大功率減速器液壓加載試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、前言減速器是機(jī)械系統(tǒng)重要組成部件之一。通常，在出廠前減速器都要做出廠試驗(yàn)，如加載實(shí)驗(yàn)等。液壓傳動(dòng)具有易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、功率質(zhì)量之比大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在工程機(jī)械、冶金、農(nóng)林、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、航空航天、仿真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和武器裝備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。液壓傳動(dòng)作為動(dòng)力控制與控制技術(shù)的重要部分，對(duì)工業(yè)和國(guó)防技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用，是現(xiàn)代機(jī)械的基本要素和工程控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。液壓加載系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)比較方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓加載系統(tǒng)存在液壓傳動(dòng)效率低、噪聲大、成本高、成本高、泄露污染環(huán)境等缺點(diǎn)降低了它的競(jìng)爭(zhēng)力。為提高液壓傳動(dòng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大其應(yīng)

2、用領(lǐng)域，因此應(yīng)抓住主要的核心技術(shù)問題，改進(jìn)技術(shù)，不斷改進(jìn)自身缺點(diǎn)，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，使液壓傳動(dòng)創(chuàng)造新的活力，以滿足未來發(fā)展的需要。對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求環(huán)保與節(jié)能并行,不僅滿足環(huán)境目標(biāo),考慮回收利用率,資源,能源的有效利用率,以達(dá)到環(huán)境保護(hù)和資源優(yōu)化應(yīng)用的效應(yīng).從液壓工業(yè)發(fā)展帶來的環(huán)境污染,資源枯竭,生態(tài)破壞等諸多問題的方面來看有著重要的現(xiàn)實(shí)意義.要實(shí)現(xiàn)液壓技術(shù)綠色化，液壓技術(shù)必須充分發(fā)揮自身優(yōu)點(diǎn)和借鑒其他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)成果，對(duì)自身進(jìn)行引進(jìn)和創(chuàng)新，以提高液壓元件和系統(tǒng)性能，降低成本，并符合節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求才能保持強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力和不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。1 緒言1.1 加載技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r目前使用的加載

3、方式有多種，如伺服加載加載系統(tǒng)、摩擦加載加載系統(tǒng)及液壓加載加載系統(tǒng)等。伺服加載系統(tǒng)有可分為液壓加載伺服加載系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服加載系統(tǒng)和電動(dòng)伺服加載系統(tǒng)等。如電液伺服加載系統(tǒng)具有高響應(yīng)、高精度、高功率重量比和大功率輸出的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防軍事武器、航空航天、船舶、冶金等許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，隨著機(jī)械工作精度、響應(yīng)速度和自動(dòng)化程度的提高，電液伺服系統(tǒng)比與以往相比，應(yīng)用環(huán)境和任務(wù)更為復(fù)雜，普遍存在較大程度的參數(shù)變化和外負(fù)載干擾（有時(shí)還存在多對(duì)象間的干擾）；摩擦加載這種方式在摩擦過程中損失了大量的能量,造成了能量的大量的流失,近而效率低.液壓加載系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)比較方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，體積小、重量輕、結(jié)

4、構(gòu)緊湊、慣性小，操縱、控制簡(jiǎn)單、省力，易于實(shí)現(xiàn)過載保。1.2液壓技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r液壓傳動(dòng)具有易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、功率質(zhì)量之比大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在工程機(jī)械、冶金、農(nóng)林、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、航空航天、仿真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和武器裝備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。液壓傳動(dòng)作為動(dòng)力控制與控制技術(shù)的重要部分，對(duì)工業(yè)和國(guó)防技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用，是現(xiàn)代機(jī)械的基本要素和工程控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、低噪聲、高度集成化等方面都取得了較大進(jìn)展，在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制技術(shù)方面也有很大成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化以及微機(jī)控制等開發(fā)性工作方面，日益顯

5、示出顯著成果。1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)存在的不足與解決方法液壓系統(tǒng)的工作過程是傳動(dòng)裝置將原動(dòng)機(jī)的輸出能量轉(zhuǎn)化為液壓能，并通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)做功的過程。在這一次過程中存在著多次的能量轉(zhuǎn)換，在能量轉(zhuǎn)換的過程中，每個(gè)環(huán)節(jié)都存在能量的損失，因此我們有必要分析一下能量損失的原因：液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)作為能量轉(zhuǎn)換元件把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，它們對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的總效率影響最大，在能量轉(zhuǎn)換過程中，它不可避免的存在能量的損耗，主要是泄露產(chǎn)生的流量損耗和有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間由于摩擦所產(chǎn)生的機(jī)械損耗，也都要消耗能量，從而造成系統(tǒng)的效率降低；液壓源和負(fù)載特性不適應(yīng)造成匹配損失，（如液壓系統(tǒng)的輸出壓力，輸出流量與執(zhí)行元件所需的壓力

