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本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 行星齒輪式動力換擋變速箱的設(shè)計 學(xué) 院 工業(yè)制造學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 學(xué) 號 年級 11 指導(dǎo)教師 職稱 講師 2015年4月11日  行星齒輪式動力換擋變速箱設(shè)計 專 業(yè)： 學(xué) 號： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 摘要：隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，機械工業(yè)也在不斷地發(fā)展著，各種設(shè)備都在不斷地發(fā)展，創(chuàng)新著。特別是在農(nóng)業(yè)方面，變速箱的應(yīng)用非常廣泛，在一些特定的工作場合，變速箱體積小，變速靈活，價格成本低廉很受歡迎，根據(jù)市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，變速箱必須滿足當今人們對汽車速度調(diào)節(jié)方面的靈活性操控等需求，能夠在不改變發(fā)動機的扭矩和轉(zhuǎn)速的情況下，改變變速箱的驅(qū)動力和行駛速度；在發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)方向不變的情況下，使變速箱前進或后退；在發(fā)動機不熄滅的情況下，可使變速箱長時間停車或進行固定作業(yè)。 目前市面上的變速箱大多都是采用傳統(tǒng)的變速結(jié)構(gòu)，在某些特定的區(qū)域，這種結(jié)構(gòu)形式的變速箱非常不受歡迎。由于以往的變速箱采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，這樣就造成傳動精度不好控制，保養(yǎng)維護費用較高;同時存在一定的安全隱患。因此，對整機的安全性要求較高，操作時也會給工作人員帶來強烈的震動，使得操作很不舒服。雖然傳通的變速箱傳動效率較高，變速效果較好，但是價格也較昂貴，對于一般的用戶難以接受。所以研究一種新式的行星齒輪式動力換擋變速箱勢在必行！ 變速箱作為機動車輛中的核心部件的一種，它工作時，發(fā)動機通過V帶傳動帶動變速箱轉(zhuǎn)動，從而間接地帶動了車輪的轉(zhuǎn)動，這樣車輛就可以行駛了。 本文介紹了行星齒輪式動力換擋變速箱的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計中所必須的理論計算和相關(guān)強度校驗，以及對其結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新設(shè)計，該變速箱的優(yōu)點是傳動鏈短、效率高、易加工、使用和維護都很方便，較適合在惡劣的環(huán)境下工作，最主要的是其傳動效率很高。 關(guān)鍵詞： 行星齒輪式動力換擋變速箱；扭矩；結(jié)構(gòu)；校驗 The design of planetary gear type power shift gear box Specialty： Student Number： Student： Supervisor： Abstract：With the development of national economy, machinery industry is also in constant development, all kinds of equipment are in constant development and innovation. Especially in agriculture, application of transmission is very extensive, in some specific occasions, gear box has the advantages of small volume, flexible speed, low cost is very popular, according to market research found that the transmission must satisfy the people to the automobile speed adjusting flexibility of the manipulation of the requirements, can not change the engine the torque and speed change gear box case, the driving force and speed in the same direction of rotation of the engine crankshaft; under the condition of the gearbox forward or backward; when the engine is not out of the case, can make the transmission to stop for a long time or fixed operation. Currently on the market most of the