最新版金盼锋毕业论文答辩.docx
- 文档编号:28940611
- 上传时间:2023-07-20
- 格式:DOCX
- 页数:39
- 大小:388.54KB
最新版金盼锋毕业论文答辩.docx
《最新版金盼锋毕业论文答辩.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《最新版金盼锋毕业论文答辩.docx(39页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
最新版金盼锋毕业论文答辩
摘要
本文根据TYQ4190型半挂牵引车的设计要求,完成了轮边减速器的设计。
由于车速要求较高,且其载重量大,对其结构的强度要求较高。
对比已有车型并考虑各种传动的优缺点选取轮边减速器的类型为NGW行星齿轮减速器,根据分配的传动比,初步确定齿数,然后按照扭矩特性和轮齿的弯曲强度公式计算出齿轮副的模数。
计算出基础参数以后根据该参数设计齿轮副的其它尺寸和轮边减速器的结构参数。
对该齿轮副进行效率检验和强度校核。
同时对轴承和连接花键的选择和设计,并进行了强度校和。
在轮边减速器校验合格后,运用UG对轮边减速器进行三维建模,创建的轮边减速器三维实体模型可以直观的看到各零件之间的匹配是否合理,有无干涉,是对设计尺寸的初步检验,而且也是对零件仿真分析和加工的一个基础。
在三维图合理无干涉的情况下用CAD软件绘制图纸完成设计任务。
关键词:
轮边减速器,UG,行星齿轮
Abstract
Inthisarticle,itintroducesthedesigningofthewheel-sideplanetaryreducerofTYQ4190semi-trailertowingvehicle.Accordingtothe,selectiontheNGWplanetarygearreducer.Accordingtothegivenparameters,choosethebestgearnumbersandthem.Principleisthatmakesurethesizeofthestructureisassmallaspossible.Calculatedallpartsofthestructure’ssize,andthencheckit’sstrength.Designthestructureformsofthebearingsandthespline.
Afterthecompletionofmechanicaldesign,wepartsofthethree-dimensionalmodelwithUGsoftware.Whileestablishingthethree-dimensionalofthegears,wecancheckthereasonablenessofaplanetarygear.Anditisthebaseofsimulationanalysisandprocessing.
Keywords:
semi-trailertowingvehicle,wheel-sideplanetaryreducer,UG,planetarygear
目录
第一章绪论1
一、轮边减速器文献综述1
轮边减速器分类及工作原理1
(二)国内外发展现状和发展前景3
(一)课题背景3
(二)研究的意义4
三、主要研究内容4
第二章齿轮传动的参数设计计算6
一、已知条件6
二、设计计算6
(一)配传动比6
(三)配齿计算9
(四)初步计算齿轮的主要参数9
一、装配条件的验算13
二、传动效率的计算13
第四章行星齿轮的强度校核16
一、行星齿轮传动的受力分析16
二、太阳轮-行星轮齿轮副强度的校核16
(一)齿面接触强度的校核计算16
三、行星轮-内齿圈齿轮副的校核25
(一)齿面接触强度的校核计算25
(二)齿根弯曲强度的校核计算26
第五章轴承载荷和寿命的校核28
一、承载轴承的选用28
二、行星轮轴轴承的校核28