6、、流量不匹配。當(dāng)流量不匹配時(shí)，產(chǎn)生溢流損失；當(dāng)壓力不匹配，產(chǎn)生壓力損失。匹配程度越低，系統(tǒng)效率就越低，能力損失就必然越大。液壓控制元件、輔助元件及結(jié)構(gòu)布局所造成的能量損失。綜合上所述，液壓系統(tǒng)在工作時(shí)，存在著多種壓力損失、容積損失和機(jī)械損失，這些損失造成總的能量損失，其中大部分轉(zhuǎn)變成為熱能，使系統(tǒng)溫度升高，從而造成液油的老化。誘發(fā)各種故障，影響液壓元件的使用壽命和系統(tǒng)工作時(shí)間的可靠性，同時(shí)也浪費(fèi)了大量的能量。因此，在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，我們可以采取相應(yīng)的措施來減少系統(tǒng)的能量損失，提高系統(tǒng)效率達(dá)到節(jié)能的目的。如在液壓系統(tǒng)中大多數(shù)采用變量泵，這類泵能夠根據(jù)工況的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)排量的大小，減少流量的損失，

7、從而提高整個(gè)液壓系統(tǒng)的效率，減少能量的損耗；液壓缸和液壓馬達(dá)也是液壓系統(tǒng)中能量損耗較大的元件，在選擇液壓缸和液壓馬達(dá)時(shí)，要注意液壓缸、液壓馬達(dá)與泵的流量相匹配，在滿足工作系統(tǒng)工作的前提下，使能量不至大量損失；應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中閥類元件的相應(yīng)位置和可能出現(xiàn)的最大壓力及流量來確定其規(guī)格，其不宜過大或過??；對(duì)于低壓大流量的液壓系統(tǒng)，一般采用大流量的液壓泵，如果采用低壓蓄能器來增加短時(shí)大流量的液壓泵，可以大大節(jié)省能源、降低溫升同時(shí)蓄能器也能緩和沖擊、吸收壓力脈沖。使系統(tǒng)運(yùn)行更平穩(wěn)；在液壓系統(tǒng)中液壓泵的工作條件也極為嚴(yán)格，不但要求壓力大、轉(zhuǎn)速高、溫度高，而且油液在被吸入和由泵壓出，要受到剪力作用，所以一般根據(jù)

8、泵的要求來確定液壓油的粘度。在液壓傳動(dòng)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效節(jié)能的途徑主要為：通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等以減少能量損失，提高能量的利用率，借助于輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)能量回收使得能量再次被利用。減少能量損失的傳動(dòng)方法主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采用元件、使用介質(zhì)等方面來考慮。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上：設(shè)計(jì)合理的液壓回路，最大限度地減少由于液壓元件的布局而產(chǎn)生的能量損失；在元件選擇上，采用節(jié)能變頻交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵來代替原來直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，盡可能選取具有高頻率的液壓泵、閥等減少壓力和溢流損失；在介質(zhì)的使用上：使用具有良好粘溫特性的介質(zhì)避免低溫時(shí)粘度過高引起壓力損失和高溫時(shí)壓力過小導(dǎo)致泄露加劇。另外還可以借助于儲(chǔ)能器存儲(chǔ)液壓能，

9、長(zhǎng)時(shí)間小流量需求時(shí)可關(guān)閉電機(jī)的運(yùn)行，短時(shí)間大流量需求可減少驅(qū)動(dòng)功率實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。如今在系統(tǒng)中存在著較多的剩余液壓能，如一些化工行業(yè)廢液中液壓能、大型試驗(yàn)臺(tái)白白溢流掉的液壓能?；厥蘸屠眠@些能量是非常有價(jià)值的。展望未來，液壓傳動(dòng)的主要競(jìng)爭(zhēng)者是電氣傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，要實(shí)現(xiàn)液壓技術(shù)綠色化，液壓技術(shù)必須充分發(fā)揮自身優(yōu)點(diǎn)和借鑒其他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)成果，對(duì)自身進(jìn)行引進(jìn)和創(chuàng)新，以提高液壓元件和系統(tǒng)性能，降低成本，并符合節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求才能保持強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力和不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。2 方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：要求對(duì)220千瓦的大功率減速器進(jìn)行加載試驗(yàn)，我列出了以下幾種加載方案，進(jìn)行

