履帶車輛主動輪減速裝置設計

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本科學生畢業(yè)設計 履帶車輛主動輪減速裝置設計 系部名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 B07-11 班 學生姓名： 宋 磊 指導教師： 朱榮福 職 稱： 講 師 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Hybrid Tracked Vehicle Active Wheel Reducer Candidate：Song lei Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-11 Supervisor：Lecturer Zhu Rongfu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 在履帶車輛中，減速傳動裝置是重要的組成部分之一，本文主要以主動輪減速器 設計為主，在履帶車輛中主動輪減速器起著重要的作用。主要的作用：降低電動機傳 動主動的轉(zhuǎn)速，并增大傳遞到主動輪的轉(zhuǎn)矩，是履帶車輛有足夠的動力性，滿足履帶 車輛起步、加速、通過性。 本設計為履帶車輛主動輪減速器設計，主要介紹齒輪是減速器的選擇以及傳動方 案的選擇。為適應履帶車的行駛條件需要，通過履帶車輛的車重和最大行駛速度，計 算出履帶車輛行駛中所需的最大功率最大扭矩。根據(jù)最大功率計算總傳動比，是總傳 動比能達到減速比的要求，并進行傳動比的分配和確定各輪齒齒數(shù)和尺寸，以及確定 選擇使用單級傳動和二級傳動。根據(jù)計算要求確定輸入輸出軸軸頸計算和軸段長度的 計算以及軸的校核。最后進行密封件的選擇和軸的工藝分析。選擇合適的密封件并滿 足設計要求，另外軸在加工時要有一定的技術(shù)要求，加工后的軸應滿足技術(shù)和設計要 求。 關(guān)鍵詞：減速傳動裝置；傳動比；傳動比；校核；密封件 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I ABSTRACT Caterpillar vehicles, the slowdown in the transmission device is an important part of this paper mainly active wheel reducer design is given priority to, in active wheel reducer of caterpillar vehicle plays an important role. Main function: reduce the speed of the motor drive, and increase initiative to deliver the torque, active wheel is tracked vehicles have enough power to meet tracked vehicles start, accelerate, through sex. This design for tracked vehicles driving gear reducer design, mainly introduces the option and is reducer gear transmission options. Through the caterpillar vehicle weight of the car and maximum speeds of caterpillar vehicle, calculate the maximum power required. According to the maximum power calculating total ratio, and the distribution of transmission ratio, and confirm the pinion gear and dimension. And input/output shaft shaft neck calculation and shaft length calculation, and the axis of dynamicrigidity. On the classification of the shaft seal process analysis. Choose appropriate sealing parts and meet the design requirements, another shaft in process must have certain technical requirements, the processed axis should meet the technical and design requirements. This design closely combining the most mature modern tracked vehicles of technology. Keywords:Slow Transmission Device; Ratio;Distribution Ratio ; Check; Seals 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 II 目 錄 摘 要 ..................................................................I Abstract ................................................................II 第一章 緒 論..........................................................1 1.1 選題的目的及意義 ...................................................1 1.2 齒輪式減速器發(fā)展現(xiàn)狀 ...............................................1 1.3 齒輪減速器的發(fā)展趨勢 ...............................................2 