机械毕业设计论文320T鱼雷罐车传动机构设计【全套图纸】

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1、第71页320T鱼雷罐车传动机构设计摘 要鱼雷罐车是供钢铁企业运输高炉铁水至炼钢倒罐站进行倾翻铁水作业的专用运输车辆，它取代了传统的铁水车，可在铁水运输过程中完成脱磷、脱硫等工序，从而缩短冶炼时间，降低冶炼成本，是一种高效、先进的冶炼工艺设备。为使鱼雷罐车正常运行，对它的传动系统要求很高，主传动系统采用了三环减速器。文中对三环减速器工作原理进行了描述，推导出传动比的计算公式。采用ANSYS软件对鱼雷罐车倾动力矩进行计算，得到合成力矩。在考虑重合度及齿廓重叠干涉等限制条件的基础上，采用微分逼近法，利用MathCAD软件求解了内外齿轮的变位系数。对齿轮的弯曲强度进行校核，结果表明内、外齿轮均满足齿

2、根弯曲强度。提出三环减速器动力分析基本方程，对内齿环板、输出轴和输入轴进行受力分析。对三环减速器各零部件进行了结构设计，都满足强度要求，应用SolidWorks软件画出三环减速器主要零部件。考虑到三环减速器输出轴转速很低，对耳轴轴承和输出轴箱体轴承的静载荷进行了计算，满足静载条件。对输入轴箱体轴承进行了轴承寿命的计算，得出寿命很长，基本不用更换。通过对三环传动的效率计算，得出三环传动效率高。关键词：鱼雷罐车，三环减速器，结构设计，内齿环板全套图纸，加153893706The design of transmission machinery of the 320T torpedo tankerA

3、bstractThe torpedo tanker is the dedicated hot metal transport vehicles which is used for transporting iron to the steel cans tipping station of iron and steel enterprise, and it has replaced the traditional hot metal car. It can complete the process of dephosphorization and desulfurization on way o

4、f transportion, thereby reducing smelting time and the cost of smelting. So it is a highly efficient and advanced equipment of the smelting process. In order to operate the torpedo tanker normally, it is needed to use a three-ring reducer to make the main drive system highly. In this paper, the work

5、ing principle of three-ring reducer is described and the calculating formula of the transmission ratio is derived. I use the ANSYS software to calculate the tipping torque of the torpedo tanker, and get the synthesis torque. When taking into account of restrictions such as coincidence degree and too

6、th profile overlap interference in designing the little difference gear teeth, the paper uses the differential approximation method to get the coefficient of the internal and external gears by MathCAD software. The bending strength of gear is checked, and the result show that both of the inner and o

7、uter gear are to meet the bending strength of the tooth root. I make the basic equation of dynamic analysis of three-ring reducer and the force analysis of the gear ring plate, output shaft and input shaft. I make structural design of parts of the three-ring reducer, all of them meet the strength re

8、quirements. I draw the main parts of three-ring reducer by SolidWorks software. Considering the rotational speed of output shaft is very low,I calculate the static load of trunnion bearings and bearing of output shaft of the box, and they satisfy the conditions of static load. The life of input shaf

9、t bearing of the box is calculated, and I get a very long life and there is no need to replace it. Through the calculation of transmission efficiency, I know that transmission efficiency is very high.Keywords: torpedo tankers, three-ring reducer, structural design, internal tooth zone plate目录摘 要IABS

10、TRACTII第1章 绪论11.1 选题背景及目的11.2 铁水车的种类11.2.1 对铁水车的基本要求11.2.2 铁水车的种类及特点11.3 鱼雷罐车的应用情况及发展状况31.4 本课题研究的意义41.5 本文的研究方法及内容5第2章 鱼雷罐车传动机构整体方案确定62.1 对传动机构的要求62.2 传动机构的配置形式62.3 传动系统方案比较7第3章 三环减速器简介及运动学分析103.1 三环减速器的结构组成及工作原理103.2 三环减速器的特点113.3 三环减速器存在的主要问题123.4 三环传动克服死点的方法133.5 三环减速器的传动比推导13第4章 鱼雷罐车的倾动力矩计算154.

11、1 ANSYS软件简介154.2 鱼雷罐车倾动力矩计算154.2.1 空罐力矩计算164.2.2 罐液力矩计算174.2.3 摩擦力矩的计算194.2.4 合成倾动力矩的计算204.3 计算载荷的计算22第5章 总传动装置的设计235.1 电机的选择235.1.1 传递效率的计算235.1.2 电机功率的计算235.1.3 电机型号的选取245.2 分配传动比255.2.1 传动装置的传动比分配255.2.2 一次减速装置内传动比的分配255.3 各轴运动及动力参数25第6章 三环减速器齿轮的结构设计276.1 齿轮材料的选择、类型、精度等级276.2 内外齿轮的齿数计算276.3 模数的选择