一、主动轴花键的选择及强度计算29
(一)花键副齿数与模数的确定29
(二)花键副的强度计算29
(一)齿圈毂与内齿圈啮合处花键的选择29
(二)齿圈毂和桥壳总成30
第七章UG建模31
一、UG简介31
二、UG模型示图31
第八章行星轮加工工艺设计33
一、选择毛坯尺寸33
二、拟定工艺路线33
(一)定位基准的选择33
(二)加工阶段的划分33
(三)确定工艺路线34
结论36
致谢37
参考文献38
第一章绪论
轮边减速器是传动系统中的最后一级,所受到的扭矩最大,所以其强度和结构合理与否对于整个传动系统有很大的影响。
轮边减速器的设计受到很多条件的限制,如安装尺寸条件和传动方向等,因此在设计轮边减速器时要综合考虑各种约束条件。
一般轮边减速器有普通直齿和行星齿轮传动两种结构形式,但由于普通直齿传动有很多不可避免的缺点已经很少使用。
如速比的限制,安装尺寸的限制,传动方向的限制等,因此本文中所设计的轮边减速器采用的是行星齿轮传动。
一、轮边减速器文献综述
国内外载货汽车的驱动桥为了实现更好的降速增扭的作用,一般采用双级减速器,在双级式主减速器中,若第二级减速器齿轮有两幅,并分置于两侧车轮附近,实际上成为独立部件,称为轮边减速器,在重型载货汽车上该装置广泛采用行星齿轮传动,轮边减速器是载货汽车传动系中最后一级减速增扭装置。
行星减速器与普通齿轮减速器相比,具有重量轻、体积小和传动比大的优点。
轮边减速器设置在车轮的轮毂内,使得整个驱动桥结构更加紧凑,同时降低主减速器、半轴、差速器的负荷,减小传动部件的结构尺寸,保证后桥具有足够的离地间隙,提高了车辆的通过性能以及降低整车装备质量[1]。
轮边减速器分类及工作原理
1、轮边减速器的分类
通过传动将动力机的速度降低,使之满足执行系统的需求的传动装置称为减速器。
减速器是变速器的一种,还有增速器。
由一系列相互啮合的齿轮所组成的齿轮传动系统称为轮系,它是一种变速装置,在传动系统中实现定传动比变速或者有级变传动比变速,即在输入轴与输出轴之间获得预期的传动比大小和转向关系。
根据轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置关系是否固定,可将轮系分为定轴轮系和周转轮系。
本文将要设计的轮边减速器是行星齿轮传动,它属于周转轮系。
当轮系运动时,至少有一个齿轮的轴线是绕其他定轴齿轮的轴线转动的轮系称为周转轮系。
周转轮系由行星轮,行星架,中心轮(太阳轮)三个基本部件构成。
周转轮系按其自由度的数目可以分为两种基本类型:
差动轮系,具有两个自由度的周转轮系。
在三个基本构件中,必须给定两个构件的运动,才能求出第三个构件的运动。
行星轮系,即具有一个自由度的周转轮系。
三个基本部件中,任意一个固定,在任意一个作为输入,剩下的作为输出件。
行星齿轮减速器安结构可分为如下三种:
2K-H,3K,K-H-V(K-中心轮,H-行星架,V-输出轴)
2K-H型传动方式简便,采用较普遍,零配件采购也更方便。
因此在本轮边减速器的设计中也采用2K-H型。
2K-H型传动中,有正号机构和符号机构之分,且他还可分为更多种的形式。
如:
NGW,NW,WW,NN,ZUWGW。
他们的传动比范围和传动效率,以及传动功率范围都有很大的不同。
根据本次要设计的轮边减速器的传动比为大约4.47,而NGW型最佳传动比为3~9[2],因此选用NGW型行星齿轮传动系统。
NGW型是动力传动中应用最多,传动功率最大的一种行星传动。
他由内外啮合和共享行星轮组成,它的结构简单,轴向尺寸小,工艺性好,效率高,虽然传动比比较小,但可通过多级串联组成传动比大的轮系。
本设计中所需传动比较小,因此不用串联,只需要一级就足够。
行星齿轮传动的主要特点是体积小,承载能力大,工作平稳;但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂,要求制造精度高。
行星齿轮传动中有些类型效率高,但传动比不大。
