直角CST（可控启动传输）系统的设计

本 科 毕 业 设 计题 目 直角CST（可控启动传输）系统的设计 学 院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 年级 11 指导教师 职称 讲师 2015年6月2日摘 要本课题来源于当今社会机械工业CST的创新和更新换代基础之上，通过设计出CST可控启动传输装置，从而来满足当今社会CST各方面性能不足的缺陷。 CST是一种新型机电一体化产品，它由多级齿轮减速器、湿式线形离合器、液压控制系统组成。它是专门为平滑启动运送大惯性载荷，如长距离、大运量的皮带输送机而设计的。CST的输出扭矩由液压控制系统控制，它随着离合器上所加的液压压力而变化。本文运用大学所学的知识，提出了CST可控启动传输装置的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了CST可控启动传输装置总的指导思想，从而得出了该CST可控启动传输装置的优点是高效，经济，运行平稳的结论。关键词：CST；可控启动传输装置；结构；结论 Abstract This topic comes from nowadays machinery industry CST creativity and update replacement based on, through the design of the CST Controllable start transmission device, so as to meet todays social CST the inadequate performance of the defects. CST is a new type of electromechanical product, which consists of a multi-stage gear reducer, wet linear clutch, hydraulic control system. It is specially designed for smooth start shipping of large inertia loads, such as long distance, large volume belt conveyors. The output torque of CST is controlled by hydraulic pressure control system, which varies with the hydraulic pressure and pressure. Using the university knowledge, CST Controllable start transmission device structure composition, working principle and main parts design must have the theoretic calculation and strength check is proposed, constructed of CST Controllable start transmission device of the guiding ideology, and concluded that the CST Controllable start transmission device has the advantages of high efficiency, economy and the smooth operation of the conclusion.Key words：CST;Crankshaft;Processing craft;Fixture; 目 录 绪论1 1. 课题的来源及研究的目的和意义1 2. 本课题研究的主要内容5 3. CST可控启动传输装置的总体方案设计10 3.1 CST可控启动传输装置的结构形式12 3.1.1 CST可控启动传输装置内部传动系统的布局 12 3.2 行星机构的类型选择12 3.2.1 行星机构的类型及特点12 3.2.2 确定行星齿轮传动的类型12 4. CST可控启动传输装置传动系统的设计14 4.1 行星齿轮的计算18 4.1.1 配齿计算22 4.1.2 几何尺寸计算22 4.1.3 装配条件验算26 4.2行星轴的设计计算27 4.2.1 初算轴的最小直径28 4.2.2 输入轴的设计28 4.2.3 输出轴的设计29 4.3 湿氏摩擦离合器的计算33 4.3.1摩擦副元件材料与形式33 4.3.2摩擦转矩计算34 4.3.3 摩擦片尺寸的计算36 5. CST可控启动传输装置内部主要传动零件的强度校核31 5.1 传动轴的强度校核32 5.2 传动齿轮的强度校核33 5.3 轴承强度的校核36 6. 