輪邊減速器設(shè)計本科畢業(yè)論文

PAGEPAGE17XXXXXXXX學(xué)院全日制普通本科生畢業(yè)論文輪邊減速器設(shè)計學(xué)生姓名：XXXX學(xué)號：XXXXX年級專業(yè)及班級：XXXXX指導(dǎo)老師及職稱：XXXX學(xué)部：XXXXXXXX提交日期：XXXX年X月目錄22193摘要 122193關(guān)鍵詞 1TOC\o"1-3"\h\u22193第一章緒論 2113601.1課題設(shè)計的目的和意義 410091.2本設(shè)計所要完成的主要任務(wù) 43720第二章減速器的方案設(shè)計 5168142.1減速器的功用及分類 5168142.2減速器方案的選擇及傳動方案的確定 660142.2.1減速器方案的選擇 7238682.2.2行星減速器傳動方案的選定 8142452.2.3減速器傳動比的分配 8142452.2.4傳動比公式推導(dǎo) 8250692.3行星減速器齒輪配齒與計算 9166992.3.1行星排齒輪的配齒 9104442.3.2行星齒輪模數(shù)計算與確定 10168572.4嚙合參數(shù)計算 1199512.5變位系數(shù)選取 12186802.6各行星齒輪幾何尺寸計算 1325932.6.1第Ⅰ排行星齒輪的幾何尺寸 13162552.6.2第Ⅱ排行星輪的幾何尺寸 16100562.7各行星齒輪強(qiáng)度校核 19166302.7.1太陽輪和行星輪接觸疲勞強(qiáng)度校核 1917292.7.2太陽輪和行星輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核 21110222.7.3內(nèi)齒輪材料選擇 224746第三章減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 23324113.1齒輪軸的設(shè)計計算 23132613.2傳遞連接 24177183.3軸承選用與校核與其他附件說明 24262213.3.1軸承選用與校核 2423383.3.2其他附件說明 2620835第四章設(shè)計工作總結(jié) 2628158參考文獻(xiàn) 2723366致謝 2716792附錄 28摘要輪邊減速器是傳動系中最后一級減速增扭裝置，采用輪邊減速器可滿足在總傳動比相同的條件下，使變速器、傳動軸、主減速器、差速器、半軸等部件的載荷減少，尺寸變小以及使驅(qū)動橋獲得較大的離地間隙等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于載重貨車、大型客車、越野汽車及其他一些大型工礦用車。因此對輪邊減速器的研究，具有很重要的實際意義和企業(yè)實用性。在本論文研究中，主要開展了如下工作：首先介紹了輪邊減速器的原理，并對行星式輪邊減速器的特點(diǎn)、傳動類型及傳動裝置進(jìn)行了闡述與分析。其次根據(jù)輪邊減速器的工作要求，進(jìn)行了傳動設(shè)計計算，確定其主要部件的參數(shù)并校核了齒輪的強(qiáng)度。關(guān)鍵詞輪邊減速器;齒向誤差;校核強(qiáng)度第一章緒論1.1課題設(shè)計的目的和意義汽車輪邊減速器多以行星齒輪為主，世界上的一些發(fā)達(dá)國家，如日本、瑞典、俄羅斯和美國等，對行星齒輪傳動的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用都十分重視，在傳動性能、傳遞功率、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、轉(zhuǎn)矩等方面均處于領(lǐng)先地位。發(fā)展比較快且取得一定科研成果的是在行星齒輪傳動動力學(xué)方面。近幾年來，隨著我國對制造業(yè)的扶持和資金的投入以及科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，機(jī)械科技人員經(jīng)過不懈的努力以及技術(shù)引進(jìn)和消化吸收，在行星齒輪理論研究和優(yōu)化設(shè)計等方面取得了一定的研究成果，在行星齒輪傳動非線性動力學(xué)模型和方程方面的研究是國內(nèi)兩個關(guān)于行星齒輪傳動動力學(xué)的代表，他們的研究成果取得了一定的成就并把許多技術(shù)應(yīng)用于實際當(dāng)中。