【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，嚴(yán)格按照學(xué)校和學(xué)院的有關(guān)規(guī)定由本人獨(dú)立完成。文中所引用的觀點(diǎn)和參考資料均已標(biāo)注并加以注釋。論文研究過程中不存在。抄襲他人研究成果和偽造相關(guān)數(shù)據(jù)等行為。如若出現(xiàn)任何侵犯他人知識(shí)產(chǎn)權(quán)。等問題，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。最近幾年以來,我國旋挖工程車取得了較快的發(fā)展，但相較于國外幾十年的發(fā)展歷史，雖然動(dòng)力箱的發(fā)展己具備較好的性能和獨(dú)特的技術(shù)，現(xiàn)在國內(nèi)動(dòng)力箱的開發(fā)能滿足。工程車的施工作業(yè)，但其可靠性和功能方面還需進(jìn)一步的發(fā)展。介紹了旋挖工程車的發(fā)展現(xiàn)狀、主要組成部件以及工作原理。根據(jù)要求，確定動(dòng)力箱的傳遞方案，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，并畫出動(dòng)力箱結(jié)構(gòu)簡圖。根據(jù)相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)簡圖，完成動(dòng)力箱零部件的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選用。三維建模，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和系列化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

　　

【正文】 ，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了成本，并在一定程度上減少了制作時(shí)間。鑄造是現(xiàn)代裝置 制造工業(yè) 的基礎(chǔ)工藝之一。 因?yàn)殍T造箱體剛性好，外形美觀，易于切削加工、能吸收振動(dòng)和消除噪音，可采用鑄造工藝獲得毛 坯。箱座的結(jié)構(gòu)如圖 311 所示。 箱蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 動(dòng)力箱中，箱座和箱蓋相互配合，組成動(dòng)力箱的外殼，箱蓋的主要作用是保證對箱體起密封作用，使箱體在工作時(shí)候不至于讓油液滲漏。箱蓋下表面通過 40 個(gè) M12 的外六角圓柱頭螺釘安裝在箱座上，其中箱體兩邊還有兩個(gè)定位孔，起 著定位作用，螺紋孔和定位孔都是和箱座一起加工而成。箱蓋的的外形結(jié)構(gòu)取決于行星減速器的外形結(jié)構(gòu)，因?yàn)樾行菧p速器的動(dòng)力輸出就是動(dòng)力箱的動(dòng)力輸入。為了讓輸出裝置受到的軸向力和徑向力能傳遞給箱體，所以在箱蓋的上表面做出相應(yīng)的凸臺(tái)，凸臺(tái)上加工的孔要與軸承外徑配合。箱蓋的結(jié)構(gòu)如圖 312 所示。 箱蓋采用鑄造工藝加工而成，材料也選用 HT200。常用鑄造金屬有多種，其中鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能，比如耐磨性能好、消震性能好、鑄造性能好、切削性能好等，并且生產(chǎn)簡便、成本低廉，是應(yīng)用最廣泛的材料之一。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 312 箱蓋 動(dòng)力箱的潤滑及密封件的選用 動(dòng)力箱的潤滑 （ 1）軸承的潤滑 潤滑對于滾動(dòng)軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動(dòng)、提高了軸承的壽命。 軸承常用的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑兩類。選用的類型與軸承的速度有關(guān)。經(jīng)過查閱相關(guān)書籍，通過軸承的 dn 值計(jì)算，調(diào)心滾子軸承，深溝球軸承，回轉(zhuǎn)支承均用脂潤滑。因?yàn)樗艹惺茌^大的載荷，不易流失，容易密封。 （ 2）齒輪的潤滑 通用的閉式齒輪傳動(dòng)的潤滑方法是根據(jù)齒輪的圓周速度大小而定。當(dāng)齒輪的圓周速度v12m/s 時(shí) ，常將大齒輪浸油潤滑。但是本次設(shè)計(jì)，齒輪是縱向布置，所以只能定期的人工潤滑。 密封件的選用 由于旋挖工程車動(dòng)力箱的工況環(huán)境很惡劣，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，正確地選擇密封件的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的，選擇合適的密封件，才能使動(dòng)力箱有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。