加載器畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　加載器是齒輪箱在以封閉試驗臺形式進(jìn)行試驗的常用加載工具，本文首先介紹了加載器的特點、分類以、國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀以及所存在的缺點等等。通過對現(xiàn)有加載器的分析研究和對設(shè)計要求的分析，同時為了有效避免現(xiàn)有的加載器存在的各種不足，對加載裝置進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，提供一種比較理想的加載裝置，研究并設(shè)計出一種新型轉(zhuǎn)矩可調(diào)式內(nèi)斜齒液壓加載裝置

2、，并對加載裝置各關(guān)鍵部件進(jìn)行了受力分析和強度校核，該加載裝置通過采用一對基本參數(shù)相同，旋向相反的內(nèi)斜齒圓柱齒輪使得加載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，能夠雙向加載；采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高了傳動零件的支撐剛度，并通過設(shè)置多處密封圈，很好地改善了液壓加載裝置的密封問題，通過受力分析得到齒輪所受的軸向力大小，能夠?qū)崿F(xiàn)加載可靠、精度高、載荷便于測量，能夠在長期運轉(zhuǎn)中保持加載力矩穩(wěn)定不變；能夠?qū)崿F(xiàn)空載起動，并能在運轉(zhuǎn)中改變加載力矩的大小，便于進(jìn)行模擬實驗；整體方

3、案結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、裝配、調(diào)整和操作。</p><p>　　關(guān)鍵詞：加載裝置 結(jié)構(gòu)設(shè)計 強度校核</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The loader is a common load tool which is used in gearbox. Gearbox is tested in the

4、form of closed test-bed. This paper firstly introduces the characteristics of the loader, classification, the present situation of the development of both at home and abroad, and the drawbacks of the loader and so on. T

5、hrough the study of existing loader and analysis of the design requirements, at the same time, in order to effectively avoid the existing these existing shortages of the loading devices, designing</p><p>　　K

6、ey words: Loading devices Structure design Strength check</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前 言1</b></p><p>　　2 國內(nèi)外加載器的發(fā)展3</p><p>　　2.1 國外

7、研究現(xiàn)狀3</p><p>　　2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀4</p><p>　　3 內(nèi)斜齒液壓加載裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計8</p><p>　　3.1 加載器的基本概念和類型8</p><p>　　3.1.1 內(nèi)力型加載器8</p><p>　　3.1.2 外力型加載器8</p><p>　　3

8、.1.3 力矩型加載器9</p><p>　　3.2 加載器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計9</p><p>　　3.2.1 加載器的設(shè)計要求9</p><p>　　3.2.2 加載裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理10</p><p>　　4 主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計及關(guān)鍵件的強度校核13</p><p>　　4.1軸徑的計算13</p&

9、gt;<p>　　4.2齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)參數(shù)計算13</p><p>　　4.3 齒輪所受軸向力計算15</p><p>　　4.4 軸承參數(shù)選擇及壽命計算17</p><p>　　4.5 油缸及缸體內(nèi)徑的選擇18</p><p>　　4.6 平鍵的選擇18</p><p>　　4.7 其他構(gòu)件的

10、選擇19</p><p>　　4.7.1 O型密封圈的選擇19</p><p>　　4.7.2 Yx型密封圈的選擇19</p><p>　　4.7.3 U型油封的選擇19</p><p>　　4.7.4 小圓螺母及墊圈的選擇20</p><p>　　4.7.5 螺栓和螺釘?shù)倪x擇20</p>&

11、lt;p><b>　　結(jié) 論22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　1 前 言</b></p><p>　　改革開放以來，隨著中國經(jīng)濟實力的增長，尤其是基礎(chǔ)建設(shè)和城市化進(jìn)程的加快，工程機械行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。而減速器正是工程機器上不可

12、缺少的東西。減速器作為重要和關(guān)鍵部件對機器的壽命、可靠性的提高起到了至關(guān)重要的作用，再加上齒輪箱工作條件惡劣，因此，為了保證傳動裝置可靠的技術(shù)性能，減速箱出廠前通常使用封閉功率流試驗臺進(jìn)行性能測定，以便檢查其效率、噪聲、振動、軸承和潤滑油的溫升以及齒輪的接觸精度、承載能力、疲勞和壽命等試驗。對減速器的測試研究越來越被人們所重視。尤其對于新設(shè)計制造的減速器，需要利用專門的高動態(tài)性能穩(wěn)定試驗臺對其進(jìn)行加載試驗，檢測各項工作性能和可靠性指標(biāo)是

13、否滿足要求。</p><p>　　目前，減速器的試驗裝置，為了獲得：測量準(zhǔn)確，耗電量小，多采用封閉功率的試驗裝置，其封閉系統(tǒng)的加載方法有彈性扭力桿，搖擺齒輪箱等，這些方法都有缺點。彈性扭力桿不能在運轉(zhuǎn)中變載，每當(dāng)增、減載荷，必須停車拆卸相應(yīng)的聯(lián)軸器，費時且麻煩。搖擺齒輪箱雖然可在運轉(zhuǎn)中變載，但由于齒輪箱搖擺時引起軸線偏移，造成振動和齒輪聯(lián)軸器的磨損。</p><p>　　能否設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡

14、單、緊湊，且使用方便、可靠的加載裝置，對機械封閉齒輪試驗臺的質(zhì)量的提高，關(guān)系甚大。目前機械封閉齒輪試驗臺一般采用機械式、液壓式和氣動式等三種形式的加載裝置。其中氣動式加載裝置雖然操作方便，但它所能扭轉(zhuǎn)的角度很小，且需一套保持恒壓的壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)，故目前應(yīng)用較少。液壓加載裝置能在運轉(zhuǎn)中方便地加載或調(diào)整載荷，同時能得到很大的加載力矩，故目前應(yīng)用較普遍；在液壓加載裝置中，有葉片式和內(nèi)斜齒式兩類，但液壓加載裝置需要一套較復(fù)雜的液壓設(shè)備，且密封

