裝載機(jī)變速箱設(shè)計(jì)

1、裝載機(jī)變速箱設(shè)計(jì)農(nóng)用裝載機(jī)變速箱設(shè)計(jì)1.1 目的意義本設(shè)計(jì)的目的是農(nóng)用，故要求檔位要多，且速度要慢，而市場(chǎng)上的農(nóng)用裝 載機(jī)特別少，國外對(duì)裝載機(jī)變速箱幾乎處于壟斷地位，國內(nèi)裝載機(jī)變速箱達(dá)不 到這個(gè)要求，且國內(nèi)裝載機(jī)變速箱生產(chǎn)廠商的技術(shù)還很不成熟，多為國外引進(jìn)， 因此設(shè)計(jì)此變速箱。為了滿足農(nóng)業(yè)方面的需要，能適應(yīng)更多的工作要求和環(huán)境， 設(shè)計(jì)了此變速箱。1.2 國內(nèi)外技術(shù)的發(fā)展近年來，裝載機(jī)變速箱得到了很大的發(fā)展，德國 ZF 公司有中心距 80、 95、 105、115、120、143、154mm七種變速器，適應(yīng)輸入扭矩為 130-1900Nm,檔位 數(shù)從 3-17 個(gè)，有各種操縱方式的變速器適應(yīng)不同

2、要求的車輛。日本豐田汽車公 司的愛信精機(jī)公司有各種中心距的機(jī)型組合， 286 種變速器供用戶選擇。 而我國 眾多的變速器生產(chǎn)企業(yè)尚沒有形成本企業(yè)的變速器系列化產(chǎn)品。 德國 ZF 公司聲 場(chǎng)的 9S1 09同步器型倍檔 9檔組合式變速器，主變速器有 5個(gè)前進(jìn)檔，副變速 器為行星齒輪系傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)副變速器中的同步器接合套與固定外齒圈接合時(shí)， 行星齒輪內(nèi)齒圈被固定而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，則副變速器掛入抵檔，此時(shí)將變速器分別 掛入 5 個(gè)不同檔位可得到組合式變速器 5 個(gè)較大的傳動(dòng)比。美國伊頓公司生產(chǎn) 的 BT-11509C 雙中間軸倍檔 9 檔組合式機(jī)械變速器，主副變速器接采用雙中間 軸結(jié)構(gòu)。主變速器有 5 個(gè)

3、前進(jìn)檔，副變速器由 2 檔齒輪傳動(dòng)，由于有兩個(gè)傳動(dòng) 比數(shù)值很接近，故省掉一個(gè)傳動(dòng)比，組成 9 檔變速器。變速器最大輸入扭矩 1250Nm,總質(zhì)量310kg，與發(fā)動(dòng)機(jī)直接連接或獨(dú)立安裝，左臥式或右臥式。變 速器的操縱系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)距離操縱或直接操縱，雙 XH 型換檔排列，副變速 器由壓縮空氣自動(dòng)換檔，爬行檔和倒檔用嚙合套換檔，其他檔用同步器換檔。 美國伊頓公司富勒系列雙副軸變速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 美國伊頓公司生產(chǎn)的 BT-11509C 雙中間軸倍檔 9 檔組合式機(jī)械變速器，主副變速器皆采用雙中間軸結(jié)構(gòu)。主變 速器有 5個(gè)前進(jìn)檔。副變速器為 2檔（高檔和低檔 ）齒輪傳動(dòng)，由于有 2個(gè)傳動(dòng)比 很接近，故省掉

