1、本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 履帶車輛主動輪減速裝置設(shè)計(jì) 系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 B07-11 班 學(xué)生姓名： 宋 磊 指導(dǎo)教師： 朱榮福 職 稱： 講 師 黑黑 龍龍 江江 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院 二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree Design of Hybrid Tracked Vehicle Active Wheel Reducer Candidate：Song lei Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-11 Supervisor：Lecturer Zhu R

2、ongfu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06Harbin 摘 要 在履帶車輛中，減速傳動裝置是重要的組成部分之一，本文主要以主動輪減速器 設(shè)計(jì)為主，在履帶車輛中主動輪減速器起著重要的作用。主要的作用：降低電動機(jī)傳 動主動的轉(zhuǎn)速，并增大傳遞到主動輪的轉(zhuǎn)矩，是履帶車輛有足夠的動力性，滿足履帶 車輛起步、加速、通過性。 本設(shè)計(jì)為履帶車輛主動輪減速器設(shè)計(jì)，主要介紹齒輪是減速器的選擇以及傳動方 案的選擇。為適應(yīng)履帶車的行駛條件需要，通過履帶車輛的車重和最大行駛速度，計(jì) 算出履帶車輛行駛中所需的最大功率最大扭矩。根據(jù)最大功率計(jì)算總傳動比，是總傳 動比

3、能達(dá)到減速比的要求，并進(jìn)行傳動比的分配和確定各輪齒齒數(shù)和尺寸，以及確定 選擇使用單級傳動和二級傳動。根據(jù)計(jì)算要求確定輸入輸出軸軸頸計(jì)算和軸段長度的 計(jì)算以及軸的校核。最后進(jìn)行密封件的選擇和軸的工藝分析。選擇合適的密封件并滿 足設(shè)計(jì)要求，另外軸在加工時要有一定的技術(shù)要求，加工后的軸應(yīng)滿足技術(shù)和設(shè)計(jì)要 求。 關(guān)鍵詞：減速傳動裝置；傳動比；傳動比；校核；密封件 ABSTRACT Caterpillar vehicles, the slowdown in the transmission device is an important part of this paper mainly active w

4、heel reducer design is given priority to, in active wheel reducer of caterpillar vehicle plays an important role. Main function: reduce the speed of the motor drive, and increase initiative to deliver the torque, active wheel is tracked vehicles have enough power to meet tracked vehicles start, acce

5、lerate, through sex. This design for tracked vehicles driving gear reducer design, mainly introduces the option and is reducer gear transmission options. Through the caterpillar vehicle weight of the car and maximum speeds of caterpillar vehicle, calculate the maximum power required. According to th

6、e maximum power calculating total ratio, and the distribution of transmission ratio, and confirm the pinion gear and dimension. And input/output shaft shaft neck calculation and shaft length calculation, and the axis of dynamicrigidity. On the classification of the shaft seal process analysis. Choos

7、e appropriate sealing parts and meet the design requirements, another shaft in process must have certain technical requirements, the processed axis should meet the technical and design requirements. This design closely combining the most mature modern tracked vehicles of technology. Keywords:Slow Tr

8、ansmission Device; Ratio;Distribution Ratio ; Check; Seals 目 錄 摘 要.I Abstract.II 第一章 緒 論.1 1.1 選題的目的及意義 .1 1.2 齒輪式減速器發(fā)展現(xiàn)狀 .1 1.3 齒輪減速器的發(fā)展趨勢 .2 1.4 主要工作內(nèi)容 .3 第二章 減速器傳動方案的確定.4 2.1 總體方案的確定 .4 2.1.1 減速器的類型及特點(diǎn).4 2.1.2 傳動方案分析.5 2.1.3 行星齒輪變速器的工作原理.9 2.1.4 常用行星齒輪傳動的形式與特點(diǎn).11 2.2 傳動比的確定 .12 2.2.1 確定發(fā)動機(jī)最大功率.12

9、 2.2.2 確定傳動比.13 2.3 本章小結(jié) .17 第三章 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算.18 3.1 行星排的配齒計(jì)算及強(qiáng)度校核 .18 3.1.1 分配傳動比 .18 3.1.2 行星齒輪傳動齒數(shù)確定的條件 .20 3.2 減速器高速級的計(jì)算 .23 3.2.1 行星排的配齒計(jì)算.23 3.2.2 驗(yàn)算高速級 AC 傳動的接觸強(qiáng)度 .28 3.2.3 驗(yàn)算 AC 傳動彎曲疲勞強(qiáng)度的校核 .34 3.2.4 根據(jù)接觸強(qiáng)度計(jì)算來確定內(nèi)齒輪材料 .37 3.2.5 CB 傳動的彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算.38 3.3 減速器低速級的計(jì)算 .38 3.3.1 配齒計(jì)算 .38 3.3.2 按接觸強(qiáng)度初算 AC 傳動

10、的中心距和模數(shù) .38 3.3.3 行星排齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 .39 3.3.4 驗(yàn)算 AC、CB 傳動的接觸強(qiáng)度及彎曲疲勞強(qiáng)度 .41 3.4 本章小結(jié) .41 第四章 軸及軸上支承聯(lián)接件的校核.42 4.1 軸的種類 .42 4.2 軸的工藝要求 .42 4.3 軸的初算及材料選擇 .42 4.4 高速軸的校核 .43 4.4.1 高速軸的受力分析 .43 4.4.2 按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 .44 4.5 低速軸的校核 .45 4.5.1 低速軸的受力分析 .45 4.5.2 按當(dāng)量彎矩校核軸的強(qiáng)度 .46 4.5.3 花鍵的選擇及校核計(jì)算.47 4.5.4 輸入軸上的花鍵校核 .48

