叉车驱动桥设计

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕毕 业业 设设 计计 说说 明明 书书 题目题目 叉车驱动桥设计叉车驱动桥设计 二级学院 直属学部 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师姓名 职称 评阅教师姓名 职称 2014 年 11 月 常州工学院毕业设计 摘摘 要要 随着现代社会文明的发展 叉车的使用越来越普遍 它已从过去的港口码头进入 了整个社会 本文主要介绍叉车整车的结构 组成和性能分析 并对叉车工作装置进 行设计研究 以额定负载为二吨小轴距弹性轮胎系列叉车的研制过程为基本参数 对 叉车门架系统及各部件的构造和规格要求分析 使货物提升高度达到三米并使驾驶员 的视野宽阔 做到人性化 安全化和美化外观的目的 最后介绍了并进行设计技术的 具体实施过程 分析总结了设计实验的应用效果 从而达到设计方案与实际相结合的 目的 毕业设计的主要内容是叉车的总体方案设计和驱动系统设计 总体方案设计包括 分析给定的技术参数及工作条件 进行调查研究 收集资料 确定个部分的构造型式 主要尺寸及估重 并做布置位置草图 初算整机重心位置 桥负荷 稳定性 牵引性 制动性 机动性等 绘制总体外型尺寸及参数性能图 驱动系统设计包括 1 驱动系统传动方案的确定 采用单电机集中驱动系统 由减速箱总成 差速 器总成及驱动桥组成 驱动电机与减速器主动齿轮直接相连 通过两级减速及差速器 将扭矩传送到左右两个驱动轮 电机轴线与车轮轴线平行 因此减速器采用两极圆柱 齿轮传动 半轴采用全浮式结构 与轮毂用螺钉连接传递转矩 桥壳采用组合式结构 一端由轮毂轴承支承在车轮上 另一端与减速器相连 2 减速器的设计 分配传动比 计算动力和运动参数 按接触强度确定中心距 计算齿轮的主要参数 按扭转强度设计轴的尺寸 按弯扭合成校核轴的强度 减速器 箱体的设计 轴承的寿命校核 3 半轴 桥壳等零件的结构设计与强度校核 关键词 关键词 叉车 驱动桥 减速器 太阳能混合动力观光车驱动系统设计 目目 录录 第 1 章 绪论 1 1 1 课题的背景 1 1 2 叉车技术的发展回顾及现状 1 1 2 1 我国叉车现状及形式分析 1 1 2 2 国外叉车技术的发展情况 2 1 3 未来叉车的发展趋势 3 1 3 1 技术方面 3 1 3 2 需求方面 3 第 2 章 总体设计 5 2 1 方案比较和设计选型 5 2 2 设计思路 5 2 3 本次毕业设计的设计方案 5 第 3 章 双电动机驱动桥设计 6 3 1 驱动系统总体设计 6 3 2 减速器的设计 6 3 2 1 传动比分配 6 3 2 2 运动和动力参数计算 6 3 2 3 齿轮参数计算 6 3 2 4 轴的设计 14 3 2 5 平键的强度校核 15 3 2 6 轴的强度校核 15 3 2 7 轴承的寿命校核 19 3 2 8 减速器箱体的设计 21 3 3 半轴的设计 21 3 3 1 半轴的形式 21 3 3 2 半轴轴径的确定 21 3 3 3 花键的设计和校核 22 3 3 4 半轴连接螺钉强度校核 22 3 4 轮毂的设计 23 3 4 1 轮毂的外形设计 23 3 4 2 轮毂与轮辋的连接螺栓强度校核 23 3 5 驱动桥壳的设计 24 3 5 1 驱动桥壳的结构设计 24 3 5 2 驱动桥壳的强度计算 24 3 5 3 桥壳与减速器连接螺钉强度校核 26 常州工学院毕业设计 3 6 轮毂轴承的寿命计算 26 致 谢 28 参考文献 29 常州工学院毕业设计 1 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 课题的背景课题的背景 现代工业的发展 离不开物流的输送 在车间在物流公司 叉车成为了主要的运 输工具 因此对叉车的研究和设计对现实的生产和工作有实际的意义 同时通过对叉 车设计和研究锻炼学生分析问题和解决问题的能力 电动叉车是以电力直流或交流为动力实施装卸 起重 搬运 堆垛作业的车辆 八十年以来 由于电动叉车具有易操作 作业灵活 安全 动力利用率高 噪声小 对 环境污染小等优点 更适合于工矿企业作搬运机械使用 因而倍受人们重视 得到了迅 速发展 电动叉车由于其操纵控制简便 灵活外 操纵人员的操纵强度相对内燃叉车而言 要轻很多 其电动转向系统 加速控制系统 液压控制系统以及刹车系统都由电信号 来控制 大大降低了操纵人员的劳动强度 这样一来对于提高其工作效率以及工作的 准确性有非常大的帮助 且相对于内燃叉车 电动叉车的低噪音 无尾气排放的优势 也已得到许多用户的认可 目前 市场上的叉车可以分为手动叉车 内燃叉车以及电动叉车 集电子技术和 机械制造技术于一体的电动叉车 与内燃叉车和手动叉车相比 具有明显的优势 除 了众所周知的能量转换效率高 噪声小 无废气排放 控制方便等特点外 电动叉车 的使用和维护成本相对于内燃叉车而言也具有很大的优势 就使用成本而言 电能的 消耗成本比柴油或者液化石油气的消耗成本低很多 操作人员的劳动强度相对于内燃 叉车也大大降低 就维护成本而言 电动叉车的维护保养周期比内燃叉车长两到三倍 维护保养范围更小 维护保养范围更短 更换配件所需时间更短 另外 由于电动叉 车采用蓄电池供电技术 在电动叉车的供电过程中 可以采用一定的方法对能量进行 回收 这将进一步减少电动叉车的使用成本 