叉车驱动桥设计

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕 业 设 计 说 明 书 题目 叉车驱动桥设计 二级学院 直属学部 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师姓名 职称 评阅教师姓名 职称 2014 年 11 月 常州工学院毕业设计 摘 要 随着现代社会文明的发展 叉车的使用越来越普遍 它已从过去的港口码头进入 了整个社会 本文主要介绍叉车整车的结构 组成和性能分析 并对叉车工作装置进 行设计研究 以额定负载为二吨小轴距弹性轮胎系列叉车的研制过程为基本参数 对 叉车门架系统及各部件的构造和规格要求分析 使货物提升高度达到三米并使驾驶员 的视野宽阔 做到人性化 安全化和美化外观的目的 最后介绍了并进行设计技术的 具体实施过程 分析总结了设计实验的应用效果 从而达到设计方案与实际相结合的 目的 毕业设计的主要内容是叉车的总体方案设计和驱动系统设计 总体方案设计包括 分析给定的技术参数及工作条件 进行调查研究 收集资料 确定个部分的构造型式 主要尺寸及估重 并做布置位置草图 初算整机重心位置 桥负荷 稳定性 牵引性 制动性 机动性等 绘制总体外型尺寸及参数性能图 驱动系统设计包括 1 驱动系统传动方案的确定 采用单电机集中驱动系统 由减速箱总成 差速 器总成及驱动桥组成 驱动电机与减速器主动齿轮直接相连 通过两级减速及差速器 将扭矩传送到左右两个驱动轮 电机轴线与车轮轴线平行 因此减速器采用两极圆柱 齿轮传动 半轴采用全浮式结构 与轮毂用螺钉连接传递转矩 桥壳采用组合式结构 一端由轮毂轴承支承在车轮上 另一端与减速器相连 2 减速器的设计 分配传动比 计算动力和运动参数 按接触强度确定中心距 计算齿轮的主要参数 按扭转强度设计轴的尺寸 按弯扭合成校核轴的强度 减速器 箱体的设计 轴承的寿命校核 3 半轴 桥壳等零件的结构设计与强度校核 关键词 叉车 驱动桥 减速器 太阳能混合动力观光车驱动系统设计 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 课题的背景 1 1 2 叉车技术的发展回顾及现状 1 1 2 1 我国叉车现状及形式分析 1 1 2 2 国外叉车技术的发展情况 2 1 3 未来叉车的发展趋势 3 1 3 1 技术方面 3 1 3 2 需求方面 3 第 2 章 总体设计 5 2 1 方案比较和设计选型 5 2 2 设计思路 5 2 3 本次毕业设计的设计方案 5 第 3 章 双电动机驱动桥设计 6 3 1 驱动系统总体设计 6 3 2 减速器的设计 6 3 2 1 传动比分配 6 3 2 2 运动和动力参数计算 6 3 2 3 齿轮参数计算 6 3 2 4 轴的设计 14 3 2 5 平键的强度校核 15 3 2 6 轴的强度校核 15 3 2 7 轴承的寿命校核 19 3 2 8 减速器箱体的设计 21 3 3 半轴的设计 21 3 3 1 半轴的形式 21 3 3 2 半轴轴径的确定 21 3 3 3 花键的设计和校核 22 3 3 4 半轴连接螺钉强度校核 22 3 4 轮毂的设计 23 3 4 1 轮毂的外形设计 23 3 4 2 轮毂与轮辋的连接螺栓强度校核 23 3 5 驱动桥壳的设计 24 3 5 1 驱动桥壳的结构设计 24 3 5 2 驱动桥壳的强度计算 24 3 5 3 桥壳与减速器连接螺钉强度校核 26 常州工学院毕业设计 3 6 轮毂轴承的寿命计算 26 致 谢 28 参考文献 29 常州工学院毕业设计 1 第 1 章 绪论 1 1 课题的背景 现代工业的发展 离不开物流的输送 在车间在物流公司 叉车成为了主要的运 输工具 因此对叉车的研究和设计对现实的生产和工作有实际的意义 同时通过对叉 车设计和研究锻炼学生分析问题和解决问题的能力 电动叉车是以电力直流或交流为动力实施装卸 起重 搬运 堆垛作业的车辆 八十年以来 由于电动叉车具有易操作 作业灵活 安全 动力利用率高 噪声小 对 环境污染小等优点 更适合于工矿企业作搬运机械使用 因而倍受人们重视 得到了迅 速发展 电动叉车由于其操纵控制简便 灵活外 操纵人员的操纵强度相对内燃叉车而言 要轻很多 其电动转向系统 加速控制系统 液压控制系统以及刹车系统都由电信号 来控制 大大降低了操纵人员的劳动强度 这样一来对于提高其工作效率以及工作的 准确性有非常大的帮助 且相对于内燃叉车 电动叉车的低噪音 无尾气排放的优势 也已得到许多用户的认可 目前 市场上的叉车可以分为手动叉车 内燃叉车以及电动叉车 集电子技术和 机械制造技术于一体的电动叉车 与内燃叉车和手动叉车相比 具有明显的优势 除 了众所周知的能量转换效率高 噪声小 无废气排放 控制方便等特点外 电动叉车 的使用和维护成本相对于内燃叉车而言也具有很大的优势 就使用成本而言 电能的 消耗成本比柴油或者液化石油气的消耗成本低很多 操作人员的劳动强度相对于内燃 叉车也大大降低 就维护成本而言 电动叉车的维护保养周期比内燃叉车长两到三倍 维护保养范围更小 维护保养范围更短 更换配件所需时间更短 另外 由于电动叉 车采用蓄电池供电技术 在电动叉车的供电过程中 可以采用一定的方法对能量进行 回收 这将进一步减少电动叉车的使用成本 这些优势对于电动叉车进一步扩大市场 份额具有积极意义 另外 随着微电子 电动机技术 电力电子技术以及控制技术的快速发展 电机 驱动与控制技术得到了很大提高 电动叉车的使用效率和可靠性等技术指标取得了突 破性的进展 这使得研发新一代的电动叉车驱动控制器成为必然 1 2 叉车技术的发展回顾及现状 1 2 1 我国叉车现状及形式分析 根据中国工业协会工业车辆分会的数据分析显示 我国 2006 年已达到 22 874 辆 与 2005 年相比较增长了近 38 