509 绿化洒水车设计（3吨重量）变速箱取力器及水泵传动（全套CAD图+说明书+翻译）
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绿化洒水车设计（3吨重量）变速箱取力器及水泵传动
摘 要
洒水车作为专用车的一种，在城市洒水和绿化中具有重要的地位。随着城市化进程的不断加快，一方面城市绿化带不断增多，需要大量的洒水车对苗圃进行灌溉。而由于城市环境的需要，绿化带的分布也越来越复杂，这就要求洒水车灵活且亦控制，也就是说，需要进一步提高洒水车的技术含量。另一方面，随着城市居民对环保意识的不断加强，对街道、公路的清洁也越来越注重。作为路面清洗设备的洒水车，其重要性不可低估。再者，洒水车作业频率的提高和连续作业时间的延长，也对其使用的可靠性提出了更高的要求。国内洒水车技术的开发和研制相对较晚，虽然数量比较多，但质量与国外洒水车相比还有较大差距，很多方面还存在问题。设计一辆安全、可靠、耐用的洒水车非常必要，而且市场前景很广阔，市场潜力也很大。
改装洒水车主要是在原有汽车底盘的基础上增加一套能使洒水车完成吸水和喷洒等作业能力的压力系统。压力系统由动气传动总成、水泵管路总成、水箱总成和操纵机构等组成。
传动总成的作用是将汽车发动机的动力传输给水泵，并满足水泵的转速要求。本设计动力传递的路线是：发动机 变速器 取力器 水泵。由此可知，动力传动的设计主要是对取力器进行设计。
关键词：洒水车；压力系统；底盘；取力器
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河南科技大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 院系 ： 车辆与动力工程学院 2007年 4 月 15 日 课题名称 绿化洒水车设计（ 3吨载重量） 变速箱 取力器设计及水泵传动 学生姓名 蒋敏飞 专业班级 车辆 031班 课题类型 工程设计 指导教师 马源 职称 副教授 课题来源 生产实际 1. 设计（或研究）的依据与意义 近年来，绿化洒水车已越来越成为美化城市生活环境的理想环卫车辆。因此，对洒水车的优化设计也尤显重要。主要有以下几个因素： 随着城市 化进程的加快，城市规模的不断扩大。城市道路的清洗、消毒、绿化带的喷洒、浇灌 ，都需要投入相当数量的洒水车进行作业。 自动化、机械化范围扩大，一些复杂的道路和绿化带原来都通过人工灌溉，而今将逐渐使用洒水车，因此，必须改进洒水车的性能，以满足不同环境的需要。 洒水车中的一些关键件，如水泵、液压件等都有待改进。原有技术所生产的诸多部件 ，已不能满足现在的性能要求。 总之，洒水车的优化设计对减少劳动力，提高机械化， 为环卫工作提供便捷工具等多方面都有很大的利益。因此，本设计也具有相当的实用价值和必要性。 2. 国内外 同类设计（或同类研究）的概况综述 美国、欧洲、日本等发达国家和地区对专用车的研究较早。在专用车的 设计和运用上都处于前列。近年来，新材料、新技术 和微电脑技术在专用车上得到较为广泛的应用。就洒水车来说，国外有些公司的关键件的性能和质量要比国内的国外洒水车 好。如： 国外洒水车水泵体积小、压力高、流量大。国内在洒水车管路中采用三通阀容易锈死，而国外采用镀铬球阀，不易生锈，可靠性好。另外，罐体的材料 国外采用铝合金、不锈钢等耐腐蚀、质量又较轻的材料，国内一般还采用铁，易生锈腐蚀。 总结国内专用车设计情况有以下几方面： 国内对科技含量高的产品缺乏自主开发能力，高科技产品及高技术关键件仍需进口。 目前国内专用底盘较为缺乏。大多数 专用车使用载货汽车底盘改装。如洒水车多采用东风以及跃进的二类底盘。车辆适应性、经济性欠佳，平顺性差。二类底盘的轴核分配设计与改装后专用车的轴核分配 往往不能很好地匹配 。 受相关行业发展的制约。我国专用车专用装置的关键件总体水平不太高，如液压件、泵类、阀类、控制仪表等，现在还未达到较高技术水平，因此制约了高水平专用车 的开发生产。 3. 课题设计（或研究）的内容 1、收集有关资料，学习掌握特种车辆（洒水 车）的工作原理和一般设计方法； 2、选取合适的通用底盘，熟悉了解和掌握基本性能和参数； 3、完成总体布置和总装图 绘制（要求手绘），主要完成取力器和传力机构的设计。 4、图纸不少于三张零号图纸，设计说明书不少于 12000字，进行必要的强度校核，工艺分析和技术经济分析，译文一篇（不少于 10000字符） 4. 设计（或研究）方法（方案） 收集资料、制作方案 洒水车底盘的选择 洒水车总体布置（取力器布置、管路布置、水泵布置等 ） 洒水车作业时的稳定性分析 5. 实施计划 收集资料制定方案，开题一周 ；总体设计（总装图）四周；部装图和零件图设计五周；编写说明书和译文翻译两周；准备答辩半周；机动时间半周 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 研究所（教研室）意见 研究所所长（教研室主任）签字： 年 月 日 I 绿化洒水车设计（ 3 吨重量） 变速箱 取力器及水泵传动 摘 要 洒水车作为专用车的一种，在城市洒水和绿化中具有重要的地位。