工藝夾具畢業(yè)設(shè)計(jì)37機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)補(bǔ)進(jìn)送料機(jī)

機(jī) 械 設(shè) 計(jì) （ 課程設(shè)計(jì) ） 專(zhuān)業(yè)班級(jí) ： 機(jī)電二班 老 師 ： x 老師 名 字 ： xxxxxx 學(xué) 號(hào) ： xxxxxxxx 題 目 ： 步進(jìn)送料機(jī) C 1 目 錄 一 設(shè)計(jì)背景 . 2 二 設(shè)計(jì)要求 . 2 三 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求 . 3 四 設(shè)計(jì)任務(wù) . 3 五 工作原理 . 3 六 選擇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) . 4 七 設(shè)計(jì)思路 . 5 八 四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)置 . 6 九 運(yùn)動(dòng)圖 . 10 十 參數(shù)計(jì)算 . 11 十一 體會(huì)與心得 . 30 十二 附錄 . 31 2 機(jī)械原理設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)題目： 步進(jìn)送料機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) C 一 設(shè)計(jì)背景 進(jìn)入 21世紀(jì)以來(lái)， 隨著科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展和人們生活條件的不斷改善 市場(chǎng)愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、價(jià)格低廉、效率高、能耗低的機(jī)械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，首要任務(wù)是進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和構(gòu)思、各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這要求設(shè)計(jì)者綜合應(yīng)用各類(lèi)典型機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)動(dòng)原理、工作特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法及其在 系統(tǒng)中的作用等知識(shí)，根據(jù)使用要求和功能分析，選擇合理的工藝動(dòng)作過(guò)程，選用或創(chuàng)新機(jī)構(gòu)型式并巧妙地組合成新的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案，從而設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、性能優(yōu)良、工作可靠、實(shí)用性強(qiáng)的機(jī)械產(chǎn)品。 企業(yè)為了贏得市場(chǎng)，必須不斷開(kāi)發(fā)符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造，其中設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的第一步，是決定產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、水平、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益的最主要因素 .機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)合一種簡(jiǎn)單機(jī)器進(jìn)行機(jī)器功能分析、工藝動(dòng)作過(guò)程確定、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案評(píng)定、機(jī)構(gòu)尺度綜合、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)等，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固、掌握并初 步運(yùn)用機(jī)械原理的知識(shí)和理論，對(duì)分析、運(yùn)算、繪圖、文字表達(dá)及技術(shù)資料查詢(xún)等諸方面的獨(dú)立工作能力進(jìn)行初步的訓(xùn)練，培養(yǎng)理論與實(shí)際結(jié)合的能力，更為重要的是培養(yǎng)開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力。因此，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)在機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)體系訓(xùn)練中，具有不可替代的重要作用。 這次我要做的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是步進(jìn)送料機(jī)，希望能夠通過(guò)這次綜合性的訓(xùn)練能讓自己從中掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的流程，以及會(huì)運(yùn)用一些軟件。 