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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 履帶車(chē)輛主動(dòng)輪減速裝置設(shè)計(jì) 系部名稱(chēng)： 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 車(chē)輛工程 B07-11 班 學(xué)生姓名： 宋 磊 指導(dǎo)教師： 朱榮福 職 稱(chēng)： 講 師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Hybrid Tracked Vehicle Active Wheel Reducer Candidate：Song lei Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-11 Supervisor：Lecturer Zhu Rongfu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 在履帶車(chē)輛中，減速傳動(dòng)裝置是重要的組成部分之一，本文主要以主動(dòng)輪減速器 設(shè)計(jì)為主，在履帶車(chē)輛中主動(dòng)輪減速器起著重要的作用。主要的作用：降低電動(dòng)機(jī)傳 動(dòng)主動(dòng)的轉(zhuǎn)速，并增大傳遞到主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩，是履帶車(chē)輛有足夠的動(dòng)力性，滿(mǎn)足履帶 車(chē)輛起步、加速、通過(guò)性。 本設(shè)計(jì)為履帶車(chē)輛主動(dòng)輪減速器設(shè)計(jì)，主要介紹齒輪是減速器的選擇以及傳動(dòng)方 案的選擇。為適應(yīng)履帶車(chē)的行駛條件需要，通過(guò)履帶車(chē)輛的車(chē)重和最大行駛速度，計(jì) 算出履帶車(chē)輛行駛中所需的最大功率最大扭矩。根據(jù)最大功率計(jì)算總傳動(dòng)比，是總傳 動(dòng)比能達(dá)到減速比的要求，并進(jìn)行傳動(dòng)比的分配和確定各輪齒齒數(shù)和尺寸，以及確定 選擇使用單級(jí)傳動(dòng)和二級(jí)傳動(dòng)。根據(jù)計(jì)算要求確定輸入輸出軸軸頸計(jì)算和軸段長(zhǎng)度的 計(jì)算以及軸的校核。最后進(jìn)行密封件的選擇和軸的工藝分析。選擇合適的密封件并滿(mǎn) 足設(shè)計(jì)要求，另外軸在加工時(shí)要有一定的技術(shù)要求，加工后的軸應(yīng)滿(mǎn)足技術(shù)和設(shè)計(jì)要 求。 關(guān)鍵詞：減速傳動(dòng)裝置；傳動(dòng)比；傳動(dòng)比；校核；密封件 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II ABSTRACT Caterpillar vehicles, the slowdown in the transmission device is an important part of this paper mainly active wheel reducer design is given priority to, in active wheel reducer of caterpillar vehicle plays an important role. Main function: reduce the speed of the motor drive, and increase initiative to deliver the torque, active wheel is tracked vehicles have enough power to meet tracked vehicles start, accelerate, through sex. This design for tracked vehicles driving gear reducer design, mainly introduces the option and is reducer gear transmission options. Through the caterpillar vehicle weight of the car and maximum speeds of caterpillar vehicle, calculate the maximum power required. According to the maximum power calculating total ratio, and the distribution of transmission ratio, and confirm the pinion gear and dimension. And input/output shaft shaft neck calculation and shaft length calculation, and the axis of dynamicrigidity. On the classification of the shaft seal process analysis. Choose appropriate sealing parts and meet the design requirements, another shaft in process must have certain technical requirements, the processed axis should meet the technical and design requirements. This design closely combining the most mature modern tracked vehicles of technology. Keywords:Slow Transmission Device; Ratio;Distribution Ratio ; Check; Seals 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒 論1 1.1 選題的目的及意義 .1 1.2 齒輪式減速器發(fā)展現(xiàn)狀 .1 1.3 齒輪減速器的發(fā)展趨勢(shì) .2 1.4 主要工作內(nèi)容 .3 第二章 減速器傳動(dòng)方案的確定 .4 2.1 總體方案的確定 .4 2.1.1 減速器的類(lèi)型及特點(diǎn) 4 2.1.2 傳動(dòng)方案分析 5 2.1.3 行星齒輪變速器的工作原理 9 2.1.4 常用行星齒輪傳動(dòng)的形式與特點(diǎn) .11 2.2 傳動(dòng)比的確定 12 2.2.1 確定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 .12 2.2.2 確定傳動(dòng)比 .13 2.3 本章小結(jié) 17 第三章 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算.18 3.1 行星排的配齒計(jì)算及強(qiáng)度校核 18 3.1.1 分配傳動(dòng)比 18 3.1.2 行星齒輪傳動(dòng)齒數(shù)確定的條件 20 3.2 減速器高速級(jí)的計(jì)算 23 3.2.1 行星排的配齒計(jì)算 .23 3.2.2 驗(yàn)算高速級(jí) A－C 傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度 .28 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 3.2.3 驗(yàn)算 A－C 傳動(dòng)彎曲疲勞強(qiáng)度的校核 .34 3.2.4 根據(jù)接觸強(qiáng)度計(jì)算來(lái)確定內(nèi)齒輪材料 37 3.2.5 C－B 傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算 38 3.3 減速器低速級(jí)的計(jì)算 38 3.3.1 配齒計(jì)算 38 3.3.2 按接觸強(qiáng)度初算 A－C 傳動(dòng)的中心距和模數(shù) .38 3.3.3 行星排齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 39 3.3.4 驗(yàn)算 A－C、C－B 傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度及彎曲疲勞強(qiáng)度 .41 3.4 本章小結(jié) 41 