10、比較，用以參考。方案（一）伺服加載系統(tǒng)（1）氣動(dòng)伺服加系統(tǒng)載：輸出力矩較大，但機(jī)械結(jié)構(gòu)、工藝操作復(fù)雜，重量體積大，功耗和噪聲大，能源利用率低，而且它們與主控制器可傳遞的信息量小、簡(jiǎn)單，響應(yīng)慢，精度與可靠性也不高，摩擦力較大啟動(dòng)緩慢，同時(shí)還需要一套油泵、泵站和相應(yīng)的油路支持，容易漏氣漏油，對(duì)氣體或油液中的污染物比較敏感，經(jīng)常發(fā)生故障，維修修理不方便，從、而大大提高了成本。（2）電動(dòng)加載系統(tǒng)的特點(diǎn)： 響應(yīng)快、機(jī)械結(jié)構(gòu)、工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，重量體積小，易于控制器通訊，精度和可靠性高，但它的輸出力矩較小，頻寬較低、功率密度較小。根據(jù)上訴優(yōu)缺點(diǎn)可知，在要求輸出力或力矩較小且加載精度要求比較高時(shí)使用電動(dòng)加載

11、。（3）電液伺服加載系統(tǒng)： 有高響應(yīng)、高精度、高功率重量比和大功率輸出的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防軍事武器、航空航天、船舶、冶金等許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。隨著機(jī)械工作精度、響應(yīng)速度和自動(dòng)化程度的提高，電液伺服系統(tǒng)比與以往相比，應(yīng)用環(huán)境和任務(wù)更為復(fù)雜，普遍存在較大程度的參數(shù)變化和外負(fù)載干擾（有時(shí)還存在多對(duì)象間的干擾）。方案（二）摩擦加載摩擦加載系統(tǒng)： 利用摩擦片相互摩擦對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加載摩擦。這種加載方式浪費(fèi)了大量的材料，而且在摩擦過程中損失了大量的能量,造成了能量的大量的流失,，不符合環(huán)保要求，并且效率低。方案（三）液壓加載液壓加載系統(tǒng)： 利用節(jié)流閥對(duì)系統(tǒng)進(jìn)載。對(duì)節(jié)流閥的性能要求是：要有足夠?qū)挼牧髁空{(diào)節(jié)范圍，

12、微量調(diào)節(jié)性能要好；流量要穩(wěn)定，受溫度變化的影響要?。阂凶銐虻膹?qiáng)度；行堵塞性要好，節(jié)流損失要小。但存在液壓傳動(dòng)效率低、噪聲大、成本高、成本高、泄露污染環(huán)境等缺點(diǎn)降低了它的競(jìng)爭(zhēng)力。以上的幾種方案存在著許多不足之處，因此都有待于進(jìn)一步完善，綜合比較而言，液壓加載系統(tǒng)組成元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小，操縱、控制簡(jiǎn)單、省力，易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，液壓元件之間能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)潤(rùn)滑液壓元件的使用壽命長(zhǎng)，但存在液壓傳動(dòng)效率低、噪聲大、成本高、成本高、泄露污染環(huán)境等缺點(diǎn)降低了它的競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我設(shè)計(jì)了如下圖所示的液壓加載試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)?？傮w系統(tǒng)圖如下圖所示：1.雙向變量馬達(dá) 2.聯(lián)軸器 3.傳感器 4.變速

13、器 5.減速器 6.增速器7.雙向變量加載泵 8.單向閥 9.蓄能器 10.壓力計(jì) 11.輔助泵 12.電動(dòng)機(jī)13.安全閥 14.油箱原理：馬達(dá)1和加載泵7組成的主回路為開式回路，油箱14供油給加載泵7，啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)12帶動(dòng)輔助泵11驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1運(yùn)行，馬達(dá)1帶動(dòng)變速器4、減速器5、增速器6，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)加載泵7啟動(dòng)，之后油箱14供油給加載泵對(duì)減速器5進(jìn)行加載，輔助泵11作為輔助動(dòng)力源，用于補(bǔ)償在系統(tǒng)中能量的損失，變速器4起到變速變扭的作用，蓄能器9用于穩(wěn)定液壓沖擊。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了能量的回收，實(shí)現(xiàn)了能量的二次再利用，利用輔助泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)油，提高了能量的利用率，通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等以減少能量損失，借助于