这些优势对于电动叉车进一步扩大市场 份额具有积极意义 另外 随着微电子 电动机技术 电力电子技术以及控制技术的快速发展 电机 驱动与控制技术得到了很大提高 电动叉车的使用效率和可靠性等技术指标取得了突 破性的进展 这使得研发新一代的电动叉车驱动控制器成为必然 1 2 叉车技术的发展回顾及现状叉车技术的发展回顾及现状 1 2 1 我国叉车现状及形式分析我国叉车现状及形式分析 根据中国工业协会工业车辆分会的数据分析显示 我国 2006 年已达到 22 874 辆 与 2005 年相比较增长了近 38 该数据已表明 电动叉车将越来越受用户的青睐 但 是总体上来看电动叉车的市场比例仅为 21 由此可见 电动叉车的市场空间还很大 我国电动工业车辆虽然起步于一九五二年 但发展速度远落后于内燃叉车 当时 的归口管理和三电 蓄电池 电机 电控 的落后 制约了电动工业车辆的发展 改 革开放以来 由于生产过程的不断自动化 对物料搬运不断提出新的要求 叉车从主 要用于露天作业场合 逐渐向仓库 车间及生产线上扩展 在进入室内和半室内作业 较露天情况复杂 除无污染和低噪音需求外 还有通道的宽窄 较小的转弯半径 门 叉车驱动桥设计 2 限 货架的高度 进入电梯 地面楼板的承载重量 低温 防爆和个别场合人员不能 进入等约束条件 这些都是内燃叉车难以实现的 而以蓄电池 电机为主的电动工业 车辆就比较容易满足这些复杂的条件 随着电动 蓄电池及充电装置质量的提高 电 控技术的飞快发展 工业车辆行业整体技术水平的进步 使电动工业车辆的舒适性和 可靠性大大提高 作业效率明显提高 而维修费用大大降低 近几年 我国电动叉车行业发展快速 销售收入不断增长 市场规模也随之不断 扩大 2003 年 行业销售收入超过 100 亿元 增长率达到了 47 15 为近七年销售收 入增长之最 2006 年 行业销售收入达到了 188 01 亿元 相比 2000 年 市场规模扩 大了 3 09 倍 从产业周期的角度来看 在全球范围内 电动叉车产品和电动叉车产业都处于成 熟期 从国内情况看 电动叉车产品和电动叉车行业尚处于发展期 产品技术仍需发 展完善 产品使用范围和使用量尚未得到足够拓展 市场经济环境下的产业调整仍处 于自然阶段 用户使用意识和企业研发意识 能力还比较落后 因此 规范企业行为 提高行业质量水平 促进产业结构调整 推动行业发展壮大 从质量监督角度来说 任重道远 市场需求开始明显增长 产业规模迅速壮大 进入 1990 年代以来 国内每年包括 进口叉车大约需要 2 5 万台 99 年以后需求量连年增长 预计 2003 年将突破 5 万台 其中 国内企业销量将达到 33000 台以上 销售收入将达到 31 亿元以上 独 合资企 业产品销量将达到 10000 台以上 销售额将突破 12 亿 进口量 8000 台左右 金额 12 亿人民币左右 合计销量将达 51000 台以上 销售收入将达 55 亿元以上 显然 在轮 式工程机械中 从销售收入看 叉车在我国工程机械行业的地位仅次于装载机和汽车 起重机 处于第三位 并在近期将超过汽车起重机 而从销售台数看 它不久将超过 装载机而名列第一 行业格局出现分化 并向良性方向发展 行业发展进入 90 年代后期以来 开始出 现明显的分化 少数企业蒸蒸日上 而绝大多数企业则每况日下 在状况不佳的企业 中 少数企业是由于自身的个别原因 而多数企业则是由整个产业结构质量的低下所 致 另外一个重要原因就是众多国际强势制造商以独 合资的形式落户中国而给行业 带来强烈冲击 到目前为止 原有的国内生产企业均仍在全部咬牙坚持 从经济角度 讲 多数企业已丧失了存在价值 从社会角度讲 这些企业更类似于社会救助机构 这几乎是他们存在的全部意义 中国叉车行业 国内企业 的整体现状隐约让人们感 到一丝苦涩 同时也让人们感到欣慰 看到了希望 行业领导者已基本形成 行业结 构正在朝健康的方向发展 规模效益已在个别企业明显体现出来 行业整体赢利能力 已完全恢复 1 2 2 国外叉车技术的发展情况国外叉车技术的发展情况 国外叉车发展较早 从美国克拉克公司于 1932 年向市场提供第一台叉车起 至今 已有 80 多年历史 进入 90 年代以来 全世界大约有 250 多家叉车生产企业 主要的 国家有德国 日本 美国 保加利亚和瑞典 亚洲主要有日本 韩国和中国 1990 年世界叉车产量达到 55 8 万台 创历史最高纪录 其中德国 19 万台 保加 常州工学院毕业设计 3 利亚 5 8 万台 美国 3 4 万台 瑞典 1 1 万台 波兰 8000 台 捷克 7000 台 在亚洲日本 16 万台 韩国 2 7 万台 中国 1 6 万台 从 1990 2001 年全球叉车的年总规模在 55 60 万台 世界叉车市场上电动叉车呈上升趋势 内燃叉车略有下降 这与全球重视环保的 因素有关 目前 国外对内燃叉车正在推行环保治理 如采用欧 I 欧 II 标准 近几年 日本叉车市场上电动叉车 汽油叉车 柴油叉车的销售量大约各占三分之一 欧洲国 家电动叉车所占比例达到 50 左右 由于竞争的加剧 同 80 年代相比 90 年代以来 世界叉车工业出现了销售额增长 盈利减少的反常现象 为了改变这种状况 叉车巨 头纷纷在发展中国家建厂 以便降低成本 维持盈利 国际上生产叉车的厂家 排名前几位的有林德 丰田 纳科 永恒力 小松 TCM 力至优等著名公司 