畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-ZL50裝載機(jī)行星式動(dòng)力換擋變速箱的設(shè)計(jì)

ZL50行星式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì) The Design of ZL50 Power Shift Gear-box 學(xué) 院（系）： 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： ZL50行星式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì) 摘 要 本次設(shè)計(jì)的ZL50裝載機(jī)變速箱，并且是行星式，行星排由太陽(yáng)輪、行星輪、行星架和齒圈組成，為動(dòng)力換擋，這種換擋方式方便司機(jī)操作換擋，減輕了司機(jī)的工作強(qiáng)度，四輪驅(qū)動(dòng)，工作時(shí)有足夠的動(dòng)力，液壓轉(zhuǎn)向，而且這種變速箱結(jié)構(gòu)剛度較穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不便于拆裝維修。 首先通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配設(shè)計(jì)計(jì)算，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率得到充分利用，進(jìn)而改善裝載機(jī)牽引性能，然后選擇裝載機(jī)的傳動(dòng)方案，變速箱有前進(jìn)兩個(gè)檔位，后退一個(gè)檔位，通過(guò)操縱兩個(gè)換擋離合器即可實(shí)現(xiàn)換擋。離合器類型為雙離合器，換擋迅速平穩(wěn)。 最后進(jìn)行了變速箱主要參數(shù)的確定和配齒計(jì)算，通過(guò)主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算以及軸承壽命驗(yàn)算，變速箱滿足了設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：輪式裝載機(jī)；行星式變速器；動(dòng)力換擋 全套圖紙加扣 3346389411或3012250582 II Abstract The design for ZL50 loader planetary power shift gearbox, the structure of gearbox has the advantage of good rigidity, large load capacity, load between teeth small, high transmission efficiency, compact structure, input and output axis concentric and easy to implement, such as dynamic and automatic shift it disadvantage is that the manufacturing of high precision, complicated structure, parts, many faults, be difficult to repair, etc. First， through the calculation of engine and hydraulic converter working together, input and output analysis work curve, select loader transmission scheme, and then determine the gearbox for two forward gears, reverse, a shift by shift clutch on the gearbox.Clutch type for double clutch, smooth shift rapidly. Finally check the strength of the main components, the calculation of bearing life, the gearbox designed OK. Key Words： Wheel Loaders；Planetary Transmission；Power Shift III 目 錄 摘 要 I 1 引 言 1 1.1 裝載機(jī)的總體構(gòu)造 1 1.2 傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2 1.3設(shè)計(jì)任務(wù)書 3 2 傳動(dòng)系總體方案設(shè)計(jì) 6 2.1 總體方案設(shè)計(jì) 6 3 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器匹配分析及其變速箱各檔傳動(dòng)比的確定 7 3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器原始特性 7 3.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性曲線 7 3.1.2 選擇液力變矩器有效直徑D 9 3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器共同工作輸入輸出特性曲線 10 3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作的輸入特性曲線 10 3.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作的輸出特性曲線 12 3.3 各檔傳動(dòng)比的確定 15 3.3.1 確定變速箱檔數(shù) 15 3.4 裝載機(jī)性能的分析 16 3.4.1 作牽引工況理論特性分析 16 3.4.2 畫出牽引力——阻力平衡圖 20 3.4.3 傳動(dòng)部件中載荷的確定 23 4 變速箱傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)及參數(shù)確定 24 4.1 變速箱方案設(shè)計(jì) 24 4.1.1 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì) 24 4.1.2 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖的選擇 24 4.2 配齒及各齒輪數(shù)據(jù)的計(jì)算 25 4.2.1 確定變速箱行星排參數(shù) 25 4.2.2 齒輪的選配 25 4.2.3 初算行星部分齒輪的參數(shù) 26 4.3 變速箱運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析 