ZF動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)含5張CAD圖-原創(chuàng).zip,ZF,動(dòng)力,換擋,變速箱,設(shè)計(jì),CAD,原創(chuàng)
ZF動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)
The Design for ZF Type Mechanical
摘 要
輪式裝載機(jī)是鏟土運(yùn)輸類(lèi)機(jī)械。是一種廣泛運(yùn)用在建設(shè)工程的工程機(jī)械，它的主要作用是鏟裝散狀物料，也能夠?qū)ΦV石、硬土等做輕度鏟挖作業(yè)，選裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料的裝卸作業(yè)。具有快速作業(yè)、高效率、機(jī)動(dòng)性好、輕便操縱等一系列優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)加快工程建設(shè)的速度、減輕勞動(dòng)的強(qiáng)度，提高工程的質(zhì)量，降低工程的成本方面有著重要的作用與地位，是現(xiàn)代化機(jī)械施工過(guò)程中必不可少的設(shè)備之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和提高，裝載機(jī)的性能也越來(lái)越完善，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。因此它作為主要機(jī)種之一在工程建設(shè)中土石方施工。變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，材料高要求性，加工難度上也比較高。它的主要功能是能夠改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和扭矩，讓它能在不同的工作情況下完成它所應(yīng)該完成的工作。
此次設(shè)計(jì)的ZF液力機(jī)械傳動(dòng)自動(dòng)的變速器為ZL30的變速器，其優(yōu)點(diǎn)有：效率高，自動(dòng)換擋等。本設(shè)計(jì)參照Z(yǔ)F資料確定了變速箱的整體方案，本文詳細(xì)的分析了變速箱的性能和強(qiáng)度校核，并對(duì)此進(jìn)行了必要的圖解。本文還對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作的牽引性能作了概括的計(jì)算。本文對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)載機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)，變速器，變矩器
Abstract
Wheel loaders are the shovel earth transport machine. Loader is a widely used in construction of earthwork construction machinery. It is mainly used to shovel is filled with bulk materials, but also of ore, hard soil, such as mild spade for digging and dress up with auxiliary equipment can bulldoze, lifting and other materials such as wood of loading and unloading. The wheel loader has the advantages of fast operation speed, high efficiency, good flexibility, convenient operation, etc.Wheel loaders are play an important role in speed up the construction speed, reduce labor intensity, improve project quality, reduce engineering cost ,is one of the indispensable equipment in modern mechanical construction. With the development and improvement of science and technology, the performance of the loader is also more and more perfect, and the application is more and more widely. , so it has become one of the main models of the construction of earth and stone in the construction.The gearbox is complex in structure, high in materials and difficult to process. Its function is to change the torque and torque of the engine, make it work on the corresponding occasion.
The design of the ZF hydraulic mechanical transmission automatic transmission for the ZL30 transmission, the advantages are: high efficiency, automatic shift, etc.. This design with reference to the ZF data to determine the gearbox of the overall program, this paper detailed analysis of the transmission performance and strength of the check, and this has been a necessary diagram. In this paper, the traction performance
