机械设计说明书-直升机变速器主要传动部件的设计

II段设计为花键轴，查设计手册，设计为QUOTE。设计半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度QUOTE。所以取空心轴内径。c.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，装配示意图4.3图4.3低速轴的装配图（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，1轴段右端需制出一轴肩，故取=2\*ROMANII-=3\*ROMANIII段的直径QUOTE，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度QUOTE，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1段长度应比略短一些，现。2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。参照工作要求并根据QUOTE，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的角接触球轴承7218A，其尺寸为QUOTE故QUOTE,QUOTE。3）参照工作要求并根据QUOTE，及轴承的安装尺寸，右端滚动轴承与轴之间采用轴肩定位，由设计手册查得7218A型轴承的安装尺寸QUOTE，故选QUOTE。轴环宽度QUOTE,取QUOTE。4）轴承端盖的总宽度为25mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离QUOTE,QUOTE,QUOTE。5）已知高速级齿轮轮毂长,做成齿轮轴，则QUOTE。6）=9\*ROMANIX-=10\*ROMANX段轴与离合器联接，为了使所选的轴QUOTE与离合器的孔径相适应，需同时设计离合器。查设计手册选用液压式活塞离合器，按照计算转距应小于离合器许用转距条件，为传递大转矩，设计=9\*ROMANIX-=10\*ROMANX段轴为花键轴，确定其尺寸为QUOTE，QUOTE,QUOTE。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（3）确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计手册表15-2取轴端倒角为2.各轴间处的圆角半径取。（4）强度校核a）绘制轴受力简图（图4-4a）。b）绘制垂直面弯矩图（图4-4b）。轴承支反力：QUOTE（4.42）QUOTE（4.43）计算弯矩：截面右面弯矩：QUOTE（4.44）截面左面弯矩：QUOTE（4.44）c）绘制水平面弯矩图（图4-4c）轴承支反力：QUOTE（4.45）截面处的弯矩：

