行星齿轮式减速起动机设计

#求得 Fv=423.73NFV2=80.22N(2)在水平平面内:根据方程组 Fhi+Fh2=FtFh1(21.332.9)=Fh226.5求得 Fh1=453.97NFh2=930.64N做出弯矩图和扭矩图，如图3-4经计算得：Mv1=Fv121.3=9025.45N*mmMv2=Fv2(26.5+32.9)=4765.06N*mmMh=Fh226.5=24605.17N*mm从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 A或B是危险截面。现将计算出的界面A或B处的弯矩值M列于表3-1:滚柱式单向离合器的设计滚柱式单向离合器的基本结构与一般摩擦式定向离合器相同，起动机滚柱式单向离合器可分为内星轮式和外星轮式两种类型。随着冷挤工艺的发展和大刚度的扁圆形螺旋压力弹簧的应用，外星轮式单向器已占主导地位。它的常见典型结构如图 3-6所示。滚柱室曲面种类滚柱室曲面横向截面的曲线形状：(1)对数螺旋型设对数螺线的极坐标方程为「二e，可知：

-fl■NinTfTYIK-fl■NinTfTYIK图3-4弯矩图和扭矩图①由于楔角’二arctan;：=常数，它可以再不同的结合点上保持楔角不变。②由于J-二eaCT),极径变化率均与。上述两点对于提高离合器结合质量十分有利。 但因对数螺线加工相当困难,极大限制了它的实际应用。(2)阿基米德螺线型设阿基米德螺线的极坐标方程为「-“，可知：

表3-1界面A或B处的弯矩值M载荷水平面H垂直面V支反力FFh1=453.97NFh2=930.64NFv1=423.73N=80.22N弯矩MMh=24605.17N・mmMv1=9025.45N*mmMv2=4765.06N*mm总弯矩MA=13227N・mm，MB=24696N*mm扭矩TT=11700N图3-5滚柱式单向离合器结构图1-驱动齿轮2-密封垫3-半圆环4-滚柱5-罩壳6-套筒7-啮合弹簧8-移动衬套9-挡圈10-扁弹簧①由于楔角叩=arcta,它随极角的改变而变化②由于焉-5广（屯-耳），失径变化均匀，但对楔角要求小的离合器来说。失径变化率较大。在离合器设计实践中，阿基米德螺线是在极角较小的条件下，作为近似对数螺线而选用的。但阿基米德螺线加工需要专用工具，且制造复杂，效率低下，故应用也不广泛。(1)偏心圆弧型在极角二较小时，采用偏心圆弧替代对数螺线，同样可以满足工程设计所需的精度。根据文献所介绍的对数螺线替代法可知，在 <30,k=tg2.25是，失径及圆弧上各点楔角误差率在2.3%八下。由于偏心圆弧加工工艺性比对数螺线好，因此得到了广泛应用。在外星轮式滚柱单向器中，滚柱室做在套筒上，其圆弧中心与驱动齿轮旋转中心不重合，就形成了所谓的偏心圆弧。3.4.3滚柱室曲面的设计(1)楔角〉的选择由于滚柱式单向离合器使用性能可靠，制造工艺简单，因而在国内外汽车起动机上广泛使用。单向器的楔角:是一个主要参数，直接影响其性能，下面就楔角的实际计算作一些说明。关于楔角〉的大小，很多资料都提出了设计范围，而进行理论推导的则不多见。根据参考资料推导的结果为:-<“：(「为摩擦角)，但这是在离合器已楔着以后导出的，而不是自楔条件。为了保证离合器能可靠的自楔，应符合如下条件：0-：-入-飞 (3-16)式中：片一一滑动摩擦角丐一一滚动摩擦角当材料硬度为HRC=6Z64时，tg・0.132〜0.15,19%=0.01,所以极限楔角:<655'~755'。楔角究竟取多大合理,需要研究楔角对构件的影响。

当单向器传递扭矩时，外圈（外毂星轮）与起动机的电枢连接为主动，内圈（驱动齿轮）与发动机的飞轮齿圈啮合，为负载。此时引起单向器失效的主要应力为内圈的接触应力及外圈的周向拉应力，受力分析如图3-6所示图3-6图3-6单向器失效受力分析图P在法向引起的正压力为N（3-17）OfnRtg2式中：M――单向器所传递的扭矩n――滚柱数目a 楔角首先考虑楔角对接触应力的影响:最大压应力产生在滚柱与内圈接触处,-max=0.418NER*r(3-18-max=0.418NER*r(3-18)式中：E——材料的弹性模量l――滚柱长度R 内圈半径r——滚柱半径将（3-18）式代入:一max0.418ME(Rr)一max0.418ME(Rr)(3-19)nlrtg；当其他条件不变，即0.418ME(Rr)R\nlr=c现在考虑楔角对周向拉应力的影响:将外圈视为厚壁圆筒，其最大拉应力发生在内表面，如图3-7所示了3-7拉应力受力分析图4N（a当其他条件不变，即0.418ME(Rr)R\nlr=c现在考虑楔角对周向拉应力的影响:将外圈视为厚壁圆筒，其最大拉应力发生在内表面，如图3-7所示了3-7拉应力受力分析图4N（a2b2）max2al二（b2-a2）其中k1为应力集中系数(3-20)将（3-17）式代入：max2N(a2b2)k

