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Loaders 一、 Basic Concept . A loader is a type of construction equipment (engineering vehicle) machinery that is primarily used to "load" material into another type of machinery (dump truck, conveyor belt, rail-car, etc.).Loaders are used mainly for uploading materials into trucks, laying pipe, clearing rubble, and digging. A loader is not the most efficient machine for digging as it cannot dig very deep below the level of its wheels, like a backhoe can. Their deep bucket can usually store about 3-6 cubic meters of earth. The front loader's bucket capacity is much bigger than a bucket capacity of a backhoe loader. Loaders are not classified as earthmoving machinery, as their primary purpose is other than earthmoving. Unlike most bulldozers, most loaders are wheeled and not tracked, although track loaders are common. They are successful where sharp edged materials in construction debris would damage rubber wheels, or where the ground is soft and muddy. Wheels provide better mobility and speed and do not damage paved roads as much as tracks, but provide less traction. Unlike standard tractors fitted with a front bucket, many large loaders do not use automotive steering mechanisms. Instead, they steer by a hydraulically actuated pivot point set exactly between the front and rear axles. This is referred to as "articulated steering" and allows the front axle to be solid, allowing it to carry greater weight. Articulated steering provides better maneuverability for a given wheelbase. Since the front wheels and attachment rotate on the same axis, the operator is able to "steer" his load in an arc after positioning the machine, which can be useful. The loader assembly may be a removable attachment or permanently mounted. Often the bucket can be replaced with other devices or tools--for example, many can mount forks to lift heavy pallets or shipping containers, and a hydraulically-opening "clamshell" bucket allows a loader to act as a light dozer or scraper. In construction areas loaders are also used to transport building materials - such as bricks, pipe, metal bars, and digging tools - over short distances.Loaders are also used for snow removal, using their bucket or a snowbasket, but usually using a snowplow attachment. They clear snow from streets, highways and parking lots. They sometimes load snow into dump trucks for transport. Front loaders gained popularity during the last two decades, especially in urban engineering projects and small earthmoving works. Many engineering vehicle manufacturers offer a wide range of loaders, the most notable are those of John Deere, Caterpillar, Case, Volvo, Komatsu and Liebherr. 二、Bucket Features 1. Edge steel with extra hardened and toughened wear plates of up to 500 Brinell gives the bucket longer operating life. 2.Bucket shell and side plates of up to 400 Brinell to withstand abrasive wear. Reinforced mounting points where the attachment is installed give less wear. 3.Bucket cutting edges of abrasive-resistant steel of up to 500 Brinell. Replaceable bolt-on wear plates on bucket floor,500 Brinell. 4.Bolt-on edge savers and segments protect the cutting edge from unnecessary wear. 5.Volvo Tooth System with bolt-on or weld-on adapters of up to 515 Brinell gives excellent penetration and less bucket wear. 三． Skid-steer Loader Features 1. The round-back bucket design is stronger with no angled corners. This configuration makes it easier to fill and dump — improving productivity. 2. The ROPS/FOPS structure protects and shields the operator. 3. A total of four exterior lights help to illuminate any job site day or night. 4. A safety system locks lift, tilt and drive systems when the operator leaves the seat, raises the seat bar, or turns off the ignition switch. The brakes are wet-type multiple discs that require no maintenance. 5. Heavy-duty tires are standard — matching the durability of the skid-steer. 6. The rugged all-welded unitized frame is constructed of .375-inch gauge steel for years of productivity. Step bushings are placed in all key pivot areas to increase strength and reduce stress. 7. A wider wheelbase provides for a smooth ride and more balance for stability with heavier loads. A 9-inch ground clearance allows easy maneuverability through mud and other terrain. 8. Hydraulic lines are protected within the loader arm. 9. Mustang features a self-leveling vertical lift. 10. The advanced hydraulic system affords longer service intervals and comes with a sight glass for quick and easy fluid level inspections. 11. A drop-down step makes it convenient to check engine and maintenance points. 四 New Technology of Wheel Loader 1 Introduction Komatsu-integrated design offers the best value, reliability, and versatility. Hydraulics, powertrain, frame, and all other major components are engineered by Komatsu. You get a machine whose components are designed to work together for higher production, greater reliability, and more versatility. Komatsu’s highly productive, innovative technology, environmentally friendly machines built for the 21st century. 