與此同時，現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計理論也應(yīng)用到行星齒輪傳動技術(shù)中，根據(jù)不同的優(yōu)化目標(biāo)，通過建立輪邊減速器行星齒輪數(shù)學(xué)模型，產(chǎn)生了多種優(yōu)化設(shè)計方法。在已經(jīng)取得的成果中，有針對行星輪均載機(jī)構(gòu)和功率分流方面的優(yōu)化設(shè)計，有針對行星齒輪傳動嚙合效率、結(jié)構(gòu)性能、體積的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計研究，有專門針對如重型汽車輪邊減速器行星傳動機(jī)構(gòu)齒輪模態(tài)優(yōu)化設(shè)計，有針對行星機(jī)構(gòu)噪聲、振動、固有頻率特性研究，這些成果的研究有利于提高了工程技術(shù)人員對行星傳動技術(shù)的認(rèn)識。在新理論和新數(shù)學(xué)計算方法出現(xiàn)的同時，行星齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計方法也隨著更新，比較新的研究成果：有可靠性工程理論在優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用，有遺傳算法在行星齒輪優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用，有模糊數(shù)學(xué)在行星齒輪優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用，有可靠性工程理論在優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用，基于可靠性工程的理論通過引入強(qiáng)度可靠性系數(shù)方程來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。這些新的設(shè)計理論和新的設(shè)計方法將許多設(shè)計理論概念和研究成果應(yīng)用到優(yōu)化設(shè)計中，對行星齒輪傳動優(yōu)化設(shè)計理論研究的發(fā)展有很大的貢獻(xiàn)。1.2本設(shè)計所要完成的主要任務(wù)1.減速器的功用及分類；2.減速器方案的選擇及傳動方案的確定；3.行星減速器齒輪配齒與計算；4.減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計；5.軸承選用與校核與其他附件說明；6.所有零、部件設(shè)計計算、繪制零、部件圖。第二章減速器的方案設(shè)計減速機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。減速器是應(yīng)用于原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動裝置。減速器的主要功能是降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，以便帶動大扭矩的機(jī)械。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確可靠、使用維護(hù)簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代工程機(jī)器中應(yīng)用很廣。2.1減速器的功用及分類減速器的作用有以下幾點(diǎn)：①增扭減速，降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，增大扭矩；②變扭變速，工程機(jī)械作業(yè)時，牽引阻力變化范圍大，而內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的變化范圍不大，即使用液力機(jī)械式傳動，采用了液力變矩器也不能滿足要求，因此必須通過變換變速箱排檔以改變傳動系的傳動比，改變工程機(jī)械的牽引力和運(yùn)行速度，以適應(yīng)阻力的變化；③實現(xiàn)空檔，以利于發(fā)動機(jī)啟動和發(fā)動機(jī)在不熄火的情況下停車。