【车辆工程类】沙滩车少齿差行星齿轮耦合系统设计研究【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】 (1)【毕业论文说明书】
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【车辆工程类】沙滩车少齿差行星齿轮耦合系统设计研究【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】 (1)【毕业论文说明书】,车辆,工程,沙滩车,少齿差,行星,齿轮,耦合,系统,设计,研究,钻研,全套,cad,图纸,毕业论文,原创,资料,说明书,仿单
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宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 摘要 沙滩车行特点是低速大扭矩这就要求搭载的减速器的体积小、重量轻、传动比大、效率高、承载能力、大运转可靠以及寿命长等。行星减速器虽能满足以上提出的要求，但其成本较高，需要专用设备制造；而渐开线少齿差行星减速器不但基本上能满足以上提出的要求，并可用通用刀具在插齿机上加工，因而成本较低。 本文将以少齿差行星齿轮减速器为例，根据目前国内外发展现状，分析 少齿差行星齿轮传动的优缺点，以及对其传动原理进行一定点阐述。在设计过程中对内啮合传动所产生的各种干涉进行详细的分析和验算，以提高传动效率、精度以及提高其使用寿命为出发点，来选择减速器齿轮的模数等参数，进 少齿差内齿轮副的设计计算，从而最终合理的设计出 少齿差行星齿轮减速器结构。 关键词 ： 沙滩车 少齿差 行星齿轮 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） is by to is in a be on at of as as In of by to to of as a to of 波大红鹰学院毕业设计（论文） 目录 摘要 . 1 . 2 第一章 绪 论 . 5 题背景 . 5 展现况 . 6 计要求 . 6 计任务 . 7 第二章 少齿差行星减速器总体设计 . 8 齿差行星减速器的结构型式 . 8 型少齿差行星减速器 . 8 N 型少齿差行星减速器 . 8 速器结构型式的确定 . 9 动参数计算 . 10 第三章 齿轮传动设计 . 12 数差的确定 . 12 轮齿数的确定 . 12 形角、螺旋角、齿顶高系数 . 12 齿轮的变位系数 . 13 合角与变位系数差 . 14 轮几何尺寸与主要参数的选用 . 14 数的确定 . 14 何参数计算 . 14 度计算与校核 . 19 第四章 传动轴设计 . 22 择轴的材料 . 22 速轴（输出轴）的设计 . 23 步确定轴端直径 . 23 速轴的结构设计 . 23 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 低速轴上的载荷 . 24 弯矩合成应力校核 轴强度 . 25 确校核轴的疲劳强度 . 25 速轴（输入轴、偏心轴）的设计 . 28 步确定轴端直径 . 28 速轴的结构设计 . 28 高速轴上的载荷 . 29 弯矩合成应力校核轴强度 . 30 确校核轴的疲劳强度 . 30 第五章 减速器箱体及其附件设计 . 34 速器箱体简介 . 34 速器箱体材料和尺寸的确定 . 34 速器附件的设计 . 35 重的设计 . 35 速器附件设计 . 35 结 论 . 37 参 考 文 献 . 38 致 谢 . 39 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 第一章 绪 论 题背景 据不完全统计，我国现有沙滩车企业 600 多家，主要分布在浙江、重庆、江苏、上海、山东和广东等地，产品主要在 50间，产量约占世界沙滩车总量的 40%。这些企业中既有传统的摩托车企业，也有全新的专业沙滩车生产厂家，还有从事休闲、体育器械制造的企业。摩托车企业凭借着多年的技术储备，可以轻松地实现从摩托车制造向沙滩车生产的转型，如广州华南、江苏林海动力、江苏健龙新田、重庆鑫源、重庆建设、重庆力帆等摩托生产企业都已将产品范围延伸到沙滩车类产品。近些年，随着沙滩车市场的升温，大批汽车零部件企业也开始兼营沙滩车整车或零部件制造业，专业对口的技术背景使这些企业能够迅速地适应行业的发展和市场的需求，由于越来越多的企业开始加入到沙滩车这一新兴行业中，使得这一行业竞争越发 激烈。 随着市场对沙滩车需求量的日益增大，沙滩车企业都在积极扩大生产能力，提升制造设备和技术水平，并引进质量控制体系，尤其在重庆、浙江二地，产业化的趋势已经非常明显，与之配套的零配件供应圈也在迅速建立，并且辐射全国和海外市场。 沙滩车行 特点是低速大扭矩这就要求搭载的 减速器的体积小、重量轻、传动比大、效率高、承载能力、大运转可靠以及寿命长等。