【正文】 有較大的軸向變形差異的場(chǎng)合，顯然，這種支承方式軸向支承精度不高。如圖 32 所示。 在動(dòng)力箱部件的設(shè)計(jì)中，采用軸肩以及軸承端蓋作軸向限位，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，如圖 32 所示。能保證軸不再軸向竄動(dòng)，使動(dòng)力箱能夠正常運(yùn)行。其中動(dòng)力輸出裝置設(shè)計(jì)主要包括大齒輪的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)套筒的設(shè)計(jì)，花鍵套的設(shè)計(jì)，軸承與螺釘?shù)倪x用。下面將進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。裝置受到的扭矩很大。 圖 36 回轉(zhuǎn)支承 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 （ 2）回轉(zhuǎn)支承的特點(diǎn)： 安裝 如圖 36 所示，回轉(zhuǎn)支承是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時(shí)承受較大的軸向、徑向負(fù)荷和傾覆力矩。隨著機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展，回轉(zhuǎn)支承在船舶設(shè)備、工程機(jī)械、輕工機(jī)械、冶金機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、工業(yè)機(jī)械等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。由已知參數(shù)，運(yùn)用類比法，可以得知齒輪的模數(shù)和齒數(shù)，就可以得到齒輪的分度圓和齒根圓，再根據(jù)齒輪的強(qiáng)度理論和經(jīng)驗(yàn)公式就可以確定回轉(zhuǎn)支承的外徑大小，再通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，就得知了回轉(zhuǎn)支承的所 有尺寸和螺釘?shù)膮?shù)。 其次是上端軸承的選用，因?yàn)橄露说幕剞D(zhuǎn)支承已經(jīng)承受了很大的軸向力，所以上端軸承主要考慮承受徑向力，通過先前的說明可以得知選用深溝球軸承軸承，用來承受徑向力，由于這個(gè)動(dòng)力輸出裝置的尺寸很大，所以該深溝球軸承需要定做。經(jīng)過相關(guān)的專業(yè)軸承設(shè)計(jì)，可以生產(chǎn)出這個(gè)深溝球軸承。 圖 37 動(dòng)力輸出裝置剖面圖 大齒輪的 設(shè)計(jì) 我們都知道，齒輪在機(jī)械傳動(dòng)中起著不可替代的作用。大齒輪的結(jié)構(gòu)如圖 38 所示。然后在設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其接觸強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核，強(qiáng)度校核將在下一章中展開。即外齒圈的外止口和內(nèi)止口，根據(jù)選用螺釘?shù)耐鈴酱_定孔的大小和數(shù)量。最重要的是價(jià)格低廉，適用于制造齒輪。所以大齒輪應(yīng)該具有良好的工藝性。 關(guān)鍵工序 的 分析 ： （ 1）滾齒及磨齒余量 大齒 輪模數(shù)為 144mm，粗滾齒后留出較大的磨 余量，滲碳淬火后可以直接進(jìn)行磨齒。 （ 2）噴丸 硬齒面齒輪的承載能力往往受抗彎疲勞強(qiáng)度的限制，因此，提高硬齒面齒輪的抗彎疲勞強(qiáng)度對(duì)于齒輪的強(qiáng)度提高極其重要。另一方面噴丸處理還可以壓平加工后留在輪齒表面的刀痕以及熱處理后的表面缺陷。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 （ 3）磨齒 磨齒時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生燒傷和裂紋。對(duì)于磨淬硬鋼的齒輪，一般為了保持砂輪的鋒利，使磨鈍的沙粒易于脫落，砂輪的硬度不應(yīng)太大，為了方便排除切屑砂輪的組織不宜過于緊密。 為了保證齒輪的抗彎疲勞強(qiáng)度，保持齒根圓角處噴丸處理的殘余壓應(yīng)力不被破壞，可以采用磨前滾刀在磨齒前滾齒時(shí)將齒根圓角處切去適當(dāng)?shù)慕饘賹?。?qū)動(dòng)套筒的結(jié)構(gòu)如圖 39 所示。在凸臺(tái)處根據(jù)回轉(zhuǎn)支承的孔，來確定套筒的孔直徑和數(shù)量。由于要與軸承配合，所以在配合的表面上要進(jìn)行打磨處理，旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 24 提高表面的質(zhì)量，從加工的工藝結(jié)構(gòu)上來說，為了節(jié)省時(shí)間，所以上下部分又分開成兩部分。最后，由于套筒要傳遞很大的扭矩，所以套筒要有足夠的壁厚，防止在很大的轉(zhuǎn)矩下，產(chǎn)生變形或者破壞。 本次設(shè)計(jì)中，因?yàn)轵?qū)動(dòng)套筒的功能也主要是傳遞大功率和大扭矩，故不再贅述驅(qū)動(dòng)套筒的選材和熱處理工藝，所以它的選用材料和熱處理工藝基本上和大齒輪的相同。內(nèi)、外花鍵均為多齒零件，在內(nèi)圓柱表面上的花鍵為內(nèi)花鍵，在外圓柱表面上的花 鍵為外花鍵。由于現(xiàn)在花鍵已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，在使用時(shí)只需根據(jù)合適的參數(shù)進(jìn)行選用。 （ 1）花鍵連接特點(diǎn)： ，故聯(lián)接受力較為均勻； ，齒根處應(yīng)力集中較小，軸與轂的強(qiáng)度削弱較少； c齒數(shù)較多，總接觸面積較大，因而可承受較大的載荷； d軸上零件與軸的對(duì)中性好，這對(duì)高速及精密機(jī)器很重要； e導(dǎo)向性好，這對(duì)動(dòng)聯(lián)接很重要； f可用磨削的方法提高加工精度及聯(lián)接質(zhì)量； g制造工藝較復(fù)雜，有時(shí)需要專門設(shè)備，成本較高。 （ 2）花鍵連接的類型選擇 花鍵聯(lián)接按齒形的不同，可分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類，這兩類花鍵均已標(biāo)準(zhǔn)化。其特點(diǎn)是定心精度高，定心的穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理引起的變形。 應(yīng)用廣泛。 b 漸開線花鍵 漸開線花鍵的定心方式為齒形定心。用于載荷較大，定心精度要求較高以及尺寸較大的聯(lián)接，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、汽車等。