大功率減速器液壓加載試驗臺機械系統(tǒng)設(shè)計-精品

1、前言減速器是機械系統(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，如加載實驗等。液壓傳動具有易于實現(xiàn)直線運動、功率質(zhì)量之比大，動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點，在工程機械、冶金、農(nóng)林、實驗設(shè)備、航空航天、仿真運動平臺和武器裝備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。液壓傳動作為動力控制與控制技術(shù)的重要部分，對工業(yè)和國防技術(shù)進步和發(fā)展起到了很大的推動作用，是現(xiàn)代機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)能實現(xiàn)較大范圍內(nèi)比較方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，易于實現(xiàn)過載保護。液壓加載系統(tǒng)存在液壓傳動效率低、噪聲大、成本高、成本高、泄露污染環(huán)境等缺點降低了它的競爭力。為提高液壓傳動的核心競爭力，擴大其應(yīng)

2、用領(lǐng)域，因此應(yīng)抓住主要的核心技術(shù)問題，改進技術(shù)，不斷改進自身缺點，發(fā)揮自身優(yōu)勢，使液壓傳動創(chuàng)造新的活力，以滿足未來發(fā)展的需要。對液壓系統(tǒng)設(shè)計要求環(huán)保與節(jié)能并行,不僅滿足環(huán)境目標,考慮回收利用率,資源,能源的有效利用率,以達到環(huán)境保護和資源優(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)實意義.要實現(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)點和借鑒其他領(lǐng)域的先進技術(shù)成果，對自身進行引進和創(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大競爭力和不斷擴大應(yīng)用領(lǐng)域。1 緒言1.1 加載技術(shù)的發(fā)展狀況目前使用的加載

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)、氣動伺服加載系統(tǒng)和電動伺服加載系統(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，在國防軍事武器、航空航天、船舶、冶金等許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，隨著機械工作精度、響應(yīng)速度和自動化程度的提高，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)變化和外負載干擾（有時還存在多對象間的干擾）；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)能實現(xiàn)較大范圍內(nèi)比較方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，體積小、重量輕、結(jié)

4、構(gòu)緊湊、慣性小，操縱、控制簡單、省力，易于實現(xiàn)過載保。1.2液壓技術(shù)的發(fā)展狀況液壓傳動具有易于實現(xiàn)直線運動、功率質(zhì)量之比大，動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點，在工程機械、冶金、農(nóng)林、實驗設(shè)備、航空航天、仿真運動平臺和武器裝備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。液壓傳動作為動力控制與控制技術(shù)的重要部分，對工業(yè)和國防技術(shù)進步和發(fā)展起到了很大的推動作用，是現(xiàn)代機械的基本要素和工程控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。當前，液壓技術(shù)在實現(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)的計算機輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(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)的工作過程是傳動裝置將原動機的輸出能量轉(zhuǎn)化為液壓能，并通過執(zhí)行機構(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、液壓馬達作為能量轉(zhuǎn)換元件把機械能轉(zhuǎn)換成液壓能，它們對整個液壓系統(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運動的表面間由于摩擦所產(chǎn)生的機械損耗，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。當流量不匹配時，產(chǎn)生溢流損失；當壓力不匹配，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，存在著多種壓力損失、容積損失和機械損失，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)工作時間的可靠性，同時也浪費了大量的能量。因此，在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，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)工況的要求自動調(diào)節(jié)排量的大小，減少流量的損失，

7、從而提高整個液壓系統(tǒng)的效率，減少能量的損耗；液壓缸和液壓馬達也是液壓系統(tǒng)中能量損耗較大的元件，在選擇液壓缸和液壓馬達時，要注意液壓缸、液壓馬達與泵的流量相匹配，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大流量的液壓泵，可以大大節(jié)省能源、降低溫升同時蓄能器也能緩和沖擊、吸收壓力脈沖。使系統(tǒng)運行更平穩(wěn)；在液壓系統(tǒng)中液壓泵的工作條件也極為嚴格，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。在液壓傳動領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效節(jié)能的途徑主要為：通過改進結(jié)構(gòu)設(shè)計等以減少能量損失，提高能量的利用率，借助于輔助設(shè)備實現(xiàn)能量回收使得能量再次被利用。減少能量損失的傳動方法主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)計上：設(shè)計合理的液壓回路，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)能變頻交流電動機驅(qū)動液壓泵來代替原來直流電動機的驅(qū)動方式，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)避免低溫時粘度過高引起壓力損失和高溫時壓力過小導(dǎo)致泄露加劇。另外還可以借助于儲能器存儲液壓能，

