HKD-5噸灑水車變速器設(shè)計-含操縱機構(gòu)【含CAD圖紙】

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河 南 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 題目 HKD-5噸灑水車變速器設(shè)計 姓 名 信雪輝 院 系 車輛與交通工程學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 指導(dǎo)教師 彭巧勵 2019年5月31日 車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 HKD-5噸灑水車變速器設(shè)計 摘 要 變速器是汽車至關(guān)重要的一個部分，它可以改變動力輸出裝置輸送到驅(qū)動輪上的扭矩和速度。它能夠為多樣化的行駛條件，多樣化的路況，提供多種大小的力。同時可以使發(fā)動機處在最合適的作業(yè)狀態(tài)，使得輸出裝置輸出的動力利用率更高。變速器可以使得汽車倒退和停止。一些專用車輛可以從變速器里面取力，比如此次設(shè)計的灑水車就需要從變速器里邊取得動力。 變速器有機械式手動變速器和機械式無級變速器兩種，如果變速器擋位多其動力性和經(jīng)濟性得到保證，擋位少其操縱方便，本次設(shè)計的任務(wù)是5噸灑水車變速器總成，首先作了傳動機構(gòu)的方案分析，決定采用，5+1擋中間軸式變速器，又做了倒擋布置方案的分析。在網(wǎng)上查閱了變速器設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，計算出了一擋傳動比的范圍，最后把各檔傳動比定了下來。根據(jù)汽車的形式選用了遠距離操縱機構(gòu)以及鎖環(huán)式同步器換擋。此次設(shè)計的變速器各項指標（最高車速、等等）都幾乎滿足。最后對變速器一擋工作時的齒輪和常嚙合齒輪以及軸的強度做了校核，都滿足強度要求，變速器其他零件以及整體尺寸也都達到要求。 關(guān)鍵詞：變速器，傳動比，灑水車，設(shè)計 DESIGN OF HKD-5 TON SPRINKLER TRANSMISSION ABSTRACT Transmission is a vital part of the car, it can change the torque and speed that the power output device conveys to the driving wheel. It can provide different forces for different driving conditions, different road conditions. At the same time, it can make the engine in the best working state and make rational use of the power of the engine. The transmission can reverse and stop the car. Some special vehicles can draw power from the transmission, for example, the designed sprinkler needs to get power from the transmission. Mechanical transmission is one of the most common transmissions. Its structure is relatively simple, the main part is composed of four shafts and gears. Four shafts are: the first axis, the second axis, the middle axis, the inverted shaft. It is through the meshing of gears with different tooth numbers to achieve the purpose of speed change. My design task is to design the transmission assembly of 5 ton sprinkler. Before the design, I reviewed the automobile design and automobile structure about the transmission, and made a further understanding of the transmission. After that, I made an in-depth analysis of the transmission, and I knew the structure of each part. The related contents of transmission design are consulted on the Internet, the range of first gear transmission ratio is calculated, and finally the transmission ratio of each gear is fixed. In addition, the arrangement scheme and shift form of transmission mechanism are determined, and 51 gear intermediate shaft transmission and synchronizer shift are adopted. According to the form of the