1、 本 科 毕 业 设 计 (论 文 ) 装载机的终传动结构设计 Design of Final Drive Structure of Loader 学 院 ： 机械工程学院 专业班级 ： 机械设计制造及其自动化 机械 092 学生姓名 ： 李磊 学 号： 510910239 指导教师 ： 杨平 2013 年 5 月毕业设计（论文）中文摘要 装载机的终传动结构设计 摘 要 ： 本次设计的内容为 ZL50 装载机终的传动结构设计，总体 分为 轮边减速器的设计，输入轴和输出轴 的设计， 以及齿轮 的设计 这 三大部分。 装载机的终传动在驱动桥中，所以这次的设计其实和驱动桥的设计差不多，只是驱动桥有差
2、速器以及主传动装置，本次设计主要围绕减速器来设计， 最终传动采用行星齿轮减速器。 这次设计能够让我更加了解减速器的特点以及结构原理还有就是使用条件这次设 计分析了装载机的使用工况特点、以及工作特性，详细讲解了传动 方案、挡位、速比、齿轮模数等主要参数的选择和确定过程，设计了前二、后一动力换档。基于 ZL50 装载机终传动的参数，对整机进行了理论匹配计算和研究。为了检验设计的正确性，进行了行星排行星轮数目和齿轮齿数的确定和齿轮的校核，表明达到了设计要求，具有一定的经济和社会价值。 关键词 : ZL50；驱动桥；装载机；机构设计 毕业设计（论文）外文摘要 Design of final drive
3、 structure of loader Abstract: This design content for the transmission structure design of ZL50 loader final, the design is divided into the design of the wheel reducer, shaft and the output shaft and input, and the gear design of the three most. Loader final drive in the drive axle, so the design
4、of this design in fact and drive axle almost, just drive axle with differential and the main transmission device, this design mainly to design reducer, final drive using planetary gear reducer. This design can let me know more about the reducer and the principle of the structure and characteristics
5、of the design is the use of conditions of use condition, loader and job characteristics, explain in detail the transmission scheme, and the determination of main parameters of retaining, ratio, gear modulus selection process, design of the former two, after a power shift. Parameters of ZL50 loader f
6、inal drive based on machine, the calculation and Research on matching theory. In order to verify the design, check and determine the number of gears and gear of the planetary gear in planetary gear, that meet the design requirements, and has a certain economic and social value. Keywords: ZL50； bridg