林德叉车是世界上第一品牌叉车 该公司是世界上唯一将 静压传动技术大规模应用于叉车的制造商 产品技术先进 质量可靠 其销售额一直 遥遥领先 位居世界顶尖水平 林德叉车总的特点 8 吨以下的产品其动力形式有内燃 机和电瓶驱动 传动形式有静压传动和电传动 10 吨以上的叉车则采用内燃机驱动和液 力传动 产品种类之繁多 技术水平之高超 令世界同行所赞叹 丰田 纳科 永恒 力 小松 TCM 力至优等公司的产品技术基本处于同一水平 但各家有各家技术优 势和特色 1 3 未来叉车的发展趋势未来叉车的发展趋势 我国叉车行业已经历了多年的高速发展 虽然有诸多不确定因素存在 但我国叉 车行业总体前景依然乐观 我国叉车行业已经历了数年的高速发展 去年我国叉车的市场需求量达 5 万台 今年估计将超过 6 万台 但是长期以来 企业规模小 产品品种少 生产效率低 研 发能力弱 是搅扰叉车企业的四大难题 目前 国内叉车企业年销售收入超过亿元的只有安徽叉车集团公司 杭州叉车有 限公司等几家企业 多数企业规模较小 现在又有不少企业重新开始生产内燃叉车 小型搬运车辆和电动车辆 重复建设和生产仍然在增加 随着工业化水平的快速发展 叉车产品使用范畴日益扩大 但国内企业普遍生产品种少 远远不能满足用户的需要 而且其产品在驱动方式 能源环保等方面 与先进的国外制造商相比 还存在相当大 的差距 1 3 1 技术方面技术方面 在工程机械类产品中 叉车使用范畴广 遍及各个经济领域 虽然有诸多不确定 及不利因素存在 但整体前景依然乐观 与此同时 叉车市场合作日趋加剧 外资企 业已占据了高端市场 和开始转攻中低端市场 面对发展机遇和激烈的合作 专家认 为 叉车产品未来的五大发展趋势应引起业内的高度关心 1 3 2 需求方面需求方面 目前 安徽叉车集团公司已开发出具有自主学问产权的顺应当代国际市场需求的 高科技 高附加值的 H2000 系列新型叉车 和按照国际标准建设了优良的服务体系 80 年代前期 世界各国主要生产和使用上的以内燃机为动力的内燃叉车 随着石油的 叉车驱动桥设计 4 短缺和人们对环保意识的提高 电动叉车的使用日益受到人们的重视 在先进的资本 主义工业化国家的叉车市场 电动叉车的地位越来越显著 据有关报道 日本在 1987 年以前推出的叉车中 内燃叉车占 80 以上 而 1988 1989 两年中下降到不足 65 相反 电动叉车所占的比例却从不足 10 增长到 30 目前小吨位电动叉车在欧美市场 占有率竟达 60 左右 而且还有继续增长的趋势 大有替代内燃叉车的趋势 1 需求总量逐年增加 叉车年需求量将在今后几年达到 8 万台左右 中档叉车产 品销售量将猛增 市场竞争日趋激烈 2 电动叉车需求将迅速增加 电动叉车的迅速发展主要得益于科技的进步 产品 外观大都采用流线型设计 造型等价美观 主要生产厂家实现了规模生产和零部件专 业化生产及装配流水线作业 加工精度 自动化程度都提高了 在新材料 新工艺方 面最重要的体现是晶体管控制器 SCR 和 MOS 管 的应用 它的出现使电动叉车的使用 性能得到很大的提高 从总体上说 电动叉车耐用性 可靠性和适用性都得到显著提 高 完全可以和内燃叉车相抗衡 3 物流热和港口加大叉车需求 随着国内从政府到企业对物流的重视 物流业的 逐步升温 对叉车市场的需求也有较大的刺激作用 物流配送现代化对叉车的需求量 较大 尤其是企业对物流作业效率越来越重视 以及中国港口物料搬运的集装运输的 迅速发展 必将进一步刺激叉车市场的需求 4 叉车科技含量愈来愈高 高安全性 高可靠性和使用性能好的高水平产品 装 备先进的电子技术的机电一体化的大型叉车 以及向通用化 标准化 系列化的方向 发展的变形产品等都是有发展前景的产品 常州工学院毕业设计 5 第第 2 章章 总体设计总体设计 2 1 方案比较和设计选型方案比较和设计选型 在选择设计方案时我考虑了两种叉车方案 一种是单级式电动叉车 另一种是双 极式电动叉车 这两种叉车的作用和功能基本上都是一样的 都具有灵活性大 使用 轻便 劳动强度低 设备自动化程度较高等特点 但是双极电动叉车与单级电动叉车相比 有很多优点 也有一些缺点 优点 由 于双极电动叉车采用双极叉车起升 在单向链条的作用下能达到双倍的起升高度 一 般能达到 2 5 3 米 在车间 仓储时能将货物堆放到一定高度 节省存储空间 节约仓 储开支等 缺点 与单级叉车相比 由于其高度而使得其结构复杂一些 自身重量要 大 灵活性不如单级装卸叉车 综合两种叉车的特点和优缺点 我选择单极电动叉车 因为两种叉车起升原理是 一样的 其结构也很相似 只要熟悉了单极电动叉车的原理 双级电动叉车也就知道 了 而在日常生活中 使用双极叉车的并不比单级的多 单级叉车在工厂 车间 仓 库 车站 码头等地的货物装卸 搬运 码垛作业中都很常用 而双极叉车一般只用 于要求一定高度的搬码垛等 所以我选择单极电动叉车 2 2 设计思路设计思路 本课题的目的在于实践环节中 主要是针对应用方面的设计和实用零件的选用等 在设计过程中没有太深奥的研究内容 也没有太难的设计计算 主要在于对实用型设 备的校核 实用零件的计算选用等 比如如何选用电机 链条等 还有如何设计选用 滚轮 油缸 在选用油缸过程中 需要查很多手册查找参数 比如油缸内径 轴杆径 原始长度等 这样就不会产生学到的知识用不上的情况 能够学以致用 不但完成好 了学习任务 而且还学到了一门技术 为以后就业打下更扎实的基础 