结论37 参考文献38 致谢39绪论1 课题的来源及研究的目的和意义 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武箱。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、CST可控启动传输装置工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。 人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。在全球经济发展的大环境之下，我国各个行业在受到其他国家先进技术冲击的同时，与国外品牌企业的沟通交流的机会也变的越来越多。CST可控启动传输装置行业通过行业展会、科研合作等多种途径，不断的提高了自身实力和核心竞争力，缩小与发达国家之间的差距。在新的市场需求的驱动下，CST可控启动传输装置设备的更新和优化升级更加迫切。国内CST可控启动传输装置设备生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型环保节能的CST可控启动传输装置械设备，在我国飞速发展的农业从人工作业到机械化的转变中发挥着积极的作用。一般生产大型CST可控启动传输装置设备的企业对设备传动效率指数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种种问题，从而减少设备因为振动或者操作不当而引起的噪音大、污染重等现象。国内CST可控启动传输装置的研发及制造要与全球号召的低碳经济、经久耐用主题保持一致。加大CST可控启动传输装置新型多样化的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。CST可控启动传输装置的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前CST可控启动传输装置正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。2 本课题研究的主要内容国内CST可控启动传输装置的研发及制造要与全球号召的低碳经济、经久耐用主题保持一致。加大CST可控启动传输装置新型多样化的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。CST可控启动传输装置的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前CST可控启动传输装置自动CST可控启动传输装置正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。本次设计的任务是CST可控启动传输装置的设计，通过让学生亲自了解CST可控启动传输装置内部的构造和组成部分，通过对CST可控启动传输装置内部工件的测绘来认识工件，通过利用计算机绘图软件例如CAD，来对工件进行零件图的绘制和装配，这样经过一系列的综合性训练，培养学生动手，动脑以及画图的能力。3 CST可控启动传输装置的总体方案设计 3.1 CST可控启动传输装置的结构形式 3.1.1 CST可控启动传输装置内部传动系统的布局CST是Controlled Starting Transmission的缩写，中文名称为可控起动传输装置。可控起动传输装置(CST)是一个由多级齿轮减速器加上湿式离合器及液压控制组成的系统。它是专门为平滑起动运送大惯性载荷，如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的。CST的输出扭矩是由液压控制系统控制的，它随着离合器上所加的液压压力而变化。一条皮带机可以由一台电机及一台CST驱动，也可以由多台电机及多台CST驱动。驱动电机在负载（皮带机）起动之前启动，此时CST的输出轴保持不动，当驱动电机达到满转速时，控制系统逐渐增加到每台CST离合器上的液压压力，起动皮带机并逐渐加速到满速度。这使得皮带机在被加速至满速度之前有一个缓慢而均匀的预拉伸过程。加速时间可以根据需要在规定范围内进行调整。启动时驱动电机可以按顺序空载启动，所以电机的冲击电流非常小。由于驱动电机可以根据运行负载进行选择而不必根据起动负载选择，所以CST驱动系统可以选用功率较小的电机。同样CST也可以像控制皮带机的起动那样控制皮带机的停车，通过延长停车时间可以降低对胶带的动态冲击力。