五前一倒三行星排传动系统设计【5+1汽车自动变速器三行星排传动系统设计】【说明书+CAD】
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5+1汽车自动变速器三行星排传动系统设计
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河北建筑工程学院毕业设计（论文）外文资料翻译 系别： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 机083班 姓名： 秦炜鹏 学号： 2008307336 外文出处：Chinese Journal of Aeronautics 21(2008) 179-186附 件：1、外文原文；2、外文资料翻译译文。指导教师评语：签字： 年 月 日传动误差和齿面印痕控制的弧齿锥齿轮小轮加工参数设计摘要：提出了在对齿面印痕的位置、方向及传动误差幅值的控制的基础上设计弧齿锥齿轮小轮加工参数的方法。接触迹线设计为直线,传动误差设计为抛物线。在齿面上设计3个啮合点,通过对这三个啮合点的啮合性能的控制,达到对齿面啮合质量的全程控制。在设计中接触迹线的设计和传动误差幅值的设计是相互独立的,并且可以得到准确控制。在此基础上,为了满足不同的加工要求,本文又提出对垂直轮位的值进行修正,并对小轮加工参数进行再设计,保证传动误差的幅值不变且接触迹线仅有较小的改变。最后在磨齿机上加工了一对齿轮,通过印痕检测验证了本文的设计方法。1 介绍一般来讲弧齿锥齿轮是航天动力装置的重要零件，其中以重视啮合性能，耐久性，可靠性因素的螺旋齿轮传动最受欢迎。因此设计弧齿锥齿轮需要许多家公司和机构的研究者共同投入精力。对于设计者来说降低弧齿锥齿轮的噪音级和提高弧齿锥齿轮的耐久性将会是更高的艰巨的挑战。通过局部轴承接触设计的低噪音弧齿锥齿轮的准则在REFS1-8中。为了消除调整中更大的误差和得到更好的稳定性，接触轨迹必须设计成一条直线。由于传送误差大多数都是由轴承系统的噪音和振动引起的，而抛物线类型的传送误差被认为能够消除噪线性间断效应，线性间断效应是由噪音主要来源轴线差引起的。有些情况下，由现有的局部合成法设定的加工参数远远地超出了机床的适用范围。在这篇论文中，计划了一个以满足接触条件为基准的新的整合方法，其中接触条件包含预先设置传送误差抛物线函数和通过齿面给定三啮合点特定的定向直线接触轨迹。这样实现操作阶段的控制就像设计阶段那样容易。再加上垂直轮位的值能够被修正的适合机床的使用范围，这样除了对预先设置的直线啮合轨迹有较小影响而不会对传送误差的值有影响。计划这个方法是以以下假设为基础的。（1） 齿轮加工参数的确定和选用1-2（2） 主要输入参数是和，其中确定了预先设定的啮合轨迹的定向角，是传送函数的二阶导数，它确定了预先设定的抛物线传送误差函数的大小。在本文中，和的都是提前给定的，在实验过程中，这两个参数可以通过啮合齿面负载分析来进行优化从而得到更好的啮合性能。2通过给定的三啮合点设计主齿轮齿面通过了在齿面上预先设定的直线接触轨迹和传送误差抛物线函数来确定三个控制啮合点后，小齿轮加工参数也就确定了。当齿面转过，和时，小轮齿面就会与齿面在旋转了，和角度的状态下分别有三个交点，和。令一个小轮齿面啮合个圆周，其中是小轮齿数，则有公式和在中间接触点瞬时的传送比率和齿轮比率相等。通常这个点被选在齿面的中间，但这个点的位置可以根据设计需要进行调整。齿轮旋转角度和小轮在处旋转的角度能够由M点的位置和在M点的啮合公式来确定。2.2 传送误差的测定传送误差函数是 (1)其中是在啮合过程中小轮（i=1）或齿轮（i=2）时旋转的角度，齿数ZI是小轮（i=1）或齿轮（i=2）时的齿数。传送误差抛物线函数是 (2) 其中是传送比率的一阶导数。可由下式确定 (3)齿轮在啮合点和的旋转角，由公式（3）确定。2.3定向接触轨迹的测定在啮合轨迹被设计成直线的情况下，三个啮合点,和都在这条直线上。在点的啮合公式可以写成 （4）其中n和是在啮合点的单位法向量和相对速度，和代表齿轮齿面的坐标面。基于啮合点的位置和给定的定向接触轨迹，可以确定啮合点的位置。啮合点的位置公式为 （5）通过分析公式（3）（5），可以得到齿轮表面中点的位置向量和单位法向量。