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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 汽車變速器性能試驗臺的設(shè)計 院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 B07-7 班 學(xué)生姓名： 袁搏 指導(dǎo)教師： 紀(jì)峻嶺 職 稱： 副教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree Design Of Auto Transmission Performance Test Bench Candidate：Yuan Bo Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-7 Supervisor：Associate Prof. Ji Junling Heilongjiang Institute of Technology 2011-06Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 汽車變速器是汽車底盤的主要部件，換擋頻繁，磨損嚴(yán)重，是汽車早期損壞的主 要部件之一。利用變速器性能試驗臺研究它的各項使用性能，對節(jié)省材料，降低成本， 縮短研發(fā)周期，提高變速器的性能、使用壽命和工作效率，都是非常必要和重要的， 而閉式變速器試驗臺具有節(jié)約能源的特點，對于降低試驗成本有著十分重要的意義。 文中闡述了變速器性能閉式試驗臺的布置結(jié)構(gòu)和工作原理，在確定了設(shè)計方案的 基礎(chǔ)上完成了試驗臺傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計，并對設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了布置合理性分析和力學(xué) 剛度、強(qiáng)度的校核，使得此試驗臺能夠完成如變速器效率試驗、磨合試驗、齒輪磨損 試驗，并根據(jù)所設(shè)計的各部分詳細(xì)參數(shù)，利用軟件 AUTOCAD 繪制了試驗臺中傳動 機(jī)構(gòu)的整體裝配圖和傳動機(jī)構(gòu)的各部分零件圖。 關(guān)鍵詞：汽車變速器；試驗臺；閉式；傳動機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；分析 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 II ABSTRACT The trasmission is the most important component on the chassis,shifting frequent and wearing serious,its one of the main components early damage to the car.Use the test bench to test the trasmission on its various properties is very important and necessary for saving material,redcing cost, shorting the development cycle, improving the transmissions life and working efficiency.And the closed test bench has the advantages of saving energy and controling convenient.Its very important for saving the cost. This text expounded in the transmissions structure of layout and the working principle, I have a detailed transmit agencies design on the base of the design programmes determined,then I analysis the designs reasonable and check the mechanical stiffness and strength,makes this test bench to complete such as the transmission efficiency testing, running-testing, gear wearing testing, and in accordance with the detailed design parameters of various parts, using a pilot mapping software AUTOCAD map the transmit agencies assembly and some parts of the it. Key Words:Automobile trasmission;Test bench;Closed;Transmit agencies;Structure design; Analysis 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 .I Abstract .II 第 1 章 緒論 .1 1.1 課題的來源和意義 .1 1.2 汽車試驗裝置的發(fā)展概況 .1 1.3 汽車變速器性能試驗臺國內(nèi)外發(fā)展概況 .2 1.4 本課題的研究內(nèi)容及主要工作 .3 第 2 章 傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 .4 2.1 設(shè)計方案論證 .4 2.1.1 常見的機(jī)械式變速器損壞形式 .4 2.1.2 閉式試驗臺與開式試驗臺比較 .5 2.2 傳動系統(tǒng)的工作原理 .9 2.3 驅(qū)動電機(jī)的選擇 .10 2.3.1 工作條件 .10 2.3.2 選擇電動機(jī)的類型 .10 2.4 傳感器型號的選擇 .11 2.5 本章小結(jié) .11 第 3 章 變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計 .12 3.1 齒輪的設(shè)計與校核 .12 3.1.1 選擇齒輪材料及精度等級 .12 3.1.2 確定設(shè)計準(zhǔn)則 .12 3.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 .12 3.1.4 主要尺寸計算 .14 3.1.5 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 .14 3.1.6 驗算齒輪的圓周速度 .15 3.1.7 幾何尺寸計算 .15 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3.2 箱體結(jié)構(gòu)尺寸的計算 .15 3.3 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計 .17 3.3.1 小齒輪軸的設(shè)計與校核 .17 3.3.2 大齒輪軸的設(shè)計與校核 .21 3.3.3 聯(lián)軸器型號的選擇 .25 3.3.4 鍵的選擇與校核 .26 3.4 軸承型號的選擇與校核 .27 3.4.1 小軸上軸承型號的選擇與校核 .27 3.4.2 大軸上軸承型號的選擇與校核 .29 3.4.3 軸承的潤滑與密封 .30 3.4.4 軸組件軸向固定方式的確定 .31 3.5 軸承端蓋 .33 3.5.1 小軸上軸承端蓋 .33 3.5.2 大軸上軸承端蓋 .33 3.6 套筒 .34 3.7 桿式油標(biāo) .34 3.8 本章小結(jié) .34 第 4 章 加載器的設(shè)計 .36 4.1 加載方法的比較與選擇 .36 4.2 