car, the remote control mechanism is selected. This time The transmission indicators (maximum speed, maximum climbing slope, etc.) are almost met. Finally, the strength of the gear, common meshing gear and shaft of the first gear of the transmission is checked, which meets the strength requirements, and the other parts of the transmission and the overall size also meet the requirements. KEY WORDs: transmission, transmission ratio, sprinkler, design V 目 錄 前 言 1 第一章 變速器傳動機構(gòu)布置 3 §1.1傳動機構(gòu)布置方案分析 3 §1.2零部件結(jié)構(gòu)方案分析 7 第二章 變速器主要參數(shù)的選擇 9 §2.1各檔傳動比的分配 9 §2.2中心距A 10 §2.3齒輪參數(shù)的選擇 10 §2.4各擋齒輪齒數(shù)的分配 12 第三章 變速器的設(shè)計與計算 16 §3.1齒輪的計算與校核 16 §3.2軸的計算與校核 20 §3.3軸承的校核與計算 23 §3.4鍵的校核計算 23 第四章 同步器的設(shè)計 25 §4.1同步器主要尺寸的確定 25 §4.2主要參數(shù)的確定 26 第五章 變速器操縱機構(gòu)設(shè)計 27 第六章 結(jié) 論 28 參考文獻 29 致 謝 31 前 言 變速箱從字面意思來理解，那就是能改變速比的箱體，從而影響著汽車的行駛速度。我們經(jīng)常叫它變速器。要使變速器正常工作，要滿足最基本的兩點：第一點就是需要把發(fā)動機的動力傳遞出來，即傳動的裝置；第二點就是改變速比，即變速的裝置。變速器的原理不是很復(fù)雜，箱體內(nèi)包含許多對齒輪，不同的擋位工作時，不同的齒輪接觸嚙合。齒輪一旦做好它的齒的數(shù)目是不會發(fā)生變化的,被裝進箱體內(nèi)它的速比也是固定不變的。應(yīng)用變速器的地方特別多，用在不同的地方，會起到不同的作用，但是他們都是利用了變速器能使速度發(fā)生變化的特點。以汽車上的為例，用于汽車上的變速器主要通過不同齒輪的嚙合，獲得不同大小的動力，獲得不一樣的行駛速度，適應(yīng)各種不同的行駛工況（起步、加速、行駛及克服各種道路阻礙）。我們常見的變速器有手動的、自動的、無級的。 汽車的傳動系統(tǒng)中每一部分都不能缺少，也包括在內(nèi)不可或缺，變速器的質(zhì)量也在一定程度上決定了汽車的好壞。他的目的：1）變速器它是經(jīng)過里面的幾組齒輪機構(gòu)，得到大小不一樣的動力，使汽車不一樣的行駛速度，適應(yīng)各種不同的行駛工況（起步、加速、行駛及克服各種道路阻礙）。2)變速器倒擋軸上裝有惰性齒輪，在不改變其他條件下，也就是輸入軸的旋轉(zhuǎn)方向，汽車能夠?qū)崿F(xiàn)倒退的目標。3）可以把整個汽車的動力切斷，汽車在起步之前，要讓變速器處在空擋的位置，否則可能熄火。4）實現(xiàn)空檔，當駕駛員雙腳離開離合器的時候，此時掛入空擋，發(fā)動機的動力無法送到整車。此時汽車處于停止狀態(tài)，也就是司機短暫的離開車，沒必要熄火。5）汽車在下大坡時或連續(xù)下坡時，如果僅靠剎車系統(tǒng)不斷剎車的話，車的剎車片磨損極快，此時可以掛上一擋或者二擋，通過發(fā)動機的力使汽車行駛的慢些，提高車的壽命。 對變速器提出以下幾點要求: (1)保證汽車所必須的基本性能。 (2)設(shè)置空檔，用來中斷動力的傳遞路線。 (3)設(shè)置倒擋，汽車能倒退。 (4)設(shè)置動力輸出裝置。 (5)換擋迅速、省力、方便。 (6)工作可靠。不跳擋、不亂擋。 (7)變速器應(yīng)用高的工作效率。 (8)變速器的工作噪聲低。 除了上面幾點要求外，變速器還不能做得很大，質(zhì)量也要輕，造著簡單、價格也要便宜、維修方便、工作可靠。即符合三好（好修、好造、好用）等要求。變速器里面的零件也要盡量符合“三化”。（標準化、系列化、通用化） 滿足汽車必要的動力性和經(jīng)濟性指標，這與變速器的擋數(shù)、傳動比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。 在原有變速傳動機構(gòu)基礎(chǔ)上，再附加一個副箱體，這就在結(jié)構(gòu)變化不大的基礎(chǔ)上，達到增加變速器擋數(shù)的目的。近年來，變速器操縱機構(gòu)有向自動操作方向發(fā)展的趨勢。 2 第1章 變速器傳動機構(gòu)布置 機械式變速器因具有好制造、好維修、好使用和工作可靠等優(yōu)點，因此是許多不同類型汽車的首選目標。 §1.1 傳動機構(gòu)布置方案分析 1、 固定軸式變速器 1.兩軸式變速器 兩軸式變速器它也屬于固定軸式變速器。從它的叫法和所屬類別我們不難理解，它是固定軸式變速器，又是兩軸式變速器，所以主體部分由兩根固定的軸構(gòu)成。中間軸式變速器與兩軸式變速器相比，多了一根中間軸，它的主體部分就是三根固定的軸組成。少了一根軸，需要的零部件就少了許多，使得構(gòu)造簡單了不少。除此之外，因為只有兩根軸，它的動力傳遞只能通過一對齒輪來進行，所以效率高。參與工作的齒輪少，噪聲也降低了。兩軸式變速器它的第一軸的動力直接來源于離合器，它不能夠設(shè)置直接檔。在汽車前進時掛入最高擋，所有的齒輪均會受到力的作用，降低了變速器的壽命，同時參與工作的齒輪過多，噪聲也比較大。