大功率减速器液压加载试验台机械系统设计

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）前言减速器是机械系统重要组成部件之一。通常，在出厂前减速器都要做出厂试验，如加载实验等。液压传动具有易于实现直线运动、功率质量之比大，动态响应快等优点，在工程机械、冶金、农林、实验设备、航空航天、仿真运动平台和武器装备等领域得到了广泛应用。液压传动作为动力控制与控制技术的重要部分，对工业和国防技术进步和发展起到了很大的推动作用，是现代机械的基本要素和工程控制的关键技术之一。液压加载系统能实现较大范围内比较方便地实现无级调速，体积小、重量轻、结构紧凑，易于实现过载保护。液压加载系统存在液压传动效率低、噪声大、成本高、成本高、泄露污染环境等缺点降低了它的竞争力。为提高液压传动的核心竞争力，扩大其应用领域，因此应抓住主要的核心技术问题，改进技术，不断改进自身缺点，发挥自身优势，使液压传动创造新的活力，以满足未来发展的需要。对液压系统设计要求环保与节能并行,不仅满足环境目标,考虑回收利用率,资源,能源的有效利用率,以达到环境保护和资源优化应用的效应.从液压工业发展带来的环境污染,资源枯竭,生态破坏等诸多问题的方面来看有着重要的现实意义.要实现液压技术绿色化，液压技术必须充分发挥自身优点和借鉴其他领域的先进技术成果，对自身进行引进和创新，以提高液压元件和系统性能，降低成本，并符合节能、环保和可持续发展的要求才能保持强大竞争力和不断扩大应用领域。1 绪言1.1 加载技术的发展状况目前使用的加载方式有多种，如伺服加载加载系统、摩擦加载加载系统及液压加载加载系统等。伺服加载系统有可分为液压加载伺服加载系统、气动伺服加载系统和电动伺服加载系统等。如电液伺服加载系统具有高响应、高精度、高功率重量比和大功率输出的优点，在国防军事武器、航空航天、船舶、冶金等许多领域发挥着重要的作用，随着机械工作精度、响应速度和自动化程度的提高，电液伺服系统比与以往相比，应用环境和任务更为复杂，普遍存在较大程度的参数变化和外负载干扰（有时还存在多对象间的干扰）；摩擦加载这种方式在摩擦过程中损失了大量的能量,造成了能量的大量的流失,近而效率低.液压加载系统能实现较大范围内比较方便地实现无级调速，体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小，操纵、控制简单、省力，易于实现过载保。1.2液压技术的发展状况液压传动具有易于实现直线运动、功率质量之比大，动态响应快等优点，在工程机械、冶金、农林、实验设备、航空航天、仿真运动平台和武器装备等领域得到了广泛应用。液压传动作为动力控制与控制技术的重要部分，对工业和国防技术进步和发展起到了很大的推动作用，是现代机械的基本要素和工程控制的关键技术之一。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、低噪声、高度集成化等方面都取得了较大进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制技术方面也有很大成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著成果。1.3液压传动系统存在的不足与解决方法液压系统的工作过程是传动装置将原动机的输出能量转化为液压能，并通过执行机构做功的过程。在这一次过程中存在着多次的能量转换，在能量转换的过程中，每个环节都存在能量的损失，因此我们有必要分析一下能量损失的原因：液压泵、液压缸、液压马达作为能量转换元件把机械能转换成液压能，它们对整个液压系统的总效率影响最大，在能量转换过程中，它不可避免的存在能量的损耗，主要是泄露产生的流量损耗和有相对运动的表面间由于摩擦所产生的机械损耗，也都要消耗能量，从而造成系统的效率降低；液压源和负载特性不适应造成匹配损失，（如液压系统的输出压力，输出流量与执行元件所需的压力、流量不匹配。当流量不匹配时，产生溢流损失；当压力不匹配，产生压力损失。匹配程度越低，系统效率就越低，能力损失就必然越大。液压控制元件、辅助元件及结构布局所造成的能量损失。综合上所述，液压系统在工作时，存在着多种压力损失、容积损失和机械损失，这些损失造成总的能量损失，其中大部分转变成为热能，使系统温度升高，从而造成液油的老化。