裝載機(jī)變速箱設(shè)計(jì)

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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，而市場上的農(nóng)用裝 載機(jī)特別少，國外對裝載機(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

2、方式的變速器適應(yīng)不同要求的車輛。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)

3、。主變速器有 5 個(gè)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

4、動(dòng)比 很接近，故省掉一個(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)與兩根中間軸上對應(yīng)的齒輪相嚙合， 功率分流，從理論上講，每對齒輪上傳遞的扭矩為 1/2，這就使每對齒輪傳遞的 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

5、樣二軸可以設(shè)計(jì)得細(xì)一些，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 ，

6、總長度 735mm，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

7、速器廠家的自主開發(fā)能力仍然很薄弱,應(yīng)對整車新車型配套產(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)品針對的市場各有側(cè) 重，像陜西法士特在 8t 以上重型車市場占有率達(dá)到 40%以上，并且在 15t 以上 重型車市場占有絕對的優(yōu)勢，擁有 85% 以上的市場份額；綦江齒輪傳動(dòng)有限公 司主要為

8、安凱、西沃、亞星奔馳、桂林大宇及廈門金龍等企業(yè)的7?12m高檔大、 中型客車以及總質(zhì)量在14?50t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)配套市場主要在 8? 10t 級的低噸位重型載貨 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 4?6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

9、的主要型式。組合式機(jī)械變速器一般分為倍檔（分段式 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

10、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)

11、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

12、傳動(dòng)比之間。型號為 ZFAK/6 —80+GV80 的半檔組合 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0.83?9.0,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 1.00?13.63或0.8

13、5—11.46,倒檔傳動(dòng)比為 9.41/11.06 或8.64/10.15,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 85?200kW 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

14、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1/4?1/3,人世之后它仍有競爭力；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，成果可推廣到各類型汽車 上。隨著國內(nèi)裝載機(jī)市場的發(fā)育成長，變速器產(chǎn)品型譜逐步細(xì)化，產(chǎn)品的針對 性越來越強(qiáng)，因此在保證現(xiàn)有變速器生產(chǎn)和改進(jìn)的同時(shí)，要充分認(rèn)識到加入 WTO 后良好的合作開發(fā)機(jī)遇， 取長補(bǔ)短， 同時(shí)更應(yīng)認(rèn)識到供方、 買方、替代者、 產(chǎn)品競爭者的巨大壓力。要緊裝載機(jī)行業(yè)向高檔、高技術(shù)含量和智能化方向發(fā) 展的趨勢，要緊跟客車低地板化、綠色環(huán)?；?、城市公交大型化方向，開發(fā)和 生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適合我國國情的重型車用變速器。