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1、. . 双速变速箱的结构设计毕业设计论文第1章绪论机械工业是现代化过程的主要推动力量,在国民经济的发展过程中起着不可或缺的作用,它为国民经济建设各个部门提供技术装备和先进的技术服务。随着科学技术的发展和人们对产品日益增加的新的需求,机械产品的设计不仅要实现产品的基本功能,更应该在满足此功能的基础上,优化产品性能,使设计的产品更能体现人性化、智能化,在环境保护和能源消耗上也应当体现其先进的绿色设计理念,促进社会、经济与自然的和谐发展。1.1概述减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置,主要用来降低原动机的转动速度同时增大其转矩,以满足工作机对转速和转矩的要求。目前,各行各业在普遍使用的齿轮
2、减速器主要分为：圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、齿轮蜗杆减速器和行星齿轮减速器,其作用场合和功用也千差万别,共同服务于人类社会。减速器的发展使用贯穿于机械行业的始终,1894年法国工程师路易斯雷纳本哈特和埃米尔拉瓦索尔经过研制首次在本哈特拉瓦索尔牌汽车上装了变速器,使汽车变速箱走进了人们的生活。现在汽车行业所用的变速箱只要有无级变速箱和手动变速箱,应不同的使用要求和经济情况而分别使用在不同的汽车上。1.2国内外发展现状1.2.1减速机减速器的发展经历了很长的历程,目前国内外动力齿轮传动正沿着小型化、高速化、标准化、小震动、低噪声的方向发展 。减速机的使用可以降低设备的负载惯量,便于
3、设备更好地调速。而且,减速机在降速的同时还可以提高输出扭矩,但是输出扭矩超出了减速器的额定扭矩,就会在一定程度上影响减速器的寿命 。目前世界上主要有积木式组合设计良好的设置减速机的基本参数、规范的尺寸规格、良好的零件通用性和互换性、水平与性能将齿轮减速器的齿轮设计成圆柱形,采用渗碳淬火、磨齿以提高设备的承载能力,这样的减速器体积小、重量轻、噪音低、样式多样化一改多去单一的底座安装方式,在满足设备生产需要的同时,可以采用空心轴悬挂式、浮动支承底座、电机与减速器一体式连接等安装方法。目前国内的减速机研究主要以换肚子的方法,在原有减速机的基础上更换核心零部件以制造出新型减速机,像DNK、DQJ系列减
4、速器的生产就是将点线传动啮合技术应用到中硬齿面减速机领域 研制出的上规模、上档次、高技术附加值的标准系列产品。而国外减速器的设计在承载能力方面有着大幅度的提高,在模块化设计方面有着新的发现,降噪措施也有进一步的改进,产品密封和外观设计也比国内出众很多,此外国际机构也在着手开始制订减速机的技术条件标准。在此方面的代表减速机有德国sewR、S、K、F系列减速机,西门子弗兰德减速机和韩国的DKW减速机。1.2.2双离合式变速箱双离合式变速箱DCT,英文全称为Dual Clutch Transmission的出现主要是为了解决汽车换挡时动力传递中断的现象,至今为止有近70年的历史。它优势明显,但是内部
5、结构非常复杂,首先它内部的两组离合器分别由电子控制并由液压系统推动,这样传动轴也相应复杂的被分为两部分,中心的是新传动轴负责一组齿轮传动,而空心传动轴负责另外一组,其结构设计几乎颠覆了传统变速箱的设计。虽然现阶段他的制造成本相对较高,且制作复杂。但是其以传动效率高,动力传动无间断,传动平稳的优点,引起了机械行业的广泛关注。图1.1双离合式变速箱内部结构1.3课题背景现代经济的快速发展,科技已经成为第一生产力,企业之间的竞争已经不仅仅限于资金、人力之间的竞争,如何在相同的能源消耗和人力劳动下获得最大的经济效益,已经成为一个企业在经济迅猛发展的今天获得生存的首要问题。现一运输类企业为了获得更大的经
