功率分流传动系统的扭力轴移频效应研究毕业论文设计.docx

本科毕业设计论文摘 要本文的研究依托于项目大功率船用齿轮箱关键技术。本文仅仅针对齿轮箱中的传动系统，研究传动系统扭力轴直径变化对功率分流传动系统模态的影响。研究对象为与船用中速柴油发动机匹配的某大型减速齿轮箱系统。项目是针对目前我国在大型船用减速齿轮箱系统的动态设计手段欠缺、更新换代缓慢、自主设计和研发能力薄弱而确立的，其目的是研发和完善能与吨大型运输船舶和舰只相配套的大功率减速齿轮箱系统，为开发更大功率的船用减速齿轮箱系统作技术储备，并形成基于动态性能分析方法的箱体优化、减振降噪和抗冲击性能的设计技术。本文本文主要着眼于某大型船用功率分流传动系统，基于ansys软件对系统进行模态分析，得出扭力轴直径变动对系统模态的影响。论文的主要研究内容可归纳如下： 1）基于Pro/e建立了功率分流传动系统的参数化造型；2）基于ansys软件和Pro/e参数化造型建立有限元模型；3）在ansys中将齿轮啮合关系和滑动轴承支撑关系等效为弹簧单元；4）利用APDL命令流方式建立弹簧单元；5）对模型施加约束并求解；6）分析扭力轴直径对传动系统模态的影响。关键词： 功率分流传动系统，模态分析，扭力轴，移频 ABSTRACTIn this paper, the research on XXX project key technology high-power Marine gearbox. This article only study drive system of gear box, transmission torque shaft diameter changes on the influence of the power split transmission system mode. And Marine medium speed diesel engine matching was used to conduct the study of a large reduction gear system. Project is based on the current our country in large Marine reduction gear box system dynamic design means missing, update slow, weak capacity for independent design and development and establishment of the. The aim is to develop and perfect with tons of large transport ships and vessels matching power reduction gear box system, for the development of more powerful technical reserves, Marine reduction gear box system and form a body optimization based on dynamic performance analysis method, the design of the vibration noise reduction and shock resistance.In this paper, this paper mainly focuses on a large scale Marine power split transmission system, Modal analysis based on ansys software of the system, it is concluded that the torsion axis diameter changes will effect the mode of the system. Paper the main