2.High Productivity and Low Fuel Consumption 1Two Mode Engine Power Select System This wheel loader offers two selectable engine operating modes — Normal and Power. The operator can adjust the machine’s engine performance to match the condition requirements. This system is controlled with a dial on the right side control panel. （1） Normal Mode: provides maximum fuel efficiency for most general loading conditions.（2）Power Mode: provides maximum power output for hard digging conditions or hill climb operations. 2Automatic Transmission with Four Mode Select System This operator controlled system allows the selection of manual shifting or three levels of automatic shifting modes (low, medium, and high). The operator can match the machine’s operating requirements with optimum performance efficiency. This system is controlled with a dial on the right side of the control panel. （1）Manual: The transmission is fixed to the gear speed and selected with the gear shift lever. （2）Auto Low: Low mode provides smooth gear shifting at low engine speeds suitable for general excavating and loading while offering reduced fuel consumption. （3）Auto Medium: Medium mode provides gear shifting at mid-range engine speeds required for more aggressive conditions. （4）Auto High: High mode provides maximum rim pull and fast cycle times by shifting the transmission at high engine speeds. This mode is suitable for hill-climb and load and carry operations. 3.Dual-Speed Hydraulic System Komatsu’s automatic dual-speed hydraulic system increases operational efficiency and productivity by matching the hydraulic demands to the work conditions. （1） Digging Operations Engine power used to operate the switch pump is transferred to the transmission to provide increased rimpull when digging. （2） Lifting Operations The switch pump assists the loader pump to provide increased lifting speed and power when lifting and loading. 五、Increased Reliability 1. Komatsu Components Komatsu manufactures the engine, torque converter, transmission, hydraulic units, and electrical parts on this wheel loader. Komatsu loaders are manufactured with an integrated production system under a strict quality control system. 2. Flat Face-to-Face O-Ring Seals Flat face-to-face O-ring seals are used to securely seal all hydraulic hose connections and prevent oil leakage. 3.Cylinder Buffer Rings Buffer rings are installed to the head-side of the all-hydraulic cylinders to lower the load on the rod seals, prolong cylinder life by 30% and maximize overall reliability. 4. Wet multi-disc brakes and fully hydraulic braking system The wet disc service and parking brakes are fully sealed and adjustment-free to reduce contamination, wear and maintenance. Added reliability is designed into the braking system by the use of two independent hydraulic circuits providing hydraulic backup should one of the circuits fail. If the brake oil pressure drops, a warning lamp flashes and an alarm sounds intermittently. If the brake pressure continues to drop, the parking brake is automatically applied providing a double safety system. 5. High-Rigidity Frames The front and rear frames along with the loader linkage have high rigidity to withstand repeated twisting and bending loads to the loader body and linkage. Both the upper and lower center pivot bearings use tapered roller bearings for increased durability. 裝載機(jī) 一、基本概念. 裝載機(jī)是一種主要用于向另一種機(jī)械（自卸車、輸送皮帶、鐵路運(yùn)輸車輛等）“裝載”物料的建設(shè)機(jī)械（工程車輛）設(shè)備。裝載機(jī)主要用于向卡車裝載物料，以及鋪設(shè)管道、清理碎石和挖土等工作。作為挖土作業(yè)裝載機(jī)不是最有效的機(jī)械，與挖掘機(jī)不同，裝載機(jī)不適用于輪胎支承面以下較深處的挖掘作業(yè)。裝載機(jī)的深底鏟斗一般可裝載3～6立方米的土壤。鏟斗前置裝載機(jī)的斗容量遠(yuǎn)大于挖掘裝載機(jī)的斗容量。裝載機(jī)不屬于鏟土運(yùn)輸機(jī)械，因其主要用途并非土方運(yùn)輸。 盡管履帶式裝載機(jī)是普遍的，但與大多數(shù)推土機(jī)不同，大多數(shù)裝載機(jī)是輪式的而并非履帶式。履帶式裝載機(jī)適用于棱角銳利的建筑材料會(huì)破壞橡膠輪胎的場合，或者在松軟泥濘道路上的作業(yè)。輪式裝載機(jī)具有良好的機(jī)動(dòng)性和較高的工作速度，并且不像履帶那樣破壞鋪裝路面，但其所能提供的牽引力較小。 與安裝前置鏟斗的標(biāo)準(zhǔn)拖拉機(jī)不同，許多大型裝載機(jī)不使用汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。取而代之，它們通過液壓驅(qū)動(dòng)的安裝于前、后橋之間的轉(zhuǎn)向鉸接裝置轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向稱為“鉸接轉(zhuǎn)向”，它可使前橋固定，并使其承受更大的重量。對(duì)于一定的軸距鉸接轉(zhuǎn)向提供了較好的機(jī)動(dòng)性。由于前輪與工作裝置繞同一車軸旋轉(zhuǎn)，駕駛員在使機(jī)械定位后可使鏟斗沿弧線“轉(zhuǎn)向”，這一點(diǎn)是實(shí)用的。 裝載機(jī)的工作裝置可以是更換式的或者是固定安裝。鏟斗常?？捎闷渌b置或工具更換，例如，許多裝載機(jī)可以安裝叉車工裝提升重型貨物或者裝運(yùn)集裝箱，裝備液壓開啟式“蛤殼”型鏟斗可以使裝載機(jī)像推土機(jī)或鏟運(yùn)機(jī)一樣作業(yè)。 在各種建筑工地上裝載機(jī)也經(jīng)常用來近距離轉(zhuǎn)運(yùn)建筑材料，例如磚塊、管材、鋼筋、各種挖掘工具等。借助鏟斗或除雪鏟，裝載機(jī)也用于除雪作業(yè)，但通常使用除雪裝置。它們用來清除街道、公路和停車場上的積雪。有時(shí)用裝載機(jī)將積雪裝載到自卸車上進(jìn)行運(yùn)輸。 近20年來，特別是在城市建設(shè)工程和小型土方運(yùn)輸工程中，裝載機(jī)獲得了普遍的應(yīng)用。許多工程車輛制造商可生產(chǎn)多種類型的裝載機(jī)，其中最知名的有約翰迪爾、卡特彼勒、凱斯、沃爾沃、小松和利勃海爾等品牌。 二、鏟斗特點(diǎn) 1.鏟斗棱邊為超硬耐磨鋼板，布氏硬度達(dá)到500，具有較長的使用壽命。 2.鏟斗殼體與側(cè)板的布氏硬度達(dá)400,以抵抗磨料磨損。經(jīng)強(qiáng)化處理的附件安裝鉸點(diǎn)減少了磨損。 3.鏟斗切削刀刃為抗磨料磨損鋼材，布氏硬度達(dá)500。鏟斗底板上安裝有耐磨襯板，由螺栓緊固可更換，布氏硬度為500。 4.螺栓緊固的邊緣節(jié)省塊和分段防止了切削刃的不必要磨損。 5.沃爾沃斗齒系統(tǒng)配備有螺栓緊固型或焊接型連接器，布氏硬度達(dá)515，具有最佳的插入深度和較小的磨損。 三、輪式裝載機(jī)特點(diǎn) 1. 圓弧底鏟斗設(shè)計(jì)更加堅(jiān)固，沒有死角。這種結(jié)構(gòu)使鏟斗更加容易裝載和傾卸物料，從而提高了生產(chǎn)率。 2. 防傾翻/防落物駕駛室結(jié)構(gòu)保護(hù)了駕駛員的安全。 3.四個(gè)外部照明燈設(shè)置可在白天或夜晚照亮施工現(xiàn)場。 4.當(dāng)駕駛員離開座椅、提起座椅橫桿或者關(guān)閉啟動(dòng)開關(guān)時(shí)，安全系統(tǒng)將鎖定提升、傾翻和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 5. 使用重型標(biāo)準(zhǔn)輪胎，適應(yīng)滑移轉(zhuǎn)向的耐久性要求。 6. 全焊接整體車架由0.375英寸工具鋼建造，堅(jiān)固耐用，滿足長期生產(chǎn)能力要求。重要樞軸均采用階梯襯套，以便增加強(qiáng)度和減小應(yīng)力。 7. 較寬的軸距保證了平穩(wěn)行駛，重載作業(yè)更加穩(wěn)定。 8.液壓管路設(shè)置于裝載機(jī)動(dòng)臂內(nèi)部受到保護(hù)。 9. 野馬牌裝載機(jī)的特點(diǎn)是具有自找平垂直提升特性。 10. 