机电软启动装置传动系统总体设计

1 摘 要由 于 电 动 机 驱 动 速 度 轴 ， 太 阳 齿 轮 被 驱 动 以 驱 动 行 星 齿 轮 旋 转 ， 并 且 内 齿 圈 被 锁定 。 最 后 ， 行 星 架 输 出 运 动 被 驱 动 ， 行 星 架 上 的 行 星 齿 轮 旋 转 并 旋 转 ， 并 具 有 相 同 的结 构 。 对 于 行 星 齿 轮 减 速 器 来 讲 ， 它 是 一 种 调 速 机 构 ， 其 中 齿 轮 的 最 少 一 个 几 何 轴 线联 合 固 定 部 件 旋 转 。 变 速 机 构 往 往 结 合 若 干 行 星 轮 一 起 工 作 并 传 递 负 载 以 分 散 动 力 。渐 开 线 行 星 齿 轮 传 动 系 统 有 以 下 优 点 ： 传 动 比 大 ， 结 构 紧 密 ， 体 积 占 比 小 ， 质 量 轻 ，效 率 显 著 ， 较 低 噪 音 ， 操 作 稳 定 性 好 ， 广 泛 应 用 于 金 属 冶 炼 、 工 程 结 构 ， 吊 装 ， 航 运 ，机 械 加 工 等 ， 作 为 减 速 ， 换 挡 或 增 速 的 齿 轮 传 动 装 置 。本 文 通 过 介 绍 机 械 电 子 软 起 动 器 的 组 成 和 工 作 原 理 以 及 传 动 系 统 的 分 析 和 设 计 ，控 制 了 调 速 电 机 的 速 度 控 制 。 行 星 差 速 机 构 被 差 动 驱 动 ， 以 达 到 输 出 轴 无 级 调 速 的 目 的 。关 键 词 ： 差 动 行 星 轮 系 ， 软 起 动 ， 蜗 轮 机 构 2 ABSTRACTWhen the high speed shaft is driven by the electric motor, to drive the sungear, and the planet wheel is driven to rotate, the inner gear ring is fixed,and then drives the planetary frame outputting motion, on the planet carrierplanet wheel both rotation and revolution, has the same structure. Planetarygear reducer is driving a at least one gear geometric axis rotated around acircular motion of fixed position, the transmission is usually and planetarygear and transfer load, in order to make the power split. Involute planetarygear transmission has the following advantages: large transmission ratio,compact structure, small volume, small mass, high efficiency, low noise,smooth operation, so it is widely used in metallurgy, engineering machinery,lifting, transportation, aviation, machine tools, electrical machinery anddefense industry and other departments, as gear reducer, gear or growth.Inthispaper,thecompositionandworkingprincipleofsoftstartingdevice for mechanical and electronic type introduction and analysis and designthrough to control motor speed control