al二nR(b-a)Ct•ctg2(3-21)令2N（a2b2）k令 ，， 则（3-21）式为：二maxpC^2 2综上所二J楔角选较大值有利，而我国现生产的起动机单向器楔角为4~5，若加大到655'~755'可以高单向离合器的可靠性。确定许用应力「以后，公式（3-19）、（3-20）也可以用来进行单向器强度校核。（2）偏心圆弧型曲面室进行设计在外星轮的设计中，最为关键的是滚柱室曲面的设计。在对数螺线型、阿基米德螺线型和偏心圆弧型三种滚柱室曲面中，我们选择加工工艺性较好的偏心圆弧型。下面对偏心圆弧型曲面室进行设计图3-8单向器基本结构图如图3-8是单向器的基本结构关系图。设内毂外径为巳圆心在O；套筒滚柱室半径为R，圆心在Q，滚柱半径为r，圆心在O3上,且0Q的偏心距为a。显然，/QQQ=2a,即楔角。在.'OQQ中，根据余弦定理可得：222COS2a=（R1「）REa （3-22）2（RJR-r）对摩擦式离合器，楔角的选择非常重要。楔角过大不能形成可靠的结合；楔角过小则滚柱不易推出，形成咬死现象，影响反向超越。楔角选择的原则是avarctanf，f为摩擦系数，对于有润滑的钢接合面，f=0.06。这样，a应小于3.43。，对于起动机单向器，2a一般在4°—6°范围内选取。楔角变化也是影响摩擦传动质量的重要因素，设计时希望在滚柱磨损后，Fa楔角仍保持不变，即应有一：0。对（3-22）式求关于r的偏导后可得：Ri+2r-R=02即R2=R+2r （3-23）由式（3-23）可以看出，如果在单向器设计中，取套筒滚柱室内曲面半径等于驱动齿轮端部半径与滚柱直径之和，可使滚柱直径变化对楔角的影响最小。将式（3-23）代入（3-21）式，经化简后可得：a=2(Ri+r)Sina=2(R-r)Sina (3-24)(3-23)式和(3-24)式不仅在单向器设计中得到直接应用，同时也为单向器的测绘提供了依据。在实际工作中，可通过对驱动齿轮端部直径和滚柱直径的测量，方便地导出套筒滚柱室曲面半径。在确定楔角后，又可容易的求出很难直接测量的滚柱室圆弧的偏心距。根据以上要求，选取r=5.9mm,由于Ri=25.1mm所以R=R+2r=25.1/2+5.9=36.9mm。选取楔角2a=6°,贝U偏心距为a=2(Ri+r)Sina=2X(25.1+5.9/2)xSin6°=3.2mm其他尺寸可依据滚柱在滚柱室内运动的特点设计如图3-9所示：图3-9偏心圆弧型曲面室设计图4.结论和展望通过本文的研究，可以得到以下结论：起动机是汽车的重要部件，而减速式起动机的发展已成近年来的趋势。本文对行星齿轮式减速起动机的发展背景、现状做了总体的描述，同时，设计了行星齿轮的基本组成结构、工作原理及校核计算。对行星齿轮未来的展望，我认为将向着小型化，高效化，低耗能，高功率等方向发展，逐步满足高速发展的现代汽车工业对减速式起动机的要求。参考文献[1]孙仁云，付百学•汽车电气与电子技术：机械工业出版社，2008.陈家瑞，马天飞.汽车构造（上册）：吉林大学汽车工程系,2008.濮良贵，纪名刚.机械设计：高等教育出版社,2007.杨可帧，程光蕴.机械设计基础：高等教育出版社,2003.廖念钊，古莹.互换性与技术测量：中国计量出版，2006.毛志坚，高国猷.现代汽车大全:湖北科学技术出版社，1985.韩洪涛，李德允.起动机单向器的基本设计：开封大学学报，1995.《机械设计手册》联合编写组.机械设计手册：化学工业出版社，1983吉林工业大学汽车教研室.汽车设计：机械工业出版社，1981龚义，潘沛霖等.课程设计图册：高等教育出版社，1989尤绍全.国家标准机械制图应用示例图册：中国标准出版社，1985[12]江洪，康瑛石，吴冬俊等.UGNX5.0基础教程：机械工业出版社，2008王望予.汽车设计：机械工业出版社，2008余志生.汽车理论：机械工业出版社，2008.杨胜强，马麟.工程制图学及计算机绘图：国防工业出版社，2005.AutomotivestarterplanetarygearreducerdesignXx(DpartmentofAutomotiveEngineering,xxUniversity,xx,xx253023)Abstract:Thatsmartandlight,Numericaldesigningandmachining,automationinperformaneetestetc.representsthedevelopmentorientationforautomobilestarters.Inthispaper,Prineipleisintrodueedforthestarterwithgearspeedreducerwhichleadsthemajorityinstarterproductsnowadays.TheStateoftheArtinresearchanddevelopmentforautomobilestartersbyComputer-aidedEngineeringTechnologyisoverviewed,Newresearchtopicsarebroughtforthatlastfromtherealitiesoverviewofourenterprises.Keywords:automobilestarter;starterwithgearspeedreducer;CAD/CAE/CAT;parameterizedanalysis本次设计是在XX老师的全面指导下完成的，x老师为人和蔼可亲，待人和善，为师要求严谨，思