直角CST（可控啟動傳輸）系統(tǒng)的設(shè)計,直角,cst,可控,啟動,傳輸,系統(tǒng),設(shè)計 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 直角CST（可控啟動傳輸）系統(tǒng)的設(shè)計 學 院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學生姓名 學 號 年級 11 指導(dǎo)教師 職稱 講師 2015年6月2日 摘 要 本課題來源于當今社會機械工業(yè)CST的創(chuàng)新和更新?lián)Q代基礎(chǔ)之上，通過設(shè)計出CST可控啟動傳輸裝置，從而來滿足當今社會CST各方面性能不足的缺陷。 CST是一種新型機電一體化產(chǎn)品，它由多級齒輪減速器、濕式線形離合器、液壓控制系統(tǒng)組成。它是專門為平滑啟動運送大慣性載荷，如長距離、大運量的皮帶輸送機而設(shè)計的。CST的輸出扭矩由液壓控制系統(tǒng)控制，它隨著離合器上所加的液壓壓力而變化。 本文運用大學所學的知識，提出了CST可控啟動傳輸裝置的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計中所必須的理論計算和相關(guān)強度校驗，構(gòu)建了CST可控啟動傳輸裝置總的指導(dǎo)思想，從而得出了該CST可控啟動傳輸裝置的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，運行平穩(wěn)的結(jié)論。 關(guān)鍵詞：CST；可控啟動傳輸裝置；結(jié)構(gòu)；結(jié)論 ??????? Abstract This topic comes from nowadays machinery industry CST creativity and update replacement based on, through the design of the CST Controllable start transmission device, so as to meet today's social CST the inadequate performance of the defects. CST is a new type of electromechanical product, which consists of a multi-stage gear reducer, wet linear clutch, hydraulic control system.. It is specially designed for smooth start shipping of large inertia loads, such as long distance, large volume belt conveyors. The output torque of CST is controlled by hydraulic pressure control system, which varies with the hydraulic pressure and pressure.. Using the university knowledge, CST Controllable start transmission device structure composition, working principle and main parts design must have the theoretic calculation and strength check is proposed, constructed of CST Controllable start transmission device of the guiding ideology, and concluded that the CST Controllable start transmission device has the advantages of high efficiency, economy and the smooth operation of the conclusion. Key words：CST;Crankshaft;Processing craft;Fixture; 目 錄 緒論 1 1. 課題的來源及研究的目的和意義 1 2. 本課題研究的主要內(nèi)容 5 3. CST可控啟動傳輸裝置的總體方案設(shè)計 10 3.1 CST可控啟動傳輸裝置的結(jié)構(gòu)形式 12 3.1.1 CST可控啟動傳輸裝置內(nèi)部傳動系統(tǒng)的布局 12 3.2 行星機構(gòu)的類型選擇 12 3.2.1 行星機構(gòu)的類型及特點 12 3.2.2 確定行星齒輪傳動的類型 12 4. CST可控啟動傳輸裝置傳動系統(tǒng)的設(shè)計 14 4.1 行星齒輪的計算 18 4.1.1 配齒計算 22 4.1.2 幾何尺寸計算 22 4.1.3 裝配條件驗算 26 4.2行星軸的設(shè)計計算 27 4.2.1 初算軸的最小直徑 28 4.2.2 輸入軸的設(shè)計 28 4.2.3 輸出軸的設(shè)計 29 4.3 濕氏摩擦離合器的計算 33 4.3.1摩擦副元件材料與形式 33 4.3.2摩擦轉(zhuǎn)矩計算 34 4.3.3 摩擦片尺寸的計算 36 5. CST可控啟動傳輸裝置內(nèi)部主要傳動零件的強度校核 31 5.1 傳動軸的強度校核 32 5.2 傳動齒輪的強度校核 33 5.3 軸承強度的校核 36 6. 