輪邊減速器設(shè)計(jì)

1、XXXXXXXX學(xué)院全日制普通本科生畢業(yè)論文輪邊減速器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：XXXX學(xué) 號(hào)：XXXXX年級(jí)專業(yè)及班級(jí)：XXXXX指導(dǎo)老師及職稱：XXXX學(xué) 部：XXXXXXXX提交日期：XXXX年X月目 錄摘要 1關(guān)鍵詞 1第一章 緒論 21.1 課題設(shè)計(jì)的目的和意義 41.2 本設(shè)計(jì)所要完成的主要任務(wù) 4第二章 減速器的方案設(shè)計(jì) 52.1 減速器的功用及分類 52.2 減速器方案的選擇及傳動(dòng)方案的確定 6減速器傳動(dòng)比的分配 82.3 行星減速器齒輪配齒與計(jì)算 92.4 嚙合參數(shù)計(jì)算 112.5 變位系數(shù)選取 122.6 各行星齒輪幾何尺寸計(jì)算 132.7 各行星齒輪強(qiáng)度校核 19第三章 減速器結(jié)構(gòu)的

2、設(shè)計(jì) 233.1 齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 233.2 傳遞連接 243.3 軸承選用與校核與其他附件說(shuō)明 24第四章 設(shè)計(jì)工作總結(jié) 26參考文獻(xiàn) 27致 謝 27附 錄 28摘 要輪邊減速器是傳動(dòng)系中最后一級(jí)減速增扭裝置，采用輪邊減速器可滿足在總傳動(dòng)比相同的條件下，使變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、半軸等部件的載荷減少，尺寸變小以及使驅(qū)動(dòng)橋獲得較大的離地間隙等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于載重貨車、大型客車、越野汽車及其他一些大型工礦用車。因此對(duì)輪邊減速器的研究，具有很重要的實(shí)際意義和企業(yè)實(shí)用性。在本論文研究中，主要開(kāi)展了如下工作：首先介紹了輪邊減速器的原理，并對(duì)行星式輪邊減速器的特點(diǎn)、傳動(dòng)類型及傳動(dòng)裝置進(jìn)

3、行了闡述與分析。其次根據(jù)輪邊減速器的工作要求，進(jìn)行了傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定其主要部件的參數(shù)并校核了齒輪的強(qiáng)度。關(guān)鍵詞 輪邊減速器; 齒向誤差;校核強(qiáng)度第一章 緒論1.1 課題設(shè)計(jì)的目的和意義汽車輪邊減速器多以行星齒輪為主，世界上的一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、瑞典、俄羅斯和美國(guó)等，對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用都十分重視，在傳動(dòng)性能、傳遞功率、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、轉(zhuǎn)矩等方面均處于領(lǐng)先地位。發(fā)展比較快且取得一定科研成果的是在行星齒輪傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)方面。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)制造業(yè)的扶持和資金的投入以及科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，機(jī)械科技人員經(jīng)過(guò)不懈的努力以及技術(shù)引進(jìn)和消化吸收，在行星齒輪理論研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面取得了一定的研究成果

4、，在行星齒輪傳動(dòng)非線性動(dòng)力學(xué)模型和方程方面的研究是國(guó)內(nèi)兩個(gè)關(guān)于行星齒輪傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)的代表，他們的研究成果取得了一定的成就并把許多技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中。與此同時(shí)，現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)理論也應(yīng)用到行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)中，根據(jù)不同的優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)建立輪邊減速器行星齒輪數(shù)學(xué)模型，產(chǎn)生了多種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。在已經(jīng)取得的成果中，有針對(duì)行星輪均載機(jī)構(gòu)和功率分流方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有針對(duì)行星齒輪傳動(dòng)嚙合效率、結(jié)構(gòu)性能、體積的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，有專門針對(duì)如重型汽車輪邊減速器行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪模態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有針對(duì)行星機(jī)構(gòu)噪聲、振動(dòng)、固有頻率特性研究，這些成果的研究有利于提高了工程技術(shù)人員對(duì)行星傳動(dòng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)。在新理論和新數(shù)學(xué)計(jì)算方法出