1.4 主要工作內(nèi)容 .......................................................3 第二章 減速器傳動方案的確定 .........................................4 2.1 總體方案的確定 .....................................................4 2.1.1 減速器的類型及特點 ..............................................4 2.1.2 傳動方案分析 ....................................................5 2.1.3 行星齒輪變速器的工作原理 ........................................9 2.1.4 常用行星齒輪傳動的形式與特點 ...................................11 2.2 傳動比的確定 ......................................................12 2.2.1 確定發(fā)動機最大功率 .............................................12 2.2.2 確定傳動比 .....................................................13 2.3 本章小結(jié) ..........................................................17 第三章 齒輪結(jié)構(gòu)設計與計算...........................................18 3.1 行星排的配齒計算及強度校核 ........................................18 3.1.1 分配傳動比 ....................................................18 3.1.2 行星齒輪傳動齒數(shù)確定的條件 ....................................20 3.2 減速器高速級的計算 ................................................23 3.2.1 行星排的配齒計算 ...............................................23 3.2.2 驗算高速級 A－C 傳動的接觸強度 .................................28 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 III 3.2.3 驗算 A－C 傳動彎曲疲勞強度的校核 ...............................34 3.2.4 根據(jù)接觸強度計算來確定內(nèi)齒輪材料 ..............................37 3.2.5 C－B 傳動的彎曲強度驗算 ........................................38 3.3 減速器低速級的計算 ................................................38 3.3.1 配齒計算 ......................................................38 3.3.2 按接觸強度初算 A－C 傳動的中心距和模數(shù) .........................38 3.3.3 行星排齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算 ......................................39 3.3.4 驗算 A－C、C－B 傳動的接觸強度及彎曲疲勞強度 ...................41 3.4 本章小結(jié) ........................................................41 第四章 軸及軸上支承聯(lián)接件的校核....................................42 4.1 軸的種類 ..........................................................42 4.2 軸的工藝要求 ......................................................42 4.3 軸的初算及材料選擇 ................................................42 4.4 高速軸的校核 ......................................................43 4.4.1 高速軸的受力分析 ..............................................43 4.4.2 按當量彎矩校核軸的強度 ........................................44 4.5 低速軸的校核 ......................................................45 4.5.1 低速軸的受力分析 ..............................................45 4.5.2 按當量彎矩校核軸的強度 ........................................46 4.5.3 花鍵的選擇及校核計算 ...........................................47 4.5.4 輸入軸上的花鍵校核 ............................................48 4.5.5 聯(lián)結(jié)高速級與低速級間的花鍵校核 .................................48 4.5.6 輸出軸的花鍵校核 ...............................................49 4.6 減速器中軸承的選擇及壽命校核 ......................................49 4.6.1 