of engine and torque converter is summarized. This article has carried on the detailed introduction to the above content.
Keywords: reproduced machine . Engine.The Transmission. Converter
目 錄
1. 引言 1
1.1 變速箱簡(jiǎn)介 1
1.2 變速箱國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展前景 1
1.2.1 國(guó)外 1
1.2.2 國(guó)內(nèi) 1
1.2.3 我國(guó)變速器的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.3 設(shè)計(jì)題目、要求及技術(shù)參數(shù) 3
2 總體方案 3
2.1 確定檔位 3
2.2 確定自由度 4
2.3 離合器布置方案 5
3 匹配與牽引計(jì)算是否滿足要求 5
3.1 匹配計(jì)算 5
3.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線 5
3.1.2 液力變矩器的選型 7
3.2 變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配計(jì)算 8
3.2.1 求變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作特性曲線 8
3.2.2 液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸出特性 9
3.2.3 匹配計(jì)算 10
3.3 牽引計(jì)算 11
3.3.1 確定輪胎動(dòng)力半徑 11
3.3.2 機(jī)械效率 11
3.3.3 特別說(shuō)明 12
3.3.4 牽引特性 12
4 設(shè)計(jì)換檔離合器 13
4.1 設(shè)計(jì)離合器摩擦片 14
4.2 校核離合器強(qiáng)度 17
4.2.1 壓力校核 17
4.2.2 速度校核 17
4.3 離合器布置的位置 18
4.4 空轉(zhuǎn)離合器片間相對(duì)轉(zhuǎn)速及離合器的工作轉(zhuǎn)矩 18
4.4.1 換向離合器 18
4.4.2 變速離合器的設(shè)計(jì) 19
4.5 離合器的操縱機(jī)構(gòu)油路 19
4.5.1 供油系統(tǒng) 19
4.5.2 操縱機(jī)構(gòu) 19
4.5.3 離合器的潤(rùn)滑油路 19
4.5.4 離合器的操縱系統(tǒng)油路 20
5 齒輪校核 20
5.1齒輪校核 20
5.2 強(qiáng)度計(jì)算 20
5.2.1 計(jì)算扭矩 20
5.2.2 受力分析 21
5.3 校核齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 22
5.4 校核齒面疲勞強(qiáng)度 23
6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 24
6.1 各軸最小軸徑的確定 24
6.1.1 輸入軸 24
6.1.2 倒擋軸 24
6.1.3 I、III檔軸 24
6.1.4 II檔軸 25
6.1.5 輸出軸 25
6.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 25
6.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
6.2.2 軸上受力分析 26
6.2.3 求支反力及彎矩，扭矩圖 26
6.2.4 軸承的強(qiáng)度校核 29
7 軸承的壽命計(jì)算 30
8 自動(dòng)換檔 34
8.1 自動(dòng)換檔的原理與組成 34
8.1.2 系統(tǒng)組成 35
8.1.3 自動(dòng)變速箱的基本要求 35
8.2 換擋規(guī)律與類(lèi)型的分析 36
8.3 換擋延遲（換擋重迭）與循環(huán)換擋問(wèn)題 37
參考文獻(xiàn): 38
總 結(jié) 39
謝 辭 40
1. 引言
1.1 變速箱簡(jiǎn)介
變速箱屬于傳動(dòng)系統(tǒng)在行走工程機(jī)械重要組成部分之一，主要是通過(guò)改變扭矩和轉(zhuǎn)向來(lái)進(jìn)行換擋及換向工作，使得作業(yè)機(jī)械能夠在不同工況條件下進(jìn)行工作。
變速箱主要有動(dòng)力式以及機(jī)械式兩種。機(jī)械式變速箱是指用人力操縱的換擋變速箱。這種變速箱讓駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度變大，主要應(yīng)用在汽車(chē)起重機(jī)、推土機(jī)和叉車(chē)等工程機(jī)械上。而動(dòng)力變速箱又分為定軸式和行星式兩種。動(dòng)力換擋變速箱基本上配合液力變矩器使用，能夠在不切斷動(dòng)力的情況下進(jìn)行換擋以及變速，能有效的減輕駕駛員的操作強(qiáng)度，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，有利于提高工程機(jī)械的生產(chǎn)效率。定軸式換擋變速箱采用液壓操縱，離合器進(jìn)行換擋，其它非工作擋離合器則空轉(zhuǎn)，它較于行星式變速箱結(jié)構(gòu)更加分散，但卻正處于廣泛使用階段。行星式變速箱的結(jié)構(gòu)緊湊，載荷容量大，傳動(dòng)效率高，可采用小模數(shù)齒輪，結(jié)構(gòu)剛度大，齒輪接觸良好，使用壽命長(zhǎng)，單結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是制造困難。