12、276.4 三环减速器齿轮副啮合参数的计算286.4.1 三环减速器内啮合齿轮副的干涉286.4.2 MathCAD软件介绍306.4.3 应用MathCAD进行啮合参数计算的具体演算过程316.5 三环减速器行星齿轮传动的强度验算346.5.1 齿根弯曲强度的条件356.5.2 计算齿根应力356.5.3 许用齿根应力35第7章 三环减速器动力分析基本方程387.1 内齿环板动力分析基本方程387.2 输出轴的力矩平衡方程417.3 输入轴的力矩平衡方程42第8章 三环减速器的结构设计438.1 输出轴的结构设计及校核438.1.1 初步确定输出轴的最小直径438.1.2 输出轴的结构布置方

13、案438.1.3 输出轴的强度校核448.2 输入轴的结构设计及校核508.2.1 初步确定输入轴的最小直径508.2.2 输入轴的结构布置方案508.2.3 输入轴的强度校核518.3 偏心套的结构设计及校核558.3.1 偏心套的材料及热处理方式558.3.2 偏心套的偏心距计算558.3.3 偏心套的结构布置方式558.3.4 偏心套的破坏形式及强度校核568.4 内齿环板的结构设计578.4.1 内齿环板的结构设计578.4.2 内齿环板的强度校核578.5 箱体、箱盖结构设计58第9章 轴承载荷的计算609.1 耳轴轴承载荷的计算609.1.1 耳轴轴承工作特点609.1.2 耳轴轴

14、承静载荷计算609.2 输出轴箱体轴承静载荷的计算619.3 输入轴箱体轴承寿命的计算62第10章 三环减速器内部传动效率6410.1 三环减速器内部传动效率的组成6410.2 计算方法6410.3 计算过程65第11章 传动系统的润滑6711.1 润滑方法及种类6711.2 三环减速器的润滑6711.3 轴承座装置的润滑68结 论69致 谢70参考文献71第1章 绪论1.1 选题背景及目的目前在国内20002500 高炉出铁场上设有多达56个铁水罐位，出铁场和铁水沟很长。随着高炉容积的增加，铁水车的容量必须相应地扩大。但对现有的锥形和梨形铁水罐，增加容量是很困难的。因为罐的高度受到高炉出铁场

15、建筑物高度的限制，罐的直径受到轨道间距的限制。因此增大铁水罐容积的方向只有沿着轨道纵向加长，这就出现了鱼雷罐车，也称混铁炉式铁水车。1.2 铁水车的种类1.2.1 对铁水车的基本要求铁水车是专门运送铁水罐的车辆。铁水罐可在车架上倾翻而卸载，也可用起重机吊起卸载。对铁水车的基本要求：（1）单位长度上的有效容量（t/m）愈大愈好，这样可以降低铁口标高和缩短出铁场的长度；（2）无论空罐或重罐均要求具有足够的稳定性，不得自动倾翻，而倾翻时所需能量应尽量小；（3）具有良好的保温性能，铁水罐中形成的废铁和铁瘤要少；（4）具有足够的强度，安全可靠，结构紧凑合理。为了减轻重量，每吨载重量的金属制品的数量（t/

16、t）越低越好。1.2.2 铁水车的种类及特点按铁水罐的几何形状，铁水车可分为如下三种形式。1.锥形罐式铁水车锥形罐式铁水车存在如下缺点：（1）铁水表面积大，热量损失多。铁水罐在每次使用中由于铁瘤的逐渐增加而使容积逐渐减少，一般运送50006000 t铁水后就需送去修理。（2）不经济。这种铁水罐的容积较小。采用小容积铁水罐也增加了运输工作量及费用。（3）铁水飞溅损失大。铁水落到小铁水罐中的飞溅损失较大，还增多了每次铁瘤的形成。 我国采用的铁水车结构型式如图1.1所示。铁水罐上部为圆柱形，罐底为半球形。铁水罐由两个铸钢吊架与钢板焊成，罐内壁砌有耐火砖。车架为焊接双弯梁“”形断面结构，两端有支座支承

17、罐体，通过心盘将负荷传给转向架。这种型式的铁水罐清理废铁和铁瘤以及观察罐内损失情况比较方便，故这种型式的铁水车在我国得到广泛使用，并确定为我国的系列化产品。图1.1 锥形罐式铁水车2.梨形罐式铁水车保温性能最好的铁水罐的几何形状应该是球形的，但制造比较困难，因此做成和球形相似的梨形铁水罐。结构型式如图1.2所示。梨形罐式铁水车主要由铁水罐、车架和两台运行小车组成。（1）铁水罐 梨形罐是由罐帽、圆柱形的中间部分和半球形的罐底三部分组成。（2）车架 车架由两个用向下弯曲的梁连接起来的平台组成。梁向下弯曲的目的是为了不妨碍铁水罐的倾翻。车架上装有自动挂钩。（3）运行小车 车架支承在两台四轮双轴的小车

