveuseofthegearbox.Keywords:Gearbox;gear;bearing;shaft;loader

目录第一章 引言 引言1.1设计背景1.1.1装载机发展史变速箱第一次问世在20世纪初，其前身是一台拖拉机，其发动机是安装在车身的前端，与如今的装载机相比，它的前面轮子较小，后方车轮较大，通过前轮的转向实现整车的变向，驾驶人露天工作，翻斗则是通过绳子提升下降，翻斗可容纳大约0.8立方米的泥土，整车重量约700公斤，动力小，作业效率低，直到如今未有任何数据和资料可以证明它属于哪个公司制造。而1947年，新一代的装载机横空出世，由一家美国公司制造，它抛开传统式装载机的结构形式，采用特别制造的车身及底盘，较之前的装载机相比，它的动力大，节省工作时间，可以进行运输石头，木材等重量较大的材料，直至1952年，较为成型的装载机重新登上历史舞台，它的主要特点：发动机位于整车的后端，并通过变矩器，柴油机，变速箱等部件，完善了装载机在工程机械中的地位。并通过其强大的动力，翻斗的切入力，工作的产量增加了很多，人们使用的方法不再复杂。60年代初，装载机迎来一项重大突破，与传统装载机不同，它的前车身与翻斗一同运作转向，整车的车架采用铰接的方式，将车身分为翻斗前车身，后车身发动机的两部分，装载机的操作更加灵活，并广泛被许多施工使用，工作能力显著提升，大大减少了工作人员劳动程度。1.1.2装载机的类型装载机按照作业地点的不同可分为车轮式装载机，履带式装载机两大类型，车轮式装载机可使用于陆地建筑工程，浅滩建筑工程，马路等，根据其操作灵便，生产效率高等特点被广泛使用，履带式装载机可以用于港口，码头，桥梁建筑工程，采沙等江河建设工程中，履带式装载机的动力输出源功率相对很大，可克服较为恶劣的工作环境，但由于履带的原因使其工作环境有所限制，行动及转向较为不便，生产效率比车轮式装载机低。装载机按照发动机及翻斗载重大小也可分为：重型装载机，轻型装载机，重型装载机的发动机功率大约在140-600kW之间，轻型装载机的功率大约在20-150kW之间不等，重型装载机适用于较大型工程，例如：桥梁，建筑等，而轻型装载机一般适用于小型工程，例如：马路，港口货运等。装载机按照翻斗配置方式的不同可分为：前端装载机，后端装载机，前端式装载机的工作工具在车身靠前的位置，装卸货物主要有车身前端来完成，适用于土方，石方的短程运输工作，后置4端式装载机的翻斗位于装载机的车身后端，装卸货物主要有车身后端来完成，适用于货物，材料的长途运输工作，工程上前端式装载机和后端式装载机相互配合使用较多。1.1.3变速箱的发展史1889年，法国一家公司成功研制世界第一台变速箱，通过手动换挡方式实现汽车在不同速度下的行驶，使得人们操作汽车更加灵活方便，为未来汽车在生活和建设工程中提供了重要的基础，并使得当时所有工业的生产效率大大提升，但因当时科技发展的限制，变速箱的结构较为简单，且使用范围较小。科学技术发展的很快，手动变速箱也会随着发展变得越来越好，在历史的长河中，变速箱发展的越来越便捷，并且可实现多档位之间的各种变换，结构也越发复杂，通过多档位之间的不同变化，汽车在我们的生活中体现着更加重要的地位。1901年，变速箱的发展历史迎来了一次重大的突破，由传统的手动换挡改进成自动换挡，此举成为了汽车行业的跨时代杰作，它通过改变传统驾车习惯的方式使人们意识到汽车可以操作的更加方便，快捷。因为那时的汽车发展程度不是很好，初代自动变速箱只能实现两个速度比，但其可以让汽车在工作时可以很平稳，燃油率也大大降低，节省了资源的消耗和人们的生活成本。变速箱发展到如今，从很久以前的人们手动操控慢慢成为了自动形式，自动形式又升级为无级形式，无级变速箱使得汽车的传动效率更高，并且燃油的消耗率也逐渐减少，汽车运行平稳，增加的人们的舒适程度，提供了更好的驾车体验。1.1.4变速箱的部件本设计主要研究手动变速箱的结构部件，手动变速箱的主要部件有：同步器，换挡装置，离合器，传动轴，传动齿轮等部件组成。