27 - 1 - 4.3.1 畫轉(zhuǎn)速平面圖 27 4.3.2 外力矩分析 28 5 變速箱齒輪設(shè)計(jì) 31 5.1 齒輪的設(shè)計(jì)及校核 31 5.1.1 齒輪的變位和修正 31 5.1.2 各齒輪的尺寸的確定 31 5.1.3 齒輪的強(qiáng)度校核 32 6 離合器的設(shè)計(jì) 36 6.1 離合器的設(shè)計(jì)要求和選型 36 6.1.1 離合器的設(shè)計(jì)要求 36 6.2 片式離合器主要參數(shù)的確定 36 6.2.1 摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 37 6.2.2 離合器的摩擦功 38 7 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸承及主要花鍵尺寸選用與校核 39 7.1 軸的設(shè)計(jì) 39 7.1.1 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軸承的選擇 39 7.1.2 輸出軸設(shè)計(jì)及軸承的選擇 39 7.1.3 中間軸設(shè)計(jì)及軸承的選擇 40 7.1.4 前輸出軸設(shè)計(jì)及軸承的選擇 40 7.2 主要軸承的校核 41 7.2.1 中間軸軸承的校核 41 7.3 主要軸承的校核 41 7.3.1 輸入軸花鍵與輸出軸花鍵的設(shè)計(jì)及校核 41 7.3.2 后行星排行星架、閉鎖離合器的從動(dòng)鼓之間的花鍵設(shè)計(jì)與校核 45 7.3.3 前輸出軸、后輸出軸與法蘭盤連接花鍵設(shè)計(jì)與校核 47 7.3.4 前輸出軸齒輪與前輸出軸連接花鍵設(shè)計(jì)與校核 48 7.3.5 脫橋機(jī)構(gòu)處花鍵設(shè)計(jì)與校核 49 7.4 輸入軸的校核 50 7.4.1 軸的強(qiáng)度校核 50 結(jié)論 59 參考文獻(xiàn) 60 附錄 61 致謝 67 - 2 - 1.引 言 1.1 裝載機(jī)的總體構(gòu)造 裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施工機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一。 裝載機(jī)以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力裝置，行走裝置為輪胎或履帶，由工作裝置來(lái)完成土石方工程的鏟挖、裝載、卸載及運(yùn)輸作業(yè)。如圖1-1所示，輪胎式裝載機(jī)是由動(dòng)力裝置、車架、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置等成。 圖1.1輪式裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1—柴油機(jī)； 2—傳動(dòng)系統(tǒng)； 3—防滾翻與落物保護(hù)裝置；4—駕駛室； 5—空調(diào)系統(tǒng)； 6—轉(zhuǎn)向系統(tǒng)； 7—液壓系統(tǒng) ；8—前車架 ；9—工作裝置 ；10—后車架；11—制動(dòng)系 ；12—電器儀表系統(tǒng) 1.2 整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 輪式裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1.2所示。 圖1.2輪式裝載機(jī)液力機(jī)械傳動(dòng)示意圖 1.液力變矩器 裝載機(jī)采用雙渦輪液力變矩器，能隨外載荷的變化自動(dòng)改變其工況，相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)變速箱，提高了裝載機(jī)對(duì)外載荷的自適應(yīng)性。變矩器的第一和第二渦輪輸出軸及其上的齒輪將動(dòng)力輸入變速箱。在兩個(gè)輸入齒輪之間安裝有超越離合器。 當(dāng)二級(jí)齒輪從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速高于一級(jí)從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速時(shí)，超越離合器將自動(dòng)脫開(kāi)，此時(shí)，動(dòng)力只經(jīng)耳機(jī)渦輪及二級(jí)齒輪傳入變速箱。隨著外載荷的增加，渦輪的轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)二級(jí)齒輪從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速低于一級(jí)齒輪傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速時(shí)，超越離合器楔緊，則一級(jí)渦輪軸及一級(jí)齒輪于二級(jí)渦輪軸及二級(jí)齒輪一起回轉(zhuǎn)傳遞動(dòng)力，增大了變矩系數(shù)。 2.變速箱 變速箱是行星式動(dòng)力換擋變速箱，由兩個(gè)制動(dòng)器和一個(gè)閉鎖離合器實(shí)現(xiàn)三個(gè)檔位。前進(jìn)Ⅰ檔和倒檔分別由各自的制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)換擋；前進(jìn)Ⅱ檔（直接檔）通過(guò)結(jié)合閉鎖離合器實(shí)現(xiàn)。 3.驅(qū)動(dòng)橋 采用雙橋驅(qū)動(dòng)，主傳動(dòng)采用一級(jí)螺旋錐齒輪減速器，左右半軸為全浮式。輪邊減速器為行星傳動(dòng)減速。 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.3.1 設(shè)計(jì)題目：ZL50輪式裝載機(jī)行星式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì) 1.3.2 已知參數(shù)： (1) 所選用的液力變矩器均為單級(jí)四元件雙渦輪液力變矩器，其結(jié)構(gòu)形式參考有關(guān)資料，其原始特性曲線如表1.1： 表1.1變矩器主要參數(shù) i K η λBγ104 0 4.13 0 33.4 0.1 3.45 0.345 33.6 0.2 2.95 0.59 34.4 0.3 2.50 0.75 35.6 0.425 1.918 0.815 34.8 0.5 1.58 0.79 35.2 0.55 1.364 0.75 35.7 0.61 1.115 0.68 36.4 0.73 1.027 0.75 33.6 0.765 1.00 0.765 32.8 0.85 0.935 0.795 30.4 0.95 0.856 0.813 27.4 1.0 0.805 0.805 25.4 1.082 0.693 0.75 14.4 1.2 0.354 0.425 4.7 液力變矩器的原始特性曲線根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以畫出。 (2) 發(fā)動(dòng)機(jī)的特性 ZL50輪式裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表1.2： 表1.2發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù) 機(jī)型 項(xiàng)目 ZL50 額定功率（馬力） 220 額定轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） 2200 最大扭矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速 79公斤?米 1300轉(zhuǎn)/分 注：此額定功率均為1小時(shí)功率，并已除了發(fā)動(dòng)機(jī)附件所消耗的功率，并已扣除了附件所消耗的功。 (3) 整機(jī)參數(shù)： 車速要求： 低檔車速：10公里/小時(shí) 高檔車速：35公里/小時(shí) 倒檔車速：14公里/小時(shí) (4) 油泵參數(shù)： 變速泵 轉(zhuǎn)向泵 工作泵 壓力（MPa） 流量（L/min） 壓力（MPa） 流量（L/min） 壓力（MPa） 流量（L/min） 1.2 120 12 76 10 325 (5) 各種機(jī)型傳動(dòng)系的機(jī)械效率（變矩器效率除外）均取n=0.88 (6) 傳動(dòng)比分配 主減速器比：6.167 輪邊減速器比：4.4 (7) 整機(jī)重 空載：17.5t 滿載：22.5t 1.3.3 設(shè)計(jì)目的與要求： (1) 選擇合適的液力變矩器有效直徑D，并分析合理匹配的原則和方法； (2) 討論整機(jī)所選的發(fā)動(dòng)機(jī)是否合適，以及選液力變矩器的原因； (3) 作發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器共同工作的輸入輸出曲線，分析變矩器的穿透性對(duì)輸入輸出曲線的影響； (4) 確定各檔傳動(dòng)比，并考慮檔位是否合理； (5) 作理論牽引特性曲線； (6) 確定變速箱的主要參數(shù)，包括中心距A，齒輪模數(shù)m，齒寬b等。 (7) 根據(jù)變速箱的傳動(dòng)比選配齒輪，確定各檔齒輪的齒數(shù)。 (8) 進(jìn)行齒輪，軸，軸承等零件的壽命計(jì)算或強(qiáng)度，換擋離合器等的計(jì)算。 (9) 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖和零件圖。 2. 傳動(dòng)系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì) 2.1 兩自由度行星變速箱傳動(dòng)方案的選擇 兩自由度行星變速箱是由兩個(gè)行星排組合而成，當(dāng)選擇各檔傳動(dòng)方案。組合成行星變速箱傳動(dòng)方案時(shí)，要遵守以下原則： (1) 以盡量少的行星排實(shí)現(xiàn)所需檔位數(shù)； (2) 各檔行星輪轉(zhuǎn)速不應(yīng)該太快，否則行星輪的軸承容易損壞； (3) 各檔操縱件空轉(zhuǎn)時(shí)相對(duì)轉(zhuǎn)速不能太高，一般控制圓周速度不超過(guò)50m/s； (4) 每個(gè)檔位的嚙合效率應(yīng)該較高，前進(jìn)擋效率不應(yīng)低于0.925，后退檔不應(yīng)低于0.87； (5) 太陽(yáng)輪和行星架受力不要太大。 3. 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器匹配分析及其變速箱各檔傳動(dòng)比的確定 3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器原始特性 3.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性曲線 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書可以算出：發(fā)動(dòng)機(jī) =2200r/min， =164KW， 最大扭矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速 扭矩計(jì)算公式： （3-1） （3-2） 式中： ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩； ——發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩； ——對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速nx的扭矩； ——發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速； ——最大扭矩對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速； ——對(duì)應(yīng)扭矩Mx的轉(zhuǎn)速； 由已知的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩Memax=744.2N·m，額定扭矩MeH=702.4N·m。 將數(shù)據(jù)代入式(3-1)可得出發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性曲線的數(shù)據(jù)如表3.1所示： 表3.1發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性曲線相關(guān)參數(shù) 輸出轉(zhuǎn)速 n（r/min） 輸出扭矩 M（N·m） 輸出功率 N(kW) 600 731.4 61.3 900 739.6 77.4 1200 743.7 93.5 1300 744.2 101.3 1500 743.7 109.2 1800 739.6 123.9 2100 731.4 137.8 2200 702.9 161.6 2400 715.4 171.8 參照相關(guān)資料，發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速區(qū)(1.1~1.2),取r/min將上面數(shù)據(jù)以轉(zhuǎn)速n為橫坐標(biāo)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩M為縱坐標(biāo)畫在圖3.1發(fā)動(dòng)機(jī)與雙渦輪液力變矩器共同輸入曲線上。 