另一些类型则传动比可以很大,但效率较低,用它们作减速器时,其效率随传动比的增大而减小;作增速器时则有可能产生自锁。
行星齿轮传动应用广泛,并可与无级变速器、液力耦合器和液力变矩器等联合使用,进一步扩大使用范围。
行星轮作为减速器可以安置在轮边,则称为轮边减速器。
轮边减速器一般分为普通圆柱齿轮减速器和行星齿轮减速器,由于普通齿轮减速器有很多不可避免的缺陷,因此采用较少。
有的轮边减速器设置在车轮的轮毂内,使得整个驱动桥结构更加紧凑,同时降低主减速器,半轴,差速器的负荷,减小传动部件的结构尺寸,保证后桥具有足够的离地间隙。
同时提高了车辆的通过性能以及降低了整车的装备质量。
2、工作原理
图1-1汽车轮边减速器结构图
1-半轴套管;2-齿圈座;3-内齿圈;4-行星齿轮;5-行星架;6-行星齿轮轴;
7-太阳轮;8-锁紧螺母;9-螺栓;10-螺钉;11-轮毂;12-半轴;13-制动器
根据我们选择的NGW型轮边减速器简单介绍一下其工作原理。
轮边减速器主要是由太阳轮、行星轮、齿圈和行星轮架组成,一般其主动件太阳轮与半轴相连,被动件行星轮架与车轮相连,齿圈与桥壳相接,采用轮边减速器是为了提高汽车的驱动力,以满足或修正整个传动系统力的匹配。
目前采用的轮边减速器,就是为满足整个传动系统匹配的需要,而增加的一套降速增扭的齿轮传动装置。
从发动机经离合器、变速器和分动器把动力传递到前、后桥的主减速器,再从主减速器的输出端传递到轮边减速器及车轮,以驱动汽车行驶。
在这一过程中,轮边减速器的工作原理就是把主减速器传递的转速和扭矩经过其降速增扭后,再传递到驱动车轮,以便使车轮在地面附着力的反作用下,产生较大驱动力。
从而减少了轮边减速器前面各个零件的受力。
如图1-1所示:
太阳轮7通过花键与半轴12相连接,并随半轴转动。
齿圈3与齿圈座2用螺钉10连接,而齿圈座2被锁紧螺母8固定在半轴套管l上不能转动。
在中心齿轮7和齿圈3之间装有三个行星齿轮4,行星齿轮通过圆锥磙子轴承和6支撑在行星架5上。
行星架5用螺栓9与轮毂1l相连。
差速器的动力从半轴12经中心齿轮7、行星齿轮4、行星架5转给轮毂而驱动车轮旋转[3]。
(二)国内外发展现状和发展前景
1、国内外现状
我国早在南北朝时代,祖冲之就发明了有行星齿轮的差动式指南针,因此我国行星齿轮传动的应用比欧美各国早一千多年。
但是随着时代的发展,我国渐渐落后于西方发达国家,目前已经有了很大的差距,但是我们正在努力发展,自主创新[4]。
现在已经有许多专家,学者及工程技术人员做了相关的研究。
但是与国外先进的技术相比还是有很大的差距。
我国自主研发的减速器大都是中小功率的,以齿轮传动、蜗杆传动为主,并且存在产品质量不过关,功率与重量比小,或者传动比大而机械效率过低,可靠性低,使用寿命不够长,且新产品研发周期长等很多缺陷。
因此,如何改进设计方法,提高设计质量是装载机行业发展的关键因素之一。
批生产,在国内进行了推广应用。
自中国加入WTO后,我国的汽车行业迅猛发展,车用减速器也随着时代的脚步逐渐成长成熟起来。
进年来轮边减速器部分也不断踊跃出很多新的很有创意的设计,虽然这些设计离最终成型使用还有一些差距,但是,足见我们在创新设计上,已经迈出了一大步。
但是相比于国外先进的技术,我们还有待于进一步的提高,增加自主创新的能力。
目前我国所使用的减速机主要是从德国,英美进口的,自主研发的减速机一般很少在大型矿用车上使用[4]。
2、发展趋势
目前随着电子技术的发展,非公用车已向着智能化,无人化发展。
越来越多的电控系统以及液压系统被运用到矿用车上来,使得矿用车的操作越来越简易方便,产量也更大。
例如卡特彼勒系列非公用车就有很多人性化的辅助系统。
如:
全自动的缓行制动,发动机的转速由电控单元根据传感器和节气阀所给出的数据自动调节。
变速器也有自动档,可以自动改变车速。
在机械硬件方面卡特彼勒也可以称得上业界内的航母,他的机械部分设计简便,人性化,强度高,使用寿命长,且维修方便。
