前置式发动机夹钳取力器的设计【优秀课程毕业设计含7张CAD图纸带任务书+选题表】-jxsj75
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前置式发动机夹钳取力器的设计【优秀课程毕业设计含7张CAD图纸带任务书+选题表】-jxsj75
前置式发动机夹钳取力器的设计
摘要：本文设计了一种汽车发动机取力器，这种取力器由于其特有的优点所以应用广泛。现在很多专用汽车大多装有一个重要的零件，就是取力器。因此，设计一种容易操作、性能优越的取力器成为了一种必要。本文所研究的是一种结构紧凑，持续工作时间很长前置式发动机夹钳式取力器，它不受汽车离合器的干扰，只要发动机工作，不论离合器处于何种工作状态，取力器都能正常工作。因此发动机取力器的研发有着重要的意义。
关键词：发动机；齿轮；液压系统；汽车
Desicn of Front-engine Clamp Power-take
Abstract:This?paper?has?designed?an?automobile?power?take?off?device.?Because?of?its?peculiar?advantages,?it?was?used?so?widely.?Nowadays?many?special?cars?equip-ed?with?such?most?important?part.?Therefore,?it?is?necessary?to?design?an?easy?operation,?superior?performance?of?Power?take?.?This?paper?studies?a?front?loaded?engine?clam-p?type?Power?take?off?device?which?has?a?compact?structure?and?could?continuous?working?for?very?long?hours,?it?could?be?free?from?the?clutch’s?interference.?As?long?as?th-e?engine?works,?no?matter?what?kind?of?work?in?clutch?state,?take?the?force?can?work?normally.?therefore,?the?development?of?the?device,?which?takes?off?the?power?from?th-e?engine,has?a?great?significance.
Key words：Engine；Gear；Hydraulic system；Car
目录
摘要 1
关键词 1
1 前言 1
1.1 汽车发动机取力器的概况 1
1.2 研究发动机取力器的意义 1
2 取力装置简介 2
2.1 取力装置的功用和分类 2
2.1.1 发动机飞轮取力 3
2.1.2 离合器取力 3
2.1.3 变速器取力 5
2.1.4 分动器取力 5
2.2 取力装置的正确选择 6
3 总体方案设计 7
3.1 发动机取力器传动系统的设计 8
3.1.1 档位和旋向 9
3.1.2 取力器功率 9
3.1.3 取力器传动比和转速 10
3.2 齿轮传动设计与校核 10
3.2.1 材料的选用 12
3.2.2 按齿面接触疲劳强度初步设计 12
3.2.3 验算齿面接触疲劳强度 13
3.2.4 验算齿根弯曲疲劳强度 15
3.2.5 确定齿轮的主要参数及集合尺寸 17
3.2.6 确定齿轮制造精度 18
3.3 轴与轴系零件的设计 18
3.3.1 轴材料的选择 18
3.3.2 轴的结构设计 19
3.4 键的选择与校核 21
3.5 轴承的选择 22
4 内置离合器和液压系统的选择 22
4.1 液压多片摩擦离合器的选择 23
4.1.1 多片摩擦离合器的位置布置 23
4.1.2 多片摩擦离台器的结构特点 23
