一種車用射流發(fā)射器閥座設(shè)計

一種車用射流發(fā)射器閥座設(shè)計摘要據(jù)統(tǒng)計，我國每年死于交通事故人數(shù)以超過十萬人。其中，高速公路上發(fā)生的重大交通事故，有70%是由于爆胎引起的。因此導(dǎo)致的車毀人亡，占高速公路意外事故死亡人數(shù)的49.81%，被公認(rèn)為高速行車安全的頭號殺手。如何高效的防護輪胎也成為了一個正待解決的問題。在傳統(tǒng)的被動防護的基礎(chǔ)上，車用射流發(fā)射器采用了主動防護的方法，在汽車上加裝高壓水射流裝置，能夠有效清除道路上的微小尖銳物，從而有效的保證了行車安全。在輪胎主動防護裝置這一系統(tǒng)中，射流器閥座的設(shè)計起著至關(guān)重要的作用。在本文中，重點探討了車載射流發(fā)射器這一輪胎主動防護裝置中發(fā)射器閥座的設(shè)計，完善了射流器的設(shè)計可以使噴頭準(zhǔn)確對準(zhǔn)目標(biāo)物，提高裝置對微小尖銳物的清除效率，有效保護了輪胎。其中包括閥座動力源的選擇及設(shè)計，及閥座伺服系統(tǒng)的選擇使其滿足一定的隨動性及自適應(yīng)性。本設(shè)計選用了伺服系統(tǒng)的模塊化來設(shè)計閥座，通過對伺服系統(tǒng)的受控體、制動器、控制器的分別設(shè)計來構(gòu)成了整個閥座模塊的設(shè)計，本設(shè)計使車用射流發(fā)射器更加完善，研究結(jié)果為汽車輪胎主動防護裝置的工業(yè)設(shè)計提供可靠的理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)，閥座，自適應(yīng)性AvehiclejetemittervalveseatdesignABSTRACTAccordingtostatistics,thenumberofaccidentsinChinaeveryyeartomorethanonehundredthousandpeople.Amongthem,theserioustrafficaccidentontheexpressway,70%isduetocauseatireblowout,soleadtocarcrash,49.81%accountedforExpresswayaccidentdeaths,isrecognizedasthenumberonekillerofhigh-speedtrafficsafety.Howtoprotectthetirealsobecomesaproblemtobesolved..Onthebasisoftraditionalpassiveprotection,carjettransmitterfortheactiveprotection,installationofhighpressurewaterjetdeviceinthecar,caneffectivelyremoveonthewaytothesmallsharpobjects,soastoeffectivelyguaranteethesafetyofdriving.Thedesignofthetransmittervalveseatisthefocusofthewholevehiclejetlauncher.Includingdesignofpowersourceofthehydraulicpump;improveenergystoragecomponents,hydrauliccylinder,reliefvalve,anelectromagneticvalve,arelaydesign;completetheseatdesign;thejettransmittermeetcertainadaptive,vehiclespeed,andtheemissionintensityofrequirements.Thedesignofthecarwiththejetemittervalveseatismoreperfect,theresultsofthecartireactiveprotectiondeviceforindustrialdesign.Keywords:servosystem,valveseat,adaptivity目錄TOC\o"1-3"\h\u55461緒論 頁共31頁1緒論1.1本課題研究背景汽車是人們現(xiàn)代出行的主要交通工具之一，它具有高速，舒適，靈活多用等特點，在國內(nèi)外交通中得到了廣泛的應(yīng)用。自1953年7月第一汽車制造廠動工興建，1956年7月投產(chǎn)，1957年7月13日我國生產(chǎn)出第一輛載貨的解放牌汽車，又于1958年5月，我國第一汽車制造廠自行研制設(shè)計生產(chǎn)了第一輛與當(dāng)時政治風(fēng)云起伏顛簸、榮辱與共的紅旗牌乘用車，被譽為“東方神韻”。幾十年來，我國汽車工業(yè)得到了快速的發(fā)展。特別是改革開放以來，汽車生產(chǎn)采用了各種高科技及人性化的安全及便利設(shè)施，汲國外汽車科研之精華。不僅秉乘了傳統(tǒng)的堅固造型，更具時尚汽車的柔媚風(fēng)貌，線條流暢，駕乘舒適的“座駕”新寵不斷誕生。2001年底，中國正式加入了世貿(mào)組織，以此為契機，中國汽車產(chǎn)業(yè)迎來了一個新的高速發(fā)展時期。2009年，中國汽車產(chǎn)銷分別為1379.10萬輛和1364.48萬輛，一舉超越美國，稱為世界第一汽車產(chǎn)銷大國。2012年中國汽車全年產(chǎn)銷分別為1927.18萬輛和1930.64萬輛，連續(xù)四年蟬聯(lián)世界第一。進經(jīng)過十年高速發(fā)展之后，中國自主品牌乘用車技術(shù)得到了長足的發(fā)展。2013年上半年先后上市的一汽紅旗、北汽紳寶、長安睿騁、吉利帝豪、比亞迪思銳及此前已經(jīng)先后上市的上汽榮威、廣汽傳祺等為代表的自主品牌高端乘用車向合資品牌發(fā)起集團式?jīng)_鋒，將逐步改寫自主品牌乘用車只能在中低端搶占市場的現(xiàn)狀。近5年，汽車占機動車的比例迅速提高，從43.88%提高到58.62%，群眾機動化出行方式經(jīng)歷了從摩托車到汽車的轉(zhuǎn)變。全國有35個城市的汽車保有量超百萬輛，北京、成都、深圳、天津、上海、蘇州、重慶、廣州、杭州、鄭州10個城市超過200萬輛。