侯行星齿轮变速箱课程研发设计

1、工程机械底盘设计课程设计行星齿轮式变速箱传动方案设计任务书2010级工程机械专业设计起止时间：2012年12月28日2012年1月11日一. 设计任务综合法设计行星齿轮式变速箱传动方案二. 设计内容1. 行星齿轮式变速箱传动方案设计；2. 齿轮传动设计；3. 绘制综合速度平面图，并分析构件的转速和转矩，确定换挡离合器的安装位置三. 设计参数变速箱传动比输入转速输入转矩i 1i 2i 3i Rn (r/min)M (Nm)2.81.571.002.471770885四. 设计要求1. 工程机械底盘设计课程设计计算说明书须打印或用学校统一印制的课程设计专 用稿纸抄写；设计计算说明书要求层次分明，字

2、迹工整，语句通顺，公式运 用恰当, 计算结果准确，传动方案实用。2. 计算过程不能省略，计算过程中的小数点后面保留两位。3. 按时独立完成设计任务，严禁相互抄袭。4. 在完成课程设计期间，必须遵守学院的各项规章制度。五. 设计进度第一周完成"设计内容"中的第 1、2项，第二周完成"设计内容"中的第三项和整 理设计计算说明书。六. 设计成果工程机械底盘设计课程设计计算说明书一份。工程机械底盘设计课程设计计算说明书装订顺序： 封面一任务书一目录一说明书一封底。、综合法设计行星齿轮式变速箱传动方案 31、已知条件 32、根据不等于1的传动比数目计算可列出的方程

3、式数 33、根据方程式数计算方程组数（传动方案数） 34、计算旋转构件数 35、给旋转构件命名 36、用构件名称组合方程式 37、绘制变速箱传动示意图 58、绘制传动简图、计算循环功率 9二、齿轮传动设计 121、齿轮模数和齿圈分度圆直径确定 122、齿圈和太阳轮齿数计算 123、齿轮传动安装条件校核 12三、 绘制综合转速平面图，分析构件的转速并确定换档离合器位置141、已知条件 142、构件转速平面图绘制 143、构件转速分析 174、换档离合器的位置确定 18四、 参考资料 18行星齿轮式变速箱传动方案设计说明书一.综合法设计行星齿轮式变速箱传动方案1已知条件变速箱传动比输入转速输入转矩

4、i 1i 2i 3i rn (r/min)M(N.M)2.81.571.002.4717708852根据不等于1的传动比数目计算可列出的方程数计算公式：cnu=c；42=c3 =103传动方案数根据方程数计算方程组数(传动方案数)计算公式：cC=c3o=i2o4计算旋转构件数计算公式：m=n+2=3+2=5式中：n不等于1的传动比数；5给旋转构件命名输入构件用符号"卩表示，输出构件用符号"o"表示，其它旋转构件用传动比 的下脚标表示。6列方程(1).列原始方程式按已知的n=3个非直接档传动比值，根据特性方程式写出下列三个原始方程式ni -3.21 no2.21 m

5、 =m1.86no 0.86n2 二 0 ni 2.87 no -3.87nR = 0(2).列派生方程式现已知n=3,根据已经求得的需要的方程数 C=10,尚需写出7个派生运动方 程，派生方程应写成最简单的形式；即方程中的转速系数绝对值应小于1,其余的系数按数值大小次序排列。现将新的运动方程组(含原始运动方程式和派生运动方程式) 列表如下：运动方程式a构件布置型式派生方法口 +2.21 nj -3.21 no =01.801 _ oi原始方程（1）口 +0.86n2 1.86n° =00.57i o原始方程（2）n +2.87n° -3.87nR = 02.470Ri原始

6、方程（3）口 +2.04n2 -3.04m =01.30i(1 )、(2)消去 n0(4)口 +1.04厲2.04nR =01.191 Ri(1)、( 3)消去 no(5)n2 科.91 ni -2.91能=02.871 R2(2)、( 3)消去 no(6)n2 +1.57no -2.57m =02.1612（1）、消去ni（7）n 1+1.75nR 二75心 =01.93R o1（1、消去ni（8）n2 44.5nR -5.5n0 =06.09R o 2(3 )、(2)消去 ni(9)n2 +nR _2rn =01.42R(4 )、(5)消去 ni(10)其中为特性系数，第 （3）方程为原始

7、方程，第至（10）为派生方程。方程式（2）、（5）的值均太小，（9）的值均太大，故在行星变速传动的传动方案中不宜选用 这些方程式（行星排）。而方程式（1 ）、（3）、（6）、（ 7）、（ 8）代表的行星排是较适宜选 用的。可从这5个方程中选择n=3个方程式的不同组合；即可得不同的传动方案。根据选择n个方程式的一般原则： 每个方程组中都必须含有所有的旋转构件"i、o、1、2、R"。 所选的n个方程的特性系数应相互接近，且便于计算。 所选择的n个方程式都应该是独立的；其中任一个方程式不应是同一组合中 的另两个方程式导出的 n个方程式中，所选特性系数-的范围为1.5v> &