research contents can be summarized as follows:1) Based on Pro/e established the parametric modelling of power split transmission system;2) Based on ansys software, and Pro/e parameterized modeling finite element model is set up;3)In the heart of the ansys gear meshing relationship and sliding bearing support equivalent of the spring unit;4) Using APDL command to build the spring flow unit;5)Impose constraints on the model and solving;6) Analysis of the torsion axis diameter influence on transmission mode.KEY WORDS： power split transmission system，the modal analysis，a torsional axis，APDL command flow 目 录第一章 绪论21.1 课题背景及研究意义21.1.1 工程背景21.1.2 船用齿轮箱行业的国际国内竟争格局21.1.3 产业和产品面临的主要问题21.1.3.1 船用齿轮传动系统产业21.1.3.2 船用减速齿轮系统基础研究和技术问题21.2 齿轮箱传动系统国内外研究现状21.2.1 齿轮箱传动系统国外研究现状21.2.2 齿轮箱传动国内研究现状21.3 本文研究内容2第二章 大型船用齿轮箱系统结构特点和基本参数22.1 齿轮箱所属类别及特点22.2 某大型船用传动系统结构参数22.3 传动系统结构图22.4 本章小结2第三章 功率分流传动系统结构尺寸数据的详细计算23.1 传动系统所包括的各个部件23.2 齿轮相关参数计算23.2.1 I级齿轮传动计算23.2.1.1选定齿轮类型、精度等级以及齿数23.2.1.2 按齿面接触疲劳强度设计23.2.2 II级齿轮传动的计算23.3 各轴直径计算23.3.1输入轴直径23.3.2扭力轴直径23.3.3输出轴直径23.4 本章小结2第四章 功率分流传动系统的模态分析24.1模态分析概述24.2传动系统模态分析24.2.1有限元模型的建立24.2.2 求解传动系统模态24.3 本章小结2第五章 分析扭力轴直径变化对系统模态的影响25.1功率分流传动系统齿轮啮合频率25.2功率分流传动系统模态结果25.3 结论25.4 本章小结2第六章 全文总结26.1 总结26.2展望2参考文献2致 谢2毕业设计小结222第一章 绪论船舶推进系统1-7为船舶提供动力支持，当前船舶广泛应用的是传统推进系统，即柴油机、减速齿轮箱和固定螺距螺旋桨相结合的形式，其缺点为不能对船舶各种工况下的负载变化进行相应的调节，倒车、变速等需要靠减速齿轮装置来实现。减速齿轮装置5，7,8是舰船动力系统的关键设备之一，螺旋桨通过它获取合理的转速从而提高推进效率，各种联合动力推进方式及其推进装置的优化布置亦需通过减速齿轮系统来实现。船用减速齿轮箱的功能可概括为以下几点：1)匹配主机与螺旋桨的转向与转速；2)将主机的功率传至螺旋桨，同时增加轴系的输出扭矩；3)为主机缓冲螺旋桨的推力；4)设置离合器，避免主机带负荷启动（设置有摩擦离合器）；5)实现正车、倒车，或者双速传动。齿轮传动系统7,9-11是舰船减速装置的关键和基础部件。齿轮传动系统是由多个齿轮利用啮合原理组成的传动机构，将原动机的转动速度和旋转方向转换为工作机构所需要的转速和转向，同时传输相应扭矩和功率。与带、链、摩擦、液压等传动方式相比，齿轮传动具有功率范围大、传动效率高、运动平稳、传动比准确、使用寿命长、结构紧凑等一系列特点，决定了其在舰船减速传动领域中的不可替代性11。