涡轮螺旋桨发动机主减速器的设计【优秀机械毕业设计论文】
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1 毕业设计说明书 题 目： 涡轮螺旋桨发动机主减速器的设计 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： I 涡轮螺旋桨发动机主减速器的设计 目录 摘 要 . I 第一章 绪论 . 1 . 3 . 4 . 6 第二章 发动机主减速器的选择 . 7 . 3 系 . 3 转轮系的组成 . 错误 !未定义书签。 转轮系的种类 . 错误 !未定义书签。 . 4 案的设计与选定 . 4 . 5 第三章 行星轮传动设计 . 6 处理工艺及制造工艺的选定 . 6 . 6 动比分配 . 6 速级设计 . 6 速级设计 . 20 第四章 行星轮轴的设计 . 34 速级行星轮轴的设计 . 34 星轮轴直径的计算 . 34 星轮轴的强度校核 . 34 速级行星轮轴的设计 . 35 星轮轴直径的计算 . 35 星轮轴的强度校核 . 35 第五章 输出轴的设计 . 36 . 36 . 37 第六章 花键强度校核 . 38 七章 花键强度校核 . 41 阳轮花键轴强度计算 . 41 出轴花键轴强度计算 . 42 第八章 轴承的选用与寿命计算 . 44 . 44 . 45 第九章 螺栓计算 . 47 . 47 总结 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 58 外文文献 . 59 要 :涡轮螺旋桨发动机是一种通常用于飞机上的燃气涡轮发动机。涡轮螺旋桨发动机：靠动力涡轮把核心机出口燃气中大部分可用能量转变为轴功率用以驱动空气螺旋桨，由于螺旋桨转速较低，动力涡轮轴与 螺旋桨轴之间设有减速器。燃气中的少部分可用能量（约 10）则在喷管中转化为气流动能，直接产生反作用推力 本文就涡轮螺旋桨发动机的特点，分析发动机的原理和减速器的原理，设计涡轮螺旋桨的主减速器。本课题采用两级 星齿轮串联传动，由太阳轮输入行星轮输出。根据行星齿轮传动的传动特点以及减速器的输入功率、总传动比，输出转速以确定行星齿轮减速器齿轮的齿数、模数、中心距。并确定齿轮轴的大小及强度校核，以及输入输出轴的设计与强度校核。为了使传动更加平稳，本课题都采用花键连接。以及根据主减速的特点选择润滑方式与润 滑油。另外就是箱体与行星架的设计。 关键词： 发动机原理；减速器原理；行星齿轮减速器；输入输出轴；花键 is a to be be to of a of ( . of of of of of GW of a to of to to of In to by a to a of is a ; 1 第一章 绪论 涡轮发动机减速器是发动机驱动螺桨或旋翼必不可少的部件，它是涡桨发动机、涡轮轴发动机的组成部分。 将 涡轮螺旋桨发动机 、 涡轮轴发动机 输出轴的转速降低到空气螺旋桨（或旋翼）所需转速的齿轮传动装置。 减速器 可以装在发动机内，也可装在发动机外成为一个独立的机外 减速器 4。 图 涡轮螺旋桨发动机 涡轮轴发动机工作原理与涡轮螺旋桨发动机基本相同，主要用于直升机上，也可用于飞机和其他航空器。由于在直升机上还有主减速器，所以涡轮轴发动机输出轴的转速比涡轮螺旋桨发动机高，它的减速器体积和重量都要小一些。输出轴伸出的位置比较灵活，可以从前面伸出，也可以向后或向两侧伸出 2 题目的和意义 目的： 本课题贴合机械设计及其自动化专 业，涡轮发动机是飞机的核心部件，技术之复杂，工艺之苛刻，通过对课题的研究，深入了解涡轮发动机主减速器的工作原理、部件组成及其构造，特别是减速器进行细致了解，其内部零件的结构，工作状态、工作环境，进而对它们进行专门研究制造。 