车辆工程毕业设计（论文）-跨坐式城市单轨交通驱动系统设计【全套图纸】 .doc

2012届车辆工程专业毕业设计（论文）通过各专业全套毕业设计前 言 城市交通是城市的大动脉,它的发展直接影响着城市经济的发展。 随着时代的进步,经济的不断发展,人口逐年增加,城市面积也不断扩大,而城市汽、电力急剧增加,加重了原有狭窄道路的负荷,道路交通十分紧张,使城市交通成为当前面临的一个十分严峻的问题。现代城市需要高速而又便捷的交通来运送市民上、下班,购物和娱乐,为适应这一需要,必须建立以快速交通为主,公共电汽车为辅的综合公共交通系统。在中国目前已发展了跨坐式单轨交通系统,它的最大运量低于地铁,近似于轻轨交通。这种城市单轨交通,作为一种新型的现代化交通工具,正以它突出的优越性越来越受到人们的青睐,并在应用中不断趋于完善和提高。 全套图纸，加153893706在城市轨道交通的交通制式方面，跨座式在日本成熟应用40年的基础上，现已成功地在重庆轻轨较新线一期工程中得到很好的应用。目前已在正式运营中，相信随着重庆轻轨的投入运营，具有我国特色的跨座式单轨城市轨道交通将会越来越得到我国城市轨道交通建设市场的青睐和重视。研究大功率城市轨道牵引驱动装置是城市轨道交通发展趋势的一种要求。能大大的提高城市轨道交通的通勤能力，满足城市发展的需要。牵引驱动装置最原始的结构式上世纪初现在美国后在法国所应用的直接式驱动装置，即没有传动机构，而将牵引电机的电枢直接装在电车的动轴上的一种驱动装置。几乎是在同一时期，由美国工程师j.sprague设计试制成功的轴支撑式牵引电动机驱动装置，在干线机车上得到广泛应用。而单轨城市轨道交通驱动系统与常规地铁相比也存在着诸多不同。其中的一点就是常规地铁由于空间比较大以及结构上的特点，电机轴与车轴是平行布置的，而单轨的电机安装的转向架构架侧面，电机轴与车轴之间存在90度的轴交角。轨道交通车辆动力转向架驱动装置是驱动车辆运行的重要装置，其设计是否合理不仅直接影响到转向架的结构形式，而且影响到车辆动力性能的好坏。1目 录摘 要iabstractii第1章绪 论11.1跨坐式城市轨道交通的发展现状和市场要求11.2跨坐式城市轨道交通的发展方向11.3基本参数2第2章 跨坐式城市轨道车辆牵引驱动系统装置32.1牵引驱动系统的结构特点32.2轨道车辆转向架的基本作用和要求3第3章 牵引驱动装置总布置设计53.1驱动装置的设计原则53.2驱动系统的方案选择73.3 减速器类型的选择83.3.1 基本参数83.4牵引电机的选择83.4.1 选择牵引电机的容量93.4.2 查表选取牵引电动机103.5确定传动比以及传动比的选择103.5.1总传动比103.5.2 传动比的分配103.6动力参数的计算113.6.1各轴转速113.6.2各轴输入功率113.6.3各轴输入转矩11第4章 齿轮的设计和计算124.1高速级齿轮计算124.1.1材料选择124.1.2选择小齿轮齿数124.1.3按齿面接触强度设计124.1.4按齿面接触强度计算134.1.5按齿根弯曲强度设计144.1.6几何尺寸计算164.2低速齿轮计算174.2.1 材料选择174.2.2 选择小齿轮齿数174.2.3 按齿面接触强度设计174.2.4按齿面接触强度设计计算184.2.5 按齿根弯曲强度设计194.2.6 按齿根弯曲强度设计设计计算204.2.7 几何尺寸计算204.2.8验算21第5章 减速箱轴的设计和计算225.1主动轴的设计225.1.1选择材料225.1.2求作用在齿轮上的力235.1.3确定轴的最小直径235.1.5校核轴的强度245.1.6按弯扭合成应力校核轴的强度255.2中间轴的设计255.2.1选择材料，确定许用应力255.2.2确定轴的最小直径255.2.3确定各轴段尺寸255.2.4校核轴的强度265.2.5按弯扭合成应力校核轴的强度275.3驱动车轴设计285.3.1选择材料285.3.2确定轴的最小直径285.3.4校核轴的强度295.3.5按弯扭合成应力校核轴的强度30第6章 相关结构说明316.1联轴节316.2中心销316.3角接触球轴承316.4圆锥滚子轴承32第7章 结论与展望33致 谢34参考文献352012届车辆工程专业毕业设计（论文）摘 要城市的发展带动了整个城市轨道交通的快速发展。单轨交通是其中的一种，它有着与常规地铁比较明显的区别，它有自己独特的方式和较为灵活的发展条件。在未来城市轨道交通发展过程中，必将会发挥重要的作用。本设计是通过分析跨坐式城市轨道交通的发展现状和市场需求，在选定了轨道车辆动力转向架驱动装置类型的基础上，进行驱动装置的总体设计。通过选择减速齿轮箱的结构形式、确定齿轮箱总体尺寸和齿轮的主要尺寸参数，完成了减速齿轮箱的结构设计。