gearbox is used in traditional variable structure, in some specific area, the transmission of this kind of structure is not very popular. Since the transmission past the traditional forms of structure, thus causing the transmission accuracy control is not good, the maintenance cost is high; at the same time, there are some security risks. Therefore, the security requirements of the higher, the operation will give the staff to bring a strong shock, so that the operation is very uncomfortable. Although the transmission through the transmission efficiency is high, the transmission effect is good, but the price is more expensive, for the average user to accept. So the research of a new type planetary power Transmission as a core component in a motor vehicle, when it is working, the engine through the V belt drives the gear box to rotate, thereby indirectly driven by the rotation of the wheels, so that the vehicle. This paper introduces the theoretical calculation, structure design must be the planetary power shift gearbox working principle and main parts of the strength check and correlation, and the innovative design of the structure, the advantages of the gearbox is a short drive chain, high efficiency, easy to manufacture, use and maintenance are very convenient, more suitable for work in the bad environment, the most important is its high transmission efficiency Key words：planetary gear type power shift gear box;Crankshaft;Processing craft;Fixture; 目 錄 緒論 1 1. 課題的來源及研究的目的和意義 1 2. 本課題研究的主要內(nèi)容 5 3. 行星齒輪式動力換擋變速箱的總體方案設(shè)計 10 3.1 變速箱的結(jié)構(gòu)形式 12 3.1.1 變速箱內(nèi)部傳動系統(tǒng)的布局 12 3.2 行星機構(gòu)的類型選擇 12 3.2.1 行星機構(gòu)的類型及特點 12 3.2.2 確定行星齒輪傳動的類型 12 4. 行星齒輪式動力換擋變速箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計 14 4.1 變速箱內(nèi)部傳動系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu) 16 4.2 行星齒輪的計算 18 4.2.1 配齒計算 22 4.2.2 幾何尺寸計算 22 4.2.3 裝配條件驗算 26 4.3行星軸的設(shè)計計算 27 4.3.1 初算軸的最小直徑 28 4.3.2 輸入軸的設(shè)計 28 4.3.3 輸出軸的設(shè)計 29 4.4 單向離合器的工作原理及計算 29 5. 變速箱內(nèi)部主要傳動零件的強度校核 31 5.1 傳動軸的強度校核 32 5.2 傳動齒輪的強度校核 33 5.3 軸承強度的校核 36 6. 結(jié)論 37 參考文獻 38 致謝 39 I 緒論 1 課題的來源及研究的目的和意義 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。 機械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務(wù)。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務(wù)的機械、研制和提供家庭和個人生活中應(yīng)用的機械、研制和提供各種機械武箱。 