of the drive system, the planetarydifferential mechanism of differential drive, so as to achieve the purposeof the output shaft of the stepless speed regulation.KEYWORDS： differentialplanetarygeartrain,softstart,wormdrivemechanism 3 目 录1 绪 论 .41.1 课 题 研 究 背 景 .41.2 课 题 研 究 意 义 .42 机 电 软 启 动 装 置 传 动 系 统 总 体 设 计 .62.1 机 电 软 起 动 器 的 工 作 原 理 和 特 点 .62.2 确 定 机 械 和 电 子 软 起 动 器 驱 动 系 统 的 总 体 设 计 方 案 .82.2.1 根 据 给 定 的 参 数 和 工 作 要 求 ， 选 择 行 星 齿 轮 传 动 的 传 动 类 型 .82.2.2 机 电 软 起 动 器 传 动 系 统 的 微 分 原 理 分 析 .82.2.3 蜗 杆 传 动 机 构 的 作 用 .9 3 机 械 电 子 式 软 起 动 装 置 传 输 系 统 的 设 计 .113.1 传 动 比 的 分 配 .113.2 精 确 计 算 各 传 动 机 构 的 基 本 参 数 .123.2.1 行 星 齿 轮 传 动 设 计 .123.2.2 蜗 轮 蜗 杆 传 动 设 计 .243.2.3 直 齿 锥 齿 轮 传 动 设 计 .303.3 选 定 滚 动 轴 承 及 计 算 校 核 .363.4 键 的 选 择 与 校 核 .40结 论 .43参 考 文 献 .44 4 1 绪 论1.1 课 题 研 究 背 景随 着 社 会 的 发 展 ， 软 启 动 技 术 的 功 能 和 优 势 逐 渐 显 现 ， 它 凭 借 具 备 平 滑 变 速 ， 多 点驱 动 ， 平 稳 的 功 率 ， 保 护 过 载 等 功 能 已 被 越 来 越 广 泛 采 用 ， 具 有 广 阔 的 应 用 领 域 。带 式 传 送 机 因 运 送 能 力 强 ， 运 行 平 稳 ， 速 度 快 ， 适 应 力 强 ， 现 已 逐 渐 变 成 散 装 货 物运 送 的 主 要 装 备 。 皮 带 传 送 机 的 启 动 方 式 主 要 有 以 下 几 类 ： 1.速 度 控 制 类 液 力 偶 合 器 软启 动 ;2.CST控 制 软 启 动 ； 3.黏 性 液 体 软 启 动 ； 4.电 气 控 制 软 启 动 。 电 气 软 启 动 分 为 两 种类 型 ： 晶 闸 管 式 电 压 调 节 和 变 频 调 速 。 软 启 动 器 的 接 入 方 式 为 软 起 动 器 通 过 三 个 相 对 的 并 行 联 连 接 的 晶 闸 管 当 作 电 压 调节 元 件 ， 它 们 连 接 在 电 源 和 电 机 定 子 中 间 。 作 用 是 提 供 稳 定 的 电 压 使 电 机 正 常 运 行 ， 减少 电 气 热 损 失 ， 延 长 使 用 周 期 。引 领 国 际 先 进 水 准 的 电 动 机 软 起 动 产 品 发 展 方 向 为 固 态 软 起 动 装 置 ： 晶 闸 管 软 起 动与 兼 做 软 起 动 的 工 业 变 频 器 。 无 调 速 要 求 的 使 用 环 境 下 ， 应 用 晶 闸 管 软 启 动 是 在 比 较 轻的 负 载 运 行 情 况 ， 晶 闸 管 软 启 动 系 统 作 为 发 达 国 家 软 起 动 领 域 的 主 要 产 品 ； 当 重 载 或 负载 功 率 特 别 大 的 情 况 下 ， 应 使 用 变 频 软 启 动 。国 内 带 式 输 送 机 的 软 启 动 技 术 和 国 际 上 相 比 仍 处 于 落 后 状 态 ， 通 过 对 输 送 机 深 入 的理 论 研 究 来 提 升 软 启 动 技 术 水 平 已 经 成 为 一 项 迫 在 眉 睫 的 紧 要 工 作 。 