【正文】 成后續(xù)運(yùn)動(dòng)。51第3章 零部件的設(shè)計(jì)及質(zhì)量計(jì)算第3章 零部件的設(shè)計(jì)及質(zhì)量計(jì)算由于工作場(chǎng)合為真空，為了避免電機(jī)的真空放電可以選擇直流永磁無(wú)刷電機(jī)。 各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率傳動(dòng)類型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)效率圓柱齒輪傳動(dòng)很好跑合的6級(jí)和7級(jí)精度齒輪傳動(dòng)～圓錐齒輪傳動(dòng)很好跑合的6級(jí)和7級(jí)精度齒輪傳動(dòng)～絲杠傳動(dòng)滾動(dòng)絲杠～滾動(dòng)軸承球軸承聯(lián)軸器固定式剛性聯(lián)軸器～離合器電磁離合器～超越離合器～但是當(dāng)裝置在真空狀態(tài)下的極端條件工作時(shí)，由于工作條件的不同，雙速變速箱內(nèi)部各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的的傳動(dòng)效率也不盡相同，根據(jù)某檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)，： 真空狀態(tài)下各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率名稱符號(hào)效率靜態(tài)動(dòng)態(tài)潤(rùn)滑溫度總效率齒輪（內(nèi)）*11齒輪（外）1離合器11軸承（內(nèi)）11軸承（外）*1絲杠螺母1聯(lián)軸器1則電動(dòng)機(jī)M1到分路齒輪箱主動(dòng)齒輪Z7的傳動(dòng)效率為： （31）即齒輪Z7以下的傳動(dòng)效率為： （32）即系統(tǒng)的總效率為： （33）以工作狀態(tài)下工作載荷作的150%為計(jì)算載荷，則相應(yīng)的各計(jì)算功率如下，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)提供的功率為： （34）低速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)提供的功率為： （35）其中為工況系數(shù)。按照上述計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)中，滿足上述條件電動(dòng)機(jī)比較笨重，不能夠起到很好的減重作用，這樣就與雙速變速箱的設(shè)計(jì)背道而馳，故與廠商協(xié)定選用特制電動(dòng)機(jī)（按照設(shè)計(jì)需求，在電動(dòng)機(jī)廠原用的型號(hào)上進(jìn)行改造的電動(dòng)機(jī)）。故設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程中不涉及校核的計(jì)算問(wèn)題，在設(shè)計(jì)完各齒輪之后，統(tǒng)一用有限元分析的方法進(jìn)行校核，生成有限元分析報(bào)告。平均硬度； HBW在72350HWB之間，屬于軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，傳動(dòng)精度選用8級(jí)。Z4=508. 重合度 端面重合度為 （322)軸向重合度為 (323)參照重合度系數(shù)的取值線圖可查的9. 許用接觸應(yīng)力 (324)由齒面接觸疲勞極限應(yīng)力和齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力圖查得接觸疲勞極限應(yīng)力，小齒輪Z1的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (325)大齒輪Z4的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (326)由觸強(qiáng)度壽命系數(shù)線圖可以查得：由最小安全系數(shù)參考值取安全系數(shù)則： (327) (328)取 10. 初算小齒輪分度圓直徑，有： （329） 考慮到齒輪制造的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，選取 1. 計(jì)算載荷系數(shù) 由使用系數(shù)的數(shù)表可以查得使用系數(shù)，又：由動(dòng)載荷系數(shù)的線圖可以查得由齒向載荷分布系數(shù)的線圖可以查得由齒間載荷分配系數(shù)的數(shù)值表可以查得則：載荷系數(shù) （330） 2. 對(duì)進(jìn)行修正 因?yàn)镵與Kt的差異較小，故無(wú)需對(duì)進(jìn)行修正?