4、一個(gè)，組成 9 檔變速器。雙中間軸倍檔組合式變速器具有如下 優(yōu)點(diǎn)： (1) 由于一軸和二軸上各檔齒輪同時(shí)與兩根中間軸上對(duì)應(yīng)的齒輪相嚙合， 功率分流，從理論上講，每對(duì)齒輪上傳遞的扭矩為 1/2，這就使每對(duì)齒輪傳遞的 扭矩減少 50% ，使變速器的中心距、齒輪模數(shù)和寬度可以減小，從而減小變速 器的質(zhì)量和尺寸，特別是長度尺寸。 (2)由于二軸從動(dòng)齒輪在軸上處于徑向浮動(dòng) 狀態(tài)，兩根中間軸的軸心線均勻分布在以二軸理論軸心為圓心、以中心距為半 徑的圓柱面上，所以二軸上各檔齒輪及一軸齒輪在與兩根中間軸上的對(duì)應(yīng)齒輪 相嚙合產(chǎn)生的徑向力達(dá)到平衡，即互相抵消。二軸不承受徑向力，只傳遞扭矩， 這樣二軸可以設(shè)計(jì)得細(xì)一

5、些，結(jié)構(gòu)可以簡單一些，其后軸承可以選擇較小的規(guī) 格，這也有助于減小 變速器的質(zhì)量和尺寸。 (3)由于二軸齒輪的徑向浮動(dòng)和二軸 的鉸接式浮動(dòng)的結(jié)果，使得齒輪在嚙合時(shí)能自動(dòng)抵消一部分制造和裝配誤差， 嚙合質(zhì)量優(yōu)于單中間軸。嚙合區(qū)容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)際使用情況也證實(shí)了這 點(diǎn)。這就有利于降低嚙合噪聲和提高耐用度。 (4)由于雙中間軸倍檔組合式變速 器可以明顯地減小變速器的質(zhì)量和軸向尺寸，利用這種優(yōu)點(diǎn)，可提高變速器的 最大傳遞功率和扭矩，擴(kuò)大使用范圍。這是短軸距大功率重型汽車和特種車輛 最理想的變速器。RT-11509C型變速器最大輸入扭矩 1500Nm,最大輸入功率 265kW ，總長度 735mm，

6、XXH 或 單 H 操縱，可左操縱亦可右操縱，總質(zhì)量 270kg。國內(nèi)變速器產(chǎn)品及時(shí)多來源于美國、德國、日本幾個(gè)國家,引進(jìn)技術(shù)多為 上世紀(jì) 80-90年代的產(chǎn)品。在國內(nèi)漫長的引進(jìn)消化過程中, 如今已有長足的進(jìn)步, 能夠在原有的技術(shù)引進(jìn)技術(shù)上,通過改型自行開發(fā)符合配套要求的新產(chǎn)品,當(dāng) 從當(dāng)今變速器的法杖情況來看,在新產(chǎn)品開發(fā)上國內(nèi)變速器仍然走的事實(shí)已般 型的開發(fā)過程們沒有真正的核心技術(shù)產(chǎn)品。從國內(nèi)重型汽車變速器市場(chǎng)容量來 看,有三分之一的產(chǎn)品來自進(jìn)口,而另外三分之二的產(chǎn)品中有80%以上源自國外技術(shù),國內(nèi)自主開發(fā) 的重型汽車變速器產(chǎn)品銷量很小,從而說明國內(nèi)重型汽 車變速器廠家的自主開發(fā)能力仍然很薄

7、弱,應(yīng)對(duì)整車新車型配套產(chǎn)品的能力遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不夠。我國城市車輛將重點(diǎn)發(fā)展的 13.8m 客車上使用的變速器,目前只有 ZF 一家能向國內(nèi)企業(yè)供應(yīng),就足以說明國內(nèi)的重型車變速器企業(yè)仍然很渺小,在 技術(shù)方面仍然有很長的路要走。國內(nèi)重型汽車變速器幾乎由陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司、綦江齒輪傳動(dòng)有限公司、山西大同齒輪集團(tuán)有限責(zé)任公司、一汽 哈爾濱變速器廠等幾大家包攬。這些企業(yè)生產(chǎn)的變速器產(chǎn)品針對(duì)的市場(chǎng)各有側(cè) 重，像陜西法士特在 8t 以上重型車市場(chǎng)占有率達(dá)到 40%以上，并且在 15t 以上 重型車市場(chǎng)占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，擁有 85% 以上的市場(chǎng)份額；綦江齒輪傳動(dòng)有限公 司主要為安凱、西沃、亞星奔馳、桂林大宇及廈