14、輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)能量回收使得能量再次被利用。該液壓加載系統(tǒng)不僅滿足環(huán)境目標(biāo),考慮回收利用率,資源,能源的有效利用率,達(dá)到環(huán)境保護(hù)和資源優(yōu)化應(yīng)用的效應(yīng)。3 大功率減速器設(shè)計(jì)大功率減速器設(shè)計(jì)：參照zsy型三級(jí)減速器部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，減速器公稱輸入功率 ，公稱輸入轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)速 ，公稱傳動(dòng)比 ，3.1 三級(jí)減速器傳動(dòng)比的分配：按等強(qiáng)度分配： ， 式中 ， 高、中、低速級(jí)中心距（）； 分別為總傳動(dòng)比和高、中、低速級(jí)傳動(dòng)比；高、中、低速級(jí)齒輪的接觸疲勞極限（）;設(shè) ， ， 根據(jù)逼近原則，選， ；3.2 傳動(dòng)裝置的效率:按機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表4.2-9?。郝?lián)軸器效率 0.994 ， 齒輪嚙合效率 （齒輪精度為8

15、級(jí)）0.97 滾動(dòng)軸承效率 0.983.3 減速器各軸運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算0軸：（即減速器輸入軸）p= 50kwn1500r/mint=9.55p/n=9.555010/1500318.3n.m軸（減速器中間軸）：p= 500.970.9847.53kwn=1500/3.42438.60r/mint=9.55p/n=9.5547.5310/438.601034.91 nm軸（減速器中間軸）： p= =47.530.970.9845.18 kwn=438.60/2.91=150.72 r/mint=9.55p/=9.5545.18103/150.72=2862.72n.m軸（減速器輸出軸）： =4

16、5.180.970.98= 42.96 kw 150.72/2.81=53.64r/mint=9.55p/n=9.5542.96103/53.64=7648.55 n.m計(jì)算結(jié)果匯總列表如下：3.4 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 減速器高速級(jí)齒輪傳動(dòng)計(jì)算選擇材料及熱處理方法 查表8-17（p174）小齒輪： 45號(hào)鋼 調(diào)質(zhì)hbs=245-275 hbs大齒輪： 45號(hào)鋼 正火hbs=210-240 hbs按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算:采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，按v=(0.0120.021)n=5.7910.14 m/s, 估取圓周速度 7.5 m/s,參考表8-14，8-15選取第公差組8級(jí)小齒輪分

17、度圓直徑由式8-77得齒寬系數(shù)查表8-23按齒輪相對(duì)軸非對(duì)稱布置取=0.8小齒輪齒數(shù)，按推薦值2040中選=24大齒輪齒數(shù)=3.4224=82.08,圓整取=83，傳動(dòng)比= / =83/24=3.46傳動(dòng)比誤差=3.50-3.46/3.50=0.09，誤差在5%范圍內(nèi)，合適小輪轉(zhuǎn)矩=9.55 / =9.551050/1500=318300 n載荷系數(shù)k k=kkkk使用系數(shù) k 查表8-20 k=1.00動(dòng)載荷系數(shù)k 初值查圖 8-57 k=1.22齒向載荷分布系數(shù) 查圖 8-60得=1.12齒間載荷分配系數(shù)的初值，初選由式8-55和8-56得=+=1.88-3.2（1/+1/）+=1.671

18、.41=3.08查表8-21插值得k1.42載荷系數(shù)k初值k=11.221.121.42=1.94彈性系數(shù)查表8-22得189.8節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)z 查圖8-64（x=x=0）得z=2.45重合度系數(shù)查圖8-65，=0.77螺旋角系數(shù)=0.99許用接觸應(yīng)力由式=.zz/s接觸疲勞極限應(yīng)力、查圖8-69570 n/460 n/應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得n=60nj=6015001830081.73109n= n/1.73/3.46=5查圖8-70接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)z zz = z=1硬化系數(shù)z查圖8-71及說明z=1.15接觸強(qiáng)度安全系數(shù)s查表8-27按一般可靠度s=1.01.1取 s=1.0=570

