TY180推土機(jī)變速箱設(shè)計(jì)(定軸式人力換擋變速箱)【含4張CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】【GC系列】

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M北京：高等教育出版社，20086 機(jī)械加工工藝師手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期 指導(dǎo)教師簽字 日期 教 研 室 主 任 簽 字 日期 第4頁(yè)機(jī)械學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：推土機(jī)的變速箱設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 專(zhuān) 業(yè)： 年 月 日1.課題名稱(chēng)：推土機(jī)的變速箱的設(shè)計(jì)2.課題研究背景：推土機(jī)是由拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器，有一寬而鈍的水平推鏟用以清除土地、道路構(gòu)筑物或類(lèi)似的工作。它是工程機(jī)械的一個(gè)主要機(jī)種，在城市建筑、公路鐵路施工、水利水電建設(shè)、露天采礦和國(guó)防施工等各種工程中，用來(lái)進(jìn)行推移積土、開(kāi)渠、填土、清理場(chǎng)地等各種作業(yè)。大中型履帶推土機(jī)還可用來(lái)頂推鏟運(yùn)機(jī)、做助鏟工作，配備松土器后，可進(jìn)行破土作業(yè)。按行走方式，推土機(jī)可分為履帶式和輪胎式兩種。履帶式推土機(jī)附著牽引力大，接地比壓小(0.040.13MPa)，爬坡能力強(qiáng)，但行駛速度低。輪胎式推土機(jī)行駛速度高，機(jī)動(dòng)靈活，作業(yè)循環(huán)時(shí)間短，運(yùn)輸轉(zhuǎn)移方便，但牽引力小，適用于需經(jīng)常變換工地和野外工作的情況。按用途可分為通用型及專(zhuān)用型兩種。通用型是按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)的機(jī)型，廣泛用于土石方工程中。專(zhuān)用型用于特定的工況下，有采用三角形寬履帶板以降低接地比壓的濕地推土機(jī)和沼澤地推土機(jī)、水陸兩用推土機(jī)、水下推土機(jī)、船艙推土機(jī)、無(wú)人駕駛推土機(jī)、高原型和高濕工況下作業(yè)的推土機(jī)等。工程機(jī)械的動(dòng)力裝置和驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)部件總稱(chēng)為傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系的功用是將動(dòng)力裝置的動(dòng)力，按需要傳遞給驅(qū)動(dòng)輪和其他操縱機(jī)構(gòu)。目前工程機(jī)械大多數(shù)采用柴油機(jī)、汽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)作為動(dòng)力裝置。傳動(dòng)系統(tǒng)的類(lèi)型有：機(jī)械式、液力機(jī)械式、全液壓式和電動(dòng)輪式等四種。在鏟土運(yùn)輸機(jī)械中多數(shù)為機(jī)械式或液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng);近年來(lái)在挖掘機(jī)上采用全液壓式傳動(dòng)系統(tǒng)較多；在大型L程機(jī)械上已出現(xiàn)由電動(dòng)機(jī)直接裝在車(chē)輪上的電動(dòng)輪式傳動(dòng)系統(tǒng)， 但尚未全面推廣。機(jī)械式、液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)一般包括：主離合器、液力變矩器(只在液力機(jī)械傳動(dòng)中才有)、變速箱、分動(dòng)箱、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)橋、最終傳動(dòng)或輪邊減速器等部分。但并非所有傳動(dòng)系統(tǒng)都包括這些部分，其組成和布置形式取決于工程機(jī)械的總體構(gòu)造形式及傳動(dòng)系統(tǒng)本身的構(gòu)造形式等許多因素。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為變速箱的設(shè)計(jì)。變速箱的作用是改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利(功率較高而油耗較低)的工況下工作；變速箱還設(shè)有倒檔機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)倒車(chē)的需要；利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。變速箱的類(lèi)型：按變速箱換檔方式分為人力換檔和動(dòng)力換檔；按輪系形式分為定軸式變速箱和行星式變速箱。變速箱中所有齒輪都有固定的旋轉(zhuǎn)軸線，稱(chēng)為定軸式變速箱。定軸式變速箱的換檔方式有兩種，即人力換檔與動(dòng)力換檔。行星式變速箱中有些齒輪在空間旋轉(zhuǎn)，這種軸線旋轉(zhuǎn)的齒輪有兩種運(yùn)動(dòng)，即公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，故稱(chēng)為行星輪。行星齒輪變速箱只有動(dòng)力換檔一種方式。3.課題研究意義：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)無(wú)處不在，現(xiàn)在對(duì)學(xué)生的要求越來(lái)越高，不僅對(duì)學(xué)生的理論要求提高了，而且對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力的要求也有所提高，而這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)就是對(duì)學(xué)生的理論實(shí)踐能力的一次提高。 本次設(shè)計(jì)主要完成變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要查閱很多相關(guān)資料和深入思考問(wèn)題，這對(duì)專(zhuān)業(yè)能力的提升有很大幫助。 