随着城市化进程的不断加快，一方面城市绿化带不断增多，需要大量的洒水车对苗圃进行灌溉。而由于城市环境的需要，绿化带的分布也越来越复杂，这就要求洒水车灵活且亦控制，也就是说，需要进一步提高洒水车的技术含量。另一方面，随着城市居民对环保意识的不断加强，对街道、公路的清洁也越来越注重。作为路面清洗设备的洒水车，其重要性不可低估。 再者，洒水车作业频率的提高和连续作业时间的延长，也对其使用的可靠性提出了更 高的要求。 国内洒水车技术的开发和研 制相对较晚，虽然数量比较多，但质量与国外洒水车相比还有较大差距， 很多方面还存在问题 。 设计一辆安全、可靠、耐用的洒水车 非常必要，而且市场前景很广阔，市场潜力也很大 。 改装洒水车主要是在原有汽车底盘的基础上增加一套能使洒水车完成吸水和喷洒等作业能力的压力系统。压力系统由动气传动总成、水泵管路总成、水箱总成和操纵机构等组成。 传动总成的作用是将汽车发动机的动力传输给水泵，并满足水泵的转速要求。本设计动力传递的路线是：发动机 变速器 取力器 水泵。由此可知，动力传动的设计主要是对取力器进行设计。 关键词： 洒水车 ； 压力系统 ； 底盘 ； 取力器 F (3 F F as a an in on is a of of is in of In of of is As be its to a is of to a of on of of of is be of to to 号 说 明 第 i 个总成的质量 l 轴距 1m 前轴轴载质量 2m i 个总成的质心距前轴中心线的水平距离 i 个总成的质心到地面的距离 B 纵梁 槽形截面的外宽 b 纵梁 槽形截面的内宽 H 纵梁 槽形截面的外高 h 纵梁 槽形截面的内高 K 主减速比 发n 发动机额定转速 r 泵n 水泵额定转速 r 总i 发动机到水泵间的总传动比 i 变速器常啮合齿轮传动比 1z 变速器一轴常啮合齿轮齿数 2z 变速器中间轴常啮合齿轮齿数 1z 取力机构输入轴齿轮齿数 2z 取力机构输出轴大齿轮齿数 3z 增速箱输入齿轮轴齿数 4z 增速箱输出齿轮轴齿数 花键载荷分布不均匀系数 Z 花键齿数 IV l 齿的工作长度， mm h 花键侧面的工作高度， 22， D 为外花键的大径， d 为内花键小径， c 为倒角尺寸 花键的平均直径，2m p 花键联接的许用挤压应力 为齿轮计算载荷 螺旋角 K 为应力集中系数 y 齿形系数，可按当量齿数 3在汽车设计教材图 3查得 K 为重合度影响系数 Q 水泵额定流量 3m /h 水的经 济流速 m /s 直h 流体流过直管的阻力（即压力损失） 直管长度 m d 直管内径 m 流体在直管中的常用流速 m /s g 重力加速度 2/ 摩擦阻力系数 局部阻力（即压力损失） 局部阻力系数 V 目 录 第一章 前言 . . . . 国专用车发展概况 . 水车设计的意义 . 二 章 洒水车的总体设计 . 装系统的组成 . 计要求 . 水车参数的选定 . 荷质量计算和质心位置确定 . 三 章 主车架设计 . 车架设计中注意的问题 . 架主要部件的设计与校核 . 四 章 变速器设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 速器 、档传动比的确定 . 档齿轮齿数的确定 . 五 章 取力 器设计 . 力器工作原理 . 力器设计计算 . 力器设计中重要零件工艺分析 . 力器的使用及维护保养 . 力器常见的故障及排除方法 . 六 章 管路设计 . 七 章 水箱设计 . 体 设 计 . 板设计 . 箱盖的设计 . 箱附属结构的设计 . 八 章 结论 .考文献 .谢 . I 绿化洒水车设计（ 3 吨重量） 变速箱取力器及水泵传动 摘 要 洒水车作为专用车的一种，在城市洒水和绿化中具有重要的地位。随着城市化进程的不断加快，一方面城市绿化带不断增多，需要大量的洒水车对苗圃进行灌溉。而由于城市环境的需要，绿化带的分布也越来越复杂，这就要求洒水车灵活且亦控制，也就是说，需要进一步提高洒水车的技术含量。另一方面，随着城市居民对环保意识的不断加强，对街道、公路的清洁也越来越注重。作为路面清洗设备的洒水车，其重要性不可低估。 再者，洒水车作业频率的提高和连续作业时间的延长，也对其使用的可靠性提出了更 高的要求。 国内洒水车技术的开发和研制相对较晚，虽然数量比较多，但质量与国外洒水车相比还有较大差距，很多方面还存在问题。设计一辆安全、可靠、耐用的洒水车 非常必要，而且市场前景很广阔，市场潜力也很大 。 改装洒水车主要是在原有汽车底盘的基础上增加一套能使洒水车完成吸水和喷洒等作业能力的压力系统。压力系统由动气传动总成、水泵管路总成、水箱总成和操纵机构等组成。 传动总成的作用是将汽车发动机的动力传输给水泵，并满足水泵的转速要求。本设计动力传递的路线是：发动机 变速器 取力器 水泵。由此可知，动力传动的设计主要是对取力器进行设计。 