第四章 軸及軸上支承聯(lián)接件的校核42 4.1 軸的種類(lèi) 42 4.2 軸的工藝要求 42 4.3 軸的初算及材料選擇 42 4.4 高速軸的校核 43 4.4.1 高速軸的受力分析 43 4.4.2 按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 44 4.5 低速軸的校核 45 4.5.1 低速軸的受力分析 45 4.5.2 按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 46 4.5.3 花鍵的選擇及校核計(jì)算 .47 4.5.4 輸入軸上的花鍵校核 48 4.5.5 聯(lián)結(jié)高速級(jí)與低速級(jí)間的花鍵校核 .48 4.5.6 輸出軸的花鍵校核 .49 4.6 減速器中軸承的選擇及壽命校核 49 4.6.1 軸承承載能力的計(jì)算 49 4.6.2 軸承的壽命計(jì)算 51 4.7 本章小結(jié) 52 第五章 減速器密封及軸工藝分析 .53 5.1 概述 53 5.2 密封形式的選擇 53 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) V 5.2.1 密封形式的分類(lèi) 53 5.2.2 密封形式的選擇 54 5.3 軸的工藝分析 55 5.4 本章小結(jié) 56 結(jié) 論 .57 參考文獻(xiàn) 58 致 謝 .59 附 錄 A.60 附 錄 B.65 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒 論 1.1 選題的目的及意義 行星齒輪的傳動(dòng)應(yīng)用已有幾十年的歷史。由于行星齒輪傳動(dòng)是把定軸線(xiàn)傳動(dòng)改為 動(dòng)軸線(xiàn)傳動(dòng)，采用功率分流，用數(shù)個(gè)行星齒輪分擔(dān)載荷，并且合理應(yīng)用內(nèi)嚙合，以及 采用合理的均載裝置，使行星齒輪傳動(dòng)有許多重大的優(yōu)點(diǎn)。這些有點(diǎn)主要有質(zhì)量輕、 體積小、傳動(dòng)范圍大，承載能力不受限制，進(jìn)出軸呈同一軸線(xiàn)；同時(shí)效率高。 與普通定軸齒輪傳動(dòng)相比，行星齒輪傳動(dòng)最主要的特點(diǎn)就是它至少有一個(gè)齒輪的 軸線(xiàn)是動(dòng)軸線(xiàn)，因而稱(chēng)為動(dòng)軸輪系。行星齒輪傳動(dòng)中，至少有一個(gè)齒輪即繞動(dòng)軸線(xiàn)自 傳，同時(shí)又繞定軸線(xiàn)公轉(zhuǎn)，既作行星運(yùn)動(dòng)，所以通常稱(chēng)為行星齒輪傳動(dòng)。 目前履帶車(chē)輛所采用的減速器為行星齒輪減速器，與傳統(tǒng)減速器相比具有質(zhì)量小、 體積小、傳動(dòng)比大、承載能力大以及傳動(dòng)平穩(wěn)和傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，這些已被我國(guó)越 來(lái)越多的機(jī)械工程技術(shù)人員所了解和重視。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)軍用履帶車(chē)采用的行星齒輪 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步計(jì)算出各零件的設(shè)計(jì)尺寸和裝配尺寸，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行參 數(shù)化分析，為行星齒輪減速器產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和性能評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)行星齒輪減速器規(guī)?；?產(chǎn)提供了參考和理論依據(jù)。 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：1）把定軸線(xiàn)傳動(dòng)給為動(dòng)軸線(xiàn)傳動(dòng)；2）功率分流，采用數(shù) 個(gè)行星齒輪傳遞載荷；3）合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合。 行星齒輪傳動(dòng)的優(yōu)越性：1）體積小、質(zhì)量輕，只相當(dāng)一般齒輪傳動(dòng)的體積、質(zhì) 量的 1/2～1/3；2）承載能力大，傳遞功率范圍及傳動(dòng)比范圍大；3）運(yùn)行噪聲小， 效率高，壽命長(zhǎng)；4）由于尺寸和質(zhì)量減少，就能夠采用優(yōu)質(zhì)材料與實(shí)現(xiàn)硬齒面等化 學(xué)處理，機(jī)床工具規(guī)格小，精度和技術(shù)要求容易達(dá)到；5）采用合理機(jī)構(gòu)，可以簡(jiǎn)化 制造工藝，從而使中小型制造廠就能夠制造，并易于推廣和普及；6）采用行星齒輪 機(jī)構(gòu)，用兩個(gè)電機(jī)可以達(dá)到變速要求。由此可見(jiàn)，行星齒輪傳動(dòng)是一種先進(jìn)的齒輪傳 動(dòng)結(jié)構(gòu)。 1.2 齒輪式減速器發(fā)展現(xiàn)狀 齒 輪 是 廣 泛 使 用 的 傳 動(dòng) 元 件 。 目 前 世 界 上 利 用 齒 輪 最 大 傳 遞 功 率 可 達(dá) 6500kW， 最 大 線(xiàn) 速 度 達(dá) 210m／ s； 齒 輪 最 大 重 量 達(dá) 200t， 組 合 式 齒 輪 最 大 直 徑 達(dá) 25． 6m， 最 大 模 數(shù) m 達(dá) 50mm。 我 國(guó) 自 行 設(shè) 計(jì) 的 高 速 齒 輪 增 速 器 和 減 速 器 的 功 率? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 已 達(dá) 44000kW， 齒 輪 圓 周 速 度 達(dá) 150m／ s 以 上 。 齒 輪 減 速 器 是 一 種 動(dòng) 力 傳 達(dá) 機(jī) 構(gòu) ， 利 用 齒 輪 的 速 度 轉(zhuǎn) 換 ， 將 電 動(dòng) 機(jī) 的 回 轉(zhuǎn) 數(shù) 減 速 到 所 要 的 回 轉(zhuǎn) 數(shù) ， 并 得 到 較 大 轉(zhuǎn) 矩 的 機(jī) 構(gòu) 。 在 目 前 用 于 傳 遞 動(dòng) 力 與 運(yùn) 動(dòng) 的 機(jī) 構(gòu) 中 ， 齒 輪 減 速 器 的 應(yīng) 用 范 圍 相 當(dāng) 廣 泛 ， 幾 乎 在 各 式 機(jī) 械 的 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 都 可 以 見(jiàn) 到 它 的 蹤 跡 。 齒 輪 減 速 器 具 有 減 速 及 增 加 轉(zhuǎn) 矩 作 用 ， 因 此 廣 泛 應(yīng) 用 在 速 度 與 扭 矩 的 轉(zhuǎn) 換 設(shè) 備 。 齒 輪 減 速 器 的 作 用 主 要 有 ： (1） 降 速 同 時(shí) 提 高 輸 出 扭 矩 ， 扭 矩 輸 出 比 例 按 電 機(jī) 輸 出 乘 減 速 比 ， 但 要 注 意 不 能 超 出 減 速 機(jī) 額 定 扭 矩 。 (2） 減 速 同 時(shí) 降 低 了 負(fù) 載 的 慣 量 ， 慣 量 的 減 少 為 減 速 比 的 平 方 。 齒 輪 減 速 器 一 般 用 于 低 轉(zhuǎn) 速 大 扭 矩 的 傳 動(dòng) 設(shè) 備 ， 把 電 動(dòng) 機(jī) ， 內(nèi) 燃 機(jī) 或 其 它 高 速 運(yùn) 轉(zhuǎn) 的 動(dòng) 力 通 過(guò) 減 速 機(jī) 的 輸 入 軸 上 的 齒 數(shù) 少 的 齒 輪 嚙 合 輸 出 軸 上 的 大 齒 輪 來(lái) 達(dá) 到 減 速 的 目 的 ， 普 通 的 減 速 器 也 會(huì) 有 幾 對(duì) 相 同 原 理 齒 輪 達(dá) 到 理 想 的 減 速 效 果 ， 大 小 齒 輪 的 齒 數(shù) 之 比 ， 就 是 傳 動(dòng) 比 。 齒 輪 減 速 器 是 一 種 相 對(duì) 精 密 的 機(jī) 械 ， 使 用 它 的 目 的 是 降 低 轉(zhuǎn) 速 ， 增 加 轉(zhuǎn) 矩 。 它 的 種 類(lèi) 繁 多 ， 型 號(hào) 各 異 ， 不 同 種 類(lèi) 有 不 同 的 用 途 。 