渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)主減速器的設(shè)計(jì)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目：渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)主減速器的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)主減速器的設(shè)計(jì) 目錄 摘 要 8 第一章 緒論 10 1.1渦輪發(fā)動機(jī)減速器 10 1.2 選題目的和意義 11 1.3 渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)工作原理 12 第二章 發(fā)動機(jī)主減速器的選擇 13 2.1發(fā)動機(jī)主減速器工作原理與技術(shù)要求 13 2.2 發(fā)動機(jī)主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 14 2.2.1 輪系 14 2.2.2 周轉(zhuǎn)輪系的組成 14 2.2.3 周轉(zhuǎn)輪系的種類 15 2.3 行星齒輪傳動類型比較與選擇 15 2.4 傳動方案的設(shè)計(jì)與選定 16 2.2 齒輪設(shè)計(jì)及計(jì)算過程 17 第三章 行星輪傳動設(shè)計(jì) 18 3.1 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 18 3.2 確定主要參數(shù) 18 3.2.1 傳動比分配 18 3.2.2 低速級設(shè)計(jì) 18 3.2.3 高速級設(shè)計(jì) 34 第四章 行星輪軸的設(shè)計(jì) 49 4.1 低速級行星輪軸的設(shè)計(jì) 49 4.1.1 行星輪軸直徑的計(jì)算 49 4.1.2 行星輪軸的強(qiáng)度校核 49 4.2 高速級行星輪軸的設(shè)計(jì) 50 4.2.1 行星輪軸直徑的計(jì)算 50 4.2.2 行星輪軸的強(qiáng)度校核 50 第五章 輸出軸的設(shè)計(jì) 51 5.1 輸出軸的彎曲剛度計(jì)算 51 5.2 輸出軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 53 第六章 花鍵強(qiáng)度校核 54 第七章 花鍵強(qiáng)度校核 57 7.1 太陽輪花鍵軸強(qiáng)度計(jì)算 57 7.2 輸出軸花鍵軸強(qiáng)度計(jì)算 58 第八章 軸承的選用與壽命計(jì)算 60 8.1 軸承的選用 60 8.2 軸承校核 60 第九章 螺栓計(jì)算 64 內(nèi)齒圈與箱體聯(lián)接螺紋計(jì)算 64 第十章 行星架與箱體的設(shè)計(jì) 66 第十一章 潤滑與密封 67 第十二章 總結(jié) 68 參考文獻(xiàn) 69 外文文獻(xiàn) 70 文獻(xiàn)譯文 自動變速器 76 摘 要:渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)是一種通常用于飛機(jī)上的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)：靠動力渦輪把核心機(jī)出口燃?xì)庵写蟛糠挚捎媚芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檩S功率用以驅(qū)動空氣螺旋槳，由于螺旋槳轉(zhuǎn)速較低，動力渦輪軸與螺旋槳軸之間設(shè)有減速器。燃?xì)庵械纳俨糠挚捎媚芰浚s10％）則在噴管中轉(zhuǎn)化為氣流動能，直接產(chǎn)生反作用推力 本文就渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)，分析發(fā)動機(jī)的原理和減速器的原理，設(shè)計(jì)渦輪螺旋槳的主減速器。本課題采用兩級NGW行星齒輪串聯(lián)傳動，由太陽輪輸入行星輪輸出。根據(jù)行星齒輪傳動的傳動特點(diǎn)以及減速器的輸入功率、總傳動比，輸出轉(zhuǎn)速以確定行星齒輪減速器齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、中心距。并確定齒輪軸的大小及強(qiáng)度校核，以及輸入輸出軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核。為了使傳動更加平穩(wěn)，本課題都采用花鍵連接。以及根據(jù)主減速的特點(diǎn)選擇潤滑方式與潤滑油。另外就是箱體與行星架的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)原理；減速器原理；行星齒輪減速器；輸入輸出軸；花鍵 Abstract:Propeller turbine engine is a gas turbine engine, The turboprop engine: Mainly through the energy turboprop to change the most of the gas which can be burning into energy to shaft power Which be used to drive gas turboprop. Because the low speed of turboprop. Between the Power turbine shaft and propeller shaft have reducer .a little of the the energy gas (about ten percent ) . change into the Turbulence kinetic energy which directly change into Reaction force. The turboprop engine characteristics, analysis of the principle of engine and reducer principle, design of propeller turbine main reducer. The subject of the use of two NGW planet gear series transmission, composed of a sun wheel input planetary gear output. According to the characteristics of transmission and the planetary gear reducer input power, the total transmission ratio, output speed to determine the planetary gear reducer gear teeth, modulus, center distance. And to determine the size and strength check of the gear shaft, and the input and output shaft design and strength check. In order to make the transmission more stable, this topic are connected by a spline. And according to the main reduction features a selection of lubrication and lubricants. The other is the box body and a planetary frame design. Key words: Propeller turbine engine; energy ; turbine shaft; turboprop engine characteristics; engine and reducer principle input and output shaft; spline 1.1 第一章 緒論 1.1渦輪發(fā)動機(jī)減速器 渦輪發(fā)動機(jī)減速器是發(fā)動機(jī)驅(qū)動螺槳或旋翼必不可少的部件，它是渦槳發(fā)動機(jī)、渦輪軸發(fā)動機(jī)的組成部分。將渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)、渦輪軸發(fā)動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速降低到空氣螺旋槳（或旋翼）所需轉(zhuǎn)速的齒輪傳動裝置。減速器可以裝在發(fā)動機(jī)內(nèi)，也可裝在發(fā)動機(jī)外成為一個(gè)獨(dú)立的機(jī)外減速器[4]。 渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)：靠動力渦輪把核心機(jī)出口燃?xì)庵写蟛糠挚捎媚芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檩S功率用以驅(qū)動空氣螺旋槳，由于螺旋槳轉(zhuǎn)速較低，動力渦輪軸與螺旋槳軸之間設(shè)有減速器。燃?xì)庵械纳俨糠挚捎媚芰浚s10％）則在噴管中轉(zhuǎn)化為氣流動能，直接產(chǎn)生反作用推力。 圖1.2 渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī) 　 渦輪軸發(fā)動機(jī)工作原理與渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)基本相同，主要用于直升機(jī)上，也可用于飛機(jī)和其他航空器。由于在直升機(jī)上還有主減速器，所以渦輪軸發(fā)動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速比渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)高，它的減速器體積和重量都要小一些。輸出軸伸出的位置比較靈活，可以從前面伸出，也可以向后或向兩側(cè)伸出 1.2 選題目的和意義 目的： 本課題貼合機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化專業(yè)，渦輪發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的核心部件，技術(shù)之復(fù)雜，工藝之苛刻，通過對課題的研究，深入了解渦輪發(fā)動機(jī)主減速器的工作原理、部件組成及其構(gòu)造，特別是減速器進(jìn)行細(xì)致了解，其內(nèi)部零件的結(jié)構(gòu)，工作狀態(tài)、工作環(huán)境，進(jìn)而對它們進(jìn)行專門研究制造。 意義： 通過對發(fā)動機(jī)減速器的及主要構(gòu)件的加工制造的研究，通過查閱相關(guān)書籍，使我了解了行星齒輪傳動的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)，通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說把我大學(xué)里學(xué)的專業(yè)課又重新翻閱一便，鞏固了專業(yè)知識，在此基礎(chǔ)上，又學(xué)到許多專業(yè)以外的知識，拓寬了自己的知識面，熟悉了word辦公軟件的使用。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，更一步加強(qiáng)了自學(xué)能力，實(shí)踐能力，為以后進(jìn)入社會、參加工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 1.3 渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)工作原理 渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)是是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的一種，它主要用于時(shí)速小于800千米的飛機(jī)。渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)包括壓氣機(jī)，燃?xì)馐?，燃?xì)鉁u輪(由驅(qū)動壓氣機(jī)的渦輪和驅(qū)動螺旋槳的動力渦輪組成)，減速器，螺旋槳的部件。渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)是介于活塞發(fā)動機(jī)與渦輪噴氣發(fā)動機(jī)之間承前啟后的一種發(fā)動機(jī)，所以渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)在原理上與活塞發(fā)動機(jī)和渦輪噴氣發(fā)動機(jī)都有一些相似與不同之處之處。渦槳發(fā)動機(jī)它的驅(qū)動原理大致上與使用活塞發(fā)動機(jī)作為動力來源的傳統(tǒng)螺旋槳飛機(jī)雷同，是以螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的力量來作為飛機(jī)前進(jìn)的推進(jìn)力。其與活塞式螺槳機(jī)主要的差異點(diǎn)除了驅(qū)動螺旋槳中心軸的動力來源不同外，還有就是渦槳發(fā)動機(jī)的螺旋槳通常是以恒定的速率運(yùn)轉(zhuǎn)，而活塞動力的螺旋槳則會依照發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速不同而有轉(zhuǎn)速高低的變化。另外渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)與渦輪噴氣發(fā)動機(jī)一樣，動力都是來自由空氣壓氣機(jī)壓縮， 再與油料一起燃燒后的高能氣體， 用渦輪把高溫高壓的氣體中部份的動能化為機(jī)械能， 再用這機(jī)械能驅(qū)動前端的壓氣機(jī)繼續(xù)吸入空氣,另外一部分大約三分之一的渦輪功率用來轉(zhuǎn)動螺旋槳和傳動附件，燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作過程基本就是這樣循環(huán)著。同時(shí)，渦輪帶動螺旋槳，螺旋槳旋轉(zhuǎn)以推動飛機(jī)前進(jìn)。 第二章 發(fā)動機(jī)主減速器的選擇 2.1發(fā)動機(jī)主減速器工作原理與技術(shù)要求 減速器是將渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)﹑渦輪軸發(fā)動機(jī)或活塞式航空發(fā)動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速降低到空氣螺旋槳(或旋翼)所需轉(zhuǎn)速的齒輪傳動裝置。減速器可以裝在發(fā)動機(jī)內(nèi)﹐也可裝在發(fā)動機(jī)外成為一個(gè)獨(dú)立的機(jī)外減速器。減速器由齒輪﹑齒輪架減速器是將渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)﹑渦輪軸發(fā)動機(jī)或活塞式航空發(fā)動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速降低到空氣螺旋槳(或旋翼)所需轉(zhuǎn)速的齒輪傳動裝置。減速器可以裝在發(fā)動機(jī)內(nèi)﹐也可裝在發(fā)動機(jī)外成為一個(gè)獨(dú)立的機(jī)外減速器。減速器由齒輪﹑齒輪架﹑軸﹑軸承和機(jī)匣等零﹑組件組成。航空發(fā)動機(jī)用的減速器必須結(jié)構(gòu)緊湊﹑重量輕和在高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷下能夠長期可靠工作。它在運(yùn)轉(zhuǎn)中還須工作平穩(wěn)﹑噪聲低和齒輪嚙合均勻﹐避免與其他零件發(fā)生高頻諧振。減速器按螺旋槳軸線與發(fā)動機(jī)軸線的相對位置分為同軸式(單軸或雙軸)和偏位式﹐前者槳軸與曲軸(或轉(zhuǎn)子)的軸線重合﹐后者則互相偏離。減速器按輪系排列的型式還可分為簡單式﹑行星式(單級行星和雙級行星)﹑差動式和復(fù)合式。星型活塞式發(fā)動機(jī)一般採用單級行星式減速器。減速比(減速器輸出軸轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速之比)在0.56～0.70之間。雙級行星式減速器在相同的減速比下直徑比單級行星式小﹐但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。