7、e drive； loader； mechanism design 目 录 1 绪论 1 1.1 装载机发展史 2 1.2 装载机的分类 3 2 轮边 减速器 4 2.1 轮边 减速器的主要型式及其特性 4 2.2 轮边 减速器的选用 5 2.3 轮边减速器的润滑 5 3 轮边减速器 齿轮的设计 7 3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料以及齿数 7 3.2 按齿面接触强度来进行设计 7 3.3 按齿轮的齿根弯曲强度来设计 9 3.4 几何尺寸的计算 10 4 输入轴的设计 11 4.1 尺寸设计 11 4.2 按弯扭合成应力校核轴的强度 14 4.3 精确校核轴的疲劳强度 15 4.4 按 照
8、 静强度条件进行校核 21 5 输出轴的设计 23 5.1 尺寸设计 23 5.2 精确校核轴的疲劳强度 24 结论 28 致谢 29 参考文献 30淮海工学院二 一 三 届本科毕业设计（论文） 第 1 页 共 30 页 1 绪论 装载机 在 港口 、铁路、 水电 、 公路 、矿山、 建筑 等建设工程 中是一种 常用的施工机械， 用途十分广泛， 其 主要 作用就是 用 来 铲装 泥土 、砂 子 、煤炭、石灰等散状 物体 ， 显然 它 当然 也可 以 对 地下 的 矿 材 和 坚 硬 土壤 等 等物体 进行 铲挖作业 。如果将它的的工作装置进行改变 还可 以起到 起重、推土 以及 装卸 的作用
9、。 此外，在 建设 公路中 ， 特别是在高级公路 建设 中，装载机 作 用于路基工程的 运输 、 填埋、挖取以及 混凝土料场的 收集 与装 取 等作业。 另外装载机 还可进行推运土壤、 碾平地面和牵引其他 工程 机 械等 作用 。 因为 装载机 在这些方面 具有作业 运输 速度快、操作 方便 、 办事 效率高 、 机械的 机动性好 等 很多 优点， 所以 它成为 了 工程 施工 建设 中 的主要 核心 机械。 国内 ZL50 型号的装载机生产厂家除了极个别厂家采用了自行研制生产的传动系外，大多数 的厂家采用的几乎都是同一套传动系而且十分结构相似，液压变速器和驱动桥都是我国六七十年代测绘的外国公
10、司产品所模仿设计的，这几十年来还未作设计改变。 国产轮式装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中 等 价位、经济 的 实用 过渡。 再 从仿制 走 向 自己研发 过渡，各 大 主要 制造厂 不 断 的 进行技术 创新以及改变 ， 另外加上 采用不同的技术 方案 ， 技术人员 在 主要 部件及系 统上 进行 技术创新， 解决了 产品雷同 的窘境 ， 在这些年的研发里国内的装载机发生了天大的变化 ，从低 质量以及低价位 的竞争 之 中 闪亮走出 ， 从而 成为 了 装载机 这一 行业的领先者。 （ 1）大型和小型轮 式装载机，在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场需求量
11、的 干扰 。 在这些轮式装载机的竞争中，中型的装载机更新最为之快相信它的发展速度会越来越快 。 （ 2）根据各生产厂家的实际情况，重新进行总体设计，优化各项性能指标，强化结构件的 刚度 以 及 强度 ， 这 使 现在的 整机 的稳定 性以及 可靠性得到 了 大 幅度的提高。 （ 3） 从细微的方面改变装载的 系统 以及 结构。 比 如 装载机的 动力系统的减振 ，还有 散热系统 等 结构 的 优化、 装载机的 工作装置 性能指标 的 优化及各 方面 的防尘、 建设中的 造型设计等 等 。 （ 4） 提高 装载机的稳定 性 和安全 性 能 。 让 驾驶室 具备 更多的 功能， 将 驾驶室 的环境