齒 輪 減 速 器 按 照 傳 動(dòng) 類(lèi) 型 可 分 為 齒 輪 減 速 器 、 蝸 桿 減 速 器 和 行 星 齒 輪 減 速 器 ； 按 照 傳 動(dòng) 級(jí) 數(shù) 不 同 可 分 為 單 級(jí) 和 多 級(jí) 減 速 器 ； 按 照 齒 輪 形 狀 可 分 為 圓 柱 齒 輪 減 速 器 、 圓 錐 齒 輪 減 速 器 和 圓 錐 － 圓 柱 齒 輪 減 速 器 ； 按 照 傳 動(dòng) 的 布 置 形 式 又 可 分 為 展 開(kāi) 式 、 分 流 式 和 同 軸 式 減 速 器 。 1.3 齒輪減速器的發(fā)展趨勢(shì) 隨 著 社 會(huì) 的 發(fā) 展 、 時(shí) 間 的 推 移 ， 齒 輪 技 術(shù) 進(jìn) 展 的 步 伐 越 來(lái) 越 迅 速 。 近 年 來(lái) ， 工 業(yè) 發(fā) 達(dá) 國(guó) 家 制 造 的 機(jī) 械 裝 置 向 著 大 型 、 精 密 、 高 速 、 成 套 和 自 動(dòng) 化 方 向 發(fā) 展 ， 有 的 則 向 小 型 、 輕 量 化 方 向 發(fā) 展 ， 從 而 推 動(dòng) 了 齒 輪 的 技 術(shù) 的 進(jìn) 步 。 概 括 起 來(lái) 說(shuō) ， 當(dāng) 今 世 界 各 國(guó) 齒 輪 技 術(shù) 發(fā) 展 的 總 趨 勢(shì) 向 六 高 、 二 低 、 二 化 的 方 向 發(fā) 展 。 六 高 及 高 承 載 能 力 、 高 齒 輪 面 硬 度 、 高 精 度 、 高 速 度 、 高 可 靠 性 和 高 傳 動(dòng) 效 率 ； 二 低 即 低 噪 聲 、 低 成 本 、 二 化 即 標(biāo) 準(zhǔn) 化 、 多 樣 化 。 [1] 在 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 階 段 ， 就 同 時(shí) 進(jìn) 行 工 藝 過(guò) 程 設(shè) 計(jì) 及 安 排 產(chǎn) 品 整 個(gè) 生 產(chǎn) 周 期 個(gè) 配 套 環(huán) 節(jié) 。 市 場(chǎng) 的 快 速 反 映 大 大 縮 短 了 產(chǎn) 品 投 放 市 場(chǎng) 的 時(shí) 間 。 零 部 件 企 業(yè) 正 向 大 型 化 、 專(zhuān) 業(yè) 化 、 國(guó) 際 化 發(fā) 展 。 齒 輪 產(chǎn) 品 將 成 為 國(guó) 際 采 購(gòu) 、 國(guó) 際 配 套 的 產(chǎn) 品 。 適 應(yīng) 市 場(chǎng) 要 求 的 新 產(chǎn) 品 開(kāi) 發(fā) ， 關(guān) 鍵 工 藝 技 術(shù) 的 創(chuàng) 新 競(jìng) 爭(zhēng) ， 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 競(jìng) 爭(zhēng) 以 及 員 工 技 術(shù) 素 質(zhì) 與 創(chuàng) 新 精 神 ， 是 2l 世 紀(jì) 企 業(yè) 競(jìng) 爭(zhēng) 的 焦 點(diǎn) 。 在 2l 世 紀(jì) 成 套 機(jī) 械 裝 備 中 ， 齒 輪 仍 然 是 機(jī) 械 傳 動(dòng) 的 基 本 部 件 。 由 于 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 與 數(shù) 控 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 使 得 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 機(jī) 械 加 工 精 度 、 加 工 效 率 大 為 提 高 ， 從 而 推 動(dòng) 了 機(jī) 械 傳 動(dòng) 產(chǎn) 品 多 樣 化 ， 整 機(jī) 配 套 的 模 塊 化 、 標(biāo) 準(zhǔn) 化 ， 以 及 造 型 設(shè) 計(jì) 藝 術(shù) 化 ， 使 產(chǎn) 品 更 加 精 致 、 美 觀 。 數(shù) 控 機(jī) 床 和 工 藝 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 推 動(dòng) 了 機(jī) 械 傳 動(dòng) 結(jié) 構(gòu) 的 飛 速 發(fā) 展 。 在 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 中 的 電 子 控 制 、 液 壓 傳 動(dòng) ， 齒 輪 、 帶 鏈 的 混 合 傳 動(dòng) ， 將 成 為 變 速 箱 設(shè) 計(jì) 中 優(yōu) 化 傳 動(dòng) 組 合 的 方 向 。 在 傳 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 中 的 學(xué) 科 交 叉 ， 將 成 為 新 型 傳 動(dòng) 產(chǎn) 品 發(fā) 展 的 重 要 趨 勢(shì) 。 工 業(yè) 通 用 變 速 箱 是 指 為 各 行 業(yè) 成 套 裝 備 及 生 產(chǎn) 線(xiàn) 配 套 的 大 功 率 和 中 小 功 率 變 速 箱 。 國(guó) 內(nèi) 的 變 速 箱 將 繼 續(xù) 淘 汰 軟 齒 面 ， 向 硬 齒 面 (50～ 60HRC)、 高 精 度 (4～ 5 級(jí) )、 高 可 靠 度 軟 啟 動(dòng) 、 運(yùn) 行 監(jiān) 控 、 運(yùn) 行 狀 態(tài) 記 錄 、 低 噪 聲 、 高 的 功 率 與 體 積 比 和 高 的 功 率 與 重 量 比 的 方 向 發(fā) 展 。 中 小 功 率 變 速 箱 為 適 應(yīng) 機(jī) 電 一 體 化 成 套 裝 備 自 動(dòng) 控 制 、 自 動(dòng) 調(diào) 速 、 多 種 控 制 與 通 訊 功 能 的 接 口 需 要 ， 產(chǎn) 品 的 結(jié) 構(gòu) 與 外 型 在 相 應(yīng) 改 變 。 矢 量 變 頻 代 替 直 流 伺 服 驅(qū) 動(dòng) ， 已 成 為 近 年 中 小 功 率 變 速 箱 產(chǎn) 品 (如 擺 輪 針 輪 傳 動(dòng) 、 諧 波 齒 輪 傳 動(dòng) 等 )追 求 的 目 標(biāo) 。 隨 著 我 國(guó) 航 天 、 航 空 、 機(jī) 械 、 電 子 、 能 源 及 核 工 業(yè) 等 方 面 的 快 速 發(fā) 展 和 工 業(yè) 機(jī) 器 人 等 在 各 工 業(yè) 部 門(mén) 的 應(yīng) 用 ， 我 國(guó) 在 諧 波 傳 動(dòng) 技 術(shù) 應(yīng) 用 方 面 已 取 得 顯 著 成 績(jī) 。 同 時(shí) ， 隨 著 國(guó) 家 高 新 技 術(shù) 及 信 息 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 對(duì) 諧 波 傳 動(dòng) 技 術(shù) 產(chǎn) 品 的 需 求 將 會(huì) 更 加 突 出 。 中 國(guó) 齒 輪 行 業(yè) 在 20 世 紀(jì) 90 年 代 的 快 速 發(fā) 展 ， 已 基 本 完 成 由 賣(mài) 方 市 場(chǎng) 投 到 買(mǎi) 方 市 場(chǎng) 的 轉(zhuǎn) 變 。 隨 著 我 國(guó) 體 質(zhì) 的 個(gè) 改 革 的 深 入 ， 充 分 發(fā) 揮 行 業(yè) 協(xié) 會(huì) 的 作 用 ， 加 強(qiáng) 行 業(yè) 自 律 性 的 市 場(chǎng) 約 束 ， 形 成 有 序 競(jìng) 爭(zhēng) 的 市 場(chǎng) 制 度 ， 是 當(dāng) 前 是 的 發(fā) 展 的 迫 切 任 務(wù) 。 減 速 器 和 齒 輪 的 設(shè) 計(jì) 與 制 造 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 在 一 定 程 度 上 標(biāo) 志 著 一 個(gè) 國(guó) 家 的 工 業(yè) 水 平 ， 因 此 開(kāi) 拓 和 發(fā) 展 減 速 器 和 齒 輪 技 術(shù) 在 我 國(guó) 有 廣 闊 的 前 景 。 