关键词：单轨，动力转向架，驱动装置，设计abstractwith the urban development, the urban rail transit will develop quickly. single track is one typies of them, there are comparatively difference between it and conventional subway. it has quickly type and more agile conditions. in the future this type will play a major role.the design is by analyzing straddle the development of urban rail transit situation and market demand in selected based on the type of rail vehicle power bogie drive , drive the overall design . the way to acommplish decelerating-gear boxs structrue design are by choosing structure type of decelerating-grear box, calculating general size and main gear size parameter.key words: single track, power bogie, driving device, designi2012届车辆工程专业毕业设计（论文）第1章绪 论1.1跨坐式城市轨道交通的发展现状和市场要求随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵,事故频繁，环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。城市轨道交通以其大运量，高速准时，节省空间及能源等特点，已逐渐成为我国城市交通发展的主流。在城市轨道交通系统中，跨坐式单轨交通制式因其线路占地少，可实现大坡度，小曲率线径运行，且线路构造简单，噪声小，乘坐舒适，安全性好等优点而逐渐受到关注。我国城市的现有的交通系统存在诸多问题，比较突出的有三个方面：高峰时段堵塞和拥挤严重；交通结构单一；对环境的影响较大。导致交通不畅的根本原因在于现有的城市交通结构过于单一，大、中运量的轨道交通在城市交通中的比重太小。市区的旅客运输主要由公共汽车、无轨电车等常规公交工具和自行车承担。迄今为止，全国只有北京、上海和广州三个城市有地铁和轻轨运营线，而且运营里程都不长，依然不能满足日益增长的交通需求。要从根本上解决我国城市交通存在的问题，就必须调整现有的交通结构，建立综合交通系统。规划和建设综合交通系统的首要任务是合理规划和发展各种轨道交通。作为中等运量的轨道交通，跨座式单轨交通是符合我国城市需求的交通形式。相应的转向架驱动系统技术也必须保持技术创新才能满足发展需要。1.2跨坐式城市轨道交通的发展方向城市轨道交通建设对城市的土地开发、交通结构、经济发展和城市环境的影响特别大。因此，城市轨道交通线网规划的科学性、合理性、经济性与可操作性是轨道交通建设中至关重要的一环。为此，在城市轨道交通线网规划中要做好以下几点： 1） 线网规划与城市发展规划要协调城市轨道交通线网规划是城市发展总体规划的重要组成部分。因此,线网规划必须与城市总体规划相匹配，与城市的经济走廊相适应。还要根据城市规划的发展方向留有向外延伸的可能性，以适应都市的未来发展。线网规划要结合城市轨道沿线的工程地质、水文条件以及沿线城市环境，经过技术、经济方案比较,环境评估后，慎重地选择地下、高架和地面三种线路敷设方式。既要节省投资,降低运营成本，又有利于乘客的出入换乘。 2）线网规划要满足城市主干客流的交通需求。重点研究城市土地的利用形态、人口与商业分布特征和现在、未来的路网客流分布特点。使轨道交通能最大限度地分担城市交通大通道的客流，提高其分担城市公共客流的比率。要以最短的线路连接城市的交通枢纽、商业文娱中心和城市生活区等客流集散量巨大的场所。避免个别线路、站点负荷过大或过小的现象。城市轨道的线网骨架规划，在远期目标上，先对近期需要修建的各条线路的必要性和紧迫性进行充分的论证。 3） 线网规划要处理好轨道交通系统内各线路间的整体衔接与协调，特别是各线路间的换乘与接驳。重点研究各线路的相交形式和相交点，设置方便乘客换乘的枢纽，尽量缩短乘客的行走距离和人流交叉。与地面公交系统要无缝衔接，尤其要重视与地面其他公交的换乘接驳。