QUOTE（4.46）d）绘制合成弯矩图(图4-4d)QUOTE（4.47）QUOTE（4.48）e）绘转矩图（图4-4e）转矩QUOTE（4.49）f）绘制当量弯矩图（图4-4f）转矩产生的扭剪切应力按脉动循环变化，取，截面处的当量弯矩为(4.50)QUOTEg)校核危险截面的强度由式QUOTE（4.51）图4.4低速轴的受力图和弯扭矩图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴的危险截面。现将计算出的截面处的QUOTE、QUOTE、及QUOTE的值列于下表表4.4低速轴危险截面受力、弯扭矩值载荷水平面垂直面支持力QUOTE弯矩总弯矩扭矩d.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核危险截面的强度，从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面B侧的轴是危险截面,对该轴进行详细校核：1）计算空心轴直径。为了减轻轴的重量，该轴使用空心轴，按许用扭应力计算公式：QUOTE（4.52）其中：侧轴直径。QUOTE，为空心轴直径6.按弯扭合成应力校核轴的强度。进行校核时，通常只校核危险截面的强度，从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面B侧的轴是危险截面,对该轴进行详细校核QUOTE（4.53）求得，圆整后取40mm。2）按弯扭矩合成应力校核轴的强度：QUOTE（4.54）其中：抗弯截面系数QUOTE（4.55）解得：QUOTE前已选定轴的材料为9310钢，表面热处理，由《航空用材料手册》查的，显然，故安全。对于Ⅵ的右侧QUOTE（4.54）QUOTE（4.55）QUOTE（4.56）QUOTE（4.57）由《航空用材料手册》查得，，由表3-8查得。由附图3-4查得，得碳钢的特性系数，取，故综合系数为（4.58）（4.59）故Ⅵ右侧的安全系数为:（4.60）（4.61）（4.62）显然。故该轴在截面Ⅵ的右侧的强度也是足够的。综上所述该轴安全。e.键连接的校核1）=1\*ROMANI段轴为了能传递大转矩设计成了花键轴，其规格为。《机械设计课程设计》表14-27查得规格为QUOTE，，。由《机械设计》表6-3查得许用挤压应力为。强度条件：QUOTE其中：载荷分配不均匀系数；工作长度。花键齿侧面的工作高度：QUOTE（4.63）花键平均半径:QUOTE（4.64）则QUOTE（4.65）故此键能安全工作。2）=9\*ROMANIX-=10\*ROMANX段轴为与离合器配合联接，也设计成了花键轴。《机械设计课程设计》表14-27查得规格为:QUOTE，r=0.4。由《机械设计》表6-3查得许用挤压应力为。强度条件：QUOTE其中：载荷分配不均匀系数。工作长度。花键齿侧面的工作高度QUOTE（4.66）花键平均半径QUOTE（4.67）则（4.68）故此键能安全工作。4.3轴承的寿命计算4.3.1高速轴上的轴承寿命计算I轴上的轴承选用为7215AC角接触球轴承，查机械《设计课程设计》表15-3，可知它的基本额定动载荷,基本额定静载荷QUOTE。a.求两轴承受到的径向载荷QUOTE和QUOTE由前面得，QUOTE。QUOTEQUOTEQUOTE，。QUOTEb.轴承的校核预期寿命：已知QUOTE,，QUOTEQUOTE。1）求两轴承的计算轴向力QUOTE和QUOTE对于型轴承，轴承的派生轴向力则：QUOTE（4.69）QUOTE（4.70）算得QUOTE（4.71）所以QUOTE，QUOTE2）求轴承的当量动载荷QUOTE和QUOTE对于轴承1QUOTE（4.72）对于轴承2（4.73）查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：对于轴承1，QUOTEQUOTE1。 对于轴承2QUOTE，。QUOTE因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，QUOTE,取QUOTE则QUOTE（4.74）（4.75）3）求该轴承应具有的额定载荷值因为QUOTE，所以按轴承1的受力大小验算QUOTE（4.76）故7215AC符合要求。4.3.2低速轴上轴承的寿命计算=3\*ROMANIII轴上的轴承选用为7218AC角接触球轴承，查机械《设计课程设计》表15-3，可知它的基本额定动载荷,基本额定静载荷QUOTE。a.求两轴承受到的径向载荷QUOTE和QUOTE由前面得，QUOTEQUOTE（4.77）QUOTE，QUOTE（4.78）b.