诱发各种故障，影响液压元件的使用寿命和系统工作时间的可靠性，同时也浪费了大量的能量。因此，在设计液压系统时，我们可以采取相应的措施来减少系统的能量损失，提高系统效率达到节能的目的。如在液压系统中大多数采用变量泵，这类泵能够根据工况的要求自动调节排量的大小，减少流量的损失，从而提高整个液压系统的效率，减少能量的损耗；液压缸和液压马达也是液压系统中能量损耗较大的元件，在选择液压缸和液压马达时，要注意液压缸、液压马达与泵的流量相匹配，在满足工作系统工作的前提下，使能量不至大量损失；应根据系统中阀类元件的相应位置和可能出现的最大压力及流量来确定其规格，其不宜过大或过小；对于低压大流量的液压系统，一般采用大流量的液压泵，如果采用低压蓄能器来增加短时大流量的液压泵，可以大大节省能源、降低温升同时蓄能器也能缓和冲击、吸收压力脉冲。使系统运行更平稳；在液压系统中液压泵的工作条件也极为严格，不但要求压力大、转速高、温度高，而且油液在被吸入和由泵压出，要受到剪力作用，所以一般根据泵的要求来确定液压油的粘度。在液压传动领域实现高效节能的途径主要为：通过改进结构设计等以减少能量损失，提高能量的利用率，借助于辅助设备实现能量回收使得能量再次被利用。减少能量损失的传动方法主要集中在系统结构设计、采用元件、使用介质等方面来考虑。在系统结构设计上：设计合理的液压回路，最大限度地减少由于液压元件的布局而产生的能量损失；在元件选择上，采用节能变频交流电动机驱动液压泵来代替原来直流电动机的驱动方式，尽可能选取具有高频率的液压泵、阀等减少压力和溢流损失；在介质的使用上：使用具有良好粘温特性的介质避免低温时粘度过高引起压力损失和高温时压力过小导致泄露加剧。另外还可以借助于储能器存储液压能，长时间小流量需求时可关闭电机的运行，短时间大流量需求可减少驱动功率实现节能的目的。如今在系统中存在着较多的剩余液压能，如一些化工行业废液中液压能、大型试验台白白溢流掉的液压能。回收和利用这些能量是非常有价值的。展望未来，液压传动的主要竞争者是电气传动和机械传动。在当今科学技术飞速发展的情况下，要实现液压技术绿色化，液压技术必须充分发挥自身优点和借鉴其他领域的先进技术成果，对自身进行引进和创新，以提高液压元件和系统性能，降低成本，并符合节能、环保和可持续发展的要求才能保持强大竞争力和不断扩大应用领域。2 方案设计设计任务：要求对220千瓦的大功率减速器进行加载试验，我列出了以下几种加载方案，进行比较，用以参考。方案（一）伺服加载系统（1）气动伺服加系统载：输出力矩较大，但机械结构、工艺操作复杂，重量体积大，功耗和噪声大，能源利用率低，而且它们与主控制器可传递的信息量小、简单，响应慢，精度与可靠性也不高，摩擦力较大启动缓慢，同时还需要一套油泵、泵站和相应的油路支持，容易漏气漏油，对气体或油液中的污染物比较敏感，经常发生故障，维修修理不方便，从、而大大提高了成本。（2）电动加载系统的特点： 响应快、机械结构、工艺流程相对简单，重量体积小，易于控制器通讯，精度和可靠性高，但它的输出力矩较小，频宽较低、功率密度较小。根据上诉优缺点可知，在要求输出力或力矩较小且加载精度要求比较高时使用电动加载。（3）电液伺服加载系统： 有高响应、高精度、高功率重量比和大功率输出的优点，在国防军事武器、航空航天、船舶、冶金等许多领域发挥着重要的作用。随着机械工作精度、响应速度和自动化程度的提高，电液伺服系统比与以往相比，应用环境和任务更为复杂，普遍存在较大程度的参数变化和外负载干扰（有时还存在多对象间的干扰）。方案（二）摩擦加载摩擦加载系统： 利用摩擦片相互摩擦对系统进行加载摩擦。这种加载方式浪费了大量的材料，而且在摩擦过程中损失了大量的能量,造成了能量的大量的流失,，不符合环保要求，并且效率低。方案（三）液压加载液压加载系统： 利用节流阀对系统进载。对节流阀的性能要求是：要有足够宽的流量调节范围，微量调节性能要好；流量要稳定，受温度变化的影响要小：要有足够的强度；行堵塞性要好，节流损失要小。但存在液压传动效率低、噪声大、成本高、成本高、泄露污染环境等缺点降低了它的竞争力。