在這次的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了機(jī)械設(shè)計(jì)的大量知識(shí)，提高學(xué)生對(duì)軟件的應(yīng)用能力。4.文獻(xiàn)查閱、資料收集概況推土機(jī)采用機(jī)械傳動(dòng)或帶液力變矩器的液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，也有少數(shù)采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。推土機(jī)是填埋場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械。我國(guó)推土機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展前景（1）開(kāi)發(fā)小型推土機(jī) 與北美、西歐和日本市場(chǎng)相比，中國(guó)小型推土機(jī)市場(chǎng)無(wú)論是銷(xiāo)量，還是小型推土機(jī)與重型推土機(jī)銷(xiāo)售總量中所占的比重，都有相當(dāng)大的差距。推土機(jī)行業(yè)必須借這次機(jī)遇，努力滿(mǎn)足這一新市場(chǎng)的需求。據(jù)有關(guān)雜志介紹，目前小型機(jī)市場(chǎng)已進(jìn)入成長(zhǎng)期，2008-2012年前后進(jìn)入成長(zhǎng)期后期和成熟期前期，2020年前后進(jìn)入成熟期。 所以，推土機(jī)行業(yè)的有關(guān)企業(yè)，應(yīng)從戰(zhàn)略角度著眼，決不能忽視小型產(chǎn)品的未來(lái)市場(chǎng)。但，在中國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家開(kāi)發(fā)小型工程機(jī)械產(chǎn)品，其定位一定要準(zhǔn)。應(yīng)該用不同的技術(shù)、針對(duì)不同用戶(hù)群來(lái)解決定位準(zhǔn)的問(wèn)題。應(yīng)首先開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足發(fā)達(dá)地區(qū)廣大農(nóng)村市場(chǎng)的低端產(chǎn)品。而高端產(chǎn)品更多應(yīng)考慮未來(lái)用戶(hù)的需求。（2）盡快完善和解決適應(yīng)西部高原地區(qū)作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù) a. 采用功率恢復(fù)型的增壓技術(shù)。b. 熱平衡技術(shù)。c. 防風(fēng)沙技術(shù)的應(yīng)用。d. 自救防護(hù)設(shè)備及機(jī)具的配置。e. 低溫預(yù)熱系統(tǒng)的采用。f. 多自由度推土裝置的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。5.設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容根據(jù)所要設(shè)計(jì)的推土機(jī)整機(jī)性能的主要參數(shù)確定變速箱型式，并進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：1. 對(duì)變速箱分析和設(shè)計(jì)；2. 主參數(shù)選擇確定；3. 變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要零件的選擇和設(shè)計(jì)；4. 變速箱的零件選擇,驗(yàn)算和壽命計(jì)算；5. 結(jié)合本課題查閱并翻譯1萬(wàn)個(gè)印刷符號(hào)的英文資料；6. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 6.設(shè)計(jì)（論文）提交形式1圖紙（1）主要零件圖A1或A2圖紙34張。（2）變速箱裝配圖1張（A0）2說(shuō)明書(shū)（1）變速箱設(shè)計(jì)技術(shù)概述；（2）變速箱總體方案的分析、設(shè)計(jì)及方案圖；（3）設(shè)計(jì)步驟及要點(diǎn)說(shuō)明。（以上內(nèi)容全部采用計(jì)算機(jī)制作）7 進(jìn)度安排第一周:：查閱資料、準(zhǔn)備工作第二周：課題分析，確定總體方案第三周：完成開(kāi)題報(bào)告第四周：設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)構(gòu)草圖第五周：設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)構(gòu)草圖第六周：設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)構(gòu)草圖第七周：設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)構(gòu)草圖，中期檢查第八周：繪制裝配圖第九周：繪制裝配圖第十周：繪制零件圖第十一周：整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第十二周：論文定稿，完成設(shè)計(jì)第十三周：形成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部文件，準(zhǔn)備答辯。第十四周：畢業(yè)答辯8. 指導(dǎo)教師意見(jiàn)簽名： 年 月 日1 推土機(jī)變速箱設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì)為推土機(jī)變速箱設(shè)計(jì)，其要求為變速箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕， 工作可靠，使用方便。 首先確定變速箱的傳動(dòng)方案，選用機(jī)械式人力換擋，五個(gè)前進(jìn)擋，四個(gè)倒 退擋。換擋方式采用人力換擋， 。