兩軸式變速器它經(jīng)過一對齒輪的傳遞，軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生了變化，輸入軸和輸出軸旋轉(zhuǎn)方向剛好相反。 兩軸式變速器它多種傳動方案的布置，下面介紹一下幾種常見的兩軸式變速器傳動布置方案。圖1-1所畫出的變速器，它是用在前置前驅(qū)的汽車上的。它典型的特點是：變速器輸出軸與主減速器齒輪一體化。主減速器采用何種齒輪，這還發(fā)動機如何放置有關(guān)。除此之外，還有帶有協(xié)助支撐的方案，這樣減少了軸的撓度和變形，減少齒輪的損耗，延長齒輪的使用壽命和降低工作噪聲。還有的方案是倒擋齒輪始終嚙合，有的方案是所有擋位均采用同步器換擋。所有擋位都用同步器換擋的話，需要考慮一個問題，一擋輸入軸上的齒輪它的尺寸比其他前進擋位都小，別的擋位可以裝在輸入軸的后端，但是一擋有點困難。在五擋變速器的基礎(chǔ)上，可以把五擋代替了，相當于它不存在，就改成了四擋變速器，可以形成一個新產(chǎn)品。 圖1-1兩軸式變速器傳動方案 2.中間軸式變速器 中間軸式變速器相對于兩軸式變速器來說，在軸的數(shù)目上，多了一根中間軸，當然需要的軸承也必然多了兩個；在結(jié)構(gòu)上，用的零部件多了，構(gòu)造也復(fù)雜了，制造也相對復(fù)雜。兩種變速器使用的條件也不一樣，前者多用于前置后驅(qū)的貨車上，后者多用于前置前驅(qū)的汽車上。 中間軸式變速器傳動方案的布置也有很多種。無論怎么布置，它有一點是不變的，輸入動力的軸它的后端與常嚙合主動齒做成一體化。這樣做有什么好處呢？與常嚙合主動齒輪接觸后，直接得到的是直接擋。使用直接擋時，動力傳動是略過中間軸，直接從輸出軸傳給傳動軸，再傳給整車驅(qū)動的輪子。此時由于幾乎所有的齒輪除了常嚙合主動齒輪都不參與工作，所以效率極高，可達到90%以上。直接擋在行駛過程中是用的比較多的擋位，齒輪的損耗，軸承的損耗都降低了，產(chǎn)生的噪聲低，延長了變速器的壽命。汽車工作時，除了直接擋，其他擋位工作時，動力傳遞路線必須要經(jīng)過常嚙合齒輪、中間軸、輸出軸。受中心距大小的限制，一擋要想獲得大的轉(zhuǎn)矩，需要大的傳動比。無論擋位的高低，傳動方案都可以采用常接觸咬合齒輪傳動，換擋都可以用同步器或嚙合套換擋。另外，同步器或嚙合套大多都裝在第二軸上。 中間軸式變速器有一個缺點就是，汽車前進時或者倒退時，它的動力傳遞必須經(jīng)過一對常嚙合齒輪然后在經(jīng)過另外一對齒輪將動力傳遞出去，這與兩軸式變速只經(jīng)過一對齒輪將動力傳遞出去相比，必然效率有所降低。 在相同擋數(shù)的變速器中，它的差異可以體現(xiàn)在多方面。它可以全是常嚙合齒輪，也可以部分用常嚙合齒輪。它可以用圓錐滾子軸承來支撐軸，也可以用滾動球軸承來支撐軸。它可以用同步器換擋，也可以用嚙合套換擋。可以把倒擋布置在左側(cè)，也可以把倒擋布置在右側(cè)。 圖2-2 中間軸式五擋變速器傳動方案 上圖展示了四種常見的中間軸式五擋變速器的傳動方案，下面一一介紹各種方案的特點，各有什么不同，有什么優(yōu)缺點。首先a方案，與其他方案不同的是一擋倒擋的齒輪形式。而方案b、c是齒輪形式是一樣的，倒擋布置順序有差異。方案d比較特殊，它把倒擋和超速擋單獨放置在副箱體內(nèi)。這樣布置體現(xiàn)出來許多優(yōu)點：（1）提高軸的剛性。（2）減少齒輪的損耗。（3）降低噪聲。（4）不需要超速檔，可以把它代替了，又可以形成一個4+1擋的新產(chǎn)品。 以上各方案中，對于中間軸式變速器，其換擋方式比較隨意，可以選用同步器換擋，也可以用嚙合套，兩種方式均可以到達目的。在同一變速器中可以存在多種不同的換擋方式，有的齒輪用同步器，有的齒輪用嚙合套。那么一定會遵循這樣一個規(guī)律：高擋位采用同步器，低擋位采用嚙合套。這樣才能達到目的。 本次畢業(yè)設(shè)計我設(shè)計的是4X2(后雙胎）的5噸灑水車的變速器，通過對以上方案的比較，我最終決定采用“5+1擋”中間軸式變速器。 2、 倒擋布置方案 在汽車正常工作的時候，倒擋很少使用，用的時候也是汽車停在原地不動的時候。很多汽車的變速器中的倒擋直接采用直齒的能夠橫向移動的齒輪。在無法改變其他條件情況下，為了汽車使汽車能倒退，比較簡單的方法就是在倒擋傳動路線上加上一個惰性齒輪，改變輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向，從而實現(xiàn)汽車的倒退。 圖1-3倒擋布置方案 上圖顯示的是幾種常見的倒擋布置方案，各有優(yōu)缺點，下面一個一個來分析。圖a很常見的倒擋布置方案，沒有什么明顯的特點。圖b中間軸長度變小了，使得軸的變形減小，保證齒輪很好地嚙合。但是倒擋參與的工作的齒輪比較多，使得倒擋變得不簡單。圖c它的特點是倒擋提供的扭矩比較大，但是它的換擋程序太亂，不太合理。對于上面這個缺點，需要進行改動，于是有了圖d這種方案。圖e這種方案可是比較特殊的，它有兩個齒輪做成了一體（一擋、倒擋），使得齒寬增加。方案g也是許多貨車常用的倒擋布置方案，但是它所需要的撥叉軸數(shù)目增加，這增加了箱體的麻煩程度。 變速器隨著擋位的變低，它能夠提供的轉(zhuǎn)矩越大，根據(jù)力與反作用力，參與工作的齒輪受到的力越大，其中一擋、倒擋是受力最大的。這會使得軸發(fā)生變形，破壞了齒輪咬合的最佳條件，最后使得齒輪壽命變短和噪聲增加。為了改善上邊的不利情況，在布置一擋、倒擋齒輪時盡量靠近軸承處，然后在按照一定的順序再去布置其他的齒輪（從高到低、或者從低到高都可以）。這樣使得變速器的壽命增長，裝配也變得簡單。無論是一擋工作時，還是倒擋工作時，齒輪受力都比較大。但是每次起步都需要一擋，用的次數(shù)比較多，為了延長變速器的壽命，可以將一擋更靠近軸承，倒擋放在一擋前面，僅次于一擋。倒擋軸無論處在中間軸的左邊還是右邊，均能實現(xiàn)倒擋的目標，不同的地方是，駕駛員掛擋時，掛擋方向變了。為了避免在汽車行駛中誤掛入倒擋，需要設(shè)置裝置來提醒駕駛員。