结合轨道线路的走向,站点及出入口的位置，合理调整公交站点及线路走向，使其既利于轨道交通集散大宗客流，又尽量减少与城市轨道交通平行的公交线路，避免轨道交通与地面交通竞争客流。4） 几种城市轨道交通方式要协调发展。综合分析各种轨道交通的特点、优势及城市现有的客流、 经济 规模与发展倾向，做到“宜地铁，才地铁；宜轻轨，则轻轨。”不要把目光局限于地铁。对于大型或特大型城市的中心区域应充分利用地下铁路的特点而优先发展地下铁路。对客流量不太大且灵活，修建地铁不经济，就应转向轻轨交通系统，轻轨系统还特别适用于城市的坡道较大或城市弯曲的大中型城市。新型城市有轨电车在一些经济规模和城市规模不太大，城市客流量不多的中小城市很有发展前景。市郊铁路可用于快速连接市中心与郊区1.3基本参数车辆设计采用6节编组，其中2/3转向架为动力转向架，端部转向架及两辆中间车辆靠端部的转向架为非动力转向架。取轴重t11t，车辆构造速度v=80/h。走行轮采用1006外径（动态直径982）的橡胶轮胎。第2章 跨坐式城市轨道车辆牵引驱动系统装置2.1牵引驱动系统的结构特点驱动装置由驱动电机、联轴节、齿轮减速箱等组成，全部放在构架外侧。在齿轮箱体上安装速度发电机，以检测车辆的运行速度。转向架基础制动装置为盘形制动，制动盘安装在齿轮减速箱的两级从动齿轮轴上。由于受空间和重量限制，需采用小直径、大容量的制动盘。跨坐式转向架不设一系悬挂装置，由充气橡胶轮胎的弹性替代其作用。二系悬挂装置用空气弹簧直接支承车体，空气弹簧安装在构架上，为无摇枕结构。驱动装置的作用就是将牵引电动机的扭矩有效地转化为转向架轮对转矩，利用轮轨的粘着机理，驱使机车或者动车沿着钢轨运行。驱动装置是一种减速装置，用来使高转速，小扭矩的牵引电动机驱动具有较大阻力矩的动轴。而城市轨道车辆只有动车才具有驱动装置，它对驱动装置有以下要求：（1） 驱动装置应保证能使牵引电机功率得到有效的发挥。（2） 电动机电枢轴应尽量与车轴布置在同一高度上，以减少线路的不平顺对齿轮的动作用力。（3） 电动机在安装上应有减振措施。（4） 驱动装置应不妨碍小直径动轮的使用。（5） 驱动装置本身应该简单可靠，具有最少量的磨耗件。（6） 当牵引电动机或驱动机构发生损坏时，应易于拆卸。2.2轨道车辆转向架的基本作用和要求转向架是支承车体并担负车辆沿轨道走行的支承走行装置。为了便于通过曲线，在车体和转向架之间设有心盘或回转轴，转向架可以绕一中心轴相对车体转动。为了改善车辆的运行品质和满足运行要求，在转向架上设有弹簧减振装置和制动装置。对于动车，转向架上还装有牵引电机和减速机构，以驱动车辆运行，这种转向架称为动力转向架。铁路运输发展的初其，世界各国大多采用将轮对直接安装于车体下面的二轴车结构。由于要通过小半径曲线，二轴车的轴距不能太大；此外，车辆载重、长度和容积均受到限制。把两个或多个轮对用专门的构架连接，组成一个小车，则称为转向架，车体坐落在两转向架上。由于这种转向架结构且有许多明显的优点，现代大多数轨道车辆的走行装置采用转向架的结构形式。转向架可以说是铁道车辆上最重要的部件之一，它直接承载车体重量，保证车辆顺利通过曲线。同时，转向架的各种参数也直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。其基本作用及要求如下：1） 车辆采用转向架可以增加车辆的载重、长度和容积，提高列车运行速度，以满足运输发展的需要。2） 保证在正常运行条件下，车体都能可靠地坐落在转向架上，通过轴承装置使轮胎沿轨道的滚动转化为车体沿线路运行的平动。3） 支承车体，承受并传递从车体至轮对之间或轮轨至车体之间的各种载荷及作用，并使轴重均匀分配。4） 保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。5） 转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行平衡性、安全性和可靠性。6） 充分利用轮轨之间的黏着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车。7） 转向架是车辆的一个独立部件。在转向架与车体之间尽可能减小连接件，并要求结构简单，装拆方便，以便于转向架可单独制造和检修。第3章 牵引驱动装置总布置设计3.1驱动装置的设计原则驱动装置既要确保牵引电动机的输出功率可靠地传递给轮对，同时又要隔离轮轨冲击对电动机的影响。作为转向架的重要部件，驱动装置决定着转向架的运行性能和牵引性能。对一台理想驱动装置的要求有以下几个方面：1)驱动装置应具有旋转弹性。机车起动时，特别是重载启动时，牵引电动机受有相当大的启动电流，牵引电动机所发挥的旋转力矩存在着较强烈的脉冲，这会引起整个系统发生振动。在采用刚性轴支承式传动装置的机车上，它们直接传至轮对。轮对出现滑动现象，影响粘着利用，机车牵引力不能得到充分发挥。