传动装置研究论文

传动装置研究论文

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求液压传动在设备中的应用论文一篇

　　液压原理定义：在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。　　一、分类：液压元件从机能上可以大致分为：　　1、 把机械能变换为液体（主要是油）能量（主要是压力能）的液压泵；　　2 、调节、控制压力能的液压控制阀；　　3、 把压力能转换为机械能的液压执行器（液压马达、液压缸、液压摆动马达）；　　4 、传递压力能和液体本身调整所必需的液压辅件。　　二、液压技术的特点：　　液压回路的基本机能在于以液体压力能的形式进行容易控制的能量传递。　　a.从能量传递方面看，液压技术大致处于机械式能量传递和电气式能量传递之中间位置。　　b.另一方面，就传动特性而言，机械传动和液力传动装置可以说有固定的特性，与此相反，液压传动装置和电气传动装置相同，具有无级变速装置的特性，除了恒功率外，还容易实现恒速和恒转矩等特性。　　液压技术的这种特点，一般可以归纳如下：　　（1）容易进行无级变速，变速范围广，即能在很宽的范围内很容易地调节力与转矩；　　（2）控制性能好，即力、速度、位置等能以很高的响应速度正确地进行控制。另外，对于电气，机械等其它的控制方式具有很好地适应性，特别是和电气信号处理相结合，可得到优良的响应特性；　　（3）动作可靠，操作性能好；　　（4）结构和特性上具有适度的柔性；　　（5）可以用标准元件构成实现任意复杂机能的回路。　　形成这些特点的原因：在于用容积式元件作能力转换器即液压泵和液压执行器，用富有润滑性的油（液压油）作为工作介质。但是液压技术的一般缺点也与液压油有关。这些缺点归纳如下：（1）漏油；　　（2）要求特别精密控制的场合，液压油的污染对元件、装置的特性有不良影响。即是说，液压油的管理对可靠性和元件的寿命有很大的影响。　　三、用途：液压技术的特性适合各种机械和设备的自动化、高性能、大容量、体积小、重量轻等方面的要求。所以虽然它是一门比较新的技术分支，但是在主动 力的传递机构、辅机的操作机构或作业自动化控制机构等方面广泛应用。　　液压的优缺点 　　优点　　　　与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：　　1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。　　2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。　　3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。　　4、可自动实现过载保护。　　5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。　　6、很容易实现直线运动。　　7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。　　　缺点　　　　当然，液压传动也存在着一些缺点：　　1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。　　2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。　　3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。　　4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。　　5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。

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　　液压传动控制系统

　　液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。

　　从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。

　　液压传动基本原理

　　液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。

　　液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。

　　液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。

　　除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。

　　根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。

　　液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。

　　液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。

　　1、概述

　　行走驱动系统是工程机械的重要组成部分。与工作系统相比，行走驱动系统不仅需要传输更大的功率，要求器件具有更高的效率和更长的寿命，还希望在变速调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的能力。于是，采用何种传动方式，如何更好地满足各种工程机械行走驱动的需要，一直是工程机械行业所要面对的课题。尤其是近年来，随着我国交通、能源等基础设施建设进程的快速发展，建筑施工和资源开发规模不断扩大，工程机械在市场需求大大增强的同时，更面临着作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂等所带来的挑战，也进一步推动着对其行走驱动系统的深入研究。

　　这里试图从技术构成及性能特征等角度对液压传动技术在工程机械行走驱动系统的发展及其规律进行探讨。

　　2、基于单一技术的传动方式

　　工程机械行走系统最初主要采用机械传动和液力机械传动(全液压挖掘机除外)方式。现在，液压和电力传动的传动方式也出现在工程机械行走驱动装置中，充分表明了科学技术发展对这一领域的巨大推动作用。

　　2.1 机械传动

　　纯机械传动的发动机平均负荷系数低，因此一般只能进行有级变速，并且布局方式受到限制。但由于其具有在稳态传动效率高和制造成本低方面的优势，在调速范围比较小的通用客货汽车和对经济性要求苛刻、作业速度恒定的农用拖拉机领域迄今仍然占据着霸主地位。

　　2.2 液力传动

　　液力传动用变矩器取代了机械传动中的离合器，具有分段无级调速能力。它的突出优点是具有接近于双曲线的输出扭矩-转速特性，配合后置的动力换挡式机械变速器能够自动匹配负荷并防止动力传动装置过载。变矩器的功率密度很大而负荷应力却较低，大批生产成本也不高等特点使它得以广泛应用于大中型铲土运土机械、起重运输机械领域和汽车、坦克等高速车辆中。但其特性匹配及布局方式受限制，变矩范围较小，动力制动能力差，不适合用于要求速度稳定的场合。