常見的就是加一個彈簧，只有克服力才能掛入倒擋。 §1.2零部件結(jié)構(gòu)方案分析 1、 齒輪形式 變速器用的齒輪分兩種：直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪。 斜齒圓柱齒輪優(yōu)點：齒輪損耗少，嚙合時接觸面積大，工作值得信賴等；它的缺點:加工出來比較困難，工作時因齒面是斜的對軸有橫向力的作用，對軸承壽命有影響。變速器除了一擋、倒擋均采用斜齒圓柱齒輪。直齒圓柱齒輪僅適用于抵擋和倒擋。本次設(shè)計一擋和倒擋采用直齒圓柱齒輪，其他擋位均采用斜齒圓柱齒輪。 二、換擋機構(gòu)形式 變速器常用的三種換擋機構(gòu)形式：直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器。 直齒滑動齒輪換擋缺點：兩齒輪面之間相互摩擦，損壞齒面，還有沖擊力，產(chǎn)生噪聲。不僅使齒輪不斷損耗，壽命減少，同時使司機有不好的感覺，又影響了乘客的乘車體驗，換擋行程也很長。優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，好造，好拆，好修，并且使得變速器選轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量減小，但是一般只用在一擋、倒擋上，其他地方幾乎不用。 嚙合套換擋：換擋行程短，由于接合齒數(shù)較多，分擔(dān)下來，每個齒輪受到的換擋沖擊載荷就小，并且輪齒不參與換擋，所以他們壽命更長一些。目前用嚙合套換擋的地方也很少，多用在重型貨車上。 與以上兩種換擋機形方式相比，使用同步器換擋具有以上兩種換擋方式所沒有的優(yōu)點，能保證換擋快、“安靜”換擋，對駕駛員的操作要求也沒那么嚴格，從而提高了汽車的安全性和駕駛員的舒適度。雖然它與直齒滑動齒輪、嚙合套相比較，有著比較多的缺點，但可以忽略。目前同步器換擋還是最受歡迎的換擋方式。 2、 變速器軸承的選擇 變速器采用何種類型的軸承受許多因素的影響，最常見的受結(jié)構(gòu)限制和載荷特點的影響。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)和所受載荷的特點，在根據(jù)各種軸承的特點，受力情況，來選擇合適的軸承。 軸承的選擇常受到殼體結(jié)構(gòu)的限制，在布置上常常是個難題。軸承外圈有擋圈的球軸常常用在第一軸的軸端用來承受軸向力并且將軸向力傳遞給殼體。圓柱滾子軸承有承擔(dān)徑向力的能力所以可以安裝在每根軸的前部，而每根軸的末端則可以安裝球軸承來與之配合，但要注意的是球軸承外圈必須裝有擋圈這樣才可以起到承受軸向力的作用。圓錐滾子軸承也是一種在變速器內(nèi)常見的軸承，它的缺點是裝配完成之后需要調(diào)整預(yù)緊力加大裝配難度以及滾子磨損之后后會使軸發(fā)生偏移影響到齒輪間的正常嚙合。 平時常用在變速器軸末端的軸承主要有球軸承和圓柱滾子軸承這類在直徑系列里屬于中系列的軸承。軸承的直徑需要隨著變速器兩軸間距離而定，一般情況下箱體尺寸確定之后，箱體上的軸承孔中心的間隔不能少于6~20毫米。 如果變速器內(nèi)的各檔齒輪組與各軸之間不是固定的連接在一起，即兩者存在可以相對運動的部分，這時我們就需要使用滾針軸承和滑動軸套與之配合。利用滾針軸承可以有效的減小軸與齒輪間配合轉(zhuǎn)動是產(chǎn)生的滾動摩檫力從而降低動力損失提高工作效率，并且減小了軸與齒輪間的徑向空隙提高了定位的準確度，使運轉(zhuǎn)更加流暢。相比于滾針軸承來說滑動軸套的缺陷尤為明顯，配合間隙大導(dǎo)致磨損加快，磨損之后又會影響到齒輪定位的準確性和運轉(zhuǎn)時的平穩(wěn)性，產(chǎn)生很大的噪音。它的優(yōu)點就是價格便宜，材料易得，工藝流程簡單。 變速器各零件之間布置的緊密、整體尺寸不大的特點，根據(jù)箱體的大小，如果軸承尺寸選的大，常常不好布置，且影響箱體的壁厚，影響箱體的強度。第一軸經(jīng)過軸承支撐在離合器飛輪內(nèi)墻里面，軸承用來承受徑向力，它可以把力傳給箱體，讓箱體來接受這個力。本次設(shè)計我選用角接觸球軸承。 31 第二章 變速器主要參數(shù)的選擇 §2.1各檔傳動比的分配 參考同類車型確定了該車發(fā)動機的相關(guān)參數(shù)：發(fā)動機型號：WP3Q130E50 最大功率：96/3000 最大扭矩:350/1400-1800 車輪：7.5-R16 計算主減速器傳動比： (2-1) 式中：n為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速，=0.4025m，km/h 代入數(shù)據(jù)得=5.06 滿足最大爬坡度： （2-2） 式中：最大總質(zhì)量m=7500kg，重力加速度g為10m/，為發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩=350，為道路最大阻力系數(shù)=0.31，=0.9 代入數(shù)據(jù)得5.11 滿足附著條件： (2-3) 式中：，， 代入數(shù)據(jù)得 參考同類車型初定一擋傳動比=5.63 其他擋位傳動比的分配要遵循一定的規(guī)律，即兩個相鄰擋位之間的比值幾乎接近一個定值。 則。 §2.2 中心距A 對于中間軸式變速器，它的中心距是一個最重要的參考數(shù)據(jù)。它基本已經(jīng)決定了變速器的大小。根據(jù)機械設(shè)計中齒輪接觸強度的計算公式可以看出，當中心距確定的時候，改變齒輪的其他參數(shù)，接觸強度是不會發(fā)生變化的，這也說明中心距影響著齒輪的接觸強度。在定中心距的時候要綜合考慮這些因素。 對于中間軸式變速器初定中心距式，可以根據(jù)下面的公式計算 A=K （2-4） 式中，A為中心距（mm），K，本設(shè)計K取9.3；（N.m）；，取96％。 