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3吨重量绿化洒水车变速箱取力器及水泵传动的设计【优秀汽车车辆课程毕业设计含5张CAD图纸】

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关键词：: 绿化洒水车变速箱取力器水泵传动机械设计汽车课程毕业设计 3吨重量绿化洒水车变速箱取力器及水泵传动的设计

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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

3吨重量绿化洒水车变速箱取力器及水泵传动的设计【优秀汽车车辆课程毕业设计含5张CAD图纸】

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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

DESIGN OF GREEN SPRINKLER

(3 TONS OF WEIGHT)

TAKE POWER SECTOR OF GEARBOX AND PUMP DRIVE

ABSTRACT

Sprinkler as a Special Purpose Vehicle, plays an important role in spraying water and urban greening. With the urbanization process accelerating, on the one hand, the city green belt is growing and need a lot of the nursery right for sprinkler irrigation. And because the needs of the urban environment, green belts, the distribution is getting more complicated, which calls for sprinkler flexibility in terms of control, In other words, the need for sprinkler further enhance the scientific and technological content. The other hand, with urban residents the environmental awareness of the constant strengthening of the streets and highways clean is also increasingly focusing on. As the pavement cleaning equipment for sprinkler, and its importance should not be underestimated. Therefore, it’s necessary to design a safe, reliable, durable sprinkler, and the market prospects are bright, market potential is also very large.

The design of the main tasks to add a set of pressure system that can draw and spray water on the original automobile chassis. One of the most important segments of the powertrain assembly score of the design. Power-take is covered through the transmission side will be the engine for part of the driving force came out to the pump and transfer its work to the device.

Key words : sprinkler，pressure systems，chassis，take power sector

第一章前言

§1.1 我国专用车发展概况

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。

参考文献

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[20] 吴添祖主编．技术经济学概论．北京：高等教育出版社，2004