减速器的种类虽然很多，宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 但普通的圆柱齿轮减速器的体积大、结构笨重；普通的蜗轮减速器在大的传动比时，效率较低；行星减速器虽能满足以上提出的要求，但其成本较高，需要专用设备 制造；而渐开线少齿差行星减速器不但基本上能满足以上提出的要求，并可用通用刀具在插齿机上加工，因而成本较低。 展 现况 目前，世界 沙滩车 年销售量约为 150辆， 2006 年世界 沙滩车 市场规模已达到 170 万辆，其中北美市场约占 80%。 2006 年我国 沙滩车 出口超过 100 万辆，达 辆，比 2005 年增长了 出口金额为 美元，同比增长 呈现大幅上升趋势。就整个市场发展趋势来看，美国市场增长逐步放缓，欧洲与中南美洲市场份额则逐年扩大，澳洲、西班牙、英国，甚至泰国等新兴市场正逐渐进入上升期。欧洲 2005 年市场规模达 12 万辆以上，2003平均增长率高达 15%以上；泰国目前市场规模虽仅为 6000 辆，但随着当地旅游、娱乐事业的发展， 2008 年市场需求量预计将达 2 万辆，年平均增长率高达 27%。在市场新势力带动下，未来 2 年世界 沙滩车 市场将维持 5%以上的增长率。 世界上一些工业发达国家，如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对行 星齿轮传 动的应用，生产和研究都十分重视，在结构优化、传动性能，传动功率 转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现一些新型的行星传动技术，如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。 行星齿轮传动在我国已有了许多年的发展史，很早就有了应用。然而，自20 世纪 60 年代以来，我国才开始对行星齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。无论是在设计理论方面，还是在试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。 近 20 多年来，尤其是 我国改革开放以来，随着我国科学技术水平的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化，与时俱进，开拓创新地努力奋进，使我国的行星传动技术有了迅速的发展。 计 要求 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 计任务 沙滩车少齿差行星齿轮耦合系统研制，设计少齿差偏曲轴行星齿轮传动动力耦合系统应用于混合动力低速车，比如沙滩车上。设计中考虑耦合系统的动力传动比，行星齿轮的齿数差、斜齿轮法面模数 小斜齿轮齿数 速级传动比 斜齿轮齿宽 旋角 、少齿差行星齿轮传动齿数差 数 m、行星轮齿数 星轮变位系数 星轮齿宽 齿轮变位系数 顶高系数 合角 、内齿轮壁厚 动机构尺寸体积等。研究少齿差行星齿轮耦合系统优化设计，优化设计一种少齿差行星齿轮动力耦合传动系统，提高混合动力低速车的动力传动效率；合理选择传动系统结构及控制方式；合理选择各项优化参数；解决当前混合动力低速车传动的问题，既节约能源又环保，提高我国混合动力低速车动力耦合水平。 数选定 查阅现有沙滩车技术参数，参考 50沙滩车动力参数，本次设计行星减速器初步确定输入 ，输出转矩 传动比 150i 。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 第二章 少齿差行星减速器总体设计 齿差行星减速器的结构型式 少齿差行星齿轮减速器常用的结构型式有 N 型和 两种。 型少齿差行星减速器 N 型少齿差行星减速器按其输出机构的型式不同可分为十字滑块式、浮动 式和孔销式三种。现以孔销式为例来简述其组成和原理。 图 1 图 1 1典型的孔销式 N 型减速器。它主要由偏心轴 1，行星齿轮 2，内齿 轮 3，销套 4，销轴 5，转臂轴承 6，输出轴 7 和壳体等组成。 图 1其传动原理简图，传动原理简述如下：当电动机带动偏心轴 1 转动时，由于内齿轮 3 与机壳固定不动，迫使行星齿轮 2 绕内齿轮 3 作行星运动（既公转又自转）。但由于行星齿轮与内齿轮的齿数差很少，所以行星齿轮绕偏心轴中心所作的运动为反向低速运动。利用输出机构 V 将行星轮的自转运动按传动比 1i 而传递给输出轴 7，从而达到减速的目的。 图 1 V 结构为减速器的输出结构，其特点是从结构上保证行星齿轮上的销孔直径比销轴套的外径大两倍偏心距。在运动过程中，销轴套始终与行星齿轮上的销孔壁接触，从而使行星齿轮的自转运动通过轴套传给输出轴，以实现与输入轴方向相反的减速运动。 N 型少齿差行星减速 器 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 少齿差行星减速器按其输出构件的不同，又可分为外齿轮输出和内轮输出二种型式。