轴承的校核预期寿命：已知QUOTE1）求两轴承的计算轴向力QUOTE和QUOTE对于型轴承，轴承的派生轴向力则：QUOTE（4.79）QUOTE（4.80）算得QUOTE（4.81）所以QUOTE，QUOTE2）求轴承的当量动载荷QUOTE和QUOTE对于轴承3QUOTE（4.82）对于轴承4QUOTE（4.83）查表可得径向载荷系数和轴向载荷系数分别为：对于轴承3QUOTEQUOTE 对于轴承4QUOTEQUOTE因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，QUOTE,取QUOTE则QUOTE（4.84）QUOTE（4.85）3）求该轴承应具有的额定载荷值因为QUOTE，所以按轴承3的受力大小验算QUOTE（4.86）故7218AC符合要求。5液压系统的设计主要参数：，QUOTE,工进速度为0.05m/min，静摩擦因数QUOTE，动摩擦因数QUOTE。则QUOTE（5.1）QUOTE（5.2）而惯性力QUOTEQUOTE5.1液压系统使用要求及速度负载分析液压系统的主要作用就是推动离合器的快速接合和分离。负载分析：设液压缸的机械效率QUOTE，则液压缸在工作阶段的总机械负载可以算出，见表5.1。表5.1液压缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式总机械负载起动1552.6加速705.37快进526.32工进2429.9快退526.325.2液压系统方案设计a.确定液压泵类型及调速方式根据液压系统设计手册，选用双作用叶片泵双泵供油、调速阀进油节流调速回路，溢流阀做定压阀。回油路上设置背压阀，初定背压值为QUOTE。b.选用执行元件因系统动作循环要求快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进是差动连接无杆腔面积等于有杆腔面积的两倍。c.快速运动回路和速度换接回路本文采用有液压缸、行程阀、节流阀、电磁换向阀、溢流阀和与离合器相连的零部件组成的换接回路。d.液压系统的原理由行程阀控制液压缸的运动，再由液压缸控制离合器的快速接合与分离。当液压缸活塞快进到预定位置，活塞杆上挡块压下行程阀，行程阀关闭，液压缸右腔油液必须通过节流阀才能流回油箱，活塞运动转为慢速工进。换向阀左位接入回路时，压力油经单向阀进入液压缸右腔，活塞快速返回。5.3液压系统的参数计算a.液压缸参数计算由第三章离合器设计是的缸体计算知，液压缸内径QUOTE,活塞外径QUOTE。压力为QUOTE，复位弹簧力QUOTE，活塞缸压紧力为：，排油需要压力QUOTE,密封圈摩擦阻力QUOTE，液压缸的流量为快进时，工进时，快退时；活塞杆直径为，则有效面积QUOTE。液压缸快进时的负载QUOTE，工进时为QUOTE，快退时。b.液压泵的选择根据液压缸的参数，查产品样本，选用YB-4/12型的双联叶片泵，该泵额定压力为，额定转速。5.4液压元件的选择a.液压阀及过滤器的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过改发的最大流量，可选出这些元件的型号及规格本文中所有阀的额定压力都为QUOTE，额定流量根据各阀通过的流量，确定为，，和三种规格，所有元件的规格型号列于表5.2中。过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表5.2液压元件明细表序号元件名称最大通过流量/L/min型号1行程阀25QCI-252节流阀25LF-10C3电磁换向阀1624D※-B8C-T4溢流阀4Y-10B5背压阀0.16B-10B5过滤器32XU-B32×100b.油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进出有关尺寸按输入、排出的最大流量来计算。由于本液压系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达，则液压缸进出油管直径按产品样本，选用内径为，外径为的高压胶管。5.5验算液压系统性能5.5.1系统的压力损失验算快进阶段的流量，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计，这是仅考虑调速阀的压力损。QUOTE快退时，液压缸的无杆腔回油是进油的两倍，其压力损失比进油时要大，因此必须计算。已知油管长，油管直径，进油流量。液压系统选用N32号液压油。雷诺数QUOTE（5.3）1）局部压力损失计算局部压力损失主要为流经各个控制阀压力损失的叠加，即：QUOTE（5.4）式中：QUOTE—流经阀的局部压力损失；

