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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告
課題
名稱
ZL50裝載機(jī)總體及變速箱設(shè)計(jì)（第二行星排）
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班 級： 機(jī)094
學(xué)生姓名： 張 維
學(xué) 號： 2009307405
指導(dǎo)教師： 王少雷
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計(jì)
一、論文資料的準(zhǔn)備
裝載機(jī)是一種用途非常廣泛得工程機(jī)械，它廣泛應(yīng)用于鏟裝、搬運(yùn)、卸載、平整散裝物料，也可以對巖石硬土等進(jìn)行輕度得鏟掘工作。因此，它被廣泛應(yīng)用于建筑、公路、鐵路、水電、港口、礦山及國防等工程中。裝載機(jī)對加快工程建設(shè)速度、減輕勞動強(qiáng)度、提高工程質(zhì)量、降低工程成本具有重要作用。所以裝載機(jī)在國內(nèi)外不論是品種還是產(chǎn)量，都有飛速發(fā)展，并且成為工程機(jī)械的主要品種之一。
我國的輪式裝載機(jī)是從20世紀(jì)70年代初期發(fā)展起來的，與其他機(jī)種工程機(jī)械相比，輪式裝載機(jī)的橋、箱、泵、閥及缸等零部件產(chǎn)品配套相對成熟，已經(jīng)形成了比較完整的配套體系。而且自90年代以來，國內(nèi)外工程機(jī)械進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。工程機(jī)械產(chǎn)品以信息技術(shù)為先導(dǎo)，在發(fā)動機(jī)燃料燃燒與電控、液壓控制系統(tǒng)、自動操縱、可視化駕駛、精確定位與作業(yè)、故障診斷與監(jiān)控、節(jié)能與環(huán)保等方面，有了長足的進(jìn)步。設(shè)計(jì)人員開發(fā)出了許多新結(jié)構(gòu)和新產(chǎn)品。ZL50型裝載機(jī)作為主導(dǎo)產(chǎn)品，經(jīng)過多年的發(fā)展，質(zhì)量水平得到不斷提高，已經(jīng)形成獨(dú)立的產(chǎn)品系列和行業(yè)門類。近年來，國內(nèi)外裝載機(jī)的發(fā)展趨向于采用新結(jié)構(gòu)新技術(shù)，并向機(jī)電一體化、電子化方向發(fā)展。
然而，我國裝載機(jī)在設(shè)計(jì)上存在很多問題，主要集中在可靠性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等方面。而變速箱對于裝載機(jī)來說又是重中之重，所以變速箱的設(shè)計(jì)好壞直接影響到裝載機(jī)的使用壽命以及工作效率。雖然現(xiàn)在市場上的裝載機(jī)已經(jīng)日趨成熟，但對其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，尤其是對裝載機(jī)的變速箱進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，仍有非常重要的意義。
ZL50裝載機(jī)所采用的是行星式動力換擋變速箱：
首先，星行變速箱的主要優(yōu)點(diǎn)是，可通過在行星排中設(shè)計(jì)多個行星輪，使載荷由幾對齒共同傳遞，減輕了每對齒上的載荷，以便選用較小的模數(shù)，從而減小齒輪體積，因此行星變速箱在徑向方向尺寸較緊湊。但軸向尺寸則與所采用的行星排數(shù)目有關(guān)，當(dāng)行星排數(shù)較多時，則軸向尺寸較大。另外還可實(shí)現(xiàn)輸入與輸出軸同心轉(zhuǎn)動。
其中簡單行星排是由太陽輪、齒圈、行星架和行星輪組成。由于行星輪軸向旋轉(zhuǎn)與外界連接困難，故在行星排中只有太陽輪、齒圈和行星架三個元件能與外界相連，并稱為基本元件。在行星排傳遞運(yùn)動過程中，行星輪只起到傳遞運(yùn)動的惰輪作用，與傳動比無直接關(guān)系。其中三個基本元件的傳遞中僅有兩個是獨(dú)立參數(shù)，這表示行星排具有兩個自由度。當(dāng)以某種方式固定某一個元件后，行星排變成了一自由度系統(tǒng)，即可由轉(zhuǎn)速方程式確定另外兩元件的轉(zhuǎn)速比。這樣，通過將行星排三個基本元件分別作為固定件、主動件或從動件，則可組成六種方案。