由于工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率均為1小時(shí)功率，但未扣除發(fā)動(dòng)機(jī)附件所消耗的功率。發(fā)動(dòng)機(jī)附件所消耗的可按照發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率的10%計(jì)算，所以發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給變矩器的有效功率有額定功率的的90%。 發(fā)動(dòng)機(jī)的原始特性曲線可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)箅出不同轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，然后選擇合適的比例在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線。 發(fā)動(dòng)機(jī)用在裝載機(jī)上時(shí)，除其附件外，還要帶整機(jī)的輔助裝置，如工作裝置 油泵、轉(zhuǎn)向油泵、變速操泵及變矩器補(bǔ)償冷卻油泵和氣泵等。在繪制發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器共同工作輸入特性曲線時(shí)，必須根據(jù)裝載機(jī)的具體工作情況，扣除帶動(dòng)這些輔助裝置所消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。這些油泵在裝載機(jī)作業(yè)過(guò)程中，并不是同時(shí)滿載工作的。 發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器的匹配，一般分為兩種方案，即全功率匹配和部分功率匹配。 全功率匹配：以滿足裝載機(jī)在作業(yè)時(shí)對(duì)插入力的要求為主，就是說(shuō)此時(shí)變速操縱泵與變矩器共同工作，而轉(zhuǎn)向泵和工作裝置油泵空轉(zhuǎn)，變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的全部功率進(jìn)行匹配。 部分功率匹配：考慮工作裝置油泵所需的功率，預(yù)先留出一定的功率，就是說(shuō)這時(shí)工作裝置油泵、變速操縱泵與變矩器共同工作，而轉(zhuǎn)向泵空轉(zhuǎn)，變矩器不是與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的全部功率進(jìn)行匹配，而是與部分功率進(jìn)行匹配。 兩種匹配方案，對(duì)于小型裝載機(jī)，為滿足對(duì)插入力的要求，用全功率匹配為宜。對(duì)大中型轉(zhuǎn)載機(jī)，因其儲(chǔ)備功率較大，為提高其生產(chǎn)率，采用部分功率匹配較好。而ZL50裝載機(jī)屬于小型機(jī)，故采用全功率匹配為宜。發(fā)動(dòng)機(jī)輸入液力變矩器的凈功率Nec用如下公式計(jì)算： (3-3) 式中： —— 扣除輔助裝置和工作油泵消耗后的發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率，kW； —— 發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率,kW； 工作液壓泵所消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 —— 各工作液壓泵所消耗的功率可按下式確定： （3-4） 式中： p——油泵的輸出壓力，MPa； Q——油泵的流量，L/min； η——油泵的效率，取η=0.75～0.85,取0.80 根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，變速泵的壓力工作1.2 MPa，工作流量為120 1/min；轉(zhuǎn)向泵的工作壓力為12MPa，工作流量為76 1/min；工作裝置油泵的工作壓力為10MPa，工作流量為325 1/min。根據(jù)式(3-3)和式(3-4)計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器的全功率匹配時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在額定工時(shí)給變矩器傳遞的有效功率為Nec=161.8KW扭矩Mec=535.3N·m，將發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性曲線按一定比例往縱坐標(biāo)方向下移，使其通過(guò)點(diǎn)此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線即為發(fā)動(dòng)機(jī)凈輸出特性曲線，見(jiàn)圖3.1發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同輸入曲線。變矩器共同輸入特性曲線見(jiàn)圖3.1。 部分功率匹配時(shí)，在額定工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給變矩器的有效功率為161.8kW，在計(jì)算出此時(shí)的扭矩Mec=535.3N·m。 3.1.2 選擇合適的液力變矩器有效直徑D 根據(jù)任務(wù)指導(dǎo)書表格可以找出的變矩器原始參數(shù)，根據(jù)所找找到的參數(shù)作出變矩器，確定最高效率點(diǎn)為其定義參數(shù)：ηmax=0.813，K=0.856，i=0.95，λBγ104=27.4 根據(jù)公式（m） (3-5) 式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的最大有效力矩（N·m） —— ——所選變矩器最高效率時(shí)泵輪力矩系數(shù) ——工作壓力的重度（N/m3) ——發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min) 按全功率匹配時(shí)，直徑 m 圓整D1=525mm 按部分功率匹配時(shí)，直徑 m 圓整D2=450mm 根據(jù)裝載機(jī)實(shí)際的工作情況，則應(yīng)滿足D2＜D＜D1，因此取直徑mm。 3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作輸入輸出特性曲線 3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作的輸入特性曲線 變矩器輸入特性是分析研究變矩器在不同工況i時(shí)，變矩器與柴油機(jī)工作的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化的特征。不同轉(zhuǎn)速比時(shí)，泵輪轉(zhuǎn)矩MB隨泵輪轉(zhuǎn)速的變化而變化。