先進(jìn)的液壓系統(tǒng)可提供較長的工作時(shí)間，并配置了玻璃液面計(jì)，以便于檢查液壓油面高度。 11. 下落式臺(tái)階設(shè)置便于發(fā)動(dòng)機(jī)和保養(yǎng)點(diǎn)的檢查。 四、輪式裝載機(jī)新技術(shù) 1. 簡介 小松集成設(shè)計(jì)可獲得最大的價(jià)值、最高的可靠性與多功能性。液壓系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置、機(jī)架等主要部件均由小松制造。機(jī)械部件通過設(shè)計(jì)使其共同協(xié)調(diào)工作，以獲得更大的生產(chǎn)能力、更高的可靠性和更多的功能。小松的高生產(chǎn)率、技術(shù)創(chuàng)新與環(huán)境友好型機(jī)械產(chǎn)品為21世紀(jì)而制造。 2.高生產(chǎn)率于低消耗率 1雙模式發(fā)動(dòng)機(jī)功率選擇系統(tǒng) 本輪式裝載機(jī)設(shè)置了兩個(gè)可選發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式——正常與動(dòng)力工作模式。駕駛員可以調(diào)節(jié)機(jī)器發(fā)動(dòng)機(jī)特性，使其與工況要求相匹配。這一調(diào)節(jié)系統(tǒng)用右控制臺(tái)上的旋鈕進(jìn)行控制。 （1） 正常工作模式：在大多數(shù)負(fù)載條件下提供最大的燃油效率。 （2） 動(dòng)力工作模式：在堅(jiān)硬土壤挖掘條件下或在爬坡行駛時(shí)提供最大的動(dòng)力輸出。 2四工作模式自動(dòng)變速箱 這一由駕駛員控制的系統(tǒng)允許其進(jìn)行人力換擋或三級(jí)（低、中、高）自動(dòng)換擋模式選擇。駕駛員能夠使作業(yè)要求與最佳性能相匹配。這一系統(tǒng)由控制臺(tái)上右邊的旋鈕進(jìn)行控制。 （1）人力換擋模式：變速箱齒輪速度固定并通過變速桿進(jìn)行選擇。 （2）自動(dòng)低檔模式：抵擋模式保證發(fā)動(dòng)機(jī)低速工況下的平穩(wěn)換擋，適用于普通鏟裝作業(yè)，具有較低的燃油消耗。 （3）自動(dòng)中檔模式：提供發(fā)動(dòng)機(jī)中速范圍換擋操作，適用于更加主動(dòng)的作業(yè)工況。 （4）自動(dòng)高檔模式：提供發(fā)動(dòng)機(jī)高速工況下的換擋操作，可產(chǎn)生最大的鏟掘力與快速的作業(yè)循環(huán)。這一模式適用于爬坡、鏟裝與轉(zhuǎn)運(yùn)的循環(huán)作業(yè)。 3.雙速液壓系統(tǒng) 小松自動(dòng)雙速液壓系統(tǒng)通過使液壓需求與工況相匹配提高了作業(yè)效率和生產(chǎn)率。 （1） 鏟裝作業(yè) 鏟裝作業(yè)時(shí)，用來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換泵的發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸入變速箱以增加鏟掘力。 （2） 提升作業(yè) 提升裝載作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)換泵輔助裝載機(jī)主泵以增加提升速度和功率。 五、提高可靠性 1. 主要部件 該輪式裝載機(jī)上小松制造了發(fā)動(dòng)機(jī)、變矩器、液壓裝置和電器元件。小松裝載機(jī)制造采用了嚴(yán)格質(zhì)量控制下的集成生產(chǎn)系統(tǒng)。 2.扁平面對(duì)面O型圈密封 對(duì)所有液壓軟管連接采用扁平面對(duì)面O型圈進(jìn)行安全密封，以防液壓油泄露。 3. 液壓缸緩沖密封圈 緩沖密封圈安裝在全液壓油缸的頭部以降低推桿密封載荷，可延長液壓缸壽命30%并使總可靠性最大。 4. 濕式多片制動(dòng)器與全液壓制動(dòng)系統(tǒng) 行車與停車濕式盤式制動(dòng)器完全密封并無需調(diào)節(jié)，從而減少了污染、磨損和維護(hù)。在制動(dòng)系統(tǒng)中采用兩個(gè)獨(dú)立液壓回路，作為當(dāng)某一液壓回路發(fā)生故障時(shí)的貯備，從而增加了系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)制動(dòng)壓力降低時(shí)，報(bào)警燈閃爍，報(bào)警器間歇鳴叫。如果制動(dòng)壓力持續(xù)降低，停車制動(dòng)器將自動(dòng)啟動(dòng)，形成雙安全系統(tǒng)。 5. 大剛度車架 前、后車架及裝載機(jī)鉸接機(jī)構(gòu)具有較大的剛度，以抵抗重復(fù)扭轉(zhuǎn)與彎曲載荷對(duì)裝載機(jī)機(jī)身和鉸接機(jī)構(gòu)的作用。上、下中心樞軸軸承均采用圓錐滾子軸承以提高壽命。 13 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ZL50 裝載機(jī)定軸式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 院 系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 填寫日期 目錄 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 摘要 4 ABSTRACT 5 第 1章 輪式裝載機(jī)底盤構(gòu)造簡述 6 1 1 裝載機(jī)的總體構(gòu)造 6 1 2 傳動(dòng)系統(tǒng) 6 第 2章 發(fā)動(dòng)機(jī) 變矩器匹配計(jì)算 8 2 1 參考課程設(shè)計(jì)任務(wù)書得到相關(guān)數(shù)據(jù) 8 2 2發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性 9 2 3發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配計(jì)算 13 2 4裝載機(jī)各擋總傳動(dòng)比的確定 17 2 5裝載機(jī)整機(jī)性能分析 18 第三章定軸式動(dòng)力換擋變速箱的設(shè)計(jì) 22 3 1變速箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析 22 3 2確定變速箱的主要參數(shù)和配齒計(jì)算 23 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 3 3軸的設(shè)計(jì) 30 3 4換擋離合器的設(shè)計(jì) 31 第四章 變速箱主要零件的校核和軸承壽命計(jì)算 33 4 1齒輪強(qiáng)度和計(jì)算 33 4 2 軸的強(qiáng)度校核 35 4 3輸出軸軸承的校核 43 4 4軸承壽命計(jì)算 46 參考文獻(xiàn) 49 致 謝 50 附 錄 54 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 ZL50裝載機(jī)定軸式動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì) 摘要 ZL50 裝載機(jī)的傳動(dòng)系中采用雙渦輪液力變矩器 這種結(jié)構(gòu)型式的變矩器在小傳動(dòng)比范 圍內(nèi)具有較大的變矩系數(shù)和較高的效率 因此 能夠改善裝載機(jī)的作業(yè)效率 另外 裝載機(jī) 在輕載高速時(shí) 變矩器只有二級(jí)渦輪工作 在低速重載時(shí) 變矩器的一 二級(jí)渦輪同時(shí)工作 這樣 變矩器在自身速度轉(zhuǎn)換時(shí) 相當(dāng)于兩擋速度 并隨外界負(fù)荷的變化自動(dòng)變化 因此 可以減少變速箱的擋位數(shù) 簡化變速箱的結(jié)構(gòu) 基于這個(gè)原因 定軸式動(dòng)力換擋變速箱只有 三個(gè)前進(jìn)擋 三個(gè)倒退擋 該變速箱具有結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 剛性大 傳動(dòng)效率高 操縱輕便 可靠 齒輪及摩擦片離合器壽命長等優(yōu)點(diǎn) 關(guān)鍵字 雙渦輪變矩器 動(dòng)力換擋 定軸變速機(jī)構(gòu) 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 ZL50 loader fixed shaft power shift transmission design Abstract ZL50loader 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 compact 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 輪式裝載機(jī)底盤構(gòu)造簡述 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 礦山 建筑 水電 港口等工程的土石方工程施工 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 機(jī)械 其外形如圖 1 1 所示 它的作業(yè)對(duì)象主要是各種土壤 砂石料 灰料及其它筑路用散 狀物料等 主要完成鏟 裝 卸 運(yùn)等作業(yè) 也可對(duì)巖石 硬土進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè) 由于它 具有作業(yè)速度快 效率高 操作輕便等優(yōu)點(diǎn) 因而裝載機(jī)在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展 成為土 石方工程施工的主要機(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)和工作裝置等組成 1 2 傳動(dòng)系統(tǒng) 輪胎式裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 1 2 所示 其動(dòng)力傳遞路線為 發(fā)動(dòng)機(jī) 液力變矩器 變速 箱 傳動(dòng)軸 前 后驅(qū)動(dòng)橋 輪邊減速器 車輪 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 圖 1 1 輪胎式裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 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)系統(tǒng) 12 電 器儀表系統(tǒng) 13 覆蓋件 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 當(dāng)二級(jí)齒輪從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速高于一級(jí)齒輪從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速時(shí) 超越離合器將自動(dòng)脫開 此時(shí) 動(dòng)力只經(jīng)二級(jí)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)齒輪從動(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)齒輪與二級(jí)渦輪軸與二級(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 