以下以内齿轮输出为例来简述其组成和原理。 图 1 图 1图 1示，它主要由以下四个部分组成； 输入轴 1 上做一个偏心轴颈，以构成转臂。为了达到平衡，在偏心轴颈的两侧装有平衡块 2。 行星齿轮 4 和 7 相联结在一起，安装在偏心轴颈上；为了减少摩擦，在行星齿轮与偏心轴颈间装有两个转臂轴承 3。 内齿轮 5 与机座 6 联接在一起，固定不动。 内齿轮 8 与输出轴制成一整体，把运动输出。 传动原理简图如图 1理简述如下：当电动机带动偏心轴 1转动时，由于内齿轮 5 与机壳 6 固定不动，迫使行星齿轮 4 绕内齿轮 5 做行星运动（既公转又自转）。但由于行星齿轮与内齿轮的齿数差很少，所以行星齿轮绕偏心轴 1中心所作的运动为反向低速运动。行星轮 7 与输出轴上的内齿轮 8 作行星运动，把运动传出去，达到减速的目的。 速器结构型式的确定 根据 参数要求 ，输出转矩 传动比 150i 传确定 选用少齿差行星减速器 结构 。 本次设计的传动方案如下图： 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 图 N 型行星减速器 结构简图 少齿差行星减速器 由两对内啮合齿轮副组成。共同完成减速与输出的任务。无需其他型式的输出机构，直接由齿轮轴输出。其基本构件为两个中心轮K 和行星架（即偏心轴） H 组成。 由4 3 2 4 1 4 2 4/ ( ) / ( ) 1 /X x x xi z z z z n n n n n n 式 ( 因为2 0n ，得到4 3 2 4 1/ 1 /xn n z z z z其传动 传动比计算 公式为：44/n n式 ( 于是得到传动比的计算公式 4 1 4 1 4 2 3()xi z z z z z z 式 ( 动参数计算 前述已选定 行星减速器 参数为： 输入 输出转矩 传动比 150i 少齿差传动效率主要由三部分组成即： 行星机构的啮合效率e、传输机构的效率p、转臂轴承的效率b则少齿差传动效率： e p b 查手册得到各计算式：41 / 1 ( 1 ) (1 ) 其中1 2 1 21 (1 / 1 / ) ( )X ee z z E E 查表 13到 p b 以 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 0 e p b 传动比 ： 4 150输出功率： 3 . 5 0 . 8 1 2 . 8 4P P k w 输出转速： 229 5 5 0 1 6 . 9 5 / m i nn p T r输入转速： 1 4 2 2 5 4 2 . 5Xn i n / 1 9 5 5 0 /T P n算出各轴上具体数据 汇总 如下 ： 1）高速轴（输入轴） 1 W1 2 5 4 2 . 5 m i 1 3 m2）低速轴（输出轴） 22 1 6 . 9 5 / m i 1 .6 N宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 第三章 齿轮传动设计 数差的确定 内啮合齿轮副内齿轮数与外齿轮齿数之差21 Z称为齿数差。一般1 8 称为少齿差， 0 称为零齿差。 传动比 i 的绝对值等于行星轮齿数除以中心轮与行星轮的齿数差，齿数差愈小，则传动比 i 的绝对值愈大。因此为了得到较大的传动比，希望齿数差小，一般取齿数差为 1，动力传动 2。由于需要的传动比大，于是选择齿数差1 。 轮齿数的确定 根据内齿轮 2 I）型传动特点，齿数差 1； 传动比的计算公式 4 1 4 1 4 2 3()xi z z z z z z和齿轮差计算公式 2 1 4 3dz z z z z 得出齿轮2 224(1 2 ) 4 1 d c d c d c xz z z z z z z i （错齿数 2 4 1 3 0cz z z z z ） 计算出 2z ，并取整得出各齿轮齿数如表 示。 表 轮传动的传动比与齿数组合 各齿轮齿数 传动比 错齿数 齿数差 12 32 33 1 形角 、螺旋角、 齿顶高系数 一般采用标准齿形角，当齿数差 1时，取齿形角 14 25 ，结合标宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 准采用 20 。 为保证转动的平稳性选用斜齿轮传动，且选用螺旋角 15 。 当齿形角 20 时，齿顶高系数 0 0 。当小时，啮合角 也减小，有利于提高效率。但小时，变位系数太小会发生外齿轮切齿干涉（根切）或插齿加工时的负啮合 ，本次设计选用 。 