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HKD-5吨洒水车变速器设计-含操纵机构【含CAD图纸+文档全套资料】

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河河 南南 科科 技技 大大 学学毕毕 业业 设设 计(论计(论 文)文)题目题目HKD-5 吨洒水车变速器设计吨洒水车变速器设计姓姓名名信雪辉信雪辉院院系系 车辆与交通工程学院车辆与交通工程学院专专业业车车辆工程辆工程指导教师指导教师彭巧励彭巧励2019 年年 5 月月 31 日日车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书IIHKD-5HKD-5 吨洒水车变速器设计吨洒水车变速器设计摘摘 要要变速器是汽车至关重要的一个部分,它可以改变动力输出装置输送到驱动轮上的扭矩和速度。它能够为多样化的行驶条件,多样化的路况,提供多种大小的力。同时可以使发动机处在最合适的作业状态,使得输出装置输出的动力利用率更高。变速器可以使得汽车倒退和停止。一些专用车辆可以从变速器里面取力,比如此次设计的洒水车就需要从变速器里边取得动力。变速器有机械式手动变速器和机械式无级变速器两种,如果变速器挡位多其动力性和经济性得到保证,挡位少其操纵方便,本次设计的任务是 5 吨洒水车变速器总成,首先作了传动机构的方案分析,决定采用,5+1 挡中间轴式变速器,又做了倒挡布置方案的分析。在网上查阅了变速器设计的相关内容,计算出了一挡传动比的范围,最后把各档传动比定了下来。根据汽车的形式选用了远距离操纵机构以及锁环式同步器换挡。此次设计的变速器各项指标(最高车速、最大爬坡度等等)都几乎满足。最后对变速器一挡工作时的齿轮和常啮合齿轮以及轴的强度做了校核,都满足强度要求,变速器其他零件以及整体尺寸也都达到要求。关键词:变速器,传动比,洒水车,设计车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书IIIDESIGN OF HKD-5 TON SPRINKLERTRANSMISSIONABSTRACTTransmission is a vital part of the car, it can change the torque andspeed that the power output device conveys to the driving wheel. It can providedifferent forces for different driving conditions, different road conditions. At thesame time, it can make the engine in the best working state and make rational useof the power of the engine. The transmission can reverse and stop the car. Somespecial vehicles can draw power from the transmission, for example, thedesigned sprinkler needs to get power from the transmission.Mechanical transmission is one of the most common transmissions. Itsstructure is relatively simple, the main part is composed of four shafts and gears.Four shafts are: the first axis, the second axis, the middle axis, the inverted shaft.It is through the meshing of gears with different tooth numbers to achieve thepurpose of speed change.My design task is to design the transmission assembly of 5 tonsprinkler. Before the design, I reviewed the automobile design and automobilestructure about the transmission, and made a further understanding of thetransmission. After that, I made an in-depth analysis of the transmission, and Iknew the structure of each part. The related contents of transmission design areconsulted on the Internet, the range of first gear transmission ratio is calculated,and finally the transmission ratio of each gear is fixed. In addition, thearrangement scheme and shift form of transmission mechanism are determined,and 51 gear intermediate shaft transmission and synchronizer shift are adopted.According