齿轮表面中点的位置向量和单位法向量也可以由同样的方式得到。2.4确定和图2显示了小轮生产过程的坐标系。将坐标系，和固定在机床上。就坐标系而言小轮加工根角决定了坐标系的定位。使轴旋转得到托架坐标系。角是小轮生产过程中托架的旋转角。和是小轮在生产过程中在点和的旋转角。通过坐标系到的坐标转换，坐标系中在啮合点和的单位法向量可以确定。然后通过坐标系到的坐标转换，坐标系中小轮刀具生成面的单位法向量便可以确定。因为坐标系和坐标系的坐标轴平行，所以在坐标系中啮合点的单位法向量和坐标系中的一样。则下面的公式成立。 （6）2.5确定参数参数，和通过坐标系到的坐标转换，坐标系中点和的位置矢量可以从坐标系中小轮刀具生成表面处的位置矢量导出。通过坐标系到的坐标转换，位置矢量能够从面中两啮合点和的位置矢量导出。和在瞬时啮合点或重合。位置矢量公式是 （7）对于啮合的和，位置矢量方程是和六个带有六个未知数的独立标量方程等价的，由此可以确定六个未知数，和。这里和是啮合点和产生过程中托架的转角。2.6确定参数，和从给定的在啮合轨迹上的角度和瞬时啮合椭圆的主轴长度，应用局部合成法，对于小轮主切刀在假设啮合点处的中心曲率和方向可以确定。这时刀具尖端半径可以确定。基于坐标系和中点的位置矢量，加工参数，和可以确定。同样根据坐标系中点的单位法向量和小轮主切刀和被加工小轮间的啮合公式可以确定切削比率。3依据零变位再设计小轮加工参数如果应用零变位法，依据第二章节的计算方法，这将会超出机床的适用范围，所以机床应该进行改进，这样根据第二章节的结果可以对小轮的加工参数进行再设计。3.1参数，和的确定在齿轮轮齿面和小轮轮齿面间，根据局部合成法，在假设啮合点处可以确定小轮齿面的主要方向（，）和中心曲率(，)。在假设啮合点处应用小轮主切刀的啮合公式，可以确定机床中心至后轴部分。依据罗德里格斯公式和主切刀面与小轮轮齿面沿直线方向上的连续接触条件，可得到下面两个公式 （9） （10）公式中的指示与Ref.1中的相同。由公式(9)可知，在主切刀圆锥面上的点处的中心曲率可以确定而另一个中心曲率是零。这时刀具尖端半径可以确定。由公式（10）可知，小轮卷筒曲率可以确定。4弧齿锥齿轮设计举例设计一个弧齿锥齿轮可以由合适的举例说明来完成。这些设计参数在表1中列出。小轮轮齿的凹面和齿轮轮齿的凸面被各自认为是传动和被传动面。在工作侧面，传送误差几何参数设计成抛物线函数；传送误差的值是，并且再设计的啮合轨迹的方向是从齿根锥起。在非工作侧面，传送误差的值设计成并且再设计啮合轨迹方向是从齿根锥起。零变位认为是0mm。表2和表3中是齿轮和小轮加工参数值。由齿面啮合分析得出的结果在图4中显示，它包括啮合图案的调整和得到传送误差函数。5实验依据第4章节的内容对弧齿锥齿轮进行设计并将弧齿锥齿轮在型号为800PG的齿轮磨床上进行加工。实际的齿面应用Mahr测量设备进行测量。理论上齿面的计算是作为直线来比较的。图5可以与齿轮的形式进行比较，它是在实际制造齿轮的过程中通过材料的模型和数据的测量得到的。对于齿轮来说，凸面的最大偏差是0.015mm而凹面的最大偏差是0.010mm。对于小轮来说，凸面的最大偏差是0.004mm二凹面的最大偏差也是0.004mm。更重要的是，最大偏差都被定位且远离啮合区域，所以啮合区域的偏差为零。图6和图7显示了在工作侧面和非工作侧面实际的啮合形式，这种情况和理论上计算的一致。6 结论通过计算机的计算，模拟和实验可以的出以下结论（1）依据控制三啮合点来设计小轮齿面是很合适的方法。传送误差被设计成抛物线函数并且它的值可以由传送量的偏差计算的出，是一个输入变量。啮合轨迹设计成一条直线并且它的方向可以调整。传送误差的值和啮合轨迹是独立设计的。这就为将来传送误差在负载情况下的设计提供了更好的参照。（2）零变位的值可以修正而不会对传送误差的值有影响并且对再设计的直线啮合轨迹影响很小。（3）在Phoenix磨床上生产一个弧齿锥齿轮时，它的啮合标记可以核实计算机计算和模拟结果。分类号 编号 大 学毕 业 论 文（设 计）五前一倒三行星排传动系统设计The design of three-planet-row transmission system申请学位： 工学学士学位 院 系： 机电汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化姓 名： 学 号： 指导老师： 年 月 日 . 