架悬式驱动装置常采用具有一定弹性的联轴器，将电机和轮对连接起来。具有旋转弹性的驱动装置，由于弹性元件吸收振动而使粘着利用获得改善，机车牵引力也将有所提高。2)不约束轮对的垂向运动，即对一系弹簧垂向弹性的影响应尽量小。轮对通过一系弹簧悬挂装置和轴箱定位活节连接装置同转向架构架呈弹性连接。作用在轮对上的各种力都经过这些装置直接传递给转向架构架。假如驱动装置对轴箱弹簧有垂向内阻力存在，那么，作用在轮对上的各种力，有一部分将按驱动装置和一系弹簧悬挂装置两者弹性常数的比例关系由驱动装置传递。换句话说，就是驱动装置参与了一系弹簧悬挂装置的作用。而后者不再以原设计参数工作。因此，驱动装置与转向架构架的垂向弹性连接刚度应足够的小，以不影响一系悬挂装置的垂向工作状态为原则。若是驱动装置对垂向弹性有较大影响时，则必须减小一系弹簧悬挂装置弹簧的弹性常数，以保证总的弹性常数。3)不约束轮对的横向运动，即对轮对的横向弹性不发生影响或影响尽量地小。机车动车在线路上运行时，轮对上作用有横向力和横向冲击。为了缓和和减小这冲击和作用力，轮对和构架之间的连接装置应具有一定的横向弹性。假如驱动装置对轮对的横向运动有内阻力存在，那么，作用在轮对上的各横向力，有一部分将按它们之间弹性常数的比例关系由驱动装置传递。而后者本身也承受这些附加的横向力。所以，在设计驱动装置时，应当考虑到轮对的定位、导向和弹性都仅只由轴箱弹簧装置和轴箱定位活节连接装置来保证。而驱动装置尽量不影响或者尽可能小地影响轮对的横向运动。4)不约束轮对的角位移，即对轮对相对构架的侧滚和摇头运动不发生影响或影响尽量地小。轴支承式牵引驱动装置的电机常利用滚动或滑动轴承，两点支撑在车轴上，一点悬挂在构架上。当轮对相对构架产生角位移运动时，电机悬挂装置仅应平衡驱动力矩，而不应约束轮对的角位移运动。架承式牵引驱动装置的电机常三点刚性或弹性安装在构架上，电机与轮对间通过联轴器连接，传递驱动力矩。由于联轴器的万向作用，可将电机的驱动力矩有效地传递给轮对，而不对轮对产生角位移约束。驱动装置中，影响轮对的角位移的元件是电机悬挂装置或联轴器，因此，其结构和弹性参数设计，需考虑有效地驱动轮对，而尽量小地影响轮对相对构架的角位移。若设计不当，将会使轮对的跳动激扰直接传递给构架，影响转向架的性能。5)除轮对外，其他零部件应尽可能都是簧承质量。机车的非簧承质量越大，机车通过钢轨接头和道岔时所引起的垂直加速度和垂直冲击就越大。这种冲击力随机车运行速度的提高而急剧增大。高速机车特别希望非簧承质量尽可能地小，以减小轮对的动力作用及其所引起的轴重变化和改善牵引力的传递。6)传动元件在发生持续或断续轴位移时不引起外部惯性力，即不发生不平衡的作用力。机车的轴重，是在机车组装和调试完毕后逐个称出的，并经调整轴箱弹簧达到基本均衡。由于转向架构架、车轴活节式连接装置和电机机座等制造误差、轴箱弹簧调整的误差及其位置变化等原因，在机车运行过程中轴位移实际上是连续发生的。在关节驱动装置中，由于车轴位移而造成的均衡元件偏心(该元件回转速度变化的频率为动轴转数的两倍)，会产生不平衡力。不平衡力的大小与关节驱动装置的结构有关。关节驱动装置双边布置时，两边都有相应的轴位移，彼此总是保持持续平衡。关节驱动装置布置在两边并靠近车轮时，还存在着动态不平衡(其值与关节驱动装置间的距离有关)。这种不平衡无法平衡。7)传动元件在发生持续或断续轴位移时，不引起内部惯性力。轮对每转一圈都会引起连杆和平衡元件发生运动而产生附加的内部惯性力。若轮对短时加速度达209左右，则短时轴位移所产生的不平衡力和内部惯性力将达到极高的瞬时值。因为不平衡力和内部惯性力同机车运行速度的平方成正比地增长，所以很快就会达到临界状态。采用具有不平衡力和惯性力的传动装置不仅在振动和运行技术方面，而且在应力和结构方面都将造成很大的困难。不平衡力和内部惯性力的关系对各种连杆传动装置是不同的，只能作一个总的评论:一般在轴位移相同时，不平衡力较小者，其内部惯性力就较大。8)驱动装置应当不易磨损及无须维护。9)驱动装置应允许轮对有足够的横动量。为使机车动车，特别是三轴转向架的机车通过曲线时不致产生过大的导向力和构架力。中间轮对有一定的横向移动一横动量，使其能在此范围内自由摆动因此要求驱动装置对此横向位移不产生内阻力或者尽量减小其影响3.2驱动系统的方案选择架悬式牵引电动机驱动装置被完全装置在转向架上。车辆运行时，它随构架一起，相对轮对产生各个方向的位移。为了保证顺利地传递牵引电动机的转矩，在牵引电动机和轮对之间必须设有适应垂向和横向位移的运动元件。空心轴式传动装置的优点是结构简单、重量轻；橡胶元件设在电机电枢轴和减速器之间，所传递的旋转力矩比设在大齿轮或空心轴和车轮间要小大约一个传动比的数值。所以该元件以致联轴器可设计得较小巧。橡胶联轴器和扭轴具有一定的旋转弹性，且固有振动频率低。