to the form of the car, the remote control mechanism is selected. Thistime The transmission indicators (maximum speed, maximum climbing slope,车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书IVetc.) are almost met. Finally, the strength of the gear, common meshing gear andshaft of the first gear of the transmission is checked, which meets the strengthrequirements, and the other parts of the transmission and the overall size alsomeet the requirements.KEY WORDs: transmission, transmission ratio, sprinkler, design车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书V目 录前前 言言.1 1第一章第一章 变速器传动机构布置变速器传动机构布置. 3 31.1 传动机构布置方案分析.31.2 零部件结构方案分析. 7第二章第二章 变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择.9 92.1 各档传动比的分配.92.2 中心距 A.102.3 齿轮参数的选择.102.4 各挡齿轮齿数的分配.12第三章第三章 变速器的设计与计算变速器的设计与计算.16163.1 齿轮的计算与校核. 163.2 轴的计算与校核.203.3 轴承的校核与计算. 233.4 键的校核计算.23第四章第四章 同步器的设计同步器的设计.25254.1 同步器主要尺寸的确定.254.2 主要参数的确定.26第五章第五章 变速器操纵机构设计变速器操纵机构设计.2727第六章第六章 结结 论论.2828参考文献参考文献.2929致致 谢谢.3 31 1车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书1前前 言言变速箱从字面意思来理解,那就是能改变速比的箱体,从而影响着汽车的行驶速度。我们经常叫它变速器。要使变速器正常工作,要满足最基本的两点:第一点就是需要把发动机的动力传递出来,即传动的装置;第二点就是改变速比,即变速的装置。变速器的原理不是很复杂,箱体内包含许多对齿轮,不同的挡位工作时,不同的齿轮接触啮合。齿轮一旦做好它的齿的数目是不会发生变化的,被装进箱体内它的速比也是固定不变的。应用变速器的地方特别多,用在不同的地方,会起到不同的作用,但是他们都是利用了变速器能使速度发生变化的特点。以汽车上的为例,用于汽车上的变速器主要通过不同齿轮的啮合,获得不同大小的动力,获得不一样的行驶速度,适应各种不同的行驶工况(起步、加速、行驶及克服各种道路阻碍) 。我们常见的变速器有手动的、自动的、无级的。汽车的传动系统中每一部分都不能缺少,变速器也包括在内不可或缺,变速器的质量也在一定程度上决定了汽车的好坏。他的目的:1)变速器它是经过里面的几组齿轮机构,得到大小不一样的动力,使汽车不一样的行驶速度,适应各种不同的行驶工况(起步、加速、行驶及克服各种道路阻碍) 。2)变速器倒挡轴上装有惰性齿轮,在不改变其他条件下,也就是输入轴的旋转方向,汽车能够实现倒退的目标。3)可以把整个汽车的动力切断,汽车在起步之前,要让变速器处在空挡的位置,否则可能熄火。4)实现空档,当驾驶员双脚离开离合器的时候,此时挂入空挡,发动机的动力无法送到整车。此时汽车处于停止状态,也就是司机短暂的离开车,没必要熄火。5)汽车在下大坡时或连续下坡时,如果仅靠刹车系统不断刹车的话,车的刹车片磨损极快,此时可以挂上一挡或者二挡,通过发动机的力使汽车行驶的慢些,提高车的寿命。对变速器提出以下几点要求:(1)保证汽车所必须的基本性能。(2)设置空档,用来中断动力的传递路线。(3)设置倒挡,汽车能倒退。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书2(4)设置动力输出装置。(5)换挡迅速、省力、方便。(6)工作可靠。不跳挡、不乱挡。(7)变速器应用高的工作效率。(8)变速器的工作噪声低。除了上面几点要求外,变速器还不能做得很大,质量也要轻,造着简单、价格也要便宜、维修方便、工作可靠。即符合三好(好修、好造、好用)等要求。变速器里面的零件也要尽量符合“三化”。(标准化、系列化、通用化)满足汽车必要的动力性和经济性指标,这与变速器的挡数、传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂、比功率越小,变速器的传动比范围越大。在原有变速传动机构基础上,再附加一个副箱体,这就在结构变化不大的基础上,达到增加变速器挡数的目的。近年来,变速器操纵机构有向自动操作方向发展的趋势。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书3第一章第一章 变速器传动机构布置变速器传动机构布置机械式变速器因具有好制造、好维修、好使用和工作可靠等优点,因此是许多不同类型汽车的首选目标。1.1 传动机构布置方案分析一、固定轴式变速器1.两轴式变速器两轴式变速器它也属于固定轴式变速器。从它的叫法和所属类别我们不难理解,它是固定轴式变速器,又是两轴式变速器,所以主体部分由两根固定的轴构成。中间轴式变速器与两轴式变速器相比,多了一根中间轴,它的主体部分就是三根固定的轴组成。