18、上，采用这种运行小车来代替标准铁路小车可以缩短铁水车的长度。用铰链轴把车架和运行小车连在一起，这样可以灵活的在弯曲轨道上运行，运行小车的轴装在滚动轴承上。与锥形铁水罐相比，梨形铁水罐具有下列优点：保温性能好；罐内残铁和铁瘤较少；内衬使用寿命长。梨形铁水罐的缺点是它的容量比较小，增大容量受到机车车辆界限的限制。由于罐口较小，清理废铁和铁瘤以及观察罐内损失情况都较困难。1铁水罐；2枢轴；3耳轴；4支承凸爪；5底盘；6小轴图1.2 梨形罐式铁水车3.鱼雷罐车铁水罐的外壳是焊接的。旋转轴线高出几何轴线110 mm，这样空铁水罐或装满铁水时铁水罐的重心均在旋转轴线以下。结构型式如图1.3所示。铁水罐由一

19、个圆柱体和两个圆锥体组成，枢轴固定在圆锥体的端部。铁水罐靠本身两端的枢轴支承在两台单独的车架的轴承上。罐的倾翻机构和电动机装在其中的一台车架上。每台车架支承在两台双轴小车上。图1.3 鱼雷罐车大容量的鱼雷罐车具有下列优点：热量损失小，形成的残铁和铁瘤较少、罐中铁水成分在一定程度上能起混匀的作用，砖衬的寿命较长等。高炉每次出铁只需23个罐位，这就解决了大量铁水的运输问题，可缩短出铁场的长度，减少铁沟的维修量和炉前废铁量1。1.3 鱼雷罐车的应用情况及发展状况鱼雷罐车在国外应用已有六十年历史，目前在国外大型高炉上采用容量为200600 t的鱼雷罐车。鱼雷罐车是为高炉配套的一种专用车辆，运行于高炉和

20、转炉之间或高炉与铸铁机之间，因此铁水车的主要参数、容量的确定应与高炉容积和转炉容量的系列规格相适应。我国设计与制造的鱼雷罐车其容量规格如表1.1所示。表1.1 鱼雷罐车容量规格铁水车容量 (t)80180260320420高炉容积 300620620120018002500250040004000以上转炉容量 (t)315153560130250320300以上根据我国国情，从节约能源、提高效率、保护环境、扩大规模等出发，我国各大型钢铁企业都在不断淘汰落后产能，增加高炉容积，比如宝钢、沙钢等企业都已有5000 的高炉。传统的小容量铁水车已无法满足要求，大型高炉需要更大容量的鱼雷罐车来与之配套。

21、现在，鱼雷罐车在各大型钢铁企业已经普及，发展趋势是研发容量更大、性能更好的鱼雷罐车。可以说，大容量的鱼雷罐车具有广阔的发展前景。1.4 本课题研究的意义 本课题以鞍山钢铁集团炼铁厂为课题研究背景。随着鱼雷罐车设计的容量越来越大，对传动系统的要求也越来越高，采用三环减速器作为鱼雷罐车的传动系统是今后的发展趋势。三环式减速器是我国独创的一种新型齿轮传动装置，三环减速器是为适应现代机械工程发展需要、在综合分析已有的平行轴少齿差减速器技术发展趋势的基础上开发的一种新型传动装置。其输入功率通过“功率分流”的方式，用三相并列平行双曲柄机构作为输入机构，由三片相同的传动环板共同输出。传动时形成多齿接触，具有

22、优良的承载能力和过载能力，同时也克服了国际上硬齿面制造困难和成本高的弱点。由于具有装配灵活和结构本身的独特特征，因此在有些领域具有其它传动无法代替的优势，比如在机械、冶金、石油、起重运输、矿山、环保、建筑，交通等工业领域大力推广应用。这种传动近年来得到了很快的发展，被列为国家重点推广项目，具有广阔的应用前景2。 虽然三环减速器有可能成为新一代通用型减速器，但是，由于其问世时间不长，生产、设计经验尚不足，产品中存在着振动、噪声较大等问题。对于以传递动力为主的三环减速器，若要分析它的传动性能，对其进行结构及受力分析是非常必要的。本课题的提出，为指导生产实践提供了理论依据。1.5 本文的研究方法及内

23、容 （1）对鱼雷罐车传动系统进行整体分析，确定最佳传动方案； （2）对三环减速器工作原理进行描述，并且进行运动学分析；（3）采用ANSYS软件对鱼雷罐车倾动力矩进行计算，确定计算载荷；（4）选择电机，分配传动比；（5）应用MathCAD进行三环减速器啮合参数的计算，确定几何参数；（6）提出三环减速器动力分析基本方程，对内齿环板、输出轴和输入轴进行受力分析； （7）对三环减速器进行结构设计和强度校核，应用SolidWorks软件画出三环减速器主要零部件； （8）轴承载荷的计算。计算耳轴轴承和输出轴轴承的静载荷，对输入轴轴承进行轴承寿命的计算；第2章 鱼雷罐车传动机构整体方案确定鱼雷罐车传动机构的