　　2.3 液压传动

　　与机械传动相比。液压传动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制，而液压传动较之液力传动具有良好的低速负荷特性。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点，液压传动在工程机械中得到了广泛的应用。几乎所有工程机械装备都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。极限负荷调节闭式回路，发动机转速控制的恒压，恒功率组合调节的变量系统开发，给液压传动应用于工程机械行走系提供了广阔的发展前景。

　　与纯机械和液力传动相比，液压传动的主要优点是其调节的便捷性和布局的灵活性，可根据工程机械的形态和工况的需要，把发动机、驱动轮、工作机构等各部件分别布置在合理的部位，发动机在任一调度转速下工作，传动系统都能发挥出较大的牵引力，而且传动系统在很宽的输出转速范围内仍能保持较高的效率，并能方便地获得各种优化的动力传动特性，以适应各种作业的负荷状态。在车速较高的行走机械中所采用的带闭式油路的行走液压驱动装置能无级调速，使车辆柔和起步、迅速变速和无冲击地变换行驶方向。对在作业中需要频繁起动和变速、经常穿梭行驶的车辆来说这一性能十分宝贵。但与开式回路相比，闭式回路的设计、安装调试以及维护都有较高的难度和技术要求。

　　借助电子技术与液压技术的结合，可以很方便地实现对液压系统的各种调节和控制。而计算机控制的引入和各类传感元件的应用，更极大地扩展了液压元件的工作范围。通过传感器监测工程车辆各种状态参数，经过计算机运算输出控制目标指令，使车辆在整个工作范围内实现自动化控制，机器的燃料经济性、动力性、作业生产率均达到最佳值。因此，采用液压传动可使工程机械易于实现智能化、节能化和环保化，而这已成为当前和未来工程机械的发展趋势。

　　2.4 电力传动

　　电力传动是由内燃机驱动发电机，产生电能使电动机驱动车辆行走部分运动，通过电子调节系统调节电动机轴的转速和转向，具有凋速范围广，输人元件(发电机)、输出元件(电动机)、及控制装置可分置安装等优点。电力传动最早用于柴油机电动船舶和内燃机车领域，后又推广到大吨位矿用载重汽车和某些大型工程机械上，近年来又出现了柴油机电力传动的叉车和牵引车等中小型起重运输车辆。但基于技术和经济性等方面的一些原因，适用于行走机械的功率电元件还远没有像固定设备用的那样普及，电力传动对于大多数行走机械还仅是“未来的技术”。

　　3、发展中的复合传动技术

　　从前面的分析可以看出，应用于工程机械行走驱动系统中的基于单一技术的传动方式构成简单、传动可靠，适用于某些特定的场合和领域。而在大多数的实际应用中，这些传动技术往往不是孤立存在的，彼此之间都存在着相互的渗透和结合，如液力、液压和电力的传动装置中都或多或少的包含有机械传动环节，而新型的机械和液力传动装置中也设置了电气和液压控制系统。换句话说，采用有针对性的复合集成的方式，可以充分发挥各种传动方式各自的优势，扬长避短，从而获得最佳的综合效益。值得注意的是，兼有调节与布局灵活性及高功率密度的液压传动装置在其中充当着重要角色。

　　3.1 液压与机械和液力传动的复合

　　(1) 串联方式

　　串联方式是最为简单和常见的复合方式，是在液压马达或液压变速器的输出端和驱动桥之间设置机械式变速器以扩大调速的高效区，实现分段的无级变速。目前已广泛用于装载机、联合收获机和某些特种车辆上。对其的发展是将可在行进间变换传动比的动力换挡行星变速器直接安装在驱动轮内，实现了大变速比的轮边液压驱动，因而取消了驱动桥，更便于布局。

　　(2) 并联方式

　　即为通常所称的“液压机械功率分流传动”，可理解为一种将液压与机械装置“并联”分别传输功率流的传动系统，也就是是利用多自由度的行星差速器把发动机输出的功率分成液压的和机械的两股“功率流”，借助液压功率流的可控性，使这两股功率流在重新汇合时可无级调节总的输出转速。这种方式将液压传动的无级调速性能好和机械传动的稳态效率高这两方面的优点结合起来，得到一个既有无级变速性能，又有较高效率和较宽高效区的变速装置。

　　按其结构，这种复合式传动装置可分为两类：第一类为利用行星齿轮差速器分流的外分流式，其中常见的分流传动机构又可分为输入分流式和输出分流式两种基本形式；第二类为利用液压泵或马达转子与外壳间的差速运动分流的内分流式。