功率較大的渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)一般採用差動式減速器或雙級行星式減速器﹐減速比約為0.1。功率更大的渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)則採用同心的雙槳軸減速器﹐兩軸轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反。直升機(jī)的主減速器多數(shù)為復(fù)合式結(jié)構(gòu)﹐通常先由螺旋傘齒輪減速并換向﹐然后再藉助雙級行星或差動行星輪系減速﹐減速比可達(dá)0.016以下。差動行星式減速器可將輸入軸的扭矩分兩路傳遞﹐從而減輕了傳動齒輪的負(fù)荷。大功率的航空減速器一般還裝有測扭機(jī)構(gòu)﹐通過測量扭矩指示發(fā)動機(jī)的輸出功率。 由螺旋槳提供拉力和噴氣反作用提供推力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)中渦輪發(fā)出的功率大于壓氣機(jī)所需功率，其余部分通過減速器來驅(qū)動螺旋槳。這部分渦輪稱為動力渦輪。渦輪出口的燃?xì)庠趪姽苤信蛎浖铀?，產(chǎn)生反作用推力。動力渦輪的巡航轉(zhuǎn)速一般在10000～15000轉(zhuǎn)／分范圍內(nèi)。螺旋槳軸的轉(zhuǎn)速約為 1000～2000轉(zhuǎn)/分。減速器的減速比一般在10～15范圍內(nèi)。 目前，渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)常用的減速器形式是行星式﹑差動式和復(fù)合式。 2.2 發(fā)動機(jī)主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 2.2.1 輪系 由一系列齒輪組成的傳動裝置成齒輪機(jī)構(gòu)或輪系，是應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械傳動形式之一。 根據(jù)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各齒輪的幾何軸線相對位置是否變動可將輪系分，為下列兩種基本類型： 1）軸輪系 當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若組成該輪系的所有齒輪的幾何軸線位置是固定不變的，稱為定軸輪系或普通輪系。 圖2-1 周轉(zhuǎn)輪系 2）周轉(zhuǎn)輪系 當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若組成輪系的齒輪中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸心不固定，而繞著另一齒輪的幾何軸線回轉(zhuǎn)者，稱為周轉(zhuǎn)輪系。圖 2－1 所示的 輪系，其中，齒輪 a、b 和構(gòu)件 H 均繞幾何軸線 OO 轉(zhuǎn)動，而齒輪 g 一方面繞自身的幾何軸線轉(zhuǎn)動（自傳）,同時(shí)又隨 Og 一起被構(gòu)件 H 帶著繞固定的幾何軸線 OO 回轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)），故稱周轉(zhuǎn)輪系。 2.2.2 周轉(zhuǎn)輪系的組成 在周轉(zhuǎn)輪系中自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動、如同行星的運(yùn)動一樣的齒輪稱 1）行星輪 為行星齒輪，如圖 2－1 中的齒輪 g。 2）轉(zhuǎn)臂 符號 H 表示。 3）中心輪與行星輪相嚙合而其軸線又與主軸線相重合的齒輪稱為中心輪，制成行星輪并使其公轉(zhuǎn)的構(gòu)件稱為轉(zhuǎn)臂(又稱桿系、行星架) ，用外齒中心輪用符號 a 或 c 表示，內(nèi)齒中心輪用符號 b 或 e 表示。通常又將最小的外齒中心輪 a 稱為太陽輪，而將固定不動的中心輪成為支撐輪（內(nèi)齒輪）。 4）基本構(gòu)件 轉(zhuǎn)臂 H 繞其轉(zhuǎn)動的軸線成為主軸線，如圖2-1中的 O--O。凡是軸線與主軸線重合而又承受外力矩的構(gòu)建稱為基本構(gòu)件,如圖2-1中的中心輪 a、b 和轉(zhuǎn)臂 H。大多數(shù)周轉(zhuǎn)輪系都有這三個(gè)基本構(gòu)件。 2.2.3 周轉(zhuǎn)輪系的種類 周轉(zhuǎn)輪系按其平面機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目，可分為行星輪系和差動輪系兩種。 渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)主減速器的結(jié)構(gòu)形式有行星式行星式(單級行星和雙級行星)﹑差動式和復(fù)合式。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)要求，選擇雙極的行星傳動。 行星齒輪傳動油許多的優(yōu)點(diǎn)：1）體積小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率大，承載能力高。2）傳動比大 只要合適的選擇行星傳動類型和配齒方案，便可以利用少數(shù)幾個(gè)齒輪而得到很大的傳動比，在不作為動力傳動而主要用于傳遞運(yùn)動的行星機(jī)構(gòu)中，其傳動比可達(dá)幾千。3）傳動效率高 在傳動類型選擇恰當(dāng)，結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率可達(dá)0.97-0.99。4）運(yùn)動平穩(wěn)，抗沖擊和振動的能力強(qiáng) 由于采用數(shù)個(gè)相同的行星輪，均勻分布在中心輪周圍，從而使行星輪和轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡，同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故運(yùn)動平穩(wěn)抗沖擊和振動比較強(qiáng)，工作可靠。 2.3 行星齒輪傳動類型比較與選擇 行星齒輪傳動的類型很多，分類方法也不少。而現(xiàn)在一般根據(jù)前蘇聯(lián)庫德魯 略夫采夫提出的按行星傳動機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)的不同來進(jìn)行分類。 這是因?yàn)閹焓系姆诸惙椒ㄝ^好的體現(xiàn)了行星傳動機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)， 而且我國和國外（如前蘇聯(lián)、日本等）早已被人們普遍采用和接受了。在此分類法中，基本構(gòu)件代號為：K－中心輪，H－轉(zhuǎn)臂，V-輸出軸。根據(jù)基本構(gòu)件代號來命名，行星齒輪傳動可分為 2K-H、3K 和 K-H-V 三種基本類型，其他結(jié)構(gòu)型式的行星齒輪傳動大都是 它們的演化型是或組合型式。 此外，前蘇聯(lián)的特卡欽科提出的按傳動機(jī)構(gòu)中齒輪的 嚙合方式，將行星齒輪傳動分為三種基本型式，即 AA、II 和 AI 三種，A 表示外 嚙合，I 表示內(nèi)嚙合。這與我國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“NGW 型行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn) （JB／T 6502－1993） ”相似。按其傳動機(jī)構(gòu)中齒輪的嚙合方式，可將上述三大基 本類型再細(xì)分為許多傳動型式，如 NGW、NW、NN、NGWN 和 ZUWGW 型等， 其中按首字漢字拼音 N－內(nèi)嚙合，W－外嚙合，G－內(nèi)外嚙合公用行星齒輪，ZU －錐齒輪。 2K-H包括兩個(gè)中心輪K和轉(zhuǎn)臂H，是我們最常見也是我們經(jīng)常用的行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)臂固定時(shí)，若該行星齒輪傳動中的中心輪與內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)向相反，即轉(zhuǎn)臂固定時(shí)的傳動比i<0，則稱其為2K-H型的負(fù)號機(jī)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)臂H固定時(shí)，若中心輪a與b，或者中心輪b與e的轉(zhuǎn)向相同，即其傳動比i>0，則稱其為2K-H型的正號機(jī)構(gòu)，而根據(jù)課題要求我們采用2K-H負(fù)號機(jī)構(gòu)，其負(fù)號機(jī)構(gòu)包括NGW、WW、NW等 1） NGW傳動 具有效率高體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。