大 学机电汽车工程学院（2011）届 学士学位论文开题报告暨工作实施计划毕业设计(论文)题 目五前一倒三行星排传动系统设计专 业机械设计制造及其自动化 班 级 学 生 姓 名 学 号 导 师 姓 名 开题报告日期 2011 年3月 1 日 入 学 年 月 2007年 9 月 6日 机电汽车工程学院制2011年3月 1 日一、基本情况学生姓名 学号 班级 专业机械设计制造及其自动化指导教师 学历职称专业题目名称五前一倒三行星排传动系统设计题目来源企业生产 科研 社会 文献和资料 其他：题目类型理论研究 应用研发 开发研究 工艺设计工程设计 设备设计 软件设计 实践研究 指定问题研究注：在选中的项目上打二、课题研究内容（内容、特色、预期效果）五前一倒三行星排传动系统，即变速器主要部分。现在汽车的发展日新月异，其中的变速器也是千奇百怪，种类多，结构也就多多。此次设计的主要是行星齿轮变速器。由行星齿轮机构和换档操纵机构两部分组成。行星齿轮机构作用：改变传动比和转动方向，即构成不同档位。换档操纵机构作用：实现档位的变换。行星齿轮机构主要由三个行星排组成。换档操纵机构主要有离合器与制动器组成。所以，此次设计包括：1、总图设计2、K1、K2行星排的设计3、离合器2的设计及制动器1，制动器4的设计4、控制系统设计5、润滑系统设计6、设计说明书的编制 A、功率计算 B、轴强度、刚度计算 C、齿轮设计计算 D、齿轮强度计算 E、轴承寿命计算7、主要零件工艺编制三、研究计划起止日期主要工作内容和要求实际完成内容检查日期检查人2011.3.1-2011.4.1资料的收集，搞清原理。2011.4.1-2011.5.1计算相关内容，初步画出草图。2011.5.1-2011.6.1用CAD画图并编写设计说明书。2011.6.1-2011.6.10准备答辩四、参考文献资料1、机械设计手册2、机械工艺手册3、电路设计原路4、行星传动设计原理五、毕业设计（论文）选题及开题报告评议表指导教师对开题报告的综合意见：（从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否？学生的论证充分否？通过学生的努力，能否完成课题，达到预期的目标？课题及报告的难度、深度、综合性、创造性等是否达到本科生应该具有的要求。）指导教师签名：年 月 日学科组评议结果是否同意进入设计（论文）阶段？学科组长签名：年 月 日 毕业论文(设计)摘要3ABSTRACT4符号说明5前言7第一章 五前一倒三行星排传动系统的概述及其方案的确定101.1行星齿轮变速器的原理和功用101.1.1 行星齿轮机构的简介101.1.2 换档执行机构的简介101.1.3 行星齿轮变速器的基本工作原理11第二章行星齿轮变速器传动比的确定132.1 行星齿轮变速器传动比方案的确定132.2传动比计算14第三章 行星排的设计173.1 K1行星排的设计173.2 K2行星排的设计193.3 K3行星排的设计213.4 太阳轮、行星轮和行星架的结构设计223.4.1太阳轮的结构：223.4.2行星轮及行星架的结构：22第四章 轴和轴承的设计244.1 轴的设计及检验244.2 轴承校核27第五章 离合器与制动器的设计285.1 离合器的设计285.2 制动器的设计：29第六章 主要零件的工艺设计316.1太阳轮和行星轮的加工工艺316.1.1工艺过程：316.1.2 关键工序分析：316.2 内齿圈加工工艺316.2.1 工艺工程：316.2.2 工艺分析：31第七章 辅助系统设计337.1 控制系统设计337.2 润滑系统设计34第八章 结论35参考文献36摘要随着科学技术的进步，汽车工业得到了迅速发展，而人类对舒适性的更高追求，使得自动变速器的发展更加深入。本文通过对三行星排行星齿轮传动变速器的研究和阐述，计算了每个行星排传动比的表达式。通过此次设计，我们可以了解到该变速器的基本结构：即换挡执行元件（2个离合器和3个制动器）与行星排以适当方式连接组成，得到5个前进档和1个倒档。采用该机构的汽车自动变速器，结构简单紧凑、档位数多、传动效率高、换档平稳、操纵性能好。