关键词： 洒水车 ； 压力系统 ； 底盘 ； 取力器 F (3 F F as a an in on is a of of is in of In of of is As be its to a is of to a of on of of of is be of to to 3 符 号 说 明 第 l 轴距 1m 前轴轴载质量 2m B 纵梁 槽形截面的外宽 b 纵梁 槽形截面的内宽 H 纵梁 槽形截面的外高 h 纵梁 槽形截面的内高 K 主减速比 发n 发动机额定转速 r 泵n 水泵额定转速 r 总i 发动机到水泵间的总传动比 i 变速器常啮合齿轮传动比 1z 变速器一轴常啮合齿轮齿数 2z 变速器中间轴常啮合齿轮齿数 1z 取力机构输入轴齿轮齿数 2z 取力机构输出轴大齿轮齿数 4 3z 增速箱输入齿轮轴齿数 4z 增速箱输出齿轮轴齿数 花键载荷分布不均匀系数 Z 花键齿数 l 齿的工作长度， mm h 花键侧面的工作高度， 22， D 为外花 键的大径， d 为内花键小径， c 为倒角尺寸 花键的平均直径，2m p 花键联接的许用挤压应力 为齿轮计算载荷 螺旋角 K 为应力集中系数 y 齿形系数，可按当量齿数 3在汽车设计教材图 3查得 K 为重合度影响系数 Q 水泵额定流量 3m /h 水的经济流速 m /s 直h 流体流过直管的阻力（即压力损失） 直管长度 m d 直管内径 m 流体在直管中的常用流速 m /s g 重力加速度 2/ 摩擦阻力系数 局部阻力（即压力损失） 局部阻力系数 5 目 录 第一章 前言 . . . . 国专用车发展概况 . 水车设计的意义 . 二 章 洒水车的总体设计 . 装系统的组成 . 计要求 . 水车参数的选定 . 荷质量计算和质心位置确定 . 三 章 主车架设计 . 车架设计中注意的问题 . 架主要部件的设计与校核 . 四 章 变速器设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 速器 、档传动比的确定 . 档齿轮齿数的确定 . 五 章 取力 器设计 . 力器工作原理 . 力器设计计算 . 力器设计中重要零件工艺分析 . 力器的使用及维护保养 . 力器常见的故障及排除方法 . 六 章 管路设计 .6 第 七 章 水箱设计 . 体设计 . 板设计 . 箱盖的设计 . 箱附属结构的设计 . 八 章 结论 .考文献 .谢 .7 第一章 前言 国专用车发展概况 专用车一般是指装置具有专用设备，具备有专用功能，完成专门运输任务或专项作业任务的汽车。专用汽车能提高运输效率，降低运输成本，能保持 货物的质量和使用价值，以及能完成在特定条件下的运输作业。因此，对国民经济发展起着重要作用。在我国近期颁布的汽车工业产业政策中，“专用汽车”列为货车类唯一发展的重点产品 。 目前，国外载货车中， 专用车所占的比重要大大高于国内 。随着国民经济的发展，高速公路建设及基本建设投资增加、房地产开发加快、西部大开发等，国内对专用车的需求必定会迅猛 增长，专用车占汽车产量的比重会越来越大。 据国内有关资料统计，目前国内专用车品种已达 1550 多个 。由于专用车市场容量 有限，因此大多数企业生产规模都较小 。 专用车的发展 存在很多问题： （ 1） 高科技产品及高技术关键件仍需进口 （ 2） 国内对科技含量高的产品缺乏自主开发能力 （ 3） 专用载货车产品结构不太合理 （ 4） 目前国内专用底盘 (特地为专用车设计的 )较为缺乏 （ 5） 受相关行业发展水平的制约 (6) 国内专用车生产存在散、乱、差问题 以上反映的诸多问题都有待于进一步解决，这也是是本次设计的一大依据之一。 水车设计的意义 1、 洒水车设计开发的重要性： 洒水车作为专用车的一种，在城市洒水和绿化中具有重要的地位。 随着城市化进程的不断加快， 一方面 城市绿化带不 断增多 ，需要大量的 洒水车对苗圃进行灌溉 。 而由于 城市环境的需要 ，绿化带的分布也越来越复杂，这就要求 洒水车 灵活且亦控制，也就是说，需要进一步提高 洒水车 的技术含量。 另一方面，随着城市居民对环保意识的不断加强，对街道、公路的清洁也越来越注重。作为路面清 8 洗设备的洒水车，其重要性不可低估。 再者，洒水车作业频率的提高和连续作业时间的延长，也对其使用的可靠性提出了更高的要求。 2、 国内外洒水车发展现状及存在的问题： 国外最早发展洒水车车产品的是美国和西欧的一些国家。二战后，相继在日本、前苏联等国 得到了一些发展。由于起步较早 ，许多工艺以及技术较为成熟。所以科技含量较高，性能较好。如：这些国家 设计 的洒水车 绝大多数采用铝合金或 不锈钢 等材料做罐体。这 既能减轻车辆自重，又能提高罐体的抗腐能力。车架大多镀锌，既美观又耐腐蚀 。 相关零部件 如液压件、泵类、阀类、控制仪表等的性能良好， 效率高，可靠性好，稳定性强。 跟得上发展要求。 国内洒水车 技术的开发和研制相对较晚，虽然数量比较多，但质量 与国外洒水车 相比还有较大差距 。 很多方面还存在问题 ： （ 1） 、 材料的使用上，水箱 只用一般的钢板， 车架 外表 只是涂漆 ， 工艺很粗糙。