變速箱為定軸式動(dòng)力換檔變速箱 由兩個(gè)制動(dòng)器和一個(gè)閉鎖離合器實(shí)現(xiàn)三個(gè)擋位 前進(jìn) 擋和倒擋分別由各自的制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)換檔 前進(jìn) 擋 直接擋 通過結(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 定軸式 動(dòng)力換 擋變速 箱 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 第 2 章 發(fā)動(dòng)機(jī) 變矩器匹配計(jì)算 2 1 參考課程設(shè)計(jì)任務(wù)書得到相關(guān)數(shù)據(jù) 2 1 1 液力變矩器 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)型式參考有關(guān)資料 表 2 1 變矩器主要參數(shù) i 0 0 0 1 0 2 0 3 0 42 5 0 5 0 55 0 61 0 73 0 76 5 0 85 k 4 1 3 3 45 2 9 5 2 5 1 91 8 1 5 8 1 36 4 1 11 5 1 02 7 1 0 0 93 5 0 0 0 34 5 0 5 9 0 7 5 0 81 5 0 7 9 0 75 0 68 0 75 0 76 5 0 79 5 10B 433 4 33 6 34 4 35 6 34 8 35 2 35 7 36 4 33 6 32 8 230 4 0 95 0 1 00 0 1 08 2 0 85 6 0 80 5 0 69 3 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 0 81 3 0 80 5 0 75 27 4 25 4 14 4 2 1 2 整機(jī)參數(shù) 表 2 2 機(jī)重及橋荷分配 整機(jī)重 橋荷分配 空載 噸 滿 載 噸 空載 滿載 前橋 后橋 前橋 后橋 18 23 35 1 64 9 64 8 35 2 表 2 3 油泵工作參數(shù) 變 速 泵 轉(zhuǎn) 向 泵 工 作 泵 壓 力 MPa 流量 l min 壓 力 MPa 流 量 1 min 壓 力 MPa 流 量 l min 1 2 120 12 76 10 325 表 2 5 傳動(dòng)比分配 主 傳 動(dòng) 比 輪 邊 減 速 比 6 167 4 4 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率 轉(zhuǎn)速 162 2200 kW r min 最大扭矩 轉(zhuǎn)速 800 1300N m r min 傳動(dòng)系的機(jī)械效率 變矩器除外 均取 n 0 88 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 2 2發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書已知 發(fā)動(dòng)機(jī) 6135k 2200 轉(zhuǎn) 分 162KW Hne HNe9549 162 073 154ehehNMmn 最大扭矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速 800N m 1300 轉(zhuǎn) 分 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 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)算出不同轉(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 2 1 22maxe xAeHeaxX nnMM 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 N m 發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩 N m maxe e 對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速 的扭矩 N m 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 r min x H 最大扭矩對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速 r min 對(duì)應(yīng)扭矩 的轉(zhuǎn)速 r min An xnxM 不同轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩列于下表 表 2 6 發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性數(shù)據(jù) Memax N m eH N m ne rpm A rpm x rpm e N m 800 703 154 2200 1300 800 770 1092 800 703 154 2200 1300 1000 789 2393 800 703 154 2200 1300 1200 798 8043 800 703 154 2200 1300 1400 798 8043 800 703 154 2200 1300 1600 789 2393 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 800 703 154 2200 1300 1800 770 1092 800 703 154 2200 1300 2000 741 4141 800 703 154 2200 1300 2200 703 154 800 703 154 2200 1300 2400 655 3288 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 變速操縱及變矩器補(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)過程中 并不是同時(shí)滿載工作的 計(jì)算時(shí)通常取油泵的空載壓力為 0 3 0 5 兆帕 這里取為 0 5 兆帕 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 此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的力矩 為 ezM N m 2 2 czgz 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩 N m e 分別為工作裝置油泵和轉(zhuǎn)向油泵空轉(zhuǎn)時(shí)消耗的扭矩 N m gM z 變速操縱泵消耗的扭矩 c 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 此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的力矩 為 ezM N m 2 3 czgez MM 式中 工作裝置油泵工作時(shí)消耗的扭矩 一般約占發(fā)動(dòng)機(jī)功率的 40 60 g 為轉(zhuǎn)向油泵空轉(zhuǎn)時(shí)消耗的扭矩 N m z 變速操縱泵消耗的扭矩 c 調(diào)查相關(guān)資料可知 變速泵的工作壓力為 1 2 Mpa 工作流量為 120l min 轉(zhuǎn)向泵的變 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 速泵的工作壓力為 12 Mpa 工作流量為 76l min 工作裝置油泵的工作壓力為 10Mpa 工作 流量為 325l min 各油泵在不同工作狀態(tài)消耗的扭矩按下式進(jìn)行計(jì)算 2 4 AbMiTnQp 210 3 式中 為油泵的工作壓力 MPa 油泵空轉(zhuǎn)時(shí)壓力取為 0 5 MPa ip 油泵的理論流量 l min TiQ 油泵的在不同轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)應(yīng)的流量 Abin 油泵的機(jī)械效率 一般取 0 75 0 85 這里取 0 85 bMi 油泵的轉(zhuǎn)速 rpm 發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 rpm An 計(jì)算結(jié)果如下 109 58 2013 mNMZ 37 3 g 465 28 02513 mNg 3Mc 然后根據(jù)式 2 3 和式 2 4 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)向變矩器 傳遞的有效扭矩 所得數(shù)據(jù)列于下表 表 2 7 發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的扭矩?cái)?shù)據(jù) 單位 N m n r m in gg cez Mez ez 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 800 276 746 5 13 83 7 12 26 2 770 10 9 5 10 9 475 991 5 738 90 1 1000 276 746 5 13 83 7 12 26 2 789 23 9 5 10 9 495 121 5 758 03 1 1200 276 746 5 13 83 7 12 26 2 798 80 4 5 10 9 504 686 5 767 59 6 1400 276 746 5 13 83 7 12 26 2 798 80 4 5 10 9 504 686 5 767 59 6 1600 276 746 5 13 83 7 12 26 2 789 23 9 5 10 9 495 121 5 758 03 1 1800 276 746 5 13 83 7 12 26 2 770 10 9 5 10 9 475 991 5 738 90 1 2000 276 746 5 13 83 7 12 26 2 741 41 4 5 10 9 447 296 5 710 20 6 2200 276 746 5 13 83 7 12 26 2 703 15 4 5 10 9 409 036 5 671 94 6 2400 276 746 5 13 83 7 12 26 2 655 32 9 5 10 9 361 211 5 624 12 1 根據(jù)表 2 7 選擇合適的比例在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線 作出發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線 見圖 2 1 2 3發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配計(jì)算 2 3 1 初步選擇液力變矩器的有效直徑 D 全功率匹配時(shí)變矩器有效直徑 按下式確定1 m 2 5 521HBezrnM 式中 該狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的最大有效力矩 N m ezM 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 所選變矩器最高效率時(shí)泵輪力矩系數(shù) B r 工作液壓的重度 N 3m 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 rpm Hn524108 31769 D