LJ-930小型裝載機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)含8張CAD圖
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小型裝載機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)
摘 要
車輪式裝載機(jī)是一種進(jìn)行工程建筑，工程水電，碼頭，各種礦山等用于建設(shè)工程的鏟土，運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械類相關(guān)的工程運(yùn)輸機(jī)械車。其具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如:降低工作所有的時(shí)間，再少的時(shí)間內(nèi)有更多的產(chǎn)量，減少人工付出勞動(dòng)力，降低成本等。使得各項(xiàng)建設(shè)工程完成速度加快，保證工程完成質(zhì)量，其在世界機(jī)械工程領(lǐng)域內(nèi)有著獨(dú)一無(wú)二的地位。車輪式裝載機(jī)的主要構(gòu)成之一的變速箱是重中之中，它可以實(shí)現(xiàn)使汽車按照不同的速度進(jìn)行前進(jìn)與后退，省時(shí)省力的使汽車完成各項(xiàng)作業(yè)，為其操作提供了有力的基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)主要針對(duì)車輪式裝載機(jī)的變速箱，包括變速箱的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)作原理，裝配方式，以及各個(gè)部件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)我國(guó)變速箱的歷史以及現(xiàn)實(shí)的發(fā)展，以及各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)設(shè)計(jì)出整體變速箱，并進(jìn)行主要零件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算核對(duì)，保障此變速箱的有效使用。
關(guān)鍵詞：變速箱；齒輪；軸承；軸；裝載機(jī)
Abstract
Wheel loader is a kind of engineering transport machinery, which is used for engineering construction, engineering, hydropower, wharf, and various mines for construction engineering. It has many advantages, such as reducing operation time, increasing productivity, reducing labor cost and so on. So that the completion speed of various construction projects is speeded up, and the quality of the project is guaranteed. It has unique status in the field of world mechanical engineering. One of the main components of the wheel loader is that the gearbox is in the middle of the weight. It can make the car move forward and back at different speed, save time and effort to complete the operation of the car and provide a powerful foundation for its operation.
This design mainly aims at the gearbox of wheel loader, including the overall structure of the gearbox, the operation principle, the assembly way, and the design data of each component. The design and checking of the main parts are designed and checked out according to the history and actual development of the gearbox in our country, as well as the various data indexes. Check to ensure the effective use of the gearbox.
Key words: Gearbox; gear; bearing; shaft; loader
目 錄
第一章 引言 1
1.1設(shè)計(jì)背景 1
1.1.1 裝載機(jī)發(fā)展史 1
1.1.2 裝載機(jī)的類型 1
1.1.3 變速箱的發(fā)展史 2
1.1.4 變速箱的部件 2
1.1.5變速箱的作用及未來趨勢(shì) 4
1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 4
第二章 變速箱設(shè)計(jì)前提 5
2.1 車型的選擇 5
2.1.1 裝載機(jī)的選擇 5
2.1.2 車型主要數(shù)據(jù) 5
2.2 變矩器的選擇 6
2.3 柴油機(jī)的選擇 8
第三章 變速箱設(shè)計(jì) 11
3.1方案內(nèi)容 11
3.2 傳動(dòng)比 11
第四章 傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)及檢驗(yàn) 14
4.1 傳動(dòng)齒的主要數(shù)據(jù) 14
4.1.1 齒數(shù)與傳動(dòng)比的確定 14
4.1.2 傳動(dòng)齒的各項(xiàng)數(shù)據(jù) 15
4.2 傳動(dòng)齒的接觸疲勞強(qiáng)度校驗(yàn) 16
4.3 傳動(dòng)齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校驗(yàn) 17
第五章 軸的設(shè)計(jì)與校驗(yàn) 18
5.1 軸的總體設(shè)計(jì) 18
5.2 軸的強(qiáng)度的檢驗(yàn)計(jì)算 19
第六章 軸承的選擇及校驗(yàn) 22
6.1軸承的選擇 22
6.2軸承使用壽命的校核 22
第七章 離合器 24
第八章 箱體的設(shè)計(jì) 26
結(jié) 論 27
參考文獻(xiàn) 28
謝 辭 29
第一章 引言
1.1設(shè)計(jì)背景
1.1.1 裝載機(jī)發(fā)展史
變速箱第一次問世在20世紀(jì)初，其前身是一臺(tái)拖拉機(jī)，其發(fā)動(dòng)機(jī)是安裝在車身的前端，與如今的裝載機(jī)相比，它的前面輪子較小，后方車輪較大，通過前輪的轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)整車的變向，駕駛?cè)寺短旃ぷ?，翻斗則是通過繩子提升下降，翻斗可容納大約0.8立方米的泥土，整車重量約700公斤，動(dòng)力小，作業(yè)效率低，直到如今未有任何數(shù)據(jù)和資料可以證明它屬于哪個(gè)公司制造。而1947年，新一代的裝載機(jī)橫空出世，由一家美國(guó)公司制造，它拋開傳統(tǒng)式裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，采用特別制造的車身及底盤，較之前的裝載機(jī)相比，它的動(dòng)力大，節(jié)省工作時(shí)間，可以進(jìn)行運(yùn)輸石頭，木材等重量較大的材料，直至1952年，較為成型的裝載機(jī)重新登上歷史舞臺(tái)，它的主要特點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)位于整車的后端，并通過變矩器，柴油機(jī)，變速箱等部件，完善了裝載機(jī)在工程機(jī)械中的地位。并通過其強(qiáng)大的動(dòng)力，翻斗的切入力，工作的產(chǎn)量增加了很多，人們使用的方法不再?gòu)?fù)雜。60年代初，裝載機(jī)迎來一項(xiàng)重大突破，與傳統(tǒng)裝載機(jī)不同，它的前車身與翻斗一同運(yùn)作轉(zhuǎn)向，整車的車架采用鉸接的方式，將車身分為翻斗前車身，后車身發(fā)動(dòng)機(jī)的兩部分，裝載機(jī)的操作更加靈活，并廣泛被許多施工使用，工作能力顯著提升，大大減少了工作人員勞動(dòng)程度。