2 3 本次毕业设计的设计方案本次毕业设计的设计方案 在正式设计前我根据课题制定了两套设计方案 主要是针对设计单级还是双级的 问题 以及在载重问题的选择 在指导老师的建议下 我选择了单级电动叉车 因为 这种型号的叉车在生活中应用比较广 大众化 整体设计主要包括以下几个部分 机械结构 机械传动 动力装置 电器设备 设计内容包括各个装备的由来 结构 校核 用途等 叉车驱动桥设计 6 第第 3 章章 双电动机驱动桥设计双电动机驱动桥设计 3 1 驱动系统总体设计驱动系统总体设计 驱动系统的总体设计方案示意图如图 3 1 所示 采用单电机集中驱动系统 由减 速箱总成 差速器总成及驱动桥组成 驱动电机与减速器主动齿轮直接相连 通过两 级减速 将扭矩传送到左右两个驱动轮 电机轴线与车轮轴线平行 因此减速器采 7 用两极圆柱齿轮传动 半轴采用全浮式结构 与轮毂用螺钉连接传递转矩 桥壳采用 组合式结构 一端由轮毂轴承支承在车轮上 另一端与减速器相连 桥壳的设计还要 与悬架等配合 根据它的结构和尺寸设计连接部件 7 3 2 减速器的设计减速器的设计 3 2 1 传动比分配传动比分配 总传动比 故采用两级圆柱齿轮减速器 9 15i 根据的经验公式 取 21 4 1 ii 1 3 55i 2 2 54i 3 2 2 运动和动力参数计算运动和动力参数计算 高速轴 0 2 2Pkw 0 2800 minnr 000 9550 9550 2 2 28007 5TPnN m 中间轴 1012 3 0 98 0 982 1PPkw 101 2800 3 55789 minnnir 111 9550 9550 2 1 78926 625TP nN m 低速轴 2112 2 1 0 98 0 982 0PPkw 212 789 2 54311 minnnir 222 9550 9550 2 0 31164 95TPnN m 3 2 3 齿轮参数计算齿轮参数计算 高速级齿轮传动设计 1 齿轮均采用斜齿传动 6 级精度 齿面渗碳淬火 材料选择 小齿轮 38SiMnMo 调质 硬度 320 340HBS 大齿轮 35SiMn 调质 硬度 280 300 HBS 查得 790 760 lim1H 2 N mm lim2H 2 N mm 640 600 1FE 2 N mm 2FE 2 N mm 2 按接触强度初步确定中心距 并初选主要参数 3 1 1 3 2 4761 aHP KT au u 式中 小齿轮传递的转矩 7 5 1 TN m 载荷系数 K K 1 6 常州工学院毕业设计 7 齿宽系数 取 0 4 a a 齿数比 u 暂取 u 3 55 许用接触应力 HP lim lim H HP H S 取最小安全系数 1 1 按大齿轮计算 limH S 691 2 760 1 1 HP 2 N mm 2 N mm 将以上数据代入计算中心距的公式得 56 3 2 1 6 7 5 4763 55 1 0 4 6913 55 a mmmm 圆整为标准中心距为 60 amm 按经验公式 0 007 0 02 0 007 0 02 60 0 42 1 2 n ma mm 取标准模数 1 n mmm 初取 10 cos cos100 985 1 2 cos2 60 0 985 25 98 113 55 1 n a Z mu 取 1 26Z 21 26 3 5592 393ZuZ 精求螺旋角 12 12693 cos0 99 22 60 n mZZ a 所以8 6 1 1 0101 cos0 99 n t m m 11 1 0101 2626 263 t dm Zmm 0 4 6024 a bamm 3 校核齿面接触疲劳强度 3 2 1 1 t HHEAVHH F u Z Z ZK K KK bdu 式中分度圆上的圆周力 t F 1 1 22 0 75 571 0 02626 t T FNN d 使用系数 1 5 AA KK 动载系数 V K 叉车驱动桥设计 8 3 3 2 11 2 1 2 1 1001 V A KZ vu K F u KK b 1 1 26 26 2800 3 85 60 100060 1000 d n vm s 根据齿轮圆周速度 齿轮精度等级为 9 级 12 13 3 0 0087KK 将有关值代入式 3 17 得 2 2 13 326 3 853 55 11 36 571 1001 3 6 1 50 0087 24 V K 齿向载荷系数 H K 2 3 1 1 120 180 15 10 H b Kb d 2 3 24 1 120 180 15 1024 26 26 1 26 齿向载荷分配系数 按 查得 H K 2 1 5 571 2435 69 AT K FbN mm 1 1 H K 节点区域系数 按 查得 H Z8 6 0 x 2 74 H Z 查得 2 189 8 E ZN mm 接触强度计算的重合度及螺旋角系数查得 Z 首先计算当量齿数 1 1 33 26 26 80 cos0 99 v Z Z 2 2 33 93 95 85 cos0 99 v Z Z 求当量齿轮的端面重合度 按 分 vv 12 8 6 26 80 95 85 vv ZZ 别查得 所以 0 82 0 92 0 820 921 74 v 按 纵向重合度 24 124 m b m 8 6 1 0 按 查得 1 74 v 1 0 8 6 0 77Z 