离合器：离合器顾名思义就是将变速箱的主要部件短暂的分离开，其是将变速器与动力部件进行短暂的分离，然后在这期间完成重要的汽车换挡操作，让汽车可以用不一样的速度行驶，改变挡位之后，再将变速器与动力装置结合到一起，使得汽车继续平稳运行，变速箱离不开使用离合器。同步器：因汽车的行驶速度不同，所以会造成汽车变速器内的各个齿轮的转速度不同，而同步器则是将汽车变速前将即将啮合的各个齿轮之间的速度同步，使得其运转速度一致，便于齿轮直接的更好配合，同步器广泛用于汽车变速箱中，是变速箱不可或缺的主要零件之一。传动轴:轴是变速箱内传递柴油机动力源的主要零件，由于不一样的车，不同工作环境的需要，传动轴系统可有许多根轴组成，各个轴扮演者不同的角色，有的是接受动力的轴，有的是中间用于传递前一根轴动力的轴，有的是将动力输出个下一个装置的轴，轴与轴之间的结构形式，构成了变速箱的整体结构，传动轴系统也可看作变速箱整体的“骨架”，它们通过平行配置，垂直配置，角度配置安装在变速箱内，大大减少了变速箱的整体尺寸，提高了零部件的空间利用率。齿轮组：变速器的使用则是通过不同轴上的齿轮组相互工作，以达到不同的传动比和速率比，各个齿轮的尺寸会有所不同，通过齿数间的不同进行配合运转，从而使得变速器达到变速的作用，传动轴上的齿轮要求较高，为防止齿轮出现变形，断裂，磨损，粘合等失效形式，设计时应该按照要求严格选择齿轮的材料及尺寸，因此齿轮的设计既要满足装配方案，又要满足齿轮不会发生重大损坏。齿轮组好比变速箱中的“血液”，它是传递动力，实现汽车变速的重要部件，齿轮传动也大大增加了机械传递的效率，并且结构很简单，传递动力的性能比较平稳，广泛用于各大小机械中。倒挡：倒挡装置相比人人都有所耳闻，变速箱一方面可以调节汽车行驶时的速度大小，一方面进行汽车行驶方向的转换，倒挡装置一般只有一个档位，通过手动换挡的方式，将动力输入轴上的齿轮与倒挡轴上的齿轮相互配合，实现反转轴的运转，以达到让汽车反向行驶的目的。倒挡装置也是变速器中重要的零部件之一，若没有它，汽车无法后退行驶，只能前进行驶。操作杆:操作杆是变速箱结构部件的“指挥者”，人们通过对操作杆的调节，使操作杆对变速器的内部结构进行调整，便于各个齿轮组之间的操作以及轴与轴之间的运转，操作杆的地位毋庸置疑，有了它，使得人们与变速箱进行沟通及交流。箱体:箱体是变速箱的外包装，相当于人类的“衣服”和“皮肤”，它将变速箱的所有组成部件包装起来，可以起到保护各部件的平稳运转，主要零件之间油液的润滑，减少部件之间的摩擦及磨损，提高了传动的效率，增加的零件的工作时间，箱体保障了变速器部件的安装，使其平稳运行，并且可以有效的将变速箱整体与车身相连接，使其完美融入汽车当中，充当汽车部件中重要的角色。1.1.5变速箱的作用及未来趋势纵观变速箱从古至今的发展我们可以看出，变速箱给人们的生活和工作留下很深刻的印象，变速箱通过安装在各种汽车上，实现它的供用，变速箱的作用有许多。例如：人们通过操作机构进行变速箱的使用，变速箱通过调节其内部的每一个构件之间的关系，改变传动比例，让汽车在所需不同速度下行驶，当汽车行驶在车辆较少，道路情况较好的地方，可以应用传动比较小的运转，实现汽车高速行驶，当汽车位于道路情况较差，需要较大动力时，可以使用较大的传动比，以便实现汽车的低速平稳行驶，变速箱还可以通过对不同传动轴的使用，实现汽车的后退行驶，例如：在道路拥堵的情况下或者路况条件差的情况下，人们可以通过对变速箱的使用，来实现汽车的后退行驶，及时调整汽车的位置和方向，便于汽车有效快捷的行驶到人们想要的位置，这也是变速箱的又一大功能。随着科学技术的不断发展，未来的变速箱一定会与人工智能相结合，人工智能会取代人们驾车时的繁琐操作过程，将人工智能运用于变速箱的运转，会使人们在操作汽车时，不必要进行复杂的过程，各档位之间的不断变换，无需人类操控，可有智能设备帮助人们操作。1.2设计内容本设计是根据LJ-930装载机的各项数据，进行前进二挡和后退二挡型变速箱的整体和部件设计，包括多项内容：各项数据的计算，传动轴的尺寸大小设计，使用时间与强度验算，齿轮的尺寸大小设计与材料选则，强度验算，变速箱整体机构的安装方案，运行顺序，轴承的选择，安装位置及强度检验等。