以上的几种方案存在着许多不足之处，因此都有待于进一步完善，综合比较而言，液压加载系统组成元件体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小，操纵、控制简单、省力，易于实现过载保护，液压元件之间能实现自动润滑液压元件的使用寿命长，但存在液压传动效率低、噪声大、成本高、成本高、泄露污染环境等缺点降低了它的竞争力。根据设计要求，我设计了如下图所示的液压加载试验台系统。总体系统图如下图所示：1.双向变量马达 2.联轴器 3.传感器 4.变速器 5.减速器 6.增速器7.双向变量加载泵 8.单向阀 9.蓄能器 10.压力计 11.辅助泵 12.电动机13.安全阀 14.油箱原理：马达1和加载泵7组成的主回路为开式回路，油箱14供油给加载泵7，启动时，电动机12带动辅助泵11驱动马达1运行，马达1带动变速器4、减速器5、增速器6，进而驱动加载泵7启动，之后油箱14供油给加载泵对减速器5进行加载，辅助泵11作为辅助动力源，用于补偿在系统中能量的损失，变速器4起到变速变扭的作用，蓄能器9用于稳定液压冲击。本设计实现了能量的回收，实现了能量的二次再利用，利用辅助泵对系统进行补油，提高了能量的利用率，通过改进结构设计等以减少能量损失，借助于辅助设备实现能量回收使得能量再次被利用。该液压加载系统不仅满足环境目标,考虑回收利用率,资源,能源的有效利用率,达到环境保护和资源优化应用的效应。3 大功率减速器设计大功率减速器设计：参照ZSY型三级减速器部分参数进行设计，减速器公称输入功率 ，公称输入转速 输出转速 ，公称传动比 ，3.1 三级减速器传动比的分配：按等强度分配： ， 式中 ， 高、中、低速级中心距（）； 分别为总传动比和高、中、低速级传动比；高、中、低速级齿轮的接触疲劳极限（）;设 ， ， 根据逼近原则，选， ；3.2 传动装置的效率:按机械设计课程设计表4.2-9取：联轴器效率 0.994 ， 齿轮啮合效率 （齿轮精度为8级）0.97 滚动轴承效率 0.983.3 减速器各轴运动及动力参数计算0轴：（即减速器输入轴）P= 50kwn1500r/minT=9.55P/n=9.555010/1500318.3N.m轴（减速器中间轴）：P= 500.970.9847.53kwn=1500/3.42438.60r/minT=9.55P/n=9.5547.5310/438.601034.91 Nm轴（减速器中间轴）： P= =47.530.970.9845.18 kwn=438.60/2.91=150.72 r/minT=9.55P/=9.5545.18103/150.72=2862.72N.m轴（减速器输出轴）： =45.180.970.98= 42.96 kw 150.72/2.81=53.64r/minT=9.55P/n=9.5542.96103/53.64=7648.55 N.m计算结果汇总列表如下：3.4 传动零件的设计计算3.4.1 减速器高速级齿轮传动计算选择材料及热处理方法 查表8-17（p174）小齿轮： 45号钢 调质HBS=245-275 HBS大齿轮： 45号钢 正火HBS=210-240 HBS按齿根弯曲疲劳强度设计计算:采用斜齿圆柱齿轮传动，按V=(0.0120.021)n=5.7910.14 m/s, 估取圆周速度 7.5 m/s,参考表8-14，8-15选取第公差组8级小齿轮分度圆直径由式8-77得齿宽系数查表8-23按齿轮相对轴非对称布置取=0.8小齿轮齿数，按推荐值2040中选=24大齿轮齿数=3.4224=82.08,圆整取=83，传动比= / =83/24=3.46传动比误差=3.50-3.46/3.50=0.09，误差在5%范围内，合适小轮转矩=9.55 / =9.551050/1500=318300 N载荷系数K K=KKKK使用系数 K 查表8-20 K=1.00动载荷系数K 初值查图 8-57 K=1.22齿向载荷分布系数 查图 8-60得=1.12齿间载荷分配系数的初值，初选由式8-55和8-56得=+=1.88-3.2（1/+1/）+=1.671.41=3.08查表8-21插值得K1.42载荷系数K初值K=11.221.121.42=1.94弹性系数查表8-22得189.8节点影响系数Z 查图8-64（X=X=0）得Z=2.45重合度系数查图8-65，=0.77螺旋角系数=0.99许用接触应力由式=.ZZ/S接触疲劳极限应力、查图8-69570 N/460 