然后進(jìn)行變速箱主要參數(shù)的確定，通過(guò)對(duì)齒輪 和州的設(shè)計(jì)選擇及強(qiáng)度計(jì)算，軸承的壽命驗(yàn)算，以及變速箱符合設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：推土機(jī)，機(jī)械式變速箱，設(shè)計(jì) 2 Bulldozer Transmission Design Abstract Dozers gearbox design , its request for the transmission of simple structure, small size, light weight, reliable, easy to use. first determine the transmission gear box program, use mechanical human transmission, the five forward gears and four back block. Use of manpower shift mode. Then to determine the main parameters of transmission, through the design of the gear selection and intensity of state calculation, checking bearing life, and transmission line design. Keywords: bulldozers, mechanical transmission, the design 3 目 錄 一、推土機(jī)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) .1 1.1 推土機(jī)傳動(dòng)方案 .1 1.2 變速箱的設(shè)計(jì)方案 .2 1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比 .3 1.4.各部件傳動(dòng)比的確定 .3 二、變速箱主要參數(shù)的確定 .5 2.1 中心距的確定 .5 2.2 齒輪模數(shù) .5 2.3 齒寬 B .6 2.4 選配齒數(shù) .7 三、齒輪設(shè)計(jì) .11 3.1 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 .11 3.1.1 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 .11 3.1.2 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 .14 3.2 齒輪材料、加工精度和結(jié)構(gòu)形狀 .16 四. 變速器軸設(shè)計(jì)與計(jì)算 .18 4.1.軸的強(qiáng)度校核 .18 4.1.1 軸的材料選擇 .18 4.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .18 4.1.3 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核 .18 4.1.4 計(jì)算支承反力彎矩及轉(zhuǎn)矩 .19 4.1.5 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 .19 4.1.6 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 .20 4.1.7軸的靜強(qiáng)度校核： .21 4.2.軸的剛度校核計(jì)算 .21 4.2.1 軸的彎曲剛度校核計(jì)算： .22 4.3 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算 .23 4.4 花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算 .24 4 五、軸承的設(shè)計(jì)與壽命計(jì)算 .26 5.1 求兩端軸承受到的徑向載荷和 和 .271Fr2 5.2 求兩軸承的計(jì)算軸向力 和 .27a2 5.3 對(duì)于使用滾針組分析 .28 六、變速器操縱元件設(shè)計(jì) .30 參考文獻(xiàn) .31 致謝 .32 齒輪和軸的介紹 .33 一、推土機(jī)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)1.1推土機(jī)傳動(dòng)方案整機(jī)的動(dòng)力裝置和驅(qū)動(dòng)輪之間的所有傳動(dòng)部件總稱(chēng)為傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)的基本功用是將動(dòng)力裝置的動(dòng)力按需要傳給驅(qū)動(dòng)輪和其他機(jī)構(gòu)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)刻有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可以有電機(jī)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛要求其傳動(dòng)系統(tǒng)具有以下功能：（1）將低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩。（2）實(shí)現(xiàn)變速。（3）由于內(nèi)燃機(jī)不能實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)中的變速箱實(shí)現(xiàn)反向行駛（倒退）。（4）必要時(shí)切斷動(dòng)力。（5）實(shí)現(xiàn)左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間的差速。 為了實(shí)現(xiàn)以上功能，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)有離合器、變速箱、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)橋等機(jī)件構(gòu)成。機(jī)械傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低廉、質(zhì)量輕、傳動(dòng)效率高，以及可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)零件的慣性進(jìn)行作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，因此在中小功率的車(chē)輛上得到廣泛應(yīng)該用。但機(jī)械傳動(dòng)也存在以下主要缺點(diǎn)：在工作阻力急劇變化的工況下，內(nèi)燃機(jī)容易熄火；采用人力換擋時(shí)，換擋動(dòng)力中斷時(shí)間長(zhǎng);傳動(dòng)系統(tǒng)零件受到的沖擊載荷大，同時(shí)由于外載荷的急劇變化，又通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)影響動(dòng)力裝置，因而降低了動(dòng)力裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)的各零件的使用壽命。