19、11.15/1.0656 n/mm=46011.15/1.0529 n/mm的設(shè)計(jì)初值95.94模數(shù)：m=/ = 95.94/24=3.62 圓整取模數(shù)m =4中心距a=m (+)/(2)=4107/2=219.63 分度圓螺旋角 =小輪分度圓直徑的計(jì)算圓周速度v=/60000=3.1498.531500/60000=7.74m/s與估取的值相近.對(duì)k取值影響不大不必修正取k=k=1.22齒間載荷分配系數(shù)=+ = 1.88-3.2（1/24+1/83）=1.67=1.67+1.41=3.08 查表8-21得=1.42載荷系數(shù) k=11.221.121.42=1.94小輪分度圓直徑取取大輪分度圓

20、直徑=483/=340.73齒寬=0.895.94=76.75大齒輪齒寬b圓整取齒寬80 小齒輪寬=b+（510）=80+5=85按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算=齒形系數(shù) 查圖8-67得 與2.622.21應(yīng)力修正系數(shù)y查圖8-68 1.61.78重合修正系數(shù)y由式8-67得y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.67=0.70，所以y=0.70螺旋角系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力由式（8-71）計(jì)算 =yy/s彎曲疲勞極限查圖（8- 72）= 460 n/= 390n/彎曲疲勞強(qiáng)度得壽命系數(shù)查圖8-73查得=1.0尺寸系數(shù)y 查圖8-74y=1.0安全系數(shù)s 查表8-27 則s=1.25 = 460

21、11/1.25=368 n/ =39011/1.25=312n/故=2.621.600.700.85=90.65 n/=2.211.780.700.85=90.38 n/滿足要求，合格。3.4.2 減速器中間級(jí)齒輪傳動(dòng)計(jì)算選擇材料及熱處理方法 查表8-17（p174）小齒輪： 45號(hào)鋼 調(diào)質(zhì)hbs=245-275 hbs大齒輪： 45號(hào)鋼 正火hbs=210-240 hbs按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算:采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，按v=(0.0120.021) n=2.514.39 m/s, 估取圓周速度 3.4 m/s,參考表8-14，8-15選取第公差組8級(jí)小齒輪分度圓直徑由式8-77得齒寬系數(shù)查

22、表8-23按齒輪相對(duì)軸非對(duì)稱布置取=0.8小齒輪齒數(shù) 按推薦值2040中選=24大齒輪齒數(shù)=2.9124=69.84,圓整取=70，傳動(dòng)比 = / =70/24=2.92傳動(dòng)比誤差=2.95-2.92/2.95=0.01，誤差在5%范圍內(nèi)，合適小輪轉(zhuǎn)矩=9.55/=9.551047.53/438.60=1034910n載荷系數(shù)k k =kkkk使用系數(shù) k 查表8-20 k=1.00動(dòng)載荷系數(shù)k 初值查圖8-57 k=1.12齒向載荷分布系數(shù) 查圖8-60得=1.12齒間載荷分配系數(shù)的初值，初選由式8-55和8-56得=+=1.88-3.2（1/+1/）+=1.661.41=3.07查表8-2

23、1插值得k1.42載荷系數(shù)k初值k=11.121.121.42=1.78彈性系數(shù)查表8-22得189.8節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)z查圖8-64（x=x=0）得z=2.45重合度系數(shù)查圖8-65= 0.77螺旋角系數(shù)=0.99許用接觸應(yīng)力由式=.zz/s接觸疲勞極限應(yīng)力、查圖8-69600 n/500 n/應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得n=60nj=60438.601830085.05n= n/5.05/2.92=1.73查圖8-70接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)z zz = z= 1硬化系數(shù)z查圖8-71及說明z=1.15接觸強(qiáng)度安全系數(shù)s查表8-27按一般可靠度s=1.01.1取 s=1.0=60011.15/1.069

24、0 n/mm=50011.15/1.0575n/mm的設(shè)計(jì)初值132.94模數(shù)：m=/ =132.94/24=5.40 圓整取模數(shù)m=6中心距a=m (+)/2=694/(2)=289.42 分度圓螺旋角 =小輪分度圓直徑的計(jì)算圓周速度v=/60000=147.79438.6/60000=3.39m/s與估取的值相近.對(duì)k取值影響不大，不必修正取k=k=1.12齒間載荷分配系數(shù)=+ = 1.88-3.2（1/24+1/70）=1.66=1.66+1.41=3.07 查表8-21得=1.42載荷系數(shù) k=11.121.121.42=1.78小輪分度圓直徑取取大輪分度圓直徑=670/=431.05