N/应力循环次数由式8-70得N=60nj=6015001830081.73109N= N/1.73/3.46=5查图8-70接触强度寿命系数Z ZZ = Z=1硬化系数Z查图8-71及说明Z=1.15接触强度安全系数S查表8-27按一般可靠度S=1.01.1取 S=1.0=57011.15/1.0656 N/mm=46011.15/1.0529 N/mm的设计初值95.94模数：m=/ = 95.94/24=3.62 圆整取模数m =4中心距a=m (+)/(2)=4107/2=219.63 分度圆螺旋角 =小轮分度圆直径的计算圆周速度V=/60000=3.1498.531500/60000=7.74m/s与估取的值相近.对K取值影响不大不必修正取K=K=1.22齿间载荷分配系数=+ = 1.88-3.2（1/24+1/83）=1.67=1.67+1.41=3.08 查表8-21得=1.42载荷系数 K=11.221.121.42=1.94小轮分度圆直径取取大轮分度圆直径=483/=340.73齿宽=0.895.94=76.75大齿轮齿宽b圆整取齿宽80 小齿轮宽=b+（510）=80+5=85按齿根弯曲疲劳强度校核计算=齿形系数 查图8-67得 与2.622.21应力修正系数Y查图8-68 1.61.78重合修正系数Y由式8-67得Y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.67=0.70，所以Y=0.70螺旋角系数 许用弯曲应力由式（8-71）计算 =YY/S弯曲疲劳极限查图（8- 72）= 460 N/= 390N/弯曲疲劳强度得寿命系数查图8-73查得=1.0尺寸系数Y 查图8-74Y=1.0安全系数S 查表8-27 则S=1.25 = 46011/1.25=368 N/ =39011/1.25=312N/故=2.621.600.700.85=90.65 N/=2.211.780.700.85=90.38 N/满足要求，合格。3.4.2 减速器中间级齿轮传动计算选择材料及热处理方法 查表8-17（p174）小齿轮： 45号钢 调质HBS=245-275 HBS大齿轮： 45号钢 正火HBS=210-240 HBS按齿根弯曲疲劳强度设计计算:采用斜齿圆柱齿轮传动，按V=(0.0120.021) n=2.514.39 m/s, 估取圆周速度 3.4 m/s,参考表8-14，8-15选取第公差组8级小齿轮分度圆直径由式8-77得齿宽系数查表8-23按齿轮相对轴非对称布置取=0.8小齿轮齿数 按推荐值2040中选=24大齿轮齿数=2.9124=69.84,圆整取=70，传动比 = / =70/24=2.92传动比误差=2.95-2.92/2.95=0.01，误差在5%范围内，合适小轮转矩=9.55/=9.551047.53/438.60=1034910N载荷系数K K =KKKK使用系数 K 查表8-20 K=1.00动载荷系数K 初值查图8-57 K=1.12齿向载荷分布系数 查图8-60得=1.12齿间载荷分配系数的初值，初选由式8-55和8-56得=+=1.88-3.2（1/+1/）+=1.661.41=3.07查表8-21插值得K1.42载荷系数K初值K=11.121.121.42=1.78弹性系数查表8-22得189.8节点影响系数Z查图8-64（X=X=0）得Z=2.45重合度系数查图8-65= 0.77螺旋角系数=0.99许用接触应力由式=.ZZ/S接触疲劳极限应力、查图8-69600 N/500 N/应力循环次数由式8-70得N=60nj=60438.601830085.05N= N/5.05/2.92=1.73查图8-70接触强度寿命系数Z ZZ = Z= 1硬化系数Z查图8-71及说明Z=1.15接触强度安全系数S查表8-27按一般可靠度S=1.01.1取 S=1.0=60011.15/1.0690 N/mm=50011.15/1.0575N/mm的设计初值132.94模数：m=/ =132.94/24=5.40 圆整取模数m=6中心距a=m (+)/2=694/(2)=289.42 分度圆螺旋角 =小轮分度圆直径的计算圆周速度V=/60000=147.79438.6/60000=3.39m/s与估取的值相近.