截至2014年底，我國機動車保有量達2.64億輛，其中汽車1.54億輛;機動車駕駛?cè)送黄?億人，其中汽車駕駛?cè)顺^2.46億人。駕齡不滿1年的駕駛?cè)?967萬，占總數(shù)的9.82%。截至2014年底，我國機動車保有量達2.64億輛，其中汽車1.54億輛;機動車駕駛?cè)送黄?億人，其中汽車駕駛?cè)顺^2.46億人。駕齡不滿1年的駕駛?cè)?967萬，占總數(shù)的9.82%。隨著經(jīng)濟社會持續(xù)快速發(fā)展，群眾購車剛性需求旺盛，我國汽車保有量繼續(xù)呈快速增長趨勢。2014年新注冊汽車2188萬輛，保有量凈增1707萬輛，兩項指標(biāo)均達歷史最高水平。根據(jù)數(shù)據(jù)，我國近5年機動車年均增量1500多萬輛，機動車駕駛?cè)藬?shù)量也呈現(xiàn)大幅增長趨勢，年均增量2057萬人。即使按照最低的增速預(yù)計到2015年我國汽車保有量將達到1.5億輛。但隨著我國汽車事業(yè)的飛速發(fā)展，交通事故的發(fā)生率呈上升趨勢，由于交通事故的頻發(fā)不僅造成人員傷亡，給無數(shù)家庭帶來了不幸而且嚴(yán)重影響著經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。所以已經(jīng)引起了各級領(lǐng)導(dǎo)部門的注意。輪胎承載著車輛重量，是汽車上唯一直接與地面接觸的重要部件，車輛驅(qū)動、制動、轉(zhuǎn)向等基本操作都是通過輪胎與路面摩擦實現(xiàn)的。汽車高速行駛過程中，輪胎故障是駕駛者最為擔(dān)心和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。統(tǒng)計資料顯示，高速公路上發(fā)生的重大交通事故，有70%是由于爆胎引起的，因此導(dǎo)致的車毀人亡，占高速公路意外事故死亡人數(shù)的49.81%，被公認(rèn)為高速行車安全的頭號殺手。由于爆胎的突發(fā)性和不可預(yù)知性，更因為高速行駛中的爆胎極易造成車毀人亡的可怕后果。盡管全球汽車業(yè)的無數(shù)技術(shù)人員一直在謀求破解并有所突破，但始終沒有根本性的解決。2011年，車用輪胎主動防護裝置被申請專利，但目前并沒有被投產(chǎn)使用。1.2本課題的研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀目前，歐美地區(qū)的汽車廠商大都采用輪胎預(yù)警系統(tǒng)。汽車輪胎壓力實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)也稱為輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（TirePressureMonitoringSystem縮寫TPMS），TPMS屬于“事前主動型”安保，是一種采用無線傳輸技術(shù)，利用固定于汽車輪胎內(nèi)的高靈敏度微型無線傳感裝置在行車或靜止的狀態(tài)下采集汽車輪胎壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到駕駛室內(nèi)的主機中，以數(shù)字化的形式實時顯示汽車輪胎壓力和溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)，并在輪胎出現(xiàn)異常時（預(yù)防爆胎）以蜂鳴或語音等形式提醒駕駛者進行預(yù)警的汽車主動安全系統(tǒng)。從而確保輪胎的壓力和溫度維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，起到減少爆胎、毀胎的概率，降低油耗和車輛部件的損壞，確保汽車行駛過程中始終處于安全狀態(tài)。而在車載射流發(fā)射器閥座的設(shè)計中，伺服電機的選型及設(shè)計是整個系統(tǒng)的重中之重。它的國外發(fā)展現(xiàn)狀如下：自從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿(mào)易博覽上正式推出MAC永磁交流伺服電動機和驅(qū)動系統(tǒng)，這標(biāo)志著此種新一代交流伺服技術(shù)已進入實用化階段。到20世紀(jì)80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整個伺服裝置市場都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運動控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數(shù)字信號處理器（DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進行。到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動機，控制驅(qū)動器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。日本安川電機制作所推出的小型交流伺服電動機和驅(qū)動器，其中D系列適用于數(shù)控機床（最高轉(zhuǎn)速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m），R系列適用于機器人（最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，力矩為0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G六個系列。20世紀(jì)90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅(qū)動、8051單片機控制改為正弦波驅(qū)動、80C、154CPU和門陣列芯片控制，力矩波動由24%降低到7%，并提高了可靠性。這樣，只用了幾年時間形成了八個系列（功率范圍為0.05～6kW）較完整的體系，滿足了工作機械、搬運機構(gòu)、焊接機械人、裝配機器人、電子部件、加工機械、印刷機、高速卷繞機、繞線機等的不同需要。