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運動的工程力學(xué)和流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和計算的機械原理和機械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應(yīng)當前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設(shè)計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學(xué)科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學(xué)科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復(fù)機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、變速箱工程等都有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學(xué)科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務(wù)。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復(fù)雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學(xué)使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學(xué)與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學(xué)科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復(fù)循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學(xué)科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。 綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學(xué)、自然科學(xué)和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。 在全球經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境之下，我國各個行業(yè)在受到其他國家先進技術(shù)沖擊的同時，與國外品牌企業(yè)的溝通交流的機會也變的越來越多。變速箱行業(yè)通過行業(yè)展會、科研合作等多種途徑，不斷的提高了自身實力和核心競爭力，縮小與發(fā)達國家之間的差距。 在新的市場需求的驅(qū)動下，變速箱設(shè)備的更新和優(yōu)化升級更加迫切。國內(nèi)變速箱設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)充分挖掘市場潛力，大力發(fā)展大型環(huán)保節(jié)能的變速箱械設(shè)備，在我國飛速發(fā)展的農(nóng)業(yè)從人工作業(yè)到機械化的轉(zhuǎn)變中發(fā)揮著積極的作用。一般生產(chǎn)大型變速箱設(shè)備的企業(yè)對設(shè)備傳動效率指數(shù)上都有嚴格的要求。各企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)備時，都充分考慮到設(shè)備在運行中可能會出現(xiàn)的種種問題，從而減少設(shè)備因為振動或者操作不當而引起的噪音大、污染重等現(xiàn)象。 國內(nèi)行星齒輪式動力換擋變速箱的研發(fā)及制造要與全球號召的低碳經(jīng)濟、經(jīng)久耐用主題保持一致。加大變速箱新型多樣化的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的需求。 行星齒輪式動力換擋變速箱的發(fā)展與人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，目前行星齒輪式動力換擋變速箱正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。 2 本課題研究的主要內(nèi)容 國內(nèi)行星齒輪式動力換擋變速箱的研發(fā)及制造要與全球號召的低碳經(jīng)濟、經(jīng)久耐用主題保持一致。加大行星齒輪式動力換擋變速箱新型多樣化的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的需求。 行星齒輪式動力換擋變速箱的發(fā)展與人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，目前變速箱自動變速箱正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。 本次設(shè)計的任務(wù)是行星齒輪式動力換擋變速箱的設(shè)計，通過讓學(xué)生親自了解變速箱內(nèi)部的構(gòu)造和組成部分，通過對變速箱內(nèi)部工件的測繪來認識工件，通過利用計算機繪圖軟件例如CAD，來對工件進行零件圖的繪制和裝配，這樣經(jīng)過一系列的綜合性訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生動手，動腦以及畫圖的能力。 