[CAD图纸全套]履带车辆主动轮减速装置设计

本科学生毕业设计 履带车辆主动轮减速装置设计 系部名称 ： 汽车与交通工程学院 专业班级 ： 车辆工程 学生姓名 ： 宋 磊 指导教师 ： 朱荣福 职 称 ： 讲 师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 s 011龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 在履带车辆中，减速传动装置是重要的 组成部分之一，本文主要以主动轮减速器设计为主，在履带车辆中主动轮减速器起着重要的作用。主要的作用：降低电动机传动主动的转速，并增大传递到主动轮的转矩，是履带车辆有足够的动力性，满足履带车辆起步、加速、通过性。 本设计为履带车辆主动轮减速器设计，主要介绍齿轮是减速器的选择以及传动方案的选择。为适应履带车的行驶条件需要，通过履带车辆的车重和最大行驶速度，计算出履带车辆行驶中所需的最大功率最大扭矩。根据最大功率计算总传动比，是总传动比能达到减速比的要求，并进行传动比的分配和确定各轮齿齿数和尺寸，以及确定选择使用单 级传动和二级传动。根据计算要求确定输入输出轴轴颈计算和轴段长度的计算以及轴的校核。最后进行密封件的选择和轴的工艺分析。选择合适的密封件并满足设计要求，另外轴在加工时要有一定的技术要求，加工后的轴应满足技术和设计要求。 关键词 ： 减速传动装置；传动比；传动比；校核 ； 密封件 黑龙江工程学院本科生毕业设计 in is an of is in of an of to is to is of of to of of On of in of 龙江工程学院本科生毕业设计 录 摘 要 . I . 一章 绪 论 . 1 题的目的及意义 . 3 . 4 . 5 要工作内容 . 6 第二章 减速器传动方案的确定 . 6 . 6 . 6 . 8 . 11 . 14 . 14 . 14 . 16 章小结 . 19 第三章 齿轮结构设计与计算 . 20 星排的配齿计算及强度校核 . 20 配传动比 . 20 星齿轮传动齿数确定的条件 . 22 速器高速级的计算 . 26 . 26 算高速级 A . 30 黑龙江工程学院本科生毕业设计 验算 A C 传动弯曲疲劳强度的校核 . 37 据接触强度计算来确定内齿轮材料 . 40 . 40 速器低速级的计算 . 40 齿计算 . 40 接触强度初算 A . 40 星排齿轮结构参数的计算 . 41 算 A C、 C . 43 章小结 . 43 第四章 轴及轴上支承联接件的校核 . 44 . 44 . 44 的初算及材料选择 . 44 速轴的校核 . 45 速轴的受力分析 . 45 当量弯矩校核轴的强度 . 46 . 47 速轴的受力分析 . 47 当量弯矩校核轴的强度 . 48 . 49 入轴上的花键校核 . 50 . 51 . 51 . 51 承承载能力的计算 . 51 承的寿命计算 . 54 章小结 . 55 第五章 减速器密封及轴工艺分析 . 55 述 . 55 封形式的选择 . 55 黑龙江工程学院本科生毕业设计 V 封形式的分类 . 55 封形式的选择 . 57 . 58 . 58 结 论 . 59 参考文献 . 60 致 谢 . 61 附 录 A. 62 附 录 B. 67 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 买文档送全套 纸，扣扣 414951605 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 第一章 绪 论 题的目的及意义 行星齿轮的传动应用已有几十年的历史。由于行星齿轮传动是把定轴线传动改为动轴线传动，采用功率分流，用数个行星齿轮分担载荷，并且合理应用内啮合，以及采用合理的均载装置，使行星齿轮传动有许多重大的优点。这些有点主要有质量轻、体积小、传动范围大，承载能力不受限制，进出轴呈同一轴线；同时效率高。 与普通定轴齿轮传动相比，行星齿轮传动最主要的特点就是它至 少有一个齿轮的轴线是动轴线，因而称为动轴轮系。行星齿轮传动中，至少有一个齿轮即绕动轴线自传，同时又绕定轴线公转，既作行星运动，所以通常称为行星齿轮传动。 目前履带车辆所采用的减速器为行星齿轮减速器，与传统减速器相比具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。本设计通过对军用履带车采用的行星齿轮减速器的结构设计，初步计算出各零件的设计尺寸和装配尺寸，并对设计结果进行参数化分析，为行星齿轮减速器产品的开发和性能评价，实现行星齿轮减速 器规模化生产提供了参考和理论依据。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 行星齿轮传动的特点： 1）把定轴线传动给为动轴线传动； 2）功率分流，采用数个行星齿轮传递载荷； 3）合理地应用内啮合。 