本科毕设-行星变速箱及传动机构设计

1、北京理工大学本科生毕业设计 （论文）毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 某行星变速箱方案及变速机构某行星变速箱方案及变速机构 结构设计结构设计 学学 院：院： 机械与车辆工程学院 专专 业：业： 地面武器机动工程 班班 级：级： 03120302 班 姓姓 名：名： 韩少剑 指导教师：指导教师： 姚寿文 北京理工大学本科生毕业设计 （论文）- 1 -毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书题目类别：题目类别： 毕业设计 题目性质：题目性质： 工程设计 毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 某行星变速箱方案及变速机构结 构设计 学 院： 机械与车辆工程学院 专 业： 地面武器机

2、动工程 班 级： 03120302 班 姓 名： 韩少剑 指导教师： 姚寿文 北京理工大学本科生毕业设计 （论文）- 2 -题目内容： 一、主要内容 1、方案选型； 2、液力变矩器选型及发动机和液力变矩器性能匹配（需编制程序）； 3、变速机构传动比划分及动力特性计算； 4、变速机构结构设计； 5、关键零部件强度计算二、成果形式及工作量 1、查阅文献 ,20 篇左右，至少 1 篇外文文献； 2、翻译外文资料， 5000字左右； 3、工程绘图，折合 3 张 0 号图纸； 4、设计说明书， 6070 页；任务要求： 已知：车辆全重 40 吨；发动机净输出特性；液力变矩器原始特性；汇流排及侧传动传动比

3、分别为1.44 和 2.7277；主动轮半径 0.2325m；最高车速 70km/h，最大爬坡度 32 度。要求：1、变速机构方案选型；2、液力变矩器选型及发动机和液力变矩器性能匹配（需编制程序） ；3、变速机构传动比划分及动力特性计算（ 6 前 1 倒） ；4、变速机构结构设计；5、关键零部件强度计算。指导教师签字： 年 月 日教学单位负责人签字： 年 月 日责任教授签字： 年 月 日北京理工大学本科生毕业设计 （论文）- 3 - 北京理工大学本科生毕业设计 （论文）- 4 -毕业设计（论文）评语表（一）毕业设计（论文）评语表（一）指导教师对毕业设计（论文）的评语：指导教师 （签字）年 月

4、日评阅人对毕业设计（论文）的评语：评阅人 （签字）年 月 日北京理工大学本科生毕业设计 （论文）- 5 -毕业设计（论文）评语表（二）毕业设计（论文）评语表（二）答辩委员会（小组）成员姓 名职称主要分工签 字答辩中提出的主要问题及回答的简要情况：答辩委员会（小组）代表 （签字）年 月 日北京理工大学本科生毕业设计 （论文）- 6 -答辩委员会（小组）的评语：答辩委员会（小组）代表 （签字）年 月 日答辩委员会（小组）给定的成绩：答辩委员会（小组）主任 （签字）年 月 日毕业设计（论文） 开始日期 年 月 日 截止日期 年 月 日毕业设计（论文） 答辩日期 年 月 日北京理工大学本科生毕业设计

5、（论文）- 7 -摘摘 要要根据现有履带车辆的结构特点，分析、确定出适合任务书性能指标要求的履带车辆传动系统类型，并依据相关理论知识，进行设计及理论计算。由所设计的尺寸结果，完成装配图和零件图的绘制，达到设计任务提出的要求。 关关键键词词： 行星齿轮变速箱； 行星机构； 传动方案； 液力变矩器；设计北京理工大学本科生毕业设计 （论文）- 8 -AbstractAccording to the structure characteristics of the existing tracklayer , analyze and confirm the type of Drive systems t

6、o tracklayer that is suitable for the capability was required in the mission book . And the basis closes the theories knowledge mutually , carrying on the design and theories calculation. With the size design by the result, finish the assembles drawing , and the spare parts drawing , attaining the r

7、equest that design missions putting forward. Keywords: Planetary gearbox ; Planetary mechanism ; Scheme ; Hydraulic torque converter ; Design北京理工大学本科生毕业设计 （论文）I目录目录第 1 章 概述 .11. 1 传动系统的功用及组成 .112 传动系统的类型及研究现状.2121 机械传动.2122 液力传动与液压传动.2123 电力传动.413传动系统的发展趋势.614 变速机构分类及特点.9141 定轴变速箱特点.9142行星变速箱特点及设计要求

8、.915 论文主要内容.10第 2 章 方案选型及计算 .1121 液力变矩器选型及其与发动机的性能匹配.11211 液力变矩器方案选型.11212 发动机特性.13213 发动机和液力变矩器的性能匹配.1422 变速机构传动比确定.17221 确定变速机构的传动范围.17222 确定中间排档传动比.1823 行星变速箱动力特性计算.1924 行星变速箱变速机构方案选型.25241 已知设计主要参数.25242 行星变速箱传动方案评价标准和设计要求.25243 行星变速机构自由度的选择.26244 行星变速机构方案确定.26第 3 章 行星排配齿计算及主要齿轮强度校核 .2931 行星排配齿计

9、算.29311 行星排配齿要求.29312 行星排配齿结果.3032 行星变速箱分析.30321 传动比计算.30北京理工大学本科生毕业设计 （论文）II322 转矩分析.3333 各齿轮几何尺寸计算.3834 齿轮校核.41第 4 章 其它零部件的设计及校核 .5041 离合器、制动器设计计算.50411 离合器功用及设计要求.50412 离合器、制动器设计方法.51413 确定各离合器、制动器尺寸参数.5242 轴的设计.57421 粗略估算轴的直径.57422 轴的结构设计.58423 轴的校核.5943 轴承的校核.6144 键的选择和键联接的强度计算.62第 5 章 结论 .64致谢