将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得 5714 55 2 47 189 8 0 771 5 1 36 1 26 1 1 24 26 263 55 H 2 654 N mm 计算安全系数 H S 常州工学院毕业设计 9 3 4 limHNTLVRWX H H ZZZ Z S 式中 寿命系数 先计算应力循环次数 NT Z 9 11 6060 1 2800 180003 02 10Nknt 8 22 6060 1 789 180008 52 10Nkn t 对调质钢 查得 12 0 90 1 02 NTNT ZZ 润滑油模影响系数 按照 选用 220 号中级压型工业齿轮油 其 LVR Z3 58 vm s 运动粘度 查得 2 40 220 vmms 1 08 LVR Z 工作硬化系数 因为小齿轮齿面未硬化处理 齿面未光整 故取 W Z1 W Z 接触强度计算的尺寸系数 1 0 X Z 将以上数值代入安全系数的计算公式得 1 790 0 90 1 08 1 1 0 1 17 654 H S 1 760 1 02 1 08 1 1 0 1 28 654 H S 查得 lim 1 1 H S 故安全 limHH SS 4 校核齿根弯曲疲劳强度 3 5 t FAVFFFS n F K K KKY Y bm 式中弯曲强度计算的载荷分布系数 F K 1 26 FH KK 弯曲强度计算的载荷分配系数 F K 1 1 FH KK 复合齿行系数 按 查得 FS Y 12 26 8 95 85 vv ZZ 12 4 17 3 95 FSFS YY 弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数 按 查得Y 1 74 8 6 v 0 67Y 将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得 1 571 1 5 1 36 1 26 1 1 4 17 0 67 24 1 F 2 187 9 N mm 2 2 21 1 187 9 3 95178 0 4 17 FS FF FS Y N mm Y 计算安全系数 F S 3 6 FENTrelTRrelTX F F Y YYY S 式中 寿命系数 对调质钢 按 查得 按 NT Y 9 1 3 024 10N 1 0 98 NT Y 查得 9 2 1 512 10N 2 0 99 NT Y 叉车驱动桥设计 10 相对齿根圆角敏感系数 12 1 relTrelT YY 相对齿根表面状况系数 齿面粗糙度 得 12 1 6 aa RRm 1 RrelT Y 尺寸系数 查得 X Y1 X Y 将以上数值代入安全系数的公式得 F S 640 0 98 1 1 1 3 34 187 9 F S 600 0 99 1 1 1 3 34 178 0 F S 查得 取 min 1 6 F S 及均大于 故安全 1F S 2F S minF S 5 主要几何尺寸 12 1 1 0101 26 93 8 6 nt mmm mmm zz 11 26 1 010126 263 t dz mmmmm 22 93 1 010193 939 t dz mmmmm 11 226 2632 128 263 aa ddhmm 22 293 9292 195 939 aa ddhmm 12 11 26 26393 93960 22 addmm 0 4 6024 h bamm 取 12 26 24bmm bmm 低速级齿轮传动设计 1 齿轮均采用斜齿传动 6 级精度 齿面渗碳淬火 材料选择 小齿轮 38SiMnMo 调质 硬度 320 340HBS 大齿轮 35SiMn 调质 硬度 280 300 HBS 查得 790 760 lim1H 2 N mm lim2H 2 N mm 640 600 1FE 2 N mm 2FE 2 N mm 2 按接触强度初步确定中心距 并初选主要参数 3 1 2 3 2 4761 aHP KT au u 式中 小齿轮传递的转矩 26 625 2 TN m 载荷系数 K K 1 6 齿宽系数 取 0 54 a a 齿数比 u 暂取 u 2 54 许用接触应力 HP lim lim H HP H S 取最小安全系数 1 1 按大齿轮计算 limH S 691 2 760 1 1 HP 2 N mm 2 N mm 常州工学院毕业设计 11 将以上数据代入计算中心距的公式得 74 9 3 2 1 6 26 625 4762 54 1 0 4 6912 54 a mmmm 圆整为标准中心距为 100 amm 按经验公式 0 007 0 02 0 007 0 02 100 0 7 2 n ma mm 取标准模数 1 5 n mmm 初取 10 cos cos100 985 1 2 cos2 100 0 985 55 65 112 54 1 n a Z mu 取 1 37Z 21 37 2 5493 9894ZuZ 精求螺旋角 12 1 53794 cos0 9825 22 100 n mZZ a 所以10 43 1 5 1 5267 cos0 9825 n t m m 11 1 5267 3756 49 t dm Zmm 0 4 10040 a bamm 3 校核齿面接触疲劳强度 3 2 1 1 t HHEAVHH