机械设计课程设计说明书-中型货车变速器设计

第一部份设计任务及传动方案拟定一、课程设计题目：变速器二、课程设计的目的：一、综合运用机械设计、材料力学、理论力学和其他相关课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和扩宽所学的知识；二、通过设计实践，慢慢树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉把握机械设计的一样规律，培育分析问题和解决问题的能力。3、通过设计计算、画图和运用技术标准、标准、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计技术的培训。三、传动方案拟定：传动简图如图a所示，实现四个前进挡和一个倒档，换挡装置用于直齿传动的档位，换挡齿轮与轴通过花键连接。在空挡的情形下，与另一齿轮并非啮合;挂档时，通过直接移动齿轮与另一齿轮啮合。具体传动方案：动力由轴I经齿轮1和常啮合齿轮2传至中间轴2，拨动套5左移与齿轮1啮合取得四档（直接档），由轴IV传出；套5右移与齿轮8结合得三档；拨动齿轮6与齿轮3啮合得二档；齿轮7与齿轮9啮合得一档；拨动齿轮10与齿轮3啮合、齿轮11与齿轮7啮合取得倒档。四、给定条件：额定输入转矩：196N·m输入最大转速：3800r∕min润滑油量：1.9L各档位传动比一档：二档：三档：四档：倒档： 五、设计任务：一、变速器装配图（A1）………………….1张二、I轴、IV轴零件图（A3）……………..2张3、设计计算说明书………...1份四、传动简图和三维传动图示：传动简图aI—输入轴II、III—中间轴IV—输出轴五、12、13—拨动套一、二、3、4、6、7、8、9、10、11—齿轮二、4、8—常啮合齿轮三维图示第二部份齿轮的设计计算（本部份参考资料见《机械设计》）一、啮合齿轮一、2（标注见装配图）参数计算：1.选定齿轮类型、精度品级、材料及齿数1）按装配图所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）依照变速箱转速选用7级精度（GB10095—88）。3）材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调制），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调制）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40BS。4）选小齿轮齿数z1=19，大齿轮齿数z2=×19=，取z2=47。2.按齿面接触强度设计由设计计算公式（10-9a）进行试算，即d1t≥(1)确信数值1）试选载荷系数Kt=。2）小齿轮传递转矩T1=196N/m。3）由表10-7选取齿宽系数=。4）由表10-6查的材料的弹性阻碍系数。5）由图10-21d按齿面硬度差的小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6）由式10-13计算应力循环次数。；7）由图10-19取接触疲劳寿命系数THN1=；THN2=。8）接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，平安系数S=1，由式10-12得(2)计算1）试算小齿轮分度圆直径d1t，代入中较小的值。≥==82mm2）圆周速度v。3）齿宽b。4）齿宽与齿高之比b/h。模数齿高5）载荷系数。依照v=16.3m/s，7级精度，由图10-8查的动载系数=直齿轮，；由表10-2差得利用系数；由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，。由b/h=，查图10-13得；故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10-10a得7）模数m。3.按齿根弯曲强度设计由式10-5得弯曲强度的设计公式为(1)确信公式中各个数值1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；3）弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳平安系数S=，由式10-12得4）载荷系数K。5）查取齿形系数。由表10-5查得；。6）查取应力校正系数。由表10-5查得；。7）计算大、小齿轮的并加以比较。