上 世 纪 90年 代 初 晶闸 管 交 流 调 压 软 启 动 技 术 引 入 国 内 ， 随 后 得 到 了 积 极 的 发 展 。 相 比 于 自 耦 变 压 器 启 动 器 和 Y 启 动 器 ， 它 的 价 格 稍 高 。 因 为 整 个 软 启 动 系 统 工 作 时 对 电 网 冲 击 影 响 不 大 ， 从很 大 程 度 上 降 低 系 统 的 用 电 量 。 传 动 装 置 振 动 不 大 ， 在 启 动 和 停 车 时 装 置 稳 定 ， 在 一 定程 度 上 保 障 了 电 动 机 的 运 行 寿 命 与 经 济 效 应 。1.2 课 题 研 究 意 义随 着 中 国 煤 炭 生 产 机 械 化 和 自 动 化 的 不 断 完 善 ， 长 距 离 ， 大 容 量 带 式 输 送 机 的 使 用正 在 增 加 。 特 别 是 在 煤 矿 等 工 业 领 域 ， 它 被 广 泛 使 用 。 国 内 皮 带 输 送 机 还 应 朝 着 长 距 离 ， 5 高 皮 带 速 度 ， 大 体 积 ， 大 倾 角 和 大 功 率 的 方 向 发 展 。通 过 本 次 设 计 ：1） 通 过 软 起 动 器 传 动 系 统 的 设 计 ， 培 养 了 自 己 的 综 合 分 析 能 力 ， 提 高 了 解 决 实 际问 题 的 能 力 ， 从 而 巩 固 ， 拓 展 和 深 化 知 识 。 设 计 过 程 包 括 基 本 的 机 械 设 计 方 法 和 练 习设 计 能 力 。 该 设 计 还 包 括 蜗 轮 和 行 星 架 的 设 计 ， 可 进 一 步 巩 固 其 机 械 原 理 知 识 。 总 之 ，为 以 后 的 工 作 打 下 了 一 个 良 好 的 开 端 。2） 除 了 涉 及 大 量 书 籍 外 ， 设 计 过 程 还 需 要 找 到 相 关 文 献 ， 特 别 是 外 国 文 献 ， 以 提高 查 找 信 息 的 能 力 。 设 计 的 产 品 还 涉 及 行 业 规 范 ， 培 养 自 己 的 研 究 和 研 究 ， 熟 悉 相 关技 术 政 策 ， 并 应 用 国 家 新 标 准 ， 规 范 ， 手 册 ， 地 图 集 和 其 他 参 考 书 。 能 够 设 计 计 算 ，数 据 处 理 ， 编 写 技 术 文 档 和 解 决 实 际 问 题 。 3） 毕 业 设 计 是 教 学 过 程 的 最 后 一 部 分 ， 因 此 学 生 的 知 识 更 全 面 。 理 论 力 学 ， 材 料力 学 ， 机 械 设 计 ， 液 压 传 动 ， 可 以 说 主 要 课 程 都 体 现 在 毕 业 设 计 上 。 更 能 反 应 学 生 的全 面 发 展 能 力 。综 合 概 述 机 械 电 子 式 软 起 动 装 置 能 使 设 备 在 大 负 载 的 工 作 状 态 下 做 到 稳 定 启 停 。性 能 方 面 软 启 动 装 置 有 很 多 优 点 ， 可 以 实 现 平 滑 调 速 、 平 衡 驱 动 功 率 、 过 载 情 况 下 的保 护 等 功 能 ， 具 备 传 动 的 效 率 高 、 构 造 比 较 简 单 、 安 装 也 很 便 捷 等 特 点 ， 市 场 前 景 一片 大 好 。 6 2 机 电 软 启 动 装 置 传 动 系 统 总 体 设 计2.1 机 电 软 起 动 器 的 工 作 原 理 和 特 点机 电 一 体 化 软 起 动 器 由 机 械 传 动 系 统 和 控 制 系 统 组 成 。 机 械 传 动 系 统 包 括 主 电 机 ，速 度 控 制 电 机 和 差 速 齿 轮 系 。 下 图 所 示 为 机 械 和 电 子 软 启 动 系 统 图 ： 机 械 和 电 子 软 起 动 器 系 统 框 图 2-1机 械 电 子 软 起 动 器 的 机 械 示 意 图 如 下 图 所 示 ： 7 1小 锥 齿 轮 2大 锥 齿 轮 3太 阳 齿 轮 4行 星 轮 5内 齿 圈 6蜗 轮7蜗 杆 8调 速 电 机 9主 电 机 H行 星 架机 械 传 动 原 理 图 2-2机 电 软 启 动 装 置 一 般 构 成 部 分 为 ： 差 动 行 星 齿 轮 减 速 系 统 ， 蜗 式 齿 轮 等 。 