圖1.1交流伺服電機以生產(chǎn)機床數(shù)控裝置而著名的日本法那克（Fanuc）公司，在20世紀(jì)80年代中期也推出了S系列（13個規(guī)格）和L系列（5個規(guī)格）的永磁交流伺服電動機。L系列有較小的轉(zhuǎn)動慣量和機械時間常數(shù)，適用于要求特別快速響應(yīng)的位置伺服系統(tǒng)。日本其他廠商，例如：三菱電動機（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、東芝精機（SM系列）、大隈鐵工所(BL系列）、三洋電氣（BL系列）、立石電機（S系列）等眾多廠商也進入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競爭行列。德國力士樂公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動機共有7個機座號92個規(guī)格。德國西門子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動機分為標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩大類，共8個機座號98種規(guī)格。據(jù)稱該系列交流伺服電動機與相同輸出力矩的直流伺服電動機IHU系列相比，重量只有后者的1/2，配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動器6SC61系列，最多的可供6個軸的電動機控制。德國博世（BOSCH）公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列（17個規(guī)格）和稀土永磁的SE系列（8個規(guī)格）交流伺服電動機和ServodynSM系列的驅(qū)動控制器。美國著名的伺服裝置生產(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould電子公司一個分部（MotionControlDivision），生產(chǎn)M600系列的交流伺服電動機和A600系列的伺服驅(qū)動器。后合并到AEG，恢復(fù)了Gettys名稱，推出A700全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)。美國A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驅(qū)動分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動機和1391型交流PWM伺服控制器。電動機包括3個機座號共30個規(guī)格。I.D.（IndustrialDrives）是美國著名的科爾摩根（Kollmorgen）的工業(yè)驅(qū)動分部，曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510三個系列共41個規(guī)格的無刷伺服電動機和BDS3型伺服驅(qū)動器。自1989年起推出了全新系列設(shè)計的AKD（Goldline）永磁交流伺服電動機，包括B（小慣量）、M（中慣量）和EB（防爆型）三大類，有10、20、40、60、80五種機座號，每大類有42個規(guī)格，全部采用釹鐵硼永磁材料，力矩范圍為0.84～111.2N.m，功率范圍為0.54～15.7kW。配套的驅(qū)動器有BDS4（模擬型）、BDS5（數(shù)字型、含位置控制）和SmartDrive（數(shù)字型）三個系列，最大連續(xù)電流55A。Goldline系列代表了當(dāng)代永磁交流伺服技術(shù)最新水平。愛爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國外的一個分部，現(xiàn)合并到AEG，以生產(chǎn)直流伺服電動機、直流力矩電動機和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機座號共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動機和八種控制器。法國Alsthom集團在巴黎的Parvex工廠生產(chǎn)LC系列（長型）和GC系列（短型）交流伺服電動機共14個規(guī)格，并生產(chǎn)AXODYN系列驅(qū)動器。原蘇聯(lián)為數(shù)控機床和機器人伺服控制開發(fā)了兩個系列的交流伺服電動機。其中ⅡBy系列采用鐵氧體永磁，有兩個機座號，每個機座號有3種鐵心長度，各有兩種繞組數(shù)據(jù)，共12個規(guī)格，連續(xù)力矩范圍為7～35N.m。2ⅡBy系列采用稀土永磁，6個機座號17個規(guī)格，力矩范圍為0.1～170N.m，配套的是3ⅡБ型控制器。近年日本松下公司推出的全數(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng)，其中永磁交流伺服電動機有MSMA系列小慣量型，功率從0.03～5kW，共18種規(guī)格；中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三個系列，功率從0.75～4.5kW，共23種規(guī)格,MHMA系列大慣量電動機的功率范圍從0.5～5kW，有7種規(guī)格。韓國三星公司近年開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服電動機及驅(qū)動系統(tǒng)，其中FAGA交流伺服電動機系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號，功率從15W～5kW?，F(xiàn)在常采用（Powerrate）這一綜合指標(biāo)作為伺服電動機的品質(zhì)因數(shù)，衡量對比各種交直流伺服電動機和步進電動機的動態(tài)響應(yīng)性能。功率變化率表示電動機連續(xù)（額定）力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量之比。