農(nóng)用三輪車變速箱設計

PAGE本人留有該設計的全套電子檔，可以和我進行交流探討，對該設計進行完善，3103064563，旨在互相幫助，共同進步，維護社會主義文明，建設社會主義和諧社會。PAGE農(nóng)用三輪車變速箱的設計設計者：000000指導教師：00000（工學院機制）摘要在汽車傳動系中，變速器用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉矩和轉速，目的是在原地起步、爬坡、轉彎、加速等各種行駛工況下使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作。主要由變速傳動機構和操縱機構組成，近年來，變速器設計有向自動操縱方向發(fā)展的趨勢。變速箱設計包括：（一）變速箱總體尺寸和參數(shù)的確定（二）變速箱齒輪零件的設計計算（三）變速箱軸、軸等零件的設計計算（四）同步器的設計選擇。本次畢業(yè)設計的是農(nóng)用三輪車的變速箱，主要是參照7Y-975A2型多功能農(nóng)用三輪車變速箱結構設計。通過已知選定的參數(shù)，計算選擇設計過程中需要的裝配圖和零件圖各個參數(shù)。然后根據(jù)這些參數(shù)繪制零件圖和總裝配圖。在設計過程中對傳統(tǒng)的設計方法、步驟以及設計的技巧做適當?shù)母倪M，以達到創(chuàng)新的目的。關鍵詞：變速器傳動比圓柱直齒輪1引言本人畢業(yè)設計的題目是農(nóng)用三輪車變速箱設計，這也是一次對本科畢業(yè)生所學專業(yè)知識、思維、創(chuàng)新以及動手能力的最系統(tǒng)的一次綜合測試。農(nóng)用三輪運輸車是我國農(nóng)村市場的一種價廉適用的新型運輸工具，特別是農(nóng)用三輪車經(jīng)濟實惠，一機多用，深受廣大農(nóng)民兄弟的歡迎，多年來蓬勃發(fā)展，方興未艾！“春風”牌7Y-975A2型多功能農(nóng)用三輪車為方向把操縱乘坐式，皮帶傳動，連體后橋，3+1檔變速，配用S1100單杠柴油機為動力，使1h功率達到12.1kw車架為矩形截面焊管整體框架式，前后懸架分別為簡式液壓件震器和雙端滑板式彈簧，前后輪胎規(guī)格分別為4.50-14（條形）6.50-16（人字形）。設計緊跟近年來農(nóng)用運輸車生產(chǎn)先進技術，真正做到價格低廉、結構簡單、容易上手，一機多用更受到農(nóng)民朋友的青睞。7Y-975A2型多功能農(nóng)用三輪車傳動系統(tǒng)采用四根皮帶將發(fā)動機輸出的動力經(jīng)離合器傳到變速箱連體后橋，經(jīng)變速箱齒輪變速后帶動差速器齒輪，再由半軸帶動輪轂實現(xiàn)車輪運動。三輪車變速箱和一般汽車變速箱的功用都差不多，將從離合器傳來的動力經(jīng)齒輪變速后再經(jīng)減速器、差速器、驅(qū)動半軸，經(jīng)輪轂帶動驅(qū)動輪，在柴油機轉速不變的的情況下通過變速齒輪的不同速比，來改變車輛的行使速度和驅(qū)動力，可在柴油機不熄火的情況下，使車輛加速、減速、行車、倒車。設計圖紙共四張，其中變速箱總裝配圖一張（A0）。零件圖紙三張（A2、A3）。由于主體呈豎形，為表達清楚起見，在視圖中主要采用簡單三視圖的方式。本論文參考了大量的資料，從結構設計到cad制圖均得到指導老師許偉的盡力輔導，并提了很多很多寶貴意見，同時在此表示忠心的感謝！由于本人水平有限，此次設計又僅由本人單獨完成，設計中難免有錯誤之處，懇請各位老師和同學批評指出，以便本人改進。2設計的基礎依據(jù)本次設計的原始參數(shù)是“春風”牌7Y-975A2型多功能農(nóng)用三輪車的基本參數(shù)，主要有：發(fā)動機的額定功率12.1kw、最大扭矩55N.m各檔傳動比：Ⅰ23.5Ⅱ9Ⅲ2.96R21.5各檔轉速：Ⅰ4.5Ⅱ11.7Ⅲ35.6R4.9變速箱包括變速傳動機構和變速操縱機構，變速傳動機構的作用是改變發(fā)動機輸出軸的轉速、傳動比和螺旋方向；變速操縱機構作用是實現(xiàn)傳動比和轉向的改變——換檔。