結(jié)論 37 參考文獻 38 致謝 39 緒論 1 課題的來源及研究的目的和意義 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。 機械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務(wù)。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務(wù)的機械、研制和提供家庭和個人生活中應(yīng)用的機械、研制和提供各種機械武箱。 ? 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應(yīng)當前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 ? 機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。 機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設(shè)計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復(fù)機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、CST可控啟動傳輸裝置工程等都有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉矗卫?、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務(wù)。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復(fù)雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復(fù)循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。 綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。 在全球經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境之下，我國各個行業(yè)在受到其他國家先進技術(shù)沖擊的同時，與國外品牌企業(yè)的溝通交流的機會也變的越來越多。CST可控啟動傳輸裝置行業(yè)通過行業(yè)展會、科研合作等多種途徑，不斷的提高了自身實力和核心競爭力，縮小與發(fā)達國家之間的差距。 在新的市場需求的驅(qū)動下，CST可控啟動傳輸裝置設(shè)備的更新和優(yōu)化升級更加迫切。國內(nèi)CST可控啟動傳輸裝置設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)充分挖掘市場潛力，大力發(fā)展大型環(huán)保節(jié)能的CST可控啟動傳輸裝置械設(shè)備，在我國飛速發(fā)展的農(nóng)業(yè)從人工作業(yè)到機械化的轉(zhuǎn)變中發(fā)揮著積極的作用。一般生產(chǎn)大型CST可控啟動傳輸裝置設(shè)備的企業(yè)對設(shè)備傳動效率指數(shù)上都有嚴格的要求。各企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)備時，都充分考慮到設(shè)備在運行中可能會出現(xiàn)的種種問題，從而減少設(shè)備因為振動或者操作不當而引起的噪音大、污染重等現(xiàn)象。 國內(nèi)CST可控啟動傳輸裝置的研發(fā)及制造要與全球號召的低碳經(jīng)濟、經(jīng)久耐用主題保持一致。加大CST可控啟動傳輸裝置新型多樣化的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的需求。 CST可控啟動傳輸裝置的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術(shù)的水平密切相關(guān)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各學科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，目前CST可控啟動傳輸裝置正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。 2 本課題研究的主要內(nèi)容 國內(nèi)CST可控啟動傳輸裝置的研發(fā)及制造要與全球號召的低碳經(jīng)濟、經(jīng)久耐用主題保持一致。