意义： 通过对发动机减速器的及主要构件的加工制造的研究，通过查阅相关书籍，使我了解了行星齿轮传动的特点与设计，通过这次的毕业设计可以说把我大学里学的专业课又重新翻阅一便，巩固了专业知识，在此基础上，又学到许多专业以外的知识，拓宽了自己的知识面，熟悉了 涡轮螺旋桨发动机工作原理 涡轮螺旋桨发动机是是燃气涡轮发动机中的一种，它主要用于时速小于 800千米的飞机。涡轮螺旋桨发动机包括压气机，燃气室，燃气涡轮 (由驱动压气机的涡轮和驱动螺旋桨的动力涡轮组成 )，减速器，螺旋桨的部件。涡轮螺旋桨发动机是介于活塞发动机与涡轮喷气发动机之间承前启后的一种发动机，所以涡轮螺旋桨发动机在原理上与活塞发动机和涡轮喷气发动机都有一些相似与不同之处之处。涡桨发动机它的驱动原理大致上与 3 使用活塞发动机作为动力来源的传统螺旋桨飞机雷同，是以螺旋桨旋转时所产生的力量来作为飞机前进的推进力。其 与活塞式螺桨机主要的差异点除了驱动螺旋桨中心轴的动力来源不同外，还有就是涡桨发动机的螺旋桨通常是以恒定的速率运转，而活塞动力的螺旋桨则会依照发动机的转速不同而有转速高低的变化。 第二章 发动机主减速器的选择 动机主减速器结构形式的选择 轮系 由一系列齿轮组成的传动装置成齿轮机构或轮系，是应用最为广泛的机械传动形式之一。 根据轮系运转时各齿轮的几何轴线相对位置是否变动可将轮系分 ， 为下列两种基本类型： 4 1） 轴轮系 当轮系运转时，若组成该轮系的所有齿轮的几何轴线 位置是 固定不变的，称为定轴轮系或普通轮系。 星齿轮传动类型比较与选择 行星齿轮传动的类型很多，分类方法也不少。而现在一般根据前苏联库德鲁 略夫采夫提出的按行星传动机构的基本结构的不同来进行分类。 这是因为库氏的分类方法较好的体现了行星传动机构的特点， 而且我国和国外（如前苏联、日本等）早已被人们普遍采用和接受了。在此分类法中，基本构件代号为： K中心轮， H转臂， 据基本构件代号来命名，行星齿轮传动可分为 23K 和 种基本类型，其他结构型式的行星齿轮传动大 都是 它们的演化型是或组合型式。 此外，前苏联的特卡钦科提出的按传动机构中齿轮的 啮合方式，将行星齿轮传动分为三种基本型式，即 I 和 种， A 表示外 啮合， I 表示内啮合。这与我国机械行业标准 “行星齿轮减速器标准 （ T 6502 1993） ” 相似。按其传动机构中齿轮的啮合方式，可将上述三大基 本类型再细分为许多传动型式，如 等， 其中按首字汉字拼音 N内啮合， W外啮合， G内外啮合公用行星齿轮， 锥齿轮。 动 方案的设计与选定 通过齿轮轴输入第一级，每一级传动之间联接均采用渐开线花键联接，第二级太阳轮与花键为一体式。第一、二级的内齿圈和箱分开制造 根据设计要求， 利用行星传动功率分流的特点来承担更大的载荷，因此均载设计使其结构设计的关键。 第一级和第二级均为太阳轮浮动 的设计。 两级行星齿轮传动采用浸油润滑，输出轴与输出齿轮通过花键连接，输出轴上的轴承采用脂润滑。行星传动结构示意图如下图所示： 5 图 减速器传动简图 1一级太阳轮； 2一级行星轮； 3一级固定齿圈 4二级太阳轮； 5二级行星轮 ； 6二级固定齿圈 7螺旋桨轴 轮设计及计算过程 传动齿轮的设计方法：齿轮传动被广泛应用于工程，是一种透射式。它具有可靠的传输，高传输精度，大的传输功率范围，结构紧凑，使用寿命长，优点等。齿轮传动装置的设计，包括传送方案设计（传输模式，安排模式，透射率等）和承载能力设计（主要为强度设计）的内容两方面 15。承载能力设计的主要目的是为了防止从失败的齿轮在正常载荷和正常使用寿命。在工程应用中，齿轮常见故障形式包括：齿面接触疲劳磨损（俗称点蚀），齿弯曲疲劳断裂，齿接合，齿面磨削 磨粒磨损，过载断，齿体与牙齿表面的塑性变形等。