1.4 主要工作內(nèi)容 以 履 帶 車(chē) 輛 主 動(dòng) 輪 減 速 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 為 主 要 研 究 對(duì) 象 ， 對(duì) 主 動(dòng) 輪 減 速 器 進(jìn) 行 了 研 究 設(shè) 計(jì) ， 確 定 主 動(dòng) 輪 行 星 齒 輪 減 速 器 選 擇 ， 對(duì) 行 星 齒 輪 減 速 器 的 基 本 工 作 原 理 進(jìn) 行 分 析 選 擇 、 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 與 校 核 。 主 要 內(nèi) 容 包 括 ： 1.行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 傳 動(dòng) 方 案 分 析 、 行 星 齒 輪 工 作 原 理 以 及 配 齒 、 傳 動(dòng) 比 確 定 ； 2.行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 比 分 配 、 各 輪 齒 齒 數(shù) 和 尺 寸 確 定 ； 3.軸 的 工 藝 要 求 、 軸 頸 計(jì) 算 以 及 輸 入 軸 輸 出 軸 設(shè) 計(jì) 校 核 ； 4.密 封 件 的 分 類(lèi) 及 選 擇 、 軸 的 工 藝 分 析 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第二章 減速器傳動(dòng)方案的確定 2.1 總體方案的確定 2.1.1 減速器的類(lèi)型及特點(diǎn) 減速器的功用是改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使車(chē)輛在原地起步、 爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行使條件下工作，使車(chē)輛獲得足夠的牽引力和行駛速度。減 速器的傳動(dòng)方案有多種多樣，各有各的特點(diǎn)。一般常見(jiàn)行星齒輪減速器的分類(lèi)及型式 及其應(yīng)用范圍如表 2.1 行星齒輪減速器主要類(lèi)型與特點(diǎn)所示。 表 2.1 行星齒輪減速器主要類(lèi)型與特點(diǎn) 序 號(hào) 基本結(jié) 構(gòu)命名 嚙合 方式 命名 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 傳動(dòng)比 范圍 傳動(dòng)效 率 傳動(dòng)功 率范圍 制造工 藝性 應(yīng)用場(chǎng) 合 說(shuō)明 1 2K-H 型 NGW 型 2.8～1 2.5 0.97～ 0.99 不限 加工與 裝配工 藝較簡(jiǎn) 單。 可用于 任何工 作情況 下，功 率大小 不受限 制。 具有內(nèi) 位嚙合 的 2K-H 型單機(jī) 傳動(dòng) （負(fù)號(hào) 機(jī)構(gòu)）。 2 2K-H 型 NW 型 7～17 0.97～ 0.99 不限 因有雙 聯(lián)齒輪， 使加工 與裝配 復(fù)雜。 同型 2K-H。 具有內(nèi) 外嚙合 的 2K-H 型傳動(dòng) （正號(hào) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 機(jī)構(gòu)）。 3 2K-H 型 NN 型 30～10 0 傳動(dòng) 效率很 小時(shí)， 可達(dá) 1700 效率低、 且隨傳 動(dòng)比 i 增大而 下降， 并有自 鎖可能。 小于或 等于 30KW。 制造精 度要求 較高 適用于 短期間 斷工作 場(chǎng)合， 推薦用 于特輕 型工作 制度。 雙內(nèi)嚙 合 2K-H 型傳動(dòng) （正號(hào) 機(jī)構(gòu)）。 4 2K-H 型 WW 型 1.2 至 幾千 效率低、 且隨傳 動(dòng)比 i 增大而 下降， 并有自 鎖可能。 15KW 制造與 裝配工 藝性不 佳。 推薦只 在特輕 型工作 制度下 用，最 好不用 于動(dòng)力 傳動(dòng)。 雙外嚙 合 2K-H 型傳動(dòng) （正號(hào) 機(jī)構(gòu)）。 5 3K 型 NGWN 型 20～10 0 小功 率可達(dá) 500 以 上 效率較 低，且 隨傳動(dòng) 比增入 而下降， 并有自 鎖可能。 96KW 制造與 裝配工 藝性不 佳。 適用于 短期間 斷工作 場(chǎng)合。 6 K-H-V 型 N 型 7～71 0.7～0 .94 96KW 齒形及 輸出機(jī) 構(gòu)要求 較高。 2.1.2 傳動(dòng)方案分析 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 本設(shè)計(jì)為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪，電動(dòng)機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪。電 動(dòng) 機(jī) 橫 置 于 履 帶 車(chē) 輛 前 主 動(dòng) 輪 左 右 兩 側(cè) ， 故 其 傳 動(dòng) 方 向 大 致 一 致 ， 不 會(huì) 出 現(xiàn) 交 角 的 傳 動(dòng) 。 且 由 于 坦 克 傳 動(dòng) 屬 于 大 功 率 傳 動(dòng) ， 傳 動(dòng) 比 不 算 太 大 ， 采 用 蝸 桿 、 齒 輪 － 螺 桿 減 速 器 不 合 適 ， 因 為 要 求 的 傳 動(dòng) 比 太 大 ； 若 采 用 擺 線(xiàn) 針 輪 減 速 器 和 協(xié) 波 齒 輪 減 速 器 也 同 樣 不 合 適 ， 因 為 這 兩 樣 傳 動(dòng) 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 技 術(shù) 還 不 成 熟 ， 且 要 求 傳 遞 功 率 較 小 和 傳 動(dòng) 比 范 圍 太 大 ， 根 本 不 適 用 于 坦 克 等 履 帶 車(chē) 輛 做 減 速 器 。 剩 下 可 考 慮 圓 柱 齒 輪 減 速 器 和 行 星 齒 輪 減 速 器 兩 種 傳 動(dòng) 方 案 了 。 從 表 2.2 定 軸 傳 動(dòng) 減 速 器 主 要 類(lèi) 型 與 特 點(diǎn) 所 示 可 以 看 出 圓 柱 齒 輪 減 速 器 可 以 做 成 單 級(jí) 、 兩 級(jí) 、 三 級(jí) 三 種 ， 做 為 定 軸 式 減 速 器 ， 輪 齒 可 以 做 成 直 齒 、 斜 齒 和 人 字 齒 。 傳 動(dòng) 軸 線(xiàn) 平 行 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 精 度 易 于 保 證 ， 由 于 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 早 期 坦 克 、 汽 車(chē) 、 拖 拉 機(jī) 有 著 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 還 可 分 為 同 軸 線(xiàn) 式 和 非 同 軸 線(xiàn) 式 ， 非 同 軸 線(xiàn) 式 還 可 分 為 展 開(kāi) 式 和 分 流 式 。 展 開(kāi) 式 是 兩 級(jí) 減 速 器 中 最 簡(jiǎn) 單 的 一 種 ， 齒 輪 相 對(duì) 軸 承 位 置 不 對(duì) 稱(chēng) ， 軸 產(chǎn) 生 彎 曲 變 形 時(shí) ， 載 荷 分 布 不 均 勻 ， 因 此 軸 應(yīng) 有 較 大 的 剛 度 。 分 流 式 齒 輪 與 軸 承 對(duì) 稱(chēng) 布 置 ， 載 荷 沿 齒 寬 分 布 均 勻 。 此 外 ， 還 有 同 軸 線(xiàn) 式 傳 動(dòng) 方 式 ， 就 是 輸 入 軸 與 輸 出 軸 同 軸 。 表 2.2 定軸傳動(dòng)減速器主要類(lèi)型與特點(diǎn) 類(lèi)別 級(jí)數(shù) 推薦傳動(dòng)比范圍 特點(diǎn)及應(yīng)用 單級(jí) 調(diào)質(zhì)齒輪 I350 的齒輪時(shí)，可取 。最后算得之 E 值如果大于 6，則取 E＝6。HB 21WZ?? 設(shè)高速級(jí)與低速級(jí)外嚙合齒輪材料，齒面硬度相同，則 , 取?limIliH?? ， ， ，φ /φ =1.2，?sC?I 21wZ21cK?IdI 2IINHvZK?? ∴ 4.2IlimII 2I ?wNHvcdsZCA?????19.34.BE3?? 查表得 , 7.3?i 87.2510Ii? 