机械设计行星齿轮变速箱课程设计说明书

河北工程大学课程设计说明书PAGEPAGE23《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31日～2013年1月13日指导教师：侯红娟一．设计任务综合法设计行星齿轮式变速箱传动方案设计内容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。设计参数变速箱传动比输入转速输入转矩（r/min)（N.m）2.791.561.002.461760880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.综合速度平面图要求用AutoCAD绘制或用坐标纸绘制。3.计算过程不能省略，计算过程中的小数点后面保留两位。4.按时独立完成设计任务，严禁相互抄袭。5.在完成课程设计期间，必须遵守学院的各项规章制度。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》。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—任务书—目录—说明书—封底。目录一、综合法设计行星齿轮式变速箱传动方案……3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…………………11二、齿轮传动设计…………161、齿轮模数和齿圈分度圆直径确定………………162、齿圈和太阳轮齿数计算…………163、齿轮传动安装条件校核…………17三、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…191、已知条件…………192、构件转速平面图绘制……………193、构件转速分析……………………204、换档离合器的位置确定…………21四、参考资料………………21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已知条件变速箱传动比输入转速输入转矩（r/min)（N.M）2.791.561.002.461760880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：===10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：==120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；给旋转构件命名输入构件用符号＂i＂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。列方程.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+1.79n1-2.79no=0ni+0.56n2-1.56no=0ni+2.46no-3.46nR=0.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，其余的系数按东西大小次序排列。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构件布置型式派生方法ni+1.79n1-2.79no=01.79原始方程(1)n2+1.79ni-2.79no=01.79原始方程(2)ni+2.46no-3.46nR=02.46原始方程(3)ni+1.27n2-2.27n1=01.27（1）、(2)消去(4)n1+1.19ni-2.19nR=01.19(1)、（3）消去(5)n2+2.92ni-3.92nR=02.92(2)、（3）消去(6)n2+2.20no-3.20n1=02.20（1）、(2)消去(7)ni+1.93nt-2.93no=01.93（1）、(3)消去(8)n2+6.18nR-7.18no=06.18（3）、(2)消去(9)n2+1.45nR-2.45n1=01.45（4）、(5)消去(10)其中为特性系数，第(1)(2)(3)方程为原始方程，第(4)至(10)为派生方程。方程式（4）、（5）(10)的值均太小，(9)的值太大，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）、（2）、（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1.5<<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一.①③⑥1oioi1i1ooRRRRoRoRii2i2i2ii①③⑥③⑥①⑥①③Ⅰ此方案可行Ⅱ因无法进行输入输出，删除此方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除此方案二.①③⑦1oooo1o1ooR1R1o1oRii2i2i2ii①③⑦③⑦①⑦①③Ⅰ此方案可行Ⅱ因无法进行输入输出，删除此方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除此方案三.①③⑧1oRo1RR1ooRoRooooRii1iii1ii①③⑧③①⑧⑧①③Ⅰ因无2档位，删除此方案Ⅱ因无2档位，删除此方案Ⅲ因无2档位，删除此方案（四）①⑥⑦1ioi1oio1oR1Ro1R1oi222i222i①⑥⑦⑥①⑦⑥⑦①Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ此方案可用（五）①⑥⑧1iRi1RR1ioRoRooooRi212i11i2①⑥⑧⑥①⑧①⑧⑥Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案（六）①⑦⑧1oRo1RR1oo1o1oooo1i212i11i2①⑦⑧⑦①⑧⑧①⑦Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案（七）③⑥⑦oioiooooiRR1RR11RRi222i22i2③⑥⑦⑥③⑦⑦③⑥因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案（八）③⑥⑧oiRioRoRiRRoRRoRoRi212i1i12③⑥⑧⑥③⑧⑧③⑥Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除此方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除此方案（九）③⑦⑧ooRooRRooR1o1RooR1i212i11i2③⑦⑧⑦③⑧⑧③⑦Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案（十）⑥⑦⑧ioRoiRRioR1o1RooR1221221122⑥⑦⑧⑦⑥⑧⑧⑥⑦Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案十一.