1.1 课题背景及研究意义本文的研究依托于工程项目。研究对象为某型柴油发动机用减速齿轮箱传动系统。项目是针对目前我国在大型船用减速齿轮箱传动系统的自主设计和研发能力较为薄弱，新产品开发周期较长而确立的，其目的是研发和完善能与大型运输船舶和舰船相配凑的大功率船用减速齿轮箱系统，为开发更大功率的船用减速齿轮箱系统作技术储备，同时促进我国造船业中关键配套件在自主研发能力上的提升，为我国海洋经济发展提供该方面的技术支撑。1.1.1 工程背景大型船用减速齿轮装置是造船业的基础部件，被列入国家中长期科学技术发展规划纲要的重点发展领域。大型船用减速齿轮传动系统正在朝着高速重载、低振低噪、轻量化设计及高可靠性方面发展8。大型柴油机用减速齿轮传动系统的市场需求正在呈现扩大趋势，主要基于以下几个方面的原因：一、近年来，随着沿海发达区域土地和资源的紧张加之企业环保成本和人力资源成本的提高，制造业正明显地向内地转移，增加了对成本较低的内河航运的需求。这就推动内河船舶向标准化、大型化转型升级。制造业内迁以及振兴内河航运12政策的实施，推动了船舶制造业乃至船用减速齿轮箱行业的内部需求；2010年，我国造船业的三大指标：手持船舶订单量、新接船舶订单量和造船完工量分别为：41%、43%和54%，均已跃居世界首位13,14；二、国家大力发展海洋经济及加大舰船关键配套设备的投入，军工订单的增加也提高了对大型船用减速齿轮箱的需求；三、柴油机作为大型船躺和舰只的动力系统较为普遍15，各类近海运输船舶、内河船舶以及工程船舶的主动力装置16基本选择中、高速柴油发动机。1.1.2 船用齿轮箱行业的国际国内竟争格局就整个齿轮行业而言，其行业集中度较低，单个企业所占整体的市场份额较小。但船用齿轮产品在国际和国内的行业集中度较高，竞争也非常激烈。国际和国内的主要船用齿轮产品公司16如下：1）釆埃孚（ZF）ZF海事集团是世界最大的船用减速齿轮系统的制造商之一，其产品中齿轮传动系统的功率范围为10KW至1.4万KW。2006年，釆埃孚海事集团的年销售额大于2.3亿欧元，生产基地遍及全球。釆埃孚与南京高精齿轮集团（以下简称“南高齿”）建立了合资公司。合资公司的产能为年产800台大型船用齿轮传动系统。2）弗兰德（FLENDER）弗兰德公司在船用齿轮传动领域具有技术实力雄厚，制造技术领先和产品质量优秀的特点，处于世界领先地位弗兰德公司于1998年3月接管了罗曼施托尔德福特公司（Lohman&Stolterfoht），与国内两大船用齿轮箱生产厂商（即杭齿和重齿）有着密切的联系。3）伦克（RENK）伦克公司于年创建，现已成为世界顶尖的高质量的专用齿轮箱及其他船、舰推进设备的制造及测试系统的开发商。在船用减速齿轮箱系统等领域处于世界先进地位，曾于1982年制造出传输功率为40000KW的船用减速齿轮系统，为迄今世界功率最大的船用齿轮间速系统。其相关产品功率范围为2500KW至40000KW,其设计生产的倒顺齿轮箱可用于海军舰只的主推进齿轮箱上。相关产品类型齐全，包括柴柴联合、柴或燃联合（CODAD）、柴和燃联合（CODOG）以及燃燃联合（COGAG）等的推进单元。4）莱恩杰斯（REINTJES）莱恩杰斯为各类船舶的推进系统生产船用减速齿轮传动系统，其产品的输出功率范围为250KW到30000KW。5)重庆齿轮箱有限责任公司（以下简称“重齿”）重齿是我国最大的船用减速齿轮系统的生产商之一，有很强的自主研发能力和创新能力但重齿受产品结构限制，在国内大功率齿轮箱（输出功率在2500马力以上）市场占有率高达80%，小功率齿轮箱（输出功率在2000以下）市场占有率不到10%。重齿公司的同类齿轮箱产品价格较杭齿略高，尤其是中小型船用齿轮箱。重齿在国内舰船传动装置以及大型船辦配套的齿轮传动方面的市场占有率约为80%，承接利润丰厚的军事订单和相关的研发项目较多。6)杭州前进齿轮箱集团股份有限公司（以下简称“杭齿”）杭齿的前身是杭州齿轮箱厂，创建于1960年。