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ZL50轮式装载机传动系统设计[摘要]本次设计内容为ZL50装载机驱动桥设计，大致上分为主传动的设计，差速器的设计，半轴的设计，最终传动的设计四大部分。
其中主传动锥齿轮采用35°螺旋锥齿轮，这种类型的齿轮的基本参数和几何参数的计算是本次设计的重点所在。
将齿轮的几个基本参数，如齿数，模数，从动齿轮的分度圆直径等确定以后，用大量的公式可计算出齿轮的所有几何参数，进而进行齿轮的受力分析和强度校核。
了解了差速器，半轴和最终传动的结构和工作原理以后，结合设计要求，合理选择它们的形式及尺寸。
本次设计差速器齿轮选用直齿圆锥齿轮，半轴采用全浮式，最终传动采用单行星排减速式。
[关键词]ZL50 装载机驱动桥设计The design of ZL50 wheel loader driven bridgeAbstract: The design of ZL50 wheel loader driven bridge, which is mainly separated into four parts, main transmission device design, the differential mechanism design, axle shaft design, and the design of the final drive. The main transmission drive gear adopts 35°spiral bevel gear, the basic parameters and the geometric parameters of this type of gear is the key point of this design. After a few basic parameters of gear, such as number of teeth, modules and the sub-driven gear circle diameter was established, with a plenty of formula to calculate all the geometric parameters of gear, and then gear stress analysis and strength check. Know the structure and working principle of differential device, half-shaft the final drive, combining with the design requirements, a reasonable choice of their form and sizes. The differential device gear adopts straight bevel gears, axle shaft adopts full floating, and ultimately drive single row slowdown planets form.Keywords:ZL50 loader driver bridge目录前言 (1)1 主传动器设计 (3)1.1 螺旋锥齿轮的设计计算 (3)1.1.1 齿数的选择 (3)1.1.2 从动锥齿轮节圆直径d2的选择 (3)1.2 螺旋锥齿轮的强度校核 ................. 错误！未定义书签。
目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题学术意义及实用价值 (2)1.3本文的主要任务 (3)1.4本章小结 (3)第二章装载机工作装置简介 (4)2.1装载机工作装置的结构形式与特点 (4)2.1.1工作装置的总体结构与布置 (4)2.1.2 TZ08D型前装载机结构简况及设计参数 (4)2.2液压油缸设计计算 (6)2.2.1液压缸主要尺寸的计算 (6)2.2.2 液压缸性能参数的计算 (8)2.3工作装置连杆机构的结构形式与特点 (9)2.4装载机工作装置的基本概念 (9)2.5装载机工作装置的设计要求 (10)2. 5. 1 装载机典型作业工况及其描述 (10)2. 5. 2 工作装置的设计要求 (11)2.6本章小结 (12)第三章装载机工作装置三维模型的建立 (14)3.1三维实体几何模型的建立 (14)3.1.1 Pro/e软件特点 (15)3.1.2 Pro/e建模方法 (17)3.2装载机工作装置三维实体模型的创建 (19)3.2.1零件三维模型的建立 (19)3.2.2标准件的建立 (19)3.2.3工作装置装配模型的建立 (19)3.3本章小结 (20)III第四章工作装置动臂的强度校核 (21)4.1计算载荷工况 (21)4.2建立动臂强度分析力学模型（模型的简化） (22)4.2.1支座的简化 (22)4.2.2载荷的简化 (23)4.3动臂的校核 (23)4.3.1弯矩的计算 (23)4.3.2 弯矩图的绘制 (25)4.3.3 弯曲应力的计算 (25)4.4结论 (26)4.5本章小结 (26)结论 (27)参考文献 (29)第一章绪论1.1课题背景TZ08D型前装载机是山东省农业机械科学研究所现代农业装备工程技术公司设计的第四代小型装载机,是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。