減速器的分類按其傳動結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、蝸桿減速器、行星齒輪減速器四大類。下面對以上四種減速器的特點(diǎn)及用途作簡要說明：①圓柱齒輪減速器：當(dāng)傳動比在8以下時，可采用單級圓柱齒輪減速器，大于8時，最好選用兩級（i=8~40）和兩級以上（i>40）的減速器。兩級和兩級以上的圓柱齒輪減速器的傳動布置型式有展開式、分流式和同軸式等到數(shù)種。它是圖2.1圓柱齒輪減速器Figure2.1cylindricalgearreducer所有減速器中應(yīng)用最廣的，它傳遞功率的范圍可從很小至40000KW，圓周速度也可以從很低至60~70m/s，有的甚至于高達(dá)140m/s。其結(jié)構(gòu)如圖2②圓錐齒輪減速器：它用于輸入軸和輸出軸位置布置成相交的場合。因為圓錐齒輪常常是懸臂裝在軸端的，且由于圓錐齒輪的精加工比較困難，允許的圓周速度又較低，因此圓錐齒輪減速器的應(yīng)用不如圓柱齒輪減速器那么廣。其結(jié)構(gòu)如圖2.2示。③蝸桿減速器：主要用于傳動比較大（i>10）的場合。當(dāng)傳動比較大時，其傳動結(jié)圖2.2圓錐齒輪減速器圖2.3蝸桿減速器Figure2.2taperedgearreducerFigure2.3wormreducer構(gòu)緊湊，輪廓尺寸小。由于蝸桿傳動效率較低，所以蝸桿減速器不宜在長期連續(xù)使用的動力傳遞中應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)主要有蝸桿在上和蝸桿在下兩種不同的形式。蝸桿圓周速度小于4m/s時最好采用蝸桿在下式，在嚙合處能得到良好的潤滑和冷卻。但蝸桿圓周速度大于4m/s時，為避免攪油太甚，發(fā)熱過多，最好采用蝸桿在上式。其結(jié)構(gòu)如圖2④行星減速器：行星減速器的最大特點(diǎn)是傳動效率高，傳動比范圍廣，其圖2.4行星減速器①查表14-1-取彈性系數(shù)=189.8。②確定和所以用的圓周速度用相對于行星架的圓周速度：（2.13）式中：為太陽輪的轉(zhuǎn)速，為了方便計算初步用馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速來計算；為特性參數(shù)，見前面部分計算。將上述已知參數(shù)代入式（2.13）計算得4.15。③查表10-確定使用系數(shù)=2.00；查圖10-取動載系數(shù)=1.04；查表10-取齒間載荷分配系數(shù)=1.1，查表10-利用直插法齒向載荷分配系數(shù)==1.182，則計算載荷系數(shù)為：（2.14）=1.041.11.1822.7④太陽輪傳遞的載荷的計算太陽輪輸入轉(zhuǎn)矩為=665.56，根據(jù)公式有太陽輪所傳遞的扭矩為：（2.15）=244.04式中：為行星齒輪傳動載荷不均勻系數(shù)，由表14-5-查取，則太陽輪傳遞的載荷為：（2.16）=7156.32所以太陽輪接觸應(yīng)力和之配對的行星輪的接觸應(yīng)力為：（2.17）=1321.5Mpa⑤許用接觸應(yīng)力計算本輪邊減速器的設(shè)計工作時間為10年，每年按照365天計算，每天工作8小時，則工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N為：N=60n（2.18）=60147011036582.6次式中：n為太陽輪轉(zhuǎn)速，按照液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速計算：j齒輪每轉(zhuǎn)一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)：為總工作時間，以小時計算。由圖10-和圖10-查取壽命系數(shù)得：==0.9，取接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)=1，彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)=1.3，查圖10-和圖10-取齒輪的接觸疲勞極限=1500，彎曲疲勞強(qiáng)度極限=750。則太陽輪的許用接觸應(yīng)力[]為：[]=（2.19）==1350經(jīng)計算與太陽輪配對的行星輪，由圖10-和圖10-查取壽命系數(shù)得；==0.94.