　　日本小松公司开发的这种复合方式的液压传动变速器，已经应用在装载机、推土机等工程机械上。德国Fendt拖拉机生产的采用Vario型无级变速器装备的农用拖拉机，到2003年总销量超过了30000台。

　　由此可以看出，这种新型的传动装置已日益成为大中功率液力传动和动力换档变速器的有力竞争者。

　　(3) 分时方式

　　对于作业速度和非作业状态下转移空驶速度相差悬殊的专用车辆，采用传统机械变速器用于高速行驶、附加液压传动装置用于低速作业的方式能很好地满足这两种工况的矛盾要求。机械——液压分时驱动的方式在此类车辆上的应用已很普遍，这一技术也已被应用于飞机除冰车和田间移栽机等需要“爬行速度”的车辆和机具上。

　　(4) 分位方式

　　把液压马达直接安装在车轮内的“轮边液压驱动装置”是一种辅助液压驱动装置，可以解决工程机械需要提高牵引性能，但又无法采用全轮驱动方式，难以布置传统的机械传动装置的问题。液压传动的无级调速性能使以不同方式传动的驱动轮之间能协调同步，这在某种意义上也可视为一种功率分流传动：动力机的功率被分配到几组驱动轮上，经地面耦合后产生推动车辆运动的牵引力。目前，许多工程机械制造厂商将这一技术用于具有部分自走驱动能力的，诸如自走式平地机和铲运机这样的工程机械上。

　　3.2 液压与电力传动的复合

　　由于现代技术的发展，电子技术在信号处理的能力和速度方面占有很大的优势，而液压与电力传动在各自功率元件的特性方面各有所长。因此，除了现在已普遍存在的“电子神经+液压肌肉”这种模式外，两者在功率流的复合传输方面也有许多成功的实例，如：由变频或直流调速电机和高效、低脉动的定量液压泵构成的可变流量液压油源，用集成安装的电动泵－液压缸或低速大扭矩液压马达构成的电动液压执行单元，以及混合动力工业车辆的驱动系统等。

　　3.3 二次调节静液传动系统

　　二次调节静液传动技术是通过对液压元件所进行的调节来实现液压能与机械能互相转换。一般来说，它的实现是以压力耦联系统为基础的，在一次元件(泵)及二次元件(马达)间采用定压力偶合方式，依靠实时调节马达排量来平衡负荷扭矩。目前，对二次调节静液传动技术进行研究的出发点是对传动过程进行能量的回收和能量的重新利用，从宏观的角度对静液传动总体结构进行合理的配置以及改善其静液传动系统的控制特性。

　　为了使不具备双向无级变量能力的液压马达和往复运动的液压缸也能在二次调节系统的恒压网络中运行，出现了利用二次调节技术的“液压变压器”，它类似于电力变压器用来匹配用户对系统压力和流量的不同需求，从而实现液压系统的功率匹配。

　　二次调节静液传动系统与传统静液传动系统相比，其优点是更便于控制，能在四个象限中工作，可在不转变能量形式情况下回收能量，进行能量的存储，利用液压蓄能器加速可大大提高加速功率，且系统中无压力峰值，由于一次元件和二次元件分开安装，可通过一个泵站给多个液压动力元件提供油源，减少了冷却费用，设备的制造成本降低，系统效率高。

　　二次调节静液传动与电力传动相比，具有闭环控制动态响应快、功率密度高、重量轻、安装空间小等优点。

　　由于二次调节静液传动系统具有许多优点，使它在很多领域得到广泛地应用。国外已将其成功应用于造船工业、钢铁工业、大型试验台、车辆传动等领域。奔驰汽车公司已将二次调节技术应用于无人驾驶运输系统中的行驶驱动。

　　4、结束语

　　自2O世纪9O年代以来，工程机械进入了一个新的发展时期，新技术的广泛应用使得新结构和新产品不断涌现。随着微电子技术向工程机械的渗透，工程机械日益向智能化和机电一体化方向发展，对工程机械行走驱动装置提出的要求也越来越苛刻。近年来，液压技术迅速发展，液压元件日臻完善，使得液压传动在工程机械传动系统中的应用突飞猛进，液压传动所具有的优势也日渐凸现。可以相信，随着液压技术与微电子技术、计算机控制技术以及传感技术的紧密结合，液压传动技术必将在工程机械行走驱动系统的发展中发挥出越来越重要的作用。