该数据已表明 电动叉车将越来越受用户的青睐 但 是总体上来看电动叉车的市场比例仅为 21 由此可见 电动叉车的市场空间还很大 我国电动工业车辆虽然起步于一九五二年 但发展速度远落后于内燃叉车 当时 的归口管理和三电 蓄电池 电机 电控 的落后 制约了电动工业车辆的发展 改 革开放以来 由于生产过程的不断自动化 对物料搬运不断提出新的要求 叉车从主 要用于露天作业场合 逐渐向仓库 车间及生产线上扩展 在进入室内和半室内作业 较露天情况复杂 除无污染和低噪音需求外 还有通道的宽窄 较小的转弯半径 门 叉车驱动桥设计 2 限 货架的高度 进入电梯 地面楼板的承载重量 低温 防爆和个别场合人员不能 进入等约束条件 这些都是内燃叉车难以实现的 而以蓄电池 电机为主的电动工业 车辆就比较容易满足这些复杂的条件 随着电动 蓄电池及充电装置质量的提高 电 控技术的飞快发展 工业车辆行业整体技术水平的进步 使电动工业车辆的舒适性和 可靠性大大提高 作业效率明显提高 而维修费用大大降低 近几年 我国电动叉车行业发展快速 销售收入不断增长 市场规模也随之不断 扩大 2003 年 行业销售收入超过 100 亿元 增长率达到了 47 15 为近七年销售收 入增长之最 2006 年 行业销售收入达到了 188 01 亿元 相比 2000 年 市场规模扩 大了 3 09 倍 从产业周期的角度来看 在全球范围内 电动叉车产品和电动叉车产业都处于成 熟期 从国内情况看 电动叉车产品和电动叉车行业尚处于发展期 产品技术仍需发 展完善 产品使用范围和使用量尚未得到足够拓展 市场经济环境下的产业调整仍处 于自然阶段 用户使用意识和企业研发意识 能力还比较落后 因此 规范企业行为 提高行业质量水平 促进产业结构调整 推动行业发展壮大 从质量监督角度来说 任重道远 市场需求开始明显增长 产业规模迅速壮大 进入 1990 年代以来 国内每年包括 进口叉车大约需要 2 5 万台 99 年以后需求量连年增长 预计 2003 年将突破 5 万台 其中 国内企业销量将达到 33000 台以上 销售收入将达到 31 亿元以上 独 合资企 业产品销量将达到 10000 台以上 销售额将突破 12 亿 进口量 8000 台左右 金额 12 亿人民币左右 合计销量将达 51000 台以上 销售收入将达 55 亿元以上 显然 在轮 式工程机械中 从销售收入看 叉车在我国工程机械行业的地位仅次于装载机和汽车 起重机 处于第三位 并在近期将超过汽车起重机 而从销售台数看 它不久将超过 装载机而名列第一 行业格局出现分化 并向良性方向发展 行业发展进入 90 年代后期以来 开始出 现明显的分化 少数企业蒸蒸日上 而绝大多数企业则每况日下 在状况不佳的企业 中 少数企业是由于自身的个别原因 而多数企业则是由整个产业结构质量的低下所 致 另外一个重要原因就是众多国际强势制造商以独 合资的形式落户中国而给行业 带来强烈冲击 到目前为止 原有的国内生产企业均仍在全部咬牙坚持 从经济角度 讲 多数企业已丧失了存在价值 从社会角度讲 这些企业更类似于社会救助机构 这几乎是他们存在的全部意义 中国叉车行业 国内企业 的整体现状隐约让人们感 到一丝苦涩 同时也让人们感到欣慰 看到了希望 行业领导者已基本形成 行业结 构正在朝健康的方向发展 规模效益已在个别企业明显体现出来 行业整体赢利能力 已完全恢复 1 2 2 国外叉车技术的发展情况 国外叉车发展较早 从美国克拉克公司于 1932 年向市场提供第一台叉车起 至今 已有 80 多年历史 进入 90 年代以来 全世界大约有 250 多家叉车生产企业 主要的 国家有德国 日本 美国 保加利亚和瑞典 亚洲主要有日本 韩国和中国 1990 年世界叉车产量达到 55 8 万台 创历史最高纪录 其中德国 19 万台 保加 常州工学院毕业设计 3 利亚 5 8 万台 美国 3 4 万台 瑞典 1 1 万台 波兰 8000 台 捷克 7000 台 在亚洲日本 16 万台 韩国 2 7 万台 中国 1 6 万台 从 1990 2001 年全球叉车的年总规模在 55 60 万台 世界叉车市场上电动叉车呈上升趋势 内燃叉车略有下降 这与全球重视环保的 因素有关 目前 国外对内燃叉车正在推行环保治理 如采用欧 I 欧 II 标准 近几年 日本叉车市场上电动叉车 汽油叉车 柴油叉车的销售量大约各占三分之一 欧洲国 家电动叉车所占比例达到 50 左右 由于竞争的加剧 同 80 年代相比 90 年代以来 世界叉车工业出现了销售额增长 盈利减少的反常现象 为了改变这种状况 叉车巨 头纷纷在发展中国家建厂 以便降低成本 维持盈利 国际上生产叉车的厂家 排名前几位的有林德 丰田 纳科 永恒力 小松 TCM 力至优等著名公司 林德叉车是世界上第一品牌叉车 该公司是世界上唯一将 静压传动技术大规模应用于叉车的制造商 产品技术先进 质量可靠 其销售额一直 遥遥领先 位居世界顶尖水平 林德叉车总的特点 8 吨以下的产品其动力形式有内燃 机和电瓶驱动 传动形式有静压传动和电传动 10 吨以上的叉车则采用内燃机驱动和液 力传动 产品种类之繁多 技术水平之高超 令世界同行所赞叹 丰田 纳科 永恒 力 小松 TCM 力至优等公司的产品技术基本处于同一水平 但各家有各家技术优 势和特色 1 3 未来叉车的发展趋势 我国叉车行业已经历了多年的高速发展 虽然有诸多不确定因素存在 但我国叉 车行业总体前景依然乐观 我国叉车行业已经历了数年的高速发展 去年我国叉车的市场需求量达 5 万台 今年估计将超过 6 万台 但是长期以来 企业规模小 产品品种少 生产效率低 研 发能力弱 是搅扰叉车企业的四大难题 目前 国内叉车企业年销售收入超过亿元的只有安徽叉车集团公司 杭州叉车有 限公司等几家企业 多数企业规模较小 现在又有不少企业重新开始生产内燃叉车 小型搬运车辆和电动车辆 重复建设和生产仍然在增加 