机械设计毕业论文：一齿差行星摆线液压马达设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）一齿差行星摆线液压马达设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要最初的低速大扭矩液压马达其实是由油泵的一个定转子部件发展而来的，这个部件是由一个内齿圈和一个与之相匹配的齿轮或转子组成的。内齿圈与壳体固定连接在一起，油从油口进入并推动转子绕着一个中心点公转，这种缓慢旋转的转子通过花键轴驱动输出旋转力成为最初的摆线液压马达。这种最初的摆线马达面世后，经过几代人的努力研究，另一种概念的摆线马达也逐渐开始形成，并在功能上有了很大程度的改善。这种马达在内置配备的齿圈中安置了一定的滚子。具有这种滚子的马达能够在很大程度上提

2、供较高的启动力与运行扭矩，而其中的滚子减少了一部分摩擦，因而也提高了效率，即使在很低的转速下，输出轴也能产生稳定的输出。一齿差行星摆线液压马达是一种低速大扭矩多作用液压马达。它的工作机构其实是由一对一齿之差的内啮合摆线针齿行星传动机构组成的。由于定子是固定不动的，摆线转子在围绕自身轴线低速旋转的同时，还绕定子中心作高速反向公转。它的产生对于液压技术应用范围的开拓将是一次重大的突破。相信摆线马达在不久的将来，所涉及的领域和应用范围一定会越来越广，在如今能源日益缺失的情况下必然会起到重大的作用。在中国加快现代化进程的今天，能够研究此类技术并开发出新的结构，对国民经济发展将会起到推波助澜的作用，而对

3、于解决资源问题和降低成本的问题上也会起到一定的影响，对扩大液压机械的应用领域将是一项重大的贡献。本次我的毕业设计课题就是研究设计一种新型结构的大功率，高效率，小体积，低价格的行星摆线液压马达。关键词：低速大扭矩；一齿差；摆线马达；液力转换Abstract本科生毕业设计论文1The initial low speed high torque hydraulic motors evolved from a rotor what formed by an inner ring gear and a matching gear or rotor the rotor from the pump comp

4、onents in fact. The fixed ring gear and the shell can be connected together, and the oil from port to enter and push the rotor around a central point of revolution. The slow rotations of the rotor through the spline shaft drive the output rotational force to become the first cycloid hydraulic motor.

5、 This initial cycloid motor launched .After the efforts of several generations, the other concept of hydraulic motor has gradually started to form and function has been largely improved. This motor is built with the ring gear in the placement of a certain roller. With this roller that reduced part o

6、f the friction of motor can provide start higher power and running torque to a large extent, and thus improve efficiency. Even at very low speed, output shaft can also produce stable output. One tooth difference planetary cycloid hydraulic motor is a low speed, high torque, and multi-acting hydrauli

7、c motor. It is the work of the agencies is in fact formed by planetary transmission mechanism with one-tooth difference internal gear cycloidal teeth. Since the stator is stationary, cycloidal rotor around its own axis in the low-speed rotation, also around the stator center for high-speed reverse r

8、evolution. It produces for the pioneering application of hydraulic technology will be a major breakthrough.I believe in the near future, cycloid motors areasand applications will become an increasingly widespread. And will certainly play a significant role in the absence of energy is more missing to

9、day. The process of modernization was become more quickly today, able to study such technologies and the development of the new structure will play a role in fueling the development of the national economy. It will also play a certain impact in solving the issue of resources problems and reduce cost

10、s. It expand the application field of hydraulic machinery would be a major contribution. This is my graduation project to design a new structure of high-power, high efficiency, small size, and low price of planetary cycloid hydraulic motor.Key word：Low speed high torque，One tooth difference，Cycloid

11、motor，Torque converter本科生毕业设计论文2目 录前 言 .1第 1 章 概 述 .211 液压马达 .21.1.1 液压马达的工作原理及分类 .21.1.2 液压马达的性能比较及选用 .21.1.3 液压液的相关知识 .212 摆线液压马达 .31.2.1 国内外的发展现状 .31.2.2 液力转换机构和配油机构的机构原理 .41.2.3 摆线马达的油液配送流程 .51.2.4 摆线液压马达的主要性能参数 .6第 2 章 摆线及其相关的问题 .921 摆线的研究历史 .922 摆线数学模型的创建过程 .923 摆线的相关问题 .102. 4 摆线的实际应用 .11第 3