軸承承載能力的計算 ............................................49 4.6.2 軸承的壽命計算 ................................................51 4.7 本章小結(jié) ..........................................................52 第五章 減速器密封及軸工藝分析 .....................................53 5.1 概述 ..............................................................53 5.2 密封形式的選擇 ....................................................53 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 IV 5.2.1 密封形式的分類 ................................................53 5.2.2 密封形式的選擇 ................................................54 5.3 軸的工藝分析 ......................................................55 5.4 本章小結(jié) ..........................................................56 結(jié) 論 .................................................................57 參考文獻 ..............................................................58 致 謝 .................................................................59 附 錄 A...............................................................60 附 錄 B...............................................................65 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 0 第一章 緒 論 1.1 選題的目的及意義 行星齒輪的傳動應用已有幾十年的歷史。由于行星齒輪傳動是把定軸線傳動改為 動軸線傳動，采用功率分流，用數(shù)個行星齒輪分擔載荷，并且合理應用內(nèi)嚙合，以及 采用合理的均載裝置，使行星齒輪傳動有許多重大的優(yōu)點。這些有點主要有質(zhì)量輕、 體積小、傳動范圍大，承載能力不受限制，進出軸呈同一軸線；同時效率高。 與普通定軸齒輪傳動相比，行星齒輪傳動最主要的特點就是它至少有一個齒輪的 軸線是動軸線，因而稱為動軸輪系。行星齒輪傳動中，至少有一個齒輪即繞動軸線自 傳，同時又繞定軸線公轉(zhuǎn)，既作行星運動，所以通常稱為行星齒輪傳動。 目前履帶車輛所采用的減速器為行星齒輪減速器，與傳統(tǒng)減速器相比具有質(zhì)量小、 體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點，這些已被我國越 來越多的機械工程技術(shù)人員所了解和重視。本設計通過對軍用履帶車采用的行星齒輪 減速器的結(jié)構(gòu)設計，初步計算出各零件的設計尺寸和裝配尺寸，并對設計結(jié)果進行參 數(shù)化分析，為行星齒輪減速器產(chǎn)品的開發(fā)和性能評價，實現(xiàn)行星齒輪減速器規(guī)?；?產(chǎn)提供了參考和理論依據(jù)。 行星齒輪傳動的特點：1）把定軸線傳動給為動軸線傳動；2）功率分流，采用數(shù) 個行星齒輪傳遞載荷；3）合理地應用內(nèi)嚙合。 行星齒輪傳動的優(yōu)越性：1）體積小、質(zhì)量輕，只相當一般齒輪傳動的體積、質(zhì) 量的 1/2～1/3；2）承載能力大，傳遞功率范圍及傳動比范圍大；3）運行噪聲小， 效率高，壽命長；4）由于尺寸和質(zhì)量減少，就能夠采用優(yōu)質(zhì)材料與實現(xiàn)硬齒面等化 學處理，機床工具規(guī)格小，精度和技術(shù)要求容易達到；5）采用合理機構(gòu)，可以簡化 制造工藝，從而使中小型制造廠就能夠制造，并易于推廣和普及；6）采用行星齒輪 機構(gòu)，用兩個電機可以達到變速要求。由此可見，行星齒輪傳動是一種先進的齒輪傳 動結(jié)構(gòu)。 1.2 齒輪式減速器發(fā)展現(xiàn)狀 齒 輪 是 廣 泛 使 用 的 傳 動 元 件 。 目 前 世 界 上 利 用 齒 輪 最 大 傳 遞 功 率 可 達 6500kW， 最 大 線 速 度 達 210m／ s； 齒 輪 最 大 重 量 達 200t， 組 合 式 齒 輪 最 大 直 徑 達 25． 6m， 最 大 模 數(shù) m 達 50mm。 我 國 自 行 設 計 的 高 速 齒 輪 增 速 器 和 減 速 器 的 功 率? 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 已 達 44000kW， 齒 輪 圓 周 速 度 達 150m／ s 以 上 。 齒 輪 減 速 器 是 一 種 動 力 傳 達 機 構(gòu) ， 利 用 齒 輪 的 速 度 轉(zhuǎn) 換 ， 將 電 動 機 的 回 轉(zhuǎn) 數(shù) 減 速 到 所 要 的 回 轉(zhuǎn) 數(shù) ， 并 得 到 較 大 轉(zhuǎn) 矩 的 機 構(gòu) 。 在 目 前 用 于 傳 遞 動 力 與 運 動 的 機 構(gòu) 中 ， 齒 輪 減 速 器 的 應 用 范 圍 相 當 廣 泛 ， 幾 乎 在 各 式 機 械 的 傳 動 系 統(tǒng) 中 都 可 以 見 到 它 的 蹤 跡 。 齒 輪 減 速 器 具 有 減 速 及 增 加 轉(zhuǎn) 矩 作 用 ， 因 此 廣 泛 應 用 在 速 度 與 扭 矩 的 轉(zhuǎn) 換 設 備 。 