毕业设计说明书ZL20装载机定轴式动力换挡变速箱设计学生## :学 号 :院 系 :专 业 :指导教师 : 填写日期 :目录ABSTRACT- 4 -第1章 轮式装载机底盘构造简述- 6 -1.1 装载机的总体构造- 6 -1.2 传动系统- 6 -第2章 发动机——变矩器匹配计算- 8 -2.1 参考课程设计任务书得到相关数据- 8 -2.2发动机原始特性- 9 -2.3发动机与液力变矩器的匹配计算- 12 -2.4装载机各挡总传动比的确定- 16 -2.5装载机整机性能分析- 18 -第三章定轴式动力换挡变速箱的设计- 22 -3.1变速箱传动设计与结构分析- 22 -3..2确定变速箱的主要参数和配齿计算- 24 -3.3轴的设计- 29 -3.4换挡离合器的设计- 30 -第四章 变速箱主要零件的校核和轴承寿命计算- 33 -4.1齿轮强度和计算- 33 -4.2 轴的强度校核- 35 -4.3输出轴轴承的校核- 43 -4.4轴承寿命计算- 46 -参考文献- 48 -致 谢- 49 -附 录......................................................- 50 -摘要ZL20装载机的传动系中采用双涡轮液力变矩器,这种结构型式的变矩器在小传动比范围内具有较大的变矩系数和较高的效率.因此,能够改善装载机的作业效率.另外,装载机在轻载高速时,变矩器只有二级涡轮工作；在低速重载时,变矩器的一、二级涡轮同时工作,这样,变矩器在自身速度转换时,相当于两挡速度,并随外界负荷的变化自动变化,因此,可以减少变速箱的挡位数,简化变速箱的结构.基于这个原因,定轴式动力换挡变速箱只有三个前进挡,三个倒退挡.该变速箱具有结构简单,紧凑,刚性大,传动效率高,操纵轻便可靠,齿轮与摩擦片离合器寿命长等优点.关键字：双涡轮变矩器,动力换挡,定轴变速机构.AbstractZL20loader power transmission system used in the double turbine torque converter, this structure type of converter in small drive is larger than the scope of the change pitch coefficient and high efficiency, which can improve the loader’s efficiency of operations. Moreover, when the loader in high-speed, torque converter has the second-level turbine wheel work; in heavy, the first-level and the second-level turbine wheel also works, like this, when torque converter changes own speeds, it is equal to have two speeds, and along with outside load change it automatic change its speed. Therefore, it may reduce the gear box’s speeds and simplifies gear box's structure. For this reason, the power shifts planetary gears the gearbox has only two forward and a setback stalls, which has the simple structure, pact, high transmission efficiency , simple to operation, gear and friction disk clutch life long ,and so on.Keyword ：Power shift, Planetary Line, Planetary transmission第1章 轮式装载机底盘构造简述1.1 装载机的总体构造装载机是一种广泛用于公路、铁路、矿山、建筑、水电、港口等工程的土石方工程施工机械,其外形如图1.1所示.它的作业对象主要是各种土壤、砂石料、灰料与其它筑路用散状物料等,主要完成铲、装、卸、运等作业,也可对岩石、硬土进行轻度铲掘作业.由于它具有作业速度快、效率高、操作轻便等优点,因而装载机在国内外得到迅速发展,成为土、石方工程施工的主要机种之一.装载机以柴油发动机或电动机为动力装置,行走装置为轮胎或履带,由工作装置来完成土石方工程的铲挖、装载、卸载与运输作业.如图1.1所示,轮胎式装载机是由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置等组成.