涡轮螺旋桨发动机主减速器的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 0 涡轮螺旋桨发动机主减速器的设计 目录 摘 要 . 1 第一章 绪论 . 4 . 4 题目的和意义 . 5 涡轮螺旋桨发动机工作原理 . 6 第二章 发动机主减速器的选择 . 7 . 7 动机主减速器结构形式的选择 . 8 轮系 . 8 周转轮系的组成 . 8 周转轮系的种类 . 9 星齿轮传动类型比较与选择 . 9 动 方案的设计与选定 . 10 轮设计及计算过程 .三章 行星轮传动设计 . 12 轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定 . 12 定主要参数 . 12 动比分配 . 12 速级设计 . 12 速级设计 . 28 第四章 行星轮轴的设计 . 43 速级 行星轮轴的设计 . 43 星轮轴直径的计算 . 43 星轮轴的强度校核 . 43 速级行星轮轴的设计 . 44 星轮轴直径的计算 . 44 星轮轴的强度校核 . 44 第五章 输出轴的设计 . 45 出轴的弯曲刚度计算 . 45 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 1 出轴的扭转刚度计算 . 47 第六章 花键强度校核 . 48 第七章 花键强度校核 . 51 阳轮花键轴强度计算 . 51 出轴花键轴强度计算 . 52 第八章 轴承的选用与寿命计算 . 54 承的选用 . 54 承校核 . 54 第九章 螺栓计算 . 58 内齿圈与箱体联接螺纹计算 . 58 第十章 行星架与箱体的设计 . 60 第十一章 润 滑与密封 . 61 第十二章 总结 . 62 参考文献 . 63 外文文献 . 64 文献译文 自动变速器 . 70 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 2 摘 要 涡轮螺旋桨发动机 是一种通常用于飞机上的燃气涡轮发动机 。 涡轮螺旋桨发动机 ： 靠动力涡轮把核心机出口燃气中大部分可用能量转变为轴功率用以驱动空气螺旋桨，由于螺旋桨转速较低，动力涡轮轴与螺旋桨轴之间设有 减速器 。燃气中的少部分可用能量（约 10）则在喷管中转化为气流动能，直接产生反作用推力 本文就涡轮螺旋桨发动机的特点，分析 发动机的原理和减速器的原理，设计涡轮螺旋桨的主减速器。本课题采用两级 星齿轮串联传动，由太阳轮输入行星轮输出。根据行星齿轮传动的传动特点以及减速器的输入功率、总传动比，输出转速以确定行星齿轮减速器齿轮的齿数、模数、中心距。并确定齿轮轴的大小及强度校核，以及输入输出轴的设计与强度校核。为了使传动更加平稳，本课题都采用花键连接。以及根据主减速的特点选择润滑方式与润滑油。另外就是箱体与行星架的设计。 关键词 ： 发动机原理；减速器原理；行星齿轮减速器；输入输出轴；花键 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 3 is a to be be to of a of ( . of of of of of GW of a to of to to of In to by a to a of is a ; 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 4 一章 绪论 涡轮发动机减速器 是 发动机驱动螺桨或旋翼必不可少的部件，它是涡桨发动机、涡轮轴发动机的组成部分。 将 涡轮螺旋桨发动机 、 涡轮轴发动机 输出轴的转速降低到 空气螺旋桨（或旋翼）所需转速的齿轮传动装置。 减速器 可以装在发动机内，也可装在发动机外成为一个独立的机外 减速器 4。 涡轮螺旋桨发动机 ： 靠动力涡轮把核心机出口燃气中大部分可用能量转变为轴功率用以驱动空气螺旋桨，由于螺旋桨转速较低，动力涡轮轴与螺旋桨轴之间设有 减速器 。燃气中的少部分可用能量（约 10）则在喷管中转化为气流动能，直接产生反作用推力。 图 涡轮螺旋桨发动机 涡轮轴发动机工作原理与涡轮螺旋桨发动机基本相同，主要用于直升机上，也可用于飞机和其他航空器。由于在直升机上还有主减速器，所以涡轮轴发动机输出轴的转速比涡轮螺旋桨发动机高，它的减速器体积和重量都要小一些。