关键词：机械工程、变速器、行星齿轮传动、行星排 ABSTRACT With the development of science and technology , automobile industry enjoys a rapid growth and people are pursuing a much more comfortable vehicle , which stimulates the development of automatic transmission . A three-planet-row epicycle gear transmission was studied and set forth ,and this paper also conducted the transmission ratio formulas for every planet .Through this design , we could learn the basic structure of this system consists of three rows of planetary gears and five gear shifting actuators which include two cluches and three brakes . By connecting them in proper way , the transmission of five forward speed and one backward speed can be obtained . The vehicle auto transmission adpoting this derailleur is simple and concise in structure , multiple in grade of speed governing ,high in transmission efficiency ,smooth in gear shifting , and good in controlability.Keywords : mechanical engineering , transmission , epicycle gear transmission , planet-row .符号说明m 模数Z 齿数b 齿宽i 传动比x 变位系数、 齿宽系数K 载荷系数 齿轮副材料对传动尺寸的影响系数u 齿数比 许用接触应力 接触疲劳极限 使用系数 动载系数 节点区域系数 弹性系数 重合度系数 载荷作用于单对齿轮啮合区上界点时的齿形系数 载荷作用于单对齿轮啮合区上界点时的应力修正系数、 齿向载荷分布系数、 齿间载荷分配系数 疲劳极限 齿全高 齿顶高系数c 顶隙 圆周力 径向力 轴向力P 功率T 转矩a 中心距 水平弯矩 垂直弯矩 合成弯矩 水平支反力 垂直支反力 轴承载荷系数前言 这次的毕业设计课题是“五前一倒三行星排传动系统设计”，即我们通常所说的行星齿轮变速器。让我们先来说说现在市场上变速器的种类。主要分为：手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器（AMT）无级变速器（CVT）。一、 手动变速器（MT）手动变速器（ManualTransmission，简称MT）又称机械式变速器，即必须用手拨动变速杆（俗称“挡把”）才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。轿车手动变速器大多为四挡或五挡有级式齿轮传动变速器，并且通常带同步器，换挡方便，噪音小。手动变速在操纵时必须踩下离合，方可拨得动变速杆。手动变速器是自动变速器与相对而言的，其实在自动变速器出现之前所有的汽车都是采用手动变速器。手动变速器是利用大小不同的齿轮配合而达到变速的。最常见的手动变速器多为5挡位（4个前进挡、1个倒挡），也有的汽车采用6挡位变速器（见图0-1）。 与自动变速器的比较： 优点：与自动变速器相比较可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感。 