則由（4.19）式計算得其許用接觸應(yīng)力[]=1410顯然[]>[]，故以[]值代入計算。由上述計算得：因為=<[]，故滿足接觸疲勞強(qiáng)度要求。2.7.2根據(jù)（1）中計算查取結(jié)果，太陽輪的許用彎曲強(qiáng)度[]為：[]=（2.20）由式（4.20）得與太陽輪配對的行星輪的許用彎曲強(qiáng)度[]為：[]=由圖14-1-查取太陽輪齒形系數(shù)=2.57，行星輪齒形系數(shù)=3.3。由圖14-1-查取太陽輪應(yīng)力修正系數(shù)=1.63，行星輪應(yīng)力修正系數(shù)=1.46，它們的計算載荷由公式：（2.21）得=2.7，取行星齒輪寬為36。經(jīng)計算123.95，112.56，因為>，所以將后者代入計算。下面將彎曲強(qiáng)度進(jìn)行檢驗：（2.22）對于太陽輪：=84.01滿足彎曲強(qiáng)度條件。對于行星輪：=107.34滿足強(qiáng)度要求。2.7.3下面根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計算來確定內(nèi)齒輪材料，取最小安全系數(shù)=1由公式：(2.23)式中：為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查圖14-1-取=2.51；為彈性系數(shù)，查表14-1-取彈性系數(shù)=189.8；為重合度系數(shù)，查圖14-1-取=0.82；為螺旋角系數(shù)，查圖14-1-取1；為接觸強(qiáng)度計算的壽命系數(shù)，查圖14-1-取=0.9；為潤滑劑系數(shù)，查圖14-1-取=1；為速度系數(shù)，查圖14-1-取=0.96；為粗糙度系數(shù)，查圖14-1-取=0.95；為工作硬化系數(shù)，查圖14-1-取=1.2；為尺寸系數(shù)，查圖14-1-取=0.8；為齒圈分度圓直徑。內(nèi)齒圈所傳遞的扭矩為：=（2.24）=7785.12式中為驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩，則其所傳遞的載荷為：（2.25）=39923.69N齒數(shù)比u=81/342.364，取齒寬b=44mm。將上述參數(shù)代入（4.23）式計算得416.80。根據(jù)，選用42Mo，調(diào)質(zhì)硬度209269HB。一般其彎曲強(qiáng)度皆可滿足設(shè)計要求，這里不再校核。與第Ⅰ行星排校核計算一樣，對于第Ⅱ排的各齒輪接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度校核，經(jīng)檢驗，其均滿足設(shè)計強(qiáng)度要求。第三章減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.1齒輪軸的設(shè)計計算由于太陽輪Ｉ的尺寸較小，從強(qiáng)度方面考慮將其做成齒輪軸形式，材料為200CrMnTi。經(jīng)力學(xué)分析，該軸只在扭轉(zhuǎn)情況下工作，故按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步估計軸頸：（3.1）式中：為系數(shù)值，查表15-取=100（范圍：98100.7)；為軸傳遞功率，KW（取液壓馬達(dá)輸出功率）；為軸的轉(zhuǎn)速。將上述已知參數(shù)帶入（3.1）式計算得35.93，考慮到其將由花鍵套與制動器輸出軸連接，故取軸頸=40，由公式：(3.2)==36.51式中：為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；為該軸所傳遞的扭矩，取太陽輪輸入力矩值；為軸的抗扭截面系數(shù)。顯然<[]=4552,滿足要求。該軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)件附件其零件圖。3.2傳遞連接本設(shè)計采用雙壁整體式行星架，行星架Ｉ與太陽輪采用漸開線花鍵連接。齒圈和殼體采用螺釘固定鏈接。動力傳遞過程為：動力經(jīng)由液壓馬達(dá)傳到制動器。