m 部分功率匹配時(shí)變矩器有效直徑 按下式確定2 m 2 6 52 2HBezrnMD 式中 該狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器的最大有效力矩 N m ezM 所選變矩器最高效率時(shí)泵輪力矩系數(shù) B R 工作液壓的重度 N 3m 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 rpm Hn524208 316 D m 49 0 裝載機(jī)在作業(yè)過程中 工作裝置油泵不是經(jīng)常滿負(fù)荷工作 因而 為了兼顧兩種工況的 要求 使所選變矩器的有效直徑 應(yīng)該是 并使變矩器在 工況之負(fù)荷拋物線3D132D max i 與 全功率匹配 相交于接近額定扭矩點(diǎn)的調(diào)速特性區(qū)段 與 部分功率匹配 相ezM ezM 交于額定扭矩點(diǎn)的外特性區(qū)段 因此初步確定變矩器有效直徑 0 540m 3 2 3 2 做出發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作的輸入特性曲線 變矩器的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)共同工作的轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速變化的特征 不同轉(zhuǎn)速比時(shí) 泵輪轉(zhuǎn)據(jù) 隨泵輪轉(zhuǎn)速的變化而變化 BM 已知泵輪轉(zhuǎn)矩 為 N m 2 7 BM52DgnB 對(duì)于透穿性液力變矩器 變矩器直徑 D 一定 用給定的工作液體 一定 但是泵輪 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 力矩系數(shù) 隨不同工況 i 而變化 故變矩器的輸入特性曲線是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一束拋物線 根B 據(jù)式 2 7 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 BM 并合適的比例在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線 作出發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線 見圖 2 1 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 0 815 時(shí) 傳動(dòng)比 i 0 425 接近最大功率 允許最低max 效率 t 0 75 時(shí) 傳動(dòng)比 i 0 3 和 i 0 73 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 i 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) 液力變矩器 直徑 D 540mm 合適 圖 2 1 發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器共同輸入特性曲線 2 3 3 作出發(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 i 0 0 1 1 2 時(shí)的共同工作的轉(zhuǎn)矩 MB和轉(zhuǎn)速 nB 再根據(jù)各速比 i 由原始特性曲線查出對(duì)應(yīng)的變矩系數(shù) k 和效率 按公式 inTi 可得到發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作輸出iBiTiKM 1047 3TiiTi nMN 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 時(shí)的轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 和功率 值 將計(jì)算數(shù)值 按一定比例 以 為橫坐標(biāo) 其他參數(shù)TMTnTNTn 為坐 標(biāo)進(jìn)行繪圖 即得到發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器共同工作時(shí)的輸出特性曲線 圖 2 2 全功率匹配發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作輸出特性 EXCEL數(shù)據(jù)表截圖 圖 2 3全功率匹配發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的共同工作輸出特性曲線 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 2 4裝載機(jī)各擋總傳動(dòng)比的確定 2 4 1車輪動(dòng)力半徑的確定 所選用的輪胎規(guī)格為 21 24 從 鏟土運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì) P202 表 6 1 查得 輪胎自由半徑 r 0 885m 輪胎斷面寬度 b 0 590m 動(dòng)力半徑可按下面公式求得近似值 m 2 8 brk 0 式中 r k 為車輪動(dòng)力半徑 為輪胎自由半徑 0 b 為輪胎斷面寬度 系數(shù) 對(duì)于鏟土運(yùn)輸機(jī)械用的低壓輪胎 在松軟土壤上 0 08 0 1 在密實(shí)土壤上 0 12 0 15 對(duì)于載重汽車使用的 高壓輪胎 0 1 0 12 這里 取 0 1 m 826 059 18 0 0 brk 2 4 2低擋傳動(dòng)比計(jì)算 在液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸出特性曲線中確定高效區(qū)的最高渦輪轉(zhuǎn)速 已知Bn 2228 475r min 7km h 求得最低擋位傳動(dòng)比 BnminTV 2 9 min37 0TBKIVr 136 9475 28 2 4 3最高擋傳動(dòng)比計(jì)算 如果在液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸出特性中確定高效區(qū)內(nèi)最高渦輪轉(zhuǎn)速 已知Bn 2228 475r min VTmax 36km h 求得最高擋位傳動(dòng)比 Bn 2 10 max37 0TBKIVnri 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 915 282475 86 037 2 4 4倒檔傳動(dòng)比計(jì)算 在液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸出特性曲線中確定高效區(qū)的最高渦輪轉(zhuǎn)速 已知Bn 2228 475r min 8 5km h 求得最低擋位傳動(dòng)比 BnminTV 2 11 TxBKIVnri 37 0641 85 8472 2 4 5中間擋位數(shù)確定 若規(guī)定在各中間擋工作時(shí)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍 則可用下式計(jì)算必須的擋位數(shù) M 當(dāng)AnB 然 這時(shí)得到的 M 不一定為整數(shù) 應(yīng)加以圓整 1 2 12 ABmIn iilgl 26974 1125 803679 l l89 通過上式可確定 該動(dòng)力換擋變速箱有 3 個(gè)前進(jìn)擋 3 個(gè)倒退擋 2 5裝載機(jī)整機(jī)性能分析 2 5 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 及各擋實(shí)際速度 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 2 13 NfGPf 15780 8923 式中 車輛的滾動(dòng)阻力 kN f 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 整機(jī)使用重量 kg sG f 滾動(dòng)阻力系數(shù) 從 車輛地盤設(shè)計(jì) P170 表 2 1 1 取得 松散土路上 的 f 0 07 2 14 fkpP 式中 整機(jī)實(shí)際牽引力 KN kpP 整機(jī)理論牽引力 從表 2 10 中查取 KN 車輛的滾動(dòng)阻力 根據(jù)式 2 13 計(jì)算得到 kN f 2 滑轉(zhuǎn)率 的計(jì)算 2 15 nBA 式中 整機(jī)使用重量 KN SkpGP 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 iV 2 16 irnVkT37 0 式中 整機(jī)理論速度 m s T n 渦輪轉(zhuǎn)速 rpm 各擋對(duì)應(yīng)總傳動(dòng)比 i 2 17 1 i TV 式中 整機(jī)實(shí)際速度 m s iV 整機(jī)理論速度 m s T 各擋對(duì)應(yīng)滑轉(zhuǎn)率 由公式 2 15 計(jì)算得到 4 牽引功率及牽引效率的計(jì)算 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 2 18 iKPVN 式中 整機(jī)實(shí)際牽引功率 kw KP 整機(jī)實(shí)際牽引力 KN kp 整機(jī)實(shí)際速度 m s iV 2 19 10 TKPN 式中 整機(jī)實(shí)際牽引效率 整機(jī)實(shí)際牽引功率 由 式 2 24 計(jì)算得到 kw KPN 整機(jī)理論牽引功率 由表 2 10 取得 kw T 按公式 2 13 2 19 可得到裝載機(jī)各擋位對(duì)應(yīng)的實(shí)際牽引力 滑轉(zhuǎn)率 整機(jī)kpP iV 實(shí)際速度 整機(jī)實(shí)際牽引功率 和整機(jī)理論牽引功率 和整機(jī)實(shí)際牽引效率 值 所得iVKPNTN 數(shù)據(jù)列于下表 表 2 10 一擋二檔及倒擋理論牽引特性數(shù)據(jù) 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 2 5 2運(yùn)輸工況動(dòng)力特性分析 裝載機(jī)的動(dòng)力特性反映的是工程車輛在不同坡度的路面上行駛時(shí)的加速度性能和所能達(dá) 到的最大車速及爬坡性能 動(dòng)力性能影響到作業(yè)生產(chǎn)率 尤其是對(duì)運(yùn)輸為主的工程車輛 用 動(dòng)力性能圖來分析裝載機(jī)的動(dòng)力性能 根據(jù)公式 進(jìn)行分析計(jì)算 其中 為車輪上的驅(qū)jiwfKPP gdtuGwk kP 動(dòng)力 為滾動(dòng)阻力 為空氣阻力 為坡道阻力 為加速阻力 令 為車輛的f i jPGwk 動(dòng)力因數(shù)并用符號(hào) D 表示 工程車輛在各擋位時(shí)的動(dòng)力因數(shù)與對(duì)應(yīng)車速的關(guān)系曲線稱為動(dòng)力 特性曲線 空氣阻力按下面公式計(jì)算 KN 2 20 2TwKSVP 式中 K 空氣阻力系數(shù) 與車輛外形有關(guān) 由試驗(yàn)確定 這里取 0 0006 N cm2km2h 2 S 車輛迎風(fēng)面積 S 2 75 3 44 9 46 b 2m 整機(jī)理論速度 m s TV SWG PD k 