24、作用是转动罐体，以使罐体完成兑铁水、取样、出渣、修理等操作。2.1 对传动机构的要求 （1）能使罐体连续正反转，并能平稳而准确地停止在任意角度位置上，以满足工艺操作的要求。 （2）一般应具有两种以上的转速，罐体在出钢倒渣，人工取样时，要平稳缓慢地倾动，避免钢、渣猛烈摇晃甚至溅出罐口。罐体在空罐和刚从垂直位置摇下时要用高速倾动，以减少辅助时间，在接近预定停止位置时，采用低速，以便停准停稳。 （3）应安全可靠，避免传动机构的任何环节发生故障，即使某一部分环节发生故障，也要具有备用能力，能继续进行工作。 （4）传动机构对裁荷的变化和结构的变形而引起耳轴轴线偏移时，仍能保持各传动齿轮的正常啮合，同时，

25、还应具有减缓动载荷和冲击载荷的性能。（5）结构紧凑、占地面积小、效率高、投资少、维修方便。2.2 传动机构的配置形式对于鱼雷罐车传动机构的配置形式，有落地式、半悬挂式、全悬挂式和液压式四种类型。1.落地式 落地式传动机构指除三环减速器输出轴上齿轮装在耳轴上外，其余全部安装在行走机构上。 这种传动机构的特点是结构简单，便于制造、安装和维修。但是当耳轴轴线产生较大偏差时，影响三环减速器的内外齿轮的正常啮合。另外，还没有满意地解决由于启动、制动引起的动裁荷的缓冲问题。2.半悬挂式 半悬挂式传动机构是在落地式基础上发展起来的，它的特点是把三环减速器箱体悬挂在耳轴上，其他传动部件仍安装在行走机构上，所以

26、叫半悬挂式。悬挂减速器的输入轴通过联轴器与一次减速装置连接。当耳轴偏移时，不影响内外齿轮间正常啮合。其质量和占地面积比落地式有所减少，但占地面积仍然比较大。3.全悬挂式全悬挂式传动机构是将整个传动机构全部悬挂在耳轴的外伸端上，电动机、制动器、一次减速装置和三环减速器都悬挂在同一箱体上。整个悬挂减速器用两端铰接的两根立杆通过曲柄与水平扭力杆连接而支承在基础上。水平扭力杆抗扭缓冲装置如图2.1所示。图2.1 水平扭力杆抗扭缓冲装置示意图全悬挂式传动机构的特点是：结构紧凑、质量轻、占地面积小、运转安全可靠、工作性能好。由于整套传动装置都悬挂在耳袖上，耳轴偏移不会影响齿轮的正常啮合。柔性抗扭缓冲装置的

27、采用，使传动平稳，有效地降低机构的动载荷和冲击力。但是全悬挂机构进一步增加了耳轴轴承的负担。4.液压传动机构 液压传动的突出特点为：适于低速、重载的场合，不怕过载和阻塞。而且可以无级调速，结构简单、质量轻、体积小。因此鱼雷罐车倾动机构使用液压传动是大有前途的。液压传动的主要缺点是加工精度要求高，加工不精确时容易引起漏油3。根据具体情况综合考虑，选择全悬挂式倾动机构。2.3 传动系统方案比较第一种方案：采用多点啮合柔性传动装置。在末级传动中由四个各自带有传动机构的小齿轮驱动同一末级大齿轮，整个悬挂减速器通过柔性抗扭缓冲装置而支承在基础上。传动装置如图2.2所示。1悬挂减速器；2一次减速装置；3紧

28、急制动装置；4扭力杆装置图2.2 多点啮合柔性传动机构多点啮合由于采用两套以上传动装置，当其中一或两套损坏时仍可维持操作，即事故状态下处理能力强、安全性好。第二种方案：罐体在倾翻过程中转速可调，要求选用两种转速不同的电机，以满足不同的工况对应不同转速。罐体在倒铁水过程中转速很低，所需电机转速也低，以满足铁水车低速重载。抬罐过程中转速增大，所需电机转速也大。当一个电机工作时另一个电机不工作，三环减速器有一个输入轴和一个支承轴。该方案的优点是：罐体在倾翻过程中变速，缩短了工作时间，提高了效率。第三种方案：罐体在倾翻过程中转速不变，即罐体在倒铁水和抬罐过程中转速一样。选择的两电机型号一样，电机在工作

