180吨运梁车减速器设计项目说明指导书.doc

目录一 设计任务 1二 设计方案分析 2三 原动件选取 4四 机构运动分析与动力参数选取与计算 5五 齿轮设计及校核 8六 轴设计及校核 16七 轴承选取及校核 24八 花键设计及校核 29九 减速器机体构造设计 32十 润滑与密封 33十一 小结 34十二 参照文献 35180t运梁车减速器设计一、 设计任务运梁车载重量180T，车辆自身质量（含拖梁小车）约15T，共计195T，空载时行驶速度为3-4km/h,满载时行驶最低速度0.8-0.9km/h，装载最大爬坡能力6%，依照轴线布置需要考虑运梁车通过路基和桥涵构造容许承载能力、与架桥机相适应车身型式、以及运梁车其他用途等各种因素，设计载荷分派为前桥25%，中桥38.5%,后桥36.5% 。运梁车在施工作业中，运营速度低、运送距离短，车辆在桥面行驶时规定行驶路线精准，不容许发生较大偏差而对桥梁导致损坏，整车运营过程平稳。该车设计使用寿命为十年，检修间隔期为四年一次大修，二年一次中修，一年一次小修。平均每天实际工作只有四个小时左右。工作环境：室外常温，灰尘较大。运梁车动力和传动系统是整车核心设计某些，规定该车传动路线图如下所示： 变速器采用是原则件，且当它为最低档为时传动比i变=6.4； 减速器要自行设计，是该课题重要任务，采用展开式二级以上闭式齿轮传动，容许速度误差为5%，保持中心距a=300mm.，可以挂倒档，以保证运梁车倒车时能保持迈进时相似速度，提高工作效率； 减速器采用单级开式斜齿轮传动，传动比i=2.03， 驱动桥采用东风140，总传动比i驱=38/6=6.33；轮胎处采用一对单级开式直齿轮传动，传动比i胎=86/14=6.14。传动过程容许速度误差为5%；二、 设计方案分析 传动方案1： 减速器（如下简称减速器）采用展开式二级闭式齿轮传动，构造简朴，在满足中心距条件下，由于齿轮和轴减少，传动效率较高，但齿轮直径大，加工精度不高，并且噪声较大，大齿轮在经济方面不抱负，加工起来又比较困难，减速箱体积比较大，不利于安装。它构造简图如图1-1所示： 图1-1传动方案2：减速器采用展开式三级闭式齿轮传动，特点：构造简朴、效率高、容易制造、使用寿命较长、维护以便，装拆容易，工作可靠，。当打倒档时，高速级滑移齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩下产生扭转变形与轴在弯矩下产生弯弯曲变形可某些地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀现象在满足中心距条件下，传动齿轮直径可以取小，这样可以使传动传动比较精准可靠，寿命长，构造紧凑，并且滑移齿轮操作以便不费力。其构造简图如图1-2所示。比较起来，方案2三级闭式齿轮传动比较适合运梁车减速传动，该机具备较强市场竞争力。三、原动件选取发动机计算：1、 整车滚动阻力F1（平实路面地）2、 整车上坡阻力F2 3、 总阻力F3 图1-2可跨档减速器1 滑移齿轮；2轴承1；3齿轮2；4齿轮3；5轴承3；6齿轮4；7轴承5；8轴承7；9轴承8；10输出齿轮6；11齿轮5；12轴承6；13轴承4；14轴承24、 总阻力矩T阻(轮胎半径R=530mm) 5、 半轴切应力6、 轮功率P转7、 发动机功率P（总传动效率为=0.66） 8、 附着力 F附 不打滑条件：该车在工作状况下不会打滑。发动机选取柴油机，XY4108Q，功率P=75kW，n=2800r/min。四、机构运动分析与动力参数选取与计算（一）运梁车总传动比和各传动比分派方案选取(1) 总传动比计算发动机转速 ，车轮转速，（依照运梁车满载时每小时只走800-900m，而轮胎直径为1.06m）总传动比(2)传动比分派变速器采用是原则件，且当它为最低档为时传动比i变=6.4；减速器传动比i=2.03，容许速度误差为5%； 驱动桥采用东风140，总传动比i驱=38/6=6.33； 轮胎处传动比i胎=86/14=6.14； 则减速器传动比（二）传动装置运动和动力参数计算(1)各轴转速 将传动装置各轴由高速到低速依次定为轴、轴、轴;轴，分别表达为。 