齿轮的变位系数 变位系数需满足方程式： 2 1 122 t a n ( ) i n v i n v x x z z 式 ( 变位系数还需要满足 如下 条件： （ 1） 重合度 a 应符合 1 1 2 2(1 2 ) ( t a n t a n ) ( t a n t a n ) 1a a （ 2） 齿廓重叠干涉验算值 符合 1 1 1 2 2 2( ) ( ) 0da a aG z i n v z i n v z i n v 式中： 1 2 2 1 2 1 1a r c c o s ( 4 ) 4 a a ad d d ， 2 2 2 2 2 1 2a r c c o s ( 4 ) 4 a a ad d d 按照表 取外齿轮的变位系数1a 且其顶隙12 表中列出对应于 和12 1 表中不带 的数值表示1 的限制，其值与插齿刀无关。 带 的数值表示1限制，其值与插齿刀有关。若实际选用的插齿刀与表 注解不通，表示数值可供估算。估算方法：插齿刀齿数0 25z 或齿顶高0 变位系数0 0x 时，1数值，反之则小于表中之值。选用1离其上限值留有余量。 表 齿轮变位系数1宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 21 1 40 0 插齿刀参数0 25z ，0 0 0x 可插值求1 合角与变位系数差 在齿数差与齿顶高系数确定的情况下，要满足主要限制条件，关键在于决定变位系数差和啮合角。 表 啮合角 与变位系数差21选用推荐值 21 21 () 21 () 21 () 1 轮几何尺寸与主要参数的选用 数的确定 根据 传动结构特点在偏心轴上安装两个行星轮，则一个行星轮上的转矩输入滚动轴承效率，外齿轮选用 45 号钢 调质，硬度 H B S = 2 2 0 2 5 0。齿轮的由文献 3查得弯曲极限应力 = 650M p内齿轮选用 45 号调质后表面淬火，硬度 H R C = 40 50 ,查得齿轮的弯曲极限应力 = 8 5 0 M P a。 使用系数 因原动机是电动机，工作机有振动，查表得使用系数 载荷 齿轮的传动平稳精度为 8 级）因 外齿轮校核， 根据 文献 11表 18齿宽系数 0 0 d。根据 文献 1校核公式，取标准模数 m=何参数计算 由表 定：压力角 20 啮合角 模数 2m 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 算第一内齿轮副 几何参数计算 1z =41， 2z =42 中心距： 1 2 1( ) c o s / 2 c o s 2 ( 4 2 4 1 ) c o s 2 0 / 2 c o s 5 1 . 2 1 0A m z z =中心距1 度圆直径：11 2 4 1 8 2d m z m m 22 2 4 2 8 4d z m m 齿顶高： 0 . 7 2 1 . 4h m 齿轮宽度：11 0 . 2 8 2 1 6 . 4db d m m 取1 20B 25B 第二内齿轮副几何参数计算 3z =32， 4z =33 中心距： 2 4 3( ) c o s / 2 c o s 2 ( 3 3 3 2 ) c o s 2 0 / 2 c o s 5 1 . 2 1 0A m z z =中心距2 度圆直径：33 2 3 2 6 4d m z m m 44 2 3 3 6 6d m z m m 齿顶高： 0 . 7 2 1 . 4h m 1 0 . 2 6 4 1 2 . 8db d m m 取3 15B 20B 齿轮详细尺寸计算与验算结果如下 : 计算第一内齿轮副 外齿轮齿数 41 内齿轮齿数 42 法向模数 圆法向压力角 n:20 分圆螺旋角 :15 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 齿顶高系数 隙系数 c*:心距 a:2宽 b:20棒直径 插齿刀齿数 5 内插齿刀齿顶高系数 2:齿刀刃磨刀原始齿形的距离 面模数 合角 w = 插内齿轮时的啮合角 02 = 插内齿轮时的中心距 变位系数 X = 齿轮变位系数： 齿轮变位系数： 度圆直径： 度圆直径： 根圆直径： 根圆直径： 齿顶圆直径： 顶圆直径： 外齿轮齿顶压力角 内齿轮齿顶压力角 插齿刀齿顶压力角 端面重合度 = 向重合度 = 验内齿轮加工范成顶切 : 判断 验过渡曲线干涉 : 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 外齿轮用滚刀加工 验重叠干涉 : z1(z2(=于等于 0 校验外齿轮齿顶厚度 : 判断 齿轮固定弦齿厚 ： 齿轮固定弦齿厚： 齿轮固定弦齿高 ： 齿轮固定弦齿高： 齿数 ： k = 6 外齿轮公法线长度： w=齿轮跨棒距 齿轮跨棒距 第二内齿轮副几何参数计算 外齿轮齿数 32 内齿轮齿数 33 法向模数 圆法向压力角 n:20 分圆螺旋角 :15 齿顶高系数 隙系数 c*:心距 a:2宽 b:20棒直径 插齿刀齿数 5 内插齿刀齿顶高系数 2:齿刀刃磨刀原始齿形的距离 面模数 波大红鹰学院毕业设计（论文） 啮合角 w =插内齿轮时的啮合角 02 =插内齿轮时的中心距 变位系数 X =齿轮变位系数 ： 齿轮变位系数： 度圆直径 ： 度圆直径： 根圆直径： 根圆直径： 齿顶圆直径： 顶圆直径： 外齿轮齿顶压力角 内齿轮齿顶压力角 插齿刀齿顶压力角 端面重合度 =向重合度 =验内齿轮加工范成顶切 ： 判断 验过渡曲线干涉 ： 外齿轮用滚刀加工 验重叠干涉 :z1(z2(= 校验外齿轮齿顶厚度 : 判断 齿轮固定弦齿厚 ： 齿轮固定弦齿厚： 齿轮固定弦齿高 ： 齿轮固定弦齿高： 齿数 ： k = 5 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 外齿轮公法线长度： w=齿轮跨棒距 齿轮跨棒距 上面的选取和计算得出双联齿轮各项数据见表 示。 