驱 动 差 动行 星 齿 轮 减 速 系 统 被 驱 动 马 达 9带 动 以 联 动 负 载 。 启 动 与 停 止 区 间 ， 差 速 行 星 机 构 通 过控 制 调 速 电 机 8的 转 速 而 差 动 驱 动 ， 从 而 得 到 输 出 轴 无 级 调 速 的 结 果 。主 电 机 9上 的 输 出 轴 ， 它 与 输 入 轴 通 过 联 轴 器 结 合 ， 进 一 步 带 动 输 入 到 行 星 齿 轮变 速 部 位 。 对 面 一 端 的 输 入 轴 和 齿 轮 1连 接 ， 再 从 齿 轮 2和 中 心 轮 3的 输 入 轴 b连 接 ，中 心 轮 3 的 输 出 市 经 过 行 星 齿 轮 4 和 环 形 齿 轮 5 带 动 行 星 架 H， 最 后 经 过 输 出 轴 C将 力 传 出 。 变 速 电 动 机 8是 通 过 蜗 杆 和 蜗 杆 驱 动 的 功 率 比 较 低 的 电 动 机 ， 用 于 调 节 齿 圈 5的 控 制 速 度 （ 速 度 合 成 ） 起 到 功 效 ， 进 一 步 经 过 调 节 图 示 5的 速 度 ， 来 完 成 输 出轴 的 速 度 调 节 ， 并 且 主 要 实 现 损 失 功 率 在 软 起 动 和 软 停 止 时 差 速 器 环 齿 轮 的 速 度 调节 。 控 制 端 运 动 一 侧 ， 部 件 使 用 的 螺 旋 角 和 摩 擦 角 的 变 速 器 相 比 远 小 于 它 的 因 素 ， 主电 机 转 动 的 时 候 ， 主 动 零 件 是 蜗 轮 ， 从 动 蜗 杆 不 能 转 动 ， 系 统 自 锁 ， 变 速 电 机 不 运 转 。 8 自 锁 出 现 于 蜗 轮 的 反 向 行 程 过 程 中 ， 以 达 到 控 制 速 度 控 制 电 机 随 时 启 动 和 停 止 的 目的 。 反 冲 行 程 的 自 锁 特 性 经 常 用 于 重 型 机 械 的 起 动 过 程 ， 以 实 现 安 全 性 和 可 靠 性 。主 电 机 空 转 开 始 时 间 结 束 以 后 ， 按 照 预 先 设 定 好 的 曲 线 调 节 电 机 速 度 ， 这 一 过 程 需要 变 频 器 的 输 出 频 率 的 控 制 来 配 合 实 现 。 圆 形 齿 轮 5的 转 速 的 控 制 通 过 蜗 形 齿 轮 的 转 动来 调 节 ， 并 且 自 动 电 动 机 的 动 力 一 步 步 加 到 连 接 到 输 出 轴 的 机 械 装 置 上 。 调 速 电 机 的 速度 逐 渐 降 低 的 过 程 中 ， 减 速 器 输 出 轴 的 速 度 稳 定 输 出 ， 最 后 实 现 完 成 额 定 变 速 的 目 的 。2.2 确 定 机 械 和 电 子 软 起 动 器 驱 动 系 统 的 总 体 设 计 方 案2.2.1 根 据 给 定 的 参 数 和 工 作 要 求 ， 选 择 行 星 齿 轮 传 动 的 传 动 类 型 根 据 设 计 要 求 :选 用 结 构 简 单 ， 制 造 容 易 ， 体 积 小 ， 质 量 小 ， 传 动 效 率 高 的 2Z-X（ A）行 星 齿 轮 传 动 装 置 。2Z-X(A)型 行 星 传 动 如 图 ： 2Z-X(A)型 行 星 传 动 图 2-32.2.2 机 电 软 起 动 器 传 动 系 统 的 微 分 原 理 分 析对 于 机 电 软 起 动 器 ， 由 于 减 速 齿 轮 行 星 齿 轮 减 速 器 是 差 动 齿 轮 系 ， 轮 系 具 有 两 个 9 自 由 度 ， 因 此 在 中 心 轮 的 基 本 部 件 中 ， 环 形 齿 轮 和 行 星 架 ， 必 定 做 出 两 个 基 本 零 件 的单 独 运 动 ， 并 且 只 能 确 定 区 别 于 它 们 本 身 的 基 本 部 件 的 运 动 。 通 过 差 动 轮 系 的 调 速 原理 可 获 得 ： 1 33 1HHn n Z kn n Z 式 中 ， 齿 轮 1为 太 阳 轮 ， 3为 内 齿 圈 。 并 且 ， 太 阳 齿 轮 和 内 齿 圈 的 齿 数 k分 别 是两 者 的 齿 轮 比 数 。 