6、济效益,精减运载装置的质量,在变速机模块想更改原有传动模式模式,以减轻装置质量,改善传动平稳性,提高传动效率。要求设计一双速变速箱满足以上条件,又该双速变速箱的工作时间特别短,且处于真空工作状态,经计划协商可以在设计零件上取应力极限状态,以最大程度的减重。1.4本文主要研究内容毕业设计是围绕新型变速装置双速变速箱的设计而展开的,所涉及的的主要内容是双速变速箱的方案设计和总体装配。根据课题需要、工作需求以及双速变速箱的工作环境的特殊性,在参阅国内外相关资料的基础上,对双速变速箱进行整体结构设计机械零件部分,并以此为根据完成论文撰写、装配图、零件图。即将在论文中做详尽阐述的包括以下几个方面：1、
7、设计双速变速箱的传动路线；2、 设计双速变速箱的总体结构,包括电动机的选型、齿轮的设计、轴的设计、轴承的选择与校核、箱体及其附件的设计以及双速变速箱的润滑和密封；3、 所设计的零部件进行三维建模、质量计算；4、 应用有限元分析的方法,对所设计的零部件进行初步的分析与校核。 / 第2章 总体方案设计应厂商要求,根据运载装置的实际状况,可以确定双速变速箱的工作环境为真空微重力状态,高速运动,周围环境可能处于高温或低温状态,为了保证较好的经济效益,双速变速箱的质量应该尽量轻,以使在消耗相同燃料的基础上,运载质量尽量大的货物,根据上诉条件,可以做如下分析。2.1参数和运动图线要求设计一双速变速箱,能够
8、把原动机电动机的运动,经过分路齿轮箱和转向齿轮箱的传动,变换成滚珠丝杠的外伸运动,同时还能够满足以下要求：1、滚珠丝杠的运动能够按照既定的运动图线实现；2、双速变速箱的工作环境为真空状态,要能够适应极端的工作环境极寒和极热条件,无法进行油润滑；3、在满足设计要求,保证装置安全可靠的基础上,尽量减轻装置的质量。根据厂商要求和具体的运动环境可以得到如下图2.1所示的运动图线,综合分析可以得到各运动参数。图2.1 运动图线 总行程：L=1400mm；总时间：T=9.5s高速段行程：Lh=1370mm高速段速度：Vh=180mm/s低速段行程：Ll=30mm低速段速度：Vl=27mm/s加速度：a=2
9、50mm/s2 位置锁止状态：Fc=20000N高速段：Fh=1500N低速段：Fl=10000N 根据运动图线可以知道双速变速箱在工作时,使丝杠由静止状态加速到外伸速度最大状态所需要的时间为： 2-1此段时间滚珠丝杠的伸长距离为： 2-2高速段运行时间为： 2-3减速运动段时间为： 2-4减速段滚珠丝杠外伸的长度为： 2-5低速段运行时间为： 2-6在这段时间中滚珠丝杠外伸距离比需求长度长了： 2-7此段长度均按照高速运动阶段的运动速度来计算可知运动时间为： 2-9即,双速变速箱在运载装置中总的工作时间约为： 2-102.2设计参数2.2.1传动装置布置该双速变速箱为运载装置的一部分,后接其
10、他传动装置,已知的传动装置为：分路齿轮箱、转向齿轮箱、丝杠螺母运动副,且已知各传动装置的传动参数如下：分路齿轮箱传动比为1:2；转向齿轮箱传动比为2:1；滚珠丝杠选型：BLK1616-2.8 直径：16中空内孔8 导程：Sb=16 材料：Ti合金TB2 GB/T3620.1-1994滚珠丝杠采用一端固定一端支撑的安装方式,重点校核其抗拉强度、屈曲稳定性以及振动稳定性。2.2.2设计承载能力参数1、位置锁止状态时丝杠受力Fc为单根丝杠在运载装置启动时承受的最大惯性力,且Fc=KWMAmax/3=2705.59.8/3=2515N 2-11其中：KW为工况系数,取2.0M为延伸段质量,取70kgA
