汽车变速器性能试验台的设计【7张CAD图纸+PDF图】
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毕业论文指导教师评分表学生姓名袁 搏院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-7班指导教师姓名纪峻岭职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车变速器性能试验台的设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况;题目难易度102题目工作量;选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力;综合运用知识能力154研究方案的设计能力;研究方法和手段的运用能力;外文应用能力255文题相符程度;写作水平156写作规范性;篇幅;成果的理论或实际价值;创新性157科学素养、学习态度、纪律表现;毕业论文进度10得 分 X= 评 语:(参照上述评价项目给出评语,注意反映该论文的特点)工作态度: 好 较好 一般 较差 很差研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(研究方案、研究方法、正确性):好 较好 一般 较差 很差其他: 指导教师签字: 年 月 日毕业设计指导教师评分表学生姓名袁 搏院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-7班指导教师姓名纪峻岭职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车变速器性能试验台的设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况;题目难易度102题目工作量;题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力(设计涉及学科范围,内容深广度及问题难易度);应用文献资料能力154设计(实验)能力;计算能力(数据运算与处理能力);外文应用能力205计算机应用能力;对实验结果的分析能力(或综合分析能力、技术经济分析能力)106插图(图纸)质量;设计说明书撰写水平;设计的实用性与科学性;创新性207设计规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)58科学素养、学习态度、纪律表现;毕业论文进度10得 分 X= 评 语:(参照上述评价项目给出评语,注意反映该论文的特点)工作态度: 好 较好 一般 较差 很差研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性: 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(设计方案、设计方法、正确性)好 较好 一般 较差 很差其他: 指导教师签字: 年 月 日 毕业论文评阅人评分表学生姓名袁 搏专业班级车辆工程07-7班指导教师姓名纪峻岭职称副教授题目汽车变速器性能试验台的设计评阅组或预答辩组成员姓名藏杰、朱荣福、纪峻岭、鲍宇、孙远涛出席人数5序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况;题目难易度152题目工作量;选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力;综合运用知识能力204研究方案的设计能力;研究方法和手段的运用能力;外文应用能力255文题相符程度;写作水平156写作规范性;篇幅;成果的理论或实际价值;创新性15得 分 Y= 评 语:(参照上述评价项目给出评语,注意反映该论文的特点)回答问题: 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(研究方案、研究方法、正确性):好 较好 一般 较差 很差其他: 评阅人或预答辩组长签字: 年 月 日注:毕业设计(论文)评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。 毕业设计评阅人评分表学生姓名袁 搏专业班级车辆工程07-7班指导教师姓名纪峻岭职称副教授题目汽车变速器性能试验台的设计评阅组或预答辩组成员姓名藏杰、朱荣福、纪峻岭、鲍宇、孙远涛出席人数5序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况;题目难易度102题目工作量;题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力(设计涉及学科范围,内容深广度及问题难易度);应用文献资料能力154设计(实验)能力;计算能力(数据运算与处理能力);外文应用能力255计算机应用能力;对实验结果的分析能力(或综合分析能力、技术经济分析能力)156插图(图纸)质量;设计说明书撰写水平;设计的实用性与科学性;创新性207设计规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)5得 分 Y= 评 语:(参照上述评价项目给出评语,注意反映该论文的特点)回答问题: 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性: 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(设计方案、设计方法、正确性)好 较好 一般 较差 很差其他: 评阅人或预答辩组长签字: 年 月 日注:毕业设计(论文)评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业论文答辩评分表学生姓名袁 搏专业班级车辆工程07-7班指导教师纪峻岭职 称副教授题目汽车变速器性能试验台的设计答辩时间月 日 时答辩组成员姓名出席人数序号评 审 指 标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况,题目难易度、工作量、理论意义或价值102研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力、综合运用知识的能力、应用文献资料和外文的能力203论文撰写水平、文题相符程度、写作规范化程度、篇幅、成果的理论或实际价值、创新性154毕业论文答辩准备情况55毕业论文自述情况206毕业论文答辩回答问题情况30总 分 Z= 答辩过程记录、评语:自述思路与表达能力:好 较好 一般 较差 很差回答问题: 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(研究方案、研究方法、正确性):好 较好 一般 较差 很差其他: 答辩组长签字: 年 月 日毕业设计答辩评分表学生姓名袁 搏专业班级车辆工程07-7班指导教师纪峻岭职 称副教授题目汽车变速器性能试验台的设计答辩时间月 日 时答辩组成员姓名藏杰、朱荣福、纪峻岭、鲍宇、孙远涛出席人数5序号评 审 指 标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度,综合训练情况,题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计(实验)能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量,设计的规范化程度(设计栏目齐全合理、SI制的使用等)、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总 分 Z= 答辩过程记录、评语:自述思路与表达能力:好 较好 一般 较差 很差回答问题: 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力:强 较强 一般 较弱 很弱工作量: 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性: 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性: 好 较好 一般 较差 很差成果质量(设计方案、设计方法、正确性)好 较好 一般 较差 很差其他: 答辩组长签字: 年 月 日毕业设计(论文)成绩评定表学生姓名袁 搏性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级07-7班设计(论文)题目汽车变速器性能试验台的设计平时成绩评分(开题、中检、出勤)指导教师姓名纪峻岭职称副教授指导教师评分(X)评阅教师姓名职称评阅教师评分(Y)答辩组组长职称答辩组评分(Z)毕业设计(论文)成绩百分制五级分制答辩委员会评语:答辩委员会主任签字(盖章): 院系公章: 年 月 日注:1、平时成绩(开题、中检、出勤)评分按十分制填写,指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写,毕业设计(论文)成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计(论文)选题质量、能力水平、设计(论文)水平、设计(论文)撰写质量、学生在毕业设计(论文)实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计(论文)推荐表题 目汽车变速器性能试验台的设计类别毕业设计学生姓名袁 搏院(系)、专业、班级汽车与交通工程学院车辆工程07-7班指导教师纪峻岭职 称副教授设计成果明细:答辩委员会评语:答辩委员会主任签字(盖章): 院、系公章: 年 月 日备 注: 注:“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它SY-025-BY-2毕业设计(论文)任务书学生姓名袁 搏 系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-7班指导教师姓 名纪峻岭职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车变速器性能试验台的设计一、 设计(论文)目的、意义1、 设计目的汽车变速器是汽车上的重要部件,其设计的合理性关系到整车的性能。