取力器.gif

取力器输出轴.gif

取力器输出轴齿轮.gif

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内容简介：: 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 nts II DESIGN OF GREEN SPRINKLER (3 TONS OF WEIGHT) TAKE POWER SECTOR OF GEARBOX AND PUMP DRIVE ABSTRACT Sprinkler as a Spec ial Purpose Vehic le, plays an important role in spraying w ater and urban greening. With the urbanization proc ess accelerating, on the one hand, the c ity green belt is grow ing and need a lot of the nursery right for sprinkler irrigation. And because the needs of the urban environment, green belts, the distribution is getting more complic ated, which calls for sprinkler flexibility in terms of c ontrol, In other words, the need for sprinkler further enhanc e the sc ientific and technologic al content. The other hand, w ith urban residents the environmental aw areness of the constant strengthening of the streets and highways c lean is also increasingly focusing on. As the pavement c leaning equipment for sprinkler, and its importanc e should not be underestimated. Therefore, its nec essary to design a safe, reliable, durable sprinkler, and the market prospects are bright, market potential is also very large. The design of the main tasks to add a set of pressure system that can draw and spray water on the original automobile c hassis. One of the most important segments of the pow ertrain assembly score of the design. Power-take is c overed through the transmission side w ill be the engine for part of the driving forc e came out to the pump and transfer its work to the device. Key words : sprinkler， pressure systems， chassis， take power sector nts 3 符号说明 im 第 i 个总成的质量 kg ； l 轴距 mm ； 1m 前轴轴载质量 kg ； 2m-后轴轴载质量 kg ； ix-第 i 个总成的质心距前轴中心线的水平距离 mm ； iy-第 i 个总成的质心到地面的距离 mm gh-整车质心的高度 mm B 纵梁槽形截面的外宽 mm b 纵梁槽形截面的内宽 mm H 纵梁槽形截面的外高 mm h 纵梁槽形截面的内高 mm max-纵梁的最大静弯曲应力 MPa -纵梁材料的许用应力 MPa K -动荷系数 i0 主减速比发n 发动机额定转速 min/r 泵n 水泵额定转速 min/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 nts 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， 22DdhC， D 为外花键的大径， d 为内花键小径， c 为倒角尺寸 md 花键的平均直径，2m Ddd p 花键联接的许用挤压应力 MPa gT 为齿轮计算载荷 Nm 螺旋角 o K 为应力集中系数 y 齿形系数，可按当量齿数 3co sN zz 在汽车设计教材图 3-19 中查得 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） Pa L 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/sm 摩擦阻力系数 h局局部阻力（即压力损失） Pa 局部阻力系数 nts 5 目录第一章前言 . . . .1 1.1 我国专用车发展概况 .1 1.2 洒水车设计的意义 .1 第二章洒水车的总体设计 .3 2.1 改装系统的组成 .3 2.2 设计要求 .3 2.3 洒水车参数的选定 .4 2.4 轴荷质量计算和质心位置确定 .4 第三章主车架设计 .7 3.1 主车架设计中注意的问题 .7 3.2 车架主要部件的设计与校核 .8 第四章变速器设计 . . . . . . . . . . . . . . 10 4.1 变速器、档传动比的确定 .10 4.2、档齿轮齿数的确定 .12 第五章取力器设计 .14 5.1 取力器工作原理 .14 5.2 取力器设计计算 .15 5.3 取力器设计中重要零件工艺分析 .23 5.4 取力器的使用及维护保养 .25 5.5 取力器常见的故障及排除方法 .26 第六章管路设计 .27 nts 6 第七章水箱设计 .29 7.1 箱体设计 .29 7.2 隔板设计 .29 7.3 水箱盖的设计 .30 7.4 水箱附属结构的设计 .30 第八章结论 .33 参考文献 .34 致谢 .35 nts 7 第一章前言 1.1 我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。 1.2 洒水车设计的意义 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nts 8 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。 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。 nts 9 第二章洒水车的总体设计 2.1 改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。 2.2 设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。 nts 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。 2.3 洒水车参数的选定本次设计的洒水车是在型号为 NJ1061BLD131 的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（ Kg） 2660 装载质量（ Kg） 3450 空载轴荷分布（前 /后）（ Kg） 1464/1196 满载轴荷分布（前 /后）（ Kg） 2201/3909 总质量（ Kg） 6110 外形尺寸（长宽高） (mm) 5995 2706 2319 轴距 (mm) 3308 最小离地间隙（ cm） 240 2.4 轴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 1.487 0.55 2 水箱总成 3800 2.54 1.41 3 水泵 50 1.55 0.57 4 取力器总成 30 0.81 0.56 5 备胎 125 4.59 0.45 6 工作人员 65 3=195 0 1.25 7 工作台 43 4.59 0.83 8 水管总成 32 1.65 0.61 质心位置和轴荷质量的计算如下式： i iim xml1（ 2-1） nts 11 i iig m ymh（ 2-2） iml llm 11 （ 2-3） imllm 12 （ 2-4）式中 im 第 i 个总成的质量； l 轴距 (3308mm)； 1m 前轴轴载质量； 2m-后轴轴载质量； ix-第 i个总成的质心距前轴中心线的水平距离； iy-第 i个总成的质心到地面的距离； gh-整车质心的高度。 