变速箱设计前提2.1车型的选择2.1.1装载机的选择本设计是研究车轮式装载机的前进二挡和后退二挡型变速箱，装载机是一种工程机械，在很多装置和应用上有较大比例，装载机可以进行货物搬运，材料运输等大型短途运输工作。本变速箱设计车型来源于LJ-930装载机，如图2.1。图2.1LJ-930装载机2.1.2车型主要数据本设计来源LJ-930式装载机各项主要参数，包括基本数据（表1），前进挡行驶速度，后退挡行驶速度（表2）等。

表1主要数据参数类型参数值装载机型号LJ-930额定载重1.6t装卸方式前置式装载机机械类型小型装载机行走方式轮胎式标准功率47kW翻斗容量1.5m刹车系统气刹表2车身参数类型参数值轮胎尺寸205mm-160mm轮胎类型原生橡胶胎驱动桥轮边驱动方式四轮驱动整机重量5.1t表3行驶速度参数类型参数值前进1挡0-10km/h前进2挡0-26km/h后退1挡0-9km/h后退2挡0-25km/h2.2变矩器的选择变矩器（图2.2）在整个装载机里是必须要注意的部件，变矩器是有着很高的地位，变矩器有时又可看作是离合器，例如：装载机内的发动机以很小的速度运行的时候，或者发送机工作情况不好时，变矩器可以充当发动机与变速箱之间的纽带作用。变矩器最大的特点是它可以增加装载机的扭矩，它会让泵轮变得转的很快，而涡轮的运转的速度就比较小，将二者同时配合使用，达到增大扭矩的作用，这样可以使装载机起动动力加大，行驶驱动力较大，从而完成一些重型运输工作。变矩器还可以进行停止，保护的作用，它在挡泵轮运转速率和涡轮运转的速率正好相等时，将装载机的离合器进行关闭和停止，这样装载机发动机所有的输出动力，将会全部传进装载机的变速箱，并对离合器等部件进行保护。图2.2变矩器变矩器是设计装载机变速箱的首要前提，通过对变矩器的主要数据，从而进行变速箱的数据设计，纵观多种变速器，本设计使用正转液力变矩器（单个涡轮）。选择变矩器的重要参数也是本设计重要前提之一，根据变矩器的类型，可选择多种变矩器型号，例如：280或者265型变矩器，变矩器主要参数的计算公式可见表4。表4变矩器计算公式参数类型计算公式传动比i=变矩比K=传动效率η=

表5公式字母含义参数含义K变矩比M涡轮力矩M泵轮力矩n泵轮转速n涡轮转速P泵轮轴输入功率P涡轮轴输出功率η传动效率i传动比表6参考数值数值类型数值最低效率η0.75最大效率η0.8最大变矩比K3.0最小变矩比K2.0最小传动比i0.4最大传动比i0.82.3柴油机的选择柴油机还可以叫做发动机，柴油机是装载机动力总来源，它是一切动力的源泉，发动机主要有两个类别，分别是柴油机和汽油机，本设计所使用的是柴油机，柴油机顾名思义就是燃烧柴油的发动机，它可以通过燃烧柴油来获得能量，并将能量输送出给其他部件。柴油机是由德国人发明的，因此也以它的名字来命名，柴油机的工作过程是由4个进程组成的，进气，压缩，做工，排气。柴油机所使用的柴油一般液体的粘度都会相对大一些的油类，它可以保留一段时间，而不会轻易挥发，所以便于使用，而柴油机的工作过程是将空气吸入，然后将其进行压缩，空气体积变小就会变成有很高温度和高压力的气体，将高温高压的气体释放进气缸中，紧接着释放油箱中的油液，二者混合，油液的燃点比较高，所以与高温的气体相结合之后便会燃烧，气体将会产生巨大的膨胀，向外扩张，因此，扩张时所产生的能量，会推动活塞移动，使汽车行驶，而做功后的气体我们叫做废气，它随后就会被柴油机排除。柴油机有很多优点，比如它可以产生较大的动力，输出的功率较大，而且制造成本相对于汽油机更加廉价，更加经济，柴油机比汽油机更节省燃料。