9、長時間小流量需求時可關(guān)閉電機的運行，短時間大流量需求可減少驅(qū)動功率實現(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、大型試驗臺白白溢流掉的液壓能?；厥蘸屠眠@些能量是非常有價值的。展望未來，液壓傳動的主要競爭者是電氣傳動和機械傳動。在當今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，要實現(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)點和借鑒其他領(lǐng)域的先進技術(shù)成果，對自身進行引進和創(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大競爭力和不斷擴大應(yīng)用領(lǐng)域。2 方案設(shè)計設(shè)計任務(wù)：要求對220千瓦的大功率減速器進行加載試驗，我列出了以下幾種加載方案，進行

10、比較，用以參考。方案（一）伺服加載系統(tǒng)（1）氣動伺服加系統(tǒng)載：輸出力矩較大，但機械結(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、簡單，響應(yīng)慢，精度與可靠性也不高，摩擦力較大啟動緩慢，同時還需要一套油泵、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）電動加載系統(tǒng)的特點： 響應(yīng)快、機械結(jié)構(gòu)、工藝流程相對簡單，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)缺點可知，在要求輸出力或力矩較小且加載精度要求比較高時使用電動加載

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，在國防軍事武器、航空航天、船舶、冶金等許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。隨著機械工作精度、響應(yīng)速度和自動化程度的提高，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)變化和外負載干擾（有時還存在多對象間的干擾）。方案（二）摩擦加載摩擦加載系統(tǒng)： 利用摩擦片相互摩擦對系統(tǒng)進行加載摩擦。這種加載方式浪費了大量的材料，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)流閥對系統(tǒng)進載。對節(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凶銐虻膹姸?；行堵塞性要好，節(jié)流損失要小。但存在液壓傳動效率低、噪聲大、成本高、成本高、泄露污染環(huán)境等缺點降低了它的競爭力。以上的幾種方案存在著許多不足之處，因此都有待于進一步完善，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、控制簡單、省力，易于實現(xiàn)過載保護，液壓元件之間能實現(xiàn)自動潤滑液壓元件的使用壽命長，但存在液壓傳動效率低、噪聲大、成本高、成本高、泄露污染環(huán)境等缺點降低了它的競爭力。根據(jù)設(shè)計要求，我設(shè)計了如下圖所示的液壓加載試驗臺系統(tǒng)?？傮w系統(tǒng)圖如下圖所示：1.雙向變量馬達 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 11.輔助泵 12.電動機13.安全閥 14.油箱原理：馬達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，啟動時，電動機12帶動輔助泵11驅(qū)動馬達1運行，馬達1帶動變速器4、減速器5、增速器6，進而驅(qū)動加載泵7啟動，之后油箱14供油給加載泵對減速器5進行加載，輔助泵11作為輔助動力源，用于補償在系統(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)計實現(xiàn)了能量的回收，實現(xiàn)了能量的二次再利用，利用輔助泵對系統(tǒng)進行補油，提高了能量的利用率，通過改進結(jié)構(gòu)設(shè)計等以減少能量損失，借助于

14、輔助設(shè)備實現(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,考慮回收利用率,資源,能源的有效利用率,達到環(huán)境保護和資源優(yōu)化應(yīng)用的效應(yīng)。3 大功率減速器設(shè)計大功率減速器設(shè)計：參照ZSY型三級減速器部分參數(shù)進行設(shè)計，減速器公稱輸入功率 ，公稱輸入轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)速 ，公稱傳動比 ，3.1 三級減速器傳動比的分配：按等強度分配： ， 式中 ， 高、中、低速級中心距（）； 分別為總傳動比和高、中、低速級傳動比；高、中、低速級齒輪的接觸疲勞極限（）;設(shè) ， ， 根據(jù)逼近原則，選， ；3.2 傳動裝置的效率:按機械設(shè)計課程設(shè)計表4.2-9取：聯(lián)軸器效率 0.994 ， 齒輪嚙合效率 （齒輪精度為8

15、級）0.97 滾動軸承效率 0.983.3 減速器各軸運動及動力參數(shù)計算0軸：（即減速器輸入軸）P= 50kwn1500r/minT=9.55P/n=9.55×50×10/1500318.3N.m軸（減速器中間軸）：P= 50×0.97×0.9847.53kwn=1500/3.42438.60r/minT=9.55×P/n=9.55×47.53×10/438.601034.91 N·m軸（減速器中間軸）： P= =47.53×0.97×0.9845.18 kwn=438.60/2.91=150.

