装载机变速箱设计

装载机变速箱设计农用装载机变速箱设计1.1 目的意义本设计的目的是农用，故要求档位要多，且速度要慢，而市场上的农用装 载机特别少，国外对装载机变速箱几乎处于垄断地位，国内装载机变速箱达不 到这个要求，且国内装载机变速箱生产厂商的技术还很不成熟，多为国外引进， 因此设计此变速箱。为了满足农业方面的需要，能适应更多的工作要求和环境， 设计了此变速箱。1.2 国内外技术的发展近年来，装载机变速箱得到了很大的发展，德国 ZF 公司有中心距 80、 95、 105、115、120、143、154mm七种变速器，适应输入扭矩为 130-1900Nm,档位 数从 3-17 个，有各种操纵方式的变速器适应不同要求的车辆。日本丰田汽车公 司的爱信精机公司有各种中心距的机型组合， 286 种变速器供用户选择。 而我国 众多的变速器生产企业尚没有形成本企业的变速器系列化产品。 德国 ZF 公司声 场的 9S1 09同步器型倍档 9档组合式变速器，主变速器有 5个前进档，副变速 器为行星齿轮系传动结构。当副变速器中的同步器接合套与固定外齿圈接合时， 行星齿轮内齿圈被固定而不能转动，则副变速器挂入抵档，此时将变速器分别 挂入 5 个不同档位可得到组合式变速器 5 个较大的传动比。美国伊顿公司生产 的 BT-11509C 双中间轴倍档 9 档组合式机械变速器，主副变速器接采用双中间 轴结构。主变速器有 5 个前进档，副变速器由 2 档齿轮传动，由于有两个传动 比数值很接近，故省掉一个传动比，组成 9 档变速器。变速器最大输入扭矩 1250Nm,总质量310kg，与发动机直接连接或独立安装，左卧式或右卧式。变 速器的操纵系统由旋转轴远距离操纵或直接操纵，双 XH 型换档排列，副变速 器由压缩空气自动换档，爬行档和倒档用啮合套换档，其他档用同步器换档。 美国伊顿公司富勒系列双副轴变速器结构特点 美国伊顿公司生产的 BT-11509C 双中间轴倍档 9 档组合式机械变速器，主副变速器皆采用双中间轴结构。主变 速器有 5个前进档。副变速器为 2档（高档和低档 ）齿轮传动，由于有 2个传动比 很接近，故省掉一个，组成 9 档变速器。双中间轴倍档组合式变速器具有如下 优点： (1) 由于一轴和二轴上各档齿轮同时与两根中间轴上对应的齿轮相啮合， 功率分流，从理论上讲，每对齿轮上传递的扭矩为 1/2，这就使每对齿轮传递的 扭矩减少 50% ，使变速器的中心距、齿轮模数和宽度可以减小，从而减小变速 器的质量和尺寸，特别是长度尺寸。 (2)由于二轴从动齿轮在轴上处于径向浮动 状态，两根中间轴的轴心线均匀分布在以二轴理论轴心为圆心、以中心距为半 径的圆柱面上，所以二轴上各档齿轮及一轴齿轮在与两根中间轴上的对应齿轮 相啮合产生的径向力达到平衡，即互相抵消。二轴不承受径向力，只传递扭矩， 这样二轴可以设计得细一些，结构可以简单一些，其后轴承可以选择较小的规 格，这也有助于减小 变速器的质量和尺寸。 (3)由于二轴齿轮的径向浮动和二轴 的铰接式浮动的结果，使得齿轮在啮合时能自动抵消一部分制造和装配误差， 啮合质量优于单中间轴。啮合区容易达到设计要求，实际使用情况也证实了这 点。这就有利于降低啮合噪声和提高耐用度。 (4)由于双中间轴倍档组合式变速 器可以明显地减小变速器的质量和轴向尺寸，利用这种优点，可提高变速器的 最大传递功率和扭矩，扩大使用范围。这是短轴距大功率重型汽车和特种车辆 最理想的变速器。