也可以在CST输入轴上加一个大的飞轮，虽然在大多数的系统中不需要，但是在某些情况下系统需要安装飞轮来降低对皮带的动态冲击。当一驱动系统中有多台CST时，控制系统可以确保每台驱动电机分担相同的负载。合理的功率平衡可以有效地延长整个驱动系统各部件的寿命。功率平衡是通过保持控制每台CST离合器的压力，并允许一台或几台CST的离合器进行轻微打滑来实现的。皮带正常运行时，根据系统中各CST的功率平衡要求，每台CST的离合器或者保持少量打滑状态，或者维持压力以无打滑方式输出所要求的扭矩，但系统中任何负载的增加都将引起离合器打滑，这种情况被称为“软锁定”。当离合器被软锁定时，任何的瞬间的过载或冲击载荷都将引起离合器的打滑，这样驱动系统的所有部件，包括联轴器、轴承和齿轮等都将在冲击或过载时受到保护，从而延长其使用寿命，其组成机构及传动系统的布局图如下图所示：图3-1 3.2 行星机构的类型选择3.2.1 行星机构的类型及特点行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。行星齿轮传动的主要特点如下：（1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的（即在承受相同的载荷条件下）。（2）传动效率高。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达0.970，99。（3）传动比较大。可以实现运动的合成与分解。只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。（4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。最常见的行星齿轮传动机构是NGW型行星传动机构。行星齿轮传动的型式可按两种方式划分：按齿轮啮合方式不同分有NGW、NW、NN、WW、NGWN和N等类型。按基本结构的组成情况不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等类型。行星齿轮传动最显著的特点是：在传递动力时它可进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输入轴与输出轴均设置在同一主轴线上。所以，行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统的中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要变速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用，表1-1列出了常用行星齿轮传动的型式及特点：表1-1常用行星齿轮传动的传动类型及其特点传动形式简图性能参数特点传动比效率最大功率/kWNGW（2Z-X 负号机构）=1.1313.7推荐2.890.970.99不限效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递公路范围大，轴向尺寸小，可用于各个工作条件，在机械传动中应用最广。单级传动比范围较小，耳机和三级传动均广泛应用NW（2Z-X负号机构）=150推荐721效率高，径向尺寸比NGW型小，传动比范围较NGW型大，可用于各种工作条件。但双联行星齿轮制造、安装较复杂，故|7时不宜采用NN（2Z-X负号机构）推荐值：=830效率较低，一般为0.70.840传动比打，效率较低，适用于短期工作传动。当行星架X从动时，传动比|大于某一值后，机构将发生自锁WW（2Z-X负号机构）=1.2数千|=1.25时，效率可达0.90.7，5以后.随|增加徒降20传动比范围大，但外形尺寸及重量较大，效率很低，制造困难，一般不用与动力传动。运动精度低也不用于分度机构。当行星架X从动时，|从某一数值起会发生自锁。常用作差速器；其传动比取值为=1.83，最佳值为2，此时效率可达0.9NGW（）型（3Z）小功率传动500；推荐：=201000.80.9随增加而下降短期工作120，长期工作10结构紧凑，体积小，传动比范围大，但效率低于NGW型，工艺性差，适用于中小功率功率或短期工作。若中心轮A输出，当|大于某一数值时会发生自锁NGWN（）型（3Z）=60500推荐：=643000.70.84随增加而下降短期工作120，长期工作10结构更紧凑，制造，安装比上列型传动方便。由于采用单齿圈行星轮，需角度变为才能满足同心条件。效率较低，宜用于短期工作。传动自锁情况同上2.2.2 确定行星齿轮传动类型根据设计要求：连续运转、传动比小、结构紧凑和外廓尺寸较小。