4.2 内啮合齿轮泵的选择 23
4.3 分配器和控制阀 24
5 结论 25
参考文献 27
致 谢 28
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1号齿轮.dwg
2号齿轮.dwg
一轴.dwg
三轴.dwg
二轴.dwg
前置式发动机夹钳取力器的设计.doc
前置式发动机夹钳取力器的设计中期检查表.doc
前置式发动机夹钳取力器的设计任务书.doc
前置式发动机夹钳取力器的设计选题审批表.doc
前置式发动机夹钳取力器装配图.dwg
文件清单.txt
轴承盖.dwg
输出齿轮.dwg
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前置式发动机夹钳取力器的设计 摘要： 本文设计了一种汽车发动机取力器，这种取力器由于其特有的优点所以应用广泛。 现在很多 专用汽车大多装有一个重要的零件，就是取力器 。 因此，设计一种容易操作、性能优越的取力器成为了一种必要。本文所研究的是一种结构紧凑，持续工作时间很长前置式发动机夹钳式取力器，它不受汽车离合器的干扰，只要发动机工作，不论离合器处于何种工作状态，取力器都能正常工作。因此发动机取力器的研发有着重要的意义。 关键词： 发动机；齿轮；液压系统；汽车 2 an of it so it is to an a a it be As as no of in of a 3 目录 摘要 . 1 关键词 . 1 1 前言 . 1 车发动机取力器的概况 . 1 究发动机取力器的意义 . 1 2 取力装置简介 . 2 力装 置的功用和分类 . 2 动机飞轮取力 . 3 合器取力 . 3 速器取力 . 5 动器取力 . 5 力装置的正确选择 . 6 3 总体方案设计 . 7 动机取力器传动系统的设计 . 8 位和旋向 . 9 力器功率 . 9 力器传动比和转速 . 10 轮传动设计与校核 . 10 料的选用 . 12 齿面接触疲劳强度初步设计 . 12 算齿面接触疲劳强度 . 13 算齿根弯曲疲劳强度 . 15 定齿轮的主要参数及集合尺寸 . 17 定齿轮制造精度 . 18 与轴系零件的设计 . 18 材料的选择 . 18 的结构设计 . 19 的选择与校核 . 21 承的选择 . 22 4 4 内置离合器和液压系统的选择 . 22 压多片摩擦离合器的选择 . 23 片摩擦离合器的位置布置 . 23 片摩擦离台器的结构特点 . 23 啮合齿轮泵的选择 . 23 配器和控制阀 . 24 5 结论 . 25 参考文献 . 27 致 谢 . 28 1 1 前言 汽车取力器是汽车上的一个动力输出装置，汽车除了行驶以外的其他动力将由取力器提供。取力器通常安装在专用汽车上，用以取出发动机的动力提供给特殊装置以实现专门用途。目前已研发 的取力器的种类比较多，取力方式也较多，有发动机飞轮取力、离合器取力、变速器取力、分动器取力等。随着社会对专用汽车要求的提高，专用汽车种类的增多，对取力器的要求也相应提高，取力器的研发工作显得尤为重要。作者撰写本文的目的正是设计出一种从发动机直接取力的取力器，以满足工程实际的需要。 车发动机取力器的概况 取力器的种类有很多，各有不同的优点，本文所设计的是一种夹钳式的发动机取力器，采用前置式的取力方式，它以汽车底盘自身的发动机为动力源，将动力传递至专用汽车的专用设备，以驱动齿轮液压泵、真空泵、柱塞泵、 轻质油液压泵、自吸液压泵、水泵、空气压缩机等，从而为自卸车、加油车、牛奶车、垃圾车、吸污车、随车起重机、高空作业车、散装水泥车、拦板起重运输车等诸多专用汽车配套使用。 究发动机取力器的意义 某些专用汽车不需要连续地输出动力，所需的取力器转矩也不大，因此他们配备的是较为简单的取力器，直接安装于变速箱的后部。这些取力器市场需求量虽然较大，但是技术含量并不高，利润也不大。而另一些专用汽车对取力器的要求很高，如水泥搅拌车、消防车、石油机械用车等，他们要求取力器能连续不断地工作，而且能够输出发动机的巨大部分 动力，甚至全部的动力，并且不受汽车离合器工作状态的影响。