15、問題不易解決，容易產(chǎn)生漏油現(xiàn)象。現(xiàn)有的內(nèi)斜齒式液壓加載裝置的外斜齒左端為外斜齒，右端為直齒且都為齒輪軸的形式，這樣軸輪一體需要原材料的直徑比較大，而且把很大的棒料車成軸輪一體的軸的話，需要加工很多。再次是熱處理，一般現(xiàn)在工業(yè)用的齒輪和齒軸都需要熱處理，如果做成一體的會占很大的空間，最后是維修方面，如果做成輪軸一體，如果其中一個零件出現(xiàn)問題，就相當(dāng)于兩個零件一起更換。液壓加載裝置還存在密封問題不易解決，容易產(chǎn)生漏油的現(xiàn)象。特別是葉片式液壓

16、加載裝置的矩形密封更難解決，由于漏油嚴(yán)重，需要油泵等一整套液壓設(shè)備在整個試驗過程中跟著長期運轉(zhuǎn)，以不斷</p><p>　　整個機械封閉試驗臺一般由電機、加載器、多個陪試減速器和兩個測試減速器構(gòu)成。建立封閉試驗臺的主要工作量是設(shè)計和制造輔助傳動和加載器，而其中又以加載器的研制最為重要，這是由于回路中的負(fù)載要靠它形成，因它的性能極大地影響著試驗臺的工作質(zhì)量，另外其性能直接影響試驗臺的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，甚至在很大程度

17、上可認(rèn)為:數(shù)十年來封閉試驗臺的發(fā)展其實質(zhì)就是加載器的發(fā)展。</p><p>　　現(xiàn)在的加載器很多是八十年代的設(shè)計產(chǎn)品。由于當(dāng)時的設(shè)計思想不成熟，加載器的設(shè)計不盡人意，設(shè)計周期長，維護(hù)費用高，自動化程度低，測試精度低等問題凸現(xiàn)出來。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，很多測試設(shè)備己經(jīng)實現(xiàn)計算機化，同樣機械封閉試驗臺的應(yīng)用也在日趨發(fā)展，這使得老一批的測試試驗臺面臨著淘汰;但機械封閉試驗臺以及液壓加載器在實際應(yīng)用中可以大幅度節(jié)能，

18、在這個能源緊缺的年代，注定其應(yīng)用范圍會更廣闊。</p><p>　　2 國內(nèi)外加載器的發(fā)展</p><p>　　2.1 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　德國慕尼黑大學(xué)生產(chǎn)的FZG齒輪試驗機，其加載器采用的是彈性扭力桿加載器，彈性扭力桿不能在運轉(zhuǎn)中改變載荷的大小，當(dāng)增、減載荷時，必須停車拆卸相應(yīng)的聯(lián)軸器，費時且操作麻煩；原蘇聯(lián)采用的錐面摩擦加載器，其加載準(zhǔn)確、可靠、

19、成本低、容許加載扭轉(zhuǎn)角無限，但它只能在試驗機靜態(tài)時加載或卸載。</p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對工業(yè)機械及工業(yè)機械傳動提出了更高更新的要求，其中加載問題尤為重要，解決問題的關(guān)鍵在于提高加載裝置自身的性能。現(xiàn)代常用的應(yīng)用于機械封閉試驗臺的加載器有電動同步加載器和液壓加載器。電動同步加載器提供全數(shù)字調(diào)節(jié)器，具有負(fù)載調(diào)節(jié)方便、響應(yīng)速度快、加載精度高、載荷自動鎖定等特點；液壓加載器加載平穩(wěn)、精度調(diào)節(jié)方便、可

20、在運轉(zhuǎn)中加載及改變扭矩方向，可控制加載扭矩特性、模擬復(fù)雜的載荷變化，從而使載荷接近實際工況，常被應(yīng)用于大功率工況。圖2-1為GAT公司生產(chǎn)的液壓加載器，圖2-2為該液壓加載器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖2-1 GTA公司生產(chǎn)的液壓加載器</p><p>　　圖2-2 液壓加載器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　工作原理簡介：液壓加載器是由一個基本馬達(dá)和一個液

21、壓旋轉(zhuǎn)組件構(gòu)成基本馬達(dá)是依據(jù)旋轉(zhuǎn)葉輪原理制成，其轉(zhuǎn)子和定子分別與加載器的輸入、輸出軸相接。液壓旋轉(zhuǎn)件把液壓介質(zhì)從固定的儲存箱傳送到旋轉(zhuǎn)的基本馬達(dá)里，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動則轉(zhuǎn)子與定子間產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角，即輸入、輸出軸間產(chǎn)生扭矩。此液壓加載器的特點：非接觸式密封系統(tǒng)；靜態(tài)液壓閥配置；0.1%的高調(diào)節(jié)精度；適用于液壓伺服操作系統(tǒng)；高動態(tài)靈敏度；高自生頻率；超高起動速度；堅固耐用的結(jié)構(gòu)及超長的使用壽命；適用于有高調(diào)節(jié)度、動態(tài)靈敏度及高起動速度要求的應(yīng)用領(lǐng)域