行星齿轮传动的优越性： 1）体积小、质量轻，只相当一般齿轮传动的体积、质量的 1/2 1/3； 2）承载能力大，传递功率范围及传动比范围大； 3）运行噪声小，效率高，寿命长； 4）由于尺寸和质量减少，就能够采用优质材料与实现硬齿面等化学处理，机床工具规格小，精度和技术要求容易达到； 5）采用合理机构，可以简化制造工艺，从而使中小型制造厂就能够制造，并易于推广和普及； 6） 采用行星齿轮机构，用两个电机可以达到变速要求。由此可见，行星齿轮传动是一种先进的齿轮传动结构。 轮式减速器发展现状 齿轮是广泛使用的传动元件。目前世界上利用齿轮最大传递功率可达6500大线速度达 210m s；齿轮最大重量达 200t，组合式齿轮最大直径达 25 6m，最大模数 m 达 50国自行设计的高速齿轮增速器和减速器的功率已达 44000轮圆周速度达 150m s 以上。 齿轮减速器 是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换，将电动机的回转数减 速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中， 齿轮减速器 的应用范围相当广泛 ， 几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹 。齿轮减速器 具有减速及增加转矩 作用， 因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。 齿轮减速器 的作用主要有： (1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。 (2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。 齿轮减速器 一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机，内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴 上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速 器 也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。 齿轮减速器 是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。 齿轮 减速器按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 轮减 速器的发展趋势 随着社会的发展、时间的推移，齿轮技术进展的步伐越来越迅速。近年来，工业发达国家制造的机械装置向着大型、精密、高速、成套和自动化方向发展，有的则向小型、轻量化方向发展，从而推动了齿轮的技术的进步。 概括起来说，当今世界各国齿轮技术发展的总趋势向六高、二低、二化的方向发展。六高及高承载能力、高齿轮面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本、二化即标准化、多样化。 1 在产品设计阶段，就同时进行工艺过程设计及安排产品整个生产周期个配套环节。市场的快速反映大大缩短了产品投放 市场的时间。零部件企业正向大型化、专业化、国际化发展。齿轮产品将成为国际采购、国际配套的产品。 适应市场要求的新产品开发，关键工艺技术的创新竞争，产品质量竞争以及员工技术素质与创新精神，是 2l 世纪企业竞争的焦点。在 2l 世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。由于计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度、加工效率大为提高，从而推动了机械传动产品多样化，整机配套的模块化、标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致、美观。 数控机床和工艺技术的发展，推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电 子控制、液压传动，齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将成为新型传动产品发展的重要趋势。 工业通用变速箱是指为各行业成套装备及生产线配套的大功率和中小功率变速箱。国内的变速箱将继续淘汰软齿面，向硬齿面 (50 60高精度 (45 级 )、高可靠度软启动、运行监控、运行状态记录、低噪声、高的功率与体积比和高的功率与重量比的方向发展。中小功率变速箱为适应机电一体化成套装备自动控制、自动调速、多种控制与通讯功能的接口需要，产品的结构与外型在相应改变。