蝸桿傳動的特點與設(shè)計 .38 4.2.1 蝸桿傳動的特點 .38 4.2.2 蝸桿傳動的設(shè)計 .38 4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .42 4.3.1 蝸輪軸的設(shè)計 .42 4.3.2 蝸桿軸的設(shè)計 .47 4.3.3 聯(lián)軸器型號的選擇 .51 4.3.4 鍵的選擇與校核 .51 4.4 加載器箱體的設(shè)計 .52 4.5 軸承型號的選擇與校核 .53 4.5.1 蝸輪軸上軸承型號的選擇與校核 .53 4.5.2 蝸桿軸上軸承型號的選擇與校核 .55 4.5.3 軸承組合設(shè)計 .58 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4.6 軸承端蓋尺寸 .59 4.6.1 蝸輪軸上軸承端蓋尺寸 .59 4.6.2 蝸桿軸上軸承端蓋尺寸 .59 4.7 本章小結(jié) .60 第 5 章 傳動軸的設(shè)計 .61 5.1 單向離合器型號的選擇 .61 5.2 單向離合器處軸 段的設(shè)計與校核 .62 5.3 變速器間軸段的設(shè)計與校核 .64 5.4 本章小結(jié) .65 結(jié)論 .66 參考文獻(xiàn) .67 致謝 .69 附錄 .70 附錄 A 英文文獻(xiàn) .70 附錄 B 中文翻譯 .72 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 1.1 課題的來源和意義 我國汽車行業(yè)在全世界來說應(yīng)該屬于那種旭日東升，蓬勃發(fā)展的一種類型。由于 眾所周知的原因，我國的汽車工業(yè)雖起步于上世紀(jì) 50 年代，但卻躑躅于 60 年代，徘 徊在 70 年代，直到改革開放我國政府提出把汽車工業(yè)作為支柱性產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展，才 開始快速發(fā)展。正是由于這些曲折和波折，使我國汽車業(yè)的設(shè)計、制造、應(yīng)用等各領(lǐng) 域的技術(shù)水平均大幅落后于其他發(fā)達(dá)國家，汽車試驗領(lǐng)域也是沒有例外。 改革開放以來，受政策的支持和資金的扶持，以及各廠家和相關(guān)單位及院校的共 同努力，我國的汽車工業(yè)大踏步向前發(fā)展，取得了不小的進(jìn)步，我國的汽車產(chǎn)量在 2003 年已經(jīng)躍居世界第 5 位，我國的技術(shù)水平也相應(yīng)取得了飛速的發(fā)展，我國汽車 的大量出口已指日可待。作為汽車技術(shù)一部分的汽車試驗領(lǐng)域也取得了一些顯著成果。 由于一直緊跟國外先進(jìn)汽車的試驗研究方法，從理論上也達(dá)到了較高的水平，基本上 達(dá)到了世界的平均水平，但是受到技術(shù)和成本的限制，尚未普遍應(yīng)用于科研、教學(xué)和 生產(chǎn)部門。 汽車零部件試驗在汽車設(shè)計和制造領(lǐng)域占據(jù)重要的地位，因此試驗臺的種類也很 多，有的結(jié)構(gòu)簡單，但耗費較高，有的現(xiàn)代化程度高，適合規(guī)模大、效益高的大型試 驗部門使用，但造價昂貴。而一些小型科研單位以及高等院校受資金、場地、人員、 環(huán)境等的影響，不可能采用上述那些要求較高的試驗臺。本課題在于研究一種經(jīng)濟(jì)實 用而且經(jīng)久耐用，便于操作，占地較小，適合于室內(nèi)安裝的試驗臺，以供那些條件有 限的單位使用。 汽車變速器是汽車構(gòu)造上的一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用條件復(fù)雜、可靠性要求高的重要 部件，因此從產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)直至使用都要對其進(jìn)行大量的試驗，以確定其各種性能 參數(shù)，為汽車的生產(chǎn)、銷售以及維修單位和汽車的使用者提供可靠的參考，防止出現(xiàn) 重大的事故。在此領(lǐng)域各國都在潛心研究，以不斷提高試驗的準(zhǔn)確性，從而提供更可 靠的試驗數(shù)據(jù)，為社會服務(wù)。 1.2 汽車試驗裝置的發(fā)展概況 十九世紀(jì)下半葉,德國的戴姆勒-奔馳公司、法國的標(biāo)致公司、美國的福特公司、 意大利的菲亞特公司等先后生產(chǎn)出了第一輛汽車。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車結(jié)構(gòu)不 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 斷完善，汽車性能也不斷提高。由于汽車工業(yè)與其他工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和人民的日常 生活密切相關(guān)，汽車質(zhì)量引起人們的廣泛重視。二十世紀(jì)初期，美國人亨利福特創(chuàng) 立了流水線作業(yè)的生產(chǎn)形式，使生產(chǎn)效率大幅提高，生產(chǎn)成本下降，使用范圍急劇擴(kuò) 大，汽車的可靠性、壽命和性能方面的問題突出出來，要求開展試驗研究工作。 汽車試驗的發(fā)展歷史經(jīng)歷了大致如下三個階段： 第一個階段從十九世紀(jì)末葉到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，是汽車試驗的逐步建立，主 要包括基本試驗臺的建立，基本試驗規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的形成； 第二個階段從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束到上世紀(jì)七十年代，由于相鄰工業(yè)的發(fā)展，相 鄰學(xué)科的發(fā)展和滲透，使汽車試驗理論、試驗設(shè)備、試驗標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范有了長足的發(fā)展 和進(jìn)步； 第三個階段的主要標(biāo)志是電子計算機(jī)在汽車試驗中的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的完善。 1.3 汽車變速器性能試驗臺國內(nèi)外發(fā)展概況 汽車變速器是汽車構(gòu)造上的一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用條件復(fù)雜、可靠性要求高的重 要部件，因此從產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)到使用都要對其進(jìn)行大量的試驗。目前，傳統(tǒng)的汽車 變速器試驗臺的形式主要有以下幾種： 1.開式功率流變速器試驗臺 常見的開式功率流汽車傳動系零部件試驗臺由驅(qū)動裝置、加載裝置、測量裝置、 被試裝置等四部分組成，如圖 1.1 所示。 圖 1.1 開式功率流變速器試驗臺 它的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，試驗方法簡單，通用性好，但是由于需采用原動機(jī)作為 驅(qū)動電機(jī)來驅(qū)動，造價高，耗電量大，尤其是做耗時較長的疲勞壽命試驗時，更是如 此。目前它適用于科研、教學(xué)和小型生產(chǎn)廠，例如吉林大學(xué)汽車試驗室、哈爾濱齒輪 廠研發(fā)部等。 2.閉式功率流變速器試驗臺 機(jī)械封閉式試驗臺，是目前為止國內(nèi)汽車變速器驅(qū)動橋齒輪試驗中應(yīng)用最多的試 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 驗臺。 它的特點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作較復(fù)雜，控制繁瑣，通用性差，但是功耗少、投資 省，適用于變速器性能試驗。 