1.2 變速箱國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展前景
1.2.1 國(guó)外
國(guó)外的變速器生產(chǎn)商很注重變速箱的系列化生產(chǎn)，為汽車(chē)制造商提供了極大的方便性和靈活性在變速箱的選擇上。如德國(guó)ZF（采埃孚）公司擁有7種不同中心距的基本型變速器供用戶選擇，以便各種不同匹配要求的車(chē)輛都可以有滿足的扭矩和檔位數(shù)與各種操縱方式的變速器能被選擇。愛(ài)信精機(jī)公司隸屬于日本豐田汽車(chē)也與ZF公司不謀而合，備有5種不同中心距基型組合，他們有著上百種的變速器能夠提供給用戶，使用戶擁有大的自主選擇權(quán)。
1.2.2 國(guó)內(nèi)
我們國(guó)內(nèi)目前變速器使用率高的產(chǎn)品還是來(lái)自于國(guó)外的一些機(jī)械水平較高國(guó)家。雖然國(guó)內(nèi)目前的技術(shù)也是引進(jìn)于上世紀(jì)末期的技術(shù)，但是經(jīng)過(guò)這幾十年的引進(jìn)消化之后我國(guó)在重型車(chē)高級(jí)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)具備向市場(chǎng)推出十幾套符合配套要求的新產(chǎn)品的能力，即便是在引進(jìn)的原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，但是我們不應(yīng)該氣餒，相信總有一天能夠自主開(kāi)發(fā)。但是也不應(yīng)該好高騖遠(yuǎn)。因?yàn)榭紤]到我們目前的發(fā)展還是在走一般性的發(fā)展道路，并沒(méi)有真正的拳頭產(chǎn)品也就是核心技術(shù)產(chǎn)品?？紤]到市場(chǎng)容量方面，進(jìn)口的產(chǎn)品仍然占有三分之一的份額，剩余的三分之二份額的主要技術(shù)也是來(lái)自于國(guó)外，國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的重型汽車(chē)變速器產(chǎn)品銷(xiāo)量在市場(chǎng)上占有的份額比例依舊小到可憐，從這點(diǎn)可以看出我們國(guó)家同國(guó)際上的機(jī)械強(qiáng)國(guó)相比還是有許多的不足之處。
1.2.3 我國(guó)變速器的發(fā)展趨勢(shì)
液力自動(dòng)變速器(AT)、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)、無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器(CVT)作為目前的自動(dòng)變速器的主要三種類(lèi)型。電子技術(shù)、電液控制和傳感技術(shù)是自動(dòng)變速器的三大關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于AT，AT所需要的高技術(shù)和高投資要求是我國(guó)目前的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)難以滿足的，而且AT難以系列化生產(chǎn)的主要原因在于這些產(chǎn)品匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)在排量的差異性很大；至于CVT，則必須要解決的一件至關(guān)重要的事要有能夠自主開(kāi)發(fā)關(guān)鍵部件--液力變矩器的能力，它具有性能優(yōu)良和可以與AMT組成新的液力機(jī)械傳動(dòng)的雙向能力，是自動(dòng)變速器中的重中之重，液力變矩器號(hào)稱是自動(dòng)變速器的“soul”意思就是“靈魂”。從我國(guó)目前的國(guó)情思索咱們應(yīng)該將AMT作為首要方向開(kāi)展創(chuàng)新，主要是考慮到以下幾點(diǎn)：一、它性價(jià)比高，價(jià)格是AT的1/4～1/3，在加入世貿(mào)之后仍然具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力；二、擁有較好的生產(chǎn)繼續(xù)性，對(duì)其的改造生產(chǎn)資金投入較少；三、生產(chǎn)批量的靈活性高，得益于批量成正比；四、相對(duì)比于各種車(chē)型，其硬件開(kāi)發(fā)和軟件研制可以在結(jié)構(gòu)上、理論上相通性比較高，各種類(lèi)型的車(chē)輛都可以使用，實(shí)用性與適用性比較高。
基于國(guó)內(nèi)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)育成長(zhǎng)的速度越來(lái)越快，變速器產(chǎn)品類(lèi)型的型譜也在細(xì)化，產(chǎn)品擁有越來(lái)越強(qiáng)的的針對(duì)性，因此在現(xiàn)有對(duì)變速器的改進(jìn)生產(chǎn)基礎(chǔ)上，要充分把握好在加入世貿(mào)之后的發(fā)展機(jī)會(huì)，把握住一切機(jī)會(huì)去提升我們的技術(shù)短板，同時(shí)需要認(rèn)識(shí)到各方的競(jìng)爭(zhēng)與壓力。要緊跟當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)與發(fā)展方向。對(duì)于適用于我國(guó)的重型車(chē)變速箱擁有能獨(dú)立自主發(fā)開(kāi)和生產(chǎn)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在重型車(chē)變速器領(lǐng)域上邁出飛躍的第一步。
1.3 設(shè)計(jì)題目、要求及技術(shù)參數(shù)
題目：ZF型動(dòng)力換擋變速箱設(shè)計(jì)
主要技術(shù)參數(shù)如下：
1.柴油機(jī)：6120B
2.變矩器：YJ系列
3.裝載機(jī)額定載質(zhì)量：3噸
4.整機(jī)重量Gs≤10.5噸
5.最高車(chē)速：Vmax≤35Km/h
6.主傳動(dòng)比：=7.63