传输效率比自动变速箱为高，当然理论上会比较省油。维修保养上会比自动变速箱便宜。 如果愿意以较高成本使用自动手排，则可以兼顾自排的方便性及手排的高效率。引擎煞车的效能较强， 缺点：有人会觉得开车的时候还要控制离合器换档非常的麻烦。 新手会常常在马路上熄火，特别是上坡， 操作不当的话有几率把引擎跟变速箱弄坏。 一般来说，手动变速器的传动效率要比自动变速器的高，因此驾驶者技术好，手动变速的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。 二、自动变速器（AT）自动变速器（Automatic Transmission），利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油踏板程度和车速变化，自动地进行变换。而驾驶者只需操纵加速器踏板控制车速即可。自动变速器中有很多离合器，这些离合器能根据车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变速的目的。在中档车的市场上，自动变速器有着一片自己的天空。使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操纵、降低驾驶疲劳，尽可能的享受高速驾驶时快乐的感觉。在高速公路上，这是体现非常完美的。而且，现在堵车是经常的事，有时要不停地起步停步数次，司机如果使用手动变速器，则会反复地挂档摘档，操纵十分麻烦，尤其对于新手来说更是苦不堪言。使用自动档，就不会这样麻烦了。我国要普及这种车型，关键要解决的是路况问题，现在的路况状况不均匀，难以发挥自动档汽车的优势。三、手动自动变速器（AMT）自动手动变速系统向人们提供两种驾驶方式：为了驾驶乐趣使用手动档，而在交通拥挤时使用自动档。虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量，但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀，比如广州本田飞度1.3L CVT两厢、南京菲亚特2004派力奥1.3HLSpeedgear等。这些“二合一”的车型价格均在10万元左右，这个价格层面还是比较低的。所以，手动自动车在普及上还是具有相当的优势。 四、无级变速器 当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要求越来越高。汽车变速器的发展也是并不仅限于此，无级变速器便是人们追求的“最高境界”。无级变最是由荷兰人Van Doormes 发明。无级变速器系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以任意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的“档”。装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。 图0-1 本设计是根据宝马3系发动机2011款318i领先型开展的，设计中所采用的相关数据均来源于此种车型：燃油箱容积 63L燃油类型 汽油燃油标号 97#燃料供给型号 多点电喷型号 N46B20CC排量 1995mL最大功率 100KW最大功率转速 5750 r/min图02 宝马3系第一章 五前一倒三行星排传动系统的概述及其方案的确定1.1行星齿轮变速器的原理和功用五前一倒三行星排传动系统，即行星齿轮变速器，由行星齿轮机构和换档操纵机构两部分组成。行星齿轮机构作用：改变传动比和转动方向，即构成不同档位。换档操纵机构作用：实现档位的变换。1.1.1 行星齿轮机构的简介行星齿轮机构的类型：最简单的行星齿轮机构由一个太阳轮、一个内齿圈、一个行星架及若干个行星齿轮组成，一般称为单排行星齿轮机构。如图1-1 图1-1 单排行星齿轮机构 多排行星齿轮机构是由几个单排行星齿轮机构组成（如图1-2）。多排行星齿轮机构可以比单排行星齿轮机构得到更多的档位，故本设计即采用三行星排。用行星齿轮机构作为变速机构，由于有多个行星齿轮同时工作，且利用内啮合方式，故与普通齿轮变器机构相比，在传递同样大小功率的情况下，可减少变速器的尺寸和重量，能实现同向、同轴减速传动。