构件 很容易 被腐蚀且不美观 。 （ 2） 、 科学技术方面，国内洒水车产品在尺寸精度、自动化程度等都远远落后于 发达国家。 （ 3） 、 构件配置上， 洒水车的取力器、水泵 等重要部件 效率低，稳定性 差 ，而且常出现漏水、漏油的现象。 综上所述， 设计一辆安全、可靠、耐用的洒水车的非常必要，而且市场前景很广阔，市场潜力也很大。 9 第二章 洒水车的总体设计 装系统的 组成 改装洒水车主要是在原有汽车底盘的基础上增加一套能 使洒水车 完成吸水和喷洒等作业能力的压力系统。 压力系统由动气传动总成、 水泵管路 总成 、水箱总成 和操纵 机构 等 组成。 1、动力 传动总成 ： 传动总成 的作用是将汽车发动机的动力传输给水泵，并满足水泵的转速要求 。本设计动力传递的路线是：发动机 变速器 取力器 水泵。由此可知，动力传动 的设计主要是对取力器进行设计。 2、 水泵管路 总成 ： 为了 使洒水车具备吸水和喷洒等作业能力 ， 必须在原有底盘的基础上增加水泵管路 总成 。而 水泵管路总成必须具有洒水时既可以前喷，又可以后喷或者同时喷洒，并具有一定的洒水压力。 水泵可选用专门厂家生产的设备，因 此，对水泵管路总成的设计主要是对管路进行合理的设计。 3、 水箱总成： 洒水车的水 箱 一般由 箱体、隔板 等部分组成。水罐通常用钢板卷制焊接加工制作 而成。本设计将箱体外型设计成椭圆柱体（截面为椭圆形），这样设计的优点是质心低、稳定性较好、相对容积大。 4、 操纵系统总成 洒水车的操纵系统总成包括两大部分，取力 器 挂档操纵和水泵吸水洒水操纵。在此次设计中不作重点说明。 计 要求 在洒水车总体设计时，应 满足以下 要求： 1 满足汽车底盘性能 要求 ，轴荷分布合理 。 2 满足有关 标准 的要求。 10 3 尽量减少对汽车底盘各总成 的改动。 4 尽量减少洒水车的整车整备质量，提高其工作性能。 水车 参数的选定 本次设计的洒水车是 在型号为 底盘基础上进行改装 ，它的整车技术参数如下所示： 整备质量（ 2660 装载质量（ 3450 空载轴荷分布（前 /后）（ 1464/1196 满载轴荷分布（前 /后）（ 2201/3909 总质量（ 6110 外形尺寸（长宽高） ( 5995 2706 2319 轴距 ( 3308 最小离地间隙（ 240 荷质量计算和质心位置 确定 洒水车的轴荷对其操纵稳定性有重大的影响，经过计算确定各总成的质心位置如 下表所示： 序号 总成名称 质量（） 距前轴的距离（ m） 距地面的距离（ m） 1 底盘总成 2660 水箱总成 3800 水泵 50 取力器总成 30 备胎 125 工作人员 65 3=195 0 工作台 43 水管总成 32 心位置和轴荷质量的计算如下式： i 2 11 i m 2 1 （ 2 2 （ 2 式中 第 l 轴距 (3308 1m 前轴轴载质量； 2m 1l = 0 6 0( 1m = 69 3533 08 20 9633 08 =2541； 2m =6935394 ； 满载状态下前轴的轴量占总质量的百分数为： a= 69352541 100%= 对于平头货车，前轴的质量一般占总质量的 30%以上，符合轴载性能的要求。 从汽车行驶的稳定性考虑，质心的高度应满足以下条件： 保证汽车不发生侧翻： ； 12 保证汽车不发生 纵翻： 2 。 式中 2l 汽车质心到后轴中心的距离； 路面附着系数，一般取 = 由于 B=1584/1485（前后轴的轮距）； 2l =l 3308212mm 104121485 =； 10411212 =。 故洒水车不会发生侧翻和纵翻；各总成的位置安排总体上满足要求。 13 第三章 主 车架设计 车架设计中注意的问题 由于水箱装配的需要应对主车架进行必要的改进。主车架上安装水箱，在洒水 车工作状态下，水箱内装有大量的水，也因此主车架需承受很大的载荷。另外，除承受如上所述的静载荷外，还要受到车辆行进过程中的动载荷。为满足动静载荷的要求，保证主车架的强度和刚度，在改装主车架的时候需要注意以下问题： 1）、在主车架上钻孔和焊接时，应避开 应力 集中区。 如：应禁止在纵梁的边、角区域钻孔和焊接，因为这些区域极易引起车架早期开裂，严禁将车架纵梁和横梁加工的翼面加工成缺口形状。 2）、在主车架 应力 集中 区以外的地方钻孔或焊接时， 在满足联接强度的前提下，应尽量减小 孔径， 减少孔数， 增加孔间距离， 钻孔操作需规范， 对 孔的位置如下表所示： 尺寸 重型车 中型车 轻型车 孔间距 A 70 60 50 B 50 40 30 C 50 40 30 孔直径 15 13 11 对钻孔的要求如下图所示： 总之，在改装主车架时应 严格遵守以上的规范，保证主车架的强度和刚度。 14 架主要部件的设计与校核 1）、基本参数： 在设计 初 先作如下的理想状态假 设：纵梁为前后轴上的简支梁；空载时全部质量均布在左右纵梁上，满载时的有效载荷则均布在水箱长 度范围内的车架上；所有作用力均通过截面的弯心 。 