3 行星齒輪式動力換擋變速箱的總體方案設(shè)計 3.1 變速箱的結(jié)構(gòu)形式 3.1.1 變速箱內(nèi)部傳動系統(tǒng)的布局 行星齒輪式動力換擋變速箱作為車輛中最重要的核心部件的一種，廣泛應(yīng)用于汽車，工程車輛，運輸機等等領(lǐng)域。它工作時，發(fā)動機通過V帶傳動帶動變速箱轉(zhuǎn)動，從而間接地帶動了車輪的轉(zhuǎn)動，這樣汽車就可以行駛了，通過改變變速箱理論的檔位來實現(xiàn)機動車輛的前進、后退、加速、減速等等功能。在機動車輛的幾個組成部分里，變速箱是最重要也是最核心的部分，其組成機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的布局圖如下圖所示： 圖3-1 3.2 行星機構(gòu)的類型選擇 3.2.1 行星機構(gòu)的類型及特點 行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。行星齒輪傳動的主要特點如下： （1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動的（即在承受相同的載荷條件下）。 （2）傳動效率高。在傳動類型選擇恰當、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達0.97~0，99。 （3）傳動比較大?？梢詫崿F(xiàn)運動的合成與分解。只要適當選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個齒輪而獲得很大的傳動比。在僅作為傳遞運動的行星齒輪傳動中，其傳動比可達到幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動在其傳動比很大時，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點。 （4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強。由于采用了數(shù)個結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。 最常見的行星齒輪傳動機構(gòu)是NGW型行星傳動機構(gòu)。行星齒輪傳動的型式可按兩種方式劃分：按齒輪嚙合方式不同分有NGW、NW、NN、WW、NGWN和N等類型。按基本結(jié)構(gòu)的組成情況不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等類型。 行星齒輪傳動最顯著的特點是：在傳遞動力時它可進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)的中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應(yīng)用，表1-1列出了常用行星齒輪傳動的型式及特點： 表1-1常用行星齒輪傳動的傳動類型及其特點 傳動 形式 簡圖 性能參數(shù) 特點 傳動比 效率 最大功率/kW NGW（2Z-X 負號機構(gòu)） =1.13~13.7推薦2.8~9 0.97~0.99 不限 效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳遞公路范圍大，軸向尺寸小，可用于各個工作條件，在機械傳動中應(yīng)用最廣。單級傳動比范圍較小，耳機和三級傳動均廣泛應(yīng)用 NW（2Z-X負號機構(gòu)） =1~50推薦7~21 效率高，徑向尺寸比NGW型小，傳動比范圍較NGW型大，可用于各種工作條件。但雙聯(lián)行星齒輪制造、安裝較復(fù)雜，故||7時不宜采用 NN（2Z-X負號機構(gòu)） 推薦值： =8~30 效率較低，一般為0.7～0.8 40 傳動比打，效率較低，適用于短期工作傳動。當行星架X從動時，傳動比||大于某一值后，機構(gòu)將發(fā)生自鎖 WW（2Z-X負號機構(gòu)） =1.2~數(shù)千 ||=1.2~5時，效率可達0.9~0.7，>5以后.隨||增加徒降 20 傳動比范圍大，但外形尺寸及重量較大，效率很低，制造困難，一般不用與動力傳動。運動精度低也不用于分度機構(gòu)。當行星架X從動時，||從某一數(shù)值起會發(fā)生自鎖。常用作差速器；其傳動比取值為=1.8~3，最佳值為2，此時效率可達0.9 NGW（Ⅰ）型（3Z） 小功率傳動500；推薦：=20~100 0.8~0.9隨增加而下降 短期工作120，長期工作10 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，傳動比范圍大，但效率低于NGW型，工藝性差，適用于中小功率功率或短期工作。若中心輪A輸出，當||大于某一數(shù)值時會發(fā)生自鎖 NGWN（Ⅱ）型（3Z） =60~500推薦：=64~300 0.7~0.84隨增加而下降 短期工作120，長期工作10 結(jié)構(gòu)更緊湊，制造，安裝比上列Ⅰ型傳動方便。由于采用單齒圈行星輪，需角度變?yōu)椴拍軡M足同心條件。效率較低，宜用于短期工作。傳動自鎖情況同上 2.2.2 確定行星齒輪傳動類型 根據(jù)設(shè)計要求：連續(xù)運轉(zhuǎn)、傳動比小、結(jié)構(gòu)緊湊和外廓尺寸較小。根據(jù)表1-1中傳動類型的工作特點可知，2Z-X(A)型效率高，體積小，機構(gòu)簡單，制造方便。