16、72 r/minT=9.55×P/=9.55×45.18×103/150.72=2862.72N.m軸（減速器輸出軸）： =45.18×0.97×0.98= 42.96 kw 150.72/2.81=53.64r/minT=9.55×P/n=9.55×42.96×103/53.64=7648.55 N.m計算結(jié)果匯總列表如下：3.4 傳動零件的設(shè)計計算3.4.1 減速器高速級齒輪傳動計算選擇材料及熱處理方法 查表8-17（p174）小齒輪： 45號鋼 調(diào)質(zhì)HBS=245-275 HBS大齒輪： 45號鋼 正火HBS

17、=210-240 HBS按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計計算:采用斜齒圓柱齒輪傳動，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按齒輪相對軸非對稱布置取=0.8小齒輪齒數(shù)，按推薦值2040中選=24大齒輪齒數(shù)=×=3.42×24=82.08,圓整取=83，傳動比= / =83/24=3.46傳動比誤差=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 / =9.55×10×50/1500=318

18、300 N·載荷系數(shù)K K=KKKK使用系數(shù) K 查表8-20 K=1.00動載荷系數(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/）+=1.671.41=3.08查表8-21插值得K1.42載荷系數(shù)K初值K=1×1.22×1.12×1.42=1.94彈性系數(shù)查表8-22得189.8節(jié)點影響系數(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、

19、查圖8-69570 N/460 N/應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得N=60nj=60×1500×1×8×300×81.73×109N= N/1.73×/3.46=5×查圖8-70接觸強度壽命系數(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=570×1×1.15/1.0656 N/mm=460×1×1.15/1.0529 N/mm的設(shè)計初值95.94模數(shù)：m=/ = 95.94/24=3.62

20、圓整取模數(shù)m =4中心距a=m (+)/(2)=4×107/2=219.63 分度圓螺旋角 =小輪分度圓直徑的計算圓周速度V=/60000=3.14×98.53×1500/60000=7.74m/s與估取的值相近.對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=1×1.22×1.12×1.42=1.94小輪分度圓直徑取取大輪分度圓直徑=4×83/=340.73齒寬=0.8×95.

21、94=76.75大齒輪齒寬b圓整取齒寬80 小齒輪寬=b+（510）=80+5=85按齒根彎曲疲勞強度校核計算=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）計算 =YY/S彎曲疲勞極限查圖（8- 72）= 460 N/= 390N/彎曲疲勞強度得壽命系數(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 = 460×1×1/1.25=368

22、 N/ =390×1×1/1.25=312N/故=×2.62×1.60×0.70×0.85=90.65 N/<=×2.21×1.78×0.70×0.85=90.38 N/<滿足要求，合格。3.4.2 減速器中間級齒輪傳動計算選擇材料及熱處理方法 查表8-17（p174）小齒輪： 45號鋼 調(diào)質(zhì)HBS=245-275 HBS大齒輪： 45號鋼 正火HBS=210-240 HBS按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計計算:采用斜齒圓柱齒輪傳動，按V=(0.0120.021) n=2.514.39 m/s

23、, 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按齒輪相對軸非對稱布置取=0.8小齒輪齒數(shù) 按推薦值2040中選=24大齒輪齒數(shù)=×=2.91×24=69.84,圓整取=70，傳動比 = / =70/24=2.92傳動比誤差=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/=9.55×10×47.53/438.60=1034910N·載荷系數(shù)K K =KKKK使用系數(shù) K 查表8-20 K=1.00動載荷系數(shù)K 初值查圖8-57 K=1

24、.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8-21插值得K1.42載荷系數(shù)K初值K=1×1.12×1.12×1.42=1.78彈性系數(shù)查表8-22得189.8節(jié)點影響系數(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=60×438.60×1×

25、8×300×85.05×N= N/5.05×/2.92=1.73×查圖8-70接觸強度壽命系數(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=600×1×1.15/1.0690 N/mm=500×1×1.15/1.0575N/mm的設(shè)計初值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=6×94/(2)=289.42 分度圓螺旋角 =小輪分度圓直

26、徑的計算圓周速度V=/60000=×147.79×438.6/60000=3.39m/s與估取的值相近.對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=1×1.12×1.12×1.42=1.78小輪分度圓直徑取取大輪分度圓直徑=6×70/=431.05齒寬=0.8×132.94=106.35大齒輪齒寬b，圓整取齒寬110 小齒輪寬=b+（510）=110+5=115按齒根彎曲疲勞強度校核

27、計算=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）計算 =YY/S彎曲疲勞極限查圖（8- 72）=460 N/=390N/彎曲疲勞強度得壽命系數(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=460×1×1/1.25=368N/ =390×1×1/1.25=312N/故=×2.62×1.6