本次設(shè)計(jì)中，主要是軸承的密封。 對軸承進(jìn)行密封是為了阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇?。密封裝置可分為 接觸式密封 和 非接觸式密封 兩大類 : （ 1） 接觸式密封 在軸承蓋內(nèi)放置軟材料與轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接接觸而起摩擦作用。常用的軟材料有毛氈、橡膠、皮革、軟木等，或者放置減摩性好的硬質(zhì)材料（如加強(qiáng)石墨、青銅、耐磨鑄鐵等）與 轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接接觸以進(jìn)行密封。 下面為幾種常見接觸式密封的結(jié)構(gòu)形式。見表 32。 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 28 表 32 常見接觸式密封方式 氈圈密封 ：在軸承端蓋上開出梯形槽，將毛氈按標(biāo)準(zhǔn)制成環(huán)形（小尺寸時(shí)）或帶形（大尺寸時(shí)），放置在梯形槽中以與軸密合接觸。這種密封主要用于脂潤滑的場合，它結(jié)構(gòu)簡單，但摩擦較大，只適用于滑動(dòng)速度較小的場合。 唇形密封圈 ： 在軸承端蓋中，放置一個(gè)用耐油橡膠制的唇形密封圈，靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)形螺旋彈簧的扣緊作用而緊套在軸上，以起到密封作用。唇形密封圈密封唇的方向要朝向密封的部位。 （ 2）非接觸式密封 采用非接觸式密封，可以避免密封件與旋轉(zhuǎn)件的接觸。常用的非接觸式密封有以下幾種：見表 33。 表 33 常見非接觸式密封方式 隙縫密封 ： 在軸承和軸承蓋的通孔壁之間留一個(gè)極窄的隙縫 ,半徑間隙通常為 ~。這對使用脂潤滑的軸承來說 ,設(shè)計(jì)一些環(huán)槽結(jié)構(gòu) ,并在環(huán)槽中添以潤滑脂，可以提高密封效果。 曲路密封 :當(dāng)環(huán)境比較臟和比較潮濕時(shí)，采用曲路密封是相當(dāng)可靠的。曲路密封是由旋轉(zhuǎn)的和固定的密封零件之間拼合成的曲折的隙縫所形成的。隙縫中添入潤滑脂，可增加密封效果。 甩油密封 ：油潤滑時(shí) ,在軸上裝入一個(gè)環(huán) ,可以把欲向外流失的油甩開，再經(jīng)過軸承端蓋的集油腔及與軸承腔相通的油孔流回?；蛟诰o貼軸承處裝一甩油環(huán)，可有效地防止油外流。 從上表中，可以得出選用接觸式密封中的氈圈密封圈和 O 形橡膠密封圈合適，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中軸承都采用脂潤滑，而且軸承的轉(zhuǎn)速不高，接觸式密封適用于低速場合。在設(shè)計(jì)選上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 用時(shí)，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護(hù)措施，才能達(dá)到較滿意的密封效果。 因此， 在動(dòng)力輸出裝置中， 使用氈圈密封。 其組件裝配圖如圖 313 所示。 圖 313 軸承的密封 在輸入軸中，調(diào)心滾子軸承也采用 氈圈密封 。其組件裝配圖如圖 314 所示。 圖 314 軸承的密封 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 30 第 4 章 設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 齒輪軸的強(qiáng)度校核 軸尺寸的確定 齒輪軸齒頂圓直徑 da=230mm 齒輪軸齒根圓直徑 da=160mm 裝軸承端直徑 d=120mm 軸的強(qiáng)度校核 因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中，齒輪軸主要傳遞扭矩，所以本次強(qiáng)度校核主要按軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 ? ?639 .5 5 1 00 .2TTPW d n???? ? ? （ 41） 式中， 軸的扭切應(yīng)力， MPa； T轉(zhuǎn)矩， ； 抗扭截面系數(shù)， ； P傳遞的功率， P=180 kW； 軸的轉(zhuǎn)速， n=98 ； 許用扭切應(yīng)力，查表得 = 25~45 MPa。 代入，計(jì)算得 = MPa 符合條件。 齒輪的參數(shù)計(jì)算及校核 齒輪幾何尺寸的確定 小齒輪幾何尺寸 見表 41，大齒輪幾何尺寸見表 42。 