25、齒寬=0.8132.94=106.35大齒輪齒寬b，圓整取齒寬110 小齒輪寬=b+（510）=110+5=115按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算=yyyy齒形系數(shù) 查圖8-67得 與2.622.23應(yīng)力修正系數(shù)y查圖8-68 1.61.76重合修正系數(shù)y由式8-67得y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.67=0.70，所以y=0.70螺旋角系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力由式（8-71）計(jì)算 =yy/s彎曲疲勞極限查圖（8- 72）=460 n/=390n/彎曲疲勞強(qiáng)度得壽命系數(shù)查圖8-73查得=1.0尺寸系數(shù)y 查圖8-74y=1.0安全系數(shù)s 查表8-27 則s=1.25=46011/1.25=

26、368n/ =39011/1.25=312n/故=2.621.600.700.85=90.11 n/=2.231.760.700.85=88.70 n/滿足要求，合格。3.4.3 減速器低速級(jí)齒輪傳動(dòng)計(jì)算選擇材料及熱處理方法 查表8-17（p174）小齒輪： 45號(hào)鋼 調(diào)質(zhì)hbs=245-275 hbs大齒輪： 45號(hào)鋼 正火hbs=210-240 hbs按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算:采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，按v=(0.0120.021) n=1.212.12 m/s, 估取圓周速度 1.5 m/s,參考表8-14，8-15選取第公差組8級(jí)小齒輪分度圓直徑由式8-77得齒寬系數(shù)查表8-23按齒輪相

27、對(duì)軸非對(duì)稱布置取=0.8小齒輪齒數(shù) 按推薦值2040中選=24大齒輪齒數(shù)=2.8124=67.44,圓整取=67，傳動(dòng)比= / =67/24=2.79傳動(dòng)比誤差=2.80-2.79/2.80=0.0036，誤差在5%范圍內(nèi)，合適小輪轉(zhuǎn)矩=9.55/=9.551045.18/150.72 =2862720n載荷系數(shù)k k=kkkk使用系數(shù) k 查表8-20 k=1.00動(dòng)載荷系數(shù)k 初值查圖8-57 k=1.05齒向載荷分布系數(shù) 查圖8-60得=1.12齒間載荷分配系數(shù)的初值，初選由式8-55和8-56得=+=1.88-3.2（1/+1/）+=1.661.41=3.07查表8-21插值得k1.4

28、2載荷系數(shù)k初值k=11.051.121.42=1.67彈性系數(shù)查表8-22得189.8節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)z查圖8-64（x=x=0）得z=2.45重合度系數(shù)查圖8-65=0.77螺旋角系數(shù)=0.99許用接觸應(yīng)力由式=.zz/s接觸疲勞極限應(yīng)力、查圖8-69600 n/500 n/應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得n=60nj=60150.721830081.84n= n/1.84/2.79=0.66查圖8-70接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)z zz = z=1硬化系數(shù)z查圖8-71及說明z=1.15接觸強(qiáng)度安全系數(shù)s查表8-27按一般可靠度s=1.01.1取 s=1.0=60011.15/1.0690 n/mm=500

29、11.15/1.0575n/mm的設(shè)計(jì)初值183.42模數(shù)：m=/ =183.42/24=7.45 圓整取模數(shù)m=8中心距a=m (+)/（2）=891/(2)=373.57 分度圓螺旋角： =小輪分度圓直徑的計(jì)算圓周速度v=/60000=197.05150.72/60000=1.56m/s與估取的值相近.對(duì)k取值影響不大不必修正取k=k=1.05齒間載荷分配系數(shù)=+ = 1.88-3.2（1/24+1/67）=1.66=1.66+1.41=3.07 查表8-21得=1.42載荷系數(shù) k=11.051.121.42=1.67小輪分度圓直徑取取大輪分度圓直徑=867/=550.09齒寬=0.81

30、83.42=146.74大齒輪齒寬b圓整取齒寬150 小齒輪寬=b+（510）=150+5=155按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算=yyyy齒形系數(shù) 查圖8-67得 與2.622.24應(yīng)力修正系數(shù)y查圖8-68 1.61.76重合修正系數(shù)y，由式8-67得y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.66=0.70，所以y=0.70螺旋角系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力由式（8-71）計(jì)算 =yy/s彎曲疲勞極限查圖（8- 72）=500 n/=400n/彎曲疲勞強(qiáng)度得壽命系數(shù)查圖8-73查得=1.0尺寸系數(shù)y 查圖8-74y=1.0安全系數(shù)s 查表8-27 則s=1.25=50011/1.25=400n/ =