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P24～66可知，對(duì)于每一i值從變矩器的公稱特性曲線上查相應(yīng)的,。給出一系列泵輪轉(zhuǎn)速…根據(jù)式: ,和 計(jì)算得相應(yīng)一系列, …,…,…值。 由公式及表3.1 ,ZL50液力變矩器參數(shù)可算得每一i值不同轉(zhuǎn)速下的泵輪的扭矩MB，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.2： 表3.2每個(gè)i值不同轉(zhuǎn)速下的 i M n 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 0 84.5 150.3 234.8 338.2 460.3 601.2 760.9 0.1 85.5 151.2 236.3 340.2 463.5 604.8 765.5 0.2 87.1 154.8 241.9 348.3 474.1 619.2 783.7 0.3 90.1 160.2 250.3 360.5 490.6 640.8 811.0 0.425 88.1 156.6 244.7 352.4 479.6 626.4 792.8 0.5 89.1 158.4 247.5 356.4 485.1 633.6 801.9 0.55 90.4 160.7 251.0 361.5 492.0 642.6 813.3 0.61 92.1 163.8 255.9 368.6 501.6 655.2 829.2 0.73 85.1 151.2 236.3 340.2 464.0 605.8 766.1 0.765 83.0 147.6 230.6 332.1 452.0 590.4 746.1 0.85 77.0 136.8 213.8 307.8 419.0 547.2 692.6 0.95 69.4 123.3 192.7 277.4 377.6 493.1 624.2 1.0 64.3 114.3 178.6 257.2 350.1 457.2 578.6 1.082 36.5 64.8 101.3 145.8 198.5 259.2 328.1 1.2 11.9 21.2 33.1 47.6 64.8 84.6 107.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作的輸入特性曲線是過(guò)坐原點(diǎn)的一束。根據(jù)式計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器的不同匹配時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器共同工作的泵輪轉(zhuǎn)矩MB，作出共同輸入曲線如圖3.1。 圖3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作輸入曲線 對(duì)液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作時(shí)輸入特性圖分析。 1.高效工況：最大效率 = 0.812時(shí)，傳動(dòng)比= 0.77，接近最大功率，允許最低效率=0.70時(shí)，傳動(dòng)比=0.2和=0.92兩條負(fù)載拋物線包括了最大功 率 范 圍。 2.所得的負(fù)載拋物線絕大部分兼顧了作業(yè)工況和運(yùn)輸工況的要求，即在穩(wěn)定工作區(qū)段內(nèi)。 3.起動(dòng)工況=0其負(fù)載拋物線與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線的交點(diǎn)在穩(wěn)定工作區(qū)內(nèi)。使用YJSW310雙渦輪液力變矩器合適 4.由共同輸入特性曲線可知，=0時(shí)，=255N·m,則變矩器輸出的最大扭矩 =4.964×255=1266 N·m.此時(shí)=1820r/min。 3.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作的輸出特性曲線 從共同工作輸入特性曲線上，找出各速比=0、0.1、…、1.2時(shí)的共同工作的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。再根據(jù)各速比，由找到對(duì)應(yīng)各速比i的變矩系數(shù)和效率,按公式，MTi=MBi.Ki，NTi=0.1047x10-3.MTi.nTi，可得到發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作輸出時(shí)的轉(zhuǎn)矩MT、轉(zhuǎn)速nT和功率值，分別計(jì)算出運(yùn)輸工況和牽引工況各參數(shù)，所得數(shù)據(jù)列于表3.3和表3.4： 表3.3運(yùn)輸工況共同工作參數(shù) i nB(r/min) MB(N·m) PB(kW) nT(r/min) MT(N·m) NT(kW) η 0 1733 734.5 133.3 0 3033.6 0 0 0.1 1799 731.4 137.8 178.0 2523.2 47.5 0.35 0.2 1821 731.2 139.2 364.2 2154.1 82.2 0.59 0.3 1858 728.1 141.7 557.4 1820.3 106.3 0.75 0.425 1893 726.1 143.9 804.5 1392.6 117.3 0.82 0.5 1930 723.3 146.3 965.3 1143.5 115.6 0.79 0.55 1791 721.0 148.8 1084.0 983.4 111.6 0.75 0.61 1993 719.4 150.1 1215.7 802.2 102.1 0.68 0.73 2102 711.0 156.5 1534.5 730.2 117.3 0.75 0.765 2132 708.5 158.2 1631.2 708.5 121.0 0.765 0.85 2179 704.3 160.7 1852.2 658.6 127.7 0.795 0.95 2200 702.4 161.8 2090.1 601.3 131.6 0.814 1.0 2238 698.8 163.8 2238.1 562.5 131.8 0.805 1.082 2297 692.9 166.7 2485.4 480.2 125.0 0.75 1.2 2346 687.7 168.9 2815.2 243.5 71.8 0.425 根據(jù)上表繪出運(yùn)輸工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器共同工作的輸出曲線圖3-2 圖3-2 運(yùn)輸工況發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作的輸出特性曲線 表3.4牽引工況共同工作參數(shù) i