12、 变得和 汽车 差不多，这样驾驶员才能更有效率的操作 ， 其中包括装载机的 座椅、方向盘、各操纵 档 都能 方便 调节，使 驾驶员能够随时随地的 处于最佳 工作 状态 。 （ 5） 利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用， 从而来 提高 工作 效率 ， 节约 资源，以及 装载机 工作中的 成本。 淮海工学院二 一 三 届本科毕业设计（论文） 第 2 页 共 30 页 （ 6） 把装载机的 噪声 以及 排放 都进行降低 ， 从而达到环保效果 。 现在 随着人们日益 增强 的 环保意识 ，装载机噪声 以及 排放的 降低 工作已 经一触即发 ， 很多的 大城市 都 已经
13、 开始 制定机动车的 噪音、尾气 排放 等 标准， 如果该 工程 机械 在审查中若不符合 国家制定的 标准， 它此地区的销售将被限制 。 （ 7） 现如今 广泛利用 新型 工艺 、新 的 材料 、新 的 技术， 尤其 是机电 一体化技术，来 提高 装载机 的 使用 寿命 以及安全 性。 （ 8） 尽量减少 装载机的 保养次数 以及 维修时间 从而达到 最 大 限度地 进行尽量 ，普遍采用电子监 控 及 监视 技术， 更 进一步 的 改善 自动 故障诊断系统， 使驾驶员更轻松的解决不会的问题 。 1.1 装载机发展简史 最早期制造的装载机大概在九十多年前 。 当时 是最原始的 装载机， 就是在
14、农用 的拖拉机前面 装上 类似于 铲斗 的装置 而成。 而自己带有发动能力 的装载机，是在 一九二零 年 的年 初 才出现的，它的 铲 斗被装在两根笔直的圆 柱 之 上，铲斗的 上升和下降都 是用钢 丝 绳来 进行 操纵的。 但是到了一九三零年 ， 研究人员对 装载机 的 结构 设计进行了很大的改装。 直到 一九三九 年，先进的轮胎式装载机 才就此诞生 ， 比如 美国 一个公司 制造的 Pay 型装载机。 但是这种装载机的系后轮驱动以及前轮转向 。由于它的工作结构尺寸太小 ， 所以它的稳定性以及转向性 令人 不太满意， 后来这个 公司把它 主要 作为其他机器的使用，例如用于装载散装或轻一点的货
15、物 。 到了四十年代，装载机 的发展 得到了巨大的提高 。 一九四一 年 的那天，驾驶室从装载机的后面 移 动到前面，增大了驾驶员操作时的视野 ； 装载机的发动机反之 移 动到装载机的后面，从而大大 增加 了装载机的平衡 性；为了 让驾驶员的工作 更具有 可靠 性以及 安全 性 ， 人们觉得 柴油发动 比汽油发动机要好所以就 代替了汽油发动机。 就这样装载机的功率变得更大了。后来人们把装载机的质量都用来提高 牵引力， 因此那个年代的 装 载机 的 插入力 都 增加了 不少 。 一九五零 年 世界首台紫带液力变矩器的轮 式装载机 横空出世 。液力变矩器 这一改装对装载机以后的前景 有 着关键 性
16、 的 作用，它使装载机 在工作时能够更加 平稳 准确的插进物 料堆 之中并且它的 工作速度 也变得更加的 快， 在插进物料 运动 同时 ， 装载机的 发动机 并不会因为阻力太大而停止工作。这一次装载机机 构上的 重大改变，装载机的生产能力大幅度提高， 装载机 因此也越来越多的使用在工程施工中，产量也在逐年增加 。 一九六零 年 世界 首台铰接式装载机 被研发出来了 ，这 一研发 使装载机机械 各个性能变得越来越优良，也从而弥补了装载机的机动 性差和 稳定性 不足的缺陷。随着技术的改革还有时代的推前 ，装载机也随之有着重大改变 。 盗了 六十年代 ， 电动轮装载机 出现了 ，这一出现是装载机在历
17、史 上的 又一个 突破， 这使装淮海工学院二 一 三 届本科毕业设计（论文） 第 3 页 共 30 页 载机的工作范围更进一步的增加了 。今后装载机的发展的趋势，是通过工作机构尺寸的增加和结构的改进， 使装载机的 生产能力 得到进一步的增加 。 装载机的结构和斗容渐渐的随着改进和增加，使装载机的工作范围逐渐增大，那时最原始的装载机是不可以进行挖铲材料的，但是现在由于装载机铲掘能力比一九三九 年的挖铲能力增大了两倍多，所以 越来越多的装载机亦能从事一般的单斗挖掘机所做的 一些铲掘工作，使装载机从仅在建筑工程上使用， 从而渐渐的从建筑工程发展到了 露天 采矿。直到一九六零年之 前， 因为 装载机