1.1.2 裝載機(jī)的類型
裝載機(jī)按照作業(yè)地點(diǎn)的不同可分為車輪式裝載機(jī)，履帶式裝載機(jī)兩大類型，車輪式裝載機(jī)可使用于陸地建筑工程，淺灘建筑工程，馬路等，根據(jù)其操作靈便，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)被廣泛使用，履帶式裝載機(jī)可以用于港口，碼頭，橋梁建筑工程，采沙等江河建設(shè)工程中，履帶式裝載機(jī)的動(dòng)力輸出源功率相對(duì)很大，可克服較為惡劣的工作環(huán)境，但由于履帶的原因使其工作環(huán)境有所限制，行動(dòng)及轉(zhuǎn)向較為不便，生產(chǎn)效率比車輪式裝載機(jī)低。
裝載機(jī)按照發(fā)動(dòng)機(jī)及翻斗載重大小也可分為：重型裝載機(jī)，輕型裝載機(jī)，重型裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率大約在140-600kW之間，輕型裝載機(jī)的功率大約在20-150kW之間不等，重型裝載機(jī)適用于較大型工程，例如：橋梁，建筑等，而輕型裝載機(jī)一般適用于小型工程，例如：馬路，港口貨運(yùn)等。
裝載機(jī)按照翻斗配置方式的不同可分為：前端裝載機(jī)，后端裝載機(jī)，前端式裝載機(jī)的工作工具在車身靠前的位置，裝卸貨物主要有車身前端來完成，適用于土方，石方的短程運(yùn)輸工作，后置4端式裝載機(jī)的翻斗位于裝載機(jī)的車身后端，裝卸貨物主要有車身后端來完成，適用于貨物，材料的長(zhǎng)途運(yùn)輸工作，工程上前端式裝載機(jī)和后端式裝載機(jī)相互配合使用較多。
1.1.3 變速箱的發(fā)展史
1889年，法國(guó)一家公司成功研制世界第一臺(tái)變速箱，通過手動(dòng)換擋方式實(shí)現(xiàn)汽車在不同速度下的行駛，使得人們操作汽車更加靈活方便，為未來汽車在生活和建設(shè)工程中提供了重要的基礎(chǔ)，并使得當(dāng)時(shí)所有工業(yè)的生產(chǎn)效率大大提升，但因當(dāng)時(shí)科技發(fā)展的限制，變速箱的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且使用范圍較小。
科學(xué)技術(shù)發(fā)展的很快，手動(dòng)變速箱也會(huì)隨著發(fā)展變得越來越好，在歷史的長(zhǎng)河中，變速箱發(fā)展的越來越便捷，并且可實(shí)現(xiàn)多檔位之間的各種變換，結(jié)構(gòu)也越發(fā)復(fù)雜，通過多檔位之間的不同變化，汽車在我們的生活中體現(xiàn)著更加重要的地位。
1901年，變速箱的發(fā)展歷史迎來了一次重大的突破，由傳統(tǒng)的手動(dòng)換擋改進(jìn)成自動(dòng)換擋，此舉成為了汽車行業(yè)的跨時(shí)代杰作，它通過改變傳統(tǒng)駕車習(xí)慣的方式使人們意識(shí)到汽車可以操作的更加方便，快捷。因?yàn)槟菚r(shí)的汽車發(fā)展程度不是很好，初代自動(dòng)變速箱只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)速度比，但其可以讓汽車在工作時(shí)可以很平穩(wěn)，燃油率也大大降低，節(jié)省了資源的消耗和人們的生活成本。
變速箱發(fā)展到如今，從很久以前的人們手動(dòng)操控慢慢成為了自動(dòng)形式，自動(dòng)形式又升級(jí)為無(wú)級(jí)形式，無(wú)級(jí)變速箱使得汽車的傳動(dòng)效率更高，并且燃油的消耗率也逐漸減少，汽車運(yùn)行平穩(wěn)，增加的人們的舒適程度，提供了更好的駕車體驗(yàn)。
1.1.4 變速箱的部件
本設(shè)計(jì)主要研究手動(dòng)變速箱的結(jié)構(gòu)部件，手動(dòng)變速箱的主要部件有：同步器，換擋裝置，離合器，傳動(dòng)軸，傳動(dòng)齒輪等部件組成。
離合器：離合器顧名思義就是將變速箱的主要部件短暫的分離開，其是將變速器與動(dòng)力部件進(jìn)行短暫的分離，然后在這期間完成重要的汽車換擋操作，讓汽車可以用不一樣的速度行駛，改變擋位之后，再將變速器與動(dòng)力裝置結(jié)合到一起，使得汽車?yán)^續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，變速箱離不開使用離合器。
同步器：因汽車的行駛速度不同，所以會(huì)造成汽車變速器內(nèi)的各個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)
速度不同，而同步器則是將汽車變速前將即將嚙合的各個(gè)齒輪之間的速度同步，使得其運(yùn)轉(zhuǎn)速度一致，便于齒輪直接的更好配合，同步器廣泛用于汽車變速箱中，是變速箱不可或缺的主要零件之一。
傳動(dòng)軸:軸是變速箱內(nèi)傳遞柴油機(jī)動(dòng)力源的主要零件，由于不一樣的車，不同工作環(huán)境的需要，傳動(dòng)軸系統(tǒng)可有許多根軸組成，各個(gè)軸扮演者不同的角色，有的是接受動(dòng)力的軸，有的是中間用于傳遞前一根軸動(dòng)力的軸，有的是將動(dòng)力輸出個(gè)下一個(gè)裝置的軸，軸與軸之間的結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)成了變速箱的整體結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)軸系統(tǒng)也可看作變速箱整體的“骨架”，它們通過平行配置，垂直配置，角度配置安裝在變速箱內(nèi)，大大減少了變速箱的整體尺寸，提高了零部件的空間利用率。
齒輪組：變速器的使用則是通過不同軸上的齒輪組相互工作，以達(dá)到不同的傳動(dòng)比和速率比，各個(gè)齒輪的尺寸會(huì)有所不同，通過齒數(shù)間的不同進(jìn)行配合運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使得變速器達(dá)到變速的作用，傳動(dòng)軸上的齒輪要求較高，為防止齒輪出現(xiàn)變形，斷裂，磨損，粘合等失效形式，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該按照要求嚴(yán)格選擇齒輪的材料及尺寸，因此齒輪的設(shè)計(jì)既要滿足裝配方案，又要滿足齒輪不會(huì)發(fā)生重大損壞。齒輪組好比變速箱中的“血液”，它是傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)汽車變速的重要部件，齒輪傳動(dòng)也大大增加了機(jī)械傳遞的效率，并且結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，傳遞動(dòng)力的性能比較平穩(wěn)，廣泛用于各大小機(jī)械中。