8、lt;4.5。根据上述原则可在上表中选取（1 ）、（3 ）、（6 ）、（7 ）、（8）方程式组合成方程组。7绘制变速箱传动示意图1361oioi1i1ooRRRRoRoRii2i2i2ii136361613方案可行无法正常输入输出，方案不可行无法正常输入输出，方案不可行1370100011oo10R1R001R2ii2iiI2I713731173方案可行无法正常输入输出，方案不可行无法正常输入输出，方案不可行138R1010R0R100R0R0R001iiii1I1i813138381无2 档,方案不可行无2档，方案不可行无2档，方案不可行（十一）6780iRi01iR01R0R10R0122

9、1211212768678687无法正常输入输出，方案不可行（十二）6710i1i01i101R0R10R0122i22i2i2761671617（十三）6730i0i00i001RRR1RRR122i22i2i2763673637（十四）6740i2i02i201R1R11R1122i22i2i2764674647（十五）78110R0R1R1001010000122121I71i2178781817（十六）78300R0R0R00R1010R0R1i2121i1i23778783837（十七）784R020R202R01110111012i21i2i1874784748（十八）143012

10、120201R0101R1R0iiiiiiiii314142431（十九）1470121202011010111102iiii2i2i714147471（二十）14821R12R2R1100010100ii1ii1i1i418148481&绘制传动简图、计算循环功率方案I方案山 比较以上各个方案，方案I、方案川连接简单、支撑较好且轴套较少。故选其 绘制功率流线图、计算循环功率。（1）方案I1）当Ti制动时，只有中间排参与传动。2）当T2制动时。、排参加传动，此时的传动简图如下写出此时各构件的转速方程如下：ni -3.21 no + 2.21 ni =0i +2.04n2 -3.04m

11、=0n 2=00 =2010r / min计算各构件的转矩由于 i2 =1.86 所以 M° = -i2Mi = -1.86X995= -1850.7N.m对第排列转矩方程如下：n2 =0n1 二 661.18r / min解得no =1081.37 r / min"Mt4Mq4 Mj4204 _3.04« M j4 +Mq1 =0Mi =995i对第排列方程：Mt1 Mqi Mji"T 一2.21 _ _3.21Mji M。=0Mt4 =/19.13N.m 丿 Mq4 =-855.03N.m +/曰 Mj4 =1274.16N.m 求得kMt1 =-5

12、76.54N.mMq1 = -1274.16N.m求得M j1 =1850.7N.m根据以上计算绘出功率流线图如上图所示。 由功率流线图可以看，此传动方案中无循 环功率。3)当Tr制动时，第和第行星排参与传动。、-万案川1) T1制动时只有第三排参与转动。2) T2制动时第二、三排参与传动，此时的传动简图如下所示:写出此时各构件的转速方程如下:h +2.87no -3.87 nR=0n2 =05R=1319.28r /min=1078.61r / min严 +1.91 ni -2.91 nR =0n2 =0H =2010r / min计算各构件的转矩 由于 i2 =1.86 所以 M°

13、; =T2Mi = -1.86x对第排列转矩方程如下:Mt6 Mq6 Mj6 二 191 = 2.91« Mj6 +Mj3 =0Mi =995i对第排列方程：Mt6 = 857.57 N.mMq6 - -求得 Mj6 = 2495.54N .mM t3Mq3M j31 - 2.87 一 3.87Mq3 +M o = 0Mt3 = 644.84 N.m<Mq3= -1850.7 N.m 求得 Mj3 =2495.54N .m根据以上计算绘出功率流线图如上图所示。 由功率流线图可以看，此传动方案中Mt< npx =135.72135.72kw有循环功率，95503) Tr制动

14、时3排均传力结果：通过对两种方案在不同构件制动时的转速转矩以及循环功率的计算发现方案I和方案川在T2制动时各构件的转速和转矩相同，后者有循环功率。且方案川在TR 制动时三个行星排均参与传递，且构件布置较方案 I复杂。通过比较，方案I更合理，故选其作为做后续计算依据 。二齿轮结构设计1、齿轮模数和齿圈分度圆直径确定 根据变速箱的输入转速和转矩，初选齿轮模数2、齿圈和太阳轮齿数计算 齿圈的齿数为m=4，齿圈分度圆直径初选 400mm。dq _ 400mmm 4mm-100由:-二Zq可得乙二ZqZtCt/=+ A100= 43.67乙4-所以：42.04，取 Zt4=44;Zq1100Zt1L =

15、-44.84:12.21取 Zt1=44Zq乙=玉二100 = 56.49%1.75，取 Zt8=56;z -Z由Zx二一L，计算得：Zq4 Zt410044Zx4282 2Zq1 -Zt1 100 - 44Zxi 二二 282 2ZX8Zq8 'Zt8100-56=222 23、齿轮传动安装条件校核(1) 同心条件的校核由于方案I三个行星排均满足ZxZq -乙2条件，所以同心条件满足(2) 、确定每个行星排的行星轮个数及其布置形式，并根据同心条件计算行星轮齿 数查相关资料了解到行星传动一般选择 3个行星轮，故此处选3个行星轮均匀布 置。(3) 装配条件校核Z+ +Z装配条件的公式为：