1.4 本課題的研究內(nèi)容及主要工作 利用機(jī)械閉式功率流原理，設(shè)計一套變速器機(jī)械效率、剛度、疲勞強(qiáng)度和潤滑測 試裝置的傳動機(jī)構(gòu)，要求設(shè)計并研究可靠的傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。由于封閉式功率流試驗 臺只需在事先給系統(tǒng)加載的情況下，選擇小的測功機(jī)（僅提供封閉系統(tǒng)消耗的機(jī)械損 失功率） ，即可完成機(jī)械效率的測定以及用時較長的疲勞壽命和潤滑等的試驗，具有 功耗少、投資省、耗電少的特點，而且變速器的機(jī)械效率高、功率損失小，因此，本 課題將對這種試驗臺的傳動系統(tǒng)部分進(jìn)行研究。 在這部分里主要完成傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計（包括升速器、傳動軸和鎖止裝置的設(shè)計、 加載器的設(shè)計）以及電動機(jī)及傳感器、單向離合器的選型。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 第 2 章 傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 2.1 設(shè)計方案論證 本次設(shè)計的題目是汽車變速器性能閉式試驗臺的設(shè)計，是在目前現(xiàn)有的開式試驗 臺的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次改進(jìn)性設(shè)計。 2.1.1 常見的機(jī)械式變速器損壞形式 1.外殼 變速器外殼的主要損壞形式是殼體開裂。損壞原因是其強(qiáng)度不夠或存在鑄造缺陷， 在齒輪徑向分力的作用下開裂。也常出現(xiàn)因變速器內(nèi)的金屬塊（如斷齒、軸承碎塊等） 擠壓進(jìn)齒輪嚙合處而將殼體脹裂的情況。 2.齒輪 變速器齒輪的損壞形式主要有以下幾種： （1）輪齒折斷 輪齒折斷是指齒輪的一個或多個齒的整體或其局部的折斷，輪齒折斷通常有疲勞 折斷和過載折斷兩種。 （2）齒面點蝕 輪齒進(jìn)入嚙合時，輪齒齒面接觸處在法向力的作用下將產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，脫 離嚙合后接觸應(yīng)力即消失。對齒廓工作面上某一固定點來說，它受到的是近似于脈動 變化的接觸應(yīng)力。如果接觸應(yīng)力超過了輪齒材料的接觸疲勞極限時，齒面上出現(xiàn)不規(guī) 則的細(xì)微的疲勞裂紋，隨著裂紋的蔓延、擴(kuò)展而導(dǎo)致齒面表層上的金屬微粒剝落，形 成麻點狀的凹坑，這種現(xiàn)象稱為齒面疲勞點蝕。點蝕發(fā)生后，破壞了齒輪的正常工作， 引起振動和噪聲。 實踐表明，由于輪齒在節(jié)線附近嚙合時，同時嚙合的齒對數(shù)少，且輪齒間相對滑 動速度小，潤滑油膜不易形成，所以點蝕首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根表面上。 一般閉式傳動中軟齒面易發(fā)生點蝕失效，設(shè)計時就應(yīng)保證齒面有足夠的接觸強(qiáng)度。 （3）齒面膠合 在高速重載的齒輪傳動中，由于齒面間的壓力較大，相對滑動速度較高，因而發(fā) 熱量大，使嚙合區(qū)溫度升高、油膜破裂而引起潤滑失效，相嚙合兩個齒面的局部金屬 直接接觸并在瞬間互相粘連。當(dāng)兩齒面相對轉(zhuǎn)動時，較軟齒面上的金屬從表面被撕落 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 下來，而在齒面上沿滑動方向出現(xiàn)條狀傷痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。 在低速重載的傳動中，由于齒面間壓力大，因而不易形成油膜，也會出現(xiàn)膠合。 （4）齒面磨損 齒面磨損是齒輪在嚙合傳動過程中，輪齒接觸表面上的材料摩擦損耗的現(xiàn)象。齒 輪的磨損有磨粒磨損和跑合磨損兩種。 （5）塑性變形 當(dāng)輪齒材料較軟而載荷較大時，輪齒表面的材料將沿著摩擦力方向發(fā)生塑性變形， 導(dǎo)致主動輪齒面節(jié)線附近出現(xiàn)凹溝，從動輪齒面節(jié)線附近出現(xiàn)凸棱，齒面的正常齒形 被破壞，影響齒輪的正常嚙合，這種現(xiàn)象稱為齒面塑性變形。這種失效主要出現(xiàn)在低 速、過載嚴(yán)重和起動頻繁的齒輪傳動中。 3.軸類零件 變速器軸類零件的損壞形式主要有： （1）斷裂 （2）花鍵磨損 因花鍵磨損而導(dǎo)致軸類零件報廢，多見于變速器第一軸與離合器從動盤連接的花 鍵，主要由于側(cè)鍵磨損嚴(yán)重而報廢。 （3）軸頸剝落 由于變速器第二軸有的部位以軸頸作為軸承內(nèi)滾道用，直接與滾針接觸，所以在 使用過程中易于出現(xiàn)軸頸剝落。 4.軸承 在變速器中，滾動軸承的損壞主要有： （1）滾子、滾道表面剝落（接觸疲勞） 。 （2）保持架斷裂。 （3）內(nèi)外圈斷裂。 5.同步器 同步器的失效，主要是由于同步環(huán)磨損，致使后備行程消失造成的。 2.1.2 閉式試驗臺與開式試驗臺比較 1.開式試驗臺 國內(nèi)外變速器總成疲勞試驗臺的形式很多，但就其功率循環(huán)的方式而言，都可以 歸納為兩大類，即開式試驗臺和閉式試驗臺，現(xiàn)分別闡述如下： 開式試驗臺與閉式試驗臺相比較而言各有各的優(yōu)點和缺點，開式試驗臺的特點是： 由驅(qū)動電機(jī)輸出功率，通過被試變速器和陪試變速器后，即被負(fù)載裝置（各種測功機(jī)） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 全部吸收并消耗掉，下圖為幾種方案（圖中的幾種聯(lián)接方式都是針對變速器傳動效率 試驗的，但也可以用來進(jìn)行變速器總成疲勞試驗，只是不需要測量輸出扭矩的裝置） 。 1.測功機(jī)（或驅(qū)動電機(jī)）2.扭矩測量儀（或傳感器）3.被試變速器 4.陪試變速器 5.加載裝置（測功機(jī)） （a）被試變速器位于傳感器中間式（b）傳感器位于兩變速器間式（c）無傳感器式 圖 2.1 應(yīng)用開式試驗臺測定變速器效率的裝置示意圖 由圖 2.1 可見，開式試驗臺的機(jī)構(gòu)簡單，它主要是由驅(qū)動電機(jī)、負(fù)載裝置、被試 變速器和陪試變速器幾部分組成： （1）驅(qū)動電機(jī) 驅(qū)動電機(jī)多用轉(zhuǎn)速可調(diào)的直流電機(jī)或電力測功機(jī)。 （2）負(fù)載裝置 負(fù)載裝置種類很多，常見的有：直流電機(jī)或電力測功機(jī)（作為負(fù)載裝置用時是 發(fā)電機(jī)） 、電渦流測功機(jī)、水力測功機(jī) （其負(fù)荷調(diào)節(jié)較為困難，不易穩(wěn)定，所以在變 速器試驗臺中這些年已很少使用了）和磁粉加載器。 這種負(fù)荷裝置是近幾年才用于汽車試驗領(lǐng)域的，其主要特點是：負(fù)荷控制方便、 噪聲小、低速加載性能好，但其滑差功率小（大扭矩時允許的轉(zhuǎn)速很低） ，所以只適 用于小噸位車輛變速器疲勞壽命試驗。 上述四種負(fù)載裝置中，目前應(yīng)用最多的是電渦流測功機(jī)和電力測功機(jī)。 （3）載荷測定裝置 如果應(yīng)力測功機(jī)作為驅(qū)動裝置，則載荷即可應(yīng)用測功設(shè)備配備的測力裝置測量， 若應(yīng)用其他電機(jī)驅(qū)動，則多使用扭矩測量儀。 （4）陪試變速器的作用 開式試驗臺的結(jié)構(gòu)對陪試變速器的要求與機(jī)械封閉式變速器試驗臺不同。在機(jī)械 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 封閉式試驗臺上，陪試變速器的速比一定要與被試變速器相同，而且每次試驗時一定 要掛同一擋位。在開式試驗臺上，陪試變速器實際只起到一般升降速器的作用，為了 滿足負(fù)載裝置的特性要求，而利用它將轉(zhuǎn)速變到一定范圍。