根据表1-1中传动类型的工作特点可知，2Z-X(A)型效率高，体积小，机构简单，制造方便。适用于任何工况下的大小功率的传动，且广泛地应用于动力及辅助传动中，工作制度不限。本设计选用的行星传动较合理，其传动简图如图1-1所示。图1-1 4 CST可控启动传输装置传动系统的设计4.1 行星齿轮的设计计算 CST（可控启动传输）系统的设计，由已知条件满载转速、总传动比、电机功率。分配传动比为二级锥斜齿轮的传动比为，行星齿轮分配的传动比为。查机械设计手册，取一对轴承的效率0.99；锥齿轮的传动效率0.96；斜齿轮的传动效率0.97；联轴器的传动效率0.99；所以=0.88；4.1.1配齿计算据2Z-X(A)型行星传动的传动比值和按其配齿计算（见参考文献1）公式（3-27）公式（3-33）可求得内齿轮b和行星轮c的齿数和。现考虑到行星齿轮传动的外廓尺寸较小，故选择中心轮a的齿数=17和行星轮=3.根据内齿轮 =76.5 对内齿轮齿数进行圆整，同时考虑到安装条件，取，此时实际的p值与给定的p值稍有变化，但是必须控制在其传动比误差的范围内。实际传动比为=其传动比误差 =2.67%由于外啮合采用角度变位的传动，行星轮c的齿数应按如下公式计算，即 因为为偶数，故取齿数修正量为。此时，通过角变位后，既不增大该行星传动的径向尺寸，又可以改善a-c啮合齿轮副的传动性能。故 =在考虑到安装条件为 （整数）初算中心距和模数1. 齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定太阳轮和行星轮材料为20GrMnTi，表面渗碳淬火处理，表面硬度为57 61HRC。试验齿轮齿面接触疲劳极限=1591Mpa。试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮=485Mpa。行星轮=4850.7Mpa=339.5Mpa (对称载荷)。齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度为6级。内齿圈材料为38GrMoAlA，淡化处理，表面硬度为973HV。试验齿轮的接触疲劳极限=1282Mpa验齿轮的弯曲疲劳极限=370MPa齿形的终加工为插齿，精度为7级。2. 减速器的名义输出转速由 = 得 =181.82 3. 载荷不均衡系数采用太阳轮浮动的均载机构，取。4. 齿轮模数和中心距a首先计算太阳轮分度圆直径：式中： 一齿数比为一使用系数为1.25；一算式系数为768；一综合系数为2；一太阳轮单个齿传递的转矩。=376其中 高速级行星齿轮传动效率，取=0.985齿宽系数暂取=0.5=1450Mpa代入 =78.66模数 m=取 m=5则 =117.5取 齿宽 取 4.1.2 几何尺寸计算1. 计算变位系数(1) a-c传动啮合角因 =0.93969262所以 =变位系数和 =（17+30） =1.141图2-1选择变位系数线图中心距变动系数y y=1齿顶降低系数 分配边位系数：根据线图法，通过查找线图2-1中心距变动系数y y=1齿顶降低系数 分配边位系数：根据线图法，通过查找线图2-1得到边位系数 则 (2) c-b传动由于内啮合的两个齿轮采用的是高度变位齿轮，所以有从而 且 2. 几何尺寸计算结果对于单级的2Z-X(A)型的行星齿轮传动按公式进行几何尺寸的计算，各齿轮副的计算结果如下表：表3-1各齿轮副的几何尺寸的计算结果项目 计算公式a-c齿轮副b-c齿轮副分度圆直径基圆直径齿顶圆直径外啮合内啮合齿根圆直径外啮合内啮合注：齿顶高系数：太阳轮、行星轮，内齿轮；顶隙系数：内齿轮 按公式验算其邻接条件，即 已知行星轮c的齿顶圆的直径=164.513，和代入上式，则得164.513满足邻接条件 同心条件按公式对于角变位有已知 ， 代入上式得 =52.145满足同心条件 4.1.3 安装条件按公式验证其安装条件，即得将 代入该式验证得 满足安装条件啮合要素的验算1. a-c传动端面重合度（1）顶圆齿形曲率半径太阳轮=29.31行星轮=42.416（2）端面啮合长度式中“”号正号为外啮合，负号为内啮合；端面节圆啮合角。直齿轮=则 =18.67（3）端面重合度 =1.2652. 端面重合度（1）顶圆齿形曲率半径行星轮由上面计算得，=42.416内齿轮 =61.597（2）端面啮合长度=24.05（3）端面重合度 = =1.634.2 行星轴的设计计算行星齿轮减速器结构特点：行星轮轴承安装在行星轮内，行星轴固定在行星架的行星轮轴孔中；输出轴和行星架通过键联接其支承轴承在减速器壳体内，太阳轮通过双联齿轮联轴器与高速轴联接，以实现太阳轮浮动。