12、章 摆线轮机构的结构设计 .1231 概述 .1232 摆线轮机构的设计计算 .133.2.1 主要参数选择分析与计算 .133.2.2 摆线轮机构的校核计算 .18第 4 章 孔销机构与轴承的设计分析 .214. 1 孔销机构的设计分析 .214.1.1 柱销与孔的作用力分析 .214.1.2 螺栓分析计算 .2342 轴承的选取 .264.2.1 滚动轴承类型的选取 .264.2.2 滚动轴承尺寸的选择 .27本科生毕业设计论文34.2.3 轴承的设计计算 .28第 5 章 其他零件的设计分析 .3051 壳壁主要部分的设计计算 .305.1.1 按厚壁圆筒受内压力计算强度 .305.1.

13、2 前端盖承压强度 .315.1.3 加强筋的布置 .325.1.4 螺钉的选取与布置 .325. 2 矩形花键轴设计 .325.2.1 花键强度计算分析 .335.2.2 花键轴的刚度校核 .345. 3 主轴的设计 .355.3.1 概述 .355.3.2 轴的强度校核 .365. 4 封密件 .37第 6 章 Pro/E 以及三维设计 .386. 1 Pro/E 简介 .386. 2 Pro/E 的功能和作用 .386. 3 Pro/E 在机械设计中的优点 .39结束语 .40致 谢 .41参考文献 .42本科生毕业设计论文1前 言20 世纪，世界现代化进程如火如荼，随着工业中电力应用程

14、度的飞速提高，各类工业领域中，到处可见随处可闻的大多是电动马达的旋转和轰鸣，大至重型工业，小至小型玩具都有其踪迹。人们在习惯了电马达的同时，却意识到能源日益稀缺，这时人们开始将目光重新回到了一直被忽视的液压马达。其实，电马达由于受磁饱和的限制，在每平方厘米上只能产生有限的数十牛顿电磁力，其数量级仅为 0.1MPa；而液压马达的工作压力通常在 10 MPa 数量级，两者相差几十倍，有甚者可以达到惊人的数百倍。液压马达种类繁多，而且性能各不相同，所以可以用于各个不同的行业。根据液压系统的压力、排量、设备结构尺寸、使用要求、工作环境等条件可以合理选定马达的具体类型和规格。若工作机构速度高、负载小，比

15、较适合选取齿轮马达或叶片马达；速度平稳性要求较高的应该选用双作用叶片马达；当负载较大时，则宜选取轴向柱塞马达。若工作机构速度低且负载大，则有两种情况：一种是配合减速装置来驱动工作机构的选高速小扭矩马达，如果是直接驱动工作机构的则要低速大扭矩马达。世界上，经济技术发达国家，一贯重视液压马达的研究、开发、制造和应用，并不断探索，而且论著颇丰。相比之下，我国由于技术基础较为薄弱，人们的认识水平也远远不及先进国家。国人对于液压马达的论述专著极为罕见，对于液压马达实用技术方面专著更可谓少之又少。可以想象，中国其实走的是西方发达国家的老路，资源利用到一定程度之后才意识到需要抛弃现有的，而追求其他国家的方式

16、。在如今陆地资源被开发的所剩无几，人们开始把目光投向了至今仍是谜团一样的海洋。开发海洋资源，必须要提升船舶行业制造技术，而马达作为船体的心脏，它的设计、制造就至关重要了。想要提高船舶的承载能力，并保证它快速平稳的运行，就要找一种性能优良的动力设备。其中液压设备所具有的优点正符合了这一特点。由于船体在水面中航行时，水所带来的阻力是相当巨大的，尤其是当航行速度很快的时候，阻力就会成倍增强，这时就会需要更多的动力来分担克服这一部分阻力，因此就会带来能源浪费。而在一般情况下，要是动力机的功率增大，则大多数马达就会在体积上有很大的增加，自然船的体积也会随之增加。如果体积不增加，势必就要减小船的装载容积，

