【正文】 ............................. 2 輪式裝載機(jī)變速箱的分類 ..................................... 3 本課題設(shè)計(jì)難點(diǎn) ........................................... 5 2 ZL30 輪式裝載機(jī)變速箱總體設(shè)計(jì) .............................. 5 輪式裝載機(jī)變速箱傳動(dòng)原理概述 ............................... 6 總體設(shè)計(jì)中的參數(shù)選擇 ....................................... 7 3 ZL30 變速箱超越離合器的設(shè)計(jì) ................................ 9 超越離合器概述： ........................................... 9 超越離合器的種類及其分析比較 ............................... 9 超越離合器的工作原理 ...................................... 11 超越離合器的失效分析 ...................................... 14 超越離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...................................... 16 超越離合器主要參數(shù)的選擇 .................................. 21 超越離合器設(shè)計(jì)改進(jìn)的幾種新思路簡介： ...................... 23 4 行星排的設(shè)計(jì) ............................................ 24 行星排的基本概念 .......................................... 24 行星排的分析 .............................................. 24 行星排的配齒條件 .......................................... 33 行星排參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...................................... 36 5 油路及電氣原理 設(shè)計(jì) ...................................... 46 變速箱控制油路設(shè)計(jì) ........................................ 46 變速箱控制電氣設(shè)計(jì) ........................................ 47 目錄 2 6 三維造型設(shè)計(jì) ............................................ 49 PRO/E 軟件簡介 ............................................ 49 變速箱零件造型 .......................................... 49 變速箱裝配圖 .............................................. 51 總結(jié) ...................................................... 54 致謝 ...................................................... 55 參考文獻(xiàn) .................................................. 56 附表一： PLC 電路 設(shè)計(jì)編程程序表： ........................... 58 附表二：行星排齒輪參數(shù)計(jì)算程序（ C語言程序） .................. 59 長春工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 1. 引言 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)學(xué)校、學(xué)院的安排及老師的精心布置，本人選擇了輪式裝載機(jī) ZL30 變速箱 —— 超越離合器及 換檔行星排 設(shè)計(jì)及PRO/E 三維造型分析這個(gè) 課題。 輪式裝載機(jī)變速箱發(fā)展背景 輪胎式裝載機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、港口、碼頭、煤炭、礦山、水利、國防等工程和城市建設(shè)等場所的鏟土運(yùn)輸機(jī)械。液力變矩器與超越離合器配合工作，使裝載機(jī)能夠根據(jù)具體工況自動(dòng)調(diào) 節(jié)輸出扭矩以適應(yīng)外界阻力的變化。 為了能夠使得上述功用得到應(yīng)用，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)變速箱有如下要求： (1)具有足夠的檔位和合適的傳動(dòng)比，以滿足使用要求，使機(jī)械能在合適的牽引力和速度下工作，具有良好的牽引性和燃料經(jīng)濟(jì)性以及高的生產(chǎn)率。 ① 撥動(dòng)滑動(dòng) 齒輪換檔，如圖 1— 2— 1(d)所示。與嚙合套換檔相同之處是齒輪和軸空轉(zhuǎn)連接，不同之處 是 齒輪和軸的接合和分離不是通過 嚙合套而是通過離分器，這個(gè) 離 合器的分離和接合一般是用油壓操縱的。 按輪系型式來分 類 ① ．定軸式變速箱 變速 箱 中所有齒輪都有固定的回轉(zhuǎn)軸線。而對(duì)于換檔行星排的設(shè)計(jì)來說，由于行星排是各零件聯(lián)合工作部件，其配齒關(guān)系是設(shè)計(jì)時(shí)所需考慮的最重要的問題。從超越離合器中傳出的力矩通過二軸直接傳到換檔行星排的太陽輪中，作為換檔機(jī)構(gòu)的輸入動(dòng)力。對(duì)于行星式變速箱來說， 其關(guān)鍵部件 —— 行星排的速比分配參照表 21 進(jìn)行。 超越離合器的種類及其分析比較 目前，我國國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用的超越離合器的分類主要是根據(jù)其外環(huán)齒輪和內(nèi)環(huán)凸輪間的楔形塊形狀不同而定的。圓柱滾子式超越離合器按照其圓柱滾子的支撐形式又可分為兩種，一種是保持架式，一種是頂銷式。再者，保持架容易產(chǎn)生應(yīng)力集中使得早期斷裂，影響工作壽命。 綜上所述，各種超越離合器都存在著其本身的優(yōu)缺點(diǎn)，所以在具體的設(shè)計(jì)工作中要求設(shè)計(jì)者能根據(jù)其使用場合選擇合適的種類。此時(shí)，超越離合器內(nèi)環(huán)凸輪轉(zhuǎn)速比外環(huán)齒輪轉(zhuǎn)速高，超越離合器自動(dòng)分離。此時(shí)，超越離合器內(nèi)環(huán)凸輪的轉(zhuǎn)速ω A 比 外環(huán)齒輪（圖 1— 1）的轉(zhuǎn)速ω B大 ，圓柱滾子（圖 1— 4） 按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)脫開，超越離合器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離。 （ 4）．裝載機(jī)在進(jìn)行鏟料裝載作業(yè)時(shí)，機(jī)器前進(jìn)無力，有時(shí)甚至爬小坡路面也很吃力。 （ 2）．彈簧的疲勞損壞，彈簧一旦失效，被其支撐的圓柱滾子就不能到達(dá)楔緊位置，如果是一個(gè)滾柱的其中一根彈簧損壞而另一根完好就會(huì)造成圓柱滾子不能均勻楔入和旋出，導(dǎo)致滾柱局部受力而變形失效。如果我們?nèi)∧Σ料禂?shù)均相等的)11()2/t a n ()11( RrLZR ETsL RrEFnH ???? ????? ??)2/t a n ()11( ?? ???? ????? rLZR ETsL RrEFnH第三章 ZL30 變速箱超越離合器的設(shè)計(jì) 20 話則有圓柱滾子兩處受壓載荷相等（即 F2 = F1）。 n ：超越離合器最大轉(zhuǎn)速 單位： r/min 這個(gè)徑向離心力引起彈簧所需要克服的切向力 Ft 根據(jù)其幾何關(guān)系有： Ft = Fl ?tan( ) = ? ? SHHHHH l i m, ???? ?? 而2)30( ?? nRmFl ???R?R)t a n()30( 2 ??? nRm ?長春工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 因此彈簧的預(yù)緊力要大于 Ft，以防止圓柱滾子在離心力的作用下脫離楔緊位置。 之間選取。但過多的數(shù)目會(huì)導(dǎo)致超越離合器結(jié)構(gòu)變大， 對(duì)于輪式裝載機(jī)而言，圓柱滾子數(shù)目一般取經(jīng)驗(yàn)值 Z = 16 ~ 30。 頂銷式圓柱滾子超越離合器的每一個(gè)圓柱滾子均由兩個(gè)頂銷支撐，在彈簧的作用下推動(dòng)圓柱滾子與外環(huán)齒輪和內(nèi)環(huán)凸輪滾道面保持接觸。這種思路雖然也使得超越離合器擺脫了因?yàn)閺椈墒Ф荒苷９ぷ鞯膯栴}。以行星排為例來看，可把太陽輪、齒 圈 、行星輪都看作是支承在行星架上的齒輪。 第四章 行星排的設(shè)計(jì) 26 方程式的三個(gè)系數(shù)之和等于零，即 sn ＝ rn ＝ 為轉(zhuǎn)速方程式的解，這反映了行星排 具有閉鎖成一體轉(zhuǎn)動(dòng)的特性。 取行星輪為隔離 體，由行星輪的平衡條件得： 行星輪對(duì)太陽輪、齒 圈 、行星架的圓周力之比為 （注：為了推導(dǎo)方便，假設(shè)行星輪與太陽輪、齒圈的嚙合都是標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)，變位齒輪推導(dǎo)亦類似，長春工業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 但比較麻煩）： P s： Pr： Pc＝ 1： 1： （ 一 2） 三個(gè)力作用半徑之比為： Rs： Rr： Rc＝ 1： K：21 K? 則行星輪對(duì)太陽輪、齒圖、行星架的作用力矩之比為 ： Ms： Mr： Mc = PsRs： PrRr： PcRc = 1： K： （ 1+K） 或?qū)懗桑? ? ?KMKMM crS ???? 