圖 1-1-1 所示為履帶式推土機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)圖。1.2變速箱的設(shè)計(jì)方案變速箱的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)，就是根據(jù)所確定的檔位數(shù)與各檔傳動(dòng)比，按照重量輕、體積小、傳動(dòng)效率高、噪音小、操作簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)原則，草擬傳動(dòng)方案，工程車(chē)輛的機(jī)械式變速箱大范圍采用的是平面三軸式和空間三軸式兩類(lèi)方案。本次設(shè)計(jì)的TY180推土機(jī)的變速箱有五個(gè)前進(jìn)檔和四個(gè)倒退檔，它采用空間三軸式滑動(dòng)齒輪換擋。圖 1-2-1 所示為履帶式推土機(jī)變速箱的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖圖 1-2-1 TY180推土機(jī)變速箱的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖1 輸入軸；2輸出軸；3中間軸；4惰輪軸；當(dāng)動(dòng)力由輸入軸經(jīng)惰輪軸傳到中間軸上時(shí)為前進(jìn)檔，當(dāng)動(dòng)力直接由輸入軸傳到中間軸上時(shí)為倒退檔。中間軸3上裝有換向滑動(dòng)齒輪，以及、檔由后向前順序排列的換擋滑動(dòng)齒輪。當(dāng)以不同的換擋齒輪與輸出軸上相應(yīng)的齒輪嚙合時(shí)，即可獲得4個(gè)前進(jìn)檔或4個(gè)倒退檔。V檔滑動(dòng)齒輪裝在輸入軸2的后部，當(dāng)她與輸出軸上的齒輪嚙合時(shí)，即為V檔。為了減小變速箱的軸向尺寸，在輸出軸上V檔齒輪布置在、 檔齒輪留出的空間內(nèi)?？梢?jiàn)，在前進(jìn)五檔中，IV 檔是通過(guò)三對(duì)齒輪嚙合傳出的,V檔則是通過(guò)一對(duì)齒輪嚙合傳出。變速箱各級(jí)傳動(dòng)比確定1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比 （1-2-1）式中：履帶板節(jié)距，m; 圍繞驅(qū)動(dòng)鏈輪一周的履帶板數(shù)目，取1014將,及各檔行駛速度代入公式，得=77.09=54.45=37.90=28.17=90.13=59.78=41.85=29.151.4.各部件傳動(dòng)比的確定 （1-2-2） 式中：變速箱的傳動(dòng)比; 主傳動(dòng)器（中央傳動(dòng)器）的傳動(dòng)比； 最終傳動(dòng)（輪邊傳動(dòng)）的傳動(dòng)比；參考現(xiàn)有同類(lèi)推土機(jī)，結(jié)合具體情況，取。 代入公式（1-2-2），得=2.75 ，=1.81 ，=1.28 ，=0.89 ，=0.66 ，=2.12 ，=1.40 ，=0.98 ，=0.68二、變速箱主要參數(shù)的確定2.1中心距的確定中心距對(duì)變速箱的尺寸及重量有直接的影響，所選中心距應(yīng)能保證齒輪的強(qiáng)度。對(duì)履帶推土機(jī)，可按下面經(jīng)驗(yàn)公式初選變速箱中心距：（2-1-1）式中：變速箱頭檔被動(dòng)齒輪所傳扭矩（，為發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩，為從發(fā)動(dòng)機(jī)至變速箱頭擋被動(dòng)齒輪軸的速比）為中心距系數(shù)，參照表2-1-1 選取表 2-1-1 履帶推土機(jī)變速箱中心距參數(shù)推土機(jī)型號(hào)上海120宣化120移山180T180T320發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩（公斤*米）57.34871.671.6131(公斤*米)163104169160406A（mm）157.5155.29187.4186.7243.5328.833.23432.432.9已知：發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩80公斤米，=3.00，則=802.75=220公斤米，取k=34.2將上述數(shù)據(jù)帶入公式 （2-1-1） ，得 mm2.2齒輪模數(shù)對(duì)履帶推土機(jī)，可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)初選模數(shù)，所選取的模數(shù)大小應(yīng)符合GB11160規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。 m= （2-2-1） 式中：頭檔被動(dòng)齒輪所傳扭矩 模數(shù)系數(shù),參照表 2-2-1 選取.。表 2-2-1 履帶推土機(jī)變速箱的齒輪模數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)推土機(jī)型號(hào)上海120宣化120移山180T180T320發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩（公斤*米）57.34871.671.6131（公斤*米）163104169160406M(mm)755562.431.070.9050.920.81由上述計(jì)算知=206公斤*米，取=0.92，代入公式 （2-2-1），得 取標(biāo)準(zhǔn)值m=52.3齒寬b 齒寬b的大小直接影響齒輪的強(qiáng)度。在一定范圍內(nèi)b大強(qiáng)度就搞，但變速箱的軸向尺寸和質(zhì)量亦增大。試驗(yàn)證明，齒寬過(guò)分增大，由于沿齒寬方向載荷分布不均勻性增大，反而使齒寬承載能力隨之降低。 通常根據(jù)m的大小來(lái)選取齒寬。 對(duì)于直齒 b = (4.47) m ; 對(duì)于斜齒 b = (69.5) m; 中心距和模數(shù)一定時(shí)，齒寬b可用來(lái)調(diào)節(jié)齒所受的應(yīng)力，根據(jù)各對(duì)齒輪上受力不同選取不同齒寬，對(duì)負(fù)荷較大的齒輪常增加其齒寬以提高其承載能力，對(duì)負(fù)荷較小的齒輪可減少齒寬，以減小變速箱的軸向尺寸和重量。 