少了一根轴,需要的零部件就少了许多,使得构造简单了不少。除此之外,因为只有两根轴,它的动力传递只能通过一对齿轮来进行,所以效率高。参与工作的齿轮少,噪声也降低了。两轴式变速器它的第一轴的动力直接来源于离合器,它不能够设置直接档。在汽车前进时挂入最高挡,所有的齿轮均会受到力的作用,降低了变速器的寿命,同时参与工作的齿轮过多,噪声也比较大。两轴式变速器它经过一对齿轮的传递,轴的旋转方向发生了变化,输入轴和输出轴旋转方向刚好相反。两轴式变速器它多种传动方案的布置,下面介绍一下几种常见的两轴式变速器传动布置方案。图 1-1 所画出的变速器,它是用在前置前驱的汽车上的。它典型的特点是:变速器输出轴与主减速器齿轮一体化。主减速器采用何种齿轮,这还发动机如何放置有关。除此之外,还有带有协助支撑的方案,这样减少了轴的挠度和变形,减少齿轮的损耗,延长齿轮的使用寿命和降低工作噪声。还有的方案是倒挡齿轮始终啮合,有的方案是所有挡位均采用同步器换挡。所有挡位都用同步器换挡的话,需要考虑一个问题,一挡输入轴上的齿轮它的尺寸比其他前进挡位都小,别的挡位可以装在输入轴的后端,但是一挡有点困难。在五挡变速器的基础上,可以把五挡代替了,相当于它不存在,就改成了四挡变速器,可以形成一个新产品。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书4图 1-1 两轴式变速器传动方案2.中间轴式变速器中间轴式变速器相对于两轴式变速器来说,在轴的数目上,多了一根中间轴,当然需要的轴承也必然多了两个;在结构上,用的零部件多了,构造也复杂了,制造也相对复杂。两种变速器使用的条件也不一样,前者多用于前置后驱的货车上,后者多用于前置前驱的汽车上。中间轴式变速器传动方案的布置也有很多种。无论怎么布置,它有一点是不变的,输入动力的轴它的后端与常啮合主动齿做成一体化。这样做有什么好处呢?与常啮合主动齿轮接触后,直接得到的是直接挡。使用直接挡时,动力传动是略过中间轴,直接从输出轴传给传动轴,再传给整车驱动的轮子。此时由于几乎所有的齿轮除了常啮合主动齿轮都不参与工作, 所以效率极高,可达到 90%以上。直接挡在行驶过程中是用的比较多的挡位,齿轮的损耗,轴承的损耗都降低了,产生的噪声低,延长了变速器的寿命。汽车工作时,除了直接挡,其他挡位工作时,动力传递路线必须要经过常啮合齿轮、中间轴、输出轴。受中心距大小的限制,一挡要想获得大的转矩,需要大的传动比。无论挡位的高低,传动方案都可以采用常接触咬合齿轮传动,换挡都可以用同步器或啮合套换挡。另外,同步器或啮合套大多都装在第二轴上。中间轴式变速器有一个缺点就是,汽车前进时或者倒退时,它的动力传递必须经过一对常啮合齿轮然后在经过另外一对齿轮将动力传递出去,这与两轴式变速只经过一对齿轮将动力传递出去相比,必然效率有所降低。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书5在相同挡数的变速器中,它的差异可以体现在多方面。它可以全是常啮合齿轮,也可以部分用常啮合齿轮。它可以用圆锥滚子轴承来支撑轴,也可以用滚动球轴承来支撑轴。它可以用同步器换挡,也可以用啮合套换挡。可以把倒挡布置在左侧,也可以把倒挡布置在右侧。图 2-2 中间轴式五挡变速器传动方案上图展示了四种常见的中间轴式五挡变速器的传动方案,下面一一介绍各种方案的特点,各有什么不同,有什么优缺点。首先 a 方案,与其他方案不同的是一挡倒挡的齿轮形式。而方案 b、c 是齿轮形式是一样的,倒挡布置顺序有差异。方案 d 比较特殊,它把倒挡和超速挡单独放置在副箱体内。这样布置体现出来许多优点: (1)提高轴的刚性。 (2)减少齿轮的损耗。 (3)降低噪声。 (4)不需要超速档,可以把它代替了,又可以形成一个 4+1 挡的新产品。以上各方案中,对于中间轴式变速器,其换挡方式比较随意,可以选用同步器换挡,也可以用啮合套,两种方式均可以到达目的。在同一变速器中可以存在多种不同的换挡方式,有的齿轮用同步器,有的齿轮用啮合套。那么一定会遵循这样一个规律:高挡位采用同步器,低挡位采用啮合套。这样才能达到目的。本次毕业设计我设计的是 4X2(后双胎)的 5 吨洒水车的变速器,通过对以上方案的比较,我最终决定采用“5+1 挡”中间轴式变速器。二、倒挡布置方案车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书6在汽车正常工作的时候,倒挡很少使用,用的时候也是汽车停在原地不动的时候。 很多汽车的变速器中的倒挡直接采用直齿的能够横向移动的齿轮。在无法改变其他条件情况下,为了汽车使汽车能倒退,比较简单的方法就是在倒挡传动路线上加上一个惰性齿轮,改变输出轴的旋转方向,从而实现汽车的倒退。图 1-3 倒挡布置方案上图显示的是几种常见的倒挡布置方案,各有优缺点,下面一个一个来分析。图 a 很常见的倒挡布置方案,没有什么明显的特点。图 b 中间轴长度变小了,使得轴的变形减小,保证齿轮很好地啮合。但是倒挡参与的工作的齿轮比较多,使得倒挡变得不简单。图 c 它的特点是倒挡提供的扭矩比较大,但是它的换挡程序太乱,不太合理。对于上面这个缺点,需要进行改动,于是有了图 d 这种方案。图 e 这种方案可是比较特殊的,它有两个齿轮做成了一体(一挡、倒挡) ,使得齿宽增加。方案 g 也是许多货车常用的倒挡布置方案,但是它所需要的拨叉轴数目增加,这增加了箱体的麻烦程度。变速器随着挡位的变低,它能够提供的转矩越大,根据力与反作用力,参与工作的齿轮受到的力越大,其中一挡、倒挡是受力最大的。这会使得轴发生变形,破坏了齿轮咬合的最佳条件,最后使得齿轮寿命变短和噪声增加。为了改善上边的不利情况,在布置一挡、倒挡齿轮时尽量靠近轴承处,然后在按照一定的顺序再去布置其他的齿轮(从高到低、或者从低到高都可以) 。