5、現(xiàn)的同時(shí)，行星齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法也隨著更新，比較新的研究成果：有可靠性工程理論在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有遺傳算法在行星齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有模糊數(shù)學(xué)在行星齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有可靠性工程理論在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，基于可靠性工程的理論通過(guò)引入強(qiáng)度可靠性系數(shù)方程來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。這些新的設(shè)計(jì)理論和新的設(shè)計(jì)方法將許多設(shè)計(jì)理論概念和研究成果應(yīng)用到優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對(duì)行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論研究的發(fā)展有很大的貢獻(xiàn)。1.2 本設(shè)計(jì)所要完成的主要任務(wù)1.減速器的功用及分類；2.減速器方案的選擇及傳動(dòng)方案的確定；3.行星減速器齒輪配齒與計(jì)算；4.減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；5.軸承選用與校核與其他附件說(shuō)明；6.所有零、部件

6、設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制零、部件圖。第二章 減速器的方案設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。減速器是應(yīng)用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動(dòng)裝置。減速器的主要功能是降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，以便帶動(dòng)大扭矩的機(jī)械。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、使用維護(hù)簡(jiǎn)單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代工程機(jī)器中應(yīng)用很廣。2.1 減速器的功用及分類減速器的作用有以下幾點(diǎn)： 增扭減速，降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，增大扭矩； 變扭變速，工程機(jī)械作業(yè)時(shí)，牽引阻力變化范圍大，而內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的變化范圍不大，即使用液力機(jī)械式傳動(dòng)，采用了液力變矩器也不能滿足要求，因此必須通過(guò)變換變速箱排檔以改變傳動(dòng)系的傳動(dòng)比，改變工程機(jī)械的牽引力和運(yùn)行速度，以適

7、應(yīng)阻力的變化； 實(shí)現(xiàn)空檔，以利于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)在不熄火的情況下停車。減速器的分類按其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、蝸桿減速器、行星齒輪減速器四大類。下面對(duì)以上四種減速器的特點(diǎn)及用途作簡(jiǎn)要說(shuō)明： 圓柱齒輪減速器：當(dāng)傳動(dòng)比在8以下時(shí)，可采用單級(jí)圓柱齒輪減速器，大于8時(shí)，最好選用兩級(jí)（i=840）和兩級(jí)以上（i>40）的減速器。兩級(jí)和兩級(jí)以上的圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)布置型式有展開(kāi)式、分流式和同軸式等到數(shù)種。它是圖2.1圓柱齒輪減速器Figure 2.1 cylindrical gear reducer所有減速器中應(yīng)用最廣的，它傳遞功率的范圍可從很小至40000KW，圓周速

8、度也可以從很低至6070m/s，有的甚至于高達(dá)140m/s。其結(jié)構(gòu)如圖2.1示。 圓錐齒輪減速器：它用于輸入軸和輸出軸位置布置成相交的場(chǎng)合。因?yàn)閳A錐齒輪常常是懸臂裝在軸端的，且由于圓錐齒輪的精加工比較困難，允許的圓周速度又較低，因此圓錐齒輪減速器的應(yīng)用不如圓柱齒輪減速器那么廣。其結(jié)構(gòu)如圖2.2示。 蝸桿減速器：主要用于傳動(dòng)比較大（i>10）的場(chǎng)合。當(dāng)傳動(dòng)比較大時(shí)，其傳動(dòng)結(jié)圖2.2 圓錐齒輪減速器 圖2.3蝸桿減速器Figure 2.2 tapered gear reducer Figure 2.3 worm reducer構(gòu)緊湊，輪廓尺寸小。由于蝸桿傳動(dòng)效率較低，所以蝸桿減速器不宜在長(zhǎng)期