根據(jù)以上分析，得各齒輪的齒寬如表 2-3-1 所示表 2-3-1 變速箱的齒寬齒輪齒寬（mm）30303540353535齒輪齒寬（mm）35354035353535 2.4選配齒數(shù) 選配齒數(shù)的任務(wù)是，在變速箱傳動(dòng)簡(jiǎn)圖方案和變速箱主要參數(shù)已經(jīng)知道的情況下，根據(jù)所需的各檔傳動(dòng)比來(lái)確定各對(duì)齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明分配各檔齒數(shù)的方法。 由上述計(jì)算確定所需各檔傳動(dòng)比為： 前進(jìn) ： ; ; ; ; 后退 : ; ; ; 分配傳動(dòng)比并確定各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比五檔經(jīng)一對(duì)齒輪傳動(dòng)。其傳動(dòng)比 四個(gè)后退檔和其余四個(gè)前進(jìn)擋前進(jìn) ： ; ; ; 后退 ： ; ; ; 配齒要從以下各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比： ; ; ; ; ; 由組成式變速箱傳動(dòng)簡(jiǎn)明方案的特點(diǎn)所決定，具有下列關(guān)系： 而 ： ; ; ; 只要確定 ，其他各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比都可以由所需傳動(dòng)比通過(guò)計(jì)算來(lái)確定。確定 :我們把變速箱的傳動(dòng)比分為定傳動(dòng)比和變傳動(dòng)比，和為變傳動(dòng)比，變傳動(dòng)比是由兩軸間若干對(duì)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變速箱設(shè)計(jì)中取變速部分最大傳動(dòng)比（減速）為最小傳動(dòng)比（增速）的倒數(shù)，即：則： 這樣，主動(dòng)軸上最小齒數(shù)（）和最大齒數(shù)（）分別與被動(dòng)軸上最小齒數(shù)（）和最大齒數(shù)（）相等。由： 得： 將 ，代入后計(jì)算得： 通過(guò)計(jì)算得： =1.72 ， =1.16 , =0.80 , =0.57 , =1.20確定總齒數(shù)當(dāng)中心距、模數(shù)已確定，則總齒數(shù)和即可求得為：對(duì)直齒： 由各對(duì)嚙合齒輪的傳動(dòng)比及其齒數(shù)和來(lái)定各齒輪齒數(shù)，即解下列方程式： (2-4-1) 式中：和主動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪的齒數(shù)；I 此嚙合對(duì)齒輪的傳動(dòng)比。通過(guò)上述方法計(jì)算變速箱各對(duì)齒輪的齒數(shù) （1）一檔齒輪的齒數(shù)， 一檔變傳動(dòng)比=1.75 為了確定，的齒數(shù)，先求出齒數(shù)和： （2.4.1） 其中A=206mm , m=5 , 故 將上述數(shù)據(jù)代入式(2-4-1)中（2.4.1），得： 52 ，30（2）二檔齒輪的齒數(shù)， 二檔變傳動(dòng)比 齒數(shù)和=82 將上述數(shù)據(jù)帶入式 (2-4-1) 中，得： 44，（3）三檔齒輪齒數(shù)， 三檔變傳動(dòng)比2 齒數(shù)和將上述數(shù)據(jù)代入式(2-4-1) 中，得： 37，45（4）四檔齒輪齒數(shù)， 四檔變傳動(dòng)比 齒數(shù)和=62 將上述數(shù)據(jù)代入式(2-4-1) 中，得： ，（5）五檔齒輪齒數(shù)，為了確定和的齒數(shù)，選求其齒數(shù)和： M=6, 取，故=72 將上述數(shù)據(jù)代入式(2-4-1)中，得： =43 ， （6）確定齒數(shù)， 傳動(dòng)比 為了確定，的齒數(shù)，先求其齒數(shù)和： 其中：m=5 ; 取，故有 將上述數(shù)據(jù)代入式(2-4-1)中，得： ，(7) 確定齒數(shù) 由， 及，得： 現(xiàn)將各檔齒輪幾何參數(shù)計(jì)算結(jié)果列于下表 2-4-1 中 表 2-4-1 各檔齒輪幾何參數(shù)齒輪數(shù)據(jù)參數(shù)齒數(shù)2836435229443730393038455244模數(shù)55555555555555刀具角齒頂高系數(shù)11111111111111分度圓直徑140180215260145220185150195150190225260220齒頂高55555555555555齒全高6.256.256.256.256.256.256.256.256.256.256.256.256.256.25齒跟高11.511.511.511.511.511.511.511.511.511.511.511.511.511.5齒寬3030304035353535354035353535齒頂圓直徑150190225270155210195160205160200235270230齒根圓直徑127167202247132207172137182137177212247207三、齒輪設(shè)計(jì)3.1齒輪強(qiáng)度計(jì)算變速箱齒輪主要破壞形式是疲勞接觸破壞和疲勞彎曲破壞，因此一般變速箱齒輪進(jìn)行疲勞彎曲強(qiáng)度計(jì)算和疲勞接觸強(qiáng)度計(jì)算。3.1.1彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算驗(yàn)算齒根危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力： （3-1-1-1）式中： 計(jì)算扭矩（主動(dòng)齒輪所傳遞的扭矩）（公斤米） 主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑（厘米） 模數(shù)（毫米） 齒輪齒寬（厘米） 齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù)(對(duì)直尺?。篕=1，對(duì)斜齒?。