柴油机的缺点相信大多数人都会有所了解，例如：柴油机运转时声音很大，污染有些严重，柴油机工作时会伴随着巨大的黑烟，对环境影响很大，柴油机的结构较大，因此尤为笨重，只有需要使用较大功率和动力的车上会使用柴油，因为装载机的用途多为大型建设工程，所以本设计采用柴油机。本设计根据变矩器主要参数以及装载机的载重量，工作环境，选择4102型柴油机，4102型柴油机可以提供较大动力性能，可以保障装载机的牵引力，崛起力很高4102型柴油机可见图2.3。图2.34102型柴油机4102型柴油机的型号有很多，分别属于不同的厂家，本设计所选择的4102系列柴油机是由潍坊发动机公司制造的，它的型号有K4102D型及ZH4102Y4-3型本设计选择ZH4102Y4-3型。详情参考表7。表74102型发动机型号功率K4102D33kW-36kWZH4102Y4-347kW-51kW根据两款类型的4102系列发动机，我们选择ZH4102Y4-3型号的，考虑到其功率大，可以较好的应用于需要强大动力的装载机。ZH4102Y4-3型柴油机的具体数据可参考表8。表8ZH4102Y4-3型主要数据参数类型参数值功率47kW-51kW转速2400转最大扭矩222N·m气缸数4额定电压400/230v旋向逆时针冷却方式水冷工作循环4冲程用途工程机械选择了变矩器和柴油机的类型和主要数据，可以进行变速箱的设计计算以及校核计算。变速箱的设计离不开这二者的主要参数。

变速箱设计3.1方案内容根据柴油机和变矩器的型号，查得二者的主要数据，根据主要数据进行变速箱的设计，设计成向前走有两个档的速度，向后走有两个档的速度的定轴式变速箱，变速箱传动系统中尤为重要的三个部件，分别为：变速箱，变矩器，差速器缺一不可。三者相互利用，构成了装载机行驶的必要基础。车轮式装载机的变速箱使用的是机械传动，而机械传动主要有齿轮组，轴等必要部件所构成，所有本设计重点是进行齿轮，轴等部件的设计计算以及其校核检验。本设计选用的离合器为摩擦式离合器进行换挡，变速箱中的每两个轴之间采用最多两档的变化速度，摩擦离合器更加适用于大型装载机械，比如本设计中的装载机，或者大型压路机，挖掘机中，因换挡的要求较少，所有完美适用于装载机。3.2传动比传动比最髙档时的计算公式i公式参数的含义：rk-imin-vmax-nmax-变矩器最高根据表2可知，轮胎宽度为160mm，曲率为70%，可得r根据选定表8变矩器的额定转速n及表6变矩器最大传动比imaxn根据表3装载机行驶速度可知最大行驶速度约是26通过以上数据可得i传动比最低档计算公式i根据选定表8柴油机的额定转速n及表6变矩器最大传动比iminn根据表3装载机行驶速度可知v通过以上数据可得i变速箱一档和二挡传动比传动路线见图3.1所示。图3.1传动路线

根据传动路线图可知，装载机以一档行驶时，变矩器传递给车轮的最大传动比为44，而变矩器输出给车轮的传动比和减速器的传动比，一档传动比有关，可得i公式中参数含义：ij-iΙ-iq-由此可得：i查得减速器传动比ij=5，ii同理可知二挡传动比：i传动路线根据图3.1可知，传动路线分为4条分别是第一条：Z1-Z3-Z5-Z8-Z7-Z9（前进一档）第二条：Z2-Z11-Z10-Z3-Z5-Z8-Z7-Z9(后退一档)第三条：Z1-Z3-Z4-Z6-Z7-Z9(前进二档)第四条：Z2-Z11-Z10-Z3-Z4-Z6-Z7(后退二挡)根据传动路线图可得出每条路线传动比，分别是：第一条：i第三条：i第二条：i第四条：传动齿轮设计及检验4.1传动齿的主要数据4.1.1齿数与传动比的确定齿轮传动应用十分广泛，齿轮传动是根据齿轮之间的运转来传递动力的，齿轮传动与很多的有点，比如：齿轮传动可以使传动更加平稳，发动机输出的能量会很好的传送，效率较高，齿轮传动工作性能较好，并且可以减少部件的尺寸，使整个箱体的结构不会松散。