相应的承载能力主要计算：齿面接触疲劳强度计算，齿根的计算弯曲疲劳强度，在接触区域中，静态强度计算的温度的计算。牙齿接触疲劳强度计算和弯曲疲劳强度计算中最常见的计算中的两个。 6 第三章 行星轮传动设计 已知减速器的输入功率是 2850动比 i=出转数是 1000转每分钟，要求结构紧凑 。 轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定 1） 太阳轮与行星轮 材料为 20MC n，表面渗碳淬火处理，表面硬度 56 62 试验齿轮齿根弯曲疲劳极限，太阳轮 行星轮 MF i m （对称载荷） 齿形为渐开线直齿，最终加工为磨齿，精度为六级 2） 内齿圈 材料为 42质处理，硬度为 262定主要参数 动比分配 已知 据设计要求，通常令低数级传动 比 2i 为固定，且取 2i =4，i 速级设计 1、行星轮数 载荷不均匀系数 低数级采用太阳轮浮动的均载机构取 K 均衡系数 7 配齿计算 根据行星齿轮 2传动的配齿关系式 )1(:2 2: 选取后校核其邻接条件最后确定齿轮齿数 0，9，8 齿轮模数 a 首先按计算太阳轮分度圆直 径 3 式中 9/20=K 68（直齿齿轮为 768） 9550)()n( 11 = 20 02 8 509 5 =中 为高速级行星齿轮传动效率，去 = d为齿宽系数暂取 入 3 =数 aa = m=6 则 0a= )(21 ga = 117)1920(621 取 a =120 8 ad 取 b=100算变位系数 啮合角 0 变位系数和t a a n 206 2 920( =心距变动系数 y m 齿顶降低系数 y 0 5 分配变位系数 因 x=以 取ga =0 啮合角 c o sc o s 0 117)1958(621)(210 gb 9 16 01 17c 9 变位系数和t a a n 206 2 920( =心距变动系数 y m 齿顶降低系数 y 0 5 分配变位系数 因 x=以 取ga =0 几何尺寸计算 分度圆 齿顶圆 )(2a a 齿根圆 )(2 基圆直径 齿顶高系数 行星轮、太阳轮 1 c 代入上组公式计算 太阳轮 120206 d 7 6 21 0 53 2 1 ， 行星轮 114196 d 10 7991 3 2 ， 内齿圈 348586 d 0 1 73 6 37 2 7 ， 齿宽 取 b=100取 8.0(1)1)顶圆齿形曲率半径a22 )2()2( 太阳轮 7 6 2()23 2 1( 221 a行星轮 2 3 7()21 3 2( 222 a面啮合长度ag)s 21 式中“ ”号，正号为外啮合，负号为内啮合 端面节圆啮合角 直齿轮 6 2 02 3 g =）端面重合度 89.1)c o s/(c o s 1)顶圆齿形曲率半径a22 )2()2( 内齿轮 11 5 5 7 3 4 0 5 1 5)2 2 222 a 行星轮 2132( 221 a面啮合长度ag)s 21 式中“ ”号，正号为外啮合，负号为内啮合 端面节圆啮合角 直齿轮 6 2 04 2 . 9 8 g =）端面重合度 74.1)c o s/(c o s 8齿轮强度验算 确定计算负荷 名义转矩 T=义圆周力 t 4 2 6 0 0120 应力循环次数0m a m i i i 式中 太阳轮相对于行星架的转速 t 寿命期内要求传动的总运动时间 52 0 0223 205 代入 12 0= 次 确定强度计算中的各种系数 使用系数 取 b)动负荷系数 =60 =s 查表得 c)齿向载荷分布系数1(1 0 1(1 0 式中0 计算接触强度时运转初期的齿向载荷分布系数 齿间载荷分布系数 60 ，精度 6级，硬面直齿轮 查得 点区域系数 2s