篕=) 工作狀況系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力（當(dāng)齒輪材料為20CrMnTi，20CrMnMo時(shí)，取許用彎曲應(yīng)力 =25003200公斤/厘米2） 驗(yàn)算齒輪Z1的彎曲應(yīng)力其中:M=80公斤米 ；=7 ； b=3 ；y=0.438 ；Kb=1 ； Kb=1.65 將上述數(shù)據(jù)帶入公式（3-1-1-1）中，得 （公斤/厘米2） 故齒輪Z1滿(mǎn)足彎曲疲勞強(qiáng)度要求 驗(yàn)算齒輪Z2的彎曲疲勞強(qiáng)度其中：其中:M=80公斤米 ；=9=9 ； b=3 ；y=0.463 ；Kb=1 ； Kb=1.65 將上述數(shù)據(jù)帶入公式（3-1-1-1）中，得 （公斤/厘米2） 故齒輪Z2滿(mǎn)足彎曲疲勞強(qiáng)度要求 驗(yàn)算齒輪Z3的彎曲疲勞強(qiáng)度其中：其中:M=80公斤米 ；=10.75 ； b=3 ；y=0.477 ；Kb=1 ； Kb=1.65 將上述數(shù)據(jù)帶入公式（3-1-1-1）中，得 （公斤/厘米2） 故齒輪Z3滿(mǎn)足彎曲疲勞強(qiáng)度要求依據(jù)上述計(jì)算方法可以得出其他齒輪的彎曲應(yīng)力，其計(jì)算結(jié)果如下表 3-1-1-1 所示：表 3-1-1-1 各齒輪彎曲應(yīng)力數(shù)據(jù)前進(jìn)一級(jí)前進(jìn)二級(jí)倒檔傳動(dòng)區(qū)分主從主從主從主從主從主從齒輪808080125.71125.75125.717997.59.511.253334.3.530.4080.4380.4380.4650.4380.4650.4140.4700.4380.4570.4570.4381111111.651.651.651.651.651.651896.111766.241766.211663.661387.761307.182147.741891.62334.222334.271842.421922.38區(qū)分主從主從主從主從主從主從齒輪125.7180125.71125.71125.71125.717.510.757.59.511.25735334.23330.4700.4140.4440.3950.4140.4700.4380.4570.4570.4380.4700.4141111111.651.651.651.651.651.651561.781773.041277.741436.241686.991485.981833.731757.51447.351510.131226.891392.85對(duì)照上表可知，所涉及變速器齒輪均滿(mǎn)足彎曲疲勞強(qiáng)度要求。3.1.2接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)接觸應(yīng)力； （3-1-2-1）式中： K 系數(shù)（對(duì)直尺取1070，對(duì)斜齒取925，這是由于斜齒輪輪齒傾斜，接觸線長(zhǎng)增加，重合度增加，因此承載能力有所提高） A 中心距（厘米） 傳動(dòng)比，=1 B 齒輪的有效齒寬（厘米） M 小齒輪上扭矩（公斤米） 工作狀況系數(shù) 角變位修正對(duì)接觸強(qiáng)度影響系數(shù)， (為修正后的嚙合角) 許用接觸應(yīng)力（當(dāng)齒輪材料為，時(shí)，取許用接觸應(yīng)力為1000014000公斤/厘米2） 驗(yàn)算齒輪Z1的接觸疲勞強(qiáng)度其中：K=1070，A=20，1.39,b=3，M=5570公斤厘米，=1.65 =1將上述數(shù)據(jù)帶入公式 3-1-2-1） 中，得 =11313.1公斤/厘米2故Z1 滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度要求 驗(yàn)算齒輪Z2的接觸疲勞強(qiáng)度其中：K=1070，A=20，i=1.22,b=3，M=5570公斤厘米，=1.65，=1將上述數(shù)據(jù)帶入公式（3-1-2-1）中，得 =11313.1公斤/厘米2故Z2 滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度要求 驗(yàn)算齒輪Z2的接觸疲勞強(qiáng)度其中：K=1070，A=20，i=1.483 , b=3，M=4270公斤厘米，=1.65，=1將上述數(shù)據(jù)帶入公式（3-1-2-1）中，得 =9987.7公斤/厘米2故Z3滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度要求依照上述計(jì)算方法，可得出其他齒輪的接觸應(yīng)力，其計(jì)算結(jié)果如下表 3-1-2-1 所示表 3-1-2-1 各齒輪接觸應(yīng)力數(shù)據(jù)前進(jìn)一級(jí)前進(jìn)二級(jí)倒檔傳動(dòng)區(qū)分主從主從主從主從主從主從齒輪18202020.620.620.6i1.2731.3211.3211.701.2141.214b33343.53.5M5570708955709369936977161.651.651.651.651.651.651111111199210541929611871234711205區(qū)分主從主從主從主從主從主從齒輪20.61820.620.620.620.6i1.6961.3041.701.2141.2141.696b3.53.543.53.53.5M5525427073607360606143411.651.651.651.651.651.65111111107799988105261094399319555對(duì)照上表可知，所設(shè)計(jì)變速器齒輪均滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度要求3.2齒輪材料、加工精度和結(jié)構(gòu)形狀 齒輪材料一般采用，等滲碳淬火后表面硬度HRC5864，心部HRC3148，淬硬層精度一般為8-7-7，結(jié)構(gòu)形式如圖圖 3-2-1 齒輪結(jié)構(gòu)形式輪緣厚度 b=（23）m LD腹板厚度 c=（34）m d=810毫米輪轂厚度 a（0.10.15）D e=58毫米 d1 = 1.2D f=812毫米 g=810毫米四. 變速器軸設(shè)計(jì)與計(jì)算變速箱的軸主要進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算。在變速箱處于不同排擋時(shí)，軸所受的扭矩和彎矩也不同。當(dāng)軸受到的扭矩最大時(shí)，所受彎矩不一定也最大，因此，在軸的計(jì)算中，應(yīng)當(dāng)從各個(gè)排擋的彎矩與扭矩組合中選擇最危險(xiǎn)工況進(jìn)行計(jì)算。由上述傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩分析，首先，軸的強(qiáng)度和剛度校核應(yīng)該是中間軸的 低速檔時(shí)。4.1.