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 2 21 式中 D 動(dòng)力特性因數(shù) 為空氣阻力 KN wP 整機(jī)使用重量 KN SG 整機(jī)理論牽引力 從表 2 10 中查取 KN k 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 第三章定軸式動(dòng)力換擋變速箱的設(shè)計(jì) 3 1變速箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析 圖 3 1 前三后三變速箱簡圖 檔位 接合的離合器 傳動(dòng)比 前進(jìn) F 852176ZiFl 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 F 942106ZiFl F 9621iFl R 85174ZiFl R 9120iFl 后退 R 96124ZiFl 3 1 1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 變速箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析 定軸式動(dòng)力換擋變速箱的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單 加工與裝配精度容易保證 造價(jià)低 缺點(diǎn)是尺 寸大 全部采用摩擦離合器換擋 比行星變速器采用制動(dòng)器換擋的 工作條件要惡劣 因而影響變速器的使用壽命 定 軸 式 動(dòng) 力 換 擋 變 速 器 按 自 由 度 F 可分為二 三和四自由度三種 要獲得一個(gè)檔 位需要結(jié)合 F 1 個(gè)離合器 本設(shè)計(jì)采用三自由度變速箱 需結(jié)合兩個(gè)離合器獲得一個(gè)檔位 在結(jié)構(gòu)上 離合器裝在箱體內(nèi)部 較離合器在箱體外受力情況較好 但維修不如后者方便 變速箱內(nèi)有五個(gè)離合器 分為倒 順 一二三四檔離合器 離合器裝在軸中間 改善了支撐 和軸的受了條件減少了軸的變形 提高了離合器的使用壽命 3 2確定變速箱的主要參數(shù)和配齒計(jì)算 變速箱主要參數(shù)包括中心距 A 齒輪模數(shù) m 齒寬 b 螺旋 角及選配齒 輪齒數(shù) z 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 設(shè)計(jì)時(shí) 一般采用統(tǒng)計(jì)和類比的方法初步確定變速器的主要參數(shù) 首先 找現(xiàn)有的同 類機(jī)型 同一等級(jí) 結(jié)構(gòu)類型相似的變速器作為參考 分析 對(duì)比新 的變速器與參考變速器 在結(jié)構(gòu)和工況上的差異正確選擇參數(shù) 3 2 1中心距 A 中心距 A 的大小直接影響到變速箱的緊湊性 因此在保證傳遞最大扭拒 齒輪足夠接 觸強(qiáng)度的前提下 盡可能采収較小的中心距 另外還要考慮軸承能否布置得下 應(yīng)保證變速 箱殼體上必要的壁厚 可按下面經(jīng)驗(yàn)公式初選變速箱中心距 頭檔傳動(dòng)齒輪的中心距 3mMKAI 式中 發(fā)動(dòng)機(jī)頭檔被動(dòng)齒輪所傳遞的扭矩 為發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩 I IehIiM ehi I 檔輸出齒輪的傳動(dòng)比 AK 中心距參數(shù) 參考相似機(jī)型選取 由上計(jì)算的頭檔傳動(dòng)齒輪的中心距 A 153824 190 213 930mm 取 A46 214mm 3 2 2齒輪模數(shù) m m 是直接決定齒輪大小與幾何參數(shù)的主要因素 直接決定著齒輪彎曲強(qiáng)度 模數(shù)的大小 與下列因素有關(guān) 齒輪上所受力的大小 作用力大 模數(shù)也要大 1 材料 加工質(zhì)量 熱處理的好壞 材料好 齒輪制造精度和熱處理質(zhì)量高 有可能采 2 用小一些的模數(shù) 使齒輪的齒數(shù)相對(duì)多些 可增大齒輪的重疊系數(shù) 改善齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性 按下面經(jīng)驗(yàn)公式初選模數(shù) 31MKm 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 初選 m 0 33 3824 1590 4 7 取 m 5 注 所取模數(shù)均勻且在推薦范圍內(nèi) 3 2 3 齒寬 b 齒寬 b 的大小直接影響齒輪強(qiáng)度 在一定范圍內(nèi) 齒寬大強(qiáng)度就高 但變速箱的軸向尺 寸和重量亦大 齒面的載荷步均勻性也會(huì)增大 反而使齒輪的承載能力降低 所以 保證必 要的強(qiáng)度條件下齒寬不宜過大 對(duì)于斜齒輪齒寬系數(shù)為 7 8 6 中心距和模數(shù)一定時(shí) 齒寬 b 可用來調(diào)節(jié)齒所受應(yīng)力 根據(jù)各對(duì)齒輪上受力不同選取不 同齒寬 以減少變速箱的軸向尺寸和重量 齒寬系數(shù)應(yīng)選大些 使接觸線的長度增加 接觸 應(yīng)力降低 一提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命 初選 b 8 5 40mm 3 2 4 齒輪壓力角 我國標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 20 因此變速箱普遍采用 20 壓力角 3 2 5 斜齒輪螺旋角 確定斜齒輪螺旋角 0 時(shí) 主要是從它對(duì)齒輪的嚙合性能 強(qiáng)度影響 以及軸向力平衡等 方面綜合考慮 增大 齒輪嚙合的重疊系數(shù)增大 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 噪聲下降 但 0 過大時(shí) 不 僅使軸向力增大 且導(dǎo)致傳動(dòng)效率降低 使軸承工作條件惡化 試驗(yàn)證明 隨 的增大 齒 輪的強(qiáng)度也相應(yīng)提高 但是與之相應(yīng)的直齒輪比較 當(dāng)螺旋角大于 30 時(shí) 其彎曲強(qiáng)度驟然 下降 而接觸強(qiáng)度繼續(xù)上升 因此 從提高低檔的齒輪彎曲強(qiáng)度出發(fā) 不希望 0 過大 當(dāng)一根軸上有兩個(gè)嚙合齒輪工作時(shí) 選擇軸上斜齒輪的螺旋角時(shí) 應(yīng)使同時(shí)工作的兩組斜 齒輪布置恰當(dāng) 所產(chǎn)生的軸向力相互抵消或者抵消一部分 為達(dá)到軸向力的相互抵消或者抵 消一部分 應(yīng)使同一軸上的同時(shí)工作的兩斜齒輪螺旋方向應(yīng)是相同的 因?yàn)橐瑫r(shí)工作 一 個(gè)是從動(dòng)齒輪 一個(gè)是主動(dòng)齒輪 因此 軸向力要相反 螺旋角按同類機(jī)型選取 0 16 3 2 6 選配齒輪由總體計(jì)算公式確定所需各檔傳動(dòng)比如下 1fi 40 129 0 377 0 598 178010 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 2fi 28 6640 377 0 598 1780143fi 11 803 0 377 0 598 1780341ri 40 129 0 377 0 598 1780102ri 28 664 0 377 0 598 178014 3ri 11 803 0 377 0 598 178034 初步確定了傳動(dòng)系統(tǒng)各檔的總傳動(dòng)比 但其數(shù)值很大 在傳動(dòng)系統(tǒng)中要經(jīng)過多級(jí)減速才能 實(shí)現(xiàn) 式中 為總傳動(dòng)比 Ki為變速箱的傳動(dòng)比 0i主傳動(dòng)器的傳動(dòng)比 fi最終傳動(dòng)的foki i 傳動(dòng)比 最終求的變速箱的各檔傳動(dòng)比 1fi 1 842 40 129222fi 1 303 28 664223fi 0 536 11 803221ri 1 842 40 12922 2ri 1 303 28 664223ri 0 536 11 80322 同時(shí)由分析已知各檔位傳動(dòng)比 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 1fi 2fi 3fi Z6Z7Z12Z2Z5Z8 Z6Z7Z12Z2Z5Z8 Z6Z7Z12Z2Z5Z81ri 2ri 3ri Z6Z7Z12Z2Z5Z8 Z6Z7Z12Z2Z5Z8 Z6Z7Z12Z2Z5Z8 由前面計(jì)算已知 A46 214mm 斜齒輪的螺旋角一般為 0 8o 20o 這里取 0 6 當(dāng)中心 距 模數(shù)和螺旋角已知時(shí) 則總齒數(shù)為 Z 2Acos mn 2Acos mn 2 214cos16 5 83 即 Z1 Z6 83 又取 1 12 從而算的 2Z 40 6 43 從而 A46 16cos2Zmn 9625 083 217 Z6Z2 圓整為 217mm 修正 arcos Amn26 17 04 s2nZd 3 510 74 mmn2 6 co6 有上面所有已知條件和分析結(jié)果 從而以確定各配對(duì)齒輪齒數(shù)為 1Z 19 2 40 3Z 20 4 23 5Z 44 6 437 51 8 38 9 67 10 31 1 27 12 53 齒頂高 mxhmnana 齒根高 Cf 5 605 從而確定各個(gè)中心距 取 0 20 45A 2cos43Zmn 2cos35 114 361mm 修正 947 16 0ar43An 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 cos3nmZdm 38106947 52 haa 3 dff 83925638 102 cos4nmZm 4097 hdaa 3 1253124 ff 8409640 取 0 20 56A mZmn 23 710cos295cos213 修正 95 ar13An cos1nmZdm 064952 haa 3 101 dff 564838 6 取 0 16 34A mZmn 5691cos29416cos275 修正 2 2ar75An cos5nmZdm 0819 42 75n 57 6 hdaa 08 12408125 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 mhdff 708 152708 125 aa 47 ff 6 取 0 10 12A mZmn 983041cos2567cos19 修正 0 1 ar9An cos9nmZdm47 30 1567 12n 1 269 mhdaa 47 350247 309 ff 9 62 aa 1 1 1 mhd ff 8025 47302 最終確定變速箱各檔傳動(dòng)比 1fi 2 598 2fi 1 146 3fi 0 540 Z6Z7Z12Z2Z5Z8 Z6Z7Z12Z2Z5Z8 Z6Z7Z12Z2Z5Z81ri 2 598 2ri 1 146 3ri 0 540 Z6Z7Z12Z2Z5Z8 Z6Z7Z12Z2Z5Z8 Z6Z7Z12Z2Z5Z8 齒輪材料選用 20crMnTi 滲碳淬火后 表面硬度 58 62HRC 芯部硬度 300HB5 齒輪精度為 8 8 7 表面粗糙度 Ra 值不大于 2 5 微米 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 3 3軸的設(shè)計(jì) 初步計(jì)算軸的直徑 軸的直徑可以按扭距強(qiáng)度法進(jìn)行估算 即 d 35tT 