變速箱設計主要包括以下幾點：（一）變速箱總體尺寸和參數(shù)的確定（二）變速箱齒輪零件的設計計算（三）變速箱、軸、軸承等零件的設計計算（四）同步器的設計選擇2.1變速箱總體尺寸和參數(shù)的確定2.1.1中心距變速箱齒輪的中心距是變速器很重要的參數(shù)，它對變速器整體尺寸、體積及質(zhì)量有很大的影響。通常根據(jù)經(jīng)驗公式初選中心距A（單位m）A=k（1-1）式中：k——中心距系數(shù)，對轎車，k=8.9～9.3；對貨車，k=8.6～9.6；對多檔主變速器，k=9.5～11；n3=33.07r/minn2==143.32r/minnr=n2×179.15r/minT1=T×ivη1η2=146.36N.mTr=T1×=117.09N.mT2=Tr×η4η3=139.13N.mT3=T2×=602.90N.m2.2.1齒輪參數(shù)的確定2.2.1.1模數(shù)m的確定決定齒輪模數(shù)的因素很多，其中最重要的是齒輪的強度、傳動噪聲和質(zhì)量。減少模數(shù)，增加齒寬會使噪聲降低，反之則能減輕變速器的質(zhì)量。降低噪聲對轎車有很大的意義，減輕質(zhì)量對貨車比較重要，農(nóng)用三輪車的設計要綜合考慮噪聲。直齒輪模數(shù)m與彎曲應力бw之間有如下關系：m=（2-1）斜齒輪法面模數(shù)m與彎曲應力бw之間有如下關系：m=（2-2）式中：Tg——計算載荷，[Tg]為N.m；Kf——摩擦力的影響系數(shù)，主動齒輪和被動齒輪在嚙合點上的摩擦力方向不同，對彎曲應力影響也不同：主動齒輪Kf=1.1，被動齒輪Kf=0.9；Kб——應力集中系數(shù)，直齒輪Kб=1.65，斜齒輪Kб=1.5；Z——齒輪齒數(shù)；y——齒形系數(shù)；бw——彎曲應力，[бw]單位為N/mm2，當Tg取作發(fā)動機最大轉矩時，一檔、倒檔直齒輪[бw]=400～850N/mm2，貨車可取下限，對貨車長嚙合齒輪和高檔齒輪，其值為100～250N/mm2，對轎車為180～350N/mm2;β——斜齒輪螺旋角；Kc——齒寬系數(shù)；Ks——重合度系數(shù)Ks=2?，F(xiàn)代汽車變速器一般是高檔齒輪用一種模數(shù)，一檔及倒檔齒輪用另一種模數(shù)，其它各檔齒輪在二者之間。由上述公試初取一檔、倒檔齒輪的模數(shù)m=4（初取值后要查表優(yōu)先取標準值。）2.2..1.2壓力角變速器齒輪普遍采用的壓力角為20°，對同一變速器，往往低檔齒輪用大壓力角，高檔齒輪用小壓力角。2.2.1.3齒輪螺旋角β為減少工作噪聲和提高強度，汽車變速器齒輪多數(shù)用斜齒輪，只有倒檔和貨車的一檔齒輪才用直齒齒輪。此處行星輪中用到斜齒齒輪，β=17°（斜齒輪β范圍為10°～35°）例外，選取β時應力求是中間軸上的軸向力平衡，用調(diào)整螺旋角的方法，使各對嚙合齒輪因模數(shù)或齒數(shù)和不同等原因造成的中心距不等現(xiàn)象得以消除。2.2.1.4齒寬齒寬應滿足既能減輕變速器質(zhì)量，同時又能保證齒輪工作平穩(wěn)的要求。通常根據(jù)模數(shù)大小來選定齒寬：b=（4.5～7.5）m直齒輪b=（6.5～8.5）m斜齒輪（2-3）2.2.1.5齒輪的變位系數(shù)采用變位齒輪，除為了避免齒輪產(chǎn)生干涉、根切和配湊中心距外，還因為變速器不同檔位的齒輪在彎曲強度、接觸強度、使用平穩(wěn)性、耐磨性及抗膠合能力等方面有不同的要求，采用齒輪變位就可分別予以兼顧。變位齒輪傳動又分為高度變位傳動和角度變位傳動。實際中心距舊等于已定的中心距采用高度變位傳動，反之采用角度變位傳動。多數(shù)采用角度變位以獲得良好的嚙合性能及傳動質(zhì)量指標。