o sc o aa = 02 00 s o s 6 2 o o 中直齿轮 00b 端面节圆啮合角 直齿轮 0 端面压力角 13 直齿轮 020Z 查得 M 荷作用齿顶时的齿形系数Z =20和 1x =0 查得荷作用齿顶时的应力修正系数Y=合度系数8 8 螺旋角系数可按下式计算 00 Z 1 11201 0 Y 齿数比 u 应力的基本值0H = 01 2 04 2 6 0 018 8 95 8 =触应力 H 8 =曲应力的基本值 14 = 04 26 0 0 =根弯曲应力 F 6 =定计算许用接触应力命系数N 次 b）润滑系数 因 40 和 20 查得 c）速度系数 v=s 和 450 查得 d）粗糙度系数 因 20 和齿面粗糙度 查得 e）工作硬化系数齿面 m6 取 f）尺寸系数 查得 用接触应力Hp Z Z Z= =15 接触强度安全系数 确定计算许用弯曲应力的各种系数 试验齿轮的应力修正系数 102 N 查得c）相对齿根圆角敏感系数 d)齿根表面状况系数 查得e)尺寸系数 可按下式计算 m 许用弯曲应力 Y= =强度安全系数 1）确定计算负荷 名义转矩 T=16 名义圆周力 t 4 2 6 0 0120 2）应力循环次数0m b m i i i 式中 太阳轮相对于行星架的转速 t 寿命期内要求传动的总运动时间 52 0 0223 205 代入 0= 10104 2 2 0 036 7 260 次 确定强度计算中的各种系数 （ a)使用系数 取 b)动负荷系数 =60 =s 查得 c)齿向载荷分布系数1(1 0 1(1 0 式中0 计算接触强度时运转初期的齿向载荷分布系数 4) 齿间载荷分布系数K 17 因 60 ，精度 6级，硬面直齿轮 查得 ) 节点区域系数 2s o s c o s2 tt aa =0200s o s 6 2 o o s2 中直齿轮 00b 端面节圆啮合角 直齿轮 0 端面压力角 直齿轮 020弹性系数 查得 M ) 载荷作用齿顶时的齿形系数Z =19和 1x =得) 载荷作用齿顶时的应力修正系数Y=) 重合度系数8 6 10)螺旋角系数可按下式计算 00 Z 1 18 11201 0 Y 11) 齿数比 u 计算接触应力的基本值0H=5 2 2 01 2 04 2 6 0 018 6 95 8 =3) 接触应力 H 7 =4) 弯曲应力的基本值 = 04 26 0 0 =5) 齿根弯曲应力 F 9 =6) 确定计算许用接触应力a) 寿命系数N 次 b）润滑系数 因 40 和 20 查得 c）速度系数 v=s 和 450 查得 d）粗糙度系数 因 20 和齿面粗糙度 19 查得 e）工作硬化系数齿面 m6 取 f）尺寸系数 查得 7) 许用接触应力Hp Z Z Z= =8) 接触强度安全系数 19) 确定计算许用弯曲应力的各种系数 (a) 试验齿轮的应力修正系数 TY(b) 寿命系数 102 N 查得c）相对齿根圆角敏感系数 d)齿根表面状况系数 因齿根粗糙度 查得 e)尺寸系数 可按下式计算 20 m 许用弯曲应力 Y= =1) 弯强度安全系数 速级设计 1、行星轮数 2、载荷不均匀系数 低数级采用太阳 轮浮动的均载机构取 K 3、配齿计算 根据行星齿轮 2)1(:2 2: 选取后校核其邻接条件最后确定齿轮齿数 2，3，8 4、齿轮模数 a 首先计算太阳轮分度圆直径 3 式中 3/32=K 21 68 9 5 5 0)()n( 1p = =中 为高速级行星齿轮传动效率，去 = d为齿宽系数暂取 入 3 =数 aa = m=4 则 0a= )(21 ga = 90)1332(421 a
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