二 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)某自動(dòng)生產(chǎn)線的一部分 步進(jìn)送料機(jī)。如圖所示，加工過(guò)程要求若干個(gè)相同的被輸送的工件間隔相等的距離 a，在導(dǎo)軌上向左依次間歇移動(dòng)， 即每個(gè)零件耗時(shí) t1 移動(dòng)距離 a 后間歇時(shí)間 t2。考慮到動(dòng)停時(shí)間之比 K=t1/t2 之值較特殊，以及耐用性、成本、維修方便等因素，不宜采用槽輪、凸輪等高副機(jī)構(gòu)，而應(yīng)設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)。 具體設(shè)計(jì)要求為： 1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)，即必須有曲柄。 2、輸送架平動(dòng)，其上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為虛線所示閉合曲線（以下將該曲線簡(jiǎn)稱(chēng)為軌跡曲線）。 3、軌跡曲線的 AB 段為近似的水平直線段，其長(zhǎng)度為 a，允差 c（這段對(duì)應(yīng)于工件的移動(dòng)）；軌跡曲線的 CDE 段的最高點(diǎn)低于直線段 AB 的距離至少為 b，以免零件停歇時(shí)受到輸送架的不應(yīng)有的回碰。 3 三 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要 求 方案號(hào) a（ mm） c（ mm） b（ mm） t1（ s） t2（ s） C 300 20 60 2 3 四 設(shè)計(jì)任務(wù) 1、 至少提出兩種運(yùn)動(dòng)方案，然后進(jìn)行方案分析評(píng)比，選出一種運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)； 2、 確定電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速； 3、 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制推包機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖； 4、 用軟件（ VB、 MATLAB、 ADAMS或 SOLIDWORKS 等均可 ） 對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫(huà)出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。 5、 圖紙上繪出最終方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（可以是計(jì)算機(jī)圖）并編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。 五 工作原理 功 能要求：加工過(guò)程要求若干個(gè)相同的被輸送的工件間隔相等的距離 a，在導(dǎo)軌上向左依次間歇移動(dòng)，即每個(gè)零件耗時(shí) t1=2s移動(dòng)距離 a=300mm后間歇時(shí)間 t2=3s 功能原理：步進(jìn)送料機(jī)的工作原理分解如圖 1所示， 該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)帶蝸桿減速將運(yùn)動(dòng)傳給齒輪，再由各級(jí)齒輪進(jìn)行減速使其轉(zhuǎn)速符合要求。最后利用連桿將運(yùn)動(dòng)傳給輸送架。 電 動(dòng) 機(jī) 傳動(dòng) 機(jī)構(gòu) 執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 蝸桿齒輪減速機(jī)構(gòu) 圖 1 工作原理分解 4 六 選擇運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu) 通過(guò)翻閱資料對(duì)連桿機(jī)構(gòu)和凸輪等其他機(jī)構(gòu)作比較。并選出 確定滿足該送料機(jī)構(gòu)作用的機(jī)構(gòu) ，作為最后設(shè)計(jì)的方案，對(duì)其參 數(shù)的設(shè)計(jì)和電機(jī)的選擇。 5.1、連桿的特點(diǎn)： 1） 其運(yùn)動(dòng)副元素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤(rùn)滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機(jī)構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對(duì)保證機(jī)構(gòu)的可靠性有利。 2） 在連桿機(jī)構(gòu)中，在原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的條件下，可用改變各機(jī)構(gòu)的相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 在連桿機(jī)構(gòu)中，在連桿上各點(diǎn)的軌跡是各種不同的形狀的曲線，其形狀隨著各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度的改變而改變，故連桿曲線的形式多樣，可用來(lái)滿足一些特定的工作需要。 