29、过程中同时运转，两输入轴同时工作，这时没有支承轴。传动装置如图2.3所示。该方案的优点是：（1）在一个电机出故障的情况下另一电机正常运转，只是输出功率增加，不影响鱼雷罐车的正常工作。（2）电机型号一样，三环减速器两输入端传动比一样，和输入轴相联的两个一次减速装置设计的也一样，使设计过程简单化，所需零部件的种类也少，有利于备件和更换。（3）罐体在倾翻过程中速度不变，使控制系统简单化。通过方案比较，选择第三种方案。图2.3 鱼雷罐车的传动装置示意图第3章 三环减速器简介及运动学分析3.1 三环减速器的结构组成及工作原理 三环减速器是由平行四边形机构与齿轮机构组合而成。其中，有动力输入的高速轴称为输

30、入轴，无动力输入的高速轴称为支承轴，输入轴和支承轴上均安装相同的偏心套，作为平行四边形机构的曲柄。平行四边形机构的连杆上带有内齿轮，称为齿环板，低速轴上安装外齿轮，通过内、外齿轮的啮合，由输出轴输出动力。 根据输入轴、支承轴和输出轴之间不同的位置关系，三环传动有两种基本的形式：对称型和偏置型。当输入轴和支承轴相对于输出轴对称布置时，称为对称型三环传动。它的基本结构及传动简图如图3.1和3.2所示。当输出轴位于输入轴和支承轴的外侧时，称为偏置型三环传动。它的基本结构及传动简图如图3.3和3.4所示。两种形式相比较而言，偏置型三环传动的受力状态比对称型恶劣，振动、噪声也明显较大，现已较少采用。本论

31、文主要研究对称式三环减速器，对对称式三环减速器的结构进行设计4。1.内齿环板 2.输入轴 3.支承轴 4.输出轴5.输出轴外齿轮 6.输入轴偏心套 7.支承轴偏心套图3.1 对称式三环减速器基本结构 图3.2 对称式三环减速器传动简图1.内齿环板 2.输入轴 3.支承轴 4.输出轴5.输出轴外齿轮 6.输入轴偏心套 7.支承轴偏心套图3.3 偏置式三环减速器基本结构 图3.4 偏置式三环减速器传动简图3.2 三环减速器的特点 与普通齿轮减速器和行星减速器相比，三环减速器具有如下优点： （1）加工方便、制造成本低，维修性能好。三环减速器传动的特点是用普通的渐开线齿轮刀具和齿轮机床就可以加工齿轮，

32、不需要特殊的刀具与专用设备，材料也可采用普通齿轮材料。和圆柱齿轮减速器一样用中分箱体，维修方便、易损件少、磨损小、可靠性高。 （2）传动比大。单级传动99，两组传动9801，级差约1.1倍，在齿轮传动中优于各类减速器。（3）运转平稳，承载能力强。三环传动时，不是一对轮齿啮合，而是几对轮齿同时接触受力，故运转平稳、噪音低。三环传动的内、外齿轮的齿数差少(一般为14)，两啮合轮齿一个为凹齿、另一个为凸齿，两者的曲率中心在同一方向，曲率半径又接近相等，故接触面积大，具有很高的接触强度，且与工作齿对相邻的齿侧间隙很小。传动时，载荷产生的弹性变形将消除原有的齿侧间隙，使一些原来没有接触的齿对也进入接触，

33、达到多对轮齿同时啮合，使承载能力增强。（4）结构紧凑，体积小。重量比普通圆柱齿轮减速器小三分之一左右。三环减速器的三根轴可以平行布置于同一平面内，其箱体结构与普通的齿轮减速器几乎无异。与行星减速器相比，箱体结构则大大简化。另外，与其他少齿差行星减速器相比，三环减速器省略了复杂的输出机构。（5）效率高。因为其传动路线短，基本型的传动基本上都是滚动摩擦。满载荷条件下，单级效率为90%93%。效率随着传动比的增加而降低。（6）结构形式多、适应性广。由于其输入轴与输出轴即可以在同一轴线上，也可以在不同的轴线上，所以能适应各种机械的需要。三环减速器可以制成卧式、立式、法兰联接及组合传动等结构，具有多轴端

34、，可供电动机同步传动或带动控制元件。装配型式及派生系列繁多。由于三环减速器的如上这些独特的优点，我国已经将其列为国家重点推广的新产品，冶金工业部已经制订了部颁标准。目前主要应用于水泥磨慢速传动装置、环型加热炉传动装置、钢包回转台回转装置、方坯连铸拉矫机传动、桥式起重机传动、摩托车装配生产线传动、建筑打桩机传动等。随着其它行业对三环减速器独特优点的进一步认识和三环减速器自身性能的进一步完善，其应用领域也必将不断扩大。3.3 三环减速器存在的主要问题 从目前三环减速器的设计和应用情况来看，主要存在以下几个问题： （1）承载能力高造成设计浪费。三环传动是少齿差内啮合，其齿侧间隙小，啮合弹性变形会引起