適用于任何工況下的大小功率的傳動，且廣泛地應(yīng)用于動力及輔助傳動中，工作制度不限。本設(shè)計選用的行星傳動較合理，其傳動簡圖如圖1-1所示。 圖1-1 4 行星齒輪式動力換擋變速箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 變速箱內(nèi)部傳動系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu) 變速箱體內(nèi)部主要有各檔位傳動齒輪，各傳動軸以及端蓋，軸承等等零件組成，通過發(fā)動機驅(qū)動V帶傳動，從而帶動變速箱內(nèi)部的傳動機構(gòu)動作，繼而實現(xiàn)機動車輛輪子的轉(zhuǎn)動，于是車輛就可以行駛了。其具體內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 4.2 行星齒輪的設(shè)計計算 4.2.1配齒計算 據(jù)2Z-X(A)型行星傳動的傳動比值和按其配齒計算（見參考文獻[1]）公式（3-27）~公式（3-33）可求得內(nèi)齒輪b和行星輪c的齒數(shù)和?，F(xiàn)考慮到行星齒輪傳動的外廓尺寸較小，故選擇中心輪a的齒數(shù)=17和行星輪=3. 根據(jù)內(nèi)齒輪 =76.5 對內(nèi)齒輪齒數(shù)進行圓整，同時考慮到安裝條件，取，此時實際的p值與給定的p值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差的范圍內(nèi)。 實際傳動比為 = 其傳動比誤差 =2.67% 由于外嚙合采用角度變位的傳動，行星輪c的齒數(shù)應(yīng)按如下公式計算，即 因為為偶數(shù)，故取齒數(shù)修正量為。此時，通過角變位后，既不增大該行星傳動的徑向尺寸，又可以改善a-c嚙合齒輪副的傳動性能。故 = 在考慮到安裝條件為 （整數(shù)） 初算中心距和模數(shù) 1. 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 太陽輪和行星輪材料為20GrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57~ 61HRC。 試驗齒輪齒面接觸疲勞極限=1591Mpa。 試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪=485Mpa。 行星輪=4850.7Mpa=339.5Mpa (對稱載荷)。齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒，精度為6級。 內(nèi)齒圈材料為38GrMoAlA，淡化處理，表面硬度為973HV。 試驗齒輪的接觸疲勞極限=1282Mpa 驗齒輪的彎曲疲勞極限=370MPa 齒形的終加工為插齒，精度為7級。 2. 減速器的名義輸出轉(zhuǎn)速 由 = 得 == =181.82 3. 載荷不均衡系數(shù) 采用太陽輪浮動的均載機構(gòu)，取。 4. 齒輪模數(shù)和中心距a 首先計算太陽輪分度圓直徑： 式中： 一齒數(shù)比為 一使用系數(shù)為1.25； 一算式系數(shù)為768； 一綜合系數(shù)為2； 一太陽輪單個齒傳遞的轉(zhuǎn)矩。 = =376 其中 —高速級行星齒輪傳動效率，取=0.985 —齒寬系數(shù)暫取=0.5 =1450Mpa 代入 =78.66 模數(shù) m= 取 m=5 則 =117.5 取 齒寬 取 4.2.2 幾何尺寸計算 1. 計算變位系數(shù) (1) a-c傳動 嚙合角 因 =0.93969262 所以 = 變位系數(shù)和 =（17+30） =1.141 圖2-1選擇變位系數(shù)線圖 中心距變動系數(shù)y y==1 齒頂降低系數(shù) 分配邊位系數(shù)： 根據(jù)線圖法，通過查找線圖2-1 中心距變動系數(shù)y y==1 齒頂降低系數(shù) 分配邊位系數(shù)： 根據(jù)線圖法，通過查找線圖2-1 得到邊位系數(shù) 則 (2) c-b傳動 由于內(nèi)嚙合的兩個齒輪采用的是高度變位齒輪，所以有 從而 且 2. 幾何尺寸計算結(jié)果 對于單級的2Z-X(A)型的行星齒輪傳動按公式進行幾何尺寸的計算，各齒輪副的計算結(jié)果如下表： 表3-1各齒輪副的幾何尺寸的計算結(jié)果 項目 計算公式 a-c齒輪副 b-c齒輪副 分度圓直徑 基圓直徑 齒頂圓直徑 外嚙合 內(nèi)嚙合 齒根圓直徑 外嚙合 內(nèi)嚙合 注：齒頂高系數(shù)：太陽輪、行星輪—，內(nèi)齒輪—； 頂隙系數(shù)：內(nèi)齒輪— 按公式驗算其鄰接條件，即 已知行星輪c的齒頂圓的直徑=164.513，和代入上式，則得 164.513滿足鄰接條件 同心條件 按公式對于角變位有 已知 ， 代入上式得 =52.145滿足同心條件 3.2.3 安裝條件 按公式驗證其安裝條件，即得 將 代入該式驗證得 滿足安裝條件 嚙合要素的驗算 1. a-c傳動端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 太陽輪 =29.31 行星輪 =42.416 （2）端面嚙合長度 式中“”號正號為外嚙合，負號為內(nèi)嚙合； 端面節(jié)圓嚙合角。 直齒輪== 則 =18.67 （3）端面重合度 =1.265 2. 