利用連桿機(jī)構(gòu)還可以很方便地改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向，擴(kuò)大行程，實(shí)現(xiàn)增力和遠(yuǎn)距離傳動(dòng)等 目的 5.2、 齒輪 的特點(diǎn)： 齒輪機(jī)構(gòu)是在各種機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它依靠輪齒齒廓直接接觸來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有傳遞功率范圍大，傳動(dòng)功率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。 5.3、 凸輪 的特點(diǎn)： 凸輪機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中的基本特點(diǎn)在于能使從動(dòng)件獲得較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因?yàn)閺膭?dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線。 然而根據(jù)題中明確說(shuō)明 及耐用性、成本、維修方便等因素，不宜采用槽輪、凸輪等高副機(jī)構(gòu)。 因而只能采用連桿機(jī)或者齒輪。 根據(jù)上面各個(gè)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)我提出兩種運(yùn)動(dòng)方案。 方案一的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 如 圖 2所示： 圖 2 5 該方案主要采用的是 平面連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 。能夠滿足 送料機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和時(shí)間要求。 方案二 的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 如圖 3所示： 圖 3 該方案是曲柄連桿機(jī)構(gòu) 對(duì)兩種方案的分析： 兩種方案的實(shí)質(zhì)幾乎差不多，但是方案二有一個(gè) 缺點(diǎn)就是以滑塊為輸送 架 ，在運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到很大的沖擊力，這樣容易 使 導(dǎo)軌等損壞 ，而且不能滿足工作要求 。 因此，我采用方案 二 最為最后的設(shè)計(jì) 方 案。 七 設(shè)計(jì)思路 由于電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度比較快，所以需要一個(gè)減速裝置來(lái)傳 動(dòng)。同時(shí)在采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)角為零的情況，需要采用 機(jī)構(gòu)錯(cuò)位的方法來(lái)消除死點(diǎn)的 。具體的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖 4。 6 圖 4 根據(jù) 設(shè)計(jì)圖 4，可以得到 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的整體流程 見(jiàn)圖 5。 八 四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)置 【 1】、曲柄搖桿的設(shè)計(jì) 首先從圖 4中提取出曲柄搖桿見(jiàn)圖 6所示： 渦輪 2 轉(zhuǎn)動(dòng) 電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng) 帶動(dòng)蝸桿1 轉(zhuǎn)動(dòng) 齒輪 3 轉(zhuǎn)動(dòng) 齒輪 4、 4轉(zhuǎn)動(dòng) 齒輪 5、 5 轉(zhuǎn)動(dòng) 齒輪 6、 6 轉(zhuǎn)動(dòng) 執(zhí)行構(gòu)件輸送爪運(yùn)動(dòng) 圖 5 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的整體流程 7 abcd圖 6 由題中的條件 ： 軌跡曲線的 AB段為近似的水平直線段，其長(zhǎng)度為 a，允差 c（這段對(duì)應(yīng)于工件的移動(dòng)）；軌跡曲線的 CDE段的最高點(diǎn)低于直線段 AB的距離至少為 b。計(jì)算圖 6中 AF、 AB、 BD、 CF的長(zhǎng)度。 由如下公式： （在這里的運(yùn)動(dòng)比較特殊，所以是 180180 oo） 121802 3180tK t oo計(jì)算出 ： =36 o 由此可以計(jì)算出圖 6中的 桿 件 a的角速度 w=72rad/s。 