②③⑥ioioiiiiooRRRRoRoR2i2i2222i②③⑥③⑥②⑥②③Ⅰ因无法进行输入输出，删除此方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除此方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除此方案十二.②③⑦iooooio1ooR1R1o1oR2i2i222ii②③⑦③⑦②⑦②③Ⅰ因无法进行输入输出，删除此方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除此方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除此方案十三.②③⑧ioRoiRRiooRoRooooR2i1i2i12i②③⑧③②⑧⑧②③Ⅰ因无法进行输入输出，删除此方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除此方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除此方案（十四）②⑥⑦iioiiooiioR1Ro11oR222222222②⑥⑦⑥②⑦⑦②⑥Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案（十五）②⑥⑧iiRiiRiRioRoRooooR221221212②⑥⑧⑥②⑧②⑧⑥Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案（十六）②⑦⑧ioRoRiRioo1o1oooo1221212122②⑦⑧⑦⑧②⑧②⑦Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ此方案可行Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案（十七）①②③1ioi1oio1ooRooRoRoi2i2ii2ii①②③②①③②③①因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案（十八）①②⑥1iiii1i1iooRoRoRooi2222i2i2①②⑥②⑥①⑥①②Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ此方案可行Ⅲ因无法进行输入输出，删除此方案（十九）①②⑦1ioio1i1ooo1o1ooo1i2222i2i2①②⑦②⑦①②①⑦Ⅰ因无R档位，删除此方案Ⅱ因无R档位，删除此方案Ⅲ因无R档位，删除此方案（二十）①②⑧1iRiR1i1Roooooooooi2121i2i1①②⑧②⑧①②①⑧Ⅰ因无法进行输入输出，删除方案Ⅱ因无法进行输入输出，删除方案Ⅲ因无法进行输入输出，删除方案8.根据以上示意图绘制传动简图，计算循环功率方案㈠（⑥③①）T2TR T12.922.461.79⑥③①方案㈡（③①⑦）TRT1T22.461.792.20③①⑦方案㈢（⑦⑧②）T2T1TR2.201.931.79⑦⑧②方案㈣（②①⑥）TRT2T11.791.792.92②①⑥比较以上各方案，方案㈠和方案㈡连接简单，支撑较好而且轴套较少。所以其绘制功率流线图，计算循环功率。（1）方案ⅠT1制动时只有三排参与转动。T2制动时一、二排参与传动。写出各构件的转速方程如下：ni+2.46no-3.46nR=0nR=1311.02r/minn2+2.92ni-3.92nR=0解得n2=0no=1128.51r/minni=1760r/min计算各构件的转矩由于i2=1.56，所以Mo=-i2Mi=-1.56×880=-1372.8N.m对第③排列转矩方程如下：Mt3/1=Mq3/2.46=Mj3/-3.46Mt3=490.29N.mMj3+Mo=0解得Mq3=1372.8N.mMo=1372.8Mj3=-1863.01N.m对第⑥排列方程：Mt6/1=Mq6/2.92=Mj6/-3.92Mt6=-475.26N.mMi=-880N.m解得Mq6=-1387.75N.mMj3+Mj6=0Mj6=1863.01N.m根据以上计算绘出功率流线图(+)-(+)+(+)+(+)-(0)-(+)+由功率流线图可以看，此传动方案中有循环功率，循环功率的大小P循环=Mt3ni/9550=490.29×1760/9550=90.36KW7）当TR制动时中间排行星③排参与传力。方案ⅡT1制动时只有第二排参与转动。T2制动时第二、三排参与传动。写出此时各构件的转速方程如下：ni+2.46n1-3.46no=0no=715.45r/minn2+2.20no-3.20n1=0解得n2=0n1=715.45r/minni=1760r/min计算各构件的转矩由于i2=1.56，所以Mo=-i2Mi=-1.56×880=-1372.8N.m对第EQ\o\ac(○,3)排列转矩方程如下：Mt1/1=Mq1/2.46=Mj1/-3.46Mt3=558.05N.mMji+Mo=0解得Mq2=1372.8N.mMi=880Mj3=-1930.85N.m对第⑦排列方程：Mt7/1=Mq7/220=Mj7/-3.20Mt7=-603.39N.m解得Mq7=-1327.46N.mMj3+Mj7=0Mj7=1930.85N.m根据以上计算绘出功率流线图如图所示T1T2(-)-(+)-(+)+(-)+(+)-0-由功率流线图可以看，此传动方案中有循环功率，循环功率的大小P循环=Mt3ni/9550=603.39×1760/9550=112.0kw4)TR制动时第三排传力。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㈠和方案㈡在T2制动时各构件都有循环功率。而且都不能借助其他的行星排直接实现传动比。而方案㈡在TR制动时传动结构方案比方案㈠结构复杂，通过比较，方案㈠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m=4，齿圈分度圆直径初选360mm。