按功率變化率進行計算分析可知，永磁交流伺服電動機技術(shù)指標(biāo)以美國I.D的Goldline系列為最佳，德國Siemens的IFT5系列次之。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)防爆胎多為從輪胎日常保養(yǎng)及駕駛技巧方面出發(fā)來盡量避免汽車爆胎危險，此外BMBS系統(tǒng)也應(yīng)用于防暴輪胎中。BMBS技術(shù)的核心是輪胎氣壓的實時監(jiān)測和快速行車制動，使汽車在爆胎后能及時制動，增大車輪與地面的附著力，并在ABS的支持下，使車輪滑移無法產(chǎn)生。制動同時使爆胎車輪對應(yīng)一側(cè)正常車輪產(chǎn)生的制動力大于或接近爆胎車輪的滾動阻力與制動力之和，有效防止爆胎方向偏航。制動更能使汽車行駛速度快速降低，徹底化解爆胎風(fēng)險。保護輪胎的另一個方向是車用輪胎主動防護裝置，即車用射流發(fā)射器，采用了主動防護的方法，在汽車上加裝高壓水射流裝置，能夠有效清除道路上的微小尖銳物，從而有效的保證了行車安全。在某些研究中，主要研究了噴嘴的形狀、增壓回路的設(shè)計、整個系統(tǒng)的安裝點，在車載射流發(fā)射器閥座的設(shè)計中需要用到伺服控制方面的研究。伺服控制是指采用自動控制技術(shù)，控制各種設(shè)備按預(yù)定方式運動。伺服驅(qū)動系統(tǒng)是機電一體化產(chǎn)品的“手和腳”，對機電一體化產(chǎn)品的精度、剛度、動態(tài)特性等有極為重要的影響，是工廠自動化、數(shù)控機床、機器人等機電一體化產(chǎn)品中的重要驅(qū)動部件。一套完整的伺服驅(qū)動系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器和伺服電機、連接電纜等。伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從液壓、氣動到電氣的過程。我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的不斷推進，為我國伺服產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的市場，近年來，隨著數(shù)控機床、包裝機械、電子專用設(shè)備等行業(yè)繼續(xù)保持較好發(fā)展以及交流伺服技術(shù)的日益成熟，新興行業(yè)如新能源行業(yè)中的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)伺服技術(shù)的應(yīng)用使得我國伺服市場迅速發(fā)展，2010年，我國伺服市場同比增長39.7%，市場規(guī)模達到39.9億元。很多有遠(yuǎn)識的國產(chǎn)廠商正加大研發(fā)力度提升其產(chǎn)品的性能，進而擴大其品牌的號召力，國產(chǎn)伺服廠商改變進口壟斷格局將指日可待。由此預(yù)測，未來五年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級的影響，仍將保持20%以上的增長速度，至2015年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)市場規(guī)模有望突破100億元，其中，國產(chǎn)伺服產(chǎn)品的市場占有率將達到40%左右1.3研究意義車禍已成為當(dāng)今社會公害，為城市人口死亡的四大原因之一。自1899年發(fā)生第一起有記錄車禍以來，全球車禍累計死亡3000萬人，超過第二次世界大戰(zhàn)死亡人數(shù)。中國每5分鐘有一人因車禍死亡,每一分鐘有一人因車禍傷殘,每天死亡280多人,每年死亡10萬多人,汽車數(shù)量占世界1.9%,車禍死亡人數(shù)占世界15%,且每年增加4.5%。隨著我國汽車事業(yè)的飛速發(fā)展，交通事故的發(fā)生率呈上升趨勢，由于交通事故的頻發(fā)不僅造成人員傷亡，給無數(shù)家庭帶來了不幸而且嚴(yán)重影響著經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定，引起了各級政府及社會民眾的極大關(guān)注。然而隨著我國高速高路通車?yán)锍痰牟粩嘣鲩L，每年全國各地高速公路上應(yīng)爆胎引發(fā)的惡性交通事故也層出不窮、屢見不鮮。據(jù)國內(nèi)外資料統(tǒng)計，高速公路因爆胎而造成的交通事故占事故總量的７０％，已成為高速公路的頭號殺手。因此如何有效的保護汽車輪胎，保障汽車行駛安全以成為了各大汽車生產(chǎn)廠商的研究課題。傳統(tǒng)保護措施大多為被動防護，如經(jīng)常剔除胎面花紋溝槽中的石子或異物，定期對輪胎進行換位、盡量避免駛過異物，避免高速駛過突然出現(xiàn)的深坑等。具體來說，研究車輛主動防護裝置的意義在于從主動防護的角度出發(fā)利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)水流的增壓利用高壓水射流清除路面小型障礙物，從而減小因路面有異物而爆胎的幾率，保證行駛安全。而射流發(fā)射器閥座的設(shè)計可以使噴頭根據(jù)車輛識別系統(tǒng)傳遞并整合的信息進行全方位的運動，使輪胎主動防護裝置這一裝置可以準(zhǔn)確實時的清除目標(biāo)的微小尖銳物使其變得更加完善，使這一裝置的投入使用變得更加可能。1.4本課題的設(shè)計的思路輪胎主動防護系統(tǒng)是用增壓系統(tǒng)將水加壓，再利用高速水射流擊打路面的微小尖銳物，從而達到清掃路面的結(jié)果，減少輪胎與微小尖銳物接觸的幾率，達到保護輪胎的作用。其特征是包括探測裝置、信息處理裝置、對疑似物的處理裝置，三部分裝置分別通過路面狀況采集電路；圖像處理電路及顯示電路工作。探測裝置安裝在車身前部、紅外探測系統(tǒng)是探測裝置的核心，紅外探測系統(tǒng)由紅外接收器、探測器、放大電路和濾波電路組成；信息處理裝置包括A/D轉(zhuǎn)換電路、微處理器及存儲器；對疑似物的處理裝置是高壓水射流和電磁裝置及本設(shè)計涉及的射流發(fā)射器的閥座設(shè)計。