因此，陪試變速器的速比 可以與被試變速器不同。這一特點顯示了如下優(yōu)越性：可以選用被試變速器承載能力 大得多的變速器做為陪試變速器，使其在試驗中根本不會損壞。這樣，既可以降低陪 試變速器的損耗，又能減少拆裝工作量，縮短試驗輔助時間，加快試驗進(jìn)度。這一點 是閉式變速器試驗臺難以辦到的。 因此，開式試驗臺的優(yōu)缺點歸納為： 優(yōu)點：降低陪試變速器的損耗，縮短試驗輔助時間，加快試驗進(jìn)度。此外還有結(jié) 構(gòu)簡單，控制方便和便于進(jìn)行變負(fù)荷試驗等優(yōu)點。 缺點：試驗功率不能循環(huán)，能量不能反饋，而是全變?yōu)闊崮苌⑹У袅耍院碾?量大，不適用于進(jìn)行大噸位車輛的變速器試驗。 2.閉式試驗臺 所謂閉式是對功率或能量封閉循環(huán)而言，按此意義閉式試驗臺又可分為兩類：機(jī) 械封閉式和電封閉式。 （1）電封閉式 電封閉式試驗臺的機(jī)械裝置與開式試驗臺相同，但其負(fù)載必須是電機(jī)或者發(fā)電機(jī)， 所發(fā)電流通過控制系統(tǒng)反饋到驅(qū)動電機(jī)或輸入電網(wǎng)，以便達(dá)到能量循環(huán)的目的。因此， 電封閉式試驗臺耗能少，適用于大噸位車輛的變速器試驗。 但是，電封閉試驗臺的缺點是操縱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。 （2）機(jī)械封閉式試驗臺 機(jī)械封閉式試驗臺，是目前為止國內(nèi)汽車變速器驅(qū)動橋齒輪試驗中應(yīng)用最多的試 驗臺，其結(jié)構(gòu)形式和加載方式有多種方案。介紹如下： 盡管機(jī)械封閉式變速器疲勞試驗臺都是由兩個輔助齒輪箱、兩個變速器通過傳動 軸和聯(lián)軸器連接而成的，但因其布置方案不同，可以分為如下三種布置方式的機(jī)械封 閉式試驗臺，a 方案是兩個變速器并聯(lián)； b、c 兩種方案是兩個變速器串聯(lián)的。 三種方案各有特點，下面對它們一一進(jìn)行論述： a 方案的特點是：兩個輔助齒輪箱的受力情況不同，與變速器第一軸相連的輔助 齒輪箱承受的扭矩小，但轉(zhuǎn)速高。與變速器第二軸連接的輔助齒輪箱承受的扭矩大但 轉(zhuǎn)速低，這種方案的優(yōu)點是：可以使輔助齒輪箱的速比不等于 1，即讓陪試變速器的 扭矩低于被試變速器的扭矩，從而可以大大提高被試變速器的壽命。但因此也會使試 驗臺的震動和噪聲加大，這也是不利的。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 方案 b 和 c 相比較，因為方案 b 是輔助齒輪箱與兩個變速器的第一軸相連，所以 受力較小，因而輔助齒輪箱及其內(nèi)部的零件可以尺寸較小，但是這種方案因為輔助齒 輪箱和與其相聯(lián)的傳動軸轉(zhuǎn)速較高，所以試驗臺的噪聲和振動較大。與之相反，c 方 案的兩個輔助齒輪箱受力雖大但轉(zhuǎn)速較低（尤其是在試驗低速擋時） ，所以在試驗中 噪聲小，振動輕。因此，可將試驗轉(zhuǎn)速提高，加快試驗進(jìn)度，只要輔助齒輪箱的設(shè)計 尺寸加大，使其有足夠的使用壽命，c 方案也是可取的。 1.電動機(jī) 2.輔助齒輪箱 3.被試變速器 4.陪式變速器 （a）兩個變速器不同軸布置（b）兩變速器同軸相對布置（c）兩變速器同軸相反布置 圖 2.2 機(jī)械封閉式變速器試驗臺傳動機(jī)構(gòu)三種布置方案示意圖 但是方案 c 也有一個不足之處，從上圖可以看出驅(qū)動電機(jī)與被試變速器同處在一 個軸上，由于變速器的轉(zhuǎn)速較高，電機(jī)很難達(dá)到變速器各種工況下的轉(zhuǎn)速要求，為此， 將方案 c 的電機(jī)驅(qū)動部位移到另外一個回路軸上，輔助箱內(nèi)采用齒輪傳動，電機(jī)輸出 軸與大齒輪軸通過聯(lián)軸器連接在一起，變速器輸入軸與小齒輪軸通過聯(lián)軸器連接在一 起，達(dá)到升速的目的，即下圖所示的為機(jī)械封閉式變速器性能閉式試驗臺的最佳方案。 電 機(jī) 齒 輪 箱 加 載 器 齒 輪 箱傳感器 變速器 傳感器 傳感器 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 圖 2.3 機(jī)械封閉式變速器性能閉式試驗臺傳動系統(tǒng)布置示意圖 機(jī)械閉式試驗臺與電封閉式試驗臺相比，它們的共同點就是耗能少，適用于大噸 位車輛的變速器試驗，但是電封閉試驗臺操縱控制系統(tǒng)復(fù)雜，造價高，所以很少被采 用。因此，我們這次選擇機(jī)械封閉式試驗臺，而不選擇電封閉式試驗臺。 機(jī)械閉式與機(jī)械開式試驗臺相比，它們有各自的優(yōu)點和缺點，開式試驗臺的優(yōu)點 為降低陪試變速器的損耗，減少拆裝工作量，縮短試驗輔助時間，結(jié)構(gòu)簡單，控制方 便和便于進(jìn)行變負(fù)荷試驗等優(yōu)點。缺點為試驗功率不能循環(huán)能量不能反饋，而是全部 變?yōu)闊崮苌⑹У袅耍院碾娏看?，不適于進(jìn)行較大噸位車輛的變速器試驗，而閉式 試驗臺正好彌補(bǔ)了這一缺點，它通過能量循環(huán)，實現(xiàn)了能量再利用。因而大大節(jié)省了 能量，可以進(jìn)行較大噸位的車輛的變速器試驗。但閉式試驗臺缺點是難以降低陪式變 速的損耗，為了降低噪聲，必須增大尺寸。但是這些缺點若通過合理的優(yōu)化設(shè)計是可 以避免或降低的。 綜上所述，本次設(shè)計采用機(jī)械閉式試驗臺，是合理的也是最佳的。 2.2 傳動系統(tǒng)的工作原理 傳動系統(tǒng)組成如圖 2.3 所示，該試驗臺傳動系統(tǒng)是由驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn) 矩加載器、兩個齒輪箱、傳動軸和兩個變速器（一個被試變速器，一個陪試變速器） 組成的一個封閉的傳動系統(tǒng)。 傳動系統(tǒng)的工作過程為： 1.電動機(jī)及控制裝置 系統(tǒng)工作中應(yīng)控制并讀取轉(zhuǎn)速，一方面在試驗中保持系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)速不變，另一方 面要對系統(tǒng)進(jìn)行多種轉(zhuǎn)速情況下試驗，因此應(yīng)選擇調(diào)速電機(jī)并采用操縱方便數(shù)據(jù)讀取 準(zhǔn)確的單片機(jī)通過鍵盤對系統(tǒng)進(jìn)行模式輸入。 2.加載裝置 為使小功率驅(qū)動電機(jī)能正常驅(qū)動系統(tǒng)，保持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且保證所測試變速器滿 足在實際狀態(tài)工作的條件，應(yīng)事先給系統(tǒng)加載，以使內(nèi)部保持有相當(dāng)?shù)膬?nèi)力轉(zhuǎn)矩， 因此設(shè)有轉(zhuǎn)矩加載裝置，轉(zhuǎn)矩加載裝置形式多樣，傳統(tǒng)的加載方式為平衡力矩加載法 和行星齒輪加載法，在應(yīng)用中不便于對變速器進(jìn)行加載，為使加載方式可靠、操縱方 便，本課題采用蝸輪蝸桿加載方式。通過旋轉(zhuǎn)蝸桿和觀察轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器上的讀數(shù)， 控制加載力矩的大小。另外，由于蝸輪蝸桿的相互制約，系統(tǒng)被鎖死，保持系統(tǒng)儲備 內(nèi)力而不運(yùn)轉(zhuǎn)。 3.動力傳遞部分 工作時由電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。動力既經(jīng)輔助齒輪箱經(jīng)傳動軸帶動變速器輸入軸轉(zhuǎn)動 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 并同時帶動輔助齒輪箱從動齒輪轉(zhuǎn)動。