學(xué)術(shù)報(bào)告劉衛(wèi)飛.ppt

1、載重量2.9噸裝載機(jī)功能原理設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)和動(dòng)力換檔變速箱設(shè)計(jì),劉衛(wèi)飛,總論 功能原理設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 動(dòng)力換檔變速箱設(shè)計(jì) 總結(jié) 參與文獻(xiàn),第一部分 總論,裝載機(jī)是隨著汽車、拖拉機(jī)工業(yè)發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的行業(yè)，目前的發(fā)展趨勢(shì)是向大型和小型兩級(jí)發(fā)展。大型化，可以提高機(jī)械作業(yè)的效率；小型化的是為了適應(yīng)城市建設(shè)中擁擠，狹窄的施工現(xiàn)場(chǎng)。 裝載機(jī)作業(yè)效率高，用途廣泛，它不僅對(duì)松散的堆積物料可進(jìn)行裝、運(yùn)、卸作業(yè)，還可對(duì)巖石，硬土進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè)，并能用來(lái)清理、刮平場(chǎng)地及牽引作業(yè)。因此，它被廣泛用于建筑、礦山、道路、水電和國(guó)防建設(shè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門,裝載機(jī)是由傳動(dòng)系、行走系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系、回轉(zhuǎn)支撐裝置等五部分組

2、成 。 首先對(duì)裝載機(jī)的原理方案進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)。 以確定下來(lái)的原理方案為依據(jù)，進(jìn)行了裝載機(jī)的總體設(shè)計(jì)。 最后一個(gè)階段的工作是裝載機(jī)變速箱的設(shè)計(jì),第二部分 原理方案設(shè)計(jì),2.1 設(shè)計(jì)思路,2.2 黑箱法求解總功能,2.3 技術(shù)過程流程圖,2.4 原理解組合,最終方案 經(jīng)過初步比較，擬定最終選擇方案為：（A1+B1+C2+D1+E2+F3+G3+H2+I3+J2）即以柴油機(jī)為動(dòng)力，采用液力機(jī)械傳動(dòng)、鉸接轉(zhuǎn)向的輪胎式正鏟裝載機(jī),第三部分 總體設(shè)計(jì),3.1 裝載機(jī)的選型 裝載機(jī)的總體設(shè)計(jì)是根據(jù)其主要用途、作業(yè)條件、使用場(chǎng)合及生產(chǎn)情況等合理地選擇與確定機(jī)型和各部分的結(jié)構(gòu)形式、性能參數(shù)及整機(jī)尺寸等，并進(jìn)行合

3、理的布置。 總體設(shè)計(jì)必須保證從裝載機(jī)整體性能出發(fā)，正確的選擇和確定各總成的結(jié)構(gòu)形式，總體參數(shù)，使其獲得良好的匹配關(guān)系，并進(jìn)行合理的布置,3.1.1 行走裝置的選型 裝載機(jī)行走裝置主要分為輪胎式和履帶式兩大類，其中輪式自重輕，行走速度快，機(jī)動(dòng)靈活，用途多，作業(yè)效率高，成本低。履帶式整機(jī)重心低，故通過性和穩(wěn)定性較好，適宜在松軟土質(zhì)和坡道地區(qū)進(jìn)行作業(yè)，其在松軟土質(zhì)上的附著性能好。 本次設(shè)計(jì)裝載機(jī)工作地面狀況一般，產(chǎn)裝物料主要是沙石，綜合考慮選擇輪胎作為裝載機(jī)的行走裝置,3.1.2 驅(qū)動(dòng)形式的選擇 驅(qū)動(dòng)橋是變速箱或萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置之后，驅(qū)動(dòng)輪之前的所有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總稱，由主傳動(dòng)器、差速器、半軸、輪邊傳動(dòng)、

