摊铺机副变速箱设计22.doc

目目 录录 摘 要 1 前 言 3 1 沥青混凝土摊铺机的概述 4 1 1 沥青混凝土摊铺机的应用 4 1 2 沥青混凝土摊铺机的构成 4 1 3 沥青混凝土摊铺机的工作原理 6 2 副变速箱的功能和传动形式 6 2 1 副变速箱的功能 6 2 2 副变速箱的设计要求 6 2 3 副变速箱的传动形式 7 2 3 1 齿轮和轴的布置 7 2 3 2 轴的支撑 7 2 3 3 传动系统示意图 8 3 选择差速器 8 3 1 差速器的定义 8 3 2 差速器的结构 9 3 3 差速器的应用 10 4 副变速箱设计计算 10 4 1 传动参数的计算 10 4 1 1 总传动比的计算 11 4 1 2 各级传动比 功率 扭矩 转矩 11 4 2 传动件的计算 11 4 2 1 副变速箱的直齿轮设计计算 11 4 2 2 副变速箱斜齿轮的计算 15 4 2 3 输入轴的计算 19 4 3 轴承的校核 24 5 箱体的加工和维护 26 5 1 副变速箱箱体 26 5 2 副变速箱的维护 27 结 论 28 参考文献 30 致 谢 31 摊铺机副变速箱设计 1 摊铺机副变速箱设计 作者 王波 指导老师 张博 论文类型 机械设计 摘摘 要要 这个设计来自生产实践 LT6B 型沥青混凝土摊铺机是敷设沥青混合料的专用路面机械 它 的副变速箱内部传动机构是空间组合式 在设计中合理布置齿轮和轴的分布 以及整个变速箱的匹配性 副变速箱工作时达到换档的准确性以及动力分配的流畅性 在设计过 程中不仅把摊铺机的工作原理和结构搞清楚 更重要的是根据摊铺机 传动系统给予的速度值 选定副变速箱的合理传动比 还根据结构和 必要的强度计算 协调各参数使之最优化 设计过程中要考虑发动机 的转矩 确定传动轴的中心距 齿轮模数 齿数 齿轮宽度 选配齿 数 并修正中心距 选择合适的轴承 校核其寿命 使之达到设计和 性能的要求 最终满足生产实践 工作时的两种速度是通过滑移齿轮 来实现的 可以满足各种工作要求 后轮差速是由差速器实现的 并 且还满足了手动自锁功能 设计时考虑到了其寿命以及能够达到的传 动效果 本差速器操纵系统灵活 简单 易于实现 可以有效的防止 机器在坏路面的打滑 此外副变速箱在设计时还有效解决了和其他链 传动系统的配合 使整个摊铺机达到了最好的传动效果 关关 键键 词 词 摊铺机 副变速箱 滑移齿轮 差速器 DESIGN OF PAVER SUPPLEMENTARY GEAR BOX ABSTRACT The design comes from practice The LT6B paver is a special road surface machine which is used for laying the asphalt concrete and its supplementary gear box of internal transfer mechanism is combination in space When designing we consider the distribution of gear and shaft and the compatibility of whole gear box In addition we should consider the accruacy of shifting gears and the homogeneity of power distribution when 摊铺机副变速箱设计 2 the supplementary gear box working We should not only understand the aperation principle and the structure absolutely but also select the reasonable ratio of transmission To coordinate the various parameters to achieve the best optimal it must be based the structure and the necessary strength In the process of designing we should consider the engine torque to confirm the center distance select the suitable bearing and check the life span So it can be used for practice The two speeds are realized by shifting slide gear In order to meet the job requirements the differential mechanism is realized by manual In addition it should have the funtion to meet the self lock When designing we need consider the life span to reach the job requirements The motivator of the differential