齒 輪 減 速 器 的 作 用 主 要 有 ： (1） 降 速 同 時 提 高 輸 出 扭 矩 ， 扭 矩 輸 出 比 例 按 電 機 輸 出 乘 減 速 比 ， 但 要 注 意 不 能 超 出 減 速 機 額 定 扭 矩 。 (2） 減 速 同 時 降 低 了 負 載 的 慣 量 ， 慣 量 的 減 少 為 減 速 比 的 平 方 。 齒 輪 減 速 器 一 般 用 于 低 轉(zhuǎn) 速 大 扭 矩 的 傳 動 設 備 ， 把 電 動 機 ， 內(nèi) 燃 機 或 其 它 高 速 運 轉(zhuǎn) 的 動 力 通 過 減 速 機 的 輸 入 軸 上 的 齒 數(shù) 少 的 齒 輪 嚙 合 輸 出 軸 上 的 大 齒 輪 來 達 到 減 速 的 目 的 ， 普 通 的 減 速 器 也 會 有 幾 對 相 同 原 理 齒 輪 達 到 理 想 的 減 速 效 果 ， 大 小 齒 輪 的 齒 數(shù) 之 比 ， 就 是 傳 動 比 。 齒 輪 減 速 器 是 一 種 相 對 精 密 的 機 械 ， 使 用 它 的 目 的 是 降 低 轉(zhuǎn) 速 ， 增 加 轉(zhuǎn) 矩 。 它 的 種 類 繁 多 ， 型 號 各 異 ， 不 同 種 類 有 不 同 的 用 途 。 齒 輪 減 速 器 按 照 傳 動 類 型 可 分 為 齒 輪 減 速 器 、 蝸 桿 減 速 器 和 行 星 齒 輪 減 速 器 ； 按 照 傳 動 級 數(shù) 不 同 可 分 為 單 級 和 多 級 減 速 器 ； 按 照 齒 輪 形 狀 可 分 為 圓 柱 齒 輪 減 速 器 、 圓 錐 齒 輪 減 速 器 和 圓 錐 － 圓 柱 齒 輪 減 速 器 ； 按 照 傳 動 的 布 置 形 式 又 可 分 為 展 開 式 、 分 流 式 和 同 軸 式 減 速 器 。 1.3 齒輪減速器的發(fā)展趨勢 隨 著 社 會 的 發(fā) 展 、 時 間 的 推 移 ， 齒 輪 技 術(shù) 進 展 的 步 伐 越 來 越 迅 速 。 近 年 來 ， 工 業(yè) 發(fā) 達 國 家 制 造 的 機 械 裝 置 向 著 大 型 、 精 密 、 高 速 、 成 套 和 自 動 化 方 向 發(fā) 展 ， 有 的 則 向 小 型 、 輕 量 化 方 向 發(fā) 展 ， 從 而 推 動 了 齒 輪 的 技 術(shù) 的 進 步 。 概 括 起 來 說 ， 當 今 世 界 各 國 齒 輪 技 術(shù) 發(fā) 展 的 總 趨 勢 向 六 高 、 二 低 、 二 化 的 方 向 發(fā) 展 。 六 高 及 高 承 載 能 力 、 高 齒 輪 面 硬 度 、 高 精 度 、 高 速 度 、 高 可 靠 性 和 高 傳 動 效 率 ； 二 低 即 低 噪 聲 、 低 成 本 、 二 化 即 標 準 化 、 多 樣 化 。 [1] 在 產(chǎn) 品 設 計 階 段 ， 就 同 時 進 行 工 藝 過 程 設 計 及 安 排 產(chǎn) 品 整 個 生 產(chǎn) 周 期 個 配 套 環(huán) 節(jié) 。 市 場 的 快 速 反 映 大 大 縮 短 了 產(chǎn) 品 投 放 市 場 的 時 間 。 零 部 件 企 業(yè) 正 向 大 型 化 、 專 業(yè) 化 、 國 際 化 發(fā) 展 。 齒 輪 產(chǎn) 品 將 成 為 國 際 采 購 、 國 際 配 套 的 產(chǎn) 品 。 適 應 市 場 要 求 的 新 產(chǎn) 品 開 發(fā) ， 關(guān) 鍵 工 藝 技 術(shù) 的 創(chuàng) 新 競 爭 ， 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 競 爭 以 及 員 工 技 術(shù) 素 質(zhì) 與 創(chuàng) 新 精 神 ， 是 2l 世 紀 企 業(yè) 競 爭 的 焦 點 。 在 2l 世 紀 成 套 機 械 裝 備 中 ， 齒 輪 仍 然 是 機 械 傳 動 的 基 本 部 件 。 由 于 計 算 機 技 術(shù) 與 數(shù) 控 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 使 得 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 機 械 加 工 精 度 、 加 工 效 率 大 為 提 高 ， 從 而 推 動 了 機 械 傳 動 產(chǎn) 品 多 樣 化 ， 整 機 配 套 的 模 塊 化 、 標 準 化 ， 以 及 造 型 設 計 藝 術(shù) 化 ， 使 產(chǎn) 品 更 加 精 致 、 美 觀 。 數(shù) 控 機 床 和 工 藝 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 推 動 了 機 械 傳 動 結(jié) 構(gòu) 的 飛 速 發(fā) 展 。 在 傳 動 系 統(tǒng) 設 計 中 的 電 子 控 制 、 液 壓 傳 動 ， 齒 輪 、 帶 鏈 的 混 合 傳 動 ， 將 成 為 變 速 箱 設 計 中 優(yōu) 化 傳 動 組 合 的 方 向 。 在 傳 動 設 計 中 的 學 科 交 叉 ， 將 成 為 新 型 傳 動 產(chǎn) 品 發(fā) 展 的 重 要 趨 勢 。 工 業(yè) 通 用 變 速 箱 是 指 為 各 行 業(yè) 成 套 裝 備 及 生 產(chǎn) 線 配 套 的 大 功 率 和 中 小 功 率 變 速 箱 。 國 內(nèi) 的 變 速 箱 將 繼 續(xù) 淘 汰 軟 齒 面 ， 向 硬 齒 面 (50～ 60HRC)、 高 精 度 (4～ 5 級 )、 高 可 靠 度 軟 啟 動 、 運 行 監(jiān) 控 、 運 行 狀 態(tài) 記 錄 、 低 噪 聲 、 高 的 功 率 與 體 積 比 和 高 的 功 率 與 重 量 比 的 方 向 發(fā) 展 。 中 小 功 率 變 速 箱 為 適 應 機 電 一 體 化 成 套 裝 備 自 動 控 制 、 自 動 調(diào) 速 、 多 種 控 制 與 通 訊 功 能 的 接 口 需 要 ， 產(chǎn) 品 的 結(jié) 構(gòu) 與 外 型 在 相 應 改 變 。 矢 量 變 頻 代 替 直 流 伺 服 驅(qū) 動 ， 已 成 為 近 年 中 小 功 率 變 速 箱 產(chǎn) 品 (如 擺 輪 針 輪 傳 動 、 諧 波 齒 輪 傳 動 等 )追 求 的 目 標 。 