由于驅(qū)動(dòng)套筒和花鍵套之間通過螺釘來傳遞扭矩，所以在花鍵套的外圈上部分需要做出凸臺(tái)，其尺寸大小 根據(jù)選用螺釘?shù)耐鈴絹泶_定。其花鍵尺寸是根據(jù)鉆桿的外花間來設(shè)計(jì)。 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 箱體設(shè)計(jì)包括箱座設(shè)計(jì)和箱蓋設(shè)計(jì)兩部分，它們都是在完成箱體內(nèi)部傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)后才進(jìn)行的，根據(jù)輸入軸、大齒輪、驅(qū)動(dòng)套筒、所用軸承等零件的相關(guān)尺寸，確定箱體的關(guān)鍵尺寸，然后再考慮其他的排油，觀察等問題。根據(jù)在根據(jù)輸入軸和大齒輪在空間的位置關(guān)系，可以確定箱座底面孔的位置和尺寸，在設(shè)計(jì)底面的時(shí)候，為了方便排油，還需要考慮在箱體底部的最低處開設(shè)排油孔，通過查閱相關(guān)書籍，獲得排油孔的設(shè)計(jì)尺寸。在箱座的上表面，由于要和箱蓋一起共同保護(hù)箱體內(nèi)部零件的作用，并且為了裝配方便，在上表面 還得設(shè)計(jì)凸臺(tái)，在凸臺(tái)上加工螺紋孔，定位孔。 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 26 圖 311 箱座 根據(jù)動(dòng)力箱的工作環(huán)境，選擇箱體材料為灰鑄鐵 HT200. 鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造是現(xiàn)代裝置 制造工業(yè) 的基礎(chǔ)工藝之一。箱座的結(jié)構(gòu)如圖 311 所示。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。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。 箱蓋采用鑄造工藝加工而成，材料也選用 HT200。 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(rùn)滑及密封件的選用 動(dòng)力箱的潤(rùn)滑 （ 1）軸承的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑對(duì)于滾動(dòng)軸承具有重要意義，軸承中的潤(rùn)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。選用的類型與軸承的速度有關(guān)。因?yàn)樗艹惺茌^大的載荷，不易流失，容易密封。當(dāng)齒輪的圓周速度v12m/s 時(shí) ，常將大齒輪浸油潤(rùn)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。 對(duì)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?。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。見表 32。這種密封主要用于脂潤(rùn)滑的場(chǎng)合，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但摩擦較大，只適用于滑動(dòng)速度較小的場(chǎng)合。唇形密封圈密封唇的方向要朝向密封的部位。常用的非接觸式密封有以下幾種：見表 33。這對(duì)使用脂潤(rùn)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(rùn)滑脂，可以提高密封效果。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。 甩油密封 ：油潤(rùn)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。 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(rùn)滑，而且軸承的轉(zhuǎn)速不高，接觸式密封適用于低速場(chǎng)合。 因此， 在動(dòng)力輸出裝置中， 使用氈圈密封。 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 。 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。 代入，計(jì)算得 = MPa 符合條件。 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 ? 。 故對(duì)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。 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(duì)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。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)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。 （ 3）從總圖派生出零件，對(duì)零件的造型、尺寸、色彩及逆行詳細(xì)設(shè)計(jì)，對(duì)零件心境有限元分析，使結(jié)構(gòu)及其尺寸與力相適 應(yīng)。 （ 5）對(duì)產(chǎn)品實(shí)施運(yùn)動(dòng)模擬或者功能磨練，對(duì)其性能做出評(píng)價(jià)、分析和優(yōu)化，最終完成零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。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。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?？梢詮V泛采用通用件、標(biāo)準(zhǔn)件。在二維 CAD 系統(tǒng)中，只需要對(duì)已經(jīng)存儲(chǔ)的圖紙做局部修改就可成為新圖。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。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。三維建模可以進(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(duì)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。 ③管理簡(jiǎn)單：所需建立的模型數(shù)量