mechanism is nimble uncomplicated easy to realize It can prevent the machine from skiding During the design of supplementary gear box we also consider the coorpation with other chain drive so that the entire paver achieves the best effect KEY WORDS paver supplementary gear box shifting slide gear differential mechanism 符号说明 转速 功率np 转矩 传动比Ti 齿数 模数zm 应力 力F 弯矩 转矩MT 速度 载荷系数VK 齿宽系数 弹性影响系数 d E Z 安全系数 齿形系数S 1Fa Y 应力校正系数 轴承寿命 1sa Y h L 额定载荷 当量载荷 CP 应力循环次数 N 摊铺机副变速箱设计 3 前前 言言 改革开放以来 我国国民经济迅速增长 特别是近些年公路交通 建设事业的飞速发展 为我国道路工程机械提供了巨大的发展机遇 在众多工程机械中 沥青混凝土摊铺机是必不可少的设备之一 它是 集多种功能于一体的大型复杂的将沥青混合料均匀摊铺在道路基层上 并进行初步振实和整平的机械 具有摊铺 振实 提浆 整平等功能 具有结构简单 操作方便 摊铺效率高 摊铺质量好 工艺先进 使 用寿命长等优点 可连续完成沥青混凝土的装载 转运 摊铺 熨平 以及振动压实作业 广泛应用于公路 城市道路 坚硬路面 机场跑 道及港口码头的施工作业 20 世纪 60 年代 我国开始研制沥青混合料摊铺机产品 在 1986 1993 年期间分别引进日本 NIIGATA 德国戴纳派克 福格勒和 ABG 公司的制造技术 同时也进口了大量的德国摊铺机产品 截至目 前我们已经形成了可生产制造全系列摊铺机产品的能力 并得到广泛 应用 可满足各种工况需求 国产摊铺机产品在技术水平 质量 使 用性能等方面已基本上达到或接近国外先进水平 沥青摊铺机作为一种路面成型机械 要使得物料在机械行进时均 匀充满预定空间 对行进速度的稳定性要求十分严格 在选定一种行 进速度时 其运料 分料速度必须相应地改变 此外 和其它工程机 械一样 沥青摊铺机的工作环境十分恶劣 工作对象温度高 环境污 染大 工作面凹凸不平 负载重 冲击大 因此 沥青摊铺机传动系 统的性能必须好 要适应负荷的急剧变化 满足抗负荷 抗冲击 抗 污染等要求 一般沥青摊铺机机械传动主要指 行走传动的路线 变速 转向 驱动桥 功率与负载的协调 以及工作装置的传动 传动的路线决定 了总体传动设计的基本构思 沥青摊铺机机械传统的方式为机械的链 齿传动 路线设计一般为 发动机 离合器 变速箱 中间传动 轮 边减速 对于轮式底盘 引入半轴及差速器形成差速驱动 机械传动 占有空间大 操纵复杂 不易自动控制 但其效率高 故障排除简单 至今仍有强大的生命力 摊铺机副变速箱设计 4 1 1 沥青混凝土摊铺机的概述沥青混凝土摊铺机的概述 1 11 1 沥青混凝土摊铺机的应用沥青混凝土摊铺机的应用 沥青混凝土摊铺机是敷设沥青混和料的专用路面机械 它将沥青 混合料均匀摊铺在道路基层上 并进行初步振实和整平 具有摊铺 振实 提浆 整平等功能 具有结构简单 操作方便 摊铺效率高 摊铺质量好 工艺先进 使用寿命长等优点 可连续完成沥青混凝土 的装载 转运 摊铺 熨平以及振动压实作业 广泛应用于公路 城 市道路 坚硬路面 机场跑道及港口码头的施工作业 1 21 2 沥青混凝土摊铺机的构成沥青混凝土摊铺机的构成 沥青混凝土摊铺机分为履带式和轮胎式两种 本文主要是介绍轮 胎式摊铺机 图 1 1 为轮胎式沥青混凝土摊铺机 1 推滚 2 前轮 3 驱动轮 后轮 4 螺旋摊铺机 5 夯实板 6 熨平板 7 传动系统 8 操纵台 9 发动机 10 料斗闸门 11 料斗 12 刮板输送机 图 1 1 轮胎式沥青混凝土摊铺机 1 供料设备 供料设备由料斗 刮板输送器和闸门组成 如图 1 1 所示 料斗 10 置于机械前面 用来接受汽车卸下的混合料 它由底板与 摊铺机副变速箱设计 5 左右侧壁组成 前面敞开 后面以闸门 9 作为后壁 其横截面有梯形 和箱型两种 料斗的两侧壁连同其毗连部分 斗底 都可由其下面的 油缸向中央顶翻 以便将料斗内的混合料向中央倾卸 刮板输送器 11 位于料斗下面 用来将料斗内的混合料连续向后 输送到摊铺室内 它由一块与斗底公用的底板和两副装在链条 1 上的 许多刮板所组成的 如图 1 1 所示 链条的转动就是刮板沿底板向后 移动 将斗内混合料向后刮送 一直送到摊铺室内卸下 左右两副刮 板独立操纵 可控制在同速或不同速下运转 闸门 9 有左右两扇 可以独立升降 以控制向后输送混合料的强 度 闸门开启的大小有标志 驾驶人员可在驾驶室内观察到 现在摊铺机一般设有供料电控系统 可根据摊铺室内混合料高度 的变化成比例的调整供料速度 2 工作装置 工作装置由旋转摊铺器 夯实板和熨平板组成 如图 1 1 所示 螺旋摊铺器 4 是由两根大螺距 大叶片 螺旋方向相反的螺杆组 成 它们同向旋转时能将混合料自中间向两侧推移 夯实板 5 是左右两块矩形板 由液压驱动的偏心轴来驱动作上下 振动 对所铺混合料进行初步振实 熨平板 6 