因此其设计成果必须通过实验进行检验。汽车变速器性能试验台可以完成变速器机械效率、疲劳寿命和刚度等性能指标的测试。设计的主要内容包括总体结构设计、传动机构设计和驱动机电的选择等。闭式汽车变速器性能试验台,是应用了闭式功率流的原理,使设计的变速器性能试验台具有节能、操纵方便的特点。即达到节约能源、减小试验人员劳动强度的目的。2、 设计意义变速器性能试验台可以用于进行产品定型试验,完成国家标准规定的试验项目,且与传统汽车变速器性能试验台相比,能充分利用循环功率,具有节约试验中的能源消耗、操控方便等意义。变速器设计的关键是结构设计和各零件材料的选择。通过试验,验证变速器结构形式和材料的选择的可靠性,另一方面也可以及早发现是否由于过设计而成为造成车辆超载的隐患。二、设计内容、研究方法1、设计内容完成变速器性能闭式试验台的传动机构设计。根本机械变速器汽车的结构特点和行驶条件,拟定试验台的基本技术参数,完成变速器性能闭式试验台的传动机构设计。设计的主要内容包括总体结构设计、传动部件设计和驱动电机的选择等。2、 设计方法1) 在调研及查阅资料的基础上,合理确定必要的车辆技术参数作为设计的依据。主要包括试验台满足的测试范围变速器的基本性能指标等;2) 合理选择电动机的类型和参数3) 完成变速器试验台传动机构的总布置设计,要求结构合理;4) 完成动力传递路线设计,要求传递参数综合考虑各因素并经多次反复验算后确定;5) 总结构设计和零件设计满足机械设计的要求,做必要的力学方面的校核;6) 设计结果要充分应用闭式功率流的原理。三、设计完成后应提交的成果1、设计说明书一份要求:内容完整、数据详实、应用性强。2、图纸部分 图纸量折合成0号图纸2张以上要求:包括总成图和零件图各若干张,结构表达清楚,材料选择合理。四、设计(论文)进度安排(1)调研、收集资料、撰写开题报告书和文献综述 第1-2周(2月28日-3月11日) (2)确定设计参数,选择电动机并确定传动系参数 第 3-4周(3月14日-3月25日) (3)确定设计方案,完成总布置初步设计 第5-6周(3月28日-4月8日) (4)进行齿轮转动箱体设计 第7周(4月11日-4月15日)(5)绘制总体图 第8-10周(4月18日-5月6日)(6)绘制零件图 第11-13周(5月9日-5月27日)(7)撰写设计说明书 第14周(5月30日-6月3日) (8)毕业设计审核、修改 第15-16周(6月6日-6月17日)(9)毕业设计答辩准备及答辩 第17周(6月20日-6月24日)五、主要参考资料1 刘惟信 . 汽车设计 . 清华大学出版社2 陈家瑞 . 汽车构造 ,机械工业出版社 3 王国林 . 汽车底盘构造及维修 ,高等教育出版社 4 齐晓杰 . 汽车液压、液力与气压传动技术,化学工业出版社5 王世刚 . 机械设计 . 哈尔滨工程大学出版社6 戴枝荣 . 工程材料 . 高等教育出版社7 王宝玺 . 汽车拖拉机制造工艺学,机械工业出版社8 赵桂芝 . 汽车试验学 . 吉林大学出版社9 王望予 . 汽车设计,机械工业出版社 10 中国汽车工程学会 . 汽车工程手册 . 试验篇六、备注指导教师签字:年 月 日教研室主任签字: 年 月 日毕业设计(论文)开题报告设计(论文)题目:汽车变速器性能试验台的设计院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程07-7班 学 生 姓 名: 袁 搏 导 师 姓 名: 纪峻岭 开 题 时 间: 2011年3月11日 指导委员会审查意见: 签字: 年 月 日毕业设计(论文)开题报告学生姓名袁 搏系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-7班指导教师姓名纪峻岭职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车变速器性能试验台的设计一、课题研究现状、选题目的和意义 1、课题研究现状(1)国外的研究现状目前,国外变速器台架测试技术已经比较成熟,可以对变速器的一些特性进行检测,如空载或有负荷情况下的加速及减速换挡特性,1、2、3、4前进挡、倒挡的滑差测定,各种工况下的各种油压等。这些设备技术含量高、测试精度高,但购置费用较高,只有一些经济发达地区的个别大型维修部门从国外厂家购买了试验台,但仅仅几台试验台远远满足不了我国各地众多轿车维修单位的需要。 目前我国北京四惠汽车修理公司、广东花都汽车修理公司及广西南宁富缘汽车修理有限公司引进了英国公司开发的用于汽车维修行业使用的自动变速器试验台,该试验台能对自动变速器进行动态模拟测试,检测的技术指标包括在不同负荷的控制油压、输入、输出转速、冷却流量、离合器、制动器是否打滑等指标。该机的作用主要在两个方面:其一在自动变速器维修前对自动变速器进行诊断、分析,对以后的维修提供数据;其二为维修后出厂的自动变速器作性能检测,以保证维修后的出厂质量。其结构可分为自动变速器试验台台架、模拟加载装置、动力供应部分、连接附件、控制台等五个部分组成。ATPUK-300型动力装置为73kw的调频电机作为动力输入,ATP-CN-200型采用一个排量为4L的发动机作为动力输入装置,采用仪表显示,独立控制,其连接设计了快速连接机构,能对数十种自动变速器进行快速连接其模拟负载装置采用了风冷的电涡流测功机。此设备设计较先进,可以试验多种型号的自动变速器,应用范围较广,特别是快速连接机构值得借鉴,但是设备价格较昂贵,只有在较大的修理企业且在北京、广东等自动变速器维修量较大的地方才能考虑购买,一般汽车修理企业在产品的价格上较难接受。 (2)国内的研究现状目前,汽车变速器检测已获得很大发展,但在许多汽车变速器制造和检修企业,尤其是一些小型企业仍采用传统测试方法。在国内的机车检修设备使用单位中,大多数的汽车变速器试验台仍属于触点控制的非标准设备,采用手工调节,人工读表,人工数据处理等。这种传统方法工作效率低、劳动强度大,而且要求测试人员工作时精力高度集中并具有丰富的试验经验,即使这样,测试精度也往往难以保证。由于其数字化程度低、试验操作繁琐、安全系数低、故障率高,报表可信度低,且难以建立完备的机车检修数据信息库,所以成为制约检修生产信息化和数字化的瓶颈。部分国内厂家已经开始了该试验台的研制并取得了一些成绩,但由于技术力量不足,所开发的试验台技术含量、自动化程度较低,有些项目的测试只能用手动操作,谁确率较低,而且检测项目较少,与国外的产品相比缺乏竞争力,无法替代进口产品。研制的设备要具有集成化、数字化和智能化的特点,保证测试精度高、重复性好,同时要求简单可靠、成本低。目前,能够满足上述要求,同时具有手动和自动控制方式,汽车变速器测试的设备并不多见。随着我国汽车保有量的迅速增长,促进了汽车检测维修设备企业的发展,并开始开发研制具有一定水平的检测维修设备。但是由于装备自动变速器的汽车是近几年才大量进入我国,自动变速器检修设备一直处于较低水平,目前国内市场上仅有山西省汽车保修机具供应站生产一种称作“中国首台自动变速器维修专用试验台的一型自动变速器试验台,该试验台在实验时不装液力变矩器,即不能试验液力变矩器的性能,由于不试验液力变矩器所以该设备结构简单,成本低,售价相对较低该设备采用液压马达进行动力输入,输入额定转矩为200Nm,输入转矩较小,不能满足大排量汽车自动变速器对自动变速器的检修试验的要求,由于在实验时不装液力变矩器,所以靠试验台提供自动变速器系统油压,这样不能完全模拟实际使用工况,但是可以拆除油底壳进行试验,当阀体漏油时可以一目了然的看到设计的一型电磁阀测试仪可以对种以上车辆的自动变速器进行换挡控制,可以用于试验台检测时使用,也可单独就车路试,此设备值得借鉴。2、课题研究的目的和意义随着社会的发展,汽车已经进入了千家万户,成为人们出行的很便利的交通工具。使人们的出行不再麻烦,使人们相当依赖的交通工具。而变速器作为汽车的一部分,控制着汽车行驶时在各种路况时的车速,可以说变速器的性能直接作为这辆汽车好坏的评价汽车。工业的百年历史中,肯定没有任何一个时代的变速器技术能比得上今天那么深入民心和丰富多彩,我们也几乎能断言,在下一个百年,变速器技术对人们购车的影响肯定也比不上我们这个时代,因此我们研究汽车变速器性能的试验是十分必要的。