nB(r/min) MB(N·m) PB(kW) nT(r/min) MT(N·m) NT(kW) η 0 1536 614.3 99.1 0 2536 0 0 0.1 1579 611.2 101.2 158 2108 35.2 0.345 0.2 1643 610.2 105.3 329 1780 62.3 0.59 0.3 1688 608.5 107.1 506 1520 81.6 0.75 0.425 1701 606.3 108.4 723 1162 88.5 0.815 0.5 1754 603.6 111.5 877 953 87.2 0.79 0.55 1799 600.3 113.2 989 818 85.7 0.75 0.61 1820 599.7 114.8 1110 668 78.1 0.68 0.73 1899 591.2 118.1 1386 607 88.6 0.75 0.765 1947 588.6 120.3 1489 588 92.3 0.765 0.85 2059 584.1 126.6 1750 546 100.2 0.795 0.95 2138 582.8 130.5 2031 498 106.3 0.814 1.0 2191 578.3 133.9 2191 465 107.4 0.805 1.082 2230 572.4 134.0 2413 396 100.3 0.75 1.2 2247 567.5 133.5 2696 201 57.8 0.425 以表3.4數(shù)據(jù)，在圖紙上畫出圖3-3發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作輸出特性曲線。 圖3-4 牽引工況發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作的輸出特性曲線 3.3 各檔傳動(dòng)比的確定 3.3.1 確定變速箱檔數(shù) (1)計(jì)算rk和il 由設(shè)計(jì)任務(wù)得計(jì)算公式 (3-6) 式中： rk——車輪動(dòng)力半徑； d ——輪輞直徑(英寸)； ——車輪變形系數(shù)； ——輪胎斷面寬度。 帶入數(shù)據(jù)求得 =0.7689m ，代入數(shù)據(jù)求得 (2) 驗(yàn)算牽引條件： 應(yīng)滿足 (3-7) 查《工程機(jī)械地盤構(gòu)造與設(shè)計(jì)》得， 由以上計(jì)算可知滿足牽引條件。 (3)確定和 由以上總的傳動(dòng)比計(jì)算出變速箱： 3.4 裝載機(jī)整機(jī)性能分析 3.4.1 作牽引工況的理論牽引特性分析 要求在同一坐標(biāo)紙上繪出滑轉(zhuǎn)率，及各檔實(shí)際速速、牽引效率、牽引功率、變矩器渦輪轉(zhuǎn)速、變矩器渦輪功率隨牽引力變化的關(guān)系曲線。 (1) 實(shí)際牽引力的計(jì)算： （3-8） 式中：——車輛的(kN)； ——整機(jī)使用重量(kg)； f ——f=0.07； （3-9） 式中：——整機(jī)實(shí)際牽引力(kN)； ——整機(jī)理論牽引力(kN)； ——車輛的滾動(dòng)阻力，根據(jù)式3-8計(jì)算得到(kN)； (2) 滑轉(zhuǎn)率的計(jì)算： （3-10） 式中：, ——整機(jī)使用重量(kN)； A、B、n ——由輪胎充氣壓力及土壤性質(zhì)決定的系數(shù)，這里取A=0.11,B=12.31,n=6 (3) 實(shí)際速度的計(jì)算： （3-11） （3-12） 式中： ——整機(jī)理論行駛速度（m/s）； n ——渦輪轉(zhuǎn)速（rpm）； ——各擋對(duì)應(yīng)總傳動(dòng)比； ——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑； ——滑轉(zhuǎn)效率； ——各擋對(duì)應(yīng)滑轉(zhuǎn)率，由公式（3-10）計(jì)算得到； (4) 牽引功率及其牽引效率的計(jì)算： （3-13） 式中： ——整機(jī)實(shí)際牽引功率 （kW）； ——整機(jī)實(shí)際牽引力（kN）； ——整機(jī)實(shí)際速度（m/s）； （3-14） 式中： ——整機(jī)實(shí)際牽引效率； ——整機(jī)實(shí)際牽引功率； ——整機(jī)理論牽引功率。 按公式（3-8～3-14），可得到裝載機(jī)各擋位對(duì)應(yīng)的、滑轉(zhuǎn)率δ、、、和整機(jī)實(shí)際牽引效率值，由公式計(jì)算的結(jié)果列成表3-5： 表3-5 I檔的理論牽引參數(shù) nT (r/min) MT (N·m) Vi (km/h) (km/h) Pkp (N) Nkp (kW) 0 2536 0 95036 0 0 158 2108 0. 98 84272 12 0.82 329 1780 2. 04 73931 36 0.82 506 1520 3. 14 69398 60 0.81 723 1162 4. 48 57650 72 0.815 877 953 5. 43 45831 80 0.79 989 818 6. 13 37347 86 0.75 1110 668 6. 88 31652 75 0.73 1386 607 8. 59 29713 70 0.68 1489 588 9. 22 28383 68 0.53 1750 546 10. 84 26424 63 0.59 2031 498 12. 58 24647 58 0.46 2191 465 13. 57 22787 46 0.42 2413 396 14. 94 18080 40 0.34 2696 201 16. 70 5200 31 0.28 表3-6 II檔的理論牽引參數(shù) nT (r/min) MT (N·m) Vi (km/h) Pkp (N) Nkp (kw) 0 2536 0 38243 0 0 158 2108 3. 16 31789 28 0.75 329 1780 6. 58 26842 49 0.68 506 1520 10. 12 22922 64 0.74 723 1162 14. 46 17523 70 0.82 877 953 17. 54 14371 70 0.79 989 818 19. 78 12335 68 0.75 1110 668 21.25 10073 62 0.68 1386 607 23. 72 9154 58 0.75 1489 588 25. 78 8867 53 0.76 1750 546 27.53 8234 45 0.73 2031 498 30. 62 7510 40 0.65 2191 465 33. 82 7012 32 0.55 2413 396 36. 26 5972 25 0.48 2696 201 38. 92 3031 12 0.35 表3-7 倒檔的理論牽引參數(shù) nT (r/min) Mt (N·m) Vi (km/h) Pkp (N) Nkp (kw) 0 2536 0 75607 0 0 158 2108 1.26 70472 10 0.80 329 1780 2. 