紧贴在夯实板之后 分左右两块 由竖板与箱型纵截面 的底座组成 用来熨平混合料并做成所需路拱 箱型底座中装有电加 热器 远红外加热器 以便冬季施工时加热混合料 螺旋摊铺器 夯实板与熨平板三者的左右外侧都可接加长段 以 便摊铺更宽的路面 3 自动找平系统 现代摊铺机都没有自动找平系统 可根据道路不平度的变化随时 调节两大臂牵引点的垂直高度 使摊铺的路面平整度符合技术要求 而不受路基不平度的影响 如图所示 其工作情况如下 摊铺机工作时 当左侧路面不平使左牵引点升降时 安装在左牵 引臂上的纵坡传感器也随之升降 改变了传感器的传感臂与基准线之 间的初始夹角 一般为 45 度 从而产生高度偏差信号 并经驱动电路 推动左侧电磁阀 使调平油缸带动牵引臂的牵引点升降 直接熨平板恢 复原来的工作抑角 传感器也回到原位 此时偏差信号消失 油缸停止 调节 摊铺机副变速箱设计 6 右侧的调节与左侧相似 不同之处是它用横坡传感器检测横坡坡度 的变化 只要有坡度偏差 右侧调平油缸便进行调节 直到横坡度恢复 设定值 1 31 3 沥青混凝土摊铺机的工作原理沥青混凝土摊铺机的工作原理 摊铺机作业时 摊铺机的前推辊顶推着载料自卸汽车后轮前进 并 接受沥青混合料 卸于料斗内的沥青混合料由斗底左右两个独立驱动 的刮板输送器送至螺旋摊铺室 送料量由后斗壁左右两闸门分别控制 螺旋摊铺器有左右两螺旋 同时将料向左右两侧均匀摊铺 但亦能左 右各自独立驱动 随着摊铺机的向前移动 振实 熨平部分按一定的 宽度 厚度和拱度对铺层进行初步振实和整平 熨平板内装有加热装 置 以便在寒冷季节或在作业开始前对板底进行加热 防止沥青混合 料的粘附 由于熨平板有浮动特性 故能通过厚度调节器来改变熨平 板底面相对于地面的仰角 以调节铺层厚度 在作业过程中 浮动熨 平板还能减少路基或路面基层高低不平对铺筑平整度的影响 有些摊 铺机的熨平板连同振捣器制成伸缩式 螺旋摊铺器可接长或缩短 以 铺筑不同宽度的路面 2 2 副变速箱的功能和传动形式副变速箱的功能和传动形式 2 12 1 副变速箱的功能副变速箱的功能 改变发动机与驱动轮之间的速比 从而改变摊铺机的牵引力和行 驶速度以适应不同的作业工况与转场行驶的需要 机械传动系统中的 能实现摊铺机的高 低速档工作 即具有换档功能 切断传动链 能 在发动机运转的情况下实现较长时间停车 挂空挡车有利于安全及发 动机的重新起动 用差速器装置速有利于提高发动机的动力经济性和 保持摊铺时良好运行 为改善机器在较差路基上行驶的性能 在副变 速箱的差速装置中安装差速器锁 由专用手柄操纵 当差速锁接合时 摊铺机只能在直线行驶不能转弯 故正常行驶或工作时应将差速锁操 纵手柄放在分离位置 2 22 2 副变速箱的设计要求副变速箱的设计要求 1 速度要求 为了满足摊铺的各种要求 摊铺机副变速箱上装有双联滑移齿轮 摊铺机副变速箱设计 7 可以实现 档 档两种速度要求 例如表 2 1 表 2 1 速度要求 类型速度 档2 82 minm 档5 84 minm 2 发动机功率要求和后轮参数 例如表 2 2 表 2 2 发动机和后轮参数 类别数值类别数值 额定功率35 28kw尺寸 直径 宽度 1100 450mmmm 额定转速1500 minr轮距2260mm 最打扭矩 26 2 1300 1 kgf m 400 minr 轴距2640mm 2 32 3 副变速箱的传动形式副变速箱的传动形式 在本设计中 副变速箱所实现的传动是通过齿轮和轴的配合来驱 动各个结构的 在设计时要注意以下两点 2 3 1 齿轮和轴的布置 遵循传动方案设计的一般原则 齿轮和轴在减速器中的布置首先 是满足摊铺机总体设计所需的变速功能和结构需要 合理布置齿轮可 以充分利用空间 避免零件之间发生碰撞 并能适当改善轴与轴承的 受力状况 以及方便于操纵机构的布置 将受力大的齿轮靠近轴承布置 可以减小轴的挠曲变形 但将增 加该轴承的载荷 充分利用齿轮的轮毂缩短 使轮圈与轴承孔凸台或 较小齿轮的外围空间相重叠 可以有效的缩短副变速箱的轴向尺寸 并且提高了轴向的刚度 空间结构的变速中间轴及花键轴应布置在合 力较小的一边 2 3 22 3 2 轴的支撑轴的支撑 轴的支承形式与轴承的选用 依传动装置的结构和轴上的受力 情况而决定 对于各种简支结构的传动轴 当轴上不承受轴向力时 可选用径向球轴承 并且用一个轴承作轴向定位 定位方式通常是把 一端轴承的内外圈分别固定在轴与箱体上 而另一端的轴承内圈固定 在轴上 外圈以间隙配合装在箱体孔内 以便轴受热时能带着轴承自 由胀缩 同时也能补偿零件的制造和安装误差 以及简化装卸工艺 摊铺机副变速箱设计 8 但对于短轴 也有从两端固定轴承外圈而使轴得以轴向定位的 差速 器上的输出轴要布置合理 以便动力可以很好的驱动后轮转动 2 3 32 3 3 传动系统示意图传动系统示意图 通过参观实际工地工作和查阅相关书籍 拟定副变速箱传动系统 如图 2 1 所示 图 2 1 副变速箱传动系统 3 3 选择差速器选择差速器 3 13 1 差速器的定义差速器的定义 汽车差速器是一个差速传动机构 用来保证各驱动轮在各种运动 条件下的动力传递 避免轮胎与地面间打滑 当汽车转弯行驶时 外 侧车轮比内侧车轮所走过的路程长 图 3 1 汽车在不平路面上直线 行驶时 两侧车轮走 图 3 1 汽车转弯示意图 过的曲线长短也不相等 即使路面非常平直 但由于轮胎制造尺寸误 差 磨损程度不同 