摘要装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式机械。
它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。
装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。
这次设计采用先进的现代设计方法，对这种轮式装载机工作装置进行了总体设计到零部件设计。
主要包括轮式装载机工作装置的关键零部件，如铲斗、连杆机构以及转斗油缸、举升油缸等，并对重要零件进行了刚度、强度分析。
应用CAXA软件对轮式装载机工作装置整体进行设计。
关键词：装载机；机械化；工作装置AbstractLoader of soil belonging to the transport machinery，Through the installation of a front-end in a bucket full support structure and linkage, Random forward movement for loading or excavation, And the upgrading, transportation and unloading of self-propelled machinery. It widely used in highway, railway, construction, utilities, ports and mines, and other construction projects. Loader is operating speed, high efficiency, good mobility, the advantages of operating the Light, So as the construction of earth and stone in the construction of one of the main machine, speed up the construction speed and reduce labor intensity and improve quality, lower costs of the project has played an important role in the construction of a modern mechanized equipment indispensable one.The design of the modern use of advanced design methods, wheel loaders working on such a device design to design components. Wheel Loader work includes installation of critical components, such as the bucket, linkage and the fuel tank to the bucket, lifting the oil tanks, and carry out important parts of the stiffness, strength analysis. Application of CAXA software installed on the wheel loader work for the overall design and its use of this design three-dimensional display of expression.Keywords：Loader；Mechanization；Work-Equipment目录1绪论 (1)1.1 轮式装载机概述 (1)1.1.1 装载机简介 (1)1.1.2 装载机的主要技术性能参数 (1)1.1.3 装载机的用途 (3)1.1.4 装载机的分类 (3)1.2 装载机应用技术发展 (4)1.2.1 国外装载机发展现状 (4)1.2.2 国外装载机发展趋势 (5)1.2.3 国内装载机发展现状 (5)1.2.4 国内装载机发展趋势 (5)2 装载机工作装置总体设计 (6)2.1 工作装置的总体结构与布置 (6)2.2 工作装置连杆机构的结构形式与特点 (8)2.3 工作装置自由度的计算 (13)2.4 工作装置总体设计 (15)3 ZL50 装载机工作装置设计 (16)3.1 工作装置的设计要求 (16)3.1.1 工作装置工作性能 (16)3.1.2 对工作装置的要求 (16)3.2 铲斗设计 (16)3.2.1 铲斗的结构形式 (17)3.2.2 铲斗的分类 (19)3.2.3 铲斗断面形状和基本参数确定 (20)3.2.4 铲斗容量的计算 (23)3.3 工作装置连杆系统设计 (24)3.3.1 机构分析 (24)3.3.2 尺寸参数设计 (25)3.3.3 连杆系统运动分析 (31)3.4 工作装置静力学分析及强度校核 (35)3.4.1 静力学分析 (35)3.4.2 强度校核 (41)3.5 液压缸设计 (43)3.5.1 液压缸的类型和结构 (43)3.5.2 液压缸基本参数设计 (43)4 结论 (46)5 技术经济分析 (47)6 致谢 (48)参考文献 (49)附录A (50)附录B (57)1绪论1.1 轮式装载机概述1.1.1装载机简介装载机属于铲土运输类的机械，是一种通过安装在前端的一个完整的铲斗用来支撑结构和连杆，随着机器向前运动并进行装载或挖掘，以及提升、运输和卸载的自行式的履带或轮胎机械设备。