加大CST可控啟動傳輸裝置新型多樣化的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的需求。 CST可控啟動傳輸裝置的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術(shù)的水平密切相關(guān)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各學科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，目前CST可控啟動傳輸裝置自動CST可控啟動傳輸裝置正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。 本次設(shè)計的任務(wù)是CST可控啟動傳輸裝置的設(shè)計，通過讓學生親自了解CST可控啟動傳輸裝置內(nèi)部的構(gòu)造和組成部分，通過對CST可控啟動傳輸裝置內(nèi)部工件的測繪來認識工件，通過利用計算機繪圖軟件例如CAD，來對工件進行零件圖的繪制和裝配，這樣經(jīng)過一系列的綜合性訓練，培養(yǎng)學生動手，動腦以及畫圖的能力。 3 CST可控啟動傳輸裝置的總體方案設(shè)計 3.1 CST可控啟動傳輸裝置的結(jié)構(gòu)形式 3.1.1 CST可控啟動傳輸裝置內(nèi)部傳動系統(tǒng)的布局 CST是Controlled Starting Transmission的縮寫，中文名稱為可控起動傳輸裝置?？煽仄饎觽鬏斞b置(CST)是一個由多級齒輪減速器加上濕式離合器及液壓控制組成的系統(tǒng)。它是專門為平滑起動運送大慣性載荷，如煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設(shè)計的。CST的輸出扭矩是由液壓控制系統(tǒng)控制的，它隨著離合器上所加的液壓壓力而變化。 一條皮帶機可以由一臺電機及一臺CST驅(qū)動，也可以由多臺電機及多臺CST驅(qū)動。驅(qū)動電機在負載（皮帶機）起動之前啟動，此時CST的輸出軸保持不動，當驅(qū)動電機達到滿轉(zhuǎn)速時，控制系統(tǒng)逐漸增加到每臺CST離合器上的液壓壓力，起動皮帶機并逐漸加速到滿速度。這使得皮帶機在被加速至滿速度之前有一個緩慢而均勻的預(yù)拉伸過程。加速時間可以根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)進行調(diào)整。啟動時驅(qū)動電機可以按順序空載啟動，所以電機的沖擊電流非常小。由于驅(qū)動電機可以根據(jù)運行負載進行選擇而不必根據(jù)起動負載選擇，所以CST驅(qū)動系統(tǒng)可以選用功率較小的電機。 同樣CST也可以像控制皮帶機的起動那樣控制皮帶機的停車，通過延長停車時間可以降低對膠帶的動態(tài)沖擊力。也可以在CST輸入軸上加一個大的飛輪，雖然在大多數(shù)的系統(tǒng)中不需要，但是在某些情況下系統(tǒng)需要安裝飛輪來降低對皮帶的動態(tài)沖擊。 當一驅(qū)動系統(tǒng)中有多臺CST時，控制系統(tǒng)可以確保每臺驅(qū)動電機分擔相同的負載。合理的功率平衡可以有效地延長整個驅(qū)動系統(tǒng)各部件的壽命。功率平衡是通過保持控制每臺CST離合器的壓力，并允許一臺或幾臺CST的離合器進行輕微打滑來實現(xiàn)的。 皮帶正常運行時，根據(jù)系統(tǒng)中各CST的功率平衡要求，每臺CST的離合器或者保持少量打滑狀態(tài)，或者維持壓力以無打滑方式輸出所要求的扭矩，但系統(tǒng)中任何負載的增加都將引起離合器打滑，這種情況被稱為“軟鎖定”。當離合器被軟鎖定時，任何的瞬間的過載或沖擊載荷都將引起離合器的打滑，這樣驅(qū)動系統(tǒng)的所有部件，包括聯(lián)軸器、軸承和齒輪等都將在沖擊或過載時受到保護，從而延長其使用壽命，其組成機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的布局圖如下圖所示： 圖3-1 3.2 行星機構(gòu)的類型選擇 3.2.1 行星機構(gòu)的類型及特點 行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。行星齒輪傳動的主要特點如下： （1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動的（即在承受相同的載荷條件下）。 （2）傳動效率高。在傳動類型選擇恰當、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達0.97~0，99。 （3）傳動比較大?？梢詫崿F(xiàn)運動的合成與分解。只要適當選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個齒輪而獲得很大的傳動比。在僅作為傳遞運動的行星齒輪傳動中，其傳動比可達到幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動在其傳動比很大時，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點。 （4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強。由于采用了數(shù)個結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。 最常見的行星齒輪傳動機構(gòu)是NGW型行星傳動機構(gòu)。行星齒輪傳動的型式可按兩種方式劃分：按齒輪嚙合方式不同分有NGW、NW、NN、WW、NGWN和N等類型。按基本結(jié)構(gòu)的組成情況不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等類型。 行星齒輪傳動最顯著的特點是：在傳遞動力時它可進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)的中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應(yīng)用，表1-1列出了常用行星齒輪傳動的型式及特點： 表1-1常用行星齒輪傳動的傳動類型及其特點 傳動 形式 簡圖 性能參數(shù) 特點 傳動比 效率 最大功率/kW NGW（2Z-X 負號機構(gòu)） =1.13~13.7推薦2.8~9 0.97~0.99 不限 效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳遞公路范圍大，軸向尺寸小，可用于各個工作條件，在機械傳動中應(yīng)用最廣。單級傳動比范圍較小，耳機和三級傳動均廣泛應(yīng)用 NW（2Z-X負號機構(gòu)） =1~50推薦7~21 效率高，徑向尺寸比NGW型小，傳動比范圍較NGW型大，可用于各種工作條件。但雙聯(lián)行星齒輪制造、安裝較復(fù)雜，故||7時不宜采用 NN（2Z-X負號機構(gòu)） 推薦值： =8~30 效率較低，一般為0.7～0.8 40 傳動比打，效率較低，適用于短期工作傳動。當行星架X從動時，傳動比||大于某一值后，機構(gòu)將發(fā)生自鎖 WW（2Z-X負號機構(gòu)） =1.2~數(shù)千 ||=1.2~5時，效率可達0.9~0.7，>5以后.隨||增加徒降 20 傳動比范圍大，但外形尺寸及重量較大，效率很低，制造困難，一般不用與動力傳動。運動精度低也不用于分度機構(gòu)。當行星架X從動時，||從某一數(shù)值起會發(fā)生自鎖。常用作差速器；其傳動比取值為=1.8~3，最佳值為2，此時效率可達0.9 NGW（Ⅰ）型（3Z） 小功率傳動500；推薦：=20~100 0.8~0.9隨增加而下降 短期工作120，長期工作10 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，傳動比范圍大，但效率低于NGW型，工藝性差，適用于中小功率功率或短期工作。若中心輪A輸出，當||大于某一數(shù)值時會發(fā)生自鎖 NGWN（Ⅱ）型（3Z） =60~500推薦：=64~300 0.7~0.84隨增加而下降 短期工作120，長期工作10 結(jié)構(gòu)更緊湊，制造，安裝比上列Ⅰ型傳動方便。由于采用單齒圈行星輪，需角度變?yōu)椴拍軡M足同心條件。效率較低，宜用于短期工作。傳動自鎖情況同上 2.2.2 確定行星齒輪傳動類型 根據(jù)設(shè)計要求：連續(xù)運轉(zhuǎn)、傳動比小、結(jié)構(gòu)緊湊和外廓尺寸較小。根據(jù)表1-1中傳動類型的工作特點可知，2Z-X(A)型效率高，體積小，機構(gòu)簡單，制造方便。適用于任何工況下的大小功率的傳動，且廣泛地應(yīng)用于動力及輔助傳動中，工作制度不限。本設(shè)計選用的行星傳動較合理，其傳動簡圖如圖1-1所示。 圖1-1 4 CST可控啟動傳輸裝置傳動系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 行星齒輪的設(shè)計計算 CST（可控啟動傳輸）系統(tǒng)的設(shè)計，由已知條件滿載轉(zhuǎn)速、總傳動比、電機功率。分配傳動比為二級錐斜齒輪的傳動比為，行星齒輪分配的傳動比為。 查機械設(shè)計手冊，取一對軸承的效率0.99；錐齒輪的傳動效率0.96；斜齒輪的傳動效率0.97；聯(lián)軸器的傳動效率0.99；所以=0.88； 4.1.1配齒計算 據(jù)2Z-X(A)型行星傳動的傳動比值和按其配齒計算（見參考文獻[1]）公式（3-27）~公式（3-33）可求得內(nèi)齒輪b和行星輪c的齒數(shù)和。現(xiàn)考慮到行星齒輪傳動的外廓尺寸較小，故選擇中心輪a的齒數(shù)=17和行星輪=3. 根據(jù)內(nèi)齒輪 =76.5 對內(nèi)齒輪齒數(shù)進行圓整，同時考慮到安裝條件，取，此時實際的p值與給定的p值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差的范圍內(nèi)。 實際傳動比為 = 其傳動比誤差 =2.67% 由于外嚙合采用角度變位的傳動，行星輪c的齒數(shù)應(yīng)按如下公式計算，即 因為為偶數(shù)，故取齒數(shù)修正量為。此時，通過角變位后，既不增大該行星傳動的徑向尺寸，又可以改善a-c嚙合齒輪副的傳動性能。