例如消防车在消防在抢险的过程中，需要连续不断地泵水而且泵水过程中还要不断地变换位置，需要很高的水压是水能喷射很远，需要很大的功率。这些车辆就需要安装一种特殊的性能优越的取力器，就是发动机取力器。发动机取力器又叫做全功率取力器，他有诸多的优点：能够长时间地保持工作状态；能使汽车结构非常紧凑，改装汽车很方便；能把发动机的全部功率取出，用于其他动力的输出；工作状态不受汽车主离合器工作状态的干扰（其他取力器不与发动机直接相联，当汽车发动机处于怠速状态，即离合器 未合上就无法正常工作） 1。 发动机取力器有着如此众多的优点，相应的他的设计和制造难度也较大，目 2 前国内主要还是依靠进口，价格比较昂贵，而需求量有很大，所以设计出一种符合要求的发动机取力器已迫在眉睫。本文作者正是基于对发动机取力器的用途与现状的考虑，在老师的指导下选择此课题进行研究，运用所学的专业知识，绘制出了发动机取力器的外观图、装配图和部分重要的零件图，并且进行了校核计算，提出了一个较为完整的发动机取力器总体设计方案，希望能对祖国的汽车工业出一点绵薄之力。 2 取力装置简介 力装置的功用和分类 由于汽车用途的多样化，要求汽车变速器必须装备有动力输出装置通常取力装置安装在变速器的动力输出侧孔上，它有各种不同的形状和大小；在变速器上安装各种取力装置可以满足各类特种车辆的使用要求。由于各类车辆的负载工况、使用条件和取力位置的不同，因而对取力装置的要求也各不相同。取力装置的用途颇为广泛，它可用来驱动汽车绞盘传动装置，自卸车、炸药现场混装车和汽车起重吊油泵，消防车水泵，以及工程机械中各种辅助装置，如空气压缩机、燃油泵、废料收集器、制冷机等 2。 图 1 常取力器是一种齿轮传动装置，主要功用是取出变速器传递的动力，或直接将发动机的功率通过法兰和传动轴传递到被驱动的工作机上。按取力装置的取 3 力型式可分为发动机取力和离台器取力两大类，按取力装置的取力点部位可分为发动机飞轮取力、离合器取力、变速器取力和分动器取力四类。取力装置选择何 种取力形式取决于各汽车制造厂家对其车辆的设计要求和布置方案，现将各类取力装置的结构特点分述如下： 动机飞轮取力 从发动机飞轮取力，取力器安装在变速器前端，与发动机飞轮直接相 连，发动机工作取力器就能输出动力，动力不需经离合器来传递，因此，它与车辆运动状况无关。这种取力器如西德 图 1)，传递功率大，输出转速高，能连续工作。典型应用实例是混凝土搅拌车、消防车、保洁车、钻井车、以及市政工程车等。 合器取力 从离合器取力，取力器安装在变速器前端，由第一轴 (输入轴 )驱动取力器， 图 2 图 3 可以安装在变速器后端，由中间轴驱动取力器。无论是从第一轴或中间轴驱动取力，都是在接合离台器后，取力器才能工作输出动力，与变速器档位使用无关，能传递发动机的大部分功率，如法国贝利埃公司设计生产的 (图 2) ， /13)。这类取力器对车辆总体布置合理，有利于传递较大功率与转速。但是，采用变速器中间轴后端取力，则取力器输出功率和转速与常啮合齿轮副的速比有关。为满足被驱动工 作机的转速要求，通常取力器齿轮设计成增速传动，或不需设置齿轮副传动，直接与变速器中间轴同一轴心线输出动力。这种取力器与发动机同向或反向旋转，适用于间歇工作；输出 a、 b， 3。 图 3)设计有两个动力输出点 (点 )，可装 6组齿轮增速传动比，供用户选择，其传动比为 O 32 0 94，输出扭矩范围为 280 800 输出扭矩大小决定于车辆要求和传动比。这种取力器壳体与变速器后盖做成一体，因而轴向尺寸短，结构紧凑。由于壳体内腔空间大，贮油和散热条件好， 以及轴承承 载能力大，因此，该取力器能连续工作，与发动机同向或反向旋转。如车辆有特殊要求，需要在取力器上两点输出，选用 N /10型取力器就能满足这一要求。即用 N /352/2取力器或 N /10加 取力器组成 (图 4)。两个取力器可同时取力，也可以单独操纵一个取力器取力；采用两点取力时，必须保证两个取力器输出的总功率不得超过变速器的负荷能力。