11 對(duì)雙行星可用類似方法求得其理論力矩關(guān)系式為： ? ?11 ???? KMKMM crS 行星 排 理論力矩關(guān) 系式，實(shí)際上是兩個(gè)方程式，三 個(gè)未知敵，因此 只要 知道 三元 件中的一個(gè)力矩，則另 二個(gè)就可求出。s (ω s ω c )〉 0（ Ms = M39。 行星排三元件之間實(shí)際力矩關(guān)系，隨行星徘運(yùn)動(dòng)狀況，即隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)中太陽輪是主動(dòng) 還是被動(dòng)而變。39。SP —— 太陽輪對(duì)行星輪的圓周力； SR —— 太陽輪對(duì)行星輪的圓周力的作用半 徑； SV —— 絕對(duì)圓周速度； cV —— 牽連圓周速度； ScV —— 相對(duì)圓周速度， S? —— 絕對(duì)角速度，即太陽輪的轉(zhuǎn)速； c? —— 牽連角速度，即行星架的轉(zhuǎn)速； Sc? —— 相對(duì)角速度，即太陽輪相對(duì)行星架的轉(zhuǎn)速。而行星傳動(dòng)則不然，相對(duì)運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的嚙合功率可能小于行星機(jī)構(gòu)所傳遞的功 率 圖 4— 3 所示情況就是這樣。 對(duì)單行星 排 Nρ ＝ xN （ 1 0? 1? ） = xN （ ） = xN 對(duì)雙行星 排 Nρ ＝ xN （ 1 20? 1? ） = xN （ ） = xN 3)最后計(jì)算行星排的效 率： ttNNN ?? ?? 第四章 行星排的設(shè)計(jì) 32 式中 tN —— 輸入功率。 同心條件 對(duì)于具有 圓柱 齒輪的單行星傳動(dòng)，同心條件的含意是：當(dāng)行星傳動(dòng)的每個(gè)行 星輪和兩個(gè)或兩個(gè)以上的中心輪 (太陽輪和齒圈 )嚙合時(shí)，為保證安裝與傳動(dòng)，各中心齒輪的齒數(shù)需要滿足行星輪與各中心輪的中心距相等。也就是說太陽輪上 A? 弧間所包括的齒數(shù)，應(yīng)為整數(shù)。i? 或 39。N 、 39。最少齒數(shù)的選擇還應(yīng)兼顧到齒輪在軸或軸承上裝配的可能性； (3)為 了提高產(chǎn)品制造工藝性 ， 變速箱各行星排的齒輪可 取問一模數(shù)；對(duì)于齒圈齒數(shù)亦應(yīng)盡可能取其相等； (4)與中心輪嚙合的行星齒輪數(shù)，可取 3~4 化為了 平衡 徑向載荷，應(yīng)使各行星輪沿圓周均布或采用對(duì)稱但非等間隔布置。 ④、行星排傳動(dòng)比計(jì)算 (1)倒檔行星排傳動(dòng)比計(jì)算 : 當(dāng)變速箱根據(jù)工況啟動(dòng)倒檔時(shí)，制動(dòng)離合器將倒檔行星排的行星架固定不動(dòng)，太陽輪作為輸入元件，齒圈作為輸出元件，整個(gè)行星排相當(dāng)于定軸輪系，則其傳動(dòng)比為： srrs ????倒檔i (2) 一檔行星排傳動(dòng)比計(jì)算： 當(dāng)變速箱根據(jù)工況啟動(dòng)一檔時(shí)，制動(dòng)離合器將一檔行星排的內(nèi)齒圈固定不動(dòng)，太陽輪作為輸 入元件，行星架作為輸出元件，整個(gè)行星排相當(dāng)于周轉(zhuǎn)輪系，則其傳動(dòng)比為： srqs ??????一檔i 第五章 油路及電氣原理設(shè)計(jì) 46 5 油路及電氣原理設(shè)計(jì) 變速箱控制油路設(shè)計(jì) 變速箱控制油路設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)變速箱內(nèi)各離合器的開合，進(jìn)而控制變速箱在各個(gè)檔位之間切換。 （ 2）采用太陽輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)， 各行星輪間載荷分配不均勻系數(shù) k?的數(shù)值取為： kH? =(計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí) )； kF? =(計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí) )。 ②、行星排三元件的齒數(shù)、模數(shù)的確定； 在依照各檔傳動(dòng)比完成變速 箱 簡圖設(shè)計(jì)，并根據(jù)傳動(dòng)比公式求出各行星排參數(shù)的前提下，方可確定齒輪的齒數(shù)。39。 若行星輪為均布，且其個(gè)數(shù)為 0q（即0360qj ??? ） ，則由上式可得其裝配條件： NqZZ sr ??0 如果行星輪為對(duì) 稱非均勻分布（圖 4— 6），則其裝配條件是： 1)對(duì)具有均 布 關(guān)系的行星輪，如圖 4— 6 中齒輪 A A A3 一組第四章 行星排的設(shè)計(jì) 36 或 B B B3 一組，應(yīng)滿足裝配條件： NqZZ sr ??0 式中 0q —— 為一組的行星輪數(shù)。 為了導(dǎo)出裝配條件，設(shè)齒圈固定不動(dòng)，使行星架轉(zhuǎn)過 j? 角，如圖 4— 5 所示。 效率為實(shí)際力傳動(dòng)比和理論力傳動(dòng)比（即傳動(dòng)比）之比，也即是實(shí)際輸出力矩和理論輸出力矩之比。為計(jì)算簡便起見 ，我們按理論力矩來計(jì)算嚙合功率 (稱為理論嚙合功率