31、40011/1.25=320n/故=2.621.600.700.85=97.60 n/=2.241.760.700.85=94.85 n/滿足要求，合格3.4.4 減速器低速軸的強(qiáng)度校核（1）求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（見下圖）。對(duì)于32024型圓錐滾子軸承，查得a38,因此軸的支承跨距l(xiāng)=99+319=418根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖，扭矩圖，和當(dāng)量彎矩圖（見下圖）。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖可看出，c截面的當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。c截面處的、及的數(shù)值如下。支反力 水平面 =20523.31 n， =6630.61 n 垂直面 =11675.20 n， =-1532

32、.13 n彎矩和 水平面 =2154947.55 n 垂直面 =1225896 n合成彎矩 n 扭矩t t=7468550 n 當(dāng)量彎矩 n（2）校核軸的強(qiáng)度 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表4-1（機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)）查得=650n/，則=0.090.1，即5865 n/，取=60 n/，軸的計(jì)算應(yīng)力為 n/=60 n/根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。3.4.5 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度（1）判斷危險(xiǎn)截面 從受載情況觀察，截面c上最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力均集中在兩端），而且這里軸徑最大，故截面c不必校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度削弱程度觀察，截面iv和v處過盈配合引起的應(yīng)力

33、集中最嚴(yán)重。截面v的應(yīng)力集中與截面iv相近，但截面v不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大。分析可知，危險(xiǎn)截面為iv截面（左側(cè)）。（2）計(jì)算危 險(xiǎn)截面應(yīng)力 截面右側(cè)彎矩為 n/ 截面上的扭矩為 =7468550 n 抗彎截面系數(shù) n/ 抗扭截面系數(shù) n/ 截面上的彎曲應(yīng)力 n/ 截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 n/ 彎曲應(yīng)力幅 n/ 彎曲平均應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等，即 n/（3）確定影響系數(shù) 軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查4-1得 n/, n/, n/. 軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)、。根據(jù)r/d=2.5/120=0.021, d/d=122/120=1.02,由表4-5經(jīng)插值后可得。 尺寸系

34、數(shù)、，查得 =0.6，=0.77。 表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)=650 n/和表面加工為精車，查圖4-19，得 材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) ， 由上面的結(jié)果可得 查表4-4 中的許用安全系數(shù)s值，可知該軸安全。4 變速箱內(nèi)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 第一變速齒輪的設(shè)計(jì)選擇齒輪材料： 小輪選用45#，調(diào)質(zhì)=245-275 hbs大輪選用45#，正火=210-240 hbs按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算：采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，按v=(0.0130.022)=6.4410.89 m/s 估取圓周速度v7.5m/s ,參考教材表8-14，8-15選取ii公差組8級(jí)小齒輪分度圓直徑由式8-77得齒寬系數(shù) ,查教材表8

35、-23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取0.8小齒輪齒數(shù) z1在推薦值2040中選24大齒輪齒數(shù) z2=z1i=4.424=105.6，圓整齒數(shù)比 u=z2/z1=106/244.42傳動(dòng)比誤差=（4.45-4.42）/4.45=0.0067,誤差在5%內(nèi),合適小輪轉(zhuǎn)矩=9.5510/n=9.551054.0/1500=343.8 n載荷系數(shù)k由式（8-54）得 k=kkk使用系數(shù)，查教材表（8-20）=1.00動(dòng)載荷系數(shù)k的初值 k由教材圖（8-57）查得k=1.24齒向載荷分布系數(shù) k由教材圖（8-60）查得k=1.12由式（8-55），（8-56）得= 1.88-3.2(1/z+1/z)=

36、1.88-3.2(1/24+1/106)= 1.72查教材表8-21并插值k=1.16則載荷系數(shù)的初值為=11.241.121.16=1.61彈性系數(shù)查表8-22得189.8節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)z查圖8-64（x=x=0）得z=2.5重合度系數(shù)查圖8-65，=0.87許用接觸應(yīng)力由式=.zz/s接觸疲勞極限應(yīng)力、查圖8-69600n/mm500n/mm應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得=60n2j=6015001830081.73= /1.73/4.4=3.93查圖8-70接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)z ，zz= z=1.0硬化系數(shù)z查圖8-71及說明z=1.15接觸強(qiáng)度安全系數(shù)s查表8-27按一般可靠度s=1.01.1