10、 .65参考文献 .66附录 MATLAB 绘图相关程序 .681、发动机与液力变矩器共同工作输入特性.682、发动机与液力变矩器共同工作输出特性.693、变速箱动力特性曲线.70北京理工大学本科生毕业设计 （论文）1第第 1 章章 概概述述以坦克为主的 装甲履带 车辆作为现代陆战的重要战斗武器及运输力量，它的先进程度是衡量军队现代化的重要标志之一。机动性是主战坦克和其他装甲战斗车辆重要 的战术技术指标。机动性能的优越 与否直接影响战斗车辆的战场生存能力，以及战斗任务的完成。改进 坦克装甲 车辆的传动系统，是提高其机动性的重要措施 之一。1. 1 传传动动系系统统的的功功用用及及组组成成坦克传

11、动装置安装在发动机和履带推进装置之间，可以说是坦克的“动脉” ，它将坦克 “心脏”发动机的动力按传动路线传给主动轮，使坦克前进、倒驶、转向、制动和停车；在发动机扭矩、转速不变时，增大主动轮的扭矩和转速的变化范围，以改变坦克 行驶时的所需的不同 牵引力。目前坦克等装甲车辆多采用柴油机， 该动力装置的性能存在着较明显的不足：发动机的转速 、转矩变化范围 窄，最大转速约为可用最低转速的 1.52.75 倍；标定外特性转矩变化的适应性系数约为1.061.25；不能倒转；低速下不能输出功率，即 不能带负荷启动等。 而坦克车辆 直线行驶的需求为 ： （1） 较充分地利用发动机 的功率，行 驶速度应能从起步

12、速度到最大速度范围内变化； （2） 牵引力应能在 1015 倍范围内变化； （3） 倒驶； （4） 切断动力，并能空载起动发动机； （5） 迅速制动，即迅速消耗车辆已获得的 动能；由上述可知，动力装置 的性能和车辆行驶需求 之间显然存在着较大的差距。由此来看，传动系统是用以改变或调节发动机 的性能来满足 车辆行驶需求 的装置。传动装置由 前传动箱、主离合器、液力变矩器、变速机构、转向机构、制动器及侧减速器等部件组成。 前传动箱用来将发动机的动力传 递给主离合北京理工大学本科生毕业设计 （论文）2器或者液力变矩器，并增高转速；用电起动发动机时，通过前传动箱可增大起动扭矩，使发动机容易起动 。主离

13、合器位于发动机和变速箱之间，通过主、被动摩擦片的 摩擦力矩来传递动力。分离时 可起动发动机或 换档，结合时传递发动机扭矩，并借助摩滑使坦克平稳启动加速。液力变矩器是主要以液体动能传递能量的液力式传动部件，可使坦克传动装置有良好的自适应性。变速机构用以在较大范围内改变坦克主动轮上的扭矩和转速，实现坦克直驶、倒驶和切断动力。转向机构是控制坦克行驶方向的部件。制动器是利用摩擦来吸收坦克动能的部件，通过控制摩擦力矩使坦克减速或停车。侧减速器是直接与主动轮相连接的末端减速机构，用以降低 主动轮转速，以增大 其扭矩，为推动坦克前进提供足够的牵引力。12 传传动动系系统统的的类类型型及及 研研究究现现状状传

14、动装置按 照传递动力的介质，分为机械、液力和电力传动装置三大类。121 机械传动机械传动机械传动装置，它是依靠机械元件传递动力的传动装置。如俄罗斯T72和 T80 系列主战坦克就采用了这种传动装置。初期装甲履带车辆的传动系统均采用机械传动。优点：机械传动装置传动效率高，且结构简单、价格低廉。缺点： （1）在坦克速度的变化范围 方面，机械传动装置是有级的，如不切断发动机动力，车速就不能降到零； （2）对于发动机的功率利用状况，在机械传动中，发动机功率的利用程度受档数的限制，档数越多，功率利用率越好； （3）坦克行驶时，驾驶员要根据地 面阻力的变化，不断地换档，增加了驾驶员的劳动强度，易于产生疲劳

15、。北京理工大学本科生毕业设计 （论文）3122 液力传动液力传动与液压传动与液压传动当前发展最广泛的是液力机械传动装置 。第二次大战后美国在 M1A1 轻坦克上开始采用液力传动。液 体传动装置，它分为两种类型，依靠 工作液体的动能传递 功率的，称为液力或动液传动装置；依靠 工作液体 压能传递功率的，称为液压或静液传动装置。后一种传动形式主要用于转向机构的辅助驱动装置，目的在于无级地调整车辆的转向半径。近代坦克及其它战斗车辆上 液力机械传动装置 中使用得液力元件， 主要是闭锁式液力 变矩器。闭锁式液力变矩器是在综合式液力变矩器的基础上加一个闭锁离合器，在一定工况下，闭锁离合器将泵轮与涡轮闭锁为一