表 41 小齒輪幾何尺寸 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 模數(shù) m m=14 齒數(shù) Z Z1=14 分度圓直徑 d d=mz=196mm 齒頂高 ha=m=14mm 齒根高 hf == 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 全齒高 h h =ha + hf= 齒頂圓直徑 da = d + 2ha=224mm 齒根圓直徑 df =d – 2hf=161mm 表 42 大齒輪幾何尺寸 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 模數(shù) m m=14 齒數(shù) Z Z1=73 分度圓直徑 d d=mz=1022mm 齒頂高 ha=m=14mm 齒根高 hf == 全齒高 h h =ha + hf= 齒頂圓直徑 da = d + 2ha=1050mm 齒根圓直徑 df =d – 2hf=987mm 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度，應(yīng)將 ? ? 11F Fa SaYY? 與 ? ? 22F Fa SaYY? 的計(jì)算結(jié)果作 比較，用較小的數(shù)值來進(jìn)行校核，其中 ? ? FEF FS?? ? (42) 式中， 齒形系數(shù)，查表得 1FaY = , 2FaY =； 應(yīng)力集中系數(shù)，查表得 1 ? , 2 ? 。 FE? 試驗(yàn)輪齒失效概率為 時(shí)的齒根彎曲疲勞極限值，查表得 ，若輪齒兩面工作時(shí)，應(yīng)將表中的數(shù)值 ，得 ； 490FE MPa? ? 安全系數(shù)，查表得 FS = 對兩個(gè)齒輪進(jìn)行計(jì)算，得出 ? ? 11F Fa SaYY? ? ? 22F Fa SaYY? ，故小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。 故對小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核，校核公式如下： 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 32 ? ?1 F a SaFF2 K T Y Yσ σbdm?? (43) AVK K K K K??? (44) 式中， 齒形系數(shù)，查表得 1FaY = ； 應(yīng)力集中系數(shù)，查表得 1 ? ； 試驗(yàn)輪齒失效概率為 時(shí)的齒根彎曲疲勞極限值，查表得 ，若輪齒兩面工作時(shí)，應(yīng)將表中的數(shù)值 ，得； 490FE MPa? ? 安全系數(shù)，查表得 FS =； K載荷系數(shù)， AVK K K K K??? ，代入得 ； 轉(zhuǎn)矩 1T =17500000 ； 使用系數(shù)，取 ； 動(dòng)載系數(shù)，取 ； 齒間載荷分布系數(shù)，取 ； 齒向載荷分布系數(shù)，取 ； 代入計(jì)算得 F? =480 Mpa，符合條件。 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度理論，可以得出，一對嚙合的齒輪的接觸應(yīng)力相等，所以只需對一個(gè)齒輪進(jìn)行校核計(jì)算即可，其接觸疲勞強(qiáng)度校核公式如下： ? ?1221H E H HKTZZ bd ??????? (45) 式中， 彈性系數(shù)，查表得 ， ； 區(qū)域系數(shù)，對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪， ； 試驗(yàn)齒輪失效概率為 時(shí)的接觸疲勞強(qiáng)度極限值，它與齒面硬度有關(guān)，查表得 ； 安全系數(shù)，查表得 ； 代入計(jì)算得 H? = MPa，符合條件。 驅(qū)動(dòng)套筒上傳動(dòng)螺釘?shù)闹睆叫：? 驅(qū)動(dòng)套筒固定螺釘在工作過程中，主要承受剪應(yīng)力，主要對此螺釘主要進(jìn)行擠壓和剪切強(qiáng)度校核，擠壓強(qiáng)度條件為 ? ?0 m i nHHFdL???? (46) 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 ? ?204Fd????? （ 47） 式中： F螺釘所受的工作剪力 F=288700 N od 螺釘剪切面的直徑， od =20mm minL 螺釘桿與孔壁擠壓面的最小高度， 60mm p?????螺釘或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力，查表得 p?????=600 Mpa ??? 螺釘材料的許用切應(yīng)力，查表得 ??? =300 Mpa 經(jīng)過計(jì)算得出 P? = 242 Mpa， ? = Mpa 符合強(qiáng)度條件。 