随着工业化水平的快速发展 叉车产品使用范畴日益扩大 但国内企业普遍生产品种少 远远不能满足用户的需要 而且其产品在驱动方式 能源环保等方面 与先进的国外制造商相比 还存在相当大 的差距 1 3 1 技术方面 在工程机械类产品中 叉车使用范畴广 遍及各个经济领域 虽然有诸多不确定 及不利因素存在 但整体前景依然乐观 与此同时 叉车市场合作日趋加剧 外资企 业已占据了高端市场 和开始转攻中低端市场 面对发展机遇和激烈的合作 专家认 为 叉车产品未来的五大发展趋势应引起业内的高度关心 1 3 2 需求方面 目前 安徽叉车集团公司已开发出具有自主学问产权的顺应当代国际市场需求的 高科技 高附加值的 H2000 系列新型叉车 和按照国际标准建设了优良的服务体系 80 年代前期 世界各国主要生产和使用上的以内燃机为动力的内燃叉车 随着石油的 叉车驱动桥设计 4 短缺和人们对环保意识的提高 电动叉车的使用日益受到人们的重视 在先进的资本 主义工业化国家的叉车市场 电动叉车的地位越来越显著 据有关报道 日本在 1987 年以前推出的叉车中 内燃叉车占 80 以上 而 1988 1989 两年中下降到不足 65 相反 电动叉车所占的比例却从不足 10 增长到 30 目前小吨位电动叉车在欧美市场 占有率竟达 60 左右 而且还有继续增长的趋势 大有替代内燃叉车的趋势 1 需求总量逐年增加 叉车年需求量将在今后几年达到 8 万台左右 中档叉车产 品销售量将猛增 市场竞争日趋激烈 2 电动叉车需求将迅速增加 电动叉车的迅速发展主要得益于科技的进步 产品 外观大都采用流线型设计 造型等价美观 主要生产厂家实现了规模生产和零部件专 业化生产及装配流水线作业 加工精度 自动化程度都提高了 在新材料 新工艺方 面最重要的体现是晶体管控制器 SCR 和 MOS 管 的应用 它的出现使电动叉车的使用 性能得到很大的提高 从总体上说 电动叉车耐用性 可靠性和适用性都得到显著提 高 完全可以和内燃叉车相抗衡 3 物流热和港口加大叉车需求 随着国内从政府到企业对物流的重视 物流业的 逐步升温 对叉车市场的需求也有较大的刺激作用 物流配送现代化对叉车的需求量 较大 尤其是企业对物流作业效率越来越重视 以及中国港口物料搬运的集装运输的 迅速发展 必将进一步刺激叉车市场的需求 4 叉车科技含量愈来愈高 高安全性 高可靠性和使用性能好的高水平产品 装 备先进的电子技术的机电一体化的大型叉车 以及向通用化 标准化 系列化的方向 发展的变形产品等都是有发展前景的产品 常州工学院毕业设计 5 第 2 章 总体设计 2 1 方案比较和设计选型 在选择设计方案时我考虑了两种叉车方案 一种是单级式电动叉车 另一种是双 极式电动叉车 这两种叉车的作用和功能基本上都是一样的 都具有灵活性大 使用 轻便 劳动强度低 设备自动化程度较高等特点 但是双极电动叉车与单级电动叉车相比 有很多优点 也有一些缺点 优点 由 于双极电动叉车采用双极叉车起升 在单向链条的作用下能达到双倍的起升高度 一 般能达到 2 5 3 米 在车间 仓储时能将货物堆放到一定高度 节省存储空间 节约仓 储开支等 缺点 与单级叉车相比 由于其高度而使得其结构复杂一些 自身重量要 大 灵活性不如单级装卸叉车 综合两种叉车的特点和优缺点 我选择单极电动叉车 因为两种叉车起升原理是 一样的 其结构也很相似 只要熟悉了单极电动叉车的原理 双级电动叉车也就知道 了 而在日常生活中 使用双极叉车的并不比单级的多 单级叉车在工厂 车间 仓 库 车站 码头等地的货物装卸 搬运 码垛作业中都很常用 而双极叉车一般只用 于要求一定高度的搬码垛等 所以我选择单极电动叉车 2 2 设计思路 本课题的目的在于实践环节中 主要是针对应用方面的设计和实用零件的选用等 在设计过程中没有太深奥的研究内容 也没有太难的设计计算 主要在于对实用型设 备的校核 实用零件的计算选用等 比如如何选用电机 链条等 还有如何设计选用 滚轮 油缸 在选用油缸过程中 需要查很多手册查找参数 比如油缸内径 轴杆径 原始长度等 这样就不会产生学到的知识用不上的情况 能够学以致用 不但完成好 了学习任务 而且还学到了一门技术 为以后就业打下更扎实的基础 2 3 本次毕业设计的设计方案 在正式设计前我根据课题制定了两套设计方案 主要是针对设计单级还是双级的 问题 以及在载重问题的选择 在指导老师的建议下 我选择了单级电动叉车 因为 这种型号的叉车在生活中应用比较广 大众化 整体设计主要包括以下几个部分 机械结构 机械传动 动力装置 电器设备 设计内容包括各个装备的由来 结构 校核 用途等 叉车驱动桥设计 6 第 3 章 双电动机驱动桥设计 3 1 驱动系统总体设计 驱动系统的总体设计方案示意图如图 3 1 所示 采用单电机集中驱动系统 由减 速箱总成 差速器总成及驱动桥组成 驱动电机与减速器主动齿轮直接相连 通过两 级减速 将扭矩传送到左右两个驱动轮 电机轴线与车轮轴线平行 因此减速器采 7 用两极圆柱齿轮传动 半轴采用全浮式结构 与轮毂用螺钉连接传递转矩 桥壳采用 组合式结构 一端由轮毂轴承支承在车轮上 另一端与减速器相连 桥壳的设计还要 与悬架等配合 根据它的结构和尺寸设计连接部件 7 3 2 减速器的设计 3 2 1 传动比分配 总传动比 故采用两级圆柱齿轮减速器 9 15i 根据 的经验公式 取 21413 5i 2 4i 3 2 2 运动和动力参数计算 高速轴 0 Pkw 28 minnr 095952 807 5TNm 中间轴 1123 1kw 0 8 innir 9550 78926 5TP 低速轴 212 1 0k 78 43 minnir 950950 64 95TnN 3 2 3 齿轮参数计算 高速级齿轮传动设计 1 齿轮均采用斜齿传动 6 级精度 齿面渗碳淬火 材料选择 小齿轮 38SiMnMo 调质 硬度 320 