由于采用常啮合传动，可使动力不间断。1.1.2 换档执行机构的简介行星齿轮变速器的换档执行机构主要由离合器（如图1-3）、制动器、和单向离合器等三种执行元件构成。离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。离合器的作用：连接轴和行星齿轮机构的旋转元件。制动器的作用：固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转。1.1.3 行星齿轮变速器的基本工作原理行星齿轮与操纵执行机构结合，构成了具有不同档位的行星齿轮变速器，即在输入转速、转矩相同的条件下，可以通过行星齿轮变速器的档位变换，得到不同的输出转速和转矩。（如图1-4、1-5）图1-3 离合器图1-4 原理简图图1-5 原理实物图图1-2 多排行星齿轮机构第二章行星齿轮变速器传动比的确定2.1 行星齿轮变速器传动比方案的确定 如图2-1 所示，我们逐个分析传动比方案，为总方案的确定提供依据。图2-1 传动比方案a) 行星架制动，太阳轮输入，齿圈输出；b）行星架制动，齿圈输入，太阳轮输出；c）齿圈制动，行星架输入，太阳轮输出；d）太阳轮制动，行星架输入，齿圈输出；e）太阳轮制动，齿圈输入，行星架输出；f）齿圈制动，太阳轮输入，行星架输出。2.2传动比计算 1-制动器 2-离合器3-离合器4-制动器5-制动器 图22 设计简图功能表：挡次换挡执行元件状态实现传动比123451OO6.5252OO3.10343OO2.31524OO1.505OO1.00-1OO-10.050O0注：O-表示结合或制动挡次1的传动比： ， ， 故 挡次2的传动比： ， ， 故 挡次3的传动比： ，联立，得挡次4的传动比： ，挡次5的传动比：太阳轮、齿圈、行星架中的任意两个锁定在一起，这时各齿轮之间都不会有转动，整个行星轮系将作速体转动，即倒挡-1的传动比： ， ，所以空挡0的传动比：太阳轮、齿圈、行星架都不制动，也无两个互相锁定，这时，太阳轮、齿圈、行星架均可自由转动。输入轴转动时，输出轴可以不转动，这种情况下行星齿轮不传递动力，实现空挡，即。第三章 行星排的设计3.1 K1行星排的设计1. 齿数选择： 2. 材料选择及热处理方法：（1） 齿轮3与齿轮2：用20CrMnTi，渗碳后淬火5862HRC。，（2） 齿轮1：35CrMoV，调质，250280HBS3. 齿轮2-3按接触强度计算：按表2-27公式： （31）(1) 齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数按表2-28，取=1(2) 计算(3) 按K=1.2-2，取K=1.4(4)(5) 计算齿宽系数，因，取。故（6）计算（7）初定中心距：（8）计算模数：取标准值m=3mm（9）中心距4. K1传动系主要尺寸：（1） 太阳轮3的主要尺寸：（2） 行星轮2的主要尺寸：（3） 齿轮1 的主要尺寸：5. 验算K1行星传动排的接触强度(1) 圆柱齿轮接触应力计算公式： （32）计算接触应力的基本值 （33）式中：“+”用于外啮合传动，“-”用于内啮合传动。（2）计算 (3) 确定公式中的参数：由机械设计：表10-2，查得：； 图10-8查得：； 表10-4，查得：， （4）确定参数 查得：=2.5 =189.8 =0.98 =1.0（5）计算 将以上各数值代人接触应力计算公式中，得： 又 所以, 故合格。6. 齿轮抗弯强度校核 （1）齿根应力计算公式： （34） 式中：齿根应力的基本值 查得：, , , , 代入公式得： （2）验算： ， 故合格。3.2 K2行星排的设计1. 齿数选择： 取2. 材料选择及热处理方式：(1) 太阳轮与行星轮： 20CrMnTi，渗碳后淬火5862HRC ， （2）内齿圈：35CrMoV，调质，250280HBS3. ac齿轮按接触强度初步计算 按（31）公式： （1）齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数按表2-28取=1 （2） （3）K=1.22，取K=1.4 （4） （5）计算齿宽系数： ， 式中取 （6）计算 （7）初定中心距： （8）计算模数m 取标准值m=4（9）中心距： (10) 太阳轮a的主要尺寸： （11）行星轮c的主要尺寸： (12) 内齿圈b的主要尺寸： 5. 