7.輪邊減速比：=3.6
設(shè)計(jì)要求：
1.方案選擇
2.匹配與牽引計(jì)算
3.總圖、部件圖、零件圖設(shè)計(jì)
4.齒輪、軸的剛度、強(qiáng)度及壽命計(jì)算與軸承的選型
5.換擋規(guī)律分析
6.驗(yàn)算及計(jì)算機(jī)繪圖
7.譯文
8.設(shè)計(jì)計(jì)算等說(shuō)明書(shū)
2 總體方案
2.1 確定檔位
本次的設(shè)計(jì)是ZF動(dòng)力換擋變速箱，主要應(yīng)用在額定載質(zhì)量為3噸的輪式轉(zhuǎn)載機(jī)上，額定載質(zhì)量為3噸的輪式轉(zhuǎn)載機(jī)屬于中小型工程機(jī)械。檔位數(shù)越多，對(duì)柴油機(jī)功率的利用率越高，但是在使用過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)正確的換擋。參考同類(lèi)工程機(jī)械確定檔位數(shù)：
采用液力動(dòng)力換擋的輪式轉(zhuǎn)載機(jī)多數(shù)檔位在3~4個(gè)檔位，其中兩個(gè)檔位用于正常情況，另外的高檔位用在運(yùn)行工作情況。小型轉(zhuǎn)載機(jī)的檔位數(shù)比較少，能夠減少發(fā)動(dòng)機(jī)使用效率，所以我采用三進(jìn)三退的方式，比較合適。
2.2 確定自由度
就ZF型動(dòng)力換擋變速箱來(lái)說(shuō)，確定傳動(dòng)比，需接合的離合器個(gè)數(shù)b=Y-1，Y為變速箱的自由度數(shù)。采用多自由度的傳動(dòng)方案會(huì)減少變速箱內(nèi)的離合器個(gè)數(shù)，但是采用多自由度的傳動(dòng)方案會(huì)使得離合器在分離與接合時(shí)變速箱結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜化。所以在本次設(shè)計(jì)中采用三自由度傳動(dòng)。
圖2-1 變速箱傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
2.3 離合器布置方案
離合器在軸上的布置一般有兩種情況：一根軸上裝一個(gè)離合器與一根軸上裝兩個(gè)離合器，后者會(huì)使得軸向尺寸變大，但是可以減少軸的數(shù)量和徑向尺寸，有利于降低變速箱的重心和尺寸。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)采用的是三進(jìn)三退檔位，所以采用兩者結(jié)合的方式。傳動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2-1，傳動(dòng)路線見(jiàn)表2-1.
表2-1 變速箱傳動(dòng)路線表
檔位
傳動(dòng)路線
接合的離合器
前進(jìn)
Ⅰ
1-7-4-10-11-12
F-1
Ⅱ
1-7-5-9-11-12
F-2
Ⅲ
1-7-6-8-11-12
F-3
后退
Ⅰ
2-13-3-4-10-11-12
R-1
Ⅱ
2-13-3-5-9-11-12
R-2
Ⅲ
2-13-3-6-8-11-12
R-3
3 匹配與牽引計(jì)算是否滿足要求
3.1 匹配計(jì)算
3.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線
圖3-1 扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖
圖3-2 比油耗與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖
n
1200
1400
1600
2000
2200
2400
2600
2800
3000
Me
27.4
30
31.4
32.16
32.12
31.4
30.2
28
0
Ne
45
60
72
90
97
103
108
110
0
Mec
233
255
267
273.4
273
267
256.7
238
0
Nec
27.8
37.5
45.4
56.3
60.7
64.6
67.6
668.5
0
圖3-3 功率與轉(zhuǎn)速圖
表3-1變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作參數(shù)
采用全功率匹配方式，其自由扭矩Mec=Me-15% Mec=85%Me
3.1.2 液力變矩器的選型
發(fā)動(dòng)機(jī)選定后應(yīng)根據(jù)其變矩器的型號(hào)及直徑選02系列變矩器
其中為泵輪轉(zhuǎn)速為1000rpm時(shí)的泵輪扭矩：
= =1000rpm 得出數(shù)值如表3-2
表3-2 泵輪轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速性能參數(shù)
I
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
K
2.92
2.72
2.47
2.16
1.88
1.63
η
0
0.272
0.493
0.648
0.753
0.817
62.5
62.8
63.0
62.7
62.1
61.1
0.02015
0.02025
0.02031
0.02022
0.02001
0.0197
I
0.6
0.7
0.8
0.809
0.9
0.95
1.0
K
1.43
1.23
1.02
1.00
0.80
0.67
0.45
η
0.875
0.858
0.816
0.809
0.718
0.632
0.450
59.6
56.8
51.3
50.5
38.2
29.3
16.8
0.01922
0.01831
0.01654
0.01628
0.01232
0.00945
0.00542
根據(jù)變矩器原始特性和所選發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)反算液力變矩器的有效直徑：
式中：——泵輪軸力矩
——泵輪轉(zhuǎn)速
取D=275mm則確定所選變矩器為YJ27502型
3.2 變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配計(jì)算