11、4.5.5 聯(lián)結(jié)高速級與低速級間的花鍵校核.48 4.5.6 輸出軸的花鍵校核.49 4.6 減速器中軸承的選擇及壽命校核 .49 4.6.1 軸承承載能力的計(jì)算 .49 4.6.2 軸承的壽命計(jì)算 .51 4.7 本章小結(jié) .52 第五章 減速器密封及軸工藝分析.53 5.1 概述 .53 5.2 密封形式的選擇 .53 5.2.1 密封形式的分類 .53 5.2.2 密封形式的選擇 .54 5.3 軸的工藝分析 .55 5.4 本章小結(jié) .56 結(jié) 論.57 參考文獻(xiàn).58 致 謝.59 附 錄 A.60 附 錄 B.65 第一章 緒 論 1.1 選題的目的及意義 行星齒輪的傳動應(yīng)用已有幾

12、十年的歷史。由于行星齒輪傳動是把定軸線傳動改為 動軸線傳動，采用功率分流，用數(shù)個行星齒輪分擔(dān)載荷，并且合理應(yīng)用內(nèi)嚙合，以及 采用合理的均載裝置，使行星齒輪傳動有許多重大的優(yōu)點(diǎn)。這些有點(diǎn)主要有質(zhì)量輕、 體積小、傳動范圍大，承載能力不受限制，進(jìn)出軸呈同一軸線；同時效率高。 與普通定軸齒輪傳動相比，行星齒輪傳動最主要的特點(diǎn)就是它至少有一個齒輪的 軸線是動軸線，因而稱為動軸輪系。行星齒輪傳動中，至少有一個齒輪即繞動軸線自 傳，同時又繞定軸線公轉(zhuǎn)，既作行星運(yùn)動，所以通常稱為行星齒輪傳動。 目前履帶車輛所采用的減速器為行星齒輪減速器，與傳統(tǒng)減速器相比具有質(zhì)量小、 體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和

13、傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)，這些已被我國越 來越多的機(jī)械工程技術(shù)人員所了解和重視。本設(shè)計(jì)通過對軍用履帶車采用的行星齒輪 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步計(jì)算出各零件的設(shè)計(jì)尺寸和裝配尺寸，并對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行參 數(shù)化分析，為行星齒輪減速器產(chǎn)品的開發(fā)和性能評價，實(shí)現(xiàn)行星齒輪減速器規(guī)?；?產(chǎn)提供了參考和理論依據(jù)。 行星齒輪傳動的特點(diǎn)：1）把定軸線傳動給為動軸線傳動；2）功率分流，采用數(shù) 個行星齒輪傳遞載荷；3）合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合。 行星齒輪傳動的優(yōu)越性：1）體積小、質(zhì)量輕，只相當(dāng)一般齒輪傳動的體積、質(zhì) 量的 1/21/3；2）承載能力大，傳遞功率范圍及傳動比范圍大；3）運(yùn)行噪聲小， 效率高，壽命長；4）由于尺寸和質(zhì)量減少，

14、就能夠采用優(yōu)質(zhì)材料與實(shí)現(xiàn)硬齒面等化 學(xué)處理，機(jī)床工具規(guī)格小，精度和技術(shù)要求容易達(dá)到；5）采用合理機(jī)構(gòu)，可以簡化 制造工藝，從而使中小型制造廠就能夠制造，并易于推廣和普及；6）采用行星齒輪 機(jī)構(gòu)，用兩個電機(jī)可以達(dá)到變速要求。由此可見，行星齒輪傳動是一種先進(jìn)的齒輪傳 動結(jié)構(gòu)。 1.2 齒輪式減速器發(fā)展現(xiàn)狀 齒輪是廣泛使用的傳動元件。目前世界上利用齒輪最大傳遞功率可達(dá) 6500kW，最大線速度達(dá) 210ms；齒輪最大重量達(dá) 200t，組合式齒輪最大直徑達(dá) 256m，最大模數(shù) m 達(dá) 50mm。我國自行設(shè)計(jì)的高速齒輪增速器和減速器的功率 已達(dá) 44000kW，齒輪圓周速度達(dá) 150ms 以上。 齒輪減

15、速器是一種動力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換，將電動機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù) 減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。在目前用于傳遞動力與運(yùn)動的機(jī) 構(gòu)中，齒輪減速器的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛 ，幾乎在各式機(jī)械的傳動系統(tǒng)中都可以見 到它的蹤跡。齒輪減速器 具有減速及增加轉(zhuǎn)矩 作用，因此廣泛應(yīng)用在速度與扭矩 的轉(zhuǎn)換設(shè)備。 齒輪減速器的作用主要有： (1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不 能超出減速機(jī)額定扭矩。 (2）減速同時降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。 齒輪減速器一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動設(shè)備，把電動機(jī)，內(nèi)燃機(jī)或其它高 速運(yùn)轉(zhuǎn)的動力通過減速機(jī)的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸

16、出軸上的大齒輪來達(dá) 到減速的目的，普通的減速 器也會有幾對相同原理齒輪達(dá)到理想的減速效果，大 小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動比。 齒輪減速器是一種相對精密的機(jī)械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。 它的種類繁多，型號各異，不同種類有不同的用途。齒輪減速器按照傳動類型可 分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器；按照傳動級數(shù)不同可分為單級 和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐 圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。 1.3 齒輪減速器的發(fā)展趨勢 隨著社會的發(fā)展、時間的推移，齒輪技術(shù)進(jìn)展的步伐越來越迅速。近年來， 工業(yè)發(fā)達(dá)國家制造的機(jī)

17、械裝置向著大型、精密、高速、成套和自動化方向發(fā)展， 有的則向小型、輕量化方向發(fā)展，從而推動了齒輪的技術(shù)的進(jìn)步。 概括起來說，當(dāng)今世界各國齒輪技術(shù)發(fā)展的總趨勢向六高、二低、二化的方 向發(fā)展。六高及高承載能力、高齒輪面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳 動效率；二低即低噪聲、低成本、二化即標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化。 1 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，就同時進(jìn)行工藝過程設(shè)計(jì)及安排產(chǎn)品整個生產(chǎn)周期個配套 環(huán)節(jié)。市場的快速反映大大縮短了產(chǎn)品投放市場的時間。零部件企業(yè)正向大型化、 專業(yè)化、國際化發(fā)展。齒輪產(chǎn)品將成為國際采購、國際配套的產(chǎn)品。 適應(yīng)市場要求的新產(chǎn)品開發(fā)，關(guān)鍵工藝技術(shù)的創(chuàng)新競爭，產(chǎn)品質(zhì)量競爭以及 員工技術(shù)素質(zhì)與創(chuàng)新

18、精神，是 2l 世紀(jì)企業(yè)競爭的焦點(diǎn)。在 2l 世紀(jì)成套機(jī)械裝備 中，齒輪仍然是機(jī)械傳動的基本部件。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使得 機(jī)械加工精度、加工效率大為提高，從而推動了機(jī)械傳動產(chǎn)品多樣化，整機(jī)配套 的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，以及造型設(shè)計(jì)藝術(shù)化，使產(chǎn)品更加精致、美觀。 數(shù)控機(jī)床和工藝技術(shù)的發(fā)展，推動了機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展。在傳動系統(tǒng) 設(shè)計(jì)中的電子控制、液壓傳動，齒輪、帶鏈的混合傳動，將成為變速箱設(shè)計(jì)中優(yōu) 化傳動組合的方向。在傳動設(shè)計(jì)中的學(xué)科交叉，將成為新型傳動產(chǎn)品發(fā)展的重要 趨勢。 工業(yè)通用變速箱是指為各行業(yè)成套裝備及生產(chǎn)線配套的大功率和中小功率變 速箱。國內(nèi)的變速箱將繼續(xù)淘汰軟齒面，向硬齒

19、面 (5060HRC)、高精度 (45 級)、高可靠度軟啟動、運(yùn)行監(jiān)控、運(yùn)行狀態(tài)記錄、低噪聲、高的功率與體 積比和高的功率與重量比的方向發(fā)展。中小功率變速箱為適應(yīng)機(jī)電一體化成套裝 備自動控制、自動調(diào)速、多種控制與通訊功能的接口需要，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與外型在 相應(yīng)改變。矢量變頻代替直流伺服驅(qū)動，已成為近年中小功率變速箱產(chǎn)品(如擺 輪針輪傳動、諧波齒輪傳動等 )追求的目標(biāo)。 隨著我國航天、航空、機(jī)械、電子、能源及核工業(yè)等方面的快速發(fā)展和工業(yè) 機(jī)器人等在各工業(yè)部門的應(yīng)用，我國在諧波傳動技術(shù)應(yīng)用方面已取得顯著成績。 同時，隨著國家高新技術(shù)及信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對諧波傳動技術(shù)產(chǎn)品的需求將會更 加突出。中國齒輪行業(yè)

20、在 20 世紀(jì) 90 年代的快速發(fā)展，已基本完成由賣方市場投 到買方市場的轉(zhuǎn)變。隨著我國體質(zhì)的個改革的深入，充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會的作用， 加強(qiáng)行業(yè)自律性的市場約束，形成有序競爭的市場制度，是當(dāng)前是的發(fā)展的迫切 任務(wù)。 減速器和齒輪的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上標(biāo)志著一個國家的工 業(yè)水平，因此開拓和發(fā)展減速器和齒輪技術(shù)在我國有廣闊的前景。 1.4 主要工作內(nèi)容 以履帶車輛主動輪減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要研究對象，對主動輪減速器進(jìn)行了研 究設(shè)計(jì)，確定主動輪行星齒輪減速器選擇，對行星齒輪減速器的基本工作原理進(jìn) 行分析選擇、行星齒輪傳動設(shè)計(jì)與校核。主要內(nèi)容包括： 1.行星齒輪傳動傳動方案分析、行星齒輪工作原