整车整备质量由底盘总成、水箱总成、取力器、备胎、工作台、水管系统和工作人员组成： 0m =2660+712+50+125+195+43+35=3717 水箱的设计容量是 4 吨，实际满载时装水 1m =3 吨。 s 2428432 0 其中 =24284N e 29400m 1 2）最大弯矩 的计算 ： 支反力： )13(;2221 21 在前轴至后轴的这一段距离的纵梁的弯矩为 ： )23(;22 2121 ，即：）求导并令对（ 023 x ）（； 33011 x=0 由 （ 3得： ）（； 4311 a=b=C =1C =2C =l = L =入 （ 3、 （ 3中得： 15 12141N x 它们代入 （ 3中得： 4391 3）、纵梁弯曲强度的校核： 纵梁的抗弯截面系数为： ）（ 536 33 H 式中 ： B 槽形截面的外宽 ，为 7 b 槽形截面的内宽 ，为 H 槽形截面的外高 ，为 17 h 槽形截面的内高， 为 以上数据代入，计算得： W 最大弯曲应力 为 ： m 主车架弯曲强度的条件为： K （ 3 式中 K 般 K =3 我国汽车行业多用 为主车架的纵横梁材料，它的屈服极限是s 353水车多在城市的公路上作业，根据其作业条件取 K =： M P 所以改装后的洒水车的主车架弯曲强度满足材料要求，设计合适。 16 第 四 章 变速器设计 洒水车作为从事特殊作业的专用车，在原有底盘的基础上需对动力机构进行一些改造方能满足其工作要求。由于在洒水车作业过程中行驶速度需缓慢，另外，水泵工作所需的能量来源是发动机，通过取力器从变速箱中取得。 为满足以上要求，需对变速器进行改装设计。 变速器改装的目的是根据洒水量的要求而进行的，主要是通过增加原变速器一、二档的传动比，从而降低车速，通过取力器给泵提供功率，达到洒水的目的。 速器 、档传动比的确定 由 跃进 的具体参数从有关手册查得如下： 变速器型号为 变速器各档传动比 : 表 4速器各档传动比 1 档 2 档 3 档 4 档 倒档 6 40 3 09 1 69 1 00 5 76 排档位置： 图 4 1 变速器排档位置 主减速比： = 最高车速 80km/h，最低稳定车速 45km/h，最低经济车速 40km/h，最大爬坡度16 40 ； 发 动 机 结 构 参 数 型 ， 最 大 功 率 m 最大扭矩1 倒 2 3 4 17 m ； 轮胎：普通斜交胎 20,断面宽度 200直径 904。 从常用泵智能选择与查询手册选择泵 650Z 60/32，其具体参数如下表： 表 4 6502 的参数 Q/(h) H/m 轴功率 /0 32 择洒水宽度 h=8，洒水量 q=则： t v= 0 =7.0 再选择洒水宽度 h=8，洒水量 q=则： v= 0 =15 因为发动机工作范围 1400 3300 取 n=2000 并计算传动比 a = 一档 =档 =18 、档齿轮齿数的确定 齿轮的计 算： 档齿轮 计算： 9=54 8713821 =8 + 54 11, 则 43。 档 2138 1143 ）。 档齿轮 计算： 9=59 6513821 =6 + 59, 21, 则 38。 档 2138 2138 ）。 改装后的变速器各档传动比如下： 表 4 3 改装后变速器各档传动比 1 档 2138 1143 ） 19 2 档 138 2138 ） 3 档 138 3128 ） 4 档 1 倒档 （2138 1768 ） 计算各齿轮参数得到如下表： 表 4 4 各档齿轮参数表： 名称 Z d= mn ha h*a +c*n ) d+2常啮合 21 8 档 11 3 档 21 8 档 28 1 档 17 0 75 5 4 2 中间轴式四档变速器 注：各零部件的校核略 20 第 五 章 取力 器设计 力器工作原理 本次设计的取力器为变速器侧盖去力。由取力 机构齿轮箱、操纵机构、传动轴、一级增速齿轮箱等组成。取力器壳体（ 21）由定位销（ 2）定位，用螺 钉 （ 6）紧固在洒水车变速器的侧下方。滚针轴承（ 4）套在轴上，输入齿轮（ 3）与变速器中间轴上的齿轮长啮合。图示位置为取力器空挡位置。此时，发动机工作，变速器也工作 ，但由于输出轴 齿轮（ 17）是安装在滚针轴承上，只能绕输出轴（ 18）空转， ： 动力不能由输出轴传出，水泵不工作。当操纵洒水车驾驶室内仪表板上的手动气阀，给取力机构汽缸（ 11）供气时，压缩空气进入汽缸（ 11）推动活塞杆 （ 15） 图 4取力器原理图 向前移动。通过拨叉（ 16）将啮合套（ 20）向左推移，使之与 输出轴 齿轮 齿圈 啮合。由于啮合套与输出轴花键配合，动力便从变速器经输入齿轮、输出齿轮 、啮合套、输出轴、万向节传动轴、一级增速齿轮箱传给水泵，使之工作。此时，发动机的转速为 2000r/泵的工作转速为 1450r/操纵手动气阀使汽缸放气，在弹簧（ 13）的回力作用下，拨叉带动啮合套脱离小齿轮，动力被切断， 21 水泵停止工作。 