汽车变速器是汽车传动系统的重要组成部分,其性能的优劣直接影响到传动系统的性能,关系到整车的质量。因此必须进行疲劳寿命试验用来测试和分析汽车变速器的耐久性、使用寿命、传动效率等因素的影响,以及验证变速器产品结构设计、制造工艺、材料、负荷、转速、润滑条件等参数的合理性,为产品设计与质量评价提供可靠的科学依据,缩短产品的开发周期和提高产品质量。研制自动控制的汽车变速器试验台,实现对各种汽车变速器例行试验,测试其性能、参数等,以检验变速器是否满足有关技术要求的规定;自动记录相应的试验数据并进行分析处理,最后将数据、特性曲线等试验结果通过报表打印输出。实现汽车变速器测试系统的高精度、速应性、实时性和高抗干扰能力。改变传统的汽车变速器测试方法,大幅度提高工作效率,从而提高汽车变速器检修的速度和质量,降低检修成本,实现检修自动化、数字化、智能化,完成对检修过程的有效记录管理,建立汽车变速器的状态参数数据库,为汽车变速器检修由定期维修向状态维修提供一定的设备基础,提高汽车变速器检修管理水平,从而实现对汽车变速器状态的有效控制,为数字化检修的建设服务。二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题1、设计内容完成变速器性能闭式试验台的传动机构设计。根本机械变速器汽车的结构特点和行驶条件,拟定试验台的基本技术参数,完成变速器性能闭式试验台的传动机构设计。设计的主要内容包括总体结构设计、传动部件设计和驱动电机的选择等。2、拟解决的主要问题(1)进行加载器的结构设计;(2)应用工程软件完成加载器的力学分析。三、技术路线(研究方法)调查、研究并查阅资料确定必要的车辆技术参数包括试验台满足的测试范围变速器的基本性能指标完成变速器试验台的总布置设计总体方案设计电机、传感器的选择传动机构的设计加载装置的设计AutoCAD绘图撰写设计说明书完成毕业设计四、进度安排 (1)调研、收集资料、撰写开题报告书和文献综述 第1-2周(2月28日-3月11日) (2)确定设计参数,选择电动机并确定传动系参数 第 3-4周(3月14日-3月25日) (3)确定设计方案,完成总布置初步设计 第5-6周(3月28日-4月8日) (4)进行齿轮转动箱体设计 第7周(4月11日-4月15日)(5)绘制总体图 第8-10周(4月18日-5月6日)(6)绘制零件图 第11-13周(5月9日-5月27日)(7)撰写设计说明书 第14周(5月30日-6月3日) (8)毕业设计审核、修改 第15-16周(6月6日-6月17日)(9)毕业设计答辩准备及答辩 第17周(6月20日-6月24日)五、参考文献1 刘惟信 . 汽车设计M.北京:清华大学出版社,2001.2 陈家瑞 . 汽车构造M.北京:人民交通出版社,2001. 3 马秋生 . 机械设计基础M.北京:机械工业出版社,2005.4 齐晓杰 . 汽车液压、液力与气压传动技术M,化学工业出版社,2004.125 付百学 . 汽车试验技术M.北京理工大学出版社,2007.6 侯俊,邓楚南 . 汽车自动变速器试验台设计与研究J,北京汽车,2006.7 王宝玺 . 汽车拖拉机制造工艺学M,机械工业出版社,2005.8 王望予 . 汽车设计M.北京:机械工业出版社,2004.9 苗鸿宾,乔峰丽,程志刚 . 汽车变速器综合试验台的研制J.机械制造,2004.10侯俊,邓楚南 . 汽车自动变速器试验台设计与研究J.北京汽车,2006.11杨志强,俞建祥 . 交流变频器在汽车变速器电封闭试验台中的应用J.汽车研究与开发,2003.12冯瑞,赵秀栩 . 基于电液比例技术的汽车变速器试验台加载系统J.汽车制造技术,2006.13 苗鸿宾,乔峰丽,程志刚 . 汽车变速器综合试验台的研制J.机械制造,2004.14Friedrich Ehrlinger . 汽车变速器传动系统综合分析 J. 制造技术与机床, 2007,(9).15谭罡风等 . 汽车传动系统试验台加载系统研究J北京汽车,2006,01.16Domian,Grumbach.Passenger car transmissions today and in the future;ATZ, Germany,2006.17Leitermann.Modern manual transmissions innovative solutions for a mature technology.VDI Berichte Nr.1943,2006(Germany).六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日SY-025-BY-5毕业设计(论文)中期检查表填表日期2011年4月18日迄今已进行 7 周剩余 10 周学生姓名袁搏系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-7班指导教师姓名纪峻岭职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称学生填写毕业设计(论文)工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、 设计主要参数的确定2、 确定设计方案,完成传动机构总布置设计3、 变速机构的设计及计算4、 与其相关部分元件的选取5、 绘制出总传动机构布置草图及变速机构草图1、 加载器的设计与计算2、 传感器及单向离合器的选择存在问题及努力方向 经过近一段时间的学习,发现自己在课本知识方面存在很多问题与不足,在有关设计方面有许多知识点不是很清晰,在今后剩余的设计时间当中我要努力的克服自身的不足,多掌握一些知识,来完成好未完成的设计。学生签字: 指导教师意 见 指导教师签字: 年 月 日教研室意 见教研室主任签字: 年 月 日本科学生毕业设计 汽车变速器性能试验台的设计 院系名称: 汽车与交通工程学院 专业班级: 车辆工程 B07-7 班 学生姓名: 袁搏 指导教师: 纪峻岭 职 称: 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree Design Of Auto Transmission Performance Test Bench Candidate:Yuan Bo Specialty:Vehicle Engineering Class:B07-7 Supervisor:Associate Prof. Ji Junling Heilongjiang Institute of Technology 2011-06Harbin 黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 汽车变速器是汽车底盘的主要部件,换挡频繁,磨损严重,是汽车早期损坏的主 要部件之一。利用变速器性能试验台研究它的各项使用性能,对节省材料,降低成本, 缩短研发周期,提高变速器的性能、使用寿命和工作效率,都是非常必要和重要的, 而闭式变速器试验台具有节约能源的特点,对于降低试验成本有着十分重要的意义。 文中阐述了变速器性能闭式试验台的布置结构和工作原理,在确定了设计方案的 基础上完成了试验台传动机构的设计,并对设计的结构进行了布置合理性分析和力学 刚度、强度的校核,使得此试验台能够完成如变速器效率试验、磨合试验、齿轮磨损 试验,并根据所设计的各部分详细参数,利用软件 AUTOCAD 绘制了试验台中传动 机构的整体装配图和传动机构的各部分零件图。 关键词:汽车变速器;试验台;闭式;传动机构;结构设计;分析 黑龙江工程学院本科生毕业设计 II ABSTRACT The trasmission is the most important component on the chassis,shifting frequent and wearing serious,its one of the main components early damage to the car.Use the test bench to test the trasmission on its various properties is very important and necessary for saving material,redcing cost, shorting the development cycle, improving the transmissions life and working efficiency.And the closed test bench has the advantages of saving energy and controling convenient.Its very important for saving the cost. This text expounded in the transmissions structure of layout and the working principle, I have a detailed transmit agencies design on the base of the design programmes determined,then I analysis the designs reasonable and check the mechanical