目前行星齿轮都向着大功率,大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。
二、课题背景及开展研究的意义
(一)课题背景
本文是根据TYQ4190型汽车已知参数和工作环境等已知条件所设计的轮边减速器。
减速器任务就是在满足传动速比,传动效率和传动强度的条件下,设计出结构简单,效率高,成本低,易加工,工艺性好的传动机构。
主要工作任务就是根据已知条件选择齿轮副的齿数和模数,并校核其齿轮副的齿面接触强度和齿根弯曲强度。
同时还要设计其连接件和其他的一些零配件,如连接用的花键,和支撑用的轴和轴承等。
还要考虑到固定用的挡圈和连接螺栓等。
在设计的同时,还要考虑其装配条件,如装配顺序,装配基准和公差等。
当然,还要了解一下目前我国的轮边减速器发展状况,已考虑其细节问题,可以达到与市场结合。
根据陕西同力重工有限公司的市场调查表明我国非公用车的工作环境普遍为车辆行驶路面工程道路,路面松软,硬实度差,道路阻力大,道路附着系数小。
且运营环境的空气质量也很差,扬尘浓度很高,对作业工人的身体伤害很大,还有就是承载运输量大,作业强度高[5]。
纵观国内减速器的发展现状,我们在保持行业的可持续发展,技术创新的同时,应当看我我们存在的问题。
要采取积极地应对方案力争在较短时间内能有所进展。
目前,我国该行业存在的问题是,行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低,企业管理方式较为粗放,相当比例的产品仍为中低档次、缺乏有国际影响力的产品品牌、行业整体散、乱情况依然较为严重。
因此,我国的发展之路仍是任重道远。
(二)研究的意义
传动系统通常由变速装置,起停和换向装置,制动装置及安全保护装置等基本部分组成。
变速装置是传动系统中很重要的组成部分,它的设计的好坏直接关系到传动效率,燃油消耗率,汽车的使用寿命,甚至能否启动。
而轮边减速器是传动系统的最后一部分,它起到了减速增扭和改变传动方向的作用,直接将动力传输到轮胎上,因此轮边减速器的设计也至关重要。
尤其是大型非公用车,由于空间限制,必须将更多的传动比分配到驱动桥上,因此轮边减速器可以大大的改善整车的结构和性能。
一般说来,轮边减速器的设计应该满足以下要求:
保证汽车在各种使用工况下对速比的变化要求,这一速度变化应从零到最高车速。
在发动机旋转方向不变的情况下,可获得倒档行驶。
汽车在转弯的时候,能差速,保证转弯正常。
保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。
为了使变速器,分动器,传动轴等总成不致因承受过大扭矩而使它们尺寸过大,重量过重,应将其传动比以尽可能的比率分配给驱动桥,采用较大的传动比,使其达到所需要的减速要求[22]。
轮边减速器设计的主要任务是:
从各方面考虑,选择合适的尺寸,提出整体设计方案。
各零部件合理布置,对其强度,刚度,寿命进行校核,使其结构合理,性能优良。
满足传动比条件,同心条件,装配条件和邻接条件。
对于两级或多级定轴齿轮传动减速器,传动比分配的原则如下:
使各级齿轮传动的承载能力相接近
使各级齿轮传动中的大齿轮浸油深度大致相等,以实现油池润滑
使减速器获得最小外形尺寸和重量
轮边减速器作为传动系的最后一个环节,他承载着最大的扭矩,他的强度和结构合理与否直接影响着整车的性能,因此轮边减速器的设计至关重要。
我所设计的轮边减速器结构简单,体积小巧,质量轻便,使用和更换都很方便,对于提高整车的速比,减轻质量,较小燃油消耗率等方面都起了很大的作用。
三、主要研究内容
本课题主要根据TYQ4190车辆结构及性能要求,完成轮边减速器的设计;
设计内容主要包括:
轮边减速器结构形式的选择:
轮边减速器齿轮基本参数的选择;
轮边减速器主要尺寸的计算;
轮边减速器主要配合及紧固件设计;
绘制轮边减速器三维模型。
第二章齿轮传动的参数设计计算
一、已知条件
轴距3400mm;整备质量:
7000kg;总质量:
19000kg;最高车速:
98km,35CrMnSi等材料。
经正火调质或表面淬火,使其获得机械强度,硬度和韧性等综合性能较好[6]。
根据本课题所研究的轮边减速器的使用环境,维修条件以及重型矿用电动轮自卸车的重型重载特征,轮齿载荷性质、承载能力,结合齿轮常常发生的失效形式,并考虑加工工艺、材料来源、使用寿命和经济性等条件,经综合,选择齿轮材料和热处理方式见下:
中心轮a和行星轮c均采用20CrMnTi渗碳淬火的调质合金钢,其齿面硬度HRC=60
取σHlim=1500N㎜2;
σFlim=470N㎜2;
中心轮a和行星轮c的加工精度为6级。
内齿轮B选用42CrMo调质表面淬火的合金钢其齿面硬度为HRC=55
取σHlim=1160N㎜2;
σFlim=360N㎜2;
加工精度为7级;
2、模数的计算
在计算行星齿轮传动强度时,将各种传动类型的行星齿轮传动分解成其对应的若干个相互啮合的齿轮副。
然后,载将每个啮合齿轮副视为单个的齿轮传动。
在设计行星齿轮传动时,其主要参数可先安类比法,即参照已有的形同类型的行星齿轮传动来进行初步确定;或者根据具体的工作条件,结构尺寸和安装条件来确定。
常用的办法是按齿面接触强度初算小齿轮的分度圆直径d1或者按轮齿弯曲强度初算齿轮模数m。
在增大10%~20%。
行星轮数目时,各个行星轮上的载荷均匀(或采用载荷分配不均匀系数进行补偿),因此只需要分析和计算其中的一套即可,中心轮a在每一套中(即在每个功率分流上)所承受的输入转矩由(2.6)计算:
(2.6)
—中心轮a所传递的转矩,N.m;
—行星轮数目。
代入数据可得T1=3172N.m;
中心轮1的模数可由(2.7)估算
(2.7)
—算式系数,对于直齿轮传动,对于斜齿轮传动;
—啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩,N.m;应是功率分流后的值;
—使用系数;
—综合系数;
—计算弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数;
—小齿轮系数;
—小齿轮齿宽系数;
—齿轮副中小齿轮齿数;
—试验齿轮弯曲疲劳极限,,且取和中的较小值。
3、相关系数的确定
算式系数;
本课题采用直齿轮传动算式系数
使用系数;
按原动机均匀平稳,工作机中等冲击取使用系数
综合系数;
综合系数
计算弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数;
根据经验,取行星轮间载荷分布不均匀系数
小齿轮齿形系数
按z=22和x=0取小齿轮齿形系数
小齿轮齿宽系数。
小齿轮齿宽系数
4、模数的确定
将所有系数及T1=3172N.㎜2、Z1=22,σFlim=470N㎜2,
代入式3.2得m=4.8,故取轮系的模数m=5。
5、啮合参数计算
由于本齿轮副没有变位,因此可直接按照标准齿轮的参数公式进行计算。
在两个啮合副a-c(太阳轮与行星轮),b-c(行星轮与齿圈)中,其标准中心距为
两个啮合的标准中心距相等,不需要采用变位。
行星齿轮系几何尺寸计算
其中齿顶高系数,顶隙系数
齿数比:
分度圆直径
=5×22=110mm
=5×13=65mm
=5×48=240mm
中心轮与行星轮的中心距
=(110+65)2=87.5mm
行星轮与内齿圈的中心距
(240-65)2=87.5mm
第三章验算和效率的计算
在设计行星齿轮传动时,根据给定的传动比ip来分配各轮的齿数,这就是人们研究行星齿轮传动运动学的主要任务之一。
在确定行星齿轮传动的各轮齿数时,除了满足给定的传动比之外,还应满足与其装配有关的条件,即同心条件,邻接条件和安装条件。
除此之外,还要考虑到与其承载能力有关的其他条件[2]。
一、装配条件的验算
对于所设计的行星齿轮传动应满足如下的邻接条件、同心条件和安装条件。
邻接条件按式3.1校验。