倒擋：倒擋裝置相比人人都有所耳聞，變速箱一方面可以調(diào)節(jié)汽車行駛時(shí)的速度大小，一方面進(jìn)行汽車行駛方向的轉(zhuǎn)換，倒擋裝置一般只有一個(gè)檔位，通過手動(dòng)換擋的方式，將動(dòng)力輸入軸上的齒輪與倒擋軸上的齒輪相互配合，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到讓汽車反向行駛的目的。倒擋裝置也是變速器中重要的零部件之一，若沒有它，汽車無(wú)法后退行駛，只能前進(jìn)行駛。
操作桿:操作桿是變速箱結(jié)構(gòu)部件的“指揮者”，人們通過對(duì)操作桿的調(diào)節(jié)，使操作桿對(duì)變速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，便于各個(gè)齒輪組之間的操作以及軸與軸之間的運(yùn)轉(zhuǎn)，操作桿的地位毋庸置疑，有了它，使得人們與變速箱進(jìn)行溝通及交流。
箱體:箱體是變速箱的外包裝，相當(dāng)于人類的“衣服”和“皮膚”，它將變速箱的所有組成部件包裝起來，可以起到保護(hù)各部件的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，主要零件之間油液的潤(rùn)滑，減少部件之間的摩擦及磨損，提高了傳動(dòng)的效率，增加的零件的工作時(shí)間，箱體保障了變速器部件的安裝，使其平穩(wěn)運(yùn)行，并且可以有效的將變速箱整體與車身相連接，使其完美融入汽車當(dāng)中，充當(dāng)汽車部件中重要的角色。
1.1.5變速箱的作用及未來趨勢(shì)
縱觀變速箱從古至今的發(fā)展我們可以看出，變速箱給人們的生活和工作留下很深刻的印象，變速箱通過安裝在各種汽車上，實(shí)現(xiàn)它的供用，變速箱的作用有許多。例如：人們通過操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速箱的使用，變速箱通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部的每一個(gè)構(gòu)件之間的關(guān)系，改變傳動(dòng)比例，讓汽車在所需不同速度下行駛，當(dāng)汽車行駛在車輛較少，道路情況較好的地方，可以應(yīng)用傳動(dòng)比較小的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)汽車高速行駛，當(dāng)汽車位于道路情況較差，需要較大動(dòng)力時(shí)，可以使用較大的傳動(dòng)比，以便實(shí)現(xiàn)汽車的低速平穩(wěn)行駛，變速箱還可以通過對(duì)不同傳動(dòng)軸的使用，實(shí)現(xiàn)汽車的后退行駛，例如：在道路擁堵的情況下或者路況條件差的情況下，人們可以通過對(duì)變速箱的使用，來實(shí)現(xiàn)汽車的后退行駛，及時(shí)調(diào)整汽車的位置和方向，便于汽車有效快捷的行駛到人們想要的位置，這也是變速箱的又一大功能。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的變速箱一定會(huì)與人工智能相結(jié)合，人工智能會(huì)取代人們駕車時(shí)的繁瑣操作過程，將人工智能運(yùn)用于變速箱的運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)使人們?cè)诓僮髌嚂r(shí)，不必要進(jìn)行復(fù)雜的過程，各檔位之間的不斷變換，無(wú)需人類操控，可有智能設(shè)備幫助人們操作。
1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容
本設(shè)計(jì)是根據(jù)LJ-930裝載機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行前進(jìn)二擋和后退二擋型變速箱的整體和部件設(shè)計(jì)，包括多項(xiàng)內(nèi)容：各項(xiàng)數(shù)據(jù)的計(jì)算，傳動(dòng)軸的尺寸大小設(shè)計(jì)，使用時(shí)間與強(qiáng)度驗(yàn)算，齒輪的尺寸大小設(shè)計(jì)與材料選則，強(qiáng)度驗(yàn)算，變速箱整體機(jī)構(gòu)的安裝方案，運(yùn)行順序，軸承的選擇，安裝位置及強(qiáng)度檢驗(yàn)等。
第二章 變速箱設(shè)計(jì)前提
2.1 車型的選擇
2.1.1 裝載機(jī)的選擇
本設(shè)計(jì)是研究車輪式裝載機(jī)的前進(jìn)二擋和后退二擋型變速箱，裝載機(jī)是一種工程機(jī)械，在很多裝置和應(yīng)用上有較大比例，裝載機(jī)可以進(jìn)行貨物搬運(yùn)，材料運(yùn)輸?shù)却笮投掏具\(yùn)輸工作。
本變速箱設(shè)計(jì)車型來源于LJ-930裝載機(jī)，如圖2.1。
圖2.1 LJ-930裝載機(jī)
2.1.2 車型主要數(shù)據(jù)
本設(shè)計(jì)來源LJ-930式裝載機(jī)各項(xiàng)主要參數(shù)，包括基本數(shù)據(jù)（表1），前進(jìn)擋行駛速度，后退擋行駛速度（表2）等。
表1 主要數(shù)據(jù)
參數(shù)類型
參數(shù)值
裝載機(jī)型號(hào)
LJ-930
額定載重
1.6t
裝卸方式
前置式
裝載機(jī)機(jī)械類型
小型裝載機(jī)
行走方式
輪胎式
標(biāo)準(zhǔn)功率
47kW
翻斗容量
1.5m
剎車系統(tǒng)
氣剎
表2 車身
參數(shù)類型
參數(shù)值
輪胎尺寸
205mm-160mm
輪胎類型
原生橡膠胎
驅(qū)動(dòng)橋
輪邊
驅(qū)動(dòng)方式
四輪驅(qū)動(dòng)
整機(jī)重量
5.1t
表3 行駛速度
參數(shù)類型
參數(shù)值
前進(jìn)1擋
0-10km/h
前進(jìn)2擋
0-26km/h
后退1擋
0-9km/h
后退2擋
0-25km/h
2.2 變矩器的選擇
變矩器（圖2.2）在整個(gè)裝載機(jī)里是必須要注意的部件，變矩器是有著很高的地位，變矩器有時(shí)又可看作是離合器，例如：裝載機(jī)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)以很小的速度運(yùn)行的時(shí)候，或者發(fā)送機(jī)工作情況不好時(shí)，變矩器可以充當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間的紐帶作用。變矩器最大的特點(diǎn)是它可以增加裝載機(jī)的扭矩，它會(huì)讓泵輪變得轉(zhuǎn)的很快，而渦輪的運(yùn)轉(zhuǎn)的速度就比較小，將二者同時(shí)配合使用，達(dá)到增大扭矩的作用，這樣可以使裝載機(jī)起動(dòng)動(dòng)力加大，行駛驅(qū)動(dòng)力較大，從而完成一些重型運(yùn)輸工作。變矩器還可以進(jìn)行停止，保護(hù)的作用，它在擋泵輪運(yùn)轉(zhuǎn)速率和渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)的速率正好相等時(shí)，將裝載機(jī)的離合器進(jìn)行關(guān)閉和停止，這樣裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)所有的輸出動(dòng)力，將會(huì)全部傳進(jìn)裝載機(jī)的變速箱，并對(duì)離合器等部件進(jìn)行保護(hù)。
圖2.2 變矩器
變矩器是設(shè)計(jì)裝載機(jī)變速箱的首要前提，通過對(duì)變矩器的主要數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行變速箱的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，縱觀多種變速器，本設(shè)計(jì)使用正轉(zhuǎn)液力變矩器（單個(gè)渦輪）。
選擇變矩器的重要參數(shù)也是本設(shè)計(jì)重要前提之一，根據(jù)變矩器的類型，可選擇多種變矩器型號(hào)，例如：280或者265型變矩器，變矩器主要參數(shù)的計(jì)算公式可見表4。