9、連續(xù)使用的動(dòng)力傳遞中應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)主要有蝸桿在上和蝸桿在下兩種不同的形式。蝸桿圓周速度小于4m/s時(shí)最好采用蝸桿在下式，在嚙合處能得到良好的潤(rùn)滑和冷卻。但蝸桿圓周速度大于4m/s時(shí)，為避免攪油太甚， 發(fā)熱過(guò)多，最好采用蝸桿在上式。其結(jié)構(gòu)如圖2.3示。 行星減速器：行星減速器的最大特點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比范圍廣，其 圖2.4 行星減速器 查表14-1-取彈性系數(shù)=189.8。 確定和所以用的圓周速度用相對(duì)于行星架的圓周速度： （2.13）式中：為太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)速，為了方便計(jì)算初步用馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算；為特性參數(shù)，見(jiàn)前面部分計(jì)算。將上述已知參數(shù)代入式（2.13）計(jì)算得4.15。查表10-確定使用系數(shù)=

10、2.00；查圖10-取動(dòng)載系數(shù)=1.04；查表10- 取齒間載荷分配系數(shù)=1.1，查表10-利用直插法齒向載荷分配系數(shù)=1.182，則計(jì)算載荷系數(shù)為： （2.14）=1.041.11.1822.7太陽(yáng)輪傳遞的載荷的計(jì)算太陽(yáng)輪輸入轉(zhuǎn)矩為=665.56，根據(jù)公式有太陽(yáng)輪所傳遞的扭矩為： （2.15）=244.04式中：為行星齒輪傳動(dòng)載荷不均勻系數(shù)，由表14-5-查取，則太陽(yáng)輪傳遞的載荷為： （2.16）=7156.32所以太陽(yáng)輪接觸應(yīng)力和之配對(duì)的行星輪的接觸應(yīng)力為： （2.17）=1321.5Mpa 許用接觸應(yīng)力計(jì)算本輪邊減速器的設(shè)計(jì)工作時(shí)間為10年，每年按照365天計(jì)算，每天工作8小時(shí)，則工作應(yīng)

11、力循環(huán)次數(shù)N為：N=60n （2.18）=60147011036582.6次式中： n為太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速，按照液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速計(jì)算：j齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)，同一齒面嚙合的次數(shù)：為總工作時(shí)間，以小時(shí)計(jì)算。由圖10-和圖10-查取壽命系數(shù)得：=0.9，取接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)=1，彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)=1.3，查圖10-和圖10-取齒輪的接觸疲勞極限=1500，彎曲疲勞強(qiáng)度極限=750。則太陽(yáng)輪的許用接觸應(yīng)力為：= （2.19）=1350經(jīng)計(jì)算與太陽(yáng)輪配對(duì)的行星輪，由圖10-和圖10-查取壽命系數(shù)得；=1410顯然>，故以值代入計(jì)算。由上述計(jì)算得：因?yàn)?<，故滿足接觸疲勞強(qiáng)度要求。太陽(yáng)輪和行星輪彎

12、曲疲勞強(qiáng)度校核根據(jù)（1）中計(jì)算查取結(jié)果，太陽(yáng)輪的許用彎曲強(qiáng)度為：= （2.20）由式（4.20）得與太陽(yáng)輪配對(duì)的行星輪的許用彎曲強(qiáng)度為：=由圖14-1-查取太陽(yáng)輪齒形系數(shù)=2.57，行星輪齒形系數(shù)=3.3。由圖14-1-查取太陽(yáng)輪應(yīng)力修正系數(shù)=1.63 ，行星輪應(yīng)力修正系數(shù)=1.46，它們的計(jì)算載荷由公式： （2.21）得=2.7，取行星齒輪寬為36。經(jīng)計(jì)算123.95，112.56，因?yàn)?gt;，所以將后者代入計(jì)算。下面將彎曲強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)： （2.22）對(duì)于太陽(yáng)輪：=84.01滿足彎曲強(qiáng)度條件。對(duì)于行星輪：=107.34滿足強(qiáng)度要求。內(nèi)齒輪材料選擇下面根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算來(lái)確定內(nèi)齒輪材料，取