上面兩個(gè)傳動(dòng)比就是分配后得到的兩個(gè)傳動(dòng)比，是兩級(jí) 2K-H（NGW）型行星齒輪 減速器的串聯(lián)，下面就要具體設(shè)計(jì)計(jì)算，確定行星齒排的齒數(shù)等一系列的參數(shù)。 3.1.2 行星齒輪傳動(dòng)齒數(shù)確定的條件 由于在上一章我們知道了行星齒輪傳動(dòng)的原理，2K-H(NGW)型減速器為太陽(yáng)輪輸 入，齒圈固定，行星架輸出。其傳動(dòng)比為: （一）傳動(dòng)比條件 12213 //Zini?? 式中: —為齒圈齒數(shù)； z —為太陽(yáng)輪齒數(shù)。1 其結(jié)構(gòu)參數(shù) K 與傳動(dòng)比的關(guān)系為： （3. 1）??i 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 對(duì)已知機(jī)構(gòu)參數(shù) K 的行星排，其齒輪的齒數(shù)和行星輪數(shù)有一定的幾何關(guān)系，設(shè)計(jì) 時(shí)需進(jìn)行計(jì)算，稱(chēng)為行星排的配齒計(jì)算。在進(jìn)行配齒計(jì)算計(jì)算齒數(shù)時(shí)，需遵循以下條 件。 （二）同心條件 對(duì) 2K-H 型行星傳動(dòng)，其三個(gè)基本構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)必須重合于主軸線(xiàn)，即其中心 輪與行星輪組成的所有嚙合副的實(shí)際中心距必須相等。為了正確的嚙合，各對(duì)嚙合齒 輪之間的中心距必須相等，即三元件的旋轉(zhuǎn)中心必須重合。在 NGW 型傳動(dòng)，太陽(yáng)輪 A 和行星輪 C 的中心距 應(yīng)等于行星輪 C 與內(nèi)齒輪 B 的中心距 ，即 ＝ 。可ACa CBaACBa 如下圖 3－2 所示。 圖 3.2 行星輪同心條件示意圖 如圖， ＝ ，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)嚙合及高變位齒輪，各齒輪的節(jié)圓與分度圓重合，ACaB 上式可寫(xiě)成： cossACBCttzz?????? 式中： m—為模數(shù)； —為太陽(yáng)輪齒數(shù)；Az —為行星輪齒數(shù)；C —為齒圈齒數(shù)。Bz 整理后得： ＝ 或 ＝ ＋2AC?Bz?BAzC 對(duì)于角變位齒輪其同心條件公式可以寫(xiě)為： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 cossACBCttzz?????? 式中： —太陽(yáng)輪與行星輪的嚙合角；tAC?? —行星輪與齒圈之間的嚙合角。tB 因 必為整數(shù)，同心條件可以敘述為：太陽(yáng)輪與齒圈應(yīng)該同為奇數(shù)或同為偶數(shù)。Cz （三）裝配條件 NGW 型 欲使數(shù)個(gè)行星輪均勻地配置在中心輪周?chē)?，而且都能嵌入兩個(gè)中心輪中 間，如果行星輪的個(gè)數(shù)與各齒輪沒(méi)有滿(mǎn)足一定的關(guān)系，這些行星輪是裝不進(jìn)去的。因 為當(dāng)?shù)谝粋€(gè)行星輪裝入之后，兩個(gè)中心輪的相對(duì)位置就確定了，這時(shí)按平均布置的其 他行星輪在一般情況下就不可能嵌入兩個(gè)內(nèi)、外齒中心輪之間，即無(wú)法進(jìn)行裝配。為 了保證能夠裝配，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿(mǎn)足行星輪個(gè)數(shù)與各齒輪齒數(shù)之間符合一定的關(guān)系的要 求，這就稱(chēng)為裝配條件。滿(mǎn)足裝配條件，可以保證各行星輪均布地安裝于兩中心齒輪 之間，并且與兩個(gè)中心輪嚙合良好沒(méi)有錯(cuò)位現(xiàn)象。 裝配條件可以表述為，應(yīng)使太陽(yáng)輪與內(nèi)齒輪的齒數(shù)和等于行星輪數(shù)目 的整數(shù)sC 倍，即公式： q (整數(shù)) 或 (整數(shù))ABszC??qCZisA BX? 就是使所選用的 q 個(gè)行星輪均勻分布，行星架上各行星輪的間隔角為： 2jq?? （3. 2） 由推導(dǎo)可知： 2BAjnz??? 當(dāng)行星輪均勻分布時(shí)，將式（3. 2）代入得： BAzqn （3. 3） 這就是行星排的裝配條件，可以敘述為行星齒輪數(shù)因?yàn)辇X圈和太陽(yáng)輪齒數(shù)的整因 子之一。如果所選齒數(shù)之和沒(méi)有適合的整因子，兩行星輪間隔角 必須滿(mǎn)足式j(luò)? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 （3. 2）的條件。這是只要符合同心條件可用四個(gè)行星輪，兩兩對(duì)稱(chēng)地分布，也能使 徑向力相互抵消。 (四)相鄰條件 在行星齒輪傳動(dòng)中，相鄰兩個(gè)行星輪不相互碰撞，必須保證他們之間有一定間隙， 通常最小間隙應(yīng)大于半個(gè)模數(shù)，這個(gè)限制稱(chēng)為鄰近條件。除了要滿(mǎn)足上述兩個(gè)條件之 外，如果行星輪個(gè)數(shù)太多，相鄰兩個(gè)行星輪的齒面會(huì)發(fā)生干涉，根本不能工作或不能 裝入齒輪。但僅僅不干涉還不夠，由于兩行星輪靠近處的切線(xiàn)速度是相反的，對(duì)于高 速運(yùn)動(dòng)的齒輪，產(chǎn)生很大的攪油損失，將使傳動(dòng)效率降低，因此兩行星輪齒頂圓之間 通常應(yīng)根據(jù)模數(shù) m 留出 1m～2m 毫米以上的間隙，如 3.3 圖所示行星輪相鄰條件示意 圖。 相鄰條件必須保證相鄰兩行星輪互不相碰，并留有大于 0.5 倍模數(shù)的間隙，根據(jù) 相鄰條件，相鄰兩個(gè)行星輪的中心距 L 應(yīng)大于最大行星輪的頂園直徑 或者??gad 如圖 3.3 所示。??fad 圖 3.3 行星齒輪相鄰條件示意圖 即行星輪齒頂圓半徑之和小于其中心距。當(dāng)行星輪均勻分布時(shí)，q=3 一般都不會(huì) 干涉，q=4 且 k , ,∴1e70?2eN712NZ? (11)潤(rùn)滑劑系數(shù) [2]LZ 選用 的礦物油潤(rùn)滑， 是考慮所采用的潤(rùn)滑劑類(lèi)型和粘度與實(shí)2501/vms?L 驗(yàn)齒輪的試驗(yàn)條件不同時(shí)，對(duì)齒輪的許用接觸應(yīng)力的影響系數(shù)。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上 14－108 頁(yè)查取，得： ＝12LZ? (12）速度系數(shù) [2]V 是考慮齒輪的節(jié)點(diǎn)線(xiàn)速度與實(shí)驗(yàn)齒輪的實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí)，對(duì)許用接觸應(yīng)力的影VZ 響系數(shù)。可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 14－109 頁(yè)查?。?120.9LVZ? (13）粗糙度系數(shù) R 是考慮齒輪的齒面粗糙度與實(shí)驗(yàn)齒輪不同時(shí)，對(duì)許用接觸應(yīng)力的影響系數(shù)。RZ 可按相對(duì)平均粗糙度 及 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 14－109 頁(yè)查取，大小齒輪齒面10RZlimH? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 粗糙度 ， 由下式求得：mZR?521? 32100aZRR?? A—中心距，mm。 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得： 12.95RZ (14）齒面工作硬化系數(shù) W 是用以考慮經(jīng)光整的硬齒面小齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)調(diào)質(zhì)大齒輪面產(chǎn)生冷作硬WZ 化，從而使大齒輪的許用接觸應(yīng)力得到提高系數(shù)。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 14－110 頁(yè)查取這里 取 ＝ 1 (15）接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù) XZ 是考慮計(jì)算齒輪的模數(shù)大于試驗(yàn)齒輪時(shí)，由于尺寸效應(yīng)使齒輪齒面接觸疲勞XZ 極限降低的系數(shù)。