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书7这样使得变速器的寿命增长,装配也变得简单。无论是一挡工作时,还是倒挡工作时,齿轮受力都比较大。但是每次起步都需要一挡,用的次数比较多,为了延长变速器的寿命,可以将一挡更靠近轴承,倒挡放在一挡前面,仅次于一挡。倒挡轴无论处在中间轴的左边还是右边,均能实现倒挡的目标,不同的地方是,驾驶员挂挡时,挂挡方向变了。为了避免在汽车行驶中误挂入倒挡,需要设置装置来提醒驾驶员。常见的就是加一个弹簧,只有克服力才能挂入倒挡。1.2 零部件结构方案分析一、齿轮形式变速器用的齿轮分两种:直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮优点:齿轮损耗少,啮合时接触面积大,工作值得信赖等;它的缺点:加工出来比较困难,工作时因齿面是斜的对轴有横向力的作用,对轴承寿命有影响。变速器除了一挡、倒挡均采用斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮仅适用于抵挡和倒挡。本次设计一挡和倒挡采用直齿圆柱齿轮,其他挡位均采用斜齿圆柱齿轮。二、换挡机构形式变速器常用的三种换挡机构形式:直齿滑动齿轮、啮合套和同步器。直齿滑动齿轮换挡缺点:两齿轮面之间相互摩擦,损坏齿面,还有冲击力,产生噪声。不仅使齿轮不断损耗,寿命减少,同时使司机有不好的感觉,又影响了乘客的乘车体验,换挡行程也很长。优点:结构简单,好造,好拆,好修,并且使得变速器选转部分的转动惯量减小,但是一般只用在一挡、倒挡上,其他地方几乎不用。啮合套换挡:换挡行程短,由于接合齿数较多,分担下来,每个齿轮受到的换挡冲击载荷就小,并且轮齿不参与换挡,所以他们寿命更长一些。目前用啮合套换挡的地方也很少,多用在重型货车上。与以上两种换挡机形方式相比,使用同步器换挡具有以上两种换挡方式所没有的优点,能保证换挡快、 “安静”换挡,对驾驶员的操作要求也没那么严格,从而提高了汽车的安全性和驾驶员的舒适度。虽然它与直齿滑动齿轮、啮合套相比较,有着比较多的缺点,但可以忽略。目前同步器换挡还是最受车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书8欢迎的换挡方式。二、变速器轴承的选择变速器采用何种类型的轴承受许多因素的影响,最常见的受结构限制和载荷特点的影响。根据它的结构和所受载荷的特点,在根据各种轴承的特点,受力情况,来选择合适的轴承。轴承的选择常受到壳体结构的限制,在布置上常常是个难题。轴承外圈有挡圈的球轴常常用在第一轴的轴端用来承受轴向力并且将轴向力传递给壳体。圆柱滚子轴承有承担径向力的能力所以可以安装在每根轴的前部,而每根轴的末端则可以安装球轴承来与之配合,但要注意的是球轴承外圈必须装有挡圈这样才可以起到承受轴向力的作用。圆锥滚子轴承也是一种在变速器内常见的轴承,它的缺点是装配完成之后需要调整预紧力加大装配难度以及滚子磨损之后后会使轴发生偏移影响到齿轮间的正常啮合。平时常用在变速器轴末端的轴承主要有球轴承和圆柱滚子轴承这类在直径系列里属于中系列的轴承。轴承的直径需要随着变速器两轴间距离而定,一般情况下箱体尺寸确定之后,箱体上的轴承孔中心的间隔不能少于 620毫米。如果变速器内的各档齿轮组与各轴之间不是固定的连接在一起,即两者存在可以相对运动的部分,这时我们就需要使用滚针轴承和滑动轴套与之配合。利用滚针轴承可以有效的减小轴与齿轮间配合转动是产生的滚动摩檫力从而降低动力损失提高工作效率,并且减小了轴与齿轮间的径向空隙提高了定位的准确度,使运转更加流畅。相比于滚针轴承来说滑动轴套的缺陷尤为明显,配合间隙大导致磨损加快,磨损之后又会影响到齿轮定位的准确性和运转时的平稳性,产生很大的噪音。它的优点就是价格便宜,材料易得,工艺流程简单。变速器各零件之间布置的紧密、整体尺寸不大的特点,根据箱体的大小,如果轴承尺寸选的大,常常不好布置,且影响箱体的壁厚,影响箱体的强度。第一轴经过轴承支撑在离合器飞轮内墙里面,轴承用来承受径向力,它可以把力传给箱体,让箱体来接受这个力。本次设计我选用角接触球轴承。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书9第二章第二章变速器主要参数的选择变速器主要参数的选择2.1 各档传动比的分配参考同类车型确定了该车发动机的相关参数: 发动机型号: WP3Q130E50最大功率:96/3000最大扭矩:350/1400-1800车轮:7.5-R16计算主减速器传动比:agruinri377. 00(2-1)式中:n 为发动机最高转速,rr=0.4025m,90, 1aguikm/h代入数据得0i=5.06满足最大爬坡度:max1max 0sgeTmgriTi(2-2)式中:最大总质量 m=7500kg,重力加速度 g 为 10m/2s,maxeT为发动机的最大转矩maxeT=350mN ,max为道路最大阻力系数max=0.31,T=0.9代入数据得1gi5.11满足附着条件:nrgeFriiT01max(2-3)式中:9 . 0r,mgFn65. 0,7 . 0代入数据得1gi87. 8参考同类车型初定一挡传动比1gi=5.63其他挡位传动比的分配要遵循一定的规律,即两个相邻挡位之间的比值几乎接近一个定值。则1,54. 1,37. 2,66. 35432ggggiiii。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书102.2 中心距 A对于中间轴式变速器,它的中心距是一个最重要的参考数据。它基本已经决定了变速器的大小。 根据机械设计中齿轮接触强度的计算公式可以看出,当中心距确定的时候,改变齿轮的其他参数,接触强度是不会发生变化的,这也说明中心距影响着齿轮的接触强度。在定中心距的时候要综合考虑这些因素。