stiffness and strength,makes this test bench to complete such as the transmission efficiency testing, running-testing, gear wearing testing, and in accordance with the detailed design parameters of various parts, using a pilot mapping software AUTOCAD map the transmit agencies assembly and some parts of the it. Key Words:Automobile trasmission;Test bench;Closed;Transmit agencies;Structure design; Analysis 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 .I Abstract .II 第 1 章 绪论 .1 1.1 课题的来源和意义 .1 1.2 汽车试验装置的发展概况 .1 1.3 汽车变速器性能试验台国内外发展概况 .2 1.4 本课题的研究内容及主要工作 .3 第 2 章 传动系统的总体设计 .4 2.1 设计方案论证 .4 2.1.1 常见的机械式变速器损坏形式 .4 2.1.2 闭式试验台与开式试验台比较 .5 2.2 传动系统的工作原理 .9 2.3 驱动电机的选择 .10 2.3.1 工作条件 .10 2.3.2 选择电动机的类型 .10 2.4 传感器型号的选择 .11 2.5 本章小结 .11 第 3 章 变速机构的设计 .12 3.1 齿轮的设计与校核 .12 3.1.1 选择齿轮材料及精度等级 .12 3.1.2 确定设计准则 .12 3.1.3 按齿面接触疲劳强度设计 .12 3.1.4 主要尺寸计算 .14 3.1.5 按齿根弯曲疲劳强度校核 .14 3.1.6 验算齿轮的圆周速度 .15 3.1.7 几何尺寸计算 .15 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3.2 箱体结构尺寸的计算 .15 3.3 传动机构的设计 .17 3.3.1 小齿轮轴的设计与校核 .17 3.3.2 大齿轮轴的设计与校核 .21 3.3.3 联轴器型号的选择 .25 3.3.4 键的选择与校核 .26 3.4 轴承型号的选择与校核 .27 3.4.1 小轴上轴承型号的选择与校核 .27 3.4.2 大轴上轴承型号的选择与校核 .29 3.4.3 轴承的润滑与密封 .30 3.4.4 轴组件轴向固定方式的确定 .31 3.5 轴承端盖 .33 3.5.1 小轴上轴承端盖 .33 3.5.2 大轴上轴承端盖 .33 3.6 套筒 .34 3.7 杆式油标 .34 3.8 本章小结 .34 第 4 章 加载器的设计 .36 4.1 加载方法的比较与选择 .36 4.2 蜗杆传动的特点与设计 .38 4.2.1 蜗杆传动的特点 .38 4.2.2 蜗杆传动的设计 .38 4.3 轴的结构设计 .42 4.3.1 蜗轮轴的设计 .42 4.3.2 蜗杆轴的设计 .47 4.3.3 联轴器型号的选择 .51 4.3.4 键的选择与校核 .51 4.4 加载器箱体的设计 .52 4.5 轴承型号的选择与校核 .53 4.5.1 蜗轮轴上轴承型号的选择与校核 .53 4.5.2 蜗杆轴上轴承型号的选择与校核 .55 4.5.3 轴承组合设计 .58 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4.6 轴承端盖尺寸 .59 4.6.1 蜗轮轴上轴承端盖尺寸 .59 4.6.2 蜗杆轴上轴承端盖尺寸 .59 4.7 本章小结 .60 第 5 章 传动轴的设计 .61 5.1 单向离合器型号的选择 .61 5.2 单向离合器处轴 段的设计与校核 .62 5.3 变速器间轴段的设计与校核 .64 5.4 本章小结 .65 结论 .66 参考文献 .67 致谢 .69 附录 .70 附录 A 英文文献 .70 附录 B 中文翻译 .72 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题的来源和意义 我国汽车行业在全世界来说应该属于那种旭日东升,蓬勃发展的一种类型。由于 众所周知的原因,我国的汽车工业虽起步于上世纪 50 年代,但却踯躅于 60 年代,徘 徊在 70 年代,直到改革开放我国政府提出把汽车工业作为支柱性产业重点发展,才 开始快速发展。正是由于这些曲折和波折,使我国汽车业的设计、制造、应用等各领 域的技术水平均大幅落后于其他发达国家,汽车试验领域也是没有例外。 改革开放以来,受政策的支持和资金的扶持,以及各厂家和相关单位及院校的共 同努力,我国的汽车工业大踏步向前发展,取得了不小的进步,我国的汽车产量在 2003 年已经跃居世界第 5 位,我国的技术水平也相应取得了飞速的发展,我国汽车 的大量出口已指日可待。作为汽车技术一部分的汽车试验领域也取得了一些显著成果。 由于一直紧跟国外先进汽车的试验研究方法,从理论上也达到了较高的水平,基本上 达到了世界的平均水平,但是受到技术和成本的限制,尚未普遍应用于科研、教学和 生产部门。 汽车零部件试验在汽车设计和制造领域占据重要的地位,因此试验台的种类也很 多,有的结构简单,但耗费较高,有的现代化程度高,适合规模大、效益高的大型试 验部门使用,但造价昂贵。而一些小型科研单位以及高等院校受资金、场地、人员、 环境等的影响,不可能采用上述那些要求较高的试验台。本课题在于研究一种经济实 用而且经久耐用,便于操作,占地较小,适合于室内安装的试验台,以供那些条件有 限的单位使用。 汽车变速器是汽车构造上的一个结构复杂、使用条件复杂、可靠性要求高的重要 部件,因此从产品开发到生产直至使用都要对其进行大量的试验,以确定其各种性能 参数,为汽车的生产、销售以及维修单位和汽车的使用者提供可靠的参考,防止出现 重大的事故。在此领域各国都在潜心研究,以不断提高试验的准确性,从而提供更可 靠的试验数据,为社会服务。 1.2 汽车试验装置的发展概况 十九世纪下半叶,德国的戴姆勒-奔驰公司、法国的标致公司、美国的福特公司、 意大利的菲亚特公司等先后生产出了第一辆汽车。随着科学技术的发展,汽车结构不 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 断完善,汽车性能也不断提高。由于汽车工业与其他工业、农业、国防和人民的日常 生活密切相关,汽车质量引起人们的广泛重视。二十世纪初期,美国人亨利福特创 立了流水线作业的生产形式,使生产效率大幅提高,生产成本下降,使用范围急剧扩 大,汽车的可靠性、寿命和性能方面的问题突出出来,要求开展试验研究工作。 汽车试验的发展历史经历了大致如下三个阶段: 第一个阶段从十九世纪末叶到第二次世界大战结束,是汽车试验的逐步建立,主 要包括基本试验台的建立,基本试验规范和标准的形成; 第二个阶段从第二次世界大战结束到上世纪七十年代,由于相邻工业的发展,相 邻学科的发展和渗透,使汽车试验理论、试验设备、试验标准和规范有了长足的发展 和进步; 第三个阶段的主要标志是电子计算机在汽车试验中的应用和标准法规的完善。 1.3 汽车变速器性能试验台国内外发展概况 汽车变速器是汽车构造上的一个结构复杂、使用条件复杂、可靠性要求高的重 要部件,因此从产品开发到生产到使用都要对其进行大量的试验。目前,传统的汽车 变速器试验台的形式主要有以下几种: 1.开式功率流变速器试验台 常见的开式功率流汽车传动系零部件试验台由驱动装置、加载装置、测量装置、 被试装置等四部分组成,如图 1.1 所示。 图 1.1 开式功率流变速器试验台 它的特点是:结构简单,试验方法简单,通用性好,但是由于需采用原动机作为 驱动电机来驱动,造价高,耗电量大,尤其是做耗时较长的疲劳寿命试验时,更是如 此。目前它适用于科研、教学和小型生产厂,例如吉林大学汽车试验室、哈尔滨齿轮 厂研发部等。 2.闭式功率流变速器试验台 机械封闭式试验台,是目前为止国内汽车变速器驱动桥齿轮试验中应用最多的试 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 验台。 它的特点是:结构复杂,操作较复杂,控制繁琐,通用性差,但是功耗少、投资 省,适用于变速器性能试验。 1.4 本课题的研究内容及主要工作 利用机械闭式功率流原理,设计一套变速器机械效率、刚度、疲劳强度和润滑测 试装置的传动机构,要求设计并研究可靠的传动系统的结构。由于封闭式功率流试验 台只需在事先给系统加载的情况下,选择小的测功机(仅提供封闭系统消耗的机械损 失功率) ,即可完成机械效率的测定以及用时较长的疲劳寿命和润滑等的试验,具有 功耗少、投资省、耗电少的特点,而且变速器的机械效率高、功率损失小,因此,本 课题将对这种试验台的传动系统部分进行研究。 在这部分里主要完成传动机构的设计(包括升速器、传动轴和锁止装置的设计、 加载器的设计)以及电动机及传感器、单向离合器的选型。