减速器分为跨倒档与不跨档（见图1-2）跨倒档时，通过输入轴滑动齿轮与转向轴右齿轮啮和，在通过转向轴齿轮3与传动轴齿轮4啮和，在通过传动轴齿轮5与输出轴齿轮6啮和，从而传动动力。 由发动机到输出，通过变速器最底档(i=6.4),推出n1=2800/6.4=437.5r/min， 传到输入轴n=437.5r/min，,传动轴 n=437.5r/min ，,传动轴 n=437.5r/min ，输出轴 不跨倒档时，通过输入轴滑动齿轮与转向轴右齿轮啮和，在通过传动轴右齿轮在和输出轴齿轮啮和，从而传递动力。(2)各轴效率和功率 依照条件已知：变速箱机械传动效率 花键联轴器传动效率 每对圆柱齿轮传动效率（较好跑和7级精度齿轮传动） 每对滚动轴承传动效率 万向节传动效率a）各轴传动效率 第一级传动效率第二级传动效率第三级传动效率第四级传动效率b) 各轴功率减速器输入轴输入功率： 转向轴功率： 转向轴功率：输出轴功率 （3）各轴转矩 输入轴转向轴转向轴输出轴运动和动力参数成果如下表轴名输出功率P（kW）转速n(r/min)转矩T（N.mm）效率输入轴437.50.9456转向轴55.8437.50.9702转向轴54.1437.50.9702输出轴52.5324.60.9702五、齿轮设计及校核（一）、 选取材料，热解决，齿轮精度级别和齿数 由机械设计手册，考虑到工厂加工条件和减速器要承受很大转矩，选取大小齿轮材料都为20CrMnTi,渗碳解决，硬度为5560HRC，抗拉强度，屈服强度；精度7级。 取滑移齿轮，且由于要满足中心距达到300mm，取齿轮2、齿轮3、齿轮4、齿轮5齿数都为23，即，输出齿轮 取模数m=6, 实际传动比, 传动比误差，满足传动规定。 实际输入轴转速实际输出轴转速 （二）、校核齿轮强度1 滑移齿轮和齿轮2设计计算a)、设计参数 传递功率 P=57.5kW 传递转矩T1= N.mm 齿轮1转速 n1=437.5r/min 齿轮2转速 n2=437.5r/min 该啮合传动比 i=1.00原动机载荷特性:均匀平稳;工作机载荷特性:均匀平稳预定寿命取6000时（寿命4年，每年工作360天，每天工作用4小时）b)、齿面接触疲劳强度设计计算公式按 闭式齿轮构造，硬齿面齿轮，滑移齿轮5采用非对称布置（轴钢性较大），齿轮6也采用非对称布置（轴钢性较大）取齿宽系，齿面啮合类型 ：硬齿面，热解决质量级别 ML齿轮1、2材料及热解决 20CrMnTi渗碳齿轮1、2硬度取值范畴 HRC=5560齿轮1、2硬度 HRC=59 齿轮1、2接触强度极限应力 Hlim=1500MPa 齿轮1、2抗弯疲劳基本值FE=580MPa由机械设计表6-7，查得使用系数，试取动载荷系数，按齿轮在两轴承中间非对称布置，取齿向载荷分布系数，按齿面硬化，直齿轮，7级精度，取齿间载荷分布系数。 载荷系数节点区域系数材料弹性系数接触强度重叠度系数接触强度螺旋角系数重叠、螺旋角系数 齿面接触许用应力 齿轮1、2应力循环次数接触疲劳寿命系数由机械设计表6-11得（不容许有一定量点蚀） 查表得润滑油膜影响系数工作硬化系数 最小安全系数接触强度尺寸系数 Zx=1.0 齿面接触许用应力： 齿宽，圆整取齿宽b=30,模数,取m=6,由此可知大小齿轮直径d=138mm。 按计算成果校核前面假设与否对的： 齿轮节圆速度 由此可得 动载系数 Kv=1.033。 