从 公 式 可 以 看 出 ， 当 给 出 它 们 中 的 任 何 两 个 时 ， 另 一 个 可 以 具 有 一定 的 输 出 。 对 于 差 速 齿 轮 系 ， 齿 轮 1， 内 齿 圈 3和 拉 杆 H的 任 何 两 个 部 件 可 分 别 与 不同 的 原 动 机 连 接 。 如 果 其 中 一 个 以 原 始 速 度 恒 定 旋 转 ， 则 可 通 过 控 制 另 一 个 从 动 件 的速 度 和 加 速 度 来 实 现 可 控 输 出 。 实 现 软 起 动 。 差 速 齿 轮 系 有 三 个 外 力 矩 ： 1 3 0HT T T 同 时 ， 输 入 和 输 出 功 率 应 平 衡 ， 没 有 任 何 摩 擦 损 失 。 即 ：05533 HHnTnTnT结 合 以 上 公 式 可 得 ：2.2.3 蜗 杆 传 动 机 构 的 作 用一 种 传 动 机 构 ， 用 于 在 蜗 轮 传 动 过 程 中 在 两 个 交 错 空 间 轴 之 间 传 递 运 动 和 动 力 。 由 于 以 下 特 征 ， 这 种 类 型 的 变 速 器 具 有 广 泛 的 应 用 。（ 1） 单 头 蜗 杆 使 用 过 程 中 ， 蜗 杆 转 动 一 次 ， 蜗 轮 仅 通 过 每 个 螺 距 旋 转 ， 所 以 传动 比 比 较 大 并 容 易 实 现 。 当 部 件 传 动 时 ， 通 常 传 动 比 i=5 80； 当 分 度 部 件 或 手 动 部件 传 动 时 ， 传 动 比 显 示 300； 如 果 单 独 运 动 ， 传 动 比 突 破 1000。 大 传 动 比 的 因 素 ， 零件 量 少 ， 构 造 相 当 紧 密 。（ 2） 蜗 杆 传 动 和 螺 旋 角 小 于 啮 合 表 面 的 等 效 摩 擦 角 的 情 况 下 ， 蜗 杆 传 动 系 统 有自 锁 能 力 。（ 3） 蜗 杆 传 动 相 似 于 斜 齿 轮 传 动 ， 啮 合 情 况 下 相 对 滑 动 。 滑 动 速 度 大 且 工 作 条1 11 HT Tk 3 1 HkT Tk 10 件 不 够 好 的 时 候 ， 会 发 生 更 严 重 的 摩 擦 和 磨 损 ， 这 将 导 致 过 多 的 热 量 分 布 并 使 润 滑 性变 差 。 所 以 出 现 较 大 的 摩 擦 损 失 ， 较 低 的 效 率 ； 驱 动 器 自 动 锁 定 ， 仅 为 0.4左 右 的 效率 。 同 样 情 况 ， 严 重 的 磨 损 和 摩 擦 作 用 下 ， 需 要 通 过 有 色 金 属 来 制 造 蜗 轮 （ 或 轮 辋 ）以 匹 配 钢 蜗 杆 以 形 成 具 有 良 好 摩 擦 减 小 的 滑 动 摩 擦 副 。 11 3 机 械 电 子 式 软 起 动 装 置 传 输 系 统 的 设 计3.1 传 动 比 的 分 配（ 1） 结 合 实 验 室 现 有 的 工 作 条 件 ， 给 出 一 台 15千 瓦 （ Y160L-4） 异 步 电 动 机 作为 主 电 动 机 。 额 定 速 度 为 1460r/min， 调 节 范 围 为 0-73r/min， 选 择 4KW异 步 电 机（ Y112M-2） 作 为 调 节 电 机 。 额 定 转 速 为 2890r/min； 在 变 频 的 作 用 下 ， 变 频 可 达 到3510转 /分 ， 行 星 传 动 速 比 为 20， 这 是 满 足 调 速 性 能 所 必 需 的 。 设 计 机 电 软 启 动 变 速器 （ 行 星 齿 轮 减 速 器 和 蜗 轮 机 构 ） 。（ 2） 在 实 验 室 条 件 下 ， 输 入 功 率 为 4KW， 速 度 为 3510r/min， 选 择 Y112M-2电 机 。 额 定 转 速 n=2890r/min;电 流 i=8.2A;功 率 因 数 Cos =0.87;由 于 其 额 定 速 度 小 于 皮带 的 速 度 ， 因 此 可 以 通 过 变 频 调 速 技 术 实 现 。已 知 条 件 ,主 电 机 工 作 时 的 额 定 转 速 9 1460 /minn r ,输 出 主 轴 转 速 为73 /minHn r ， 变 速 控 制 电 机 的 变 速 调 速 可 达 到 3510 /minr 。