其优势在于建立了完善的销售和售后体系。杭齿的船用减速齿轮系统的产业是其主营业务，规模约占该集团总业务的30%。近年来，杭齿在国内船用齿轮箱市场的占有率始终保持第一位，2009年占国内整个产业规模65.5%17。杭齿在船用减速齿轮系统方面的产品较为全面，其拥有从10KW到10000KW输出功率的船用齿轮产品谱系的设计、研发和制造能力。杭齿以往以中小功率船用齿轮箱为主，但近年正大力开发大型新品，并逐步增加军品订单的承接任务，在大中型齿轮箱市场的市场份额正在逐步提高。此外，南高齿和ZF合作生产，在国内的船用减速齿轮系统方面也占有一定的市场。目前，国际顶尖的船用减速齿轮传动的生产商主要来自德国，如伦克、莱恩杰斯、釆埃孚等。国内的相关生产商无论在研究基础、创新能力和谱系范围等方面均居于弱势。国内产品的优势在于熟悉国内市场、建立了较为完善的销售链，同时同类产品价格更为便宜，国内制造商中主要由重齿和杭齿垄断，两大公司形成较为激烈的竞争格局。从技术方面来看，两大公司同时于20世纪80年代从德国罗曼施托尔德福特公司以许可证的方式引进了船用齿轮箱技术，转让许可证生产的船用减速齿轮的族系包括GW、GC、GV、GU。不同的是重齿重点引进2500马力以上的大功率船用齿轮箱技术，杭齿则重点引进2000马力以下小功率船用齿轮箱技术。现阶段，杭齿中小型船用齿轮箱成熟产品的价格居于国内市场中上游水平，对于大功率以及特大功率船用传动装置，杭齿以拓展市场为先，以低于重齿的价格参与市场竞争，但只在载重8000吨级左右的船舶市场抢占了部分份额，在万吨以上船舶和舰只的配套上尚未有太大建树。1.1.3 产业和产品面临的主要问题1.1.3.1 船用齿轮传动系统产业第一，从船用减速齿轮产品所属的产业链条来看，虽然作为船用减速齿轮系统下游产业的我国船舶工业在三大造船指标上均已超越韩国，位居世界第一。但我国船舶、舰船关键配套产业的发展却明显滞后，主流船型的配套设备国产化率仅有50%18左右与日本、韩国98%和93%的国产化率仍有较大差距1。大功率船用齿轮箱是船用主机中的关键配套部件之一，至今仍需大量进口，经常出现“船等机”的严重现象，船厂订不到主机就不敢承接船舶订单，严重制约了我国造船业的快速发展。第二，国内船用齿轮箱厂商没有全球售后服务网络。船舶设备出现故障是无法避免的，如果不能及时得到维修，将给船舶运营商带来巨大的损失。由于国内船用齿轮箱制造商真正参与国际竞争的时问较短，在全球设立维修和服务中心较少，尚未形成完善的售后服务全球网络，很难在接到用户求助电话后及时提供服务。第三，从船用减速齿轮产品的产业内部来看，主要存在以下问题：产业发展层次不高，普通、传统齿轮箱产品制造所占比重较高，新型装备、大型高精度等高端装备制造产品类别少、规模小、所占比重偏低，生产商仍将廉价的人力资源作为企业优势；同时，产品开发和创新能力薄弱，研发投入不足，设计、生产周期长。1.1.3.2 船用减速齿轮系统基础研究和技术问题我国船用齿轮减速传动系统的技术层次较低，基础研究薄弱。虽然通过大量引进国外先进制造和检测装备，齿轮箱制造技术与国外先进水准的差距不断缩小，但仍有相当大一部分齿轮与变速箱产品在振动噪声与疲劳寿命等方面与国际先进水平差距明显。我国自行开发的齿轮产品都存在不同程度的振动和噪声问题，而从国外先进公司引进的齿轮传动产品在消化吸收的过程中都会出现振动、冲击及噪声19高于国外的现象。同时，由于在基础件研究、计算机设计及分析和应用等方面的不足，导致国内齿轮箱产品在产品轻量化、模块化以及故障检测、分析等技术上没有长足的进展，使国产齿轮箱产品参与国际竞争时，存在一定的技术风险。目前，大型船用减速齿轮箱的传动技术正朝着高速重载、高效率、高稳定性、轻量化设计、高可靠性、低振动、低噪声和缩短设计制造周期的方向发展，对减速传动系统的动态传动特性以及设计制造能力提出了更高的要求。此外，本文所研究的大型减速齿轮箱系统是作军民两用设计和建造的，必须依照相关的军用标准，进行作为舰载安装设备的抗冲击性能评估。