10吨装载机的液力传动变速箱设计

摘要

本论文研究一个驱动10吨的装载机作业的液力传动变速箱设计过程，课题的专题部分是换档离合器的设计与计算。液力传动变速箱主要由变速箱、液力变矩器、油泵总成与主调压阀和溢流阀组件、操纵阀组件、换档离合器和液压控制等部分组成。该箱为由液力变矩器提供转矩并具有前进四档、后退四档共八个档位的定轴式动力换档变速箱，该变速箱采用三元件单涡轮液力变矩器。液力变矩器使该液力传动变速箱具有液力传动输出的自动适应性，能随着外负载的变化而相应改变其输出扭矩和转速，而且要求能够吸收和消除来自发动机和外负载对传动系统的冲击振动。所采用的换档方式要求操纵简单、方便，起动平稳，较大地减轻操作者劳动强度。本课题通过液力传动变速箱主要参数的设计，用三维设计软件Pro/E来实现液力传动变速箱的零部件造型和整机造型。在液力传动变速箱设计过程中，在投入生产之前利用计算机把三维图转成二维工程图，为生产工艺提供指导和参考。

关键词：液力传动变速箱；液力变矩器；换档离合器；操纵阀

目录

引言 (1)

1 动力换档变速箱的发展概况 (1)

2 工程机械变速箱 (2)

2.1 变速箱概述 (2)

2.1.1变速箱的功用 (2)

2.1.2对变速箱的要求 (2)

2.1.3变速箱的类型 (3)

2.2 主要技术参数 (4)

2.2.1传动比范围d的确定 (5)

2.2.2公比值q的选取原则与预定公比值q' (5)

2.2.3公比值q与档位数 Z的确定 (6)

2.2.4传动比i的选取 (6)

2.3 工作原理及结构介绍 (6)

2.3.1定轴式动力换档变速箱 (6)

2.3.2离合器 (9)

2.4 液力变矩器 (12)

3 定轴式动力换档变速箱设计 (15)

3.1 变速箱传动方案设计 (15)

3.2 变速箱主要参数的确定 (17)

3.2.1传动轴的中心距a (17)

3.2.2齿轮模数m (18)

3.2.3齿轮齿形角α (19)

3.2.4齿轮齿宽b (19)

3.2.5斜齿轮螺旋角β (19)

3.2.6齿轮齿数z (19)

3.3 变速箱主要零件设计 (20)

3.3.1齿轮设计 (20)

3.3.2齿轮强度计算 (21)

3.3.3齿轮材料、加工精度和结构形状 (25)

3.4 轴和轴承设计 (25)

3.4.1轴承支承方式的选择 (25)

3.4.2轴花键形式的选择 (25)

3.4.3轴的强度和刚度计算 (27)

3.4.4刚度计算 (29)

4 换档离合器（专题部分） (30)

4.1 换档离合器的结构类型 (30)

4.1.1按离合器组成方式分类 (30)

4.1.2按连接方式分类 (32)

4.1.3按压紧方式分类 (32)

4.1.4按摩擦片分离弹簧形式分类 (32)

4.2 换档离合器工作原理 (32)

4.3 换档离合器的结构方案分析 (33)

4.4 片式离合器摩擦力矩的计算 (36)

M (36)

4.4.1离合器所能提供的力矩m

4.4.2离合器所需传递的力矩M (38)

4.4.3离合器储备系数 (38)

4.5 离合器的设计与计算 (38)

4.5.1离合器的基本参数和主要尺寸的选择 (38)

4.5.2结构设计 (40)

4.5.3压紧分离部分 (43)

4.5.4润滑和密封 (44)

5 结论 (45)

参考文献 (46)

致谢 (47)

附录 (48)

引言

本课题是柳工传动件研究所的一个项目，测绘一个意大利进口的卡拉罗定轴式动力换档变速箱，该箱为驱动10吨装载机作业的液力传动变速箱。

课题通过液力传动变速箱主要参数的设计，用三维设计软件Pro/E来实现液力传动变速箱的零部件造型和整机造型。在液力传动变速箱设计过程中，在投入生产之前利用计算机三维转成二维工程图，为生产工艺提供指导和参考。

课题的专题部分是换档离合器的设计与计算。通过计算与查阅相关文献，把从外国引进的新技术、新工艺以及各项与国标不相一致的标准转化为国家标准，从而使提高公司自主生产该变速箱的技术和能力。

1 动力换档变速箱的发展概况

变速箱使装载机等工程机械可以变换排挡，以不同的牵引力和行驶速度工作，实现进退行驶，以及在挂空挡时切断发动机传给驱动轮的动力。变速箱有不同的结构类型，基本上分为两大类，即与主离合器配套的机械式变速箱和与液力变矩器配套的动力换挡变速箱（有定轴式和行星式两种），前者是在切断传动系动力的情况下换挡的，后者则利用变速器中的换挡离合器在不切断传动系动力的情况下换挡。

所谓动力换挡变速箱是传动系统中采用液压操纵的多片湿式摩擦离合器进行换挡的变速箱。在这种传动系统中可不设主离合器，液力变矩器和变速箱直接连接，换挡时只要操纵控制阀就可以换挡。因此操纵轻便简单，且可在不中断动力传递情况下进行换挡，换挡速度快，无冲击，故生产率高，齿轮使用寿命长。

动力换档变速箱区别于机械拨叉换档变速箱，后者换档时要先踩离合器断开动力。而前者不用断开动力换档，故此名之。动力换档变速箱由液力变矩器和液压操纵的变速箱组成，操纵液压控制阀实现换档。

工程机械如推土机、装载机的作业工况特别适合动力换档，现在一部分轿车采用自动档的也是动力换档变速箱，其下又分手动和电控。发展前景很好，技术含量较高，但与国际先进水平尚有差距。

传统的动力变速换档在结构上主要由液力变矩器、机械齿轮变速传动机构、手动变速换档机构组成。美国上世纪七十年代已广泛应用于轿车、市区公共汽车、重型卡车和工程机械上，国内当时的红旗轿车亦已装备了液力变矩器。同一时期，随着国内开始研制轮式装载机而同步应用了动力换档变速箱，如眼下鼎盛的ZL40/50、ZL10/15等装载机上的液力机械变速箱都是当时从国外40-50年代机型上引入的。这种中等功率的变速箱为国内众多大小装载机厂家所通用，价格便宜，配件方便，市场很好。但多年一贯，改进不大，品种很少，相比国外同类产品已几经换代了。更大功率的变速箱尚属缺口，须从国外采购。

国产工程机械主机呼唤自主创新的高技术水平的动力换档变速箱出现，而总成的另部件如变矩器、泵、阀、离合器(摩擦片、活塞密封等)国产化技术水平已有长足发展，