1l = 59.412581.03055.15054.23 8 0 0487.12 6 6 0( 096.26935)65.13259.443 gh= 45.01 2 556.03057.05041.13 8 0 055.02 6 6 0( 0 4 1.16 9 3 5)61.03283.04325.11 9 5 1m = 69353308 20963308 =2541 ； 2m =6935-2541=4394 ；满载状态下前轴的轴量占总质量的百分数为： a= 69352541 100%=36.6%。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： ghB ； nts 12 保证汽车不发生纵翻： ghl 22 。式中 B-汽车轮距； 2l 汽车质心到后轴中心的距离；路面附着系数，一般取 =0.7 0.8。由于 B=1584/1485（前后轴的轮距）； 2l =l - 1l =3308-2096=1212mm ghB2 = 104121485 =0.713； ghl2 =10411212 =1.164。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。 nts 13 第三章主车架设计 3.1 主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。 nts 14 3.2车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。 NgmG s 2428432 0 其中 =24284N NgG e 2 9 4 0 0m 1 2）最大弯矩的计算：支反力： )13(;2221 21 esR GCCGbLlF 在前轴至后轴的这一段距离的纵梁的弯矩为： )23(;22 2121 xlCCGaxLGxFM esRX ，即：）求导并令对（ 023 xMdd x ）（； 33011 ClxCGaxLGFdd esRxM x=0 由（ 3-3）得：）（； 4311 CGLGCClGLaGFxesesR将 a=1.035m、 b=1.457m、 C =3.4m、 1C =2.958m、 2C =0.442m、 l =3.308、 L =5.9m，代入（ 3-1）、（ 3-4）中得： nts 15 1RF 22141N x 1.638m 把它们代入（ 3-2）中得： maxM 14391 mN 3）、纵梁弯曲强度的校核：纵梁的抗弯截面系数为：）（ 536 33 H bhBHW 式中： B 槽形截面的外宽，为 7cm； b 槽形截面的内宽，为 6.35cm； H 槽形截面的外高，为 17cm； h 槽形截面的内高，为 15.7cm 将以上数据代入，计算得： W 96.2 3cm ；最大弯曲应力为： WM2 maxmax 6.912149100 74.8Mpa；主车架弯曲强度的条件为： K max ，（ 3-6）式中 max -纵梁的最大静弯曲应力， -纵梁材料的许用应力， K -动荷系数，一般 K =3 4.3。我国汽车行业多用 MnL16 作为主车架的纵横梁材料，它的屈服极限是s 353Mpa。洒水车多在城市的公路上作业，根据其作业条件取 K =3.4。则： M P aM P aK 8.748.1 0 34.33 5 3 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。 nts 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。 4.1 变速器、档传动比的确定由跃进 NJ131 型的具体参数从有关手册查得如下：变速器型号为 CAS5-20；变速器各档传动比 : 表 4-1 变速器各档传动比 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： i0 =6.67；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 NJ70L 1 型，最大功率 m in3 30 068.64 rkw , 最大扭矩1 倒 2 3 4 nts 17 m in1 4 0 01 9 6 rmN ；轮胎：普通斜交胎 7.00 20,断面宽度 200mm,外直径 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 4-2 泵 650Z-60/32 的参数 Q/(m3 /h) H/m 轴功率 /kw 60 32 6.2 选择洒水宽度 h=8，洒水量 q=1.03 2mL ，则： hqvt=Qt v= hqQ = 03.18 60 =7.0 hkm 再选择洒水宽度 h=8，洒水量 q=0.48 2mL ，则： v= hqQ = 48.08 60 =15 hkm 因为发动机工作范围 1400 3300 minr 取 n=2000 minr ,并计算传动比 a =0.377 0iirng ig =0.377 0irna 一档 ig1 =0.377 0irna =0.377 67.60.720002904.0=7.02 二档 ig2 =0.377 0irna =0.377 67.61520002904.0=3.27 nts 18 4.2 、档齿轮齿数的确定齿轮的计算：档齿轮 Z7 ， Z8 的计算： Z7 Z8 = nmA2 = 75.2 29cos852=54 87ZZ =i1 21ZZ =6.81 3821 =3.76 3.76 Z8 + Z8 =54 Z8 =11.34,取 Z8 =11, 则 Z7 43。档 7.00（ 2138 1143 ）。档齿轮 Z5 ， Z6 的计算： Z5 Z6 = nmA2= 5.2 29cos852=59 65ZZ =i2 21ZZ =3.27 3821 =1.81, 1.81 Z6 + Z6 =59, Z6 =20.99,取 Z6 =21, 则 Z5 =38。档 3.27（ 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 7.0（2138 1143 ） nts 19 2 档 3.27（2138 2138 ） 3 档 1.634（2138 3128 ） 4 档 1 倒档 7.2 （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= cosnzm ha =mn ha hf =mn (h*a +c*n ) da =d+2ha df =d-2hf 常啮合 21 60.03 2.5 3.125 65.03 53.78 38 108.62 2.5 3.125 113.62 102.37 1 档 11 34.59 2.75 3.4375 40.09 27.715 43 135.20 2.75 3.4375 140.70 128.325 2 档 21 60.03 2.5 3.125 65.03 53.78 38 108.62 2.5 3.125 113.62 102.37 3 档 28 80.03 2.5 3.125 85.03 73.78 31 88.61 2.5 3.125 93.61 82.36 倒档 17 21.25 2.5 3.125 47.5 36.25 30 75 2.5 3.125 80.0 68.75 45 112.5 2.5 3.125 117.5 106.25 图 4 2 中间轴式四档变速器注：各零部件的校核略 nts 20 第五章取力器设计 5.1取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 4-1 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/min，水泵的工作转速为 1450r/min。若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，nts 21 水泵停止工作。 