制動器輸出軸與齒輪軸采用漸開線花鍵套連接，齒輪軸另一端由鋼球頂住，防止其運(yùn)轉(zhuǎn)時軸向穿動，動力由制動器傳遞給齒輪軸。太陽輪Ｉ將動力傳給行星輪Ｉ，在此動力分流：一部分直接通過和齒圈嚙合將動力傳遞給齒圈然后由齒圈和殼體等傳給驅(qū)動輪；另一部分動力則由行星架Ｉ傳遞給太陽輪。太陽輪和行星輪嚙合傳動，動力經(jīng)由此到達(dá)齒圈再通過殼體到達(dá)驅(qū)動輪。另外幾處的連接：行星架和齒圈支架的連接采用漸開線花鍵連接；齒圈支架和制動器的連接采用螺釘連接；殼體與制動器和液壓馬達(dá)的連接采用滾動軸承連接和浮動油封密封；殼體與驅(qū)動輪采用螺栓連接；太陽輪與滾針軸承連接，滾針軸承套在齒輪軸上從而齒輪軸轉(zhuǎn)動并不直接影響太陽輪轉(zhuǎn)動。3.3軸承選用與校核與其他附件說明3.3.1行星輪Ｉ用軸承、銷套和螺栓連接在行星架Ｉ上，根據(jù)載荷性質(zhì)查表5-選用圓錐滾子軸承30205，其基本動載荷=32.2.下面進(jìn)行其強(qiáng)度校核：（3.3）式中：為當(dāng)量動載荷；為溫度系數(shù)，取=1；為計算指數(shù)，對于滾子軸承=；為軸承的轉(zhuǎn)速；為軸承預(yù)期使用壽命。下面對這些參數(shù)進(jìn)行計算選取：①由于是直齒圓齒輪嚙合傳動，軸承裝在銷套上面。故其受的軸向載荷較小，忽略計算，根據(jù)表13-查取載荷系數(shù)=1.5，則當(dāng)量動載荷為：（3.4）式中根據(jù)齒輪嚙合傳動時徑向力進(jìn)行計算：（3.5）式中：為嚙合角，經(jīng)第四章計算知=。由前章（3.16）式知圓周力=7156.32，所以=2604.69，軸向力=0。X、Y分別為徑向和軸向動載荷系數(shù)，由表13-查取X=1,Y=0。從而=1.52604.69=3907.035。②軸承的轉(zhuǎn)速近似取行星輪Ｉ的轉(zhuǎn)速=（3.6）==568.52r/min③按照前章4.7.1，=103658=29200,將得到的已知參數(shù)帶入（3.3）式：31.00KN，故滿足設(shè)計要求。按照相同的方法，第二排行星輪處的軸承選用圓錐滾子軸承30206，經(jīng)檢驗滿足要求。3.3.2減速器的潤滑采用飛濺潤滑，為防止漏油，在所需處設(shè)置的密封圈或者擋油環(huán)。在裝配所需要防止零部件穿動處設(shè)置套筒或者墊板。減速器具體結(jié)構(gòu)見附錄其裝配圖和各零件圖.第四章設(shè)計工作總結(jié)本文以行星齒輪嚙合知識為基礎(chǔ)，對輪邊減速器齒輪傳動特性進(jìn)行了設(shè)計和研究，對中心輪和齒圈進(jìn)行輪齒修形，并應(yīng)用計算機(jī)軟件對中心輪進(jìn)行了仿真。為了分析問題和計算上的方便，本文在計算齒向誤差時只考慮機(jī)件剛度與工作條件因素，并沒考慮空間幾何因素，在本文的基礎(chǔ)上可以考慮加入空間幾何因素的誤差，使計算出齒向誤差的結(jié)果更加準(zhǔn)確和符合實際。本設(shè)計主要闡述了行走減速器的設(shè)計計算，從減速器型式的選擇到各零部件的設(shè)計校核。有效地解決了行星齒輪的配齒問題，另外在齒輪設(shè)計過程中采用了高度變位設(shè)計，使得齒輪的齒數(shù)大大減少并避免了加工過程中少齒數(shù)所帶來的根切問題。使減速器在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈的可容體積，從而有效縮小了其外廓尺寸，使其體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載能力大。在整個的設(shè)計過程中，由于水平有限，實驗條件有限，對發(fā)動機(jī)功率的分析研究不甚詳細(xì)，爭取在以后的學(xué)習(xí)中不斷的完善。參考文獻(xiàn)[1]張光裕，等.工程機(jī)械底盤設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985[2]王建.工程機(jī)械構(gòu)造[M].北京：中國鐵道出版社，1996[3]唐經(jīng)世.工程機(jī)械[M].北京：中國鐵道出版社，1996[4]饒振綱.行星齒輪傳動設(shè)計[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003[5]孔德文，趙克利，徐寧生，等液壓輪邊減速器[M].北京：