1 前言1.1装载机国内外发展现状自90年代以来，国内外工程机械进入了一个新的发展阶段，工程机械产品以信息技术为主导，在发动机燃料燃烧与电控、可视化驾驶、液压控制系统、自动操纵、精确定位与作业、故障诊断与监控、环保与节能等方面，进行了大量的研究，开发出许多新结构和新产品，提高了工程机械的高科技含量，促进了工程机械的发展。
我国装载机行业通过十几年的发展走出了一条自主发展的道路，并逐渐发展壮大，牢牢控制了国内90%以上的市场份额。
同时国产装载机产品以其出色的性价比优势，已经开始在国际市场上崭露头角，呈现出较好的发展势头。
与工程机械其他机种相比，轮式装载机的桥、箱、泵、阀及缸等零部件产品配套相对成熟，已经形成了比较完整的配套体系。
目前全国装载机生产企业达到130多家，其中专业生产企业有30多家，主要生产企业有柳工、厦工、龙工、临工、徐工、江苏常林、成工和山工等，这些厂家凭借长期生产装载机的经验、较强的实力和较好的售后服务赢得了较高的市场占有率。
柳、厦、龙、临2000年销量分别为2831台、2828台、2100台、1362台，2006年销量则分别为20180台、16731台、20023台、14273台，年销量增长幅度分别为7倍、6倍、9.5倍、10倍。
市场份额逐步走向集中，行业正向稳定的结构演进，行业少数优势企业占据市场主导权，并获取了主要利润。
国内6t以及6t以上的装载机是国内潜在市场最大的产品，1998年以前大多数生产厂家均开发了ZL60装载机，但由于受传动件的制约，ZL60装载机没能成功地推向市场。
在99年北京国际工程机械博览会上，各厂家推出了新的一代ZL60装载机，多数厂家选择柳州ZF合资生产的箱或桥，液压元件也有新配置，发动机可选用斯太尔或上柴6121（Cat3306），整机可靠性上得到很大提高，给国内大吨位装载机带来发展机遇。
目前国内装载机的发展趋势是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、中价位、经济实用型过渡。
特别是向高效、安全、节能、微电子技术、环保及变量全液压系统、双动力模式等方向发展的速度在加快。
产品品种向小型、大型，特别是大型及专用型、多用途方向发展。
产品性能正在向国际先进水平靠拢，产品已开始进入北美、欧盟等发达国家市场。
在制造技术方面正在向“精细化”方向发展。
同时，各主要主机制造企业及主要配套件企业都致力于发展更高技术水平的传动件、液压件、电气元件等主要基础件，我国装载机的发展已进入了一个新阶段。
从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。
而国外企业进一步加大入主我国装载机行业的力度.国际著名的大企业集团纷纷进入中国工程机械行业,以美国凯雷入主徐工集团.卡特彼勒入主山工为起点,掀起了工程机械行业新一轮的并购热潮.近期卡特彼勒又与国内装载机龙头企业如厦工.柳工等骨干生产企业进行了密切的接触,这些跨国企业主要以其雄厚的资金和技术实力逐步打开国内装载机市场.可以预见十一五头几年,我国工程机械行业的发展以装载机企业为代表,竞争结构将发生变化,对我国国产装载机行业的格局将产生重大的影响。
近4年多以来，世界主要装载机制造企业通过收购我国主要装载机企业,“属地化”管理方式基本上取得了成功。
在国内企业中，形成了以3家龙头企业即柳工、厦工、龙工三足鼎立之势，支撑起我国装载机行业的大局。
加上其它几个主要装载机企业，形成了内资装载机企业阵营。
从2005年到现在，国外企业通过并购、全资或控股等方式使卡特山工、沃尔沃临工、神钢成工等在中国也形成了三足鼎立之势，加上来势凶猛的韩国斗山、现代以及日本小松等，逐步形成了强大的外资装载机阵营。
目前外资企业的装载机在我国的市场占有率已超过25%，国内装载机企业从99%以上的市场占有率已经下降到了目前的75%以下。
今后我国装载机行业的市场竞争，主要表现在以柳工、厦工、龙工为首，加上徐工、常林，以及民营企业如福田雷沃重工、宇通重工、晋工等组成的我国内资装载机企业阵营与以卡特山工、沃尔沃临工、神钢成工等为首，加上韩国斗山、现代、以及日本小松等外资装载机企业阵营之间的竞争。
1.2 装载机发展趋势展望未来，轮式装载机今后发展的大趋势是：提高可操纵性，减轻工作人员的劳动强度，进而达到提高生产效率的目的；传动系统向静液压传动方向发展，提高工作机械、人体、环境系统的总体效能；利用电子对抗技术，消除或降低噪声，改变单一消声材料密封等限制噪声传播的消声方法；通过对电子计算机的使用，研发出计算机管理系统和司机辅助操作系统，广泛利用故障诊断系统进行安全保障；可以选择更加省油的发动机，通过改善尾气的排放，从而达到减少环境污染的目标；努力向灵敏可靠的传感元件和控制元件的机电一体化发展。
我国装载机具有很高的性价比，且产品也已基本成熟，加上我国在全球每年不断增加的建筑施工企业带产品出国等，因此装载机出口近几年翻番增长。
同时，近几年来，我国主要装载机制造企业在全世界主要装载机市场，逐步建立健全代理商网络和售后服务系统，使用户可放心使用我国装载机产品，有力地支撑了我国装载机国际市场。