典型应用实例是矿用自卸车、炸药现场混装车、汽车起重吊驱动油泵等 4 图 4 取力器 5 速器取力 从变速器取力，取力器安装在变速器第二轴 (输出轴 )后端，或安装在变速器侧面，与第二轴 齿轮相啮合输出动力。但是，这种取力装置与发动机和离合器取力有所不同，它与车辆构运动状况有关，与变速器的档位使用有关。如 /者如红岩 图 5)，该取力器的接合平面与第二轴轴心线之间的距离为 角为30； 问歇工作时允许输出功率为 5续工作时允许输出功率为 76kw/最大输出扭矩为 40出转速 N=系 (0 81)；输出旋向与发动机异向，并可向前或向后输出动力。 动器取力 全轮驱动的车辆，为了缩短传动系的轴向安装尺寸，要求在分动器后端取力， 输出不同的转速。这种取力装置只有在汽车离合器接合和变速器挂上档后，取力器才能运转输出动力，所以，取力器的输出功率和转速，同样与车辆的运动状况有关，与变速器档位使用有关。如 岩 高、低两个档位，三轴直齿轮传动，最大输出功率为1160Or/大输出扭矩为 700500r/ 图 5 6 上述四类取力装置在汽车动力传动系中，由于取力位置的不同，它们的用途和使 用特性也各不相同 6。 力装置的正确选择 无论是选择发动机取力、离合器取力或其它型式取力，其取力装置都是由汽车制造厂家根据车辆的负载情况和使用工况进行选取，但在选择取力装置时必须考虑以下几点： 1）传动比 取力器传动比取决于发动机技术参数 与被驱动的工作机械特性有关。 2）输出转速与旋转方向 输出转速取决于取力器的类型和安装部位。离合器取力用的取力器与变速器常啮合齿轮对的速比有关；变速器取力或分动器取力用的取力器与档位使用有关。其输出旋转方向应考虑与发动机同向或异向，以及两种回转方向。 3）取力点的数量与安装部位 一点取力或数处取力；取力点的位置取决于车辆布置和变速器的安装形式(立式安装或卧式安装 )，以及变速器取力窗孔位置 (侧面、上部、底部或中间轴 )。 4）取力装置接合的可能性 选择发动机飞轮取力或离合器取力决定于各种车辆的用途和工作规范。 5）换档条件 取力器换档功能必须考虑其车辆负载行驶时使用取力器或车辆停止时使用取力器。 6）汽车运动中取力器换档频率 据使用经验，取力器在使用频繁情况下，取力器的转动惯量应不大于离合器的 15%；使用不频繁对，取力器的转动惯量不大于离合器的 4O%；这主要是考虑减少离合器片的磨损。 7）负荷不均匀性 取力器负荷不均匀性用最大转矩 /名义转矩表示，称作扭矩变动比，此比值表示工作机械的载荷特性，如突然接合离合器、传动轴的不平衡、发动机转速低于 及几个取力器同时工作时产生共振等原因所引起的扭矩波动。如经常产生间歇性的冲击载荷，其冲击扭矩比 2时可选用各型取力器，如果 2冲击扭矩比 3 5时选用 般推荐取力的工作机械应安装超载保护 7 装置，剪切安全销就是常用的一种方法 8）热载荷 取决于取力装置的工作规范，也就是取力器工作的持续时间与停歇时间，它直接影响取力器工作的热载荷 6。 3 总体方案设计 本文设计的是一种前置式的夹钳式发动机取力器，它安装在发动机和变速器之间。原变速器的第一轴被取力器中的长柄齿轮轴所取代，长柄齿轮轴支承在发动机的飞轮中心，随发动机飞轮的转动而一起转动，随后将动力通过 齿轮传递至第三轴，由输出法兰将动力输送给专用设备，实现特定功能。 本发动机取力器主要用于驱动大功率的附属设备，例如市政工程用车辆、消防车及混凝土搅拌车等。本取力器用法兰面直接安装于立位或左卧位主变速箱的输入端面。取力器由空心轴驱动，与主变速箱输入轴相联的主离合器轴穿过其中，两轴由各自独立的直接驱动离合器来驱动。因此，空心轴通过主离合器中的直接离合器与发动机相联，无论主离合器是结合还是分离，动力总是传向取力器，即只要发动机运转，则取力器总是与之同步运转，除非在其输出端分离多片离合器使其脱开，停止运转。图 6所示 为本取力器安装示意图。 图 6 取力器安装示意图 8 此取力器的结合方式是：无论车辆是处于停驶状态还是行驶状态，发动机取力器均可工作。