22、；軸端的聯(lián)軸節(jié)在扭力方向呈剛性，軸向呈彈性。</p><p>　　2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　由于機械封閉試驗臺存在一些技術(shù)問題，設(shè)計、加工工藝、控制等方面的不足，從而導(dǎo)致在加載方面普遍存在一些問題(如難實現(xiàn)，不方便，不可靠，精度差，不能模擬真實工況等)，長期以來限制了它的廣泛應(yīng)用，因此，加載器設(shè)計和校核是機械封閉試驗臺的設(shè)計成敗重要關(guān)鍵之一。加載裝置是減速器試驗臺的關(guān)鍵部件

23、。它的優(yōu)劣直接影響到試驗臺的準(zhǔn)確度、使用性、動力消耗等技術(shù)經(jīng)濟和性能指標(biāo)。目前國內(nèi)外常規(guī)的加載方式有：</p><p>　　(1)靜加載：利用杠桿、重錘在靜態(tài)狀態(tài)下加載，方法原始，加載呆板，不能準(zhǔn)確反映動態(tài)狀況下的真實載荷，運裝重容易自行卸荷，不可靠。</p><p>　　(2)摩擦加載：利用傳動差使離合器打滑容易實現(xiàn)加載，加載不穩(wěn)定，摩擦元件壽命短，機械效率較其它加載方式低。</p

24、><p>　　靜加載方法因為可靠性不高，目前也逐漸被淘汰。但是摩擦加載方式在國內(nèi)一些中小型廠內(nèi)應(yīng)用比較多，目一前國內(nèi)試驗臺生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)最多的還是滑差式加載器試驗臺，這主要是由我國的經(jīng)濟現(xiàn)狀決定的。封閉系統(tǒng)的加載方法還有其它如彈性扭力桿，搖擺齒輪箱加載等方式也都存在這樣那樣的問題。如彈性扭力桿不能在運轉(zhuǎn)中變載，每當(dāng)增、減載荷時，必須停車拆卸相應(yīng)的連軸器，費時且麻煩；搖擺齒輪箱雖然可在運轉(zhuǎn)中變載，但由于齒輪箱搖擺時引起

25、軸線偏移，造成振動和齒輪連軸器的磨損，所以目前采用很少。還有其它的比較先進(jìn)的加載方式如水渦流測功儀加載、電渦流測功儀加載和直流發(fā)電機加載，目前還在試驗階段，技術(shù)也不太成熟。雖然很多大型企業(yè)正在嘗試著運用，很多研究人員也做了這方面的研究，但是還沒有普及。</p><p>　　這些老式的加載方式有許多缺點，如載荷不連續(xù)，加載有沖擊，不宜操作等。特別是對于同一減速器，經(jīng)上述加載方式后的效率測定曲線有較大差異。而葉片式液

26、壓加載裝置就可以比較容易克服上述一些加載存在的缺點。現(xiàn)在國內(nèi)的傳動系試驗臺大都采用交流電機驅(qū)動，直流發(fā)電機或液壓馬達(dá)加載的機械開式試驗臺工作原理。此種試驗設(shè)備價格和維修成本高;試驗時其能耗非常大，必須大功率的散熱系統(tǒng)與之配套，試驗成本非常高。即使能通過電控方式做到一部分功率回收，設(shè)備造價將會更高；試驗設(shè)備占地面積大；同時由于試驗系統(tǒng)的固有特性，不能實現(xiàn)對傳動系的脈沖和交流負(fù)載的加載試驗，更不用說模擬減速機傳動系實際作業(yè)工況。</p

27、><p>　　但是采用葉片式液壓加載器的傳動系試驗臺，它將現(xiàn)有用機械為齒輪加載的方法，改為用液壓方式加載。采用液壓方式加載的主要特點是體積小，反應(yīng)迅速，無傳動噪聲，并且可以實現(xiàn)自動控制，可以在試驗設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行加載、變載及卸載。從根本上克服了機械式靜態(tài)加載后，因試驗設(shè)備啟動運轉(zhuǎn)而造成的載荷失真的缺陷，使試驗所施加的載荷更加精確，同時也克服了機械式靜態(tài)加載的笨重、操作不便等特點，減輕了操作人員的勞動強度。又因為它是

28、機械閉式試驗系統(tǒng)，能克服現(xiàn)在其它試驗方式的各種不足和缺點。具有節(jié)能、降低試驗成本等各種優(yōu)點。</p><p>　　根據(jù)調(diào)研和資料檢索，目前我國的加載器設(shè)計大多仍處于傳統(tǒng)的設(shè)計方法。根據(jù)分析計算，發(fā)現(xiàn)通過對試驗臺的加載器進(jìn)行有限元分析，不僅可以分析出葉片在工作過程中所受的力，根據(jù)它來設(shè)計出更合理的葉片，而且可以提高整個試驗裝置的壽命，使得企業(yè)的制造成本、使用成本降低，從而取得一定的經(jīng)濟利益。</p>

29、<p>　　另外，在實際減速機測試時發(fā)現(xiàn)電機和加載器其安放位置的不同會帶來很多需求參數(shù)的不同，象所需電機容量和所需加載器提供的最小力矩等。目前多數(shù)單位的試驗臺架一般時按操作合理，擺放方便來安置臺架上的各個部件，部件安放沒有科學(xué)的理論依據(jù)。我的研究也源于此。若能夠得到最佳安放位置，則測試成本又會減少，從而能夠得到最大可能的綜合效益。</p><p>　　目前對加載器進(jìn)行一些分析正在進(jìn)行，如對它進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計

30、，可以減少加載器的體積和重量，這方面很多公司已經(jīng)做了大量的研究，有了一定的基礎(chǔ)。但是對加載器進(jìn)行有限元分析并不多見，尤其是對葉片式液壓加載器來說，對它進(jìn)行工程上的分析是必不可少的，也勢在必行。現(xiàn)就查閱的加載器的一些資料做如下詳細(xì)的說明。</p><p>　?。?）湖南大學(xué)機械系研制的螺旋滾珠式機械加載器</p><p>　　此加載器能在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下改變載荷的大小和方向，加載器結(jié)構(gòu)如圖2-3所

