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1、陕西理工学院成人教育学院 - 1 -1 机车的用途，特点及主要技术参数科学技术的飞速发展，社会所需求机械产品的结构越来越合理，其性能和效率要求也越来越高。因此，为了适应国民经济发展的需求，提高生产效率，在运输系统上对运输工具相应的提出了高性能，高技术，高效率的要求。能源是国民经济的命脉。就我国煤炭系统目前发展的状况而言，在煤矿运输中有三种运输类型：有轨运输、无轨运输和皮带运输。而有轨运输以其效率高、安全性好等优点在煤矿业中得到较广泛的使用。在目前有轨运输中作为动力系统的有三种形式：矿井电力、蓄电池和柴油机。而以防爆柴油机作为动力的轨道运输牵引机车以其特有的防爆安全和大功率的特点作为有轨运输的主
2、力军。虽然防爆柴油机轨道运输牵引机车目前已在某些矿井使用，但并未普及，而象此次设计功率 18 马力的牵引机车目前还未开发生产。所以，此设计可以说填补了国内空白。设计轨道运输牵引机车的变速箱，就是为了解决过去运输牵引机车变速复杂，变速范围小，效率低等问题。该轨道运输牵引技术的变速箱的工作原理是，防爆柴油发动机作为动力，通过带传动将高转速传入变速箱。高转速在变速箱里通过拨叉使不同齿数齿轮合理相啮合，从而使变速箱的输出转速达到前行 33.2 km/h、6.58 km/h 和后行 33.2 km/h、 6.58 km/h的不同转速。变速箱是轨道牵引机车的主要组成部分，同时变速箱又是由许多不同的部分组成
3、，其中包括一根传入轴、二根传递轴、一根输出轴和一根惰轮轴、十个圆柱齿轮和三个拨叉，此外，还有变速箱壳体、轴承等其他零件。陕西理工学院成人教育学院 - 2 -装备此次设计变速箱的轨道运输牵引机车一般选用常州 S195M 型 18 马力柴油机作为动力。牵引机车上的照明、喇叭信号及蓄电池充电都是由柴油机带动直流发电机发电来供给的。本牵引机车功率大，燃料消耗率低。此外，机车还具有催化器及水洗箱两极净化装置。本次设计的变速箱在速度上具有前行和后行共 4 种不同的速度，使机车在不同的情况下采用不同的挡位。所以，此轨道运输牵引机车具有节能、高效、方便、污染少、变速广、适用面宽等优点，可以广泛推广生产使用。但
4、目前这种具有该设计变速箱的机车正处于研究开发阶段。随着各种技术的完善，此种大功率牵引机车的前景一定辉煌！1.1 机车的用途就我国目前而言,此种机车有其非常重要的作用,应说是填补了一项空白,我国目前还没有此类型号的牵引机车。它使用于广大厂矿企业的货物、能源、资料、产品等的运输。1.2 机车的特点此机车的设计适应了当前形势的需要,它以柴油作为燃料,投资少,效率高,可靠性高,也是一代环保产品；它结构简单,紧凑；工作灵活,方便,适应范围广。此机车的变速箱与其它汽车的变速箱不同点是：a) 其它汽车的变速箱一般只有一个后退挡；b) 轨道运输牵引机车前进挡和后退挡基本相同，速度差不多。1.3 机车的主要技术
5、参数(1) 动力装置：防爆柴油发动机功 率：P=18 马力陕西理工学院成人教育学院 - 3 -额定转速：n=2200 rpm(2) 高速级带传动传动比为 i 1=D2/D1=228/132=1.727经变速箱后有链轮驱动，链传动比为 i 3=Z2/Z1=17/13=1.307(3) 车轮直径： D=300 mm(4) 牵引车速度：前进 33.2 、6.58 km/h后退 33.2 、6.58 km/h(5) 防爆柴油机输出转矩：T = Td = 9.55106 P/n=9.5510618/2200 nmm T = T d = 0.07813636364 nmm即： T = T d = 78.1
6、4103 nmm(6) 变速箱的输入转速：n1 = n / i1 = 2200/1.727 rpm n 1 = 1273.88535032 rpm即： n 1 = 1274 rpm(7) 变速箱输入轴扭矩：TI = Td 01i1 = 78.141030.951.727 nmm T I = 128.200391103 nmm即： T I = 128.20103 nmm陕西理工学院成人教育学院 - 4 -2 变速箱传动方案设计2.1 传动方案的拟订主变速传动系从动力机到主轴，通常为降速传动，接近动力机的传动件转速较高，传递的扭矩较小，尺寸小一些；反之，靠近主轴的传动件转速较底，传递的扭矩较大，尺
7、寸就较大。因此在拟订主变速传动系时，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副数少的变速组放在后面。这符合传动副前多后少原则。在设计主变速传动时，还应尽可能做到变速组的传动顺序与扩大顺序相一直。此外，变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过动力机的转速。上述原则在设计主变速传动系时一般应该遵循，也要根据具体情况加以灵活运用。防爆型有轨运输牵引机车变速箱为四轴式，具有前行、后行各两种速度。由于变速箱能以较少的齿轮数获得较多的挡位数和较大的变速范围，并且变速箱体积较小，所以选用空间型组成式变速箱。拟订传动方案，包括传动型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确定。为了使牵引机车
8、得到适当的车速以增强运输能力，选择变速级数为两级，牵引车便有前行、后行各两个挡位。在-轴间采用滑移齿轮，在-轴间采用双联滑移齿轮。2.2 齿数选择与传动比的分配由动力机满载转速 nm和工作机轴的转速 nw，可得传动装置总传动比为：ia = nm/nw总传动比为各级传动比 i0 = i1i2i3in传动比分配得合理，可以减小传动装置的外廓尺寸、重量，达到结构紧陕西理工学院成人教育学院 - 5 -凑、降低成本的目的，还可以得到较好的润滑条件。分配传动比主要应考虑以下几点：(1) 各级传动比均应在推荐范围内选取，不得超过最大值。各种传动的传动比常用值参见设计手册（课程设计手册 P8 页 2-1 表）