13、最小安全系數(shù)=1由公式： (2.23式中：為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查圖14-1-取=2.51；為彈性系數(shù)，查表14-1-取彈性系數(shù)=189.8； 為重合度系數(shù)，查圖14-1-取=0.82；為螺旋角系數(shù)，查圖14-1-取1；為接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，查圖14-1-取=0.9；為潤(rùn)滑劑系數(shù)，查圖14-1-取=1；為速度系數(shù)，查圖14-1-取=0.96；為粗糙度系數(shù)，查圖14-1-取=0.95；為工作硬化系數(shù)，查圖14-1-取=1.2；為尺寸系數(shù)，查圖14-1-取=0.8；為齒圈分度圓直徑。內(nèi)齒圈所傳遞的扭矩為：= （2.24）=7785.12式中為驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩，則其所傳遞的載荷為： （2.25）=39923

14、.69N齒數(shù)比u=81/342.364，取齒寬b=44mm。將上述參數(shù)代入（4.23）式計(jì)算得416.80。根據(jù)，選用42Mo，調(diào)質(zhì)硬度209269HB。一般其彎曲強(qiáng)度皆可滿足設(shè)計(jì)要求，這里不再校核。與第行星排校核計(jì)算一樣，對(duì)于第排的各齒輪接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度校核，經(jīng)檢驗(yàn)，其均滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。第三章 減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算由于太陽(yáng)輪的尺寸較小，從強(qiáng)度方面考慮將其做成齒輪軸形式，材料為200CrMnTi。經(jīng)力學(xué)分析，該軸只在扭轉(zhuǎn)情況下工作，故按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步估計(jì)軸頸： （3.1）式中：為系數(shù)值，查表15-取=100（范圍：98100.7；為軸傳遞功率，KW（取液壓馬達(dá)輸

15、出功率）；為軸的轉(zhuǎn)速。將上述已知參數(shù)帶入（3.1）式計(jì)算得35.93，考慮到其將由花鍵套與制動(dòng)器輸出軸連接，故取軸頸=40，由公式： (3.2=36.51式中：為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；為該軸所傳遞的扭矩，取太陽(yáng)輪輸入力矩值；為軸的抗扭截面系數(shù)。顯然<=4552,滿足要求。該軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)件附件其零件圖。3.2 傳遞連接本設(shè)計(jì)采用雙壁整體式行星架，行星架與太陽(yáng)輪采用漸開(kāi)線花鍵連接。齒圈和殼體采用螺釘固定鏈接。動(dòng)力傳遞過(guò)程為：動(dòng)力經(jīng)由液壓馬達(dá)傳到制動(dòng)器。制動(dòng)器輸出軸與齒輪軸采用漸開(kāi)線花鍵套連接，齒輪軸另一端由鋼球頂住，防止其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸向穿動(dòng)，動(dòng)力由制動(dòng)器傳遞給齒輪軸。太陽(yáng)輪將動(dòng)力傳給行星輪，在此動(dòng)力分流：

16、一部分直接通過(guò)和齒圈嚙合將動(dòng)力傳遞給齒圈然后由齒圈和殼體等傳給驅(qū)動(dòng)輪；另一部分動(dòng)力則由行星架傳遞給太陽(yáng)輪。太陽(yáng)輪和行星輪嚙合傳動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)由此到達(dá)齒圈再通過(guò)殼體到達(dá)驅(qū)動(dòng)輪。另外幾處的連接：行星架和齒圈支架的連接采用漸開(kāi)線花鍵連接；齒圈支架和制動(dòng)器的連接采用螺釘連接；殼體與制動(dòng)器和液壓馬達(dá)的連接采用滾動(dòng)軸承連接和浮動(dòng)油封密封；殼體與驅(qū)動(dòng)輪采用螺栓連接；太陽(yáng)輪與滾針軸承連接，滾針軸承套在齒輪軸上從而齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)并不直接影響太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3 軸承選用與校核與其他附件說(shuō)明行星輪用軸承、銷套和螺栓連接在行星架上，根據(jù)載荷性質(zhì)查表5-選用圓錐滾子軸承30205，其基本動(dòng)載荷=32.2.下面進(jìn)行其強(qiáng)度校核：

