高爾夫球車后橋（驅動橋）主減速器設計【雙級】[含高清CAD圖紙和說明書

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摘要 高爾夫球車后橋（驅動橋）作為汽車四大總成之一，它承載著高爾夫球車的滿 載荷負重及地面經車輪、車架及承載式車身經懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及 其力矩，以及沖擊載荷；后橋（驅動橋）還傳遞著傳動系中的最大轉矩，橋殼還承受 著反作用力矩。高爾夫球車驅動橋結構型式和設計參數除對汽車的可靠性與耐久性有 重要影響外，也對汽車的行駛性能如動力性、經濟性、平順性、通過性、機動性和操 動穩(wěn)定性等有直接影響。另外，高爾夫球車驅動橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機械 零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅動橋包含主減速器、差速器、 驅動車輪的傳動裝置（半軸及輪邊減速器） 、橋殼和各種齒輪。由上述可見，高爾夫球 車驅動橋設計涉及的機械零部件及元件的品種極為廣泛，對這些零部件、元件及總成 的制造也幾乎要涉及到所有的現代機械制造工藝。本文參照傳統驅動橋的設計方法進 行了高爾夫球車驅動橋的設計。本文首先確定主要部件的結構型式和主要設計參數； 然后參考類似驅動橋的結構，確定出總體設計方案；最后對一二級主，從動圓柱齒輪， 半軸齒輪和全浮式半軸強度進行校核以及對支承軸承進行了壽命校核。 本設計有以下兩大難題，一是將發(fā)動機輸出扭矩通過萬向傳動軸將動力傳遞到后 輪子上，達到更好的車輪牽引力與轉向力的有效發(fā)揮，從而提高載重汽車的行駛能力。 二是差速器向兩邊半軸傳遞動力的同時，允許兩邊半軸以不同的轉速旋轉，滿足兩邊 車輪盡可能以純滾動的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。 本設計具有以下的優(yōu)點：由于的是采用二級圓柱斜齒輪主減速器，使得整個后橋 的結構簡單，制造工藝簡單，從而大大的降低了制造成本。并且，提高了傳動的可靠 性。 本設計的最大特點是：主減速器是采用傳統的圓柱斜齒輪減速器，與其他的齒輪 相比，具有工作平穩(wěn)，噪音和振動小的優(yōu)點，且經濟性好。 關鍵詞：高爾夫球車;后橋;二級主減速器;圓柱斜齒輪 Summary The bridge(drive bridge) is a car after the golf car four greatly always become of a, it loads the capacity load lotus of golf car negative heavy and ground through car wheel, car and loading type carriage through hang the vertical dint that gives, lengthways dint, horizontal dint and its dint Ju, and the impact carries a lotus;The empress bridge(drive bridge) still delivers to spread to move to fasten medium biggest turn Ju, the bridge hull still bears recoil Ju.The golf car drives bridge structure pattern and in addition to having important influence to the credibility and durable of the car, design parameter also to driving of car the function is like motive, economy, going smoothly and pass sex, flexibility and hold to move stability etc. to contain direct influence.Moreover, the golf car drives bridge in the car of various always become in is also that the species that covers machine spare parts, parts and cent to always become etc. is at most greatly total.For example, drive bridge containment, the lord decelerates a machine, bad soon machine, drive felloe to spread to move device(half stalk and round side decelerate machine), bridge hull and various wheel gear.From above-mentioned it is thus clear that, the golf car drives the species of machine zero partses and components that the bridge design involves extremely extensive, also almost want to involve all modern machine manufacturings a craft to these zero partses, components and the manufacturing always becoming.This text according to the design method that the tradition drives bridged to carry on the design that the golf car drives bridge.This text makes sure the structure pattern and main design parameter of main parts first;Then make reference to similar drive