发动机动力传输给空心轴，空心轴上装有齿轮 1，再经齿轮 2传至齿轮 3，齿轮 3也装在一空心轴上，轴的左端装有摩擦离合器，此摩擦离合器的结合或分离由液压控制，通过液力多片离合器可实现在负荷状态下结合和分离。当液压阀打开，液压系统给予摩擦片一定的向右的压力，使其压紧与之相配的摩擦片，则离合器处于结 合状态，此时穿过空心轴的实心轴转动，将动力传至输出法兰，再传递给专用设备。 此取力器输出转矩的数值与具体用途有关，大致数值为最大转矩 1200平稳无振动的工况下，相应的轴承计算寿命大约为 500h)，其许用轴荷亦必须核对，在此工况下，其数值约为：最大许用轴荷为 28000大结合惯性矩 1 6大许用结合转速为 180Or/ 动机取力器传动系统的设计 从汽车的发展来看，专用车与其它整车一样，通常都是由二、三类底盘改装而成，在改装过程中，专用车厂除了考虑发动机、离合器、 变速器的合理匹配外，合理选择匹配的取力器也是不可忽视的内容 取力器类型、功率、转速如何确定，取力器安装、旋向、档位等方面如何选择，从而达到选择合理匹配的取力器的目的。 本次设计的难点主要有三个地方。第一，取力器动力输入端，原装车上的离合器没有取力器的输入口，需要有动力输入口的离合器。目前，国内已有专门生产这种离合器的厂家，并已通过国家试验机构的鉴定，所以在此设计中可以不考虑。第二，此取力器由于是立式安放，所以中心距较高，采用齿轮传动时对齿轮和轴承的要求较高，所以润滑也很重要，所以采用油泵强制润滑。第三，取 力器的结合与分离，由于汽车上装有液压泵，故可采用液压控制离合器的接合与分离，但由于取力器与发动机一直连接，如果采用联轴器等机械式硬连接，将会出现发动机发动后，取力器的结合部位不能接合，从而不能形成动力输出，或者在取力器接合后再发动给发动机，会由于取力器处于工作状态，而使发动机启动力矩太大而损坏发动机的启动系统。因此只能采用柔性连接，即采用由液压控制的摩擦片离合器来控制取力器的接合与断开。本次设计的基本要求为： 1、取力器动力输出转向与发动机相同； 2、额定输出扭矩为 800 3、额定输出转速为 1500r/ 9 4、速比为 1： 1左右； 5、取力器的结合与断开需要柔性连接。 本次总体设计中着重考虑的是以下的几个方面： 位和旋向 取力器的档位取决于辅助动力装置的用途，一个档位的取力器主要用于油泵、压气机等辅助动力装置，而多档位可逆式取力器主要用于绞盘等专用装置。要设计符合要求的取力器，还要考虑到取力器的旋转方向，这要根据用户的需要而定。 力器功率 选择合理匹配的取力器，首先取力器必需具有足够的输出功率来满足辅助动力装置的需要。从理论上讲，取力器输出功率等于扭矩和转速的乘积，确定功 率大小的基本依据是节线速度，一般来说，节线速度越快，功率就越大。取力器功率来自于发动机经变速器传递来的功率，取力器输出功率的大小取决于取力齿轮的节线速度。 节线速度： V= 2 ( 2 )r n r n r 图 7 齿轮尺寸示意图 以看出，节线速度等于取力齿轮的节圆长度与转速的乘积。取力器安装位置不同，取力齿轮也不同，其转速也有变化。前置取力器 (一轴取力 )的取力齿轮安装在变速器一轴上，其转速 n=后置取力器的取力齿 轮就是安装在主动轴上的 10 输入齿轮，其转速 n=侧置取力器的取力齿轮就是与变速器中间轴齿轮啮合的取力器的输入齿轮，其转速 n=档 。其中： n 取力器的输出转速； 发动机的额定转速； 变速器常啮比； 取力器齿轮齿数与变速器齿轮齿数之比。 所以，设计取力齿轮必需要具有一定的节线速度。 一般情况下，取力齿轮的节线速度，在发动机转速为 得低于 200，约等于 11千瓦；在发动机转速为 2000r/得低于 300，约等于 就 要求发动机具有一定的输出转速和扭矩，变速器具有一定驱动能力，取力器才会有足够的输入功率来驱动辅助动力装置。 力器传动比和转速 为了满足日益广泛的辅助动力装置的需要，取力器的输出转速不是固定不变的，匹配不同的发动机、变速器，取力器的输出转速也不同，它取决于发动机的输出转速、变速器的常啮齿轮比及取力器齿轮装置的传动比。 