16、体以提高在高转速比情况下的效率。美国从 20 世纪 40 年代开始，装在 M46 中型坦克上的传动装置就是液力传动式的 ，最初装在 M46 坦克上的 CD-850 传动装置的液力变矩器 并没有带闭锁离合器， 因此坦克无论是在复杂地面上的低速行驶，还是在公路上高速行驶，发动机动力都要经过液力变矩器，因此传动效率低，燃油消耗量大。M47、M48、M60 坦克的 CD-850 系列传动装置，虽然经过几次改进，其液力变矩器还是不带闭锁离合器。为提高传动效率和降低发动机油耗， M1、德国“豹”1 与“豹”2、法国MAX-32 与“勒克莱尔 ” 、英国“挑战者”1/2、日本 90 式等主战坦克采用 的液力

17、机械传动装置，其变矩器都 均带闭锁离合器。液力变矩器将根据不同功率要求来参加功率传递，为此在液力变矩器上安装有闭锁离合器。当坦克在起伏地上高速行驶时，闭锁离合器分离，为液力传动工况。这时虽然最大车速有些下降，但牵引力有所增大，有利于提高爬坡能力。安装在法国 “勒克莱尔 ”主战坦克上的自动操纵的 ESM500 液力机械传动装置，在利用现代技术方面堪称是传动装置中的典范 。该传动装置包括带闭锁离合器的综合式液力变矩器，差速式双功率流转向机构，带干摩擦停车制动器的五前一倒档行星变速箱、两个侧减速器。制动器的制动块由碳纤维材料制成，具有很高的抗磨损能力。转向机构为静液转向机构，制动器为复合式的，即液力

18、减速器式阻尼器和机械式制动器。其制动瓦由高强度的碳纤维材料制成。变速箱配备了带有专门机构和液压操纵装置的离合器，以保证在几乎不切断功率流的条件下在 1 秒内完成换档。离合器是通过数字式电子系统控制的，该系统北京理工大学本科生毕业设计 （论文）4可自动确定车速和实际扭矩间的最佳比值。液力传动与机械传动相比较，有下列一些优点： （1）使传动系统获得自动地、无级地变速和变矩能力。液力传动装置由于有液力元件，液 力元件的主、被动部分是由液体来传递能量，所以可使坦克速度连续变化，能降低速度到零而保持足够的牵引力。使坦克装甲车辆具有自适应能力； （2）在困难和复杂路面行驶时，可以防止发动机过载或突然熄火；

19、 （3）具有良好的低速 稳定性，可提高坦克装甲车辆的通过性； （4）与发动机 能够良好匹配，液体传动可使发动机在其最大功率范围内工作，从而可充分利用发动机的功率。 （5）具有减振作用，提高了传动部件的寿命。 （6）驾驶过程中可以减少换档次数，从而减小驾驶员操作的疲劳强度。缺点在于：效率较低、需要增加供油冷却系统、结构较复杂等，近代坦克常采用闭锁式液力变矩器，在高转速时，闭锁离合器闭锁，变矩器泵轮和涡轮整体旋转，液力传动转化为机械传动。这样在起步、换档时发挥液力传动的优点，高速行驶时发挥机械传动效率高的优点。液压传动系 统的效率也较低，但液压机械传动，特别是与若干级行星传动配合，构成液压机械连续

20、无极变速系统，可使效率接近机械传动，并得到接近理想的大范围双向可控的无极变速， 80 年代开始，这类传动已在 M2 步兵战车和 MLRS 输送车等车辆上应用，性能较理想，并特别适用于燃气轮机动力。液压机械传动使用液压泵和马达传递发动机的部分功率，可以无级地改变传动比，使发动机功率得到比较充分的利用，从而提高了车辆的机动性。液压部分和机械部分功率配置合理时可以得到较高的传动效率。 然而，液压机械传动受液压泵和马达传递功率能力的限制，目前一般传递功率小于450kW，大功率的液压机械传动装置仍在研制中。此外，液压机械传动装置的制造工艺要求高，成本昂贵。北京理工大学本科生毕业设计 （论文）5123 电

21、力传动电力传动电力传动，指利用发电机和牵引电机进行车辆功率传递，实现车辆战术机动性。现代技术的发展，尤其是电子技术发展，已使电液自动换档代替了助力式机械换档和液压自动换档，和传统的机械传动相比，电传动有许多优点，如无级变速、任意半径转向、加速性和灵活性高、没有机械传动换档的冲击振动、传动部件布置灵活以及可采用再生制动等。新一代坦克的发展需要大量的电能满足定向能武器、电磁炮、电热炮、电磁装甲以及雷达所需，在机械传动条件下的车辆无法满足这个需要，而在电传动坦克中发电机发出数百千瓦的电能，提供这个能量需 求是有可能的。电力机械传动装置的主要组件是：柴油机 -发电机；大容量储电器；转换电子设备；牵引电

22、子设备（转动主动轮用） 。电源与电器之间因不存在刚性机械式联接而增大了传动装置的可靠性，且扭矩可无级变化改善了车辆在战场上的机动性。此外，采用电力机械式传动装置，可大大增加装甲车辆内部的有效空间，因而在设计未来战斗系统时可以解决很多问题。电力机械式传动装置的缺点主要有：转换用电子设备冷却系统的质量体积指标差；炎热气候条件下其工作可靠性低；整个传动装置电力部件的造价高。发展情况：早期电传动装置均是全直流的，系统由发动机（汽油机或柴油机）驱动的直流发电机（一个或两个）和直流电动机组成，结构相对简单。例如1916 年法国生产的 “圣沙蒙”坦克，坦克上安装了两套动力装置，每一个履带的主动轮都配有一个发