（ 1） 当 调 速 电 机 的 转 速 为 零 时 （ 即 5 0n ）总 传 动 比 ： 9 1460 2073 HI ni n (3-1)传 动 分 配 装 置 传 动 比 : 51 34 20Ii i i (3-2)（ 2） 行 星 架 速 度 为 零 情 况 下 （ 即 0Hn ）总 传 动 比 ： 89 3510 2.40411460II ni n (3-3)分 配 传 动 装 置 传 动 比 : 71 31 1 3510 2.40411460IIi ii i (3-4)总 传 动 比 ： 89 3510 2.40411460II ni n (3-5)分 配 传 动 装 置 传 动 比 : 71 31 1 3510 2.40411460IIi ii i (3-6)在 正 常 情 况 下 ， 第 一 个 开 式 锥 齿 轮 传 动 比 为 24， 行 星 齿 轮 比 为 2.89。 综 合 12 考 虑 ， 取 1i =3.57， 则 534i =5.6， 即 1i = 21 3.57zz ， 5 534 31 5.6zi z 。根 据 表 3-2， “ 行 星 齿 轮 传 动 设 计 ” 的 P41， 查 得 当 3pn 时 ，3 19z ， 4 35z ， 5 89z 所 以 实 际 5 534 3 891 1 5.6819zi z 3i = 53 4.68zz 1 534 3.52Iii i (3-7)由 71 31 1 3510 2.40411460IIi ii i 7i =39.6 7i = 76 39.6zz 取 7i =40 (3-8)3.2 精 确 计 算 各 传 动 机 构 的 基 本 参 数3.2.1 行 星 齿 轮 传 动 设 计1.齿 轮 的 主 要 参 数 可 初 步 获 得 ：由 -3.1中 可 知 3 pn ， 3 19z ， 4 35z ， 5 89z 选 择 材 料 ： 经 过 渗 碳 和 淬 火 处 理 ， 用 20CrMnTi制 成 中 心 轮 和 行 星 轮 。 齿 面 硬度 5658HRC根 据 “ 机 械 设 计 手 册 单 机 版 ” -tu13-1-24;-tu13-1-53， 取 ， ， 加 工 精 度为 6级 ； 内 齿 圈 由 40Cr制 成 ， 淬 火 回 火 硬 度 为 241286HB。 取 加 工 精 度 为 7级 。 根 据 齿 面 接 触 强 度 ， 小 齿 轮 指 数 圆 直 径 的 初 始 计 算 ：131 2 lim 1A H Hpd d HT K K K ud K u (3-9)其 中 dK ： 公 式 系 数 ， 应 用 在 齿 轮 副 和 钢 相 对 于 钢 ， 直 齿 轮 传 动 768dK 1T ： 小 齿 轮 在 啮 合 齿 轮 副 中 的 名 义 转 矩 ， N m 13 AK ： 使 用 系 数 从 行 星 齿 轮 传 动 设 计 的 表 6-7中 获 得 AK =1.5HK ： 综 合 系 数 从 行 星 齿 轮 传 动 设 计 的 表 6-5中 获 得 HK =2HpK ： 计 算 行 星 齿 轮 载 荷 分 布 的 不 均 匀 分 布 系 数 的 接 触 强 度 ， 取 HpK =1.2d ： 小 齿 轮 齿 宽 系 数 ， 取 自 行 星 齿 轮 传 动 设 计 表 6-6， 得 75.0d u： 齿 数 比 ， 4 3 35 1.842119u z z limH ： 测 试 齿 轮 的 接 触 疲 劳 极 限 由 行 星 齿 轮 传 动 设 计 确 定图 6-11； 图 6-15取 其 中 的 较 小 值 得 2lim /1400 mmNH 计 算 如 下 ： 11 19550 pPT n n由 于 1 联 轴 器 ， 2 圆 柱 滚 子 轴 承 ， 3 行 星 齿 轮 ，4 圆 锥 齿 轮 ， 5 圆 锥 滚 子 轴 承1 1 2 3 4 515 0.97 0.98 0.95 0.92 0.9812.21P P kw 主 (3-10)21 1 1460 409 /min3.57zn n