对于中间轴式变速器初定中心距式,可以根据下面的公式计算A=K31maxgeiT(2-4)式 中 , A 为 中 心 距 ( mm) , K为中心距系数A, 本 设 计 KA取 9.3;为发动机最大转矩maxeT(N.m) ;为变速器传动效率g,取 96。代入数据 A=118.7mm,取 A=119mm2.3 齿轮参数的选择一、模数要想取得合适的模数需要考虑问题全面,首先可以根据那些含有模数的计算公式考虑,比较常见的就是弯曲强度、接触强度计算公式。还要考虑到模数对其性能的影响,我选取这个模数是否能够加工出来,如果能够加工出来,它的加工过程是不是很复杂,等等一些问题都需要考虑。在变速器A中心距已经确定的情况下,可根据2)(21zzmA知道,齿轮的模数与齿数成反比例关系,齿数增加,降低了噪声也增加了齿宽。模数的选择是矛盾的,从工艺方面说起,当然是全部选用相同的模数,这样容易加工,降低加工成本;从强度方面说起,应该选用不同的模数,齿轮的模数对弯曲疲劳强度有很大影响,不同挡位对弯曲疲劳强度要求不一样。表 21 汽车变速器齿轮的法向模数nm车型微型轿车中型轿车中型货车重型汽车nm2.25-2.752.75-33.50-4.54.50-6车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书11由于设计的是 5 吨洒水车,所以取nm=3mm,m=3.5mm。二、压力角齿轮压力角选取时,不宜过大,不宜过小,要合适。压力角如果选取的不合适,它将影响着齿轮的重合度、齿轮的强度、传动的平稳性。压力角取大点有很多优点,但是不是越大越好。有的齿轮它的性能随着压力角的变化,它是类似一个抛物线,当压力角到达一个数值时,性能不但不增加,还下降。选取一个压力角不可能同时满足所有条件,对于不同的车,侧重点不同。乘用车侧重乘车的舒适性,要噪声低,可以选用小的压力角;而对于商用车侧重于动力性,要选用大点的压力角。实际上为了满足国家标准和设计要求,在这次设计中我选定了压力角为20。三、螺旋角的选择螺旋角为斜齿轮的一个重要参数,它影响着齿轮啮合时接触面积、齿轮的性能。选取一些大点的螺旋角,它能提高某些性能,改善一些不良装况。齿轮的接触强度随着螺旋角的变大成上升趋势,而齿轮的抗弯强度随着螺旋角的变化类似抛物线,先增加到一定程度,然后开始下降,但不会降到 0。货车变速器选取范围一般是 18-26, 综合考虑抗弯强度和接触强度等因素,我最终决定选取=24。四、齿宽 b在选择齿宽时,要考虑多方面因素对它的影响。齿轮的宽度会影响着两根轴的长度,齿轮做的宽必定导致质量的增加,齿轮做的宽,啮合时接触面积大,工作平稳。齿宽的确定通常根据齿轮模数大小来确定:直齿 b=mkcck为齿宽系数,取为 4.5-8.0斜齿 b=acmkck=6.0-8.5综合考虑之后,本设计中间轴三挡齿轮、中间轴四挡齿轮、中间轴五挡齿轮齿宽取 19mm,中间轴二档齿轮、中间轴一挡齿轮、中间轴倒挡齿轮齿宽取 24mm。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书12五、齿轮变位系数的选择原则对于有些齿轮的变位是很有必要的。变位齿轮主要分为高度变位和角度变位。零传动分为两种情况: (1)021 xx,即标准齿轮传动, (2)021xx,即等距离变位传动或高度变位传动。角度变位:正传动和负传动由于啮合角发生了变化。变位系数的确定是设计中必须斟酌的条件, 直接影响到齿轮的传动性能。变位系数与许多因素有关,受许多条件的限制。(1)选择变位系数必须满足的基本要求限制条件1)保证不发生根切。变位系数应该满足要求。2) 保证齿顶不变尖。 正变位时会导致齿顶变尖, 一般要求齿顶圆齿厚as(0.25-0.4)m。3)保证必要的重合度。4)保证不发生过度曲线干涉现象。(2)变位系数选择方法选择变位系数的方法有很多种,计算法、线图法、表格法以及封闭图法等。在我国,封闭图法用的较为多些,用的时候,需要综合考虑多方面因素,选取出比较合适的变位系数。在中间轴式变速器中,有许多对齿轮,但是许多对齿轮装在两根固定的轴上,如何保证中心距为定值,还能保证良好的啮合条件?有的齿轮可以进行变位,对于斜齿轮传动,可以改变螺旋角。2.4 各挡齿轮齿数的分配可根据前边所选的 A、m、等参数,以及汽车的挡数 5+1 挡、每个挡位的传动比和变速器的形式来计算分配各挡齿数。值得注意的是,参与工作的一对齿轮的齿数尽可能没有公约数,使得齿轮工作时,磨损均匀。前面方案中已经确定好各挡位用何种齿轮传动,下面是齿轮的参数,斜齿轮nm=3mm,直齿轮 m=3.5mm,螺旋角=24。1.确定一挡齿轮的齿数一挡传动比车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书13109121ZZZZi(2-5)如果知道了 Z9,Z10的齿数,则可以求出 Z2与 Z1的传动比。一挡为直齿轮, Zh=mA2=69对于货车而言,Z10取 15-17 之间,本设计 Z10取 17,Z9=Zh-Z10=52。对中心距进行修正:A= mZh/2=120.75mm取 A=121mm确定常啮合齿轮的齿数191012iZZZZ=1.841常啮合齿轮的中心距和一挡传动齿轮的中心距相等,即cos221ZZmA(2-6)代入数据得到,1Z=25,Z2=48反算中心距:A=cos221ZZmn=119.8mm,与 121mm 相差不大;实际传动比:i1=10192ZZZZ=5.87 与 5.63 相差不大,符合要求。2.确定二挡齿轮的齿数二挡为斜齿轮22187iZZZZ=48253.66=1.906cos287ZZmAn,8=15校核螺旋角82tantan872121ZZZZZ,1.662 与 1.834 相差不大,8可取由上述两个公式求得,27;5087ZZ车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书14反算中心距:A=cos287ZZmn=119.57mm 与 121mm 相差不大。