故 = 在考慮到安裝條件為 （整數(shù)） 初算中心距和模數(shù) 1. 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 太陽輪和行星輪材料為20GrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57~ 61HRC。 試驗齒輪齒面接觸疲勞極限=1591Mpa。 試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪=485Mpa。 行星輪=4850.7Mpa=339.5Mpa (對稱載荷)。齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒，精度為6級。 內(nèi)齒圈材料為38GrMoAlA，淡化處理，表面硬度為973HV。 試驗齒輪的接觸疲勞極限=1282Mpa 驗齒輪的彎曲疲勞極限=370MPa 齒形的終加工為插齒，精度為7級。 2. 減速器的名義輸出轉(zhuǎn)速 由 = 得 == =181.82 3. 載荷不均衡系數(shù) 采用太陽輪浮動的均載機構(gòu)，取。 4. 齒輪模數(shù)和中心距a 首先計算太陽輪分度圓直徑： 式中： 一齒數(shù)比為 一使用系數(shù)為1.25； 一算式系數(shù)為768； 一綜合系數(shù)為2； 一太陽輪單個齒傳遞的轉(zhuǎn)矩。 = =376 其中 —高速級行星齒輪傳動效率，取=0.985 —齒寬系數(shù)暫取=0.5 =1450Mpa 代入 =78.66 模數(shù) m= 取 m=5 則 =117.5 取 齒寬 取 4.1.2 幾何尺寸計算 1. 計算變位系數(shù) (1) a-c傳動 嚙合角 因 =0.93969262 所以 = 變位系數(shù)和 =（17+30） =1.141 圖2-1選擇變位系數(shù)線圖 中心距變動系數(shù)y y==1 齒頂降低系數(shù) 分配邊位系數(shù)： 根據(jù)線圖法，通過查找線圖2-1 中心距變動系數(shù)y y==1 齒頂降低系數(shù) 分配邊位系數(shù)： 根據(jù)線圖法，通過查找線圖2-1 得到邊位系數(shù) 則 (2) c-b傳動 由于內(nèi)嚙合的兩個齒輪采用的是高度變位齒輪，所以有 從而 且 2. 幾何尺寸計算結(jié)果 對于單級的2Z-X(A)型的行星齒輪傳動按公式進行幾何尺寸的計算，各齒輪副的計算結(jié)果如下表： 表3-1各齒輪副的幾何尺寸的計算結(jié)果 項目 計算公式 a-c齒輪副 b-c齒輪副 分度圓直徑 基圓直徑 齒頂圓直徑 外嚙合 內(nèi)嚙合 齒根圓直徑 外嚙合 內(nèi)嚙合 注：齒頂高系數(shù)：太陽輪、行星輪—，內(nèi)齒輪—； 頂隙系數(shù)：內(nèi)齒輪— 按公式驗算其鄰接條件，即 已知行星輪c的齒頂圓的直徑=164.513，和代入上式，則得 164.513滿足鄰接條件 同心條件 按公式對于角變位有 已知 ， 代入上式得 =52.145滿足同心條件 4.1.3 安裝條件 按公式驗證其安裝條件，即得 將 代入該式驗證得 滿足安裝條件 嚙合要素的驗算 1. a-c傳動端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 太陽輪 =29.31 行星輪 =42.416 （2）端面嚙合長度 式中“”號正號為外嚙合，負號為內(nèi)嚙合； 端面節(jié)圓嚙合角。 直齒輪== 則 =18.67 （3）端面重合度 =1.265 2. 端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 行星輪由上面計算得，=42.416 內(nèi)齒輪 =61.597 （2）端面嚙合長度 = =24.05 （3）端面重合度 = =1.63 4.2 行星軸的設(shè)計計算 行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)特點：行星輪軸承安裝在行星輪內(nèi)，行星軸固定在行星架的行星輪軸孔中；輸出軸和行星架通過鍵聯(lián)接其支承軸承在減速器殼體內(nèi)，太陽輪通過雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與高速軸聯(lián)接，以實現(xiàn)太陽輪浮動。太陽輪浮動原理如圖3-1所示： 圖3-1 太陽輪浮動原理 4.2.1 初算軸的最小直徑 在相對運動中，每個行星輪軸承受穩(wěn)定載荷，當行星輪相對于行星架對稱布置時，載荷則作用在軸跨距的中間。取行星輪與行星架之間的間隙，則跨距長度。當行星輪軸在轉(zhuǎn)臂中的配合選為H7/h6時，就可以把它看成是具有跨距為的雙支點梁。當軸較短時，兩個軸承幾乎緊緊地靠著，因此，可以認為軸是沿著整個跨度承受均布載荷（見圖3-2）。 圖3-2 行星輪軸的載荷簡圖 危險截面（在跨度中間）內(nèi)的彎矩 Nmm =148538. Nmm 行星輪軸采用40Cr鋼,調(diào)質(zhì)MPa，考慮到可能的沖擊振動，取安全系數(shù);則許用彎曲應(yīng)力MPa=176MPa,故行星輪軸直徑 取 其實際尺寸將在選擇軸承時最后確定。 2. 