車載射流發(fā)射器閥座的設(shè)計是：路面微小尖刺物圖像處理器將有關(guān)微小尖刺物的信息傳遞給信息處理裝置，信息處理裝置通過整合調(diào)整將水流發(fā)射器將要一定的位置信好傳遞給閥座中的伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)帶動相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，使噴頭對準(zhǔn)探測到的微小尖銳物，驅(qū)動控制閥噴射水射流，達到正確擊打清除的目的，從而保護輪胎。2發(fā)射器閥座總體設(shè)計2.1閥座總體設(shè)計要求系統(tǒng)設(shè)計要求：本課題是設(shè)計一種射流發(fā)射器用閥座，該閥座需要滿足一定的自適性要求（及既可以滿足車速度的要求，又要滿足射流的時間角度和范圍的要求）。該閥座的自適應(yīng)性（直觀地說，即設(shè)計一種自適應(yīng)控制器，應(yīng)當(dāng)是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)特性的變化）該發(fā)射器搭載于通用家用轎車，在不超過60km/H的速度下對十米處目標(biāo)，射流介質(zhì)為水。2.2設(shè)計要求及參數(shù)噴嘴形狀：通用扇形球面噴嘴切槽角橢圓形噴口長軸1.25mm短軸0.75mm球面半徑噴霧角所選車型：奔騰B702014款2.0L手動舒適型車型參數(shù)：前輪距1550mm后輪距1550mm軸距2725mm最大功率108kw最大功率-轉(zhuǎn)速6500r/min最大扭矩184N.m最大扭矩轉(zhuǎn)速4000r/min最小離地間隙95mm尖刺物為鐵釘、尖石、玻璃等小物件，噴嘴的位置為左右前輪正對著的前杠下部，安裝要求為與車身豎直中心線共線。靶距；由上可選用噴嘴的水平旋轉(zhuǎn)角度選用為：180°轉(zhuǎn)矩為：0.3°/S即0.05r/min豎直擺動角度選用為：90°轉(zhuǎn)矩為：0.15°/S即0.025r/min2.3閥座功能鑒定設(shè)計的車載射流發(fā)射器閥座，是通過信息處理裝置傳來的電信號調(diào)整方向，實現(xiàn)水流噴射方向的全方位化，自動化。從而及時調(diào)整噴頭方向使其對準(zhǔn)微小尖銳物，有的放矢的清理路面，保護輪胎并節(jié)約水資源。該閥座作為一個功能模塊，可搭載于車輛前杠后、左右兩輪胎的中線位置的輪胎主動保護裝置上。2.4閥座結(jié)構(gòu)及工作原理2.4.1閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計該閥座由水平旋轉(zhuǎn)架，豎直擺動架，相應(yīng)的伺服驅(qū)動器和伺服馬達和各種連接元件組成?？刂浦淞髌鞯呢Q直擺動和水平旋轉(zhuǎn)倆個方向。伺服機構(gòu)系統(tǒng)源自servomechanismsystem，系指經(jīng)由閉回路控制方式達到一個機械系統(tǒng)位置、速度、或加速度控制的系統(tǒng)[3]。一個伺服系統(tǒng)的構(gòu)成通常包含受控體(plant)、致動器(actuator)、控制器(controller)等幾個部分。受控體系指被控制的物件，例如一格機械手臂，或是一個機械工作平臺。致動器的功能在于主要提供受控體的動力，可能以氣壓、油壓、或是電力驅(qū)動的方式呈現(xiàn)，若是采用油壓驅(qū)動方式，一般稱之為油壓伺服系統(tǒng)[4-7]。目前絕大多數(shù)的伺服系統(tǒng)采用電力驅(qū)動方式，致動器包含了馬達與功率放大器，特別設(shè)計應(yīng)用於伺服系統(tǒng)的馬達稱之為伺服馬達(servomotor)，通常內(nèi)含位置回授裝置，如光電編碼器(opticalencoder)或是解角器(resolver)，目前主要應(yīng)用于工業(yè)界的伺服馬達包括直流伺服達、永磁交流伺服馬達、與感應(yīng)交流伺服馬達，[8,9]其中又以永磁交流伺服馬達占絕大多數(shù)?？刂破鞯墓δ茉谟谔峁┱麄€伺服系統(tǒng)的閉路控制，如扭矩控制、速度控制、與位置控制等。目前一般工業(yè)用伺服驅(qū)動器(servodrive)通常包含了控制器與功率放大器。從系統(tǒng)組成元件的性質(zhì)來看，有電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和電氣-液壓伺服系統(tǒng)及電氣-電氣伺服系統(tǒng)等；伺服系統(tǒng)按其驅(qū)動元件劃分，有步進式伺服系統(tǒng)、直流電動機（簡稱直流電機）伺服系統(tǒng)、交流電動機（簡稱交流電機）伺服系統(tǒng)[10-13]。因為在本系統(tǒng)中，閥座的總體反應(yīng)時間只有（2.1）即需要閥座盡可能快的進行反應(yīng)，所以該裝置選用電-電伺服系統(tǒng)。2.4.1工作原理簡述當(dāng)輪胎主動防護裝置的圖像處理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并定位目標(biāo)（微小尖銳物）后,將目標(biāo)的坐標(biāo)值(高低角、方位角，高低角=目標(biāo)連接噴頭這條線與噴頭中心線在豎直平面的切角；方位角目標(biāo)連接噴頭這條線與噴頭中心線在水平平面的切角)送到車輛的信息處理系統(tǒng)，信息處理系統(tǒng)根據(jù)車輛距目標(biāo)的距離以及氣象條件等諸元計算出目標(biāo)未來點坐標(biāo)Ri和Ri’(高低角和方位角),閥座的伺服驅(qū)動器（內(nèi)含控制器和功率放大器）接收到Ri后與噴嘴的位置角（最初開始時為0°之后為噴嘴中心線與車身豎直中心線之間的角度及噴嘴中心線與車身水平面之間的角度）和求差,伺服驅(qū)動器輸出的信號ER即為跟蹤誤差,若ER不為零,則該信號經(jīng)伺服驅(qū)動器中的功率放大器放大后分別給電機#2和電機#3發(fā)送脈沖信號，驅(qū)動電機運動使豎直擺動架和水平搖架動作,伺服馬達通過齒輪架使噴頭向誤差減小方向驅(qū)動;而伺服馬達通過其內(nèi)含的位置回授裝置不停的向伺服驅(qū)動器發(fā)送脈沖信號，用來及時調(diào)整噴頭的方向，當(dāng)噴頭指向目標(biāo)未來點后,此時Ri與相等；Ri’與相等,ER為零,噴頭停止轉(zhuǎn)動;若Ri跟蹤敵目標(biāo)一直在變化,噴頭隨動系統(tǒng)便會始終指向敵目標(biāo)的未來點。