21、理以及配齒、傳動比確定； 2.行星齒輪傳動比分配、各輪齒齒數(shù)和尺寸確定； 3.軸的工藝要求、軸頸計(jì)算以及輸入軸輸出軸設(shè)計(jì)校核； 4.密封件的分類及選擇、軸的工藝分析。 第二章 減速器傳動方案的確定 2.1 總體方案的確定 2.1.1 減速器的類型及特點(diǎn) 減速器的功用是改變發(fā)動機(jī)傳動到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使車輛在原地起步、 爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行使條件下工作，使車輛獲得足夠的牽引力和行駛速度。減 速器的傳動方案有多種多樣，各有各的特點(diǎn)。一般常見行星齒輪減速器的分類及型式 及其應(yīng)用范圍如表 2.1 行星齒輪減速器主要類型與特點(diǎn)所示。 表 2.1 行星齒輪減速器主要類型與特點(diǎn) 序 號基本結(jié) 構(gòu)命

22、名 嚙合 方式 命名 傳動簡圖傳動比 范圍 傳動效 率 傳動功 率范圍 制造工 藝性 應(yīng)用場 合 說明 1 2K-H 型 NGW 型 2.81 2.5 0.97 0.99 不限加工與 裝配工 藝較簡 單。 可用于 任何工 作情況 下，功 率大小 不受限 制。 具有內(nèi) 位嚙合 的 2K-H 型單機(jī) 傳動 （負(fù)號 機(jī)構(gòu)）。 2 2K-H 型NW 型7170.97 0.99 不限因有雙 聯(lián)齒輪， 使加工 與裝配 復(fù)雜。 同型 2K-H。 具有內(nèi) 外嚙合 的 2K-H 型傳動 （正號 機(jī)構(gòu)）。 3 2K-H 型NN 型3010 0 傳動 效率很 小時， 可達(dá) 1700 效率低、 且隨傳 動比 i 增大

23、而 下降， 并有自 鎖可能。 小于或 等于 30KW。 制造精 度要求 較高 適用于 短期間 斷工作 場合， 推薦用 于特輕 型工作 制度。 雙內(nèi)嚙 合 2K-H 型傳動 （正號 機(jī)構(gòu)）。 4 2K-H 型WW 型1.2 至 幾千 效率低、 且隨傳 動比 i 增大而 下降， 并有自 鎖可能。 15KW 制造與 裝配工 藝性不 佳。 推薦只 在特輕 型工作 制度下 用，最 好不用 于動力 傳動。 雙外嚙 合 2K-H 型傳動 （正號 機(jī)構(gòu)）。 5 3K 型 NGWN 型 2010 0 小功 率可達(dá) 500 以 上 效率較 低，且 隨傳動 比增入 而下降， 并有自 鎖可能。 96KW 制造與 裝配

24、工 藝性不 佳。 適用于 短期間 斷工作 場合。 6K-H-V 型 N 型7710.70 .94 96KW 齒形及 輸出機(jī) 構(gòu)要求 較高。 2.1.2 傳動方案分析 本設(shè)計(jì)為電動機(jī)驅(qū)動主動輪，電動機(jī)代替發(fā)動機(jī)驅(qū)動主動輪。電動機(jī)橫置于履 帶車輛前主動輪左右兩側(cè)，故其傳動方向大致一致，不會出現(xiàn)交角的傳動。且由 于坦克傳動屬于大功率傳動，傳動比不算太大，采用蝸桿、齒輪螺桿減速器不 合適，因?yàn)橐蟮膫鲃颖忍螅蝗舨捎脭[線針輪減速器和協(xié)波齒輪減速器也同樣 不合適，因?yàn)檫@兩樣傳動在實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)還不成熟，且要求傳遞功率較小和傳 動比范圍太大，根本不適用于坦克等履帶車輛做減速器。剩下可考慮圓柱齒輪減 速器和

25、行星齒輪減速器兩種傳動方案了。 從表 2.2 定軸傳動減速器主要類型與特點(diǎn)所示可以看出圓柱齒輪減速器可以 做成單級、兩級、三級三種，做為定軸式減速器，輪齒可以做成直齒、斜齒和人 字齒。傳動軸線平行，結(jié)構(gòu)簡單，精度易于保證，由于結(jié)構(gòu)簡單，早期坦克、汽 車、拖拉機(jī)有著廣泛的應(yīng)用。還可分為同軸線式和非同軸線式，非同軸線式還可 分為展開式和分流式。展開式是兩級減速器中最簡單的一種，齒輪相對軸承位置 不對稱，軸產(chǎn)生彎曲變形時，載荷分布不均勻，因此軸應(yīng)有較大的剛度。分流式 齒輪與軸承對稱布置，載荷沿齒寬分布均勻。此外，還有同軸線式傳動方式，就 是輸入軸與輸出軸同軸。 表 2.2 定軸傳動減速器主要類型與特

26、點(diǎn) 類別級數(shù)推薦傳動比范圍特點(diǎn)及應(yīng)用 單級調(diào)質(zhì)齒輪 I=7.1 淬硬齒輪 I=6.3 （ I=5.6 較佳） 應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，精度容易保證。 輪齒可做成直齒、斜齒或人字齒?？?用于低速重載，也可用于高速傳動。 展開式調(diào)質(zhì)齒輪 I=7.150 淬硬齒輪 I=7.11.5 (I=6.30 較佳) 這是二級減速器中最簡單、應(yīng)用最廣 泛結(jié)構(gòu)。齒輪相軸承位置不對稱。 當(dāng)軸產(chǎn)生彎扭變形時，載荷齒寬上分 布不均勻，軸應(yīng)設(shè)計(jì)具有較大剛度， 并使 高速軸齒輪遠(yuǎn)離輸入端。淬硬齒輪大 多采用此結(jié)構(gòu)。 圓柱 齒輪 減速 器 二級 分流式I=7.150高速級為對稱左右旋斜齒輪，低速級 可為人字齒或直齒。齒輪與軸承對