输出轴伸出的位置比较灵活，可以从前面伸出，也可以向后或向两侧伸 出 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 5 题目的和意义 目的： 本课题贴合机械设计及其自动化专业，涡轮发动机是飞机的心脏，技术之复杂，工艺之苛刻，通过对课题的研究，深入了解涡轮发动机主减速器的工作原理、部件组成及其构造，特别是减速器进行细致 了解，其内部零件的结构，工作状态、工作环境，进而对它们进行专门研究制造。 意义： 通过对发动机减速器的及主要构件的加工制造的研究，通过查阅相关书籍，使我 了解了行星齿轮传动的特点与设计， 通过这次的毕业设计可以说把我大学里学的专业课又重新翻阅一便，巩固了专业 知识，在此基础上，又学到许多专业以外的知识，拓宽了自己的知识面，熟悉了 通过毕业设计，更一步加强了自学能力，实践能力，为以后进入社会、参加工作奠定坚实的基础。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 6 涡轮螺旋桨发动机工作原理 涡轮螺旋桨发动机是是燃气涡轮发动机中 的一种，它主要用于时速小于 800 千米的飞机。涡轮螺旋桨发动机包括压气机，燃气室，燃气涡轮 (由驱动压气机的涡轮和驱动螺旋桨的动力涡轮组成 )，减速器，螺旋桨的部件。涡轮螺旋桨发动机是介于活塞发动机与涡轮喷气发动机之间承前启后的一种发动机，所以涡轮螺旋桨发动机在原理上与活塞发动机和涡轮喷气发动机都有一些相似与不同之处之处。涡桨发动机它的驱动原理大致上与使用活塞发动机作为动力来源的传统螺旋桨飞机雷同，是以螺旋桨旋转时所产生的力量来作为飞机前进的推进力。其与活塞式螺桨机主要的差异点除了驱动螺旋桨中心轴的动力来源不同外 ，还有就是涡桨发动机的螺旋桨通常是以恒定的速率运转，而活塞动力的螺旋桨则会依照发动机的转速不同而有转速高低的变化。另外涡轮螺旋桨发动机与涡轮喷气发动机一样，动力都是来自由空气压气机压缩， 再与油料一起燃烧后的高能气体， 用涡轮把高温高压的气体中部份的动能化为机械能， 再用这机械能驱动前端的压气机继续吸入空气 ,另外一部分大约三分之一的涡轮功率用来转动螺旋桨和传动附件，燃气涡轮机的操作过程基本就是这样循环着。同时，涡轮带动螺旋桨，螺旋桨旋转以推动飞机前进。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 7 第二章 发动 机主减速器的选择 动机主减速器工作原理与技术要求 减速器是将涡轮螺旋桨发动机涡轮轴发动机或活塞式航空发动机输出轴的转速降低到空气螺旋桨 (或旋翼 )所需转速的齿轮传动装置。减速器可以装在发动机内也可装在发动机外成为一个独立的机外减速器。减速器由齿轮齿轮架 减速器是将涡轮螺旋桨发动机涡轮轴发动机或活塞式航空发动机输出轴的转速降低到 空 气螺旋桨 (或旋翼 )所需转速的齿轮传动装置。减速器可以装在发动机内也可装在发动机外成为一个独立的机外减速器。减速器由齿轮齿 轮架 轴轴承和机匣等零组件组成。航空发动机用的减速器必须结构紧凑重量轻和在高转速高负荷下能够长期可靠工作。它在运转中还须工作平稳噪声低和齿轮嚙合均匀避免与其他零件发生高频谐振。减速器按螺旋桨轴线与发动机轴线的相对位置分为同轴式 (单轴或双轴 )和偏位式前者桨轴与曲轴 (或转子 )的轴线重合后者则互相偏离。减速器按轮系排列的型式还可分为简单式行星式(单级行星和双级行星 )差动式和复合式。星型活塞式发动机一般採用单级行星式减速器。减速比 (减速器输出轴转速与输入轴转速之比 )在 级行 星式减速器在相同的减速比下直径比单级行星式小但结构较复杂。功率较大的涡轮螺旋桨发动机一般採用差动式减速器或双级行星式减速器减速比约为 率更大的涡轮螺旋桨发动机则採用同心的双桨轴减速器两轴转速相同而转向相反。直升机的主减速器多数为复合式结构通常先由螺旋伞齿轮减速并换向然后再藉助双级行星或差动行星轮系减速减速比可达 动行星式减速器可将输入轴的扭矩分两路传递从而减轻了传动齿轮的负荷。大功率的航空减速器一般还装有测扭机构通过测量扭矩指示发动机的输出功率。 由螺旋桨提供拉力和喷 气反作用提供推力的燃气涡轮发动机。涡轮螺旋桨发动机中涡轮发出的功率大于压气机所需功率，其余部分通过减速器来驱动螺旋桨。这部分涡轮称为动力涡轮。