承受的载荷不同或充气压力不等 各个轮胎的滚 动半径实际上不可能相等 若两侧车轮都固定在同一刚性转轴上 两 摊铺机副变速箱设计 9 轮角速度相等 则车轮必然出现边滚动边滑动的现象 车轮对路面的 滑动不仅会加速轮胎磨损 增加汽车的动力消耗 而且可能导致转向 和制动性能的恶化 若主减速器从动齿轮通过一根整轴同时带动两侧 驱动 轮 则两侧车轮只能同样的转速转动 为了保证两侧驱动轮处 于纯滚动状态 就必须改用两根半轴分别连接两侧车轮 而由主减 速器从动齿轮通过差速器分别驱动两侧半轴和车轮 使它们可用不同 角速度旋转 这种装在同一驱动桥两侧驱动轮之间的差速器称为轮间 差速器 3 23 2 差速器的结构差速器的结构 国产轿车和其他类汽车上基本都采用了对称式锥齿轮普通差速器 对称式锥齿轮差速器由行星齿轮 半轴齿轮 行星齿轮轴 十字轴或 一根直销轴 和差速器壳等组成 如图 3 2 所示 1 轴承 2 左外壳 3 垫片 4 半轴齿轮 5 垫圈 6 行星齿轮 7 从动齿轮 8 右外壳 9 十字轴 10 螺栓 图 3 2 锥齿轮差速器的机构 从前向后看 左半差速器壳 2 和右半差速器壳 8 用螺栓固紧在一起 主减速器的从动齿轮 7 用螺栓 或铆钉 固定在差速器壳右半部 8 的 凸缘上 十字形行星齿轮轴 9 安装在差速器壳接合面处所对出的园孔 内 每个轴颈上套有一个带有滑动轴承 衬套 的直齿圆锥行星齿轮 6 四个行星齿轮的左右两侧各与一个直齿圆锥半轴齿轮 4 相啮合 半轴齿轮的轴颈支承在差速器壳左右相应的孔中 其内花键与半轴相 连 与差速器壳一起转动 公转 的行星齿轮拨动两侧的半轴齿轮转 动 当两侧车轮所受阻力不同时 行星齿轮还要绕自身轴线转动 自 转 实现对两侧车轮的差速驱动 行星齿轮的背面和差速器壳相应位 置的内表面 均做成球面 这样作能增加行星齿轮轴孔长度 有利于 摊铺机副变速箱设计 10 和两个半轴齿轮正确地啮合 3 33 3 差速器锁的应用差速器锁的应用 为改善机器在较差路基上的行驶的性能 提高机器在坏路上的通 过能力 本变速箱的差速装置中设有差速器锁 差速器的共同特点是 在一侧驱动轮打滑时 能使大部分甚至全部转矩传给不打滑的驱动轮 充分利用另一侧不打滑驱动轮的附着力而产生足够的牵引力 使汽车 继续行驶 差速器锁有 强制锁止式差速器 高摩擦自锁式差速器 有摩擦片式 滑块凸轮式等结构型式 牙嵌式自由轮差速器和托 森差速器等 本设计是采用的强制锁式 由专用手柄操纵 当差速器 锁接合时 摊铺机只能直线行驶不能转弯 故正常行驶或工作时应将 差速锁操纵手柄放在左右分离的位置 图 3 3 为强制式差速器结构 拨叉通过拨动滑移齿轮 5 来实现差速器外壳和轴的接合 这样就相 当于把左右半轴锁成一个整体一同旋转 这样 当一侧驱动轮打滑而 牵引力过小时 从主减速器传来的转矩绝大部分部分配到另一侧驱动 轮上 使汽车得以通过这样的路段 1 左外壳 2 垫片 3 右外壳 4 滑移齿轮 5 锥齿轮 6 十字轴 7 垫圈 图 3 3 强制锁式差速器 4 4 副变速箱设计计算副变速箱设计计算 4 14 1 传动参数的计算传动参数的计算 在设计副变速箱时 已经知道了发动机的型号 额定功率 额定 转速及最大扭矩 还有工作和行驶时要达到的速度要求 下面要对要 摊铺机副变速箱设计 11 设计的副变速箱的总传动比及各级分配的传动比进行计算 4 1 14 1 1 总传动比的计算总传动比的计算 副变速箱工作时输入轴的转速和输出轴的转速 如表 4 1 表 4 1 档的传动比 类别输入轴 minr输出轴 minr传动比 档 117 193 2835 73 档 2506 7636 98 档 档时的传动比误差为 3 同时为了都能满足传动的要求以 及行驶时的速度要求 传动比应该选择 档时的传动比 即 35 73 在以后的轴和齿轮的计算中数据都以 档时为标准 总 i 4 1 4 1 2 2 各级传动比 功率 扭矩 转矩各级传动比 功率 扭矩 转矩 通过对总传动比的计算 又知道了本副变速箱的传动级数 需要 对各个轴上的转速 转矩以及功率的需要进行计算 在计算功率的时 候需要考虑到发动机通过链传动的损耗 以及啮合齿轮的损耗 当然 发动机本省的有效利用率还要考虑进去 所以在选择电动机时也考虑 到选大一点的原则 通过预分配各个传动比以及对各个轴上转速 扭 矩 功率的计算可对副变速箱的结构有了更清楚的设计 具体数据如 表 4 2 所示 表 4 2 各轴的传动比 转速 扭矩 功率 类别传动比功率 kw扭矩 nm 转速 minr 输入轴 417 692163 17117 19 中间轴 316 656104 5429 30 中间轴 1 515 6617229 6115 66 中间轴 214 7332176 976 56 输出轴 13 3148753 203 28 输出轴 217 342814 1258 60 4 24 2 传动件的计算传动件的计算 4 2 14 2 1 副变速箱的直齿轮设计计算副变速箱的直齿轮设计计算 1 选定齿轮的类型 精度等级 材料及齿数 输入轴 和中间轴 上直齿圆柱齿轮的计算 摊铺机副变速箱设计 12 LT6B 摊铺机为一般机器 速度不高 故选用 8 级精度 材料选择 选择小齿轮的材料为 45 调质处理 齿面硬度为 HRC 270 280 大齿轮的材料也选用 45 调质处理 齿面硬度为 HRC 240 250 选小齿轮的齿数23 大齿轮齿数23 4 92 1 z 21 