軸的強(qiáng)度校核軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩齒輪分度圓直徑齒輪圓周力徑向力 軸向力4.1.1軸的材料選擇由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空心軸，保持尺寸穩(wěn)定和減少熱處理變形，選取：調(diào)質(zhì)取所以軸的輸入直徑： 考慮軸斷由鍵槽，軸徑應(yīng)力中加4-5,取4.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取軸頸處，與標(biāo)準(zhǔn)軸承的孔徑相同，其余各處均放大5mm。 4.1.3鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核選用A型平鍵與齒輪聯(lián)接處鍵的尺寸：，與相連的花鍵為：，由于兩鍵傳遞的扭矩相同，但與齒輪相聯(lián)處的鍵的軸徑較小，故只需校驗(yàn)此鍵相聯(lián)強(qiáng)度， 鍵聯(lián)接傳遞的扭矩：鍵工作面比壓為：故鍵聯(lián)接強(qiáng)度通過(guò)。4.1.4計(jì)算支承反力彎矩及轉(zhuǎn)矩簡(jiǎn)化得： 而 ，則： 將各力在水平面和垂直面分別計(jì)算水平彎矩：垂直彎矩：合成彎矩：， 4.1.5按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度軸的危險(xiǎn)截面在C處，對(duì)于直徑，抗彎截面模量彎曲應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力所以由于扭矩應(yīng)力為動(dòng)脈循環(huán)應(yīng)力，取0.6軸的計(jì)算應(yīng)力： 所以 4.1.6精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 碳鋼特點(diǎn)系數(shù) ，中碳鋼 由圓角圓角處的所有應(yīng)力集中函數(shù)鍵槽應(yīng)力集中函數(shù)絕對(duì)尺寸影響函數(shù)表面光潔度系數(shù)圓角 鍵槽配合圓角鍵槽配合安全系數(shù)由表計(jì)算說(shuō)明許用安全系數(shù)故軸承的疲勞強(qiáng)度足夠4.1.7軸的靜強(qiáng)度校核：軸的危險(xiǎn)截面為G處校核危險(xiǎn)截面的安全系數(shù) 由表8-346查得許用安全系數(shù) 故故軸的靜強(qiáng)度足夠4.2.軸的剛度校核計(jì)算為了保證齒輪的正確齒合，對(duì)變速箱軸的剛度提出了比較嚴(yán)格的要求，規(guī)定位于齒合齒輪處的軸的合成撓度不超過(guò)0.15-0.20mm。齒合齒輪處的軸的合成撓度，不僅應(yīng)考慮齒輪上所收阻力的影響，還應(yīng)考慮到該齒輪上其它齒合齒輪的力產(chǎn)生的影響、為了便于計(jì)算，通常分解計(jì)算水平面和垂直面產(chǎn)生的撓度，然后將同相撓度疊加，最后再將水平和垂直內(nèi)的撓度以矢量合成，求出合成撓度。將齒輪對(duì)軸的作用力在水平和垂直面分解時(shí)，應(yīng)注意分析齒輪齒和情況，變速箱為一空間多軸式變速箱，其中中間軸的受力情況較復(fù)雜，所以對(duì)此軸進(jìn)行剛度校核。4.2.1軸的彎曲剛度校核計(jì)算：計(jì)算軸的當(dāng)量直徑：式中：階地軸每段的長(zhǎng)度mm 階地軸每段的直徑mm Z 階梯軸所分得段數(shù)對(duì)中間軸齒輪Z4 Z5工作時(shí)有：階梯軸的計(jì)算長(zhǎng)度 L=384mm 所以，當(dāng)量直徑在作用下?lián)隙葹?，其中所以轉(zhuǎn)角同理在作用時(shí)，所以總撓度: 由于安裝齒輪，則軸上安裝圓錐滾子軸承安裝齒輪處要求則4.3軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算階梯軸扭轉(zhuǎn)角式中：軸所受的扭矩，軸的材料的剪切彈性模量，。對(duì)于鋼材軸的截面的極慣性矩，對(duì)于圓軸階梯軸受扭矩作用的長(zhǎng)度，分別代表階梯軸第段上所受的扭矩、長(zhǎng)度和極慣性矩，階梯軸受到扭矩作用的軸段數(shù)其中：所以對(duì)以一般傳動(dòng)軸所以軸的剛度足夠。4.4花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 幾何尺寸計(jì)算分度圓直徑公稱(chēng)結(jié)合直徑D=m(z+1)內(nèi)花鍵齒頂圓直徑：基圓直徑：內(nèi)花鍵齒根圓直徑：理論工作齒高 將各軸花鍵幾何尺寸列于表 4-3-1 中表 4-3-1 各軸花鍵幾何尺寸參 數(shù)第一軸ZdfDd0第一軸（輸入軸）輸出端2.75164446.7538.105中間軸316485141.569第二軸（輸出軸）4.25166872.2558.890第三軸（中間軸）4.25166872.2558.8902. 花鍵強(qiáng)度計(jì)算（1） 計(jì)算公式：擠壓應(yīng)力：式中：傳遞扭矩（） 平均半徑 = cm F鍵側(cè)投影面積 F=0.8mL() Z齒數(shù) L工作長(zhǎng)度 m模數(shù) k負(fù)荷不均勻系數(shù) k=0.70.8 , 取k=0.75(2) 計(jì)算示例：第一周前進(jìn)一級(jí)傳動(dòng)主動(dòng)齒輪處： 已知：m=3 , z=16, , D=51 , L=7.2cm , F=0.8mL= K=0.75 對(duì)于齒面淬硬，工作條件有沖擊的靜聯(lián)結(jié)花鍵，故安全。第三軸、檔主動(dòng)齒輪處：已知：m=4.25，z=16，L=9.6cm， k=0.75, , 故安全。按同樣的方法，分別計(jì)算出各檔位齒輪處花鍵強(qiáng)度?，F(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表 4-3-2 中表 4-3-2花鍵強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果 參數(shù)第一軸（mm）L(mm)(kg.cm)（）前進(jìn)一級(jí)傳動(dòng)主動(dòng)齒輪處3 1648725570111.92倒檔傳動(dòng)主動(dòng)齒輪處3 1648695570116.79檔從動(dòng)齒輪處4.25 16687215886.7159.06檔從動(dòng)齒輪處4.25 16685411376.8151.88檔從動(dòng)齒輪處4.25 1668727715.777.25、檔主動(dòng)齒輪處4.25 1668969369.170.35檔主動(dòng)齒輪處4.25 1668819369.183.38前進(jìn)二檔從動(dòng)齒輪處4.25 1668589369.1132.43五、軸承的設(shè)計(jì)與壽命計(jì)算根據(jù)變速箱結(jié)構(gòu)，軸的支承形式及所受載荷性質(zhì)，初步確定所采用的軸承形式后，應(yīng)驗(yàn)算軸承的壽命是否符合要求。