太阳轮浮动原理如图3-1所示： 图3-1 太阳轮浮动原理4.2.1 初算轴的最小直径在相对运动中，每个行星轮轴承受稳定载荷，当行星轮相对于行星架对称布置时，载荷则作用在轴跨距的中间。取行星轮与行星架之间的间隙，则跨距长度。当行星轮轴在转臂中的配合选为H7/h6时，就可以把它看成是具有跨距为的双支点梁。当轴较短时，两个轴承几乎紧紧地靠着，因此，可以认为轴是沿着整个跨度承受均布载荷（见图3-2）。 图3-2 行星轮轴的载荷简图危险截面（在跨度中间）内的弯矩 Nmm=148538. Nmm行星轮轴采用40Cr钢,调质MPa，考虑到可能的冲击振动，取安全系数;则许用弯曲应力MPa=176MPa,故行星轮轴直径 取 其实际尺寸将在选择轴承时最后确定。2. 选择行星轮轴轴承在行星轮内安装两个轴承，每个轴承上的径向载荷N =1614N在相对运动中，轴承外圈以转速=463.64考虑到行星轮轴的直径，以及安装在行星轮体内的轴承，其外廓尺寸将受到限制，故初步选用单列深沟球轴承6306型，其参数为 kN kN （油浴）；取载荷系数 ；当量动载荷 N=1937N;轴承的寿命计算 h=97377h根据设计要求，该减速器要求连续工作10年，每年按320天计算，每天按22小时计算，即h。所以设计决定选用6306型轴承，并把行星轮轴直径增大到。校核行星轮轮缘厚度是否大于许用值： = mm式中 行星轮模数（mm） mm=35.712=12.5mm满足条件。由于行星轮宽度mm，因此两个轴承之间安装一厚度为5mm，宽度为13mm的套筒。4.2.2 输入轴设计1初算轴的最小直径由下式初步估算轴的最小直径，选取轴材料为40Cr钢，调质处理。根据表3-2查得。表3-2 轴常用几种材料的及值轴的材料Q235-A、20Q275、35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn38SiMnMo/152520352545355514912613511212610311297查表取=112，得 输入轴的最小直径安装法兰，该截面处开有键槽，轴颈增大5%7%。故 其实际尺寸将在选择轴承时最后确定。2选择输入轴轴承(1) 轴的结构设计根据估算所得直径，轮彀宽及安装情况等条件，轴的结构尺寸可进行草图设计。该轴中间一段对称安装一对深沟球轴承6217型，其尺寸为，可画出输入轴草图（如附图03）。轴承的寿命计算 其参数为 kN kN （油浴）；取载荷系数 ；当量动载荷 N=3873N;轴承的寿命计算 h=165258h70400h故该对轴承满足寿命要求。4.2.3 输出轴设计1初算轴的最小直径在三个行星轮均布的条件下，轮齿啮合中作用于中心轮上的力是相互平衡的，在输出轴轴端安装膜片盘式联轴器时，则输出轴运转时只承受转矩。输出轴选用42CrMo合金钢，其许用剪切应力MPa，即求出输出轴伸出端直径=88.423Nmm=6114 Nmm式中 输出轴转矩；齿轮啮合传动的效率，取=0.97。2选择输出轴轴承由于输出轴的轴承不承受径向工作载荷（仅承受输出行星架装置的自重），所示轴承的尺寸应由结构要求来确定。输出轴端，轴颈mm。由于结构特点，输出轴轴承须兼作行星架轴承。为了太阳轮安装方便，使太阳轮能通过行星架轮毂中的孔，故轮毂孔的直径应大于太阳轮的齿顶圆直径=99.076mm。故按结构要求选用特轻系列单列深沟球轴承6030型，其尺寸为，可画出行星架草图（如附图03）。轴承的寿命计算 其参数为 kN kN （油浴）；取载荷系数 ；当量动载荷 N=5088N;轴承的寿命计算 h=1600938h70400h故该轴承满足寿命要求。3输出轴上键的选择及强度计算平键连接传递转矩时，其主要失效形式是工作面被压溃。因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。普通平键连接的强度条件按（3-2）式计算 （3-2） 式中 转矩，；轴颈，mm; 键与轮毂键槽的接触高度，此处为键的高度，mm；键的工作长度，mm,型键；型键；型键，其中为键的长度，为键的宽度；许用挤压应力，在这里键材料为45钢。其许用挤压应力值按轻微冲击算查相关资料的=100120。由前面计算知输入转矩Nm， 选用型键，其型号为，将数值，键连接处的轴颈 =110mm代入式（3-2）得=39.9故该键满足强度要求。4.3 湿氏摩擦离合器的计算4.3.1摩擦副元件材料与形式离合器的结构中，摩擦片对离合器工作性能影响很大，而摩擦片材料的选择就尤为重要。下面进行摩擦副元件的选择：离合器摩擦副元件由摩擦元件及对偶元件两部分组成。其特点是：可在主、从动轴转速差较大的状态下接合，而且接合时平稳、柔顺。