選擇行星輪軸軸承 在行星輪內(nèi)安裝兩個軸承，每個軸承上的徑向載荷 N =1614N 在相對運動中，軸承外圈以轉(zhuǎn)速 =463.64 考慮到行星輪軸的直徑，以及安裝在行星輪體內(nèi)的軸承，其外廓尺寸將受到限制，故初步選用單列深溝球軸承6306型，其參數(shù)為 kN kN （油?。?； 取載荷系數(shù) ； 當量動載荷 N=1937N; 軸承的壽命計算 h=97377h 根據(jù)設(shè)計要求，該減速器要求連續(xù)工作10年，每年按320天計算，每天按22小時計算，即h。所以設(shè)計決定選用6306型軸承，并把行星輪軸直徑增大到。 校核行星輪輪緣厚度是否大于許用值： = mm 式中 行星輪模數(shù)（mm） mm =35.712=12.5mm 滿足條件>。 由于行星輪寬度mm，因此兩個軸承之間安裝一厚度為5mm，寬度為13mm的套筒。 4.2.2 輸入軸設(shè)計 1．初算軸的最小直徑 由下式 初步估算軸的最小直徑，選取軸材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表3-2查得。 表3-2 軸常用幾種材料的及值 軸的材料 Q235-A、20 Q275、 35（1Cr18Ni9Ti） 45 40Cr、35SiMn 38SiMnMo / 15~25 20~35 25~45 35~55 149~126 135~112 126~103 112~97 查表取=112，得 輸入軸的最小直徑安裝法蘭，該截面處開有鍵槽，軸頸增大5%~7%。 故 其實際尺寸將在選擇軸承時最后確定。 2．選擇輸入軸軸承 (1) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)估算所得直徑，輪彀寬及安裝情況等條件，軸的結(jié)構(gòu)尺寸可進行草圖設(shè)計。該軸中間一段對稱安裝一對深溝球軸承6217型，其尺寸為，可畫出輸入軸草圖（如附圖03）。 軸承的壽命計算 其參數(shù)為 kN kN （油浴）； 取載荷系數(shù) ； 當量動載荷 N=3873N; 軸承的壽命計算 h=165258h>70400h 故該對軸承滿足壽命要求。 4.2.3 輸出軸設(shè)計 1．初算軸的最小直徑 在三個行星輪均布的條件下，輪齒嚙合中作用于中心輪上的力是相互平衡的，在輸出軸軸端安裝膜片盤式聯(lián)軸器時，則輸出軸運轉(zhuǎn)時只承受轉(zhuǎn)矩。輸出軸選用42CrMo合金鋼，其許用剪切應(yīng)力MPa，即求出輸出軸伸出端直徑 =88.423 Nmm =6114 Nmm 式中 —輸出軸轉(zhuǎn)矩； —齒輪嚙合傳動的效率，取=0.97。 2．選擇輸出軸軸承 由于輸出軸的軸承不承受徑向工作載荷（僅承受輸出行星架裝置的自重），所示軸承的尺寸應(yīng)由結(jié)構(gòu)要求來確定。 輸出軸端，軸頸mm。 由于結(jié)構(gòu)特點，輸出軸軸承須兼作行星架軸承。為了太陽輪安裝方便，使太陽輪能通過行星架輪轂中的孔，故輪轂孔的直徑應(yīng)大于太陽輪的齒頂圓直徑=99.076mm。 故按結(jié)構(gòu)要求選用特輕系列單列深溝球軸承6030型，其尺寸為，可畫出行星架草圖（如附圖03）。 軸承的壽命計算 其參數(shù)為 kN kN （油?。? 取載荷系數(shù) ； 當量動載荷 N=5088N; 軸承的壽命計算 h=1600938h>70400h 故該軸承滿足壽命要求。 3．輸出軸上鍵的選擇及強度計算 平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，其主要失效形式是工作面被壓潰。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進行強度校核計算。普通平鍵連接的強度條件按（3-2）式計算 （3-2） 式中 －轉(zhuǎn)矩，； －軸頸，mm; －鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，此處為鍵的高度，mm； －鍵的工作長度，mm,型鍵；型鍵；型鍵，其中為鍵的長度，為鍵的寬度； －許用擠壓應(yīng)力，，在這里鍵材料為45鋼。其許用擠壓應(yīng)力值按輕微沖擊算查相關(guān)資料的=100~120。 由前面計算知輸入轉(zhuǎn)矩Nm， 選用型鍵，其型號為， 將數(shù)值，， 鍵連接處的軸頸 =110mm代入式（3-2）得 =39.9< 故該鍵滿足強度要求。 4.3 濕氏摩擦離合器的計算 4.3.1摩擦副元件材料與形式 離合器的結(jié)構(gòu)中，摩擦片對離合器工作性能影響很大，而摩擦片材料的選擇就尤為重要。下面進行摩擦副元件的選擇： 離合器摩擦副元件由摩擦元件及對偶元件兩部分組成。其特點是：可在主、從動軸轉(zhuǎn)速差較大的狀態(tài)下接合，而且接合時平穩(wěn)、柔順。離合器摩擦副（又稱摩擦對偶）可分為兩大類：第一類是金屬性的，它的摩擦襯面具有金屬性質(zhì)，如鋼對鋼，鋼對粉末冶金等；第二類是非金屬性的，它的摩擦襯面摩擦材料具有非金屬性質(zhì)，如石墨樹脂等，它們的對偶可用鋼和鑄鐵。對于坦克離合器摩擦副，由于其工況和傳遞動力的要求，選擇金屬型摩擦材料。