一级齿轮减速器毕业设计论文 输送带工作拉力F/N2000，工作速度V/(m/s)1.1,滚筒直径D240，

　　仅供参考

　　一、传动方案拟定
　　第二组第三个数据：设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器
　　（1） 工作条件：使用年限10年，每年按300天计算，两班制工作，载荷平稳。
　　（2） 原始数据：滚筒圆周力F=1.7KN；带速V=1.4m/s；
　　滚筒直径D=220mm。
　　运动简图
　　二、电动机的选择
　　1、电动机类型和结构型式的选择：按已知的工作要求和 条件，选用 Y系列三相异步电动机。
　　2、确定电动机的功率：
　　（1）传动装置的总效率：
　　η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒
　　=0.96×0.992×0.97×0.99×0.95
　　=0.86
　　(2)电机所需的工作功率：
　　Pd=FV/1000η总
　　=1700×1.4/1000×0.86
　　=2.76KW
　　3、确定电动机转速：
　　滚筒轴的工作转速：
　　Nw=60×1000V/πD
　　=60×1000×1.4/π×220
　　=121.5r/min

　　根据【2】表2.2中推荐的合理传动比范围，取V带传动比Iv=2~4，单级圆柱齿轮传动比范围Ic=3~5，则合理总传动比i的范围为i=6~20，故电动机转速的可选范围为nd=i×nw=（6~20）×121.5=729~2430r/min
　　符合这一范围的同步转速有960 r/min和1420r/min。由【2】表8.1查出有三种适用的电动机型号、如下表
　　方案 电动机型号 额定功率 电动机转速（r/min） 传动装置的传动比
　　KW 同转 满转 总传动比 带 齿轮
　　1 Y132s-6 3 1000 960 7.9 3 2.63
　　2 Y100l2-4 3 1500 1420 11.68 3 3.89

　　综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，比较两种方案可知：方案1因电动机转速低，传动装置尺寸较大，价格较高。方案2适中。故选择电动机型号Y100l2-4。
　　4、确定电动机型号
　　根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为
　　Y100l2-4。
　　其主要性能：额定功率：3KW，满载转速1420r/min，额定转矩2.2。
　　三、计算总传动比及分配各级的传动比
　　1、总传动比：i总=n电动/n筒=1420/121.5=11.68
　　2、分配各级传动比
　　（1） 取i带=3
　　（2） ∵i总=i齿×i 带π
　　∴i齿=i总/i带=11.68/3=3.89
　　四、运动参数及动力参数计算
　　1、计算各轴转速（r/min）
　　nI=nm/i带=1420/3=473.33(r/min)
　　nII=nI/i齿=473.33/3.89=121.67(r/min)
　　滚筒nw=nII=473.33/3.89=121.67(r/min)
　　2、 计算各轴的功率（KW）
　　PI=Pd×η带=2.76×0.96=2.64KW
　　PII=PI×η轴承×η齿轮=2.64×0.99×0.97=2.53KW

　　3、 计算各轴转矩
　　Td=9.55Pd/nm=9550×2.76/1420=18.56N?m
　　TI=9.55p2入/n1 =9550x2.64/473.33=53.26N?m

　　TII =9.55p2入/n2=9550x2.53/121.67=198.58N?m

　　五、传动零件的设计计算
　　1、 皮带轮传动的设计计算
　　（1） 选择普通V带截型
　　由课本[1]P189表10-8得：kA=1.2 P=2.76KW
　　PC=KAP=1.2×2.76=3.3KW
　　据PC=3.3KW和n1=473.33r/min
　　由课本[1]P189图10-12得：选用A型V带
　　（2） 确定带轮基准直径，并验算带速
　　由[1]课本P190表10-9，取dd1=95mm>dmin=75
　　dd2=i带dd1(1-ε)=3×95×(1-0.02)=279.30 mm
　　由课本[1]P190表10-9，取dd2=280
　　带速V：V=πdd1n1/60×1000
　　=π×95×1420/60×1000
　　=7.06m/s
　　在5~25m/s范围内，带速合适。
　　（3） 确定带长和中心距
　　初定中心距a0=500mm
　　Ld=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0
　　=2×500+3.14(95+280)+(280-95)2/4×450
　　=1605.8mm
　　根据课本[1]表（10-6）选取相近的Ld=1600mm
　　确定中心距a≈a0+(Ld-Ld0)/2=500+(1600-1605.8)/2
　　=497mm
　　(4) 验算小带轮包角
　　α1=1800-57.30 ×(dd2-dd1)/a
　　=1800-57.30×(280-95)/497
　　=158.670>1200（适用）
　　（5） 确定带的根数
　　单根V带传递的额定功率.据dd1和n1，查课本图10-9得 P1=1.4KW
　　i≠1时单根V带的额定功率增量.据带型及i查[1]表10-2得 △P1=0.17KW
　　查[1]表10-3，得Kα=0.94；查[1]表10-4得 KL=0.99
　　Z= PC/[(P1+△P1)KαKL]
　　=3.3/[(1.4+0.17) ×0.94×0.99]
　　=2.26 (取3根)
　　(6) 计算轴上压力
　　由课本[1]表10-5查得q=0.1kg/m，由课本式（10-20）单根V带的初拉力：
　　F0=500PC/ZV[（2.5/Kα）-1]+qV2=500x3.3/[3x7.06(2.5/0.94-1)]+0.10x7.062 =134.3kN
　　则作用在轴承的压力FQ
　　FQ=2ZF0sin(α1/2)=2×3×134.3sin(158.67o/2)
　　=791.9N