隨 著 我 國 航 天 、 航 空 、 機 械 、 電 子 、 能 源 及 核 工 業(yè) 等 方 面 的 快 速 發(fā) 展 和 工 業(yè) 機 器 人 等 在 各 工 業(yè) 部 門 的 應 用 ， 我 國 在 諧 波 傳 動 技 術(shù) 應 用 方 面 已 取 得 顯 著 成 績 。 同 時 ， 隨 著 國 家 高 新 技 術(shù) 及 信 息 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 對 諧 波 傳 動 技 術(shù) 產(chǎn) 品 的 需 求 將 會 更 加 突 出 。 中 國 齒 輪 行 業(yè) 在 20 世 紀 90 年 代 的 快 速 發(fā) 展 ， 已 基 本 完 成 由 賣 方 市 場 投 到 買 方 市 場 的 轉(zhuǎn) 變 。 隨 著 我 國 體 質(zhì) 的 個 改 革 的 深 入 ， 充 分 發(fā) 揮 行 業(yè) 協(xié) 會 的 作 用 ， 加 強 行 業(yè) 自 律 性 的 市 場 約 束 ， 形 成 有 序 競 爭 的 市 場 制 度 ， 是 當 前 是 的 發(fā) 展 的 迫 切 任 務 。 減 速 器 和 齒 輪 的 設 計 與 制 造 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 在 一 定 程 度 上 標 志 著 一 個 國 家 的 工 業(yè) 水 平 ， 因 此 開 拓 和 發(fā) 展 減 速 器 和 齒 輪 技 術(shù) 在 我 國 有 廣 闊 的 前 景 。 1.4 主要工作內(nèi)容 以 履 帶 車 輛 主 動 輪 減 速 機 構(gòu) 設 計 為 主 要 研 究 對 象 ， 對 主 動 輪 減 速 器 進 行 了 研 究 設 計 ， 確 定 主 動 輪 行 星 齒 輪 減 速 器 選 擇 ， 對 行 星 齒 輪 減 速 器 的 基 本 工 作 原 理 進 行 分 析 選 擇 、 行 星 齒 輪 傳 動 設 計 與 校 核 。 主 要 內(nèi) 容 包 括 ： 1.行 星 齒 輪 傳 動 傳 動 方 案 分 析 、 行 星 齒 輪 工 作 原 理 以 及 配 齒 、 傳 動 比 確 定 ； 2.行 星 齒 輪 傳 動 比 分 配 、 各 輪 齒 齒 數(shù) 和 尺 寸 確 定 ； 3.軸 的 工 藝 要 求 、 軸 頸 計 算 以 及 輸 入 軸 輸 出 軸 設 計 校 核 ； 4.密 封 件 的 分 類 及 選 擇 、 軸 的 工 藝 分 析 。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 第二章 減速器傳動方案的確定 2.1 總體方案的確定 2.1.1 減速器的類型及特點 減速器的功用是改變發(fā)動機傳動到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使車輛在原地起步、 爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行使條件下工作，使車輛獲得足夠的牽引力和行駛速度。減 速器的傳動方案有多種多樣，各有各的特點。一般常見行星齒輪減速器的分類及型式 及其應用范圍如表 2.1 行星齒輪減速器主要類型與特點所示。 表 2.1 行星齒輪減速器主要類型與特點 序 號 基本結(jié) 構(gòu)命名 嚙合 方式 命名 傳動簡圖 傳動比 范圍 傳動效 率 傳動功 率范圍 制造工 藝性 應用場 合 說明 1 2K-H 型 NGW 型 2.8～1 2.5 0.97～ 0.99 不限 加工與 裝配工 藝較簡 單。 可用于 任何工 作情況 下，功 率大小 不受限 制。 具有內(nèi) 位嚙合 的 2K-H 型單機 傳動 （負號 機構(gòu)）。 2 2K-H 型 NW 型 7～17 0.97～ 0.99 不限 因有雙 聯(lián)齒輪， 使加工 與裝配 復雜。 同型 2K-H。 具有內(nèi) 外嚙合 的 2K-H 型傳動 （正號 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 機構(gòu)）。 3 2K-H 型 NN 型 30～10 0 傳動 效率很 小時， 可達 1700 效率低、 且隨傳 動比 i 增大而 下降， 并有自 鎖可能。 小于或 等于 30KW。 制造精 度要求 較高 適用于 短期間 斷工作 場合， 推薦用 于特輕 型工作 制度。 雙內(nèi)嚙 合 2K-H 型傳動 （正號 機構(gòu)）。 4 2K-H 型 WW 型 1.2 至 幾千 效率低、 且隨傳 動比 i 增大而 下降， 并有自 鎖可能。 15KW 制造與 裝配工 藝性不 佳。 推薦只 在特輕 型工作 制度下 用，最 好不用 于動力 傳動。 雙外嚙 合 2K-H 型傳動 （正號 機構(gòu)）。 5 3K 型 NGWN 型 20～10 0 小功 率可達 500 以 上 效率較 低，且 隨傳動 比增入 而下降， 并有自 鎖可能。 96KW 制造與 裝配工 藝性不 佳。 適用于 短期間 斷工作 場合。 6 K-H-V 型 N 型 7～71 0.7～0 .94 96KW 齒形及 輸出機 構(gòu)要求 較高。 2.1.2 傳動方案分析 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 本設計為電動機驅(qū)動主動輪，電動機代替發(fā)動機驅(qū)動主動輪。電 動 機 橫 置 于 履 帶 車 輛 前 主 動 輪 左 右 兩 側(cè) ， 故 其 傳 動 方 向 大 致 一 致 ， 不 會 出 現(xiàn) 交 角 的 傳 動 。 且 由 于 坦 克 傳 動 屬 于 大 功 率 傳 動 ， 傳 動 比 不 算 太 大 ， 采 用 蝸 桿 、 齒 輪 － 螺 桿 減 速 器 不 合 適 ， 因 為 要 求 的 傳 動 比 太 大 ； 若 采 用 擺 線 針 輪 減 速 器 和 協(xié) 波 齒 輪 減 速 器 也 同 樣 不 合 適 ， 因 為 這 兩 樣 傳 動 在 實 際 應 用 中 技 術(shù) 還 不 成 熟 ， 且 要 求 傳 遞 功 率 較 小 和 傳 動 比 范 圍 太 大 ， 根 本 不 適 用 于 坦 克 等 履 帶 車 輛 做 減 速 器 。 剩 下 可 考 慮 圓 柱 齒 輪 減 速 器 和 行 星 齒 輪 減 速 器 兩 種 傳 動 方 案 了 。 