17、而且还增加了船体的重量。本次设计课题，就是设计一种新型结构的一齿差行星摆线液压马达，它需要具备大功率，高效率，小体积，低价格的全部特点。小体积可以在一定程度上减轻自己本身重量，同时增加了载重能力。高效率可以提升机械效率，节约能源。小体积可以扩大它的使用范围，而低价格更是直观地提升了它的推广前景。不仅仅是船舶机械，此类马达还可以推广到其他方面。在当今石油资源日趋短缺的情形下，各领域都提出节能、节省资源和降低制价的口号，对此应用液压传动就具有了相当重要的意义。国外一些工业发达国家一直致力于研究关于小体积、大功率、大转矩、高效率的摆线马达。国内由于现在的机械普及程度又有了较大的推广，就需要有各种不同

18、转矩大小类型的动力机，尤其是一种小体积、高效率、大转矩、大功率的动力机。因此，设计开发生产大转矩、高效率、小体积的摆线马达来更好的替代原先的机械，提高经济效益变得意义重大。本科生毕业设计论文2第 1 章 概 述11 液压马达1.1.1 液压马达的工作原理及分类液 压 马 达 属 于 液 压 执 行 元 件 中 的 一 种 ， 其 功 能 是 把 液 体 的 压 力 能 转 化 为 机 械 能 输 出 ，然 后 驱 动 工 作 机 构 做 功 。 相 对 于 液 压 泵 ， 液 压 马 达 是 实 现 连 续 的 旋 转 运 动 ， 输 出 扭 矩 和 转速 。液 压 马 达 是 靠 工 作 腔

19、 密 封 容 积 的 容 积 变 化 而 运 作 的 ， 从 转 速 、 转 矩 范 围 分 ， 可 分 为 高速液压马达和低速液压马达两大类。一般在业内认为，额定转速高于 500rmin 的为高速液压马达，额定转速低于 500r min 的为低速液压马达。高速液压马达的型式主要有齿轮式马达、螺杆式马达、叶片式马达和轴向柱塞式马达等。而低速液压马达的型式有曲柄式马达、静力平衡马达以及多功能曲线马达等。另外按排量能否可变可以分为定量马达和动量马达。据我所知，液压马达一般情况下可以双向旋转，也可以单向旋转。1.1.2 液压马达的性能比较及选用液压马达种类繁多，而且性能各不相同，选择液压马达的时候，

20、应该考虑液压系统所确定的压力、排量、设备结构尺寸、使用要求、工作环境等条件来合理选定马达的具体类型和规格。齿轮马达结构简单，价格低，抗污染性好，效率低，适用于工作机构速度高、负载小的场合。叶片马达结构简单，噪声和流量脉动小，适用于负载扭矩不大，噪声和速度平稳性要求较高的场合。轴向柱塞马达结构复杂，价格高，抗污染性差，效率高，可变量，适用于负载较大，高速运转，速度平稳性要求高的场合。若工作机构速度低且负载大，则有两种情况：一种是配合减速装置来驱动工作机构的选高速小扭矩马达。它 们 的 主 要 特 点 是 转 速 高 ，转 动 惯 量 小 ， 便 于 启 动 、 制 动 、 调 速 和 换 向 。

21、如果是直接驱动工作机构的则要选取低速大扭矩马达。它们的主要特点是排 量 大 ， 体 积大 ， 转 速 低 ， 可 以 直 接 与 工 作 机 构 连 接 ， 不 需 要 减 速 装 置 ， 使 传 动 机 构 大 大 简 化 ， 低 速 液压 马 达 的 输 出 扭 矩 较 大 ， 可 达 几 千 到 几 万 Nm。这 次 我 设 计 的 一 齿 差 行 星 摆 线 液 压 马 达 具 有 大功率，高效率，小体积，低价格的特点，可适用于大多数场合，满足很多方面的要求。1.1.3 液压液的相关知识液压系统中完全靠液压液把动力从液压泵经管路、控制阀传递到液压执行元件中。根据不完全统计，许多液压设备

22、的故障，都是因为液压液的使用不当，故应对液压液要进行一系列的分析，才能对它有一定的了解。本科生毕业设计论文3液压液的作用有：1)传递动力，2)润滑，3)冷却，4)防锈。液压液主要有石油基液压液和难燃液压液两大类，其中有 90%以上液压设备采用石油基液压液。石油基液压液主要可以分成 4 种：1、HL 液压液，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但只是适合 0以上的工作环境。2、HM 液压油，含极压抗磨剂，以减少液压件的磨损，适合用于-15以上的高压、高速工程机械和车辆液压系统。3、HV 液压油，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。适合用于低温地区的户外高压系统及数控