对K取值影响不大，不必修正取K=K=1.12齿间载荷分配系数=+ = 1.88-3.2（1/24+1/70）=1.66=1.66+1.41=3.07 查表8-21得=1.42载荷系数 K=11.121.121.42=1.78小轮分度圆直径取取大轮分度圆直径=670/=431.05齿宽=0.8132.94=106.35大齿轮齿宽b，圆整取齿宽110 小齿轮宽=b+（510）=110+5=115按齿根弯曲疲劳强度校核计算=YYYY齿形系数 查图8-67得 与2.622.23应力修正系数Y查图8-68 1.61.76重合修正系数Y由式8-67得Y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.67=0.70，所以Y=0.70螺旋角系数 许用弯曲应力由式（8-71）计算 =YY/S弯曲疲劳极限查图（8- 72）=460 N/=390N/弯曲疲劳强度得寿命系数查图8-73查得=1.0尺寸系数Y 查图8-74Y=1.0安全系数S 查表8-27 则S=1.25=46011/1.25=368N/ =39011/1.25=312N/故=2.621.600.700.85=90.11 N/=2.231.760.700.85=88.70 N/满足要求，合格。3.4.3 减速器低速级齿轮传动计算选择材料及热处理方法 查表8-17（p174）小齿轮： 45号钢 调质HBS=245-275 HBS大齿轮： 45号钢 正火HBS=210-240 HBS按齿根弯曲疲劳强度设计计算:采用斜齿圆柱齿轮传动，按V=(0.0120.021) n=1.212.12 m/s, 估取圆周速度 1.5 m/s,参考表8-14，8-15选取第公差组8级小齿轮分度圆直径由式8-77得齿宽系数查表8-23按齿轮相对轴非对称布置取=0.8小齿轮齿数 按推荐值2040中选=24大齿轮齿数=2.8124=67.44,圆整取=67，传动比= / =67/24=2.79传动比误差=2.80-2.79/2.80=0.0036，误差在5%范围内，合适小轮转矩=9.55/=9.551045.18/150.72 =2862720N载荷系数K K=KKKK使用系数 K 查表8-20 K=1.00动载荷系数K 初值查图8-57 K=1.05齿向载荷分布系数 查图8-60得=1.12齿间载荷分配系数的初值，初选由式8-55和8-56得=+=1.88-3.2（1/+1/）+=1.661.41=3.07查表8-21插值得K1.42载荷系数K初值K=11.051.121.42=1.67弹性系数查表8-22得189.8节点影响系数Z查图8-64（X=X=0）得Z=2.45重合度系数查图8-65=0.77螺旋角系数=0.99许用接触应力由式=.ZZ/S接触疲劳极限应力、查图8-69600 N/500 N/应力循环次数由式8-70得N=60nj=60150.721830081.84N= N/1.84/2.79=0.66查图8-70接触强度寿命系数Z ZZ = Z=1硬化系数Z查图8-71及说明Z=1.15接触强度安全系数S查表8-27按一般可靠度S=1.01.1取 S=1.0=60011.15/1.0690 N/mm=50011.15/1.0575N/mm的设计初值183.42模数：m=/ =183.42/24=7.45 圆整取模数m=8中心距a=m (+)/（2）=891/(2)=373.57 分度圆螺旋角： =小轮分度圆直径的计算圆周速度V=/60000=197.05150.72/60000=1.56m/s与估取的值相近.对K取值影响不大不必修正取K=K=1.05齿间载荷分配系数=+ = 1.88-3.2（1/24+1/67）=1.66=1.66+1.41=3.07 查表8-21得=1.42载荷系数 K=11.051.121.42=1.67小轮分度圆直径取取大轮分度圆直径=867/=550.09齿宽=0.8183.42=146.74大齿轮齿宽b圆整取齿宽150 小齿轮宽=b+（510）=150+5=155按齿根弯曲疲劳强度校核计算=YYYY齿形系数 查图8-67得 与2.622.24应力修正系数Y查图8-68 1.61.76重合修正系数Y，由式8-67得Y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.66=0.70，所以Y=0.70螺旋角系数 