340HBS 大齿轮 35SiMn 调质 硬度 280 300 HBS 查得 790 760 lim1H 2 NlimH 2 N 640 600 FEFE 2 按接触强度初步确定中心距 并初选主要参数 3 1 132476aHPKTauu 式中 小齿轮传递的转矩 7 51Nm 载荷系数 K K 1 6 常州工学院毕业设计 7 齿宽系数 取 0 4 a 齿数比 u 暂取 u 3 55 许用接触应力 HP limHS 取最小安全系数 1 1 按大齿轮计算li 69127601 HP 2 N2 将以上数据代入计算中心距的公式得 56 321 675476 5049 a m 圆整为标准中心距为 60 a 按经验公式 0 007 0 02 0 007 0 02 60 0 42 1 2 nma m 取标准模数 1 初取 10 cos10 985 26 23naZu 取 121 59 3Z 精求螺旋角 126cos 0 nma 所以 86 1 0cos 9nt 126 3tdmZm 4ab 3 校核齿面接触疲劳强度 3 2 1tHEAVHFuKbd 式中 分度圆上的圆周力 t 120 756tTFN 使用系数 AK 动载系数 V 叉车驱动桥设计 8 3 3 21120VAKZvuFb 16 83 5 60dnv ms 根据齿轮圆周速度 齿轮精度等级为 9 级 123 0 87K 将有关值代入式 3 17 得 213 263 85 6570 024VK 齿向载荷系数 H 311 8 5Hbbd 234 200 1246 1 齿向载荷分配系数 按 查得HK 2 57 35 69 ATFbNm 1 HK 节点区域系数 按 查得 Z8 0 x 24HZ 查得 289 ENm 接触强度计算的重合度及螺旋角系数查得 首先计算当量齿数 13362 80cos 9vZ 2335 v 求当量齿轮的端面重合度 按 分 v 1286 0 95 8vvZ 别查得 所以 0 8 9 0 829 74 按 纵向重合度 24 1 mb 6 0 按 查得 7v 0 Z 将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得 5714 2 4189 51 362 126 H 265 Nm 计算安全系数 HS 常州工学院毕业设计 9 3 4 limHNTLVRWXZS 式中 寿命系数 先计算应力循环次数 T 9116028013 021Nknt 822795 对调质钢 查得 2 NTNTZ 润滑油模影响系数 按照 选用 220 号中级压型工业齿轮油 其LVR vms 运动粘度 查得 240 vms1 0LVR 工作硬化系数 因为小齿轮齿面未硬化处理 齿面未光整 故取 W 1WZ 接触强度计算的尺寸系数 XZ 将以上数值代入安全系数的计算公式得 1790 18 017654HS 2 28 查得 lim H 故安全 S 4 校核齿根弯曲疲劳强度 3 5 tFAVFSnKYb 式中 弯曲强度计算的载荷分布系数 FK 1 26FH 弯曲强度计算的载荷分配系数 K 复合齿行系数 按 查得 FSY126 8 95 vvZ 124 7 3 95FSFSY 弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数 按 查得 86v 0 67Y 将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得 157 3 4 7024F 2 Nm2189 518 FSYN 计算安全系数 3 6 FENTrelRlTXS 式中 寿命系数 对调质钢 按 查得 按TY913 024N 10 98NTY 查得921 50 20 9N 叉车驱动桥设计 10 相对齿根圆角敏感系数 12relTrelY 相对齿根表面状况系数 齿面粗糙度 得 12 6aRm 1RrelTY 尺寸系数 查得 XYX 将以上数值代入安全系数 的公式得FS640 9813 47FS 查得 取 min16F 及 均大于 故安全 1FS2inS 5 主要几何尺寸 12 0 6 93 86nt z 16 tdzm 293 28 aah 1953 126 60d 0 4hb 取 16 m 低速级齿轮传动设计 1 齿轮均采用斜齿传动 6 级精度 齿面渗碳淬火 材料选择 小齿轮 38SiMnMo 调质 硬度 320 340HBS 大齿轮 35SiMn 调质 硬度 280 300 HBS 查得 790 760 lim1H 2 NlimH 2 N 640 600 FEFE 2 按接触强度初步确定中心距 并初选主要参数 3 1 23476aHPKTauu 式中 小齿轮传递的转矩 26 6252Nm 载荷系数 K K 1 6 齿宽系数 取 0 54 a 齿数比 u 暂取 u 2 54 许用接触应力 HP limHS 取最小安全系数 1 1 按大齿轮计算li 69127601 HP 2 N2 常州工学院毕业设计 11 将以上数据代入计算中心距的公式得 74 9 321 654762 5049 a m 圆整为标准中心距为 100 a 按经验公式 0 007 0 02 0 007 0 02 100 0 7 2 nma m 取标准模数 1 5 初取 10 cos10 985 262 4naZu 取 13713759 84Z 精求螺旋角 12 cos 0 25nma 所以 043 51 267cos98nt 1 3 49tdmZm 04ab 3 校核齿面接触疲劳强度 3 2 1tHEAVHFuKbd 式中 分度圆上的圆周力 t 216 59430tTFN 使用系数 AK 动载系数 V 3 3 21120VAZvuFb 1256 4978 3 60dnv ms 根据齿轮圆周速度 齿轮精度等级为 9 级 123 0 87K 将有关值代入式 3 17 得 叉车驱动桥设计 12 