23、机密机床液压系统。4、HG 液压油，用于导轨润滑时有良好的防爬行性，抗粘-滑性好。适用于机床液压和滑动轴承导轨润滑合用的系统。在设计时，我也要考虑这方面的问题。根据我设计的摆线马达的特点、适用范围来选取正确的液压油以提高马达的寿命。摆线马达一般油压会比较大，因此我选择 HM 液压油。12 摆线液压马达摆线液压马达是一种利用行星减速机构原理（即一齿差、少齿差原理）的内啮合摆线齿轮液压马达，通称摆线马达，国外称作国外称 Orbit 马达。这种马达的优点在于它的单位质量功率比其他类型的液压马达要大的多，而且转速范围宽、价格低廉，在工程、机床，石油、农机、建筑、采矿等行业都有广泛的应用。1.2.1 国

24、内外的发展现状在 国 外 ， 就 摆 线 马 达 而 言 , 最 有 代 表 性 的 公 司 是 查 林 制 造 厂 和 丹 福 斯 公 司 。 这 两 家制 造 的 产 品 的 性 能 参 数 是 同 行 业 中 最 好 的 , 其 压 力 等 级 依 然 在 逐 步 提 高 , 制 造 技 术 也日 趋 完 善 , 而 且 摆 线 元 件 的 年 生 产 量 高 达 50 60万 台 。在国内，摆线马达按照配流方式可分为两类：一类是轴配流式，如图1.1.a所示，它有3个系列： BM1、BM2、BM3，以南京某厂为代表；另一类是端面配流结构，如图1.1.b所示，它有4个系列：BMC、BMD、

25、BME、BMF,以上海某厂为代表。其它还有镇江、石家庄、山东等地厂家生产的液压马达。据网上不完全统计，所有这些厂的年产量合计大约为5万台上下，但与国外的马达产量相比就显得九牛一毛了。图 1.1.a 配流轴式液压马达 图 1.1.b 配流盘式液压马达本科生毕业设计论文4不 仅 仅 是 在 量 上 ， 国 外 同 行 的 业 绩 要 大 大 的 好 于 国 内 的 ， 在 摆 线 液 压 马 达 的 技 术 领 域以 及 马 达 的 整 体 性 能 上 ， 也 都 是 相 差 甚 远 。 例 如 ， 国 内 、 外 的 结 构 、 体 积 相 近 , 而 且排 量 相 同 的 马 达 ,在 同 一

26、 压 力 、 同 一 流 量 下 ,总 效 率 始 终 是 国 外 的 马 达 高 。 这 说 明 了 什 么 ？查 看 一 些 专 家 的 期 刊 、 资 料 ， 不 能 发 现 ， 我 国 的 摆 线 液 压 马 达 存 在 的 主 要 差 距 ：1、 摆 线 轮 可 以 说 是 摆 线 液 压 马 达 的 心 脏 ,相 比 国 外 采 用 的 成 形 磨 削 ,国 内 一 般 采 用摆 线 磨 床 加 工 ,因 此 摆 线 轮 齿 形 误 差 以 及 粗 糙 度 都 较 大 ， 这 大 大 地 增 大 了 齿 轮 的 实 际 接 触应 力 , 严 重 地 影 响 了 马 达 压 差 的

27、提 高 , 同 时 也 影 响 马 达 的 效 率 。2、 国 内 摆 线 转 子 制 造 工 艺 落 后 ， 没 有 好 的 技 术 以 及 完 善 的 加 工 设 备 ， 无 法 保 证 加 工精 度 。3、 摆 线 液 压 马 达 中 的 定 子 是 一 个 非 常 关 键 的 零 件 ， 无 论 机 械 效 率 还 是 压 力 等 级 的 提高 都 与 它 有 密 切 的 关 系 。 国 内 定 子 的 加 工 工 艺 方 法 无 论 在 形 位 公 差 、 粗 糙 度 , 还 是 加工 效 率 上 都 无 法 与 国 外 制 造 水 平 相 比 。4、 国 内 制 作 的 配 流 盘