3.2.1 求變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作特性曲線
以變矩器YJ27502原始特性曲線為依據(jù)，利用公式：=
變矩器在不同速度比下，不同輸入轉(zhuǎn)速下所對(duì)應(yīng)的變矩器輸入扭矩不同。
變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸入特性表見(jiàn)表3-3：
n i
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.809
0.9
0.95
1.0
1200
4.56
4.58
4.59
4.56
4.52
4.45
4.35
4.13
3.74
3.69
2.78
2.13
1.22
1400
6.19
6.23
6.25
6.21
6.15
6.06
5.92
5.63
5.10
5.02
3.78
2.90
1.67
1600
8.09
8.14
8.17
8.11
8.04
7.91
7.73
7.35
6.66
6.55
4.94
3.79
2.18
1800
10.24
10.3
10.34
10.27
10.17
10.01
9.78
9.30
8.42
8.29
6.25
4.80
2.75
2000
12.64
12.72
12.76
12.68
12.56
12.36
12.08
11.48
10.40
10.24
7.72
5.92
3.40
2200
15.29
15.39
15.44
15.34
15.20
14.96
14.62
13.89
12.58
12.39
9.34
7.16
4.11
2400
18.2
18.32
18.37
18.26
18.09
17.80
17.40
16.53
14.98
14.75
11.12
8.52
4.90
2600
21.36
21.50
21.56
21.43
21.23
20.89
20.42
19.40
17.58
17.31
13.05
10.00
5.75
2800
24.77
24.93
25.01
24.85
24.62
24.23
23.68
22.50
20.38
20.07
15.13
11.60
6.66
表3-3 變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸入特性值
3.2.2 液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸出特性
將發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器的共同工作輸出特性曲線作為依據(jù)，將不同i值下兩曲線的交點(diǎn)取出，也就是共同工作輸出特點(diǎn)，量得其工作轉(zhuǎn)速與扭矩,并通過(guò)變矩器原始特性曲線i、k求出共同工作時(shí)輸出特性值，見(jiàn)表3-4.
表3-4 液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作輸出特性
i
0
2.92
0
2760
240
0
700.8
0
0.4
1.883
0.753
2780
236
1112
444.4
51.7
0.64
1.374
0.868
2800
230
1792
309.81
58.1
0.7
1.226
0.858
2820
225
1974
275.85
57
0.8
1.02
0.816
2825
206
2260
210
49.7
0.87
0.859
0.747
2850
172
2480
147.7
36.6
0.9
0.798
0.718
2826
158
2574
125
33.7
1.0
0.45
0.45
2940
74
2940
33.3
10.25
3.2.3 匹配計(jì)算
從發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器共同輸出特性上面來(lái)看，當(dāng)i=0.64附近的最高變矩器效率點(diǎn)，與發(fā)動(dòng)機(jī)自由扭矩的交點(diǎn)，處在發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)與額定扭矩點(diǎn)之間，且偏向與額定點(diǎn)那一側(cè)，這個(gè)時(shí)候匹配出來(lái)的輸出特性功率位置處于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的大值區(qū)域，同時(shí)可以匹配高效區(qū)，這樣可以讓輸出特性曲線上功率曲線加寬，可以使得機(jī)械在各種復(fù)雜工作情況下都可以有較大的功率輸出。從這點(diǎn)分析，這樣的匹配方式有利于轉(zhuǎn)載機(jī)能夠在各種復(fù)雜的工況下進(jìn)行工作。所以對(duì)于額定載質(zhì)量為3噸的輪式轉(zhuǎn)載機(jī)來(lái)說(shuō)，選用這樣的液力變矩器和柴油機(jī)是完全合理且滿足要求的。
3.3 牽引計(jì)算
3.3.1 確定輪胎動(dòng)力半徑
據(jù)所給輪胎型號(hào)17.5-25，確定低壓胎，據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式
=0.66mm
式中：——輪胎寬度
——輪胎直徑
——常數(shù)，取0.23
3.3.2 機(jī)械效率
=0.990.97=0.91
式中：———變速箱一檔齒輪所傳扭矩
K--軸距系數(shù)
--輸出軸與中間軸的中心距
根據(jù)傳送簡(jiǎn)圖知：
由于第三檔車(chē)速最高：Z6/Z8值最大。因此Z8取最小但為防止根切Z8又不能太小所以取Z8=25。又根據(jù)各擋車(chē)速及初定傳動(dòng)比及初定中心距可得。
=44 =35 =54 =32 =48 =69 =54 =25 =46 =62 =38 =50
根據(jù)實(shí)際情況選擇=32。
到此，變速箱的各擋齒輪數(shù)及模數(shù)已經(jīng)確定，通過(guò)齒數(shù)來(lái)計(jì)算各擋傳動(dòng)比。
前進(jìn)： I：
II：
III:
后退： I：
II:
III:
3.3.3 特別說(shuō)明
Ⅰ檔時(shí)
由前面計(jì)算得：因?yàn)?