4、橋殼等組成。 裝載機(jī)等工程機(jī)械一般均采用全橋驅(qū)動(dòng)方式，其利用了全部車輛自重作為附著重量，增大了牽引力的提升潛力,3.1.3 傳動(dòng)系的選擇 動(dòng)力裝置和驅(qū)動(dòng)輪之間的所有傳動(dòng)部件總稱為傳動(dòng)系。 絕大多數(shù)自行式工程機(jī)械的動(dòng)力裝置為柴油機(jī)，以柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置的裝載機(jī)傳動(dòng)系主要有機(jī)械式、液壓傳動(dòng)式、液力機(jī)械傳動(dòng)式式、和電傳動(dòng)4種。 選取液力機(jī)械傳動(dòng)方式,3.1.4 轉(zhuǎn)向方式的選擇 轉(zhuǎn)向系的功用是使工程機(jī)械按照其需要保持穩(wěn)定的直線行駛或準(zhǔn)確靈活地改變行駛方向。 輪式機(jī)械轉(zhuǎn)向方式可分為偏轉(zhuǎn)式前輪轉(zhuǎn)向 、偏轉(zhuǎn)式后輪轉(zhuǎn)向 、偏轉(zhuǎn)式全輪轉(zhuǎn)向 、鉸鏈轉(zhuǎn)向方式 。 綜合考慮，選取轉(zhuǎn)向系為鉸鏈轉(zhuǎn)向方式,3.1.5 制動(dòng)

5、系的選擇 裝載機(jī)在工作過程中需頻繁制動(dòng)，制動(dòng)強(qiáng)度高而且工作條件惡劣，以前多采用蹄式制動(dòng)器，其性能在惡劣條件下不夠穩(wěn)定，受工作條件影響大，散熱性能差，不便調(diào)整與維修，故逐漸被鉗盤式制動(dòng)器所淘汰。 本裝載機(jī)采用鉗盤式制動(dòng)器,3.1.6 變速箱形式的選擇 變速箱有人力換檔變速箱和動(dòng)力換檔變速箱。 分為定軸式和行星式齒輪變速箱，定軸式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，維修方便，便于總體布局。 經(jīng)過比較，選用定軸式動(dòng)力換檔變速箱,3.1.7 輪胎的選型 輪胎的選擇關(guān)系到裝載機(jī)附著力以及牽引力的發(fā)揮水平。 裝載機(jī)用輪胎除了具有一定承載能力外，還需要有較好的耐磨性、抗穿刺性、牽引性、通過性、散熱性能。 由于多在松軟潮濕

6、或干硬不平的地面上工作，為減少接地比壓，改善附著性能，多采用寬基低壓輪胎,3.2 裝載機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 工作阻力的計(jì)算 裝載機(jī)作業(yè)時(shí)的工作阻力主要是插入阻力和掘起阻力 3.2.2 牽引力的計(jì)算 當(dāng)裝載機(jī)沿著平坦地面勻速前進(jìn)時(shí)，鏟斗插入料堆的作用力即是裝載機(jī)的牽引力,3.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)功率校核 牽引功率 驅(qū)動(dòng)液壓泵功率 校核,3.2.4 液力變矩器與柴油機(jī)的匹配計(jì)算 1.液力變矩器原始特性曲線 2.初步確實(shí)循環(huán)圓直徑 3.發(fā)動(dòng)機(jī)+變矩器共同工作的輸入特性曲線 （1）液力變矩器的輸入特性曲線,2）發(fā)動(dòng)機(jī)外特性參數(shù)（凈功率,扣除18.1%的其它消耗） （3）尋找發(fā)動(dòng)機(jī)+變矩器共同輸入特性點(diǎn)

7、發(fā)動(dòng)機(jī)： 變矩器： 交點(diǎn) 代表不同傳動(dòng)比下的交點(diǎn)，即共同工作點(diǎn),4.發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作的輸出特性 （1）計(jì)算數(shù)據(jù) 2） 發(fā)動(dòng)機(jī)+變矩器共同工作輸出特性圖,第四部分 動(dòng)力換檔變速箱設(shè)計(jì),4.1 傳動(dòng)方案的選擇 1換擋方式：滑動(dòng)齒輪換擋、嚙合套換擋 由于裝載機(jī)換檔頻繁，故多采用嚙合套換檔 2變速箱分類： 按傳動(dòng)簡(jiǎn)圖分為：非組成式變速箱和組成式變速箱 因?yàn)殓P土類的裝載機(jī)要求倒檔數(shù)多，若采用非組成式則零件數(shù)目多，故本設(shè)計(jì)采用組成式變速箱,3. 傳動(dòng)方案的選擇,傳動(dòng)方案一,傳動(dòng)方案二,傳動(dòng)方案三,經(jīng)比較，方案三空間利用率最高，且換擋靈活，故予以采用，傳動(dòng)方案如下圖,4.2 傳動(dòng)比及檔位數(shù)的確實(shí)