軸的材料選用 40Cr iT MPa35 55 0A為 112 97 1d 315tT m875 3945601 mKNT 61 取 1d 40mm 2 32t Z 231 2d 42 579mm 取 2 45mm 3d 35tT mKN 50 7926 3 42 878mm 取 3d 45mm 4 34t Z 3 8573 4d 45 041mm 取 4 45mm 5d 35tT mKN 2 96410 5 47 364mm 取 5d 50mm 6 36t Z 759125 6d43 804mm 取 6 45mm 以上確定的軸頸為軸的最小軸頸 根據(jù)軸上零件的受力 安裝 固定及加工要求再確定 軸的各段徑向尺寸 軸上零件用軸間定位的相鄰軸頸一般相差 5 10mm 當(dāng)滾動(dòng)軸承用軸向定 位是 時(shí) 其軸間直徑由滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)中查取 為了軸上零件裝拆方便或加工要求 相鄰軸 段直徑之差應(yīng)取 1 3mm 軸上裝滾動(dòng)軸承 傳動(dòng)件和密封件等處的軸段直徑應(yīng)取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) 值 軸上安裝個(gè)零件的各段長度 根據(jù)相應(yīng)零件的輪廓寬度和其他結(jié)構(gòu)的需要來確定 不安 裝零件的各段軸長度可以根據(jù)軸上零件相對(duì)位置來確定 用套筒固定軸上零件時(shí) 軸端面與 套筒端面或輪轂斷面之間應(yīng)留有 2 3mm 間隙 以防止加工誤差是零件在軸向固定不牢靠 軸 段在軸承孔內(nèi)的結(jié)構(gòu)與軸承的潤滑方式有關(guān) 軸承采用油潤滑 軸承的端面距箱體內(nèi)壁的距 離為 3 5mm 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 3 4換擋離合器的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)變速箱內(nèi)有五個(gè)離合器 3 4 1離合器的結(jié)構(gòu) 1 連接方式 齒輪和離合器的內(nèi)鼓相連 外雇宇宙 液壓缸布置在軸上 液壓缸的壓力油從軸上孔 道中來 2 壓緊方式 液壓缸軸向固定不動(dòng) 通過活塞軸向移動(dòng)來壓緊 3 分離彈簧形式 一個(gè)大的螺旋彈簧布置在中央 利用離合器內(nèi)鼓的徑向空間來布置此螺旋彈簧 這樣布 置增加離合器的軸向尺寸 4 采用自動(dòng)到控球閥消除離心壓力 3 4 1離合器片數(shù)的確定 由離合器摩擦轉(zhuǎn)矩 的計(jì)算公式 mModmzkPRM 式中 儲(chǔ)備系數(shù) 傳遞轉(zhuǎn)矩 摩擦系數(shù)P 壓緊力dR 摩擦力作用等效半徑z 摩擦副數(shù)量ok 壓緊力損失系數(shù) 其值可以由下列公式計(jì)算 12oZ 對(duì)于干式摩擦離合器一般可取 0 3 1 對(duì)于濕式摩擦離合器一般可取0 8 6 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 以 2124 dpDqRc 代入上式得 3216m oMcqzk 式中 q 許用比壓2D 摩擦片外徑1 摩擦片內(nèi)徑 摩擦片面積利用系數(shù) 螺旋槽為 0 6 0 65 徑向油槽為 0 8 0 9 經(jīng)計(jì)算得 離合器外徑 93mm 離合器內(nèi)徑 83mm 依次求得 I 檔 II 檔 III 檔的離合器片數(shù) I 檔時(shí) 主動(dòng)片數(shù) 9 從動(dòng)片數(shù) 8 II 檔時(shí) 主動(dòng)片數(shù) 11 從動(dòng)片數(shù) 10 III 檔位時(shí) 主動(dòng)片數(shù) 9 從動(dòng)片數(shù) 8 注明 離合器的外徑與內(nèi)徑根據(jù)裝配大小進(jìn)行確定 各離合器片數(shù)為初選 3 4 3換檔離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 傳動(dòng)部分 外鼓為整體結(jié)構(gòu) 外鼓和外片一般采取漸開式花鍵或矩形槽相連 本設(shè)計(jì)采用矩形花鍵 連接 內(nèi)鼓和內(nèi)片也采用矩形花鍵 外鼓和軸花鍵連接 內(nèi)鼓和齒輪制成一體 為了讓冷卻油 更好的流過摩擦片 內(nèi)外孔上都開有幾排孔 每排孔都應(yīng)錯(cuò)開 使每對(duì)摩擦面都均勻流暢有 通過潤滑油 摩擦襯面采用銅基粉末冶金 燒結(jié)在鋼的底板上 且在摩擦襯面上開有溝槽 底板采用 65 錳鋼 摩擦片總厚為 2mm 光片材料也選取 65 錳鋼 百度為 3mm 片上花鍵采用 30 度壓力 角漸開紅 花鍵齒的配合應(yīng)有足夠的側(cè)隙 心避免摩擦片卡死 摩擦片兩段部壓板應(yīng)有足夠 的風(fēng)度 否則變形后將使摩擦片各處不能均勻壓緊 導(dǎo)致摩擦片打滑 2 壓緊分離部分 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 液壓缸由鋼或可鍛鑄鐵制成 活塞由中碳鋼制成 配合面表面粗糙度值不大于 0 8 微米 液壓缸壁應(yīng)有一定厚度 否則會(huì)因剛度不足而變形 影響活塞移動(dòng)和引起漏油 活塞在液壓 缸中移動(dòng)應(yīng)有足夠的導(dǎo)向長度 一般為 20mm 活塞與液壓缸有兩個(gè)配合面 宜采用活塞內(nèi) 孔處配合為 2 3 級(jí)滑動(dòng)配合 其中心定位作用 活塞外徑處配合宜較松些 具有 0 25 0 50mm 的間隙 心便裝配方便 活塞的行程由離合器摩擦面的分離間隙來決定 摩擦現(xiàn)分離間隙過小 則相對(duì)空轉(zhuǎn)時(shí)摩 擦阻力矩過大 功率損失過大 但摩擦片分離間隙過大 則活塞行程大 離合器結(jié)合時(shí) 消 除片間間隙所需的時(shí)間長 同時(shí)也使離合器的軸向尺寸加長 3 潤滑和密封 1 離合器的摩擦片應(yīng)得到可靠地冷卻潤滑 冷卻油不足往往引起摩擦片燒結(jié)和摩擦 片翹曲變形 但冷卻油過多將使離合器空轉(zhuǎn)損失增加 功率損失過多 且使摩擦片摩擦系數(shù) 有所降低 一般每對(duì)摩擦面冷卻有最小流量為 4327810ms 最好為 43210ms 不要大于 43201s 2 換檔離合器的故障往往是由于漏油引起的 故密封裝置很重要 換檔離合器有兩處 需要密封 進(jìn)入離合器軸處 需采用旋轉(zhuǎn)密封 油缸活塞處 需采用滑動(dòng)密封 油缸密封的 要求是 密封性好 移動(dòng)的摩擦阻力小 較常用的密封形式 一是合金鑄鐵活塞環(huán) 二是唇 口式密封環(huán) 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 第四章 變速箱主要零件的校核和軸承壽命計(jì)算 4 1齒輪強(qiáng)度和計(jì)算 變速箱齒輪主要破壞形式是疲勞接觸破壞和疲勞彎曲破壞 因此一般變速箱齒輪進(jìn)行疲 勞彎曲強(qiáng)度計(jì)算和疲勞接觸強(qiáng)度計(jì)算 4 1 1彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 驗(yàn)算齒根危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力 可按照下式進(jìn)行 310FIFMkrbmy 式中 M 計(jì)算扭矩 主動(dòng)齒輪所處的扭矩 公斤 米 r 主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 厘米 m 模數(shù) 對(duì)直齒輪為斷面模數(shù) 毫米 對(duì)斜齒輪為法面模數(shù) 毫米 b 齒輪齒寬 厘米 大小齒輪齒寬不同時(shí)取較小者y 齒形系數(shù) 查表 3 3 3 對(duì)短齒 將表中查得的 y 乘以 h 2 25m 式中 h 為全齒高 k 螺旋角系數(shù) 對(duì)斜齒取 0 881I 工作狀況系數(shù) 對(duì)于輪胎式液力機(jī)械取 1 F 許用彎曲應(yīng)力 當(dāng)齒輪材料為 20CrMnTi 20CrMnMo 時(shí) 許用彎曲應(yīng)力 2500 3200 公斤 厘米 2 對(duì)于輸入齒輪 2Z 5 nm b 40 2Z 40 17 04 dr6 105 8 024 7 k 對(duì)于輪式推土機(jī)液力傳動(dòng)類型 Ik 1y 查設(shè)計(jì)手冊取為 0 475 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 36 代入以上數(shù)據(jù) 計(jì)算輸入齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度為 ayiH MPrbmKM012 475 40265 1839102 250 F aKP3 4 1 2接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力 對(duì)剛齒輪 可按照下式進(jìn)行 31IHHiMKAb 式中 K 系數(shù) 對(duì)直齒輪取 1070 對(duì)斜齒輪取 925 這是由于斜齒輪傾斜 接觸線 長增加 重合度增大 因此承載能力有所提高 A 中心距 厘米 i 傳動(dòng)比 21Zi M 小齒輪上的扭矩 公斤 厘米 b 齒輪齒寬 厘米 大小齒輪齒寬不同時(shí)取較小者K 角變位修正對(duì)接觸強(qiáng)度影響系數(shù) sin4012K I 工作狀況系數(shù) 對(duì)于輪胎式液力機(jī)械取 1 H 許用接觸應(yīng)力 當(dāng)齒輪材料為 20CrMnTi 20CrMnMo 時(shí) 許用接觸應(yīng)力 10000 14000 公斤 厘米 2 71 0 Z A 244mm b 40mm 小齒輪上的扭矩 mNM 7 928 07 32494 86 對(duì)于液力機(jī)械 1 aiK MPaH 1407 96808 175 92 4259 滿足使用要求 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 37 4 2 軸的強(qiáng)度校核 4 2 1輸入軸花鍵設(shè)計(jì)及校核 通過 13 表 11 29 和 10 查得花鍵型號(hào)為 10 x102H7X112H10 f11X16H11 d10 此處引用 式 5 3 和 式 5 4 進(jìn)行校核 選輸入軸材料為 40Cr 滲碳后表面淬火 這種材料的接觸極限應(yīng)力950HGMPa 彎曲疲勞極限應(yīng)力 30FGMPa 初取花鍵長度為 40mm 1 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù) 式 5 3 帶入相關(guān)數(shù)據(jù) 得 310FIkrbmy 經(jīng)計(jì)算 FF 4 192 所以滿足彎曲疲勞要求 2 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù) 式 5 4 帶入相關(guān)數(shù)據(jù) 得 31IHiMKAb 經(jīng)計(jì)算 HH 4 173 所以滿足要求 為了更好的減少安裝難度 因此對(duì)花鍵的長度適當(dāng)增大 最終取為 52mm 4 2 2 中間軸的校核 1 根據(jù)裝載機(jī)裝配圖 作出中間軸的計(jì)算簡圖 即力學(xué)模型 F r3Ft3F r2Ft2 BA 圖 4 1 中間軸力學(xué)模型 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 38 選取中間軸的材料為 