本设计中的齿轮共有11个，以低速运转的齿轮的安装位置因尽量靠近轴的两端，从而减少轴的挠度，而且齿轮齿数的确定也是齿轮设计中很重要的一部分，设计的齿轮齿数要满足不会发生根切的现象，并且一对工作齿轮的传动比不能太大，会使造成整个变速箱会变得很笨重过大。通过以上条件我们可以得出以及传动路线图我们可以知道，齿轮5，齿轮4，齿轮3在同一条轴上，并且需要保证各个轴之间的齿轮不会重合。传动比由于一对工作齿轮的传动比不要太大(小于3)，并且，当装载机1挡行驶时的传动比最大，二挡行驶的传动比最小，所以我们可以选定传动比。传动比（前1档）：传动比（后1挡）：传动比（前2档）：传动比（后2档）：齿数齿数的选择需要满足最小齿轮5不会发生根切，根据不发生根切的条件，选定齿轮5的齿数为19，齿轮1最小当量齿数23，且满足Z5+Z3=Z4+Z6，Z2+Z5＜Z1+Z3这样就可以知道每个齿轮的齿数：齿轮1有23个，齿轮2有25个，齿轮3有23个，齿轮4有40个，齿轮5的齿数为19，齿轮6的齿数是21，齿轮7的齿数是25，齿轮8的齿数为42，齿轮9的齿数是25，齿轮10和齿轮11齿数分别是23和25。3）模数齿轮模数m是齿轮参数中非常重要的数据之一，齿轮模数计算公式为m=0.7M公式参数含义：Mmax-最大输出扭矩（N·mm）Me-输入轴最大扭矩，取值220.7×3÷10.1=43.7iΙ-1可得出模数m=3.71mm，选定m=5.5mm。4.1.2传动齿的各项数据根据齿轮计算各计算公式可以计算出各对啮合齿轮的主要参数齿轮1和齿轮3的主要数据计算结果：齿轮1：齿根高=6.8mm，齿顶高=5.5mm，齿根圆的直径求出是120.89mm，齿顶圆直径=145.6mm，分度圆直径=134.6mm，齿轮3：齿根高=6.8mm，齿顶高=5.5mm，齿根圆的直径长度为120.89mm，齿顶圆直径=145.6mm，分度圆直径=134.6mm，中心距=134.6mm。齿轮5和齿轮8的主要数据计算结果：齿轮5：齿根高=5.9mm，齿顶高=6.5mm，齿根圆直径求得为99.11mm，齿顶圆直径=124.2mm，分度圆直径=112,2mm，齿轮8：齿根高=7.9mm，齿顶高=4.5mm，齿根圆直径尺寸是230.11mm，齿顶圆直径=254.9mm，分度圆直径=245.83mm，中心距=178.5mm。齿轮4和齿轮6的主要数据计算结果齿轮4：齿根高=6.8mm，齿顶高=5.5mm，齿根圆的直径长度是220.29mm，齿顶圆直径=245.1mm，分度圆直径=234.1mm，齿轮6：齿根高=6.8mm，齿顶高=5.5mm，齿根圆的直径尺寸是110.79mm，齿顶圆直径=134.1mm，分度圆直径=178.6mm，中心距=178.52mm。齿轮7和齿轮9的主要数据计算结果齿轮7：齿根高=6.8mm，齿顶高=5.5mm，齿根圆直径求得为132.59mm，齿顶圆直径=157.3mm，分度圆直径=146.3mm齿轮9：齿根高=6.8mm，齿顶高=5.5mm，齿根圆的直径长度是132.59mm，齿顶圆直径=157.3mm，分度圆直径=146.3mm，中心距=146.3mm。齿轮2和齿轮11的主要数据计算结果齿轮2：齿根高=6.8mm，齿顶高=5.5mm，齿根圆直径是132.59mm，齿顶圆直径=157.3mm，分度圆直径=146.3mm，齿轮11：齿根高=6.8mm，齿顶高=5.5mm，齿根圆直径是132.59mm，齿顶圆直径是157.29mm，分度圆直径=146.3mm，中心距=146.3mm。齿轮3和齿轮10的主要数据计算结果齿轮10：齿根高=6.8mm，齿顶高=5.5mm，齿根圆直径求出是120.9mm，齿顶圆直径=145.6mm，分度圆直径=134.6mm，中心距=134.6mm。