rz 主 (3-11) 11 1 12.219550 9550 95.0333 409pPT N mn n (3-12) 231 95.033 1.5 2 1.2 1.8421 1768 54.5870.75 1400 1.8421d mm (3-13)取 1d =57mm 根 据 根 部 屈 服 强 度 得 到 齿 轮 模 数 m：1 13 21 limA F Fp Fam d FT K K K Fm K z (3-14)其 中 mK ： 公 式 系 数 ， 直 齿 轮 转 动 mK =12.1 14 FK ： 综 和 系 数 从 行 星 齿 轮 传 动 设 计 的 表 6-5中 获 得 FK =1.8FpK ： 计 算 行 星 轮 之 间 的 不 均 匀 载 荷 分 部 分 布 系 数 的 弯 曲 强 度FpK =1+1.5（ HpK -1） =1.31FaF ： 齿 轮 较 小 的 齿 轮 -轮 廓 从 行 星 齿 轮 传 动 设 计 的 图 6-22中 获 得1FaF =2.821z ： 齿 轮 副 中 小 齿 轮 齿 数 ， 1z =19limF ： 轮 系 扭 曲 疲 劳 极 限 度 的 测 量 ， 按 图 6-26、 图 6-30选 择 ， 取 2lim /340 mmNF 计 算 如 下 ： 3 295.033 1.5 1.8 1.3 2.8212.1 2.62570.75 19 340m (3-15)取 3m 则 11 19 3 57d mz mm2.啮 合 参 数 计 算 ：在 两 个 啮 合 齿 轮 副 a-c， b-c中aca =21 m( ca zz )=21 3 (19 35) 81mm (3-16) bca 21 m( 1( ) 3 (89 35) 812c bz z mm (3-17) 满 足 非 变 位 同 心 条 件 。 几 何 尺 寸 的 计 算 如 下 ：20 ， 遵 照 GB1356-1988, 1ah ， 25.0c行 星 齿 轮 传 动 表 3-1项 目 公 式 中 心 轮 行 星 齿 轮 环 齿 轮齿 数 Z 19 35 89分 度 圆 直 径 d zmd 57mm 105mm 267mm 15 齿 顶 高 ah aa mhh 1 ； mzha )/55.71( 22 3 mm 3 mm 2.7 mm齿 根 高 fh mchh af )( 3.75 mm 3.75 mm 3.75 mm全 齿 高 h fa hhh 6.75 mm 6.75 mm 6.45 mm齿 顶 圆 直 径 ad aa hdd 211 ；aa hdd 222 63 mm 111 mm 259.5 mm 齿 根 圆 直 径 fd ；ff hdd 211 ；ff hdd 222 49.5 mm 97.5 mm 273 mm基 圆 直 径 bd cos ddb 53.56 mm 98.67 mm 250.90 mm 装 配 条 件 的 验 证 计 算 如 下 ：上 述 设 计 的 行 星 齿 轮 满 足 以 下 装 配 条 件 ： 邻 接 条 件 。根 据 行 星 传 动 结 构 设 计 （ 3-7） 的 公 式 检 查 相 邻 条 件 ：pacac nad sin2 (3-18)其 中 acd 为 行 星 轮 的 齿 顶 圆 直 径 。 aca 为 ca, 齿 轮 啮 合 副 的 中 心 距代 入 数 据 得 :111mm46720h 所 以 所 选 择 轴 承 满 足 使用 寿 命 规 定 。3.3.2 输 出 轴 轴 承 的 计 算 39 输 出 轴 轴 承 图 3-6主 轴 承 是 30212型 圆 锥 滚 子 轴 承 检 查 圆 锥 滚 子 轴 承 手 册 。(1)求 两 轴 承 受 到 的 径 向 载 荷 1rF 和 2rF由 轴 系 部 件 接 收 的 空 间 力 被 分 解 为 两 个 平 面 力 系 统 ： 垂 直 平 面 图 （ 2） 和 水 平 面图 （ 3） 。 图 （ 3） 中 的 位 置 通 过 额 外 的 扭 矩 平 移 到 指 定 的 轴 ;在 图 （ 1） 中 ， 它 也 被 转换 成 通 过 施 加 弯 矩 作 用 在 轴 上 。 