zz u 2 按齿面接触强度计算 由参考书 8 可知 d 2 32 4 t 1 2 1 3 1 E E d Z KT u u 式中 载荷系数 K 齿轮转矩 N mm 1 T 两齿轮轮廓曲率比 u 弹性影响系数 E Z 接触疲劳许用应力 H MPa 传动比 u 由设计计算公式 4 1 进行试算 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数3 1 T K 选齿宽系数 1 d 查得材料的弹性影响系数MPaZE 8 189 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 600 1lim 大齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 550 1lim 计算应力循环次数 8 1 6060 117 19 1 1 8 100 15 8 44 10 h NnjL 8 1 2 2 11 10 4 N N 查得接触疲劳寿命系数 12 0 820 86 HNHN KK 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 s 1 得 1lim1 1 0 82 600 492 1 HNH H K MPa s 摊铺机副变速箱设计 13 1lim1 1 0 86 550 454 08 1 HNH H K MPa s 计算 试算小齿轮的分度圆直径 代入 中较小的值 t d1 H 2 5 3 1 1 3 7 432 1014189 8 2 32 14492 93 64 t d mm 计算圆周速度 v 100060 1 nd v t 87 94 117 19 60 1000 0 35m s 计算齿宽 b 1 87 94 td db 1 87 94 mm 计算齿宽与齿高之比 h b 模数 1 1 87 94 3 82 23 t t d mmm Z 齿高 2 252 25 3 828 595 t hmmm 则 87 94 23 002 3 823 b h 计算载荷系数 根据 8 级精度 得动载荷系数 0 35mv s 05 1 T K 直齿轮 假设100 得 1 1 b FK tA mm N Ha K Fa K 查得使用系数 1 A K 查表得 8 级精度 小齿轮相对支撑非对称布置时 1 05 0 18 1 0 6 0 31 4 H K 2 d 2 d b 3 10 2 将数据代入后得 1 357 223 1 050 18 1 0 6 1 10 31 1087 94 H K 由 b h 5 33 查得 故载荷系数1 1 357 H K 27 1 F K 1 123K HHavA KKKK 354 1 2 105 1 1 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 得 3 11 t t K K dd 31 123 87 9481 38 1 3 mm 计算模数 m mm 1 1 81 38 3 538 23 d m z 摊铺机副变速箱设计 14 3 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 4 3 m 3 2 1 2 F saFa d YY z KT 确定公式内的各计算数值 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 1 500 FE MPa 2 380 FE MPa 查得弯曲疲劳寿命系数 1 0 85 FN K 2 0 88 FN K 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 得4 1 S 1 11 FN FFE K s 500 0 85 303 57 1 4 MPa 2 22 380 0 88 238 86 1 4 FN FFE K MPa s 计算载荷系数 K 1 6 1 05 1 1 1 452 680 AVFaF KK K KK 查取齿形系数 查得 1 2 80 Fa Y 2 2 28 Fa Y 查取应力校正系数 查得 1 1 55 sa Y 2 1 73 sa Y 计算大小齿轮的并加以比较 F saFaY Y 1 11 F saFa YY 2 80 1 55 0 01430 303 57 22 2 2 28 1 73 0 01653 303 57 Fasa F YY 设计计算 3 2 2 2 680 7 432 105 0 016533 465 1 23 mmm 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大与由齿根弯 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 轮直径有关 取弯曲疲劳强度所算的模数 3 65 并圆整为标准值 按接触疲劳强度计算的分度圆直径 4mmm 1 40 5dmm 计算小齿轮的齿数 1 93 64 23 4124 4 d z m 大齿轮的齿数 取 21 4 2496zuz 2 96z 摊铺机副变速箱设计 15 4 几何尺寸计算 计算分度圆直径 11 24 496dz mmm 22 96 4384dz mmm 计算中心矩 12 2240addmm 计算齿轮宽度 1 0 7 9667 