適用于任何工作情況下的大小功率的傳動，工作制度不受限制，可作為減速器，增速器，差速器。 2） NW傳動 其特點(diǎn)與NGW類同。但她的徑向尺寸較小，傳動比范圍較大，因采用了雙聯(lián)行星輪，故其制造安裝都較復(fù)雜。一般│i│<7時(shí)不采用 3） WW傳動 具有差動機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，可以進(jìn)行運(yùn)動的合成與分解，主要用于汽車、坦克、自行火炮及飛機(jī)等動力裝置中作為差速器 綜上所述，選用NGW傳動，即兩級行星齒輪串聯(lián)傳動。 2.4 傳動方案的設(shè)計(jì)與選定 基本方案：采用兩級NGW行星齒輪串聯(lián)傳動，由輸入軸輸入第一級太陽輪，第一級由行星架輸出，第一級行星架與第二級行星傳動的中心輪通過花鍵相連作為第二級的輸入，最后通過第二級的行星架與輸出齒輪軸通過花鍵連接。 采用第一級和第二級均為太陽輪浮動。 綜合上述設(shè)計(jì)參數(shù)，此減速器具有傳遞扭矩大、輸入功率大、徑向尺寸受限、立式安裝等特點(diǎn)，故本減速器設(shè)計(jì)為兩級行星齒輪傳動。 通過齒輪軸輸入第一級，每一級傳動之間聯(lián)接均采用漸開線花鍵聯(lián)接，第二級太陽輪與花鍵為一體式。第一、二級的內(nèi)齒圈和箱分開制造 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用行星傳動功率分流的特點(diǎn)來承擔(dān)更大的載荷，因此均載設(shè)計(jì)使其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。第一級和第二級均為太陽輪浮動的設(shè)計(jì)。 兩級行星齒輪傳動采用浸油潤滑，輸出軸與輸出齒輪通過花鍵連接，輸出軸上的軸承采用脂潤滑。行星傳動結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示： 圖2.5 減速器傳動簡圖 1－一級太陽輪；2－一級行星輪；3－一級固定齒圈 4－二級太陽輪； 5－二級行星輪；6－二級固定齒圈 7－螺旋槳軸 2.2 齒輪設(shè)計(jì)及計(jì)算過程 傳動齒輪的設(shè)計(jì)方法：齒輪傳動是工程中應(yīng)用十分廣泛的一種傳動型式。它具有傳動可靠、傳動精度高、傳遞功率范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。齒輪傳動的設(shè)計(jì)包括傳動方案的設(shè)計(jì)（傳動方式、布置方式、傳動比等）和承載能力設(shè)計(jì)（主要為強(qiáng)度設(shè)計(jì)）兩方面的內(nèi)容[15]。承載能力設(shè)計(jì)的主要目的是防止齒輪在正常承載、正常使用壽命內(nèi)出現(xiàn)失效。工程應(yīng)用中，齒輪常見的失效形式主要有：齒面接觸疲勞磨損（俗稱點(diǎn)蝕）、輪齒彎曲疲勞折斷、齒面膠合、齒面磨粒磨損、過載折斷、齒體和齒面的塑性變形等。相應(yīng)的承載能力計(jì)算主要有：齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算、嚙合區(qū)溫度計(jì)算、靜強(qiáng)度計(jì)算等。最常見的兩種計(jì)算為齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算[。 第三章 行星輪傳動設(shè)計(jì) 已知減速器的輸入功率是2850kw，傳動比i=11.2，輸出轉(zhuǎn)數(shù)是1000轉(zhuǎn)每分鐘，要求結(jié)構(gòu)緊湊。 1.2 3.1 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 1） 太陽輪與行星輪 材料為20，表面滲碳淬火處理，表面硬度56—62HRC試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限 試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限，太陽輪 行星輪（對稱載荷） 齒形為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為六級 2） 內(nèi)齒圈 材料為42，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262HBS-302HBS 試驗(yàn)試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限 試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限 齒形的最終加工為插齒。精度為7級 3.2 確定主要參數(shù) 3.2.1 傳動比分配 已知i總=11.2，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，通常令低數(shù)級傳動比為固定，且取=4，則高數(shù)級 3.2.2 低速級設(shè)計(jì) 1、行星輪數(shù) 取=3 載荷不均勻系數(shù) 低數(shù)級采用太陽輪浮動的均載機(jī)構(gòu)取 --計(jì)算接觸強(qiáng)度行星輪齒間載荷分配不均衡系數(shù) --計(jì)算彎曲強(qiáng)度行星輪齒間載荷分配不均衡系數(shù) 配齒計(jì)算 根據(jù)行星齒輪2H-K型傳動的配齒關(guān)系式 選取的齒數(shù)就可以確定各齒輪齒數(shù)，然后校核其鄰接條件最后確定齒輪齒數(shù) =20，=19，=58 齒輪模數(shù)m和中心距a 首先按計(jì)算太陽輪分度圓直徑 式中u--齒數(shù)比為19/20=0.95 --使用系數(shù)1.25 --算式系數(shù)為768（直齒齒輪為768） --綜合系數(shù)為2.0 T--太陽輪單個(gè)齒傳動的轉(zhuǎn)矩 = =2556.18Nm 其中為高速級行星齒輪傳動效率，去=0.98、 為齒寬系數(shù)暫取0.8 代入 =159.5mm 模數(shù) ==7.8 取 m=6 則 == 取 =120 取 b=100mm 計(jì)算變位系數(shù) a-g傳動 嚙合角 因 所以 變位系數(shù)和=0.557 中心距變動系數(shù)y 齒頂降低系數(shù) 分配變位系數(shù) 因 =0.5560.5 所以 取=0.556 =0 g-b傳動 嚙合角 變位系數(shù)和=0.557 中心距變動系數(shù)y 齒頂降低系數(shù) 分配變位系數(shù) 因 =0.5560.5 所以 取=0.556 =0 幾何尺寸計(jì)算 分度圓 齒頂圓 齒根圓 基圓直徑 齒頂高系數(shù) 行星輪、太陽輪—— 內(nèi)齒圈—— 齒輪頂隙系數(shù) 代入上組公式計(jì)算 太陽輪 行星輪 內(nèi)齒圈 齒寬 取b=100mm則取 嚙合要素驗(yàn)算 (1)a-g傳動端面重合度 1)頂圓齒形曲率半徑 太陽輪 mm 行星輪 mm 端面嚙合長度 式中“”號，正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合 ——端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪 =78.005mm 3）端面重合度 g-b端面重合度 1)頂圓齒形曲率半徑 內(nèi)齒輪 mm 行星輪 mm 端面嚙合長度 式中“”號，正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合 ——端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪 =98.569mm 3）端面重合度 8齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算 a-g傳動小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算過程 確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 