矢量变频代替 直流伺服驱动，已成为近年中小功率变速箱产品 (如摆轮针轮传动、谐波齿轮传动等 )追求的目标。 随着我国航天、航空、机械、电子、能源及核工业等方面的快速发展和工业机器人等在各工业部门的应用，我国在谐波传动技术应用方面已取得显著成绩。同时，随着国家高新技术及信息产业的发展，对谐波传动技术产品的需求将会更加突出。中国齿轮行业在 20 世纪 90 年代的快速发展，已基本完成由卖方市场投到买方市场的转变。随着我国体质的个改革的深入，充分发挥行业协会的作用，加强行业自律性的市场约束，形成有序竞争的市场制度，是当前是的发展的迫切黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 任务 。 减速器和齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因此开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。 要工作内容 以履带车辆主动轮减速机构设计为主要研究对象，对主动轮减速器进行了研究设计，确定主动轮行星齿轮减速器选择，对行星齿轮减速器的基本工作原理进行分析选择、行星齿轮传动设计与校核。主要内容包括： 星齿轮工作原理以及配齿、传动比确定； 轮齿齿数和尺寸确定； 颈计算以及输入轴输出轴设计校核； 的工艺分析。 第二章 减速器传动方案的确定 体方案的确定 速器的类型及特点 减 速器的功用是改变发动机传动到驱动轮上的转矩和转速，使车辆在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行使条件下工作，使车辆获得足够的牵引力和行驶速度。减速器的传动方案有多种多样，各有各的特点。一般常见行星齿轮减速器的分类及型式及其应用范围如表 星齿轮减速器主要类型与特点 所示。 表 星齿轮减速器主要类型与特点 序号 传动简图 传动比范围 传动效率 传动功率范围 制造工艺 性 应用场合 说明 基本结构命名 啮合方式命名 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 1 2限 加工与装配工艺较简单。 可用于任何工作情况下，功率大小不受限制。 具有内位啮合的 2号机构）。 2 2 7 17 限 因有双联齿轮，使加工与装配复杂。 同型2 具有内外啮合的 2号机构）。 3 2 30100传动效率很小时，可达 1700 效率低、且随传动比 下降，并有自锁可能。 小于或等于30 制造精度要求较高 适用于短期间断工作场合，推荐用于特轻型工作制度。 双内啮合 2号机构）。 4 2 效率低、且随传动比 有自锁可能。 15造与装配工艺性不佳。 推荐只在特轻型工作制度下用，最好不用于动力传动。 双外啮合 2号机构）。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 5 320100小功率可达 500以上 效率较低，且随传动比增入而下降，并有自锁可能。 96造与装配工艺性不佳。 适用于短期间断工作场合。 6 7 71 6形及输出机构要求较高。 动方案分析 本设计为电动机驱动主动轮，电动机代替发动机驱动主动轮。 电动机横置于履带车辆前主动轮左右两侧，故其传动方向大致一致，不会出现交角的传动。且由于坦克传动属于大功率传动，传动比不算太大，采用蜗杆、齿轮螺杆减速器不合适，因为要求的传动比太大；若采用摆线针轮减速器和协波齿轮减速器也同样不合适，因为这两样传动在实际应用中技术还不成熟，且要求传递功率较小和传动比范围太大 ，根本不适用于坦克等履带车辆做减速器。剩下可考虑圆柱齿轮减速器和行星齿轮减速器两种传动方案了。 从表 轴传动减速器主要类型与特点所示可以看出圆柱齿轮减速器可以做成单级、两级、三级三种，做为定轴式减速器，轮齿可以做成直齿、斜齿和人字齿。传动轴线平行，结构简单，精度易于保证，由于结构简单，早期坦克、汽车、拖拉机有着广泛的应用。还可分为同轴线式和非同轴线式，非同轴线式还可分为展开式和分流式。展开式是两级减速器中最简单的一种，齿轮相对轴承位置不对称，轴产生弯曲变形时，载荷分布不均匀，因此轴应有较大的刚度。分流 式齿轮与轴承对称布置，载荷沿齿宽分布均匀。此外，还有同轴线式传动方式，就是输入轴与输出轴同轴。 表 轴传动减速器主要类型与特点 类别 级数 推荐传动比范围 特点及应用 圆柱 单级 调质齿轮 应用广泛，结构简单，精度容易保证。黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 齿轮减速器 0 2 龙江工程学院本科生毕业设计 21 上表摘自机械设计手册，由于本设计采用 减速器，故对于其它类型减速器传动比范围略过没写在上面。表中数值为在良好设计条件下。在一般的设计中，传动比若接近极限值时，通常要进行邻接条件的验算。由以上计算传动比得 于 采用单级传动则由上表可以看出，只能选用 3 个行星轮数目，才能满足传动比的要求。 