(3.1)为行星轮齿顶圆直径,为太阳轮和行星轮的中心距,为行星轮个数。
代人数据得知邻接条成立。
同心条件按式3.2校验。
(3.2)代人数据得22+13=48-13知同心条件成立。
安装条件按式3.3校验。
(η为整数)(3.3)
带入数据可得知安装条件成立。
二、传动效率的计算
行星齿轮传动的效率是评价其传动性能优劣的重要指标之一。
对于不同传动类型的行星齿轮传动,其效率η值得大小也是不同的。
对于同一类型的行星齿轮传动,小效率η值也可能随传动比ip的变化而变化。
在同一类型的行星齿轮传动中,当输入件,输出件不同时,其效率η值也不相同。
而且,行星齿轮传动效率变化范围很大,其η值可高达0.98,低的可接近于零,甚至η低于零,即可以自锁[7]。
欲求的行星齿轮传动效率η值,首先应分析和了解他的传动损失。
在行星齿轮传动中,其主要的功率损失为如下三种:
1)啮合齿轮副中的摩擦损失
2)轴承中摩擦损失
3)液力损失
在2Z-X型行星齿轮传动中,Pa为输入件所传递的实际功率,Pb为输出件所传递的实际功率,Pt为行星齿轮传动中的摩擦损失功率。
根据前面的规定,输入件所传递的功率为正值,即Pa﹥0,而输出件所传递的功率Pb为负值,即Pb﹤0.根据一般的效率计算概念,故可得行星齿轮传动的效率公式为
(3.4)
因输入功率PA=-PB+PT=∣PB︱+PT,则得
(3.5)
(3.6)
在行星齿轮传动中,因为a为输入件,即Pa﹥0,由公式可得其传动效率为:
现在,再根据啮合功率法原理PT=PTX,进一步推导PT与的关系式。
(3.7)
则得(3.8)
Pa﹥0,Px﹤0
(3.9)
根据式7-6,则得行星齿轮传动效率为
(3.10)
转化机构的功率损失系数计算
关于损失系数的计算问题如下:
在转化机构中,其损失系数等于啮合损失系数和轴承损失系数之和,即
(3.11)
对于A型行星传动,其啮合系数之和为
(3.12)
—啮合损失系数;
—转化机构中中心轮a与行星轮c之间的啮合损失系数;
—转化机构中内齿圈b与行星轮c之间的啮合损失系数。
啮合损失系数的确定
在转化机构中,仅考虑齿轮副的啮合摩擦损失时,
(3.13)
—齿轮副中小齿轮齿数;
—齿轮副中大齿轮齿数;
—齿轮啮合副的重合度;
—啮合摩擦因子,一般取;
以上公式中,正号“+”适合于外啮合;负号“-”适合于内啮合。
=0.0225(3-14)
初步计算时ΣφzH和ΣφrH可忽略不计
则η=1-0.0225(1+2248)=0.967
可见,该传动系统传动效率较高。
第四章行星齿轮的强度校核
一、行星齿轮传动的受力分析
在2Z-X(A)型行星齿轮传动中,其受力分析图是由运动的输入件开始,然后依次确定各构件上所受的作用力和转矩。
对于直齿圆柱齿轮的啮合齿轮副只需绘出切向力F,如图所示[12]。
图4-1齿轮传动的受力分析
按照上述提示进行受力分析计算,则可得行星轮c作用于a的切向力
而行星轮c上所受的三个切向力分别为:
中心轮a作用于行星轮c的切向力为:
内齿轮b作用于行星轮c的切向力为:
转臂x作用于行星轮c的切向力为:
在转臂x上所受到的作用力:
二、太阳轮-行星轮齿轮副强度的校核
(一)齿面接触强度的校核计算
根据国家标准“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”(GBT3480—1977),该标准系把赫兹应力作为齿面接触应力的计算基础,并用来评价齿轮的接触强度。
,在接触应力的计算中未考虑滑动的大小和方向、摩擦因子和润滑状态等,这些都会影响到齿面的实际接触应力。
计算时取节点和单对齿啮合区内界点的接触应力中的较大者,大小齿轮的许用接触应力分别计算。
1、齿面接触应力
在行星齿轮传动的啮合齿轮副中,其齿面接触应力可按式4.1-4.3计算
(4.1)
(4.2)
(4.3)
式中,—动
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 最新版 金盼锋 毕业论文 答辩