270 d bdmmmm 取 1 70Bmm 2 65Bmm 5 验算 5 1 1 22 7 432 10 17566 67 t T FN d 1 17566 67 182 92100 96 At K FN NN mmmm b 合适 以同样的方法对其它的啮合齿轮进行计算可得副变速箱设计所要 求的数据 各齿轮啮合情况如图 4 1 所示 可得齿轮 3 和齿轮 4 的参 数 齿轮 5 和齿轮 6 的参数 3 125z 4 33z 3m 5 27z 齿轮 7 和齿轮 8 的参数 6 108z 4m 7 40z 输入轴 上的齿轮 11 和输出轴 上的齿轮 12 参数 8 60z 6m 11 40z 12 80z 4m 图 4 1 齿轮的啮合 摊铺机副变速箱设计 16 4 2 24 2 2 副变速箱斜齿轮的计算副变速箱斜齿轮的计算 在副变速箱内 齿轮 9 和差速器上的齿轮 10 是斜齿轮啮合的 在计算是需考虑到工作的实际情况 因为后轮是驱动整个摊铺机工作 和行驶的驱动轮 受的力 扭矩 转矩比较大 所以设计时要把实际 情况考虑进去 副变速箱斜齿轮计算如下 1 选定齿轮的类型 精度等级 材料及齿数 选用直齿圆柱齿轮传动 LT6B 摊铺机为一般机器 速度不高 故选用 8 级精度 材料选择 选择小齿轮的材料为 45 调质处理 齿面硬度为 HRC 270 280 大齿轮的材料也选用 45 调质处理 齿面硬度为 HRC 240 250 选小齿轮的齿数 大齿轮齿数 34 9 z525 134 910 uzz 初选螺旋角 14 2 按齿面接触强度计算 由参考书 8 可知 d 2 32 4 t 1 2 1 3 1 E E d Z KT u u 4 式中 载荷系数 K 齿轮转矩 N mm 1 T 两齿轮轮廓曲率比 u 弹性影响系数 E Z 接触疲劳许用应力 H MPa 传动比 u 由设计计算公式 4 4 进行试算 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数1 6 T K 选区域系数 2 433 H Z 查得 12 0 7670 851 167 摊铺机副变速箱设计 17 查得材料的弹性影响系数MPaZE 8 189 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 大MPa H 600 1lim 齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 550 1lim 计算应力循环次数 8 1 6060 117 19 1 2 8 100 15 8 44 10 h NnjL 8 1 2 2 11 10 4 N N 查得接触疲劳寿命系数 12 0 820 86 HNHN KK 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 s 1 得 1lim1 1 0 82 600 492 1 HNH H K MPa s 2 2 0 86 550 454 08 HN H K MPa ss H1H2 H 492454 08 473 04 22 MPa 计算 试算小齿轮的分度圆直径 代入 中较小的值 t d1 H 2 5 3 1 2 1 6 7 432 101 1 52 433 189 8 2 32 11 5473 04 189 24 t d mm 计算圆周速度 v 0 053 100060 1 nd v t 189 24 6 56 60 1000 s m 计算齿宽 b 1 189 24 td db 1 189 24 mm 计算齿宽与齿高之比 h b 模数 1 9 cos 189 24 cos14 4 49 34 t nt d mmm Z 齿高 2 252 254 5910 35 nt hmmm 则 189 24 33 97 4 59 b mm h 计算纵向重合度 0 318tan0 318 1 34 tan142 696 d 计算载荷系数 根据 8 级精度 得动载荷系数 0 053mv s 05 1 T K 摊铺机副变速箱设计 18 直齿轮 假设100 得 1 1 b FK tA mm N Ha K Fa K 查得使用系数 6 动载系数 1 A K1 02 V K 查表得 8 级精度 小齿轮相对支撑非对称布置时 1 05 0 18 1 0 6 0 31 4 H K 2 d 2 d b 3 10 5 将数据代入后得 1 44 223 1 050 18 1 0 6 1 10 31 10156 24 H K 由 b h 33 97 查得 故载荷系数1 44 H K 1 36 F K K HHavA KKKK 1 6 1 02 1 2 1 442 82 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 得 189 24 213 223 11 t t K K dd 32 821 6 mm 计算模数 mn 1 9 cos 213 22 cos14 5 39 34 n d mmm z 3 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 4 6 2 1 3 2 9 2cos Fasa n dF Y YKT m z 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数 