4.2传动齿的接触疲劳强度校验本设计的变速箱是应用于装载机的，而装载机的工作环境较为艰苦，并且需要强劲的动力等关键因素，如果齿轮发生失效的话，将会带来巨大的损失，所以为了保证变速箱可以顺利使用，我们需要对变速箱中的齿轮进行检验，防止它发生失效，齿轮传动中，齿轮会发生许多种坏掉的情况，比如：齿轮的接触面会因摩擦而损坏，因摩擦而产生热量会将运转齿轮的表面发生胶黏，因工作时受力较大，导致齿轮的齿折断，让齿轮可以工作的时间更长，安全性更高。本设计中的11个齿轮，根据自身尺寸，齿数，模数的大小以及所在轴的计算载荷的大小可知，齿轮7和齿轮9之间的所受的计算载荷较大且分度圆直径较小，根据公式：σ公式中各参数的含义为:σH-接触应力（K-载荷系数，取K=2.3T-计算载荷（N/mm）u-两轮廓曲率半径之比，取u=1b-齿宽，b=Ψ×m，Ψ取5.6-8.4εa-重合度，计算值取ZH-区域系数，取2.5ZE-弹性影响系数，取188.9[σH]因齿轮7和齿轮9分别在轴3和轴4上，所以根据柴油机最大扭矩Tmax=220.7和变矩比k=3等可计算出两轴各自的计算载荷。TTσσ结论：齿轮7及齿轮9的接触疲劳强度都合格，其他齿轮的接触疲劳强度经上述校验都合格。4.3传动齿轮弯曲疲劳强度校验齿轮弯曲疲劳检验弯曲疲劳强度不合格的话，会因受力而产生变形，造成齿轮运转时的性能和安全系数降低，齿轮弯曲疲劳计算公式如下：σ公式中各参数的含义：σF-弯曲应力（MPaK-载荷系数，取1.6YSa-应力校正系数，取YFa-齿形系数，取Yβ-螺旋角影响系数，取其他参数与接触疲劳参数相同[σF]通过上述公式可知，6齿轮，7齿轮的弯曲应力较大，所以重点检验这两个齿轮的弯曲应力是否符合许用弯曲应力的范围。σσ结论：两个齿轮的弯曲强度都合格，其他齿轮经上述公式计算都合格。

轴的设计与校验5.1轴的总体设计轴在我们日常生活中有很多类型，它的用途十分广泛，例如：在许多机械的传动系统中都会使用到，而且根据轴的使用时自身所承受的载荷的不同，有的轴会做成空心的，可用于定位。轴在制造生产时，还会考虑到其所需安装部件的形状，所以轴还可以设计成直线型，曲线型，直线和曲线相结合的轴，由于应用环境，工作环境，承受载荷大小的不同，选择的时候也要根据上述条件进行调整。轴的设计也是变速箱整体设计中十分重要的一部分，轴在本设计中主要用于传递柴油机的动力，动力将会先传递给输入轴，通过5根轴上的齿轮的相互运转，达到动力一步一步传下去的目的，直至动力经输出轴传递给装载机的其他部件，从而完成机械能之间的能量转化。轴的设计具有多项内容，需要设计出轴的基本形态，轴上每段不同轴径的长度，尺寸大小。还有轴在工作运转时，安装零件的不同位置，零件的尺寸，这些都会影响到轴的基本设计，需要保证轴及轴上零件沿轴方向的定位和轴运转轮廓线上的定位的准确，保证轴在传动时可以顺利，安全的运转，达到人们预期的目标。轴径的计算轴径的设计计算是轴的设计中重要环节之一，首先应公式计算出轴的最小轴径，再根据轴上零件的安装方案以及轴的载荷等因素确定出其他每段轴径的尺寸大小，最小轴径的计算公式为：d公式中各参数的含义：P-各轴传递的功率（kW）A0-根据轴使用材料查得，取值为n-各轴的转速各个轴所传递的功率可根据柴油机功率Pe（47kW），各及传递效率η（取0.9）计算来确定P公式可得：P1=37.6kW，P2=33.8kW,P3=30.4kW,P4=27,4kW,P5=41kW，各轴转速的可根据发动机转速n（r/min因为计算最小轴径，二挡的转速较大，所以最小轴径较小，后退挡的功率损失较大，导致实际功率较小，所以最小轴径也较小，从而我们需计算出前进1挡的最小轴径。轴一，轴二，轴五的最小直径为25mm。轴三和轴四最小直径30mm。