因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)需要有一定的儲(chǔ)備，為了避免在某些工況下熄火情況的發(fā)生。
3.3.4 牽引特性
通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器的共同輸入特性可以得到
表3-5 牽引特性表
0
1112
1792
1974
2260
2480
2574
2940
700.8
444.4
309.8
275.8
210
147.7
125
33.3
68.32
68.41
68.5
65
60
50
47
20
牽引特性見(jiàn)表3-5。
由下面的公式：
其中
表示考慮其他損失的效率
4 設(shè)計(jì)換檔離合器
本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力換擋變速箱采用的是一根軸裝一個(gè)離合器和一根軸裝兩個(gè)離合器結(jié)合的方式。離合器缸體連成一體，采用布置螺旋彈簧分離復(fù)位的方式。
定軸式動(dòng)力換擋變速箱中的液壓缸在工作中會(huì)旋轉(zhuǎn)，液壓缸中的液壓油也會(huì)旋轉(zhuǎn)，所以會(huì)產(chǎn)生離心壓力Pc，會(huì)導(dǎo)致離合器分離困難，需要采取以下方案來(lái)降低離心壓力：
1：增大彈簧的壓力，采用這一種方案，目的是增大系統(tǒng)的壓力，從而增大了對(duì)油路的要求，這點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來(lái)過(guò)于困難。
2：在液壓缸或活塞上開(kāi)出一個(gè)泄油小孔。
3.采用液壓缸移動(dòng)雙離合器、見(jiàn)圖4-1
采用這種結(jié)構(gòu)不宜適用于本方案，它只適用于如下方案：
圖4-1 液壓缸移動(dòng)雙離合器適用情況圖
4：采用自動(dòng)排油閥。球閥裝在靠近活塞外徑的液壓缸器中。
對(duì)自動(dòng)排油閥的要求是：在接合離合器時(shí)能夠自動(dòng)關(guān)閉；在分離離合器時(shí)能自動(dòng)打開(kāi)。
球閥正常工作條件是：
球閥打開(kāi)或者關(guān)閉，可以看做球心繞著支點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。F力產(chǎn)生的力矩要使球閥打開(kāi)而作用在球上總的油壓力所產(chǎn)生的力矩則要使球閥關(guān)閉。
采用自動(dòng)排油閥可以隨時(shí)消除離心壓力所帶來(lái)的影響，所以我選用自動(dòng)排油閥的方案。
自動(dòng)排油閥工作原理圖見(jiàn)圖4-2
圖4-2 自動(dòng)排油閥工作原理圖
4.1 設(shè)計(jì)離合器摩擦片
為了保證離合器在傳遞過(guò)程中能夠傳遞最大的扭矩，所以使得離合器的扭矩容量值要大于工作中傳遞的最大扭矩。也就是：
式中：——離合器傳遞的工作扭矩，其值根據(jù)變矩器失速扭矩和離合器布置確定
——離合器的容量?jī)?chǔ)備系數(shù)，
——摩擦副的靜摩擦系數(shù)
——摩擦副數(shù)量，，其中為主動(dòng)片數(shù)量，為從動(dòng)片數(shù)量
——摩擦力作用等效半徑（m），用與分別表示摩擦片的內(nèi)外半徑， 則 ，其中外半徑可根據(jù)離合器的結(jié)構(gòu)而定，而內(nèi)半徑可以取 比較適宜，于此范圍內(nèi)選擇的尺寸，可使離合器接合時(shí)，摩擦副內(nèi)、外半徑相對(duì)線速度相差不大，摩擦比較均勻，且各部分溫升相近，熱應(yīng)力分布合理，從而保證不致發(fā)生撓曲變形。
——壓緊力損失系數(shù)，考慮壓緊力在逐片順次傳遞過(guò)程中因要克服花鍵等聯(lián)接中滑動(dòng)摩擦力而漸次減小所造成的損失系數(shù)
P——壓在摩擦表面上的壓緊力（N）
(I) 前進(jìn)與后退檔離合器
對(duì)于銅基粉末冶金對(duì)鋼的摩擦副，初步設(shè)計(jì)時(shí)取：
及，式中為變矩器失速轉(zhuǎn)矩（由發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器共同輸出確定），為變速箱輸入軸至離合器的傳動(dòng)比。
變矩器失速轉(zhuǎn)矩由發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器共同輸入確定。
式子各符號(hào)含義如下：
——許用壓力（見(jiàn)《底盤(pán)設(shè)計(jì)》）
——摩擦片外徑
——摩擦片內(nèi)徑
——摩擦片面積利用系數(shù)
綜合上面各式可得：
其中參數(shù)β=1.2，，c=0.7，，，，
一般情況下，為了方便制造與維修，變速箱中的離合器選用相同的尺寸，僅選取不同的摩擦片數(shù)。所以本次設(shè)計(jì)中的離合器統(tǒng)一確定為內(nèi)徑為112mm，外徑為160mm，前進(jìn)、后退檔的摩擦片數(shù)取10。
(II)I、III檔離合器
由輸入軸傳動(dòng)到I、II檔軸上的傳動(dòng)比為
取
（III）檔離合器
取摩擦片數(shù)量為16.