圆周力 由此可知，原假设合理： 齿间分布载荷系数 重新设计后数据如下：载荷系数齿向载荷分布系数 KH=0.137综合变形对载荷分布影响 Ks=0.0安装精度对载荷分布影响 Km=0.137节点区域系数 Zh=2.5材料弹性系数 ZE=189.800接触强度重叠度系数 Z=0.89接触强度螺旋角系数 Z=1.0重叠、螺旋角系数 Z=0.89接触疲劳寿命系数 Zn=1.3润滑油膜影响系数 Zlvr=0.97模数(法面模数) Mn=6.0端面模数 Mt=6.0螺旋角 =0度基圆柱螺旋角 b=0度齿轮1、2变位系数 X=0齿轮1、2齿宽 B=30mm齿轮1、2齿宽系数 d=30/138=0.217齿顶高系数 ha*=1.顶隙系数 c*=0.25压力角 *=20度端面齿顶高系数 ha*t=1.端面顶隙系数 c*t=0.25端面压力角 *t=20度 原则中心距 a=138mm实际中心距 a=138mm齿数比 U=1.0端面重叠度 =1.59纵向重叠度 =0.00总重叠度 =1.591校核：由式： 成果：齿轮接触疲劳强度安全。c)、齿根弯曲疲劳强度校核 计算公式 由查表可知，齿轮1复合齿形系数 Yfs1=2.72齿轮1应力修正系数 Ysa1=1.57齿轮2复合齿形系数 Yfs2=2.72齿轮2应力修正系数 Ysa2=1.57抗弯强度重叠度系数 Y=0.72抗弯强度螺旋角系数 Y=1.000抗弯强度重叠、螺旋角系数 Y=0.721按式计算弯曲疲劳许用应力 查取齿轮材料弯曲疲劳极限应力 寿命系数 查表可知尺寸系数 Yx=0.99 实验齿轮应力修正系数YST=2.0弯曲疲劳强度安全系数普通取SF=1.25弯曲疲劳许用应力 校核：弯曲疲劳强度成果： 齿根弯曲疲劳强度校核满足规定两个齿轮齿面粗糙度 Z1R=Rz6m(Ra1m) 齿根表面粗糙度 ZFR=Rz16m (Ra2.6m)2、 齿轮5和输出齿轮6设计计算a)、设计参数传递功率 P=54.1kW 传递转矩T3= N.mm 齿轮5转速 n1=437.5r/min齿轮6转速 n2=324.6r/min 该啮合传动比 i=1.348原动机载荷特性:均匀平稳;工作机载荷特性:均匀平稳 预定寿命 取6000时b)、齿面接触疲劳强度设计计算公式按 闭式齿轮构造，硬齿面齿轮，滑移齿轮1采用非对称布置（轴钢性较大），齿轮2也采用非对称布置（轴钢性较大）取齿宽系，齿面啮合类型 ：硬齿面，热解决质量级别 Q=ML齿轮1、2材料及热解决 20CrMnTi齿轮1、2硬度取值范畴 HRC=5560 齿轮1、2接触强度极限应力 Hlim=1500MPa 齿轮5、6抗弯疲劳基本值FE=580MPa由机械设计表6-7，查得使用系数，试取动载荷系数，按齿轮在两轴承中间非对称布置，取齿向载荷分布系数，按齿面硬化，直齿轮，7级精度，取齿间载荷分布系数。 载荷系数节点区域系数材料弹性系数接触强度重叠度系数接触强度螺旋角系数重叠、螺旋角系数 齿面接触许用应力 齿轮5、6应力循环次数 接触疲劳寿命系数由机械设计表6-11得（不容许有一定量点蚀） 查表得润滑油膜影响系数工作硬化系数 最小安全系数接触强度尺寸系数 Zx=1.0 齿面接触许用应力：计算公式 齿宽，圆整取齿宽b=30,模数,取m=6,由此可知大小齿轮直径d=138mm。 按计算成果校核前面假设与否对的： 齿轮节圆速度 由此可得 动载系数 Kv=1.033。 圆周力 由此可知，原假设合理： 齿间分布载荷系数 重新设计后数据如下：载荷系数校核：公式如下： 成果： 齿轮接触疲劳强度安全。c)、齿根弯曲疲劳强度校核 计算公式 查表可知：齿轮5复合齿形系数 Yfa5=2.72齿轮5应力修正系数 Ysa5=1.57齿轮6复合齿形系数 Yfa6=3.58齿轮6应力修正系数 Ysa6=1.63抗弯强度重叠度系数 Y=0.72抗弯强度螺旋角系数 Y=1.000抗弯强度重叠、螺旋角系数 Y=0.721按式计算弯曲疲劳许用应力 查取齿轮材料弯曲疲劳极限应力 寿命系数查表可知尺寸系数 Yx=0.99 实验齿轮应力修正系数YST=2.0弯曲疲劳强度安全系数普通取SF=1.25弯曲疲劳许用应力 比较： 应按大齿轮校核齿轮弯曲疲劳强度。