涡轮出口的燃气在喷管中膨胀加速，产生反作用推力。动力涡轮的巡航转速一般在 10000 15000转分范围内。螺旋桨轴的转速约为 1000 2000转 /分。减速器的减速比一般在 10 15范围内 。 目前，涡轮螺旋桨发动机常用的减速器形式是 行星式差动式和复合式。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 8 动机主减速器结构形式的选择 轮系 由一系列齿轮组成的传动装置成齿轮机构或轮系，是应用最 为广泛的机械传动形式之一。 根据轮系运转时各齿轮的几何轴线相对位置是否变动可将轮系分 ， 为下列两种基本类型： 1） 轴轮系 当轮系运转时，若组成该轮系的所有齿轮的几何轴线位置是 固定不变的，称为定轴轮系或普通轮系。 图 2周转轮系 2） 周转轮系 当轮系运转时，若组成轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴心不固定，而绕着另一齿轮的几何轴线回转者，称为周转轮系。图 2 1 所示的 轮系，其中，齿轮 a、 b 和构件 H 均绕几何轴线 动，而齿轮 g 一方面绕自身的几何轴线转动（自传） ,同时又随 起被构件 H 带着绕固定的几何轴线 转（公转），故称周转轮系。 周转轮系的组成 在周转轮系中自转和公转运动、如同行星的运动一样的齿轮称 1）行星轮 为行星齿轮，如图 2 1 中的齿轮 g。 2）转臂 符号 H 表示。 3）中心轮与行星轮相啮合而其轴线又与主轴线相重合的齿轮称为中心轮，制成行星轮并使其公转的构件称为转臂 (又称杆系、行星架 ) ，用外齿中心轮用符号 a 或 c 表示，内齿中心轮用符号 b 或 e 表示。通常又将最小的外齿中心轮 a 称为太阳轮，而将固定不动的中心轮成为支撑 轮（内齿轮）。 4）基本构件 转臂 H 绕其转动的轴线成为主轴线，如图 2是轴线与主轴线重合而又承受外力矩的构建称为基本构件 ,如图 2a、 b 和转臂 H。大多数周转轮系都有这三个基本构件。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 9 周转轮系的种类 周转轮系按其平面机构自由度的数目，可分为行星轮系和差动轮系两种。 涡轮螺旋桨发动机主减速器的结构形式有行星式 行星式 (单级行星和双级行星 )差动式和复合式。根据我们的设计要求，选择双极的行星传动。 行星齿轮传动油许多的优点： 1）体积小，质量轻，结构紧凑，传递 功率大，承载能力高。 2）传动比大 只要合适的选择行星传动类型和配齿方案，便可以利用少数几个齿轮而得到很大的传动比，在不作为动力传动而主要用于传递运动的行星机构中，其传动比可达几千。 3）传动效率高 在传动类型选择恰当，结构布置合理的情况下，其效率可达 4）运动平稳，抗冲击和振动的能力强 由于采用数个相同的行星轮，均匀分布在中心轮周围，从而使行星轮和转臂的惯性力相互平衡，同时，也使参与啮合的齿数增多，故运动平稳抗冲击和振动比较强，工作可靠。 星齿轮传动类型比较与选择 行星齿轮传 动的类型很多，分类方法也不少。而现在一般根据前苏联库德鲁 略夫采夫提出的按行星传动机构的基本结构的不同来进行分类。 这是因为库氏的分类方法较好的体现了行星传动机构的特点， 而且我国和国外（如前苏联、日本等）早已被人们普遍采用和接受了。在此分类法中，基本构件代号为： K中心轮， H转臂， 据基本构件代号来命名，行星齿轮传动可分为 23K 和 种基本类型，其他结构型式的行星齿轮传动大都是 它们的演化型是或组合型式。 此外，前苏联的特卡钦科提出的按传动机构中齿轮的 啮合方式，将行 星齿轮传动分为三种基本型式，即 I 和 种， A 表示外 啮合， I 表示内啮合。这与我国机械行业标准 “行星齿轮减速器标准 （ T 6502 1993） ” 相似。按其传动机构中齿轮的啮合方式，可将上述三大基 本类型再细分为许多传动型式，如 等， 其中按首字汉字拼音 N内啮合， W外啮合， G内外啮合公用行星齿轮， 锥齿轮。 2和转臂 H，是我们最常见也是我们经常用的行星齿轮传动机构，当转臂固定时，若该行星 齿轮传动中的中心轮与内齿轮的转向相反，即转臂固定时的传动比 称其为 2根据课题要求我们采用 2负号机构包括 1） 具有效率高体积小、质量小、结构简单、制造方便。