18、的斗容太小，所以往往它只用在 捣堆 、 清扫 工作面 等辅助 的工作 。 自从研发出了大斗容轮式装载机之后，该轮式装载机 就成为了露天 施工采 矿的 主要采矿机械之一 。 随着时间的过渡六十年代之前 ， 这段时间也生产试制了很多大功率以及大容量轮 式装载机 利用在露天采矿上面，所以它们被广泛的运用在了露天采矿这方面上 。 后来人们开始研究 装载机 的行走部分 ， 对它进行了结构的分析，从而装载机的整体开始得到完善 。 一开始 的 人们制造的装载机都 是履 带式的， 到后来为了增加它的灵活性和机动性，因此改用了轮胎式。 后来 出现了 轮胎 寿命不长 、 损耗 能源 太大 和成本 太 高等 很多问
19、题 ， 又 迫 于种种原因被重新改为了履带式装载机。七零年之后，因为轮胎的磨损问题 得到 全面的 解决， 从而履带式又被轮式装载机所代替，轮式装载机又得到了重大的发展。到如今，全世界的轮式装载机产量大概 占 了所有类型装载机 总 生 产量的 百分之七十到百分之八十 。 一般功率大的装载机，都是 轮胎式 装载机 。在 露天采矿中，机动性和灵活性都很欠缺的履带式装载机受到了极大限制，所以轮胎式装载机得到了广泛的运用 。 1.2.装载机的分 类 装载机 主要可以分 为履带式装载机和轮胎式装载机 这 两种 装载机，这是按装载机的行走结构来划分的 。 以 专用底盘或工业拖拉机为 履带式装载机 的 基础车
20、，另外加上 工作装置 和操纵系统组装而 成 。履带式装载机行驶速度慢、装载效率低、转移不灵活还会 对场地有 着 破坏 的负面影响 ， 所以在工程施工 中 履带式装载机已经被轮 式装载机 所代替 。 操纵转向离合器和正转连杆机构的工作装置。轮胎式装载机由 行走装置 、 液压系统 、 动力装置 、传动系统、转向系统 、车架 、 工作装 置和 制动系统 等组成。 轮式装载机的移动速度快、移动快捷方便，可在城市道路上行驶，因此轮式装载机的使用比较广 泛。 淮海工学院二 一 三 届本科毕业设计（论文） 第 4 页 共 30 页 2 轮边 减速器 2.1 轮边 减速器特性 以及主要类型 （ 1） 圆柱齿轮
21、减速器： 该类型的传动比一般都 小于 8， 在这个条件下 可选用单级圆柱齿轮减速器； 当 大于 8 时，最好选用 二 级圆柱齿轮减速器（传动比在8到 40 之间）， 当 传动比大于 40 时， 最好是三级 圆柱齿轮减速器。 圆柱齿轮减速器的 等级如果在 两级和两级以上 ，则传动布置型式分为 分流式 、 同轴式 和 展开式 等数种。展开式最简单，但由于齿轮两侧的轴承不是对称布置，因而将使载荷沿齿宽分布不均匀，且使两边轴承受力不等；分流式减速器，由于齿轮两侧的轴承对称布置，而且受力大的低速级又正好位于两轴之间，所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开式好；同轴式减速器的 就如意思上所说输入轴和输入轴位
22、置在同一轴线上，所以该减速器的箱体长度比较 短，但 是该同轴式 减速器的 重量 和 轴向尺寸 都 比 较大。 所有减速器中 圆柱齿轮减速器 是使用最为广泛的减速器。 该减速器的传递功率可大 至几万 KW 范围十分大 ， 它的圆周速度范围也十分大，一些 减速器 的 圆周速度 达到 140m/s，而有的减速器的圆周速度才70m/s。 圆柱齿轮减速器有圆弧齿形以及渐开线齿形两种。它们除齿形不同之外，减速器的结构设计几乎相同。如果他们 的传动比和传动功率相同时，渐开线齿轮减速器在长度方向的尺寸比圆弧齿轮减速器大约长 30%40%。 （ 2）蜗杆减速器：该 类型的 减速 器 一般用于 的场合 是在传动比
23、大于 10 的时候 。 如果减速器的传动比很 大时， 则 该 减速器的 传动结构会变得 十分紧凑，尺寸也会 变小。 但是因为 蜗杆减速器 的传动 效率 比 较低，所以蜗杆减速器不宜在长期连续使用的动力传动中应用。蜗杆减速器主要有蜗杆在上和在下两种不同的形式。 如果蜗杆减速器的 蜗杆周围 的 速度小于 4m/s 时 蜗杆在下式 是 采用 的比较好的方法 ， 这个时候 ， 齿轮啮合处能得到充分 的 冷却 和 润滑 。 但是如果 蜗杆圆周 速度 大于 4m/s 时，为 了避免油量太多 ， 导致 发热过多， 蜗杆在上式 是必须采用的 。 阿基米德蜗杆减速器是常用 的蜗杆减速器，但其承载能 力、传动效率