　　2、齿轮传动的设计计算
　　（1）选择齿轮材料与热处理：所设计齿轮传动属于闭式传动，通常
　　齿轮采用软齿面。查阅表[1] 表6-8，选用价格便宜便于制造的材料，小齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度260HBS；大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为215HBS；
　　精度等级：运输机是一般机器，速度不高，故选8级精度。
　　(2)按齿面接触疲劳强度设计
　　由d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
　　确定有关参数如下：传动比i齿=3.89
　　取小齿轮齿数Z1=20。则大齿轮齿数：Z2=iZ1= ×20=77.8取z2=78
　　由课本表6-12取φd=1.1
　　(3)转矩T1
　　T1=9.55×106×P1/n1=9.55×106×2.61/473.33=52660N?mm
　　(4)载荷系数k : 取k=1.2
　　(5)许用接触应力[σH]
　　[σH]= σHlim ZN/SHmin 由课本[1]图6-37查得：
　　σHlim1=610Mpa σHlim2=500Mpa
　　接触疲劳寿命系数Zn：按一年300个工作日，每天16h计算，由公式N=60njtn 计算
　　N1=60×473.33×10×300×18=1.36x109
　　N2=N/i=1.36x109 /3.89=3.4×108
　　查[1]课本图6-38中曲线1，得 ZN1=1 ZN2=1.05
　　按一般可靠度要求选取安全系数SHmin=1.0
　　[σH]1=σHlim1ZN1/SHmin=610x1/1=610 Mpa
　　[σH]2=σHlim2ZN2/SHmin=500x1.05/1=525Mpa
　　故得：
　　d1≥ (6712×kT1(u+1)/φdu[σH]2)1/3
　　=49.04mm
　　模数：m=d1/Z1=49.04/20=2.45mm
　　取课本[1]P79标准模数第一数列上的值，m=2.5
　　(6)校核齿根弯曲疲劳强度
　　σ bb=2KT1YFS/bmd1
　　确定有关参数和系数
　　分度圆直径：d1=mZ1=2.5×20mm=50mm
　　d2=mZ2=2.5×78mm=195mm
　　齿宽：b=φdd1=1.1×50mm=55mm
　　取b2=55mm b1=60mm
　　(7)复合齿形因数YFs 由课本[1]图6-40得：YFS1=4.35,YFS2=3.95
　　(8)许用弯曲应力[σbb]
　　根据课本[1]P116：
　　[σbb]= σbblim YN/SFmin
　　由课本[1]图6-41得弯曲疲劳极限σbblim应为： σbblim1=490Mpa σbblim2 =410Mpa
　　由课本[1]图6-42得弯曲疲劳寿命系数YN：YN1=1 YN2=1
　　弯曲疲劳的最小安全系数SFmin ：按一般可靠性要求，取SFmin =1
　　计算得弯曲疲劳许用应力为
　　[σbb1]=σbblim1 YN1/SFmin=490×1/1=490Mpa
　　[σbb2]= σbblim2 YN2/SFmin =410×1/1=410Mpa
　　校核计算
　　σbb1=2kT1YFS1/ b1md1=71.86pa< [σbb1]
　　σbb2=2kT1YFS2/ b2md1=72.61Mpa< [σbb2]
　　故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够
　　(9)计算齿轮传动的中心矩a
　　a=(d1+d2)/2= (50+195)/2=122.5mm
　　(10)计算齿轮的圆周速度V
　　计算圆周速度V=πn1d1/60×1000=3.14×473.33×50/60×1000=1.23m/s
　　因为V＜6m/s，故取8级精度合适．

