变速箱翻转架设计

大学

课程设计题目：变速箱翻转架设计

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：2013

一、设计题目

变速箱翻转架设计

二、设计参数

蜗杆分度圆直径：90mm

涡轮分度圆直径：350mm

三、设计要求

（1）总装图 1张

（2）零件图 2张

（3）课程设计说明书（5000～8000字） 1份

四、进度安排（参考）

（1）熟悉相关资料和参考图 2天

（2）确定基本参数和主要结构尺寸 2天

（3）设计计算 3天

（4）绘制总装配草图 4天

（5）绘制总装配图 2天

（6）绘制零件图 2天

（7）编写说明书 3天

（8）准备及答辩 3天

五、指导教师评语

该生设计的过程中表现，设计内容反映的基本概念及计算，设计方案，图纸表达，说明书撰写，答辩表现。

成绩：

指导教师

日期

摘要

目前，随着我国汽车的发展，变速箱的应用需求越来越高，其质量的要求也越来越高，而往往其容易损坏，故而就设计出了变速箱翻转架以用来维修或者汽车专业学员实操技能的培训。所以，这次是有关变速翻转架的设计。

变速箱是汽车传动系统的主要组成之一。汽车的实际使用情况非常复杂，如起步、怠速停车、低速或高速行驶、加速、减速、爬坡和倒车等，这就要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化，而目前广泛采用的活塞式发动机的输出转矩和转速变化范围较小。为了适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下(功率较高、油耗较低)工作，在传动系统中设置了变速箱。变速箱关乎到车主的安全，所以变速箱的维修检测也必须谨慎，故而翻转架的选择和设计是十分重要的。

课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的重要环节，这次的课程设计对于我们来说是非常的重要，因为它不仅是在我们完成生产实习，学完机械制造技术基础和其它专业课程之后进行的，还是将我们所学理论与具体设计相结合得到解决问题和分析问题能力的初步培养，另外也为以后搞好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合的训练。

Abstract

At present, along with the development of our country automobile, the application demand of gear box is getting higher and higher, the request of its quality is also getting higher and higher, but often its easy damage, therefore designed the gear box roll-over stand to be used to service or the automotive specialty student reality holds training of skill. Therefore, this time is the design of related speed change roll-over stand.

The gear box is one of the automobile transmission system main compositions. The actual service condition of automobile is complex, such as the start, the idling regime parking, low speed or the high-speed travel, accelerate, decelerate, climb and back up, this requests the driving influence and vehicle speed of automobile can change in the considerably large scope, but the output torque and rotational speed of range of variation piston engine at present widely uses is small. In order to adapt to travel condition of change, simultaneously makes (the power of engine under the advantageous operating mode high frequently, oil consumption to be low) work, has established the gear box in the transmission system. The gear box concerns the safety of vehicle owner, therefore the service examination of gear box must be discrete, therefore the choice and design of roll-over stand are very important. The curriculum project is to inspect the student comprehensively in grasping the important link of elementary theory knowledge, this curriculum project regarding us very important, because it not only completes the productive practice in us, after completing other bases of manufacturing technique and special courses, carries on, studies the theory and concrete design us unifies is solved the problem and preliminary training of analysis problem ability, moreover does well the

graduation project, to take the job to carry on a comprehensive training for later.

目录

1变速箱翻转架发展概况 (1)

1.1变速箱翻转架历史背景 (1)

1.2变速箱翻转架国内外现状 (1)

1.3翻转架工作原理 (2)

2蜗轮蜗杆的传动设计 (3)

3蜗杆、涡轮基本尺寸设计 (7)

3.1 蜗杆基本尺寸设计 (7)

3.2涡轮基本尺寸表 (8)

4涡轮轴的尺寸设计与校核 (8)

4.1轴的直径与长度的确定 (9)

4.2轴的校核 (10)

4.3装涡轮处轴的键槽设计及键的选择 (14)

5 箱体的选择（自选） (14)

6 其他零件的选择 (16)

7 翻转架附件的选择 (17)

8 翻转架的润滑 (19)

9 结论 (20)

10 参考文献 (20)

1.变速箱翻转架的发展概况

1.1 变速箱翻转架的历史背景

汽车和变速箱的诞生都已有百年的历史，尤其是二战后汽车工业获得了前所未有的发展，从而带动了包括发动机谁及水平在内的一系列机械工业的进步。发动机翻转架的功能也从过去的只具有单一的拆卸，组装向检测，调试等多任务，多功能转化。

以前国内的翻转架是靠臂力驱动，机构陈旧，不省力。在实际应用中多有不便。在应用到汽车发动机拆装的过程中，要求具备自锁功能、360 旋转、省力等多种作用。尤其是发动机实训课的教学，是利用淘汰的汽车发动机，就地进行解体和组装，或在功能单一的发动机翻转架和工作台上进行解体、组装，即不能保证工件、工具、油、水不落地，达到卫生清洁、确保安全、按时完成教学任务的基本要求，更谈不上保证教学质量和严格的技术要求。另外，每个教学班40余名学生，一般仅有 1～2 名实习指导教师，投入两台实训发动机，每台发动机仅能供 3-5 名学生使用，大多数的学生无从插手，实训形同走马观花，对实验实训来说不够实用，因此引起人们对发动机翻转台架的关注和研究。