27、稱 布置。載荷沿齒寬分布均勻，軸承受 載平均，中間軸危險截面上轉(zhuǎn)矩相當(dāng) 于軸所傳遞轉(zhuǎn)矩之半。但這種結(jié)構(gòu)不 可避免要產(chǎn)生軸向竄動，影響齒面載 荷均勻性。 結(jié)構(gòu)上應(yīng)保證有軸向竄動可能。通常 低速級大齒輪作軸向定位，中間軸齒 輪和高速小齒輪可以軸向竄動。 同軸線式調(diào)質(zhì)齒輪 I=7.150 淬硬齒輪 I=7.131.5 箱體長度縮小。輸入軸和輸出軸布置 同一軸線上，使設(shè)備布置較為方便、 合理。當(dāng)傳動比分配適當(dāng)時，兩對齒 輪浸 油深度大致相同。但軸向尺寸較大， 中間軸較長，其齒輪與軸承不對稱布 置，剛性差，載荷沿齒寬分布不均勻。 同軸分流式I=7.150從輸入軸到輸出軸功率分左右兩股傳 遞，嚙合輪齒僅傳

28、遞一半載荷。輸入 軸和輸出軸只受轉(zhuǎn)矩，中間軸只受全 部載荷一半。故可縮小齒輪直徑、圓 周速度及減速器尺寸。一般用于重載 齒輪。關(guān)鍵是要采用合適均載機(jī)構(gòu)， 使左右兩股分流功率均衡。 展開式調(diào)質(zhì)齒輪 I=28315 淬硬齒輪 I=28180 （I=22.5100 較佳） 同二級展開式。圓柱 齒輪 減速 三級 分 流式I=28315同二級分流式。 圓錐、 圓柱 柱 減速 單級直齒 I=5 曲線齒、斜齒 I840 輪齒可制成直齒、斜齒或曲線齒。適 用于輸入軸和輸出軸兩軸線垂直相交 傳動中。可為水平式或立式。其制造 安裝復(fù)雜，成本高，僅設(shè)備布置必要 (淬硬齒輪 I=5 較佳)時才采用。 二級直齒 I=6

29、.331.5 曲線齒、斜齒 I=840 (淬硬齒輪 I=516 較佳) 特點(diǎn)與單級圓錐齒輪減速器相似。圓 錐齒輪應(yīng)高速級，使圓錐齒輪尺寸不 致太大，否則加工困難。圓柱 齒輪可為直齒或斜齒。 器 三級I=35.5160 (淬硬齒輪 I=18100 較佳） 特點(diǎn)與二級圓錐圓柱齒輪減速器相 似。 蝸桿下置式蝸桿布置蝸輪下邊，嚙合處冷卻和潤 滑較好，蝸桿軸承潤滑也方便。但當(dāng) 蝸桿圓周圍速度太大時，油攪動損失 較大，一般用于蝸桿圓周速度 v5m/s。 蝸桿上置式蝸桿布置蝸輪上邊，裝拆方便，蝸桿 圓周速度允許高一些，但蝸桿軸承潤 滑不方便。 蝸桿、 齒輪 蝸 桿減 速器 單 級 蝸桿側(cè)置式 i=880 蝸

30、桿放蝸累輪側(cè)面，蝸輪軸是豎直。 以上僅分析了圓柱齒輪減速器的部分特性，由于此次設(shè)計(jì)給定了減速器的設(shè) 計(jì)尺寸，其安裝位置也有一定的限制，且還要考慮箱體尺寸，內(nèi)齒輪安裝的方便 性，要求電機(jī)輸出軸與減速器輸出軸同軸。可考慮的傳動方案有兩類：（一）同 軸式圓柱齒輪減速器，如果為兩級傳動，傳動比840，速比分配適當(dāng)時，兩 對齒輪浸入油中深度大致相同。但減速器軸向尺寸和重量較大，高速級齒輪的承 載能力難于充分利用，中間軸承潤滑困難。中間軸較長，剛性差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)下， 軸易引起共振。載荷沿齒寬分布不均。由于兩伸出軸在同一直線上，在很多場合 能使布置更為方便，但對于我設(shè)計(jì)的這個項(xiàng)目顯然由于軸承潤滑困難，體積較大

31、， 不易布置。 （二）行星齒輪減速器有很多優(yōu)點(diǎn)，其傳動效率可以很高，單級可以 達(dá) 9699；且傳動比范圍廣，傳動功率可以從12W 至 50000KW，承載能力大； 工作平穩(wěn)，體積和重量比普通齒輪、蝸桿減速器小得多。行星齒輪減速器的特點(diǎn) 如下：（ 1）因?yàn)楦髦行妮啒?gòu)成為共軸式傳動，而且載荷分布在幾個行星輪上， 另外又能合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合，所以結(jié)構(gòu)非常緊湊。由于一個中心輪能同時與幾個 行星輪相嚙合，故使在材料的機(jī)械性能與制造精度相同情況下，其外部輪廓尺寸 小，載荷能力較大。（2）只需適當(dāng)選擇機(jī)構(gòu)形式，便可以用少量齒輪得到較大傳 動比，甚至可達(dá)幾千的數(shù)比，即使在傳動比很大時，仍然緊湊重量輕。（3）行