28、0×0.70×0.85=90.11 N/<=×2.23×1.76×0.70×0.85=88.70 N/<滿足要求，合格。3.4.3 減速器低速級齒輪傳動計算選擇材料及熱處理方法 查表8-17（p174）小齒輪： 45號鋼 調(diào)質(zhì)HBS=245-275 HBS大齒輪： 45號鋼 正火HBS=210-240 HBS按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計計算:采用斜齒圓柱齒輪傳動，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級小齒輪分度圓直徑由式8-77得齒寬

29、系數(shù)查表8-23按齒輪相對軸非對稱布置取=0.8小齒輪齒數(shù) 按推薦值2040中選=24大齒輪齒數(shù)=×=2.81×24=67.44,圓整取=67，傳動比= / =67/24=2.79傳動比誤差=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/=9.55×10×45.18/150.72 =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=+=

30、1.88-3.2（1/+1/）+=1.661.41=3.07查表8-21插值得K1.42載荷系數(shù)K初值K=1×1.05×1.12×1.42=1.67彈性系數(shù)查表8-22得189.8節(jié)點影響系數(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=60×150.72×1×8×300×81.84×N= N/1.84×/2.79=0.66&#

31、215;查圖8-70接觸強度壽命系數(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=600×1×1.15/1.0690 N/mm=500×1×1.15/1.0575N/mm的設(shè)計初值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）=8×91/(2)=373.57 分度圓螺旋角： =小輪分度圓直徑的計算圓周速度V=/60000=×197.05×150.72/60000=1.56

32、m/s與估取的值相近.對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=1×1.05×1.12×1.42=1.67小輪分度圓直徑取取大輪分度圓直徑=8×67/=550.09齒寬=0.8×183.42=146.74大齒輪齒寬b圓整取齒寬150 小齒輪寬=b+（510）=150+5=155按齒根彎曲疲勞強度校核計算=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

33、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）計算 =YY/S彎曲疲勞極限查圖（8- 72）=500 N/=400N/彎曲疲勞強度得壽命系數(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=500×1×1/1.25=400N/ =400×1×1/1.25=320N/故=×2.62×1.60×0.70×0.85=97.60 N/<=×2.24×1

34、.76×0.70×0.85=94.85 N/<滿足要求，合格3.4.4 減速器低速軸的強度校核（1）求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖（見下圖）。對于32024型圓錐滾子軸承，查得a38,因此軸的支承跨距L=99+319=418根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖，扭矩圖，和當量彎矩圖（見下圖）。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當量彎矩圖可看出，C截面的當量彎矩最大，是軸的危險截面。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， =-1532.13 N彎矩和 水平面 =2154947.55 N·

35、垂直面 =1225896 N·合成彎矩 N· 扭矩T T=7468550 N· 當量彎矩 N·（2）校核軸的強度 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表4-1（機械設(shè)計工程學(xué)）查得=650N/，則=0.090.1，即5865 N/，取=60 N/，軸的計算應(yīng)力為 N/<=60 N/根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強度要求。3.4.5 精確校核軸的疲勞強度（1）判斷危險截面 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)力集中對軸的疲勞強度削弱程度觀察，截面IV和V處過盈配合引起的應(yīng)

36、力集中最嚴重。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，同時軸徑也較大。分析可知，危險截面為IV截面（左側(cè)）。（2）計算危 險截面應(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

37、可得。 尺寸系數(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)齒輪傳動的設(shè)計計算4.1 第一變速齒輪的設(shè)計選擇齒輪材料： 小輪選用45#，調(diào)質(zhì)=245-275 HBS大輪選用45#，正火=210-240 HBS按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計計算：采用直齒圓柱齒輪傳動，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級小齒輪分度圓直徑由式8-77得齒寬系數(shù)

38、 ,查教材表8-23按齒輪相對軸承為非對稱布置，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=Z1×i=4.4×24=105.6，圓整齒數(shù)比 u=Z2/Z1=106/244.42傳動比誤差=（4.45-4.42）/4.45=0.0067,誤差在5%內(nèi),合適小輪轉(zhuǎn)矩=9.55×10/n=9.55×10×54.0/1500=343.8 N·載荷系數(shù)K由式（8-54）得 K=·K·K·K使用系數(shù)，查教材表（8-20）=1.00動載荷系數(shù)K的初值 K由教材圖（8-57）查得K=1.24齒向載荷

39、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)= 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=×=1×1.24×1.12×1.16=1.61彈性系數(shù)查表8-22得189.8節(jié)點影響系數(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=60×1500×1&#