圖2.1閥座隨動系統(tǒng)在整體中的工作原理圖噴射水流的自適應(yīng)變化設(shè)計的車載射流發(fā)射器閥座，通過信息處理裝置傳來的電信號給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器調(diào)整方向并驅(qū)動伺服馬達，伺服馬達馬達#2和#3提供合適的轉(zhuǎn)矩給水平旋轉(zhuǎn)架，豎直擺動架，使其旋轉(zhuǎn)特定的角度，以使噴頭可以在幾乎整個空間內(nèi)實現(xiàn)自動調(diào)整。豎直平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)如圖2.2所示，豎直擺動架固定在噴頭底下，其下端有一扇形齒輪與裝在伺服馬達#2上的齒輪嚙合，液壓馬達內(nèi)至于水平旋轉(zhuǎn)架內(nèi)，水平旋轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)動帶動豎直擺動架與噴頭一起擺動，豎直擺動架可以在豎直平面內(nèi)實現(xiàn)（90°）的轉(zhuǎn)動。水平平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)如圖2.3所示，水平旋轉(zhuǎn)架底端配有一齒輪與伺服馬達#3上的齒輪嚙合，伺服馬達內(nèi)至于底座內(nèi)，伺服馬達的轉(zhuǎn)動將帶動水平旋轉(zhuǎn)架極其上的整個裝置在整個水平平面內(nèi)實現(xiàn)（180°）全方位的轉(zhuǎn)動。則其整個噴頭就可以進行整個空間的運動，如圖2.4所示。圖2.2豎直擺動架圖2.3水平旋轉(zhuǎn)架圖2.4噴射范圍圖工作原理圖的確定由于閥座分別由兩個系統(tǒng)控制著豎直擺動和水平旋轉(zhuǎn)倆個方向，因為兩個系統(tǒng)的工作原理相似，故以噴頭的豎直擺動系統(tǒng)為例。該系統(tǒng)識別到車輛運行軌跡上有微小尖銳物后，通過信息處理器整合成有關(guān)方位的脈沖信號傳遞給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器將微小的電信號放大后分別傳遞給豎直搖擺架和水平旋轉(zhuǎn)架上的伺服馬達，馬達轉(zhuǎn)動從而控制著噴頭上的豎直轉(zhuǎn)動架上的齒輪及水平搖擺架上的齒輪轉(zhuǎn)動，同時馬達上的光電編碼器將齒輪運動的響應(yīng)傳遞回伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器處理這些信息，并繼續(xù)傳遞給伺服馬達需要的脈沖，形成閉回路，直至伺服馬達帶動噴頭轉(zhuǎn)動，對準(zhǔn)微小尖銳物。其原理圖如圖2.5。1噴嘴2齒輪#23齒輪#34齒輪#45齒輪#56伺服電機#27伺服電機#38伺服驅(qū)動器圖2.5閥座在豎直方向的工作原理圖2.5本章小結(jié)本章從伺服系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計了車載射流發(fā)動機閥座的整體結(jié)構(gòu)，梳理了閥座怎樣從車輛信息處理裝置中得到電信號，通過伺服驅(qū)動器給以伺服電機相應(yīng)的脈沖信號，伺服電機對其進行響應(yīng)，從而使噴頭到達正確的位置的原理。3伺服電機的選型3.1伺服電機的工作原理伺服系統(tǒng)（servomechanism）是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)[17,18]。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。所以在本閥座的設(shè)計中，其有充分的反應(yīng)時間，不需要再計算其反應(yīng)速度。直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合[20-24]。圖3.1伺服電機無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應(yīng)用。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。交流伺服電機和無刷直流伺服電機在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。綜合各方面原因，本設(shè)計中選用交流同步伺服電機。4.2伺服電機的選型綜合以上條件及閥座的數(shù)據(jù)及性質(zhì)選定的伺服電機為科爾摩根公司生產(chǎn)的AKD伺服馬達，其構(gòu)造圖如圖3.1所示

圖3.1AKD伺服馬達其特點為7種尺寸的機架（40到188mm）25種機架-疊片長度組合用于低壓120/240/400/480Vac操作的多個繞組靈活的法蘭安裝和軸選件業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的低齒槽波動性能，操作非常平穩(wěn)為高性能和精密或者惡劣環(huán)境提供了多種反饋選件超群的定制能力–可以提供特制繞組、特制軸以及更多部件帶有AKM即插即用反饋的AKD這些反饋設(shè)備帶有電子電機銘牌，可以通過即插即用的方式進行調(diào)試，在大多數(shù)應(yīng)用中都不要設(shè)置傳動參數(shù)和調(diào)節(jié)伺服環(huán)路。其參數(shù)如表3.1表3.1伺服電機參數(shù)表電機AKM54LAKD驅(qū)動AKDX0/207機架尺寸mm42、115堵轉(zhuǎn)連續(xù)轉(zhuǎn)矩N.m13.5額定速度r/min4500功率w3830圖3.3電機架圖機架尺寸如表3.2表3.2機架尺寸表軸J/mm軸長度K/mm安裝孔C/mm制動增加正弦編碼器增加245094518.54伺服驅(qū)動器的選型4.1伺服驅(qū)動器的工作原理伺服驅(qū)動器（servodrives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。