本文主要着眼于某款大型船用减速齿轮箱功率分流传动系统，通过理论设计研究，对其进行基于模态分析理论的振动分析，给出功率分流传动系统扭力轴变动对系统模态造成的影响。1.2 齿轮箱传动系统国内外研究现状齿轮传动系统运转时，轮齿受载荷作用会产生弹性变形，除了转轴不平衡质量及转子几何偏心等对齿轮箱振动产生影响外，由于同时参与喘合的轮齿对数会发生变化、轮加工和装配误差的存在以及“合冲击效应”的影响，导致齿轮副产生动态喷合激勘，从而引起振动，振动经传动轴和轴承等零部件传递到轴承座和箱体上，引发箱体振动从而产生福射噪声25,31整个船用减速齿轮箱系统，可以看作由齿轮副、传动轴、轴承、箱体、联轴器和离合器等部件组成的复杂的弹性系统。在工程实践中，齿轮箱经常出现较大的振动问题，即使进行齿轮腐曲面修形之后系统的振动有所降低，但齿轮转子运行一段时间又发生较大的振动。长期以来，齿轮箱的振动问题一直困扰着工程实践中的技术人员26,32-36。在工程界和学术界，许多学者分析和探讨了齿型、联轴器、箱体设计及齿轮箱安装基础等对系统动态性能的影响。主要研究手段为有限元数值计算方法和齿轮箱振动参数和滑油温度参数的状态检测。对整个系统进行固有特性分析和获取系统对各种激励的动响应特性，可以为探索船用齿轮箱向高效率、高可靠性、高功率密度、长寿命、低振动和低噪声方向的改进提供有益的参考。但齿轮箱系统的振动机理仍然有待进一步的研究。齿轮箱系统动态响应的分析方法一般为集总参数法25和有限元法（FEM）也有学者将两种方法结合起来36,37。现行的方法在分析齿轮箱动态振动响应时，须首先获取传动系统中齿轮副的内部动态激励再将激励施加在哨合齿轮副上，最后通过求解系统动力学微分方程计算其振动响应，还可再对系统特定位置的动态响应进行频谱分析，从而从理论上评估齿轮系统的振动烈度和箱体的结构噪声38,39，一般施加的激励包括时变合刚度激励、静态传动误差激励、喷合冲击激励等。1.2.1 齿轮箱传动系统国外研究现状国外方面：J.LDion40等通过数值计算与试验相结合的手段研究了一款汽车变速齿轮箱的齿轮冲击。该研究特别关注了驱动轴的能量激励与自然冲击之间的关系，基于齿轮的几何形状建立了拓扑接触模型，将喘合齿轮对之间的接触定义为单自由度、非线性、弹性的耗散模型。通过与实验结果的对比，验证了所建立模型的正确性。研究表明：在特定的激励条件下反复冲击现象仅出现在喘合齿轮对的一侧。F.K.Choy41等通过模态分析方法将齿轮箱各个相互賴合的振动系统的运动方程通过矩阵进行组装，转换成一组彼此相互独立的方程，使得整个系统的自由度减少进而降低了求解的规模，并基于以上原理编制了计算程序，能够根据齿轮箱箱体结构特点和齿轮传动参数来计算整个齿轮箱系统动态响应。研究表明，在基于频域的分析中釆用模态激励函数能有效获取齿轮传动系统的动态响应状况，该方法能用于喘合齿轮传动系统的设计和改进。Maynard42等人在对乘用车变速箱的变形及振动的特性进行分析的基础上，采用噪声信号对变速齿轮箱的故障进行研究。等通过边界元计算方法和实验验证手段对某型变速齿轮箱的箱体进行了声辖射评估。对箱体结构布置不同形式的加强筋结构，并研究了不同的加强激布局情况对声福射的三种效应，即振动效应，场源效应和障碍效应的影响，研究表明：通过在减速箱箱体上合理布置加强筋来修改箱体的特征频率能够降低激振力并有效降低箱体振动。1.2.2 齿轮箱传动国内研究现状国内方面：林腾蛟38-44等釆用有限元方法和边界元法对齿轮箱箱体、直齿结构和斜齿结构传动系统的动态响应特性以及噪声进行了大量的研究，反映了有限元方法在分析内部激励和计算齿轮传动系统动态性能等方面是可靠的。李润方45,46等釆用有限元法对某款增速齿轮箱的动态性能进行了分析，施加在该动态响应模型上的激励包括时变刚度激励和误差激励，其中误差激励曲线由齿轮加工精度决定，时变刚度曲线通过3D有限元接触模型计算获取。朱才朝47-51等通过理论研究与实际试验相结合的手段，分析了某大功率船用减速齿轮箱中齿轮副的误差激励、喘合刚度激励和冲击激励等内部激励，并引入外部扭矩激励，釆用有限元理论建立了齿轮箱传动系统动力学分析模型，对箱体特定位置的振动烈度和结构噪声进行了计算，通过与实验结果的对比，验证了模型的合理性，对齿轮箱的动态设计具有指导意义。