目前廣泛應(yīng)用的是銅基粉末冶金，它的主要優(yōu)點是： 1、 有較高的摩擦系數(shù)，單位面積工作能力為0.22千瓦/厘米； 2、 在較大溫度變化范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)變化不大； 3、 允許表面溫度高，可達，非金屬在以下。故高溫耐磨性好，使用壽命長； 4、 機械強度高，有較高的比壓力； 5、 導(dǎo)熱性好，加上表面開槽可獲得良好冷卻，允許較長時間打滑而不致燒蝕。 此次設(shè)計選擇摩擦副材料為鋼對銅基粉末冶金，可取摩擦副的摩擦系數(shù)μ=0.08，許用壓強=30。 4.3.2摩擦轉(zhuǎn)矩計算 多片摩擦離合器的摩擦轉(zhuǎn)矩與摩擦副數(shù)、摩擦系數(shù)、壓緊力和作用半徑有關(guān)。其關(guān)系式為： 式中—摩擦轉(zhuǎn)矩； —摩擦系數(shù)，從動力換檔傳遞扭矩出發(fā)，取動摩擦系數(shù)； —摩擦片壓緊力； —換算半徑，將摩擦力都換算為都作用在這半徑上； —摩擦副數(shù)。 下面求換算半徑：（如下圖示） 一對摩擦副上一個單元圓環(huán)的摩擦轉(zhuǎn)矩為： 式中 —單位壓力或比壓； —圓環(huán)半徑； —單位圓環(huán)面積。 而 帶入前式可得 摩擦副全部面積的摩擦轉(zhuǎn)矩為 式中、—分別為摩擦片的內(nèi)外半徑。 單位圓環(huán)上的壓緊力為 摩擦片上全部壓緊力為 假定為一個摩擦副，將以上式子帶入上式，得到換算作用半徑為 由上式可見換算作用半徑，決定與摩擦片內(nèi)外圓半徑、和壓。 在摩擦副上，比壓的分布規(guī)律與摩擦副襯面材料的硬度和施加壓緊力的方法有關(guān)。大量的實驗研究表明，應(yīng)用最廣的粉末冶金襯面對鋼的摩擦副的磨損量，在整個摩擦面是均勻的。 所以 常數(shù) 由于 ，在同一摩擦件上值不變，得 常數(shù) 由以上式子，積分可得 所以，對金屬型摩擦材料的摩擦副，其換算作用半徑即為平均半徑。 4.3.3 摩擦片尺寸的計算 此次設(shè)計中，摩擦片的內(nèi)、外半徑以及摩擦副對數(shù)均未知，摩擦副數(shù)的選擇，應(yīng)在保證傳遞所需轉(zhuǎn)矩的前提下盡量少。摩擦副數(shù)少，則分離徹底，分離狀態(tài)下的磨損小，功率損失少。對濕式離合器來說，有利于潤滑、冷卻。但在定軸變速箱中，為減小變速箱輪廓尺寸，應(yīng)減小摩擦片的徑向尺寸，而增加摩擦副數(shù)。由于摩擦片導(dǎo)向齒與主動鼓、被動鼓的連接間存在摩擦力，在摩擦副z較多的情況下，設(shè)計應(yīng)考慮壓緊力的損失。則根據(jù)經(jīng)驗以及傳動轉(zhuǎn)矩的大小，此次設(shè)計初步選定摩擦表面最大半徑R=630㎜，r=364mm。 摩擦片的換算作用半徑由式： 可得出： 作用在摩擦片上的力為： 式中 所以 最后摩擦片數(shù) 取 摩擦片數(shù)為 5 CST可控啟動傳輸裝置內(nèi)部主要傳動零件的強度校核 5.1 傳動軸的強度校核 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。由文獻[1，15-5]可知，取，軸的計算應(yīng)力 MPa （3.43） 選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻[1]表可知，MPa。因此，，故安全。 （7）精確校核軸的疲勞強度 ①判斷危險截面 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面IV和V引起的應(yīng)力集中最嚴重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。 ②截面V左側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm （3.44） 抗扭截面系數(shù) mm （3.45） 截面V左側(cè)的彎矩M為 Mpa （3.46） 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng) Mpa （3.47） 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力MPa （3.48） 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由文獻[1]表可知，MPa，MPa，MPa。 由文獻[1] 附表可知，用插入法求出 ， 軸按精車加工，由文獻[1] 附圖可知，表面質(zhì)量系數(shù)為： 軸未經(jīng)表面強化處理， 固得綜合系數(shù)為 （3.49） 由文獻[1] §，§可知，碳鋼的特性系數(shù) 取 取 所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 （3.50） （3.51） （3.52） 故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。 ③截面V右側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm 抗扭截面系數(shù) mm 截面V左側(cè)的彎矩M為 MPa 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng)力 MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按文獻[1]附表查取。因，， ， 又由文獻[1]附圖可得軸的材料的敏感系數(shù)為 ， 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻[1，附]為 （3.53） 由文獻[1]附圖可得軸的截面形狀系數(shù)為 由文獻[1]附圖可得軸的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為 綜合系數(shù)為 所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。 5.2 傳動齒輪的強度校核 （Ⅰ）校核齒面接觸疲勞強度 （1）接觸應(yīng)力的計算 由文獻[4]表可知，齒面接觸應(yīng)力計算公式，即 （3.28） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ① 計算載荷系數(shù) 電動機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，由文獻[4]表可知，取 平均分度圓直徑 mm 平均分度圓圓周速度 m/s 由文獻[4] 圖（a）可知，按，得； 由文獻[4] 圖（b）可知，按，齒輪懸臂布置，； 由文獻[4]表可知，； ② 由文獻[1]表可知，彈性系數(shù)； ③ 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 計算得， MPa （1） 接觸疲勞強度的許用應(yīng)力 由文獻[4] 表可知，許用接觸應(yīng)力計算公式，即 （3.29） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ①小齒輪的接觸疲勞強度極限MPa ②最小安全系數(shù) ③由文獻[1，10-13]可知，計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 由文獻[1] 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數(shù) ， ④尺寸系數(shù) ⑤工作硬化系數(shù)，按 ⑥潤滑油膜影響系數(shù)， 計算得， MPa （3）由于MPaMPa，故安全。 （Ⅱ）校核齒根彎曲疲勞強度 （1）齒根應(yīng)力的計算 由文獻[4]表可知，彎曲應(yīng)力計算公式，即 （3.30） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ① 由文獻[1]表可知， ， ② 由文獻[1]表可知， ， 計算得， MPa （2）彎曲強度的齒根許用應(yīng)力 由文獻[4]表可知，齒根許用應(yīng)力計算公式，即 （3.31） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ①彎曲疲勞極限MPa ③ 齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) ④ 彎曲強度的最小安全系數(shù) ⑤ 彎曲疲勞壽命系數(shù) ， ④彎曲疲勞的尺寸系數(shù) 計算得， （3）由于MPaMpa，故安全。 5.3 軸承強度的校核 （1）滾動軸承的選擇 滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B，由文獻[2]表得KN，KN，，。 （2）壽命驗算 軸承所受支反力合力 N （4.1） 對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。 ，N 由文獻[2]表得， ， N （4.2） 按軸承B的受力大小驗算 h （4.3） h=年 由于CST可控啟動傳輸裝置減速箱的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達到所計算的壽命。 經(jīng)審核后，此軸承合格。 37 6 結(jié) 論 本文所設(shè)計的是CST可控啟動傳輸裝置的設(shè)計，原理比較簡單，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學業(yè)上嚴格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學業(yè)階段的學業(yè)的同時，也學到了很多做人的道理，明確了人生目標。導(dǎo)師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，實事求是的作風，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 參考文獻 [1]?徐灝等.機械設(shè)計手冊(第2、3冊)[M](第二版）.北京：機械工業(yè)出版社，2003?? 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