35、实际接触齿对数增多并承担载荷，从而增加了承载能力。但目前设计阶段尚未考虑弹性多齿啮合效应，使实际承载能力比设计承载能力要高，造成设计浪费。 （2）振动、噪声比较大。和传统的普通齿轮减速器和行星齿轮减速器相比，三环减速器存在比较强烈的振动和噪声。尤其是偏置型三环减速器在高速、重载工况下，振动、噪声更大。在使用中曾出现过由于强烈的振动而导致内齿板断裂的情况，其噪声水平也远远高于普通的齿轮减速器和行星齿轮减速器。 （3）发热量较大。三环减速器在实际使用过程中发热量较大，温升较快，主要原因有：死点冲击；受载不均，油膜挤压。三环减速器的传动机构实际上是过约束的，对于输出外齿轮来说，每个时刻都有三个互相成

36、的啮合点。一方面，对提高减速器的承载能力是有好处的；另外一方面，对于减速器的设计提出了均载的问题，即保持三个啮合点的载荷分配均匀。由于不可避免的制造误差，使得在实际使用中，均载是比较难于实现的。实验证明，在没有很好的均载条件下，载荷往往集中在12个啮合点处，这样会造成发热量大增，磨损加剧。 （4）缺乏设计理论和制造经验。三环减速器问世时间短，缺乏完整的设计理论和制造经验，目前只能类比普通行星齿轮减速器的设计理论进行设计。3.4 三环传动克服死点的方法当平行四边形机构的连杆运动到与曲柄共线的两个位置(和)时，机构的运动不确定，一般把这种运动不确定位置称为死点位置。为了克服机构在死点位置的运动不确

37、定，最常用的方法是采用三相平行四边形机构并列布置，各相机构之间互成的相位角。这样当某一相平行四边形机构运动到死点位置时，由其它两相机构传递动力，从而克服死点。这就是三环传动名称的由来。采用这种并列方式，不仅可以利用多相机构共同承担载荷，还可以使机构在运动平面内的摆动力相互平衡。3.5 三环减速器的传动比推导图3.5 三环减速器的传动比计算三环减速器的传动比计算如图3.5所示。当输入轴旋转时，内齿环板作圆周运动。不计运动副间的摩擦，无论曲柄和转动到任何角度，和的连线总是与曲柄同相位，则有，内齿圈与外齿轮的啮合点总在的延长线上。设内齿圈的齿数为，外齿轮的齿数为，则内齿圈的分度圆半径，外齿轮的分度圆

38、半径（为常数），曲柄长度为设曲柄的转动角度为, 则，因为内齿环板为平动构件，在同一瞬时，平动构件上各点运动的轨迹形状和各点的速度均相等，故内齿圈和外齿轮的啮合点的速度矢，即 （3.1）设外齿轮的角速度（即输出轴的角速度）为，则由传动比的普遍公式： （3.2）得到三环减速器传动比的计算公式如下： （3.3）式中 传动比； 外齿轮的齿数； 内齿轮的齿数。负号表示输入轴与输出轴的转动方向相反。当内、外齿轮的齿数相差很小（通常为1、2、3或4）时，三环减速器的传动比大，具有结构紧凑的优点。第4章 鱼雷罐车的倾动力矩计算鱼雷罐车的倾动力矩是其倾动机构设计的重要参数，本文采用ANSYS软件，对320 t鱼

39、雷罐车进行了倾动力矩仿真计算，计算速度快，精度高，克服了以往传统的手算的缺点5。4.1 ANSYS软件简介ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析

40、及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。4.2 鱼雷罐车倾动力矩计算鱼雷罐车倾动力矩计算分为空罐力矩计算、罐液力矩计算、摩擦力矩计算及合成力矩计算等几个部分进行。 （4.1）式中：空罐或罐液的倾动力矩，；- 表示和倾动方向相反； 空罐或罐液的重力，N； 空罐或罐液的重心位置，m。4.2.1 空罐力矩计算 采用ANSYS软件，依照实际尺寸，构建实际空罐模型，采用旋转命令，旋转空罐，然后转换到全局坐标系，通过体积重心查询，得到不同倾动角度下

41、的空罐重心，并整理到表4.1中。由公式（4.1）计算空罐倾动力矩，也整理到表4.1中。空罐几何模型如图4.1。空罐旋转模型如图4.2和4.3。对于空罐，罐壳密度为=7850 kg/,罐衬密度为=2500 kg/，总体积为=45.58，总质量=1.5309 kg。重力为： =1.500282 N （4.2）图4.1 空罐几何模型 图4.2 空罐旋转至模型 图4.3 空罐旋转至模型表4.1 不同倾动角度下空罐的重心坐标和空罐倾动力矩倾动角度（）X坐标（mm）Y坐标（mm）Z坐标（mm）倾动力矩/008.4649-0.740711.1113508.7635-6.10159.15401009.5281