T=2556.18N.m 名義圓周力 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式中——太陽輪相對于行星架的轉(zhuǎn)速 t——壽命期內(nèi)要求傳動的總運(yùn)動時(shí)間 代入 =次 確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù) 使用系數(shù) 取 =1.25 (b)動負(fù)荷系數(shù) 根據(jù)圓周速度 ==18.848m/s 查表得=1.2 （c)齒向載荷分布系數(shù)、 式中——計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù) 查表得=1.11（=0.8） ——計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)的跑合影響 查表得=3.2（v=18.848) ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù) 查表得=1.15(b/m=11.4) ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)的跑合影響 查表得=5.2 ——與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù) =0.7 ——與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù) =0.85 齒間載荷分布系數(shù)和 因，精度6級，硬面直齒輪 查得 ==1.0 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ==2.589 式中直齒輪 ——端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪 ——端面壓力角 直齒輪 彈性系數(shù) 查得 載荷作用齒頂時(shí)的齒形系數(shù) 根據(jù)=20和=0 查得=2.8 載荷作用齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù) 查得=1.55 重合度系數(shù)和 螺旋角系數(shù)和 可按下式計(jì)算 齒數(shù)比u 計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值 ==408.8Mpa 接觸應(yīng)力 ==523.6Mpa 彎曲應(yīng)力的基本值 ==216.3Mpa 齒根彎曲應(yīng)力 ==471.1Mpa 確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力 壽命系數(shù) 次 =0.8 （b）潤滑系數(shù) 因 和 查得 =1.03 （c）速度系數(shù) 因 v=18.8m/s和 查得=1.05 （d）粗糙度系數(shù) 因和齒面粗糙度 查得=0.90 （e）工作硬化系數(shù) 因大小齒輪均為硬齒面，且齒面 取=1.0 （f）尺寸系數(shù) 查得=0.90 許用接觸應(yīng)力 ==986.58Mpa 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù) 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 壽命系數(shù) 因 查得=0.82 (c）相對齒根圓角敏感系數(shù) 因 查得=0.98 （d)齒根表面狀況系數(shù) 因齒根粗糙度 查得=0.925 (e)尺寸系數(shù) 可按下式計(jì)算 = 許用彎曲應(yīng)力 ==517.4Mpa 彎強(qiáng)度安全系數(shù) g-b傳動小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算過程 1）確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 T=2556.18N.m 名義圓周力 2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式中——太陽輪相對于行星架的轉(zhuǎn)速 t——壽命期內(nèi)要求傳動的總運(yùn)動時(shí)間 代入 =次 確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù) （a)使用系數(shù) 取 =1.25 (b)動負(fù)荷系數(shù) 根據(jù)圓周速度==12.23m/s 查得=1.25 （c)齒向載荷分布系數(shù)、 式中——計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù) 查得=1.11（=0.8） ——計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)的跑合影響，查得 =2.8（v=12.23) ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù)，查得 =1.15(b/m=11.4) ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)的跑合影響，查得 =5.2 ——與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù) =0.7 ——與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù) =0.85 4) 齒間載荷分布系數(shù)和 因，精度6級，硬面直齒輪 查得 ==1.0 5) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ==2.589 式中直齒輪 ——端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪 ——端面壓力角 直齒輪 6) 彈性系數(shù) 查得 7) 載荷作用齒頂時(shí)的齒形系數(shù) 根據(jù)=19和=0.556 查得=2.8 8) 載荷作用齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù) 查得=1.55 9) 重合度系數(shù)和 10)螺旋角系數(shù)和 可按下式計(jì)算 11) 齒數(shù)比u 12) 計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值 ==337.2Mpa 13) 接觸應(yīng)力 ==431.9Mpa 14) 彎曲應(yīng)力的基本值 ==209.5Mpa 15) 齒根彎曲應(yīng)力 ==360.7Mpa 16) 確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力 (a) 壽命系數(shù) 次 =1.0 （b）潤滑系數(shù) 因 和 查得 =1.03 （c）速度系數(shù) 因 v=12.3m/s和 查得=1.1 （d）粗糙度系數(shù) 因和齒面粗糙度 查得=0.90 （e）工作硬化系數(shù) 因大小齒輪均為硬齒面，且齒面 取=1.0 （f）尺寸系數(shù) 查得=0.90 17) 許用接觸應(yīng)力 ==1291.2Mpa 18) 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 19) 確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù) (a) 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) (b) 壽命系數(shù) 因 查得=1.0 (c）相對齒根圓角敏感系數(shù) 因 查得=0.98 （d)齒根表面狀況系數(shù) 因齒根粗糙度 查得=0.925 (e)尺寸系數(shù) 可按下式計(jì)算 = 許用彎曲應(yīng)力 ==646.75Mpa 21) 彎強(qiáng)度安全系數(shù) 3.2.3 高速級設(shè)計(jì) 1、行星輪數(shù) 取=3 2、載荷不均勻系數(shù) 低數(shù)級采用太陽輪浮動的均載機(jī)構(gòu)取 --計(jì)算接觸強(qiáng)度行星輪齒間載荷分配不均衡系數(shù) --計(jì)算彎曲強(qiáng)度行星輪齒間載荷分配不均衡系數(shù) 3、配齒計(jì)算 