1、河北工程大学课程设计说明书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2006 级工程机械专业设计起止时间：2009 年 12 月 24 日2010 年 1 月 4 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2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。3设计参数4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
2、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。5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 。6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。变速箱传动比 输入转速 输入转矩1i2i3iRi（r/min)n（N.mM）3.21 1.86 1.00 2.87 2010 995河北工程大学课程设计说明书2目 录一、综合法设计行星
3、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河北工程大学课程设计说明书3四、参考资料18行星齿轮式变速箱传动方案设计说明书
4、一综合法设计行星齿轮式变速箱传动方案1.已知条件2.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： = = =1032nC353.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： = =120nC32104.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。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：变速箱传动比 输入转速 输入转矩1i2i3iRi（r/min)n（N.MM）3.21 1.
5、86 1.00 2.87 2010 995河北工程大学课程设计说明书43.21012.860.7.ii Rnn(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12.3.0i onn2.21 oi1原始方程 (1)0.86.i0.86 2原始方程 (2)2730Rionn2.87 Ri原始方程 (3)21.04.i2.04 1i（1） 、(2)消去 0n
6、(4)10i Rnn1.04 Ri(1)、 （3）消去 o(5) 2.9.iR1.91 2(2)、 （3）消去 on(6)211.57.0onn1.57 1o（1） 、(2)消去 i(7)1.752.Ro1.75 R（1） 、(3)消去 in(8)24.5.0Rn4.5 2o（3） 、(2)消去 i(9)21R1 1R（4） 、(5)消去 in(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。方程式河北工程大学课程设计说明书5（2） 、 （5） 、 （10）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）
7、 。而方程式（1） 、 （3） 、 （4） 、 （6） 、 （7） 、 （8）代表的行星排是较适宜选用的。可从这 6 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：1 每个方程组中都必须含有所有的旋转构件i、 o、1、2、R。2 所选的 n 个方程的特性系数 应相互接近，且便于计算。3 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4 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） 、 （4） 、 （6） 、 （7） 、 （8）方程式组合成方程组
8、。7.绘制变速箱传动示意图1341 o 2 1 2 o 2 1 oo R 1 o 1 R 1 o Ri i i i i i i i i1 3 4 1 4 3 4 3 11361 o i o i 1 i 1 oo R R R R o R o Ri i 2 i 2 i 2 i i1 3 6 3 6 1 6 1 31370 1 0 0 0 1 1 o o1 0 R 1 R 0 0 1 R2 i i 2 i i I 2 I7 1 3 7 3 1 1 7 3河北工程大学课程设计说明书6138R 1 0 1 0 R 0 R 10 0 R 0 R 0 R 0 01 i i i i 1 I 1 i8 1 3
9、1 3 8 3 8 1346i O 2 i 2 0 0 i 2R R 1 R 1 R R R 12 i i 2 i i i 2 i6 3 4 6 4 3 3 6 43470 0 2 0 2 0 2 0 01 R 1 R 1 1 1 1 R2 i I i i 2 i 2 i7 3 4 3 4 7 4 7 3348R o 2 0 2 R 2 R 00 R 1 R 1 0 1 0 R1 i i i i 1 i 1 i8 3 4 3 4 8 4 8 3河北工程大学课程设计说明书7467i 2 0 2 i 0 i 0 2R 1 1 1 R 1 R 1 12 i 2 i 2 2 2 2 i6 4 7 4
10、6 7 6 7 4468i 2 R 2 i R i R 2R 1 0 1 R 0 R 0 12 i 1 i 2 1 2 1 i6 4 8 4 6 8 6 8 4461i 2 1 1 i 2 i 1 2R 1 0 0 R 1 R 0 12 i i i 2 i 2 i i6 4 1 1 6 4 6 1 4（十一）6780 i R i 0 1 i R 01 R 0 R 1 0 R 0 12 2 1 2 1 1 2 1 27 6 8 6 7 8 6 8 7（十二）671河北工程大学课程设计说明书80 i 1 i 0 1 i 1 01 R 0 R 1 0 R 0 12 2 i 2 2 i 2 i 27
11、6 1 6 7 1 6 1 7（十三）6730 i 0 i 0 0 i 0 01 R R R 1 R R R 12 2 i 2 2 i 2 i 27 6 3 6 7 3 6 3 7（十四）6740 i 2 i 0 2 i 2 01 R 1 R 1 1 R 1 12 2 i 2 2 i 2 i 27 6 4 6 7 4 6 4 7（十五）7811 0 R 0 R 1 R 1 00 1 0 1 0 0 0 0 12 2 1 2 1 I7 1 i 21 7 8 7 8 1 8 1 7（十六）783河北工程大学课程设计说明书90 0 R 0 R 0 R 0 0R 1 0 1 0 R 0 R 1i 2
12、1 2 1 i 1 i 23 77 8 7 8 3 8 3 7（十七）784R 0 2 0 R 2 0 2 R0 1 1 1 0 1 1 1 01 2 i 2 1 i 2 i 18 7 4 7 8 4 7 4 8（十八）1430 1 2 1 2 0 2 0 1R 0 1 0 1 R 1 R 0i i i i i i i i i3 1 4 1 4 2 4 3 1（十九）1470 1 2 1 2 0 2 0 11 0 1 0 1 1 1 1 02 i i i i 2 i 2 i7 1 4 1 4 7 4 7 1（二十）1482 1 R 1 2 R 2 R 11 0 0 0 1 0 1 0 0i i
13、 1 i i 1 i 1 i河北工程大学课程设计说明书104 1 8 1 4 8 4 8 18.绘制传动简图、计算循环功率方案方案方案 河北工程大学课程设计说明书11方案 比较以上各个方案，方案、方案连接简单、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1)当 T1 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河北工程大学课程设计说明书12写出此时各构件的转速方程如下：解得012234/miniinr 2106.8/min37onr计算各构件的转矩由于 ，所以21.86i 2.8950.oiMN对第排列转矩方程如下：求得441.03
14、.95qjtji 4419.385027.6tqjMmN对第排列方程：求得112.3.0qjtjoM 11850.7tqj mMN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。方案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：河北工程大学课程设计说明书13写出此时各构件的转速方程如下：解得02.873.19/minRiiinr 20139.8/min76Ronr计算各构件的转矩由于 ，所以21.86i 2.8650.oiMN对第排列转矩方程如下：求得663.9.