63 63106 29 0.78 506 1520 4. 05 57304 44 0.74 723 1162 5. 78 43807 56 0.70 877 953 7. 02 35928 65 0.65 989 818 7.91 30839 73 0.61 1110 668 8. 89 25184 80 0.57 1386 607 11.09 22884 68 0.54 1489 588 11.91 22168 59 0.52 1750 546 14.01 20584 53 0.46 2031 498 16. 25 18775 48 0.40 2191 465 17. 53 17531 43 0.37 2413 396 19. 30 14929 39 0.30 2696 201 21.57 7578 25 0.26 根據(jù)上表繪制出ZL50裝載機(jī)理論牽引特性圖3-4 圖3-4 ZL50裝載機(jī)牽引工況 3.4.2 畫出牽引力——阻力平衡圖 根據(jù)公式 驅(qū)動(dòng)力，實(shí)際速度，滾動(dòng)阻力，風(fēng)阻。 根據(jù)以上公式及表格數(shù)據(jù)，算出數(shù)據(jù)繪制下表3-8、3-9、3-10： 表3-8 I檔牽引力——行駛阻力參數(shù) nT (r/min) MT (N·m) Vi (km/h) PKi (N) Pw (N) 0 3033. 59 0 147735.8 6615 179 2523.16 1.11 122877. 9 6615. 168 364 2154. 07 2. 26 104903. 2 6615. 689 557 1820. 33 3.45 88650. 1 6616.614 804 1392. 57 4. 98 67818. 2 6618. 361 965 1143.48 5.98 55687. 5 6619. 836 1084 983. 40 6.71 47891. 6 6621. 103 1215 802.15 7. 53 39064. 7 6622. 676 1534 730. 21 9. 50 35561.2 6627. 229 1631 708. 48 10. 10 34502. 9 6628. 816 1852 658. 55 11.47 32071. 3 6632. 816 2090 601. 26 12.94 29281. 3 6637. 686 2238 562. 53 13. 86 27395. 2 6641.013 2485 480.19 15. 39 23385. 2 6647. 082 2815 243. 46 17.43 11856. 5 6656. 161 表3-9 II檔牽引力——行駛阻力參數(shù) nT (r/min) MT (N·m) Vi (km/h) PKi (N) Pf (N) 0 3033. 59 0 45746. 54 6615 179 2523.16 3.59 38049. 25 6615. 168 364 2154. 07 7.28 32483. 38 6615. 689 557 1820. 33 11.14 27450. 58 6616.614 804 1392. 57 16.09 20999. 96 6618. 361 965 1143.48 19.34 17243. 68 6619. 836 1084 983. 40 21.68 14829. 67 6621. 103 1215 802.15 24.31 12096. 42 6622. 676 1534 730. 21 30.69 11011.57 6627. 229 1631 708. 48 32.62 10683. 88 6628. 816 1852 658. 55 35.04 9930. 934 6632. 816 2090 601. 26 38.82 9067. 001 6637. 686 2238 562. 53 40.76 8482. 952 6641.013 2485 480.19 43.71 7241. 265 6647. 082 表3-10 倒檔牽引力——行駛阻力參數(shù) nT (r/min) Mt (N·m) Vi (km/h) PKi (N) PW (N) 0 3033.59 0 114366.3 6615 179 2523.16 1.43 95123.1 6615.168 364 2154.07 2.91 81208.4 6615.689 557 1820.33 4.45 68626.4 6616.614 804 1392.57 6.43 52499.8 6618.361 965 1143.48 7.72 43109.2 6619.836 1084 983.40 8.67 37074.1 6621.103 1215 802.15 9.72 30241.0 6622.676 1534 730.21 12.27 27528.9 6627.229 1631 708.48 13.04 26709.7 6628.816 1852 658.55 14.81 24827.3 6632.816 2090 601.26 16.72 22667.5 6637.686 2238 562.53 17.90 21207.3 6641.013 2485 480.19 19.88 18103.1 6647.082 根據(jù)以上數(shù)據(jù)畫出各檔牽引力——行駛阻力的平衡圖3-5： 圖3-5 牽引力-行駛阻力平衡圖 3.4.3 傳動(dòng)系統(tǒng)中計(jì)算載荷的確定 根據(jù)載荷的性質(zhì)，傳動(dòng)系統(tǒng)中各零件所受的載荷可分成三個(gè)組成部分： ，按地面的力矩中較小的數(shù)值作為計(jì)算力矩Mca。 (1) 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 對(duì)液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)Mp=Mmax·i·η’’=Mt·η 其中Mmax——變矩器最大渦輪力矩； i ——從變矩器至計(jì)算零件的傳動(dòng)比； η’’ ——效率； Mt ——高效區(qū)輸出力矩 所以Mca=2669N·m (2)按地面附著條件確定的扭矩 （3-18） 式中：——附著重力； r ——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑； i’’ ——由計(jì)算零件至驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)比； η ——由計(jì)算零件至的傳動(dòng)。 所以Mca =1664N·m。 相比較由地面確定的扭矩較小，所以為計(jì)算扭矩。 4. 