保证了牵引电动机转矩比较平稳。弹性元件变形小。所以橡胶联轴器的使用寿命较长，同时不需维护和润滑。齿轮箱是承载部件，是个名副其实的减速箱。用球墨铸铁制成，两侧面呈波浪状，用以增大刚度和隔离噪音。上下箱结合面间采用有效地非研磨密封，维护方便。各轴承用润滑油或润滑脂润滑。齿轮箱一端通过安装在齿轮心上的两个滑动轴承支承在车轴上，而另一端通过具有球形橡胶衬套的吊杆悬挂在构架上。大齿轮的全部重量和齿轮箱重量的2/3全由车轴支承，为簧下重量。小齿轮和齿轮箱的1/3重量为簧上重量。图1-1 架悬式牵引驱动装置图中：1轮对；2齿轮箱；3电机；4电机与转向架连接支座；3.3 减速器类型的选择 如图1-2所示，减速箱由输入轴、中间轴、输出轴组成， 输入轴和中间轴之间采用弧齿锥齿轮传动，而中间轴与输出轴之间采用圆柱斜齿轮传动。齿轮减速箱通过螺柱固定在构架本体的轴套外侧，齿轮箱体的结构具有足够的刚度和强度， 以便支承两级齿轮， 同时安装盘形制动装置和速度发电机，制动盘直接安装在中间轴外端图1-2 驱动装置原理图3.3.1 基本参数车辆设计采用6节编组，其中2/3转向架为动力转向架，端部转向架及两辆中间车辆靠端部的转向架为非动力转向架。取轴重t11t，车辆构造速度v=80/h。走行轮采用1006外径（动态直径982）的橡胶轮胎。3.4牵引电机的选择电动机的选用，首先要了解电动机的机械负载特性，根据机械负载的类型和特性来选择电动机的额定容量、额定转速、额定电压以及型式。要为某一生产机械选配一台电动机，首先要合理选择电动机的功率。通常根据生产机械负载的需要来选择电动机的功率，同时，还要考虑负载的工作制问题，也就是说，所选的电动机应适应机械负载的连接、短时或间断周期工作性质。功率选用时不能太大，也不能太小。选小了，保证不了电动机和生产机械的正常工作；选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济，电动机容量不能被充分利用，而且电动机经常不能满载运行，使得效率和功率因数不高。其次，根据电源电压条件，要求所选用的电动机的额定电压与频率同供电电源电压与频率相符合。电动机的转速一定要按生产机械铭牌上的要求选择，否则可能改变生产机械的性能。此外，电动机的结构、防护、冷却和安装形式，应适应使用环境条件的要求，并且要力求安装、调试、检修方便，以保证电机能安全可靠的运行。3.4.1 选择牵引电机的容量根据轮胎与地面的滚动摩擦系数范围为210，取橡胶轮胎与水泥轨道梁之间的滚动摩擦系数为6，用字母k表示。动力转向架每根车轴上应承担的驱动转矩：式中，n表示支承力。式中，g为重力加速度，取值为9.8m/s2； a为整个车辆的车轴数。即 ，,error! no bookmark name given.参考车辆以构造速度在平直的轨道上运行计算，通过已知的车辆构造速度和走行轮的动态直径可以求得车轮转速，即， 代入数据，可得，n432r/min式可得，电动机在作用在轮胎上的有效功率为=从电动机到轮胎的总效率为式中，分别为联轴器、轴承、齿轮的传动效率。根据机械设计课程设计中表9.1机械传动和摩擦副效率概略值，取，则 所以单轴所需的工作功率为考虑到城市轨道交通运行的复杂条件，电动机所需功率相对于计算所得单轴功率取1.3的安全系数，则电动机的功率为 3.4.2 查表选取牵引电动机根据机械设计手册选取y4-180-22其主要技术参数如下：额定功率/kw: 75.0额定电压/v: 440额定电流/a: 300.0额定转速/(r/min): 30003.5确定传动比以及传动比的选择传动比分配应注意以下几点:(l)各级传动的传动比一般应在常用值范围内不应超过所允许的最大值，以符合其传动型式的动作特点。(2)各级传动间应到尺寸协调、结构匀称;各传动零件彼此间不应发生干涉碰撞;所有的传动件应便于安装。(3)设计两级圆柱齿轮传动时，为便于采用浸油润滑方式，应高速级和低速级大齿轮的浸油深度大致相等。3.5.1总传动比通过转速之间的比值可以求得总的传动比如下： 式（3.7）3.5.2 传动比的分配 式（3.8）式中， 表示第一级传动的传动比； 表示第二级传动的传动比。考虑到润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，故 2.193.6动力参数的计算3.6.1各轴转速轴 r/min轴 r/min轴 r/min3.6.2各轴输入功率轴 轴 轴 3.6.3各轴输入转矩电动机轴的输出转矩为：轴 轴 轴 第4章 齿轮的设计和计算 齿轮传动是指用主、从动轮齿轮直接、传递运动和动力的装置。齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。