213 37 541 39410 508VK 齿向载荷系数 H 2311 5Hbbd 2340 8 1046 9 1 2 齿向载荷分配系数 按 查得HK 2 59 5 36 ATFbNm 1 HK 节点区域系数 按 查得 Z1043 x 247HZ 查得 289 ENm 接触强度计算的重合度及螺旋角系数查得 首先计算当量齿数 13378 cos0 925vZ 2334 v 当量齿轮的端面重合度 按 分 v 12043 8 97 38vvZ 别查得 所以 0 8 0 82 7 按 纵向重合度 4 14 m 3 按 查得 7v 6Z 将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得 92 5412 4189 06 3 2143 H 25 Nm 计算安全系数 HS 3 4 limNTLVRWXHZ 式中 寿命系数 先计算应力循环次数 T8116078910 5210Nknt 22336 对调质钢 查得 12 NTNTZ 润滑油模影响系数 按照 选用 220 号中级压型工业齿轮油 其LVR vms 常州工学院毕业设计 13 运动粘度 查得 240 vms 0 95LVRZ 工作硬化系数 因为小齿轮齿面未硬化处理 齿面未光整 故取 W 1WZ 接触强度计算的尺寸系数 1 X 将以上数值代入安全系数的计算公式得 1790 25 034HS 681 查得 故安全 lim HlimHS 4 校核齿根弯曲疲劳强度 3 5 tFAVFSnKYb 式中 弯曲强度计算的载荷分布系数 FK 1 20FH 弯曲强度计算的载荷分配系数 K 复合齿行系数 按 查得 FSY1238 97 38vvZ 124 5 3 96FSFSY 弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数 按 查得Y 0v 0 7Y 将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得 1943 5 4 5060F 2 Nm2221 39617 45FSFY 计算安全系数 3 6 FFENTrelRlTXY 式中 寿命系数 对调质钢 按 查得 按NT 81 520 10 98NTY 查得823 610N 20 9 相对齿根圆角敏感系数 12relTrelY 相对齿根表面状况系数 齿面粗糙度 得 12 6aRm RrelT 尺寸系数 查得 XYX 将以上数值代入安全系数 的公式得FS640 915 632FS 47 3 查得 取 及 均大于 故安全 min1F1FS2minFS 叉车驱动桥设计 14 5 主要几何尺寸 121 5267 3 94 103ntmmz 3 8tdz 294 501 aah 1 2146m 12683 d 取0 4hbam 12 0b 3 2 4 轴的设计 材料选择 45 钢 调质处理 硬度 217 255HBS 许用疲劳应力 MP27 18 1 高速轴 a 最小轴径的确定 取 A 115 03344112 510 60 8PdAmn 由于有花键 适当增加轴径 取 1min5d b 主要分布零件有 齿轮 轴承 轴承端盖等 c 根据工况 选择轴承类型为滚动轴承 6002 基本尺寸 15mm 32mm 9mm 配合轴段直径为 15mm d 齿轮安装 安装轴段直径 24mm 轴段长度 26mm e 齿轮定位 由于齿轮分度圆直径小于两倍轴径 故齿轮采用齿轮轴 2 中间轴 a 中间轴为实心轴 故 0 取 A 1151332 51 978PdAmn 由于开有键槽 轴径适当增加 取 2in0d b 主要分布零件有 齿轮 轴承 键 轴承端盖等 c 根据工况 选择轴承类型为滚动轴承 6004 基本尺寸 20mm 42mm 12mm 配合轴段直径 20mm 126 3 289d 常州工学院毕业设计 15 d 齿轮安装 安装轴段直径 大齿轮 25mm 小齿轮 25mm 安装轴段长度 大齿轮 32mm 小齿轮 40mm e 齿轮定位 大齿轮 一端采用轴肩定位 轴段直径 32mm 轴段长度 8mm 另一端采用套筒定位 套筒内径 20mm 外径 28mm 长度 10mm 径向定位采用平键 基本尺寸 33mm 10mm 8mm 小齿轮 一端采用轴肩定位 轴段直径 25mm 轴段长度 42mm 另一端采用套筒定位 套筒内径 20mm 外径 32mm 长度 4mm 径向定位采用平键 基本尺寸 26mm 8mm 7mm 3 2 5 平键的强度校核 中间轴 单个平键 基本尺寸 26mm 8mm 7mm 键连接的许用挤压应力 MPap10 故满足要求 14265 48 p pTdhl 3 2 6 轴的强度校核 1 高速轴 高速轴的受力分析如图 3 1 所示 高速轴传递的转矩 075TNm 齿轮的圆周力 12716 3tFd 齿轮的径向力 1 tantan205 3coscos86r N 齿轮的轴向力 t71t aF 计算作用在轴上的支反力 如图 3 1 a 垂直面内的支反力 121 57 28 vt N 如图 3 1 c 水平面内的支反力 11 380 63 107 hrBCaABFldl 2127 4 hrh 计算齿轮中心 C 处的弯矩 5 269vAMFl Nm 1083h 1 7 80 263 487 5Cald Nm 画出高速轴在垂直面和水平面内的弯矩图 如图 3 1 b d 所示 计算 C 处的合成弯矩 2 21199vhM 叉车驱动桥设计 16 2 222169487 516vhMNm 画出合成弯矩图如图 3 2 e 所示 画出扭矩图如图 3 2 f 所示 F v1 Nntr5 31902cosa8 Fv2 T0 Ft1 Fh1 Fh2 Fr1 Fa1 22269N m m 5538N mm 4487 5N m m 22947N mm 22716N mm 7500N mm 图 