取大齿轮数值。（2）设计计算对照计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小要紧取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值m=6mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出齿轮一、2齿数4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度二、同理算得其余各啮合齿轮尺寸如表：尺寸代号dbmzh齿轮代号分度圆直径mm齿宽mm模数齿数个齿高mm1964861622404864031447581818420069825186192758241872395488136698171899751910156758201811524依照啮合情形算得轴心距：；；第三部份轴系的设计计算（本部份参考资料见《机械设计》）I轴的设计计算一、I轴为输入轴，转速，输入转矩I轴有两种工作状态，空挡和四档（直接档），经分析可知在四档时轴上转矩较大，因此，以四档为准进行计算。由以上齿轮计算可知1齿轮分度圆直径为96mm，此轴上只有一个齿轮，且齿轮直径不大，转速较高，故做成齿轮轴。由2齿轮作用在轴上的力，同时产生一个大小为的转矩。由拨动套5作用在轴上一个大小为的转矩，方向和相同。图bNN二、初步确信轴的最小直径及初步校核选取轴的材料为40Cr，调质处置，轴高速旋转，受弯矩和扭矩作用，因此查表15-3，取，=106由式15-2得=29mm轴的右端要做成外齿轮与拨动套5啮合。考虑到标准化和与拨动套5的啮合问题，d取35mm。即为安装轴承处的直径，因轴承几乎不受轴向力，应选用深沟球转动轴承，查机械设计手册，选取轴承型号为61807，相关参数：B=7mmd=35mmD=47mm=43.8mm=38.2mm有齿轮计算可知1齿轮的齿宽为48mm，考虑到机架结构紧凑性，=30mm，左端轴承的左端由端盖定位，右端由机架上的凸起肩部定位：右端轴承的左端由卡簧定位，右端由机架轴肩定位。轴肩圆角半径r=由上述计算和图b可知，轴在右端轴承部位的截面是危险截面，只校核此处的强度NmNmm依照表15-4依照式15-4及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为40Cr，调质处置，由表15-1查得，因此，故平安。3、精准校核轴的疲劳强度右端轴承右边的定位轴肩引发的应力集中将减弱轴的疲劳强度，且此出弯矩临近最大值，因此该轴需校核此轴肩部位左右双侧。截面左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面左侧的弯矩M为该截面上的扭矩截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为40Cr，调质处置。由表15-1差得，截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取。因，，经差值后查得==又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数按式（附表3-4）为由附图3-2的尺寸系数；由附图3-3的扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处置，即，那么按式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为又由§3-1及§3-2得碳钢的特性系数取取于是，计算平安系数值，按式（15-6）~（15-8）那么得故可知其平安。（二）截面右边抗弯截面系数W按表15—4中的公式计算。抗扭截面系数弯矩M及弯曲应力为扭矩及扭转切应力为配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取，于是得=，轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为故得综合系数为因此轴在截面右边的平安系数为故该轴在截面右边的强度也是足够的。此轴无大的瞬时过载，故可略去静强度校核。IV轴的设计计算IV轴为输出轴，有空挡、倒档和一、二、3、4档六种工作状态，空挡情形下轴几乎不受载荷，不做讨论。轴材料选为较好的40Cr，调质处置。依照表15-3，此轴几乎不受弯矩，轴向载荷较小，取较大值为50MPa。