　　六、轴的设计计算
　　从动轴设计
　　1、选择轴的材料 确定许用应力
　　选轴的材料为45号钢，调质处理。查[2]表13-1可知：
　　σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知：[σb+1]bb=215Mpa
　　[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa
　　2、按扭转强度估算轴的最小直径
　　单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，
　　从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：
　　d≥C
　　查[2]表13-5可得，45钢取C=118
　　则d≥118×(2.53/121.67)1/3mm=32.44mm
　　考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=35mm
　　3、齿轮上作用力的计算
　　齿轮所受的转矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.53/121.67=198582 N
　　齿轮作用力：
　　圆周力：Ft=2T/d=2×198582/195N=2036N
　　径向力：Fr=Fttan200=2036×tan200=741N
　　4、轴的结构设计
　　轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。
　　（1）、联轴器的选择
　　可采用弹性柱销联轴器，查[2]表9.4可得联轴器的型号为HL3联轴器：35×82 GB5014-85
　　（2）、确定轴上零件的位置与固定方式
　　单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置
　　在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现
　　轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴
　　承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通
　　过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合
　　分别实现轴向定位和周向定位
　　（3）、确定各段轴的直径
　　将估算轴d=35mm作为外伸端直径d1与联轴器相配（如图），
　　考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为d2=40mm
　　齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处d3应大于d2，取d3=4 5mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径d4应大于d3，取d4=50mm。齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径d5
　　满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=45mm.
　　(4)选择轴承型号.由[1]P270初选深沟球轴承,代号为6209,查手册可得:轴承宽度B=19,安装尺寸D=52,故轴环直径d5=52mm.
　　(5）确定轴各段直径和长度
　　Ⅰ段：d1=35mm 长度取L1=50mm

　　II段:d2=40mm
　　初选用6209深沟球轴承，其内径为45mm,
　　宽度为19mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：
　　L2=（2+20+19+55）=96mm
　　III段直径d3=45mm
　　L3=L1-L=50-2=48mm
　　Ⅳ段直径d4=50mm
　　长度与右面的套筒相同，即L4=20mm
　　Ⅴ段直径d5=52mm. 长度L5=19mm
　　由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=96mm
　　(6)按弯矩复合强度计算
　　①求分度圆直径：已知d1=195mm
　　②求转矩：已知T2=198.58N?m
　　③求圆周力：Ft
　　根据课本P127（6-34）式得
　　Ft=2T2/d2=2×198.58/195=2.03N
　　④求径向力Fr
　　根据课本P127（6-35）式得
　　Fr=Ft?tanα=2.03×tan200=0.741N
　　⑤因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=48mm

　　(1)绘制轴受力简图（如图a）
　　（2）绘制垂直面弯矩图（如图b）
　　轴承支反力：
　　FAY=FBY=Fr/2=0.74/2=0.37N
　　FAZ=FBZ=Ft/2=2.03/2=1.01N
　　由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为
　　MC1=FAyL/2=0.37×96÷2=17.76N?m
　　截面C在水平面上弯矩为：
　　MC2=FAZL/2=1.01×96÷2=48.48N?m
　　(4)绘制合弯矩图（如图d）
　　MC=(MC12+MC22)1/2=（17.762+48.482)1/2=51.63N?m
　　(5)绘制扭矩图（如图e）
　　转矩：T=9.55×（P2/n2）×106=198.58N?m
　　(6)绘制当量弯矩图（如图f）
　　转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取α=0.2，截面C处的当量弯矩：
　　Mec=[MC2+(αT)2]1/2
　　=[51.632+(0.2×198.58)2]1/2=65.13N?m
　　(7)校核危险截面C的强度
　　由式（6-3）

　　σe=65.13/0.1d33=65.13x1000/0.1×453
　　=7.14MPa< [σ-1]b=60MPa
　　∴该轴强度足够。

　　主动轴的设计
　　1、选择轴的材料 确定许用应力
　　选轴的材料为45号钢，调质处理。查[2]表13-1可知：
　　σb=650Mpa,σs=360Mpa,查[2]表13-6可知：[σb+1]bb=215Mpa
　　[σ0]bb=102Mpa,[σ-1]bb=60Mpa
　　2、按扭转强度估算轴的最小直径
　　单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，
　　从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为：
　　d≥C
　　查[2]表13-5可得，45钢取C=118
　　则d≥118×(2.64/473.33)1/3mm=20.92mm
　　考虑键槽的影响以系列标准，取d=22mm
　　3、齿轮上作用力的计算
　　齿轮所受的转矩：T=9.55×106P/n=9.55×106×2.64/473.33=53265 N
　　齿轮作用力：
　　圆周力：Ft=2T/d=2×53265/50N=2130N
　　径向力：Fr=Fttan200=2130×tan200=775N
　　确定轴上零件的位置与固定方式
　　单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置
　　在齿轮两边。齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定
　　，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴
　　承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通
　　过两端轴承盖实现轴向定位，
　　4 确定轴的各段直径和长度
　　初选用6206深沟球轴承，其内径为30mm,
　　宽度为16mm.。考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为20mm，则该段长36mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为2mm。
　　(2)按弯扭复合强度计算
　　①求分度圆直径：已知d2=50mm
　　②求转矩：已知T=53.26N?m
　　③求圆周力Ft：根据课本P127（6-34）式得
　　Ft=2T3/d2=2×53.26/50=2.13N
　　④求径向力Fr根据课本P127（6-35）式得
　　Fr=Ft?tanα=2.13×0.36379=0.76N
　　⑤∵两轴承对称
　　∴LA=LB=50mm
　　(1)求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ
　　FAX=FBY=Fr/2=0.76/2=0.38N
　　FAZ=FBZ=Ft/2=2.13/2=1.065N
　　(2) 截面C在垂直面弯矩为
　　MC1=FAxL/2=0.38×100/2=19N?m
　　(3)截面C在水平面弯矩为
　　MC2=FAZL/2=1.065×100/2=52.5N?m
　　(4)计算合成弯矩
　　MC=（MC12+MC22）1/2
　　=（192+52.52）1/2
　　=55.83N?m
　　(5)计算当量弯矩：根据课本P235得α=0.4
　　Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[55.832+(0.4×53.26)2]1/2
　　=59.74N?m
　　(6)校核危险截面C的强度
　　由式（10-3）
　　σe=Mec/（0.1d3）=59.74x1000/(0.1×303)
　　=22.12Mpa<[σ-1]b=60Mpa
　　∴此轴强度足够