3 2 高速轴受力分析图 校核轴的强度 由弯矩图和扭矩图可以看出 承受最大弯矩和扭矩的截面 C 处是 危险截面 对其进行校核 按转矩为脉动变化取修正系数 由于截面 C 处为实心轴 故 7 0 0 则 22221 13 3 94 5 1 0 16cMTMPad 故轴的强度满足要求 2 中间轴 中间轴的受力分析如图 3 2 所示 中间轴传递的转矩 1265TNm 齿轮的圆周力 7ttF 常州工学院毕业设计 17 13265942 7 8tTFNd 齿轮的径向力 21 3rF3 tantan094 746 coscos8r 齿轮的轴向力 21 aN 3t t32aF 计算作用在轴上的支反力 如图 3 2 a 垂直面内的支反力 123 57894 1069 3vtBCtDABllN 235742817 4vttVF 如图 3 2 c 水平面内的支反力 123 2 6 8 5 568 2 1084hrBDrBCaaABllFdlN 23169rh 计算齿轮中心的弯矩 19 231 vACMFl Nm 3274BD 8 8hl 12 0 143 5 24895 6ACad Nm 3296 3296BDl 3 14 5 7hahBFl 画出中间轴垂直面和水平面内的弯矩图 如图 3 2 b d 所示 计算 C 处和 D 处的合成弯矩 2221 38 6 134 9vhMN 2215 5 608m 379 7 2Dv 22h 画出合成弯矩图 如图 3 3 e 所示 画出扭矩图 如图 3 3 f 所示 叉车驱动桥设计 18 Fv1 Fv2 Ft2 Ft3 a Fh1 Fh2Fr2 Fa2 Fa3 Fr3 b c d e f C D B 15318 6 N mm 27791 6 N mm 3294 6N mm 844 8N mm 495 7N mm 4895 6N mm 15341 9N m m 16081 9N m m 27796 9N m m 27986 9N m m 26625N m m 图 3 3 中间轴受力分析图 校核轴的强度 由弯矩图和扭矩图可以看出 承受最大弯矩和扭矩的截面 D 处 即 齿轮 3 的中心处是危险截面 对其进行校核 按转矩为脉动变化取修正系数 由于截面 C 处为实心轴 故 7 0 0 常州工学院毕业设计 19 则 222213 31 7986 0 65 1 9 0 14cMTMPad 故轴的强度满足要求 3 2 7 轴承的寿命校核 设计标准 hLh5 1 高速轴轴承 轴承代号 6002 查阅 机械设计手册 得 Cr 5580N Co 2850N 根据工况 载荷平稳 取 1 pf 由 机械设计 表 17 5 知 rsF50 Fra Frb Fa1 Fsa Fsb 图 3 4 高速轴轴承受负荷示意图 计算轴承径向载荷 22185 71 094 2ravhFN 38b 计算附加轴向力 0 5 94 sr 3 计算轴承所受轴向载荷 因为 19 8 2 sba saFNF 所以左端轴承 a 被压紧 右端轴承 b 被放松 由此可得 15 0 39 05sbaF a 计算当量动载荷 0239 0 845aC 由 机械设计 表 17 7 查得 e 0 28 由于 查 机械设计 表 17 7 得 X 0 56 Y 1 55 239 814arFe 当量动载荷 1 056294 15239 0 58 apraPfXFY N 计算轴承寿命 叉车驱动桥设计 20 故满足要求 663 011058 062 rh haCL LnP 2 中间轴轴承 轴承代号 6004 查阅 机械设计手册 得 Cr 9380N Co 5020N 根据工况 载荷平稳 取 1 pf 由 机械设计 表 17 5 知 rsF50 Fra Frb Fa2 Fsa Fsb Fa3 图 3 5 中间轴轴承受负荷示意图 计算轴承径向载荷 22169 38 4697 ravhFN 21731b 计算附加轴向力 0 5 sr 85 计算轴承所受轴向载荷 因为 2348 7134 26 9saa sbFNF 所以右端轴承 b 被压紧 左端轴承 a 被放松 由此可得 sN 569ab 计算当量动载荷 0348 702aFC 查 机械设计 表 17 7 并用线性插值法得 e 0 27 由于 348 7569ar eF 查 机械设计 表 17 7 并用线性插值法求得 X 0 56 Y 1 64 当量动载荷 1 05697 4138 7 105 6apraPfXFY N 计算轴承寿命 故满足要求 663 10098 7 rh haCL Ln 常州工学院毕业设计 21 3 2 8 减速器箱体的设计 减速器箱体是减速器中结构和形状最复杂的部件 大都采用铸造生产 在箱体 16 的设计过程中 不仅要保证一定的支承刚度 要便于轴系的安装外 还要尽量使工艺 性好 制造简单 外形美观 在本课题设计的驱动系统中 减速器具有一定的特殊性 与普通的电机和减速器 连接不同 除了电机的输出轴要与减速器的高速轴用花键连接外 电机的外壳要与减 速器的箱体用螺钉连接起来 这使得减速器箱体的设计比较复杂 也成为了设计中的 一个关键 为了解决这一关键问题 采用了侧面箱盖的方式 在减速器箱体的另一 16 侧给安装电机的法兰留出空间 16 总体的结构确定后 开始细化设计 首先根据两极传动的中心距和传动齿轮的大 小确定箱体内部空间尺寸及轴承孔的位置和大小 然后根据刚度的要求 使得壁厚不 小于 8mm 并且设计外形结构 在轴承座处要加大壁厚 且将外壁设计成凸台 可以 减小加工面 安装电机的法兰上的螺钉孔的布置设计是一个关键问题 它们不仅不能 与中间轴的轴承孔干涉 而且还要给螺钉的安装提供空间 为此 法兰设计成正方行 结构 四个螺钉安装在四个角上 为了保证轴承和轴的安装精度 在箱体和箱盖上设计了定位销 在加工轴承孔时 用定位销将箱体和箱盖连成一体加工 同时 由于采用了侧面箱盖的形式 为了防止 润滑油泄漏 