前置取力器 n=后置取力器 n=取 侧置取力器 n=档 从以上可以看出，选定一定的发动机、变速器，即取力器输入一定的功率。在具有足够的输出功 率的情况下，取力器传动比 力器的转速和相应的扭矩输出的大小可以在用户需要的范围内变动所以，在确定取力器的输出转速时，通常可以采用直接输出和间接输出。如果所选用的取力器转速能满足辅助动力装置的正常工作要求，可采用直接输出，反之，可采用间接输出。 采用间接输出时，如果必须增大取力器的输出转速来满足辅助动力装置的正常工作时，取力器的输入扭矩应高于输出扭矩，反之应低于输出扭矩。因为取力器转速与其扭矩有关，所以，在确定取力器输出转速的同时必须考虑到取力器的额定扭矩 10。 轮传动设计 与校核 由于取力器输出旋转方向要求与发动机旋转方向相同，所以只能选择奇数个齿轮传动，即三个齿轮或五个齿轮传动。基于结构和强度的要求，若采用五个齿轮传动，则结构过于复杂，加工难度也较大，因此生产成本相应增加，故本次设 11 计选用三个齿轮传动，中间齿轮为一惰轮，另外两个齿轮一个为主动、一个为从动。第一个齿轮和第三个齿轮的中心距为 390轮的直径较大，转速较高。 初步估算模数：本次设计的发动机取力器的输出转矩为 800于中等载荷，查表选取 4nm 形角取标准值 20n； 齿顶高系数取标准值 1* 齿顶隙系数取标准值 c ； 由于受结构限制，不能将取力器的尺寸设计的过大，初步考虑齿轮的齿数和中心距为： 齿轮 1齿数为： 531 z ； 齿轮 2齿数为： 412 z ； 齿轮 3齿数为： 513 z； 齿轮 1和齿轮 2的中心距为： 9712 ； 齿轮 2和齿轮 3的中心距为： 9323 ，如图 3 如上的齿数安排基本符合速比 1： 1的要求，中心距也符合取力器安装结构尺寸的要求。 为使传动平稳，减少噪音，故采用斜齿圆柱齿轮传动， 其螺旋角选为 15 。 主动齿轮采用右旋，中间惰轮采用左旋，从动齿轮采用右旋。 取力器的总厚为 84以齿宽应根据这个数值选取，除开壁厚和间隙，初步选为齿宽 8 。 各齿轮的分度圆直径： 齿轮 1分度圆直径 齿轮 2分度圆直径齿轮 3分度圆直径 由于 1、 2号齿轮对和 3、 4号齿轮对都采用斜齿轮传动，传动方式和受载形式n 915co s 534co s 11 n 915co s 414co s 22 n s 514co s 33 12 相同，强度、刚度要求和寿命要求也基本相同，故校核方式基本相同，所以本文只校核 1、 2号齿轮对，对 3、 4号齿轮对的校核予以省略。下面就详细校核 1、 2号齿轮对。 料的选用 由于齿轮通常有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面校核和朔性变形等损伤形式，为确保齿轮能在确定寿命内正常工作，选择齿轮材料和热处理方法时应该考虑使齿轮 有足够的硬度和耐磨性，齿轮芯部有足够的强度和韧性，还应该具有良好的加工和热处理工艺性。 齿轮材料通常有锻钢、铸钢、铸铁、粉末冶金材料等。它们各有各的优势和特点，本次设计通过综合考虑，决定选用锻钢作为材料， 1号齿轮选用 45钢调质处理， 2号齿轮选用 质处理，计算时取 2301 2602 锻钢的强度高、韧性好，热处理后齿面硬度和耐磨性都能达到一定的要求。调质处理优点是齿轮具有较好的韧性和强度，不 需要专门的热处理设备和齿面精加工设备，齿面硬度较低，易于跑合 11 齿面接触疲劳强度初步设计 由简化设计公式： 1） 1号齿轮（大齿轮）传递的转矩 001 2）齿宽系数d。查表取d= 3）齿数比 4）载荷系数 K。因速度高，非对称布置 ，取 2K 。 5）许用接触应力 H 由式 。 801 ， 102 。 S 。由表查得 1 力器设计使用时间为 40000小时 。根据应力循环次数计算 3 211 )1(7 5 6 d S 13 式： 0 式中 1a ， 5001 ， 0000 查表得， 按曲线 1查得）， 故 6）初步确定主要参数 数已经初步选定，即 531 Z ， 412 Z 。 15 。 97 。 81 。 