9、 。(2) 各级传动零件应做到尺寸协调，结构匀称，避免相互间发生碰撞或安装不便。(3) 尽量使传动装置的外廓尺寸紧凑或重量较小。(4) 在变速箱中，各级齿轮都应得到充分润滑。高速级带传动传动比为 i 1=D2/D1=228/132=1.727经变速箱后有链轮驱动，链传动比为 i 3=Z2/Z1=17/13=1.307(5)由于发动机的标定转速多在 1500rpm 以上，目前 20002500rpm 较多，并有提高的趋势。所以，变速箱的多数挡为减速档，传动比大于 1，个别升速挡的传动比不宜小于 0.8 单对齿轮的传动比不宜小于 0.6，以避免齿轮转速过高而增大轮齿上的载荷和增加搅油损失。(6)要
10、保证拖拉机工作速度范围，使变速箱各档传动比能“拉的开”距离。(7)为了减少零部件的尺寸和质量，应降低零部件的载荷。为此，应尽量使前级部件的传动比减小，而使最终传动的传动比增大。所以变速箱的传动比以较小为益。综合考虑以上各因素制定了以下的传动比分配方案：陕西理工学院成人教育学院 - 6 -表 1 变速箱传动比分配- - - - - -前进挡Z21/Z1模数 3Z22/Z1模数 3Z33/Z23模数 4Z41/Z31模数 5Z42/Z32模数 5Z5/Z1模数 3总传动比70/30 61/22 54/18 40/32 30/301 挡 2.33333 2.77273 3 19.40909092 挡
11、 2.33333 2.77273 1.25 8.08712121后退挡 Z22/Z165/301 挡 2.16667 2. 77273 3 18.02272732 挡 2.16667 2. 77273 1.25 7.5094697带传动的传动比 i=1.727链传动的传动比 i=1.307陕西理工学院成人教育学院 - 7 -2.3 机车牵引速度计算ni=n/I前进 后退1 挡 2 挡 1 挡 2 挡变速箱总传动比19.4090909 8.08712121 18.0227273 7.5094697带传动传动比 1.727 1.727 1.727 1.727链传动传动比 1.307 1.307 1
12、.307 1.307发动机转速 2200机车轮轴转速 50.2168609 120.5204663 54.0796964 129.79127机车行驶速度 3.01301166 7.231227976 3.24478178 7.78747632.4 变速箱各轴最大功率计算kw 按前行 1 挡链传动效率 0.95带传动效率 0.957 级齿轮传动效率 0.97发动机功率 KW 13.42261 挡时各级传动比 2.3333333332.77272727 32 挡时各级传动比 2.3333333332.77272727 1.25变速箱 1 轴功率 12.751472 轴功率 12.2452366陕西
13、理工学院成人教育学院 - 8 -3 轴功率 11.75910074 轴功率 11.29226442.5 变速箱各轴最大扭矩计算N.mm 按前行 1 挡发动机输出扭矩58266.28641 挡时 1 轴转速1273.88535 1 轴扭矩 95594.582722 轴转速545.950864 2 轴扭矩 216362.40563 轴转速196.900312 3 轴扭矩 581916.52444 轴转速65.6334373 4 轴扭矩 1693377.0862.6 几何尺寸计算齿数 模数 分度 圆直径中心 距 齿宽 齿顶 圆直径齿根 圆直径齿形 角全齿 高Z1 30 3 90 20 96 82.5
14、 20 6.75Z21 70 3 21015020 216 202.5 20 6.75Z22 65 3 195 与 Z5142.5 20 201 187.5 20 6.75陕西理工学院成人教育学院 - 9 -Z23 22 4 88 35 96 78 20 899Z33 61 4 24416635 252 234 20 899Z31 18 5 72 35 80 62 20 11.24Z41 54 5 27018035 280 257.5 20 11.24Z32 32 5 160 35 170 147.5 20 11.24Z42 40 5 20018035 210 187.5 20 11.24惰轮
15、 Z5 30 3 90 与 Z190 20 96 82.5 20 6.752.7 各齿轮传动的受力分析Z21/Z1 Z33/Z23 Z41/Z31 Z42/Z32惰轮与Z1Z22 与惰轮mm分度圆直径90 88 72 160 90 90N.mm各轴扭矩95594.5827216362.4056581916.5244581916.524495594.58392726.74524圆周力FtN2T/d2124.324064917.32739916164.34797273.9565552124.32412060.594339径向力FrN2T/d*tg20773.2539581789.907173588
16、3.8226362647.720186773.25396750.05633933 变速箱主要传动零件的设计与校核3.1 齿轮的设计与校核齿轮设计要考虑以下几个方面：陕西理工学院成人教育学院 - 10 -(1)齿轮运转性能方面：噪声低、振动小、传动效率高。(2)承载能力方面：具有所要求的强度和工作寿命，或在规定寿命下的可靠度。(3)工艺性方面：能采用容易得到的刀具加工，齿轮参数与刀具参数相协调。(4)经济性方面：在保证使用性能和耐久性的条件下，加工和使用成本低。所选齿轮一般不产生根切既 Zmin17，齿轮齿根圆到键槽的壁厚一般取5mm，齿轮的齿宽 b=mn，齿宽系数的选择与齿面硬度、齿向精度和支承刚度有关，它直接影响轮齿的承载能力。对于变速箱齿轮 =57，低档齿轮取大值，高挡取小值。3.