23、动机驱动的直流发电机和直流电动机系统。1940 年，英国试验了 63.5 吨 TOG 型坦克，该坦克用柴油机带动两台发电机，通过两台牵引电机与机械装置相连驱动两条履带。19431944 年，德国在两辆 “ 鼠”式 188t 超重型坦克上安装了电传动装置，它由发动机带动一台发电机，发出的电驱动两台牵引电机，与机械装置相连驱动两条履带。以上时期生产的电传动装置，与研制成功的效率高、可实现精确控制的机械式变速系统相比， 其重量大、造价昂贵、效率低的缺点，变得突出出来。这北京理工大学本科生毕业设计 （论文）6样一来，在 50-60 年代，电传动的坦克几乎销声匿迹。电传动的坦克在 7080 年代以后又有

24、 “东山再起 ”之势。其一是坦克的各个系统都可以与电能发生联系，如炮塔的旋转和火炮的仰俯等。其二是与电传动装置相关联的技术取得了长足的进步。发电机、电动机及电力控制都取得了惊人的进步。交流发电机 与直流发电机相比，结构紧凑 、效率高，而且没有电刷，耐久性好。1978 年，比利时 ACEC 公司研制成功 “眼镜蛇”电传动坦克，该系统采用交流发电机 直流电动机方式，即由交流发电机发出的交流电，经整流器整流后变成直流电，然后直接供给两侧驱动主动轮的串励直流电动机。随着电力控制技术进步，交流 直流交流型控制方式的应用逐渐广泛，即逆变器把整流后的直流电进一步逆变成交流电，来驱动交流电机,80 年代后期以

25、来试制的电传动装置试验车，都采用这一种形式。这一时期的电传动装置主要有以下特点：系统由发动机（汽油机、柴油机或燃气轮机）驱动的交流 - 直流-交流传动方式组成；电传动装置重量、体积减小，传动效率逐渐提高；车辆动力源逐步向混合动力方向发展。发展趋势：未来坦克电传动车辆对动力提出了更高的要求，不仅要满足车辆驱动，还要为未来可能出现的武器和防御系统等提供电力。未来坦克电传动系统更倾向于采用混合动力源，即由发动机 - 发电机组和蓄电池组组成的动力系统。由于蓄电池组的存在，使车辆静音行驶，加速或爬坡时增大瞬时功率，下坡、减速或制动时制动能量的回收利用等成为可能，从而大大提高了履带车辆的动力性。履带车辆采

26、用电传动系统后，发电机产生的电能除用来驱动履带行驶外，也为其它车载武器和设备如电磁炮、电热炮、电磁装甲、导航系统、控制与诊断系统等提供电源，将履带车辆技术发展到 “全电坦克 ” 。全电坦克的综合性能将更加优良，坦克的杀伤力，防护性能都会比传统坦克有更大的提高。13传传动动系系统统的的发发展展趋趋势势传动系统发展情况 ：（1）机构上由简单逐渐发展到复杂，成为高技术机电液一体化产品；北京理工大学本科生毕业设计 （论文）7（2）从单齿轮副传递功率的固定轴变速箱发展为多齿轮副同时传递功率的行星变速箱；（3）从切断动力换档发展为动力换档 ；（4）操纵技术逐渐从机械式发展为液压式和电液自动操纵；（5）传动

27、功率逐渐从小功率发展到8001200kW 大功率；（6）传动路线从单流传动逐渐发展为双（多）流传动；（7）性能上从有级变速和有级转向逐渐发展为无级变速和无级转向；（8）传动系统的单位功率质量， 仍保持在 23.5kg/kW 的水平；（9）传动系统的单位体积功率由400600kW/发展到3m600800kW/；3m（10）成本和价格显著提高。履带式坦克装甲车辆传动装置的发展已完成了从固定轴齿轮变速向行星齿轮变速的过渡，液力或液力机械综合传动已为大多数坦克装甲车辆所采用。目前，尽管液压机械综合传动还应用不广泛，但已显示出它的优越性，是未来坦克装甲车辆传动装置的发展方向。至于电力传动 ，也将随着固态

28、功率晶体管和超导技术的发展而趋实用化。 传动装置的未来发展 方向是： （1）变矩器可闭锁以减少变矩器的工作时间 鉴于变矩器传动效率低，因而需要缩短工作时间，仅让其在换档、起步、爬坡时工作。变矩器闭锁后，传动呈机械工况，可获得较高的传动效率。 （2）适当增加排档数目，充分利用发动机功率 排档越多，牵引特性曲线愈接近理想状态。然而，排档越多，换档次数也越多，采用人工换档，给驾驶员带来 繁重负担。自动换档技术的出现，为传动装置增多排档创造了有利条件 。（3）自动换档 的广泛应用 增多排档，必须实现自动换档。现代化战争对驾驶员的要求不但要驾驶车辆，而且更要集中主要精力观察战场形势变化，处理各种应急情况

29、。因此，需要借助自动换档机构解脱驾驶员换档操作任务。此外，现代控制技术的发展，为实现自动换档和遥 控操作奠定了基础 。北京理工大学本科生毕业设计 （论文）8（4）无级转向极有前途 转向时间几乎占车辆行驶时间的一半，转向性能优劣对车辆机动性影响甚大。 单功率流转向机构的转向性能差；双功率流机械转向机构的规定转向半径数目也有限，在以非规定转向半径转向时仍有滑摩，消耗功率较多 。 从理论上讲，液压转向可以实现规定转向半径的无级变化，但实现全功率范围无级转向需要很大的液压泵和马达，这是目前液压技术难以实现和车辆总体设计难以接受的问题。液压机械分流 转向可以采用小型的液压泵和马达来实现，是极有发展前途的