根據(jù)行星齒輪2H-K型傳動的配齒關(guān)系式 選取的齒數(shù)就可以確定各齒輪齒數(shù)，然后校核其鄰接條件最后確定齒輪齒數(shù) =32，=13，=58 4、齒輪模數(shù)m和中心距a 首先計(jì)算太陽輪分度圓直徑 式中u--齒數(shù)比為13/32=0.41 --使用系數(shù)1.25 --算式系數(shù)為768 --綜合系數(shù)為2.0 T--太陽輪單個(gè)齒傳動的轉(zhuǎn)矩 ==2556.18Nm 其中為高速級行星齒輪傳動效率，去=0.98、 為齒寬系數(shù)暫取0.56 代入 =106.6mm 模數(shù) ==3.33 取 m=4 則 ==mm 取 =95mm mm 取 b=60mm 5、計(jì)算變位系數(shù) 1)a-g傳動 嚙合角 因 所以 變位系數(shù)和=1.47 中心距變動系數(shù)y 齒頂降低系數(shù) 分配變位系數(shù) 因 =1.470.5 所以 取=1.47 =0 g-b傳動 嚙合角 mm 變位系數(shù)和=1.47 中心距變動系數(shù)y 齒頂降低系數(shù) 分配變位系數(shù) 因 =1.470.5 所以 取=1.47 =0 6、幾何尺寸計(jì)算 分度圓 齒頂圓 齒根圓 基圓直徑 齒頂高系數(shù) 行星輪、太陽輪—— 內(nèi)齒圈—— 齒輪頂隙系數(shù) 代入上組公式計(jì)算 太陽輪 mm 行星輪 內(nèi)齒圈 齒寬 取b=60mm則取 7、嚙合要素驗(yàn)算 (1)a-g傳動端面重合度 1)頂圓齒形曲率半徑 太陽輪 mm 行星輪 mm 2）端面嚙合長度 式中“”號，正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合 ——端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪 =13.868mm 3）端面重合度 （2）g-b端面重合度 1)頂圓齒形曲率半徑 內(nèi)齒輪 行星輪 mm 2）端面嚙合長度 式中“”號，正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合 ——端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪 =36.48mm 3）端面重合度 8、齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算 （1）a-g傳動小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算過程 1）確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 T=912.9N.m 名義圓周力 2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式中——太陽輪相對于行星架的轉(zhuǎn)速 t——壽命期內(nèi)要求傳動的總運(yùn)動時(shí)間 代入 =次 3）確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù) (a)使用系數(shù) 取 =1.25 (b)動負(fù)荷系數(shù) 根據(jù)圓周速度==48.23m/s 查表得=1.2 （c)齒向載荷分布系數(shù)、 式中——計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù) 查表得=1.11（=0.56） ——計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)的跑合影響 =4.3（v=48.23m/s) ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù) =1.2(b/m=15) ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)的跑合影響 =5.2 ——與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù) =0.7 ——與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù) =0.85 4) 齒間載荷分布系數(shù)和 因，精度6級，硬面直齒輪 查表得 ==1.0 5) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ==2.2 式中直齒輪 ——端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪 ——端面壓力角 直齒輪 6) 彈性系數(shù) 查表得 7) 載荷作用齒頂時(shí)的齒形系數(shù) 根據(jù)=32和=0 查表得=2.55 8) 載荷作用齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù) 查表得=1.6 9) 重合度系數(shù)和 10)螺旋角系數(shù)和 可按下式計(jì)算 11) 齒數(shù)比u 12) 計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值 ==913.1Mpa 13) 接觸應(yīng)力 ==1250.2Mpa 14) 彎曲應(yīng)力的基本值 ==96.6Mpa 15) 齒根彎曲應(yīng)力 ==220.5Mpa 16) 確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力 (a) 壽命系數(shù) 次 得 =0.8 （b）潤滑系數(shù) 因 和 查得 =1.03 （c）速度系數(shù) 因 v=48.23m/s和 查表得 =1.1 （d）粗糙度系數(shù) 因和齒面粗糙度 查表得 =0.90 （e）工作硬化系數(shù) 因大小齒輪均為硬齒面，且齒面 取=1.0 （f）尺寸系數(shù) 查表得=1.0 17) 許用接觸應(yīng)力 ==1376Mpa 18) 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 19) 確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù) (a) 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) (b) 壽命系數(shù) 因 次 查表得=0.8 (c）相對齒根圓角敏感系數(shù) 因 查表得=0.98 （d)齒根表面狀況系數(shù) 因齒根粗糙度 查表得=0.925 (e)尺寸系數(shù) 按下式計(jì)算 = 20) 許用彎曲應(yīng)力 ==527.9Mpa 21) 彎強(qiáng)度安全系數(shù) 2、g-b傳動小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算過程 1）確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 T=912.9N.m 名義圓周力 2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式中——太陽輪相對于行星架的轉(zhuǎn)速 t——壽命期內(nèi)要求傳動的總運(yùn)動時(shí)間 代入 =次 3）確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù) （a)使用系數(shù) 取 =1.25 (b)動負(fù)荷系數(shù) 根據(jù)圓周速度 ==22.86m/s 查表得=1.25 （c)齒向載荷分布系數(shù)、 式中——計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù) 查表得 =1.11（=0.56） ——計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)的跑合影響，查得=3.4（v=22.86) ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù)，查表得 =1.2(b/m=15） ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)的跑合影響，查表得=5.2 ——與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù)=0.7 ——與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù) =0.85 4）齒間載荷分布系數(shù)和 因，精度6級，硬面直齒輪 查表得==1.0 5）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ==2.2 式中直齒輪 ——端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪 ——端面壓力角 直齒輪 6）彈性系數(shù) 查表得 7）載荷作用齒頂時(shí)的齒形系數(shù) 根據(jù)=13和=1.47 查表得=2.0 8）載荷作用齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù) 查表得=1.9 9）重合度系數(shù)和 10）螺旋角系數(shù)和 可按下式計(jì)算 11）齒數(shù)比u 12）計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值 ==513.7Mpa 13）接觸應(yīng)力 ==730.3Mpa 14）彎曲應(yīng)力的基本值 ==108.4Mpa 15） 齒根彎曲應(yīng)力 ==247.4Mpa 16）確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力 （a) 壽命系數(shù) 次 =0.8 （b）潤滑系數(shù) 因 和 查表得 =1.03 （c）速度系數(shù) 因 v=22.86m/s和 查表得 =1.1 （d）粗糙度系數(shù) 因和齒面粗糙度 查表得 =0.90 （e）工作硬化系數(shù) 因大小齒輪均為硬齒面，且齒面 取=1.0 （f）尺寸系數(shù) 查表得=0.90 許用接觸應(yīng)力 ==1033.56Mpa 18) 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 19) 確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù) (a) 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) (b) 壽命系數(shù) 因 查表得=1.0 (c）相對齒根圓角敏感系數(shù) 因 查表得=0.98 （d)齒根表面狀況系數(shù) 因齒根粗糙度 查表得=0.925 (e)尺寸系數(shù) 可按下式計(jì)算 = 許用拉力: ==659.8Mpa 第四章 行星輪軸的設(shè)計(jì) 1.3 4.1 低速級行星輪軸的設(shè)計(jì) 4.1.1 行星輪軸直徑的計(jì)算 在相對運(yùn)動中，每個(gè)行星輪軸承受穩(wěn)定載荷，當(dāng)行星輪相對于行星架對稱配置時(shí)，載荷則作用在軸跨的中間。取行星輪與行星架之間的間隙則跨距長。當(dāng)行星輪軸在轉(zhuǎn)臂中的配合選為H7/h6時(shí)，就可以把它看成是具有跨距為的雙支點(diǎn)梁。當(dāng)軸較短時(shí)，兩個(gè)軸承幾乎緊緊地靠著，因此，可以認(rèn)為軸式沿整個(gè)跨度承受均布載荷 危險(xiǎn)截面（在跨度中間）的彎矩 行星軸采用45號鋼調(diào)質(zhì)，考慮到可能的沖擊振動，取安全系數(shù)S=2.5; 則許用彎曲應(yīng)力 故行星輪軸直徑 取=45mm 4.1.2 行星輪軸的強(qiáng)度校核 由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45，所受的橫向力F=42600N，d=45mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為 根據(jù)[3]查得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力，故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。 1.4 4.2 高速級行星輪軸的設(shè)計(jì) 4.2.1 行星輪軸直徑的計(jì)算 在相對運(yùn)動中，每個(gè)行星輪軸承受穩(wěn)定載荷，當(dāng)行星輪相對于行星架對稱配置時(shí)，載荷則作用在軸跨的中間。取行星輪與行星架之間的間隙則跨距長。當(dāng)行星輪軸在轉(zhuǎn)臂中的配合選為H7/h6時(shí)，就可以吧它看成是具有跨距為的雙支點(diǎn)梁。當(dāng)軸較短時(shí)，兩個(gè)軸承幾乎緊緊地靠著，因此，可以認(rèn)為軸式沿整個(gè)跨度承受均布載荷 危險(xiǎn)截面（在跨度中間）的彎矩 行星軸采用45號鋼調(diào)質(zhì)，考慮到可能的沖擊振動，取安全系數(shù)S=2.5; 則許用彎曲應(yīng)力 故行星輪軸直徑 取=25mm 4.2.2 行星輪軸的強(qiáng)度校核 由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45，所受的橫向力F=42600N，d=40mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為 查表得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力，故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。 第五章 輸出軸的設(shè)計(jì) 1.5 5.1 輸出軸的彎曲剛度計(jì)算 由圖可知，輸出軸的各段直徑相差比較小，因此可以采用當(dāng)量直徑法作為近似計(jì)算法使用。 將階梯軸轉(zhuǎn)化為直徑為的等直徑軸 式中：——階梯軸第段的直徑（mm） ——階梯軸第段的長度（mm）； 在此設(shè)計(jì)中，我們將輸出軸分為四段，分別為=60mm，=90mm，=55mm，=45mm,=110mm各段的軸徑分別為=130mm，=140mm，=150mm，=160mm，=164mm。故代入以上數(shù)據(jù)計(jì)算得: 按當(dāng)量直徑，然后依據(jù)材料力學(xué)的計(jì)算方法計(jì)算撓度和偏轉(zhuǎn)角，過程如下： 軸的結(jié)構(gòu)圖， 圖5-1 輸出軸的結(jié)構(gòu)圖 設(shè)為小齒輪傳動產(chǎn)生的徑向力，計(jì)算公式如下： 由于漸開線花鍵傳動不產(chǎn)生徑向力，而且圓柱直齒輪傳動和漸開線花鍵均不產(chǎn)生軸向力，故輸出軸在軸向上只受重力作用，而重力作用方法沿軸線，故不產(chǎn)生彎曲變形。 利用材料力學(xué)中彎曲變形的公式求得滾子軸承處和小齒輪的撓度和轉(zhuǎn)角分別為： ，， 式中：，分別表示軸承處的轉(zhuǎn)角，表示小齒輪處的轉(zhuǎn)角，表示小齒輪處的繞度。表示小齒輪處作用的徑向力，即。查得，，，，代入以上數(shù)據(jù)，得： ，， 查資料得，對于剛度要求高的軸，應(yīng)符合以下要求： 對于安裝齒輪的軸，應(yīng)符合以下要求： 式中：為兩支撐間的跨度，即=88.5mm，顯然， 。 而對于轉(zhuǎn)角有以下要求： 兩處雙列向心球面滾子軸承處：； 安裝齒輪處： 顯然，從上述計(jì)算知，圓柱滾子軸承處和調(diào)心滾子軸承處以及小齒輪處的轉(zhuǎn)角均符合要求，因此，綜合以上我們得出結(jié)論，輸出軸的彎曲剛度符合條件，安全。 1.6 5.2 輸出軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 根據(jù)軸的類型為實(shí)心圓軸，計(jì)算公式為： 式中：——每米長軸的扭轉(zhuǎn)角； ——軸材料的切變模量，對于鋼； ——軸傳遞的轉(zhuǎn)矩； ——受轉(zhuǎn)矩作用的軸長； ——軸的直徑； ——每米長軸的許用扭轉(zhuǎn)角，取=。 由前可知，階梯軸的各段所傳遞的轉(zhuǎn)矩相等，均以當(dāng)量載荷計(jì)算，即： 代入上述數(shù)據(jù)，計(jì)算得： 顯然，，故輸出軸的扭轉(zhuǎn)剛度符合條件，安全 第六章 花鍵強(qiáng)度校核 花鍵類型：圓柱直齒漸開線花鍵，標(biāo)準(zhǔn)壓力角。 主要優(yōu)點(diǎn)：受載時(shí)齒上有徑向力，能起自動定心作用，強(qiáng)度高，壽命長，加工容易。 花鍵的擠壓強(qiáng)度較核： 式中：——轉(zhuǎn)矩，; ——各齒載荷不均勻系數(shù)，取=0.75； ——齒數(shù)； ——齒的工作長度 ——平均直徑 D——分度圓直徑 h——齒的工作高度 ——許用壓強(qiáng)，查表取=120Mpa。 