力器 设计计算 一）、已知基本数据： （ 1）、发动机： 最大功率： 速： n = 2 0 0 0 r/m （ 2）、变速器： 一轴常啮合齿轮 1 21z ；中间轴常啮合齿轮 2 38z ； ；螺旋角 29 （ 3）水泵： 轴功率： 速： n = 1 4 5 0 r/m 二）、传动比分配和齿轮参数的选择 ： （ 1）、传动比分配： 2000 1 . 3 81450 发总 泵 ； 变速箱内常啮合齿轮的传动比：2138 1 . 8 0 9 521 图 4动力传动简图 22 341234122112总 ； 则 252 z ； 原式变为： 以， 93 z；则 224 z . 3 784 66119222125 总i % 在误差允许范围内，所以，传动比的设计和齿数的分配合理。 （ 2）、齿轮参数： 根据变速箱的齿轮参数选定取力机构齿轮模数 75.2螺旋角 29 ； 所以，取力机构中两齿轮的分度圆直径分别为： n s n s 82 112 初选一级增速齿轮箱内齿轮的模数 3m ； 则： 731933 ； 632244 ； 6572 4334 取 234 三）、有关零部件的校核计算： （ 1）、 增速箱输出轴校核 : 4 3 2 2 6 6d m z m m 23 342 2 4 0 . 8 3 4 5 1 0 1 2 3 7 . 466 增 出 t a n 1 2 3 7 . 4 t a n 2 0 4 5 0 . 3 8 N 12 45038 2 2 5 . 1 922F F N 1 3 2 2 2 5 . 1 9 3 2 7 2 0 6 N m m 12 1 2 3 7 . 4 6 1 8 . 722F F N 1 3 2 6 1 8 . 7 3 2 1 9 7 9 8 . 4 N m m 2 2 2 21 9 7 9 8 . 4 7 2 0 6 2 1 0 6 9 M N m m 24 按照弯扭合成应力校核轴的强度用第三强度定理计算应力 21069M N m m 1 4 0 . 8 3 4 5T N m 2332 1 0 6 9 ( 0 . 6 4 0 . 8 3 4 3 1 0 ) 1 . 50 . 1 6 0 P a 因此轴安全 （ 2）、 取力机构输出轴校核 : 输出轴大齿轮分度圆直径为 22 2 . 7 5 2 5 7 8 . 6c o s c o s 2 9m m 3 6 . 29 5 5 0 1 0 4 0 . 8 3 4 51450T T N m 增 出 泵 轴 2 3 5 . 21 . 1 6 M m 增 出取 出322 2 3 5 . 2 1 0 8 9 . 5 6 77 8 . 6 2 t a n t a n 2 08 9 . 5 6 7 3 7 . 2 7 3c o s c o s 2 9 N t a n 8 9 . 5 6 7 t a n 2 9 4 9 . 6 5 N 25 由 1 2 (1 2 4 8 ) 可得到 2 9 8 . 5 6 7 1 2 1 7 . 9 1 3 46012 8 9 . 5 6 7 1 7 . 9 1 3 4 7 1 . 6 5 3 3H t F N 1 1 2 7 1 . 6 5 1 2 8 5 9 . 8 4 N m m 2 7 8 . 64 9 . 6 5 1 9 5 1 . 2 4 522aa N m m 由1 (1 2 4 8 ) 4 8 可得到 1 3 7 . 2 7 3 6 0 4 6 . 5 94821 4 9 . 6 5 4 6 . 5 9 3 . 0 6v r F N 2 4 8 3 . 0 6 4 8 1 4 6 . 8 8 N m m 2 2 2 28 5 9 . 8 4 1 8 0 4 . 3 7 1 9 9 6 . 2 6 5 5 M N m m 2 2 2 2 8 5 9 . 8 4 1 4 6 . 8 8 8 7 2 . 3 M N m m 26 按照弯扭合成应力校核轴的强度 用第三强度定理计算应力 1 9 9 6 . 2 6 5 5M N m m 2 3 5 3 m 222() (根据机械设计手册 ) 2331 9 9 6 . 2 6 5 5 ( 0 . 6 3 5 . 2 1 0 ) 6 . 4 7 40 . 1 3 2 P a 由于轴材料为 45 钢 ,调治处理 ,查机械设计手 册得 1 6 0 M 1 因此轴安全 27 （ 3）、 取力器输出轴与啮合套相配合处键的设计与校核计算： 花键联接在强度工艺和使用方面有下述优点： a）因为在轴上与毂孔上直接而匀称地制出较多的齿与槽，故联接受力较为均匀； b）因槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少； c）齿数较多，总接触面积较大，因而可以承受较大的载荷； d）轴上零件与轴的对中性好； e）导向性好； f）可用磨削的办法提高加工精度及联接质量。也就是说，花键适用于定心精度要求高、载荷较大或经常滑移的联接。 此处，啮合套经拨叉拨动而滑移，与小 齿轮啮合，将输入轴传过来的力经啮合套由输出轴传出。这就需要用花键来配合。 根据机械设计手册表 21形花键基本尺寸，选用轻系列矩形花键。规格为： N 8 3 2 3 6 6d D B 花键联接的主要失效形式是工作表面被压溃（静联接）或工作面过度磨损（动联接）。