表4 變矩器計(jì)算公式
參數(shù)類型
計(jì)算公式
傳動(dòng)比
i=n2n1
變矩比
K=M2M1
傳動(dòng)效率
η=P2P1
表5 公式字母含義
參數(shù)
含義
K
變矩比
M2
渦輪力矩
M1
泵輪力矩
n1
泵輪轉(zhuǎn)速
n2
渦輪轉(zhuǎn)速
P1
泵輪軸輸入功率
P2
渦輪軸輸出功率
η
傳動(dòng)效率
i
傳動(dòng)比
表6 參考數(shù)值
數(shù)值類型
數(shù)值
最低效率ηmin
0.75
最大效率ηmax
0.8
最大變矩比Kmax
3.0
最小變矩比Kmin
2.0
最小傳動(dòng)比imin
0.4
最大傳動(dòng)比imax
0.8
2.3 柴油機(jī)的選擇
柴油機(jī)還可以叫做發(fā)動(dòng)機(jī)，柴油機(jī)是裝載機(jī)動(dòng)力總來源，它是一切動(dòng)力的源泉，發(fā)動(dòng)機(jī)主要有兩個(gè)類別，分別是柴油機(jī)和汽油機(jī)，本設(shè)計(jì)所使用的是柴油機(jī)，柴油機(jī)顧名思義就是燃燒柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以通過燃燒柴油來獲得能量，并將能量輸送出給其他部件。
柴油機(jī)是由德國(guó)人發(fā)明的，因此也以它的名字來命名，柴油機(jī)的工作過程是由4個(gè)進(jìn)程組成的，進(jìn)氣，壓縮，做工，排氣。柴油機(jī)所使用的柴油一般液體的粘度都會(huì)相對(duì)大一些的油類，它可以保留一段時(shí)間，而不會(huì)輕易揮發(fā)，所以便于使用，而柴油機(jī)的工作過程是將空氣吸入，然后將其進(jìn)行壓縮，空氣體積變小就會(huì)變成有很高溫度和高壓力的氣體，將高溫高壓的氣體釋放進(jìn)氣缸中，緊接著釋放油箱中的油液，二者混合，油液的燃點(diǎn)比較高，所以與高溫的氣體相結(jié)合之后便會(huì)燃燒，氣體將會(huì)產(chǎn)生巨大的膨脹，向外擴(kuò)張，因此，擴(kuò)張時(shí)所產(chǎn)生的能量，會(huì)推動(dòng)活塞移動(dòng)，使汽車行駛，而做功后的氣體我們叫做廢氣，它隨后就會(huì)被柴油機(jī)排除。
柴油機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，比如它可以產(chǎn)生較大的動(dòng)力，輸出的功率較大，而且制造成本相對(duì)于汽油機(jī)更加廉價(jià)，更加經(jīng)濟(jì)，柴油機(jī)比汽油機(jī)更節(jié)省燃料。
柴油機(jī)的缺點(diǎn)相信大多數(shù)人都會(huì)有所了解，例如：柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)聲音很大，污染有些嚴(yán)重，柴油機(jī)工作時(shí)會(huì)伴隨著巨大的黑煙，對(duì)環(huán)境影響很大，柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)較大，因此尤為笨重，只有需要使用較大功率和動(dòng)力的車上會(huì)使用柴油，因?yàn)檠b載機(jī)的用途多為大型建設(shè)工程，所以本設(shè)計(jì)采用柴油機(jī)。
本設(shè)計(jì)根據(jù)變矩器主要參數(shù)以及裝載機(jī)的載重量，工作環(huán)境，選擇4102型柴油機(jī)，4102型柴油機(jī)可以提供較大動(dòng)力性能，可以保障裝載機(jī)的牽引力，崛起力很高4102型柴油機(jī)可見圖2.3。
圖2.3 4102型柴油機(jī)
4102型柴油機(jī)的型號(hào)有很多，分別屬于不同的廠家，本設(shè)計(jì)所選擇的4102系列柴油機(jī)是由濰坊發(fā)動(dòng)機(jī)公司制造的，它的型號(hào)有K4102D型及ZH4102Y4-3型本設(shè)計(jì)選擇ZH4102Y4-3型。詳情參考表7。
表7 4102型發(fā)動(dòng)機(jī)
型號(hào)
功率
K4102D
33kW-36kW
ZH4102Y4-3
47kW-51kW
根據(jù)兩款類型的4102系列發(fā)動(dòng)機(jī)，我們選擇ZH4102Y4-3型號(hào)的，考慮到其功率大，可以較好的應(yīng)用于需要強(qiáng)大動(dòng)力的裝載機(jī)。
ZH4102Y4-3型柴油機(jī)的具體數(shù)據(jù)可參考表8。
表8 ZH4102Y4-3型主要數(shù)據(jù)
參數(shù)類型
參數(shù)值
功率
47kW-51kW
轉(zhuǎn)速
2400轉(zhuǎn)
最大扭矩
222N·m
氣缸數(shù)
4
額定電壓
400/230v
旋向
逆時(shí)針
冷卻方式
水冷
工作循環(huán)
4沖程
用途
工程機(jī)械
選擇了變矩器和柴油機(jī)的類型和主要數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行變速箱的設(shè)計(jì)計(jì)算以及校核計(jì)算。變速箱的設(shè)計(jì)離不開這二者的主要參數(shù)。
第三章 變速箱設(shè)計(jì)
3.1方案內(nèi)容
根據(jù)柴油機(jī)和變矩器的型號(hào)，查得二者的主要數(shù)據(jù)，根據(jù)主要數(shù)據(jù)進(jìn)行變速箱的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成向前走有兩個(gè)檔的速度，向后走有兩個(gè)檔的速度的定軸式變速箱，變速箱傳動(dòng)系統(tǒng)中尤為重要的三個(gè)部件，分別為：變速箱，變矩器，差速器缺一不可。三者相互利用，構(gòu)成了裝載機(jī)行駛的必要基礎(chǔ)。車輪式裝載機(jī)的變速箱使用的是機(jī)械傳動(dòng)，而機(jī)械傳動(dòng)主要有齒輪組，軸等必要部件所構(gòu)成，所有本設(shè)計(jì)重點(diǎn)是進(jìn)行齒輪，軸等部件的設(shè)計(jì)計(jì)算以及其校核檢驗(yàn)。
本設(shè)計(jì)選用的離合器為摩擦式離合器進(jìn)行換擋，變速箱中的每?jī)蓚€(gè)軸之間采用最多兩檔的變化速度，摩擦離合器更加適用于大型裝載機(jī)械，比如本設(shè)計(jì)中的裝載機(jī)，或者大型壓路機(jī)，挖掘機(jī)中，因換擋的要求較少，所有完美適用于裝載機(jī)。
3.2 傳動(dòng)比
1) 傳動(dòng)比最髙檔時(shí)的計(jì)算公式
imin=0.377rkvmaxnmax
公式參數(shù)的含義：rk-輪胎的滾動(dòng)半徑
imin-變矩器傳遞給車輪的最小傳動(dòng)比
vmax-裝載機(jī)行駛的最大速度
nmax-變矩器最高轉(zhuǎn)速
根據(jù)表2可知，輪胎寬度為160mm，曲率為70%，可得
rk=160×70%+24×212=0.36mm
根據(jù)選定表8變矩器的額定轉(zhuǎn)速n及表6變矩器最大傳動(dòng)比imax，可知
nmax=n×imax=2400×0.8=1920r/min
根據(jù)表3裝載機(jī)行駛速度可知最大行駛速度約是26
通過以上數(shù)據(jù)可得
imin=0.377×0.36×192026=10.1
2) 傳動(dòng)比最低檔計(jì)算公式
imax=0.377rkvminnmin
根據(jù)選定表8柴油機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n及表6變矩器最大傳動(dòng)比imin，可知
nmin=n×imin=2400×0.4=960r/min
根據(jù)表3裝載機(jī)行駛速度可知 vmin=3km/h
通過以上數(shù)據(jù)可得
imax=0.377×0.36×9603=44
3) 變速箱一檔和二擋傳動(dòng)比
傳動(dòng)路線見圖3.1所示。
圖3.1 傳動(dòng)路線