1.2变速箱翻转架的国内外现状

国内外对汽车变速箱翻转架功能的改造和技术提升并无大的进展，特别是对于实验、实训教学来说不够实用。适合汽车运用技术专业实训教学的发动机翻转架，应集发动机的拆卸、组装、调试、大修、起动、故障设置及诊断、排除、检测等功能为一体。通过查找资料，集思广益，我架利

用蜗轮蜗杆的减速原理和自锁功能，以及万向轮的多方位移动功能。发动机重力通过翻转架壳体形成力的平衡，保证了翻转架的稳定性。其主要特点为：

（1）变速箱可沿轴向在 360。内任意翻转，并可在任意位置锁止：便于对发动机进行反复拆卸、组装和调试工作。

（2）在翻转架上设置了发动机的所有辅助设施，实现了发动机大修、起动、故障设置及诊断、排除等功能。

（3）仪表箱不但将发动机机体以外的电气集于一体，将各传感器等主要电路呈现在面板上，还设有指示灯和诊断插孔，能够直接观察电路的通断情况；与检

测设备连接后，可读取故障码，方便了发动机故障的检测。

（4）仪表箱电路分三路通过车架穿壁与发动机连接，整齐美观，便于拆装。（5）翻转架底部设置了油盘，克服了工件、工具、油、水落地的问题，保证了文明作业和安全生产。

（6）翻转架上的万向轮和定位螺钉实现了整体任意移动和定点作业的要求，同时方便了实验室的调整。为了方便对发动机的解体、组装和调试，该翻转架打破了旋转轴两点式支承的传统设计，利用减速机输出轴(80mm)悬臂承受发动机的全部质量。

根据大学生的平均身高(1．65m)及站立作业的要求，发动机曲轴中心线距地面的合理高度应是 600～800mm，我们选择的高度为 615mm，是理想的作业高度。翻转架的最高点仪表箱顶面，在不影响翻转架工作性能的前提下，应方便电路的连接和仪表的观察，我们选择的高度为 1．5m。翻转架油盘的宽度应大于发动机的总长度，以保证水箱的安装和风扇的正常运转。我们设计的翻转架总长度与要求的总长度相符。

1.3翻转架工作原理

翻转架的传动是通过蜗轮蜗杆传动来工作的，其传动原理与减速器的传动是类似一样的，故而翻转架设计，可看作是对减速器来设计。翻转架的设计包括台架的设计以及变速箱的选择。翻转架的设计要充分考虑台架质量分布均匀度，台架稳定性及运动件和固定件是否发生干涉等因素，下面对整个设计

过程进行剖析。

图1-3翻转架结构简图

Fig. 1-3 roll-over stand diagram of mechanism

2、蜗轮蜗杆传动设计

其设计是用于与发动机Y132M2-6相匹配的变速箱 1蜗杆轴的输入功率、转速与转矩

P 0 = P r =4.7kw n 0=960r/min

T 0=9.55 P 0 / n 0=4.7×103=46.7N .m 2蜗轮轴的输入功率、转速与转矩

P 1 = P 0·η01 = 4.7×0.99×0.99×0.7×0.992 =3.19 kw n Ⅰ= 1

0o i n = 35

960 = 27.4 r/min

T 1= 95501

1n P = 9550×4

.2719.3 = 1111.84N ·m

运动和动力参数计算结果整理于下表2-1：

表2-1运动和动力参数

Table 2-1 kinematic and dynamic parameters

类型 功率 P （kw ） 转速 N （r/min ）

转矩 T(N ·m) 传动比 i 效率

η

蜗杆轴 4.7 960 46.75 1

0.679

涡轮轴

3.19

27.4

1111.84

35

蜗杆的材料采用45钢，表面硬度>45HRC ，蜗轮材料采用ZCuA110Fe3,砂型铸造。 以下设计参数与公式除特殊说明外均以参考[1]蜗杆传动为主要依据。 具体如表2—1：

表2—1蜗轮蜗杆的传动设计表

Table 2-1 worm gear transmission design table

项 目 计算内容

计算结果 蜗杆副的相对滑动速度

s

m T n V s /17.584.1111960102.5102.53432

14=??=?=-- 4m/s

参考文献5第37页（23式）

当量摩擦 系数

4m/s

72.103.0==v v ρμ

选[a d /1]值

在图13.11的i=35的线上，查得[a d /1]=0.45

6=γ 7.01=η

[a d /1]=0.45

6=γ 7.01=η

蜗轮转矩

m

N i n P i T T .11457.035960

107.455.955

.93

11

1

112=???===ηη

m N T .11452=

使用系数 按要求查表12.9

1.1=A K

转速系数

83

.0)1358960()18

(8

1

8

1

2=+?=+=--n

Z n

83.0=n Z

弹性系数 根据蜗轮副材料查表13.2

MPa Z E 164=

寿命系数

13

.112000250002500066

===h h L Z 13.1=h Z

接触系数 按图13.12I 线查出

68.2=Zp

接触疲劳极

限 查表13.2

250lim =H σ

接触疲劳最

小安全系数

自定

3.1min =H S

中心距

mm

Z Z S Z Z T K a H h n H P E A 196)