实际传动比 3.56 与 3.66 相差不大,符合要求。3.确定三挡齿轮的齿数32165iZZZZ=48252.37=1.234cos265ZZmAn,6=17校核螺旋角62tantan652121ZZZZZ1.456 与 1.468 相差不大综合以上两个公式得,35;4265ZZ反算中心距:A=cos265ZZmn=120.78mm 与 121mm 相差不大。实际传动比 2.31 与 2.37 相差不大,符合要求。4.确定四挡齿轮的齿数42143iZZZZ=48251.54=0.802cos243ZZmAn,4=20校核螺旋角42tantan432121ZZZZZ1.233 与 1.185 相差不大综合上述两个式子得,41;3543ZZ反算中心距:A=cos243ZZmn=121.3mm 与 121mm 相差不大;实际传动比 1.63 与 1.54 相差不大,符合要求。5.确定倒挡齿轮的齿数车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书15倒挡齿轮的模数一般和一挡一样,齿轮形式也一样,惰性齿轮齿数可以取 21、22、23 都可以,根据实际情况选取。本设计 Z13取 23,可以取中间轴上的倒挡齿轮齿数 Z12=16,经过计算可算出 Z11=47。为了保证倒挡可以正常工作,中间轴倒挡齿轮和输出轴倒挡齿轮的最外侧之间留一段距离,但是距离不能过小,影响倒挡正常工作,距离也不能过大,会影响变速的整体尺寸;2A-D11e-D12e=12mm,所以不会产生运动干涉。表 2-2 变速器齿轮参数表齿轮齿轮模数压力角螺旋角齿数Z13202425Z23202448Z33202035Z43202041Z53201742Z63201735Z73201550Z83201527Z93.52052Z103.52017Z113.52047Z123.52016Z133.52023车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书16第三章第三章 变速器的设计与计算变速器的设计与计算3.1 齿轮的计算与校核需要进行校核的齿轮有常啮合齿轮和一挡齿轮。当变速器挂入一挡前进时,此时齿轮承受的扭矩最大,因此当一挡齿轮满足强度要求时,其他挡位的齿轮肯定也同样满足要求。只要汽车的变速器工作,那么常啮合齿轮必定参与工作,因此对该对齿轮进行强度校核是很必要的。一、齿轮的计算校核公式1. 直齿弯曲应力:132fgfwcFk kT k Kbtym ZK y(3-1)符号意义单位符号意义单位Ft圆周力Ny齿形系数Tg计算载荷N.mmKc齿宽系数K应力集中系数Z齿轮齿数Kf摩擦力影响系数m齿轮模数mmb齿宽mm斜齿弯曲应力:132cosfgwncFk kT kbtykm zk yk(3-2)符号意义单位符号意义单位Ft圆周力Ny齿形系数Tg计算载荷N.mmKc齿宽系数K应力集中系数Z齿轮齿数Kf摩擦力影响系数m齿轮模数mmb齿宽mmK重合度系数车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书172.齿面的接触应力:bzjbFE11418. 0(3-3)符号意义单位F齿面上法向力NE材料弹性模量MPab齿轮接触的实际长度mmz主动齿轮节点处曲率半径mmb从动齿轮节点处曲率半径mm图 3-1 齿形系数图二、校核第二轴一挡齿轮1.弯曲应力:132fgfwcFk kT k Kbtym ZK y式中,k=1.65fk=0.9kC=8.0y=0.152z=52m=3.5gT=12maxZZTe=346825.8Nm车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书18代入数据得:w=258.8MPa抗弯曲疲劳强度在 400-850MPa,满足强度要求。2.接触应力:bzjbFE11418. 0F1=dTg2=5868.2N,F=coscos1F=6558.3N,b=19mmsinzzr=7.78,sin26.3bbr代入数据得:j=1320.6MPa一挡和倒挡渗碳齿轮的接触强度 1900-2000MPa,所以符合强度要求。三、校核中间轴一挡齿轮1.弯曲应力:132fgfwcFk kT k Kbtym ZK y其中,k=1.65fk=1.1kC=8y=0.138z=17m=3.5gT=12maxZZTe=346825.8Nm代入数据得,w=785.02MPa许用弯曲应力在 400-850MPa 之间,符合强度要求。2.接触应力:bzjbFE11418. 0F1=dTg2=13856.6N,F=coscos1F=15750.1N,b=24mmsinzzr=7.78,sin26.3bbr代入数据得:j=1950.2MPa一挡和倒挡渗碳齿轮的接触强度 1900-2000MPa,所以符合强度要求。四、校核第一轴常啮合齿轮:1.弯曲应力:132fgfwcFk kT k Kbtym ZK y其中:Tg=Tmaxe=35000Nmm,k=1.65 ,y=0.17,k=2 ,kC=6.2 ,3nm ,=24, z=25 。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书19代入数据得:w=130.9MPa对于货车,当最大转矩全部作用在变速器第一轴上时,抗弯曲疲劳强度在 100-250MPa 之间,符合强度要求。2.接触应力:bzjbFE11418. 0Tg=2maxeT,212932.7TgFNd,13410.7coscosFFNb=24mm2sin9.29coszzr,2sin31.4cosbbr代入数据得:j=1005.6MPa当载荷取最大载荷的一半时,变速器常啮合齿轮渗碳齿轮的接触强度为1300-1400MPa,符合强度要求。