16、q =N，其中n为行星排上的行星轮个数，在这里 n=3;n装配条件校核如下：(4)排:Zt 4 Zq4(1)排:Zt1 - Zq1100 44483(8)排:Zq8 Zq8100卡23计算结果均为整数，故装配条件可得到满足。(4) 相邻条件为保证行星轮在传动时步干涉并较少搅油损失，相邻的两个行星轮的齿顶间的 间隙应该大于58mm经计算发现三个相邻的行星轮齿顶间的间隙满足要求。(5) 将行星传动的参数列表如下：名称amZqZtZX(4)排2.0444004428(1) 排2.214428(8)排1.755622(6)传动比误差校核:在设计中由于各种因素的制约传动比往往不能与理想值完全相同，所以必

17、须对 传动比误差进行校核，一般将传动比控制在3%5%之内。现对传动比误差进行校核 如下：第排為实二勺4 =100 =2.27乙444第排冷实二勺=100 =2.27乙 44第排：-8实=勺=100 =1.78Zt856列实际传动方程：ni 2.27n2 -3.27n0(11)ni 2.27m -2.27n0 =0(12)n, 1.78nR -2.78n0 =0(13)方程(12)与(1)对比得 直=3.27方程(12)联立(13)消去n得方程ni 3.04n。-4.04nR =0与方程(3)对比得iR实=3.04方程(11)联立(12)消去m得方程n2 1.07n -2.07n。=0与方程(2

18、)对比得i?实=1.934误差校核Ir Ir实iR3.04-2.942.94= 3.4%Y 5%121.934-1.931.93= 0.4%Y 5%由校核结果看，方案I满足传动比条件三、绘制综合转速平面图，分析构件的转速并确定换档离合器位置 1、已知条件(1) 、各档传动比(此处的传动比为齿轮齿数确定之后的实际传动比)h 实=3.27i?实=1.934iR实=3.04(2) 、制动件转速方程式：心=丄 n。-丄(1)i T i 一1(3) 、行星轮转速方程式：n x=A n°-A(2)式中：nb、n°、nx分别表示制动构件、输出构件和行星轮的转速;i 任意一档的传动比;A

19、常数2、构件转速平面图绘制（1）、建立平面坐标系以nb、nx为纵坐标，n。为横坐标。（2）、绘制输入、输出构件的转速线1）、输入构件转速线：把输入构件的转速设为1,即把它作为衡量其它构件转速大小的单位，其它构件的转速用ni的倍数来表示。2）、输出构件转速线：该线是过原点和点（1 1）与横坐标轴成45°的直线。（3）、绘制各制动件转速线1把no=1代入式（1）得nb =1 ；把nb =1代入式（1）得no = -，由此可知：各制i动件转速线是过点（11）和点（ 1对第排，当T2制动时，nq4=0， no = -0.52，将nq4=0代入方程（14）qi2 实 1.93q得nx -1.0

20、9。所以T2制动时X4转速线过（0.52, -1.09）点和（1, 0）点。对第排，当 T2 制动时，nq16320.30， n。=0.52，将 nq1= 030q2080i2实1.93q代入方程（14）得n 一0.79。所以T2制动时人转速线过（0.52，-0.79）点和（1,0）点。1 1对第排，当TR制动时，nq8 =0， n°=-0.33，将询8 = 0代入方程i rs 一3.040）的直线。i对制动构件T1 :110.44h实2.27对制动构件T2:110.52i 2实1.93对制动构件TR:1-1 -0330.33i r实-3.04（4）、绘制各行星轮转速线把n°

21、;=1代入式（2）得氐=0，由此可知：各行星轮转速线过点（10）。再根据已知条件确定行星轮转速线的另一点坐标后绘制行星轮转速线。行星轮转速计算公式为：nx =-（口 -门）乙nj）Zq（ 14）ZxZx(14)得nx8 =1.5。所以TR制动时X8转速线过(-0.33, 1.5)点和(1, 0)点根据以上坐标点画出 综合转速平面图，图见后页附图-nd- d - na - a-a - - ad - 9B - - ad - na - -> a - B h -eh-rK-Feh-BH-B- .lrliHH.IHl.=Rti - 1J 1 J - - 1JJ n-IJ « «

22、 n- I a 14 - 1 J « J « BJ - a JJ « « 1 J - IJnIJJ BHH - Ha - - Ba - BBS RBB - - 9 - - -rrh" FL - rib - I - rL "rrL - r r L rL rLb rL - rL - -UL rfc - rlL-rL»rlfa3、构件转速分析(1) 、分析并确定哪一个档位工作时，哪一个制动构件的转速最大？答：1档工作时，TR制动件转速最大；2档工作时，TR制动件转速最大；R档工作时，T2制动件转速最大；(2) 、分析并确定哪一个档位工作时，哪一个行星排的行星轮转速最高？答：1档工作时，第排行星轮转速最高；2档工作时，第排行星轮转速最高；R档工作时，第排行星轮转速最高；(3) 、分析并说明构件转速的大小与传动比数值