算齿面接触疲劳强度 由式： 1）弹性系数 查表得， 。 2）节点区域系数 查表得， Z 。 3）重合度系数Z。 先由 91 0 0 0m i n/1 5 0 016060 M P 221 i 2 41 02 22l i m n 453 15co 5s 14 于是， 将和代入式中，得到 4）螺旋角系数Z。 9 6 o sc o s Z。 5）圆周力 6）载荷系数 K。 K 。查表得 K 。 查表得， 37.1取 8级精度）。 K。查表，按调质齿轮、 8级精度，非对称布置，装配时不做检验调整，可得 o o F t 7 2 9 9 8 0 02 0 0 02 0 0 011 00060 1 15 K。由式 查表，根 据表面硬化直齿轮和表面硬度 8级查取参数， 7）验算齿面接触疲劳强度 算齿根弯曲疲劳强度 由式 1）由前已知： 290 ， 8 ， 。 2）载荷系数 K 。 。 K 同前，即 K 。 K。 K。查图可知，当 查出 K。由前可知： 100/ b FK 1 M P 8 6 。由式 则 前面已经求得 得 3）齿形系数当量齿数 查表得 4）齿根应力修正系数两齿轮的当量齿数查图得， 5）重合度系数 Y。 由前可知 Y。 6）螺旋角系数Y。 0/ 0/1 Y。 7）许用弯曲应力 F 。由式 。取 001 ， 002 。 S 。查表，去 S 。 91 N ， 92 N ，查图得， o s 53c o s/ 3311 zz 1c 3322 zz YS 17 Y 。由 ，查图得， 121 Y 。 则 8）验算齿根弯曲疲劳强度 故弯曲疲劳强度足够。 定齿轮的主要参数及集合尺寸 531 z ， 412 z ， ， 15 分度圆直径 齿顶圆直径 9211 齿根圆直径 齿宽 82 84310521 ，取 51 1 0111l i M P 4 0222l i 1111 2 9 P 2112212 P n 915co s 534co s 11 n 915co s 414co s 22 18 中心距 定齿轮制造精度 由 查表确定齿轮第 公差组为 7级精度。第 、 公差组与 组同为 7级。按机械设计手册推荐确定齿厚偏差，小齿轮为 其工作图上标记为： 7B/T 10095齿轮齿厚偏差为 其工作图上标记 为：710095 具体齿轮的结构及安装方法见附图。 2、 3号齿轮对的校核方法和 1、 2号齿轮对的基本相同，在此不做详细校核。 与轴系零件的设计 轴是组成机器的重要零件，它的主要公用是：支持轴上零件，并使其具有确定的工作位置；传递运动和动力。本文所设计的取力器总共有三根轴， 1号轴、 2号轴和 3号轴，其中 1号轴是最长的一根轴，它的左端顶住发动机的飞轮以获取动力，右端带有连接减速器，以给汽车的驱动系统提供动力，中间套在空心轴之中，空心轴从发动机处获得动力再将动力通过键传递给 1号齿轮，完 成初步的动力传递。 为保证轴能够正常工作，必须通过强度计算使其有足够的强度，以防止断裂和过大的朔性变形；也必须有足够的刚度，以防止工作时产生不允许的弹性变形；还要有足够的稳定性和良好的工艺性。 本文设计的三根轴设计要求和校核方法相似，在这里只对一轴做详细的设计校核，不一一介绍。 材料的选择 由于轴工作时产生的应力多为循环变应力，所以轴的损坏通常为疲劳损坏。而轴是机械中的重要零件，因此轴的材料应该具有足够高的强度和韧性，对应力集中敏感小和具有良好的工艺性。 轴的材料主要有碳素钢和合金钢。碳素钢强 度虽然较合金钢低，但是它价格便宜，对应力集中敏感小，故应用十分广泛。常用的碳素钢有 30、 40、 45、和 50钢，其中以 45钢最为常用。合金钢具有较高的力学性能和更好的淬火性能，但对应力集中比较敏感，价格也很贵。对于受载大并且尺寸紧凑、重量轻或耐磨性要求高的重要轴，或处于非常温度或腐蚀条件下工作的轴，通常采用合金钢。常用的合金钢有： 20 40 203540 也可以采用合 9 721 21 19 金铸铁和球墨铸铁。铸铁具有流动性好，易于铸造成型以获得复杂的轴（如曲轴）、价格便宜、有良好的吸震性和耐磨性，以及对应力集中不敏感等优点。