通常设计时只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动，还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。4.1高速级齿轮计算4.1.1材料选择按照设计的要求，选用锥齿轮传动；单轨为城市载客车辆，速度不高，故选7级精度（gb100095-88）；材料选择 选择小齿轮材料为40cr(调质)，硬度为280hbs;大齿轮为45钢（调质），硬度为240hbs,两者硬材料相差40hbs. 4.1.2选择小齿轮齿数z=20, i1=3.06,则 z=624.1.3按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算， 确定公式内的各计算数值： 试选载荷系数 计算小齿轮传递的转矩 选取齿宽系数 查得材料的弹性影响系数 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。 计算应力循环次数 查得接触疲劳寿命系数 ; 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数s=1，得4.1.4按齿面接触强度计算 计算小齿轮分度圆直径，带入中的较小值 计算圆周速度v 计算齿宽b 计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 计算载荷系数 根据v=15.6m/s,7级精度，查得动载系数kv=1.18m/s; 直齿轮，假设.查得查得使用系数；查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时代入数据得由b/h=3.1,查得,故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得， 计算模数m 4.1.5按齿根弯曲强度设计 由弯曲强度的设计公式为 确定公式内的个计算值 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 查得弯曲疲劳系数 k, k。 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s=1.4，得， 计算载荷系数kk=k 查齿形系数 查得 y, y 查取应力校正系数 查得 y, y 计算大、小齿轮的，并加以比较小齿轮 大齿轮 大齿轮的数值大。故计算应计算大齿轮。 按齿根弯曲强度设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数。由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积有关）可以取由弯曲强度的模数m=4.15,并圆整为就近的标准值m=4，按接触强度计算的分度圆直径d=106.3mm，算出小齿轮的齿数，取z1=27大齿轮 取z=83. 这样的设计出的齿轮，即满足了齿面接触，又满足了齿根疲劳强度，并做到结构紧凑，避免了浪费。4.1.6几何尺寸计算表4.1 锥齿轮的几何尺寸计算表序号顶目计算公式计算值小齿轮大齿轮小齿轮大齿轮1齿数z1z227832大端模数m4.04.03齿宽b15154工作齿高6.86.85齿高7.67.66压力角20207轴交角90908分度圆直径1083329分锥角187210锥距48.748.711周节12.5612.5612齿顶高3.22.613齿根高4.45.014顶隙0.80.815齿根角1.673.3416顶锥角21.7773.2417根锥角16.7668.2318顶圆直径115.6334.54.2低速齿轮计算4.2.1 材料选择 选择小齿轮材料为40cr(调质)，硬度为280hbs;大齿轮为45钢（调质），硬度为240hbs,两者硬材料相差40hbs.4.2.2 选择小齿轮齿数=15, i2=2.19, 则=32.85,圆整为 4.2.3 按齿面接触强度设计 确定公式内的各计算数值试选载荷系数计算小齿轮传递的转矩选取齿宽系数;查得材料的弹性影响系数按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。计算应力循环次数 查得接触疲劳寿命系数；计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数s=1，得4.2.4按齿面接触强度设计计算 计算小齿轮分度圆直径，带入中的较小值计算圆周速度v计算齿宽b 计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 计算载荷系数根据v=5.4m/s,7级精度，查得动载系数kv=1.14m/s;直齿轮假设：。