15、105jqtjji 6857.139.24.tqjMmN对第排列方程：求得3312.87.0qjtoM 36.81507.249tqj mMN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，此传动方案中有循环功率，315.7215.729txkwnp3）T R 制动时 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河北工程大学课程设计说明书14和方案在 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 在TR 制动时三个行星排均参与传递，且构件布置较方案 复杂。通过比较，方案更合理，故选其作为做后续计算依据。二.齿轮结构设计1.、齿轮
16、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 400mm。2、齿圈和太阳轮齿数计算齿圈的齿数为401qdmZ由 可得tqZqt所以 ，取 Zt4=44;4103.672.tt ，取 Zt1=441.84.qtZ，取 Zt8=56;8056.9.7qt由 ，计算得：2tqXZ410428qtX12qtXZ80562qtX3、齿轮传动安装条件校核（1）同心条件的校核由于方案三个行星排均满足 条件，所以同心条件满足。2tqXZ（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河北工程大学课程设计说明书15查相关资料了解到行星
17、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;NnZqt装配条件校核如下:第（4）排： 410483tq第（1）排： 1tqZn第（8）排： 805623q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 m Zq Zt Zx（4）排 2.04 44 28（1）排 2.21 44 28（8）排 1.754 40
18、056 22（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：第排 4102.7qtZ实第排 1.qt实第排 80.756qtZ实列实际传动方程：（11）21.73.inn（12）10i 河北工程大学课程设计说明书16（13）10.782.Rnn方程（12）与（1）对比得 =3.271i实方程（12）联立（13）消去 得方程 与方程（3）对比得3.04.0ioRnn=3.04iR实方程（11）联立（12）消去 得方程 与方程（2）对比得12.7.io=1.934i2实误差校
19、核1 档 13.271.8%5i实R 档 R.0493.i实2 档 21.5i实由校核结果看，方案满足传动比条件三、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)=3.27 =1.934 =3.041i实 i2实 iR实(2)、制动件转速方程式： = （1）bn1iio(3)、行星轮转速方程式： = （2）xA式中： 、 、 分别表示制动构件、输出构件和行星轮的转速；bnox任意一档的传动比； A常数。i2、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。bnxon(2)、绘制输入、输出
20、构件的转速线河北工程大学课程设计说明书171)、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。in2)、输出构件转速线：该线是过原点和点（1 1）与横坐标轴成 的直线。045(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onbnboni1动件转速线是过点（1 1）和点（ 0）的直线。i对制动构件 T1： 1.4i2.7实对制动构件 T2： 0.5i.932实对制动构件 TR： R1.i.4实(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
21、线过点（1 0） 。再根on0xn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）()()qtxtjqjxxZnn对第排，当 T2 制动时， =0， = ，将 =0 代入方程4qo10.52i.932实 4q（14）得 。所以 T2 制动时 转速线过（ 0.52，-1.09）点和（1，0）点。41.09xn4X对第排，当 T2 制动时， ， = ，将16320.8qnon.52i.932实代入方程（14）得 。所以 T2 制动时 转速线过（0.52，-10.3qn1.79x1X0.79）点和（1，0）点。对第排，当 TR 制动时， =0， = ，将 代
22、入方程8qno10.3i.4R实 80qn（14）得 。所以 TR 制动时 转速线过（ -0.33，1.5）点和（1，0）点。81.5xn8X根据以上坐标点画出综合转速平面图，图见后页附图。河北工程大学课程设计说明书183、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
23、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，而方案和方案T2 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？河北工程大学课程设计说明书19答：由行星轮转速计算公式 可以看出，不同的()()qtxtjqjxxZnn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。tnjq(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
24、 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bM)(obnf制动器的制动转矩以 为单位。i1 i i11(MToi实 实 实 ） ） =-2.82 i i实 2实 实） ） 79Ri iR(ToMi实 实 实 ） ） -6.04、换档离合器的位置确定由于该行星变速传动处于空挡位置（即 =0）时，各构件最大相对转速为on，若将摩擦离合器 布置在输入轴 i 和二档制动构件 T2 之间，可使该行星变2iTn速传动的闭锁力矩 最小，且结构上容易实现、传递功率较小。M故将离合器 布置在输入轴 i 和二档制动构件 T2 之间四、参考资料工程机械底盘设计人民交通出版社、郁录平主编。行星齿轮传动设计化学工业出版社、饶振纲主编。