五、校核中间轴常啮合齿轮1.弯曲应力:132fgfwcFk kT k Kbtym ZK y其中,Tg=Tmaxe=35000Nmm,k=1.65 ,y=0.17,k=2 ,kC=6.2 ,3nm ,=24, z=48 。代入数据得,w=78.9MPa对于货车,当最大转矩全部作用在变速器第一轴上时,抗弯曲疲劳强度在 100-250MPa 之间,符合强度要求。2.接触应力:bzjbFE11418. 0max2egTT ,212932.7TgFdN ,13410.7coscosFFN,2sin9.29coszzr,2sin31.4cosbbr代入数据得:j=786.3MPa当载荷取最大载荷的一半时,变速器常啮合齿轮渗碳齿轮的接触强度为1300-1400MPa,符合强度要求。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书203.2 轴的计算与校核汽车一挡工作时,驱动轮可以获得最大的扭矩,当然此时变速器中的轴受到的载荷也是最大的。因此可以不用校核其他挡位工作时轴的强度,一挡达标了,其他挡位工作时,同样满足强度要求。一、中间轴的受力分析图 3-2 中间轴受力分析1.max1eTT 1112dTFt =1557.3 (N)111557.3201212.2coscos25nFt tgtgFr(N)111557251139.5FaFt tgtg (N)2.22max1184571.4eZTTZ(Nmm)228213562.9tTFd(N)228tan3465.3cosnrFtF(N)22tan0FaFt二、X-Z 面受力分析车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书21图 3-3 x-z 面受力分析1.1121131.2 732688.5 126.5178.5 126.5126.502FRFrFrFa代入数据得:13424.1RF(N)2.211273 29873201.502RFFaFrFr代入数据得:2RF4275.2(N)三、X-Y 面受力分析:图 3-4 x-y 面受力分析1.112 73268.5 126.573268.5126.50FRFtFt代入数据得:1FR 4353.8(N)2.212 73268.5 126.573201.50FRFtFt代入数据得:2FR9342.8 (N)四、作力矩图1.X-Z 面车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书222.X-Y 面3.合成图 3-5 力矩图五、校核计算273265.7TN mm;333156.6732dWmm;车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书23轴的材料和齿轮的材料相同,但是轴的性能和齿轮要求的性能不一样,热处理方式也不一样,采用渗碳、淬火、回火处理。22327.3caMTMpaWca=400MPa符合强度要求,其他挡位工作时也符合要求。3.3 轴承的校核与计算已知轴承:径向基本额定动载荷rc=29.5kN径向基本额定静载荷rc0=18.0kN2111269.1 01269.1aaaFFF(N)2224535.311198.212081.7Fr (N)21269.10.10512081.7FaFr,1269.10.03437200FaCor,查表得:e=0.23eFrFa2,所以2P12081.7orFr,取212081.7PorFr冲击载荷系数5 . 1pf21.5 12081.718112.55pPf Fr3,2000 211050min40nr,代入数据得:366101049200318.26060 1050 18112.55hcLnp(h)汽车起步是要用一挡,但是正常行驶之后,很少使用一挡,按 1%验算, :6318.260 1050 3.14 1050 106609364.021%km所以满足要求。3.4 键的校核计算平键主要分为三种:圆头普通平键、平头普通平键、单头普通平键,本次设计均采用圆头普通平键,由于键用在轴的中间,便于加工。接下来以中车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书24间轴四挡用的键为例,校核一下键的强度。普通平键连接的强度条件为:21000ppTkld式中:T 代表传递的转矩()2dTFyF,Nm;k代表键与轮毂键槽的接触高度。0.5kh,键的高度此处为,mm;代表键的工作l长度,mm,圆头平键lLb,这里的L为键的公称长度,mm;b为键的宽度,mm;d代表轴的直径,mm;p轴、键、轮毂三者中最小的的许用挤压应力,此处100120pMpa。代入数据得,p=68.15MPa所以键的规格满足强度要求。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书25第四章第四章 同步器的设计同步器的设计变速器以不同挡位工作时,输出轴的转速是不同的,输出轴上的工作的齿轮的转速也是不同的,这就牵扯变速器换挡过程中的一个“同步”问题。两个转速不一样的齿轮轮齿强制接触,两个齿轮必定会“打架” ,两个齿轮两败俱伤,甚至直接打断轮齿,产生巨大噪声。之前老式的变速器,没用同步器,换挡采用传统的的方式。低速挡挂入高速挡时,踩下离合器在空挡位置停留片刻;高速挡挂入低速挡时,踩下离合器,踩脚油门,都是为了提高齿轮的转速。但这些操作比较困难,很难把握精确的换挡时机,只有熟练的驾驶员才能做到。为了解决这些问题,人们设计出来了“同步器” ,使用这个东西,可以在换挡过程中,使齿轮之间的转速达到同步,几乎无冲击啮合。同步器分为三种:增力式常压式、惯性式、惯性。