30、转向型式 。（5）液力制动器将 被普遍采用机械制动器制动能力有限，长时间连续工作存在不安全因素。车辆吨位和行驶速度的不断增长，对车辆制动性能的要求越来越高，欧洲交通法规规定，车辆必须要有 5的制定减速度，单纯依靠机械制动器很难满足使用要求。2m/s液力制动器的制动能力与行车速度成正比，车速越高，制动能力越大，而且性能稳定、工作可靠，非常适合坦克装甲车辆的要求。例如LSG3000 型传动装置的液力制动器的制动力矩达到22000Nm。液力制动器与机械制动器联合使用，将是坦克装甲车辆制动装置的发展方向。（6）柴油机-电驱动装置 的应用柴油机-电驱动装置将在未来的履带式和轮式车辆上发挥重要作用。作为能

31、量转换器，它可为所有 的装置和设备提供统一的能量 电能。它作为单个或多个柴油机结构形 式为车辆在行进时 或在伏击地上提供能量，同时在集结待发地域也为外部设备提供能量。磁动能存储器或超导存储器可在车辆工作时将存储的电能用于进行快加速（例如：从待机地域“突然跃出 ” ） ，或为外部设备提供能量。柴油机 -电混合系统不 仅可作为动力装置，而且在电冷却和无磨损的电制动方面也有用武之地。（7）综合传动装置是推进系统的整体设计基础整体式推进系统是 在设计时将动力传动系统的各部件及一些附件，例如发动机、传动装置、冷却系统以及燃料箱等，不是作为单个独立部件，而是作为有机整体，提出整体综合技术指标。 将动力系统

32、、传动系统和辅助系统进行高度集成化设计，以最小的体积、最轻的质量向作战平台提供最优异的推进性北京理工大学本科生毕业设计 （论文）9能，是实现作战平台轻量化、快速化和高能化的核心技术之一。综合传动装置具有传递功率、变速、转向、制动和操纵等5 种功能，而且集所有部件为一体，为推进系统整体设计创造了有利条件。具有包括变速、转向、减速、制动和切断动力作用在内的综合式传动装置，是推进系统的一个部件，是推进系统整体化和模块化设计的基础，其结构和性能从属于整体要求。采用整体化设计方法设计推进系统，一方面为了提高可靠性，另一方面是为了通过减小动力舱体积增大推进系统单位体积功率，同时可以获得野战条件下整体吊装的

33、优点 。（8）动力传动一体化控制发动机和变速 箱是装甲车辆动力传动系统的 两大有机组成部分。电子技术的应用为这两个系统的一体化控制创造了条件，从而形成了动力传动一体化控制系统。动力传动一体化控制系统就是集动力和传动为一体的综合控制系统。动力传动一体化控制 的必要性在于：能够改善发动机排放；能够改善动力性和燃油经济性等。14 变变速速机机构构分分类类及及特特点点141 定轴变速箱特点定轴变速箱特点初期装甲履带车辆大多数变速齿轮机构采用固定轴齿轮变速，小功率车辆中至今仍有使用。其换档机构从滑动齿轮开始，经过换档齿套 ，发展为同步器，现代则进一步发展为液压操纵的换档离合器。固定轴齿轮传动是单齿轮副传

34、递功率，在传递功率越来越大时 则难以满足需求，目前履带车辆固定轴变速箱传递功率最大未超过 600kW。142行星变速箱特点及设计要求行星变速箱特点及设计要求行星变速箱的优点是： （1）结构紧凑，可以用较小尺寸实现较大传动比。可以用较小齿轮模数传递较大扭矩。北京理工大学本科生毕业设计 （论文）10 （2）实现动力换档较方便，换档离合器和制动器，有可能只传递部分扭矩，由于没有径向力，工作和换档较平稳。 （3）便于功率的分流和汇合。 （4）便于实现变速箱系列化。行星变速箱的缺点是，结构较定轴式复杂，加工和装配精度要求较高，零件间连接复杂，齿轮较多，因此造价较贵。有时候多层套轴，这给零件轴向定位、径向

35、对中带来困难；一般行星传动中常产生较高转速，使轴承寿命降低，特别是行星轮轴承，因为受很大离心力，更为不利。但随着技术的不断发展，制造工艺水平的提高，这些问题已经得到了很好的解决。此处采用行星变速箱。设计要求：（1）保证牵引计算所确定的档数和各传动比；（2）保证动力换档或部分动力换档，提高行驶车速；（3）传动效率高，齿轮啮合对数尽量少，换档离合器（制动器）的空转损失小；（4）操纵轻便，换档平稳；（5）使用可靠，有足够的强度、刚度与寿命；（6）结构较简单，重量轻，体积小。按行星变速箱的机构特性可进行各种分类，通常按机构自由度分。现代车辆应用的行星变速箱的自由度有二自由度、三自由度、四自由度三种。在