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2 章 传动系统的总体设计 2.1 设计方案论证 本次设计的题目是汽车变速器性能闭式试验台的设计,是在目前现有的开式试验 台的基础上进行的一次改进性设计。 2.1.1 常见的机械式变速器损坏形式 1.外壳 变速器外壳的主要损坏形式是壳体开裂。损坏原因是其强度不够或存在铸造缺陷, 在齿轮径向分力的作用下开裂。也常出现因变速器内的金属块(如断齿、轴承碎块等) 挤压进齿轮啮合处而将壳体胀裂的情况。 2.齿轮 变速器齿轮的损坏形式主要有以下几种: (1)轮齿折断 轮齿折断是指齿轮的一个或多个齿的整体或其局部的折断,轮齿折断通常有疲劳 折断和过载折断两种。 (2)齿面点蚀 轮齿进入啮合时,轮齿齿面接触处在法向力的作用下将产生很大的接触应力,脱 离啮合后接触应力即消失。对齿廓工作面上某一固定点来说,它受到的是近似于脉动 变化的接触应力。如果接触应力超过了轮齿材料的接触疲劳极限时,齿面上出现不规 则的细微的疲劳裂纹,随着裂纹的蔓延、扩展而导致齿面表层上的金属微粒剥落,形 成麻点状的凹坑,这种现象称为齿面疲劳点蚀。点蚀发生后,破坏了齿轮的正常工作, 引起振动和噪声。 实践表明,由于轮齿在节线附近啮合时,同时啮合的齿对数少,且轮齿间相对滑 动速度小,润滑油膜不易形成,所以点蚀首先出现在靠近节线的齿根表面上。 一般闭式传动中软齿面易发生点蚀失效,设计时就应保证齿面有足够的接触强度。 (3)齿面胶合 在高速重载的齿轮传动中,由于齿面间的压力较大,相对滑动速度较高,因而发 热量大,使啮合区温度升高、油膜破裂而引起润滑失效,相啮合两个齿面的局部金属 直接接触并在瞬间互相粘连。当两齿面相对转动时,较软齿面上的金属从表面被撕落 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 下来,而在齿面上沿滑动方向出现条状伤痕,这种现象称为齿面胶合。 在低速重载的传动中,由于齿面间压力大,因而不易形成油膜,也会出现胶合。 (4)齿面磨损 齿面磨损是齿轮在啮合传动过程中,轮齿接触表面上的材料摩擦损耗的现象。齿 轮的磨损有磨粒磨损和跑合磨损两种。 (5)塑性变形 当轮齿材料较软而载荷较大时,轮齿表面的材料将沿着摩擦力方向发生塑性变形, 导致主动轮齿面节线附近出现凹沟,从动轮齿面节线附近出现凸棱,齿面的正常齿形 被破坏,影响齿轮的正常啮合,这种现象称为齿面塑性变形。这种失效主要出现在低 速、过载严重和起动频繁的齿轮传动中。 3.轴类零件 变速器轴类零件的损坏形式主要有: (1)断裂 (2)花键磨损 因花键磨损而导致轴类零件报废,多见于变速器第一轴与离合器从动盘连接的花 键,主要由于侧键磨损严重而报废。 (3)轴颈剥落 由于变速器第二轴有的部位以轴颈作为轴承内滚道用,直接与滚针接触,所以在 使用过程中易于出现轴颈剥落。 4.轴承 在变速器中,滚动轴承的损坏主要有: (1)滚子、滚道表面剥落(接触疲劳) 。 (2)保持架断裂。 (3)内外圈断裂。 5.同步器 同步器的失效,主要是由于同步环磨损,致使后备行程消失造成的。 2.1.2 闭式试验台与开式试验台比较 1.开式试验台 国内外变速器总成疲劳试验台的形式很多,但就其功率循环的方式而言,都可以 归纳为两大类,即开式试验台和闭式试验台,现分别阐述如下: 开式试验台与闭式试验台相比较而言各有各的优点和缺点,开式试验台的特点是: 由驱动电机输出功率,通过被试变速器和陪试变速器后,即被负载装置(各种测功机) 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 全部吸收并消耗掉,下图为几种方案(图中的几种联接方式都是针对变速器传动效率 试验的,但也可以用来进行变速器总成疲劳试验,只是不需要测量输出扭矩的装置) 。 1.测功机(或驱动电机)2.扭矩测量仪(或传感器)3.被试变速器 4.陪试变速器 5.加载装置(测功机) (a)被试变速器位于传感器中间式(b)传感器位于两变速器间式(c)无传感器式 图 2.1 应用开式试验台测定变速器效率的装置示意图 由图 2.1 可见,开式试验台的机构简单,它主要是由驱动电机、负载装置、被试 变速器和陪试变速器几部分组成: (1)驱动电机 驱动电机多用转速可调的直流电机或电力测功机。 (2)负载装置 负载装置种类很多,常见的有:直流电机或电力测功机(作为负载装置用时是 发电机) 、电涡流测功机、水力测功机 (其负荷调节较为困难,不易稳定,所以在变 速器试验台中这些年已很少使用了)和磁粉加载器。 这种负荷装置是近几年才用于汽车试验领域的,其主要特点是:负荷控制方便、 噪声小、低速加载性能好,但其滑差功率小(大扭矩时允许的转速很低) ,所以只适 用于小吨位车辆变速器疲劳寿命试验。 上述四种负载装置中,目前应用最多的是电涡流测功机和电力测功机。 (3)载荷测定装置 如果应力测功机作为驱动装置,则载荷即可应用测功设备配备的测力装置测量, 若应用其他电机驱动,则多使用扭矩测量仪。 (4)陪试变速器的作用 开式试验台的结构对陪试变速器的要求与机械封闭式变速器试验台不同。在机械 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 封闭式试验台上,陪试变速器的速比一定要与被试变速器相同,而且每次试验时一定 要挂同一挡位。在开式试验台上,陪试变速器实际只起到一般升降速器的作用,为了 满足负载装置的特性要求,而利用它将转速变到一定范围。因此,陪试变速器的速比 可以与被试变速器不同。这一特点显示了如下优越性:可以选用被试变速器承载能力 大得多的变速器做为陪试变速器,使其在试验中根本不会损坏。这样,既可以降低陪 试变速器的损耗,又能减少拆装工作量,缩短试验辅助时间,加快试验进度。这一点 是闭式变速器试验台难以办到的。 因此,开式试验台的优缺点归纳为: 优点:降低陪试变速器的损耗,缩短试验辅助时间,加快试验进度。此外还有结 构简单,控制方便和便于进行变负荷试验等优点。 缺点:试验功率不能循环,能量不能反馈,而是全变为热能散失掉了,所以耗电 量大,不适用于进行大吨位车辆的变速器试验。 2.闭式试验台 所谓闭式是对功率或能量封闭循环而言,按此意义闭式试验台又可分为两类:机 械封闭式和电封闭式。 (1)电封闭式 电封闭式试验台的机械装置与开式试验台相同,但其负载必须是电机或者发电机, 所发电流通过控制系统反馈到驱动电机或输入电网,以便达到能量循环的目的。因此, 电封闭式试验台耗能少,适用于大吨位车辆的变速器试验。 但是,电封闭试验台的缺点是操纵控制系统结构复杂,造价高。 (2)机械封闭式试验台 机械封闭式试验台,是目前为止国内汽车变速器驱动桥齿轮试验中应用最多的试 验台,其结构形式和加载方式有多种方案。介绍如下: 尽管机械封闭式变速器疲劳试验台都是由两个辅助齿轮箱、两个变速器通过传动 轴和联轴器连接而成的,但因其布置方案不同,可以分为如下三种布置方式的机械封 闭式试验台,a 方案是两个变速器并联; b、c 两种方案是两个变速器串联的。 三种方案各有特点,下面对它们一一进行论述: a 方案的特点是:两个辅助齿轮箱的受力情况不同,与变速器第一轴相连的辅助 齿轮箱承受的扭矩小,但转速高。与变速器第二轴连接的辅助齿轮箱承受的扭矩大但 转速低,这种方案的优点是:可以使辅助齿轮箱的速比不等于 1,即让陪试变速器的 扭矩低于被试变速器的扭矩,从而可以大大提高被试变速器的寿命。但因此也会使试 验台的震动和噪声加大,这也是不利的。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 方案 b 和 c 相比较,因为方案 b 是辅助齿轮箱与两个变速器的第一轴相连,所以 受力较小,因而辅助齿轮箱及其内部的零件可以尺寸较小,但是这种方案因为辅助齿 轮箱和与其相联的传动轴转速较高,所以试验台的噪声和振动较大。与之相反,c 方 案的两个辅助齿轮箱受力虽大但转速较低(尤其是在试验低速挡时) ,所以在试验中 噪声小,振动轻。因此,可将试验转速提高,加快试验进度,只要辅助齿轮箱的设计 尺寸加大,使其有足够的使用寿命,c 方案也是可取的。 1.电动机 2.辅助齿轮箱 3.被试变速器 4.陪式变速器 (a)两个变速器不同轴布置(b)两变速器同轴相对布置(c)两变速器同轴相反布置 图 2.2 机械封闭式变速器试验台传动机构三种布置方案示意图 但是方案 c 也有一个不足之处,从上图可以看出驱动电机与被试变速器同处在一 个轴上,由于变速器的转速较高,电机很难达到变速器各种工况下的转速要求,为此, 将方案 c 的电机驱动部位移到另外一个回路轴上,辅助箱内采用齿轮传动,电机输出 轴与大齿轮轴通过联轴器连接在一起,变速器输入轴与小齿轮轴通过联轴器连接在一 起,达到升速的目的,即下图所示的为机械封闭式变速器性能闭式试验台的最佳方案。 电 机 齿 轮 箱 加 载 器 齿 轮 箱传感器 变速器 传感器 传感器 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 图 2.3 机械封闭式变速器性能闭式试验台传动系统布置示意图 机械闭式试验台与电封闭式试验台相比,它们的共同点就是耗能少,适用于大吨 位车辆的变速器试验,但是电封闭试验台操纵控制系统复杂,造价高,所以很少被采 用。因此,我们这次选择机械封闭式试验台,而不选择电封闭式试验台。 机械闭式与机械开式试验台相比,它们有各自的优点和缺点,开式试验台的优点 为降低陪试变速器的损耗,减少拆装工作量,缩短试验辅助时间,结构简单,控制方 便和便于进行变负荷试验等优点。