40、215;8×300×81.73×= /1.73×/4.4=3.93×查圖8-70接觸強度壽命系數(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=600×1×1.15/1.0690N/mm=500×1×1.15/1.0575N/mm的設(shè)計初值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算 ，24×

41、4=96圓周速度v=/60000=×96×1500/60000=7.54m/s與估取的值相近.對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=4.0×106=424 mm，齒寬=0.8×95.63=76.50大齒輪齒寬b圓整取齒寬80小齒輪齒寬=b+（510）=80+5=85按齒根彎曲疲勞強度校核計算=YYYY查圖8-67得 與小輪 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）計算

42、=YY/S彎曲疲勞極限查圖（8- 72）=460N/mm=390N/mm彎曲疲勞強度得壽命系數(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=460×1×1/1.3=353.85N/ =390×1×1/1.3=300N/故=2×1.61×343800×2.67×1.58×0.69/（85×96×4）=98.74N/=2×1.61×343800×2.18×1.81×0.69/（80×

43、;96×4）=98.11N/滿足要求，合格。4.2 另一組變速齒輪的設(shè)計依據(jù)變速組內(nèi)模數(shù)相等理論設(shè)計。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=1×1.3×1.19×1.12=1.73按齒根彎曲疲勞強度校核計算=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）計算 =YY/S彎曲疲勞極限

44、查圖（8- 72）=390N/mm彎曲疲勞強度得壽命系數(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 =390×1×1/1.3=300N/，故=2×1.73×343800×2.27×1.74×0.67/80×260×4=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)圖做出軸的計算簡圖（見下圖）。對于32024型圓錐滾子軸承，查得a9.5,因此軸的支承跨距L=68+366根據(jù)軸的

45、計算簡圖做出軸的彎矩圖，扭矩圖，和當量彎矩圖（見下圖）。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當量彎矩圖可看出，C截面的當量彎矩最大，是軸的危險截面。C截面處的、及的數(shù)值如下。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· 當量彎矩 N·4.3.2 校核軸的強度 （1）求軸的載荷 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表4-1（機械設(shè)計工程學(xué)）查得=650N/，則=0.090.1，即5865

46、N/，取=60 N/，軸的計算應(yīng)力為 N/<=60 N/根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強度要求。4.3.3 精確校核軸的疲勞強度（1）判斷危險截面 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)力集中對軸的疲勞強度削弱程度觀察，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，同時軸徑也較大。分析可知，危險截面為IV截面（左側(cè)）。（2）計算危 險截面應(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/

47、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)、 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。5 結(jié)論在能源日益緊缺的今天，高效節(jié)能的產(chǎn)品日益受

48、到人們的青睞，節(jié)能技術(shù)一直是液壓領(lǐng)域所關(guān)注的重大課題之一。在滿足性能要求的前提下實現(xiàn)對液壓傳動系統(tǒng)具有機器重要的意義。本文以機械設(shè)計理論為基礎(chǔ)，結(jié)合液壓傳動理論，對大功率液壓加載試驗臺機械系統(tǒng)設(shè)計進行研究。該試驗臺是由液壓加載泵、液壓馬達、變速器、減速器、增速器、輔助泵以及傳感器等組成的系統(tǒng)。本文系統(tǒng)的對減速器、變速器進行了設(shè)計，其中包括參數(shù)計算、齒輪校核、軸的校核、具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件設(shè)計，以及整個系統(tǒng)的設(shè)計等各項工作。本設(shè)計還有一些不足之處，一是基于能量回收的液壓加載試驗臺實例還比較少，設(shè)計時參考資料少，考慮必然會出現(xiàn)欠缺之處。二是對于液壓設(shè)計理論的理解還不夠深刻，運用起來不是很得心應(yīng)手。

49、另外，本設(shè)計只是處于理論階段，由于條件制約，沒能做成實物進行試驗，所以這些都是需要進一步研究和實踐的。致謝經(jīng)過幾個月的忙碌和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師張建卓教授。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出實習(xí)到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是張建桌老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩張老師的專業(yè)水平外，他

50、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和鉆研科學(xué)的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。 最后感謝各位老師大學(xué)四年來對我的大力栽培，在此，我向各位老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 參考文獻1彭熙偉，陳建萍.液壓技術(shù)的發(fā)展方向J.液壓與氣動，2007（3）：14 2劉志峰，劉光復(fù).綠色設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1999年.3隗金文,王慧.液壓傳動.沈陽:東北大學(xué)出版社,2001年.4桑勇，占林，祁小野，白國長.液壓系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的討論J.機床與液壓，2007（3）：83865Step W.James,sarfraz Khaliq,Ralph P.Tatam.A long period grating liquid level sensor C.Proc.of 15th Optical Fiber Se