校 核: 结 果：齿根弯曲疲劳强度校核满足规定3、 齿轮3、4校核计算 由于齿轮3和齿轮4转速与齿轮相相似，且它们材料和外形尺寸同样，但它输入功率和输入转矩却比齿轮2要小，而齿轮2已经满足齿面接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，因此同理可以推出齿轮3和齿轮4满足设计规定。 成果： 强度校核满足规定。4、 齿轮重要几何参数表滑移齿轮1小齿轮2、3、4、5 6 61 0.250.25 23 311381861501981231713030六、 轴设计及校核（一）、轴材料选取由于该减速器中各轴所承受载荷都很大，传递转矩较大，且又是在高速状况下工作，运营平稳，无很大冲击，但安装齿轮位置不对称，对材料刚度有一定规定，考虑到加工难易限度和工厂既有材料，选取40Cr.调质解决，加工精度为7级。材料牌号： 40Cr热解决： 调质毛坯直径/mm： 80硬度（HB）： 241286抗拉强度b： 750MPa屈服点s： 550 MPa弯曲疲劳极限-1： 350 MPa扭转疲劳极限-1： 200 MPa许用静应力+1： 300 MPa许用疲劳应力-1： 194233 Mpa（二）、输入轴设计计算 1、输入轴基本技术参数 轴转向方式：双向旋转 轴工作状况：无腐蚀条件 轴转速：n=437.5r/min 功率：P=57.5kW转矩：T=1255000Nmm齿轮直径d=138mm 2、轴上滑移齿轮和轴力分析 圆周力 径向力 轴向力 （由于是直齿轮，在该方向上齿轮没有受力）初算最小直径 图1-3取轴承处（即A，B点）直径d=50mm取滑移某些（如危险截面C、D）花键分度圆直径d=57.5mm轴构造简图如图1-3所示：A、B 点在水平面支承反力 危险截面C、D在水平面弯矩 A、B点在垂直面支承反力 危险截面C、D在垂直面弯矩 危险截面C、D合成弯矩 画轴转矩图 画当量弯矩图 校 核：C点当量弯矩 D点当量弯矩 取 结 果：轴强度满足规定。（三） 转向轴设计计算1 轴转向方式：双向旋转 轴工作状况：无腐蚀条件 轴转速：n=437.5r/min 功率：P=55.8kW转矩：T=1218000Nmm齿轮直径d=138mm 2、轴力分析 圆周力 径向力 轴向力 （由于是直齿轮，在该方向上齿轮没有受力）法向力 取轴承处（即A，B点）直径d=45mm取导程某些（如危险截面C、D）花键分度圆直径d=57.5mmA、B 点在水平面支承反力 危险截面C、D在水平面弯矩 A、B点在垂直面支承反力 危险截面C、D在垂直面弯矩 危险截面C、D合成弯矩 画轴转矩图 画当量弯矩图 校 核： C点当量弯矩 显然此轴C点当量弯矩不大于传动轴C点当量弯矩 ,故不用作校核 D点当量弯矩 由于D点不受转矩 当量弯矩等与合成弯矩 即 取 结 果：轴强度满足规定。（四） 转向轴设计计算1 轴转向方式：双向旋转 轴工作状况：无腐蚀条件 轴转速：n=437.5r/min 功率：P=54.1kW转矩：T=1181000Nmm齿轮直径d=138mm 2、轴力分析 圆周力 径向力 轴向力 （由于是直齿轮，在该方向上齿轮没有受力）法向力 取轴承处（即A，B点）直径d=45mm取滑移某些（如危险截面C、D）花键分度圆直径d=57.5mmA、B 点在水平面支承反力 危险截面C、D在水平面弯矩 A、B点在垂直面支承反力 危险截面C、D在垂直面弯矩 危险截面C、D合成弯矩 画轴转矩图 画当量弯矩图 校 核：C点当量弯矩 显然此轴C点当量弯矩不大于传动轴C点当量弯矩 ,故不用作校核 D点当量弯矩 由于D点不受转矩 当量弯矩等与合成弯矩 即 取 结 果：轴强度满足规定。