【正文】 （1） 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核 從設(shè)計(jì)要求以及裝載機(jī)的工作條件出發(fā)，初步確定變速箱的使用壽命年限為10年，每年工作300天，每天工作5小時(shí)。 根據(jù)工作裝置的工作環(huán)境以及工作條件，暫取行星排中各齒輪的材料均為40Cr調(diào)制剛。 行星排中各相關(guān)齒輪的強(qiáng)度校核 行星排中各齒輪的強(qiáng)度是否足夠直接影響到變速箱的使用性能以及整個(gè)機(jī)器的實(shí)用性。然后確定各個(gè)檔位的輸入扭矩。暫取模數(shù)m =4則參考文獻(xiàn)可得下表參數(shù) 單位mm名稱代號計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果分度圓直徑dd=mz88齒頂高h(yuǎn)αhα= hα*m4齒根高h(yuǎn)fhf=( hα*+ c*)m5齒全高Hh=(2 hα*+ c*)m9齒頂圓直徑dαdα=(z+2hα*)m96齒根高直徑dfdf=(z2hα*2 c*)m78與行星輪嚙合中心距aa=m(zx + zt)/282齒寬bB =φdd70（2）行星輪行星輪系的齒輪選取與太陽輪相同，模數(shù)也暫取4.則參考文獻(xiàn)亦即得如下表格 單位mm名稱代號計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果分度圓直徑dd=mz76齒頂高h(yuǎn)αhα= hα*m4齒根高h(yuǎn)fhf=( hα*+ c*)m5齒全高Hh=(2 hα*+ c*)m9齒頂圓直徑dadα=(z+2hα*)m84齒根高直徑dfdf=(z2hα*2 c*)m66與太陽輪嚙合中心距aa=m(zx + zt)/282齒寬bB =φdd68（3）齒圈齒圈模數(shù)也暫取為4，亦即可得到如下表格 單位mm名稱代號計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果分度圓直徑dd=mz240齒頂高h(yuǎn)αhα= ( hα*+ c*)m5齒根高h(yuǎn)fhf= hα*m4齒全高Hh=(2 hα*+ c*)m9齒頂圓直徑dαdα=(z2hα*2 c*)m230齒根高直徑dfdf= (z+2hα*)m248齒寬bB =φdd192 各檔工作時(shí)各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速 通過對多排行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析，可得以下運(yùn)動(dòng)學(xué)特性方程1) 實(shí)現(xiàn)前進(jìn)Ⅰ檔時(shí)由前述傳動(dòng)方案可知，當(dāng)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)Ⅰ檔時(shí)，齒圈制動(dòng)，太陽輪輸入，行星架輸出，則可得到齒圈轉(zhuǎn)速為零，太陽輪轉(zhuǎn)速等于變矩器輸出軸轉(zhuǎn)速，即： nq1 =0 n ti =n w =1760r/min行星排中各構(gòu)件有如下關(guān)系式 n t1 +α1 nq1 –(1+α1)n j1 =0又由文獻(xiàn)可得 I 0∞ =n0 /n∞聯(lián)立以上關(guān)系式可得到如下結(jié)果： N j1 =nt1 /(1+α1)=472 r/min2) 實(shí)現(xiàn)前進(jìn)Ⅱ檔：因?yàn)棰驒n時(shí)直接檔，所以n t1 =n t2 =n j1 =nj2 =1760 r/min3) 實(shí)現(xiàn)倒檔時(shí)由前述傳動(dòng)方案可知，當(dāng)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)倒檔時(shí)，行星架制動(dòng)，太陽輪輸入，齒圈輸出，則可得行星架轉(zhuǎn)速為零，太陽輪轉(zhuǎn)速等于變矩器輸出軸轉(zhuǎn)速，即Nj2 =0 nt2 =n w = 1760 r/min行星排中各構(gòu)件有如下關(guān)系式：Nt2 +α2n q2 –(1+α2)n j2 =0I0∞ =n0 /n∞聯(lián)立以上關(guān)系式可得到如下結(jié)果： nq =n0 /α=645 r/min 變速箱工作時(shí)各構(gòu)件扭矩的計(jì)算 變速箱各檔輸入扭矩的確定 變速箱的輸入扭矩是進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)和傳動(dòng)系零件強(qiáng)度計(jì)算的基本依據(jù)，作為輪胎式車輛在此次設(shè)計(jì)中取按地面扶著條件決定的最大扭矩作為變速箱各檔的輸入扭矩。