24、、使用寿命都是较低的。最近几 年来有些新型 的 蜗杆减速器出现 在了市面上 。例如：圆弧齿蜗杆减速器、球面蜗杆减速器、平面包络蜗杆减速器等。其中球面蜗杆减速器的传动功率已达到 1000KW，单级传动效率达到 85%90%，体积只有普通蜗杆减速器的 50%60%。 （ 3）圆锥齿轮减速器： 这种类型的减速器是用在输入轴的部位成相交的状态 。因为圆锥齿轮的悬臂通常是装在轴端的，并且因为圆锥齿轮的精加工非常困难， 所以在范围内它的圆周速度一般 较 低，因此这种圆锥齿轮减速器没有圆柱齿轮减速器的涉及 广泛。 淮海工学院二 一 三 届本科毕业设计（论文） 第 5 页 共 30 页 （ 4）行星齿轮减速器
25、 ： 传动效率高是 行星齿轮减速器的最大特点， 另外它的 传动比范围 十分 广， 其中它的 传动功率 最高 可 达到 50000kW， 行星齿轮减速器的 重量 和 占地范围要 比 圆柱齿轮减速器还有 蜗杆减速器 要小 。 目前行星齿轮减速器不仅仅渐开线行星齿轮， 行星摆线针轮边减速器和谐波齿轮减速器 也广泛的运用在各个行业 。 2.2 轮边 减速器的选用 (1)首先根据实际使用情况，按表确定 轮边 减速器的工作制度 表 2-1。 表 2-1 工作制度 表 工作制度 轻 型 （ 15%） 中 型 （ 25%） 重 型 （ 40%） 连续型 （ 100%） Kr KN tg/tx Tg 0.33
26、0.25 0.15 1250 0.33 Kr 0.67 0.25 Kn 0.5 0.15 tg/tx 0.25 1250 Tg 7300 0.67 Kr 1 0.5 Kn 0.75 0.25 tg/tx 0.4 7300 Tg 17600 1 0.75 0.4 17600 Tg 50000 （ 2） 根据工作制度、总传动比、输入转速和功率，可在各产品“减速器承 载能力表”中选出接近或偏大中心距的减速器。 （ 3）检验 输入轴 的 最大短暂扭矩。输入轴最大短暂扭矩， 在每一工作循环内，连续作用时间不应超过工作时间 tg的 3%，同时小齿轮进入啮合次数不应超过 500 次。 （ 4）对于轴端需承受
27、径向载荷者，应校验轴端径向载荷。 （ 5）如果 （ 3）、（ 4）两条中 任意一条 超 过 “减速器承载能力表”中的 范围， 必须 重新考虑 选较大中心距的减速器。 （ 6） 所选用的减速器型号 可以用 型号标记 的 方法 来 写出。 （ 7）若输入 的转速小于 600 转每分钟 ，则按 600 转每分钟来计算的输出扭矩 ， 弱国输入转速没有列入其中 ，可 以 用插入法 来计算 得 出 。 当减速器为两端出轴时，应按两端的输入功率或输出扭矩之和选取减速器。 如 果已知条件为输入轴扭矩，应将扭矩 T 转化为功率 P P=Tn/9550i （ kW） 式中 T 输出扭矩（ N*m）； n 输入转速
28、（ r/min）； i 总传动比 ; 总传动效率。 淮海工学院二 一 三 届本科毕业设计（论文） 第 6 页 共 30 页 2.3 轮边减速器的润滑 减速器 之所以润滑，其目的在于减少传动件接触表面的 磨损 和摩擦 ， 于此 同时 还 起 散热 和 冷却 的 作用 。 齿轮减速器的润滑油粘度，一般是根据齿轮圆周速度高低来选择。其荐用值可参考一些书籍。 喷油润滑 要比油浴润滑 条件好，所以选用油的粘度要稍大一些。 油的飞溅、齿轮的搅拌及喷油润 滑，都会使油与空气的接触机会增加，加速油的氧化气泡。故应选用抗氧化性能好的油液。 在大气中水分多（在停止工作时还有冷凝水）或工作环境潮湿等场合，易使油液乳化。故要求选用的油，有抗乳化性能。 因轮齿齿面接触应力大，而且有滑动，故要求油膜应有做够的强度（承载能力）。 此外，为保证正常润滑性能，有油中要添加适量的添加剂，如极压剂、防氧化剂、防锈剂等。在使用时，应充分考虑齿轮的材质和其他一些要求