离合器摩擦副（又称摩擦对偶）可分为两大类：第一类是金属性的，它的摩擦衬面具有金属性质，如钢对钢，钢对粉末冶金等；第二类是非金属性的，它的摩擦衬面摩擦材料具有非金属性质，如石墨树脂等，它们的对偶可用钢和铸铁。对于坦克离合器摩擦副，由于其工况和传递动力的要求，选择金属型摩擦材料。目前广泛应用的是铜基粉末冶金，它的主要优点是：1、 有较高的摩擦系数，单位面积工作能力为0.22千瓦/厘米；2、 在较大温度变化范围内，摩擦系数变化不大；3、 允许表面温度高，可达，非金属在以下。故高温耐磨性好，使用寿命长；4、 机械强度高，有较高的比压力；5、 导热性好，加上表面开槽可获得良好冷却，允许较长时间打滑而不致烧蚀。此次设计选择摩擦副材料为钢对铜基粉末冶金，可取摩擦副的摩擦系数=0.08，许用压强=30。4.3.2摩擦转矩计算多片摩擦离合器的摩擦转矩与摩擦副数、摩擦系数、压紧力和作用半径有关。其关系式为：式中摩擦转矩；摩擦系数，从动力换档传递扭矩出发，取动摩擦系数； 摩擦片压紧力；换算半径，将摩擦力都换算为都作用在这半径上；摩擦副数。下面求换算半径：（如下图示）一对摩擦副上一个单元圆环的摩擦转矩为：式中 单位压力或比压；圆环半径；单位圆环面积。而 带入前式可得摩擦副全部面积的摩擦转矩为式中、分别为摩擦片的内外半径。单位圆环上的压紧力为摩擦片上全部压紧力为假定为一个摩擦副，将以上式子带入上式，得到换算作用半径为由上式可见换算作用半径，决定与摩擦片内外圆半径、和压。在摩擦副上，比压的分布规律与摩擦副衬面材料的硬度和施加压紧力的方法有关。大量的实验研究表明，应用最广的粉末冶金衬面对钢的摩擦副的磨损量，在整个摩擦面是均匀的。所以 常数由于 ，在同一摩擦件上值不变，得常数由以上式子，积分可得所以，对金属型摩擦材料的摩擦副，其换算作用半径即为平均半径。4.3.3 摩擦片尺寸的计算此次设计中，摩擦片的内、外半径以及摩擦副对数均未知，摩擦副数的选择，应在保证传递所需转矩的前提下尽量少。摩擦副数少，则分离彻底，分离状态下的磨损小，功率损失少。对湿式离合器来说，有利于润滑、冷却。但在定轴变速箱中，为减小变速箱轮廓尺寸，应减小摩擦片的径向尺寸，而增加摩擦副数。由于摩擦片导向齿与主动鼓、被动鼓的连接间存在摩擦力，在摩擦副z较多的情况下，设计应考虑压紧力的损失。则根据经验以及传动转矩的大小，此次设计初步选定摩擦表面最大半径R=630，r=364mm。摩擦片的换算作用半径由式： 可得出： 作用在摩擦片上的力为： 式中 所以 最后摩擦片数 取 摩擦片数为 5 CST可控启动传输装置内部主要传动零件的强度校核5.1 传动轴的强度校核按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献1，15-5可知，取，轴的计算应力 MPa （3.43）选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献1表可知，MPa。因此，故安全。（7）精确校核轴的疲劳强度判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV和V引起的应力集中最严重，而V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。截面V左侧抗弯截面系数 mm （3.44）抗扭截面系数 mm （3.45）截面V左侧的弯矩M为 Mpa （3.46）截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应 Mpa （3.47） 截面上的扭转切应力MPa （3.48）轴的材料为45钢，调质处理。由文献1表可知，MPa，MPa，MPa。由文献1 附表可知，用插入法求出 ，轴按精车加工，由文献1 附图可知，表面质量系数为： 轴未经表面强化处理，固得综合系数为 （3.49） 由文献1 ，可知，碳钢的特性系数 取 取所以轴在截面V左侧的安全系数为 （3.50） （3.51） （3.52）故该轴在截面V左侧的强度是足够的。截面V右侧抗弯截面系数 mm抗扭截面系数 mm截面V左侧的弯矩M为 MPa截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应力 MPa截面上的扭转切应力 MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献1附表查取。因， ，又由文献1附图可得轴的材料的敏感系数为 ，故有效应力集中系数按文献1，附为 （3.53） 由文献1附图可得轴的截面形状系数为由文献1附图可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为综合系数为 所以轴在截面V左侧的安全系数为 故该轴在截面V左侧的强度是足够的。