适用于任何工作情况下的大小功率的传动，工作制度不受限制，可作为减速器，增速器，差速器。 2） 其特点与 她的径向尺寸较小，传动比范围较大，因采用了双联行星 轮，故其制造安装都较复杂。一般 i 安全。 出轴花键轴强度计算 1) 已知输入功率 P=2850n=1000r/阳轮 5 钢，调质处理，查表得： 640b 355s 275 155 2) 初算太阳轮 取 A=90（因只受扭矩作用，载荷较平衡） 轴的危险截面的最小直径 322 ，取 4d =130) 精确校核太阳轮 由于此太阳轮 可以按只考虑扭转作用的强度计算公式来校核。考虑到此轴会发生正反转，因此应按交变应力作用下的计算公式来校核。此时，危险截面的抗扭截面系数为 36333 0130(16 t 大扭转应力m a x 68 7 5 8 . 2 6 4 4 . 6 31 9 6 . 2 5 1 0 小扭转应力 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 53 m 4 r=时安全系数 S 1式中 1 对称循环应力下的材料扭转疲劳极限，取 1 =155K 扭转时的应力集中系数，取K= 表面质量系数，取 = 扭转时的尺寸影响系数，取=a 扭转应力的应力幅，取a= 材料扭转时的平均应力折算系数，取=m 平均应力，取m=0 代入各数值得 155 1 . 5 31 . 6 4 1 . 7 5 00 . 8 9 0 . 7 4S 按许用安全系数 S故安全。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 54 第八章 轴承的选用与寿命计算 承的选用 根据轴承的受力与轴的尺寸大小选用轴承型号 表 8号 轴承型号 d D B 第一个轴承 （输入轴） 76列向心球轴承1000920 100 140 20 第二个轴承 （一级行星轴） 90针轴承 4524905 25 37 17 第三个轴承 （二级行星轴） 90针轴承 4524908 40 62 22 输出一 86列球面滚子轴承3003128 140 210 53 输出二 86列球面滚子轴承3003130 150 225 56 承校核 由轴承寿命公式，得 61060CL 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 55 式中： 轴承寿命，（小时）； C 基本额定动载荷（ N）； P 当量动载荷（ N）； X、 寿命指数， 球轴承 =3，滚子轴承 103 ； n 轴承转速（ r/. 同时，又有 2 b 1()a bz z z z （ ） 式中： 1n 太阳轮转速， r/2n 行星轮转速， r/az、bz、 分别为太阳轮、内齿轮及行星轮齿数； 经计算，一至二级的太阳轮和行星轮转速依次为： 120011 ， 064012 ； 00021 ， 62522 ； 0003 ； 第一级所选轴承型号为； 524905 其相应的参数如下： 10600NC r ， 103； 行星轮圆周力为： 1000T n r 个行星轮作用在行星轮轴的力： 1 2 这里， 3， 28买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 56 （转矩单位： 长度单位 力的单位： N） 轴承受径向力 1 代入数据计算： T a 3 01 1 2 0 0 2 8 5 09 5 5 09 5 5 011 NF t 4302000 1 7 8 7 6 . 2P (N) 将所有数值代入得 1210661060001 0 1 0 43 7 . 1 6 1 0 ( )6 0 6 0 8 3 8 . 5 5 7 8 7 6 . 2C r hL 1 1 1 . 9 2 ( )2 4 3 6 0L nL n 年 所以该轴承寿命约 ，满足要求。 第二级轴承校核所选轴承型号为； 524908 其相应的参数如下： 212000 NC r ， 103； 行星轮圆周力为： 1000T n r 个行星轮作用在行星轮轴的力： 1 2F 这里， 3， 28， （转矩单位： 度单位 力的单位： N） 轴承受径向力： 1 代入数据计算： T a 8 54 0 0 0 2 8 5 09 5 5 09 5 5 011 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 57 NF t 1 6 5 5 01 2 03 2 0 8 52 0 0 0 1 2 2 1 6 5 0 0 3 3 0 0 0 N 1 33000P N 2210662120001 0 1 0 3 44 . 