F u Z Z ZK K KK bdu 式中分度圆上的圆周力 t F 2 1 22 26 625 943 0 05649 t T FNN d 使用系数 1 5 AA KK 动载系数 V K 3 3 2 11 2 1 2 1 1001 V A KZ vu K F u KK b 12 56 49 789 2 33 60 100060 1000 d n vm s 根据齿轮圆周速度 齿轮精度等级为 9 级 12 13 3 0 0087KK 将有关值代入式 3 17 得 叉车驱动桥设计 12 2 2 13 337 2 332 54 11 3 943 10012 54 1 50 0087 40 V K 齿向载荷系数 H K 2 3 1 1 120 180 15 10 H b Kb d 2 3 40 1 120 180 15 1040 56 49 1 22 齿向载荷分配系数 按 查得 H K 2 1 5 943 4035 36 AT K FbN mm 1 1 H K 节点区域系数 按 查得 H Z10 43 0 x 2 47 H Z 查得 2 189 8 E ZN mm 接触强度计算的重合度及螺旋角系数查得 Z 首先计算当量齿数 1 1 33 37 38 33 cos0 9825 v Z Z 2 2 33 94 97 38 cos0 9825 v Z Z 当量齿轮的端面重合度 按 分 vv 12 10 43 38 33 97 38 vv ZZ 别查得 所以 0 82 0 88 0 820 881 70 v 按 纵向重合度 40 40 140 m m 10 43 1 4 按 查得 1 70 v 1 4 10 43 0 76Z 将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得 9432 54 1 2 47 189 8 0 761 5 1 3 1 22 1 1 40 53 492 54 H 2 451 N mm 计算安全系数 H S 3 4 limHNTLVRWX H H ZZZ Z S 式中 寿命系数 先计算应力循环次数 NT Z 8 11 6060 1 789 180008 52 10Nknt 8 22 6060 1 311 180003 36 10Nkn t 对调质钢 查得 12 0 90 1 02 NTNT ZZ 润滑油模影响系数 按照 选用 220 号中级压型工业齿轮油 其 LVR Z2 33 vm s 常州工学院毕业设计 13 运动粘度 查得 2 40 220 vmms 0 95 LVR Z 工作硬化系数 因为小齿轮齿面未硬化处理 齿面未光整 故取 W Z1 W Z 接触强度计算的尺寸系数 1 0 X Z 将以上数值代入安全系数的计算公式得 1 790 1 02 0 95 1 1 0 1 30 451 H S 1 760 1 08 0 95 1 1 0 1 33 451 H S 查得 故安全 lim 1 1 H S limHH SS 4 校核齿根弯曲疲劳强度 3 5 t FAVFFFS n F K K KKY Y bm 式中弯曲强度计算的载荷分布系数 F K 1 20 FH KK 弯曲强度计算的载荷分配系数 F K 1 1 FH KK 复合齿行系数 按 查得 FS Y 12 38 33 97 38 vv ZZ 12 4 15 3 96 FSFS YY 弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数 按 查得Y 1 7 10 43 v 0 67Y 将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得 1 943 1 5 1 3 1 2 1 1 4 15 0 67 40 1 5 F 2 112 5 N mm 2 2 21 1 112 5 3 96107 3 4 15 FS FF FS Y N mm Y 计算安全系数 3 6 F S FENTrelTRrelTX F F Y YYY S 式中 寿命系数 对调质钢 按 查得 按 NT Y 8 1 8 52 10N 1 0 98 NT Y 查得 8 2 3 36 10N 2 0 99 NT Y 相对齿根圆角敏感系数 12 1 relTrelT YY 相对齿根表面状况系数 齿面粗糙度 得 12 1 6 aa RRm 1 RrelT Y 尺寸系数 查得 X Y1 X Y 将以上数值代入安全系数的公式得 F S 640 0 99 1 1 1 5 63 112 5 F S 600 0 99 1 1 1 5 54 107 3 F S 查得 取 及均大于 故安全 min 1 6 F S 1F S 2F S minF S 叉车驱动桥设计 14 5 主要几何尺寸 12 1 5 1 5267 37 94 10 43 nt mmm mmm zz 11 37 1 526756 488 t dz mmmmm 22 94 1 5267143 510 t dz mmmmm 11 256 4882 1 559 488 aa ddhmm 22 2143 5102 1 5146 510 aa ddhmm 12 11 56 488 143 510100 22 addmm 取0 4 10040 h bamm 12 42 40bmm bmm 3 2 4 轴的设计轴的设计 材料选择 45 钢 调质处理 硬度 217 