　　（7） 滚动轴承的选择及校核计算
　　一从动轴上的轴承
　　根据根据条件，轴承预计寿命
　　L'h=10×300×16=48000h
　　(1)由初选的轴承的型号为: 6209,
　　查[1]表14-19可知:d=55mm,外径D=85mm,宽度B=19mm,基本额定动载荷C=31.5KN, 基本静载荷CO=20.5KN,
　　查[2]表10.1可知极限转速9000r/min

　　（1）已知nII=121.67(r/min)

　　两轴承径向反力：FR1=FR2=1083N
　　根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力
　　FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1083=682N
　　(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
　　故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端
　　FA1=FS1=682N FA2=FS2=682N
　　(3)求系数x、y
　　FA1/FR1=682N/1038N =0.63
　　FA2/FR2=682N/1038N =0.63
　　根据课本P265表（14-14）得e=0.68
　　FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1
　　y1=0 y2=0
　　(4)计算当量载荷P1、P2
　　根据课本P264表（14-12）取f P=1.5
　　根据课本P264（14-7）式得
　　P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1083+0)=1624N
　　P2=fp(x2FR1+y2FA2)= 1.5×(1×1083+0)=1624N
　　(5)轴承寿命计算
　　∵P1=P2 故取P=1624N
　　∵深沟球轴承ε=3
　　根据手册得6209型的Cr=31500N
　　由课本P264（14-5）式得
　　LH=106(ftCr/P)ε/60n
　　=106(1×31500/1624)3/60X121.67=998953h>48000h
　　∴预期寿命足够

　　二.主动轴上的轴承:
　　(1)由初选的轴承的型号为:6206
　　查[1]表14-19可知:d=30mm,外径D=62mm,宽度B=16mm,
　　基本额定动载荷C=19.5KN,基本静载荷CO=111.5KN,
　　查[2]表10.1可知极限转速13000r/min
　　根据根据条件，轴承预计寿命
　　L'h=10×300×16=48000h
　　（1）已知nI=473.33(r/min)
　　两轴承径向反力：FR1=FR2=1129N
　　根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力
　　FS=0.63FR 则FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1129=711.8N
　　(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
　　故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端
　　FA1=FS1=711.8N FA2=FS2=711.8N
　　(3)求系数x、y
　　FA1/FR1=711.8N/711.8N =0.63
　　FA2/FR2=711.8N/711.8N =0.63
　　根据课本P265表（14-14）得e=0.68
　　FA1/FR1<e x1=1 FA2/FR2<e x2=1
　　y1=0 y2=0
　　(4)计算当量载荷P1、P2
　　根据课本P264表（14-12）取f P=1.5
　　根据课本P264（14-7）式得
　　P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×1129+0)=1693.5N
　　P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×1129+0)= 1693.5N
　　(5)轴承寿命计算
　　∵P1=P2 故取P=1693.5N
　　∵深沟球轴承ε=3
　　根据手册得6206型的Cr=19500N
　　由课本P264（14-5）式得
　　LH=106(ftCr/P)ε/60n
　　=106(1×19500/1693.5)3/60X473.33=53713h>48000h
　　∴预期寿命足够