the structure of bridge, make sure a total design of of project;Finally to 12 class lords, from move cylinder wheel gear, half stalk the wheel gear and the whole float type half stalk strength carry on pit in the school and accept bearings to carry on pit in the life span school towards paying. This design contains following two greatest hard nut to crackses, one is twist motor exportation the Ju pass ten thousand to spread to move stalk to deliver the motive to behind wheel up, attain better car wheel to lead dint with change direction effective exertion of dint, thus exaltation carry heavy car of drive ability.Two is bad soon while machine is delivering motive toward the both sides half stalk, allow both sides half stalk with dissimilarity of turn to soon revolve, satisfy both sides car wheel possibly with purely roll over of the form make not etc. be apart from to drive, reduce the friction of tire and ground. This design has a following advantage:Because of is adopt a second class cylinder wheel gear lord to decelerate a machine and make whole after the structure of the bridge simple, manufacturing the craft is simple and thus and consumedly lowered a manufacturing cost.And, raised to spread dynamic credibility. The biggest characteristics of this design is:The lord deceleration machine adopts traditional cylinder wheel gear to decelerate a machine and have to work compared with other wheel gears steady, noise and vibrate a small advantage, and economy good. Key word:Golf car;Empress bridge;The second class lord decelerates a machine;Cylinder wheel gear 目錄 前言 .5 1 高爾夫球車發(fā)展簡介 6 1.1.1 國 內 電 動 車 行 業(yè) 發(fā) 展 現 狀 6 1.1.2 國 內 電 動 車 行 業(yè) 發(fā) 展 前 景 7 2 主減速器設計 9 2.1 主減速器的結構形式 .9 2.1.1 主減速器的齒輪類型 .9 2.1.2 主減速器的減速形式 .10 2.1.3 主減速器主，從動錐齒輪的支承形式 10 2.2 主減速器的基本參數選擇與設計計算 .10 2.2.1 電機的選擇 10 2.2.2 主減速器傳動裝置的總傳動比及其分配 .11 2.2.3 主減速器傳動裝置的運動和動力參數計算 12 2.2.4 主減速器圓柱齒輪零件的設計計算 13 2.2.5 主減速器軸的設計及其計算 .21 2.2.6 主減速器軸承壽命的校核 34 2.2.7 潤滑與密封 37 結論 .39 參考文獻 40 致謝 .41 前言 汽車后橋（驅動橋）位于傳動系的末端。其基本功用首先是增扭，降速， 改變轉矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉矩，并將轉矩 合理的分配給左右驅動車輪；其次，驅動橋還要承受作用于路面或車身之間的 垂直力，縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力矩等。驅動橋一般由主減 速器，差速器，車輪傳動裝置和橋殼組成。 對于高爾夫球車來說，要傳遞的轉矩較乘用車和客車，以及輕型商用車都 要小得多，以便能夠在高爾夫球場上行駛，所以選擇功率較小的發(fā)動機，對傳 動系統的要求不是很高，而驅動橋在傳動系統中起著舉足輕重的作用。隨著目 前國際上石油價格的上漲，汽車的經濟性日益成為人們關心的話題，所以電瓶 裝置驅動的電力車就成了新型的貴族，而設計相適應的經濟性高的傳動機構就 顯得尤其重要了。 設計后橋時應當滿足如下基本要求： 1）選擇適當的主減速比，以保證高爾夫球車在給定的條件下具有最佳的動 力性。外廓尺寸小，保證高爾夫球車具有足夠的離地間隙，以滿足通過 性的要求。 2）齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。 3）在各種載荷和轉速工況下有較高的傳動效率。 4）具有足夠的強度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各 種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質量，減少不平路面的沖擊載荷， 提高汽車的平順性。 5）與懸架導向機構運動協調。 6）結構簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調整方便。 