由于zl50裝載機(jī)采用雙渦輪變矩器和機(jī)械自動變速裝置相結(jié)合，可以得到較大的變矩系數(shù)，且高效率范圍寬，其作用相當(dāng)于變矩器加上一個二檔自動變速箱（隨外負(fù)荷變化，不需人操縱，自動換擋）。因此他后面的行星變速箱檔位數(shù)可以減少，ZL50型裝載機(jī)的行星變速箱，有兩個行星排組成，只有兩個前進(jìn)擋和一個倒檔。輸入軸和輸入齒輪做成一體，與二級渦輪輸出齒輪常嚙合，二檔輸入軸與二檔制動器摩擦片連成一體。前后行星排的太陽輪、行星輪、齒圈的齒數(shù)相同。兩行星排的太陽輪制成一體，通過花鍵與輸入軸、二檔輸入軸相連。前行星排齒圈與后行星排星架、二檔離合器受壓盤三者通過花鍵連成一體。前行星排行星架和后行星排齒圈分別設(shè)有倒檔、一檔制動器摩擦片。
變速箱后部是一個分動箱，輸出齒輪用螺栓和二檔油缸、二檔離合器受壓盤連成一體，同變速箱輸出齒輪組成常嚙齒輪副，后者用花鍵和前橋輸出軸連接。后橋輸出軸前端用滑動軸承支撐在前橋輸出軸后面中心孔內(nèi)；后端則以滾動軸承支撐在殼體上。前、后橋離合套用花鍵和前、后橋輸出軸相連，并可由撥叉波動，當(dāng)離合套移向前面時，前后輪同時驅(qū)動；當(dāng)離合套移向后面時，則只有前橋驅(qū)動。離合套通過拉桿、撥叉來操縱，并有鎖定機(jī)構(gòu)。
相比液力機(jī)械傳動系統(tǒng)的裝載機(jī)不能拖啟動；當(dāng)柴油機(jī)熄火后，便不能轉(zhuǎn)向；不能利用柴油機(jī)進(jìn)行排氣制動。ZL50裝載機(jī)的傳動系統(tǒng)中設(shè)有“三合一”機(jī)構(gòu)，可以解決這些問題。
此構(gòu)件由以下零件組成，空轉(zhuǎn)齒輪通過一個滾動軸承支撐在閉鎖離合器被動鼓軸上，滑動嚙合套與閉鎖離合器被動鼓周通過花鍵連接。中間傳動軸，其上固定著齒輪1，此齒輪與另一齒輪2嚙合，齒輪3通過滾珠軸承和自由輪支撐在中間傳動軸上。齒輪3與油泵齒輪相嚙合，而油泵齒輪變矩器泵輪齒圈相嚙合。
當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動后，發(fā)動機(jī)由被動變?yōu)橹鲃樱催^來通過這條傳動路線來驅(qū)動車輪。由于自由輪只能單向傳動，反向傳動時，它自動把動力切斷，這樣，防止有可能發(fā)動機(jī)通過兩條傳動路線來驅(qū)動車輪，發(fā)生干涉，使“三合一”機(jī)構(gòu)受損。三合一機(jī)構(gòu)存有一個缺點(diǎn)，當(dāng)發(fā)動機(jī)突然熄火時，要想利用發(fā)動機(jī)制動和保持動力轉(zhuǎn)向，需將嚙合套迅速連接上，但往往難于結(jié)合上。
基于上述內(nèi)容，此設(shè)計(jì)主要是改進(jìn)變速箱，設(shè)計(jì)過程：變速箱行星機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，行星變速箱傳動方案簡圖設(shè)計(jì)，齒輪傳動部分設(shè)計(jì)，換擋制動器和閉鎖離合器設(shè)計(jì)，行星變速箱結(jié)構(gòu)分析。跟緊裝載機(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，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。
二、本課題的目的（重點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題）
輪式裝載機(jī)總體設(shè)計(jì)，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)學(xué)習(xí)的一個重要的環(huán)節(jié)。通過設(shè)計(jì)提高我們對機(jī)構(gòu)的分析能力，機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)的能力，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，掌握實(shí)踐生產(chǎn)過程自動化的設(shè)計(jì)方法，并鍛煉機(jī)械類學(xué)生的綜合素質(zhì)。通過設(shè)計(jì)，我們將有關(guān)課程（如機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，理論力學(xué)，材料力學(xué)，液壓與氣壓傳動，工程材料，材料成型，自動控制理論，電氣控制，測試技術(shù)，數(shù)控技術(shù)，微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用等）中所獲得的理論知識在實(shí)際中綜合地加以運(yùn)用，并使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。