—阀的下标；

—阀数。故，（5.5）2）沿程压力损失计算快进阶段的流量，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，机器正常运转后油的运动粘度,油的密度为。进油管内径为32mm，则:管内流速：QUOTE

（5.6）为紊流，沿程压力损失为：QUOTE（5.7）总压力损失为：QUOTE（5.8）小于初选值，满足要求。5.5.2液压系统的发热和温升验算整个工作阶段，工进阶段所占用的时间最长所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况进行验算就可以了。工进阶段液压泵的输入功率为QUOTE，工进阶段液压缸的输出功率为，则：QUOTE（5.9）故发热功率为：QUOTE（5.10）

油箱容量,则油箱近似散热面积A为

QUOTE（5.11）取油箱散热系数为QUOTE，则油液温升为QUOTE（5.12）设环境温度QUOTE，则热平衡温度为QUOTE（5.13）所以油箱散热基本可达到要求。6机匣的设计6.1机匣的简要介绍机匣是变速器传动系统的重要零件之一,它是整个变速器的“基座”,其外形结构复杂,而且精度和强度要求高。机匣零件的功能决定了机匣的形状。作为发动机的承载、连接部件，它的主体结构大多为薄壁回转体，且内型、外型复杂。机匣的内外表面附属很多部件；如外面连接排气管道、油路、冷却管道等部件，内部连接燃烧室、压气机等。机匣零部件的功能决定了机匣的整体形状。机匣是支撑转子和固定定子的重要部件，是重要的承力部件，所以对机匣的强度要求比较高。机匣在高温下工作，要求有足够的抗蠕变能力(在整个寿命期内)；有过负荷包容能力(在转子叶片断裂时)。因此机匣的结构设计除了要满足支撑功能外，还要求设计方案保证强度、稳定性要求。机匣是用以支持和固定轴系零件，保证传动件的啮合精度、良好润滑及密封的重要零件。机匣结构对变速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、质量及成本等有很大影响，设计时必须全面考虑。6.2机匣参数设计考虑到由于直升机材料要求密度低，强度和刚度高，抗疲劳性能、减震性能等，所以机匣的材料用铝或铝镁合金。而且机匣是铸造件，铸造机匣较易获得合理和复杂的结构形状，刚度好，易进行切削加工。机匣从结构形式上选用剖分式，剖分面为水平面，与传动件轴心线平面重合这有利于轴系部件的安装和拆卸。剖分式铸造机匣的结构尺寸以及相关零件尺寸关系的经验值见下表6.1和表6.2。表6.1铸铝变速器箱体结构尺寸之一名称符号尺寸关系计算结果箱座壁厚箱盖壁厚地脚螺栓直径地脚螺栓数目表6.2铸铝变速器箱体结构尺寸之二名称符号尺寸关系计算结果箱座凸缘厚度箱盖凸缘厚度表6.3铸铝变速器箱体结构尺寸之二西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）名称符号尺寸关系计算结果箱座底凸缘厚度轴承旁连接螺栓直径箱盖与箱座连接螺栓直径连接螺栓QUOTE的间距轴承盖螺栓直径定位销直径QUOTE至外箱壁距离QUOTE至凸缘边缘距离轴承旁凸台半径大齿轮顶圆与内箱壁距离齿轮端面与内箱壁距离箱盖肋厚箱座肋厚机匣的外形尺寸根据机匣与传动轴和齿轮的配合关系，计算得出机匣的长、宽、高尺寸分别为QUOTE、QUOTE、QUOTE。机匣内部油道箱盖内径QUOTE，箱座内径QUOTE。给齿轮和离合器润滑的油道内径为QUOTE。6.3传动零件的润滑在齿轮减速机中润滑不仅可以降低机器的摩擦和磨损，同时还可起到密封、冷却和降低运转噪声的作用，良好的润滑条件是齿轮减速机长期工作的重要保证。又因要是润滑油液得到充分冷却和过滤，从而可以长时间保持油液的清洁和相对恒定的油温，且对于密封比较好，转速较高，负荷大，封闭性能好的可以使用齿轮油润滑，故在设计机匣内部油道时，采用高压油喷油方式去润齿轮滑减速机。7结论本文通过对直升机变速器的主要传动部件的结构及原理的初步研究与探讨，完成了对传动部件的的设计。在传动部件的设计中，利用机械原理和设计手册完成了以下设计：1）利用设计手册完成了对离合器工作原理的分析和结构的设计计算。选用里湿式多片摩擦离合器进行设计，对其摩擦片、弹簧、外形尺寸做了计算。2）由于联轴器可以选用标准件，在设计传动轴的时候就对其进行选择。3）在设计传动轴时，考虑到所传递的扭矩较大，所以轴的两端都设计成了花键轴，又因飞机的传动件要考虑质量轻的因素，就将轴设计为空心轴；4）参考液压设计的相关手册设计了液压缸和液压回路。5）在设计机匣时参考了减速器箱体的设计，因为要给齿轮和离合器润滑，所以给机匣壁内设计设计了油道接通高压油。通过本次设计，使我掌握直升机变速器设计的一般规律或过程，了解复合材料在直升机零部件设计中的应用，在专业综合方面提到全面提升。参考文献[1]成大先.《机械设计手册》第四版第二卷.北京:化学工业出版社.2002年.[2]成大先.《机械设计手册》第四版第四卷.北京:化学工业出版社.2002.[3]上海煤矿机械研究所.《液压传动设计手册》第二版.上海:上海人民出版社，1976年8月第一版.[4]李育锡.《机械设计课程设计》.西安:西北工业大学.2008年.[5]蒲良贵,纪名刚.《机械设计》第八版.西北工业大学机械原理及机械零件教研室北京:高等教育出版社,2006年5月.[6]邓昭铭,张莹.《机械设计基础》第二版,北京:高等教育出版社,2000年7月.[7]成大先.《机械设计图册》第四版第一卷.北京:化学工业出版社，2002.[8]曹玉平,闫祥安.《液压传动与控制》,河北:天津大学出版社.2003年8月.[9]阮忠堂.《联轴器、离合器设计与选用指南》.北京:化学工业出版社，2006年2月.[10]王华明，直升机系统，南京:南航直升机系统课程课件南京航空航天大学机技术研究所，2011年.[11]欧阳斌.长翻修间隔期直升机主减速器设计技术研究.株洲:中国航空学会第十三届机械动力传输学术会