由于變速器輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速不同，為保證 系統(tǒng)主動部分軸及齒輪轉(zhuǎn)速一致，特增加一臺陪試變速器，而且保持兩臺變速器相對 布置即被試變速器的輸出軸和陪試變速器的輸出軸相連，動力傳遞的方式是： 圖 2.4 動力傳遞路線 則所測機(jī)械效率為: = 12T （2.1） 4.疲勞壽命、剛度、強(qiáng)度和潤滑試驗 這些試驗為長期試驗，一方面要測定變速器工作到疲勞失效的時間及早期失效發(fā) 生的部位，另一方面要根據(jù)觀察并測定在各擋位工作參數(shù)的變化情況。由于變速器從 開始正常工作到發(fā)生疲勞失效需很長的時間，因此在試驗臺上需要按與實際相近的循 環(huán)作長期連續(xù)的工作。在此期間要加強(qiáng)對系統(tǒng)尤其是對箱體的冷卻。 2.3 驅(qū)動電機(jī)的選擇 2.3.1 工作條件 本試驗臺選擇寶來（1.8T 手動擋）汽車變速器技術(shù)參數(shù)為基準(zhǔn)。該車發(fā)動機(jī)的 最大功率 120KW/5800r/min，最大轉(zhuǎn)矩 220Nm/4700r/min。為了滿足試驗臺應(yīng)用的廣 泛性，選擇儲備系數(shù) K=1.5。 寶來汽車的各擋傳動比如下表所示。 表 2.1 寶來汽車各擋傳動比 擋 位 1 檔 2 檔 3 檔 4 檔 5 檔 倒 檔 傳動比 3.3 1.944 1.308 1.029 0.837 3.06 2.3.2 選擇電動機(jī)的類型 試驗臺總傳動效率等于各傳動件傳動效率的乘積，查閱相關(guān)手冊得齒輪傳動的效 電動機(jī) 第一輔助齒輪箱主 動齒輪軸 被試變速器輸 入軸 被試變速器輸 出軸 陪試變速器輸出軸第二輔助齒輪箱主動齒輪 軸 陪試變速器輸入軸 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 率為 0.98、滾動軸承的傳動效率為 0.99、變速器的傳動效率為 0.95、聯(lián)軸器的傳動效 率為 0.99。則試驗臺總傳動效率 = 0.9980.980.980.9940.950.95=0.77。此試驗臺 在工作過程中損失的功率由電機(jī)提供，根據(jù)寶來汽車發(fā)動機(jī)的最大功率 120KW/5800r/min，確定電機(jī)所需容量為：Pw =P (1-)=120 0.23 = 27.6KW。電機(jī) 的儲備系數(shù) K=1.5,則所選電機(jī)功率為： Pw =27.61.5=41.4KW。 由同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min，查機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計后，選用驅(qū)動電機(jī)型號為 Y225S-4。其參數(shù)為：額定功率 42KW；滿載轉(zhuǎn)速 1480r/min；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 1.9Nm；最 大轉(zhuǎn)矩 2.2Nm。 2.4 傳感器型號的選擇 在進(jìn)行變速器性能試驗時，需要一個裝置能夠記錄加載器加載轉(zhuǎn)矩的大小、顯示 電機(jī)提供轉(zhuǎn)速是否達(dá)到了變速器在不同擋位時需要的轉(zhuǎn)速，以及工作后陪試變速器輸 入軸的轉(zhuǎn)矩，比較被試變速器輸入軸轉(zhuǎn)矩與陪試變速器輸入軸的轉(zhuǎn)矩就可得到變速器 的效率。因此需要在被試變速器輸入軸前、陪試變速器輸入軸后連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。 由于市面上傳感器的型號很多，只需根據(jù)需要選擇一個能夠滿足要求的傳感器即可。 NJ 型扭矩傳感器通過彈性軸、兩組磁電信號發(fā)生器，把被測轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成 具有相位差的兩組交流電信號，這兩組交流電信號的頻率相同且與軸的轉(zhuǎn)速成正比， 而其相位差的變化部分又與被測轉(zhuǎn)矩成正比。將傳感器的這兩組電信號用專用屏蔽電 纜線送入 NC 型扭矩測量儀或裝有扭矩卡的計算機(jī)，即可得到轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率的精 確值。NJ 型扭矩傳感器與 NC-2A 型扭矩儀或 CB2000 卡配套使用，是一種測量各種 動力機(jī)械轉(zhuǎn)動力矩、轉(zhuǎn)速、及機(jī)械功率的精密測量儀器。其用途十分廣泛，在電機(jī)、 風(fēng)機(jī)、水泵、齒輪及減速箱、鐵路機(jī)車、汽車拖拉機(jī)、飛機(jī)、船舶、礦山 機(jī)械、液 壓氣動元件等幾乎所有機(jī)械制造部門及其科研院所、大專院校均有廣泛的應(yīng)用。 2.5 本章小結(jié) 本章分析比較了開式試驗臺與閉式試驗臺的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上對設(shè)計方案的可 行性進(jìn)行了可靠的論證，確定了傳動機(jī)構(gòu)總體布置方案，闡述了傳動系統(tǒng)的各部分工 作原理，在粗估整個試驗臺的功率損失后，為系統(tǒng)選擇電動機(jī)的型號及傳感器的型號。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 第 3 章 變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計 由驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)可見，電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為 1500 r/min，最大轉(zhuǎn)矩為 2.2Nm。為滿 足系統(tǒng)所需高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩的需要，應(yīng)增加一套變速機(jī)構(gòu)，即升速器。升速器由單級 斜齒圓柱齒輪副構(gòu)成，主要功能是在電動機(jī)帶動變速器旋轉(zhuǎn)過程中提高輸出軸的轉(zhuǎn)速， 降低轉(zhuǎn)矩。升速器的設(shè)計包括齒輪、軸、箱體的設(shè)計以及計算，軸承的選擇與校核， 油封的選擇等，該套升速機(jī)構(gòu)的傳動比為 4。 3.1 齒輪的設(shè)計與校核 3.1.1 選擇齒輪材料及精度等級 制造齒輪最常用的材料為 45 號鋼，45 號鋼經(jīng)過不同的熱處理方法可以滿足不同 的應(yīng)用范圍。正火是將鋼件加熱到相變點以上 3050，保溫一段時間，然后在空 氣中冷卻，冷卻速度比退火快，常用來處理低碳和中碳結(jié)構(gòu)鋼材及滲碳零件，使其組 織細(xì)化，增加強(qiáng)度及韌度，減小內(nèi)應(yīng)力，改善切削性能。調(diào)質(zhì)處理是在淬火后高溫回 火，用來使鋼獲得高的韌度和足夠的強(qiáng)度，很多重要零件是經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的。 在15 此次設(shè)計中，小齒輪選用 45 號鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 230HBS；大齒輪選 45 號鋼正火，硬 度為 170HBS。 因為該升速機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速較高，初選 6 級精度，要求齒面粗糙度 Ra0.801.60m 。 3.1.2 確定設(shè)計準(zhǔn)則 由于該升速機(jī)構(gòu)為閉式齒輪傳動，且兩齒輪均為齒面硬度 HBS 小于等于 350 的 軟齒面，齒面點蝕是主要的失效形式，應(yīng)先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計計算，確定 齒輪的主要參數(shù)和尺寸，然后再按彎曲疲勞強(qiáng)度校核齒根的彎曲強(qiáng)度。 