在本設計中還采用了 CAD 繪圖軟件分別進行了工程圖的繪制，運用 CAD 繪制了、 行星齒輪軸以及傳動機構半軸的零件圖，通過對 CAD 的編輯工具與命令的運用， 掌握了從 CAD 基礎圖形的繪制→基礎零件的繪制→各類零件圖的創(chuàng)建與繪制的 方法，并且理解了機械圖繪制的工作流程，為今后更好的學習和掌握各種應用 軟件和技能打下堅實的基礎。 第一章 高爾夫球車的發(fā)展簡介 目 前 國 內 的 電 瓶 車 主 要 用 于 觀 光 載 客 、 搬 運 貨 物 之 用 ， 電 動 觀 光 車 的 主 要 用 途 是 在 公 園 、 景 區(qū) 、 休 閑 度 假 村 、 大 學 、 醫(yī) 院 、 高 爾 夫 球 場 、 房 地 產 公 司 等 場 所 用 作 載 客 ， 電 動 搬 運 車 的 主 要 用 途 是 在 工 廠 、 港 口 碼 頭 、 物 流 庫 房 等 。 電 瓶 車 使 用 壽 命 一 般 為 8至 12年 ， 其 蓄 電 池 使 用 壽 命 一 般 為 1-4年 （ 視 使 用 維 護 情 況 ） 。 國 內 客 戶 在 采 購 電 瓶 車 時 應 注 意 產 品 質 量 、 售 后 服 務 和 電 瓶 配 置 等 。 電 瓶 車 發(fā) 展 歷 史 ： 源 于 19世 紀 80年 代 ， 用 作 私 人 轎 車 、 載 重 卡 車 和 城 市 公 共 交 通 車 。 電 瓶 車 的 低 速 度 、 充 電 里 程 有 限 并 不 是 缺 點 ， 而 其 無 噪 音 、 維 修 費 低 使 其 得 以 普 及 。 1920年 之 前 ， 電 瓶 車 一 直 在 和 汽 油 車 競 爭 ， 后 來 電 瓶 車 開 始 減 少 ， 因 為 電 動 啟 動 器 使 汽 油 動 力 車 變 得 更 具 吸 引 力 ， 加 上 大 量 生 產 使 汽 油 車 成 本 降 低 。 在 歐 洲 ， 電 動 車 一 直 被 用 作 短 程 貨 運 車 。 從 70年 代 開 始 ， 各 國 又 重 新 對 電 動 車 產 生 興 趣 ， 尤 其 是 受 到 不 應 依 賴 外 國 石 油 和 環(huán) 境 問 題 影 響 ， 導 致 一 再 改 進 電 瓶 車 速 度 和 行 駛 距 離 。 國 內 發(fā) 展 狀 況 ： 1.1.1 國 內 電 動 車 行 業(yè) 發(fā) 展 現 狀 二 十 一 世 紀 的 發(fā) 展 ， 可 謂 是 “呼 喚 綠 色 環(huán) 保 ”的 時 代 ， 不 但 要 求 人 們 注 重 節(jié) 約 能 源 ， 更 重 要 的 是 要 求 人 們 更 加 注 重 居 住 環(huán) 境 和 綠 色 環(huán) 保 ， 以 實 現 社 會 的 可 持 續(xù) 發(fā) 展 。 電 動 車 是 目 前 世 界 上 唯 一 能 達 到 零 排 放 的 機 動 車 。 由 于 環(huán) 保 的 要 求 ， 加 之 新 材 料 和 新 技 術 的 發(fā) 展 ， 電 動 車 進 入 了 快 速 發(fā) 展 期 。 我 國 石 油 資 源 比 較 貧 乏 ， 燃 油 與 尾 氣 的 排 放 污 染 又 是 未 來 大 中 城 市 大 氣 污 染 的 主 要 污 染 源 。 為 此 我 國 發(fā) 展 電 動 車 輛 無 疑 是 未 來 發(fā) 展 的 必 然 趨 勢 ， 也 是 符 合 綠 色 環(huán) 保 革 命 的 需 求 ， 因 為 電 動 車 輛 環(huán) 保 ， 低 能 耗 ， 它 是 綠 色 環(huán) 保 ， 凈 化 空 氣 污 染 的 最 好 交 通 產 物 ， 如 何 給 廣 大 人 民 群 眾 的 居 住 環(huán) 境 和 身 心 健 康 提 供 一 個 良 好 的 生 態(tài) 環(huán) 境 ， 電 動 車 產 業(yè) 的 發(fā) 展 正 是 適 應 了 這 種 趨 勢 ， 更 是 一 種 社 會 可 持 續(xù) 發(fā) 展 的 工 具 。 電 動 車 作 為 綠 色 交 通 工 具 ， 將 在 21世 紀 給 人 類 社 會 帶 來 巨 大 的 變 化 。 順 應 當 前 國 際 科 技 發(fā) 展 的 大 趨 勢 ， 將 電 動 車 作 為 中 國 進 入 21世 紀 汽 車 工 業(yè) 的 切 人 點 ， 不 僅 是 實 現 中 國 汽 車 工 業(yè) 技 術 跨 越 式 發(fā) 展 的 戰(zhàn) 略 抉 擇 ， 同 時 也 是 實 現 中 國 汽 車 工 業(yè) 可 持 續(xù) 發(fā) 展 的 重 要 選 擇 。 目 前 我 國 電 動 車 研 究 已 取 得 階 段 性 成 果 ， 完 成 了 概 念 車 車 身 設 計 構 想 書 及 界 面 設 計 ， 電 池 方 面 正 在 組 織 開 發(fā) 鎳 氫 電 池 、 鋰 離 子 電 池 、 鋅 空 氣 電 池 、 燃 料 電 池 ， 有 望 取 得 突 破 。 電 動 車 的 標 準 體 系 已 經 編 制 完 成 ， 同 時 建 立 了 有 關 電 動 車 的 數 據 庫 。 電 動 車 項 目 的 國 際 合 作 正 在 按 計 劃 進 行 。 1.1.2 國 內 電 動 車 行 業(yè) 發(fā) 展 前 景 根 據 目 前 國 內 市 場 狀 況 和 政 府 對 電 動 車 行 業(yè) 所 持 的 態(tài) 度 ， 可 以 預 見 電 國 內 電 動 車 行 業(yè) 前 景 十 分 光 明 。 為 維 護 我 國 能 源 安 全 ， 改 善 大 氣 環(huán) 境 ， 提 高 加 入 WTO 后 我 國 汽 車 工 業(yè) 的 競 爭 力 ， 科 技 部 在 “十 五 “ 國 家 863計 劃 中 ， 特 別 設 立 電 動 車 重 大 專 項 。 專 項 將 從 國 家 汽 車 產 業(yè) 發(fā) 展 戰(zhàn) 略 的 高 度 出 發(fā) ， 選 擇 新 一 代 電 動 車 技 術 作 為 我 國 汽 車 科 技 創(chuàng) 新 的 主 攻 方 向 ， 組 織 企 業(yè) 、 高 等 院 校 和 科 研 機 構 ， 以 官 、 產 、 學 、 研 四 位 一 體 的 方 式 ， 聯 合 進 行 攻 關 。 