其壓力角α、齒頂高系數(shù)hα* 、頂隙系數(shù)c* 均為標(biāo)準(zhǔn)值，亦即α=20。前進(jìn)Ⅱ檔采用Q1直接嚙合形成直接換擋，不計(jì)離合器產(chǎn)生的滑移，ηⅡ = 1。 N整數(shù)設(shè)： Z X = 19時(shí)，則 Z t = 2 Z X/(α1) = 取22則 Z q =αZ t = 取60齒輪傳動(dòng)配合的驗(yàn)證引用裝配條件公式則 （Z q + Z t）/q0 = N =27故符合裝配要求綜上，由配齒計(jì)算確定的配齒數(shù)據(jù)如下： Z X = 19 Z t = 22 Z q = 60由最終確定的齒數(shù)則實(shí)際中 α1=α2= 則其誤差為1%即合理。1) 確定行星排中最小齒輪由于前節(jié)計(jì)算所得α=＜3，故可判斷行星排中行星輪最小。 配齒計(jì)算 根據(jù)計(jì)算前后兩行行星排特性參數(shù)，α1 、α2在誤差范圍內(nèi)相等。 前進(jìn)（Ⅰ） 倒退（Ⅱ） 行星排特性參數(shù)的確定 行星排特性參數(shù)是用來評價(jià)行星傳動(dòng)性能的，它等于同排型星系中齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)之比，此值也等于齒圈節(jié)圓直徑和太陽輪節(jié)圓直徑之比，即： α = ZQ/ZT =DQ /DF實(shí)踐證明：為了縮小結(jié)構(gòu)尺寸及保證構(gòu)件間安裝的可能性，設(shè)計(jì)單排行星傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使其參數(shù)處于以下范圍： 4/3≤α≤4依據(jù)計(jì)算所得各檔變速箱傳動(dòng)比及上述所選各檔傳動(dòng)方案，參考文獻(xiàn)初步確定各行星排特性參數(shù)如下： α1 = α2 = 變速箱中相關(guān)齒輪的計(jì)算與校核 行星傳動(dòng)中齒輪齒數(shù)的確定，不僅應(yīng)滿足傳動(dòng)比的要求，同時(shí)還應(yīng)滿足安裝的要求。故暫取 iB = i0 = 變速箱的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方案的選擇及傳動(dòng)簡圖的設(shè)計(jì)在分析比較國內(nèi)外現(xiàn)在同類變速箱以及各檔變速箱傳動(dòng)比范圍的基礎(chǔ)上，參照參考文獻(xiàn)中的傳動(dòng)方案，初步擬定出變速箱傳動(dòng)的方案簡圖如下：檔位結(jié)合的元件傳動(dòng)比公式F1φ2Ik1 = (1+α)= 2φ3Ik2 = iRφ1ikr = α= 1—前排太陽輪 2前排行星輪 3前排齒輪4后排太陽輪 5后排行星輪 6—后排齒圓7—二級渦輪輸出軸主動(dòng)齒輪 8二級渦輪輸出軸從動(dòng)齒輪9—一級渦輪輸出軸主動(dòng)齒輪 10一級渦輪輸出軸從動(dòng)齒輪11輸出主動(dòng)齒輪 12輸出從動(dòng)齒輪 T1前排制動(dòng)器T2—后排制動(dòng)器 Q1直接檔離合器 此變速箱傳動(dòng)方案，采用參考文獻(xiàn)中的單排行星傳動(dòng)方案前進(jìn)與后退組合，外加一直接檔，當(dāng)制動(dòng)器T2結(jié)合時(shí)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)方案，實(shí)現(xiàn)變速箱前進(jìn)Ⅰ檔，當(dāng)離合器結(jié)合時(shí)為直接檔，實(shí)現(xiàn)變速箱前進(jìn)Ⅱ檔。此次設(shè)計(jì)中選取前進(jìn)二檔為直接檔，則選取ikⅡ=1。10km/h= 各檔傳動(dòng)比的分配 傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比確定后，就可以進(jìn)行總傳動(dòng)比的分配，亦即變速箱各檔傳動(dòng)比iki,主傳動(dòng)比或中央傳動(dòng)比比i0，輪邊減速比ikⅡ=1。8km/h= iΣⅡ=2200r/min247。由于ZL50裝載機(jī)屬于中小型裝載機(jī)，同時(shí)參考同類型機(jī)器。 裝載機(jī)各檔傳動(dòng)比的確定 輪式裝載機(jī)的速度變化范圍大，它要適應(yīng)在工地作業(yè)的要求，又要滿足運(yùn)輸轉(zhuǎn)移的要求。 