箱体和箱盖连接处采用液态密封胶密封 16 3 3 半轴的设计 3 3 1 半轴的形式 半轴的形式有全浮式 半浮式和 3 4 浮式三种 此处采用全浮式半轴结构 驱动车 轮通过两个轴承支承在驱动桥壳上 半轴插在桥壳里面 内端用花键与减速器低速轴 连接 外端通过法兰盘用螺钉与轮毂相连 转矩由半轴传递到驱动车轮上 这种支承 方式 路面对车辆的各种反力及由这些反力引起的弯矩都由桥壳承受 半轴只承受转 矩 不承受弯矩和轴向力 7 3 3 2 半轴轴径的确定 由于采用全浮式半轴结构 半轴只承受转矩 故按照扭转强度来设计 全浮式半轴其计算载荷可按最大附着力矩 计算 M 3 7 2 rMmG 式中 为负荷转移系数 查表得 2 21 4 为驱动桥的最大轴载质量 G678N 为车轮滚动半径 r 0 r 为附着系数 取 8 代入计算得 1 467 802 5124Mm 全浮式半轴的扭转应力 按下式计算 叉车驱动桥设计 22 3106Md 式中 许用剪应力 2507 Nm 计算得 3min31241 86d 由于加工花键 轴径适当增加 取 30d 3 3 3 花键的设计和校核 花键采用矩形花键 齿数 Z 6 其基本尺寸为 26mm 23mm 6mm 长度 L 30mm 此处花键连接为静连接 主要失效形式为齿面压溃 强度校核 226495026 18 600 71 3 p pmTMPaPaZhld 式中 T 为工作转矩 N mm 为各齿间载荷分配不均匀系数 取 Z 为花键齿数 h D d 2 D 和 d 分别为花键轴的外径和内径 mm 为齿的工作长度 mm l 为花键平均直径 mm md 为许用挤压应力 MPa p 3 3 4 半轴连接螺钉强度校核 由于半轴只承受转矩作用 因此半轴与轮毂的连接螺钉只受剪切力作用 可能损 坏的形式有螺钉被剪断 螺钉或孔壁被压溃 螺钉性能等级 4 8 则 屈服强度 s 320MPa 许用切应力 s 2 5 320 2 5 128MPa 许用挤呀压应力 p s 1 25 320 1 25 256MPa 1 螺钉抗剪强度校核 单个螺钉所受的剪力 64 95 7012STFNnr 式中 T 为螺钉所受扭矩 N m n 为螺钉数目 r 为螺钉中心与半轴轴线的垂直距离 m 则螺钉的抗剪强度 故满足要求 22496 70 8 1SMPad 式中 Fs 为单个螺钉所受剪力 N 常州工学院毕业设计 23 d 为螺钉抗剪面直径 mm m 为螺钉抗剪面数目 2 螺钉与孔壁的挤压强度校核 挤压强度 故满足要求 235 68 Sp pFMPadh 式中 Fs 为单个螺钉所受剪力 N d 为螺钉抗剪面直径 mm h 为螺钉与孔壁挤压面最小高度 mm 结论 综合以上两项强度校核可知 半轴与轮毂连接的螺钉强度满足要求 3 4 轮毂的设计 3 4 1 轮毂的外形设计 轮毂是连接半轴和车轮的部件 是传递转矩部件的一个组成部分 轮毂的材料选 择 40Cr 其内部主要有两个与轴承外圈配合的孔 用来支承桥壳 外部主要是与轮辋 的一个孔轴配合 为了起到定位作用 使车轮在运行过程中不产生偏移 此孔轴配合 采用过盈配合 17 3 4 2 轮毂与轮辋的连接螺栓强度校核 按螺栓受剪切力进行校核 螺栓性能等级 4 8 则 屈服强度 s 320MPa 许用切应力 s 2 5 320 2 5 128MPa 许用挤压应力 p s 1 25 320 1 25 256MPa 1 螺栓抗剪强度校核 单个螺栓所受的剪力 64 9518 0STFNnr 式中 T 为螺栓所受扭矩 N m n 为螺栓数目 r 为螺栓中心与半轴轴线的垂直距离 m 则螺栓的抗剪强度 故满足要求 22418 67 SMPad 式中 Fs 为单个螺栓所受剪力 N d 为螺栓抗剪面直径 mm m 为螺栓抗剪面数目 2 螺栓与孔壁的挤压强度校核 挤压强度 故满足要求 18 39 24Sp pFPadh 式中 Fs 为单个螺栓所受剪力 N d 为螺栓抗剪面直径 mm h 为螺栓与孔壁挤压面最小高度 mm 结论 综合以上两项强度校核可知 轮毂与轮辋连接的螺栓强度满足要求 叉车驱动桥设计 24 3 5 驱动桥壳的设计 3 5 1 驱动桥壳的结构设计 驱动桥壳一般有可分式 整体式和组合式三种结构形式 此处采用组合式结构 使得拆装和维修更加方便 桥壳的一端通过一对轴承支承在轮毂上 另一端用螺钉与 减速器箱体连接 由于驱动桥壳还需要与车架连接 根据后悬架的结构和尺寸 在桥 壳的外端设计凹槽和它连接 在装有轴承的一端车有螺纹 用于圆螺母固定轴承内圈 7 3 5 2 驱动桥壳的强度计算 1 桥壳的静弯曲应力计算 桥壳可看成一根空心横梁 两端经轮毂轴承支承于车轮上 在桥壳与车架的铰接 处承受车身载荷 其受力简图如图 3 6 所示 F1 F2 N1 N2 B S 图 3 6 驱动桥壳受力简图 由图中可以看出 桥壳与车架铰接处为危险截面 对其进行强度校核 该处所受弯矩 1 140 9 802567 22wBSGBSMFg Nm 式中 F1 为地面作用于车轮上的反力 N G 为叉车满载时的重量 N gw 为车轮 轮毂 制动器的重量 N B 为前轮中心距 m S 为桥壳和车架铰接中心的距离 m 常州工学院毕业设计 25 则 弯曲应力 3434687 2 500 1 1 2MMPaDdW 故强度满足要求 2 叉车以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算 取汽车加速时的质量转移系数 m2 1 2 则桥壳与车架铰接处所受的垂向弯矩为 2140 29 80257 1VwGBSMmg Nm 在行驶时 驱动车轮所受的最大切向反力 2ax64 95 07TPNr 式中 T2 为驱动轮得到的转矩 N m r 为前轮的滚动半径 m 则桥壳与车架铰接处所受的水平弯矩为 ax240 6530 7hBSMm 桥壳还承受驱动桥传递转矩而产生的反作用力矩 264 95TNm 