4.2 校核離合器強(qiáng)度
以F、R離合器為例進(jìn)行校驗(yàn)。 F：前進(jìn)檔；R：后退檔
4.2.1 壓力校核
通過(guò)活塞尺寸：D=150mm，d=57mm
摩擦片上的壓力：
粉末冶金對(duì)摩擦片副的許用壓力為（2~3.5）MPa，取3.5，所以摩擦片上的壓力小于許用壓力，滿足要求。
4.2.2 速度校核
考慮最大轉(zhuǎn)速也就是最大速度檔，即III檔時(shí)，傳動(dòng)比:
輸入轉(zhuǎn)矩當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時(shí)2300rpm,變矩器傳動(dòng)比i2=1.05時(shí)，這樣考慮取決于安全性。
——考慮油槽對(duì)摩擦副面積的影響
——摩擦副的面積
——摩擦表面的單位面積壓力（）
4.3 離合器布置的位置
定軸式動(dòng)力換檔變速箱采用的是多摩擦片離合器換擋，然而每個(gè)離合器傳遞的扭矩與空轉(zhuǎn)摩擦副相對(duì)轉(zhuǎn)速的大小，皆與離合器在變速箱中的位置有關(guān)。
根據(jù)公式其中為從變速箱輸入軸至離合器軸之間的傳動(dòng)比。為變速箱輸入軸上的扭矩。當(dāng)確定后，離合器傳遞的扭矩與成正比，可見(jiàn)要較少，離合器要盡可能的布置在變速箱的高速軸上面，因?yàn)椴贾迷诟咚佥S上面可以減少它傳遞的扭矩和可以減少變速箱的軸向尺寸。
根據(jù)公式，接合離合器x，空轉(zhuǎn)時(shí)，離合器布置在低速軸上時(shí)，大減小，所以把變速箱的離合器置于低速軸上，如多檔離合器的布置。
離合器的軸向布置，綜合考慮支撐條件和使用性能，即便布置在軸端上能使得維修方便，但是從支撐來(lái)看卻變成了懸臂結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)使軸的剛度不夠而且也不利于離合器的工作。本次設(shè)計(jì)對(duì)離合器的穩(wěn)定性要求高，箱體采用揭蓋式，對(duì)于維修，安裝等都比較便利，所以將離合器放在軸的中間可以使得軸的受力和軸承條件都可以有很大的改善。
4.4 空轉(zhuǎn)離合器片間相對(duì)轉(zhuǎn)速及離合器的工作轉(zhuǎn)矩
4.4.1 換向離合器
此離合器為一二自由度離合器，接合F離合器時(shí)，傳動(dòng)比接合R離合器時(shí)，傳動(dòng)比,當(dāng)接合R時(shí)，F(xiàn)的摩擦片相對(duì)空轉(zhuǎn)速度大；
其中
因此設(shè)計(jì)合理。
4.4.2 變速離合器的設(shè)計(jì)
I、III檔和II檔離合器為合二自由度組合，明顯的接合III檔離合器時(shí)，II檔離合器的摩擦片間相對(duì)速度大。
滿足條件，所以設(shè)計(jì)合理。
4.5 離合器的操縱機(jī)構(gòu)油路
4.5.1 供油系統(tǒng)
油泵分兩路進(jìn)行供油，其中一路為換檔和潤(rùn)滑進(jìn)行供油，一路對(duì)變矩器進(jìn)行供油。供油系統(tǒng)中包括齒輪油泵，粗濾器，單向閥，定向閥，緩沖閥等。
4.5.2 操縱機(jī)構(gòu)
操縱機(jī)構(gòu)有五個(gè)離合器，三個(gè)兩位四通電磁換向閥和一個(gè)三維四通電磁閥組成。
4.5.3 離合器的潤(rùn)滑油路
油通過(guò)粗濾器，經(jīng)齒輪泵，單向閥，定壓閥到達(dá)變矩器，動(dòng)力油作為工作介質(zhì)通過(guò)變矩器，對(duì)渦輪和泵輪之間進(jìn)行柔性連接，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出給渦輪?？梢詭ё哂捎谀Σ了a(chǎn)生的多余熱量。通過(guò)背壓閥將渦輪出來(lái)的油建立起一定的壓力，以便對(duì)離合器的摩擦片進(jìn)行潤(rùn)滑。在齒輪泵出來(lái)處加裝一個(gè)安全閥是為了保證整個(gè)液壓系統(tǒng)不會(huì)由于超負(fù)載工況下產(chǎn)生泄露等一系列問(wèn)題，可以保證整個(gè)系統(tǒng)更好的工作，在輸入泵輪前安裝一個(gè)溢流閥，是為了精確保證變矩器油流的壓力，使變矩器能夠正常工作。