在根據(jù)零件大小選材適當(dāng)，且熱處理和硬化層深度選擇合理時(shí)，一 般取 ，這里 [2]。1?1ZX21? (16)最小安全系數(shù) 、minHSinF 在選取安全系數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)裝置得重要程度、工作要求、經(jīng)濟(jì)性和維修難易 等因素，綜合考慮，并要注意：計(jì)算所用的原始數(shù)據(jù)越接近實(shí)際，則安全系數(shù)越可取 得小些；反之應(yīng)取大些；不同的使用場(chǎng)合評(píng)定齒輪失效的準(zhǔn)則是不同的，如低速車(chē)輛 齒輪，通常允許少量的塑性變形、點(diǎn)蝕和磨粒磨損，低速軟齒面齒輪，允許一定量非 擴(kuò)展性點(diǎn)蝕，航天用齒輪，不允許由任何損傷；由于斷齒比點(diǎn)蝕的后果更嚴(yán)重，所以 一般彎曲強(qiáng)度的安全愈量應(yīng)大于接觸強(qiáng)度的安全愈量 [2]。 表 3.4 最小安全系數(shù) 可靠性要求 最小安全系數(shù) 、minHSinF 失效概率低于 1/10000 1.5 失效概率低于 1/1000 1.25 失效概率低于 1/100 1.00 失效概率低于 1/10 0.85 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得： ， 。lim1HS?4.inF (17）許用接觸應(yīng)力 由 9)中表公式得： XWRVLHNZSminlP?? 150li 2/06.12895.0mNHP ????? （18）接觸強(qiáng)度判斷 ∵ ，∴接觸強(qiáng)度校核通過(guò)。HP?? 3.2.3 驗(yàn)算 A－C 傳動(dòng)彎曲疲勞強(qiáng)度的校核 （1）彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù) FK? 時(shí)考慮沿齒寬方向載荷分布對(duì)齒根彎曲應(yīng)力的影響系數(shù)?？梢?jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)FK? 14－111。 N29.1)(HβFβ?2)/()/(1hbN?? 式中： —冪指數(shù)；N —接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)；FβK —齒寬，mm ； b —齒高，mm 。h m75.632.2.5mhn???82.0)./()7.6/3(12?N 219K8.0Fβ? （2）應(yīng)力修正系數(shù) saY 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 是當(dāng)載荷作用于齒頂時(shí)將名義彎曲應(yīng)力換算成齒根局部應(yīng)力系數(shù)。它考慮了saY 齒根過(guò)渡曲線(xiàn)處的應(yīng)力集中效應(yīng)，以及彎曲應(yīng)力以外的其它應(yīng)力對(duì)齒根應(yīng)力的影響。 可按當(dāng)量齒數(shù)和法向變位系數(shù)可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 14－120 頁(yè)查取。 變位系數(shù)； ， ；47.0Xa?437.0c? 當(dāng)量齒數(shù)； ；26,93VCVAZ 由上圖查得； ， 。8.1Ysa 8.1sa （3）彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度和螺旋角系數(shù) 是將載荷由齒頂轉(zhuǎn)換到單對(duì)齒嚙合區(qū)上界點(diǎn)的系數(shù)。Y? 對(duì)于 的齒輪傳動(dòng)， ，21?? ???75.02.??625.1?? ；.65.1.0Y? ，???20??? 當(dāng) 時(shí)，按 計(jì)算，當(dāng) 時(shí)，按 ，1???1????3?3 。896.1205.89.Y?? （4)計(jì)算齒根應(yīng)力 項(xiàng)目 單位 計(jì)算公式 計(jì)算齒根應(yīng)力 N/ 2mtFAVFsanKYbm?????? 許用齒根應(yīng)力 N/ 2 linSTNFPrelTRlX? 強(qiáng)度條件 F??PtFAVFsanKYbm??????21/36.7N 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 22/6.8mNF?? （5）彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) NTY 由接觸疲勞強(qiáng)度校核算得： ，91.40e?102.5e?? 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖 14-1-57 2?N （6）齒根圓角敏感系數(shù) σrelTY 齒根圓角敏感系數(shù)個(gè)、表示在輪齒折斷時(shí)，吃根處的理論應(yīng)力集中超過(guò)實(shí)際應(yīng)力 集中的程度。可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 14－129 頁(yè)查取，如上圖查得 。95.0YσrelT? （7）齒根表面狀況系數(shù) RrelT 齒根表面狀況系數(shù)是考慮齒廓根部的表面狀況，主要是齒根圓角處的粗糙度對(duì)齒 根彎曲強(qiáng)度的影響。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 14-131 得： ??0.11.6740.529RrelTzYR??? ＝ ＝ 1rlRrelT （8）彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù) X 是考慮計(jì)算齒輪的模數(shù)大于試驗(yàn)齒輪時(shí)，由于尺寸效應(yīng)使齒輪的彎曲疲勞極XY 限較低的系數(shù)。 可按上圖查取，X1YX? 圖 3.7 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù) （9）許用齒根應(yīng)力 FP? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 limnFSTNPrelTRlXYY??? 得 ； 2Fli/50 ∴ 2FP21/9.3m?? （10）彎曲強(qiáng)度校核 ∵ FP22FP1,＜＜ ∴彎曲校核通過(guò)。 3.2.4 根據(jù)接觸強(qiáng)度計(jì)算來(lái)確定內(nèi)齒輪材料 1lim tAVHEHLRWXNFuKZdbZ????????? = 2/.975.09.7m?? 根據(jù) 的值，選用調(diào)制鋼、滲碳淬火鋼短時(shí)氣體或液體氮化，表面硬度達(dá)到Hlim HRC50～55 即可。 3.2.5 C－B 傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算 通過(guò)公式，可計(jì)算得內(nèi)齒輪的彎曲應(yīng)力及許用應(yīng)力，過(guò)程同 A－C 傳動(dòng)彎曲應(yīng)力 校核，由 40Cr 的 ，由公式得 ，2Hlim/30N?? 24/HPNm?? ，故內(nèi)齒輪材料滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度要求。218/HN?? 3.3 減速器低速級(jí)的計(jì)算 3.3.1 配齒計(jì)算 低速級(jí)的配齒計(jì)算與高速級(jí)的配齒計(jì)算過(guò)程相同，取 ，距可能達(dá)到的傳4?sC 動(dòng)比極限較遠(yuǎn)，可不檢驗(yàn)鄰接條件。 得： CZisA BX? 取 C 等于 25 得 A47.3 ∴ 27?AZ25·???AsBZc 23'?CZ 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 39 3.3.2 按接觸強(qiáng)度初算 A－C 傳動(dòng)的中心距和模數(shù) 低速級(jí)輸入扭矩 Nm287.539.073.ηiTI ????? 傳動(dòng)比 ＝2.749? 對(duì) A－C 傳動(dòng) ＝ CSAKT??N57.681.40238?? 取 接 觸 疲 勞 強(qiáng) 度 綜 合 系 數(shù) K＝ 2 齒 數(shù) 比 851.073ZCAu 低速級(jí)與高速級(jí)齒輪材料相同，硬度也相同。