图1.1 轮胎式装载机结构简图1-柴油机；2-传动系统：3-防滚翻与落物保护装置；4-驾驶室；5-空调系统；6-转向系统；7-液压系统；8-前车架；9-工作装置；10-后车架；11-制动系统；12-电器仪表系统；13-覆盖件1.2 传动系统轮胎式装载机传动系统如图1.2所示,其动力传递路线为：发动机→液力变矩器→变速箱→传动轴→前、后驱动桥→轮边减速器→车轮.<1> 液力变矩器装载机采用双涡轮液力变矩器,能随外载荷的变化自动改变其工况,相当于一个自动变速箱,提高了装载机对外载荷的自适应性.变矩器的第一和第二涡轮输出轴与其上的齿轮将动力输入变速箱.在两个输入齿轮之间安装有超越离合器.当二级齿轮从动齿轮的转速高于一级齿轮从动齿轮的转速时,超越离合器将自动脱开,此时,动力只经二级涡轮与二级齿轮传入变速箱.随着外载荷的增加,涡轮的转速降低,当二级齿轮从动齿轮的转速低于一级齿轮从动齿轮的转速时,超越离合器楔紧,则一级涡轮轴与一级齿轮与二级涡轮轴与二级齿轮一起回转传递动力,增大了变矩系数.<2> 变速箱变速箱为定轴式动力换档变速箱,由两个制动器和一个闭锁离合器实现三个挡位.前进Ⅰ挡和倒挡分别由各自的制动器实现换档；前进Ⅱ挡〔直接挡〕通过结合闭锁离合器实现.<3> 驱动桥定轴式动力换挡变速箱采用双桥驱动,主传动采用一级螺旋锥齿轮减速器,左右半轴为全浮式.轮边减速器为行星传动减速.第2章 发动机——变矩器匹配计算2.1 参考课程设计任务书得到相关数据2.1.1 液力变矩器所选用的液力变矩器均为单级四元件双涡轮液力变矩器其结构型式参考有关资料.表2.1 变矩器主要参数传动比i00.10.20.30.360.40.48原始特性33.53535.53636.837.540.5η%03962.672.675.670.864.8k4.753.923.132.422.11.771.35传动比i0.50.60.70.780.80.91原始特性39.534.83127.726.618.44.3η%6671.275.576.6767238k1.321.191.080.9950.950.80.382.1.2 整机参数 表2.2 机重与桥荷分配空载满载车重〔t〕5.287.28前桥〔%〕47.569.5后桥〔%〕52.530.5表2.3 油泵工作参数压力〔Mpa〕流量〔L/min>变速泵1.190转向泵1065工作泵6200表2.5 传动比分配主 传 动 比轮 边 减 速 比1.9236.84发动机额定功率/转速--55/2000 kW/r/min最大扭矩/转速--300/1600N·m/r/min传动系的机械效率〔变矩器除外〕均取 n=0.92.2发动机原始特性根据毕业设计任务书已知：发动机〔4102〕 =2000转/分,=55KW,最大扭矩与相应转速 300Nm /1600转/分.由于工程机械发动机的标定功率均为1小时功率 ,但未扣除发动机附件所消耗的功率.发动机附件所消耗的可按照发动机额定功率的10%计算,所以发动机传递给变矩器的有效功率有额定功率的90%.发动机的原始特性曲线可根据下面的经验公式计算出不同转速所对应的发动机扭矩,然后选择合适的比例在坐标纸上描点连线. 〔2.1〕式中：——发动机最大扭矩〔Nm〕； ——发动机额定扭矩〔Nm〕；——对应转速的扭矩〔Nm〕； ——发动机额定转速；——最大扭矩对应转速； ——对应扭矩的转速；不同转速对应的发动机扭矩列于下表：表2.6 发动机原始特性数据 < Nm>< Nm>〔rpm〕〔rpm〕〔rpm〕< Nm>300262.625200016001500297.664300262.625200016001600 300300262.625200016001700297.664300262.625200016001800290.656300262.625200016001900278.977300262.625200016002000262.625300262.625200016002100241.602发动机用在装载机上时,除其附件外,还要带整机的辅助装置,如工作装置油泵、转向油泵、变速操纵与变矩器补偿冷却油泵和气泵等.在绘制发动机和变矩器共同工作输入特性曲线时,必须根据装载机的具体工作情况,扣除带动这些辅助装置所消耗的发动机扭矩.这些油泵在装载机作业过程中,并不是同时满载工作的.计算时通常取油泵的空载压力为0.3～0.5兆帕,这里取为0.5兆帕.发动机与变矩器的匹配,一般分为两种方案,即全功率匹配和部分功率匹配.全功率匹配：以满足装载机在作业时对插入力的要求为主,就是说此时变速操纵泵与变矩器共同工作,而转向泵和工作装置油泵空转,变矩器与发动机输出的全部功率进行匹配.此时发动机传给变矩器的力矩为：< Nm> 〔2.2〕式中： ——发动机的输出扭矩〔Nm〕；、——分别为工作装置油泵和转向油泵空转时消耗的扭矩〔Nm〕,——变速操纵泵消耗的扭矩；部分功率匹配：考虑工作装置油泵所需的功率,预先留出一定的功率,就是说这时工作装置油泵、变速操纵泵与变矩器共同工作,而转向泵空转,变矩器不是与发动机输出的全部功率进行匹配,而是与部分功率进行匹配,此时发动机传给变矩器的力矩为：