五种工作状态下的计算，值是不变的，=别离在五种工作状态下，对轴进行估算：一档：通过一、2齿轮，7、9齿轮两级传动，总传动比=，齿轮传递的效率取为97%，不计其他功率损失。==kW==624r/min依照式15-2可得二档：通过一、2齿轮，6,、3齿轮两级传动，总传动比=,。==kW=r/min依照式15-2可得r/min三档：通过一、2齿轮，4、8齿轮，拨动套5右移与8齿轮的啮合三级传动，总传动比=kWr/min依照式15-2可得mm四档：通过拨动套5左移与1齿轮啮合一级传动，总传动比kWr/min依照式15-2可得mm倒档：通过一、2齿轮，10、3齿轮，1一、7齿轮三级传动，总传动比kWr/min依照式15-2可得mm比较分析五种工作状态，以一档状态下为准进行以下计算。拨动套5要能够在轴上左右滑动，还要能带动轴的旋转运动，因此此处选用花键连接.同理，拨动套5也要作成花键，便于拨动套12再其上移动和带动其从而带动轴的的旋转。拨动套5左端做成内齿轮与1齿轮啮合，右端做成外齿轮与8齿轮啮合。由于轴的两个固定轴承位置偏右，因此轴的左端挖空安装轴瓦，与1齿轮配合，减轻必然的径向振动和不稳固性。IV轴上由于五、12拨动套的左右滑动，使轴受必然的轴向力，因此此处采纳角接触球轴承。查机械设计手册，取用71812C型轴承，d=60mm,D=78mm,B=10mm在一档工作状态下，齿轮上受到的力通过花键传给拨动套5，又通过花键传给IV轴，均匀的花键传动只产生扭矩，扭矩前已选定轴的材料为40Cr，调质处置，由表15-1查得=70MPa。因此，故平安II轴、III轴的设计计算II轴、III轴为中间轴，计算与校核与上述两轴同理，此处再也不做详细说明。经计算与校核II轴直径为50mm，采纳40Cr，调质处置。经查机械设计手册。选用两头轴承如下：大体尺寸/mmd:50Ｄ:65B:7安装尺寸/mm|da(min):Da(max):ra(max):其他尺寸/mm|d2≈:D2≈:其他尺寸/mm|r(min):大体额定载荷/kN|Cr:极限转速/(r/min)|脂:8500轴承代号|60000型:61810为了减轻轴上载荷强度，3齿轮、9齿轮与轴固连做成齿轮轴。通过计算与校核III轴直径40mm，45﹟钢，正火处置。齿轮10、11固连在拨动套13上，套内安装轴瓦与轴配合。具体结构及尺寸见装配图。第四部份键连接的选择及计算一．II轴上两平键选择依照《机械设计手册》II轴直径50mm选取平键尺寸如下：一般平键(摘自GB/T1095-2003，GB/T1096-2003)（标注如图4-1）轴径d:＞44～50键的公称尺寸|b(h8):14键的公称尺寸|(h8)h(11):9键的公称尺寸|c或r:～键的公称尺寸|L（h14）:36～160每100mm重量／kg:键槽|轴槽深t|大体尺寸:键槽|轴槽深t|公差:(+,0)键槽|毂槽深t1|大体尺寸:键槽|毂槽深t1|公差:(+,0)键槽|圆角半径r|min:键槽|圆角半径r|max:图4-1二．IV轴花键选择矩形花键大体尺寸系列(摘自GB/T1144-2001)（标注如图4-2）小径d:52轻系列|规格N×d×D×B:8×52×58×10轻系列r:轻系列c:轻系列(参考)d1min:轻系列(参考)amin:中系列|规格N×d×D×B:8×52×60×10中系列r:中系列c:中系列(参考)d1min:中系列(参考)amin:三．拨动套5上花键选择矩形花键大体尺寸系列(摘自GB/T1144-2001)（标注如图4-2）小径d:56轻系列|规格N×d×D×B:8×56×62×l0轻系列r:轻系列c:轻系列(参考)d1min:轻系列(参考)amin:中系列|规格N×d×D×B:8×56×65×10中系列r:中系列c:中系列(参考)d1min:52中系列(参考)amin:第五部份转动轴承选择一．I轴两轴承选择深沟球轴承（标注如图5-1）大体尺寸/mm|d:40大体尺寸/mm|Ｄ:52大体尺寸/mm|B:7安装尺寸/mm|da(min):安装尺寸/mm|Da(max):50安装尺寸/mm|ra(max):其他尺寸/mm|d2≈:其他尺寸/mm|D2≈:其他尺寸/mm|r(min):大体额定载荷/kN|Cr:大体额定载荷/kN|C0r:极限转速/(r/min)|脂:10000极限转速/(r/min)|油:13000重量/kg|W≈:轴承代号|60000型:61808图5-1二．