K FFaVA KKKKK 1 6 1 05 1 1 1 362 66 根据纵向重合度 查得螺旋角影响系数 2 696 0 88 计算当量齿数 9 1 33 34 37 25 coscos 14 V Z Z 10 2 33 52 55 88 coscos 14 V Z Z 查取齿形系数 查得 1 2 592 Fa Y 2 2 211 Fa Y 查取应力校正系数 查得 1 1 596 sa Y 2 1 774 sa Y 计算大小齿轮的并加以比较 F saFaY Y 1 11 F saFaY Y 2 592 1 596 0 01363 303 57 摊铺机副变速箱设计 19 22 2 2 211 1 774 0 01642 303 57 Fasa F YY 设计计算 52 3 2 2 2 66 7 432 100 88 cos 14 5 26 1 341 617 m 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的模数 mn大与由齿根弯 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 轮直径有关 取弯曲疲劳强度所算的模数 5 34 并圆整为标准值 按接触疲劳强度计算的分度圆直径 6 n mmm 9 213 22dmm 计算 小齿轮的齿数 取 9 9 cos14213 22 cos14 34 435 6 n d z m 9 35z 大齿轮的齿数 取 109 35 1 552 5zz u 10 53z 4 几何尺寸计算 计算中心矩 910 35536 269 07 2 cos2 cos14 n ZZm amm 将中心尺寸圆整为 265mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 4 12 910 35536 arcosarcos14 0714 22 269 07 ZZ a 因值改变不多 故参数等不必修正 H K Z 计算大小齿轮的分度圆直径 9 9 210 cos n z m dmm 10 10 318 cos n z m dmm 计算齿宽 109 95 100Bmm Bmm 4 2 34 2 3 输入轴输入轴 的计算的计算 1 初步确定轴的最小直径 4 7 d 3 0 n P A 式中 摊铺机副变速箱设计 20 P 功率 kw n 转速 minr 已知 P 17 69 117 19 kwnminr 由公式 4 7 得 d 62 mm 2 输入轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案 I 段轴用于安装联轴器 HL6 轴的直径取值为 60mm II 段轴用于安装轴承 30313 直径为 65mm III 段轴为安装齿轮 直径为 75mm IV 段轴为轴肩 取其直径为 88mm V 段为光轴 根据 V 4 I 段轴肩的直径 75mm V 4 I 段为齿轮轴 直径为 96mm 段轴上安装齿轮 直径为 70mm 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 图 4 1 I 段 联轴器的轴 所以长度初定为 136mm II 段轴承宽度为 31mm 加轴承 36mm 挡油盘 116mm 定为 183136mm III 段上安装齿轮 齿轮宽度就等于轴的长度 55mm IV 段为轴肩 长度为 16mm V 段为光轴 长度 149mm 段为齿轮轴 齿轮宽度就是轴的长度为 70mm 段轴上安装齿轮 齿轮跨度就是轴的长度为 71mm 段轴上安装油挡油盘 轴承 轴承端盖总长度为 81mm 摊铺机副变速箱设计 21 图 4 2 输入轴结构图 3 轴的强度计算及校核 当量弯矩法 根据给定的轴系结构土图 确认轴的受力图 弯矩图 合成弯矩 图 转矩图和当量图 轴的受力简图 4 3b 求作用在轴上的力图 4 3c 轴传递的转矩 3 1 1 1 9 55 10 28 81 P TN m n 齿轮的受力 齿轮的受力包括圆周力 径向力 轴向力 t F r F n F 4 8 2 tan cos t rt nt T F d FF FF 式中 T 齿轮传递的转矩 N mm d 齿轮节圆直径 mm 啮合角 标准齿轮取 20 已知 T 28810N mm d 25mm 20 由公式 4 8 得 1 2304 t FN 摊铺机副变速箱设计 22 1 838 r FN 2165 n FN 轴承反力 t1 t2 2036 241 2304230423062302 DV AVDV FNN FFFFNN 3 1 1 1 9 55 10 28810 P TN m n 作出弯矩图 4 3d 截面 1 1 2 1 52946 13363 54606 VAV HAH MFN mm MFN mm MN mm 2 垂直面 水平面 合成弯矩 52946 13363 截面 22 22 2 52901 7580 5 53441 VAVt HAHr MFFN mm MFFN mm MN mm 22 垂直面 水平面 合成弯矩 52901 7580 5 截面 2 2 2 51103836 5129631 107981 VDV HDH MFN mm MFN mm MN mm 22 垂直面 水平面 合成弯矩 103836 29631 作出转矩图 4 3f 由参考书 8 