表 星齿轮几何参数见 (长度单位： 名称 符号 第一内齿轮副 第二内齿轮副 外齿轮 内齿轮 外齿轮 内齿轮 齿数 z 41 42 32 33 模数 m 2 5 齿形角 a 20 15 齿顶高系数 合角 变位系数 1x 啮合中心距 A 度圆直径 d 顶圆直径 根圆直径 轮宽度 B 20 25 15 20 验算重合度 齿廓重干涉验算值 跨齿数 k 4 5 5 6 测量柱直径 度计算与校核 渐开线少齿差行星传动为内啮合传动，又采用正角度变位，其齿面接触强度与齿根弯曲强度均提高，且齿面接触强度远远大于齿根弯曲强度，同时又是多齿对啮合，所以内外齿轮的接触强度可不进行验算及满足要求 (参见 文献 2第九章少齿差行星齿轮传动第 6 节齿轮强度计算 )。 只计算齿根弯曲强度，其弯曲强度条件为： F 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） ( / )F t F A V F b m K K K K , l i m m i n( / )F P F F S T X R N Y Y Y 式 ( 根据 2 ( 2 )Z X K H型传动计算方式得到式中： 齿轮分度圆上的圆周力（ N） 2 3 3 42 0 0 0 / 2 0 0 0 8 0 0 4 1 / 8 2 4 2 1 9 0 4 7 . 6 2 z d z N 参见文献 1表 10形系数表得到 齿轮宽度： 0 . 7 8 2 5 7 . 4 式 ( 见 文献 2第 5 章行星传动承载能力计算表 5 见 参见文献 2第 5 章行星传动承载能力计算图 5到 弯曲强度计算的齿间载荷分配系数： 参见参见文献 2表 5 弯曲强度计算的齿向载荷分配系数：查 文献 1图 10 试验齿轮的齿根弯曲极限应力 。 查 参见文献 1图 10l i m 4 9 0 /F N m m 表 5 般试验齿轮修正系数取 文献 2图 6 文献 2图 6 查 文献 2图 6是计算出 ( / )F t F A V F b m K K K K ( 1 9 0 4 7 2 . 3 7 / 5 7 . 4 2 ) 1 . 4 1 . 2 1 . 0 8 2 . 0 1 4 2 6 . 9 5 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） l i m m i n( / ) ( 4 9 0 / 1 . 6 ) 2 0 . 9 1 . 2 8 2 . 4 1 8 9 3 . 4 4F P F F S T X R Y Y Y 满足F ，所以齿根弯曲强度满足。齿轮尺寸设计满足实际要求。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 第四章 传动轴设计 轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 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。轴的结构设计不合理，会影响轴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。 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。 择轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度 ，故采用碳钢制造轴尤为广泛，最常用的是 45 钢。 必须指出在一般工作温度下（低于 200 摄氏度）各种碳钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度和耐磨性，而不是轴的弯曲或者扭转刚度，在既定的条件下，有时也可选择较低的钢材，而用适当增大轴的截面积的方法来提高轴的刚度。 各种热处理如高频淬火、渗碳、氧化、氰化以及表面强化处理如喷丸、滚压等对提高轴的抗疲劳都有着显著的效果。 应用 于 轴的材料种类很多，主要根据轴的使用条件。对轴的强度、刚度和其他机械性能等的要求，采用热处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求经济合理，通过设计计算来选择轴的材料。 根据 参考文献 5表 5的材料及
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