（五） 输出轴设计计算 轴转向方式：双向旋转 轴工作状况：无腐蚀条件 轴转速：n=324.5r/min 功率：P=52.5kW转矩：T=1545000Nmm齿轮直径d=186mm 2、轴力分析 圆周力 径向力 轴向力 （由于是直齿轮，在该方向上齿轮没有受力）法向力 取轴承处（即A，B点）直径d=55mm取滑移某些（如危险截面C、D）花键分度圆直径d=60mm轴构造简图如图1-4所示：A、B 点支承反力 危险截面C、D弯矩 画轴转矩图 画当量弯矩图 校 核：C点当量弯矩 D点当量弯矩 取 结 果：轴强度满足规定。 图1-4七、轴承选取及校核（一） 输入轴承1设计计算1、设计基本参数径向力轴向力 Fa=0 N轴颈直径 d1=50 mm转速 n=437.5r/min规定寿命 Lh=3000 h（以两年一次中修，每年工作360天，每天工作4小时）润滑方式 油润滑2、被选轴承信息由于没有轴向力，且是高速运转，在满足强度前提下普通都考虑用深沟球轴承，此种轴承噪声低，使用寿命较长，精度高，价格低廉,互换性好。试选轴承型号6310轴承内径 d=50 mm轴承外径 D=110 mm轴承宽度 B=27 mm基本额定动载荷 C=61800 N基本额定静载荷 Co=38000 N极限转速(油) nlimy=7000 r/min3、当量动载荷接触角 a=0 (度)负荷系数 fp=1.2判断系数 e=0.16径向载荷系数 X=1轴向载荷系数 Y=0当量动载荷 轴承所需基本额定动载荷 C=61141.632 N校核：由式计算轴承寿命成果：选用深沟球轴承6310满足规定（二） 输入轴承2设计计算 1、设计基本参数径向力轴向力 Fa=0 N轴颈直径 d1=50 mm转速 n=437.5r/min规定寿命 Lh=3000 h（以两年一次中修，每年工作360天，每天工作4小时）润滑方式 油润滑2、理由和选轴承1同样。试选轴承：深沟球轴承轴承型号 6310和 轴承型号 6210轴承内径 d1=50 mm 轴承内径 d2=50 mm轴承外径 D1=110mm 轴承外径 D2=90 mm轴承宽度 B1=27mm 轴承宽度 B2=20 mm基本额定动载荷 C1=61800 N 基本额定动载荷 C2=35000N基本额定静载荷 Co1=38000 N 基本额定静载荷 Co2=23200 N极限转速(油) nlimy=7000 r/min 极限转速(油) nlimy=8500 r/min3、当量动载荷接触角 a=0度 接触角 a=0 (度)负荷系数 fp=1.2 负荷系数 fp=1.2判断系数 e=0.271 判断系数 e=0.304径向载荷系数 X1=0.56 径向载荷系数 X2=0.56轴向载荷系数 Y1=1.624 轴向载荷系数 Y2=1.435当量动载荷 轴承所需基本额定动载荷 C1=45199.236 N C2=42574.471 N校核：轴承 6310寿命 轴承 6210寿命 成果：轴承2选用轴承6310满足规定。（三） 转向轴轴承3，4，5，6设计计算 由于转向轴和输入轴同样都没有轴向力，轴承3所受载荷最大，轴承3选用是6209故轴承，计算过程略， 4、5、6只需要采用深沟球轴承6209不用作校核就可以满足规定。 成果：轴承3，4，5，6选用轴承型号6209。（四） 输出轴轴承7设计计算 1、设计基本参数径向力轴向力 Fa=0 N轴颈直径 d1=55 mm转速 n=324.6r/min规定寿命 Lh=3000 h 润滑方式 油润滑2、被选轴承信息由于其所受径向力很小，但又要保持其轴颈直径，因此试选深沟球轴承6211轴承内径 d=55 mm轴承外径 D=100 mm轴承宽度 B=21 mm基本额定动载荷 C=43200 N基本额定静载荷 Co=29200 N极限转速(油) nlimy=7500 r/min3、当量动载荷接触角 a=0 (度)负荷系数 fp=1.2判断系数 e=0.16径向载荷系数 X=1轴向载荷系数 Y=0当量动载荷 轴承所需基本额定动载荷 C=13489.735 (N)校核：轴承寿命 轴承寿命 由此可知该轴承远远满足规定，每次大修时也可以不必更换这个轴承。