端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 行星輪由上面計算得，=42.416 內(nèi)齒輪 =61.597 （2）端面嚙合長度 = =24.05 （3）端面重合度 = =1.63 4.3 行星軸的設(shè)計計算 行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)特點：行星輪軸承安裝在行星輪內(nèi)，行星軸固定在行星架的行星輪軸孔中；輸出軸和行星架通過鍵聯(lián)接其支承軸承在減速器殼體內(nèi)，太陽輪通過雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與高速軸聯(lián)接，以實現(xiàn)太陽輪浮動。太陽輪浮動原理如圖3-1所示： 圖3-1 太陽輪浮動原理 4.3.1 初算軸的最小直徑 在相對運動中，每個行星輪軸承受穩(wěn)定載荷，當行星輪相對于行星架對稱布置時，載荷則作用在軸跨距的中間。取行星輪與行星架之間的間隙，則跨距長度。當行星輪軸在轉(zhuǎn)臂中的配合選為H7/h6時，就可以把它看成是具有跨距為的雙支點梁。當軸較短時，兩個軸承幾乎緊緊地靠著，因此，可以認為軸是沿著整個跨度承受均布載荷（見圖3-2）。 圖3-2 行星輪軸的載荷簡圖 危險截面（在跨度中間）內(nèi)的彎矩 Nmm =148538. Nmm 行星輪軸采用40Cr鋼,調(diào)質(zhì)MPa，考慮到可能的沖擊振動，取安全系數(shù);則許用彎曲應(yīng)力MPa=176MPa,故行星輪軸直徑 取 其實際尺寸將在選擇軸承時最后確定。 2. 選擇行星輪軸軸承 在行星輪內(nèi)安裝兩個軸承，每個軸承上的徑向載荷 N =1614N 在相對運動中，軸承外圈以轉(zhuǎn)速 =463.64 考慮到行星輪軸的直徑，以及安裝在行星輪體內(nèi)的軸承，其外廓尺寸將受到限制，故初步選用單列深溝球軸承6306型，其參數(shù)為 kN kN （油?。?； 取載荷系數(shù) ； 當量動載荷 N=1937N; 軸承的壽命計算 h=97377h 根據(jù)設(shè)計要求，該減速器要求連續(xù)工作10年，每年按320天計算，每天按22小時計算，即h。所以設(shè)計決定選用6306型軸承，并把行星輪軸直徑增大到。 校核行星輪輪緣厚度是否大于許用值： = mm 式中 行星輪模數(shù)（mm） mm =35.712=12.5mm 滿足條件>。 由于行星輪寬度mm，因此兩個軸承之間安裝一厚度為5mm，寬度為13mm的套筒。 4.3.2 輸入軸設(shè)計 1．初算軸的最小直徑 由下式 初步估算軸的最小直徑，選取軸材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表3-2查得。 表3-2 軸常用幾種材料的及值 軸的材料 Q235-A、20 Q275、 35（1Cr18Ni9Ti） 45 40Cr、35SiMn 38SiMnMo / 15~25 20~35 25~45 35~55 149~126 135~112 126~103 112~97 查表取=112，得 輸入軸的最小直徑安裝法蘭，該截面處開有鍵槽，軸頸增大5%~7%。 故 其實際尺寸將在選擇軸承時最后確定。 2．選擇輸入軸軸承 (1) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)估算所得直徑，輪彀寬及安裝情況等條件，軸的結(jié)構(gòu)尺寸可進行草圖設(shè)計。該軸中間一段對稱安裝一對深溝球軸承6217型，其尺寸為，可畫出輸入軸草圖（如附圖03）。 軸承的壽命計算 其參數(shù)為 kN kN （油?。?； 取載荷系數(shù) ； 當量動載荷 N=3873N; 軸承的壽命計算 h=165258h>70400h 故該對軸承滿足壽命要求。 4.3.3 輸出軸設(shè)計 1．初算軸的最小直徑 在三個行星輪均布的條件下，輪齒嚙合中作用于中心輪上的力是相互平衡的，在輸出軸軸端安裝膜片盤式聯(lián)軸器時，則輸出軸運轉(zhuǎn)時只承受轉(zhuǎn)矩。輸出軸選用42CrMo合金鋼，其許用剪切應(yīng)力MPa，即求出輸出軸伸出端直徑 =88.423 Nmm =6114 Nmm 式中 —輸出軸轉(zhuǎn)矩； —齒輪嚙合傳動的效率，取=0.97。 2．選擇輸出軸軸承 由于輸出軸的軸承不承受徑向工作載荷（僅承受輸出行星架裝置的自重），所示軸承的尺寸應(yīng)由結(jié)構(gòu)要求來確定。 輸出軸端，軸頸mm。 由于結(jié)構(gòu)特點，輸出軸軸承須兼作行星架軸承。為了太陽輪安裝方便，使太陽輪能通過行星架輪轂中的孔，故輪轂孔的直徑應(yīng)大于太陽輪的齒頂圓直徑=99.076mm。 故按結(jié)構(gòu)要求選用特輕系列單列深溝球軸承6030型，其尺寸為，可畫出行星架草圖（如附圖03）。 軸承的壽命計算 其參數(shù)為 kN kN （油?。? 取載荷系數(shù) ； 當量動載荷 N=5088N; 軸承的壽命計算 h=1600938h>70400h 故該軸承滿足壽命要求。 3．輸出軸上鍵的選擇及強度計算 平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，其主要失效形式是工作面被壓潰。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進行強度校核計算。