RT-11509C型变速器最大输入扭矩 1500Nm,最大输入功率 265kW ，总长度 735mm，XXH 或 单 H 操纵，可左操纵亦可右操纵，总质量 270kg。国内变速器产品及时多来源于美国、德国、日本几个国家,引进技术多为 上世纪 80-90年代的产品。在国内漫长的引进消化过程中, 如今已有长足的进步, 能够在原有的技术引进技术上,通过改型自行开发符合配套要求的新产品,当 从当今变速器的法杖情况来看,在新产品开发上国内变速器仍然走的事实已般 型的开发过程们没有真正的核心技术产品。从国内重型汽车变速器市场容量来 看,有三分之一的产品来自进口,而另外三分之二的产品中有80%以上源自国外技术,国内自主开发 的重型汽车变速器产品销量很小,从而说明国内重型汽 车变速器厂家的自主开发能力仍然很薄弱,应对整车新车型配套产品的能力远 远不够。我国城市车辆将重点发展的 13.8m 客车上使用的变速器,目前只有 ZF 一家能向国内企业供应,就足以说明国内的重型车变速器企业仍然很渺小,在 技术方面仍然有很长的路要走。国内重型汽车变速器几乎由陕西法士特齿轮有限责任公司、綦江齿轮传动有限公司、山西大同齿轮集团有限责任公司、一汽 哈尔滨变速器厂等几大家包揽。这些企业生产的变速器产品针对的市场各有侧 重，像陕西法士特在 8t 以上重型车市场占有率达到 40%以上，并且在 15t 以上 重型车市场占有绝对的优势，拥有 85% 以上的市场份额；綦江齿轮传动有限公 司主要为安凯、西沃、亚星奔驰、桂林大宇及厦门金龙等企业的712m高档大、 中型客车以及总质量在1450t重型载货车、鞍式牵引车、自卸车及各种专用车、 特种车配套；山西大同齿轮集团配套市场主要在8 10t 级的低吨位重型载货车。由于重型装载机的装载质量大，使用条件复杂。欲保证重型汽车具有良好 的动力性、经济性和加速性，必须扩大变速器传动比的范围并增加档位数。为 避免变速器的结构过于复杂和便于系列化生产，多采用组合式机械变速器。即 以一二种 46档变速器为主体，通过更换系列齿轮副和配置不同的副变速器， 得到一组不同档位数、不同传动比范围的变速器系列。目前，组合式机械变速 器已成为重型汽车采用的主要型式。组合式机械变速器一般分为倍档（分段式 配档）组合式机械变速器和半档 （插入式配档 ）组合式机械变速器。现在的倍档组 合式机械变速器是在主变速器后部串联安装一个2档（高档和低档 ）副变速器，将主变速器的档位数增加 1 倍，所增加的档位传动比数值等于主变速器传动比和 副变速器传动比的乘积，而且齿轮对数少于档位数，因此箱体尺寸缩短，轴的 长度减短，刚度增大，所以增大了变速器的容量。例如在一个 5 档主变速器后 端，串联安装一个具有高、低 2档的副变速器，即可组成 10档（或 9档）倍档组 合式机械变速器。增加倍档组合式变速器最大输入扭矩和最低档传动比的技术 难点是副变速器低档齿轮的强度容量不足，超出齿轮轮齿的承载能力。解决的 办法是将由一个轮齿承受的载荷分流给几个轮齿来承担。这样一来，输入齿轮 扭矩不变，每个轮齿的负荷将等于同时接触齿数的平均数值。倍档组合式变速 器的副变速器功率分流方法有两种：一种是采用行星 齿轮系的传动方法，这种 结构非常紧凑，体积小而扭矩容量大，直到现在仍广泛应用；另一种功率分流 的方法是采用双中间轴传动结构。双中间轴传动最大工艺难点是保证主传动齿 轮能和所啮合的双中间轴齿轮的轮齿同时接触问题，解决的办法是用浮动主传 动齿轮的方法来消除齿轴对位的制造误差，确保轮齿 同时接触，达到功率分流 的目的。