關(guān)鍵問題：了解裝載機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和結(jié)構(gòu)類型，確定裝載機(jī)總體參數(shù)、總體布置；分析行星機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)，其中包括運(yùn)動分析、力矩分析、功率分析；分析行星齒輪變速箱，其包括行星變速箱組成、自由度和檔位數(shù)分析，行星變速箱轉(zhuǎn)速分析，行星變速箱力矩分析；設(shè)計(jì)行星變速箱傳動方案簡圖；設(shè)計(jì)齒輪傳動部分，包括基本參數(shù)的確定、配齒計(jì)算、齒輪的幾何計(jì)算；分析行星變速箱結(jié)構(gòu)，包括行星變速箱中不轉(zhuǎn)動部分的支撐和定位、旋轉(zhuǎn)零件的支撐和定位。編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書，并正確繪制機(jī)械與液壓工程圖紙，獨(dú)立撰寫一分畢業(yè)論文，并繪制有關(guān)圖表。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
（1） 設(shè)計(jì)任務(wù)：
① 裝載機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和結(jié)構(gòu)類別
② 裝載機(jī)總體參數(shù)的確定
③ 裝載機(jī)的總體布置
④ 裝載機(jī)變速箱傳動特性分析
（2） 裝載機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)和計(jì)算
① 變速箱結(jié)構(gòu)形式的選擇
② 變速箱行星排運(yùn)動和受力分析
③ 行星變速箱傳動方案簡圖設(shè)計(jì)
通過對資料的調(diào)查、收集、加工與整理，綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識與技能，分析解決變速箱設(shè)計(jì)中的問題。并且經(jīng)過實(shí)習(xí)，了解變速箱的實(shí)際工作狀況，在對變速箱設(shè)計(jì)過程中有所幫助外，還能使自己的設(shè)計(jì)更加接近實(shí)際。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.29-2013.4.11 熟悉整理資料
2013.4.12-2013.4.25 方案選擇及總體設(shè)計(jì)
2013.4.26-2013.5.9 繪制總圖
2013.5.10-2013.5.23 變速箱傳統(tǒng)系統(tǒng)分析
2013.5.24-2013.6.13 行星排設(shè)計(jì)及受力分析計(jì)算
2013.6.14-2013.6.22 繪制零件圖紙
2013.6.23-2013.6.27 準(zhǔn)備論文及答辯
五、主要參考文獻(xiàn)
[1]吳永平等.工程機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007.
[2]楊占敏 輪式裝載機(jī) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社,2007.
[3]吳慶鳴 何小新 工程機(jī)械設(shè)計(jì) 武漢 武漢大學(xué)出版社 2006.
[4]楊國平 現(xiàn)代工程機(jī)械技術(shù) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006.
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[6]張光裕 工程機(jī)械底盤構(gòu)造與設(shè)計(jì) 1986
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[8]吉林工業(yè)大學(xué)編. 輪式裝載機(jī)設(shè)計(jì) 北京 中國建筑工業(yè)出版社，1989.
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[10]諸文農(nóng)編. 底盤設(shè)計(jì)（上、下） 北京 機(jī)械工業(yè)出版社.
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[17]黃宗益、薛瑞祺、閻以誦編著 工程機(jī)械CAD 上海 同濟(jì)大學(xué)出版設(shè)，1990.
[18] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版）北京 機(jī)械工業(yè)出版社，2010.
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導(dǎo)師課題、社會實(shí)踐、自選、其他
課題類別：工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文。