普通平鍵連接的強度條件按（3-2）式計算 （3-2） 式中 －轉(zhuǎn)矩，； －軸頸，mm; －鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，此處為鍵的高度，mm； －鍵的工作長度，mm,型鍵；型鍵；型鍵，其中為鍵的長度，為鍵的寬度； －許用擠壓應(yīng)力，，在這里鍵材料為45鋼。其許用擠壓應(yīng)力值按輕微沖擊算查相關(guān)資料的=100~120。 由前面計算知輸入轉(zhuǎn)矩Nm， 選用型鍵，其型號為， 將數(shù)值，， 鍵連接處的軸頸 =110mm代入式（3-2）得 =39.9< 故該鍵滿足強度要求。 4.4 單向離合器的工作原理及計算 一般來說，前者使用得更為普遍一些。當然，在自動變速器中，單向離合器的使用還不僅僅局限于執(zhí)行機構(gòu)，例如，在液力變矩器的導(dǎo)輪支承處，也采用了單向離合器。 單向離合器俗稱單向軸承，也是僅能單一方向（順時針方向或逆時針方向）傳動的機械傳動基礎(chǔ)件。 當動力源驅(qū)動被動元件時只能單一方向傳動，若動力源轉(zhuǎn)變方向時，（如順時針變?yōu)槟鏁r針方向），被動元 件則會自動脫離不產(chǎn)生任何動力傳送的功能。 單向離合器有兩種運動方式 當單向離合器的動力輸出部分（內(nèi)環(huán)或外環(huán)）轉(zhuǎn)速比動力源（外環(huán)或內(nèi)環(huán)）還快時，離合器處于解脫狀態(tài)， 內(nèi)外環(huán)沒有任何連動關(guān)系，此謂單向離合器的單向超越功能。 1、保證汽車平穩(wěn)起步 這是離合器的首要功能。在汽車起步前，自然要先起動發(fā)動機。而汽車起步時，汽車是從完全靜止的狀態(tài)逐步加速的。如果傳動系/它聯(lián)系著整個汽車與發(fā)動機剛性地聯(lián)系，則變速器一掛上檔，汽車將突然向前沖一下，但并不能起步。這是因為汽車從靜止到前沖時，產(chǎn)生很大慣性力，對發(fā)動機造成很大地阻力矩。在這慣性阻力矩作用下，發(fā)動機在瞬時間轉(zhuǎn)速急劇下降到最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速以下，發(fā)動機即熄火而不能工作，當然汽車也不能起步。因此，我們就需要離合器的幫助了。在發(fā)動機起動后，汽車起步之前，駕駛員先踩下離合器踏板，將離合器分離，使發(fā)動機和傳動系脫開，再將變速器掛上檔，然后逐漸松開離合器踏板，使離合器逐漸接合。在接合過程中，發(fā)動機所受阻力矩逐漸增大，故應(yīng)同時逐漸踩下加速踏板，即逐步增加對發(fā)動機的燃料供給量，使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速始終保持在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速上，而不致熄火。同時，由于離合器的接合緊密程度逐漸增大，發(fā)動機經(jīng)傳動系傳給驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)矩便逐漸增加，到牽引力足以克服起步阻力時，汽車即從靜止開始運動并逐步加速2、保證傳動系換檔時工作平順 已知汽車變速箱的最大扭矩可由式: 求得 式中： Kw,r/min。α在1.1～1.3之間 ，取α=1.16，則N.m 后備系數(shù)β是離合器的重要參數(shù)，反映離合器傳遞發(fā)動機最大扭矩的可靠程度，選擇β時，應(yīng)從以下幾個方面考慮： a. 摩擦片在使用中有一定磨損后，離合器還能確保傳遞發(fā)動機最大扭矩； b. b. 防止離合器本身滑磨程度過大； c. c. 要求能夠防止傳動系過載。通常轎車和輕型貨車β=1.2～1.75。結(jié)合設(shè)計實際情況，故選擇β=1.5。 根據(jù)以上情況分析可知，該離合器符合系統(tǒng)工況要求。 5變速箱內(nèi)部主要傳動零件的強度校核 5.1 傳動軸的強度校核 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。由文獻[1，15-5]可知，取，軸的計算應(yīng)力 MPa （3.43） 選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻[1]表可知，MPa。因此，，故安全。 （7）精確校核軸的疲勞強度 ①判斷危險截面 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面IV和V引起的應(yīng)力集中最嚴重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。 ②截面V左側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm （3.44） 抗扭截面系數(shù) mm （3.45） 截面V左側(cè)的彎矩M為 Mpa （3.46） 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng) Mpa （3.47） 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力MPa （3.48） 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由文獻[1]表可知，MPa，MPa，MPa。 