如果采用单级行星齿轮传动，可以看出齿数必然很多，直径必然很大，这样对于设计 空间可能不够在直径方向有可能超出范围。且在轴向方向空间利用率不高，轴伸过长，不容易于支撑。因此依据前人的经验，决定采用 两级减速传动进行设计计算。由上表选用 4 个行星轮。 接下来则要决定如何确定传动比的分配了，多级行星齿轮传动的各级传动比的分配原则是各级传动的等强度和获得最小的外形尺寸。在两级 2行星齿转动中，欲得到最小的传动径向尺寸，可使低速级内齿轮分度圆直径与高速级被齿轮分度圆直径之比接近 1。通常使于 1 2两级行星齿轮传动的传动比分配如图 星齿轮传动比分配图所示。 图 2星齿轮传动比分配图 图中 i 分别为高速级及总的传动比， 3 d 2 2 2 l i 2 l i ms d c v H N W Hs d c v H N W K K Z K K Z Z 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 式中： 行星轮数目； d 齿宽系数； 载荷不均匀系数； 接触强度的齿向载荷分布系数； 动载系数； 接触强度的寿命系数； 工作硬化系数； 计算齿轮的接触疲劳极限。 式中和图中代号的角标和分别表示高速级和低速级； , 2用类比法进行试凑，或取三项比值的乘积 22()v H Z 等于 2。如果全部采用硬度 350的齿轮时，可取 22 1 。最后算得之 ，则取 E 6。 设高速级与低速级外啮合齿轮材料，齿面硬度相同，则H , 取C I ， 21 Z ， 21 K ， ， 22 l i 2 l i 3 查表得 7.3i , 8 3 7 上面两个传动比就是分配后得到的两个传动比，是两级 2行星齿轮减速器的串联，下面就要具体设计计算，确定行星齿排的齿数等一系列的参数。 星齿轮传动齿数确定的条件 由于在上一章我们知道了行星齿轮传动的原理， 2减速器为太阳轮输入，齿圈固定，行星架输出。其传动比为 : 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 （一）传动比条件 122113 /11/ 式中 : 2z 为齿圈齿数； 1z 为太阳轮齿数。 其结构参数 1K i （ 对已知机构参数 K 的行星排，其齿轮的齿数和行星轮数有一定的几何关系，设计时需进行计算，称为行星排的配齿计算。在进行配齿计算计算齿数时，需遵循以下条件。 （二）同心条件 对 2三个基本构件的旋转轴线必须重合于主轴线，即其中心轮与行星轮组成的所有啮合副的实际中心距必须相等。为了正确的啮合，各对啮合齿轮之间的中心距必须相等，即三元件的旋转中心必须重合。在 传动，太阳轮 A 和行星轮 等于行星轮 的中心距 即 可如下图 3 2所示。 图 行星轮同心条件示意图 如图，于标准啮合及高变位齿轮，各齿轮的节圆与分度圆重合，上式可写成： c o s c o B z z z z式中： m 为模数； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 为太阳轮齿数； 为行星轮齿数； 为齿圈齿数。 整理后得： 2 c o s c o B z z z z式中： 太阳轮与行星轮的啮合角； 行星轮与齿圈之间的啮合角。 因心条件可以叙述为：太阳轮与齿圈应该同为奇数或同为偶数。 （三）装配条件 欲使数个行星轮均匀地配置在中心轮周围，而且都能嵌入两个中心轮中间，如果行星轮的个数与各齿轮没有满足一定的关系，这些行星轮是装不进去的。因为当第一个行星轮装入之后，两个中心轮的相对位置就确定了，这时按平均布置的其他行星轮在一般情况下就不可能嵌入两个内、外齿中心轮之间，即无法进行装配。为了保证能够装配，设计时必须满足行星轮个数与各齿轮齿数之间符合一定的关系的要求，这就称为装配条件。满足装配条件，可以保证各行星轮均布地安装于两中心齿轮之间，并且与两个中心轮啮合良好没有错位现象。 装配条件可以表述为，应使太 阳轮与内齿轮的齿数和等于行星轮数目公式： q (整数 ) 或 (整数 ) 就是使所选用的 星架上各行星轮的间隔角为： 2j q （ 由推导可知： 2BA 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 当行星轮均匀分布时，将式（ 入得： z （ 这就是行星排的装配条件，可以叙述为行星齿轮数因为齿圈和太阳轮齿数的整因子之一。如果所选齿数之和没有适合的整因子，两行星轮间隔角j必 须满足式（ 条件。这是只要符合同心条件可用四个行星轮，两两对称地分布，也能使径向力相互抵消。 (四 )相邻条件 在行星齿轮传动中，相邻两个行星轮不相互碰撞，必须保证他们之间有一定间隙，通常最小间隙应大于半个模数，这个限制称为邻近条件。除了要满足上述两个条件之外，如果行星轮个数太多，相邻两个行星轮的齿面会发生干涉，根本不能工作或不能装入齿轮。