太陽(yáng)輪和行星輪得材料用 20CrMnTi 滲碳淬火，齒面硬度 HRC60～62（太陽(yáng)輪）和 HRC56～58（行星輪）2lim150/HN?? 齒寬系數(shù)愈大，齒輪就愈寬，其承載能力就越大。但齒寬太大會(huì)使載荷沿齒寬分 布不均的現(xiàn)象嚴(yán)重。故齒寬系數(shù)應(yīng)取適當(dāng)?shù)闹?。一?＝0.1～1.2；閉式齒輪常用a? ～0.3 ；通用減速器常取 。0.1a??0.4a?? 取齒寬系數(shù) 0.4a?? 低 速 級(jí) 也 采 用 斜 齒 輪 考 慮 用 斜 齒 輪 ， 則 按 上 表 公 式 得3Hlim2aφ)1(476?uKTaA?? 3284.054.7)8.0(??? =109.0716068mm 所以，模數(shù)： 13675.27.91Z2CA??am ?。簃＝5 考慮到行星輪軸及軸承的直徑所以模數(shù)取得比較大。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 40 3.3.3 行星排齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 首先跟據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，齒輪壓力角 ，齒頂高系數(shù) ，頂隙系數(shù)??20?1??anh 然后在計(jì)算未變位時(shí)的中心距25.0??nc maAC 5.17521)Z(m1CA' ????）（04.73B?j 一般要求使得， ，??26~α'ac ??20~18α'cb 按預(yù)取嚙合角 ，可得 A-C 傳動(dòng)中心距變動(dòng)系數(shù) :5' )1cos(2Z'A' ??aCacαy 507?? =0.902484 則: ,myZmaacC 01.275948.12)'2(A ???? 取: 17? 計(jì)算 A-C 傳動(dòng)的實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù) 和嚙合角acac'α9.0512??acy63os7.os' ???? ∴ 'ac' 924α?()ros2nACmza?? 175c?? =15.3° 則 C－ B 傳動(dòng)的中心距： )(cos2ABCBZma?? A? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 41 太陽(yáng)輪分度圓直徑： mmzdn96.13.5cos27A????? 行星輪分度圓直徑： n04C 齒圈分度圓直徑： mmzdn1.378.15cosB????? 太陽(yáng)輪齒頂圓直徑： hnaa96.42*A? 行星輪齒頂圓直徑： d0C? 齒圈齒頂圓直徑： aaB? *2[()]nanhm? 由公式： 0129.cos3*??BanZ? 得出： md 72.35]).[(4.78aB ????? 太陽(yáng)輪齒根圓直徑： mChnanf 46.12*A? 行星輪齒根圓直徑： f 0)(C 齒圈齒根圓直徑： dnanf 9.3*B?? 計(jì)算齒寬： ， 取整為 50mmmba8.50·? 7)1~(1? 其中，太陽(yáng)輪與齒圈寬為 50mm，行星輪為 57mm 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)： 09.3.15cos233AV????zZ .4.s33C 3.3.4 驗(yàn)算 A－C、C －B 傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度及彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算過(guò)程與高速級(jí)相同 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 42 601 )7.31(59.3601)(i ????????ndvAx sm/743.8 由于以下過(guò)程完全與高速級(jí)過(guò)程相同，故此處忽略。經(jīng)計(jì)算校核，低速級(jí)所選齒 輪接觸疲勞強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度校核完全符合要求，安全可靠。 綜上所述，所選齒輪參數(shù)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 3.4 本章小結(jié) 在本章以上內(nèi)容進(jìn)行了行星齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版第三 卷以及實(shí)用機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)等并按照工作條件的要求合理選擇材料配對(duì)考慮加工工 藝及熱處理工藝等進(jìn)行強(qiáng)度校核，包括接觸強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算后驗(yàn)算結(jié) 果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 第四章 軸及軸上支承聯(lián)接件的校核 4.1 軸的種類(lèi) 軸類(lèi)零件是機(jī)器中經(jīng)常遇到的典型零件之一，它在機(jī)器中主要用于支撐齒輪帶輪， 凸輪軸以及連桿等傳動(dòng)件，以及傳遞扭矩。按照形式不同軸可以分為階梯軸、錐度心 軸光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等。 4.2 軸的工藝要求 對(duì)于做為軸向推力支承或齒輪壓緊端面的軸的端面，光潔度不應(yīng)低于▽7，并規(guī) 定其端面擺差。一根軸上的同心直徑應(yīng)可控制其不同心度。對(duì)于采用高頻或滲碳鋼的 軸，螺紋部分不應(yīng)淬硬，以免產(chǎn)生裂紋。對(duì)于階梯軸來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量保證工藝簡(jiǎn) 單，階梯應(yīng)盡可能少。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 43 4.3 軸的初算及材料選擇 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要在初步估算出一段軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行。軸徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算， 計(jì)算式為： 3Pdcn? 式中： P—軸所傳遞的功率（KW）； n—軸的轉(zhuǎn)速 （r/min）； c— 由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)。 C 值如表 4.1 軸常用的材料所示。 表 4.1 軸常用的材料的 c 值 軸的材料 Q235，20 35 45 40Cr,35SiMn,38SiMnMo ??mpa/?12 ～20 20～30 330～40 40～52 C 160～135 135～118 118～107 107～98 注：當(dāng)作用在軸上的彎矩比傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩小或只傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，C 取較小值；否則取較大值。 初估的軸徑為軸上受扭段的最小直徑，此處如有鍵槽時(shí)，還要考慮鍵槽對(duì)強(qiáng)度削 弱的影響。有一個(gè)鍵槽時(shí)，直徑增大 3％～5％，然后圓整。 先計(jì)算功率達(dá)最大時(shí)轉(zhuǎn)速最低為 n＝800（r/min）時(shí)331058Pdcm??? 轉(zhuǎn)速為 1500r/min 時(shí)，C＝110 軸采用 45 鋼。 602.4153d 當(dāng)采用空心軸時(shí)，還需要對(duì)其重新計(jì)算校核。 若外伸軸用聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸相聯(lián)，則應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)軸徑及聯(lián)軸器孔徑尺寸， 適當(dāng)調(diào)整初算的軸徑尺寸。輸入軸鍵材料為 45 鋼，進(jìn)行淬火處理，且沒(méi)有特殊的要 求，由于對(duì)此軸沒(méi)有特殊的要求，選用常用的 45 鋼正火處理。 