输出轴的这段花键只有在啮合 套与小齿轮啮合而工作是受力。所以只需校核其静联接。 32 1 0pz h 式中： 载荷分布不均匀系数，与齿数多少有关。在此取 ； Z 花键齿数； l 齿的工作长度，单位 h 花键侧面的工作高度， 22， D 为外花键的大径， d 为内花键小径， c 为倒角尺寸； 花键的平均直径，2m ； p 花键联接的许用挤压应力，单位 223 6 3 2 2 0 . 5 12 2m 3 6 3 2 342知：泵的轴功率 ，则一级增速箱输出轴的扭拒3 6 . 29 5 5 0 1 0 4 0 . 8 3 4 51450T T N m 增 出 泵 轴 4 0 . 8 3 4 5 3 5 . 21 . 1 6 增 出取 出 增 28 M P az hl 4010013 取出满足强度要求。 取力器齿轮的设计与校核计算： 材料： 201） 、 弯曲强度计算：斜齿轮的弯曲应力 32 c o y K K 为计算载荷（ ）； 螺旋角（ ）； K 为应力集中系数， ； y 齿形系数，可按当量齿数 3在汽车设计教材图 3 ； K 为重合度影响系数， ； 332 3 5 . 2 c o s 2 9 1 . 5 1 0 1 9 7 . 2 3 4 2 5 03 . 1 4 2 5 2 . 7 5 0 . 1 4 5 2 P a M P a 所以，满足弯曲强度要求。 2） 、 接触强度计算：齿轮的接触应力 110 . 4 1 8因为，1c o s c o ； 312 2 3 5 . 2 1 0 8 9 5 . 6 77 8 . 6 所以， 8 9 5 . 6 7 1 0 8 9 . 8c o s 2 0 c o s 2 9 223 1 2 . 7 5s i n s i n 2 0 2 1 . 7 9c o s c o s 2 9c o s 2 9 2zz r 222 5 2 . 7 5s i n s i n 2 0 1 7 . 7 5c o s c o s 2 9c o s 2 9 2bb r 18b ；查材料力学教材表 8 6 2 0 6E G P a ； 29 M P a 4001300473)(18 所以，齿轮满足接触强度要求。由（ 1）、（ 2）可得取力器齿轮的设计合格。 （ 4）、 一级增速齿轮轴 齿轮处的 校核计算： 1） 、 弯曲强度计算：直齿轮的弯曲应力 32 Km 摩擦力影响系数；主动轮为 。从动轮 ； 其余参数同上。 主动轮 ： 3332 2 3 5 . 2 1 0 1 . 6 5 1 . 1 6 3 4 . 5 8 9 8 5 03 . 1 4 3 1 9 1 0 . 1 2 5g f K M P a M P am z y K 主主 主从动轮： 3332 2 4 0 . 8 3 4 5 1 0 1 . 6 5 0 . 9 5 0 7 . 9 9 8 5 03 . 1 4 3 2 2 1 0 . 1 2 8g f K M P a M P am z y K 从从 从所以，满足弯曲强度要求。 2） 、 接触强度计算：齿轮的接触应力 110 . 4 1 831 2 3 5 . 2 1 0 1160c o s 1 9 3 c o s 2 0 1 9 3s i n s i n 2 0 9 . 7 52m m ； 2 2 3s i n s i n 2 0 1 1 . 2 92bb r m m M P a 4001300(18 所以，齿轮满足接触强度要求。由（ 1）、（ 2）可得取力器齿轮的设计合格。 力器设计中重要零件工艺分析 齿轮的工艺分析 : 材料和毛坯： 取力器齿轮的材料选用 20轮毛坯在空气锤上用胎模锻造 。 钢材经模锻 30 后 ，内部纤维对称于轴线，提高了材料的强度。为了减少被 加工齿轮在渗碳和淬火时的变形，要求毛坯的金相组织和晶粒大小均匀。所以锻件毛坯一定要经初步热处理（正火或退火），以消除锻件的 内应力和提高材料的切削性能。 齿轮结构工艺性分析： 因取力器齿轮的尺寸较小 ，为了提高其强度， 设计成下图所示结构： 图 4齿轮结构图 对取力器齿轮的结构进行如上设计不仅增加了滚齿的生产率，而且增强了工件在机床上的 安装刚度。 （ 3）齿轮的加工工艺： a)齿轮机械加工的定位基准： 加工齿面时，用光孔及端面作为定位基准。以这些表面作为定位基准面符合基准重合原则；许多工序，如 齿坯和齿面加工等都可用内孔和端面定位，因此，也符合基准统一原则。 但是，孔和端面以哪个作为主要定位基准，要从定位的稳定性来决定。 因为取力器内的齿轮其孔的长径比 1时 ,应以端面作为主要的定位基准 ,限制三个自由度 ,内孔限制两个自由度。为使作为定位基准的孔和面具有较高的垂直度 ,在加工这两个表面时，可装在三角自定心卡盘内 ,在一次安装内车出。 b)齿坯加工： 齿形加工前的齿轮加工称为齿坯加工。齿坯的外圆、端面或孔经常作为齿形加工、测量和装配的基准，所以齿坯的精度对于 整个齿轮的精度有着重要的影响。另外，齿坯加工在齿轮加工总工时中占有较大比例，因而齿坯加工在整个齿轮加工中占有重要的地位。 