代入數(shù)據(jù)A=118.7mm，取A=119mm §2.3齒輪參數(shù)的選擇 一、模數(shù) 要想取得合適的模數(shù)需要考慮問題全面，首先可以根據(jù)那些含有模數(shù)的計算公式考慮，比較常見的就是彎曲強度、接觸強度計算公式。還要考慮到模數(shù)對其性能的影響，我選取這個模數(shù)是否能夠加工出來，如果能夠加工出來，它的加工過程是不是很復(fù)雜，等等一些問題都需要考慮。 在變速器已經(jīng)確定的情況下，可根據(jù)知道，齒輪的模數(shù)與齒數(shù)成反比例關(guān)系，齒數(shù)增加，降低了噪聲也增加了齒寬。模數(shù)的選擇是矛盾的，從工藝方面說起，當然是全部選用相同的模數(shù)，這樣容易加工，降低加工成本；從強度方面說起，應(yīng)該選用不同的模數(shù)，齒輪的模數(shù)對彎曲疲勞強度有很大影響，不同擋位對彎曲疲勞強度要求不一樣。 表2－1 汽車變速器齒輪的法向模數(shù) 車型 微型轎車 中型轎車 中型貨車 重型汽車 2.25-2.75 2.75-3 3.50-4.5 4.50-6 由于設(shè)計的是5噸灑水車，所以取=3，m=3.5mm。 二、壓力角α 齒輪壓力角選取時，不宜過大，不宜過小，要合適。壓力角如果選取的不合適，它將影響著齒輪的重合度、齒輪的強度、傳動的平穩(wěn)性。壓力角取大點有很多優(yōu)點，但是不是越大越好。有的齒輪它的性能隨著壓力角的變化，它是類似一個拋物線，當壓力角到達一個數(shù)值時，性能不但不增加，還下降。選取一個壓力角不可能同時滿足所有條件，對于不同的車，側(cè)重點不同。乘用車側(cè)重乘車的舒適性，要噪聲低，可以選用小的壓力角；而對于商用車側(cè)重于動力性，要選用大點的壓力角。 實際上為了滿足國家標準和設(shè)計要求，在這次設(shè)計中我選定了壓力角為20°。 三、螺旋角β的選擇 螺旋角為斜齒輪的一個重要參數(shù)，它影響著齒輪嚙合時接觸面積、齒輪的性能。選取一些大點的螺旋角，它能提高某些性能，改善一些不良裝況。齒輪的接觸強度隨著螺旋角的變大成上升趨勢，而齒輪的抗彎強度隨著螺旋角的變化類似拋物線，先增加到一定程度，然后開始下降，但不會降到0。貨車變速器β選取范圍一般是18°-26°，綜合考慮抗彎強度和接觸強度等因素，我最終決定選取β=24°。 四、齒寬b 在選擇齒寬時，要考慮多方面因素對它的影響。齒輪的寬度會影響著兩根軸的長度，齒輪做的寬必定導(dǎo)致質(zhì)量的增加，齒輪做的寬，嚙合時接觸面積大，工作平穩(wěn)。 的確定通常根據(jù)大小來確定： 直齒b= 為齒寬系數(shù)，取為4.5-8.0 斜齒b= =6.0-8.5 綜合考慮之后，本設(shè)計中間軸三擋齒輪、中間軸四擋齒輪、中間軸五擋齒輪齒寬取19mm，中間軸二檔齒輪、中間軸一擋齒輪、中間軸倒擋齒輪齒寬取24mm。 五、齒輪變位系數(shù)的選擇原則 對于有些齒輪的變位是很有必要的。變位齒輪主要分為和。零傳動分為兩種情況：（1），即標準齒輪傳動，（2），即等距離變位傳動或高度變位傳動。角度變位：正傳動和負傳動由于嚙合角發(fā)生了變化。 的確定是設(shè)計中必須斟酌的條件，直接影響到齒輪的傳動性能。變位系數(shù)與許多因素有關(guān)，受許多條件的限制。 （1）選擇變位系數(shù)必須滿足的基本要求——限制條件 1）保證不發(fā)生根切。變位系數(shù)應(yīng)該滿足要求。 2）保證齒頂不變尖。正變位時會導(dǎo)致齒頂變尖，一般要求齒頂圓齒厚（0.25-0.4）m。 3）保證必要的重合度。 4）保證不發(fā)生過度曲線干涉現(xiàn)象。 （2）變位系數(shù)選擇方法 選擇變位系數(shù)的方法有很多種，計算法、線圖法、表格法以及封閉圖法等。在我國，封閉圖法用的較為多些，用的時候，需要綜合考慮多方面因素，選取出比較合適的。 在中間軸式變速器中，有許多對齒輪，但是許多對齒輪裝在兩根固定的軸上，如何保證中心距為定值，還能保證良好的嚙合條件？有的齒輪可以進行變位，對于斜齒輪傳動，可以改變螺旋角。 §2.4各擋齒輪齒數(shù)的分配 可根據(jù)前邊所選的A、m、β等參數(shù)，以及汽車的擋數(shù)5+1擋、每個擋位的和變速器的形式來計算分配各擋齒數(shù)。值得注意的是，參與工作的一對齒輪的齒數(shù)盡可能沒有公約數(shù)，使得齒輪工作時，磨損均勻。 前面方案中已經(jīng)確定好各擋位用何種齒輪傳動，下面是齒輪的參數(shù)，斜齒輪=3mm，直齒輪m=3.5mm，螺旋角β=24°。 1.確定一擋齒輪的齒數(shù) 一擋傳動比 （2-5） 如果知道了Z,Z的齒數(shù)，則可以求出Z與Z的傳動比。 一擋為直齒輪， Z==69 對于貨車而言，Z取15-17之間，本設(shè)計Z取17，Z=Z-Z=52。 對中心距進行修正： A= m×Z/2=120.75mm 取A=121mm 確定常嚙合齒輪的齒數(shù) =1.841 常嚙合齒輪的中心距和一擋傳動齒輪的中心距相等，即 （2-6） 代入數(shù)據(jù)得到，=25，Z=48 反算中心距：A==119.8mm，與121mm相差不大； 實際傳動比：i==5.87與5.63相差不大，符合要求。 2.確定二擋齒輪的齒數(shù) 二擋為斜齒輪 =×3.66=1.906 ，β=15° 校核螺旋角， 1.662與1.834相差不大，β可取 由上述兩個公式求得， 反算中心距：A==119.57mm與121mm相差不大。 實際傳動比3.56與3.66相差不大，符合要求。 3.確定三擋齒輪的齒數(shù) =×2.37=1.234 ，β=17° 校核螺旋角 1.456與1.468相差不大 綜合以上兩個公式得， 反算中心距：A==120.78mm與121mm相差不大。 實際傳動比2.31與2.37相差不大，符合要求。 4.確定四擋齒輪的齒數(shù) =×1.54=0.802 ，β=20° 校核螺旋角 1.233與1.185相差不大 綜合上述兩個式子得， 反算中心距：A==121.3mm與121mm相差不大； 實際傳動比1.63與1.54相差不大，符合要求。 