成果：轴承7选用6211。（五） 输出轴轴承8设计计算 1、设计基本参数径向力 轴向力 Fa=0 N 轴颈直径 d1=55 mm 转速 n=324.6 r/min 规定寿命 Lh=3000 h 润滑方式 油润滑2、被选轴承信息试选轴承型号 6311轴承内径 d=55mm轴承外径 D=120mm轴承宽度 B=29mm基本额定动载荷 C=71500 N基本额定静载荷 Co=44800 N极限转速(油) nlimy=6700 r/min3、当量动载荷接触角 a=0度负荷系数 fp=1.2判断系数 e=0.16径向载荷系数 X=1轴向载荷系数 Y=0当量动载荷轴承所需基本额定动载荷 C=68785.076 (N)校核：轴承寿命 成果：轴承选用6311（六） 各轴承参数如下表所示名称轴承1轴承2轴承3轴承4轴承5轴承6轴承7轴承8轴承代号63106310620962096209620962116311轴颈直径5050454545455555轴承外径11011085858585100120轴承宽度2727191919192129八 花键设计及校核（一）输入轴花键设计参数及校核传递转矩 T = 1255000 Nmm模数 m = 2.5 mm花键压力角 = 30齿数 z = 23分度圆直径 D= 57.5 mm键齿工作高度 h = 2.50 mm键长度 L = 52 mm不均匀系数 = 0.75使用和制造状况 中档齿面热解决 齿面经热解决移动状况 载荷作用下移动许用应力 p = 45.0 MPa校核： 成果： p p 轴左段矩形花键连接（静连接）校核计算：传递转矩 T = 1255000 Nmm花键参数 NdDB = 842488 mm倒角c = 0.4 mm键齿工作高度不均匀系数 = 0.75键长度L = 60 mm使用和制造状况中档，齿面经热解决，键系列采用中系列许用挤压应力范畴pp = 100140 MPa取许用应力p = 120.0 MPa校 核：计算应力成果： pp 满足（二）传动轴花键设计参数及校核传递转矩 T = 1218000 Nmm模数 m = 2.5 mm花键压力角 = 30齿数 z = 22分度圆直径 D = 57.5 mm花键轴大径直径 Dmax = 60.0 mm键齿工作高度 h = 2.50 mm键长度 L = 32 mm不均匀系数 = 0.75使用和制造状况 中档齿面热解决 齿面经热解决许用应力 p = 120.0 MPa校核： 成果： p p 满足规定（三）传动轴花键设计参数及校核传递转矩 T = 1181000 Nmm模数 m = 2.5 mm花键压力角 = 30齿数 z = 22分度圆直径 D = 57.5 mm花键轴大径直径 Dmax = 60.0 mm键齿工作高度 h = 2.50 mm键长度 L = 32 mm不均匀系数 = 0.75使用和制造状况 中档齿面热解决 齿面经热解决许用应力 p = 120.0 MPa校核： 成果： p p 满足规定（四）输出轴花键设计参数及校核 轴右段花键传递转矩 T = 1545000 Nmm模数 m = 2.5 mm花键压力角 = 30齿数 z = 23分度圆直径 D = 57.5 mm花键轴大径直径 Dmax = 60.0 mm键齿工作高度 h = 2.50 mm键长度 L = 32 mm不均匀系数 = 0.75使用和制造状况 中档齿面热解决 齿面经热解决许用应力 p =120.0 MPa校核： 成果： p p 满足规定 轴左段矩形花键连接（静连接）校核计算： 传递转矩 T = 1545000 Nmm键系列采用轻系列