许用弯曲应力由式（8-71）计算 =YY/S弯曲疲劳极限查图（8- 72）=500 N/=400N/弯曲疲劳强度得寿命系数查图8-73查得=1.0尺寸系数Y 查图8-74Y=1.0安全系数S 查表8-27 则S=1.25=50011/1.25=400N/ =40011/1.25=320N/故=2.621.600.700.85=97.60 N/=2.241.760.700.85=94.85 N/满足要求，合格3.4.4 减速器低速轴的强度校核（1）求轴的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图（见下图）。对于32024型圆锥滚子轴承，查得a38,因此轴的支承跨距L=99+319=418根据轴的计算简图做出轴的弯矩图，扭矩图，和当量弯矩图（见下图）。从轴的结构图和当量弯矩图可看出，C截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。C截面处的、及的数值如下。支反力 水平面 =20523.31 N， =6630.61 N 垂直面 =11675.20 N， =-1532.13 N弯矩和 水平面 =2154947.55 N 垂直面 =1225896 N合成弯矩 N 扭矩T T=7468550 N 当量弯矩 N（2）校核轴的强度 轴的材料为45钢，调质处理。由表4-1（机械设计工程学）查得=650N/，则=0.090.1，即5865 N/，取=60 N/，轴的计算应力为 N/=60 N/根据计算结果可知，该轴满足强度要求。3.4.5 精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面 从受载情况观察，截面C上最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力均集中在两端），而且这里轴径最大，故截面C不必校核。从应力集中对轴的疲劳强度削弱程度观察，截面IV和V处过盈配合引起的应力集中最严重。截面V的应力集中与截面IV相近，但截面V不受扭矩作用，同时轴径也较大。分析可知，危险截面为IV截面（左侧）。（2）计算危 险截面应力 截面右侧弯矩为 N/ 截面上的扭矩为 =7468550 N 抗弯截面系数 N/ 抗扭截面系数 N/ 截面上的弯曲应力 N/ 截面上的扭转剪应力 N/ 弯曲应力幅 N/ 弯曲平均应力 扭转剪应力的应力幅与平均应力相等，即 N/（3）确定影响系数 轴的材料为45号钢，调质处理。由表查4-1得 N/, N/, N/. 轴肩圆角处的有效应力集中系数、。根据r/d=2.5/120=0.021, D/d=122/120=1.02,由表4-5经插值后可得。 尺寸系数、，查得 =0.6，=0.77。 表面质量系数、 根据=650 N/和表面加工为精车，查图4-19，得 材料弯曲、扭转的特性系数 ， 由上面的结果可得 查表4-4 中的许用安全系数S值，可知该轴安全。4 变速箱内齿轮传动的设计计算4.1 第一变速齿轮的设计选择齿轮材料： 小轮选用45#，调质=245-275 HBS大轮选用45#，正火=210-240 HBS按齿根弯曲疲劳强度设计计算：采用直齿圆柱齿轮传动，按V=(0.0130.022)=6.4410.89 m/s 估取圆周速度V7.5m/s ,参考教材表8-14，8-15选取II公差组8级小齿轮分度圆直径由式8-77得齿宽系数 ,查教材表8-23按齿轮相对轴承为非对称布置，取0.8小齿轮齿数 Z1在推荐值2040中选24大齿轮齿数 Z2=Z1i=4.424=105.6，圆整齿数比 u=Z2/Z1=106/244.42传动比误差=（4.45-4.42）/4.45=0.0067,误差在5%内,合适小轮转矩=9.5510/n=9.551054.0/1500=343.8 N载荷系数K由式（8-54）得 K=KKK使用系数，查教材表（8-20）=1.00动载荷系数K的初值 K由教材图（8-57）查得K=1.24齿向载荷分布系数 K由教材图（8-60）查得K=1.12由式（8-55），（8-56）得= 1.88-3.2(1/Z+1/Z)= 1.88-3.2(1/24+1/106)= 