缺点为试验功率不能循环能量不能反馈,而是全部 变为热能散失掉了,所以耗电量大,不适于进行较大吨位车辆的变速器试验,而闭式 试验台正好弥补了这一缺点,它通过能量循环,实现了能量再利用。因而大大节省了 能量,可以进行较大吨位的车辆的变速器试验。但闭式试验台缺点是难以降低陪式变 速的损耗,为了降低噪声,必须增大尺寸。但是这些缺点若通过合理的优化设计是可 以避免或降低的。 综上所述,本次设计采用机械闭式试验台,是合理的也是最佳的。 2.2 传动系统的工作原理 传动系统组成如图 2.3 所示,该试验台传动系统是由驱动电机、转矩传感器、转 矩加载器、两个齿轮箱、传动轴和两个变速器(一个被试变速器,一个陪试变速器) 组成的一个封闭的传动系统。 传动系统的工作过程为: 1.电动机及控制装置 系统工作中应控制并读取转速,一方面在试验中保持系统工作转速不变,另一方 面要对系统进行多种转速情况下试验,因此应选择调速电机并采用操纵方便数据读取 准确的单片机通过键盘对系统进行模式输入。 2.加载装置 为使小功率驱动电机能正常驱动系统,保持系统运转,并且保证所测试变速器满 足在实际状态工作的条件,应事先给系统加载,以使内部保持有相当的内力转矩, 因此设有转矩加载装置,转矩加载装置形式多样,传统的加载方式为平衡力矩加载法 和行星齿轮加载法,在应用中不便于对变速器进行加载,为使加载方式可靠、操纵方 便,本课题采用蜗轮蜗杆加载方式。通过旋转蜗杆和观察转矩转速传感器上的读数, 控制加载力矩的大小。另外,由于蜗轮蜗杆的相互制约,系统被锁死,保持系统储备 内力而不运转。 3.动力传递部分 工作时由电动机驱动系统。动力既经辅助齿轮箱经传动轴带动变速器输入轴转动 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 并同时带动辅助齿轮箱从动齿轮转动。由于变速器输入轴和输出轴转速不同,为保证 系统主动部分轴及齿轮转速一致,特增加一台陪试变速器,而且保持两台变速器相对 布置即被试变速器的输出轴和陪试变速器的输出轴相连,动力传递的方式是: 图 2.4 动力传递路线 则所测机械效率为: = 12T (2.1) 4.疲劳寿命、刚度、强度和润滑试验 这些试验为长期试验,一方面要测定变速器工作到疲劳失效的时间及早期失效发 生的部位,另一方面要根据观察并测定在各挡位工作参数的变化情况。由于变速器从 开始正常工作到发生疲劳失效需很长的时间,因此在试验台上需要按与实际相近的循 环作长期连续的工作。在此期间要加强对系统尤其是对箱体的冷却。 2.3 驱动电机的选择 2.3.1 工作条件 本试验台选择宝来(1.8T 手动挡)汽车变速器技术参数为基准。该车发动机的 最大功率 120KW/5800r/min,最大转矩 220Nm/4700r/min。为了满足试验台应用的广 泛性,选择储备系数 K=1.5。 宝来汽车的各挡传动比如下表所示。 表 2.1 宝来汽车各挡传动比 挡 位 1 档 2 档 3 档 4 档 5 档 倒 档 传动比 3.3 1.944 1.308 1.029 0.837 3.06 2.3.2 选择电动机的类型 试验台总传动效率等于各传动件传动效率的乘积,查阅相关手册得齿轮传动的效 电动机 第一辅助齿轮箱主 动齿轮轴 被试变速器输 入轴 被试变速器输 出轴 陪试变速器输出轴第二辅助齿轮箱主动齿轮 轴 陪试变速器输入轴 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 率为 0.98、滚动轴承的传动效率为 0.99、变速器的传动效率为 0.95、联轴器的传动效 率为 0.99。则试验台总传动效率 = 0.9980.980.980.9940.950.95=0.77。此试验台 在工作过程中损失的功率由电机提供,根据宝来汽车发动机的最大功率 120KW/5800r/min,确定电机所需容量为:Pw =P (1-)=120 0.23 = 27.6KW。电机 的储备系数 K=1.5,则所选电机功率为: Pw =27.61.5=41.4KW。 由同步转速为 1500r/min,查机械设计课程设计后,选用驱动电机型号为 Y225S-4。其参数为:额定功率 42KW;满载转速 1480r/min;堵转转矩 1.9Nm;最 大转矩 2.2Nm。 2.4 传感器型号的选择 在进行变速器性能试验时,需要一个装置能够记录加载器加载转矩的大小、显示 电机提供转速是否达到了变速器在不同挡位时需要的转速,以及工作后陪试变速器输 入轴的转矩,比较被试变速器输入轴转矩与陪试变速器输入轴的转矩就可得到变速器 的效率。因此需要在被试变速器输入轴前、陪试变速器输入轴后连接转矩转速传感器。 由于市面上传感器的型号很多,只需根据需要选择一个能够满足要求的传感器即可。 NJ 型扭矩传感器通过弹性轴、两组磁电信号发生器,把被测转矩、转速转换成 具有相位差的两组交流电信号,这两组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比, 而其相位差的变化部分又与被测转矩成正比。将传感器的这两组电信号用专用屏蔽电 缆线送入 NC 型扭矩测量仪或装有扭矩卡的计算机,即可得到转矩、转速及功率的精 确值。NJ 型扭矩传感器与 NC-2A 型扭矩仪或 CB2000 卡配套使用,是一种测量各种 动力机械转动力矩、转速、及机械功率的精密测量仪器。其用途十分广泛,在电机、 风机、水泵、齿轮及减速箱、铁路机车、汽车拖拉机、飞机、船舶、矿山 机械、液 压气动元件等几乎所有机械制造部门及其科研院所、大专院校均有广泛的应用。 2.5 本章小结 本章分析比较了开式试验台与闭式试验台的优缺点,在此基础上对设计方案的可 行性进行了可靠的论证,确定了传动机构总体布置方案,阐述了传动系统的各部分工 作原理,在粗估整个试验台的功率损失后,为系统选择电动机的型号及传感器的型号。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 第 3 章 变速机构的设计 由驱动电机的参数可见,电机最大转速为 1500 r/min,最大转矩为 2.2Nm。为满 足系统所需高转速、小转矩的需要,应增加一套变速机构,即升速器。升速器由单级 斜齿圆柱齿轮副构成,主要功能是在电动机带动变速器旋转过程中提高输出轴的转速, 降低转矩。升速器的设计包括齿轮、轴、箱体的设计以及计算,轴承的选择与校核, 油封的选择等,该套升速机构的传动比为 4。 3.1 齿轮的设计与校核 3.1.1 选择齿轮材料及精度等级 制造齿轮最常用的材料为 45 号钢,45 号钢经过不同的热处理方法可以满足不同 的应用范围。正火是将钢件加热到相变点以上 3050,保温一段时间,然后在空 气中冷却,冷却速度比退火快,常用来处理低碳和中碳结构钢材及渗碳零件,使其组 织细化,增加强度及韧度,减小内应力,改善切削性能。调质处理是在淬火后高温回 火,用来使钢获得高的韧度和足够的强度,很多重要零件是经过调质处理的。 在15 此次设计中,小齿轮选用 45 号钢调质,硬度为 230HBS;大齿轮选 45 号钢正火,硬 度为 170HBS。 因为该升速机构的转速较高,初选 6 级精度,要求齿面粗糙度 Ra0.801.60m 。 3.1.2 确定设计准则 由于该升速机构为闭式齿轮传动,且两齿轮均为齿面硬度 HBS 小于等于 350 的 软齿面,齿面点蚀是主要的失效形式,应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算,确定 齿轮的主要参数和尺寸,然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。 3.1.3 按齿面接触疲劳强度设计 1.转矩 T1 T1=2201.5Nm=3.3105Nmm 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 2.载荷系数 K 设齿轮按 6 级精度制造,取载荷系数 K=1.5。 3.齿数 Z1,螺旋角 和齿宽系数 d 小齿轮 Z1 取 24,则大齿轮齿数 Z2=244=96,初选 =15。 因单级直齿圆柱齿轮为对称布置,而齿轮表面均为软齿面,查机械设计手册,确 定选取 d=1。 4.弹性系数 ZE 查有关齿轮手册,得 ZE=189.8。 5.许用接触应力 H 查有关齿轮手册,得 =560MPa, =530MPa,S H=1;lim1lim2H N1=60njLh=6060001(105240)=7.488109 N2=N1/i=7.488109/4=1.872109 查手册,得 ZN1=0.85,Z N2=0.92; = = MPa=476MPa1Hlim1HS0.856 = = MPa=487.6MPa2li2NH.93 故 1d23.17EdHKTuZ = mm 23.503.89.46 =95.86mm = = mm=3.86mmnm1cosdz195.8cosz 取标准模数 =4。n 6.确定中心距 和螺旋角a = = mm=248.47mm12cosnmz496cos15 考虑到实际情况,结合变速器的外形尽寸发现中心距 太小,整个机构地运转的a 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 过程中会发生干涉,需加大中心距。