32、星機(jī)構(gòu)的傳動效率高，在結(jié)構(gòu)布置合理下，其效率可達(dá)0.80.9 以上，由于 行星輪傳動的結(jié)構(gòu)對稱性，即具有個數(shù)均勻分布的行星輪，使得作用于中心輪和 轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力相互平衡，均可達(dá)到提高傳動效率的作用。 （4）由于采 用了數(shù)個相同的行星輪均布于中心輪四周，而達(dá)到慣性力的平衡，同時使嚙合齒 數(shù)增多。故行星輪機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，抗沖擊和振動能力強(qiáng)。 缺點(diǎn)：對材料要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和安裝困難。 綜合考慮本設(shè)計(jì)的尺寸，重量和布置等的具體要求，決定選用行星輪傳動方 案。由于定軸式的傳動系統(tǒng)在換檔時有較大的功率損失。因此目前履帶車輛上日 益廣泛采用行星變速箱，行星變速箱在換檔時一般都可以實(shí)現(xiàn)沒有速度損失的

33、動 力換檔。對于我的這次設(shè)計(jì)的減速器也應(yīng)采用行星式的減速方式。 2.1.3 行星齒輪變速器的工作原理 行星齒輪八種傳動方案： 1)齒圈固定，太陽輪主動，行星架被動。降速傳動， 通常傳動比一般為 2.5-5，轉(zhuǎn)向相同。 2）齒圈固定，行星架主動，太陽輪被動。 升速傳動，傳動比一般為 0.2-0.4，轉(zhuǎn)向相同。 3）太陽輪固定，齒圈主動，行 星架被動。降速傳動，傳動比一般為1.25-1.67，轉(zhuǎn)向相同。 4）太陽輪固定， 行星架主動，齒圈被動。升速傳動，傳動比一般為0.6-0.8，轉(zhuǎn)向相同。 5）行 星架固定，太陽輪主動，齒圈被動。減速運(yùn)動，傳動比一般為1.5-4，轉(zhuǎn)向相 反。6）行星架固定，齒圈

34、主動，太陽輪被動。升速傳動，傳動比一般為 0.25-0.67，轉(zhuǎn)向相反。 7）把三元中任意連接到一起此時傳動比為1。8）三元 件中任意一個元件主動，其余的兩個元件自由，其余兩元件無確定的轉(zhuǎn)速輸出。 為了了解行星齒輪變速器工作原理，下面先分析單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī) 律。圖 2-1 為單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的示意圖，圖上還可標(biāo)出行星輪所受到的作用力。 1 2 3 4 1 2 3 4 圖 2.1 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)及作用力 1太陽輪 2齒圈 3行星架 4行星輪 作用于太陽輪 1 上的力矩： 11 1 MFr 作用于齒圈 2 上的力矩： 22 2 MF r 作用于行星架 3 上的力矩： 33 3 MF r

35、令齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為，則： 22 11 zr zr 因而： 21 rr 又： 12 31 1 22 rr rr 式中，、分別為太陽輪和齒圈的節(jié)圓半徑；為行星輪與太陽輪的中心距。 1 r 2 r 3 r 由行星輪 4 的力平衡條件得： 12 FF 和 31 2FF 因此，太陽輪、齒圈和行星架上的力矩分別為 （2.1） 11 1 21 1 31 1 (1) MFr MFr MFr 根據(jù)能量守恒定律，三個元件上輸入和輸出功率的代數(shù)和應(yīng)等于零，即： （2.2） 112233 0M wM wM w 式中，、分別為太陽輪、齒圈和行星架的角速度。 1 w 2 w 3 w 將式（2.1）代入式（2.2）中

36、，即可得到表示單排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動規(guī)律的 特性方程式 123 (1)0www 若以轉(zhuǎn)速代替角速度，則上式可寫成： （2.3） 123 (1)0nnn 由式（2.3）可以看出，在太陽輪、齒圈和行星架這三個元件中，可任選兩個分 別作為主動件和從動件，而使另一元件固定不動，或使其運(yùn)動受一定的約束，則整個 輪系即以一定的傳動比傳遞動力。下面分別討論以下情況： (1)太陽輪 1 為主動件，行星架 3 為從動件，齒圈 2 固定。 此時，式（2.3）中，故傳動比：0 2 n 12 13 31 11 nz i nz (2)齒圈 2 為主動件，行星架 3 為從動件，太陽輪 1 固定。 此時，式（2.3）中，

37、故傳動比:0 1 n 21 23 32 1 1 nz i nz (3)太陽輪 1 為主動件，齒圈 2 為從動件，行星架 3 固定。 此時，式（2.3）中，故傳動比: 3 0n 12 12 21 nz i nz 在此情況下，與符號相反，即表示主動軸與從動軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，故 1 n 2 n 為倒檔傳動情況。 (4）若使，則： 12 nn 11 312 1 nn nnn 在或時，同樣可得。因此，若使三元件中的任何兩個元 13 nn 23 nn 123 nnn 件連成一體轉(zhuǎn)動，則第三元件的轉(zhuǎn)速必然與前二者轉(zhuǎn)速相等，即行星齒輪系中所有元 件之間都沒有相對運(yùn)動，從而形成直接檔傳動，傳動比。1i 如果所有