5.確定倒擋齒輪的齒數(shù) 倒擋齒輪的模數(shù)一般和一擋一樣，齒輪形式也一樣，惰性齒輪齒數(shù)可以取21、22、23都可以，根據(jù)實際情況選取。本設(shè)計Z取23，可以取中間軸上的倒擋齒輪齒數(shù)Z=16，經(jīng)過計算可算出Z=47。 為了保證倒擋可以正常工作，中間軸倒擋齒輪和輸出軸倒擋齒輪的最外側(cè)之間留一段距離，但是距離不能過小，影響倒擋正常工作，距離也不能過大，會影響變速的整體尺寸；2A-D-D=12mm,所以不會產(chǎn)生運動干涉。 表2-2變速器齒輪參數(shù)表 齒輪 齒輪模數(shù) 壓力角 螺旋角 齒數(shù) Z 3 20 24 25 Z 3 20 24 48 Z 3 20 20 35 Z 3 20 20 41 Z 3 20 17 42 Z 3 20 17 35 Z 3 20 15 50 Z 3 20 15 27 Z 3.5 20 52 Z 3.5 20 17 Z 3.5 20 47 Z 3.5 20 16 Z 3.5 20 23 第三章 變速器的設(shè)計與計算 §3.1齒輪的計算與校核 需要進行校核的齒輪有和。當變速器掛入一擋前進時，此時齒輪承受的扭矩最大，因此當一擋齒輪滿足強度要求時，其他擋位的齒輪肯定也同樣滿足要求。只要汽車的變速器工作，那么常嚙合齒輪必定參與工作，因此對該對齒輪進行強度校核是很必要的。 1、 齒輪的計算校核公式 1. 直齒彎曲應(yīng)力： (3-1) 符號 意義 單位 符號 意義 單位 F 圓周力 N y 齒形系數(shù) T 計算載荷 N.mm K 齒寬系數(shù) K 應(yīng)力集中系數(shù) Z 齒輪齒數(shù) K 摩擦力影響系數(shù) m 齒輪模數(shù) mm b 齒寬 mm 斜齒彎曲應(yīng)力： (3-2) 符號 意義 單位 符號 意義 單位 F 圓周力 N y 齒形系數(shù) T 計算載荷 N.mm K 齒寬系數(shù) K 應(yīng)力集中系數(shù) Z 齒輪齒數(shù) K 摩擦力影響系數(shù) m 齒輪模數(shù) mm b 齒寬 mm K 重合度系數(shù) 2.齒面的接觸應(yīng)力： (3-3) 符號 意義 單位 F 齒面上法向力 N E 材料彈性模量 MPa b 齒輪接觸的實際長度 mm 主動齒輪節(jié)點處曲率半徑 mm 從動齒輪節(jié)點處曲率半徑 mm 圖3-1齒形系數(shù)圖 2、 校核第二軸一擋齒輪 1.彎曲應(yīng)力： 式中， =1.65 =0.9 kC=8.0 y=0.152 z=52 m=3.5 ==346825.8Nm 代入數(shù)據(jù)得：=258.8MPa 抗彎曲疲勞強度在400-850MPa，滿足強度要求。 2.接觸應(yīng)力： F1==5868.2N，F(xiàn)==6558.3N，b=19mm =7.78， 代入數(shù)據(jù)得：=1320.6MPa 一擋和倒擋滲碳齒輪的接觸強度1900-2000MPa，所以符合強度要求。 3、 校核中間軸一擋齒輪 1.彎曲應(yīng)力： 其中， =1.65 =1.1 kC=8 y=0.138 z=17 m=3.5 ==346825.8Nm 代入數(shù)據(jù)得，=785.02MPa 許用彎曲應(yīng)力在400-850MPa之間，符合強度要求。 2.接觸應(yīng)力： F1==13856.6N，F(xiàn)==15750.1N，b=24mm =7.78， 代入數(shù)據(jù)得：=1950.2MPa 一擋和倒擋滲碳齒輪的接觸強度1900-2000MPa，所以符合強度要求。 四、校核第一軸常嚙合齒輪： 1.彎曲應(yīng)力： 其中：T=T=35000Nmm，=1.65 , y=0.17 , =2 , kC=6.2 , ,=24°, z=25 。 代入數(shù)據(jù)得：=130.9MPa 對于貨車，當最大轉(zhuǎn)矩全部作用在變速器第一軸上時，抗彎曲疲勞強度在100-250MPa之間，符合強度要求。 2.接觸應(yīng)力： T=，， b=24mm ， 代入數(shù)據(jù)得：=1005.6MPa 當載荷取最大載荷的一半時，變速器常嚙合齒輪滲碳齒輪的接觸強度為1300-1400MPa，符合強度要求。 5、 校核中間軸常嚙合齒輪 1.彎曲應(yīng)力： 其中，T=T=35000Nmm，=1.65 , y=0.17 , =2 , kC=6.2 , ,=24°, z=48 。 代入數(shù)據(jù)得，=78.9MPa 對于貨車，當最大轉(zhuǎn)矩全部作用在變速器第一軸上時，抗彎曲疲勞強度在100-250MPa之間，符合強度要求。 2.接觸應(yīng)力： ，N ， N, ， 代入數(shù)據(jù)得：=786.3MPa 當載荷取最大載荷的一半時，變速器常嚙合齒輪滲碳齒輪的接觸強度為1300-1400MPa，符合強度要求。 §3.2軸的計算與校核 汽車一擋工作時，驅(qū)動輪可以獲得最大的扭矩，當然此時變速器中的軸受到的載荷也是最大的。因此可以不用校核其他擋位工作時軸的強度，一擋達標了，其他擋位工作時，同樣滿足強度要求。 1、 中間軸的受力分析 圖3-2中間軸受力分析 1. =1557.3 (N) (N) (N) 2. () （N） （N） 2、 X-Z面受力分析 圖3-3 x-z面受力分析 1. 代入數(shù)據(jù)得： (N) 2. 代入數(shù)據(jù)得： 4275.2（N） 3、 X-Y面受力分析： 圖3-4 x-y面受力分析 1. 代入數(shù)據(jù)得：4353.8（N） 2. 代入數(shù)據(jù)得： 9342.8 （N） 4、 作力矩圖 1.X-Z面 2.X-Y面 3.合成 圖3-5 力矩圖 5、 校核計算 ； ； 軸的材料和齒輪的材料相同，但是軸的性能和齒輪要求的性能不一樣，熱處理方式也不一樣，采用滲碳、淬火、回火處理。 =400MPa 符合強度要求，其他擋位工作時也符合要求。 §3.3軸承的校核與計算 已知軸承：徑向基本額定動載荷=29.5kN 徑向基本額定靜載荷=18.0kN (N) (N) , ,查表得：e=0.23 ，所以 ， 取 沖擊載荷系數(shù) , , 代入數(shù)據(jù)得： (h) 汽車起步是要用一擋，但是正常行駛之后，很少使用一擋，按1%驗算，： 所以滿足要求。 §3.4鍵的校核計算 平鍵主要分為三種：圓頭普通平鍵、平頭普通平鍵、單頭普通平鍵，本次設(shè)計均采用圓頭普通平鍵，由于鍵用在軸的中間，便于加工。接下來以中間軸四擋用的鍵為例，校核一下鍵的強度。 普通平鍵連接的強度條件為： 式中： T代表傳遞的轉(zhuǎn)矩，； 代表鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。，，； 長度，，平鍵，這里的為，；為鍵的寬度，； 代表軸的直徑，； —三者中最小的的許用擠壓應(yīng)力，此處。 代入數(shù)據(jù)得，=68.15MPa 所以鍵的規(guī)格滿足強度要求。 第四章 同步器的設(shè)計 變速器以不同擋位工作時，輸出軸的轉(zhuǎn)速是不同的，輸出軸上的工作的齒輪的轉(zhuǎn)速也是不同的，這就牽扯變速器換擋過程中的一個“同步”問題。兩個轉(zhuǎn)速不一樣的齒輪輪齒強制接觸，兩個齒輪必定會“打架”，兩個齒輪兩敗俱傷，甚至直接打斷輪齒，產(chǎn)生巨大噪聲。之前老式的變速器，沒用同步器，換擋采用傳統(tǒng)的的方式。低速擋掛入高速擋時，踩下離合器在空擋位置停留片刻；高速擋掛入低速擋時，踩下離合器，踩腳油門，都是為了提高齒輪的轉(zhuǎn)速。但這些操作比較困難，很難把握精確的換擋時機，只有熟練的駕駛員才能做到。為了解決這些問題，人們設(shè)計出來了“同步器”，使用這個東西，可以在換擋過程中，使齒輪之間的轉(zhuǎn)速達到同步，幾乎無沖擊嚙合。 同步器分為三種：。常壓式同步器雖然能滿足要求，但是需要駕駛員有熟練的操作技術(shù)，所以現(xiàn)在被淘汰了?，F(xiàn)在最常用的是慣性同步器。 本次設(shè)計決定采用鎖環(huán)式同步器，接下來介紹一下鎖環(huán)式同步器的工作原理。 同步換擋分為兩個階段：第一個階段，通過各個機構(gòu)之間產(chǎn)生的摩擦力矩，使得鎖環(huán)轉(zhuǎn)動，然后有滑塊卡主，同步器像是被“鎖住”了。第二階段，里越來越大，兩者速度相差的越來越小，直至同步。此時，兩者之間幾乎無相對運動，力就消失了，接觸的面也分離，鎖止狀態(tài)被打開，換擋結(jié)束。 §4.1同步器主要尺寸的確定 表4-1鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定 接近尺寸b b要大于0，取0.2-0.3mm 分度尺寸a 四分之一接合齒齒距 滑塊轉(zhuǎn)動距離c E=d+2c，c≈R1t/4R2 滑動端隙 通常取=0.5mm左右 §4.2主要參數(shù)的確定 1. 摩擦因數(shù)f 一般同步器在工作時需要經(jīng)常接觸有角速度差的齒輪，所以如果想要其有足夠長的使用時間，需要利用比較不容易被磨損的材料。摩擦因數(shù)f不只會受到材料影響,還受其他方面的影響。 2. 同步環(huán)主要尺寸的確定 表4-2同步環(huán)主要尺寸 同步環(huán)錐面上的螺紋槽 6-12個泄油槽，3-4mm槽寬。 錐面半錐角α 一般去6°-8°，本設(shè)計取α=7°。 摩擦錐面平均半徑R 條件允許的化，R還是盡量取大點。 錐面工作長度b b=，p=1.0-1.5MPa 同步環(huán)徑向厚度 不宜取得很厚，但要有足夠的剛度。 3.鎖止角β 鎖止角正確的選取，能夠?qū)崿F(xiàn)兩部分之間無角速度差擋。已經(jīng)存在的鎖止角在26°-42°之間徘徊。 4.同步時間t 同步器工作時，同步時間越短越好，換擋效率高。對于不同的車型，同步時間要求也不同。下表是建議的同步器同步時間： 表4-3同步時間 低擋 高擋 乘用車 0.5s-0.8s 0.15-0.30s 貨車 1.00s-1.50s 0.30s-0.80s 5.轉(zhuǎn)動慣量的計算 第一步算出各部分的轉(zhuǎn)動慣量。之后轉(zhuǎn)換到各個擋位的同步零件上。如果想要得到已有的零件的慣量數(shù)值，我們可以使用扭擺測出；如果想得到欸有制成的零件的慣量數(shù)值，我們可以將其看作多個標準的幾何體，然后通過數(shù)學(xué)公式計算得出。 第五章 變速器操縱機構(gòu)設(shè)計 變速器設(shè)計好后，需要有操縱機構(gòu)來操作它，駕駛員可以通過操縱機構(gòu)來選檔，掛擋，實現(xiàn)汽車向前走，向后退，原地不動。 為了實現(xiàn)變速器的目的，保證駕駛的安全性，操縱機構(gòu)需要滿足下面的幾點要求： (1)操縱機構(gòu)設(shè)置有自鎖裝置。掛擋后保證嚙合部分全部嚙合，在其他條件影響下，不會自行脫擋，自行掛擋。 (2)操縱機構(gòu)設(shè)置有互鎖裝置。防止同時掛入兩個擋位，使得變速器卡死，損壞。 (3)操縱機構(gòu)設(shè)置有倒擋鎖裝置。防止汽車前進時掛入倒車擋，導(dǎo)致零件損壞。 在之前的老式汽車上，變速器是裝在駕駛員的正下方，或者距離駕駛員非常近，可以直接從變速箱面引出來一根換擋桿，放在距離駕駛員合適的距離，直接進行操作換擋，像這種就是直接操縱手動換擋。但是現(xiàn)在的汽車受結(jié)構(gòu)的影響，大多都不能直接將變速器放在駕駛員附近，一般距離駕駛員都比較遠，這時候不可能用換擋桿直接換擋。換擋桿距離變速器有一段距離，中間需要一些其他的傳動機構(gòu)將人的力傳到變速器里面進行換擋，像這種換擋方式就是遠距離操縱手動換擋。 