42、-11.41617.127220012.428-21.74432.622130017.078-31.41147.125440023.335-40.12460.197350031.010-47.61771.438960039.871-53.66380.509670049.647-58.07887.133480060.043-60.72991.110690070.741-61.53692.3214100081.416-60.47390.7266110091.744-57.57386.37571200101.41-52.92479.40094.2.2 罐液力矩计算罐液计算模型如图4.4，罐液旋转模型

43、如图4.54.12，采用的模型为带有罐口的罐腔体积，倾动时分两种情况：1）罐液未出罐口；2）液罐流出罐口。图4.4 罐液计算模型 罐液未出罐口时有以下两个特点：1）受重力影响，罐液平行于地面；2）罐液体积不变。 旋转过程中罐体出口处聚集的罐液越来越多，极限位置是40.6。之后罐液开始溢出。 图4.5 罐液时罐液模型 图4.6 罐液旋转至10时模型 图4.7 罐液旋转至20时模型 图4.8 罐液体积不变极限位置（40.6）罐液旋转至40.6以后溢出罐口，罐液体积减小但罐液平面仍平行于地面。罐体出口处聚集的罐液越来越少。 图4.9 旋转至50时罐液模型 图4.10 旋转至80时罐液模型 图4.11

44、 旋转至100时罐液模型 图4.12 旋转至110时罐液模型把以上两个过程所得罐液重心坐标归纳到表4.2，由公式（4.1）得到相应的倾动力矩也列入表4.2中。罐液密度=6900 kg/,罐液总体积 ，罐液总重力为：=6900=3.62903 N表4.2 不同倾动角度下罐液的重心坐标和罐液倾动力矩倾动角度（）X坐标（mm）Y坐标（mm）Z坐标（mm）罐液体积()罐液重力/N倾动力矩/00-48.189053.6683.629030100-48.658-12.15453.6683.6290344.10723200-46.264-23.90653.6683.6290386.75559300-41.8

45、04-34.33353.6683.62903124.5954940.60-34.228-42.22553.6683.62903153.23579500-122.57-50.77549.0523.31690168.41560600-264.22-58.31441.3102.79338162.89316700-436.36-64.07331.8532.15390138.00683800-626.32-66.91521.9181.4821099.17472900-825.36-69.99912.7450.8618260.326541000-1026.7-68.9365.59150.3781026.0

46、64701100-1210.2-65.7781.39410.094276.200891200000004.2.3 摩擦力矩的计算摩擦力矩计算由公式（4.3）进行： （4.3）式中： 摩擦力矩,； 空罐重力, =1.500282 N；罐液重力,N；悬挂减速机重力，取= 66000 N；滚动轴承平均摩擦系数, 由文献3, 56-58可知；滚动轴承内外圈平均直径，由文献3, 56-58可知0.87 m。 为计算摩擦倾动力矩，把所需数据整理成表4.3。 表4.3 不同倾动角度下的摩擦倾动力矩倾动角度（）空罐重力 /kN罐液重力/kN减速机重力/kN摩擦力矩/01500.2823629.0366112.

47、99804101500.2823629.0366112.99804201500.2823629.0366112.99804301500.2823629.0366112.99804401500.2823629.0366112.99804501500.2823316.9066106.20921601500.2822793.386694.82265701500.2822153.906680.91396801500.2821482.106666.30231901500.282861.826652.811221001500.282378.106642.290311101500.28294.276636.

48、117011201500.28206634.066634.2.4 合成倾动力矩的计算合成倾动力矩由以下公式（4.4）计算 （4.4）式中： 合成力矩，；空罐力矩，； 罐液力矩，； 摩擦力矩，。把不同倾动角度下罐壳力矩、罐液力矩、摩擦力矩、合成力矩等绘制成表4.4及图4.13。表4.4 不同倾动角度下的合成倾动力矩倾动角度（）空罐力矩/罐液力矩/摩擦力矩/合成力矩/01.11130112.99804114.109341017.127244.10723112.99804174.232472032.622186.75559112.99804232.375733047.1254124.59549112

49、.99804284.718934060.1973153.23579112.99804326.431135071.4389168.41560106.20921346.063716080.5096162.8931694.82265338.225417087.1334138.0068380.91396306.054198091.110699.1747266.30231256.587639092.321460.3265452.81122205.4591610090.726626.0647042.29031159.0816111086.37576.2008936.11701128.6936012079.