刘文33等建立了GWC60.66船用减速齿轮箱的有限元振动分析模型和边界元声学模型，分析了该齿轮箱系统在内部激励条件下的动态响应，对其振动烈度、结构噪声和空气噪声等方面动态性能进行了评估。林雪妹44-45等建立了某大功率船用减速齿轮箱的3D有限元计算模型，并用NXNastran对该齿轮箱系统的模态、抗冲击性能进行了计算和评话，另外运用轮齿修型软件MASTA对变位斜齿轮的齿形进行了修型优化，通过对比修型前后的齿轮副传递误差，说明轮齿修型优化对齿轮传动系统平稳运行的有效性。李魂贤36研究了某型舰用齿轮运行时的喊合接触线长度随时间的变化关系，用时变长度来代替时变刚度，提出采用傅立叶级数来计算舰用宽斜齿轮副的喷合刚度的理论，并用该理论分析了单自由度扭转振动齿轮副系统在时变喊合刚度和误差激励作用下的系统动态特性。1.3 本文研究内容论文基于模态分析法，针对功率分流传动系统进行了简单建模，并以商业软件ANSYS对功率分流传动系统扭力轴直径改变对系统模态影响进行了定量分析与评估。本论文主要展开的研究工作如下：1.基于Pro/e建立了功率分流传动系统参数化造型；2.基于ANSYS建立了功率分流传动系统的三维有限元模型，进行了传动系统模态分析；并且分析了扭力轴直径变动对传动系统模态影响的一般规律；3.编制了传动系统模态分析的APDL命令流程序。本论文的分章结构安排如下：第一章 绪论：介绍了本论文的课题背景和研究意义，阐述船用齿轮箱系统及相关领域的国内外研究现状，并确立了本文的研究内容和研究方法。第二章 大型船用齿轮箱系统结构特点和基本参数简单介绍几种不同类型的船用柴油机系统；介绍了大型船用功率分流传动系统结构的基本参数；确定了传动系统的结构图。第三章 功率分流传动系统结构尺寸数据的详细计算本章详细计算了研究的功率分流传动系统各个所需参数，为三维造型的建立做出重要铺垫；齿轮副中心距采用齿面接触疲劳强度设计算法详细计算；在兼顾轴上零件定位要求的前提下，轴的最小尺寸计算采用了比较简单的扭转强度条件计算算法进行估算，然后将其扩大20%以满足系统要求。第四章 功率分流传动系统的模态分析本章主要内容是对传动系统进行模态分析。利用ansys中APDL命令流的方式进行了模态分析。模态分析需要建立有限元模型，正确加载和求解。本章详细介绍了建立有限元模型的过程，其中包括建立单元类型、定义单元实常数、定义材料属性、划分网格、用combin14单元建立齿轮副之间以及轴承与轴之间的联系、对传动系统施加约束和最终的求解。第五章 分析扭力轴直径变化对系统模态的影响本章主要分析传动系统的模态结果和扭力轴啮合频率之间的关系，分析扭力轴直径变化对系统模态产生了什么样的影响，分析在啮合频率不变的情况下扭力轴直径偏大好还是偏小好。第六章 总结与展望对本文的研究内容、研究方法和最终成果进行总结，列出了文章的创新点。讨论了研究方法的不足之处，指出模型如何进一步完善，并展望了未来研究工作的重点。第二章 大型船用齿轮箱系统结构特点和基本参数2.1 齿轮箱所属类别及特点本文研究的功率分流传动系统为船用减速齿轮箱GWC型，属于与船用中速柴油机相配套减速齿轮箱类别中的GW系列8,12。GW系列船用减速齿轮箱的传动特点为：单轴输入和单轴输出，同时箱内附带摩擦离合器并具备离合功能或者倒顺离合功能，系统结构布局紧凑。每种类型的GW系列齿轮箱均按额定功率和传动比分为10款，现阶段其全系列产品能匹配的输入转速范围为3001800r/min，减速比范围为：2:16:1额定传动能力范围为0.2579.25KW/（r/min）。图2-1为GWC、GWD和GWS三型齿轮箱的箱体及轴系结构示意图2。