查得查得使用系数；查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时代入数据得由b/h=6.78,查得k,故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得， 计算模数m4.2.5 按齿根弯曲强度设计由弯曲强度的设计公式为m 确定公式内的个计算值查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 查得弯曲疲劳系数 k, k计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 s=1.4，得， 计算载荷系数k查齿形系数 查得 y, y查取应力校正系数 查得 y, y计算大、小齿轮的，并加以比较小齿轮 大齿轮 大齿轮的数值大。故计算时应选取大齿轮。4.2.6 按齿根弯曲强度设计设计计算m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数。由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积有关）可以取由弯曲强度的模数m=4.3,并圆整为就近的标准值m=4，按接触强度计算的分度圆直径d3=106.9mm，算出小齿轮的齿数 ，取z3=27大齿轮 即z=60.这样的设计出的齿轮，即满足了齿面接触，又满足了齿根疲劳强度，并做到结构紧凑，避免了浪费。4.2.7 几何尺寸计算计算分度圆直径 计算中心距 计算齿轮宽度 4.2.8验算 ,符合假设条件，即设计满足要求第5章 减速箱轴的设计和计算轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容： 轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的机构设计不合理。会影响州的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。 设计轴的结构时，既要满足强度的要求，也要保证轴上零件的定位、固定和装配方便，并有良好的加工工艺性，所以轴的结构一般都做成阶梯形，阶梯轴的径向尺寸的变化是根据轴上零件受力情况、安装、固定及轴表面粗糙度、加工精度等要求而定的；而轴向尺寸则是根据轴上零件的位置、配合长度及支承结构确定的。轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件就便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。5.1主动轴的设计5.1.1选择材料材料选用45号钢，正火处理，查表，材料的强度极限；许用应力。查表15-3取 5.1.2求作用在齿轮上的力 因有齿轮的分度圆直径可得：式中，ft1为圆周力，fr1为径向力及fa1为轴向力。5.1.3确定轴的最小直径由可得，考虑到轴上开有一个键槽，且直径，所以说将轴径增大5%，即取最小直径，为了更加安全以及配合联轴节的选取，。5.1.4确定各轴段尺寸图5.1 主动轴结构图（1）确定各轴段直径段： (根据联轴节)；段： (与轴承配合)；段：（根据油封标准）；段： 段： ；段： （2） 确定轴上各轴段长段：；段：；段： 段：段： 段：总长度各支承点间距齿轮与轴承间距：5.1.5校核轴的强度水平支座上的力： 垂直面上的力： 截面弯矩垂直面：水平面：合成弯矩5.1.6按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。查表取 =0.6,轴的计算应力已选定材料为45号钢，调质处理，故安全。5.2中间轴的设计5.2.1选择材料，确定许用应力材料选用45号钢，正火处理，查表，材料的强度极限；许用应力。取5.2.2确定轴的最小直径38.9mm, 考虑到轴上有键槽，且直径，所以取大4%5%，则，故取5.2.3确定各轴段尺寸图5.2 中间轴结构图确定各轴段直径段： (根据圆锥滚子轴承确定)；段： (大于65mm，减小加工量)；段：（加工齿轮）；段： 段： (轴承成对使用）5) 确定轴上各轴段长段：（挡油环5mm+轴承宽度15mm+外伸5mm）；段： （根据三轴的配合确定）；段： （齿轮3加工） 段： 段： （与齿轮2加工）总长度:轴承c与齿轮3间距齿轮3与齿轮2间距齿轮2与轴承d间距5.2.4校核轴的强度对轴进行受力分析2轴上的扭矩：齿轮2的圆周力径向力 齿轮3的圆周力径向力水平面支反力垂直面支反力求危险截面弯矩垂直面 水平面 合成弯矩 5.2.5按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。