傳動(dòng)系總傳動(dòng)比的分配 傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比，是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、技術(shù)任務(wù)所規(guī)定的排擋數(shù)和速度范圍，以及總布置中初步確定的驅(qū)動(dòng)輪半徑的尺寸算出來的。一般ZL50型裝載機(jī)可產(chǎn)生1 3噸以上的推進(jìn)力。而當(dāng)鏟裝阻力相當(dāng)大時(shí)，超越離合器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就會更加充分顯示出來，此時(shí)的超越離合器會自動(dòng)處于完全的楔緊狀態(tài)，即外環(huán)齒輪、內(nèi)環(huán)凸輪、中間輸入軸形成一個(gè)剛體，變矩器一、二級渦輪同時(shí)工作，將所有產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳遞給超越離合器，外環(huán)齒輪和中間輸入軸同時(shí)給變速箱傳遞動(dòng)力。當(dāng)裝載機(jī)在正常需要較高的前進(jìn)和后退速度時(shí)，超越離合器自動(dòng)分離，讓二級渦輪獨(dú)立工作，就是由二級渦輪輸出的動(dòng)力通過二級輸出齒輪、中間輸入軸將動(dòng)力傳入各個(gè)檔位，使裝載機(jī)能實(shí)現(xiàn)變速行駛，從而實(shí)現(xiàn)物料迅速進(jìn)行轉(zhuǎn)移。故此次設(shè)計(jì)選用二自由度具有內(nèi)外嚙合的齒圈式行星機(jī)構(gòu)。一般變速器油底殼容量較大，是變矩器補(bǔ)償、變速器換檔操縱及潤滑液壓系統(tǒng)的油箱。放油塞的安置方向考慮折裝時(shí)易放置工具，折裝方便。7）帶動(dòng)工作油泵的齒輪通常和泵輪相連接，由于帶動(dòng)工作油泵的力矩值相當(dāng)大，而泵輪是用鋁合金鑄造的，鋁合金強(qiáng)度有限，故為了保證連接強(qiáng)度，泵輪和帶動(dòng)工作油泵的齒輪連接方式除采用螺栓外，主要靠銷釘傳遞力矩。齒形聯(lián)軸節(jié)裝配方便，彈性連接板則有減振作用，目前趨向于采用齒形聯(lián)軸節(jié)。由于泵輪組合件和渦輪組合件兩端支承在不同的零件上，必須保證兩端支承的同心度，故和此相關(guān)的零件上相關(guān)連的工作面加工時(shí)應(yīng)有同心度要求。綜合式變矩器導(dǎo)輪的軸向力由滑動(dòng)止推軸承承受（因?yàn)楣こ虣C(jī)械上用的變矩器，主要工況是變矩器工況。渦輪則一端支承在殼體的軸承上，另一端則支承在裝在泵輪蓋子上的軸承上。3）轉(zhuǎn)動(dòng)密封工作可靠，盡量減小轉(zhuǎn)動(dòng)密封處的圓周速度。2）自由輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，避免滾子卡死。為此：①變矩器工作輪間留有足夠大的軸向間隙，通常為2～3毫米。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后,轉(zhuǎn)速很快提高，由于齒輪14和軸26是通過自由輪機(jī)構(gòu)連接，因自由輪機(jī)構(gòu)不能反向傳動(dòng)，故這條傳動(dòng)路線便自動(dòng)切斷，以防止“三合一”機(jī)構(gòu)過載損壞。國產(chǎn)ZL50裝載機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖所示。2）在泵輪和渦輪間設(shè)置自由輪機(jī)構(gòu)， 這個(gè)自由輪機(jī)構(gòu)允許泵輪轉(zhuǎn)速大于渦輪轉(zhuǎn)速，不允許渦輪轉(zhuǎn)速大于泵輪轉(zhuǎn)速，故拖起動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)時(shí)渦輪可通過此自由輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)相連的泵輪。如圖所示為設(shè)置閉鎖離合器機(jī)構(gòu)的變矩器及變速器油路。這時(shí)輔助泵起主油泵的作用。但拖起動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，故原來由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓泵停轉(zhuǎn)，閉鎖離合器無法接合，所以在車輛結(jié)構(gòu)上必須設(shè)有由車輛行走部分帶動(dòng)的輔助泵，通常此輔助泵裝在變速器上，用此輔助泵來使閉鎖離合器接合。采用的方法有：1）在泵輪和渦輪間設(shè)置閉鎖離合器。由于變矩器是根據(jù)它的牽引工況〈即泵輪帶動(dòng)渦輪〕設(shè)計(jì)的，故變矩器的反拖性能是不佳的。 