38、元件都不受約束，即都可以自由轉(zhuǎn)動，則行星齒輪機(jī)構(gòu)完全失去傳動作 用。由幾排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成的行星齒輪變速器，其傳動比可根據(jù)上述單排行星齒輪 機(jī)構(gòu)特性方程式推導(dǎo)出來。 2.1.4 常用行星齒輪傳動的形式與特點(diǎn) 從上表 2.1 分析，WW，NGWN，N 和 NN 最大功率均有限制，而本次設(shè)計(jì)功率 很大為 110KW，因此它們都不合適，只可用 NGW，NW 型，由于 NW 型在 時不宜采用。由下一節(jié)知傳動比小于 7，因此選用 NGW 型，即太陽輪為主動 7 B AX i 件，行星架為從動件，齒圈固定。 由上一節(jié)行星齒輪工作原理知傳動比為： 12/ 11zzi 式中：為齒圈齒數(shù)； 2 z 為太陽輪齒數(shù)

39、； 1 z 2.2 傳動比的確定 2.2.1 確定發(fā)動機(jī)最大功率 安裝在履帶車輛上的發(fā)動機(jī)，它的最大功率可以根據(jù)履帶車輛以最大功率行駛的 工況確定。通常以車輛在良好道路上用最大速度行駛所需的功率，確定為發(fā)動機(jī)最大 功率。由于本設(shè)計(jì)是由電動機(jī)驅(qū)動主動輪，所以應(yīng)該先算出發(fā)動機(jī)的功率，然后在用 發(fā)動機(jī)的功率和電動機(jī)的功率進(jìn)行比較，看電動機(jī)是否能滿足車輛的使用要求。 本次設(shè)計(jì)為履帶車輛的主動輪減速器設(shè)計(jì)，整車參數(shù)如表 2.3 整車參數(shù)所示。 表 2.3 整車參數(shù) 主 要 參 數(shù) 滿載質(zhì)量（ kg） 15500 每側(cè)電動機(jī)功率（ kw） 110 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速（ rpm） 1500 電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速（ r

40、pm） 8000 電動機(jī)額定扭矩 (Nm) 550 電動機(jī)最大扭矩（ Nm） 980 電機(jī)尺寸 (mm) 385645 主動輪半徑（ mm） 313 最大車速（km/h） max V 70 最大爬坡度 (%) 40 當(dāng)知道路條件，以及車輛在此道路上行駛所要求達(dá)到的最大速度，發(fā)動機(jī)所 需的最大功率由下式確定： 千瓦 360 max0 max Gvf N f （2.4）式中： G車輛的全重（十牛） ； 在良好道路上行駛，要求車輛達(dá)到的最大速度（千米/小時） ； max v 車輛在良好道路上行駛的地面阻力系數(shù)； 0 f 車輛效率。 對上表給出的履帶車輛的參數(shù)，用式（ 2.4）計(jì)算它的發(fā)動機(jī)最大功率比

41、較 困難。因?yàn)樵诠街袃H G 和為已知，和值是難于確定的。因此，必須參 max V 0 f 考現(xiàn)有坦克的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，計(jì)算得到的發(fā)動機(jī)最大功率是個概略的數(shù)值。 已經(jīng)給出的最大速度，是在良好道路上行駛所能達(dá)到的，也就是在地面變形 阻力系數(shù)很小和坡度很小的路面上行駛所能達(dá)到的。坦克行駛的地面阻力系數(shù)f 可表示為： 0 f 0 sincosff 由良好道路路面坡度很小，故： 0 cos1,sintan, i fif 式中 路面的坡度，等于在所研究的路段上坡高度和水平距離之比。 i 在上述條件下行駛時可采用下列數(shù)值： 065 . 0 055 . 0 025 . 0 ,04 . 0 03 . 0 0

42、 fif， 本次設(shè)計(jì)的坦克采用上述經(jīng)驗(yàn)值： 065 . 0 ,04 . 0 ,025 . 0 tansin 0 ffi 履帶車輛效率的計(jì)算，功率傳遞由電動機(jī)傳到連軸器在傳到變速箱（減速器） ， 分別取為（電動機(jī)） ，（連軸器） ，（變速箱） 。 0 0 94 0 0 98 0 0 97 按上述方法確定后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇現(xiàn)有發(fā)動機(jī)或設(shè)計(jì)新的發(fā)動機(jī)。 maxf N 還應(yīng)指出，在確定最大功率時，既要考慮到發(fā)展的可能性?？蓪⑦x大一點(diǎn)，以 maxf N 適應(yīng)履帶車輛坦克火力的發(fā)展。如增加武器或加大口徑和變型車輛的需要。另外，還 應(yīng)考慮履帶車輛（坦克）的使用條件，如在高原地區(qū)使用，高度增加 1000