3.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 1.轉(zhuǎn)矩 T1 T1=2201.5Nm=3.3105Nmm 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 2.載荷系數(shù) K 設(shè)齒輪按 6 級精度制造，取載荷系數(shù) K=1.5。 3.齒數(shù) Z1，螺旋角 和齒寬系數(shù) d 小齒輪 Z1 取 24，則大齒輪齒數(shù) Z2=244=96，初選 =15。 因單級直齒圓柱齒輪為對稱布置，而齒輪表面均為軟齒面，查機(jī)械設(shè)計手冊，確 定選取 d=1。 4.彈性系數(shù) ZE 查有關(guān)齒輪手冊，得 ZE=189.8。 5.許用接觸應(yīng)力 H 查有關(guān)齒輪手冊，得 =560MPa， =530MPa，S H=1；lim1lim2H N1=60njLh=6060001(105240)=7.488109 N2=N1/i=7.488109/4=1.872109 查手冊，得 ZN1=0.85，Z N2=0.92； = = MPa=476MPa1Hlim1HS0.856 = = MPa=487.6MPa2li2NH.93 故 1d23.17EdHKTuZ = mm 23.503.89.46 =95.86mm = = mm=3.86mmnm1cosdz195.8cosz 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) =4。n 6.確定中心距 和螺旋角a = = mm=248.47mm12cosnmz496cos15 考慮到實際情況，結(jié)合變速器的外形盡寸發(fā)現(xiàn)中心距 太小，整個機(jī)構(gòu)地運(yùn)轉(zhuǎn)的a 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 過程中會發(fā)生干涉，需加大中心距。因此重選 =5，以達(dá)到加大中心距的目的。nm = = mm=310.583mma12cosnmz5496cos1 圓整后取中心距為： =310mm 圓整中心距后確定的螺旋角 為： = = = =12arcosnmz52496arcos310.51432 3.1.4 主要尺寸計算 = = mm=124.00mm1dcosnz541.9 = mm=496.00mm26.nm = =1124mm=124mm1bd 取 =130mm， =124mm(為了補(bǔ)償安裝誤差，通常使小齒輪齒寬略大些 )。2 3.1.5 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 如 ，則校核合格。F 確定有關(guān)系數(shù)與參數(shù)： 1.當(dāng)量齒數(shù) 1332426cos.5910.Vz 2.齒形系數(shù) FY 查有關(guān)齒輪手冊，得 2.627， 2.178（差值法） 。1F2FY 3.應(yīng)力修正系數(shù) S 查有關(guān)齒輪手冊，得 1.597， 1.805（差值法） 。12S 4.許用彎曲應(yīng)力 F 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 查手冊，得 210MPa， =190MPa， =1.3， =0.9， =0.92；lim1Flim2HFS1NY2N = = MPa=145.38MPa1liNFYS0.913 = = MPa=134.46MPa2Flim2F. =F112.6cosSnKTYbz = mm2.530cos14.592.671.59 =43.22MPa 1F = = MPa=46.93MPa2F21SFY.8.043267592F 齒根彎曲強(qiáng)度校合格。 3.1.6 驗算齒輪的圓周速度 由齒輪的圓周速度公式 =v160dn 求得齒輪的圓周速度最大值為 34.5m/s，查有關(guān)齒輪設(shè)計手冊，先擇齒輪精度為 6 級，與預(yù)選值相符。 3.1.7 幾何尺寸計算 1.大齒輪 =5mm， =6.25mm2anhm21.5fnhm mm=506mm496ad mm=483.5mm22.ff 由于 500mm，因此采用輪腹式結(jié)構(gòu)。a 2.小齒輪 =5mm， =6.25mm1anhm1.25fnhm = mm=134mm2ad4 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 mm=111.5mm112426.5ffdh 由于 200mm ，因此采用實體式結(jié)構(gòu)。a 3.2 箱體結(jié)構(gòu)尺寸的計算 有關(guān)箱體結(jié)構(gòu)尺寸的計算可以查閱減速器設(shè)計資料，根據(jù)箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸計算 公式求得的尺寸值如下所示。 箱體壁厚 ：0.025a+1=0.025310+1=8.75 mm，取 =10mm。 箱蓋壁厚 ：0.02a+1=0.02310+1=7.2mm，取 =10mm。1 1 箱蓋凸緣厚 ： =1.5 =15mm。b1 箱座凸緣厚度 ： =1.5 =15mm。 箱座底凸緣厚度 ： =2.5 =25mm。2 地腳螺釘直徑 ： =0.036 +12=0.036310+12=23.16mm，取 =24mm。fdfafd 地腳螺釘數(shù)目 ： =6 。n 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 ： =0.75 =0.7524mm=18mm，取 =20mm。1fd1 蓋與座聯(lián)接螺栓直徑 ： =0.5 =0.524mm=12mm。2df 聯(lián)接螺栓 的間距 ： =150mm。2l 軸承端蓋螺釘直徑 ： =0.4 =0.424mm=9.6mm，取 =10mm。3f 3d 定位銷直徑 ： =（0.70.8） =8.49.6mm ，取 =10mm。d2d ， ， 至箱壁距離 ：34mm，26mm，18mm。f121C ， 至凸緣邊緣距離 ：28mm，16mm。f 2 軸承旁凸臺半徑 ： = 。1R 凸臺高度 ：以便于扳手操作為準(zhǔn)，取 =130mm。hh 外箱壁至軸承座端面距離 ： = + +（510） ，取 =70mm。1l1C21l 大齒輪頂圓內(nèi)箱壁距離 ： =1.2 =12mm，取 =14mm。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 齒輪端面與內(nèi)箱壁距離 ： =14mm。2 箱蓋,箱座肋厚 ， ： ， ，取 = =10mm。1m110.850.85m1m 地腳螺栓為：螺栓 GB5782-86 M2450，兩箱共 12 個。 蓋與座連接螺栓：螺栓 GB5783-86 M1250，兩箱共 6 個。 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑：螺栓 GB5783-86 M20160，兩箱共 16 個。 軸承端蓋螺釘直徑：GB5783-86 M1040，兩箱共 48 個。 視孔蓋螺栓：對于單級變速機(jī)構(gòu)，當(dāng)中心距 350mm時，視孔蓋螺栓直徑 取ad 6mm，孔數(shù)為 8，蓋厚 4mm。螺栓 GB5783-86 M612，兩箱共 16 個。 3.3 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計 3.3.1 小齒輪軸的設(shè)計與校核 1.選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 選用 45 號鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，查相關(guān)手冊得強(qiáng)度極限 =637MPa，許用彎曲應(yīng)力B =60MPa，毛坯直徑 200mm。1b 0d 2.