根據(jù)傳動(dòng)路線圖可知，裝載機(jī)以一檔行駛時(shí)，變矩器傳遞給車輪的最大傳動(dòng)比為44 ，而變矩器輸出給車輪的傳動(dòng)比和減速器的傳動(dòng)比，一檔傳動(dòng)比有關(guān)，可得
imax=ij×iΙ×iq
公式中參數(shù)含義：ij-減速器傳動(dòng)比
iΙ-變速箱一檔傳動(dòng)比
iq-其他傳動(dòng)比
由此可得：
iΙ=imaxij×iq
查得減速器傳動(dòng)比ij=5，iq=4。
iΙ=imaxij×iq=4420=2.2
同理可知二擋傳動(dòng)比：
iΙΙ=iminij×iq=0.5
4) 傳動(dòng)路線
根據(jù)圖3.1可知，傳動(dòng)路線分為4條分別是
第一條：Z1-Z3-Z5-Z8-Z7-Z9（前進(jìn)一檔）
第二條：Z2-Z11-Z10-Z3-Z5-Z8-Z7-Z9 (后退一檔)
第三條：Z1-Z3-Z4-Z6-Z7-Z9 (前進(jìn)二檔)
第四條：Z2-Z11-Z10-Z3-Z4-Z6-Z7 (后退二擋)
根據(jù)傳動(dòng)路線圖可得出每條路線傳動(dòng)比，分別是：
第一條：i1×i3×i4 i1=Z3Z1 i3=Z8Z5 i4=Z9Z7
第三條：i1×i2×i4 i1=Z3Z1 i2=Z6Z4 i4=Z9Z7
第二條：i5×i6×i3×i4 i5=Z11Z2 i3=Z8Z5 i4=Z9Z7 i6=Z3Z10
第四條： i5×i6×i2×i4 i5=Z11Z2 i2=Z6Z4 i4=Z9Z7 i6=Z3Z10
第四章 傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)
4.1 傳動(dòng)齒的主要數(shù)據(jù)
4.1.1 齒數(shù)與傳動(dòng)比的確定
齒輪傳動(dòng)應(yīng)用十分廣泛，齒輪傳動(dòng)是根據(jù)齒輪之間的運(yùn)轉(zhuǎn)來傳遞動(dòng)力的，齒輪傳動(dòng)與很多的有點(diǎn)，比如：齒輪傳動(dòng)可以使傳動(dòng)更加平穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的能量會(huì)很好的傳送，效率較高，齒輪傳動(dòng)工作性能較好，并且可以減少部件的尺寸，使整個(gè)箱體的結(jié)構(gòu)不會(huì)松散。
本設(shè)計(jì)中的齒輪共有11個(gè)，以低速運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪的安裝位置因盡量靠近軸的兩端，從而減少軸的撓度，而且齒輪齒數(shù)的確定也是齒輪設(shè)計(jì)中很重要的一部分，設(shè)計(jì)的齒輪齒數(shù)要滿足不會(huì)發(fā)生根切的現(xiàn)象，并且一對(duì)工作齒輪的傳動(dòng)比不能太大，會(huì)使造成整個(gè)變速箱會(huì)變得很笨重過大。
通過以上條件我們可以得出以及傳動(dòng)路線圖我們可以知道，齒輪5，齒輪4，齒輪3在同一條軸上，并且需要保證各個(gè)軸之間的齒輪不會(huì)重合。
1) 傳動(dòng)比
由于一對(duì)工作齒輪的傳動(dòng)比不要太大(小于3)，并且，當(dāng)裝載機(jī)1擋行駛時(shí)的傳動(dòng)比最大，二擋行駛的傳動(dòng)比最小，所以我們可以選定傳動(dòng)比。
傳動(dòng)比（前1檔）： i1=Z3Z1=1 i3=Z8Z5=2.2 i4=Z9Z7=1
傳動(dòng)比（后1擋）： i5=Z11Z2=1 i3=Z8Z52.2 i4=Z9Z7 =1 i6=Z3Z10=1
傳動(dòng)比（前2檔）： i1=Z3Z1=1 i2=Z6Z4=0.5 i4=Z9Z7=1
傳動(dòng)比（后2檔）： i5=Z11Z2 =1 i2=Z6Z4=0.5 i4=Z9Z7 =1 i6=Z3Z10=1
2) 齒數(shù)
齒數(shù)的選擇需要滿足最小齒輪5不會(huì)發(fā)生根切，根據(jù)不發(fā)生根切的條件，選定齒輪5的齒數(shù)為19，齒輪1最小當(dāng)量齒數(shù)23，且滿足Z5+Z3=Z4+Z6，Z2+Z5＜Z1+Z3
這樣就可以知道每個(gè)齒輪的齒數(shù)：齒輪1有23個(gè)，齒輪2 有25個(gè)，齒輪3有23個(gè)，齒輪4有40個(gè)，齒輪5的齒數(shù)為19，齒輪6的齒數(shù)是21，齒輪7的齒數(shù)是25，齒輪8的齒數(shù)為42，齒輪9的齒數(shù)是25，齒輪10和齒輪11齒數(shù)分別是23和25。
3）模數(shù)
齒輪模數(shù)m是齒輪參數(shù)中非常重要的數(shù)據(jù)之一，齒輪模數(shù)計(jì)算公式為
m=0.73Mmax
Mmax=Me×iΙ
公式參數(shù)含義： Mmax-最大輸出扭矩（N·mm）
Me-輸入軸最大扭矩，取值220.7×3÷10.1=43.7
iΙ-1檔傳動(dòng)比
可得出模數(shù)m=3.71mm，選定m=5.5mm。
4.1.2 傳動(dòng)齒的各項(xiàng)數(shù)據(jù)
根據(jù)齒輪計(jì)算各計(jì)算公式可以計(jì)算出各對(duì)嚙合齒輪的主要參數(shù)
1) 齒輪1和齒輪3的主要數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果：
齒輪1：齒根高=6.8mm，齒頂高=5.5mm，齒根圓的直徑求出是120.89mm，齒頂圓直徑=145.6mm，分度圓直徑=134.6mm，齒輪3：齒根高=6.8mm，齒頂高=5.5mm，齒根圓的直徑長(zhǎng)度為120.89mm，齒頂圓直徑=145.6mm，分度圓直徑=134.6mm，中心距=134.6mm。
2) 齒輪5和齒輪8的主要數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果：
齒輪5：齒根高=5.9mm，齒頂高=6.5mm，齒根圓直徑求得為99.11mm，齒頂圓直徑=124.2mm，分度圓直徑=112,2mm，齒輪8：齒根高=7.9mm，齒頂高=4.5mm，齒根圓直徑尺寸是230.11mm，齒頂圓直徑=254.9mm，分度圓直徑=245.83mm，中心距=178.5mm。
3) 齒輪4和齒輪6的主要數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果
齒輪4：齒根高=6.8mm，齒頂高=5.5mm，齒根圓的直徑長(zhǎng)度是220.29mm，齒頂圓直徑=245.1mm，分度圓直徑=234.1mm ，齒輪6：齒根高=6.8mm，齒頂高=5.5mm，齒根圓的直徑尺寸是110.79mm，齒頂圓直徑=134.1mm，分度圓直徑=178.6mm，中心距=178.52mm。
4) 齒輪7和齒輪9的主要數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果
齒輪7：齒根高=6.8mm，齒頂高=5.5mm，齒根圓直徑求得為132.59mm，
齒頂圓直徑=157.3mm，分度圓直徑=146.3mm 齒輪9：齒根高=6.8mm，齒頂高=5.5mm，齒根圓的直徑長(zhǎng)度是132.59mm，齒頂圓直徑=157.3mm，分度圓直徑=146.3mm，中心距=146.3mm。
5) 齒輪2和齒輪11的主要數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果
齒輪2：齒根高=6.8mm，齒頂高=5.5mm，齒根圓直徑是132.59mm，齒頂圓
直徑=157.3mm，分度圓直徑=146.3mm，齒輪11：齒根高=6.8mm，齒頂高=5.5mm，齒根圓直徑是132.59mm，齒頂圓直徑是157.29mm，分度圓直徑=146.3mm，中心距=146.3mm。
6) 齒輪3和齒輪10的主要數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果
齒輪10：齒根高=6.8mm，齒頂高=5.5mm，齒根圓直徑求出是120.9mm，齒
頂圓直徑=145.6mm，分度圓直徑=134.6mm，中心距=134.6mm。
4.2 傳動(dòng)齒的接觸疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)