計 劃 在 “十 五 “ 期 間 ， 促 進 我 國 符 合 市 場 經 濟 發(fā) 展 要 求 的 研 發(fā) 體 系 、 機 制 和 人 才 隊 伍 的 形 成 ， 以 電 動 車 的 產 業(yè) 化 技 術 平 臺 為 工 作 重 點 ， 力 爭 在 電 動 車 關 鍵 單 元 技 術 、 系 統 集 成 技 術 及 整 車 技 術 上 取 得 重 大 突 破 ， 集 中 有 限 資 源 搶 占 新 一 代 電 動 車 制 高 點 ， 促 進 我 國 汽 車 工 業(yè) 實 現 跨 越 式 發(fā) 展 。 具 體 任 務 是 推 動 純 電 動 汽 車 在 特 定 區(qū) 域 的 商 業(yè) 化 運 作 ； 建 立 燃 料 電 池 汽 車 產 品 技 術 平 臺 ； 實 現 混 合 動 力 電 動 汽 車 的 批 量 生 產 ， 開 發(fā) 的 產 品 通 過 國 家 汽 車 產 品 型 式 認 證 。 同 時 ， 完 善 國 家 電 動 車 示 范 區(qū) 和 相 關 電 動 車 檢 測 基 地 的 建 設 ； 研 究 、 制 定 促 進 電 動 車 產 業(yè) 化 的 政 策 、 法 規(guī) 和 相 關 標 準 ， 完 善 相 關 基 礎 設 施 的 建 設 ； 支 持 北 京 綠 色 奧 運 車 輛 的 研 發(fā) 和 應 用 示 范 。 為 我 國 在 5－ 10年 內 實 現 電 動 車 的 產 業(yè) 化 奠 定 技 術 基 礎 。 在 電 動 車 共 性 關 鍵 技 術 上 ， 建 立 我 國 電 動 車 整 車 的 網 絡 、 總 成 及 通 訊 協 議 規(guī) 程 ， 開 發(fā) 電 動 車 基 本 車 輛 控 制 器 模 塊 ， 發(fā) 展 帶 有 電 子 管 理 系 統 的 高 性 能 動 力 蓄 電 池 組 和 具 有 數 字 控 制 系 統 的 電 機 驅 動 系 統 ， 形 成 我 國 電 動 車 零 部 件 工 業(yè) 基 礎 。 全 國 政 協 副 主 席 、 中 國 工 程 院 院 長 徐 匡 迪 曾 在 “十 五 ”電 動 車 重 大 科 技 專 項 的 驗 收 會 上 ， 對 于 電 動 車 的 應 用 前 景 表 示 ， 在 特 大 型 城 市 、 機 動 車 密 集 的 區(qū) 域 、 自 然 生 態(tài) 保 護 區(qū) 以 及 旅 游 觀 光 景 區(qū) 等 領 域 ， 電 動 車 將 會 因 為 政 策 上 的 鼓 勵 得 到 普 及 應 用 。 科 技 部 部 長 徐 冠 華 說 ， 中 國 發(fā) 展 電 動 車 非 常 緊 迫 和 重 要 ， 中 國 車 工 業(yè) 有 跨 越 式 發(fā) 展 的 可 能 ， 所 以 要 堅 定 不 移 地 發(fā) 展 電 動 車 。 科 技 部 將 進 一 步 加 大 對 電 動 車 專 項 的 支 持 力 度 。 中 國 發(fā) 展 電 動 車 具 有 獨 特 的 有 利 條 件 。 其 中 ， 一 個 非 常 重 要 的 因 素 是 市 場 。 中 國 人 口 眾 多 ， 具 有 世 界 最 龐 大 的 客 運 交 通 市 場 ， 因 此 也 具 有 世 界 最 龐 大 的 電 動 觀 光 車 、 電 動 小 轎 車 市 場 ， 這 為 中 國 電 動 車 技 術 的 發(fā) 展 創(chuàng) 造 了 特 殊 的 市 場 有 利 條 件 。 另 外 , 大 力 發(fā) 展 電 動 車 是 從 根 本 上 緩 解 乃 至 消 除 中 國 石 油 危 機 的 重 要 途 徑 之 一 。 目 前 在 中 國 的 石 油 消 費 中 ， 交 通 運 輸 業(yè) 用 油 增 長 最 為 迅 速 。 而 中 國 已 經 成 為 繼 美 國 之 后 的 第 二 大 能 源 消 費 大 國 和 第 五 大 石 油 進 口 國 ， 石 油 進 口 依 存 度 已 達 40%。 美 伊 戰(zhàn) 爭 再 次 敲 響 中 國 石 油 安 全 問 題 的 警 鐘 。 無 論 從 環(huán) 保 角 度 還 是 能 源 角 度 看 ,未 來 電 動 車 都 需 要 有 一 個 大 的 發(fā) 展 . 其 開 發(fā) 將 關 系 到 眾 多 工 業(yè) 的 興 衰 ,可 能 成 為 未 來 新 的 經 濟 增 長 點 .在 我 國 , 電 動 車 更 有 著 獨 特 的 市 場 ,大 都 市 都 普 遍 存 在 著 十 分 嚴 重 的 交 通 問 題 和 汽 車 尾 氣 排 放 污 染 問 題 .作 為 一 種 小 型 、 中 速 和 短 途 的 日 常 交 通 工 具 ,電 動 車 是 十 分 理 想 的 ,其 在 中 國 有 著 得 天 獨 厚 的 發(fā) 展 條 件 和 廣 闊 的 應 用 前 景 。 第二章 主減速器的設計 2.1 主減速器的結構形式 主減速器的結構形式主要是根據其齒輪的類型，主動齒輪和從動齒輪的安 置方法以及減速形式的不同而異。 2.1.1 主減速器的齒輪類型 主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。 在此選用弧齒錐齒輪傳動，其特點是主、從動齒輪的軸線垂直交于一點。由于 輪齒端面重疊的影響，至少有兩個以上的輪齒同時嚙合，因此可以承受較大的 負荷，而且其輪齒不是在齒的全長上同時嚙合，而是逐漸有齒的一端連續(xù)而平 穩(wěn)的地轉向另一端，所以工作平穩(wěn)，噪聲和振動小。而弧齒錐齒輪還存在一些 缺點，比如對嚙合精度比較敏感，齒輪副的錐頂稍有不吻合就會使工作條件急 劇變壞，并加劇齒輪的磨損和使噪聲增大；但是當主傳動比一定時，主動齒輪 尺寸相同時，雙曲面齒輪比相應的弧齒錐齒輪小，從而可以得到更大的離地間 隙，有利于實現汽車的總體布置。不過，像圓柱齒輪傳動只在節(jié)點處一對齒廓 表面為純滾動接觸而在其他嚙合點還伴隨著沿齒廓的滑動一樣，螺旋錐齒輪與 雙曲面齒輪傳動都有這種沿齒廓方向的滑動。此外，雙曲面齒輪傳動還具有沿 齒長方向的縱向滑動。這種滑動有利于唐合，促使齒輪副沿整個齒面都能較好 地嚙合，因而更促使其工作平穩(wěn)和無噪聲。但雙曲面齒輪的縱向滑動產生較多 的熱量，使接觸點的溫度升高，因而需要用專門的雙曲面齒乾油來潤滑，且其 傳動效率比螺旋錐齒輪略低，達 96％。其傳動效率與倔移距有關，特別是與所 傳遞的負荷大小及傳動比有關。負荷大時效率高。螺旋錐齒輪也是一樣，其效 率可達 99％。兩種齒輪在載荷作用下對安裝誤差的敏感性本質上是相同的。如 果螺旋錐齒輪的螺旋角與相應的雙曲面主、從動齒輪螺旋角的平均值相同，則 雙曲面主動齒輪的螺旋角比螺旋錐齒輪的大，而其從動齒輪的螺旋角則比螺旋 錐齒輪的小，因而雙曲面主動齒輪的軸向力比螺旋錐齒輪的大，而從動齒輪的 軸向力比螺旋錐齒輪的小。