由文獻[1] 附表可知，用插入法求出 ， 軸按精車加工，由文獻[1] 附圖可知，表面質(zhì)量系數(shù)為： 軸未經(jīng)表面強化處理， 固得綜合系數(shù)為 （3.49） 由文獻[1] ，可知，碳鋼的特性系數(shù) 取 取 所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 （3.50） （3.51） （3.52） 故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。 ③截面V右側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm 抗扭截面系數(shù) mm 截面V左側(cè)的彎矩M為 MPa 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng)力 MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按文獻[1]附表查取。因，， ， 又由文獻[1]附圖可得軸的材料的敏感系數(shù)為 ， 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻[1，附]為 （3.53） 由文獻[1]附圖可得軸的截面形狀系數(shù)為 由文獻[1]附圖可得軸的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為 綜合系數(shù)為 所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。 5.2 傳動齒輪的強度校核 （Ⅰ）校核齒面接觸疲勞強度 （1）接觸應(yīng)力的計算 由文獻[4]表可知，齒面接觸應(yīng)力計算公式，即 （3.28） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ① 計算載荷系數(shù) 電動機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，由文獻[4]表可知，取 平均分度圓直徑 mm 平均分度圓圓周速度 m/s 由文獻[4] 圖（a）可知，按，得； 由文獻[4] 圖（b）可知，按，齒輪懸臂布置，； 由文獻[4]表可知，； ② 由文獻[1]表可知，彈性系數(shù)； ③ 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 計算得， MPa （1） 接觸疲勞強度的許用應(yīng)力 由文獻[4] 表可知，許用接觸應(yīng)力計算公式，即 （3.29） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ①小齒輪的接觸疲勞強度極限MPa ②最小安全系數(shù) ③由文獻[1，10-13]可知，計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 由文獻[1] 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數(shù) ， ④尺寸系數(shù) ⑤工作硬化系數(shù)，按 ⑥潤滑油膜影響系數(shù)， 計算得， MPa （3）由于MPaMPa，故安全。 （Ⅱ）校核齒根彎曲疲勞強度 （1）齒根應(yīng)力的計算 由文獻[4]表可知，彎曲應(yīng)力計算公式，即 （3.30） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ① 由文獻[1]表可知， ， ② 由文獻[1]表可知， ， 計算得， MPa （2）彎曲強度的齒根許用應(yīng)力 由文獻[4]表可知，齒根許用應(yīng)力計算公式，即 （3.31） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ①彎曲疲勞極限MPa ③ 齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) ④ 彎曲強度的最小安全系數(shù) ⑤ 彎曲疲勞壽命系數(shù) ， ④彎曲疲勞的尺寸系數(shù) 計算得， （3）由于MPaMpa，故安全。 5.3 軸承強度的校核 （1）滾動軸承的選擇 滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B，由文獻[2]表得KN，KN，，。 （2）壽命驗算 軸承所受支反力合力 N （4.1） 對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。 ，N 由文獻[2]表得， ， N （4.2） 按軸承B的受力大小驗算 h （4.3） h=年 由于變速箱減速箱的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達到所計算的壽命。 經(jīng)審核后，此軸承合格。 33 6 結(jié) 論 本文所設(shè)計的是行星齒輪式動力換擋變速箱的設(shè)計，原理比較簡單，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時，也學(xué)到了很多做人的道理，明確了人生目標。導(dǎo)師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識，實事求是的作風(fēng)，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 參考文獻 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