则桥壳与车架铰接处所受的合成弯矩为 22228 1 64 95810 3VhT 则弯曲应力 3 44 50 MMPaDdW 故强度满足要求 3 叉车紧急制动时桥壳强度计算 取汽车紧急制动时的质量转移系数 m 1 2 则桥壳与车架铰接处所受的垂向弯矩 为 2140 29 80257 1VwGBSMmg Nm 桥壳与车架铰接处所受的水平弯矩为 9 8 36 h 紧急制动时铰接点外侧还承受制动力所引起的转矩 140 2 0714 92GTmr Nm 则桥壳与车架铰接处所受的合成弯矩为 22228 36 5 15 4VhMT 叉车驱动桥设计 26 则弯曲应力 3434195 92 500 6 1 22MMPaDdW 故强度满足要求 4 叉车受最大侧向力时的桥壳强度计算 假设叉车向左紧急转弯 则左轮承受的最大垂向力为车重 即 1409 8172FGN 则铰接处所受弯矩为 1720 584 6BSMFNm 弯曲应力 343413 50 6 220MPaDdW 故强度满足要求 3 5 3 桥壳与减速器连接螺钉强度校核 螺钉 M8 性能等级 8 8 级 取安全系数 S 1 2 则 PaSs532 1 640 按紧急制动时的弯矩对螺钉进行强度校核 222807 13 587 9VhMNm 则单个螺钉承受的最大工作载荷为 ax 4725 960MFNnr 式中 n 为螺钉个数 r 为螺钉中心直半轴轴线的垂直距离 m 弯曲应力为 max22475 94 538FPaPad 故螺钉强度满足要求 3 6 轮毂轴承的寿命计算 设计标准 hLh50 左端轴承基本代号 32009 右端轴承基本代号 32010 当叉车直线行使时 没有外界轴向载荷 其受力示意图如图 3 7 所示 Fr1 Fr2 Fs1 Fs2 N A B C 图 3 7 轮毂轴承受负荷示意图 常州工学院毕业设计 27 车身重 G 按 1140kg 计算 则 N G 2 1140 4 285kg 12853016 BCrANlFkg 21 2 7rr 查 机械设计手册 得 X 0 40 Y 1 5 Cr1 67800N Cr2 73200N 由于 且 Y1 Y22r YFrs 所以 116 3 5 8aFkg 由于该处轴承有较大冲击 取冲击载荷系数 fp 1 2 计算当量动载荷 11 2 04 1 74 3praPfXYk 22 375862g 计算轴承寿命 6610 3 10 3 1 8 4 9rh hCL Ln 6610 3 10 3 22 72 57865 rh hP 故这对轴承设计符合要求 叉车驱动桥设计 28 致 谢 经过四个月的辛勤劳动 我终于顺利地完成了毕业设计 在毕业设计的过程当中 老师们和周围的同学给了我极大的帮助 在此对他们表示感谢 我的指导老师 在整个毕业设计过程当中 给了我多方面的帮助 他不仅给我提 出了很多宝贵的意见和建议 还给我提供了很多相关的技术支持 帮助我解决了一个 又一个的难题 指导老师对待我的每一张图纸都仔细审阅 在指出每一个微小错误的 同时也结合自己丰富的机械设计经验 给我讲解一些常用的设计方法和注意事项 使 我受益非浅 在此 向指导老师表示衷心的感谢 常州工学院毕业设计 29 参考文献 1 陆植 叉车设计 北京 机械工业出版社 1991 2 陈慕忱 装卸搬运车辆 北京 人民交通出版社 1986 3 吴克坚 于晓红 钱瑞明 机械设计 北京 高等教育出版社 2003 4 成大先等 机械设计手册 第四版 第一卷 北京 化学工业出版社 1993 1 5 机械工程手册 第 13 卷 物料搬运设备卷 机械工程手册 电机工程手册编辑委 员会 编 北京 机械工业出版社 1997 6 朱礼顺 梅家强 陈福来 叉车驱动桥制动系统漏油故障分析与工艺改进 工程 机械 2006 7 60 61 7 刘惟信 驱动桥 北京 人民交通出版社 1987 8 陶新良 叉车和电动牵引车的构造与维修 北京 中国物资出版社 2006 9 赵九江 赵祖耀 材料力学 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 1987 10 杨晓军 交流驱动系统引领叉车技术革命 叉车技术 2006 1 11 张启君 宋玉萍 马瑞永 常仁齐 张宏 仇国剑 国内外叉车行业现状及 发展战略探讨 建筑机械化 2003 9 12 张忠泽 叉车传动系统设计 机电工程 1998 5 13 陆刚 叉车的技术发展趋势 物流技术与应用 2007 7 14 蒋宏元 叉车的优势 现代制造 2007 25 15 钱可强 机械制图 北京 高等教育出版社 2007 16 王之栋 王大康 机械设计综合课程设计 北京 机械工业出版社 2003 17 过学迅 邓亚东 汽车设计 北京 人民交通出版社 2005 18 Horberry T Larsson TJ Johnston I Lambert J Forklift safety traffic engineering and intelligent transport systems a case study APPLIED ERGONOMICS 2004 35 575 581 19 N Gubeljak U Zerbst J Predan M Oblak Application of the european SINTAP procedure to the failure analysis of a broken forklift Engineering Failure Analysis 2004 11 33 47 20 Highway Maintenance Concept Vehicle Final Report Phase Four June 2002 Center for Transportation Research and Education Iowa State University