但仅仅不干涉还不够，由于两行星轮靠近处的切线速度是相反的，对于高速运动的齿轮，产生很大的搅油损失，将使传动效率降低，因此两行星轮齿顶圆之间通常应根据模数 m 2 相邻条件必须保证相邻两行星轮互不相碰，并留有大于 模数的间隙，根据相邻条件，相邻两个行星轮的中心距 图 星齿轮相邻条件示意图 即行星轮齿顶圆半径之和小于其中心距 。当行星轮均匀分布时， q=3 一般都不会干涉， q=4且 k 75 10 ,275 10 ,121(11)润滑剂系数 2 选用 250 1 0 0 /v m m s的矿物油润滑， 考虑所采用的润滑剂类型和粘度与实验齿轮的试验条件不同时，对齿轮的许用接触应力的影响系数。由机械设计手册上 14108页查取，得： 12 1 (12） 速度系数 许用接触应力的影响系数。可由机械设计手册 14 109页查取： 1 1 2 0 . 9 9L V Z (13）粗糙度系数 考虑齿轮的齿面粗糙度与实验齿轮不同时，对许用接触应力的影响系数。 由机械设计手册 14 109页查取，大小齿轮齿面粗糙度 R 521 ， 由下式求得： 3211 0 0 1002 黑龙江工程学院本科生毕业设计 36 A 中心距， 查机械设计手册查得： 120 (14）齿面工作硬化系数而使大齿轮的许用接触应力得到提高系数。机械设计手册 14 110 页查取这里取1 (15）接触强度计算的尺寸系数 考虑计算齿轮的模数大于试验 齿轮时，由于尺寸效应使齿轮齿面接触疲劳极限降低的系数。在根据零件大小选材适当，且热处理和硬化层深度选择合理时，一般取 1，这里 12 2。 (16)最小安全系数 在选取安全系数时，应根据传动装置得重要程度、工作要求、经济性和维修难易等因素，综合考虑，并要注意：计算所用的原始数据越接近实际，则安全系数越可取得小些；反之应取大些；不 同的使用场合评定齿轮失效的准则是不同的，如低速车辆齿轮，通常允许少量的塑性变形、点蚀和磨粒磨损，低速软齿面齿轮，允许一定量非扩展性点蚀，航天用齿轮，不允许由任何损伤；由于断齿比点蚀的后果更严重，所以一般弯曲强度的安全愈量应大于接触强度的安全愈量 2。 表 最小安全系数 可靠性要求 最小安全系数 失效概率低于 1/10000 效概率低于 1/1000 效概率低于 1/100 效概率低于 1/10 机械设计手册查得： ， (17）许用接触应力 由 9)中表公式得： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 37 H i nl i 1500 2/ 8 1 5 0 0 （ 18）接触强度判断 H ， 接触强度校核通过。 算 A C 传动弯曲疲劳强度的校核 （ 1）弯曲强度计算的齿向载荷分布系数K时考虑沿齿宽方向载荷分布对齿根弯曲应力的影响系数。可见机械设计手册14 111。 H F 22)/()/(1)/(式中： N 幂指数； 接触强度计算的齿向载荷分布系数； b 齿宽， h 齿高， 25 mh n 6()6(1 )6( 22 N （ 2）应力修正系数考虑了齿根过渡曲线处的应力集中效应，以及弯曲应力以外的其它应力对齿根应力的影响。可按当量齿数和法向变位系数可由机械设计手册 14 120页查取。 变位系数； ， ； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 38 当量齿数； 由上图查得； ， 。 （ 3）弯曲强度计算的重 合度和螺旋角系数 Y 是将载荷由齿顶转换到单对齿啮合区上界点的系数。 对于 21 的齿轮传动， ， ； 1201Y ， 当 1时，按 1计算，当 30 时，按 30 ， 1Y 。 （ 4)计算齿根应力 项目 单位 计算公式 计算齿根应力 N/2 V F F F s K K K Y Y Y 许用齿根应力 N/2l i mm i T N r e l T R r e l T Y 强度条件 F V F F F s K K K Y Y Y 21 / 22 / （ 5）弯曲强度计算的寿命系数91 9 1 0， 102 1 1 0黑龙江工程学院本科生毕业设计 39 查机械设计手册图 14 6）齿根圆角敏感系数示在轮齿折断时，吃根处的理论应力集中超过实际应力集中的程度。可由机械设计手册 14 129页查取，如上图查得 。 （ 7）齿根表面状况系数要是齿根圆角处的粗糙度对齿根弯曲强度的影响。查机械设计手册 14： 0 . 11 . 6 7 4 0 . 5 2 9 1R r e l T 1 21 （ 8） 弯曲强度计算的尺寸系数 考虑计算齿轮的模数大于试验齿轮时，由于尺寸效应使齿轮的弯曲疲劳极限较低的系数。 按上图查取， 1 图 弯曲强度计算的尺寸系数 （ 9）许用齿根应力 l i mm i T N r e l T R r e l T Y 得 ； 2F l i m /500 2F P 2F P 1 / 黑龙江工程学院本科生毕业设计 40 （ 10）弯曲强度校核 F P 2 1 弯曲校核通过。 据接触强度计算来确定内齿轮材料 1l i