一些平頭汽車和一些后置后驅(qū)的汽車，他們的變速器距離駕駛員比較遠，尤其是后置后驅(qū)，需要跨過整個車來布置換擋的傳動機構(gòu)。換擋的傳動裝置原理也比較簡單，其實就是利用而杠桿原理，可以傳遞力，可以改變力的傳遞方向，從而實現(xiàn)換擋、選檔。但是這套系統(tǒng)需要有足夠的剛度，本次設(shè)計選取的是軟軸。各個連接件之間緊湊，使得有換擋效果更接近現(xiàn)實，使得駕駛員有良好的體驗感。汽車行駛過程中始終會有振動，不管來自發(fā)動機還是路面，都不能影響到變速桿的支座，要保證良好的操縱條件。 第六章 結(jié)論 本次設(shè)計即將結(jié)束，回顧整個設(shè)計我做出了以下總結(jié)： 這次設(shè)計我設(shè)計的是五噸灑水車變速器的設(shè)計，變速器作為汽車傳動系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分，它影響著汽車的經(jīng)濟性、動力性，變速器設(shè)計的好壞也關(guān)系到灑水車的灑水效率和灑水成本。本次設(shè)計參考了同類車型，對變速器的每一部分該是什么樣的，做了大致了解。設(shè)計中，采用了中間軸式變速器，使得一擋有較大的傳動比。換擋形式采用了鎖環(huán)式同步器，使得駕駛員換擋簡單，不需要很熟練的技術(shù)。根據(jù)汽車的形式，我采取了遠距操縱手動換擋的操縱機構(gòu)。在對齒輪、軸、鍵的校核之后，都基本上滿足了強度要求。通過本次設(shè)計，對變速器有了更深一層的了解。不僅讓我重溫了之前的知識，更是讓我了解到設(shè)計的大致過程，學(xué)會了設(shè)計的方法。 在本次設(shè)計中，剛拿到課題不知所措，通過分析、看書，有了自己的思路，但是有些數(shù)據(jù)的確定還是缺乏方法和經(jīng)驗。首先就是發(fā)動機的選取，我們參考同類車型，它給出了許多發(fā)動機型號，不知道到底選哪個合適，我們經(jīng)過動力性等等一些分析，最終選出了比較合適的一個發(fā)動機。還有一些其他的問題，這都體現(xiàn)了對知識不能夠熟練掌握，專業(yè)課理解的不夠透徹，缺乏設(shè)計經(jīng)驗。這讓我認識到了以后無論對待學(xué)習(xí)還是工作，都要深入、透徹、全面。 這次設(shè)計讓我更清楚地知道自己的優(yōu)缺點，進一步地了解自我，不斷提升自己的能力。通過畢業(yè)設(shè)計，使得自己受益匪淺，是自己學(xué)到了設(shè)計的思路，設(shè)計的過程，學(xué)到了做什么事都要有一定的條理性，邏輯性。同時設(shè)計的過程也是一個嚴謹、科學(xué)的過程，讓我們認識到做事不能太隨便，一定要嚴謹。學(xué)到的東西都是在平時的課堂上學(xué)不到的。希望通過自己的努力，好好完成這次設(shè)計。 參考文獻 [1] 劉惟信主編. 汽車設(shè)計第1版. 北京： 清華大學(xué)出版社，2001年7月，158-194 [2] 王望予主編. 汽車設(shè)計第4版. 北京： 機械工業(yè)出版社，2004年8月，78-111 [3] 陳家瑞主編. 汽車構(gòu)造第2版. 北京： 機械工業(yè)出版社，2005年1月，40-91 [4] 高維山主編. 汽車設(shè)計叢書變速器. 北京： 人民交通出版社，1990年8月，6-224 [5] 余志生主編. 汽車理論第3版. 北京：機械工業(yè)出版社，2000年10月，5-42 [6] 張毅主編. 離合器及機械變速器. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2005年8月，128-265 [7] 濮良貴，紀名剛主編. 機械設(shè)計第7版. 北京： 高等教育出版社，2001年6月，62-419 [8] 劉鴻文主編. 簡明材料力學(xué). 北京： 高等教育出版社，1997年7月，54-128 [9] 吳宗澤主編. 機械設(shè)計使用手冊. 北京： 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CSME [J] 12 No. 2 ,1998，60-80 致 謝 畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，這意味著大學(xué)四年的生活也到此為止，以后的學(xué)生生涯也即將結(jié)束。畢業(yè)季，離別季，只能感嘆時間過得太快。馬上就要和同學(xué)和老師離別了，心中的悲傷油然而生。 首先要感謝我們的彭巧勵老師，論文是在她細心指導(dǎo)和嚴格要求下完成的。彭老師每周至少組織一次會議，來檢查學(xué)生的進度，督促學(xué)生完成任務(wù)，為學(xué)生解決難題，這無不體現(xiàn)著老師精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德。在大學(xué)四年的生活中，彭老師不僅僅指導(dǎo)我們的學(xué)習(xí)，在生活中給予我們極大的幫助，在思想上給我們關(guān)懷。無論是對待工作的態(tài)度，還是育人的方式，彭老師都給我們做足了榜樣。遇到這樣的老師，讓我受益匪淺，彭老師的精神將永遠激勵著我前進。在此我只想說：“彭老師，您辛苦了！感謝您！” 感謝15級的同學(xué)們，在學(xué)習(xí)和生活中，給了我很大的幫助，讓我的大學(xué)生活過得很豐富。一起經(jīng)歷大學(xué)四年，馬上即將離別，希望你們前途一片光明。 另外，感謝學(xué)校，感謝學(xué)院給我們做畢業(yè)設(shè)計的機會，在設(shè)計中學(xué)到了許多課堂上學(xué)不到的東西。這為我們以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)，為我們以后的設(shè)計提供了經(jīng)驗，培養(yǎng)了我們動手解決問題的能力。 再次感謝彭老師和全體老師，你們辛苦了，謝謝你們!