本設(shè)計(jì)的變速箱是應(yīng)用于裝載機(jī)的，而裝載機(jī)的工作環(huán)境較為艱苦，并且需要強(qiáng)勁的動(dòng)力等關(guān)鍵因素，如果齒輪發(fā)生失效的話，將會(huì)帶來巨大的損失，所以為了保證變速箱可以順利使用，我們需要對(duì)變速箱中的齒輪進(jìn)行檢驗(yàn)，防止它發(fā)生失效，齒輪傳動(dòng)中，齒輪會(huì)發(fā)生許多種壞掉的情況，比如：齒輪的接觸面會(huì)因摩擦而損壞，因摩擦而產(chǎn)生熱量會(huì)將運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪的表面發(fā)生膠黏，因工作時(shí)受力較大，導(dǎo)致齒輪的齒折斷，讓齒輪可以工作的時(shí)間更長(zhǎng)，安全性更高。
本設(shè)計(jì)中的11個(gè)齒輪，根據(jù)自身尺寸，齒數(shù)，模數(shù)的大小以及所在軸的計(jì)算載荷的大小可知，齒輪7和齒輪9之間的所受的計(jì)算載荷較大且分度圓直徑較小，根據(jù)公式：
σH=2K×T×(u±1)b×d2×εa×ZH×ZE≤[σH]
公式中各參數(shù)的含義為: σH-接觸應(yīng)力（MPa）
K-載荷系數(shù)，取K=2.3
T-計(jì)算載荷（N/mm）
u-兩輪廓曲率半徑之比，取u=1
b-齒寬，b=Ψ×m，Ψ取5.6-8.4
εa-重合度，計(jì)算值取1.1
ZH-區(qū)域系數(shù)，取2.5
ZE-彈性影響系數(shù)，取188.9
[σH]-許用接觸應(yīng)力，查得取值是1910-1200MPa
因齒輪7和齒輪9分別在軸3和軸4上，所以根據(jù)柴油機(jī)最大扭矩Tmax=220.7和變矩比k=3等可計(jì)算出兩軸各自的計(jì)算載荷。
T3=Tmax×k×i1×i3=1463(Nmm)
T4=Tmax×k×i1×i3×i4=1463(Nmm)
σH7=2K×T×(u±1)b×d2×εa×ZH×ZE=1925MPa<2000MPa
σH9=2K×T×(u±1)b×d2×εa×ZH×ZE=1925MPa<2000MPa
結(jié)論：齒輪7及齒輪9的接觸疲勞強(qiáng)度都合格，其他齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度經(jīng)上述校驗(yàn)都合格。
4.3 傳動(dòng)齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)
齒輪彎曲疲勞檢驗(yàn)彎曲疲勞強(qiáng)度不合格的話，會(huì)因受力而產(chǎn)生變形，造成齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的性能和安全系數(shù)降低，齒輪彎曲疲勞計(jì)算公式如下：
σF=2K×T×YSa×YFa×Yβb×d×m×εa≤[σF]
公式中各參數(shù)的含義：σF-彎曲應(yīng)力（MPa）
K-載荷系數(shù)，取1.6
YSa-應(yīng)力校正系數(shù)，取1.575
YFa-齒形系數(shù)，取2.69
Yβ-螺旋角影響系數(shù)，取0.82
其他參數(shù)與接觸疲勞參數(shù)相同
[σF]-許用彎曲應(yīng)力，取值為320~450MPa
通過上述公式可知，6齒輪，7齒輪的彎曲應(yīng)力較大，所以重點(diǎn)檢驗(yàn)這兩個(gè)齒輪的彎曲應(yīng)力是否符合許用彎曲應(yīng)力的范圍。
σF6=2K×T×YSa×YFa×Yβb×m×d×εa=434.4MPa<450MPa
σF7=2K×T×YSa×YFa×Yβb×m×d×εa=427.4MPa<450MPa
結(jié)論：兩個(gè)齒輪的彎曲強(qiáng)度都合格，其他齒輪經(jīng)上述公式計(jì)算都合格。
第五章 軸的設(shè)計(jì)與校驗(yàn)
5.1 軸的總體設(shè)計(jì)
軸在我們?nèi)粘Ｉ钪杏泻芏囝愋?，它的用途十分廣泛，例如：在許多機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中都會(huì)使用到，而且根據(jù)軸的使用時(shí)自身所承受的載荷的不同，有的軸會(huì)做成空心的，可用于定位。軸在制造生產(chǎn)時(shí)，還會(huì)考慮到其所需安裝部件的形狀，所以軸還可以設(shè)計(jì)成直線型，曲線型，直線和曲線相結(jié)合的軸，由于應(yīng)用環(huán)境，工作環(huán)境，承受載荷大小的不同，選擇的時(shí)候也要根據(jù)上述條件進(jìn)行調(diào)整。
軸的設(shè)計(jì)也是變速箱整體設(shè)計(jì)中十分重要的一部分，軸在本設(shè)計(jì)中主要用于傳遞柴油機(jī)的動(dòng)力，動(dòng)力將會(huì)先傳遞給輸入軸，通過5根軸上的齒輪的相互運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到動(dòng)力一步一步傳下去的目的，直至動(dòng)力經(jīng)輸出軸傳遞給裝載機(jī)的其他部件，從而完成機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)化。
軸的設(shè)計(jì)具有多項(xiàng)內(nèi)容，需要設(shè)計(jì)出軸的基本形態(tài)，軸上每段不同軸徑的長(zhǎng)度，尺寸大小。還有軸在工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，安裝零件的不同位置，零件的尺寸，這些都會(huì)影響到軸的基本設(shè)計(jì)，需要保證軸及軸上零件沿軸方向的定位和軸運(yùn)轉(zhuǎn)輪廓線上的定位的準(zhǔn)確，保證軸在傳動(dòng)時(shí)可以順利，安全的運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到人們預(yù)期的目標(biāo)。
(一) 軸徑的計(jì)算
軸徑的設(shè)計(jì)計(jì)算是軸的設(shè)計(jì)中重要環(huán)節(jié)之一，首先應(yīng)公式計(jì)算出軸的最小軸徑，再根據(jù)軸上零件的安裝方案以及軸的載荷等因素確定出其他每段軸徑的尺寸大小，最小軸徑的計(jì)算公式為：
dmin≥A03Pn
公式中各參數(shù)的含義： P-各軸傳遞的功率（kW）
A0-根據(jù)軸使用材料查得，取值為97
n-各軸的轉(zhuǎn)速
各個(gè)軸所傳遞的功率可根據(jù)柴油機(jī)功率Pe（47kW），各及傳遞效率η（取0.9）計(jì)算來確定：
P1=Pe×η
公式可得：P1=37.6kW，P2=33.8kW,P3=30.4kW,P4=27,4kW,P5=41kW，各軸轉(zhuǎn)速的可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n（r/min），及各軸傳動(dòng)比來計(jì)算，得出前進(jìn)1擋（轉(zhuǎn)速低，功率大）：n1=1920,n2=1920,n3=872，n4=872。后退1擋：n5=1920。
因?yàn)橛?jì)算最小軸徑，二擋的轉(zhuǎn)速較大，所以最小軸徑較小，后退擋的功率損失較大，導(dǎo)致實(shí)際功率較小，所以最小軸徑也較小，從而我們需計(jì)算出前進(jìn)1擋的最小軸徑。軸一，軸二，軸五的最小直徑為25mm。軸三和軸四最小直徑30mm。
dmin≥A03Pn≥25mm
dmin≥A03Pn≥30mm
根據(jù)最小直徑及齒輪大小，定位，安裝等設(shè)計(jì)，可以求出各軸段的長(zhǎng)度及軸徑，見表9及表10
表9 各軸軸段長(zhǎng)度
軸的類型
軸1
軸2
軸3
軸4
軸5
各段尺寸（mm）
1-2
192
70
34
192
70
2-3
37
70
45
34
115
3-4
37
50
36
22
38
4-5
70
36
77
158
36
5-6
70
36
70
22
6-7
22
表10 各軸軸徑長(zhǎng)度
軸的類型
軸1
軸2
軸3
軸4
軸5
各段尺寸（mm）
1-2
25
25
30
30
25