1.72查教材表8-21并插值K=1.16则载荷系数的初值为=11.241.121.16=1.61弹性系数查表8-22得189.8节点影响系数Z查图8-64（X=X=0）得Z=2.5重合度系数查图8-65，=0.87许用接触应力由式=.ZZ/S接触疲劳极限应力、查图8-69600N/mm500N/mm应力循环次数由式8-70得=60n2j=6015001830081.73= /1.73/4.4=3.93查图8-70接触强度寿命系数Z ，ZZ= Z=1.0硬化系数Z查图8-71及说明Z=1.15接触强度安全系数S查表8-27按一般可靠度S=1.01.1取 S=1.0=60011.15/1.0690N/mm=50011.15/1.0575N/mm的设计初值95.63 模数：m= /=95.63/24=3.98 圆整取模数m=4中心距a=m(+)/2=4（24+106）/2=260 小轮分度圆直径的计算 ，244=96圆周速度v=/60000=961500/60000=7.54m/s与估取的值相近.对K取值影响不大不必修正K取K=K=1.61大轮分度圆直径=m=4.0106=424 mm，齿宽=0.895.63=76.50大齿轮齿宽b圆整取齿宽80小齿轮齿宽=b+（510）=80+5=85按齿根弯曲疲劳强度校核计算=YYYY查图8-67得 与小轮 2.67大轮 2.18应力修正系数Y查图8-68 1.581.81重合修正系数Y由式8-67得Y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.71=0.69 所以Y=0.69许用弯曲应力由式（8-71）计算 =YY/S弯曲疲劳极限查图（8- 72）=460N/mm=390N/mm弯曲疲劳强度得寿命系数查图8-73查得=1.0尺寸系数Y 查图8-74Y=1.0安全系数S 查表8-27则S=1.3=46011/1.3=353.85N/ =39011/1.3=300N/故=21.613438002.671.580.69/（85964）=98.74N/=21.613438002.181.810.69/（80964）=98.11N/满足要求，合格。4.2 另一组变速齿轮的设计依据变速组内模数相等理论设计。所以m=4根据需要，=65所以分度圆直径两轮齿宽b圆整取齿宽80 选择齿轮材料： 齿轮均选用45#HBS=210-240 HBS1.88-3.2（）=1.78K=11.31.191.12=1.73按齿根弯曲疲劳强度校核计算=YYYY查图8-67得2.27应力修正系数Y查图8-68 1.74重合修正系数Y由式8-67得Y0.25+0.75/=0.25+0.75/1.78=0.67所以Y=0.67许用弯曲应力由式（8-71）计算 =YY/S弯曲疲劳极限查图（8- 72）=390N/mm弯曲疲劳强度得寿命系数查图8-73查得=1.0尺寸系数Y 查图8-74Y=1.0安全系数S 查表8-27则S=1.3 =39011/1.3=300N/，故=21.733438002.271.740.67/802604=37.84N/mm满足要求，合格。变速箱内部结构如图所示：4.3 变速箱低速轴的强度校核4.3.1 求轴的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图（见下图）。对于32024型圆锥滚子轴承，查得a9.5,因此轴的支承跨距L=68+366根据轴的计算简图做出轴的弯矩图，扭矩图，和当量弯矩图（见下图）。从轴的结构图和当量弯矩图可看出，C截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。C截面处的、及的数值如下。支反力 水平面 =6017.47 N， =1118 N 垂直面 =2190.18 N， =406.92 N弯矩和 水平面 =409187.96 N 垂直面 =148932.72 N合成弯矩 N 扭矩T T=1512720 N 当量弯矩 N4.3.2 校核轴的强度 （1）求轴的载荷 轴的材料为45钢，调质处理。由表4-1（机械设计工程学）查得=650N/，则=0.090.1，即5865 N/，取=60 N/，轴的计算应力为 N/=60 N/根据计算结果可知，该轴满足强度要求。