目前主流的伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計的驅(qū)動電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐?。隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，伺服驅(qū)動器使用、伺服驅(qū)動器調(diào)試、伺服驅(qū)動器維修都是伺服驅(qū)動器在當(dāng)今比較重要的技術(shù)課題，越來越多工控技術(shù)服務(wù)商對伺服驅(qū)動器進行了技術(shù)深層次研究。4.2伺服驅(qū)動器的要求1、調(diào)速范圍寬；2、定位精度高；3、有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性；4、快速響應(yīng)，無超調(diào)；為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，縮短進給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。5、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強；一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時間內(nèi)可以過載4～6倍而不損壞。6、可靠性高要求數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強的抗干擾的能力。4.3伺服驅(qū)動器的選型綜合各項參數(shù)及伺服馬達的選型，選用同公司的AKD伺服驅(qū)動器其參數(shù)如表3.3所示表3.3伺服馬達的參數(shù)表機型連續(xù)電流A峰值電流A驅(qū)動連續(xù)輸出功率w尺寸（高度，寬度，厚度）mmAKD0120612304000195、76，1865齒輪的設(shè)計因為兩齒輪的傳動相差不大，為了方便閥座的安裝和設(shè)計，將兩組齒輪設(shè)計為相同，在這里只討論豎直搖擺架上的兩個齒輪即齒輪#2和齒輪#3.(齒輪#2和齒輪#5設(shè)計一樣；齒輪#3和齒輪#4設(shè)計一樣。）原始數(shù)據(jù)：該電動機驅(qū)動齒輪傳遞功率為3830W，低速軸轉(zhuǎn)速n=4500r/min,傳動比i=1.6,單向傳動。5.1選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)1）選用直齒圓柱齒輪傳動。表5.1常用精度等級的齒輪的加工方法及其應(yīng)用范圍（GB10095-88）齒輪的精度等級6級（高精度）7級（較高精度）8級（普通）9級（低精度）加工方法用范成法在精密機床上精磨或精制用范成法在精密機床上精插或精滾，對淬火齒輪需要磨齒或研齒等用范成法插或滾用范成法或仿形法粗滾或型銑齒面粗糙度Ra/um0.80~1.601.60~3.23.2~6.36.3用途用于分度機構(gòu)或高速重載的齒輪，如機床，精密儀器，汽車，船舶，飛機中的重要齒用于高、中速重載齒輪，如機床，內(nèi)燃機中的較重要齒輪，標(biāo)準(zhǔn)系列減速器的齒輪一般機械中的齒輪，不屬于分度系統(tǒng)的機床齒輪，飛機拖拉機中不重要的齒輪。輕載傳動的不重要齒輪或低速傳動對精度要求低的齒輪周速度V(m/s)圓柱齒輪直齒151053斜齒2517103.5圓錐直齒9632.52）因為閥座的移動用齒輪傳動時需要齒輪有較高的精度，故選用6級精度要求齒輪面粗糙度Ra0.8~1.6um。3）材料選擇。由《機械設(shè)計》P191表10-1：小齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為236HBS大齒輪選用45鋼，正火處理，硬度為236HBS選小齒輪#3的齒數(shù)為Z1=18，傳動比系數(shù)為1.6.大齒輪#3的齒數(shù)Z2=18×1.6=28.8取Z2=295.2確定設(shè)計公式及校核公式按齒面接觸疲勞強度設(shè)計：防止齒面點蝕的強度條件為：節(jié)點處的計算接觸應(yīng)力應(yīng)該小于齒輪材料的許用接觸應(yīng)力。即：σH［σH］齒面最大的計算接觸應(yīng)力，可采用基本公式──赫茲應(yīng)力計算公式，即:（5.1）在節(jié)點嚙合時，接觸應(yīng)力較大，故以節(jié)點為接觸應(yīng)力計算點。節(jié)點處的綜合曲率半徑為：（5.2）圖5.1齒輪嚙合圖齒面接觸疲勞強度的校核式：（5.3）齒面接觸疲勞強度的設(shè)計式：（5.4）上述式中：u─齒數(shù)比，u=z2/z1；ZE─彈性影響系數(shù)；ZH─區(qū)域系數(shù)5.3計算過程載荷系數(shù)，按表5.2取K=1.3，表5.2載荷系數(shù)K原動機工作機的載荷特性均勻、輕微沖擊中等沖擊大沖擊電動機1~1.21.2~1.61.6~1.8多缸內(nèi)燃機1.2~1.61.6~1.81.9~2.1單缸內(nèi)燃機1.6~1.81.8~2.02.2~2.4T1=9.55×106×P1/n1=9.55×3080/4500=8.13N.m接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]=(5.5)按齒面硬度中間值，如圖查得σHlim1=600MPa,σHllim2=550MPa按一年工作300天計算，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60njlh=60×100×1×10×300×8=1.44×109N2=N1/i=98.1由下圖得接觸疲勞強度壽命系數(shù)YN1=1,N2=1.06(N1>N2.N0=109)按一般可靠性要求，取SH=1，則[σH1]=σHlim1ZN1/SH=6001/1=600MPa.[σH2]=σHlim2ZN2/SH=5501.06/1=583MPa.