因此重选 =5,以达到加大中心距的目的。nm = = mm=310.583mma12cosnmz5496cos1 圆整后取中心距为: =310mm 圆整中心距后确定的螺旋角 为: = = = =12arcosnmz52496arcos310.51432 3.1.4 主要尺寸计算 = = mm=124.00mm1dcosnz541.9 = mm=496.00mm26.nm = =1124mm=124mm1bd 取 =130mm, =124mm(为了补偿安装误差,通常使小齿轮齿宽略大些 )。2 3.1.5 按齿根弯曲疲劳强度校核 如 ,则校核合格。F 确定有关系数与参数: 1.当量齿数 1332426cos.5910.Vz 2.齿形系数 FY 查有关齿轮手册,得 2.627, 2.178(差值法) 。1F2FY 3.应力修正系数 S 查有关齿轮手册,得 1.597, 1.805(差值法) 。12S 4.许用弯曲应力 F 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 查手册,得 210MPa, =190MPa, =1.3, =0.9, =0.92;lim1Flim2HFS1NY2N = = MPa=145.38MPa1liNFYS0.913 = = MPa=134.46MPa2Flim2F. =F112.6cosSnKTYbz = mm2.530cos14.592.671.59 =43.22MPa 1F = = MPa=46.93MPa2F21SFY.8.043267592F 齿根弯曲强度校合格。 3.1.6 验算齿轮的圆周速度 由齿轮的圆周速度公式 =v160dn 求得齿轮的圆周速度最大值为 34.5m/s,查有关齿轮设计手册,先择齿轮精度为 6 级,与预选值相符。 3.1.7 几何尺寸计算 1.大齿轮 =5mm, =6.25mm2anhm21.5fnhm mm=506mm496ad mm=483.5mm22.ff 由于 500mm,因此采用轮腹式结构。a 2.小齿轮 =5mm, =6.25mm1anhm1.25fnhm = mm=134mm2ad4 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 mm=111.5mm112426.5ffdh 由于 200mm ,因此采用实体式结构。a 3.2 箱体结构尺寸的计算 有关箱体结构尺寸的计算可以查阅减速器设计资料,根据箱体主要结构尺寸计算 公式求得的尺寸值如下所示。 箱体壁厚 :0.025a+1=0.025310+1=8.75 mm,取 =10mm。 箱盖壁厚 :0.02a+1=0.02310+1=7.2mm,取 =10mm。1 1 箱盖凸缘厚 : =1.5 =15mm。b1 箱座凸缘厚度 : =1.5 =15mm。 箱座底凸缘厚度 : =2.5 =25mm。2 地脚螺钉直径 : =0.036 +12=0.036310+12=23.16mm,取 =24mm。fdfafd 地脚螺钉数目 : =6 。n 轴承旁联接螺栓直径 : =0.75 =0.7524mm=18mm,取 =20mm。1fd1 盖与座联接螺栓直径 : =0.5 =0.524mm=12mm。2df 联接螺栓 的间距 : =150mm。2l 轴承端盖螺钉直径 : =0.4 =0.424mm=9.6mm,取 =10mm。3f 3d 定位销直径 : =(0.70.8) =8.49.6mm ,取 =10mm。d2d , , 至箱壁距离 :34mm,26mm,18mm。f121C , 至凸缘边缘距离 :28mm,16mm。f 2 轴承旁凸台半径 : = 。1R 凸台高度 :以便于扳手操作为准,取 =130mm。hh 外箱壁至轴承座端面距离 : = + +(510) ,取 =70mm。1l1C21l 大齿轮顶圆内箱壁距离 : =1.2 =12mm,取 =14mm。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 齿轮端面与内箱壁距离 : =14mm。2 箱盖,箱座肋厚 , : , ,取 = =10mm。1m110.850.85m1m 地脚螺栓为:螺栓 GB5782-86 M2450,两箱共 12 个。 盖与座连接螺栓:螺栓 GB5783-86 M1250,两箱共 6 个。 轴承旁联接螺栓直径:螺栓 GB5783-86 M20160,两箱共 16 个。 轴承端盖螺钉直径:GB5783-86 M1040,两箱共 48 个。 视孔盖螺栓:对于单级变速机构,当中心距 350mm时,视孔盖螺栓直径 取ad 6mm,孔数为 8,盖厚 4mm。螺栓 GB5783-86 M612,两箱共 16 个。 3.3 传动机构的设计 3.3.1 小齿轮轴的设计与校核 1.选择轴的材料,确定许用应力 选用 45 号钢并经调质处理,查相关手册得强度极限 =637MPa,许用弯曲应力B =60MPa,毛坯直径 200mm。1b 0d 2.按扭转强度估算轴径(最小直径) d =(107 118)3PCn369.510T =(107 118 ) mm36. =34.8538.63mm 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器,会有键槽存在,故需将估算直径加大 3%5%,取为 35.8938.63mm。由设计手册取标准直径 =38mm。1d 3.设计轴的结构 (1)拟定轴上零件的装配方案(如图 3.1a 所示) (2)确定轴上零件的位置和固定方式 齿轮从轴的右端装入,如上图所示,齿轮的左端用轴肩固定,右端用套筒固定, 这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固定采用平键连接,同时为了保 证齿轮与轴有良好的对中性,故采用 H7/r6 的配合。由于轴承对称安装于齿轮的两侧, 则其左轴承用轴肩固定、右轴承由套筒右端面来定位,轴承的周向固定采用过盈配合。 轴承的外圈位置由轴承盖顶住,这样轴组件的轴向位置即可完全固定。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 (3)确定各轴段的直径 如图 3.1a 所示,轴段 (外伸端)直径最小, d1=38mm;考虑到要对安装在轴 段 上的联轴器进行定位,轴段 必须满足轴承内径的标准,故取轴段的直径 d2=45mm(选择轴承型号为 6409 GB/T296-94) ;为了便于拆卸左右轴承,可查出 6904 型深沟球轴承的安装高度为 5mm,取 d5=55mm;小齿轮孔径 d3=48mm,轴间高 度为 h=5mm,则 d4=58mm。 (4)确定各轴段的长度 齿轮轮宽为 130mm,为保证齿轮固定可靠,轴段的长度应略短于齿轮轮毂宽 度,取为 128mm;为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰,齿轮端面与箱体内壁间应留 有一定的间距,取该间距为 14mm;为保证轴承安装在箱体轴承座孔中(轴承宽度为 29mm) ,并考虑轴承的润滑,取轴承端面距箱体内壁的距离为 5mm,所以轴段 长 度取为 19mm,轴承支点距离 mm;根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定197l 距离的要求,取 mm;查阅有关的联轴器手册取 =70mm。80l l (5)按设计结果画出轴的结构草图,如图 3.1a 所示。 4.按弯扭合成强度核轴径 (1)画出轴的受力图(图 3.1b) 。 (2)作水平面内的弯矩图(图 3.1c) 。 首先对斜齿圆柱齿轮传动中的主动轮进行受力分析: N=5322.58N230496tTFd =5322.58 N=2001.82N2tancosrtan20cos14.59 N=1385.44N2t53.8taF 小齿轮受力与大齿轮等大反向。 支点反力为: N=2661.29N1532.8tHAB -截面处的弯矩为: H =2661.29 Nmm =262137.07NmmM 972 -截面处的弯矩为: 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 H = 2661.29(19+ )Nmm=89153.22 NmmM 29 (3)作垂直面内的弯矩图(图 3.1d) ,支点反力为: N=564.88N10.8135.422297arVAFdl =(2001.82-564.88)N=1436.94 N1BrVA -截面左侧弯矩为: V左 Nmm =55641.07NmmM197564.822AlF -截面右侧弯矩为: V右 Nmm=141538.59Nmm13.9Bl -截面处的弯矩为: V =1436.9433.5Nmm=48137.49NmmM219BF (4)作合成弯矩图(图 3.1e) 2HV (3.1) -截面为: Nmm NmmM左 22HV左 225641.0735.9407 Nmm Nmm8右 右 8361 -截面为: Nmm Nmm2224137.94.50VH92 (5)作转矩图(图 3.1f) Nmm130T (6)求当量弯矩 因加速机构单向运转,即可认为转矩为脉动循环变化,修正系数 为 0.6。 -截面: 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 Nmm Nmm2 22283610.3eMT右 39564 -截面: Nmm Nmm2 2229.e 017 (7)确定危险截面及校核强度 由前面图可以看出,截面-,-所受转矩相同,但弯矩 ,且轴上eM 还有键槽,故截面-可能为危险截面。但由于轴径 d3d 2,故也应对截面-进 行校核。 -截面: MPa=29.80MPa3295640.18eMW -截面: MPa=22.78MPa37.45ee 查手册,得 MPa,满足 条件,故设计的轴有足够的强度。160be1b 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 L=197 Ft1a1Fr1 FHA FHB Ft1 MHC d1d2d3d45d2 12345 L/2 803.5 60A B(a) (b) (c) 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 FVA FVB Fr1 Fa1 MVC1MVC2 MT (d) (e) (f) 图 3.1 小齿轮轴设计 3.3.2 大齿轮轴的设计与校核 1.选择轴的材料,确定许用应力 选用 45 号钢并经调质处理,由设计手册查得强度极限 =637MPa,许用弯曲应B 力 =60MPa,毛坯直径 200mm。1b 0d 2.按扭转强度估算轴径(最小直径) d =( 107118)3PCn2369.510T 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 =(107 118 ) mm36049.51 =55.3260.01mm 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器,会有键槽存在,故需将估算直径加大 3%5%,取为 56.9762.84mm。由设计手册取标准直径 =60mm。1d 3.设计轴的结构 (1)拟定轴上零件的装配方案,如图 3.2a 所示。 (2)确定轴上零件的位置和固定方式 齿轮从轴的右端装入,如上图所示,齿轮的左端用轴肩固定,右端用套筒固定, 这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固定采用平键连接,同时为了保 证齿轮与轴有良好的对中性,故采用 H7/r6 的配合。由于轴承对称安装于齿轮的两侧, 则其左轴承用轴肩固定、右轴承由套筒右端面来定位,轴承的周向固定采用过盈配合。 轴承的外圈位置由轴承盖顶住,这样轴组件的轴向位置即可完全固定。 (3)确定各轴段的直径 如图 3.2a 所示,轴段 (外伸端)直径最小, d1=60mm;考虑到要对安装在轴 段 上的联轴器进行定位,轴段 必须满足轴承内径的标准,故取轴段的直径 d2=75mm(选择轴承型号为 6215 GB/T296-94) ;为了便于拆卸左右轴承,可查出 6215 型深沟球轴承的安装高度为 4.5mm,取 d5=84mm;由于大齿轮要做成轮腹式齿 轮,齿轮孔径 mm=82.67103.33mm,取2141.25.s bld =83mm,则轴段的直径 ds=83mm;考虑到要对安装的在轴段 上的大齿轮进行sd 定位,轴段 上应有轴肩,取轴间高度为 h=4.5mm,则 d4=92mm。 (4)确定各轴段的长度 齿轮轮宽为 124mm,为保证齿轮固定可靠,轴段的长度应略短于齿轮轮毂宽 度,取为 122mm;查有关轴承的手册,6215 型深沟球轴承的宽度 B=25mm,则轴承 支点间的距离 mm=193mm;根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有19725l 一定距离 要求,取 =80mm;查阅有关的联轴器手册取 =107mm;在轴段 、l l 上分别加工出键槽,使三个键槽处于轴的同一圆柱线线上。 (5)按设计结果画出轴的结构草图,如图 3.2a 所示。 4.按弯扭合成强度核轴径 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 (1)画出轴的受力图(图 3.2b) 。 (2)作水平面内的弯矩图(图 3.2c) 。 支点反力为: N =2661.29N253.8tHABF -截面处的弯矩为: H =2661.29 Nmm=256814.8NmmM 192 -截面处的弯矩为: H =2661.2934.5Nmm=91814.51Nmm (3)作垂直面内的弯矩图(图 3.2d) ,支点反力为: N =2781.16N201.8235.4961arVAFdl N=-779.34N1.7.BrVA -截面左侧弯矩为: V左 Nmm=268381.94NmmM19328.6AlF -截面右侧弯矩为: V右 Nmm=-75206.31Nmm79.3422Bl -截面处的弯矩为: V Nmm=-26887.23NmmM.5.5BF (4)作合成弯矩图(图 3.2e)2HV -截面为: Nmm=341856NmmM左 22HV左 226831.9487.6 Nmm=245326Nmm750右 右 -截面为: 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 Nmm=89522Nmm222687.3198.47VHM (5)作转矩图(图 3.2f) Nmm=1320000Nmm2304T (6)求当量弯矩 因加速机构单向运转,即可认为转矩为脉动循环变化,修正系数 为 0.6。 -截面: Nmm=812546Nmm2 2223418560.13eMT左 -截面: Nmm=731628Nmm2 2229.e (7)确定危险截面及校核强度 由图 3.2f 图可以看出,截面-,-所受转矩相同,但弯矩 ,且轴eM 上还有键槽,故截面-可能为危险截面。但由于轴径 d3d 2,故也应对截面- 进行校核。 -截面: MPa=14.21MPa38125460.eMW -截面: MPa=17.34MPa37.15ee 满足 条件,故设计的轴有足够的强度。e1b L=19md1d254d32d1 07880734.5(a) 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 L=193nTFa2t2Fr2(b) Ft2FHA FHBMHC Fr2FVA FVBFa2 M VC1M VC2 (c) (d) 黑龙江工程学院本科生毕业设计 27 MT(e)(f) 图 3.2 大齿轮轴设计 3.3.3 联轴器型号的选择 1.小轴上联轴器型号的选择 根据小齿轮轴轴径 d=38mm,承受的转矩 Tmax=330Nm,最大转速 nmax=6000r/min,查阅有关联轴器的手册,确定小齿轮轴联轴器为: YL9 联轴器 GB 5843-8613860J 两箱各一对。 2.大轴上联轴器型号的选择 根据大齿轮轴轴径 d= 60mm,承受的转矩 Tmax=1320Nm,最大转速 nmax=1500r/min,查阅有关联轴器的手册,确定大齿轮轴联轴器为: YL12 联轴器 GB 5843-861607J 由于大轴对称布置,两伸出端轴径相同,因此选择 YL12 联轴器两对。 3.连接方式 两轴处的联轴器通过键与轴连接。 4.联轴器材料 YL9 联轴器材料为钢,YL12 联轴器材料为铁。 3.3.4 键的选择与校核 由于轴上载荷沿键的长度方向是均匀分布的,所以应该按平键连接的挤压强度条 件来校核键的强度。平键连接的挤压强度条件为: 40jyjyTdhl (3.2) 式中 被连接零件所传递的转矩,Nmm; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 28 轴径,mm;d 键的高度,mm;h 键的工作长度,mm,A 型键 =L-b,B 型键 =L,C 型键 =L-0.5bl lll 并且 L(1.6 1.8)d,以免因键过长而增大压力沿键长分布的不均匀性。 为键连接中最弱材料的许用挤压应力。 jy 1.小轴上键的选择与校核 (1)联轴器处键的选择与校核 根据轴径 d=38mm,轴段长度为 60mm,转矩 Tmax=330Nm,选择键的型号为 (mm): 键 1050 GB1096-79平头普通平(A 型) 、b=10、h=8 、L=50 键的工作长度 =(50-10 ) mm=40mml 则 MPa=108.55MPa4038jy 查阅有关键的手册,选择键的材料为钢,许用挤压应力 =60130MPa,由jy 于 ,因此键的强度足够,合格。jyjy (2)小齿轮连接键的选择与校核 根据小齿轮轮毂轴径 d=48,轴段长度为 128mm,转矩 Tmax=330Nm,选择键的 型号为(mm): 键 14110 GB1096-79圆头普通平键(A 型) 、b=14、h=9 、L=110 键的工作长度 =(110-14)mm=96mm ,将参数代入式(3.2)得 l MPa=31.83MPa403896jy 由于 ,因此键的强度足够,合格。键的材料为钢。jj 2.大轴上键的选择与校核 (1)联轴器处键的选择与校核 由轴的外伸端直径 d=60mm,联轴器处的轴段长为 107mm,转矩
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