查表取 =0.6,轴的计算应力已选定材料为45号钢，调质处理，故安全。5.3驱动车轴设计5.3.1选择材料 材料选用45号钢，正火处理，查表，材料的强度极限许力。取5.3.2确定轴的最小直径由，考虑到轴上开有一个键槽，且直径，所以将轴径增大5%，即，可取d=55mm图5.3 驱动车轴结构图确定各轴段直径段： （与轴承配合，角接触轴承代号36216）。段： （大于80mm，减少加工量）；段： 段： 段： （与轴承配合）；段： （连接空心车轴）； 确定轴上各轴段长段： ；段： ；段： ； 段： ； 段： （根据三轴配合关系确定）；段： （连接橡胶轮胎）；总长度各支承点间距齿轮4与轴承e间距齿轮4与轴承f间距5.3.4校核轴的强度3轴上的扭矩：齿轮4的圆周力径向力（取=200)水平面支反力 垂直面支反力 求危险截面弯矩垂直面 水平面 合成弯矩 5.3.5按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。查表取 =0.6,轴的计算应力已选定材料为45号钢，调质处理，故安全第6章 相关结构说明6.1联轴节 联轴节主要用在驱动电机和减速箱之间, 传递驱动电机输出的力矩。要求联轴节不仅要能传递动力, 同时还能弥补驱动电机与减速箱输入法兰之间因制造误差引起的装配偏差, 以及衰减因启动或制动工况中产生的部分或全部冲击。故在设计中采用弹性联轴节。 针对传动轴的工作特点及要求, 采用了牙嵌式弹性联轴节。该联轴节允许线速度为30 m/s40m/s；允许扭转角为；额定扭矩大于或等于1700nm；扭转角刚度为。在额定扭矩且转速为1500r/min时, 该联轴节允许的轴向偏移量大于或等于5mm ,径向偏移量大于或等于3.4mm , 角偏移量大于或等于4.3mm。联轴节的材质为球墨铸铁或铸钢。6.2中心销中心销插入牵引梁内, 传递纵向力。通过与中心销配合的金属套和与牵引梁配合的聚氟四氯乙烯衬套,中心销可以自由地转动和垂直移动。中心销通过4枚m30螺栓与车体底架紧固， 中心销与中心销座之间设有上下锥形橡胶套，用m33的中心销螺栓和中心销螺母将它们联结在一起； 中心销座通过4个牵引橡胶堆与构架相连，这样就实现了车体与转向架的连接，并传递纵向力。需要在客室地板的中心销孔拆装中心销螺栓。4个牵引橡胶堆需要用2个牵引橡胶座预压缩到中心销座上，然后固定到构架上，预压缩还能够延长牵引橡胶堆的寿命。纵向止挡用4枚m10螺栓固定在构架上，用垫板调整， 使纵向止挡与中心销座的间隙为3 mm。6.3角接触球轴承角接触球轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷。能在较高的转速下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常取15 度接触角。在轴向力作用下，接触角会增大。单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向负荷，在承受径向负荷时，将引起附加轴向力。 并且只能限制轴或外壳在一个方向的轴向位移。若是成对双联安装，使一对轴承的外圈相对，即宽端面对宽端面，窄端面对窄端面。这样即可避免引起 附加轴向力，而且可在两个方向使轴或外壳限制在轴向游隙范围内。角接触球轴承因其内外圈的滚道可在水平轴线上有相对位移，所以可以同时承受径向负荷和轴向负荷联合负荷（单列角接触球轴承只能承受单方向轴向负荷，因此一般都常采用成对安装）。低速级齿轮传动中选用的即是角接触球轴承。主动齿轮处选用的轴承型号为7010 c，基本额定动载荷26.5kn，基本额定静载荷22.0kn。从动齿轮选用的轴承型号为7012 c，基本额定动载荷38.2kn，基本静额定静载荷32.8kn。6.4圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承可以分离，由内圈与滚子、保持架一起组成的组件和外圈可以分别安装。滚子和滚道接触处修正的接触线可以减少应力集中。圆锥滚子轴承可以承受大的径向载荷和轴向载荷。由于圆锥滚子轴承只能传递单向轴向载荷，因此，为传递相反方向的轴向载荷就需要另一个与之对称安装的圆锥滚子轴承。输入轴和中间轴之间采用弧齿锥齿轮传动，其相应的齿轮轴承选择圆锥滚子轴承。高速级齿轮传动中的从动轮处选择的的轴承即是圆锥滚子轴承。其型号为30210，基本额定动载荷22.2kn，基本额定静载荷32.8kn。第7章 结论与展望 此次设计充分利用了已学过的机械设计知识，使我对所学知识有了一个系统的认识、复习、巩固和深入。通过这次设计，我对机械设计有了更深刻的认识，也初步掌握了机械设计的方法和使用有关机械设计手册的方法；对机械零件、部件、装配技术、计算机软件使用技术等作了一个全新的认识和再学