2-3
32
28
34
42
28
3-4
25
34
38
36
25
4-5
28
38
35
30
28
5-6
25
29
32
25
6-7
25
5.2 軸的強(qiáng)度的檢驗(yàn)計(jì)算
軸作為傳動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的一份子，也是許多機(jī)器中很重要的零件之一，設(shè)計(jì)出來的軸難免會(huì)有些許的誤差或者實(shí)用性能不合格，如果不進(jìn)行檢驗(yàn)的話軸在工作的過程很容易發(fā)生折斷或者變形等不同程度的損壞，導(dǎo)致機(jī)器的無(wú)法正常工作，造成生命和財(cái)產(chǎn)的損失，所以軸設(shè)計(jì)完成后的檢驗(yàn)過程是必不可少的。
本設(shè)計(jì)中考慮到每根軸所承受的扭矩的大小及軸上零件安裝位置等因素，得出軸3是最易發(fā)生損壞的軸，軸的材料選用20CrMnTi。
(1) 軸3強(qiáng)度校驗(yàn)
軸3上裝配的齒輪7，齒輪8，齒輪6分別應(yīng)用于不同的檔位，在這里重點(diǎn)檢驗(yàn)前進(jìn)一檔的齒輪嚙合情況，可得出，齒輪8和齒輪7所受的各個(gè)分力,包括圓周力Ft 徑向力Fr 軸向力Fa 壓力角和螺旋角均為20°。
齒輪8:
Ft8=2T3d1=11904N
Fr8=Ft8×tanαcosβ=4071N
Fa8=Ft8×tanβ=3826N
齒輪7：
Ft7=2T3d1=20041N
Fr7=Ft7×tanαcosβ=6680N
Fa7=Ft7×tanβ=6012N
根據(jù)軸三的裝配方案，可以求出兩軸端軸承所受的支反力，垂直面和水平面的力矩。
Fr1v=Fr7×l1-Fr8×l2-d82×Fa8-d72×Fa7255=1579N
Fr2v=Fr7-Fr8-Fr1v=1030N
Mv1=Fr1v×(l2+l1)=1579×(48+94)=224218N
Mv=11008N?mm
同理求出水平面的彎矩，求出總彎矩M=566364N?mm。
彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算公式為：
σca=M2+(αT×αT)W=141MPa≤[σ-1]
公式中各參數(shù)含義：σca-軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa
T-扭矩，N?mm
W-抗彎截面系數(shù)，根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果為3856
[σ-1]-許用彎曲應(yīng)力，取值510MPa
結(jié)論：經(jīng)檢驗(yàn)軸3的彎扭合成強(qiáng)度合格。
第六章 軸承的選擇及校驗(yàn)
6.1軸承的選擇
軸承有兩種大體的分類，一種我們叫做滾動(dòng)軸承，另一種我們叫做滑動(dòng)軸承，本設(shè)計(jì)中因?yàn)閭鲃?dòng)軸在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中會(huì)承受較大的力，并且會(huì)承受巨大的載荷，所以本設(shè)計(jì)選擇的是滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承在傳動(dòng)系統(tǒng)中用的較多，因?yàn)檩S承是保護(hù)軸和箱體之間很有效的一種零件，軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)因?yàn)槟Σ炼a(chǎn)生很大的熱量，而滑動(dòng)軸承就是保證軸可以順利，平穩(wěn)，安全的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且可以保證傳動(dòng)時(shí)能量不會(huì)損失很多，如果從柴油機(jī)傳來的能量和動(dòng)力，經(jīng)過摩擦等其他形式的轉(zhuǎn)化，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)損失相當(dāng)多的一部分能量，導(dǎo)致傳動(dòng)效率很低，但是有軸承的配合時(shí)，傳動(dòng)效率會(huì)大大提升，軸也可以較為平穩(wěn)的運(yùn)行，保證了軸的尺寸不會(huì)發(fā)生太大的改變，從而達(dá)到人們預(yù)期的效果。
根據(jù)CB/T276-1994，本設(shè)計(jì)選用的是圓錐滾子軸承30205和30206兩種，分別應(yīng)用于軸1,2,5,和軸3,5。這種軸承可以較好的承受軸上的兩種載荷，分別是軸向的載荷和徑向的載荷，，并且安裝和拆卸都相對(duì)很方便，為整個(gè)變速箱的維修與檢驗(yàn)增添了便利，這種軸承一般情況下都是成對(duì)使用的。
通過查取圓錐滾子軸承的基本參數(shù)可知，本文選用的30206軸承的基本額定動(dòng)載荷取值是Cr=43.2kN,并且它的最高轉(zhuǎn)速不能超過6000r/min。，而軸承30205的基本額定動(dòng)載荷是32.2kN，最高轉(zhuǎn)速不能超過7000r/min。
6.2軸承使用壽命的校核
軸承的校核主要是根據(jù)軸承的型號(hào)，查找相應(yīng)的參數(shù)，然后根據(jù)載荷以及人們?cè)谑褂弥跋胍妮S承可以工作的時(shí)間等參數(shù)，來進(jìn)行計(jì)算檢驗(yàn)的，根據(jù)基本額定動(dòng)載荷，轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的公式計(jì)算出軸承的基本額定壽命。
載荷P的計(jì)算公式為
P=fp×XFr+YFa
根據(jù)軸承基本額定壽命公式Lh
Lh=10660n×(CP)ε
公式中各參數(shù)的含義: fp-載荷系數(shù)，取1.4
X-徑向系數(shù)，取0.56
Y-軸向系數(shù)，取1.6
Lh，-預(yù)期壽命，取10000-20000h
ε-壽命系數(shù)，取3.3
P=fp×XFr+YFa=1.4×0.56×2609+1.6×2186=4958N
根據(jù)公式校驗(yàn)軸3上軸承的使用壽命為：
Lh=10660n×(CP)ε=24110h>10000h
結(jié)論：由此可以得出，軸3軸承使用壽命合格，其它軸承使用壽命經(jīng)檢驗(yàn)計(jì)算均合格。
第七章 離合器
本設(shè)計(jì)中離合器是裝載機(jī)進(jìn)行換擋的最重要的部件，因?yàn)殡x合器的存在裝載機(jī)可以進(jìn)行各種換擋，使裝載機(jī)按照不同的速度，不同的方向進(jìn)行行駛。離合器是汽車類所有部件中，特別重要的一份子，沒有離合器的變速箱或者柴油機(jī)是不完整的，離合器有很多的好處，比如，它可以根據(jù)人們的操作，是傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪和軸實(shí)現(xiàn)分離和嚙合，這樣的話，就可以使裝載機(jī)實(shí)現(xiàn)不同的檔位，并可以在必要時(shí)進(jìn)行動(dòng)力傳輸?shù)母魯?，與連接。增加了操作的多種可能性。