由 力 分 析 知 : N4.2475Ft2 NFr 9012 1.11112 aF N N9.766Fr1v N1.134Fr2v N7.1237FF r2hr1h N5.12897.12379.766FFF 222r1h2r1vr1 (3-136) N12457.12371.134FFF 222r2h2r2vr2 (3-137)（ 2） 双 轴 承 的 轴 向 力 值 21 aa FF 和 的 计 算针 对 30213型 轴 承 ， 依 据 教 材 P322， 表 13-7， e是 教 科 书 P321的 表 13-5中 的确 定 系 数 e=0.4， 因 此 估 算 N8.4291.5*21289.5Y2FF r1d1 (3-138)N4151.5*21245Y2FF r2d2 (3-139)按 教 材 P322式 (13-11a) (3-140)N15264151.1111FFF d2aea1 (3-141) 40 2a2F dF =415N(3)求 轴 承 当 量 动 载 荷 1P和 2Pe1289.51526FFr1a1 334.01245415FFr2a2 46720h 故 所 选 轴 承 满 足 寿 命要 求3.4 键 的 选 择 与 校 核 3.4.1 键 的 选 择在 本 设 计 中 ， 所 选 键 的 类 型 为 A型 圆 头 普 通 扁 键 ， 材 质 为 45钢 ， 尺 寸 如 下 ：键 的 选 择 表 3-4轴 键 键 槽 半 径r公称直径 公称尺寸 宽 度 b 深 度公称尺 极 限 偏 差 轴 t 毂 1t一 般 键 联 结轴 N9 毂 sJ 9 公 称 极 限 公 称 极 限 最 小 最 41 d bh 寸 b 尺 寸 偏 差 尺 寸 偏 差 大28 87 8 0-0.036 0.018 4.0 +0.2 3.3 +0.2 0.25 0.403.4.2 键 的 校 核1.键 的 剪 切 强 度 校 核在 传 输 电 源 过 程 中 ， 键 受 到 剪 切 损 坏 ， 如 下 图 所 示 ： 键 剪 切 受 力 图 3-7粘 合 的 剪 切 力 图 如 图 所 示 ， 其 中 b=8mm， L=25mm。 计 算 出 轴 上 的 扭 矩 为 T=55Nm， 这 是 通 过 粘 结 的 剪 切 强 度 得 到 的 ：2 TblD （ 其 中 D： 带 轮 轮 毂 直 径 ） (3-145）3 3 32 558 10 25 10 55 10 =10M aP 30 aMP (3-146)2.键 的 挤 压 强 度 校 核 ：在 钥 匙 传 输 期 间 ， 钥 匙 的 上 部 和 下 部 通 过 钥 匙 的 上 部 和 下 部 之 间 的 力 矩 的 作 用 而滑 动 。 反 过 来 ， 钥 匙 的 上 下 之 间 的 连 接 被 打 破 ， 如 下 图 所 示 ： （ 键 的 许 用 挤 压 应 力 bs =100 aMP ） 42 键 挤 压 受 力 图 3-8由 SF A bl (3-147)3 3 68 10 25 10 10 10sF =2000N (3-148)又 有 bsFbs bsA (3-149)3 3200025 10 10 10bs 8 aMP bs 结 构 合 理 43 结 论当 我 第 一 次 开 始 这 个 设 计 时 ， 我 真 的 觉 得 它 是 一 片 空 白 。 尤 其 是 设 计 尺 寸 的 确 定并 不 是 凭 空 想 象 出 来 的 ， 平 时 设 计 中 需 要 经 过 查 阅 资 料 和 计 算 检 验 等 一 系 列 工 作 确定 。 工 作 开 展 起 来 平 心 而 论 还 是 相 当 的 繁 琐 ， 每 一 天 的 确 需 要 很 大 的 毅 力 来 支 撑 ， 同时 也 正 因 为 这 一 点 我 才 真 正 感 受 到 了 做 机 械 电 子 工 程 还 是 非 常 的 不 容 易 ， 但 又 值 得 坚持 下 去 。 通 过 这 种 设 计 ， 我 可 能 提 前 实 现 了 我 未 来 的 职 业 生 涯 。经 过 设 计 计 算 ， 该 装 置 基 本 实 现 了 无 级 变 速 ， 多 点 驱