　　七、键联接的选择及校核计算
　　1．根据轴径的尺寸，由[1]中表12-6
　　高速轴(主动轴)与V带轮联接的键为：键8×36 GB1096-79
　　大齿轮与轴连接的键为：键 14×45 GB1096-79
　　轴与联轴器的键为：键10×40 GB1096-79
　　2．键的强度校核
　　大齿轮与轴上的键 ：键14×45 GB1096-79
　　b×h=14×9,L=45,则Ls=L-b=31mm
　　圆周力：Fr=2TII/d=2×198580/50=7943.2N
　　挤压强度： =56.93<125~150MPa=[σp]
　　因此挤压强度足够
　　剪切强度： =36.60<120MPa=[ ]
　　因此剪切强度足够
　　键8×36 GB1096-79和键10×40 GB1096-79根据上面的步骤校核，并且符合要求。

　　八、减速器箱体、箱盖及附件的设计计算~
　　1、减速器附件的选择
　　通气器
　　由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×1.5
　　油面指示器
　　选用游标尺M12
　　起吊装置
　　采用箱盖吊耳、箱座吊耳.

　　放油螺塞
　　选用外六角油塞及垫片M18×1.5
　　根据《机械设计基础课程设计》表5.3选择适当型号：
　　起盖螺钉型号：GB/T5780 M18×30,材料Q235
　　高速轴轴承盖上的螺钉：GB5783～86 M8X12,材料Q235
　　低速轴轴承盖上的螺钉：GB5783～86 M8×20,材料Q235
　　螺栓：GB5782～86 M14×100，材料Q235
　　箱体的主要尺寸：
　　：
　　(1)箱座壁厚z=0.025a+1=0.025×122.5+1= 4.0625 取z=8
　　(2)箱盖壁厚z1=0.02a+1=0.02×122.5+1= 3.45
　　取z1=8
　　(3)箱盖凸缘厚度b1=1.5z1=1.5×8=12
　　(4)箱座凸缘厚度b=1.5z=1.5×8=12
　　(5)箱座底凸缘厚度b2=2.5z=2.5×8=20

　　(6)地脚螺钉直径df =0.036a+12=
　　0.036×122.5+12=16.41(取18)
　　(7)地脚螺钉数目n=4 (因为a<250)
　　(8)轴承旁连接螺栓直径d1= 0.75df =0.75×18= 13.5 (取14)
　　(9)盖与座连接螺栓直径 d2=(0.5-0.6)df =0.55× 18=9.9 (取10)
　　(10)连接螺栓d2的间距L=150-200
　　(11)轴承端盖螺钉直d3=(0.4-0.5)df=0.4×18=7.2(取8)
　　(12)检查孔盖螺钉d4=(0.3-0.4)df=0.3×18=5.4 (取6)
　　(13)定位销直径d=(0.7-0.8)d2=0.8×10=8
　　(14)df.d1.d2至外箱壁距离C1
　　(15) Df.d2

　　(16)凸台高度：根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。
　　(17)外箱壁至轴承座端面的距离C1＋C2＋（5～10）
　　(18)齿轮顶圆与内箱壁间的距离：＞9.6 mm
　　(19)齿轮端面与内箱壁间的距离：=12 mm
　　(20)箱盖，箱座肋厚：m1=8 mm,m2=8 mm
　　(21)轴承端盖外径∶D＋（5～5．5）d3

　　D～轴承外径
　　(22)轴承旁连接螺栓距离：尽可能靠近，以Md1和Md3 互不干涉为准，一般取S＝D2.

　　九、润滑与密封
　　1.齿轮的润滑
　　采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度ν<12m/s，当m<20 时，浸油深度h约为1个齿高，但不小于10mm，所以浸油高度约为36mm。
　　2.滚动轴承的润滑
　　由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。
　　3.润滑油的选择
　　齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用GB443-89全损耗系统用油L-AN15润滑油。
　　4.密封方法的选取
　　选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为GB894.1-86-25轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。

　　十、设计小结
　　课程设计体会
　　课程设计都需要刻苦耐劳，努力钻研的精神。对于每一个事物都会有第一次的吧，而没一个第一次似乎都必须经历由感觉困难重重，挫折不断到一步一步克服，可能需要连续几个小时、十几个小时不停的工作进行攻关；最后出成果的瞬间是喜悦、是轻松、是舒了口气！
　　课程设计过程中出现的问题几乎都是过去所学的知识不牢固，许多计算方法、公式都忘光了，要不断的翻资料、看书，和同学们相互探讨。虽然过程很辛苦，有时还会有放弃的念头，但始终坚持下来，完成了设计，而且学到了，应该是补回了许多以前没学好的知识，同时巩固了这些知识，提高了运用所学知识的能力。

　　十一、参考资料目录
　　[1]《机械设计基础课程设计》，高等教育出版社，陈立德主编，2004年7月第2版；
　　[2] 《机械设计基础》，机械工业出版社 胡家秀主编 2007年7月第1版