II轴轴承选择深沟球轴承（标注如图5-1）大体尺寸/mm|d:50大体尺寸/mm|Ｄ:65大体尺寸/mm|B:7安装尺寸/mm|da(min):安装尺寸/mm|Da(max):安装尺寸/mm|ra(max):其他尺寸/mm|d2≈:其他尺寸/mm|D2≈:其他尺寸/mm|r(min):大体额定载荷/kN|Cr:大体额定载荷/kN|C0r:极限转速/(r/min)|脂:8500极限转速/(r/min)|油:10000重量/kg|W≈:轴承代号|60000型:61810三．IV轴轴承选择IV轴上由于五、12拨动套的左右滑动，使轴受必然的轴向力，因此此处采纳71812C型角接触球轴承(摘自GB/T292-2007)。（标注如图5-2）轴承型号|α=15°:71812C外形尺寸|d:60外形尺寸|Ｄ:78外形尺寸|B:10外形尺寸|rsmin①:外形尺寸|rlsmin①:图5-2图5-2四．IV轴滑动轴承选择考虑到齿轮8属于常动齿轮，不与IV轴一起运动，且轴向两头由轴肩和金属套23定位，会产生摩擦，因此采纳双侧单翻边薄壁轴瓦的滑动轴承。五．III轴滑动轴承选择III轴为倒档用轴，其上齿轮10、11为轴向滑动齿轮，应选用不翻边薄壁滑动轴承与III轴连接。第六部份变速器附件的选择（标注序号见装配图）一、（16）II轴轴承盖：轴承盖的用途是固定轴承的轴向位置，需要调整垫片来调整，依照计算能够得出轴承间的固定螺栓为4—M八、4—M10，受力情形局符合平安要求。2、（24）螺钉锁紧挡圈：通过螺钉将其与IV轴固定，负责轴向定位常动齿轮（8）。依照IV轴直径选取螺钉锁紧挡圈GB/T884-1986，大体尺寸d=55mm公称直径|d|大体尺寸:55公称直径|d|极限误差:(+,0)H|大体尺寸:18H|极限误差:(0,D:85c:1ｄt:8d0:M10b|大体尺寸:b|极限误差:(+,+t|大体尺寸:3t|极限误差±:3、（25）紧定螺钉：与（24）相配合的螺钉选取螺钉GB/T71-1985:M5。4、（33）起盖螺钉：维修变速器内部时，旋转起盖螺钉将机盖与机座分离，方便机盖打开。依照机架边缘尺寸选取螺钉GB/T71-1985：M10×20。五、（40）圆锥销设计：用于定位机盖和机座相对位置，选取GB117-86B8×35。第七部份润滑与密封一、润滑变速器零件表面润滑要紧有压力强制润滑和激溅润滑两种。那个地址采纳激溅润滑，要紧依托侵入箱底油液的常动齿轮一、二、4、8和滑动齿轮六、7将润滑油激溅到零部件的摩擦表面。轴瓦是使润滑油通过与配合的齿轮内壁和轴孔内、外壁间的油槽流入；各轴承是使润滑油在激溅起时，沿着机架内壁流入机盖和机座间的油槽，最后渗进轴承中。二、密封变速器的密封部位及显影的密封方式要紧有：（1）机座与机盖及轴承之间，用纸垫或橡胶密封，箱体上不设计钻头的螺丝孔；（2）轴的外伸端一样采纳骨架势自紧油封；（3）变速杆的球形支座用橡皮革密封。放油螺塞采纳锥形细牙螺纹，放油孔设置在箱体底部，机盖上设置带滤芯的通气孔和透气螺塞。第八部份设计心得在通过3周的机械设计课程设计，我们的课程设计终于完成了。在这三周里，咱们先是查阅资料，由于之前机械原理课程设计不够理想，因此决定不沿用原设计方案，从头选定变速器完成这次课程设计任务。咱们第一通过上网和到图书馆查阅各类变速器资料，然后选定以sy132型变速器原理为模型，做咱们这次的设计任务。以后咱们依照选定机构原理绘制结构简图，接着依照打算进行各档啮合齿轮的选材，依照既定传动比估算齿轮参数并进行校核，最后依照估算选取标准模数，确信各个齿轮具体参数。与此同时，小组另外成员别离进行轴和键的计算、校核；然后依照轴的直径选定转动轴承的类型及型号。绘制草图，标注尺寸；依照草图绘制装配图、零件图。在没有做课程设计以前感觉课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，可是通过这次做课程设计发觉自己的观点有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种查验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原先知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是感觉自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积存的进程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，尽力提高自己知识和综合素养。

在这次课程设计中也使咱们的同