兩種齒輪都在同樣的機床上加工，加工成本基本相 同。然而雙曲面?zhèn)鲃拥男↓X輪較大，所以刀盤刀頂距較大，因而刀刃壽命較長。 2.1.2 主減速器的減速形式 由于 i=11.36，一般采用雙級主減速器，雙級減速驅動橋產品的優(yōu)勢：雙 級減速驅動車橋是驅動橋中結構比較簡單的一種，制造工藝較簡單，成本較低， 經濟性好；目前高爾夫球車發(fā)動機由于在載荷較小的情況下，選用雙級圓柱齒 輪傳動的裝置，來完成高爾夫球車的慢速與平穩(wěn)的駕駛要求，雙級的傳動雖然 效率有所下降，但是其平穩(wěn)性好，適合在高爾夫球場上的行駛； 2.1.3 主減速器一二級主，從動圓柱齒輪的支承形式 作為一個載荷較小，極速不高的高爾夫球車來說，其支承形式很簡單，不 用過于復雜。裝于輪齒大端一側軸頸上的軸承，多采用兩個可以預緊以增加支 承剛度的圓錐滾子軸承，其中位于驅動橋前部的通常稱為主動圓柱齒輪前軸承， 其后部緊靠齒輪背面的那個齒輪稱為主動圓柱齒輪后軸承；當采用騎馬式支承 時，裝于齒輪小端一側軸頸上的軸承一般稱為導向軸承。導向軸承都采用圓柱 滾子式，并且內外圈可以分離（有時不帶內圈） ，以利于拆裝。 其他各級齒輪 的支撐形式也大致差不多. 2.2 主減速器的基本參數選擇與設計計算 2.2.1 主減速器電動機的選擇 （1）選擇電動機類型 按工作要求用 Y 型全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，電壓為 72V。 （2）選擇電動機容量 電動機所需工作功率，按參考文獻[1]有 awdP?? 由式 2.1.1 得 kwwwVF10. 可取工作機效率 0.96?? 傳動裝置的總效率 242齒 輪軸 承聯 ?a 查參考文獻[1]第 10 章中表 10-2 機械傳動和摩擦副的效率概略值，確定各部分 效率為：聯軸器效率 ，滾動軸承傳動效率（一對）9.0?聯? 9.0?軸 承? 開式齒輪傳動效率 ，代入得7齒 輪 86242? 所需電動機功率為 kwVFPww 4.3.09.150. ??? 因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率 略大于 即可，由參考文獻 [1]第 19 章所示cdPd Y 型三相異步電動機的技術參數，選電動機的額定功率 為 4 kw。cdP （3）確定電動機轉速 卷筒軸工作轉速為 min4.127in3016106 rrDv??????? 由參考文獻[1]可知，兩級圓柱斜齒輪減速器一般傳動比范圍為 8~40，則總 傳動比合理范圍為 ，故電動機轉速的可選范圍為4~8?ai in5096~2.1in.127)0( rrniad ????? 符合這一范圍的同步轉速有 1500 和 3000 兩種方案進行比較。由mi 參考文獻[1]表 19-1 查得電動機數據及計算出的總傳動比列于表 1 中 表 2.1 電動機數據及總傳動比 表 2.1 中，方案 2 的電動機重量輕，價格便宜，但總傳動比大，傳動裝置外廓 尺寸大，結構不緊湊，制造成本高，故不可取。綜合考慮電動機和傳動裝置的 尺寸，重量，價格以及總傳動比，選用方案 1 較好，即選定電動機型號為 電動機轉速 n/( )inr方案 電動機型 號 額定功 率 kwPcd/ 同 步 轉 速 滿 載 轉 速 總傳動 比 ai 1 Y112M-4 4 1500 1400 11.3 2 Y112M-2 4 3000 2890 22.7 Y112M-4。 2.2.2 主減速器傳動裝置的總傳動比及其分配 計算總傳動比： 根據電動機滿載轉速 及工作機轉速 ，可得傳動裝置所要求的總傳動比mnn 為 30.14.27??nia 合理分配各級傳動比： 對于兩級展開式圓柱斜齒輪減速器，當兩級齒輪的材料的材質相同，齒寬 系數相同時，為使各級大齒輪浸油深度大致相近（即兩個大齒輪分度園直徑接 近） ，且低速級大齒直徑略大，傳動比可按下式分配，即 ii)5.1~3(1? 式中： —高速級傳動比 —減速器傳動比i 又因為圓柱齒輪傳動比的單級傳動比常用值為 3～5，所以選 ,28.31?i 。 2.2.3 主減速器傳動裝置的運動和動力參數84.32?i 傳動裝置運動和動力參數的計算 （1）各軸轉速 min140rinom?Ⅰ i/2.398.10i?Ⅱ in4.17.02102 rinim???＝Ⅲ （2）各軸輸入功率 kwPd50.397.634.120???????5.Ⅲ 工作機軸 k734Ⅲ （3）各軸輸入轉距 mNPTmdd .142098.35950????id 14.20?? 4769831 ????? mNiT.21.0.923?Ⅲ 工作機軸 i .078934?Ⅲ 軸號 功率 P/kw 轉距 T/(N.m) 轉 速 n/(r/min) 傳動比 i 效率 ? 電動機軸 3.64 24.14 1440 1 0.99高速軸Ⅰ 3.60 23.90 1440 3.28 0.97 中速軸Ⅱ 3.50 92.20 361.81 3.84 0.97 低速軸Ⅲ 3.39 291.99 127.43 工作機軸 3.37 289.07 127.43 1 0.99 表 2.2 運動和動力參數 2.2.4 主減速器圓柱齒輪零件的設計計算 （一）高速級齒輪的設計 設計參數： 28.3min140.9.64????irnNTkwP 兩級展開式圓柱齒輪減速器，高速級常用斜齒輪，則設計第一傳動所用齒輪為 斜齒圓柱齒傳動。 1．選定齒輪的精度等級、材料及齒數。 1）運輸機為一般工作機器，轉速不高，故選用 7 級精度（GB10095-88 ） 2）材料及熱處理： 由參考文獻[2]選擇小齒輪材料為 40Cr（調質） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料 為 45 鋼（調質） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 3）試選小齒輪齒數 ，大齒輪齒數21?Z ，取6.78.312??iZ72?Z 4）選取螺旋角。初選螺旋角 β=22°。 2.按按齒面接觸強度設計 按參考文獻[2]式（10-21）計算，即 21312()[]tHEtdKTZu?????? （1）確定公式內的各計算數值 1）試選 Kt=1.6 2）由參考文獻[2]知選取區(qū)域系數 ZH=2.433 3）由參考文獻[2] 知選取齒寬系數 Φd=1 4）由參考文獻[2] 知查得 60.187.07.02121 ??????? ???則， 5）小齒輪轉距 23.90 N.mm1T?3? 