31、示。</p><p>　　圖2-3 螺旋滾珠式機械加載器結(jié)構(gòu)</p><p>　　工作原理簡介：左、右半軸通過左、右螺旋槽輪和兩圈鋼珠與套筒連接在一起。空載時，加載器相當(dāng)于一個螺旋滾珠式聯(lián)軸器。加載時，轉(zhuǎn)動加載螺旋使其作軸向移動，通過滾動軸承及橫鍵、拉桿，推（或拉）動套筒作軸向移動。套筒兩端裝有兩圈鋼珠，鋼珠一半嵌在套筒內(nèi)（與套筒在圓周及軸向上均不能相對運動），鋼珠的另一半嵌在左右螺旋槽輪

32、的螺旋槽中。套筒做軸向移動時，通過兩端的鋼珠迫使左右螺旋槽輪做反向旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器使與其連接齒輪向相反方向旋轉(zhuǎn)，即對封閉試驗臺施加了封閉力矩。通過旋轉(zhuǎn)角度的不同，可施加大小不同的載荷。</p><p>　?。?）上海機械技術(shù)研究所研制的液壓加載器</p><p>　　加載器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 液壓加載器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p&g

33、t;<p>　　工作原理簡介:液壓加載器實質(zhì)上是一個回轉(zhuǎn)式油缸。它借助于油缸定子和轉(zhuǎn)子之間壓力油的作用，使定子轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生相對扭轉(zhuǎn)角，從而使兩端連接軸之間產(chǎn)生扭矩作用的一種特種功能聯(lián)軸器。</p><p>　　液壓加載的缺點:易發(fā)生漏油現(xiàn)象，拆裝過程煩瑣，通用性差，需外接電源能耗大結(jié)構(gòu)復(fù)雜等</p><p>　?。?）哈工程大學(xué)海洋智能研究所研制的加載器</p>

34、<p>　　加載器由二級減速器串聯(lián)而成。第一級為K—H—V型擺線針輪減速器;第級減速器為N—N型ZK—H行星齒輪機構(gòu)。加載器原理圖如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 同步傳動力矩式加載器原理圖</p><p>　　工作原理簡介:力矩電機G輸出的扭矩傳送給轉(zhuǎn)臂Hl，通過第一級減速器產(chǎn)生放大的輸出扭矩傳送給轉(zhuǎn)臂HZ。轉(zhuǎn)臂HZ作為第二級減速器的輸入軸，通過放大產(chǎn)生更大的輸出

35、扭矩傳送給e端。轉(zhuǎn)臂Hl為施載端，齒輪e、b為封閉端。e端與軸B固連、b端與軸A固連。e端與b端產(chǎn)生相對扭轉(zhuǎn)，即B、A端有相對扭轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩。此加載器加載方法的優(yōu)點：</p><p>　　(l)使封閉功率試驗臺容易實現(xiàn)空載啟動；</p><p>　　(2)運轉(zhuǎn)中能方便地改變載荷的大小和方向；</p><p>　　(3)容易實現(xiàn)程序化遙控，且操作簡單；<

36、/p><p>　　(4)差動齒輪機構(gòu)使施載運動行程角無限；</p><p>　　(5)可靠的反程自鎖設(shè)計；</p><p>　　(6)體積小，驅(qū)動電機小，經(jīng)濟性好。</p><p>　　3 內(nèi)斜齒液壓加載裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　3.1 加載器的基本概念和類型</p><p>　　在封閉試

37、驗臺中，凡串入回路中且造成回路中平衡內(nèi)力的部件叫加載器。</p><p>　　在加載器上，一般有三個傳動端，其中串入封閉回路中的兩端為加載器的封閉端，另一端則為施載端。加載器封閉端所傳遞的力素(力矩)叫封閉端力素(封閉力矩)。在某些加載器上，因施載端并入封閉端中，故只有封閉端。若兩封閉端作異側(cè)布置時，則稱這加載器為串入式;若兩封閉端成同側(cè)同軸布置時，就叫軸端式。</p><p>　　一般情

38、況下，加載器僅為一傳動而己，因此要造成回路中的平衡內(nèi)力素，還得借助能產(chǎn)生或傳遞力素的裝置即施載裝置。由施載裝置所產(chǎn)生且作用于施載端上的力素稱為施載力素。當(dāng)施載裝置只能對靜態(tài)的施載端施以施載力素時，就稱作靜態(tài)作用式施載裝置；若可對動態(tài)的施載端施以施載力素時，則叫動態(tài)作用式施載裝置。施載力素表現(xiàn)為力時，靜態(tài)作用式施載裝置主要有砝碼、靜液壓油缸、螺旋副及齒輪齒條機構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式;當(dāng)施載力素表現(xiàn)為力矩時，則主要結(jié)構(gòu)形式有祛碼一杠桿系、靜液壓油缸一

39、杠桿系、螺旋副杠桿系。施載力素表現(xiàn)為力時，動態(tài)作用式施載裝置有各式(機械式、靜液壓式、動液壓式、電磁式)負(fù)荷器和雙向作用控制式微電機。</p><p>　　加載器之所以能對封閉試驗臺施載，就是將施載裝置產(chǎn)生的施載力素(力或力矩)作用于施載端，經(jīng)加載器內(nèi)部嚙合傳動將施載端力素放大，由封閉端輸入(出)于封閉回路中。</p><p>　　目前，國內(nèi)外所采用的加載器種類極多，但歸納起來可分為三大類