在計(jì)算之前，首先應(yīng)確定軸承上所受外力，亦即算出軸的支承反力。由于軸承在變載荷，變轉(zhuǎn)速的情況下工作，為此需知道各檔使用率和各檔工況下的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速分布情況，然后換算成當(dāng)量載荷計(jì)算。變速箱軸承計(jì)算壽命應(yīng)達(dá)到6000小時(shí)，至少不小于2000小時(shí)。查手冊(cè)知30209軸承基本額定負(fù)荷。由上章計(jì)算可知5.1，求兩端軸承受到的徑向載荷和和轉(zhuǎn)速，軸承的預(yù)計(jì)算壽命分度圓直徑將軸承部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個(gè)平面力系，其中的為通過(guò)另加轉(zhuǎn)矩而平移到指向軸線，也通過(guò)另加彎矩而移到作用軸上。由力的分析知：5.2，求兩軸承的計(jì)算軸向力和對(duì)于圓錐滾子軸承，軸承派生軸向力其中Y=1.5所以因?yàn)樗员粔壕o的軸承1所受的軸向力軸承2所受的軸向力查表得因?yàn)椴楸淼脧较蜉d荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)：對(duì)于軸承1：對(duì)于軸承2：因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中沖擊載荷則 速度因數(shù)沖擊載荷系數(shù)溫度因數(shù)所以 查表的軸承1的使用壽命為13000小時(shí)，軸承1的使用壽命為100000小時(shí).5.3對(duì)于使用滾針組分析選用代號(hào)為：其中 徑向當(dāng)量動(dòng)載荷徑向當(dāng)量靜載荷而分度圓直徑為齒輪上受到圓周力則滾子軸承所受當(dāng)量動(dòng)載荷為由軸承壽命公式對(duì)于滾子軸承取，軸承的轉(zhuǎn)速，軸承的基本額定動(dòng)載荷，軸承的載荷，所以，所以，軸承滿(mǎn)足使用壽命六、變速器操縱元件設(shè)計(jì)變速器的操作結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿(mǎn)足如下主要要求1) 換檔時(shí)只能掛入一個(gè)檔；防止誤掛倒檔；換檔后應(yīng)使齒輪在全齒長(zhǎng)嚙合，并防止自動(dòng)脫檔。直接操縱依靠手力換檔的變速器成為手動(dòng)變速器稱(chēng)為手動(dòng)變速器。是最簡(jiǎn)單的換檔方案，已得到廣泛的應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是減少了變速叉軸，各檔同一組用一組自鎖裝置，因而使操作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化依靠手力換檔的變速器成為手動(dòng)變速器稱(chēng)為手動(dòng)變速器。是最簡(jiǎn)單的換檔方案，已得到廣泛的應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是減少了變速叉軸，各檔同一組用一組自鎖裝置，因而使操作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化。2）遠(yuǎn)距離操縱受總布置限制，有些車(chē)輛變速器距駕駛員坐椅較遠(yuǎn)，此外，換檔時(shí)力需通過(guò)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)才能完成換檔功能，這種手動(dòng)換檔稱(chēng)為遠(yuǎn)距離操縱變速器。這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在撞車(chē)時(shí)直接駕駛員的安全，故新車(chē)設(shè)計(jì)中這種結(jié)構(gòu)已不多見(jiàn)。參考文獻(xiàn)1 吉林工業(yè)大學(xué)工程機(jī)械教研室. 輪式裝載機(jī)設(shè)計(jì)M. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社. 1982. 11：63852 濮良貴，紀(jì)名剛. 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2003.815其它網(wǎng)絡(luò)檢索到的相關(guān)資料致謝經(jīng)過(guò)緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我如愿地較圓滿(mǎn)地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。從中得到了以前許多注意的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們對(duì)設(shè)計(jì)工程的設(shè)計(jì)能力，學(xué)習(xí)和掌握課件的基本制作方法和步驟，并給我們以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我們把以前在課本中學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)在此次設(shè)計(jì)中加以綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)資料，并懂得，這樣才不至于在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)太多錯(cuò)誤。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的緊張有序的工作，完成了課程設(shè)計(jì)，其中我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到很多難題，但是經(jīng)過(guò)各位老師的認(rèn)真講解，使我對(duì)其加深了認(rèn)識(shí)。最后，真誠(chéng)的感謝輔導(dǎo)老師對(duì)我們的指導(dǎo)和幫助。由于我們對(duì)所學(xué)知識(shí)不夠徹底，而且時(shí)間較短，又缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)書(shū)中難免會(huì)存在疏漏和欠缺之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正，以便在以后的工作和學(xué)習(xí)中不犯類(lèi)似的錯(cuò)誤。34