250

13.183.03.168.2164(11450001.1)

(

32

32

lim

min 2=?????==σ

mm a 225=

蜗杆头数 3

.135/)2254.27(/)4.27(1=+=+=u a Z Z1=1

蜗轮齿数模

数 3513511=?==iz z

352=z

m=10

蜗杆分度圆

直径

7.7722568.068.0875.0875.01=?==a d

或

mm d 901=

25.10122545.0]/[11=?=?=a a d d

蜗轮分度圆

直径

350351022=?==mz d

3502=d mm

蜗杆导程角

90/101/11?==d m z tg γ

表13.5

34.6=γ

变位系数 x=（225-220）/10=0.5

x=0.5

蜗杆齿顶圆

直径 110

10290211=?+=+=a

a h d d 表13.5

1101=a d mm

蜗杆齿根圆

直径 66

102.1290)

(211=??-=+-=c h d d a f 表13.5

661=f d mm

蜗杆齿宽 148

350380222

2

221=-=-=d d b a

1481=b mm

蜗轮齿根圆

直径 336

)2510(2350)

(222=+-?-=+--=c xm h d d a f

3362=f d mm

蜗轮齿顶圆直径（吼圆直

径） 380

5.1102350)

(222=??+=++=xm h d d a a 3802=a d mm

蜗轮外径 3901038022=+=+=m

d d a

e 3902=e d mm

蜗轮咽喉母圆半径

35

2/3802252

22

=-=-

=a g d a r mm r g 352

=

蜗轮齿宽

B 11075.075.01?=≤a d =82.5

25

.73110

90

5.0(102)

15.0(212=++

??=++=m

d

m b

B=82mm

732=b mm

蜗杆圆周速

度 52

.4100060/9609014.31000

60/111=???=?=n d v π 1v =4.52 m/s

相对滑动速

度

57

.434.6cos /52.4cos /1=== γ

v v s 57.4=s v m/s

当量摩擦系

数 由表13.6查得

50.1026

.0==v v ρμ 许用接触应

力

37

.1803

.1250

13.183.0][min

lim

=?

?==H H h

n H s Z Z σσ

MPa H 181][=σ

最大接触应

力 1

.146225114500

1.168.21643

3

2=???==a T K Z Z A P

E H σ

MPa H 1811.146≤=σ

合格

齿根弯曲疲

劳强度 由表13.2查出

MPa Flin 400=σ

弯曲疲劳最

小安全系数 自取

4.1min =F S

许用弯曲疲劳应力

286

4.1400][min

lim

===

F F F S σσ

286][=F σ

轮齿最大弯曲应力

10

35073101145000

1.1222

22

=????=

=

d mb T K A F σ MPa F 28610<=σ

合格

蜗杆轴惯性

矩 6

4

411022.3649064

?=?=

=ππd I

461022.3mm I ?=

允许蜗杆扰

度

04

.010004.0004.0][=?==m

δ mm 04.0][=δ

蜗杆轴扰度

006

.01022.31020648350)

5.134.6(203501145000248)

(6

32332332=?????++??=

++=

tg tg EI

tg tg l F v t T ργαδ

mm 006.0=δ

合格

传动啮合效

率 8

.050.134.6(34.6)

(0

1=+=

+=

tg tg tg tg v ργγη

8.01=η

搅油效率 自定 99.02=η

轴承效率

自定

99.03=η

总效率 78

.099.099.08.03

21=??==ηηηη 78.0=η

散热面积估

算

38

.222510910988.1588

.15=??=?=--a A 238.2mm A =

箱体工作温

度

49

2038

.25.1)78.01(7.41000)1(10000

11=+?-??==+-=

t A

a P t w η

此处取w a =15w/（m 2c ）

C C t 80491≤=

合格

润滑油粘度 根据57.4=s v m/s 由表13.7选取

s

mm v C /320240=

润滑方法 由表13.7采用浸油润滑

3、蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计

3.1蜗杆基本尺寸设计

根据电动机的功率P=5.5kw ，满载转速为960r/min ，电动机轴径mm d 38=电机，轴伸长E=80mm 轴上键槽为10x5。

1、 初步估计蜗杆轴外伸段的直径

d=（0.8——10）电机d =30.4——38mm 2、 计算转矩

Tc=KT=K ×9550×n

P =1.5×9550×5.5/960=82.1N.M

由Tc 、d 根据[2]表14-13可查得选用HL3号弹性柱销联轴器（38×83）。 3、 确定蜗杆轴外伸端直径为38mm 。

4、 根据HL3号弹性柱销联轴器的结构尺寸确定蜗杆轴外伸端直径为38mm 的长度为

80mm 。

5、 由参考文献[2]的第305页表10-1可查得普通平键GB1096—90A 型键10×70，蜗杆

轴上的键槽宽0036.010-mm ，槽深为2.00

0.5+mm ，联轴器上槽深mm t 3.31=，键槽长L=70mm 。