图2-1 中速柴油船用减速箱系统结构示意图2.2 某大型船用传动系统结构参数本文研究的船用齿轮箱内部传动系统的总体参数如表2-1所示：表2-1 某船用功率分流传动系统总体参数输入功率1500KW输入转速1350r/min工作寿命15年（按照每年30天，每天16小时）一级传动比2.5二级传动比5.5为了简化后期计算参数，此处将传统系统所有材料均选择45钢（调质），45钢性能参数如表2-2所示：表2-2 45钢材料参数材料名称密度泊松比杨氏模量抗拉强度屈服强度45钢(调质)7.85g/cm30.3206GPa240MPa220MPa2.3 传动系统结构图如图2-2所示：图2-2 传动系统结构图该系统由输入轴、输入齿轮、两根扭力轴和齿轮、输出轴、输出大齿轮以及支撑各个轴的滑动轴承组合而成，由于后续研究需要改变扭力轴直径，因此采用参数化设计，将扭力轴直径设为参数以方便分析。此结构将传动系统中齿轮啮合简化为节圆柱相切，在有限元划分网格和分析中将变得比较简单。并且由于轮齿对系统模态影响较小，所以此处简化了三维模型。2.4 本章小结本章介绍了GW系列船用中速柴油机用减速齿轮箱的分类及简要结构特点；详细介绍了本文研究的传动系统的总体参数；运用三维软件Pro/e建立了简单的传动系统三维参数化模型，并对模型做了简单介绍。第三章 功率分流传动系统结构尺寸数据的详细计算3.1 传动系统所包括的各个部件该传动系统包括输入轴、级输入齿轮、级输出齿轮、扭力轴、级输入齿轮、级输出齿轮、输出轴、滑动轴承。力矩由输入轴传递至级输入齿轮，再传递至2个级输出齿轮完成级减速；2个级输入齿轮将扭矩传递至各自扭力轴，完成功率分流；2根扭力轴将扭矩传递至各自级输入齿轮，级输入齿轮将扭矩传递至级输出齿轮完成功率合流，经输出轴输出。为方便起见，以下计算均不考虑损失，即传动系统传递效率为100%。3.2 齿轮相关参数计算3.2.1 I级齿轮传动计算输入功率：P=1500kw小齿轮转速：n1=1350r/min级传动比：i1=2.5工作寿命：15年（每年300天，每天16小时）材料：45钢（调质）3.2.1.1选定齿轮类型、精度等级以及齿数(1) 选用直齿圆柱齿轮传动，压力角20。(2) 功率分流传动系统为减速器类别，参考表3-1，选取7级精度。表3-1 各类机器所用齿轮传动的精度等级范围机器名称精度等级机器名称精度等级汽轮机36拖拉机68金属切削机床38通用减速器68航空发动机48锻压机床69轻型汽车58起重机710载重汽车79农业机器811(3) 材料选择。由表3-2，选择大小齿轮材料类型为45钢（调质），齿面硬度240HBS，强度极限650MPa，屈服极限360MPa。表3-2 常见齿轮材料及其力学性能材料牌号热处理方法强度极限B(MPa)屈服极限S(MPa)硬度（HBS）齿芯部齿 面HT250250170241HT300300187255HT350350197269QT500-5常 化500147241QT600-2600229302ZG310-570580350156217ZG340-64065035016922945580290162217ZG340-640调 质7003802412694565036021725530CrMnSi110090031036035SiMn75045021726938SiMnMo70055021726940Cr70050024128645调质后表面淬火4050HRC40Cr4855HRC20Cr滲碳后淬火6504003005862HRC20CrMnTi110085012Cr2Ni4110085032020Cr2Ni41200110035035CrAlA调质后氮化（氮化层厚0.30.5mm）950750255321850HV38CrMoAlA1000850夹布塑胶1002535(4) 选小齿轮齿数z1=65，大齿轮齿数z2=i1z1=2.565=162.5，因此选取z2=163。3.2.1.2 按齿面接触疲劳强度设计(1) 由直齿轮基础疲劳强度设计计算公式（3-1）试算小齿轮分度圆直径 （3-1）1) 确定公式中的各参数值齿面接触疲劳强度计算用载荷系数试选=1.3计算小齿轮传递扭矩由表3-3选取齿宽系数表3-3 圆柱齿轮的齿宽系数d装置情况两支撑相对于小齿轮作对称布置两支撑相对于小齿轮作不对称布置小齿轮作悬臂布置