5.2 传动齿轮的强度校核（）校核齿面接触疲劳强度（1）接触应力的计算由文献4表可知，齿面接触应力计算公式，即 （3.28） 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数电动机驱动，载荷平稳，由文献4表可知，取平均分度圆直径 mm 平均分度圆圆周速度 m/s由文献4 图（a）可知，按，得；由文献4 图（b）可知，按，齿轮悬臂布置，；由文献4表可知，； 由文献1表可知，弹性系数； 节点区域系数 计算得， MPa（1） 接触疲劳强度的许用应力由文献4 表可知，许用接触应力计算公式，即 （3.29）确定公式内的各计算数值 小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 最小安全系数 由文献1，10-13可知，计算应力循环系数 由文献1 图10-19可知，查得接触疲劳寿命系数 ， 尺寸系数 工作硬化系数，按 润滑油膜影响系数，计算得， MPa（3）由于MPaMPa，故安全。（）校核齿根弯曲疲劳强度（1）齿根应力的计算由文献4表可知，弯曲应力计算公式，即 （3.30）确定公式内的各计算数值 由文献1表可知， ， 由文献1表可知， ， 计算得， MPa（2）弯曲强度的齿根许用应力 由文献4表可知，齿根许用应力计算公式，即 （3.31）确定公式内的各计算数值 弯曲疲劳极限MPa 齿轮的应力修正系数 弯曲强度的最小安全系数 弯曲疲劳寿命系数 ， 弯曲疲劳的尺寸系数计算得， （3）由于MPaMpa，故安全。 5.3 轴承强度的校核（1）滚动轴承的选择滚动轴承为双列圆锥滚子轴承350324B，由文献2表得KN，KN，。（2）寿命验算 轴承所受支反力合力 N （4.1）对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 ，N由文献2表得， ， N （4.2）按轴承B的受力大小验算 h （4.3）h=年 由于CST可控启动传输装置减速箱的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿命。 经审核后，此轴承合格。37 6 结 论本文所设计的是CST可控启动传输装置的设计，原理比较简单，结构比较复杂，在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多。在此，向他们表示深深的谢意与美好的祝愿。参考文献1徐灏等.机械设计手册(第2、3册)M(第二版）.北京：机械工业出版社，20032程悦荪.CST可控启动传输装置的设计M.北京：中国农业出版社，1981 3周纪良.车辆传动系统的设计M.北京：机械工业出版社，1991 4吉林工业大学教研室编.CST可控启动传输装置的构造M.北京：中国农业出版社，19825成大先主编.机械设计手册减（变）速器电机与电器M.北京：化学工业出版社，1999 6朱冬梅.画法几何及机械制图M.北京：高等教育出版社，20007陈立德.机械设计基础M.北京：高等教育出版社，2002 8陈立德.机械设计基础课程设计指导书M.北京：高等教育出版社，20029刘劲.机械制图国家标准M.北京：机械工业出版社，200010陈立周.机械优化设计方法M.北京：冶金工业出版社，1985 11拖拉机编辑部主编.CST可控启动传输装置的设计和计算M.上海：上海科学技术出版社，198012周纪良.CST可控启动传输装置的结构型式和结构图谱J.农业机械学报，1979(2)：47-6313周纪良，孔维恭，于瑞玺.圆柱齿轮承载能力计算方法的研究J.农业机械学报，1988（2）：32-39 14高象平，李齐隆等.行星齿轮CST可控启动传输装置零部件优化设计M.广州：广东科技出版社，198715周纪良，孔维恭.直齿圆柱齿轮承载能力的研究和齿轮设计J.拖拉机，1983（3）：12-2116 Charles W. Beardsly, Mechanical Engineering, ASME, Regents Publishing Company,Inc,1998. 致 谢 在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。 经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。 四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多。在此，向他们表示深深的谢意与美好的祝愿。