1 2 ( )106 0 6 0 1 9 9 . 6 2 3 3 0 0 0C r hL 1 5 . 7 1 ( )2 4 3 6 0L nL n 年 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 58 第九章 螺栓计算 采用普通螺栓时，靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩 T，假设各螺栓的预紧程度相同，即各螺栓的预紧力均为0F，则各螺栓联接处产生的摩擦力均相等，并假设此摩擦力集中今后作用在螺栓中心处。为阻止接合面发生相对转对，各摩擦力应与各该螺栓的轴线到螺栓组对称中心 据作用在箱体上的力矩平衡及联接强度的重要条件，应有 n0式中 可靠性系数，取 联接摩擦副的摩擦因数，查 2表 5 =r 转矩作用半径 z 螺栓个数 内齿圈与箱体联接螺纹计算 由齿轮的设计计算说明书中可知 2T =2556入具体数值，得 NF t 2 84 0 55 此接合面选用 拧紧力矩作用下，螺栓除受预紧力 2F 的拉伸作用而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩的扭转而产生扭转切应力，使螺栓处于拉伸扭转的复合应力状态下。因此，进行仅受预力的紧螺栓强度计算时，应综合考虑拉伸应力扭转切应力的作用。 则螺栓预紧力状态下的计算应力为 螺栓的许用拉应力为 n 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 59 式中 n 安全系数 2因此，螺栓强度满足。 此时可以算得螺栓的拧紧力矩为 4 0 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 60 第十章 行星架与箱体的设计 行星架主要是起支撑行星轮轴以及连接高速级与低速级的作用，并且不能干涉行星轮的运动，因此行星架筋板间的距离要大于行星轮齿顶圆大小。其中行星轮轴孔的大小与行星轮轴大小一致，并通过销钉与行星轮轴固定在一起。另外行星架还与下级太阳轮通过花键连接。下图为第二级行星架： 图 5- 图 10行星架 上箱体与第一级内齿轮做成一体，因此箱体壁厚要较厚一下，大概 20右，下箱体周围开螺塞孔，以备加润滑油，下箱体壁厚大约在 15体两端加轴承端盖。另外上箱体与下箱体还有第二级内齿轮通过螺钉连接为一体。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 61 第十一章 润滑与密封 考虑该减速器的工作形式，所有齿轮都须润滑，故采取全浸油式润滑。为防止减速箱内润滑油泄漏和外界杂质，灰尘等侵入，各接合表面须安装密封装置，可以在各接合面上安装纸垫，并用螺钉（螺栓）拧紧，以保证减速器的密封性。 齿轮与轴承都选用浸油润滑，齿轮油采用 运动粘 度 式）， 轴承润滑油选用 运动粘度范围 在齿轮部分，采用浸油润滑，而有池中的油量多少取决于齿轮传递功率的大小。每传递 1此浸油油量为 10 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828或 11970985 62 第十二章 总结 本次的毕业设计确实花费了很多的时间与精力，它不同于以前的课程设计，它的最大不同点式必须得有电子稿，而电脑书写公式真的很麻烦花，费了我不少时间。还有就是以前从未接触过这方面的知识，比如航空发动机以及他们的工作原理，虽然现在对这方面的 知识还是欠缺，但只要有了这样的一扇门，对我以后的学习一定有所帮助，另外就是行星齿轮减速器的结构的学习，对我的影响挺大的，以前在机械原理书上学习过一部分行星齿轮传动的知识，但对于行星齿轮减速器的内部结构却不了解，而这次的设计，我通过网络查询以及老师、同学的帮助让我对其内部的结构有了深一步的了解。另外的设计的画图部分也遇到了一些麻烦，不过通过大量的练习，对于 本次毕业设计全部完成时，有一种无比的成就感，在这次毕业设计中学到了许多，这对我以后