常压式同步器虽然能满足要求,但是需要驾驶员有熟练的操作技术,所以现在被淘汰了。现在最常用的是惯性同步器。本次设计决定采用锁环式同步器,接下来介绍一下锁环式同步器的工作原理。同步换挡分为两个阶段:第一个阶段,通过各个机构之间产生的摩擦力矩,使得锁环转动,然后有滑块卡主,同步器像是被“锁住”了。第二阶段,里越来越大,两者速度相差的越来越小,直至同步。此时,两者之间几乎无相对运动,力就消失了,接触的面也分离,锁止状态被打开,换挡结束。4.1 同步器主要尺寸的确定表4-1锁环式同步器主要尺寸的确定接近尺寸bb要大于0,取0.2-0.3mm分度尺寸a四分之一接合齿齿距滑块转动距离cE=d+2c,cR1t/4R2滑动端隙1通常取1=0.5mm左右车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书264.2 主要参数的确定1. 摩擦因数 f一般同步器在工作时需要经常接触有角速度差的齿轮,所以如果想要其有足够长的使用时间,需要利用比较不容易被磨损的材料。摩擦因数 f 不只会受到材料影响,还受其他方面的影响。2. 同步环主要尺寸的确定表 4-2 同步环主要尺寸同步环锥面上的螺纹槽6-12个泄油槽,3-4mm槽宽。锥面半锥角一般去6-8,本设计取=7。摩擦锥面平均半径R条件允许的化,R还是尽量取大点。锥面工作长度bb=22pfRMm,p=1.0-1.5MPa同步环径向厚度不宜取得很厚,但要有足够的刚度。3.锁止角锁止角正确的选取,能够实现两部分之间无角速度差挡。已经存在的锁止角在 26-42之间徘徊。4.同步时间 t同步器工作时,同步时间越短越好,换挡效率高。对于不同的车型,同步时间要求也不同。下表是建议的同步器同步时间:表 4-3 同步时间低挡高挡乘用车0.5s-0.8s0.15-0.30s货车1.00s-1.50s0.30s-0.80s5.转动惯量的计算第一步算出各部分的转动惯量。之后转换到各个挡位的同步零件上。如果想要得到已有的零件的惯量数值,我们可以使用扭摆测出;如果想得到欸有制成的零件的惯量数值,我们可以将其看作多个标准的几何体,然后通过数学公式计算得出。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书27第五章第五章 变速器操纵机构设计变速器操纵机构设计变速器设计好后,需要有操纵机构来操作它,驾驶员可以通过操纵机构来选档,挂挡,实现汽车向前走,向后退,原地不动。为了实现变速器的目的,保证驾驶的安全性,操纵机构需要满足下面的几点要求:(1)操纵机构设置有自锁装置。挂挡后保证啮合部分全部啮合,在其他条件影响下,不会自行脱挡,自行挂挡。(2)操纵机构设置有互锁装置。 防止同时挂入两个挡位, 使得变速器卡死,损坏。(3)操纵机构设置有倒挡锁装置。防止汽车前进时挂入倒车挡,导致零件损坏。在之前的老式汽车上,变速器是装在驾驶员的正下方,或者距离驾驶员非常近,可以直接从变速箱面引出来一根换挡杆,放在距离驾驶员合适的距离,直接进行操作换挡,像这种就是直接操纵手动换挡。但是现在的汽车受结构的影响,大多都不能直接将变速器放在驾驶员附近,一般距离驾驶员都比较远,这时候不可能用换挡杆直接换挡。换挡杆距离变速器有一段距离,中间需要一些其他的传动机构将人的力传到变速器里面进行换挡,像这种换挡方式就是远距离操纵手动换挡。一些平头汽车和一些后置后驱的汽车, 他们的变速器距离驾驶员比较远,尤其是后置后驱,需要跨过整个车来布置换挡的传动机构。换挡的传动装置原理也比较简单,其实就是利用而杠杆原理,可以传递力,可以改变力的传递方向,从而实现换挡、选档。但是这套系统需要有足够的刚度,本次设计选取的是软轴。各个连接件之间紧凑,使得有换挡效果更接近现实,使得驾驶员有良好的体验感。汽车行驶过程中始终会有振动,不管来自发动机还是路面,都不能影响到变速杆的支座,要保证良好的操纵条件。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书28第六章第六章 结论结论本次设计即将结束,回顾整个设计我做出了以下总结:这次设计我设计的是五吨洒水车变速器的设计,变速器作为汽车传动系统中至关重要的一部分,它影响着汽车的经济性、动力性,变速器设计的好坏也关系到洒水车的洒水效率和洒水成本。本次设计参考了同类车型,对变速器的每一部分该是什么样的,做了大致了解。设计中,采用了中间轴式变速器,使得一挡有较大的传动比。换挡形式采用了锁环式同步器,使得驾驶员换挡简单,不需要很熟练的技术。根据汽车的形式,我采取了远距操纵手动换挡的操纵机构。在对齿轮、轴、键的校核之后,都基本上满足了强度要求。通过本次设计,对变速器有了更深一层的了解。不仅让我重温了之前的知识,更是让我了解到设计的大致过程,学会了设计的方法。在本次设计中,刚拿到课题不知所措,通过分析、看书,有了自己的思路,但是有些数据的确定还是缺乏方法和经验。首先就是发动机的选取,我们参考同类车型,它给出了许多发动机型号,不知道到底选哪个合适,我们经过动力性等等一些分析,最终选出了比较合适的一个发动机。还有一些其他的问题,这都体现了对知识不能够熟练掌握,专业课理解的不够透彻,缺乏设计经验。这让我认识到了以后无论对待学习还是工作,都要深入、透彻、全面。这次设计让我更清楚地知道自己的优缺点,进一步地了解自我,不断提升自己的能力。通过毕业设计,使得自己受益匪浅,是自己学到了设计的思路,设计的过程,学到了做什么事都要有一定的条理性,逻辑性。同时设计的过程也是一个严谨、科学的过程,让我们认识到做事不能太随便,一定要严谨。学到的东西都是在平时的课堂上学不到的。希望通过自己的努力,好好完成这次设计。车辆与交通工程学院毕业设计说明书车辆与交通工程学院毕业设计说明书29参考文献参考文献1 刘惟信主
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