取[H]=583MPa(4)計算小齒輪分度圓直徑,查下表5.3，按齒輪相對軸承對稱布置取Ψd=1.09，ZH=2.5,表5.3齒寬系數(shù)Ψd=b/d1齒相對軸承位置齒面硬度350HBS>350HBS對稱布置0.8~1.40.4~0.9非對稱布置0.6~1.20.3~0.6懸臂布置0.3~0.40.2~0.25查下表5.4得ZE=189.8表5.4齒輪材料彈性系數(shù)：ZE()大齒輪材小齒料輪材料鋼鑄鋼鑄鐵球墨鑄鐵鋼189.8188.9165.4181.4鑄鋼188.9188.0161.4180.5將以上參數(shù)代入式（5.6）=35.7取d1=36mm(5)計算圓周速度V=n1d1/60×1000=1000×3.14×36/（60*1000）=3.35m/s.因V<6m/s,故去6級精度合適。5.4確定主要參數(shù)齒數(shù)Z對于軟齒面的閉式傳動，在滿足彎曲疲勞的條件下，宜采用較多齒數(shù)，一般取Z1=20~40.對于硬齒面的閉式傳動，首先應(yīng)具有足夠大的模數(shù)既保證齒根彎曲強度為減小傳動尺寸，宜取較小齒數(shù)但要避免發(fā)生根切，一般取Z1=17~20。故取Z1=18，Z2=Z1i=18×1.6=2模數(shù)m.模數(shù)影響齒輪的抗彎曲強度，一般在滿足齒輪彎曲疲勞強度條件下，宜取較小模數(shù)，以增大齒數(shù)，減小切齒量。故m=d1/z1=36/18=2mm在下表5查的m=2mm表5.5齒輪模數(shù)選擇第一系列…1.522.5345681012162025324050第二系列…1.752.252.75（3.25）3.5（3.75）4.55.5（6.5）79（11）141822283645分度圓直徑d1=Z1m=18×2=36mmd2=Z2m=29×2=58mm中心距a=(d1+d2)/2=(36+58)/2=45mm齒寬系數(shù)Ψd.齒寬系數(shù)是大齒輪齒寬b和小齒輪分度圓直徑d1之比.增大齒寬系數(shù)，可將小齒輪傳動裝置的徑向尺寸，降低齒輪的圓周速度。4.6校核彎曲疲勞強度。1)齒形系數(shù)YFS,查下表5.6得：根據(jù)z1、z2得YFS.表5.6齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力修正系數(shù)YsaZ171819202122232425YFa2.972.912.852.802.762.722.692.652.62Ysa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.59Z262728293035404550YFa2.602.572.552.532.522.452.402.352.32Ysa1.5951.601.611.621.6251.651.671.681.70Z60708090100150200∞YFa2.2022.06Ysa1.731.751.771.781.791.831865.1.97YFa1=2.80Ysa1=1.55YFS1=YFa1×Ysa1=4.35YFa2=2.22Ysa2=1.77YFs2=YFa2×Ysa2=4.1彎曲疲勞許用應(yīng)力：［σF］=σFlim/SF×YN按齒面硬度中間值查圖6.7得：σFlim1=24MpaσFlim2=22MPa.由圖6-20得彎曲疲勞強度壽命系數(shù)：YN1=1（N0=3106,N1>N0)YN2=1(N0=3106,N2>N0)按一般的可靠性要求，取彎曲疲勞安全系數(shù)SF=1,則［σF1］=σFlim1/SF1×YN1=240/1×1=24MPa［σF2］=σFlim2/SF2×YN2=220/1×1=220MPa3)校核計算中等精度齒輪傳動的彎曲疲勞強度計算的力學(xué)模型如下圖所示圖5.2力學(xué)模型根據(jù)該力學(xué)模型可得齒根理論彎曲應(yīng)力：（6.7）YFa為齒形系數(shù)，是僅與齒形有關(guān)而與模數(shù)m無關(guān)的系數(shù)，其值可根據(jù)齒數(shù)查表6.1獲得。計入齒根應(yīng)力校正系數(shù)Ysa后，強度條件式為：σF=2KT1/bmd1YFS24［σF］或σF=2KT1/ΨdZ12m3×YFS220［σF］則：σF1=2KT1/bmd1×YFS1=2×1.3×9.55×104/(70×3×60)×4.35=85.7MPa<［σF1］σF2=2KT1/bmd1×YFS2=σF1×YFS2/YFS1=80.8Mpa<［σF2］齒輪的結(jié)構(gòu)形式主要與齒輪的尺寸大小、毛坯材料、加工工藝、使用要求及經(jīng)濟性等因素有關(guān)。進行齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常是先按齒輪動的直徑大小選定合適的結(jié)構(gòu)形式，再由經(jīng)驗公式確定有關(guān)尺寸，繪制零件工作圖。常用的齒輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：（1）齒輪軸如果圓柱齒輪齒根圓到鍵槽底面的徑向距離e￡2mt(錐齒輪e￡1.6m時），則可將齒輪與軸做成一體稱為齒輪軸。圖5.3齒輪軸圖(2)實體式齒輪當(dāng)齒輪的齒頂圓直徑da≤200mm時，可采用實體式結(jié)構(gòu)，這種齒輪常用鍛鋼制造。圖5.4實心式齒輪因為四個齒輪的分度圓直徑都小于200mm，所以都選取為實心式齒輪。(3)腹板式齒輪(4)輪輻式齒輪(5)鑲套式齒輪5.5幾何尺寸計算1、計算分度圓直徑d1=Z1m=18×2=36mmd2=Z2m=29×2=58mm2、計算中心距=47mm3、計算齒輪寬度b1=×d2=36×0.5=18mmb2=58×0.5=29mm考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設(shè)計齒寬和節(jié)省材料。一般將小齒輪略微加寬，取b1=25mm，而大齒輪的齒寬等于設(shè)計齒寬，即b2=29mm。表5.5齒輪幾何尺寸計算結(jié)果列于下表：名稱代號計算公式小齒輪#3#4大齒輪#2#5中心距47mm傳動比i1.6模數(shù)m2壓力角2020齒數(shù)z1829分度圓直徑d3658齒頂圓直徑3860齒根圓直徑3555齒寬b2529表中，為齒頂高系數(shù)（=1）；為頂隙系數(shù)（=0.25）?？偨Y(jié)本文從水射流的特點及伺服系統(tǒng)的角度出發(fā)，設(shè)計了車載射