2、齿圈和太阳轮齿数计算齿圈的齿数为Zq=dq/m=360/4=90由可得所以Zt3=Zq3/3=90/2.46=36.59，取Zt3=36Zt1=Zq1/1=90/1.79=50.28，取Zt1=50Zt6=Zq6/6=90/2.92=30.82，取Zt7=30由，计算得：Zx3=(Zq3-Zt3)/2=(90-36)/2=27Zx1=(Zq1-Zt1)/2=(90-48)/2=21Zx6=(Zq6-Zt6)/2=(90-30)/2=303、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）装配条件校核装配条件的公式为：，其中n为行星排上的行星轮个数，在这里n=3;装配条件校核如下:第（6）排：(Zt6+Zq6)/n=(30+90)/3=40第（3）排：(Zt3+Zq3)/n=(36+90)/3=42第（1）排：(Zt1+Zq1)/n=(48+90)/3=46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不相互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5～8mm，经计算发现三个相邻的行星轮齿顶间的间隙满足要求。A6=m(Zx6+Zt6)/2=4╳(30+30)/2=120A3=m(Zx3+Zt3)/2=4╳(27+36)/2=126A1=m(Zx1+Zt1)/2=4╳(21+48)/2=138Dx6=mZx6=4╳30=120Dx3=mZx3=4╳27=108Dx1=mZx1=4╳21=842A6sin-Dx6=2╳120╳1.732-120=87.84>(5~8)2A3sin-Dx3=2╳126╳1.732-108=110.23>(5~8)2A1sin-QUOTEDx1=2╳138╳1.732-84=155.02>(5~8)（5）将行星传动的参数列表如下：名称mDqZtZx（6）排2.7243603030（3）排2.463627（1）排1.794821（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③排6实=Zq6/Zt6=90/30=3第①排3实=Zq3/Zt3=90/36=2.5第⑦排1实=Zq1/Zt1=90/48=1.88列实际传动方程：ni+3no-4nR=0（11）ni+2.5n1-3.5no=0（12）n2+1.88no-2.88n1=0（13）方程（11）得iR实=2.5方程（12）得=2.88方程（12）联立（13）消去得方程n2+1.86ni-2.86no=0与方程（2）对比得i2实=1.54误差校核2档﹤5%R档QUOTE﹤5%1档

﹤5%由校核结果看，方案Ⅱ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)=2.88=1.54=-2.5(2)、制动件转速方程式：=（1）(3)、行星轮转速方程式：=（2）式中：、、——分别表示制动构件、输出构件和行星轮的转速；—任意一档的传动比；A—常数。2、构件转速平面图绘制(1)、建立平面坐标系以、为纵坐标，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，其它构件的转速用的倍数来表示。2)、输出构件转速线：该线是过原点和点（11）与横坐标轴成的直线。(3)、绘制各制动件转速线把=1代入式（1）得=1；把=1代入式（1）得=，由此可知：各制动件转速线是过点（11）和点（0）的直线。对制动构件T1：

对制动构件T2：

对制动构件TR：(4)、绘制各行星轮转速线把=1代入式（2）得，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：（14）对第7排，当T2制动时，nt7=0，no=，将nt7=0代入方程（14）得nx7=0.51。所以T2制动时X7转速线过（0.65，0.51）点和（1，0）点。对第1排，当T1制动时，nq1=0，no=，将nq1=0代入方程（14）得nx1=-1.5。所以T2制动时转速线过（0.35，-1.5）点和（1，0）点。对第3排，当TR制动时，nj3=0，no=QUOTE，将nj3=0代入方程（14）得nxR=-1.33。所以TR制动时X3转速线过（-0.4，-1.33）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。3、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①排行星轮转速最高;2档工作时，第①排行星轮转速最高;R档工作时，第①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的大小有无关系、与不同的传动方案有无关系？答：因为T1和T2分别制动时，不同的档位TR制动件的转速不同，而方案Ⅰ和方案ⅢT2制动实现2档传动时，各构件的转速相同。由此得出结论：构件转速的大小与传动比数值的大小有无、与不同的传动方案无关。(4)、分析并说明行星轮转速的大小与不同的传动方案有无关系？答：由行星轮转速计算公式可以看出，不同的传动方案，，均不一样，所以行星轮转速的大小与不同的传动方案有关。(5)、为什么不让行星排加制动器实现接近于1的传动比，而偏让离合器实现等于1的传动比？答：用行星排加制动器实现接近于1的传动比时，行星排各构件的转速较高，消耗的功率较大，而用离合器来实现等于1的传动比，行星排各构件的转速较低，消耗的功率较小，故采用离合器来实现。(6)、根据综合转速平面图计算制动器的制动转矩制动转矩与直线同纵坐标轴所截的线段长度的倒数成比例。计算制动器的制动转矩以为单位。4、换档离合器的位置确定由传动简图可以看出，离合器布置在i和R挡之间在结构上比较容易实现。由转速线图可以看出，当R挡制动时，离合器主从动摩擦片旋转方向相反，而且相对转速较大。由图可以看出相对最小转速nφmin=vd/ab·ni相对速度小，滑膜损失较小所以离合器合器布置在输入轴i和倒挡制动构件TR之间且结构上容易实现、传递功率较小。故将离合器布置在输入轴i和倒档制动构件TR之间T2TRT1⑥③①参考文献【1】郁录平.工程机械底盘设计.人民交通出版社，2000【2】饶振纲.行星齿轮传动设计.化学工业出版社，2004基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现HYPERLINK"/