2.2.1.6各檔齒輪齒數(shù)的分配確定變速器各檔齒輪齒數(shù)時，應考慮：①盡量符合動力、經(jīng)濟性等對各檔傳動比的要求；②最少齒數(shù)不應產(chǎn)生根切，一般一檔齒輪是齒數(shù)最少的齒輪且不根切根圓直徑應大于中間軸之間；③互相嚙合的齒輪，齒數(shù)間不應有公因數(shù)，速度高的齒輪更應注意這一點；④齒數(shù)多，可降低齒輪的傳動噪聲。初選中心距、齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可根據(jù)預先確定的變速器檔數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。Ⅰ檔齒輪的齒數(shù)i1=Z1是中間軸上最小的齒輪，一般可取在15～17之間此處選Z1=16；先求Z9、Z10齒數(shù)和Zh：直齒Zh=2A/m；斜齒Zh=2Acosβ/m；計算結果不是整數(shù)時必須取Zh為整數(shù)值，根據(jù)Zh值可進行大小齒輪齒數(shù)的分配，一般將中中間軸上的一檔小齒輪的齒數(shù)盡可能取得少些，以便使Z10/Z9的傳動比大一些，在i1已定的條件下，Z2/Z1的傳動比可分配得小些，于是第一軸的嚙合齒輪可分配到叫多的齒數(shù)，以便在其內(nèi)腔設置第二軸的前軸承。Zh取為整數(shù)了，中心距Zh必然有了變化，這時應從Zh及變位系數(shù)反過來計算中心距A，再以這個修正過的中心距A作為各檔齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。i1=A=i1=8.39A=96Z2/Z1=2解得：Z10=39Z9=9；同樣方法可分別算得Ⅱ檔Z5=18Z6=30；Ⅲ檔Z7=31Z8=17；三個前進檔的齒輪間的中心距A相等。倒檔齒輪齒數(shù)一檔、倒檔齒輪選用相同的模數(shù)m，倒檔齒輪的齒數(shù)一般在21～33之間，初選Z3=25可計算中間軸與倒檔軸之間的中心距A′：A′=m（Z4+Z1）為保證倒檔齒輪的嚙合和不產(chǎn)生運動干涉，齒輪1、4的齒頂圓之間應保持0.5mm以上的間隙，則A′=mZ4/2+0.5+mZ1/2得到A′=79，Z4≈20代入前式得A′=72。2.2.2齒輪幾何尺寸計算由于各檔位中嚙合齒輪均可用直齒圓柱齒輪，只有差速器行星輪中用到錐齒輪，考慮到從簡原則，此處只分別設計一檔嚙合直齒齒輪以及行星錐齒輪的尺寸。一檔嚙合齒輪1、2的設計尺寸：d1=mz1=4×16=64d2=mz2=4×32=128ha=m=4hf=1.25m=5a=（d1+d2）/2=96h=ha+hf=9da1=d1+2ha=72da2=d2+2ha=136s==6.28df1=d1-2hf=54df2=d2-2hf=118受力計算和強度校核：變速器齒輪的強度計算及齒輪材料接觸應力可按下式簡化計算：（2-4）F——齒面法向力F=；——圓周力=；M——計算轉矩N.m；d——節(jié)圓直徑；a——節(jié)圓壓力角；β——螺旋角；E——齒輪材料的彈性模量；B——齒輪接觸的實際寬度；，———主、被動齒輪節(jié)圓處齒廓曲率半徑；，；——主、被動齒輪節(jié)圓半徑；計算轉矩M=時的許用應力：常嚙合齒輪：1300～1400N/mm2一檔及倒檔齒輪：1900～2000N/mm2彎曲強度計算簡化公式：直齒輪：（N/mm2）（2-5）斜齒輪：（N/mm2）（2-6）——圓周力，N；——應力集中系數(shù)，主動齒輪取1.1，被動齒輪取0.9；——端面周節(jié)，=πm；——法面周節(jié)，=π；y——齒形系數(shù)由圖表可查得；——重合度影響系數(shù)，=2.0。許用應力為400～850N/mm2（直齒輪）；180～350N/mm2（轎車斜齒輪）；100～250N/mm2（貨車斜齒輪）嚙合作用力圓周力Ft=N徑向力Fr=Fttanα=10232.2N軸向力Fα=Fttanβ=（直齒=0）法向力Fn=Ft/cosα=11210.2N=1057N/mm2≤[]N/mm2≤[]∴強度滿足要求。