40、：內(nèi)力型加載器、外力型加載器、力矩式加載器。</p><p>　　3.1.1 內(nèi)力型加載器</p><p>　　這種加載器在運轉(zhuǎn)時，其加載表現(xiàn)為內(nèi)力，它不與封閉系統(tǒng)外的操縱系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系，因此只能在試驗靜止時加載、卸載，或者依賴加載器旋轉(zhuǎn)時的離心力加載。在不改變轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中，內(nèi)力型加載器是難以改變封閉系統(tǒng)中的加載力矩的。</p><p>　　3.1.2 外力型

41、加載器</p><p>　　在靜止?fàn)顟B(tài)或運轉(zhuǎn)過程中，通過外力（機械力、液壓力、氣壓等）來實現(xiàn)加載的加載器，稱為外力型加載器。這種加載器如果沒有外力維持，封閉系統(tǒng)就沒有加載力矩。因此外力型加載器都可在運轉(zhuǎn)過程中，通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)加載、卸載和變載，這是這種加載器的主要優(yōu)點。但是，由于外力型加載器需要在運轉(zhuǎn)時接受外力，因此外力傳遞線路的接通（活動接頭）就比較復(fù)雜。</p><p>　　3.1.

42、3 力矩型加載器</p><p>　　凡是用嚙合傳動產(chǎn)生力矩的方式給封閉系統(tǒng)加載的裝置稱為力矩型加載器。由于加載器的主要組成部分是嚙合傳動件，因此封閉系統(tǒng)中就增加了嚙合能量損失和傳動噪聲，這是缺點。但是，這種加載器可在運轉(zhuǎn)過程中根據(jù)試驗的需要進(jìn)行加載和卸載，具有比較大的加載機動性，易于實現(xiàn)加載程序化。</p><p>　　3.2 加載器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>

43、;　　3.2.1 加載器的設(shè)計要求</p><p>　　（1）額定加載扭矩；</p><p>　?。?）最大工作轉(zhuǎn)速；</p><p>　　（3）外形尺寸小、重量輕；</p><p>　　（4）具有良好的動平穩(wěn)性；</p><p>　　（5）能使試驗臺產(chǎn)生正、反方向的封閉功率流；</p><p>

44、;　?。?）既能靜態(tài)加載，亦能動態(tài)加載；</p><p>　?。?）具有良好的密封性；</p><p>　　按照上述要求，加載器的總體設(shè)計如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 總體設(shè)計方案圖</p><p>　　3.2.2 加載裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　?。?）加載裝置的結(jié)構(gòu)</p>

45、<p>　　一種轉(zhuǎn)矩可調(diào)式內(nèi)斜齒液壓加載裝置，包括液壓油缸（1）、活塞（23）、外斜齒輪（20）、內(nèi)斜齒輪（19）、中間軸（25）和左右傳動軸（7），其特征在于：活塞（23）中心孔與中間軸（25）之間裝設(shè)由甲螺栓（10）、丙端蓋（21）、乙密封圈（9）和乙滾動軸承（22）組成的滾動軸承機構(gòu)，在其中間軸（25）居中處軸段兩邊對稱裝設(shè)兩個乙滾動軸承（22），于其活塞（23）的兩端面上通過甲螺栓（10）分別連接兩個丙端蓋（21）

46、，在每個丙端蓋（21）與中間軸（25）之間的丙端蓋（21）的接觸面內(nèi)裝設(shè)數(shù)量至少為兩個的乙密封圈（9）；在中間軸（25）的兩軸端上通過固接方式對稱連接兩個外斜齒輪（20），與兩個外斜齒輪（20）嚙合的內(nèi)斜齒輪（19）通過螺釘（18）分別連接在的兩個傳動軸（7）上；所述的每個傳動軸（7）由內(nèi)斜齒輪（19）、軸承座（2）、甲滾動軸承（3）、甲圓螺母（5）、甲端蓋（11）、螺釘（18）、甲密封圈（8）、乙端蓋（14）、乙密封圈（9）、甲螺栓（

47、10）和丙螺栓（13）組成，與其外斜齒輪（20）的位置、形狀和大小相配合的傳動軸（7）軸孔端面上，通過螺釘（18）固定與外斜齒輪（20）相嚙合的內(nèi)</p><p>　　該轉(zhuǎn)矩可調(diào)式內(nèi)斜齒液壓加載裝置的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。它的主要件有左傳動軸7，圖1中的左傳動軸7與內(nèi)斜齒套19通過若干組（M10）螺釘18聯(lián)結(jié)成一體。當(dāng)內(nèi)斜齒套19與左傳動軸7一起轉(zhuǎn)動時，帶動與它嚙合的外斜齒20一起轉(zhuǎn)動，外斜齒20通過平鍵17帶動中

48、間傳動軸25一起轉(zhuǎn)動。中間傳動軸左端裝配有外斜齒，右端裝配基本參數(shù)相同，旋向相反的外斜齒輪。中間傳動軸通過平鍵帶動右端外斜齒轉(zhuǎn)動，右端外斜齒部分又帶動與內(nèi)斜齒套通過若干組（M10）螺釘聯(lián)結(jié)成一體的右傳動軸一起轉(zhuǎn)動，從而使右傳動軸與左傳動軸7一起同步轉(zhuǎn)動。圖3-1中軸承為圓錐滾子軸承，主要承受軸向力。經(jīng)計算可知，選用規(guī)格、型號合適的此種軸承，壽命足夠，使用可靠。端蓋11和對稱有端蓋處與左、右傳動軸采用U型密封圈8進(jìn)行密封，它們一起防止兩端