8、門金龍等企業(yè)的712m高檔大、 中型客車以及總質(zhì)量在1450t重型載貨車、鞍式牽引車、自卸車及各種專用車、 特種車配套；山西大同齒輪集團(tuán)配套市場(chǎng)主要在8 10t 級(jí)的低噸位重型載貨車。由于重型裝載機(jī)的裝載質(zhì)量大，使用條件復(fù)雜。欲保證重型汽車具有良好 的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和加速性，必須擴(kuò)大變速器傳動(dòng)比的范圍并增加檔位數(shù)。為 避免變速器的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜和便于系列化生產(chǎn)，多采用組合式機(jī)械變速器。即 以一二種 46檔變速器為主體，通過更換系列齒輪副和配置不同的副變速器， 得到一組不同檔位數(shù)、不同傳動(dòng)比范圍的變速器系列。目前，組合式機(jī)械變速 器已成為重型汽車采用的主要型式。組合式機(jī)械變速器一般分為倍檔（分段式

9、 配檔）組合式機(jī)械變速器和半檔 （插入式配檔 ）組合式機(jī)械變速器?，F(xiàn)在的倍檔組 合式機(jī)械變速器是在主變速器后部串聯(lián)安裝一個(gè)2檔（高檔和低檔 ）副變速器，將主變速器的檔位數(shù)增加 1 倍，所增加的檔位傳動(dòng)比數(shù)值等于主變速器傳動(dòng)比和 副變速器傳動(dòng)比的乘積，而且齒輪對(duì)數(shù)少于檔位數(shù)，因此箱體尺寸縮短，軸的 長度減短，剛度增大，所以增大了變速器的容量。例如在一個(gè) 5 檔主變速器后 端，串聯(lián)安裝一個(gè)具有高、低 2檔的副變速器，即可組成 10檔（或 9檔）倍檔組 合式機(jī)械變速器。增加倍檔組合式變速器最大輸入扭矩和最低檔傳動(dòng)比的技術(shù) 難點(diǎn)是副變速器低檔齒輪的強(qiáng)度容量不足，超出齒輪輪齒的承載能力。解決的 辦法是將

10、由一個(gè)輪齒承受的載荷分流給幾個(gè)輪齒來承擔(dān)。這樣一來，輸入齒輪 扭矩不變，每個(gè)輪齒的負(fù)荷將等于同時(shí)接觸齒數(shù)的平均數(shù)值。倍檔組合式變速 器的副變速器功率分流方法有兩種：一種是采用行星 齒輪系的傳動(dòng)方法，這種 結(jié)構(gòu)非常緊湊，體積小而扭矩容量大，直到現(xiàn)在仍廣泛應(yīng)用；另一種功率分流 的方法是采用雙中間軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。雙中間軸傳動(dòng)最大工藝難點(diǎn)是保證主傳動(dòng)齒 輪能和所嚙合的雙中間軸齒輪的輪齒同時(shí)接觸問題，解決的辦法是用浮動(dòng)主傳 動(dòng)齒輪的方法來消除齒軸對(duì)位的制造誤差，確保輪齒 同時(shí)接觸，達(dá)到功率分流 的目的。與此相適應(yīng)的換檔同步器也有一定的浮動(dòng)量。半檔組合式機(jī)械變速器是將副變速器傳動(dòng)比均勻地插入傳動(dòng)比間隔大的主變