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 34 第 5 章 三維建模輔助設(shè)計(jì) 概述 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的一門新興的綜合性計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程科學(xué)之間的跨學(xué)科的綜合性科學(xué)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是以設(shè)計(jì)者為主題，由設(shè)計(jì)者利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的資源，對產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)劃、分析、綜合、模擬、評價(jià)、修改、決策并形成工程文檔的創(chuàng)造性活動(dòng)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的工作大致是： （ 1）進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，選擇合適的科學(xué)原理或者構(gòu)成原理。 （ 2）進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的造型和外觀的初步設(shè)計(jì)。 （ 3）從總圖派生出零件，對零件的造型、尺寸、色彩及逆行詳細(xì)設(shè)計(jì)，對零件心境有限元分析，使結(jié)構(gòu)及其尺寸與力相適 應(yīng)。 （ 4）對零件進(jìn)行功能模擬，如注塑、壓鑄、鍛壓或者機(jī)械加工等過程進(jìn)行模擬，從模擬過程發(fā)現(xiàn)制造中的問題，從而提出對零件設(shè)計(jì)的修改方案。 （ 5）對產(chǎn)品實(shí)施運(yùn)動(dòng)模擬或者功能磨練，對其性能做出評價(jià)、分析和優(yōu)化，最終完成零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有如下主要優(yōu)點(diǎn)： （ 1）提高設(shè)計(jì)效率。減小工作人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程制圖的速度大大提高。 （ 2）提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。利用 CAD 軟件提供優(yōu)化技術(shù)和設(shè)計(jì)計(jì)算功能，有限元分析以及裝配運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)，可以減少人為的設(shè)計(jì)誤差，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性。 （ 3）利于成 組設(shè)計(jì)。可以廣泛采用通用件、標(biāo)準(zhǔn)件。 （ 4）修改設(shè)計(jì)方便。在二維 CAD 系統(tǒng)中，只需要對已經(jīng)存儲(chǔ)的圖紙做局部修改就可成為新圖。 （ 5）設(shè)計(jì)與分析統(tǒng)一。系統(tǒng)有一個(gè)描述產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)庫，通過分析，設(shè)計(jì)者可以預(yù)知產(chǎn)品的性能。 （ 6）易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括設(shè)計(jì)、圖文、技術(shù)文檔等，標(biāo)準(zhǔn)化易于企業(yè)積累產(chǎn)品資源，易于繼承歷史的知識(shí)財(cái)富，方便產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳遞、轉(zhuǎn)換。 SolidWorks 三維建模 經(jīng)過前期大量的資料查閱，然后設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制二維裝配圖和零件圖，然后進(jìn)行三維建模。三維建?？梢赃M(jìn) 一步發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，其主要優(yōu)點(diǎn)有： ①設(shè)計(jì)直觀：通過設(shè)置不同的視點(diǎn)或建立多個(gè)視窗，可以方便、直觀地對設(shè)備進(jìn)行空上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 間定位，避免了由三維到二維的轉(zhuǎn)換。 ②易于修改：在一個(gè)視窗中對設(shè)備位置的調(diào)整或者對設(shè)備三維模型的修改都會(huì)在相關(guān)的視圖中得到及時(shí)反映。 ③管理簡單：所需建立的模型數(shù)