8、4.2.1 傳動(dòng)比的確定 1.車輪半徑的確定 2.頭檔總傳動(dòng)比的確定 3. 運(yùn)輸工況最高車速總傳動(dòng)比的確定,4.2.2 檔位數(shù)的確定 1 檔位數(shù) 檔位數(shù)越多，發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用越好，但檔位數(shù)過多，會(huì)使用變速箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如果選的各檔之間的間隔不當(dāng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率也有影響。因此各檔的總傳動(dòng)比需要按等比級(jí)數(shù)排列 。 對(duì)于液力機(jī)械傳動(dòng)的輪式裝載機(jī)，一般前后均為四個(gè)檔，其中兩個(gè)是工作用檔位，兩個(gè)是運(yùn)輸用檔位,4.3 配齒計(jì)算 4.3.1 確定主參數(shù) 1.中心距 中心距的大小直接影響到變速箱結(jié)構(gòu)的緊湊性 ，故采用較小的中心距 2.齒輪模數(shù) 齒輪模數(shù)直接決定齒輪彎曲強(qiáng)度，從增加彎曲強(qiáng)度出發(fā)，應(yīng)選用大模數(shù)

9、3.初步確定齒寬 在一定范圍內(nèi)b大強(qiáng)度就高，但b過大反而使齒輪承載能力隨之降低。由于本設(shè)計(jì)采用直齒，故,4.3.2 選齒配齒 確定各傳動(dòng)比方程，因?yàn)檠b載機(jī)要求前進(jìn)檔比后退檔快20%40%，本設(shè)計(jì)取 （1）平衡方程,2.傳動(dòng)比方程 3.中心距方程 4）由,2. 各檔傳動(dòng)比狀況及評(píng)價(jià),3.實(shí)際中心距室 4.各軸的側(cè)視簡(jiǎn)圖,5.在功率利用最好時(shí)各檔的實(shí)際車速,4.4 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒輪的主要破壞形式是接觸疲勞破壞和彎曲疲勞破壞，因而齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)進(jìn)行兩個(gè)項(xiàng)目的計(jì)算：（1）彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算；（2）接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算；因嚙合齒輪對(duì) 和 所受力最大，故以其為代表進(jìn)行校核。齒輪材料選用20CrMnTi,滲

10、碳，淬火，表面硬度HRC58-64，心部HRC31-48 齒輪上的扭距,4.4.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1計(jì)算裁荷系數(shù)k 式中， 使用系數(shù); 動(dòng)裁荷系數(shù)； 齒間載荷分配系數(shù)； 齒向載荷分配系數(shù)； 2. 選取齒寬系數(shù) ； 3. 材料的彈性系數(shù) ； 4.齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ； 5.應(yīng)力循環(huán)系數(shù) ； 6.接觸疲勞壽命 、 ； 7.接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%，安全系數(shù)為1,8.區(qū)域系數(shù) ； 9.齒輪表面接觸疲勞強(qiáng)度 均滿足要求,4.4.2 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1.齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ； 2.彎曲壽命系數(shù) 、 ； 3.彎曲疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)s=1.4 ； 4.載荷系數(shù) ；

11、5.齒形系數(shù) 、 及應(yīng)力校正系數(shù) 、 6.計(jì)算大、小齒輪 并加以比較,因小齒輪的數(shù)值較大，故只需對(duì)其進(jìn)行校核 所以齒輪12，13強(qiáng)度滿足要求,4.5 離合器的設(shè)計(jì) 由于片式摩擦離合器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在功率傳遞時(shí)幾乎沒有什么損失，及其具有過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)采用活塞缸式旋轉(zhuǎn)摩擦離合器 。 4.5.1 離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 傳動(dòng)部分（包括外鼓與外片、內(nèi)鼓與內(nèi)片）外鼓與外片之間一般用矩形花鍵聯(lián)接，內(nèi)鼓與內(nèi)片一般用漸開線花鍵聯(lián)接。 2. 壓緊部分 主要是液壓缸活塞，液壓缸用鋼制成；活塞由可鍛鑄鐵制成,4.5.2 離合器潤(rùn)滑與密封 1離合器的摩擦片應(yīng)得到可靠的冷卻潤(rùn)滑，冷卻油不足會(huì)引起摩擦片翹曲變形