行星錐齒輪的設計尺寸：（行星輪系包含四個相同的錐齒輪，此處只要設計一個即可，方法同前所述）模數(shù)m=7齒數(shù)Z=22法向齒形角α=20°分度圓直徑d=154分錐角δ=32°根錐角δf=28°錐距R=144.70變位高度x=0齒厚=齒高a=7.166全齒高h=15.4軸交角Σ=90°（此處強度校核方法同直齒輪的強度校核，經(jīng)計算強度也滿足要求，故從略）2.3變速箱軸、軸承等零件的設計計算2.3.1軸的設計2.3.1.1軸的功用及設計要求變速器軸在工作時承受轉矩、彎矩，因此應具備足夠的強度和剛度。軸的剛度不足，在負荷作用下，軸會產(chǎn)生過大的變形，影響齒輪的正常嚙合，產(chǎn)生過大的噪聲，并會降低齒輪的使用壽命。設計變速器軸時主要考慮以下幾個問題：軸的結構形狀、軸的直徑、長度、軸的強度和剛度、軸上花鍵型式和尺寸等。軸的設計主要依據(jù)變速器結構布置的要求，并考慮加工工藝、裝配工藝而最后確定。軸尺寸初選在變速器結構方案確定以后，變速器軸的長度可以初步確定。軸的長度對軸的剛度影響很大，為滿足剛度要求，軸的長度須和直徑保持一定的協(xié)調(diào)關系。軸的直徑d與支承長度l之間關系可按下式選取：第一軸及中間軸：0.16～0.18第二軸：0.18～0.21(3-1)軸直徑與軸傳遞轉矩有關，因而與變速器中心距有一定關系，可按以下公式出選軸直徑：中間軸式變速器的第二軸和中間軸最大軸徑：d=（0.4～0.5）A（mm）（3-2）第一軸花鍵部分直徑d可按下式初選：d=（4.0～4.6）（3-4）兩式中：A——變速器中心距mm；Memax——發(fā)動機最大轉矩N·m軸的結構形狀軸的結構形狀應保證齒輪、同步器及軸承等的安裝、固定，并與工藝要求有密切關系。大多數(shù)汽車變速器為三軸式，第一軸通常與齒輪做成一體，前端支承其軸徑根據(jù)前軸承內(nèi)徑確定，第一軸的長度根據(jù)離合器總成軸向尺寸確定，確定第一軸后軸徑時，希望軸承外徑比第一軸上長嚙合齒圈外徑大，以便于裝拆第一軸。第二軸安裝同步器齒轂的花鍵采用漸開線花鍵，固定連接的精度要求比矩形花鍵低，定位性能好，承載能力大，花鍵齒短，其小徑相應中等大，可提高軸的剛度。第二軸制成階梯式，便于齒輪安裝，從受力和合理使用材料看，這也是需要的。各截面尺寸要避免相差懸殊，軸上工磨削用的越程槽易產(chǎn)生應力集中，造成軸折斷。各檔齒輪常用彈性擋圈軸向定位，但不能傳遞過大軸向力，只能適用于輕形汽車變速器。另外設計變速器軸時，力求減小軸向尺寸。軸的強度、剛度計算計算軸的強度、剛度及選擇軸承都要首先分析軸的受力及各支承反力。不同檔位時軸所受的力矩及支承反力是不同的，須分別計算。齒輪上的作用力可視為作用在有效齒面寬中點，軸承上支反力作用點可查表：軸承反力作用點示意圖。求支承反力先從第二軸然后依次計算中間軸、第一軸。根據(jù)軸的受力情況畫出軸的彎矩圖和轉矩圖，再確定軸的危險截面，從而可對軸進行強度和剛度的校核。求出各檔位的各支承反力，可計算軸的各截面的彎曲力矩：Mω=px（3-5）式中：x——支承中心至計算斷面距離。畫出軸的彎矩圖，確定危險斷面，取危險斷面處合成彎矩和轉矩最大值，計算彎曲應力和扭轉應力及合成應力。彎曲應力：σw=（3-6）扭轉應力：Υn=（3-7）合成應力：σ=（3-8）式中：Ww——軸截面抗彎截面模量；Wn——軸截面抗扭截面模量。對圓截面：（3-9）花鍵軸按小徑計算，當發(fā)動機以最大轉矩計算軸的強度時，其安全系數(shù)在5～10范圍內(nèi)，第一軸取上限，中間軸和第二軸取下限。經(jīng)過計算所畫軸的受力圖、彎矩圖、轉矩圖分別繪制如下：圖2軸轉矩圖變速器軸的剛度用軸的撓度和轉角來評價，剛度對齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和軸在水平面內(nèi)的轉角，可分別按材料力學有關公式計算?？倱隙龋海?-10）變速器軸與齒輪及其它傳遞轉矩的部件一般都通過鍵和花鍵連接，可根據(jù)初選的軸頸按花鍵的工作條件及花鍵標準選取確?；ㄦI擠壓應力滿足強度要求。2.3.2承的選擇與計算變速器軸承多采用滾動軸承，通常根據(jù)結構選定，再驗算其壽命。