D點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖，見(jiàn)圖 7： 3 0 060圖 7 D 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡和相關(guān)參數(shù) 8 通過(guò)用 solidedge 對(duì)平面連桿在草圖環(huán)境按照 曲柄連桿的設(shè)計(jì)過(guò)程，畫(huà)出草圖，并非給它以約束，量取各個(gè)桿件的 長(zhǎng)度見(jiàn)表格 1 所示 表格 1 桿件的長(zhǎng)度 桿件 a b c d 線段 AB BC CD CF AF 長(zhǎng)度（ mm） 148.36 204.19 150 220.32 185.61 整數(shù)值 148 204 150 220 186 【 2】、對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 根據(jù)曲柄連桿的特性做出如下的所示的運(yùn)動(dòng)分析圖： 【 3】、減速轉(zhuǎn)置的參數(shù)設(shè)置 由于我們選用的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 720r/min，而 a桿的轉(zhuǎn)速為 12r/min。 所以總的傳動(dòng)比為 60。 因此我們?cè)O(shè)想 蝸桿 1和蝸 輪 2的傳動(dòng)比 12 20i ； 而 蝸 輪 2與 齒輪 3為同軸傳動(dòng)，即傳動(dòng)比為 23 1i ； 齒輪 3與 齒輪 44、 轉(zhuǎn)動(dòng) 比 34 1.5i 。 齒輪 44、 與 齒輪 55、 轉(zhuǎn)動(dòng) 比56 2i 其齒輪的參數(shù)詳細(xì)計(jì)算詳見(jiàn)第八節(jié) 步進(jìn)送料機(jī)實(shí)體模型圖如圖 8（除去渦輪蝸桿的三維圖） 【 減速箱和四桿機(jī)構(gòu)的圖 】 圖 8 步進(jìn)送料機(jī)的實(shí)體模型 9 圖 9 蝸輪 蝸桿的 裝配圖如上圖 9所示。 圖 10實(shí)體模型圖 上圖為實(shí)體模型的一個(gè)角度圖。其他角度的實(shí)體圖詳見(jiàn)文件夾： 模型圖例 10 九 運(yùn)動(dòng)圖 【 1】 加速度 圖見(jiàn)圖 9 圖 11 加速度 圖 【 2】 速度 圖見(jiàn)圖 10 圖 12 速度 圖 【 3】 位移 圖見(jiàn)圖 11 圖 13 位移 圖 11 十 參數(shù)計(jì)算 1、步進(jìn)電機(jī)的選擇 1、電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)的比較，選出電動(dòng)機(jī)類(lèi)型 經(jīng)過(guò)查資料比較出 常用原 動(dòng)機(jī)的類(lèi)型及主要特點(diǎn) ，具體見(jiàn)表格 2所示 表格 2 常用電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型及主要特點(diǎn) 原動(dòng)機(jī)類(lèi)型 主要特點(diǎn) 三相異步電動(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、體積小、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、堅(jiān)固耐用；能保持恒速運(yùn)行及經(jīng)受較頻繁的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)及制動(dòng)；但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，調(diào)速困難。一般機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用最多。 同步電動(dòng)機(jī) 能在功率因子 cos1 的狀態(tài)下運(yùn)行，不從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，運(yùn)行可靠，保持恒速運(yùn)行；但結(jié)構(gòu)較異步電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，造價(jià)較高，轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)。適用于大功率離心式水泵和通風(fēng)機(jī)等。 直流電動(dòng)機(jī) 能在 恒功率下進(jìn)行調(diào)速，調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、維護(hù)工作量較大、價(jià)格較高；機(jī)械特性較軟、需直流電源。 控制電動(dòng)機(jī) 能精密控制系統(tǒng)位置和角度、體積小、重量輕；具有寬廣而平滑的調(diào)速范圍和快速響應(yīng)能力，其理想的機(jī)械特性和調(diào)速特性均為直線。廣泛用于工業(yè)控制、軍事、航空航天等領(lǐng)域。 根據(jù)經(jīng)濟(jì)、性能、精度等要求，所以我們優(yōu)選 三相異步電動(dòng)機(jī) 。 2、電動(dòng)機(jī)容量的選擇 電動(dòng)機(jī)容量額定功率來(lái)表示，其大小主要由運(yùn)行的發(fā)熱條件、工作機(jī)容量來(lái)確定。工作機(jī)所需電動(dòng)機(jī)功率 fvWr wPP 其中： Pr 工作機(jī)所需電動(dòng)機(jī)功率， W； PW 工作機(jī)所需有效功率， W； f 工作機(jī)的阻力， N； v 工作機(jī)的 速 速， m/s； 傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率。 