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑（最小直徑） d =（107 118）3PCn369.510T =（107 118 ） mm36. =34.8538.63mm 考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器，會有鍵槽存在，故需將估算直徑加大 3%5%，取為 35.8938.63mm。由設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑 =38mm。1d 3.設(shè)計軸的結(jié)構(gòu) （1）擬定軸上零件的裝配方案（如圖 3.1a 所示） （2）確定軸上零件的位置和固定方式 齒輪從軸的右端裝入，如上圖所示，齒輪的左端用軸肩固定，右端用套筒固定， 這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采用平鍵連接，同時為了保 證齒輪與軸有良好的對中性，故采用 H7/r6 的配合。由于軸承對稱安裝于齒輪的兩側(cè)， 則其左軸承用軸肩固定、右軸承由套筒右端面來定位，軸承的周向固定采用過盈配合。 軸承的外圈位置由軸承蓋頂住，這樣軸組件的軸向位置即可完全固定。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 （3）確定各軸段的直徑 如圖 3.1a 所示，軸段 （外伸端）直徑最小， d1=38mm；考慮到要對安裝在軸 段 上的聯(lián)軸器進(jìn)行定位，軸段 必須滿足軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段的直徑 d2=45mm（選擇軸承型號為 6409 GB/T296-94） ；為了便于拆卸左右軸承，可查出 6904 型深溝球軸承的安裝高度為 5mm，取 d5=55mm；小齒輪孔徑 d3=48mm，軸間高 度為 h=5mm，則 d4=58mm。 （4）確定各軸段的長度 齒輪輪寬為 130mm，為保證齒輪固定可靠，軸段的長度應(yīng)略短于齒輪輪轂寬 度，取為 128mm；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留 有一定的間距，取該間距為 14mm；為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為 29mm） ，并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為 5mm，所以軸段 長 度取為 19mm，軸承支點距離 mm；根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)及聯(lián)軸器距軸承蓋要有一定197l 距離的要求，取 mm；查閱有關(guān)的聯(lián)軸器手冊取 =70mm。80l l （5）按設(shè)計結(jié)果畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖，如圖 3.1a 所示。 4.按彎扭合成強(qiáng)度核軸徑 （1）畫出軸的受力圖（圖 3.1b） 。 （2）作水平面內(nèi)的彎矩圖（圖 3.1c） 。 首先對斜齒圓柱齒輪傳動中的主動輪進(jìn)行受力分析： N=5322.58N230496tTFd =5322.58 N=2001.82N2tancosrtan20cos14.59 N=1385.44N2t53.8taF 小齒輪受力與大齒輪等大反向。 支點反力為： N=2661.29N1532.8tHAB -截面處的彎矩為： H =2661.29 Nmm =262137.07NmmM 972 -截面處的彎矩為： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 H = 2661.29（19+ ）Nmm=89153.22 NmmM 29 （3）作垂直面內(nèi)的彎矩圖（圖 3.1d） ，支點反力為： N=564.88N10.8135.422297arVAFdl =(2001.82-564.88)N=1436.94 N1BrVA -截面左側(cè)彎矩為： V左 Nmm =55641.07NmmM197564.822AlF -截面右側(cè)彎矩為： V右 Nmm=141538.59Nmm13.9Bl -截面處的彎矩為： V =1436.9433.5Nmm=48137.49NmmM219BF （4）作合成彎矩圖（圖 3.1e） 2HV （3.1） -截面為： Nmm NmmM左 22HV左 225641.0735.9407 Nmm Nmm8右 右 8361 -截面為： Nmm Nmm2224137.94.50VH92 （5）作轉(zhuǎn)矩圖（圖 3.1f） Nmm130T （6）求當(dāng)量彎矩 因加速機(jī)構(gòu)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，即可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)變化，修正系數(shù) 為 0.6。 -截面： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 Nmm Nmm2 22283610.3eMT右 39564 -截面： Nmm Nmm2 2229.e 017 （7）確定危險截面及校核強(qiáng)度 由前面圖可以看出，截面-，-所受轉(zhuǎn)矩相同，但彎矩 ，且軸上eM 還有鍵槽，故截面-可能為危險截面。但由于軸徑 d3d 2，故也應(yīng)對截面-進(jìn) 行校核。 -截面： MPa=29.80MPa3295640.18eMW -截面： MPa=22.78MPa37.45ee 查手冊，得 MPa，滿足 條件，故設(shè)計的軸有足夠的強(qiáng)度。160be1b 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 L=197 Ft1a1Fr1 FHA FHB Ft1 MHC d1d2d3d45d2 12345 L/2 803.5 60A B(a) (b) (c) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 FVA FVB Fr1 Fa1 MVC1MVC2 MT (d) (e) (f) 圖 3.1 小齒輪軸設(shè)計 3.3.2 大齒輪軸的設(shè)計與校核 1.選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 選用 45 號鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由設(shè)計手冊查得強(qiáng)度極限 =637MPa，許用彎曲應(yīng)B 力 =60MPa，毛坯直徑 200mm。1b 0d 2.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑（最小直徑） d =（ 107118）3PCn2369.510T 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 =（107 118 ） mm36049.51 =55.3260.01mm 考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器，會有鍵槽存在，故需將估算直徑加大 3%5%，取為 56.9762.84mm。由設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑 =60mm。1d 3.設(shè)計軸的結(jié)構(gòu) （1）擬定軸上零件的裝配方案，如圖 3.2a 所示。 （2）確定軸上零件的位置和固定方式 齒輪從軸的右端裝入，如上圖所示，齒輪的左端用軸肩固定，右端用套筒固定， 這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采用平鍵連接，同時為了保 證齒輪與軸有良好的對中性，故采用 H7/r6 的配合。