但是强度和韧性较低，铸造质量不易控制。 本次设计的三根轴通过综合考虑，初选 1号和 3号轴用 202号轴用 45钢， 3号轴用 203。 的结构设计 轴的结构设计就是使轴的各部分 具有合理的形状和尺寸。轴的结构设计在整个机械设计过程中是一个很重要的过程，如果轴的结构没有设计好，则会很大程度上地影响轴的刚度和强度，从而影响轴的使用寿命和整个机械的使用寿命。影响轴的结构的因素很多，如轴上零件的分布及其在轴上的固定方法；轴上载荷的大小及其分布情况；轴承的类型、尺寸的分布在情况；轴的加工和装配工艺性等。 轴的设计没有标准，在本次设计中，充分考虑了取力器的实际情况来设计了三根轴的结构，如图 31号轴的结构比较特殊，他套在一根空心轴之中，两轴共同从发动机飞轮处取力， 1号轴将动力传递给变速器，而空心轴将动力传递给取力装置，最终传递给专用装置。 1号轴是传统的阶梯轴，利用它的阶梯可以对轴上零件进行轴向定位。安装零件是可以从直径较小的左端将零件套入，再进行定位安装。在图中可以看到，1号轴上共设有两个轴承，起支承轴的作用，其中 292307端依靠弹性挡圈定位，从而实现了双向定位。轴承 32217端用轴环定位，同样实现双向定位。 空心轴套在 1号轴外面，两轴独立不干涉运动。在空心轴外面还安装有轴承盖，起到增加空心轴的刚度的作用，以防止 空心轴和 1号轴的颤动。轴承盖依靠螺栓与取力器箱体相联。在空心轴上安装有 50218轴承和 1号齿轮。 50218轴承的左右两端都依靠弹性挡圈进行轴向定位。 1号齿轮通过键的周向定位与空心轴相 联。在空心轴和 1号轴之间装有油封，其作用为防止润滑有的流失。 2号轴是一根短轴（见图 8），它的左右两端分别装有圆锥滚子轴承，由于轴上安装的是斜齿轮，所以会产 生轴向分力，使用圆锥滚子轴承能够平衡掉斜齿轮产生的轴向分力。圆锥滚子轴承通过弹性挡圈和轴承盖实现双向定位。左右两端的轴承盖都通过六角螺栓固定在取力器壳体之上。在短轴的中部安 装有 2号齿轮，通过一个平键联接。在 2号轴的右端设计安装油泵，随着 2号轴的旋转而驱动，油泵的作用是实现液压控制取力器上离合器的接合与脱开，在下文中将逐步介绍离 20 合器与液压控制系统。 1 空心轴 2 油封 3 50218 轴承 4 1 号齿轮 5 292307E 轴承 6 32217E 短圆柱滚子轴承 7 轴承盖 8 键 9 箱体 10 弹性挡圈 图 8 1号轴及其附属零件 1 圆锥滚子轴承 2 轴承盖 3 键 4 挡圈 5 2 号齿轮 6 六角头螺栓 7 油泵 图 9 2号轴及其附属零件 2 21 1 端盖 2 3 号轴 3 活塞 4 型密封圈 5 离合器摩擦片 6 空心 7 深沟球轴承 8 3 号齿轮 9 输出法兰 10 挡圈 11 密封圈 12 套筒 13 油封 14 输出法兰 图 10 3 号轴及其附属零件 0 3 号轴上零件比较复杂，见图 3和 1号轴一样，外面还套有空心轴，使用滚针轴承联接，在空心轴外面，安装 3号齿轮，通过键联接进行 3号齿轮的周向固定， 3号齿轮左端紧挨空心轴凸肩，右端使用弹性挡圈卡紧，从而实现了 3号齿轮的轴向定位。空心轴左端安装摩擦离合器，用于将动力从空心轴传递到 3号轴。 当离合器接合时，转动的空心轴将动力传递给 3号轴，再传给输出齿轮将动力传递给专用装置。 3号轴左侧用端盖密封。取力器箱体外侧安装支承座，支承座与 3 号轴之间用 用是避免润滑油的流失、减少粉尘 等污染物质的进入。 3号轴右端制成花键，通过花键与输出法兰相联。输出法兰与支承座之间设置油封 13。 的选择与校核 键是用于轴的周向定位的重要部件，有很多种类，适合各种载荷状况下的轴。 其中主要的几种类型有平键、半圆键和斜键等。键的类型可根据联接的结构特点、使用要求和工作条件选定。平键联接结构简单，拆装方便，加工容易，对中性好，是运用最为广泛的一种键，本文所用的三个键均为平键。由于主动齿轮 22 和从动齿轮的齿宽
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