傳動(dòng)裝置的總效率 組成傳動(dòng)裝置的各部分運(yùn)動(dòng)副效率之積，即 12 n 321 其中工件的平均速度為 0.6/5=0.12m/s 其中總的效率 = 0 . 8 0 . 9 8 0 . 9 5 0 . 9 9 0 . 7 4 ，其中分別為蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率為 0.8，一二級(jí)齒輪傳動(dòng)為 0.98、 0.95，其中還有其他消耗功率為 0.99。 根據(jù)上述可以看出和前面的實(shí)體建?？梢钥闯龉ぜ谶\(yùn)動(dòng)一周主要是克服摩擦力做功和在輸送爪的重力勢(shì)能的上升的提高的 所以： W=W1+W2 設(shè)輸送抓的重力為 500N，所以 W1=500*0.07=35J 設(shè)以每個(gè)工件的質(zhì)量 M為 100Kg，總共 5個(gè)同時(shí)工件，而且阻尼比為 0.9，我們認(rèn)為 阻尼比和與壓力成正比關(guān)系，并且壓力 F=N*M*g。所以 W2=5*100*10*0.9*0.3=1500J 即 W=1535W 所以 Pr=1535/5/0.745HRC，可以查表鑄錫 青銅蝸桿的基本14 許用接觸應(yīng)力表可以 查的 2 6 8H M P a 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N： 82 7206 0 6 0 1 2 4 0 0 0 1 . 4 4 1 020hN j n L 接觸應(yīng)力的 壽命系數(shù) HNK ： 778 871 0 1 0 0 . 7 4 5 8 6 8 7 9 4(1 0 . 4 4 1 0 )HNK N 則 0 . 7 6 2 6 8 2 0 3 . 6 8H H N HK M P a （ 6）計(jì)算中心距 a： 23 2 . 9 1 6 01 . 2 1 1 8 5 6 9 0 ( ) 1 0 5 . 2 52 0 3 . 6 8a 取中心距 a=125mm，因 i=20，可以從普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)機(jī)制與蝸輪的匹配表【詳見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴編寫(xiě) 245頁(yè)】 （其中 Z=2） 中選取模數(shù) m=5mm，蝸桿的分度圓直徑 1 50d mm 。這時(shí)的 1 0.4d a ，可以從 從 1p dZ a圖可以查的 2.74pZ ，ppZZ ，因此上述計(jì)算結(jié)果可以用。 5、蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 （ 1）蝸桿 軸向齒距 ： 1 5 . 7 1ap m m m 直徑系數(shù) ： q= 1 5 0 5 1 0dq m 齒頂圓直徑 ： *11 2 5 0 2 1 5 6 0aad d h m m m 分度圓導(dǎo)程角： 1118 36 。 蝸桿的軸向齒厚： 1= = 7 .8 52aS m m m （ 2）蝸輪 蝸輪的齒數(shù) Z=41,；變位系數(shù) 2=-0.5x ； 驗(yàn)證傳動(dòng)比： i=20.5，這時(shí)傳動(dòng)比誤差為 2 0 .5 - 2 0 = 2 .5 %20在允許的范圍中。 15 蝸 輪 的分度圓直徑 ： 22= = 2 0 5d m z m m 蝸輪喉圓直徑： 2 2 2= + 2 = 2 1 5aad d h m m 蝸輪齒根圓直徑： 2 2 2= - 2 = 2 0 5 - 2 2 1 . 2 5 = 1 9 9ffd d h m m 蝸輪咽喉母圓直徑： 221= - = 1 7 .52gar a d m m6、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 1 2121 .5 3= F F a FKT YYd d m當(dāng)量齒輪： 22 33 41= = 4 3 . 4 8c o s c o s 1 1 .3 1v zz 根據(jù) 22x = - . = 4 3 .4 8vz05 、 可以從蝸輪的齒形系數(shù) *20Y ( 2 0 ? = 1 , = 0 . 3 )F a a npm a， h的圖形可以查的齒形系數(shù) 2Y 2.87Fa 螺旋角系數(shù) ： 1 0 . 9 1 9 2140Y o 許用彎曲應(yīng)力： F F F NK 從表蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力，根據(jù)渦輪的材料、鑄造方法、工作方式查的 F = 56MPa 彎曲壽命系數(shù)： 69 971 0 6 1 0 0 . 5 9 7(1 0 . 4 4 1 0 )HNK N 5 6 0 . 5 9 7 3 3 . 4F F F NK M P a 11 .5 3 1 . 2 1 1 8 5 6 9 0= 2 . 8 7 0 . 9 1 9 2 1 6 . 8 75 0 2 1 5 5F M P a 彎曲強(qiáng)度滿足要求 FF 。 7、驗(yàn)算效率 16 t a n( 0 . 9 5 0 . 9 6 ) t a n ( )v 已知 1 1 . 3 1 ; a r c t a n ;vvfo vf 與相對(duì)滑動(dòng)速度 sV 有關(guān)。 11 5 0 7 2 0 1 . 9 2 /6 0 1 0 0 0 c o s 6 0 1 0 0 0 c o s 1 1 . 3 1s dnV m s o 可以查表得 vf =0,036， a r c t a n 2 . 0 6vvf o 因此可以得 t a n 1 1 . 3 10 . 9 5 0 . 8t a n ( 1 1 . 3 1 2 . 