可知轴的转矩为 4 22 e 11 M T M 9 式中 轴所受弯矩 1 M N mm T 轴所受扭矩 N mm 折合系数 由公式 4 9 得 22 e 1 22 e 2 22 e 3 I 54606 0 6 28810 57276 II 53441 0 6 28810 56167 III 107981 0 6 28810 109356 MN mm MN mm MN mm 截面 截面 截面 确定许用应力 已知轴材料为 45 钢调质 由表 12 1 查得由650 ba MP 用插入法 摊铺机副变速箱设计 23 表 12 1 查得 650 ba MP 用插入法 校核轴径 由参考书 8 可知 轴的直径为 4 10 1 3 1 0 1 e b M d 式中 轴所受转矩 1e M N mm 轴的许用弯曲应力 1 b MPa 由公式 4 10 可得 3 3 3 57176 I 121 240 0 1 60 57176 II 220 840 0 1 60 109356 III 326 340 0 1 60 dmmmm dmmmm dmmmm 截面 截面 截面 结论 按当量弯矩法校核 轴的强度足够 摊铺机副变速箱设计 24 图 4 3 输入轴载荷分析图 摊铺机副变速箱设计 25 对其他的轴采用同样的计算和较核方法 较核时要考虑到各种现 实的影响 把能对轴产生的因素要全部考虑进去 这样设计出来的轴 才能满足使用要求 4 34 3 轴承的较核轴承的较核 以输入轴 输出轴上的轴承校核为例来说明通过轴承的校核选择 轴承的方法 以下轴承的校核计算采用参考书 8 的计算方法 摊铺机在工作时有轻微的振动和冲击 预计寿命 h L5000h 查参考书 6 可知轴承 30313 的额定动载荷 C 19800N 额定静载 荷轴承 39313 的动载荷 C 56500N 0 C10200N 0 C11600N 1 输入轴轴承的校核 求轴承的当量动载荷 12 P P 轴承 30313 01 0 1 1 1 1011 14 7 157 0 19 10200 0 19 157 0 066 2361 10 1 2 a r a r ra f F C e F e F XY PfXFYF 查表 轴承 30313 02 0 2 2 2 20 14 7 1382 1 99 11600 0 34 1382 0 35 4060 0 552 1 2 a r a r ra f F C e F e F XY PfXFYF 查表 验算轴承寿命 因为 所以按轴承 30313 的受力大小验算 12 PP 3 66 101056500 7968 6060 17505996 h C Lh nP h L 摊铺机副变速箱设计 26 故满足寿命要求 轴承选用正确 2 输出轴轴承的校核 求轴承的当量动载荷 12 P P 轴承 30320 01 0 1 1 1 1011 14 7 1553 6 1 97 10200 0 34 157 0 364 2361 0 552 1 2 a r a r ra f F C e F e F XY PfXFYF 查表 轴承 30314 02 0 2 2 2 20 14 7 173 0 25 11600 0 22 173 0 36 476 6 0 552 1 2 a r a r ra f F C e F e F XY PfXFYF 查表 验算轴承寿命 因为 12 PP 3 66 101019800 6473 6060 138 95240 h C Lh nP h L 故满足寿命要求 轴承选用正确 5 5 箱体的加工和维护 箱体的加工和维护 5 15 1 副变速箱箱体副变速箱箱体 本副变速箱箱体材料用 Q235 焊接而成 箱体壁厚取 20 25mm 箱体外表面尽量平整 由于轴承的宽度超出了箱体的壁厚 可以在外 壁上加衬板 以提高箱体的强度和刚度 衬板的布置应有利于提高轴 摊铺机副变速箱设计 27 承孔的刚度 以及箱体抵抗外载荷引起变形的能力 要保证两轴承孔 之间的壁厚不小于 10 为了观察齿轮装配位置的准确度和轮15mm 齿啮合情况 要在箱体的相应部位留有窥视孔 装配后加盖封严 变速器壳体是保证齿轮啮合位置精度的基础 这些位置精度项目 包括 同一轴线上有几个轴承孔的同轴度 各轴之间轴承孔轴线的平 行度和轴距的公差 锥齿轮传动轴线之间的垂直度和相交度 箱体前 后端面与轴承孔的垂直度 壳体顶面及拔叉轴孔与传动轴承孔轴线的 平行度等 其中与齿轮啮合相关的位置精度指标应根据齿轮传动等级 取 副变速箱箱体设计应具有良好的工艺基准和安装基准 以保证孔的加 工精度和在摊铺机上的安装位置准确 箱体上的各个结合面要平整 以便加垫密封 焊接箱体焊接后要对焊接缝处进行检查 以免出现焊缝不紧密 出现断裂产生严重的生产事件 焊接后要打磨焊接处 并且给箱体外 壳涂漆可以有效的防止腐蚀 5 25 2 副变速器的副变速器的维护维护 为了能在齿轮 轴承及衬套等零件的摩擦表面之间形成油膜 以 减少摩擦功率损失和提高零件的寿命 并且起到冷却作用以保证副变 速箱有正常的工作温度 对圆周速度超过的变速器应采用压力18 m s 强制润滑 而一般情况下可采用油池激溅润滑 人力换档差速器普遍采用激溅润滑 用下方的齿轮将润滑油激溅 到齿轮 轴承等需要润滑的表面上 一般地说 只要有一两个齿轮浸 入油中 20 就能满足润滑的需要 在联接主动件的变速器中 40mm 前后两腔的齿轮高低相差悬殊 应作两腔隔离并分