255HBS 许用疲劳应力 MPa207 180 1 1 高速轴 a 最小轴径的确定 取 A 115 0 3 3 44 0 112 2 11510 6 11 0 282800 P dAmm n 由于有花键 适当增加轴径 取 1min 15dmm b 主要分布零件有 齿轮 轴承 轴承端盖等 c 根据工况 选择轴承类型为滚动轴承 6002 基本尺寸 15mm 32mm 9mm 配合轴段直径为 15mm d 齿轮安装 安装轴段直径 24mm 轴段长度 26mm e 齿轮定位 由于齿轮分度圆直径小于两倍轴径 故齿轮采用齿轮轴 2 中间轴 a 中间轴为实心轴 故 0 取 A 115 1 3 3 1 2 1 11515 9 789 P dAmm n 由于开有键槽 轴径适当增加 取 2min 20dmm b 主要分布零件有 齿轮 轴承 键 轴承端盖等 c 根据工况 选择轴承类型为滚动轴承 6004 基本尺寸 20mm 42mm 12mm 配合轴段直径 20mm 1 2 26 263 0 28 93 939 d d 常州工学院毕业设计 15 d 齿轮安装 安装轴段直径 大齿轮 25mm 小齿轮 25mm 安装轴段长度 大齿轮 32mm 小齿轮 40mm e 齿轮定位 大齿轮 一端采用轴肩定位 轴段直径 32mm 轴段长度 8mm 另一端采用套筒定位 套筒内径 20mm 外径 28mm 长度 10mm 径向定位采用平键 基本尺寸 33mm 10mm 8mm 小齿轮 一端采用轴肩定位 轴段直径 25mm 轴段长度 42mm 另一端采用套筒定位 套筒内径 20mm 外径 32mm 长度 4mm 径向定位采用平键 基本尺寸 26mm 8mm 7mm 3 2 5 平键的强度校核平键的强度校核 中间轴 单个平键 基本尺寸 26mm 8mm 7mm 键连接的许用挤压应力MPa p 100 故满足要求 1 44 26625 20 48 25 8 26 pp T MPa dhl 3 2 6 轴的强度校核轴的强度校核 1 高速轴 高速轴的受力分析如图 3 1 所示 高速轴传递的转矩 0 7500TN mm 齿轮的圆周力 0 1 1 22 7500 571 26 263 t T FN d 齿轮的径向力 11 tantan20 571211 3 coscos8 6 n rt FFN 齿轮的轴向力 11tan 571 tan8 680 0 at FFN 计算作用在轴上的支反力 如图 3 1 a 垂直面内的支反力 121 2 571 2285 5 vvt FFFN 如图 3 1 c 水平面内的支反力 1111 2 211 3 3280 0 26 263 2 11071 0 hrBCaAB FFlFdl N 211 211 371 0140 3 hrh FFFN 计算齿轮中心 C 处的弯矩 1 285 5 7822269 vvAC MFlN mm 11 71 0 785538 hhAC MFlN mm 1111 2 71 0 7880 0 26 263 24487 5 hhACa MFlFdN mm 画出高速轴在垂直面和水平面内的弯矩图 如图 3 1 b d 所示 计算 C 处的合成弯矩 2222 11 22269553822947 vh MMMN mm 叉车驱动桥设计 16 2 222 21 222694487 522716 vh MMMN mm 画出合成弯矩图如图 3 2 e 所示 画出扭矩图如图 3 2 f 所示 F v1 NFF n tr 5 335 195012cos 20tan 8 898 cos tan 11 Fv2 T0 Ft1 Fh1Fh2 Fr1 Fa1 22269N m m 5538N mm 4487 5N m m 22947N mm 22716N mm 7500N mm 图图 3 2 高速轴受力分析图高速轴受力分析图 校核轴的强度 由弯矩图和扭矩图可以看出 承受最大弯矩和扭矩的截面 C 处是 危险截面 对其进行校核 按转矩为脉动变化取修正系数 由于截面 C 处为实心轴 故 7 0 0 则 2222 1 1 33 1 22947 0 7 7500 13 0 10 1 26 263 c MT MPa d 故轴的强度满足要求 2 中间轴 中间轴的受力分析如图 3 2 所示 中间轴传递的转矩 1 26625TN mm 齿轮的圆周力 21 571 tt FFN 常州工学院毕业设计 17 1 3 3 22 26625 942 7 56 488 t T FN d 齿轮的径向力 21 211 3 rr FFN 33 tantan20 942 7346 6 coscos8 6 n rt FFN 齿轮的轴向力 21 80 0 aa FFN 33tan 942 7tan8 6134 2 at FFN 计算作用在轴上的支反力 如图 3 2 a 垂直面内的支反力 123 571 78942 7 34 110696 3 vtBCtBDAB FFlFll N 2231 571 942 7696 3817 4 vttV FFFFN 如图 3 2 c 水平面内的支反力 1322233 2 2 346 6 34211 3 4580 0 143 510 2 134 2 56 488 2 110 38 4 hrBDrBCaaAB FFlFlFdFdl N 2321 346 6211 338 496 9 hrrh FFFFN 计算齿轮中心的弯矩 21 696 3 