43、米，發(fā)動 機(jī)功率下降 10，應(yīng)該相應(yīng)的提高發(fā)動機(jī)功率。 因此，由上述公式得： 24.219 98 . 0 97 . 0 94 . 0 360 7015500065 . 0 max max e e P P 本設(shè)計(jì)提供的兩臺電機(jī)一共為 220KW，大于，故提供的電機(jī)滿足要求。 maxf N 2.2.2 確定傳動比 傳動方案選擇以后，應(yīng)該先確定傳動比。選擇的傳動比應(yīng)符合車輛動力性和經(jīng)濟(jì) 性要求。本次設(shè)計(jì)為電動機(jī)驅(qū)動，與普通柴油、汽油機(jī)驅(qū)動不同。由于普通車輛驅(qū)動 形式過程中所遇到的阻力變化很大，因此有必要在發(fā)動機(jī)和驅(qū)動輪之間裝一個有若干 檔位的變速器。而電動車輛由于電動機(jī)外特性的原因，不需要很多的檔位

44、，僅需要 12 個檔位。由于電動車輛經(jīng)濟(jì)性研究還不夠深入，由于時間和能力上的限制，在 本次設(shè)計(jì)中經(jīng)濟(jì)性的考慮放在次要位置，主要以動力性為考慮依據(jù)，即傳動比應(yīng)滿足 最高車速，加速時間，爬坡度的要求。 履帶車輛傳動裝置的最大傳動比和最小傳動比的比值成為車輛的傳動范圍，以 表示以坦克為例說明： ch d max min ch i d i 式中： 坦克傳動裝置最抵擋的總傳動比； max i 坦克傳動裝置最高檔的總傳動比。 min i 由公式可知： max 1max 0.377 zfN r n i v min max 0.377 zfN r n i v 為一擋最大速度； 1max v 為坦克最高速度。

45、max v 發(fā)動機(jī)在工況一定時，這個數(shù)值意味著傳動裝置能夠改變坦克速度或牽引力的范 圍或倍數(shù)。為了確定傳動范圍必須先確定最高檔的傳動比和最低檔或一擋的傳 ch d min i 動比。根據(jù)在坦克設(shè)計(jì)中已確定的主動輪半徑，坦克最大速度以及發(fā)動機(jī)的 max i z r max v 外特性，即可求最高檔的總傳動比。 min i 現(xiàn)在要確定一擋的總傳動比，即一擋的減速比，由于經(jīng)過電機(jī)直接傳動至減速器， 再傳至主動輪。但若選小了，發(fā)動機(jī)最大功率確定以后，最低檔的單位牽 max i maxf N 引力較低；若選的過高，可能使太低，同時由于一擋單位牽引力過高有可 1 D max i 1max v 能超過地面附

46、著的限制而發(fā)不出來。這兩種情況都不利于坦克的機(jī)動性。一擋總傳動 比必須根據(jù)設(shè)置一擋的目的來確定。通常，坦克在一擋時等速行駛所必需的牽引 max i 力值，根據(jù)在爬最大坡度時所遇到的最大地面阻力確定的。 坦克能克服的最大坡度角，在戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求中已作了規(guī)定。為了克服此坡度 max 角，坦克等速行駛所需要的牽引力為： （2.5） f z z J M Grf ii Gf r Mfi GfP )sincos( )sincos( )sincos( maxmax max1 maxmax 1 maxmax 式中： G坦克重量（十牛） ； 具有最大爬坡角的路面的地面變形阻力系數(shù)；f 最大坡度角； max 主動輪

47、半徑（米） ； z r 坦克在最大坡度的路面上行駛時發(fā)動機(jī)的扭矩（十牛米） ；Mf 坦克效率。 采用式（2.5）計(jì)算時，發(fā)動機(jī)工況可選在最大功率點(diǎn)工作或最大扭矩點(diǎn)工 max i 作。 若選在最大功率點(diǎn)時，爬坡速度較快，同時由于發(fā)動機(jī)對于外界負(fù)荷所具有的適應(yīng)性， 坦克牽引力有 1020儲備，但此時所得到的傳動范圍大些，n 可能使變速箱的尺寸 重量有些增加，若選在最大扭矩點(diǎn)時，爬坡速度較慢，傳動范圍可以小些。 若選在最大功率點(diǎn)時，爬坡速度較快，同時由于發(fā)動機(jī)對于外界負(fù)荷所具有的適 應(yīng)性，坦克牽引力有 1020儲備，但此時所得到的傳動范圍大些，n 可能使變速箱 的尺寸重量有些增加，若選在最大扭矩點(diǎn)時

48、，爬坡速度較慢，傳動范圍可以小些。 本次設(shè)計(jì)提供的電機(jī)的外特性如 2.2 圖電機(jī)外特性所示。 圖 2.2 電機(jī)外特性 由于考慮提供的履帶車輛參數(shù)看出，應(yīng)用最大扭矩進(jìn)行計(jì)算。電機(jī)在最大扭矩點(diǎn) 可以工作 5 分鐘以上，因此在這 5 分鐘工作區(qū)域履帶車輛（坦克）完全可以爬過一定 的坡度。根據(jù)上表（2.3）提供的坦克的參數(shù)。且由于坦克每側(cè)均有一個電機(jī)，故計(jì) 算坦克重量取 G/2。代入公式計(jì)算得： 5.10 98.097.094.095 5.0313.015500)33.0944.004.0( max max i i 求出的10.5為坦克最大的傳動比，由上圖看出電動機(jī)的外特性比普通汽油柴 max i 油機(jī)更能適應(yīng)外部阻力變化，僅需要 12 個檔位，當(dāng)以計(jì)算坦克的最高速行駛