由于軸承對稱安裝于齒輪的兩側(cè)， 則其左軸承用軸肩固定、右軸承由套筒右端面來定位，軸承的周向固定采用過盈配合。 軸承的外圈位置由軸承蓋頂住，這樣軸組件的軸向位置即可完全固定。 （3）確定各軸段的直徑 如圖 3.2a 所示，軸段 （外伸端）直徑最小， d1=60mm；考慮到要對安裝在軸 段 上的聯(lián)軸器進(jìn)行定位，軸段 必須滿足軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段的直徑 d2=75mm（選擇軸承型號為 6215 GB/T296-94） ；為了便于拆卸左右軸承，可查出 6215 型深溝球軸承的安裝高度為 4.5mm，取 d5=84mm；由于大齒輪要做成輪腹式齒 輪，齒輪孔徑 mm=82.67103.33mm，取2141.25.s bld =83mm，則軸段的直徑 ds=83mm；考慮到要對安裝的在軸段 上的大齒輪進(jìn)行sd 定位，軸段 上應(yīng)有軸肩，取軸間高度為 h=4.5mm，則 d4=92mm。 （4）確定各軸段的長度 齒輪輪寬為 124mm，為保證齒輪固定可靠，軸段的長度應(yīng)略短于齒輪輪轂寬 度，取為 122mm；查有關(guān)軸承的手冊，6215 型深溝球軸承的寬度 B=25mm，則軸承 支點間的距離 mm=193mm；根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)及聯(lián)軸器距軸承蓋要有19725l 一定距離 要求，取 =80mm；查閱有關(guān)的聯(lián)軸器手冊取 =107mm；在軸段 、l l 上分別加工出鍵槽，使三個鍵槽處于軸的同一圓柱線線上。 （5）按設(shè)計結(jié)果畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖，如圖 3.2a 所示。 4.按彎扭合成強(qiáng)度核軸徑 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 （1）畫出軸的受力圖（圖 3.2b） 。 （2）作水平面內(nèi)的彎矩圖（圖 3.2c） 。 支點反力為： N =2661.29N253.8tHABF -截面處的彎矩為： H =2661.29 Nmm=256814.8NmmM 192 -截面處的彎矩為： H =2661.2934.5Nmm=91814.51Nmm （3）作垂直面內(nèi)的彎矩圖（圖 3.2d） ，支點反力為： N =2781.16N201.8235.4961arVAFdl N=-779.34N1.7.BrVA -截面左側(cè)彎矩為： V左 Nmm=268381.94NmmM19328.6AlF -截面右側(cè)彎矩為： V右 Nmm=-75206.31Nmm79.3422Bl -截面處的彎矩為： V Nmm=-26887.23NmmM.5.5BF （4）作合成彎矩圖（圖 3.2e）2HV -截面為： Nmm=341856NmmM左 22HV左 226831.9487.6 Nmm=245326Nmm750右 右 -截面為： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 Nmm=89522Nmm222687.3198.47VHM （5）作轉(zhuǎn)矩圖（圖 3.2f） Nmm=1320000Nmm2304T （6）求當(dāng)量彎矩 因加速機(jī)構(gòu)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，即可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)變化，修正系數(shù) 為 0.6。 -截面： Nmm=812546Nmm2 2223418560.13eMT左 -截面： Nmm=731628Nmm2 2229.e （7）確定危險截面及校核強(qiáng)度 由圖 3.2f 圖可以看出，截面-，-所受轉(zhuǎn)矩相同，但彎矩 ，且軸eM 上還有鍵槽，故截面-可能為危險截面。但由于軸徑 d3d 2，故也應(yīng)對截面- 進(jìn)行校核。 -截面： MPa=14.21MPa38125460.eMW -截面： MPa=17.34MPa37.15ee 滿足 條件，故設(shè)計的軸有足夠的強(qiáng)度。e1b L=19md1d254d32d1 07880734.5(a) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 L=193nTFa2t2Fr2(b) Ft2FHA FHBMHC Fr2FVA FVBFa2 M VC1M VC2 (c) (d) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 MT(e)(f) 圖 3.2 大齒輪軸設(shè)計 3.3.3 聯(lián)軸器型號的選擇 1.小軸上聯(lián)軸器型號的選擇 根據(jù)小齒輪軸軸徑 d=38mm，承受的轉(zhuǎn)矩 Tmax=330Nm，最大轉(zhuǎn)速 nmax=6000r/min，查閱有關(guān)聯(lián)軸器的手冊，確定小齒輪軸聯(lián)軸器為： YL9 聯(lián)軸器 GB 5843-8613860J 兩箱各一對。 2.大軸上聯(lián)軸器型號的選擇 根據(jù)大齒輪軸軸徑 d= 60mm，承受的轉(zhuǎn)矩 Tmax=1320Nm，最大轉(zhuǎn)速 nmax=1500r/min，查閱有關(guān)聯(lián)軸器的手冊，確定大齒輪軸聯(lián)軸器為： YL12 聯(lián)軸器 GB 5843-861607J 由于大軸對稱布置，兩伸出端軸徑相同，因此選擇 YL12 聯(lián)軸器兩對。 3.連接方式 兩軸處的聯(lián)軸器通過鍵與軸連接。 4.聯(lián)軸器材料 YL9 聯(lián)軸器材料為鋼，YL12 聯(lián)軸器材料為鐵。 3.3.4 鍵的選擇與校核 由于軸上載荷沿鍵的長度方向是均勻分布的，所以應(yīng)該按平鍵連接的擠壓強(qiáng)度條 件來校核鍵的強(qiáng)度。平鍵連接的擠壓強(qiáng)度條件為： 40jyjyTdhl （3.2） 式中 被連接零件所傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nmm； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 軸徑，mm；d 鍵的高度，mm；h 鍵的工作長度，mm，A 型鍵 =L-b，B 型鍵 =L，C 型鍵 =L-0.5bl lll 并且 L（1.6 1.8）d，以免因鍵過長而增大壓力沿鍵長分布的不均勻性。 為鍵連接中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力。 jy 1.小軸上鍵的選擇與校核 （1）聯(lián)軸器處鍵的選擇與校核 根據(jù)軸徑 d=38mm，軸段長度為 60mm，轉(zhuǎn)矩 Tmax=330Nm，選擇鍵的型號為 （mm）： 鍵 1050 GB1096-79平頭普通平（A 型） 、b=10、h=8 、L=50 鍵的工作長度 =（50-10 ） mm=40mml 則 MPa=108.55MPa4038jy 查閱有關(guān)鍵的手冊，選擇鍵的材料為鋼，許用擠壓應(yīng)力 =60130MPa，由jy 于 ，因此鍵的強(qiáng)度足夠，合格。jyjy （2）小齒輪連接鍵的選擇與校核 根據(jù)小齒輪輪轂軸徑 d=48，軸段長度為 128mm，轉(zhuǎn)矩 Tmax=330Nm，選擇鍵的 型號為（mm）： 鍵 14110 GB1096-79圓頭普通平鍵（A 型） 、b=14、h=9 、L=110 鍵的工作長度 =（110-14）mm=96mm ，將參數(shù)代入式（3.2）得 l MPa=31.83MPa403896jy 由于 ，因此鍵的強(qiáng)度足夠，合格。鍵的材料為鋼。jj 2.大軸上鍵的選擇與校核 （1）聯(lián)軸器處鍵的選擇與校核 由軸的外伸端直徑 d=60mm，聯(lián)軸器處的軸段長為 107mm，轉(zhuǎn)矩