0 6 ) ooo大于原來(lái)的估計(jì)值 0.7，因此不需要重算。 8、精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力，屬于通用的機(jī)械減速器，從 GB/T10089 1988的圓柱蝸桿蝸輪中選擇 8級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為 f，標(biāo)注 8f GB/T10089 1988。 然后確定根據(jù)相關(guān)手冊(cè)查的表面粗糙度為： 蝸桿部位為齒面精度等級(jí)為 8級(jí)時(shí)， Ra為 0.8m 。 蝸輪部位為齒面精度等級(jí)為 8級(jí)時(shí)， Ra為 1.6m 。 綜上所述，可以得出如下表格： 蝸桿蝸輪設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù) 蝸輪 蝸桿 傳動(dòng)效率 0.8 中心距 125 傳動(dòng)比 20 分度圓導(dǎo)程角 11.31 變位系數(shù) -0.5 設(shè)計(jì)的使用壽命 10年 每年工作 300 天 每天工作 8個(gè)小時(shí) 總計(jì) 2.4萬(wàn)小時(shí) 分度圓直徑 205mm 50mm 齒數(shù) 41 2 軸向齒距 無(wú) 15.7mm 直徑系數(shù) 10 齒頂圓直徑 60mm 軸向齒厚 7.85mm 蝸輪喉圓直徑 215mm 無(wú) 蝸輪齒根圓直徑 199mm 蝸輪咽喉母圓直徑 17.5mm 精度等級(jí) 8 8 側(cè)隙種類(lèi) f f 表面粗糙度 1.6m 0.8m 材料 鑄錫磷青銅 45 號(hào)鋼 【 3】 、 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 17 齒輪的材料，精度和齒數(shù)選擇考慮到制造的方便及小齒輪容易磨損并兼顧到經(jīng)濟(jì)性。因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高 ,兩級(jí)圓柱齒輪的大、小齒輪材料均用 45號(hào)合金鋼，鍛毛坯。熱處理大齒輪正火處理 ,小齒輪調(diào)質(zhì)處理，均用軟齒面且大、小齒輪的齒面硬度分別為 280HBS、 240HBS；齒輪精度用 7級(jí)，輪齒表面精糙度為 Ra1.6。軟齒面閉式傳動(dòng)，失效形式為占蝕，考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多 些。 初步規(guī)劃該減速器的使用壽命為 10 年，每年按 300 天計(jì)算， 每天的工作時(shí)間為 8小時(shí)，即 總共 工作 24000 小時(shí)。 第、公差組精度分別為 7、 7、 7； 鑒于該減速器有輕微震動(dòng)，空載啟動(dòng)，兩級(jí)圓柱齒輪的使用系數(shù)均取 1.0。 由機(jī)械設(shè)計(jì)齒輪相對(duì)于兩軸承非對(duì)稱(chēng)布置且大齒輪為軟齒面 ,因此選齒寬系數(shù)0.8。 一 .第一 級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 小齒輪的軸上的參數(shù) 1 1 101122221 0 . 8 0 . 87203 6 / m i n209 5 5 0 2 1 2 . 2P P k W k WnnriPT N mn 其中效率是根據(jù)上述蝸桿蝸輪的計(jì)算得到的理論值 0.8。 大 齒輪的軸上的參數(shù) 2 1 2 301122221 0 . 8 0 . 8 0 . 6 4362 4 / m i n1 . 59 5 5 0 2 5 4 . 7P P k W k WnnriPT N mn 其中估計(jì)齒輪的傳動(dòng)效率為 0.8。 由 上述 計(jì)算結(jié)果知 第一級(jí) 級(jí)齒輪傳動(dòng)的最大傳遞功率為 0.8kW，小齒輪最高轉(zhuǎn)速為36r/min、最大扭矩為 2212.2N m。閉式齒輪的小齒齒數(shù) 1 20 40 ，1、 定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料極其齒數(shù) (1)按設(shè)計(jì)給定的方案，選用直齒圓柱齒輪。 (2)運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，固選級(jí)精度。 (3)小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS； 大齒輪材料為 45鋼 （調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS。 (4)選1 24，則 2 2 3 1 1 . 5 2 4 3 6Z i Z 18 2、 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3 211 )(132.2 HEdt uud (1)選 1.2t小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距為 212200N mm 查表 選 取 齒寬系數(shù) 0.8d，由表查得材料的彈性影響系 數(shù) 218.189 MPaE 。由圖按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 600lim ，大齒輪的觸疲勞強(qiáng)度為MPaH 550lim 。 由式hLjn 60計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7116 0 6 0 3 6 1 2 4 0 0 0 5 . 