37、取 s=1.0=60011.15/1.0690n/mm=50011.15/1.0575n/mm的設(shè)計(jì)初值95.63 模數(shù)：m= /=95.63/24=3.98 圓整取模數(shù)m=4中心距a=m(+)/2=4（24+106）/2=260 小輪分度圓直徑的計(jì)算 ，244=96圓周速度v=/60000=961500/60000=7.54m/s與估取的值相近.對(duì)k取值影響不大不必修正k取k=k=1.61大輪分度圓直徑=m=4.0106=424 mm，齒寬=0.895.63=76.50大齒輪齒寬b圓整取齒寬80小齒輪齒寬=b+（510）=80+5=85按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算=yyyy查圖8-67得 與小

38、輪 2.67大輪 2.18應(yīng)力修正系數(shù)y查圖8-68 1.581.81重合修正系數(shù)y由式8-67得y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.71=0.69 所以y=0.69許用彎曲應(yīng)力由式（8-71）計(jì)算 =yy/s彎曲疲勞極限查圖（8- 72）=460n/mm=390n/mm彎曲疲勞強(qiáng)度得壽命系數(shù)查圖8-73查得=1.0尺寸系數(shù)y 查圖8-74y=1.0安全系數(shù)s 查表8-27則s=1.3=46011/1.3=353.85n/ =39011/1.3=300n/故=21.613438002.671.580.69/（85964）=98.74n/=21.613438002.181.810.6

39、9/（80964）=98.11n/滿足要求，合格。4.2 另一組變速齒輪的設(shè)計(jì)依據(jù)變速組內(nèi)模數(shù)相等理論設(shè)計(jì)。所以m=4根據(jù)需要，=65所以分度圓直徑兩輪齒寬b圓整取齒寬80 選擇齒輪材料： 齒輪均選用45#hbs=210-240 hbs1.88-3.2（）=1.78k=11.31.191.12=1.73按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算=yyyy查圖8-67得2.27應(yīng)力修正系數(shù)y查圖8-68 1.74重合修正系數(shù)y由式8-67得y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.78=0.67所以y=0.67許用彎曲應(yīng)力由式（8-71）計(jì)算 =yy/s彎曲疲勞極限查圖（8- 72）=390n/mm彎曲疲

40、勞強(qiáng)度得壽命系數(shù)查圖8-73查得=1.0尺寸系數(shù)y 查圖8-74y=1.0安全系數(shù)s 查表8-27則s=1.3 =39011/1.3=300n/，故=21.733438002.271.740.67/802604=37.84n/mm滿足要求，合格。變速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：4.3 變速箱低速軸的強(qiáng)度校核4.3.1 求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（見下圖）。對(duì)于32024型圓錐滾子軸承，查得a9.5,因此軸的支承跨距l(xiāng)=68+366根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖，扭矩圖，和當(dāng)量彎矩圖（見下圖）。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖可看出，c截面的當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。c截面處的、及的數(shù)值如

41、下。支反力 水平面 =6017.47 n， =1118 n 垂直面 =2190.18 n， =406.92 n彎矩和 水平面 =409187.96 n 垂直面 =148932.72 n合成彎矩 n 扭矩t t=1512720 n 當(dāng)量彎矩 n4.3.2 校核軸的強(qiáng)度 （1）求軸的載荷 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表4-1（機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)）查得=650n/，則=0.090.1，即5865 n/，取=60 n/，軸的計(jì)算應(yīng)力為 n/=60 n/根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。4.3.3 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度（1）判斷危險(xiǎn)截面 從受載情況觀察，截面c上最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的

42、應(yīng)力均集中在兩端），而且這里軸徑最大，故截面c不必校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度削弱程度觀察，截面iv和v處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重。截面v的應(yīng)力集中與截面iv相近，但截面v不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大。分析可知，危險(xiǎn)截面為iv截面（左側(cè)）。（2）計(jì)算危 險(xiǎn)截面應(yīng)力 截面右側(cè)彎矩為 n/ 截面上的扭矩為 =1512720 n 抗彎截面系數(shù) n/ 抗扭截面系數(shù) n/ 截面上的彎曲應(yīng)力 n/ 截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 n/ 彎曲應(yīng)力幅 n/ 彎曲平均應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等，即n/（3）確定影響系數(shù) 軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查4-1得 n/, n/, n/. 軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)、。根據(jù)r/d=2.0/68=0.029, d/d=70/68=1.03,由表4-5經(jīng)插值后可得。 尺寸系數(shù)、，查得 =0.67，=0.80。 表面質(zhì)量系數(shù)