11、速器各檔傳動(dòng)比之間，使 變速器的檔位數(shù)增加 1 倍。半檔副變速器串聯(lián)在主變速器前部，它只有一對(duì)齒 輪副和換檔同步器。早期的半檔副變速器由單獨(dú)的一個(gè)箱子組成，近 年來發(fā)展 成將半檔齒輪副直接放到主變速器之內(nèi)，既縮短變速器長度又簡化半檔結(jié)構(gòu)。 半檔副變速器由一對(duì)類似一軸常嚙合齒輪副組成，齒圈套在動(dòng)力輸入軸上自由 轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)力輸入軸上的齒圈與主變速器一軸結(jié)合時(shí)，各檔傳動(dòng)比均由主變速 器一軸齒輪副組成。當(dāng)齒圈與動(dòng)力輸入軸上的接合齒連接時(shí)，常嚙合齒輪與主 變速器上的中間軸連接，因此主變速器中間軸也旋轉(zhuǎn)，由此組成的各檔傳動(dòng)比 均勻地插人主變速器各檔傳動(dòng)比之間。型號(hào)為ZFAK/6 80+GV80 的半檔組合

12、式機(jī)械變速器，由 6 檔 AS6-80 主變速器串聯(lián)半檔副變速器組成。最大輸入扭 矩為750Nm，傳動(dòng)比范圍0.839.0,倒檔傳動(dòng)比為7.05/8.46。這種變速器曾在 歐洲廣泛使用，如曼、依維柯、斯太爾、沃爾沃等。ZF公司開發(fā)的ECOSPLIT-16S 型 16 檔組合式機(jī)械變速器，在 4 檔主變速器前端加裝一對(duì)半檔齒輪副等機(jī)構(gòu)， 再在后端串聯(lián)行星齒輪傳動(dòng)副變速器。主變速器二軸一直伸入半檔齒輪副的動(dòng) 力輸入軸孔內(nèi)，主變速器一軸在中間軸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。變速器最大輸入扭矩1600Nm,傳動(dòng)比范圍為 1.0013.63或0.8511.46,倒檔傳動(dòng)比為 9.41/11.06 或8.64/10.15,

13、長度約950mm,總質(zhì)量約300kg。半檔組合式變速器在國外被廣 泛應(yīng)用，特別是在歐洲中型和中重型汽車大量采用這種變速器， 其中長途汽車 （包 括大客車 ）應(yīng)用得更多些。 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率從 85200kW 的各種車輛多用半檔副 變速器增加檔位,因?yàn)榘霗n組合式變速器的長度小于倍檔組合式變速器,而且 它的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維修保養(yǎng)容易,深受用戶青睞。國外中型和重型汽車 發(fā)動(dòng)機(jī)功率在 200kW 下的基本上都采用半檔組合變速器, 發(fā)動(dòng)機(jī)功率在 200kW 以上的多采用倍檔 （或倍檔加 半檔）組合式變速器。我國自動(dòng)變速器主要有液力 自動(dòng)變速器（AT）、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器 （AMT）、無級(jí)自動(dòng)變速器（CVT）。其 技術(shù)關(guān)鍵是電子技術(shù)、電液控制和傳感技術(shù)。我國目前的基礎(chǔ)工業(yè)難以滿足 AT 的高技術(shù)、高投資要求,加之與這些產(chǎn) 品匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)排量差異大，生產(chǎn) AT難以系列化。對(duì)于 CVT，必須開發(fā)其 關(guān)鍵部件 液力變扭器, 它性能優(yōu)良, 還可以與 AMT 組成新的液力機(jī)械傳 動(dòng),是自動(dòng) 變速器的 “靈魂 ”。我國目前的國情應(yīng)以 AMT 為主方向,它性價(jià)比 高，價(jià)格是AT的1/41/3,人世之后它仍有競(jìng)爭(zhēng)力；生產(chǎn)繼承性好，改造資金 投入少；生產(chǎn)批量靈活，小批量、小得益，大批量、大得益；相對(duì)于各種車型， 其硬件 開發(fā)和軟件研制在結(jié)構(gòu)上、理論上是相通的