d根据最小直径及齿轮大小，定位，安装等设计，可以求出各轴段的长度及轴径，见表9及表10表9各轴轴段长度轴的类型轴1轴2轴3轴4轴5各段尺寸（mm）1-21927034192702-3377045341153-437503622384-5703677158365-6703670226-722表10各轴轴径长度轴的类型轴1轴2轴3轴4轴5各段尺寸（mm）1-225253030252-332283442283-425343836254-528383530285-6252932256-7255.2轴的强度的检验计算轴作为传动系统中非常重要的一份子，也是许多机器中很重要的零件之一，设计出来的轴难免会有些许的误差或者实用性能不合格，如果不进行检验的话轴在工作的过程很容易发生折断或者变形等不同程度的损坏，导致机器的无法正常工作，造成生命和财产的损失，所以轴设计完成后的检验过程是必不可少的。本设计中考虑到每根轴所承受的扭矩的大小及轴上零件安装位置等因素，得出轴3是最易发生损坏的轴，轴的材料选用20CrMnTi。轴3强度校验轴3上装配的齿轮7，齿轮8，齿轮6分别应用于不同的档位，在这里重点检验前进一档的齿轮啮合情况，可得出，齿轮8和齿轮7所受的各个分力,包括圆周力Ft径向力Fr轴向力Fa压力角和螺旋角均为齿轮8:FFF齿轮7：FFF根据轴三的装配方案，可以求出两轴端轴承所受的支反力，垂直面和水平面的力矩。FFMM同理求出水平面的弯矩，求出总弯矩M=566364N∙mm。弯扭合成强度计算公式为：σ公式中各参数含义：σca-轴的计算应力，T-扭矩，N∙mmW-抗弯截面系数，根据公式计算结果为3856[σ-1]结论：经检验轴3的弯扭合成强度合格。

轴承的选择及校验6.1轴承的选择轴承有两种大体的分类，一种我们叫做滚动轴承，另一种我们叫做滑动轴承，本设计中因为传动轴在运转的过程中会承受较大的力，并且会承受巨大的载荷，所以本设计选择的是滚动轴承，滚动轴承在传动系统中用的较多，因为轴承是保护轴和箱体之间很有效的一种零件，轴在高速旋转时，会因为摩擦而产生很大的热量，而滑动轴承就是保证轴可以顺利，平稳，安全的运转，并且可以保证传动时能量不会损失很多，如果从柴油机传来的能量和动力，经过摩擦等其他形式的转化，整个传动系统会损失相当多的一部分能量，导致传动效率很低，但是有轴承的配合时，传动效率会大大提升，轴也可以较为平稳的运行，保证了轴的尺寸不会发生太大的改变，从而达到人们预期的效果。根据CB/T276-1994，本设计选用的是圆锥滚子轴承30205和30206两种，分别应用于轴1,2,5,和轴3,5。这种轴承可以较好的承受轴上的两种载荷，分别是轴向的载荷和径向的载荷，，并且安装和拆卸都相对很方便，为整个变速箱的维修与检验增添了便利，这种轴承一般情况下都是成对使用的。通过查取圆锥滚子轴承的基本参数可知，本文选用的30206轴承的基本额定动载荷取值是Cr=43.2kN,并且它的最高转速不能超过6000r/min。，而轴承30205的基本额定动载荷是32.2kN，最高转速不能超过6.2轴承使用寿命的校核轴承的校核主要是根据轴承的型号，查找相应的参数，然后根据载荷以及人们在使用之前想要的轴承可以工作的时间等参数，来进行计算检验的，根据基本额定动载荷，转速和相应的公式计算出轴承的基本额定寿命。

载荷P的计算公式为P=根据轴承基本额定寿命公式LL公式中各参数的含义:fp-X-径向系数，取0.56Y-轴向系数，取1.6Lh，-预期寿命，取10000-20000hε-寿命系数，取3.3P=根据公式校验轴3上轴承的使用寿命为：L结论：由此可以得出，轴3轴承使用寿命合格，其它轴承使用寿命经检验计算均合格。

离合器本设计中离合器是装载机进行换挡的最重要的部件，因为离合器的存在装载机可以进行各种换挡，使装载机按照不同的速度，不同的方向进行行驶。离合器是汽车类所有部件中，特别重要的一份子，没有离合器的变速箱或者柴油机是不完整的，离合器有很多的好处，比如，它可以根据人们的操作，是传动系统中的齿轮和轴实现分离和啮合，这样的话，就可以使装载机实现不同的档位，并可以在必要时进行动力传输的隔断，与连接。增加了操作的多种可能性。