從 表 2.2 定 軸 傳 動 減 速 器 主 要 類 型 與 特 點 所 示 可 以 看 出 圓 柱 齒 輪 減 速 器 可 以 做 成 單 級 、 兩 級 、 三 級 三 種 ， 做 為 定 軸 式 減 速 器 ， 輪 齒 可 以 做 成 直 齒 、 斜 齒 和 人 字 齒 。 傳 動 軸 線 平 行 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 精 度 易 于 保 證 ， 由 于 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 早 期 坦 克 、 汽 車 、 拖 拉 機 有 著 廣 泛 的 應 用 。 還 可 分 為 同 軸 線 式 和 非 同 軸 線 式 ， 非 同 軸 線 式 還 可 分 為 展 開 式 和 分 流 式 。 展 開 式 是 兩 級 減 速 器 中 最 簡 單 的 一 種 ， 齒 輪 相 對 軸 承 位 置 不 對 稱 ， 軸 產(chǎn) 生 彎 曲 變 形 時 ， 載 荷 分 布 不 均 勻 ， 因 此 軸 應 有 較 大 的 剛 度 。 分 流 式 齒 輪 與 軸 承 對 稱 布 置 ， 載 荷 沿 齒 寬 分 布 均 勻 。 此 外 ， 還 有 同 軸 線 式 傳 動 方 式 ， 就 是 輸 入 軸 與 輸 出 軸 同 軸 。 表 2.2 定軸傳動減速器主要類型與特點 類別 級數(shù) 推薦傳動比范圍 特點及應用 單級 調(diào)質(zhì)齒輪 I<=7.1 淬硬齒輪 I<=6.3 （ I<=5.6 較佳） 應用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，精度容易保證。 輪齒可做成直齒、斜齒或人字齒?？?用于低速重載，也可用于高速傳動。 展開式 調(diào)質(zhì)齒輪 I=7.1～50 淬硬齒輪 I=7.1～1.5 (I=6.3～0 較佳) 這是二級減速器中最簡單、應用最廣 泛結(jié)構(gòu)。齒輪相軸承位置不對稱。 當軸產(chǎn)生彎扭變形時，載荷齒寬上分 布不均勻，軸應設計具有較大剛度， 并使 高速軸齒輪遠離輸入端。淬硬齒輪大 多采用此結(jié)構(gòu)。 圓柱 齒輪 減速 器 二級 分流式 I=7.1～50 高速級為對稱左右旋斜齒輪，低速級 可為人字齒或直齒。齒輪與軸承對稱 布置。載荷沿齒寬分布均勻，軸承受 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 載平均，中間軸危險截面上轉(zhuǎn)矩相當 于軸所傳遞轉(zhuǎn)矩之半。但這種結(jié)構(gòu)不 可避免要產(chǎn)生軸向竄動，影響齒面載 荷均勻性。 結(jié)構(gòu)上應保證有軸向竄動可能。通常 低速級大齒輪作軸向定位，中間軸齒 輪和高速小齒輪可以軸向竄動。 同軸線式 調(diào)質(zhì)齒輪 I=7.1～50 淬硬齒輪 I=7.1～31.5 箱體長度縮小。輸入軸和輸出軸布置 同一軸線上，使設備布置較為方便、 合理。當傳動比分配適當時，兩對齒 輪浸 油深度大致相同。但軸向尺寸較大， 中間軸較長，其齒輪與軸承不對稱布 置，剛性差，載荷沿齒寬分布不均勻。 同軸分流式 I=7.1～50 從輸入軸到輸出軸功率分左右兩股傳 遞，嚙合輪齒僅傳遞一半載荷。輸入 軸和輸出軸只受轉(zhuǎn)矩，中間軸只受全 部載荷一半。故可縮小齒輪直徑、圓 周速度及減速器尺寸。一般用于重載 齒輪。關(guān)鍵是要采用合適均載機構(gòu)， 使左右兩股分流功率均衡。 展開式 調(diào)質(zhì)齒輪 I=28～315 淬硬齒輪 I=28～180 （I=22.5 ～100 較佳） 同二級展開式。圓柱 齒輪 減速 三級 分 流式 I=28～315 同二級分流式。 圓錐、 圓柱 －柱 減速 單級 直齒 I<=5 曲線齒、斜齒 I<8～40 輪齒可制成直齒、斜齒或曲線齒。適 用于輸入軸和輸出軸兩軸線垂直相交 傳動中。可為水平式或立式。其制造 安裝復雜，成本高，僅設備布置必要 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 (淬硬齒輪 I<=5 較佳) 時才采用。 二級 直齒 I=6.3～31.5 曲線齒、斜齒 I<=8～40 (淬硬齒輪 I=5～16 較佳) 特點與單級圓錐齒輪減速器相似。圓 錐齒輪應高速級，使圓錐齒輪尺寸不 致太大，否則加工困難。圓柱 齒輪可為直齒或斜齒。 器 三級 I=35.5～160 (淬硬齒輪 I=18～100 較佳） 特點與二級圓錐－圓柱齒輪減速器相 似。 蝸桿下置式 蝸桿布置蝸輪下邊，嚙合處冷卻和潤 滑較好，蝸桿軸承潤滑也方便。但當 蝸桿圓周圍速度太大時，油攪動損失 較大，一般用于蝸桿圓周速度 v<5m/s。 蝸桿上置式 蝸桿布置蝸輪上邊，裝拆方便，蝸桿 圓周速度允許高一些，但蝸桿軸承潤 滑不方便。 蝸桿、 齒輪 －蝸 桿減 速器 單 級 蝸桿側(cè)置式 i=8～80 蝸桿放蝸累輪側(cè)面，蝸輪軸是豎直。 以 上 僅 分 析 了 圓 柱 齒 輪 減 速 器 的 部 分 特 性 ， 由 于 此 次 設 計 給 定 了 減 速 器 的 設 計 尺 寸 ， 其 安 裝 位 置 也 有 一 定 的 限 制 ， 且 還 要 考 慮 箱 體 尺 寸 ， 內(nèi) 齒 輪 安 裝 的 方 便 性 ， 要 求 電 機 輸 出 軸 與 減 速 器 輸 出 軸 同 軸 。 可 考 慮 的 傳 動 方 案 有 兩 類 ： （ 一 ） 同 軸 式 圓 柱 齒 輪 減 速 器 ， 如 果 為 兩 級 傳 動 ， 傳 動 比 8～ 40， 速 比 分 配 適 當 時 ， 兩 對 齒 輪 浸 入 油 中 深 度 大 致 相 同 。 但 減 速 器 軸 向 尺 寸 和 重 量 較 大 ， 高 速 級 齒 輪 的 承 載 能 力 難 于 充 分 利 用 ， 中 間 軸 承 潤 滑 困 難 。 中 間 軸 較 長 ， 剛 性 差 ， 高 速 運 轉(zhuǎn) 下 ， 軸 易 引 起 共 振 。 載 荷 沿 齒 寬 分 布 不 均 。 由 于 兩 伸 出 軸 在 同 一 直 線 上 ， 在 很 多 場 合 能 使 布 置 更 為 方 便 ， 但 對 于 我 設 計 的 這 個 項 目 顯 然 由 于 軸 承 潤 滑 困 難 ， 體 積 較 大 ， 不 易 布 置 。 （ 二 ） 行 星 齒 輪 減 速 器 有 很 多 優(yōu) 點 ， 其 傳 動 效 率 可 以 很 高 ， 單 級 可 以 達 96～ 99％ ； 且 傳 動 比 范 圍 廣 ， 傳 動 功 率 可 以 從 12W 至 50000KW， 承 載 能 力 大 ； 工 作 平 穩(wěn) ， 體 積 和 重 量 比 普 通 齒 輪 、 蝸 桿 減 速 器 小 得 多 。 行 星 齒 輪 減 速 器 的 特 點 如 下 ： （ 1） 因 為 各 中 心 輪 構(gòu) 成 為 共 軸 式 傳 動 ， 而 且 載 荷 分 布 在 幾 個 行 星 輪 上 ， 另 外 又 能 合 理 地 應 用 內(nèi) 嚙 合 ， 所 以 結(jié) 構(gòu) 非 常 緊 湊 。 由 于 一 個 中 心 輪 能 同 時 與 幾 個 行 星 輪 相 嚙 合 ， 故 使 在 材 料 的 機 械 性 能 與 制 造 精 度 相 同 情 況 下 ， 其 外 部 輪 廓 尺 寸 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 小 ， 載 荷 能 力 較 大 。 （ 2） 只 需 適 當 選 擇 機 構(gòu) 形 式 ， 便 可 以 用 少 量 齒 輪 得 到 較 大 傳 動 比 ， 甚 至 可 達 幾 千 的 數(shù) 比 ， 即 使 在 傳 動 比 很 大 時 ， 仍 然 緊 湊 重 量 輕 。 （ 3） 行 星 機 構(gòu) 的 傳 動 效 率 高 ， 在 結(jié) 構(gòu) 布 置 合 理 下 ， 其 效 率 可 達 0.8～ 0.9 以 上 ， 由 于 行 星 輪 傳 動 的 結(jié) 構(gòu) 對 稱 性 ， 即 具 有 個 數(shù) 均 勻 分 布 的 行 星 輪 ， 使 得 作 用 于 中 心 輪 和 轉(zhuǎn) 臂 軸 承 中 的 反 作 用 力 相 互 平 衡 ， 均 可 達 到 提 高 傳 動 效 率 的 作 用 。 （ 4） 由 于 采 用 了 數(shù) 個 相 同 的 行 星 輪 均 布 于 中 心 輪 四 周 ， 而 達 到 慣 性 力 的 平 衡 ， 同 時 使 嚙 合 齒 數(shù) 增 多 。 故 行 星 輪 機 構(gòu) 運 行 平 穩(wěn) ， 抗 沖 擊 和 振 動 能 力 強 。 缺 點 ： 對 材 料 要 求 高 ， 結(jié) 構(gòu) 復 雜 ， 制 造 和 安 裝 困 難 。 綜 合 考 慮 本 設 計 的 尺 寸 ， 重 量 和 布 置 等 的 具 體 要 求 ， 決 定 選 用 行 星 輪 傳 動 方 案 。 由 于 定 軸 式 的 傳 動 系 統(tǒng) 在 換 檔 時 有 較 大 的 功 率 損 失 。 因 此 目 前 履 帶 車 輛 上 日 益 廣 泛 采 用 行 星 變 速 箱 ， 行 星 變 速 箱 在 換 檔 時 一 般 都 可 以 實 現(xiàn) 沒 有 速 度 損 失 的 動 力 換 檔 。 對 于 我 的 這 次 設 計 的 減 速 器 也 應 采 用 行 星 式 的 減 速 方 式 。 2.1.3 行星齒輪變速器的工作原理 行 星 齒 輪 八 種 傳 動 方 案 ： 1)齒 圈 固 定 ， 太 陽 輪 主 動 ， 行 星 架 被 動 。 降 速 傳 動 ， 通 常 傳 動 比 一 般 為 2.5-5， 轉(zhuǎn) 向 相 同 。 2） 齒 圈 固 定 ， 行 星 架 主 動 ， 太 陽 輪 被 動 。 升 速 傳 動 ， 傳 動 比 一 般 為 0.2-0.4， 轉(zhuǎn) 向 相 同 。 3） 太 陽 輪 固 定 ， 齒 圈 主 動 ， 行 星 架 被 動 。 降 速 傳 動 ， 傳 動 比 一 般 為 1.25-1.67， 轉(zhuǎn) 向 相 同 。 4） 太 陽 輪 固 定 ， 行 星 架 主 動 ， 齒 圈 被 動 。 升 速 傳 動 ， 傳 動 比 一 般 為 0.6-0.8， 轉(zhuǎn) 向 相 同 。 5） 行 星 架 固 定 ， 太 陽 輪 主 動 ， 齒 圈 被 動 。 減 速 運 動 ， 傳 動 比 一 般 為 1.5-4， 轉(zhuǎn) 向 相 反 。 6） 行 星 架 固 定 ， 齒 圈 主 動 ， 太 陽 輪 被 動 。 升 速 傳 動 ， 傳 動 比 一 般 為 0.25-0.67， 轉(zhuǎn) 向 相 反 。 7） 把 三 元 中 任 意 連 接 到 一 起 此 時 傳 動 比 為 1。 8） 三 元 件 中 任 意 一 個 元 件 主 動 ， 其 余 的 兩 個 元 件 自 由 ， 其 余 兩 元 件 無 確 定 的 轉(zhuǎn) 速 輸 出 。 為 了 了 解 行 星 齒 輪 變 速 器 工 作 原 理 ， 下 面 先 分 析 單 排 行 星 齒 輪 機 構(gòu) 的 運 動 規(guī) 律 。 圖 2-1 為 單 排 行 星 齒 輪 機 構(gòu) 的 示 意 圖 ， 圖 上 還 可 標 出 行 星 輪 所 受 到 的 作 用 力 。 1 2 3 4 1 2 3 4 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 圖 2.1 單 排 行 星 齒 輪 機 構(gòu) 及 作 用 力 1－ 太 陽 輪 2－ 齒 圈 3－ 行 星 架 4－ 行 星 輪 作 用 于 太 陽 輪 1 上 的 力 矩 ： 1MFr? 作 用 于 齒 圈 2 上 的 力 矩 ： 2 作 用 于 行 星 架 3 上 的 力 矩 ： 3r 令 齒 圈 與 太 陽 輪 的 齒 數(shù) 比 為 ，則：?21zr? 因 而 ： 2 又： 131rr???? 式 中 ， 、 分別為太陽輪和齒圈的節(jié)圓半徑； 為行星輪與太陽輪的中心距。1r2 3 由行星輪 4 的力平衡條件得： 12F? 和 3? 因此，太陽輪、齒圈和行星架上的力矩分別為 （2.1） 1213()MFr???????? 根 據(jù) 能 量 守 恒 定 律 ， 三 個 元 件 上 輸 入 和 輸 出 功 率 的 代 數(shù) 和 應 等 于 零 ， 即 ： （2.2）1230w?? 式中， 、 、 分別為太陽輪、齒圈和行星架的角速度。1w23 將式（2.1）代入式（2.2）中，即可得到表示單排行星齒輪機構(gòu)一般運動規(guī)律的 特性方程式 123()0w???? 若以轉(zhuǎn)速代替角速度，則上式可寫成： （2.3）123()nn 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 由式（2.3）可以看出，在太陽輪、齒圈和行星架這三個元件中，可任選兩個分 別作為主動件和從動件，而使另一元件固定不動，或使其運動受一定的約束，則整個 輪系即以一定的傳動比傳遞動力。