2215318 6 vvAC MFlN mm 32 817 4 3427791 6 vvBD MFlN mm 21 38 4 22844 8 hhAC MFlN mm 2122 2 38 4 2280 0 143 510 24895 6 hhACa MFlFdN mm 32 96 9 343294 6 hhBD MFlN mm 3332 2134 2 56 488 296 9 34495 7 hahBD MFdFlN mm 画出中间轴垂直面和水平面内的弯矩图 如图 3 2 b d 所示 计算 C 处和 D 处的合成弯矩 2222 122 15318 6844 815341 9 Cvh MMMN mm 2 222 222 15318 6 4895 6 16081 9 Cvh MMMN mm 2222 133 27791 6 3294 6 27986 2 Dvh MMMN mm 2 222 233 27791 6 495 7 27796 0 Dvh MMMN mm 画出合成弯矩图 如图 3 3 e 所示 画出扭矩图 如图 3 3 f 所示 叉车驱动桥设计 18 Fv1Fv2 Ft2Ft3 a Fh1Fh2Fr2Fa2 Fa3 Fr3 b c d e f CD B 15318 6 N mm 27791 6 N mm 3294 6N mm 844 8N mm 495 7N mm 4895 6N mm 15341 9N m m 16081 9N m m 27796 9N m m 27986 9N m m 26625N m m 图图 3 3 中间轴受力分析图中间轴受力分析图 校核轴的强度 由弯矩图和扭矩图可以看出 承受最大弯矩和扭矩的截面 D 处 即 齿轮 3 的中心处是危险截面 对其进行校核 按转矩为脉动变化取修正系数 由于截面 C 处为实心轴 故 7 0 0 常州工学院毕业设计 19 则 2222 1 33 1 27986 9 0 7 26625 1 9 0 10 1 56 488 c MT MPa d 故轴的强度满足要求 3 2 7 轴承的寿命校核轴承的寿命校核 设计标准 hLh5000 1 高速轴轴承 轴承代号 6002 查阅 机械设计手册 得 Cr 5580N Co 2850N 根据工况 载荷平稳 取 1 1 p f 由 机械设计 表 17 5 知 rs FF5 0 FraFrb Fa1 FsaFsb 图图 3 4 高速轴轴承受负荷示意图高速轴轴承受负荷示意图 计算轴承径向载荷 2222 11 285 571 0294 2 ravh FFFN 2222 22 285 5140 3318 1 rbvh FFFN 计算附加轴向力 0 50 5 294 2147 1 sara FFN 0 50 5 318 1159 05 sbrb FFN 计算轴承所受轴向载荷 因为 1 159 0580 0239 05 sbasa FFNF 所以左端轴承 a 被压紧 右端轴承 b 被放松 由此可得 1 159 0580 0239 05 aasba FFFN 159 05 absb FFN 计算当量动载荷 0 239 05 0 084 2850 aa F C 由 机械设计 表 17 7 查得 e 0 28 由于 查 机械设计 表 17 7 得 X 0 56 Y 1 55 239 05 0 81 294 2 aa ra F e F 当量动载荷 1 1 0 56 294 2 1 55 239 05 588 8 apraaa PfXFYFN 计算轴承寿命 叉车驱动桥设计 20 故满足要求 66 3 0 10105580 5066 6060 2800588 8 r hh a C LhL nP 2 中间轴轴承 轴承代号 6004 查阅 机械设计手册 得 Cr 9380N Co 5020N 根据工况 载荷平稳 取 1 1 p f 由 机械设计 表 17 5 知 rs FF5 0 FraFrb Fa2 FsaFsb Fa3 图图 3 5 中间轴轴承受负荷示意图中间轴轴承受负荷示意图 计算轴承径向载荷 2222 11 696 338 4697 4 ravh FFFN 2222 22 817 496 9823 1 rbvh FFFN 计算附加轴向力 0 50 5 697 4348 7 sara FFN 0 50 5 823 1411 55 sbrb FFN 计算轴承所受轴向载荷 因为 23 348 780 0 134 2562 9 saaasb FFFNF 所以右端轴承 b 被压紧 左端轴承 a 被放松 由此可得 348 7 aasa FFN 562 9 ab FN 计算当量动载荷 0 348 7 0 069 5020 aa F C 查 机械设计 表 17 7 并用线性插值法得 e 0 27 由于 348 7 0 50 697 4 aa ra F e F 查 机械设计 表 17 7 并用线性插值法求得 X 0 56 Y 1 64 当量动载荷 1 1 0 56 697 4 1 64 348 7 1058 6 apraaa PfXFYFN 计算轴承寿命 故满足要求 66 3 1 10109380 14695 6060 7891058 6 r hh a C LhL nP 常州工学院毕业设计 21 3 2 8 减速器箱体的设计减速器箱体的设计 减速器箱体是减速器中结构和形状最复杂的部件 大都采用铸造生产 在箱体 16 的设计过程中 不仅要保证一定