離合器可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)中前進(jìn)一檔，前進(jìn)二擋，后退一檔，后退二擋的裝載機(jī)行駛狀態(tài)，離合器分為內(nèi)傳動(dòng)鼓和外傳動(dòng)鼓，這兩種傳動(dòng)鼓各自連接著不同的部件，本設(shè)計(jì)中，我們將內(nèi)鼓連接整個(gè)變速箱中需要進(jìn)行換擋的齒輪用花鍵進(jìn)行接合，而離合器的外鼓與需要換擋時(shí)使用的軸相連接，這樣的話，當(dāng)人們需要換擋的時(shí)候，就可以將高壓油油液輸入到離合器自帶的油缸里面，當(dāng)油液輸入到油缸內(nèi)之后，由于油液的壓力較大，會(huì)推動(dòng)缸內(nèi)自帶的活塞進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，一般是向需要傳動(dòng)的齒輪的方向移動(dòng)，此時(shí)，與內(nèi)傳動(dòng)鼓相配合摩擦片與外傳動(dòng)鼓相連接的摩擦片因受到活塞的推動(dòng)力，相對(duì)位置會(huì)發(fā)生一定程度的位移，兩種摩擦片會(huì)被壓緊，壓緊后，摩擦片與兩種傳動(dòng)鼓上的花鍵是相連的，就會(huì)形成，運(yùn)轉(zhuǎn)軸與運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪，離合器三者相連的局面，這樣的話齒輪就相當(dāng)于與傳動(dòng)軸連接上了，齒輪會(huì)隨著軸的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行相同速度的旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行工作，并傳遞柴油機(jī)輸出過來的動(dòng)力，達(dá)到換擋的要求。
當(dāng)需要換擋的時(shí)候，根據(jù)本設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)路線圖可知，必須使用離合器使不同的齒輪組進(jìn)行配合，當(dāng)進(jìn)行不同的擋位時(shí)，可將之前使用檔位的離合器中油缸內(nèi)的油液按照油路釋放回去，緊接著離合器內(nèi)自帶的彈簧就會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)還原，并且將活塞也會(huì)按照相反的方向進(jìn)行移動(dòng)，此時(shí)，由于活塞的移動(dòng)，兩種摩擦片不再受到推動(dòng)力，便會(huì)還原回去，然后兩種摩擦片所連接的部件，齒輪和軸就會(huì)進(jìn)行分離，使得軸在不同檔位進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪不會(huì)跟隨軸一起運(yùn)轉(zhuǎn)，只會(huì)和相應(yīng)配合的齒輪進(jìn)行空轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行動(dòng)力的停止，而離合器接合的齒輪代替空轉(zhuǎn)齒輪進(jìn)行不同速度的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就達(dá)到了換擋的預(yù)期目的。
本設(shè)計(jì)中所使用的是摩擦離合器，并且因其使用高壓油液，內(nèi)傳動(dòng)鼓和外傳動(dòng)鼓連接多個(gè)摩擦片。所以又叫做濕式多摩擦片離合器，這種離合器可以通過較為方便的操作完成裝載機(jī)變速箱的換擋工作，降低的操作人員的操作步驟，并且這種離合器可以叫好的傳遞動(dòng)力，傳動(dòng)時(shí)能量的其他損失比較小，結(jié)構(gòu)相對(duì)來說也不會(huì)很復(fù)雜，維修時(shí)更加簡(jiǎn)單，快捷，安裝的位置較適合本設(shè)計(jì)中對(duì)離合器的要求，所以選擇此離合器。
本設(shè)計(jì)中的這種摩擦離合器的材料選擇冶金制成的材料，因?yàn)樽兯傧渲械母鞑考谶\(yùn)轉(zhuǎn)是，因摩擦?xí)a(chǎn)生較大熱量，所以材料必須選擇散熱時(shí)間較快的材料，由于摩擦產(chǎn)生熱，所以由需要摩擦片的材料不會(huì)因各種工況而導(dǎo)致變形或者損壞，而且還要保持住離合器在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中可以較為平穩(wěn)的工作，也不會(huì)有較多的能量會(huì)被損耗。
離合器中摩擦片的工作是通過內(nèi)外摩擦片之間構(gòu)成的摩擦副進(jìn)行工作的，本設(shè)計(jì)中摩擦離合器的數(shù)量不是很多，盡可能少的情況下，可以減少能量消耗，更好的傳遞動(dòng)力。摩擦片的表面會(huì)有相應(yīng)的油路，這樣的話可以通過增加質(zhì)量好的潤(rùn)滑油來減少摩擦是產(chǎn)生的熱量及損失。
離合器中進(jìn)行軸和齒輪接合的花鍵，因?yàn)椴糠铸X輪的會(huì)實(shí)現(xiàn)空轉(zhuǎn)并且載荷大，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)加工更為簡(jiǎn)便，本設(shè)計(jì)選用的鍵是矩形花鍵。
第八章 箱體的設(shè)計(jì)
箱體是一般機(jī)械部件都會(huì)有的，比如減速器，主軸箱等部件都會(huì)有箱體，而箱體的作用很多，比如：箱體可以承載軸承，軸，為二者的配合提供了必要條件，它可以支撐相應(yīng)的零件，使其可以進(jìn)行工作運(yùn)轉(zhuǎn)，箱體還可以對(duì)內(nèi)部的機(jī)械零件起到保護(hù)的作用，防止因外界的某些細(xì)小物質(zhì)對(duì)齒輪，軸之類的零件進(jìn)行摩擦損失，大大增加了零件的工作時(shí)間，箱體內(nèi)部的油路可以進(jìn)行整體箱體內(nèi)部零件的潤(rùn)滑，減少了摩擦產(chǎn)生的損失，是零件在好的環(huán)境下進(jìn)行工作。
箱體在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)設(shè)計(jì)中個(gè)零件的尺寸大小和安裝位置來設(shè)計(jì)其具體的形狀，并且整個(gè)箱體的內(nèi)部表面要和齒輪等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件之間有一定的間隙，防止箱體對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)零件的干擾，一般在6-9mm之間，也不要是間隙太大，容易造成整個(gè)變速箱的穩(wěn)定差，而且結(jié)構(gòu)尺寸較大，不便于安裝到裝載機(jī)中，制造成本也會(huì)相應(yīng)提高，造成些許的材料浪費(fèi)，維修也較為不便。
箱體在設(shè)計(jì)時(shí)，材料要盡量選擇強(qiáng)度比較大，質(zhì)量相對(duì)較輕的材料，保證整個(gè)箱體的體型不會(huì)較為笨重，也可以保證軸和軸承在工作時(shí)，位置不會(huì)隨意發(fā)生改變，不會(huì)發(fā)生傾斜等現(xiàn)象。
本設(shè)計(jì)中箱體滿足以上條件，可以較好的保護(hù)和支撐為箱體內(nèi)部零件。
結(jié) 論
本設(shè)計(jì)根據(jù)選定的裝載機(jī)型號(hào)，以及裝載機(jī)工作的情況和工作環(huán)境，工作對(duì)象，選擇相應(yīng)的柴油機(jī)和變矩器，并依據(jù)柴油機(jī)和變矩器的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，并應(yīng)用到變速箱的設(shè)計(jì)當(dāng)中，變速箱的設(shè)計(jì)包括主要傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)，齒輪的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校驗(yàn)，軸的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校驗(yàn)，軸承的選擇和強(qiáng)度校驗(yàn)，經(jīng)過設(shè)計(jì)和必要的修正，本設(shè)計(jì)中所有的齒輪和軸，軸承的強(qiáng)度都合格，離合器的選擇和箱體的設(shè)計(jì)經(jīng)過圖紙和驗(yàn)算都符合要求，并使用CAD繪圖軟件完成裝配圖，零件圖的繪制經(jīng)過所有計(jì)算以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件尺寸的查取，本設(shè)計(jì)中的變速箱仍有些許不足，設(shè)計(jì)還可以應(yīng)用其他軟件修正不足。
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