各級傳動比分別為：=2.8，=4. 輸入軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩：T=912.9N.m，各級輸出軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩為：=912.9Nm，=2556Nm。 表7-1 花鍵強(qiáng)度較核結(jié)果 m z D 擠壓強(qiáng)度p 最小長度L 實(shí)際長度L 是否滿足強(qiáng)度 花鍵1 3 40 120 23.64 6.9 35 是 花鍵2 4 32 128 39.45 7.24 22 是 花鍵3 5 26 130 60.18 27.58 55 是 各漸開線花鍵副參數(shù)表如下： 表7-2 第一級輸出端花鍵副 內(nèi)花鍵參數(shù)表 項(xiàng)目 代號 數(shù)值 齒數(shù) 40 模數(shù) m 3 壓力角 公差等級與配合類別 6H 6H GB/T3478.1-1995 標(biāo)記 表7-3 第二級輸入端花鍵副 內(nèi)花鍵參數(shù)表 項(xiàng)目 代號 數(shù)值 齒數(shù) 32 模數(shù) m 4 壓力角 公差等級與配合類別 6H 6H GB/T3478.1-1995 標(biāo)記 表7-4 第二級輸出端花鍵副 內(nèi)花鍵參數(shù)表 項(xiàng)目 代號 數(shù)值 齒數(shù) 26 模數(shù) m 5 壓力角 公差等級與配合類別 6H 6H GB/T3478.1-1995 標(biāo)記 表7-5 輸出軸端花鍵副 外花鍵參數(shù)表 項(xiàng)目 代號 數(shù)值 齒數(shù) 26 模數(shù) m 5 壓力角 公差等級與配合類別 6h 6h GB/T3478.1-1995 標(biāo)記 第七章 花鍵強(qiáng)度校核 1.7 7.1 太陽輪花鍵軸強(qiáng)度計(jì)算 1).P=2850KW，n2=4000r/min，太陽輪-花鍵軸的材料為20CrMnTi，調(diào)質(zhì)處理，由[3]表3-2-42查得：MPa，MPa，MPa，MPa。 2) 太陽輪-花鍵軸的最小直徑 取A=110（按[2]表6-1-19選取，因只受扭矩作用，載荷較平衡） 軸的危險(xiǎn)截面的最小直徑 ，取=120mm 3) 太陽輪-花鍵軸的強(qiáng)度 由于此太陽輪-花鍵軸只承受扭轉(zhuǎn)作用，故可以按只考慮扭轉(zhuǎn)作用的強(qiáng)度計(jì)算公式來校核?？紤]到此軸會發(fā)生正反轉(zhuǎn)，因此應(yīng)按交變應(yīng)力作用下的計(jì)算公式來校核。此時(shí)，危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)為 最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 MPa 最小扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 MPa，r=-1 此時(shí)安全系數(shù)S 式中——對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，取=300MPa ——扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力集中系數(shù)，按[2]表6-1-32取=1.70 ——表面質(zhì)量系數(shù)，按[2]表6-1-36取=0.9 ——扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸影響系數(shù)，按[2]表6-1-34取=0.89 ——扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)力幅，取=34MPa ——材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的平均應(yīng)力折算系數(shù)，按[2]表6-1-33取=0.21 ——平均應(yīng)力，取=0 代入各數(shù)值得 按[2]表6-1-26許用安全系數(shù)Sp=1.3，S>Sp，故安全。 1.8 7.2 輸出軸花鍵軸強(qiáng)度計(jì)算 1) 已知輸入功率P=2850KW，n=1000r/min，太陽輪-花鍵軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表得：MPa，MPa，MPa，MPa。 2) 初算太陽輪-花鍵軸的最小直徑 取A=90（因只受扭矩作用，載荷較平衡） 軸的危險(xiǎn)截面的最小直徑 ，取=130mm 3) 精確校核太陽輪-花鍵軸的強(qiáng)度 由于此太陽輪-花鍵軸只承受扭轉(zhuǎn)作用，故可以按只考慮扭轉(zhuǎn)作用的強(qiáng)度計(jì)算公式來校核。考慮到此軸會發(fā)生正反轉(zhuǎn)，因此應(yīng)按交變應(yīng)力作用下的計(jì)算公式來校核。此時(shí)，危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)為 m3 最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 MPa 最小扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 MPa，r=-1 此時(shí)安全系數(shù)S 式中——對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，取=155MPa ——扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力集中系數(shù)，取=1.6 ——表面質(zhì)量系數(shù)，取=0.89 ——扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸影響系數(shù)，取=0.74 ——扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)力幅，取=41.75MPa ——材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的平均應(yīng)力折算系數(shù)，取=0.21 ——平均應(yīng)力，取=0 代入各數(shù)值得 按許用安全系數(shù)Sp=1.3，S>Sp，故安全。 第八章 軸承的選用與壽命計(jì)算 1.9 8.1 軸承的選用 根據(jù)軸承的受力與軸的尺寸大小選用軸承型號 表8-1 代號 軸承型號 d D B 第一個(gè)軸承 （輸入軸） GB 276-64 單列向心球軸承1000920 100 140 20 第二個(gè)軸承 （一級行星軸） GB 290-64 滾針軸承4524905 25 37 17 第三個(gè)軸承 （二級行星軸） GB 290-64 滾針軸承4524908 40 62 22 輸出一 GB 286-64 雙列球面滾子軸承3003128 140 210 53 輸出二 GB 286-64 雙列球面滾子軸承3003130 150 225 56 1.10 8.2 軸承校核 由軸承壽命公式，得 式中：——軸承壽命，（小時(shí)）； ——基本額定動載荷（N）； ——當(dāng)量動載荷（N）； X、Y值可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 ——壽命指數(shù)， 球軸承=3，滾子軸承； ——軸承轉(zhuǎn)速（r/min）. 同時(shí)，又有 式中：——太陽輪轉(zhuǎn)速，r/min; ——行星輪轉(zhuǎn)速， r/min; 、、——分別為太陽輪、內(nèi)齒輪及行星輪齒數(shù)； 經(jīng)計(jì)算，一至二級的太陽輪和行星輪轉(zhuǎn)速依次為： ， ； ， ； ； 第一級所選軸承型號為； NA滾針軸承4524905 其相應(yīng)的參數(shù)如下：，； NGW型行星齒輪傳動受力分析： 行星輪圓周力為： 單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力： 這里，， （轉(zhuǎn)矩單位：，長度單位，力的單位：N） 軸承受徑向力 代入數(shù)據(jù)計(jì)算： (N) 將所有數(shù)值代入得 所以該軸承壽命約11.92年，滿足要求。 第二級軸承校核所選軸承型號為；NA滾針軸承4524908 其