17、（3.3）式中：為當(dāng)量動(dòng)載荷；為溫度系數(shù)，取=1；為計(jì)算指數(shù)，對(duì)于滾子軸承=；為軸承的轉(zhuǎn)速；為軸承預(yù)期使用壽命。下面對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算選?。河捎谑侵饼X圓齒輪嚙合傳動(dòng)，軸承裝在銷套上面。故其受的軸向載荷較小，忽略計(jì)算，根據(jù)表13-查取載荷系數(shù)=1.5，則當(dāng)量動(dòng)載荷為： （3.4）式中根據(jù)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)徑向力進(jìn)行計(jì)算： （3.5）式中：為嚙合角，經(jīng)第四章計(jì)算知=。由前章（3.16）式知圓周力=7156.32，所以=2604.69，軸向力=0。X、Y分別為徑向和軸向動(dòng)載荷系數(shù)，由表13-查取X =1,Y =0。從而 =1.52604.69=3907.035。軸承的轉(zhuǎn)速近似取行星輪的轉(zhuǎn)速= （3.6）

18、=568.52r/min按照前章，=103658=29200,將得到的已知參數(shù)帶入（3.3）式：31.00KN，故滿足設(shè)計(jì)要求。按照相同的方法，第二排行星輪處的軸承選用圓錐滾子軸承30206，經(jīng)檢驗(yàn)滿足要求。減速器的潤(rùn)滑采用飛濺潤(rùn)滑，為防止漏油，在所需處設(shè)置的密封圈或者擋油環(huán)。在裝配所需要防止零部件穿動(dòng)處設(shè)置套筒或者墊板。減速器具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)附錄其裝配圖和各零件圖.第四章 設(shè)計(jì)工作總結(jié)本文以行星齒輪嚙合知識(shí)為基礎(chǔ)，對(duì)輪邊減速器齒輪傳動(dòng)特性進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，對(duì)中心輪和齒圈進(jìn)行輪齒修形，并應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)中心輪進(jìn)行了仿真。為了分析問(wèn)題和計(jì)算上的方便，本文在計(jì)算齒向誤差時(shí)只考慮機(jī)件剛度與工作條件因素，并

19、沒(méi)考慮空間幾何因素，在本文的基礎(chǔ)上可以考慮加入空間幾何因素的誤差，使計(jì)算出齒向誤差的結(jié)果更加準(zhǔn)確和符合實(shí)際。本設(shè)計(jì)主要闡述了行走減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算，從減速器型式的選擇到各零部件的設(shè)計(jì)校核。有效地解決了行星齒輪的配齒問(wèn)題，另外在齒輪設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了高度變位設(shè)計(jì)，使得齒輪的齒數(shù)大大減少并避免了加工過(guò)程中少齒數(shù)所帶來(lái)的根切問(wèn)題。使減速器在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈的可容體積，從而有效縮小了其外廓尺寸，使其體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載能力大。在整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于水平有限，實(shí)驗(yàn)條件有限，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的分析研究不甚詳細(xì)，爭(zhēng)取在以后的學(xué)習(xí)中不斷的完善。參考文獻(xiàn)1張光裕，等.工程機(jī)械底

20、盤設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19852王建.工程機(jī)械構(gòu)造M.北京：中國(guó)鐵道出版社，19963唐經(jīng)世.工程機(jī)械M.北京：中國(guó)鐵道出版社，19964饒振綱.行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20035孔德文，趙克利，徐寧生，等液壓輪邊減速器M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20076諸文農(nóng).履帶推土機(jī)結(jié)構(gòu)裕設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社7成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 第四版第3卷,北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.10-14114-4278濮良貴，紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社，20009工程機(jī)械底盤構(gòu)造與設(shè)計(jì)M.鎮(zhèn)江：鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院出版10席偉光，楊光，李波.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M.第一版，北京：高等教育出版社，200211楊瑞成，丁旭，等.機(jī)械工程材料M.重慶：重慶大學(xué)出版社，200412吳慶鳴.工程機(jī)械設(shè)計(jì)M.武漢：武漢大學(xué)出版社，2006致 謝彈指一