50、4009034.06663113.46753图4.13 不同倾动角度下鱼雷罐的倾动力矩曲线图由图4.13可知，空罐倾动力矩在倾动角度中随着倾动角度的增加而增大，在倾动角度中随着倾动角度的增加而减小。罐液倾动力矩在倾动角度中随着倾动角度的增加而增大，在倾动角度中随着倾动角度的增加而减小。摩擦力矩在倾动角度中随着倾动角度的增加而增小。合成倾动力矩在倾动角度中随着倾动角度的增加而增大，在时达到最大值346.4 ，在倾动角度中随着倾动角度的增加而减小。合成倾动力矩力矩始终和倾动方向相反，倾动过程中遵循全正力矩原则，保证了倾动的安全性。4.3 计算载荷的计算由文献3, 59-60可知考虑到计算和其它的误

51、差，而把最大合成倾动力矩值乘上一附加系数，作为倾动机构的计算载荷，即 （4.5）式中 K 附加系数，考虑到计算误差及工艺与结构上未考虑到的因素而附加的安全系数，一般取K=1.11.3，取K=1.2； 最大合成倾动力矩值，=346.4 。 由公式（4.5）计算得出计算载荷：=1.2346.4=415.68 一般以作为确定电动机功率及机械零件强度设计的计算载荷。第5章 总传动装置的设计5.1 电机的选择5.1.1 传递效率的计算一次减速装置和三环减速器中各轴用调心滚子轴承支撑在箱体上，由文献6表4.2-9可知=0.98。转臂轴承（三环减速器输入轴与三块环板相连所用圆柱滚子轴承）效率由文献6表4.2

52、-9可知=0.98。三环减速器中啮合齿轮副中的摩擦损失，由文献6表4.2-9可知相应的效率=0.98。一次减速装置中啮合齿轮副中的摩擦损失，由文献6表4.2-9可知相应的效率=0.97。电机与一次减速装置输入轴之间及一次减速装置与三环减速装置之间选用齿式联轴器联结，因为这类联轴器能传递很大的转矩，并容许有较大的偏移量，安装精度要求不高，由文献6表4.2-9可知效率=0.99。支撑罐体的一对滚子轴承效率由文献6表4.2-9可知=0.98。一次减速装置的传递效率为：=0.842传动总效率 （5.1） =0.7315.1.2 电机功率的计算功率计算公式： = （5.2） 式中：功率/W； 转矩/N.

53、m； 转速/r/min;现在鱼雷罐车的罐体转矩。转速的范围为0.05-0.1r/min,取最大值=0.1r/min,由公式（5.2）得车体所需功率为=4.353kW因为输入轴为2个，对于罐体所需功率，2个电机各分担一半，则所需电机功率为 =2.977kW （5.3）考虑到电机在使用过程中可能会出现故障，要保证在一个电机出现故障的情况下另一电机仍能带动传动机构正常工作，则在选型时所考虑的电机功率为 kW （5.4）5.1.3 电机型号的选取 按工作要求及工作条件选用三相异步电机，封闭式结构，电压380V，Y系列。 由文献6表4.12-1可选Y系列三相异步电机Y160M6型，额定功率P=7.5kW

54、,或者选Y系列三相异步电机Y160L8型，额定功率为P=7.5kW。 现在以同步转速为1000r/min及750r/min两种方案进行比较，查得电机数据，计算出的总传动比列于表5.16。表5.1 电机数据及总传动比方案号电机型号额定功率/ kW同步转速/（r/min）满载转速/（r/min）总传动比1Y160M67.5100097097002Y160L87.57507207200比较两方案可见，方案1总传动比大，为了使传动装置结构紧凑，决定选用方案2。电机型号Y160L8，额定功率P=7.5kW，同步转速750 r/min，满载转速720 r/min。5.2 分配传动比5.2.1 传动装置的传

55、动比分配传动装置总传动比为三环减速器的传动比为则一次减速装置的传动比为=160 由文献8表12.2-7得一次减速装置的公称传动比5.2.2 一次减速装置内传动比的分配因为一次减速装置为三级减速器，按等强度条件，并获得较小的外形尺寸和重量时，传动比的分配： （5.5）由文献8图12.2-4可知 （5.6）式中高速级传动比；中速级传动比；低速级传动比。5.3 各轴运动及动力参数电机输出轴：=2.977 kW =720 r/min =39.487 三环减速器输入轴： =2.457 kW =4.50 r/min =5214.3 三环减速器输出轴： =4.625 kW =0.1 r/min =44168

56、7.5罐体伸出轴： =4.533 kW r/min =432901.5 将以上结果汇总于表5.2，以备查用。表5.2 各轴功率、转速、转矩名称功率P/kW转速/(r/min)转矩/电机输出轴2.97772039.487三环减速器输入轴2.4574.505214.3三环减速器输出轴4.6250.1441687.5罐体伸出轴4.5330.1432901.5第6章 三环减速器齿轮的结构设计6.1 齿轮材料的选择、类型、精度等级齿轮材料及热处理是影响齿轮承载能力和使用寿命的关键因素，也是影响齿轮生产质量和加工成本的主要因素。齿轮材料的选择应综合地考虑到齿轮传动的工作情况、加工工艺和材料来源及经济性等条件。(1) 按本课题的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动；(2) 本设计的外齿轮和内齿圈的材料都采用42CrMo调质处理，外齿轮和内齿圈的精度等级（第三公差组的精度级）都为7级。6.2 内外齿轮的齿数计算