离合器可以实现本设计中前进一档，前进二挡，后退一档，后退二挡的装载机行驶状态，离合器分为内传动鼓和外传动鼓，这两种传动鼓各自连接着不同的部件，本设计中，我们将内鼓连接整个变速箱中需要进行换挡的齿轮用花键进行接合，而离合器的外鼓与需要换挡时使用的轴相连接，这样的话，当人们需要换挡的时候，就可以将高压油油液输入到离合器自带的油缸里面，当油液输入到油缸内之后，由于油液的压力较大，会推动缸内自带的活塞进行运动，一般是向需要传动的齿轮的方向移动，此时，与内传动鼓相配合摩擦片与外传动鼓相连接的摩擦片因受到活塞的推动力，相对位置会发生一定程度的位移，两种摩擦片会被压紧，压紧后，摩擦片与两种传动鼓上的花键是相连的，就会形成，运转轴与运转齿轮，离合器三者相连的局面，这样的话齿轮就相当于与传动轴连接上了，齿轮会随着轴的旋转而进行相同速度的旋转，从而进行工作，并传递柴油机输出过来的动力，达到换挡的要求。当需要换挡的时候，根据本设计中的传动路线图可知，必须使用离合器使不同的齿轮组进行配合，当进行不同的挡位时，可将之前使用档位的离合器中油缸内的油液按照油路释放回去，紧接着离合器内自带的弹簧就会实现自动还原，并且将活塞也会按照相反的方向进行移动，此时，由于活塞的移动，两种摩擦片不再受到推动力，便会还原回去，然后两种摩擦片所连接的部件，齿轮和轴就会进行分离，使得轴在不同档位进行运转时，齿轮不会跟随轴一起运转，只会和相应配合的齿轮进行空转，从而进行动力的停止，而离合器接合的齿轮代替空转齿轮进行不同速度的运转，这样就达到了换挡的预期目的。本设计中所使用的是摩擦离合器，并且因其使用高压油液，内传动鼓和外传动鼓连接多个摩擦片。所以又叫做湿式多摩擦片离合器，这种离合器可以通过较为方便的操作完成装载机变速箱的换挡工作，降低的操作人员的操作步骤，并且这种离合器可以叫好的传递动力，传动时能量的其他损失比较小，结构相对来说也不会很复杂，维修时更加简单，快捷，安装的位置较适合本设计中对离合器的要求，所以选择此离合器。本设计中的这种摩擦离合器的材料选择冶金制成的材料，因为变速箱中的各部件在运转是，因摩擦会产生较大热量，所以材料必须选择散热时间较快的材料，由于摩擦产生热，所以由需要摩擦片的材料不会因各种工况而导致变形或者损坏，而且还要保持住离合器在运转的过程中可以较为平稳的工作，也不会有较多的能量会被损耗。离合器中摩擦片的工作是通过内外摩擦片之间构成的摩擦副进行工作的，本设计中摩擦离合器的数量不是很多，尽可能少的情况下，可以减少能量消耗，更好的传递动力。摩擦片的表面会有相应的油路，这样的话可以通过增加质量好的润滑油来减少摩擦是产生的热量及损失。离合器中进行轴和齿轮接合的花键，因为部分齿轮的会实现空转并且载荷大，为了实现设计加工更为简便，本设计选用的键是矩形花键。

第八章箱体的设计箱体是一般机械部件都会有的，比如减速器，主轴箱等部件都会有箱体，而箱体的作用很多，比如：箱体可以承载轴承，轴，为二者的配合提供了必要条件，它可以支撑相应的零件，使其可以进行工作运转，箱体还可以对内部的机械零件起到保护的作用，防止因外界的某些细小物质对齿轮，轴之类的零件进行摩擦损失，大大增加了零件的工作时间，箱体内部的油路可以进行整体箱体内部零件的润滑，减少了摩擦产生的损失，是零件在好的环境下进行工作。箱体在设计时要根据设计中个零件的尺寸大小和安装位置来设计其具体的形状，并且整个箱体的内部表面要和齿轮等高速运转的零件之间有一定的间隙，防止箱体对运转零件的干扰，一般在6-9mm之间，也不要是间隙太大，容易造成整个变速箱的稳定差，而且结构尺寸较大，不便于安装到装载机中，制造成本也会相应提高，造成些许的材料浪费，维修也较为不便。箱体在设计时，材料要尽量选择强度比较大，质量相对较轻的材料，保证整个箱体的体型不会较为笨重，也可以保证轴和轴承在工作时，位置不会随意发生改变，不会发生倾斜等现象。本设计中箱体满足以上条件，可以较好的保护和支撑为箱体内部零件。

结论本设计根据选定的装载机型号，以及装载机工作的情况和工作环境，工作对象，选择相应的柴油机和变矩器，