49、潤滑油的泄漏。缸體1為焊接結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）加載裝置的工作原理</p><p>　　整個加載裝置串接于封閉回路之中，其油缸壓力油由輔助油泵供給，加載裝置本身有配油裝置，可自由調(diào)壓和控制，當(dāng)空載運轉(zhuǎn)時，左傳動軸7與右傳動軸之間沒有相對的轉(zhuǎn)角，封閉回路中沒有載荷，當(dāng)需要加載時，只需調(diào)節(jié)壓力油充入油缸，使活塞23帶動中間傳動軸作軸向移動，中間傳動軸作軸向移動的同時，循著斜齒的螺旋

50、角作圓周的角度位移，左傳動軸7和右傳動軸便產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)角以達(dá)到在封閉系統(tǒng)中建立一定轉(zhuǎn)矩的目的，在整個加載裝置中，只有左傳動軸、右傳動軸、中間傳動軸和內(nèi)齒套旋轉(zhuǎn)，其他零件都不轉(zhuǎn)動，因而加載器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長。轉(zhuǎn)矩的大小，只需調(diào)節(jié)加載裝置工作油壓高低即可，這樣就可以在動態(tài)情況下達(dá)到自由靈敏加載的目的。由于活塞可雙向調(diào)節(jié)，故亦可以根據(jù)工作受力情況對不同轉(zhuǎn)向進(jìn)行相應(yīng)加載。另外，為了模擬真實工況，如對負(fù)荷有脈動要求，只要在液壓系統(tǒng)中有意識地考慮產(chǎn)生

51、一定的脈動油壓，就可以較容易地使封閉系統(tǒng)產(chǎn)生一定幅度、一定頻率的脈動負(fù)荷。</p><p>　　轉(zhuǎn)矩可調(diào)式內(nèi)斜齒液壓加載裝置中，內(nèi)斜齒套是關(guān)鍵件，設(shè)計時，應(yīng)選擇合適的參數(shù)，其中特別是螺旋角。、模數(shù)、齒數(shù)和斜齒端面分度圓直徑的選擇應(yīng)合適。我們總希望用較小的軸向力來獲得較大的加載力矩。當(dāng)加載力矩一定時，螺旋角愈小，斜齒端面分度圓的直徑愈大，則所需的軸向力就愈小。因此，在設(shè)計內(nèi)斜齒加載器時，在徑向尺寸允許的情況下，應(yīng)盡

52、量使斜齒端面分度圓的直徑大一些。再者，如果螺旋角過大，無疑會增大軸向力，也是不好的。齒輪模數(shù)，不宜太大，否則加工就要困難些，一般取小于5毫米。齒數(shù)應(yīng)盡可能多一些，因為齒數(shù)愈多，每個齒的齒面承受的力量就要小一些。因此，從增加齒數(shù)來看，模數(shù)也應(yīng)取得適當(dāng)小些。 </p><p>　　在封閉系統(tǒng)中，由于存在間隙和系統(tǒng)內(nèi)的零件在扭矩作用下存在變形，所以必須保證有足夠的轉(zhuǎn)角以克服間隙和零件的彈性變形，而轉(zhuǎn)角的大小直接受到中間

53、傳動軸移動距離的影響，又因為中間傳動軸的移動距離太大會是加載裝置的整體尺寸加大，所以為了既滿足克服間隙和零件的彈性變形的要求，又使得加載裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，選擇一對基本參數(shù)相同，旋向相反的內(nèi)斜齒圓柱齒輪來保證在中間傳動軸有較小的移動距離時，有足夠的轉(zhuǎn)角，并且很好地實現(xiàn)了使加載轉(zhuǎn)矩增加一倍的效果。</p><p>　　中間傳動軸的移動距離與左右傳動軸的相對轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，如圖3-2所示</p><p

54、>　　圖3-2 軸的移動距離和傳動軸轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系</p><p>　　圖3-3 斜齒輪螺旋角</p><p>　　圖3-3為斜齒輪輪的螺旋角示意圖。</p><p><b>　　由圖可知</b></p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><

55、b>　　式中，</b></p><p>　　——左右傳動軸的相對轉(zhuǎn)角；</p><p>　　——中間傳動軸的移動距離；</p><p>　　——內(nèi)斜齒輪的分度圓直徑；</p><p>　　所以封閉系統(tǒng)內(nèi)的總轉(zhuǎn)角為</p><p><b>　　(3-2)</b></p>

56、<p>　　4 主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計及關(guān)鍵件的強度校核</p><p>　　由于所應(yīng)用的試驗臺需要形成大的封閉功率流，因此所設(shè)計的內(nèi)斜齒液壓加載裝置要產(chǎn)生法的扭矩內(nèi)部各構(gòu)件都要承受大的扭轉(zhuǎn)力矩，這就要求其內(nèi)部各結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力，滿足需要的強度。</p><p><b>　　4.1軸徑的計算</b></p><p>　?。?）按照扭

57、轉(zhuǎn)強度條件計算</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　——計算剖面處軸的直徑（）；</p><p>　　——軸所傳遞的扭矩（）；</p><p>　　——軸材料的需用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（），設(shè)計中，軸材料選用合

58、金鋼35SiMn，查《機械設(shè)計師手冊》表21-23得，取；</p><p>　　——軸類別系數(shù)，對于實心軸；</p><p>　?。?）按照軸的剛度條件計算</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　——材

59、料的剪切模量，鋼材的值約為80；</p><p>　　——許用扭轉(zhuǎn)角，查《機械設(shè)計師》表21-31得</p><p>　　根據(jù)以上計算結(jié)果，為了同時滿足強度和剛度的要求，選定軸的直徑。</p><p>　　4.2齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)參數(shù)計算</p><p>　　表4-1 斜齒輪幾何設(shè)計參數(shù)</p><p>　　其中，外齒采用