12、。 2換擋離合器有兩處要密封，一是進(jìn)入離合器軸處，需采用旋轉(zhuǎn)密封；二是油缸活塞處，需采用滑動(dòng)密封。 4.5.3 離合器主參數(shù)的計(jì)算 1. 扭矩容量計(jì)算,2. 摩擦片數(shù)的確定 3. 摩擦片材料的選擇： 摩擦片采用粉末冶金襯面摩擦材料，主動(dòng)片為20#鋼，從動(dòng)片為65Mn燒結(jié)銅基粉末，離合器為濕式離合器,4.6 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 4.6.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第軸的設(shè)計(jì) （1）軸的材料 選擇軸的材料為20CrMnTi （2）初步確定軸端直徑 傳遞的功率為 傳遞的轉(zhuǎn)速為 傳遞的轉(zhuǎn)矩為 軸的直徑為,3）軸的尺寸設(shè)計(jì) （4）軸承與花鍵的選取 箱體兩端采用深溝球軸承，其余各處采用 推力球軸承； 花鍵的選取

13、,4.6.2 軸的強(qiáng)度校核 1. 軸的強(qiáng)度校核有三種方法 （1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 （2）按彎扭強(qiáng)度校核 （3）按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核 IV受力最大，最容易發(fā)生危險(xiǎn)，所以選擇IV軸進(jìn)行校核。 2. 軸的受力圖 （1）軸的空間受力圖,2）軸的水平受力圖,3）水平彎矩圖 （4）垂直彎矩圖,3.計(jì)算軸的空間受力 （1） 齒輪直徑 （2） 齒輪受力 （3）支反力 4. 計(jì)算彎矩,滿足要求,4.6.3 花鍵的校核 由于軸的受力最大，故只選取其中的花鍵校核，其所選花鍵為 4.6.4 軸承的選擇與校核 軸承的選用 ，設(shè)計(jì)使用的是滾動(dòng)軸承 軸承的校核,4.7 變速箱的潤(rùn)滑、冷卻、密封 變速箱中齒輪、軸承、襯套等零

14、件的摩擦表面的潤(rùn)滑可采用兩種方式，壓力強(qiáng)制潤(rùn)滑、激濺潤(rùn)滑。 變速箱的密封必須可靠，箱體、箱蓋、軸承座之間都應(yīng)有紙墊或橡膠圈，箱體上應(yīng)采用不鉆透螺孔，防泄漏，尤其注意離合器換擋油路必須可靠,第五部分 總結(jié),1.在功能原理設(shè)計(jì)方案中，本文是按傳統(tǒng)的工程機(jī)械設(shè)計(jì)思路所設(shè)計(jì)。 2. 在設(shè)計(jì)計(jì)算方面，本文中有兩個(gè)難點(diǎn)，一個(gè)是匹配計(jì)算，另一個(gè)是配齒計(jì)算。 3.最后一個(gè)比較重要的地方是變速箱的設(shè)計(jì)，而比較特殊的地方應(yīng)屬離合器的設(shè)計(jì),參考文獻(xiàn),1 廖林清.機(jī)械設(shè)計(jì)方法學(xué).重慶大學(xué)出版社,2003 2 張光裕、許純新主編.工程機(jī)械底盤設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出社，1987 3 楊晉生主編.鏟土運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981 4 張光裕主編.工程機(jī)械底盤結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì). 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社 5 濮良貴、紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2006 6 褚文農(nóng)主編.底盤設(shè)計(jì)（上，下冊(cè)）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981 7 阮忠唐主編.聯(lián)軸器、離合器設(shè)計(jì)與選用指南. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006,8 范欽珊主編.材料力學(xué)（第2版）. 北京：高等教育出版社，2006 9 清華大學(xué)工程圖學(xué)及計(jì)算機(jī)輔