在东南亚、南亚、中东、非洲等传统市场快速增长，而且在独联体及南美洲国家等市场增长更快。
我国装载机从2001年开始进入独联体国家市场，当年只有8台，到2008年就迅猛增长到6000台以上，增长了700倍以上。
我国装载机是从2003年以后才开始进入南美洲国家的。
2004年只有13台，可仅仅3年后的2008年迅速上升至2559台，增长了近200倍。
由此可见我国装载机在新兴国家市场发展之快。
可以预计，今后独联体及南美洲国家市场将有更大规模的增长。
目前我国主要装载机制造企业正在开拓欧盟、北美等发达国家市场，进展也非常迅速。
在当今这个飞速发展的现代化社会里，机械尤其是工程机械在很大范围内将会代替人力。
因此，工程机械的市场前景是比较乐观的，尤其是应用于装卸零散物料的轮式装载机的利用空间必将会更加广阔。
1.3装载机行走系统概况作为装载机行走系统的桥梁机构车桥对整个底盘结构起到至关重要的作用，摆动式驱动桥是装载机后桥技术发展的趋势，现有的摆动式驱动桥基本上是进口的，其特点是支承主传动总成的主动螺旋锥齿轮采用悬臂支撑；主动螺旋锥齿轮支承于同一件壳体，壳体是整体式；桥壳总成的桥壳与轮边支承轴采用螺栓连接的分体式装配结构。
由于现有结构的摆动式驱动桥设计结构复杂，造价成本高，因次造成摆动式驱动桥市场推广困难，服务维修不方便。
文献[1]中设计的装载机摆动式驱动桥正好解决了以上问题，其中设计的实用新型的解决方案是这样的:支承主传动总成的主动螺旋锥齿轮采用跨置支撑，其中摆动支撑轴承座支承一端，托架支撑支承另一端;支承主传动总成的壳体是由托架与摆动支撑轴承座采用分体装配式结构，用螺栓连接成一体;托架是与桥壳总成连接一起的。
设计优点是支承主传动总成的主动螺旋锥齿轮采用跨置式支撑，支承刚性好，可靠性高；桥壳总成的桥壳与轮边支撑轴承采用焊接方式，制造加工性好；产品零部件的维修服务方便，通用化程度高，造价成本低。
在文献[2]中涉及了工程机械的整个底盘构造，包括行走系统、转向系统、制动系统、传动系统等，并对各个系统包括从结构到必要强度计算都给出了一定参考方法，其中在行走系统方面不仅谈到主要结构包含车架、车桥、悬架、车轮等，而且还进行了传动轴的尺寸及结构强度计算。
而文献[3]是关于轮式装载机驱动桥铲装循环作业热分析，由于传动系统是工程机械的重要组成部分，其工作工程中产生的大量热必将会对系统的润滑和冷却产生影响，而且会对结构元件的工作强度产生影响，因此对传动轴结构和尺寸进行合理的设计才不会对整机的性能产生影响。
在文献[4]中提到了分体式装载机车架，这种结构采用销连接，特点是结构简单、便于维修而且能有效降低企业的生产成本。
因此本次设计采用用销铰接的车架。
文献[5]是关于装载机前车架的空间结构有限元模型，由于装载机前车架是整机强度、刚度设计的关键部件之一，其结构复杂、承载量大。
在保证计算方法精确、可靠的前提下，关键是建模问题。
文中不仅提供了前车架的结构设计方法，而且对如何进行建模提及了一些常见错误，以便自己在设计过程中避免出现类似错误，从而提高自己的设计效率。
文献[6]提到自动装载机，根据本文可以对装载机整机结构有个大致了解，这样便于自己在进行行走系统结构分析与设计时，能够合理进行装配。
而在文献[7]中涉及的是一般农业用搬运装载机传动装置，参考此文献可以对底盘传动结构尤其是对传动轴的结构有个大体了解，为自己设计传动轴提供了一个很好的参考。
现如今，很多装载机都采用液压式行走系统，其主要用于大功率、大负载的工作环境，而很多场所都需要小功率的装载机，比如说煤厂、沙场等，这些场所适用于小型装载机工作，因此，本次设计的只是关于小型装载机的行走系统，目的在于优化小型装载机的行走工作性能和工作寿命，所以，此次设计具有很广泛的意义。
对于本次设计，参用了三维实体建模，一方面能形象画出实体结构图，另一方面能够对各个零部件的装配位置及装配的正确性有个整体上的了解与把握。
总之，经过仔细阅读分析文献，对装载机地盘行走系统有了大体上的了解，这样为接下的结构设计打下了一个比较好的基础。
2 装载机行走系统结构设计2.1整体结构分析本次设计的是装载机行走系统设计，涉及部分传动系统部件，其中文献[8]中提到的行走系统主要包括车架、车桥、悬架、车胎。
以下分别介绍各个组成结构的作用及构成：（1）车架：车架是整台机械的基础，在它上面安装着所有的零部件，使机械成为一个整体。
车架支承着整个机械的大部分质量，在整个行驶或作业时，还将承受着更大的动载荷的作用。
在工作过程中为了保证车架上各机件的正确相对位置，车架要有足够的强度和刚度，同时质量要轻。
而车架分为整体式和铰接式，整体式车架是由两根纵梁与若干横梁用铆接或焊接而构成一个完整的框架，纵梁一般用钢板冲压而成，断面为槽形或箱形。
在载荷较重的地方可另加焊板或者加强筋以保证足够的刚度与强度安装有关零部件的支架都装在主车架上，从而形成一个结构复杂的构架。
而目前大多数轮式装载机和一些轮式推土机上采用铰接式车架，它由前后两段车架组成，两车架之间用铰接连接。
同时后车架上设有变速箱支架、变矩器支架与柴油机前后支架，一边安装变速箱、变矩器以及柴油机等总成。
它与后驱动桥的连接方式是铰接式，驱动桥与桥架用螺钉连接，而桥架则通过两个销轴与后车架上的横梁铰接，故驱动桥遇到不平道路时，可以随地形变化而随桥架一起摆动，从而减轻地形变化或遇障碍物时对车架和铰接销轴的冲击力，使装载机行驶或作业时的稳定性与平顺性较好。