6）由由參考文[2]查得材料的彈性影響系數 12EZ89.aMp 7）由參考文獻[2]按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；lim160HaP?? 大齒輪的接觸疲勞強度極限 lim250HaP?? 由參考文獻[2]按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大lim1Ha 齒輪的接觸疲勞強度極限 lim2HaM 8）由參考文獻[2]計算應力循環(huán)次數 9160140(3801)6.20IhNnjL?????992.8.3? 9）由參考文獻[2]查得接觸疲勞壽命系 ；91.08.021?HNHNK， 10）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%，安全系數 S=1，由參考文獻[2]得 MPaSKHN528608.][1lim1 ?????H .9.][2li2? MPaaHH 25.1425.082][][1 ?????? （2）計算 1）試計算小齒輪分度圓直徑 ，有計算公式得1tdmdt 40.3625.489328.946.1023331 ??????????? 2）計算圓周速度 ssmnvt 7.0101?????? 3）計算齒寬 b 及模數 nt25.841.03641.96 96.2cos0.3cos854111??????hbmmZdbttt? 4）計算縱向重合度 427.1tan183.0tan.1 ????????Zd 5）計算載荷系數 K 已知載荷平穩(wěn)，由參考文獻[2]選取使用系數取 AK 根據 ，7 級精度，由參考文獻[2]查得動載系數 ；由表smv4.2? 10.?v 10-4 查得 的計算公式和直齒輪的相同H? 故 ；05.1K 由參考文獻[2]查得 1.35F?? 由表 10-3 查得 。故載荷系數 4H? 16.20????vAK 6）按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，由參考文獻[2] 得 mKdtt 809.356.1240.31 ??? 7）計算模數 Zmn 17.22cos5.cos1?? 3．按齒根彎曲強度設計 由參考文獻[2] 213cos[]FaSndKTYZ??????? （1）確定計算參數 1）計算載荷系數 079.235.140.1??????FvA 2）根據縱向重合度 ，從參考文獻[2]查得螺旋角影響系數.27? Y?=0.88 3）計算當量齒數 86.72cos1.93321?????Zvv 4）查取齒型系數 由參考文獻[2]查得 ；815.2?FaY2.?FaY 5）查取應力校正系數 由參考文獻[2]查得 ；47S681S 6）由參考文獻[2]查得小齒輪的彎曲疲勞極限 ，大齒輪的彎10FEaMP? 曲疲勞極限 2380FEaMP?? 7）由參考文獻[2]，查得彎曲疲勞壽命系數 ， ；82.1?FNK85.2?FN 8）計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞許用應力 S=1.4，由文獻[2]式（10-12）得 MPaaSKFENF 71.2304.1850][ 8.9.22211 ??????? 9）計算大，小齒輪的 ，并加以比較[]aSFY 01722368][ 495121?????FSaFY? 大齒輪的數值大 （2）設計計算 ??mmn 39.1072.60.182cos9.07.323 ?????? 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數 大于由齒跟彎曲疲勞n 強度計算的法面模數，取 ，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接.5nm? 觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算出的分度圓直徑 =40.25mm 來計算應有的1d 齒數。于是由 03.25.1cos8093cos1 ????nmdZ? 取 =22，則 ，取 =72。1 6.7212i 2Z 4．幾何尺寸計算 （1）計算中心距 ????mZan 74.92cos5.1cos21 ???????? 將中心距圓整為 100mm。 （2）按圓整后的中心距修正螺旋角 ????“37'5021.7arcos2arcos1 ???????mZn? 因?值改變不多，故參數 、 、 等不必修正。??K?HZ （3）計算大、小齒輪的分度圓直徑 mmZdn 28.159“37'02cos. .'.21?????? （4）計算齒輪寬度 mm4.8.51??bd 圓整后取 ； 。B402?51 （二）低速級齒輪的設計 設計參數： 84.3min029.1.76523???irnNTkwP 1．選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數。 1）按圖 2 所示的傳動方案，選用直齒輪圓柱齒輪傳動。 2）運輸機為一般工作機器，轉速不高，故選用 7 級精度（GB10095-88 ） 3）材料及熱處理： 選擇參考文獻[2]表 10-1 小齒輪材料為 40Cr（調質） ，硬度為 280HBS，大 齒輪材料為 45 鋼（調質） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 4）試選小齒輪齒數 ，大齒輪齒數 ，取173?Z 58.72184.324???Zi Z2=78 2．按齒面接觸強度設計 按參考文獻[2]式進行試算，即 3 211 ][. ???????????HEdt ZuKTd? （1）確定公式內的各計算數值 1）試選 Kt=1.3 2）由參考文獻[2]選取齒寬系數 Φd=1 3）小齒輪傳遞的轉距 mNT.1064.71??? 4）由參考文獻[2]查得材料的彈性影響系數 12EZ89.aMp? 5）由參考文獻[2]按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強度極限lim160HaMP?? lim250HaP? 6）由參考文獻[2]計算應力循環(huán)次數 91 163.)038(102.439????hjLnN25.8.5? 