4.4 高速軸的校核 4.4.1 高速軸的受力分析 (1)求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 44 150.9P105.9T66????n Nm37. (2)求軸上作用力： 1.齒輪上的切向力： 813.0672TFt ???Ad N15 2.齒輪上的切向力： ???5.13cos20t4stFnr aa?? 97.68 3.齒輪上的軸向力： ???5.13t4.tFXanan? N907.123 (3)高速軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 4.1 所示。 圖 4.1 高速軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 4.4.2 按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 =260mm，軸徑 d=40mm, =101.813mmLAd （1）求 H 面內(nèi)支反力 、 和彎矩1HR2HM + = tF － =0LH2??2/11cbat? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 45 由以上兩式可得： =4509.836506N1HR =7996.823N2 =1092086N.mmHM （2）求 V 面內(nèi)支反力 、 和彎矩1VR2V + =1rF??054.292??rVL 由以上兩式可得： =2993.27316N1R =1668.07N2V =163742.79N.mmMNmTMVH 395.12746863079.142.10986222 ????? ??PaPa.35463??????d 由計(jì)算得，高速軸強(qiáng)度足夠。 （3）高速軸受力彎矩圖如圖 4.2 所示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 46 圖 4—2 高速軸受力彎矩圖 4.5 低速軸的校核 4.5.1 低速軸的受力分析 （1）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 Nmn366 1075.98015.9P105.9T ?????? （2）求軸上作用力 齒輪上的切向力： AdT2Ft 1705896.133? 齒輪上的切向力： N5cos2t708sntr ???ana?? 齒輪上的軸向力： 41803t1tFX? （3）低速軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 4.3 所示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 47 圖 4.3 低速軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 4.5.2 按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 =241mm，軸徑 d=40mm, =139.96m，130+28.5=158.5mmLAd （1）求 H 面內(nèi)支反力 、 和彎矩1HR2HM + =12RtF － =0LH??5.830?t 由以上兩式可得: 14458.25N1 =2599.75N2HR =2291632.6N.mmM （2）求 V 面內(nèi)支反力 、 和彎矩1V2V + =1R2rF??05.872??rVL 由以上兩式可得: =4836.8N1 =869.7N2VR =766632.8N.mmMNmTMVH 5.143708958.763.9122222 ???????Pa40Pa8.405.1373 ??????d 因此，低速軸強(qiáng)度足夠。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 48 圖 4—4 低速軸受力彎矩圖 4.5.3 花鍵的選擇及校核計(jì)算 花鍵由具有多個(gè)周向均布鍵齒的軸和有相應(yīng)凹槽的轂孔組成。齒側(cè)面是工作面。 它有很高的承載能力，較好的定心性和導(dǎo)向性，對(duì)軸的削弱較小。適用于載荷較大， 定心精度要求較高的靜聯(lián)結(jié)和動(dòng)聯(lián)接。按齒形不同可分為矩形花鍵和漸開(kāi)線(xiàn)花鍵兩種。 本設(shè)計(jì)采用矩形花鍵，其齒廓是由內(nèi)圓、外圓和兩條等寬度的直線(xiàn)所組成，加工 方便，通過(guò)磨削可獲得較高精度。定心方式為小徑定心。 花鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計(jì)算步驟與鍵聯(lián)接相似。首先根據(jù)使用條件、工作要求等選定花 鍵的類(lèi)型、尺寸及定心方式，然后進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核。主要失效形式齒面的壓潰 （靜聯(lián)接）或磨損（動(dòng)聯(lián)結(jié)） ，故通常進(jìn)行擠壓強(qiáng)度或磨損性計(jì)算。本次設(shè)計(jì)有三處 用到花鍵聯(lián)結(jié)，全部為靜聯(lián)接，計(jì)算時(shí)，假設(shè)載荷延齒側(cè)接觸面上均勻分布，各齒所 受壓力的合力作用在平均直徑 處，并用各齒間載荷分布不均勻系數(shù)，一般 來(lái)估m(xù)d ? 計(jì)實(shí)際壓力分布不均勻的影響，因此，聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度條件為： 靜連接： 20[]PPmTzhld????? 式中： T—傳遞的轉(zhuǎn)矩（ ） ；N? —各齒間載荷分布不均勻系數(shù)，一般 ＝0.7～0.8；? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 49 Z—花鍵齒數(shù)； h—齒的工作高度（mm） （對(duì)于矩形花鍵， ,D 為齒頂圓直徑；2DdhC?? d—為矩形花鍵孔的齒頂圓直徑，C 為齒頂?shù)牡菇浅叽纾?； l—齒的工作長(zhǎng)度； —許用擠壓應(yīng)力（MPa） 。[]P? 表 4.2 許用擠壓力 []P? 聯(lián)結(jié)的工作 方式 使用和制造情況 齒面未經(jīng)熱處理 齒面經(jīng)過(guò)熱處理 靜聯(lián)結(jié) []P?不良 中等 良好 35～50 60～100 80～120 40～70 100～140 120～200 不在載荷作 用下移動(dòng)的 運(yùn)動(dòng)連接 不良 中等 良好 15～20 20～30 25～40 20～35 30～60 40～70 在載荷作用 下移動(dòng)的連 接 不良 中等 良好 略 3～10 5～15 10～20 4.5.4 輸入軸上的花鍵校核 由傳遞的扭矩： 11095047.52PTn???Nm? , , ，B＝80.7??5,4,.,46DdChlmd,10z 代入公式可得: ＝29（MPa）P? 取花鍵材料為 45 鋼調(diào)質(zhì)處理，中等使用和制造情況， ＝120 故 強(qiáng)[]P?P[]? 度合適。 4.5.5 聯(lián)結(jié)高速級(jí)與低速級(jí)間的花鍵校核 計(jì)算校核過(guò)程與上一樣： =477.5 3.3=1575.7521Ti????Nm? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 50 ，B＝100.72,56,1,2364,1mDdChldz????? 同理 可得 ＝46（MPa）P? 同上取同樣材料，校核結(jié)果合適。 4.5.6 輸出軸的花鍵校核 ＝4884.82531Ti???Nm? ，B＝140.712,9,0.5,470,9,10mDdChldz?? ? 同理得 ＝51（MPa） 材料同上為 45 鋼。P? 校核結(jié)果滿(mǎn)足要求。 4.6 減速器中軸承的選擇及壽命校核 行星輪上的軸承在高轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑條件差、高溫、以及化學(xué)腐蝕工作條件十分惡劣， 要受到承載能力和極限轉(zhuǎn)速的限制。 4.6.1 軸承承載能力的計(jì)算 行星齒輪軸承在工作時(shí)既有相對(duì)移動(dòng)，又有時(shí)沒(méi)有，在計(jì)算其壽命時(shí)，還要計(jì)算 它的允許靜載荷。在計(jì)算時(shí)除了要考慮行星齒輪與各個(gè)齒輪嚙合引起的軸承反力外， 還要計(jì)算離心力。行星架旋轉(zhuǎn)時(shí)，行星輪的質(zhì)量（也包括軸承的一部分質(zhì)量）引起的 離心力，作用在行星軸