其他形狀尺寸與模型尺寸成比例。得 D = 340 mm液力變矩器的輸出扭矩計(jì)算： M e =K*M 1P ，所以： M e =*M e *η=2496 Nm之后，就可以根據(jù)新設(shè)計(jì)的液力變矩器循環(huán)圓直徑D來確定線性比例尺寸L: 式中，D模作為模型的變矩器循環(huán)圓直徑。 ρ = 900kg/m3 。 ρ液體密度，kg/m3。及λ1=*λ來進(jìn)行液力變矩器尺寸的計(jì)算。如圖，選擇ME=ME’。為了能盡可能利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，并且，為了能夠以盡可能大的功率傳給行駛裝置，顯然，此時(shí)變矩器應(yīng)該在最高效率的工況下工作。通常，柴油機(jī)的輸出力矩比較平坦，在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，輸出力矩的數(shù)值變化不大。但是，其最高效率ηmax較低，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。此外，由于雙渦輪的作用，其變矩系數(shù)的曲線由兩段不同斜率的曲線組成。雙渦輪液力變矩器，由于自由輪機(jī)構(gòu)的作用可根據(jù)裝載機(jī)運(yùn)行阻力的變化，自動(dòng)達(dá)到變矩器第二渦輪單獨(dú)工作和兩個(gè)渦輪同時(shí)工作的目的。高速輕載時(shí)（i＞），因第二渦輪被動(dòng)齒輪5的轉(zhuǎn)速高于第一渦輪被動(dòng)齒輪7的轉(zhuǎn)速而使自由輪機(jī)構(gòu)6自動(dòng)分離，于是第一渦輪空轉(zhuǎn)，動(dòng)力由第二渦輪降速，當(dāng)?shù)诙u輪被動(dòng)齒輪5的轉(zhuǎn)速低于第一渦輪被動(dòng)齒輪7的轉(zhuǎn)速時(shí)，則自由輪機(jī)構(gòu)楔緊，第一渦輪和第二渦輪共同傳遞動(dòng)力，變矩系數(shù)增大。ZL50裝載機(jī)上采用的雙渦輪單級液力變矩器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：第一渦輪和第二渦輪分別由兩根相互套裝的輸出軸將動(dòng)力傳給變速器。工作輪相互配合作用的變換是采用自有輪機(jī)構(gòu)或其它方法來達(dá)到的。4) K0較小，但KP還是較大的，因?yàn)樽兙仄髡９ぷ鞣秶趇p—ip區(qū)段工作，故變矩器在正常工作范圍克服超載能力還是較好的。向心式渦輪的液力變矩器有下列優(yōu)點(diǎn)：1) 有最大的最高效率ηmax，有的向心式渦輪的變矩器當(dāng)i*=～，～。在軸流式渦輪的變矩器中，由于其內(nèi)部的工作液體質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的離心力將垂直地作用于渦輪壁上，因而不會產(chǎn)生影響泵輪內(nèi)工作液體質(zhì)點(diǎn)的離心趨勢的阻力。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速和泵輪轉(zhuǎn)速相等時(shí)，循環(huán)圓內(nèi)工作液體的流量不等于零，且流量隨渦輪轉(zhuǎn)速的變化也不大。由于泵輪傳遞的力矩和循環(huán)流量成正比，因而泵輪和渦輪為對稱布置的向心式渦輪變矩器就具有較大的正透過性，且變矩器的傳動(dòng)比也不可能大于1。因此，對于向心式渦輪，由于泵輪和渦輪為相互對稱的布置，故二者的工作液體質(zhì)點(diǎn)的離心趨勢是相反的，渦輪內(nèi)工作液體質(zhì)點(diǎn)的離心趨勢將成為泵輪內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)離心趨勢的阻力。如果工作輪出口處的外來阻力或壓力不大時(shí)，則其工作液體質(zhì)點(diǎn)將由中心被甩向邊緣。.（2）液力變矩器的渦輪形式 單級變矩器按照渦輪在循環(huán)圓中的布置位置可分為向心式渦輪，軸流式渦輪和離心式渦輪三種。 單級變矩器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，變矩系數(shù)K0也較大，一般為3～4。 有時(shí)渦輪數(shù)為兩個(gè)或兩個(gè)以上，但每個(gè)渦輪并不安置在其它兩個(gè)工作輪之間，則仍為單級液力變矩器，可按其渦輪數(shù)稱之為雙渦輪或三渦輪單級液力變矩器。多級變矩器的各級渦輪彼此剛性連接，以提高渦輪輸出軸的輸出力矩。 液力變矩器的類型變矩器的類型及其分類方法較多，現(xiàn)就工程機(jī)械常用的變矩器簡述如下。因?yàn)榻?jīng)過泵輪傳遞的功率N1=λ1γn13D5,故λ1值表示變