11、max为运载装置启动时的最大加速度,取5.5g 2、高速段丝杠受力Fh为单根丝杠在高速段外伸时承受的力Fh=KOKSF/3=150%200%1009.8/3=980N 2-12KO为超载系数,取150%KS为载荷不均匀系数,取200%F为要求负载,取100kg3、锁片推压力 Ft为单根丝杠低速段外伸时的推压力Ft=KTOFTA/3=300%500/3=500N 2-13FTA为总的推压力,取500NKTO为低速段运动结束时的超载系数,取300%4、低速段丝杠最大受力FL为单根丝杠低速段外伸时的最大力,由低速段外伸受力和锁片推压力两部分构成：FL=Fh+Ft=1000+500=1500N 2-1
12、42.3传动方案的设计如图2.2传动原理图所示：电动机的运动由圆柱齿轮Z1通过1路Z1Z4C1Z5Z6传递给齿轮Z6实现输出轴的高速运动,其中C1为电磁离合器；通过2路Z1Z2C2Z3Z6传递给齿轮Z6实现输出轴的低速运动,C2为超越离合器。当C1电磁离合器闭合时,经传递路线1传递到Z6转速高于经路线2传递的转速,超越离合器C2处于分开状态即不传递运动,此时Z6处于高速状态；当C1电磁离合器分开时,电动机M1的转速只能够通过路线2传递给齿轮Z6,此时Z6处于低速状态。图2.2 传动原理图电池离合器的控制主要靠传感器的识别,在双速变速箱启动时,电磁离合器处于闭合状态工作状态,此时滚珠丝杠先加速到
13、180mm/s。然后进行匀速运动,当运动距离到达1370mm时,传感器发出断开电源的信号,传递给控制中心,然后转化成电磁离合器的断开状态非工作状态,此时电磁离合器和超越离合器均处于非工作状态,滚珠丝杠的外伸运动为减速运动。当速度减至27mm/s时,超越离合器开始工作,此时滚珠丝杠的外伸运动速度为27mm/s,即处于低速运动阶段,滚珠丝杠完成后续运动。在滚珠丝杠的外伸长度达到1400mm时,检测器再次向控制中心发出信号,转换成为控制中心发出的电动机终止工作的指令,至此,装速变速箱的工作任务完成。2.4本章小结本章在综合分析减速器和双离合式变速箱传动原理的基础上,充分的分析厂商给定的应用环境,提炼
14、出了相关的技术参数。按照机械设计的一般步骤,设计出了双速变速箱的传动路线原理图,并对传动过程做了简要说明。第3章 零部件的设计及质量计算3.1电动机的选择3.1.1电动机类型选择由于工作场合为真空,为了避免电机的真空放电可以选择直流永磁无刷电机。直流永磁无刷电机是由一块或多块永磁体建立磁场的直流电动机,其性能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似,可以由改变电枢电压来方便调速。与他励直流电动机相比具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点,是小功率电动机的主要类型 。3.1.2机械效率计算根据已经确定的传动方案,可以确定在电动机与滚珠丝杠之间的传动类型有：圆柱齿轮传动2组圆锥齿轮传动2组滚阻丝杠传动1组离合器传动 2组滚动轴承 5组由机械设计手册可查,各机械传动机构的传动效率如表3.1所示。表3.1 各传动机构的传动效率传动类型传动结构特点效率圆柱齿轮传动很好跑合的6级和7级精度齿轮传动0.980.99圆锥齿轮传动很好跑合的6级和7级精度齿轮传动0.970.98丝杠传动滚动丝杠0.850.95滚动轴承球轴承0.99联轴器固定式刚性联轴器0.970.98离合器电磁