60、鼓形齒，以提高對左右兩傳動軸的相對角位移的補償能力，而且可以改善齒輪沿齒寬方向的接觸情況，提高承載能力和延長使用壽命。</p><p>　　該齒式聯(lián)軸器的外齒軸套、內(nèi)齒圈可用合金鋼35CrMoA制造。</p><p>　?。?）齒輪所受計算轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p><b&

61、gt;　　式中，</b></p><p><b>　　——計算轉(zhuǎn)矩（）；</b></p><p>　　——動力機系數(shù)，查《機械設(shè)計手冊》表22.1-1的；</p><p>　　——啟動次數(shù)系數(shù)，查《機械設(shè)計手冊》表22.1-1的；</p><p>　　——工況系數(shù)，查《機械設(shè)計手冊》表22.1-1的；<

62、/p><p>　　（2）輪齒工作齒面的壓強</p><p><b>　　(4-4)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　——齒面接觸長度（），；</p><p>　　——齒輪分度圓直徑（）；</p><p>　　——齒面

63、的需用壓強（），對于鼓形齒；</p><p>　　4.3 齒輪所受軸向力計算</p><p>　　通過對加載裝置受力分析，得到齒輪受力如圖4-1所示</p><p>　　圖4-1 齒輪受力分析圖</p><p><b>　　圖中，</b></p><p>　　——內(nèi)斜齒螺旋角（）；</p&g

64、t;<p>　　——內(nèi)斜齒輪法向壓力角（）；</p><p>　　、——內(nèi)斜齒滑道誘導(dǎo)摩擦角（）；</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　——內(nèi)斜齒輪摩擦系數(shù)；</p><p>　　——內(nèi)

65、斜齒滑道誘導(dǎo)摩擦角（）；</p><p><b>　　(4-6)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　——內(nèi)斜齒輪摩擦系數(shù)；</p><p>　　——左內(nèi)齒齒輪接觸面法線方向上的反作用力（）；</p><p>　　——右內(nèi)齒齒輪接觸面法線方

66、向上的反作用力（）；</p><p>　　由于左右內(nèi)斜齒輪除螺旋角不同外，其余參數(shù)均相同，所以。</p><p>　　中間傳動軸所受軸向推力</p><p><b>　　(4-7)</b></p><p>　　式中 —液壓油缸的內(nèi)徑</p><p>　　—液壓油缸內(nèi)的油壓壓力</p>

67、<p>　　由受力分析圖可知，中間傳動軸共受五個作用力，其中，是沿圓周分布的徑向力，故相互抵消。當(dāng)加載到要求轉(zhuǎn)矩時，中間傳動軸相對于兩邊的內(nèi)斜齒套處于靜止?fàn)顟B(tài)，即此時中間傳動軸所受外力平衡，即在不計斜齒滑道與內(nèi)斜齒處嚙合的直徑的不同，則中間傳動軸所受外力，，三力平衡，如圖4-2所示</p><p>　　圖4-2 合力平衡矢量圖</p><p>　　圖中 為不計斜齒滑道與內(nèi)斜齒處

68、嚙合的直徑的不同，中間傳動軸所受的圓周力，根據(jù)力的多邊形法則，可得</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p><b>　　(4-9)</b></p><p><b>　　由式4-8可以推得</b></p><p><b>　　(4-10)<

69、/b></p><p><b>　　由圖4-2可知</b></p><p><b>　　(4-11)</b></p><p>　　軸向推力產(chǎn)生的扭矩為</p><p><b>　　(4-12)</b></p><p><b>　　式中，&

70、lt;/b></p><p>　　——內(nèi)斜齒輪的法向模數(shù)</p><p><b>　　——內(nèi)斜齒輪的齒數(shù)</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(4-13)</b></p><p><b>　　式中，

71、取。</b></p><p>　　4.4 軸承參數(shù)選擇及壽命計算</p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)矩可調(diào)式內(nèi)斜齒液壓加載裝置的總體結(jié)構(gòu)，選擇軸承參數(shù)如表4-2所示</p><p>　　表4-2 軸承參數(shù)表</p><p>　　軸承所受徑向載荷沿圓周方向分布，大小相等，指向軸心，故相互抵消。</p><p>　　對

72、于圓錐滾子軸承30215，工作中受輕微沖擊，則其當(dāng)量動載荷為</p><p><b>　　(4-14)</b></p><p>　　則30215軸承壽命</p><p><b>　　(4-15)</b></p><p>　　對于圓錐滾子軸承32217，軸承在加載裝置工作過程中，受到中等沖擊和慣性力作

73、用，則由《機械設(shè)計》表9-7得，軸承不受力矩載荷，故，所以軸承所受當(dāng)量動載荷為：</p><p><b>　　(4-16)</b></p><p>　　軸承工作溫度，由《機械設(shè)計》表9-4得，則軸承32217的壽命為：</p><p><b>　　(4-17)</b></p><p>　　4.5 油

74、缸及缸體內(nèi)徑的選擇</p><p><b>　　油壓產(chǎn)生的軸向推力</b></p><p><b>　　(4-18)</b></p><p>　　式中, ——液壓油缸的內(nèi)徑</p><p>　　——液壓油缸內(nèi)的油壓壓力</p><p><b>　　由式4-18可得&

75、lt;/b></p><p><b>　　(4-19)</b></p><p>　　考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計并查《機械設(shè)計師手冊》下冊表30-104，取，代入式 得，查《機械設(shè)計師手冊》表30-103得液壓公稱壓力為。</p><p><b>　　4.6 平鍵的選擇</b></p><p>　　根據(jù)