5.2 取力器设计计算一）、已知基本数据：（ 1）、发动机：最大功率： 62.5kw；转速： n = 2 0 0 0 r/m in发（ 2）、变速器：一轴常啮合齿轮 1 21z ；中间轴常啮合齿轮 2 38z ；模数2.75nm ；螺旋角 29 o （ 3）水泵：轴功率： 6.2kw；转速： n = 1 4 5 0 r/m in泵二）、传动比分配和齿轮参数的选择：（ 1）、传动比分配： 2000 1 . 3 81450nin 发总泵；变速箱内常啮合齿轮的传动比：2138 1 . 8 0 9 521ziz 图 4-2 动力传动简图 nts 22 341234122112zzzzzzzzzzzzi 总；设19.112 zz ；则 252 z ；原式变为： 38.119.134 zz；所以， 16.119.138.134 zz设 193 z；则 224 z.3 7 8 4 6 6119222125 总i %97.0%10038.1 37866.138.1 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 75.2nm ；螺旋角 29 ；所以，取力机构中两齿轮的分度圆直径分别为： mmmzd n 47.9729c o s 75.231c o s11 mmmzd n 6.7829c o s 75.225c o s12 mmdda 882 6.7847.972 2112 初选一级增速齿轮箱内齿轮的模数 3m ；则： mmmzd 5731933 ； mmmzd 6632244 ； mmdda 5.612 66572 4334 取 mma 6234 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 nts 23 342 2 4 0 . 8 3 4 5 1 0 1 2 3 7 . 466tTFNd 增出 t a n 1 2 3 7 . 4 t a n 2 0 4 5 0 . 3 8rtF F N 12 45038 2 2 5 . 1 922rvv FF F N 1 3 2 2 2 5 . 1 9 3 2 7 2 0 6vvM F N m m 12 1 2 3 7 . 4 6 1 8 . 722tHH FF F N 1 3 2 6 1 8 . 7 3 2 1 9 7 9 8 . 4HHM F N m m 2 2 2 21 9 7 9 8 . 4 7 2 0 6 2 1 0 6 9HVM M M N m m nts 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ca0.6 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 0ca M 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 9nmzd m 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 6TT T M m 增出取出322 2 3 5 . 2 1 0 8 9 . 5 6 77 8 . 6tTFNd 2 t a n t a n 2 08 9 . 5 6 7 3 7 . 2 7 3c o s c o s 2 9rtF F N t a n 8 9 . 5 6 7 t a n 2 9 4 9 . 6 5atF F N nts 25 由 1 2 (1 2 4 8 )THFF 可得到 2 9 8 . 5 6 7 1 2 1 7 . 9 1 3 460HFN12 8 9 . 5 6 7 1 7 . 9 1 3 4 7 1 . 6 5 3 3H t HF F F N 1 1 2 7 1 . 6 5 1 2 8 5 9 . 8 4HHM F N m m 2 7 8 . 64 9 . 6 5 1 9 5 1 . 2 4 522aa dM F N m m 由1 (1 2 4 8 ) 4 8vrFF 可得到 1 3 7 . 2 7 3 6 0 4 6 . 5 948vFN21 4 9 . 6 5 4 6 . 5 9 3 . 0 6v r vF F F N 2 4 8 3 . 0 6 4 8 1 4 6 . 8 8vvM F N m m 2 2 2 28 5 9 . 8 4 1 8 0 4 . 3 7 1 9 9 6 . 2 6 5 5HM M M N m m 2 2 2 2 8 5 9 . 8 4 1 4 6 . 8 8 8 7 2 . 3HvM M M N m m nts 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 ca 0.6 1 9 9 6 . 2 6 5 5M N m m 2 3 5 3 .2T N m 222()caMTW (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 2ca M 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 Pa 1ca 因此轴安全 nts 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 21-4-3矩形花键基本尺寸，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 0pmT pzh ld 式中：载荷分布不均匀系数，与齿数多少有关。在此取 0.8 ； Z 花键齿数； l 齿的工作长度，单位 mm； h 花键侧面的工作高度， 22DdhC， D 为外花键的大径， d 为内花键小径， c 为倒角尺寸； md 花键的平均直径，2m Ddd ； p 花键联接的许用挤压应力，单位 MPa ； 22DdhC3 6 3 2 2 0 . 5 12 mm 2m Ddd 3 6 3 2 342mm 已知：泵的轴功率 6.2P kw泵，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 6TT N mn 增出取出增nts 28 M P aM P az h l dTpmp 1401005.9343488.0102.352102 313 取出满足强度要求。取力器齿轮的设计与校核计算：材料： 20CrMnTi 1）、弯曲强度计算：斜齿轮的弯曲应力 32 c o sgwnCTKzm y K KgT 为计算载荷（ Nm ）；螺旋角（ o ）； K 为应力集中系数， 1.50K ； y 齿形系数，可按当量齿数 3co sN zz 在汽车设计教材图 3-19 中查得，0.145y ； K 为重合度影响系数， 2.0K ； 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 2ww M P a M P a o 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 8jzbFEb 因为，1c o s c o sFF ； 312 2 3 5 . 2 1 0 8 9 5 . 6 77 8 . 6gTFNd 所以， 8 9 5 . 6 7 1 0 8 9 . 8c o s 2 0 c o s 2 9FNoo 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 mm o oo 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 mm o oo18b mm ；查材料力学教材表 2.1 得 1 8 6 2 0 6E G P a : ； nts 29 M P aM P a jj 1 4 0 01 3 0 0473)57.17 179.21 1(18 102068.1 0 8 9418.0 3 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 gfwCT K Km zyK fK 摩擦力影响系数；主动轮为 1.1fK 。从动轮 0.9fK ；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 wwCT K 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 wwCT K 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 8jzbFEb 31 2 3 5 . 2 1 0 1160c o s 1 9 3 c o s 2 0FFN o 1 9 3s i n

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