36、选择行星变速箱自由度时，除了应考虑变速箱行星机构的结构要简单外，还必须注意使操纵系统简化。15 论论文文主主要要内内容容当今，发展国防、抵御侵略成为各国必须面对的问题，要加强陆军的现代化建设就要加强履带装甲车辆技术的研究，传动系统作为履带车辆的核心部分，对进一步提高装甲车辆的战斗性能，起着至关重要的作用。本项设计根据已 给定的发动机外特性等条件， 通过对整车行驶档位的确定，发动机和变矩器及变速箱的匹配，找到合适的变速箱传动比。然后通过综合比较，选用 合适的自由度、串联行星 变速机构来实现设计方案，使其满足整车北京理工大学本科生毕业设计 （论文）11的设计要求。再对行星排进行配齿计算， 进行转速

37、转矩分析， 确定了各齿轮和离合器、制动器的主要结构和主要参数，并对其中的关键零件进行校核。具体设计任务如下：（1）查阅资料，进行行星变速机构方案设计和方案论证；（2）传动比划分，牵引特性计算与绘制特性图；（3）传动装置简图设计及结构计算；（4）主要零件的强度和寿命计算。第第 2 章章 方方案案选选型型及及计计算算行星变速箱的方案选型主要有液力变矩器选型和变速机构方案选型；计算内容包括发动机和液力变矩器的性能匹配 、变速机构传动比划分 、行星排转速转矩分析 和动力特性计算 。21 液液力力变变矩矩器器选选型型及及其其与与发发动动机机的的性性能能匹匹配配液力机械综合传动是采用液力变矩器、行星变速机

38、构，用换档离合器（制动器）和电液自动操纵实现功率不中断的动力换档，从而提高了行驶快速性，简化了驾驶员的操作。液力变矩器是装在发动机与变速机构之间的传动元件，它是通过油液动能传递能量，具有柔性传动和自动适应行驶阻力变化的性能，可实现不中断动力换档，减小振动冲击，突然停车时，发动机不会熄火。211 液力变矩器方案选型液力变矩器方案选型 1、 基本要求： （1） 液力变矩器的变矩系数 K 应尽可能大 。K 越大，则变矩器的变矩性能越好，即可减少变速箱档位，简化其结构和操纵。 （2） 最高效率值要高，高效区 范围要宽。最高效率值 (对综合式液力变矩器是指变矩器工作范围内的最高效率值 )和高效区范围是评

39、价液力变矩器经济性能的两个指标。通常认为，最高效率值越高，高效区范围越宽，则变矩器北京理工大学本科生毕业设计 （论文）12的经济性越好 。 （3）透穿性要小。液力变矩器的透穿性直接影响发动机工况的变化和平均输出功率的大小。不透穿的液力变矩器平均输出功率大，高效区工作范围中等，发动机的工况则大致是不变化的；正透穿的液力变矩器的高效区工作范围最大，变速箱的档数可以减少，简化结构 ，或在相同的排档数目下，增加传动系统的平均效率，但平均输出功率减小 。为了充分利用发动机功率，使车辆获得良好的牵引性能和经济性能，以采用不透穿或透穿性不大的液力变矩器为宜，而负透穿的液力变矩器高效区工作范围窄， 平均输出功

40、率低，因此不宜采用。 2、 变矩器选型 （1） 采用三元件单级向心涡轮综合式变矩器。它具有变矩器和偶合器两种工况，同时带闭锁离合器。它的K 值较小，一般为 2.5 左右。正常行驶时，离合器闭锁 ，变速机构为 机械传动，仅在低档时用液力工况。 （2） 由已知直径确定 前传动比直径确定的基本原则是：变矩器最高效率点传递发动机最大功率，即变矩器最高效率点转速比的输入特性，通过发动机最大功率时的扭矩点 （*i，） ，以使发动机和变矩器获得良好匹配，使车辆获得最佳的牵引性能与NMNn燃油经济性。 直径确定公式如下： （2-1） N52BNMDgn 其中，为最高效率转速比下的 值。*B*i根据选径原则，应

41、选用偶合器工况=0.950.97 时的值来确定有效直径iB。但是，此时的值很小，由此计算的有效直径的将很大。如果以液力变矩DBD器最高效率工况来选择有效直径，由于值较大，则值会较小，但是高效率D*BD的偶合器工况没有利用。因此，要采用折衷的方法，在变矩器最大效率工况和偶合器最大效率工况之间选择一个工况作为选径工况。由已知条件，计算液力变矩器的直径 ： 5622057.40.4457m2.865 10860 9.8 2200D取整: =0.45m=450mm。D北京理工大学本科生毕业设计 （论文）13由已知数据计算发动机和液力变矩器之间的前传动箱的传动比：发动机经中间传动箱，传到液力变矩器的转矩

42、和转速分别为 （2-2）BejeB eBeBebMMinni 将式（2-2）代入变矩器的转矩计算方程式 （2-3）25Mgn D得到： 25eejeB eBBeBnMigDi （2-4） 25Be3eBejeBgn DiM 其中，为最大净功率所对应的转矩，=2057.4Nm, 取变矩器最大效ejMejMB率工况和偶合器最大效率工况之间的一个工况的 值，=1.599,=860,=2200,=450mm=0.4m, =95B-6103kg menr minDeB计算得 =0.7014eBi212 发动机特性发动机特性 已知发动机净外特性， 见表 2-1。表 2-1 发动机净外特性enr min15

43、001600180020002200Pe(kW)397.49416.36442.94466.44474Te(Nm)2530.42484.92349.822272057.4 北京理工大学本科生毕业设计 （论文）14 发动机净外特性曲线见图 2-1 所示。140015001600170018001900200021002200230030030035040040045050050020002200240026002800P/kWn/r/min T/Nm图 2-1 发动机净特性曲线213 发动机和液力变矩器发动机和液力变矩器的性能匹配的性能匹配发动机和液力变矩器共同工作，主要是研究共同工作时的输入与