此處三根軸均用圓錐滾柱軸承，和其它軸承相比，有如下優(yōu)點：直徑較小容量大可承受較高負荷；可確保軸承的可靠性，使用壽命長；錐角和配合選擇合適，可提高軸和齒輪的剛度，降低齒輪噪聲減少自動脫檔的可能；一般將變速器殼體設計成沿縱向片面分開或沿中心線所在平面水平分開，可使裝拆和調(diào)整軸承方便。經(jīng)過分析查表變速箱用滾動軸承中的深溝球軸承605、606、610等型號。2.4同步器設計普通齒輪變速器中無論采用滑動直齒輪換檔還是采用嚙合套換檔，都存在換檔沖擊問題，目前所用的同步器均采用摩擦原理，即在工作表面產(chǎn)生摩擦力矩克服被嚙合件的慣性力矩使之升降速以在最短時間內(nèi)達到同步狀態(tài)。由于此次設計對同步器的設計不做過多要求，故此處只簡述之。致謝本篇論文在撰寫過程中得到了許偉老師的悉心指導，在眾多老師和同學的鼎立相助下我順利完成了畢業(yè)設計，更深刻地了解CAD、熟練使用AUTOCAD進行制圖，也體會到團隊合作的重要性。在此，謹向所有關心、幫助和督促過我的老師、同學們表示誠摯的感謝。參考文獻[1]邱宣懷主編機械設計第四版高等教育出版社1997[2]羅圣國等主編機械設計課程設計指導書第二版高等教育出版社1990[3]羅圣國等機械設計課程設計圖冊第三版高等教育出版社1989[4]吳宗澤主編機械設計課程設計手冊高等教育出版社1999[5]許洪基主編現(xiàn)代機械傳動手冊機械工業(yè)出版社1995[6]徐灝主編機械設計手冊4第二版機械工業(yè)出版社2000[7]吉林工業(yè)大學汽車教研室汽車設計機械工業(yè)出版社1981[8]龔微寒主編汽車現(xiàn)代設計制造人民交通出版社1999[9]KACHMANSD．ActernativeMeasuresofAccuracyinPlantSpacingforPlantersUsingSingleSeedMetering．TranslationoftheASAE，1995,38(2):371—375[10]Koningdeetal.,1994C.T.J.Koningde,L.SpeelmanandH.C.P.Vriesde,Sizegradingofpotatoes:developmentofanewcharacteristicparameter,JournalofAgriculturalEngineeringResearch1994，57:119–128[11]Taoetal.,1995Y.Tao,C.T.Morrow,P.H.HeinemannandH.J.S.Ill,Fourierbasedseparationtechniqueforshapegradingofpotatoesusingmachinevision,TransactionsoftheASAE1995，38:949–957.rTitlethedesignofthethree-wheeledcartgearboxfortheagricultureusesAbstractIncarspreadmovedepartment,thegearboxisusedtochangetolaunchthemachinespreadstodrivearoundascendsofturnthejuwithturnsoon,thepurposeworkswithinthescopeoforiginallystart,climbthepoandmakeaturn,acceleratesetc.Everykindofdriveworkthingsdescendmakecaracquireleadthedintdifferentlywithspeed,makelaunchthemachineatthesametimeinthemostbeneficialworkthings.Primarilyfrombecometospreadtomovetheorganizationsoonwithmanipulatetheorganizationconstitute,inrec