1 8 4 1 0NN n j L 712123 . 1 4 6 1 0NN i 其中小齒輪有兩面接觸，所以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 2N1。 查圖 選取 接觸疲勞壽命系數(shù)1 0 .9 7HN，2 1 .0 4HN取效率為 %1 ，安全系數(shù) S=1,則： 1 l i m 112 l i m 220 . 9 7 6 0 0 58211 . 0 4 5 5 0 5721HNHHNHM P aSM P aS （ 2）計(jì)算：帶入 H 中較小的值，求得小齒輪分度圓直徑的1td最小值為 231 1 . 2 2 2 1 2 0 0 1 . 5 1 1 8 9 . 82 . 3 2 ( ) 9 1 . 2 70 . 8 1 . 5 5 7 2td m m 圓周速度： 1 0 . 1 7 2 /6 0 1 0 0 0tdnv m s計(jì)算齒寬： 1 0 . 8 9 1 . 2 7 7 3 . 0 2dtb d m m 計(jì)算齒寬與齒高比： 模數(shù) 119 1 . 2 7 3 . 824ttdm m m 19 齒高 2 . 2 5 2 . 2 5 3 . 8 8 . 5 5th m m m 7 3 .0 2 8 .5 48 .5 5bh 計(jì)算載荷系數(shù)： 根據(jù) 0 .1 7 2 /v m s 7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù) 1.12V對(duì)于直齒輪 1 FH查得使用系數(shù) 1.25A用 線性 插值法查得 7級(jí)精度小齒輪非對(duì)稱(chēng)布置時(shí) ， 1.297H 由 8.54bh ， 1.297H 可查得 1.26F故載荷系數(shù) ： 1 . 2 5 1 . 1 2 1 1 . 2 9 7 1 . 8 2A V H H 校正分度圓直徑： 311 1 0 1 . 3 5ttd d m m 其中tK選取為 1.3 計(jì)算模數(shù)： 114 .2 2dm m m . 按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算： 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式： 13 212 ()F a S adFm 查表可以分別選取大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE和彎曲疲勞壽命系數(shù)FNK如下所示： 11225 0 0 0 . 8 63 8 0 0 . 8 9F E F NF E F NM P aM P a 取彎曲疲勞安全系數(shù) 4.1S 1112223 0 7 . 1 42 4 1 . 5 7F N F EFF N F EFM P aSM P aS20 載荷系數(shù) ： 1 . 2 5 1 . 1 2 1 1 . 2 6 1 . 7 5A V F F 查取齒形系數(shù) 1 2.65Fa2 2.44Fa查取應(yīng)力校正系數(shù) 1 1.58Sa2 1.65Sa 1112222 . 6 5 1 . 5 8 0 . 0 1 3 6 33 0 7 . 1 42 . 4 4 1 . 6 5 0 . 0 1 6 72 4 1 . 5 7F a S aFF a S aF 3 22 1 . 7 5 2 2 1 2 0 0 0 . 0 1 6 7 3 . 0 40 . 8 2 4m m m 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑有關(guān)，可去取有彎曲強(qiáng)度算出的模數(shù) 3.03mm 并且就近圓整 為 3.5mm，按接觸強(qiáng)度計(jì)算出的分度圓直徑 91.27mm，算出小齒輪的齒數(shù) ： 11 9 1 . 2 7 263 . 5dZ m 大齒輪的齒數(shù)： 2139Z iZ . 幾何尺寸計(jì)： 大小齒輪的 分度圓直徑： 11222 6 3 . 5 9 13 9 3 . 5 1 3 6 . 5d m m md m m m 中心距： 12 1 1 3 . 7 52dda m m齒輪寬度： 1 9 1 0 . 8 7 2 . 8db d m m 取 2 70B mm1 75B mm二、計(jì)算齒輪傳動(dòng)的二級(jí) 減速【減速器的三級(jí)減速】 采用同樣的步驟和公式就算出 由上述計(jì)算結(jié)果知第二級(jí)齒輪傳動(dòng)的最大傳遞功率為 0.64kW，小齒輪最高轉(zhuǎn)速為24r/min、最大扭矩為 254.7N m。閉式齒輪的小齒齒數(shù) 1 20 40 ，1、定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料極其齒數(shù) 21 (1)按設(shè)計(jì)給定的方案，選用直齒圓柱齒輪。 (2)運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，固選級(jí)精度。 (3)小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS； 大齒輪材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS。 (4)選1 24，則 2 5 6 1 2 2 4 4 8Z i Z 具體計(jì)算過(guò)程如上所示，計(jì)算的出的模數(shù) m值如下所示： 13 .51 0 0 .7 3m m md m m大小齒輪數(shù)： 11211 0 0 . 7 3 283 . 556dzmz i z 分度圓直徑： 11222 8 3 . 