44、输出特性，同时研究两者在共同工作情况下，匹配是否合理。 1、发动机和液力变矩器共同工作的输入特性 ：发动机和液力变矩器共同工作的输入特性是指液力变矩器不同传动比时，变矩器与发动机共同工作的转矩和转速的变化特性。它是研究发动机与液力变矩器匹配的基础，也是研究发动机与液力变矩器共同工作输出特性的基础。 已知： （1） 液力变矩器的原始特性 （表 2-2） ；北京理工大学本科生毕业设计 （论文）15表 2-2 某系列液力变矩器的原始特性序号iKB106102.50202.94720.1072.330.2492.91430.1932.1250.4112.86540.3041.8860.5742.833

45、50.4051.7970.7282.54860.5021.5520.7792.4670.61.3720.8232.24480.651.3010.8462.13690.71.220.8542.046100.7491.1020.8261.955110.7991.0080.8061.74120.8270.9840.8141.599130.8470.9880.8381.423140.9040.9550.8631.034150.9450.9130.8620.643（2） 发动机净外特性 （表 2-1） ； （3） 工作液体密度 =8603kg m（4）液力变矩器的有效值经 D=450mm根据已知数据，画

46、出不同转速比时的泵轮负荷抛物线，i25BBBTgn D 与通过前传动的发动机转矩线相交，得到发动机与变矩器共同工作的 Bf i输入特性，见图 2-2。北京理工大学本科生毕业设计 （论文）16050010001500200025000500100015002000250030003500400045005000nb/(r/min)Tb/Nm图 2-2 发动机与变矩器共同工作输入特性由图 2-2 可以看出，在液力变矩器的整个工作范围内，高效区的共同工作点位于发动机最大功率点附近，使 发动机的最大有效功率得到了充分应用 。另外，液力变矩器的透穿性较小，随着 的增大单一值下降，从输入特性曲Bi线上看，

47、液力变矩器所能发出的最大力矩比不透穿的要大，在机械克服超载能力和起动力矩方面来说要有利些。但柴油机转速发生了变化，平均输出功率不如不透穿的。总体来看，发动机与液力变矩器的匹配是比较好的。2、发动机和液力变矩器共同工作的输出特性：在发动机和液力变矩器共同工作的输入特性取交点，得到变矩器泵轮的转速和扭矩值，结合变矩器的原始特性，得到发动机和液力变矩器共同工作的输出特性，如图 2-3 所示。北京理工大学本科生毕业设计 （论文）1702004006008001000120014001600180020002000250030003500400045005000550060006500力 力 力 力 n

48、t/r/min力 力 力 力 Tt/Nm图 2-3 发动机与变矩器共同工作输出特性22 变变速速机机构构传传动动比比确确定定221 确定变速机构的传动范围确定变速机构的传动范围 （1）确定mini最小传动比通常根据车辆在良好路面上以最大速度时的工况确定，即mini已知主动轮半径、坦克最大速度以及发动机的外特性，利用下式即可求zrmaxv出最高档的总传动比。mini （2-5）enzminmax0.377 nriv其中=2200，=0.2325m，=70km/hennr/minzrmaxvmin0.3772200 0.23252.75570i北京理工大学本科生毕业设计 （论文）18 （2）确定m

49、axi 最大传动比通常是坦克在一档时等速行驶所必需的牵引力值，根据在maxi爬最大坡度时所遇到的最大地面阻力确定。 （2-6）maxmaxzmaxecossinfGriT 其中 f 取 0.08，= ，G=40t, =0.2325m ，max32zr ,eeN2530.4NmTT max0.08 cos32sin3240000 9.8 0.232528.41172530.4 70% 57.4% 1.797i （3）验算最低 稳定车速fzminmax1500 0.23250.3770.3774.63km/h5km/h28.4117nrvi满足最低稳定车速条件。 （4）验算附着条件 5fmax1m

50、axz2530.4 1.797 28.4117 70% 57.4%2.2 10 N0.2325TK iFr5cos320.7 40000 9.8 cos322.3 10 NFG 1maxFF 满足附着条件。222 确定中间排档确定中间排档传动比传动比由设计任务要求，变速机构的档位为六个前进档，一个倒档。因此，中间排档传动比确定如下：已知：最大传动比 =28.4117maxi最小传动比 =2.755mini北京理工大学本科生毕业设计 （论文）19前传动比 q0.7014i 汇流排传动比 =1.44hi侧传动比 =2.7277ci 固定传动比 =0.70141.442.7277=2.755dqhc

51、iiii 变速机构各档传动比计算如下： 一档 液力工况 （选该档为爬坡档） =28.41171i =3.3151yt1d28.4117 0.3042.755i iii 六档 偶合器工况（选该档为直接档） =2.7556i =16t6d2.7552.755iii 传动范围 : =3.135t1cht6idi公比 q： =1.256851ch3.135nqd其他各档传动比： =2.495，t1t23.1351.2568iiqt2t32.4951.9851.2568iiqt3t41.9851.5791.2568iiq。t4t51.5791.2571.2568iiq23 行行星星变变速速箱箱 动动力力