4.3.3 精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面 从受载情况观察，截面C上最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力均集中在两端），而且这里轴径最大，故截面C不必校核。从应力集中对轴的疲劳强度削弱程度观察，截面IV和V处过盈配合引起的应力集中最严重。截面V的应力集中与截面IV相近，但截面V不受扭矩作用，同时轴径也较大。分析可知，危险截面为IV截面（左侧）。（2）计算危 险截面应力 截面右侧弯矩为 N/ 截面上的扭矩为 =1512720 N 抗弯截面系数 N/ 抗扭截面系数 N/ 截面上的弯曲应力 N/ 截面上的扭转剪应力 N/ 弯曲应力幅 N/ 弯曲平均应力 扭转剪应力的应力幅与平均应力相等，即N/（3）确定影响系数 轴的材料为45号钢，调质处理。由表查4-1得 N/, N/, N/. 轴肩圆角处的有效应力集中系数、。根据r/d=2.0/68=0.029, D/d=70/68=1.03,由表4-5经插值后可得。 尺寸系数、，查得 =0.67，=0.80。 表面质量系数、 根据=650 N/和表面加工为精车，查图4-19，得 材料弯曲、扭转的特性系数 ， 由上面的结果可得 查表4-4 中的许用安全系数S值，可知该轴安全。5 结论在能源日益紧缺的今天，高效节能的产品日益受到人们的青睐，节能技术一直是液压领域所关注的重大课题之一。在满足性能要求的前提下实现对液压传动系统具有机器重要的意义。本文以机械设计理论为基础，结合液压传动理论，对大功率液压加载试验台机械系统设计进行研究。该试验台是由液压加载泵、液压马达、变速器、减速器、增速器、辅助泵以及传感器等组成的系统。本文系统的对减速器、变速器进行了设计，其中包括参数计算、齿轮校核、轴的校核、具体的结构设计、零件设计，以及整个系统的设计等各项工作。本设计还有一些不足之处，一是基于能量回收的液压加载试验台实例还比较少，设计时参考资料少，考虑必然会出现欠缺之处。二是对于液压设计理论的理解还不够深刻，运用起来不是很得心应手。另外，本设计只是处于理论阶段，由于条件制约，没能做成实物进行试验，所以这些都是需要进一步研究和实践的。致谢经过几个月的忙碌和学习，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的指导老师张建卓教授。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是张建桌老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩张老师的专业水平外，他严谨的治学态度和钻研科学的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢各位老师大学四年来对我的大力栽培，在此，我向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 参考文献1彭熙伟，陈建萍.液压技术的发展方向J.液压与气动，2007（3）：14 2刘志峰，刘光复.绿色设计.北京：机械工业出版社，1999年.3隗金文,王慧.液压传动.沈阳:东北大学出版社,2001年.4桑勇，占林，祁小野，白国长.液压系统中节能技术的讨论J.机床与液压，2007（3）：83865Step W.James,sarfraz Khaliq,Ralph P.Tatam.A long period grating liquid level sensor C.Proc.of 15th Optical Fiber Sensors Conference Technical Digest,20026张展，叶少华，韩为峰.减速器设计选用设计手册.上海：上海科学技术出版社，2001年7巩云鹏,田万禄,张祖立,黄秋波.机械设计课程设计.沈阳:东北大学出版社,2000年.8王洪欣,李木,刘秉忠.机械设计工程学(I).徐州: 中国矿业大学出版社,2001年. 9 唐大放,冯晓宁,杨现卿.机械设计工程学(II).徐州: 中国矿业大学出版社,2001年.10吴宗泽.机械设计实用手册.北京:化学工业出版社,1999年.11马晓春.我国现代机械制造技术的发展趋势J.森林工程，2002（3） 35