验算a-c齿轮传动的接触强度： （1）圆柱齿轮接触应力计算公式为 （2）计算 （3）确定参数： 由机械设计：表10-2 查得；图10-8 查得 表10-4 查得 区域系数， ， 重合度系数 （4）代入公式 得。 又 ， 故合格。6. 齿轮抗弯强度校核 （1）齿根应力计算公式为 由于行星轮c受对称循环的弯曲应力，其承载能力较低，应按该齿轮计算。根据机械设计查得 , , , , 将相关数据代入公式 得 （2）验算： ， 故合格。7. b-c齿轮传动的接触强度和抗弯强度的校核 由于b-c齿轮是内啮合齿轮传动，承载能力高于外啮合传动，故不再进行验算。3.3 K3行星排的设计我们参照K2行星排，取模数m=4mm。 ，故： ， ，齿轮8因为齿数少于17，故需要变位。其变位系数。3.4 太阳轮、行星轮和行星架的结构设计3.4.1太阳轮的结构： 设计行星传动时，太阳轮的结构取决于所采用的均载机构。当太阳轮不动时，它可简支安装或悬臂安装。在本设计中，根据太阳轮尺寸的大小，我们做成了齿轮轴（如图3-1）。图3-1 齿轮轴3.4.2行星轮及行星架的结构： 行星轮和行星架是行星传动中结构较复杂的一个重要零件。行星架可分为双臂整体式、双臂分离式和单臂式三种。可采用铸造、锻造和焊接式等方法制造毛坯。双臂整体式行星架（如图3-2）的结构刚性比较好。双臂分离式行星架（如图3-3）的结构较复杂，刚性较差。单臂式行星架（如图3-4），结构简单，装配方便，轴向尺寸小。本次设计部分即采用这种结构。图3-2 双臂整体式行星架图3-3 双臂分离式行星架 图3-4 单臂式行星架第四章 轴和轴承的设计4.1 轴的设计及检验 已知： r/min Kw（1）根据表9-16，选取45号钢（调质处理）的及，取=35 MPa，=110（2）圆周力径向力（3）根据轴受力情况，按弯扭强度条件计算： 考虑到轴与联轴器有键连结，故轴径可增加5%，即（4）按弯扭合成强度理论校核轴的强度 1) 水平支反力： 垂直支反力： 2）计算弯矩 水平弯矩： C点左侧 C点右侧 垂直弯矩： C点左侧 C点右侧 3) 求合成弯矩 C点左侧： C点右侧： 4) 求扭矩C点左侧： C点右侧：5）求合成弯扭矩 该轴为单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取，则 C点左侧： C点右侧：6）按弯扭合成强度理论校核轴的强度 校核剖面C处强度： 根据表9-15，查得45号钢的 ，因此，故合格。7）应力图见图4-1(5) 轴的刚度校核： 阶梯轴 取 ，所以 ，故合格。（6）轴的设计如图4-2图4-1 轴的应力图图4-2 轴的设计图4.2 轴承校核已知： ， ， r/min ，初选6310型轴承。查附表9-1可知深沟球轴承6310的基本额定动载荷 ，由表9-9得e=0.23（插值法求得）。又，故取X=0.56，Y=1.9（插值法求得）。由表9-8，取载荷系数 。所以 验算轴承寿命： 即，该轴承可以使用3年（按平均每天工作8小时，每年工作300天算）。第五章 离合器与制动器的设计 离合器与制动器是行星齿轮变速器必不可少的元件。5.1 离合器的设计 离合器的作用：连接行星排二元件成为一体，采用的是多片湿式结构。通常有离合器鼓、活塞、回位弹簧、钢片与摩擦片组、离合器毂及密封圈组成。特点：径向尺寸小，结合柔和，能获得较大的摩擦面积，所以能传递较大的转矩。改变离合器片数的多少，即可改变传递转矩的大小。离合器钢片有钢板冲压而成，靠外齿与离合器鼓连接，可轴向移动。离合器摩擦片通常靠内齿与离合器毂连接。离合器摩擦片分为钢片与摩擦材料两部分。其摩擦材料以纸基摩擦材料为主，以石棉、碳、纤维素等纤维或棉、木材、合成纤维作为母体材料，添加无机、有机的高摩擦性材料，搅拌后，浸渍酚醛树脂硬化而成。然后将其粘在钢板上，厚度位0.380.76mm。这种材料特点是多孔，网状，具有弹性，摩擦系数高，高压、高温、高圆周速度时稳定性好。离合器片每片厚1.52mm，平均每片间的间隙为0.30.5mm，总间隙因片数不同而异，一般为25mm。