52、特特性性计计算算 1、 已知数据车辆重量 G=40t主动轮半径 =0.2325mzr各档传动比（见表 2-3）北京理工大学本科生毕业设计 （论文）20表 2-3 各档传动比档 数123456前传动比0.7014变速机构传动比3.3152.4951.9851.5791.2571汇流排传动比1.44侧传动比2.7277 2、 发动机外特性 （见表 2-1） 3、 计算公式总传动比： （2-7）qthciii ii行驶速度 ： （2-8） f z0.377km/hn rvi行星排传动效率： （2-9）ch1122111 行驶装置效率： （2-10）x0.950.003v变速装置效率： （2-11）c

53、hx坦克牵引力： （2-12） jzT iFr 动力因数： （2-13）jFDG 4、 计算结果北京理工大学本科生毕业设计 （论文）21档：表 2-4 档计算结果e(r/min)n15001600180020002200(km/h)v4.6284.9365.5536.1706.787x0.9360.9350.9330.9310.930ch0.86640.4420.4420.4410.4400.4393j10 NF 257.78253.13238.83225.83208.16D0.6580.6460.6090.5760.531档：表 2-5 档计算结果e(r/min)n1500160018002

54、0002200(km/h)v5.8158.2639.29612.80316.827x0.9320.9250.9220.9120.900ch0.87540.4450.5600.5580.5910.6163j10 NF 206.54182.55172.01120.3085.00D0.5270.4660.4390.3070.219北京理工大学本科生毕业设计 （论文）22档：表 2-6 档计算结果e(r/min)n15001600180020002200(km/h)v12.06815.38620.19425.61131.874x0.9140.9040.8890.8730.854ch0.87690.59

55、30.6200.6320.5860.6143j10 NF 109.1282.8760.8838.7331.39D0.2780.2110.1550.0990.080档：表 2-7 档计算结果e(r/min)n15001600180020002200(km/h)v30.21832.23336.26240.29144.320 x0.8590.8530.8410.8290.817ch0.88590.7610.7560.7450.7340.7243j10 NF 36.035.233.030.627.9D0.0920.0900.0840.0780.071北京理工大学本科生毕业设计 （论文）23档：表 2-

56、8 档计算结果e(r/min)n15001600180020002200(km/h)v37.97840.51045.57350.63755.701x0.8360.8280.8130.7980.783ch0.990.8280.8200.8050.7900.7753j10 NF 31.230.328.226.223.7D0.0800.0770.0720.0670.060档： 表 2-9 档计算结果e(r/min)n15001600180020002200(km/h)v47.72450.90557.26863.63270 x0.8070.7970.7780.7590.74ch10.8070.7970

57、.7780.7590.743j10 NF 24.223.521.720.018.0D0.0620.0600.0550.0510.046北京理工大学本科生毕业设计 （论文）24动力特性曲线见图 2-4。01020304050607000.10.20.30.40.50.60.70.80.91力 力 km/h力 力 力 力 D=F/G图 2-4 变速箱动力特性曲线由图 2-4，从发动机功率能得到充分利用，以及在各种行驶条件下平均速度值为最大的观点出发，该动力特性曲线近似一条双曲线，比较接近理想的动力特性，而且，通过液力变矩器的采用，动力经液力传动后，不仅改善了坦克的动力性能，而且扩大了每档动力特性的

58、可能性。该变速箱的动力特性满足要求。北京理工大学本科生毕业设计 （论文）2524 行行星星变变速速箱箱 变变速速机机构构方方案案 选选型型 241 已知设计主要参数已知设计主要参数车重： 40000kg发动机额定功率 /转速：474kW/2200r/min最高车速： max70km hV最大爬坡度：max32侧传动速比：2.7277ci 汇流排速比：1.44hi 主动轮半径：0.2325mzr 242 行星变速箱行星变速箱传动方案评价标准和设计要求传动方案评价标准和设计要求 行星变速箱最佳传动方案的评价标准和设计要求：（1）能较准确地实现各档传动比；（2）传动效率要高，特别是常用档。前进档传动

59、效率不低于0.95，倒档传动比效率不低于 0.87。（3）各构件转速和轴承相对转速不应过高 ,特别是制动器、闭锁离合器、行星齿轮的相对转速不得超过允许值。一般制动器、闭锁离合器最高空转转速不得大于 40005000r/min。行星排传力时 ,行星轮转速不得大于50006000r/min ;行星排空载时 , 行星轮转速不得大于 7000 8000r/min。（4）行星排特性参数 k 的值应在 4/3k4 下列范围之内。 k 值超出合理范围将使行星排结构设计困难。相邻行星排的k 值不要相差太大 ,以利于变速箱的结构设计。（5）结构比较简单 ，外形尺寸要小。对构件连接的要求是 ：相邻行星排同名构件连

60、接最好 ；其次是行星架与齿圈连接 ,太阳轮与行星架的连接；齿圈与太阳轮的连接最不好，应力求避免。制动器的布置要求是：齿圈为制动件最好，行星架次之，太阳轮为制动件最差。闭锁离合器应布置在结构空间允许的两回转构件之间，且该两构件的相对空转转速不得超过允许值。因此，首先为便于操纵，闭锁离合器的位置应在变速箱的端部；其次，从摩擦力矩最小的观北京理工大学本科生毕业设计 （论文）26点考虑，离合器最好装在摩擦力矩较小的两构件之间，但还应考虑滑摩功的问题，因相对速度过大，将使滑摩功大为增加。（6）各构件承受的扭矩不应过大，特别是离合器的摩擦力矩和制动器的制动力矩要小。243 行星变速机构自由度的选择行星变速