下面分別討論以下情況： (1)太陽輪 1 為主動件，行星架 3 為從動件，齒圈 2 固定。 此時，式（2.3）中 ，故傳動比：02?n 1231nzi??? (2)齒圈 2 為主動件，行星架 3 為從動件，太陽輪 1 固定。 此時，式（2.3）中 ，故傳動比:01?n2132nzi??? (3)太陽輪 1 為主動件，齒圈 2 為從動件，行星架 3 固定。 此時，式（2. 3）中 ，故傳動比:30n?1221nzi??? 在 此 情 況 下 ， 與 符號相反， 即 表 示 主 動 軸 與 從 動 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 方 向 相 反 ， 故1n2 為 倒 檔 傳 動 情 況 。 (4） 若 使 ，則：12?1312nn???? 在 或 時，同樣可得 。因此，若使三元件中的任何兩個元13n23n123 件連成一體轉(zhuǎn)動，則第三元件的轉(zhuǎn)速必然與前二者轉(zhuǎn)速相等，即行星齒輪系中所有元 件之間都沒有相對運動，從而形成直接檔傳動，傳動比 。1i? 如果所有元件都不受約束，即都可以自由轉(zhuǎn)動，則行星齒輪機構(gòu)完全失去傳動作 用。由幾排行星齒輪機構(gòu)組成的行星齒輪變速器，其傳動比可根據(jù)上述單排行星齒輪 機構(gòu)特性方程式推導出來。 2.1.4 常用行星齒輪傳動的形式與特點 從上表 2.1 分析，WW ，NGWN，N 和 NN 最大功率均有限制，而本次設計功率 很大為 110KW，因此它們都不合適，只可用 NGW，NW 型，由于 NW 型在 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 時不宜采用。由下一節(jié)知傳動比小于 7，因此選用 NGW 型，即太陽輪為主動7 BAXi? 件，行星架為從動件，齒圈固定。 由上一節(jié)行星齒輪工作原理知傳動比為： 12/1zi??? 式 中 ： 為齒圈齒數(shù)；2z 為太陽輪齒數(shù)；1 2.2 傳動比的確定 2.2.1 確定發(fā)動機最大功率 安裝在履帶車輛上的發(fā)動機，它的最大功率可以根據(jù)履帶車輛以最大功率行駛的 工況確定。通常以車輛在良好道路上用最大速度行駛所需的功率，確定為發(fā)動機最大 功率。由于本設計是由電動機驅(qū)動主動輪，所以應該先算出發(fā)動機的功率，然后在用 發(fā)動機的功率和電動機的功率進行比較，看電動機是否能滿足車輛的使用要求。 本次設計為履帶車輛的主動輪減速器設計，整車參數(shù)如表 2.3 整車參數(shù)所示。 表 2.3 整車參數(shù) 主 要 參 數(shù) 滿 載 質(zhì) 量 （ kg） 15500 每 側(cè) 電 動 機 功 率 （ kw） 110 電 動 機 額 定 轉(zhuǎn) 速 （ rpm） 1500 電 動 機 最 高 轉(zhuǎn) 速 （ rpm） 8000 電 動 機 額 定 扭 矩 (Nm) 550 電 動 機 最 大 扭 矩 （ Nm） 980 電 機 尺 寸 (mm) Φ 385×645 主 動 輪 半 徑 （ mm） 313 最 大 車 速 （ km/h）axV70 最 大 爬 坡 度 (%) 40 當 知 道 路 條 件 ， 以 及 車 輛 在 此 道 路 上 行 駛 所 要 求 達 到 的 最 大 速 度 ， 發(fā) 動 機 所 需 的 最 大 功 率 由 下 式 確 定 ： 千瓦 ?360maxaxGvfNf? 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 （2. 4）式中： G—車輛的全重（十牛） ； —在良好道路上行駛，要求車輛達到的最大速度（千米/小時） ；maxv —車輛在良好道路上行駛的地面阻力系數(shù)；0f —車輛效率。? 對 上 表 給 出 的 履 帶 車 輛 的 參 數(shù) ， 用 式 （ 2.4） 計 算 它 的 發(fā) 動 機 最 大 功 率 比 較 困 難 。 因 為 在 公 式 中 僅 G 和 為 已 知 ， 和 值 是 難 于 確 定 的 。 因 此 ， 必 須 參maxV0f? 考 現(xiàn) 有 坦 克 的 實 驗 數(shù) 據(jù) 進 行 選 擇 ， 計 算 得 到 的 發(fā) 動 機 最 大 功 率 是 個 概 略 的 數(shù) 值 。 已 經(jīng) 給 出 的 最 大 速 度 ， 是 在 良 好 道 路 上 行 駛 所 能 達 到 的 ， 也 就 是 在 地 面 變 形 阻 力 系 數(shù) 很 小 和 坡 度 很 小 的 路 面 上 行 駛 所 能 達 到 的 。 坦 克 行 駛 的 地 面 阻 力 系 數(shù)f 可 表 示 為 ：0f 0sincosff??? 由 良 好 道 路 路 面 坡 度 很 小 ， 故 ： 0cos1,ita,iff?? 式 中 —路 面 的 坡 度 ， 等 于 在 所 研 究 的 路 段 上 坡 高 度 和 水 平 距 離 之 比 。i 在 上 述 條 件 下 行 駛 時 可 采 用 下 列 數(shù) 值 ： 065.~.025.,4.~03. ??fif ， 本次設計的坦克采用上述經(jīng)驗值： .,4.,.tansi 0?ffi? 履帶車輛效率的計算，功率傳遞由電動機傳到連軸器在傳到變速箱（減速器） ， 分別取為 （電動機） ， （連軸器） ， （變速箱） 。094098097 按上述方法確定 后，應根據(jù)實際情況選擇現(xiàn)有發(fā)動機或設計新的發(fā)動機。maxfN 還應指出，在確定最大功率時，既要考慮到發(fā)展的可能性?？蓪?選大一點，以maxfN 適應履帶車輛坦克火力的發(fā)展。如增加武器或加大口徑和變型車輛的需要。另外，還 應考慮履帶車輛（坦克）的使用條件，如在高原地區(qū)使用，高度增加 1000 米，發(fā)動 機功率下降 10％，應該相應的提高發(fā)動機功率。 因此，由上述公式得： 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 24.1998.073605.max??eP 本設計提供的兩臺電機一共為 220KW，大于 ，故提供的電機滿足要求。maxfN 2.2.2 確定傳動比 傳動方案選擇以后，應該先確定傳動比。選擇的傳動比應符合車輛動