离合器接合：当压力油经过油道进入活塞缸时，油压克服弹簧力推动活塞,将所有主、从动件依次压紧，即钢片与摩擦片在摩擦力的作用下一同旋转。离合器接合，动力从输入轴经离合器传到输出轴。离合器分离：当油压撤除后，活塞在回位弹簧作用下回位。离合器分离，切断输入轴至输出轴的动力传递。离合器单向阀的作用：离合器液压缸内的离心油压，在接合时影响压紧力和储备系数，分离时影响彻底分离。为防止上述现象，设置单向阀，当压力油经油道进入活塞游腔时，单向阀的钢球在油压作用下封闭活塞上的排油孔，使工作油液不能从活塞缸内排出，这时油压推动活塞克服弹簧张力，使离合器接合。当油压撤除后，单向阀的钢球在离心力作用下离开球座，开启泄油孔，使离心油得以释放，保证离合器彻底分离。1-钢片、摩擦片组 2-回位弹簧 3-离合器毂 4-密封圈 5-离合器鼓 6-活塞 7-单向阀 8密封圈图51 离合器简图5.2 制动器的设计：带式制动器平顺性差，衬片磨损不均。故近年来湿式多片制动器应用较多。湿式多片制动器在工作原理上，它与湿式多片离合器结构类似，仅钢片固定不动。其摩擦面积大，转矩容量大，且反作用元件不产生径向集中反力，并易于通过增减摩擦片数来实现系列化。图52所示为常见液压制动器。图52 液压制动器的一种第六章 主要零件的工艺设计6.1太阳轮和行星轮的加工工艺6.1.1工艺过程： 锻造退火粗车预备热处理（正火）半精车粗滚齿倒角 热处理（渗碳淬火）喷丸精车（磨内孔及基准端面）精滚齿磨齿检查钳倒棱6.1.2 关键工序分析：（1）滚齿及磨齿余量对于的太阳轮，粗滚齿后留出磨齿所需余量，热处理后可直接进行磨齿。对于的太阳轮，为了减少磨齿余量，提高磨齿效率，磨齿前可以采用硬质合金滚刀进行半精加工。（2）喷丸硬齿面的承载能力往往受抗弯疲劳强度的限制，因此关键是如何提高硬齿面的齿根抗弯疲劳强度。对齿轮进行喷丸处理，可以使齿根圆角处表面产生较大的残余压应力，另一方面使加工刀痕或热处理表面缺陷压平碾实，从而提高齿轮的弯曲疲劳强度。尤其是对于渗碳淬火齿轮齿根角处磨前滚齿留有刀痕时，受载时间比较大（循环次数大于）效果更为显著。根据资料介绍，疲劳寿命可以成倍或几倍地提高。6.2 内齿圈加工工艺6.2.1 工艺工程： 锻造退火粗车热处理（调质）精车插齿钳6.2.2 工艺分析：（1）减小变形内齿圈的结构特点多为薄壁筒形零件，刚性较差，容易变形。毛坯有锻件和铸件两件。为了提高其力学性能和减少加工中的变形，一般精加工后都要进行调质处理。内齿圈的精车要特别注意装夹，夹紧力适当防止变形。同时要保证插齿基面和内齿圈中心线垂直，以减少齿向误差和插齿时装夹找正时间。（2）插齿插齿时内齿圈加工的主要工序，最难控制的是公法线变动量容易超差，这是由于插齿刀的制造误差，安装误差，机床传动链中蜗轮副的转角误差，工件的安装误差，主轴的径向跳动等，都对齿轮的公法线变动量有影响。因此加工时应对各项影响因素加以调整和严格控制。在单件生产时，尽可能选用精度较高的插齿刀，并仔细安装，使径向摆动和端面跳动控制在最小范围内，从而减少公法线变动量。找正要求：1）找正机床主轴，径向和端面跳动不大于0.02mm2）找正插齿刀台，径向和端面跳动要求见表613）找正齿顶圆及基准端面表61 插齿刀安装精度要求 （）齿轮精度插齿刀公称分度圆直径/mm允许最大端面跳动允许最大径向跳动675101010012515101602002015 （3）插齿刀的选用 按内齿圈齿面硬度选择不同材料的插齿刀，内齿圈的硬度不超过280HBS时，可采用普通高速钢插齿刀插齿；硬度超过280HBS低于340HBS采用铝高速钢插齿刀或涂层插齿刀精插齿，钴高速插齿刀精插齿。第七章 辅助系统设计7.1 控制系统设计我们采用液压控制方式。该控制系统由动力源、执行机构和控制机构三个部分组成。动力源是由液力变矩器泵轮驱动的油泵，它除了向控制机构、执行机构供给压力油以实现换档外，还给液力变矩器提供冷却补偿油，向行星齿轮变速器供给润滑油。执行机构包括离合器、制动器和液压缸。控制机构大体包括主油路系统、换档信号系统、换档阀系统和缓冲安全系统。换档阀是一种由液压控制的2位换向阀。它有两个工作位置，可以实现升档或降档的目
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