40CrNi 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) P355 表 15 1 查得 彎曲疲 勞極限 1 430 MPa 剪切疲勞極限 1 210 MPa 許用彎曲應(yīng)力 1 75 MPa 2 對(duì)軸進(jìn)行受力分析 并作出彎矩圖 根據(jù)以前的計(jì)算可知 當(dāng)閉鎖離合器結(jié)合時(shí) 中間軸受載最大 此時(shí)傳遞給中間軸的扭 矩為 1TM 197 9 N m 圓周力 4 92 172 dFt 4 28 KN 8 1 徑向力 0tan8tan r 1 558 KN 8 2 根據(jù)以前的計(jì)算可知 摩擦片傳遞給中間軸的的扭矩為 3TM 197 9 N m 圓周力 627 9 13 dTFt 0 912 KN 8 3 徑向力 0tan 0tan r 0 332 KN 8 4 根據(jù)上述簡圖及受力分析 分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩 并按計(jì)算結(jié)果 分別作出水平面上的彎矩 HM圖和垂直面上的彎矩 VM圖 然后按下式計(jì)算總彎矩并作出 M 圖 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 39 圖 4 2 中間軸的載荷分析圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 B 是軸上較為危險(xiǎn)的截面 現(xiàn)將計(jì)算出 的截面 B 處的 HM V和 M 的值列于下表 表 4 1 截面 B所受載荷 水平面 H 垂直面 V 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 40 載荷 支反力 F KNFHH94 1 305 21 KNFVV214 0 68 1 彎矩 M m67 8 m5 M 總彎矩 72 19465 8 1522 M02 N 扭矩 T T 3 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 校核時(shí) 通常只校核軸上承受最大彎矩和 扭矩的危險(xiǎn)截面 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) P336 按 第三強(qiáng)度理論 計(jì)算應(yīng)力 2ca4 8 5 通常 由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 而 由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 則常常不是 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力 為了 考慮兩者循環(huán)特性不同的影響 引入折合系數(shù) 則計(jì) 算應(yīng)力為 22ca4 8 6 式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 取 6 0 對(duì)于直徑 為 d 的圓軸 彎曲應(yīng)力 WM 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 WMT 將 和 代入上式 則軸 的彎扭合成強(qiáng)度為 222ca 4 T 8 7 式中 ca 軸的計(jì)算應(yīng)力 單位 Mpa M 軸所受的彎矩 單位為 N m 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 41 T 軸所受的扭矩 單位為 N m W 軸的抗彎截面系數(shù) 單位為 3m 計(jì)算公式由 機(jī)械設(shè)計(jì) P365 表 15 1 查 得 圓截面的計(jì)算公式 1 0dW 0 1 350 12500 3m 花鍵截面的計(jì)算公 式 DzbdD2 4 Z 花鍵齒數(shù) W 43 63460 2 6854 98 m 截面 B 處的計(jì)算應(yīng)力 1250 9 7 0 72 19 ca 19 83 Mpa 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) P255 表 15 1 查得 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí) 軸的許用彎曲應(yīng)力 1 為 75Mpa ca 1 8 8 因此 軸的強(qiáng)度滿足要求 4 2 3輸出軸與軸上相關(guān)零件設(shè)計(jì) 1 根據(jù)裝載機(jī)裝配圖 作出輸出軸的計(jì)算簡圖 即力學(xué)模型 Fr4tAC1C2 圖 4 3 輸出軸力學(xué)模型簡圖 選取中間輸入軸的材料為 40CrNi 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) P355 表 15 1 查得 彎曲 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 42 疲勞極限 1 430 MPa 剪切疲勞極限 1 210 MPa 許用彎曲應(yīng)力 1 75 MPa 2 對(duì)軸進(jìn)行受力分析 并作出彎矩圖 根據(jù)以前的計(jì)算可知 變矩器傳遞給中間輸入軸的扭矩為 3TM 1171 N m 圓周力 350172 dTFt 6 69 KN 8 9 徑向力 0tan69 tan r 2 435 KN 8 10 根據(jù)以前的計(jì)算可知 中間軸傳遞給輸出軸的扭矩為 1TM 1171 N m 根據(jù)上述簡圖及受力分析 分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩 并按計(jì)算結(jié)果 分別作出水平面上的彎矩 HM圖和垂直面上的彎矩 V圖 然后按下式計(jì)算總彎矩并作出 M 圖 8 11 2VH FH216 347FHt5Ft5H140 FH2 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 43 1620TM421 7 圖 4 4 輸出軸的載荷分析圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 A 是軸上較為危險(xiǎn)的截面 現(xiàn)將計(jì)算出 的截面 A 處的 HM V和 M 的值列于下表 表 4 3 截面 A所受載荷 表 4 4 截面 和 所受載荷1C 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F KNFH45 6 45 621 KNFV35 2 35 21 彎矩 M ml7 mM60 總彎矩 M95 36 0 5221 N72 扭矩 T mT 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 44 3 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 校核時(shí) 通常只校核軸上承受最大彎矩和 扭矩的危險(xiǎn)截面 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) P336 按 第三強(qiáng)度理論 計(jì)算應(yīng)力 2ca4 8 12 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 而 由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 則 常常不是 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力 為了 考慮兩者循環(huán)特性不同的影響 引入折合系數(shù) 則計(jì)算應(yīng) 力為 22ca4 8 13 式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 取 6 0 對(duì)于直徑 為 d 的圓軸 彎曲應(yīng)力 WM 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 WMT 將 和 代入上式 則軸 的彎扭合成強(qiáng)度為 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F KNFH45 6 45 621 KNFV35 2 35 21 彎矩 M m 0 mM7 8 總彎矩 M26 375 84 1622 N8102 扭矩 T T9 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 45 222ca 4 WTMTW 8 14 式中 ca 軸的計(jì)算應(yīng)力 單位 Mpa M 軸所受的彎矩 單位為 N m T 軸所受的扭矩 單位為 N m W 軸的抗彎截面系數(shù) 單位為 3m 計(jì)算公式由 機(jī)械設(shè)計(jì) P365 表 15 1 查得 圓截面的計(jì)算公式 1 0dW 花鍵截面的計(jì)算公式 DzbdD32 4 Z 花鍵齒數(shù) W 4 6406 2 6854 98 3m 所以帶入數(shù)據(jù)得 MPaca 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) P255 表 15 1 查得 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí) 軸的許用彎曲應(yīng)力 1 為 75Mpa ca 1 8 15 因此 軸的強(qiáng)度滿足要求 4 3輸出軸軸承的校核 1 確定危險(xiǎn)截面 這種校核計(jì)算的實(shí)質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下軸的安全程度 截面 由于過盈配合引起應(yīng)21C和 力集中將削弱軸的疲勞強(qiáng)度 但 受載情況完全相同 故只需截面 精確校核 21C和 1 2 截面 左側(cè)1C 抗彎截面系數(shù) 3670mW 抗扭截面系數(shù) 3452T 截面左側(cè)的彎矩為 NM 81 9 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 46 截面左側(cè)的扭矩為 mNT 259 截面上的彎曲應(yīng)力為 MPaWMb 84 1067 3 截面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 Tl 9453 截面上由于花鍵而形成的有效應(yīng)力幾周系數(shù) 根據(jù) 4 附表 3 5 查得 k和 由 4 附圖 3 2 得尺寸系數(shù) 由附圖 3 3 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)51 62 1 k 68 0 軸按磨削加工 由 4 附圖 3 4 得表面質(zhì)量系數(shù) 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理 80 9 即 得綜合系數(shù)值 q 1 k 所以帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得 5024 19 68 04251 k3 根據(jù) 4 P2 和 P25 的合金鋼的特性系數(shù) 取 取 1 02 102 3 02 于是計(jì)算安全系數(shù) 值 caSmaK 1alS 12 c 所以帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得 太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