电控定轴变速箱（4D355）机械及典型工艺规程设计
摘 要
本文共分为四个部分，第一章对定变速器的主要组成以及各部分的功能，目前国内市场上现有的
变速器情况进行了简要分析与调查，第二章主要对变速器的主要零件进行了设计与校核，包括齿轮的校
核，轴的校核，以及对离合器内摩擦片的选用与校核。第三部分对典型件箱体工艺、离合器包外齿圈加
工、齿轮工艺做了一定的分析与探讨，列举了齿圈的加工工序过程。最后对轴承的选用及密封做了简要
的概述。
关键词：变速箱；摩擦片；齿轮；轴承
前 言
为了把自己所学的专业课理论知识更好的应用于实际，更好的使理论与实际相联系，
根据所学专业，我本次设计的课题是：六吨装载机用电控定轴式电控定轴式变速箱（4D355）
机械及典型工艺规程研究设计
在工程机械领域中，方便变速操作、防止变速错误的电控定轴式电控定轴式自动变速
箱，将会在工程机械和重载车辆上得到广泛应用。它的可靠性高，操作方便已得到广泛的
认可。
在进行了全面而深入的毕业实习后，在殷琳，张元越指导老师的带领下进行的。根据
在徐州工程机械科技股份有限公司实际的观察和老师的讲解，我们了解了国内外同类产品
水平与发展趋势，该型号变速箱所采用的新原理、新结构、新工艺，掌握了变速箱的传动
原理、空间布置的方法，以及主要零件加工工艺和装配方法，工艺装备后，确立了设计方
案。
本设计共分为三个阶段。第一阶段为企业现场调研；第二部分为机械传动过程以及箱
体的设计；第三阶段为说明书攒写。
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1 变速器简介
1.1国内自动变速箱发展情况：
目前我国国内生产的工程机械变速器，它的换档操纵系统基本上是机械或机液控制，
这种操作方式结构复杂，操作费力，换档品质较差。而国外生产的工程机械变速器，它的
换档操纵系统已是电一液控制，该操纵方式在整车上布置灵活，驾驶员操作简便，操档品
质高，且很容易实现车辆的自动控制。
动力换挡变速器一般为平行轴(定轴)结构，由液压控制的多片式摩擦离合器能在带负
荷状态下接合和脱开，即实现在不切断动力情况下换挡。所有传动齿轮均由滚动轴承支承，
齿轮与齿轮之间为常啮合传动。三挡结构的变速箱有个多片湿式摩擦离合器。动力换挡接
合时，相应挡位的离合器摩擦片被受轴向作用的油压所推动的活塞压紧，实现该挡位的动
力接合;换挡脱开时，该部位离合器摩擦片在复位弹簧的作用下使活塞返回，该挡位动力
脱开。
由于液力变矩器和动力换档变速器使工程机械具有一定的自适应性能、换挡轻便平
稳、加速性能较好等优点，生产成本又比较适中，可以有效提高工程机械的作业效率和使
用经济性，减小发热量，已为国内大多数工程机械生产厂家接受并采用。
鉴于动力换挡变速器的许多优点，20 世纪80 年代以来我国先后引进了日本TCM 叉车
的变速器和德国ZF 公司电一液控制定轴式尺寸变速器等先进技术，使我国这一行业水平
有了较大的提高。目前，动力换档变速器已在许多工程机械品种如装载机、推土机、平地
机、压路机等上得到普及和应用。作为国内相关生产企业而言，提高动力换挡变速器制造
和应用水平的关键是必须加快行业间联合兼并步伐，引进世界一流技术，早日在我国建成
具有世界一流技术水平和竞争能力的专业化企业集团。只有这样才能在我国实现动力换挡
变速器产品的专业化、系列化与通用化，为我国工程机械提供具有世界一流技术水平和价
格适中的产品，使产品具有旺盛的生命力。
1．2 定轴式较行星式变速器优缺点
机械传动部分一般采用齿轮传动，有两种形式：定轴式和行星式。
（一）定轴式的特点：
(1)设计简单、制造方便、加工和精度要求较低、造价较低。
(2)零件形状简单，零部件通用性较好。
(3)易实现变轴距(上下轴降)，变挡位数，变速比，其适应性强。
(4)结构易掌握理解，维修方便。
(5)齿轮模数大，变速器横向尺寸大，结构不紧凑。
(6)往往经很多对齿轮传动，传动效率较低。
(7)换挡结合元件受尺寸限制，转矩容量和热容量往往较小。
(8)由于结合元件都是旋转离合器，液压油进入必须经过旋转密封，易漏油，另外旋
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转液压缸存在离心压力，影响结合元件正常工作和接合时的油压控制。
（二）行星式的特点：
(1)由于转矩分散在多个行星轮上，故模数较小
(2)结构紧凑，重量较轻。
(3)传动效率较高。
应该说这两种型号变速器各有特色，都可以采用，实际上有不少厂家既生产定轴式变
速器又生产行星式变速器，例如小松和川崎。生产哪种产品与各厂的传统有关，例如阿里
森专生产行星式速器，DANA公司专生产定轴式变速器。
行星式特点是同轴传动，适用于同轴布置，单向输出机械；行星式结构紧凑，单位体
积功率密度大，适用于大功率机械和要求布置紧凑的机械和车辆。
定轴式适用于需降轴和前后都要动力输出的机械(例如装载机)，它较易实现变挡位
数，变速比，以及较容易布置各种附属装置，有利于同一型号定轴式变速器应用于各种不
同的机械上。
1.3 变速箱的总体结构与组成
1.3.1机械传动部分
采用齿轮传动，定轴式，采用液压动力，通过摩擦结合（离合器和制动器)分离和接
合来进行换挡，实现全部挡位动力换挡。各传动元件间通过渐开线或矩形花键联接传递动
力。
1.3.2液压换挡操纵
采用液压动力操纵，有以下两部分:
(1)换挡操纵控制，有3种方式，人工液压操纵、人工电液操纵和微机控制自动换挡，
目前已从人工液压操纵发展到电液操纵，并正在向自动换挡方向发展。
(2)换挡品质控制换挡品质是指变速器换挡过程的性能好坏、冲击度的大小换挡是否
平稳等。动力换挡变速器液压系统中都设有调压阀(或称平稳结合阀)目前国内个别动力换
挡变速器中还没有。调压阀有两种形式:液压式调压阀和电控式调压阀。
1.3.3总体结构的合理布置
(1)为了增加档位数，定轴式变速箱采用串联组成。变速箱换档时，结合元件转换过
多不太好。
(2)为降低离合器的空转损失，在串联成多自由度的变速箱时，将换向的变速组放在
前面；
(3)为保证较高的传动效率，前进档的啮合齿轮对数一般不超过4对，后退档的啮合齿
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轮对数一般不超过5对。ZF WG120／WG150／WG1／WG200动力换档变速箱为了增加档
位数而增加啮合的齿轮对数，是以降低某些档位的传动效率为代价的，并对齿轮的加工精