76、結(jié)構(gòu)設(shè)計，選取平鍵的參數(shù)見表</p><p>　　表4-3 平鍵參數(shù)表</p><p>　?。?）平鍵工作表面的擠壓強度（A型）</p><p><b>　　(4-20)</b></p><p>　　由于在活塞左右兩端各布置兩個平鍵，則平鍵工作表面擠壓強度</p><p><b>　　(

77、4-21)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p><b>　　——軸的直徑（）；</b></p><p>　　、——A型平鍵的工作長度（）;</p><p>　　、——鍵與輪轂的接觸高度（），對于平鍵，；</p><p><b&

78、gt;　　——扭轉(zhuǎn)力矩（）</b></p><p>　　——許用擠壓強度（），查《機械設(shè)計實用手冊》表3-3-3得鍵連接許用擠壓強度；</p><p><b>　　代入數(shù)值求得</b></p><p><b>　　(4-22)</b></p><p><b>　?。?）剪切應(yīng)力

79、</b></p><p><b>　　(4-23)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　——平鍵許用剪切應(yīng)力（）, 查《機械設(shè)計實用手冊》表3-3-3得，代入數(shù)值求得</p><p><b>　　(4-24)</b></p&

80、gt;<p>　　4.7 其他構(gòu)件的選擇</p><p>　　4.7.1 O型密封圈的選擇</p><p>　　根據(jù)ZBJ22-002-88，在M85-C三處選擇O型密封圈，其，</p><p><b>　　材料：丁晴橡膠</b></p><p>　　適用于：礦物油、汽油、苯等。</p>&l

81、t;p>　　4.7.2 Yx型密封圈的選擇</p><p>　　根據(jù)加載裝置的整體結(jié)構(gòu)，由JB/ZQ4264-86選取的Yx型密封圈見表4-4</p><p>　　表4-4 Yx型密封圈參數(shù)表</p><p>　　4.7.3 U型油封的選擇</p><p>　　根據(jù)加載裝置的結(jié)構(gòu)，由HG4-339-66選取的U型油封見表4-5</

82、p><p>　　表4-5 U型密封圈參數(shù)表</p><p>　　油封槽的尺寸見表4-6</p><p>　　表4-6 U型槽尺寸表</p><p>　　4.7.4 小圓螺母及墊圈的選擇</p><p>　　查《機械設(shè)計實用手冊》表3-2-74得小圓螺母的尺寸見表4-7</p><p>　　表4-7

83、小圓螺母尺寸表</p><p>　　查得墊圈的尺寸見表4-8</p><p>　　表4-8 小圓螺母墊圈參數(shù)表</p><p>　　4.7.5 螺栓和螺釘?shù)倪x擇</p><p>　　由GB/T5782-2000的螺栓的尺寸見表4-9</p><p>　　表4-9 螺栓參數(shù)表</p><p>　　

84、由GB/T70.1-2000取得的鉸制孔內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)某叽缫姳?-10</p><p>　　表4-10 內(nèi)六角圓柱頭螺釘參數(shù)表</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　加載器是齒輪箱在封閉試驗臺上進(jìn)行試驗時所常用加載工具，本文通過對現(xiàn)有加載器的分析研究和對設(shè)計要求的分析，同時為了有效避免現(xiàn)有的加載器存在的各種不足，

85、對加載裝置進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，提供一種比較理想的加載裝置，研究并設(shè)計出一種新型轉(zhuǎn)矩可調(diào)式內(nèi)斜齒液壓加載裝置，并對加載裝置各關(guān)鍵部件進(jìn)行了受力分析和強度校核，該加載裝置通過采用一對基本參數(shù)相同，旋向相反的內(nèi)斜齒圓柱齒輪使得加載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，能夠雙向加載；采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高了傳動零件的支撐剛度，并通過設(shè)置多處密封圈，很好地改善了液壓加載裝置的密封問題，通過受力分析得到齒輪所受的軸向力大小，能夠?qū)崿F(xiàn)加載可靠、精度高、載荷便于測量，能夠在

86、長期運轉(zhuǎn)中保持加載力矩穩(wěn)定不變；能夠?qū)崿F(xiàn)空載起動，并能在運轉(zhuǎn)中改變加載力矩的大小，便于進(jìn)行模擬實驗；整體方案結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、裝配、調(diào)整和操作。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 朱孝錄.齒輪承載能力分析[M].北京:高等教育出版社</p><p>　　[2] Worsley.R. Knowledge

87、transmission gear technology. Metalworking Production. 2005. </p><p>　　[3] 鄭良輝.船用齒輪箱測試試驗臺加載器優(yōu)化設(shè)計.武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位文.2003 </p><p>　　[4] 齊發(fā)云.雙曲面滾柱加載器的研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006:1-3頁</p><p>&l

88、t;b>　　[5] </b></p><p>　　[6] 王正玲.螺旋滾珠式機械加載器在封閉試驗臺中的應(yīng)用.實驗技術(shù)與管理.1993 </p><p>　　[7] 江福生.陳陽明.金章媛.液壓加載器.河北理工學(xué)院學(xué)報.2005.27(1)44-46頁</p><p>　　[8] 楊俊卓.平行軸同側(cè)傳動封閉試驗臺的加載研究. 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位

89、論文</p><p>　　[9] 皮云云.減速器試驗臺加載器的有限元分析及其布局研究.中南林業(yè)科技大學(xué)碩士學(xué) 位論文.2009 </p><p>　　[10] 朱孝錄.齒輪的試驗技術(shù)與設(shè)備.機械工業(yè)出版社.1988:5-27頁</p><p>　　[11] 任文江.施潤華.船舶動力裝置節(jié)能.上海交通大學(xué)出版社.1991.97-117頁</p>