7）由參考文獻[2]圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系 ；97.095.021?HNHNK， 8）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%，安全系數 S=1，由參考文獻[2]式（10-12）得 MPaSKHN570695.0][1lim1 ?????H .37.][2li2? （2）計算 1）試計算小齒輪分度圓直徑 ，有計算公式得1td3211 ][. ???????????HEdt ZuKTd?m507.63.58194.2306.72.3 2?? 2）計算圓周速度 ssndvt 2.1106.106????? 3) 計算齒寬 b mtd57.3.1??? 4)計算齒寬與齒高之比 h 模數 Ztt 25.170.63 齒高 mmht 0625. ??? 06.b 5)計算載荷系數 K 已知載荷平穩(wěn)，由參考文獻[2]表 10-2 選取使用系數取 ；1AK? 根據 ，7 級精度，由參考文獻[2]圖 10-8 查得動載系數smv20.1? ；3 直齒輪， ；?FHK 由參考文獻[2]圖 10-4 用插值法查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時， ；423.1?? 由 ， 查參考文獻[2]圖 10-13 得 ，故載荷系89.?hb423.1?HK37.1??FK 數 46.123.0.????vA 6）按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，由參考文獻式（10-10a） 得 mKdtt 103.63.1507.631 ??? 7）計算模數 mZdm2.0.631? 3. 按齒根彎曲強度設計 由參考文獻[2]式（10-5） 321][????????FSadYZKT? （1）計算公式內的各計算數值 1）由參考文獻[2]中圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ，MPaFE501?? 大齒輪的彎曲疲勞極限 ；MPaFE3802?? 2）由參考文獻[2]圖 10-18，查得彎曲疲勞壽命系數 ，8.1FNK ；86.0?FNK 3）計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞許用應力 S=1.4，由參考文獻[2]式（ 10-12）得 MPaaSKFENF 43.24.13806][ 5752211 ??????? 4）計算載荷系數 1.7???FvA 5）查取齒型系數 由參考文獻[2]表 10-5 查得 。80.2?FaY29.Fa 6）查取應力校正系數 由文獻[2]表 10-5 查得 ； 。51S71S 7）計算大，小齒輪的 ，并加以比較[]FaSY? 0169.43.279][.5.0821?????FSaFY? 大齒輪的數值大 (2) 設計計算 mm2.0169.201.9.34???? 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數 m 大于由齒跟彎曲疲 勞強度計算的法面模數，由于齒輪模數 m 的大小主要取決于彎曲疲勞強度 的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模 數與齒數的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數 2.22 并就近圓整為標 準值 ，并按接觸疲勞強度算出的分度圓直徑 =66.10mm，算出m5.2? 1d 小齒輪齒數 4.17.0613dZ 取 =17，則 ，取 =78。3 84.7.324???Zi 4Z 4．幾何尺寸計算 1）計算大、小齒輪的分度圓直徑 mmZd17625.843??? 2）計算中心距 a043? 3）計算齒輪寬度 mm813????db 則取 ； 。mB2451 小結： 項目 d/mm z mn /mm B /mm ? 材料 旋 向 齒輪 1 35.809 22 45 40Gr 左 旋 高 速 級 齒輪 2 159.28 72 1.5 40 “37'502 ? 45 鋼 右 旋 齒輪 3 65 17 45 40Gr低 速 級 齒輪 4 185 78 2.25 38 45 鋼 表 2. 3 2.2.5 主減速器軸的設計及其計算 齒輪機構的參數列于下表： 級別 高速級 低速級1Z 22 722 17 78mn/ 1.5 2.25 /mmt 2.25 2.25?“37'502? 0n? ?2*ah 1 齒寬/mm ；451?B02；451?B382 表 2.4 （一）高速軸的設計。 已知參數： ， ，kwP60.3?? min140rn?? mNT.1039.24??? 1．求作用在齒輪上的力 因已知高速級小齒輪的分度圓直徑為 Zmdt 952.11?? 而 NF NdTtantrt 298“37'502ta18946costncos189.3509241 ????????? 圓周力 ，徑向力 及軸向力 的方向如圖 3 所示。trF 5＋ ＋ 2Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ ⅧR1R1.6H7k6ABCD 圖 3 高速軸結構圖 2．初步確定軸的最小直徑 先按參考文獻[2]式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調質處理。根據參考文獻[2]表 15-3，取 ，于是得120?AmnPAd2.15406.31230min ???? 高速軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處軸的直徑 （圖 4） 。為了使所選???d 的軸 與聯軸器的孔徑相適應，需同時選取聯軸器型號。???d 聯軸器的計算轉距 ，查參考文獻[2]表 14-1，考慮到轉距變化很??TKAca 小，故取 ，則3.1A mNTKca .3107.0924??? 按照計算轉距 應小于聯軸器公稱轉距條件，查參考文獻[1]標準ca GB/T5014-2003，選用 LX1 型彈性柱銷聯軸器，其公稱轉距為 250000N.mm。 半聯軸器的孔徑 ，故取 ，半聯軸器長度 L=42mm，半md16?? d16???? 聯軸器與軸配合的轂孔長度 。mL301? 3．軸的結構設計 （1）擬定軸上零件的裝配方案，如圖 4。 （2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）為了滿足半聯軸器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故取 Ⅱ-Ⅲ段的直徑 ，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑md19＝Ⅱ － Ⅲ D=22mm。