5 9 85 6 3 . 5 1 9 6d Z m m md Z m m m 中心距： 34 1472dda m m齒輪寬度： 1 0 . 8 9 8 7 8 . 4db d m m 取 2 75B mm1 80B mm綜上齒輪的計(jì)算結(jié)果可以得出齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)表格如下【表 圓柱齒輪減速器齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)】 圓柱齒輪減速器齒輪設(shè)計(jì)參數(shù) 一級(jí)齒輪 二級(jí)齒輪 Z1 Z2 Z1 Z2 齒數(shù) 26 39 28 56 分度圓直徑 ( mm) 91 136.5 98 196 計(jì)算接觸應(yīng)力 (MPa) 582 572 582 572 極限傳遞功率 (kW) 0.8 0.64 0.64 0.512 模數(shù) (mm) 3.5 3.5 3.5 3.5 小齒輪最高轉(zhuǎn)速 (r/min) 36 24 24 12 齒寬 ( mm) 75 70 80 75 22 計(jì)算彎曲應(yīng)力 (MPa) 307 241 303 249 齒面硬度 (HBS) 280 240 280 240 中心距 (mm) 114 147 小齒輪最大扭矩 (N.m) 221.2 254.5 材 料 40Cr 45鋼 40Cr 45鋼 3、 軸的 參數(shù)計(jì)算 根據(jù)實(shí)體模型圖進(jìn)行對(duì)對(duì)所有軸的受力分析的總結(jié)，找出最危險(xiǎn)軸的（每根軸的完全一樣，包括最小半徑），在通過(guò)最危險(xiǎn)軸確定最小半徑。 根據(jù)每根軸在受力 方向如下圖所示和 一個(gè)力矩 。由于整個(gè)裝配是對(duì)稱(chēng)裝配的，所以沒(méi)有軸和軸承沒(méi)有軸向的受力，只有徑向受力 1、按扭矩初算軸徑。 選用 45 調(diào)質(zhì) 鋼 ，硬度 217255HBS 并查表 ， 取 A0=120， P 為傳遞功率為 P=1KW， n 為一級(jí)輸入軸轉(zhuǎn)速 n 1n =720r/min。 30 nPAd （實(shí)心軸） 則： 3 1120 720d =15.55mm 23 考慮有鍵槽，將直徑增大 5%，則 d=15.55(1+5%) =16mm 選 d=20mm 2、 確定軸各段直徑和長(zhǎng)度。 (3)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算。 求分度圓直徑：已知 d1=115mm 求轉(zhuǎn)矩：已知 T1= 42 1 0 N m m 求圓周力： Ft Ft=2T1/d1= 2 42 10 /60=1KN 求徑向力 Fr Fr=Fttan=1000tan200=503.71N 因?yàn)樵撦S兩軸承對(duì)稱(chēng)，所以： LA=LB=20mm 1)繪制軸受力簡(jiǎn)圖 2)繪制垂直面彎矩圖 軸承支反力： FAY=FBY=Fr/2=250.3N FAZ=FBZ=Ft/2=350.4N 由兩邊對(duì)稱(chēng)，知截面 C 的彎矩也對(duì)稱(chēng)。截面 C 在垂直面彎矩為： MC1=FAyL/2=320.80.060=19.25 mN (3)繪制水平面彎矩圖如圖： 截面 C 在水平面上彎矩為： MC2=FAZL/2=881.50.06/2=30 mN (4)繪制合彎矩圖 MC=(MC12+MC22)1/2=(192+522)1/2=40 mN (5)繪制扭矩圖 轉(zhuǎn)矩： 240/2.3105.95105.95 55 II nPT=135 mN (6)繪制當(dāng)量彎矩圖（如圖 f） 轉(zhuǎn)矩 產(chǎn)生的扭剪文治武功力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取 =1，截面 C 處的當(dāng)量彎矩： Mec=MC2+( T )21/2 =552+(1164.16.)21/2=140 mN (7)校核危險(xiǎn)截面 C 的強(qiáng)度由式（ 15-5） e=Mec/0.1d3=196.7/0.1363 =45.5MPahL=24000h 故所選軸承可滿足壽命要求。 軸承的設(shè)計(jì)如下表格所示： 參數(shù)名稱(chēng) 軸 承 型號(hào) 7207AC GB/T 292-1994 材料 鎳鉻鉬鋼 設(shè)計(jì)壽命 24000h 尺寸： BDd 357217 額定載荷 Cr=30.5kN， Cor=20kN 材料處理 滲碳淬火 圖 18 軸承 5、 鍵 的 參數(shù)計(jì)算 鍵的選擇包括類(lèi)型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的類(lèi)型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件來(lái)選擇；鍵的尺寸則按 符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來(lái)取定。 軸與齒輪連接鍵的選擇及計(jì)算 1) 鍵聯(lián)接的選擇 根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件，選用圓頭普通平鍵（ A 型），由軸徑d=35mm， 則兩處鍵的型號(hào)可取一樣 ， 又 查表得 ，兩處的選用鍵分別為：安裝小齒輪段 ，27 選擇 GB/T 1095-2003 鍵 10845 2) 鍵的強(qiáng)度校核 選用 材料都是鋼，由 查表得 查許用擠壓應(yīng)力 p=100 120a