度和装配精度提出更高的要求；
(4)为使变速箱结构紧凑，一般是两个离合器布置在一根轴上；
(5)齿轮模数、离合器摩擦片规格(不大于两种)、轴承规格等应尽量少。
(6)变速组之间常采用的连接方式有：单轴串联：前一个变速组的一个输出元件(轴或
齿轮)作为后—个变速组的输人元件。如TCM变速箱。多轴串联：前一个变速组的两个(或
两个以上)输出元件(轴或齿轮)作为后一个变速组的输人元件。如小松动力换档变速箱带
轴对轴连接离合器的多轴串联：前后变速组有轴通过离合器连接的多轴串联。如川崎85Z
Ⅲ动力换档变速箱液压控制。
目 录
前言...................................................... 1
1 变速器的简介............................................. 2
1.1国内变速箱的市场........................................2
1.2定轴式变速箱特点........................................2
1.3变速箱总体结构..........................................3
1.3.1机械传动部...........................................3
1.3.2液压换档操纵.........................................3
1.3.3 总体结构的合理布置...................................3
2 机械设计部分............................................... 5
2.1 传动齿轮的选取与校核.....................................5
2.1.1 传动比的分配..........................................5
2.1.2 变位齿轮的计算与设计..................................6
2.1.3 对齿轮的校核.........................................12
2.1.4 对离合器包齿轮的校核.................................18
2.2 轴的设计与校核..........................................21
2.2.1 轴的计算.............................................22
2.2.2 对于输入齿轮轴的校核.................................22
2.2.3 对第一个齿轮包轴的校核...............................24
2.2.4 对输出轴的校核.......................................27
2.3 摩擦离合器的计算........................................29
2.3.1 液压湿式摩擦离合器的原理与分析.......................29
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2.3.2 对轴二、三上离合器包摩擦片的设计与校核...............30
2.3.3 对离合器包K3的计算与校核.............................32
2.3.4 对轴三、四上离合器包摩擦片的设计与校核...............33
3 典型工艺的加工与探讨...................................... 34
3.1 变速箱箱体的加工工艺....................................34
3.1.1 孔的加工.............................................34
3.1.2 箱体面及总体加工工艺.................................34
3.2 离合器齿环加工工艺要求..................................35
3.2.1 主要技术要...........................................35
3.2.2 离合器包齿圈工序卡片.................................36
3.2.3 变速箱齿轮机加工.....................................37
3.3 变速箱齿轮加工..........................................39
4 轴承的选择与安装.......................................... 41
4.1 轴承的选择...............................................41
4.2 轴承的安装...............................................41
5 变速器密封材料的选择...................................... 42
总结....................................................... 43
致谢....................................................... 44
参考文献................................................... 45
附录....................................................... 46
附录1 ......................................................46
附录2 ......................................................57
参考文献
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