半聯軸器與軸配合的轂孔長度 ，為了保證軸端擋圈只壓在mL301? 半聯軸器上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段長度應比略短一些，現取 。l28?Ⅰ － Ⅱ 2）初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列 圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據 ，由軸承產品目錄中初步選md19＝ⅢⅡ ? 取 0 基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承 30205，其尺寸為的 ,故 。mTDd25.1625???25?Ⅲ － Ⅳ 3）由于齒根圓到鍵槽底部的距離 （ 為端面模數） ，所以把齒輪做在te?t 軸上，形成齒輪軸。參照工作要求并根據 ，左端滾動軸承與軸mdⅢ － Ⅳ 之間采用套筒定位，故選 。同理右端滾動軸承與軸之間也采用套d31??ⅤⅣ 筒定位，因此，取 。mⅧⅥ 4）軸承端蓋的總寬度為 20mm， （由減速器及軸承端蓋的結構設計而定） 。根 據軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯 軸器右端面間的距離 ,故取 。l30?l50＝ⅢⅡ ? 5）已知高速級齒輪輪轂長 b=45mm,做成齒輪軸， 則 。ml45??ⅥⅤ 6）取齒輪距箱體內壁之距離 a=16mm,圓柱齒輪與圓柱齒輪之間的距離為 c=20mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體內壁一 段距離是 s,取 s=8mm。已知滾動軸承寬度 T=16.25mm，低速級大齒輪輪轂長 L=70mm，套筒長 。 則mL20?? mLTlsacl 25.36)025.16(4894)071( .).(???????????ⅦⅥ ⅦⅥ ⅤⅣ ⅣⅢ －－ ＝ 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 （3）軸上零件的周向定位 半聯軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。半聯軸器與軸連接，按 由參數???d 文獻[2]表 6-1 查得平鍵截面 ,鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為mhb5?? 25mm；同時為了保證半聯軸器與軸配合有良好的對中性，故選擇半聯軸器與 軸配合為 。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的6KH 直徑尺寸公差為 m6。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考參考文獻[2]表 15-2，取軸端倒角為 ，各軸肩處的圓角半徑見圖??458.0 3。 4．求軸上的載荷 首先根據軸的結構圖（圖 3）做出軸的計算簡圖（圖 4） ，在確定軸承的支點位 置時，應從手冊中查取 a 值。對于 30205 型圓錐滾子軸承，由參考文獻[1]中查 得 a=12.5mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距 。根據軸的mL5.19232?? 計算簡圖做出軸的彎距圖和扭距圖（圖 4） 。 圖 4 高速軸彎距圖 從軸的結構圖以及彎距圖和扭距圖中可以看出截面 c 是軸的危險截面?，F 將計算出的截面 c 處的 ， 的值列于下表（參看圖 4） 。HMV及 表 5 載 荷 水平面 H 垂直面 V 支 反 力 F N，310? N8792H，NFV148?29 彎 距 M m.4mMV.0531N62? 總 彎 距 .4805349821??m69122 扭 距 T N.? 5 按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面（即危險截面 c）的 強度，根據參考文獻[2]式（15-5）及上表中的數據，以及軸單向旋轉，扭轉切 應力為脈動循環(huán)變應力，取 ，軸的計算應力6.0??????MPaWTMca 9.1831.2948221 ??????? 前已選定軸的材料為 45 鋼，調質處理，由參考文獻[2]表 15-1 得 。因此 ，故安全。MPa60][1???][1???ca （二）中速軸的設計 已知參數： ， ，kw5.3?min02.439rn?? mNT.1064.7??? 1．求作用在齒輪上的力 因已知中速軸小齒輪的分度圓直徑為 Zdt 513?? 而 NF Tntrt 1032ta837a87604213 ????? 由受力分析和力的對稱性，則中速軸大齒輪的力為 ， ，Nt892?r42Fa98 圓周力 ，徑向力 及軸向力 的方向如圖 5 所示。tr 12＋ 8＋ 56Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ ⅦR.H7nABCDmm＋ ＋ 3 圖 5 中速軸結構圖 2．初步確定軸的最小直徑 先按參考文獻[2]式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調質處理。根據參考文獻[2]表 15-3，取 ，于是得120?AmnPAd 9.2381.3650230min ???? 3．軸的結構設計 （1）擬定軸上零件的裝配方案，如圖 4。 （2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列 圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據軸的最小直徑，由軸承產品目錄中初步 選取 0 基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承 30207，其尺寸為的 ,故 。mTDd25.18735??? md35????ⅦⅤ 2）取安裝小齒輪處的軸段Ⅱ-Ⅲ的直徑 ，齒輪的左端與左軸承之9＝ⅢⅡ 間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為 70mm，為了使套筒可靠地壓緊齒