28、 ， 配 流 窗 口 尺 寸 精 度 差 , 且 大 多 厂 家 还 是 通 过 机 械 加 工 来 获得 精 确 的 尺 寸 , 制 造 成 本 高 。5、 国 内 联 接 轴 矩 形 花 键 齿 形 的 加 工 落 后 ， 间 接 降 低 了 花 键 的 承 载 能 力 及 机 械 效 率 有很 大 影 响 。可以这么说，我国液压元件生产的基本情况是：现有生产能力远大于计划产量，产品寿命较低。(既有质量问题，也有使用问题)虽然元件的品种已基本齐全，但规格上却相去甚远、质量也存在很大漏洞。因此，我们要学习国外的先进技术、工艺，改良我国摆线液压马达的设计制造及生产。1.2.2 液力转换机构和配

29、油机构的机构原理行星摆线齿轮机构是由仅为一齿之差的摆线轮和针轮组成的，其中摆线齿轮固定，而针轮绕着固定的齿轮公转。如图 1.2 所示，系杆 H 的上线顶点支持摆线轮 既作自转又作公转g运动，上轴线与摆线轮 固定 V 上，其中 轮满足 ，且系杆 H 带着 轮公转。ggg将轴摆线齿轮固定，而针轮作为外行星传动轮，构成液力转换机构。针轮与摆线轮通过用销轴固定的左右端盖组合，将二者固定成为一个整体体，构成动力输出机构。再配置与之对应的端面配油机构，与壳体连接，组成总体。再在内部各高低压油道配置合理的全方位密封装置，实现总体结构简单紧凑，提高传动功率和总效率。图 1.2 液力转换机构传动原理本科生毕业设

30、计论文52、传动比原理机 构 的 传 动 比 是 指 机 构 中 瞬 时 输 入 速 度 与 输 出 速 度 的 比 值 。如上图所示，作为马达的液力转换机构，采用一齿差外行星针轮摆线运动副原理和结构形式传动比原理，其结构布局基本相符合。通常中心轮 b 作为固定轮，系杆 H 为输入轴，它带动行星轮 g 沿中心轮 b 作公转而且对系杆轴产生自转，最后由输出轴 V 输出行星轮的转速。根据转化机构法，当 b 轮固定时这种轮系的传动比:（1-1）1:76gbvHbVZi据此特点，设想配置一套与液力转换机构中摆线轮机构相反传动比的配油机构，同时使配油机构中的针轮与液力转换机构中的针轮和摆线具有同相位的装

31、配关系。则其传动比为： （1-2）716121：ZiigHbgb注：配油机构中，上图 b 轮为配油针轮，g 轮为配油摆线齿轮。用这两机构形成的装置，其传动方向相反，以满足结构设计的需要。1.2.3 摆线马达的油液配送流程摆线液压马达是依靠液压油来传递能量的，从泵将高压油喷入到变为低压油排出，将压力转化成动力并排出低压油。摆线马达要想高效地将油压转化为动力，油路必须通畅，这样能尽量降低油液在传递力的过程中减少损失，如若油路不畅通，会导致转化效率和机构的使用寿命降低，故要有一个流畅的油液通路。为使油路易懂，特对油液通路作如下说明见图 1.3 所示：外 套 口 与 轴套 口 相 通 轴 套 腰 形 槽（ 高 压 油 ） 喷 入 液 力 转 换 机构 的 容 腔油压转化成动力 转矩后被挤出轴 套 腰 形 槽（ 低 压 油 ）排 出出 油 口入 油 口 高压油喷入图 1.3 油液配送流程图不难看出，泵将高压油从进油口喷入，当配油外套油口与轴套油口相通时，高压油被压入，然后通过腰形槽进入液力转换机构中摆线齿轮与针轮之间的空腔中，在高压油的压力作用下，使空腔变大，而扩大过程中，压力推动机构朝着空腔扩大的方向旋转，被密封的油液转到与腰形槽口相通时排出去。液力转换机构的工作原理如图 14 所示。可以想象，当喷入的高压油液压力、流量增大时，液力转换机构的转矩就会增大，自然