与此相适应的换档同步器也有一定的浮动量。半档组合式机械变速器是将副变速器传动比均匀地插入传动比间隔大的主变速器各档传动比之间，使 变速器的档位数增加 1 倍。半档副变速器串联在主变速器前部，它只有一对齿 轮副和换档同步器。早期的半档副变速器由单独的一个箱子组成，近 年来发展 成将半档齿轮副直接放到主变速器之内，既缩短变速器长度又简化半档结构。 半档副变速器由一对类似一轴常啮合齿轮副组成，齿圈套在动力输入轴上自由 转动，当动力输入轴上的齿圈与主变速器一轴结合时，各档传动比均由主变速 器一轴齿轮副组成。当齿圈与动力输入轴上的接合齿连接时，常啮合齿轮与主 变速器上的中间轴连接，因此主变速器中间轴也旋转，由此组成的各档传动比 均匀地插人主变速器各档传动比之间。型号为ZFAK/6 80+GV80 的半档组合式机械变速器，由 6 档 AS6-80 主变速器串联半档副变速器组成。最大输入扭 矩为750Nm，传动比范围0.839.0,倒档传动比为7.05/8.46。这种变速器曾在 欧洲广泛使用，如曼、依维柯、斯太尔、沃尔沃等。ZF公司开发的ECOSPLIT-16S 型 16 档组合式机械变速器，在 4 档主变速器前端加装一对半档齿轮副等机构， 再在后端串联行星齿轮传动副变速器。主变速器二轴一直伸入半档齿轮副的动 力输入轴孔内，主变速器一轴在中间轴上自由转动。变速器最大输入扭矩1600Nm,传动比范围为 1.0013.63或0.8511.46,倒档传动比为 9.41/11.06 或8.64/10.15,长度约950mm,总质量约300kg。半档组合式变速器在国外被广 泛应用，特别是在欧洲中型和中重型汽车大量采用这种变速器， 其中长途汽车 （包 括大客车 ）应用得更多些。 汽车发动机功率从 85200kW 的各种车辆多用半档副 变速器增加档位,因为半档组合式变速器的长度小于倍档组合式变速器,而且 它的结构简单、成本低、维修保养容易,深受用户青睐。国外中型和重型汽车 发动机功率在 200kW 下的基本上都采用半档组合变速器, 发动机功率在 200kW 以上的多采用倍档 （或倍档加 半档）组合式变速器。我国自动变速器主要有液力 自动变速器（AT）、电控机械式自动变速器 （AMT）、无级自动变速器（CVT）。其 技术关键是电子技术、电液控制和传感技术。我国目前的基础工业难以满足 AT 的高技术、高投资要求,加之与这些产 品匹配的发动机排量差异大，生产 AT难以系列化。对于 CVT，必须开发其 关键部件 液力变扭器, 它性能优良, 还可以与 AMT 组成新的液力机械传 动,是自动 变速器的 “灵魂 ”。我国目前的国情应以 AMT 为主方向,它性价比 高，价格是AT的1/41/3,人世之后它仍有竞争力；生产继承性好，改造资金 投入少；生产批量灵活，小批量、小得益，大批量、大得益；相对于各种车型， 其硬件 开发和软件研制在结构上、理论上是相通的，成果可推广到各类型汽车 上。随着国内装载机市场的发育成长，变速器产品型谱逐步细化，产品的针对 性越来越强，因此在保证现有变速器生产和改进的同时，要充分认识到加入 WTO 后良好的合作开发机遇， 取长补短， 同时更应认识到供方、 买方、替代者、 产品竞争者的巨大压力。要紧装载机行业向高档、高技术含量和智能化方向发 展的趋势，要紧跟客车低地板化、绿色环保化、城市公交大型化方向，开发和 生产具有自主知识产权、适合我国国情的重型车用变速器。