齿坯精度：精度等级为 7 级。 齿坯加工方案： 1）、以毛坯外圆及端面定位进行钻孔和扩孔。 2）、拉孔。 3）、 以孔定位在多刀半自动机床上粗、精车外圆、端面、车槽、倒角等。 31 由于这种工艺方案采用高效机床组成流水线或自动线，所以生产效率高。 尺形加工： 齿圈上的齿形加工是齿轮加工的核心。尽管齿轮加工有很多工序，但都是为齿形加工服务的。其目的在于最终获得符合精度要求的齿轮。齿形加工方案的选择主要取决于齿轮的精度等级、结构形状、生产类型和齿轮的热处理方法以及生产工厂的现有条件。 根据精度要求等因素，取力器齿轮选用的齿形加工方案为： 滚齿 齿端加工 表面淬火 校正基准 磨齿 此加工方案加工精度稳定。 总之，齿轮机械加工过程归总起来由以下部分组成：基准面（齿轮内孔及端面）的加工；外表面及其他表 面的加工；齿面的粗、精加工；热处理；修复定位基面及精加工装配基准（内孔及端面、轴颈等）齿面进行热处理后的精加工；主要工序后，对工件清洗、中间检验和最终检验。 力器的使用 及维护保养 一）、取力器的使用： 气室局部图 当洒水车静止不动使用取力器时： 1、 将变速器操纵杆 放在低档区的空挡位置； 2、 接通气孔 a（高压 78气孔 b（常压 使取力器处于挂挡位置； 32 3、 根据使用要求 ，将变速器操纵杆扳至低档区所需挡位，此时，取力器进入工作状态。 当洒水车在行进中，使用取力器时： 1、 首先将变速器操纵杆放在低档区空挡位置； 2 河 南 科 技 大 学 毕 业 设 计（论 文） 题目 姓 名 院 系 专 业 指导教师 年 月 日 外文资料译文 1 一路向前 工程师们见证了汽车的每一个发展阶段 述小汽车的历史以及展望了它的前景。 第一代工程师不是特别注重汽车的设计。早在 1856 年，有远见的工程师们建造了有轨火车，但此时离第一代拙劣的自行车出现还有十年。任何类似于非马力车厢还只是科学幻想。 但在本杂志创办 50 周年的时候，最明智的工程师们把目光从自行车转向了汽车和飞机。正如我们所知，在 1906 年动力工业飞速发展 司很顺利地被创建了 ，第一辆 车也出现在路上。不到 1908 年，美国 迪拉克）公司就因为演示内部可变部件而赢得了皇家汽车俱乐部的 。从这一点就可想而知当时汽车工程有多么热门。在当时，汽车制造商们在其工艺作坊中进行批量生产。 当工程师庆祝汽车 100 周年诞辰时，未来仍是一片光明。 莱斯勒）正从事汽车涡轮机驱动的工作。当工程师用两年的时间进入发动机革命第二纪元时， 暗暗准备让轿车走上路面， 书面上来说就是采用念。 即 通过主要由三个风扇组成的马达，使其顺利进出拥挤的停车场。在此后 不久的 1958 年， 司关于原子能汽车的 念也炙手可热。 当然，涡轮机也从此变得昂贵、干燥、不可靠。汽车不能在路上行驶，核能亦不能产生。 人们在相当时间内对未来汽车的印象就是 955 年推出的念车，它戏剧化的翼和双泡状的玻璃顶不仅仅是像 俨然 就是 这是个徜蓬车的经典， 但 不是人们想的可以行驶的车。 除了一些高架桥 ,我们仍在地面行车 ,牢固的扎根于地面，当然 ,在过去的半个世纪里，安全性，成本 ，舒适性，可靠性耐腐蚀性已外文资料译文 2 经有了一系列改进。一切都是令人欢欣鼓舞的进展，但是 2006 款汽车带给 19 世纪 50 年代 车使用者不只是印记，而更多的是迷惘。 总之，汽车的前景没有从没出现过，或者是还不曾到来。当然并不是因为缺乏发明一辆更好车型的动力，城市拥挤地区机动车辆事故以至空气污染已不是什么新闻，石油供应量的降低，全球气候日益变暖等新一轮问题引起对未来汽车发展的高度关注。这是真正的顾虑所在。 士 是一位典型的有思想有远见的国际物理研究实验室天文物理学家，并 且是一位德高望重的少儿作者。他在2004 年的一期引导孩子未来的书 梦幻未来中描述道：装有智能软件的精巧交通工具将预言人们的所想（清晨有早班校车，晴空下有驶向乡村的火车，周五有开往飞机场的地铁。）并且提供正确路线正确时间的合适车号的班车。 对于汽车本身，高史密斯预想了一辆有个超平滑的表面以减小阻力和噪音，流线的外型和电脑控制以达到高速而又安全的驾驶，无污染的可充放蓄电池，每个轮上都有一个引擎发动，并有双层感光元件可以根据乘客的人数来扩大或缩小空间的汽车。 这些机器将在蛇行蜿蜒的轨道运行在天际。它们将被制 成透明以防止阴影投影在天空下的街道上。并进行密封以防止干扰进入。他预言，从现在开始的一个世纪内，它们将像蜘蛛网一样悬挂在世界的城市上空。这些轨道将会成为一个可以允许车如流水，有微机控制枢纽的快速昂贵的智能公路体系。 经常看工程师的读者对智能高速公路和通过微机控制使车辆在水泄不通的路面上畅行无阻的概念非常熟悉。然而，对于 50年代后更为广泛的交通运输前景，来自英国工程技术工艺和它在智能基础设施建设上的深谋远虑。 到 2025 年，长远地来看，我们将会拥有一个“传媒汽车世界”在这一世界中，信息和个性化传媒潮流会源 源不断地到达
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