變速箱方案設(shè)計(jì)及參數(shù)確定 4.1 變速箱方案設(shè)計(jì) 4.1.1 變速箱傳動(dòng)簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì) 擬定變速箱方案時(shí)，應(yīng)考慮使其滿足下列要求： (1) 能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)各檔傳動(dòng)比； (2) 變速箱各檔應(yīng)具備較高的傳動(dòng)效率，并且在常用工作檔傳動(dòng)時(shí)不純?cè)诠β恃h(huán)； (3) 結(jié)構(gòu)比較緊湊，外輪廓形狀應(yīng)該合適； (4) 盡可能降低行星架和具有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件的轉(zhuǎn)速； (5) 工藝性。 4.1.2 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖的選擇 參照同類機(jī)型，ZL50裝載機(jī)采用行星式動(dòng)力換擋變速箱，其傳動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4.1。 圖4.1 ZL50裝載機(jī)行星式動(dòng)力換擋變速箱傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖4.2 前進(jìn)I檔 圖4.3 倒檔 4.2.1 確定變速箱行星排的參數(shù)(α1、α2) ，， 故，， 根據(jù)同心條件排中的哪個(gè)是最小齒輪 當(dāng)α>3時(shí)，，行星排中最??； 當(dāng)α<3時(shí)，，行星排中最小。 因?yàn)棣?,α2都小于3,故兩排都是行星輪最小，考慮到加工及生產(chǎn)，取各檔排齒圈齒數(shù)相同。同時(shí)取行星輪齒數(shù)最小，且參數(shù)相同。初取α=2.121。 4.2.2 齒輪的選配 齒數(shù)要進(jìn)行圓整，經(jīng)已知各行星排的α值，可標(biāo)出太陽(yáng)輪的齒數(shù)Zt=Zq/α,由于齒數(shù)必須是整數(shù)，對(duì)求得的圓整后的實(shí)際α值不能和簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)中的α值相差過(guò)大。M和Dq決定了變速箱的橫斷面尺寸，采用統(tǒng)計(jì)和類比的方法初選其數(shù)值。為使行星變速箱裝配方便，在一定的功率范圍內(nèi)不同功率時(shí)齒輪采用相同參數(shù)。 取行星齒數(shù)為14，且行星輪均布3個(gè)。 由公式 得: 圓整為33 由配齒條件： 得 圓整為75 故Zt=25、Zq=53、Zx=14 實(shí)際參數(shù) 4.2.3 初算行星部分齒輪的主要參數(shù) 參照同類機(jī)型取變速箱模數(shù)為5，將以上數(shù)據(jù)列入變速箱參數(shù)表4.1 表4.1 變數(shù)箱齒輪參數(shù) 行星排 行星輪數(shù) 模數(shù) 齒數(shù) 配齒條件 α參考值 α實(shí)際值 Zt Zq Zx Zq=2Zx+Zt N=(Zq+2Zt)/q 1 3 3 25 53 14 53=2x14+25 33=(53+50)/3 2.121 2.120 2 3 3 25 53 14 53=2x14+25 33=(53+50)/3 2.121 2.120 4.3 變速箱運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析 行星齒輪變速箱由基本行星機(jī)構(gòu)組成，本次設(shè)計(jì)的變速箱是雙行星排，傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖4.2所示。 圖4-2 變速箱傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 4.3.1 畫轉(zhuǎn)速平面圖 (1) 畫各構(gòu)件轉(zhuǎn)速線 ①各檔傳動(dòng)比、、。求得傳動(dòng)比倒數(shù)、、。 ② 在平面坐標(biāo)上過(guò)點(diǎn)(1,1)、(0.318,0)、(1,0)、(-0.467,0)作連線得各制動(dòng)件轉(zhuǎn)速線。 (2) 畫行星輪轉(zhuǎn)速線 ① 各行星輪轉(zhuǎn)速方程 ② 求各行星輪轉(zhuǎn)速線另一點(diǎn)坐標(biāo) 行星輪轉(zhuǎn)速線是過(guò)點(diǎn)(1,0)的直線，找出此直線的上另一點(diǎn)兩點(diǎn)連線即可作出此直線。 當(dāng)nj1=0， nx1線另一點(diǎn)坐標(biāo)為(-0467,-2.120) 當(dāng)nj2=0時(shí)， nx2線的為(0,-2.120) 轉(zhuǎn)速平面圖如圖4.2 圖4-2 轉(zhuǎn)速平面圖 轉(zhuǎn)速平面圖表示了各工況下各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速，我們通過(guò)各制動(dòng)件轉(zhuǎn)速線和橫坐標(biāo)的交點(diǎn)(1/i)，做平行于縱坐標(biāo)的直線，每條直線表示每一個(gè)工況，這條工況線和各轉(zhuǎn)速線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)代表掛上此檔時(shí)，各制動(dòng)件和行星輪的轉(zhuǎn)速，交點(diǎn)縱坐標(biāo)的正負(fù)表示構(gòu)件的轉(zhuǎn)向，交點(diǎn)縱坐標(biāo)的數(shù)值表示轉(zhuǎn)速的大小，各轉(zhuǎn)速線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)，表示掛空擋時(shí)各制動(dòng)件和各行星輪的轉(zhuǎn)速。兩構(gòu)件轉(zhuǎn)速與平行于縱坐標(biāo)工況線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)之差，表示此檔時(shí)這兩構(gòu)件的轉(zhuǎn)速差。 4.3.2 外力矩分析 不考慮摩擦、等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星排中行星輪對(duì)太陽(yáng)輪、齒圈、行星架作用的轉(zhuǎn)矩稱為理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩，分別用Mt、Mq、Mj表示?？芍獑涡行切行桥爬碚搩?nèi)轉(zhuǎn)矩關(guān)系式： 行星機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程式： 各構(gòu)件力矩平衡方程組： I檔：制動(dòng)T2，代入上邊兩個(gè)方程組得 II檔：閉鎖離合器3，代入上邊兩個(gè)方程組得： 倒檔：制動(dòng)T1，，代入上邊兩方程式得 將以上數(shù)據(jù)列入行星動(dòng)力學(xué)參數(shù)表4-3 表4-3行星動(dòng)力學(xué)參數(shù)表 檔位 力矩(N·m) Ⅰ檔 Ⅱ檔 倒檔 5. 變速箱齒輪設(shè)計(jì) 齒