通過(guò)細(xì)濾器與單向閥的并聯(lián)，即可保證油經(jīng)過(guò)細(xì)濾油器，又可以打開(kāi)單向閥通油以保護(hù)細(xì)濾器，因?yàn)橛筒皇侨客ㄟ^(guò)濾清，接入溫度可調(diào)器，能夠保證在對(duì)摩擦片的潤(rùn)滑的同時(shí)不會(huì)加熱摩擦片。油直接通過(guò)離合器殼體與摩擦片的中間回到油箱，這樣可以保證離合器始終處在動(dòng)力油中間，可以帶走摩擦熱的同時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑作用。
4.5.4 離合器的操縱系統(tǒng)油路
油從齒輪泵建立起一定油壓后，由單向閥走另一條油路通向緩沖閥，使齒輪泵出來(lái)的脈沖壓力能夠更加穩(wěn)定，通過(guò)緩沖閥后油分兩路進(jìn)入操縱系統(tǒng)中，一路經(jīng)一個(gè)單向閥后通向一個(gè)三位四通電磁閥，這一路控制變速箱中前進(jìn)和后退離合器的接合，上位與下位分別使油流通向前進(jìn)檔和后退檔，離合器的活塞缸。壓力油壓緊活塞便能夠完成了接合離合器的目的，僅僅接合一個(gè)前進(jìn)或后退離合器還不能達(dá)到將動(dòng)力輸出的目的。另一支路通過(guò)氣動(dòng)切斷閥，以保證在緊急情況下切斷動(dòng)力輸出，這個(gè)閥是一個(gè)二位三通閥。再經(jīng)過(guò)一個(gè)單向閥，通向三個(gè)二位四通電磁換向閥。因?yàn)檫@三個(gè)閥所控制的三個(gè)離合器組成的是一個(gè)二自由度變速箱，因而這三個(gè)電磁閥有且只有一個(gè)電磁閥接合，才能保證動(dòng)力正常輸出。
5 齒輪校核
5.1齒輪校核
特點(diǎn)：
選用和嚙合齒輪校核：
其中=44，=54，=4
選用采用為20CrMnTi，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得：
硬度極限HRS（齒面）60
齒輪精度等級(jí)8-7-7
5.2 強(qiáng)度計(jì)算
5.2.1 計(jì)算扭矩
（1）采用靜強(qiáng)度法，并基于經(jīng)驗(yàn)的許用應(yīng)力值來(lái)計(jì)算傳動(dòng)系中各傳動(dòng)零件的強(qiáng)度，計(jì)算轉(zhuǎn)矩Mp取以下公式中的小值。
根據(jù)柴油機(jī)或液力變矩器的最大輸出轉(zhuǎn)矩Mmax確定
式中： ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩
——柴油機(jī)或液力變矩器至計(jì)算零件的傳動(dòng)比
——柴油機(jī)或液力變矩器至計(jì)算零件的傳動(dòng)效率
屬于第一對(duì)嚙合齒輪 =700.8（由共同輸出特性定）
因?yàn)?、是第一?duì)嚙合齒輪，所以Mp=700.8（由共同輸出特性得出）
（1.2） 根據(jù)附著力P確定
式中 ——附著重量
——附著系數(shù)
——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑
——計(jì)算零件至驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)比
——計(jì)算零件至驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)效率
經(jīng)比較得到： Mp
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