，F(xiàn)拿齒輪ZZZ5來(lái)舉例說(shuō)明齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。齒輪Z4為高速運(yùn)動(dòng)軸輸出齒輪，齒輪內(nèi)孔（輪轂）與軸相連，且由于齒輪Z4的齒根圓直徑：又相應(yīng)的軸的直徑為10mm，為了保證軸有足夠的剛度與強(qiáng)度，齒輪與軸的連接采用薄型平鍵進(jìn)行連接，則必然滿足齒根圓到鍵槽底面的徑向距離e。由齒輪Z5設(shè)計(jì)成的齒輪軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示：由于齒輪Z5的齒數(shù)為1517，為了保證各齒輪的形狀能夠按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行加工，不發(fā)生根切現(xiàn)象，采用仿形法進(jìn)行加工。因?yàn)殡p速變速箱的整體結(jié)構(gòu)尺寸較小，且要求在滿足功能要求的前提下質(zhì)量盡量輕，故按表：軸的常用材料及其主要力學(xué)性能，選用20CrMnTi滲碳處理 材料20CrMnTi滲碳處理后的力學(xué)性能材料牌號(hào)熱處理硬度屈服點(diǎn)σs 抗拉強(qiáng)度Rm(σb) 彎曲疲勞極限σ1 扭轉(zhuǎn)疲勞極限τ120CrMnTi滲碳 表面處理8501100525300對(duì)于轉(zhuǎn)軸，由于跨距未知，且本裝置應(yīng)用于真空環(huán)境，故在計(jì)算過(guò)程中只考慮轉(zhuǎn)矩，用降低許用應(yīng)力的方法來(lái)考慮彎矩的影響。帶入計(jì)算考慮到由鍵槽軸徑應(yīng)當(dāng)增大3%~5%，則：d+(~)=~，取=5mm。通常一根軸上的兩個(gè)軸承取相同型號(hào)，則d5=8mm。 3) 軸段4和軸段3之間的軸肩為齒輪和軸承的安裝起定位作用相應(yīng)的直徑可取為10mm和12mm。設(shè)定選用薄型平鍵GB/T 1567，鍵5310。因此低速運(yùn)動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示：同樣可以選擇薄型平鍵GB/T 1567，鍵5310。 為了最大限度的減輕裝置質(zhì)量，可以選用通電結(jié)合式電磁離合器（當(dāng)工作時(shí)間達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)間時(shí)，電池電力不足，電磁離合器斷開(kāi)連接，不再工作）。無(wú)滑環(huán)濕式多片電磁離合器選型步驟所需要的靜力矩 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最大負(fù)載力矩= 安全系數(shù)=1即所需的靜力矩為=運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最大負(fù)載力矩X安全系數(shù)：； 所需動(dòng)力矩 （連接時(shí)負(fù)載力矩 + 加速力矩）安全系數(shù) 連接時(shí)負(fù)載力矩=運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最大負(fù)載力矩加速力矩：在啟動(dòng)時(shí)雙速變速箱的加速度為250mm/s2=。超越離合器是隨著機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展而出現(xiàn)的基礎(chǔ)件，它是應(yīng)用于工作及和原動(dòng)機(jī)之間或機(jī)器內(nèi)主、從動(dòng)軸之間動(dòng)力傳遞與分離功能的重要部件。為了便于加工且保證其加工精度，內(nèi)星輪式被廣泛采用。當(dāng)內(nèi)、外環(huán)與楔塊間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速相等，方向相同時(shí)，才能傳遞轉(zhuǎn)矩，否則均為相對(duì)滑動(dòng)，這種不傳遞轉(zhuǎn)矩的相對(duì)滑動(dòng)狀態(tài)稱為超越。根據(jù)選型方法，可以進(jìn)行如下選型：額定扭矩：在超越離合器作用時(shí)其額定扭矩為低速運(yùn)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩，；由此可以選擇GCA1547型滾柱式單向離合器(無(wú)軸承支承)，主要性能參數(shù)如下：型號(hào)：GCA1547額定扭矩：44內(nèi)環(huán)超運(yùn)轉(zhuǎn)速度：1100r/min外環(huán)超運(yùn)轉(zhuǎn)速度：2800r/min質(zhì)量：外形尺寸： 超越離合器及其裝配示意圖 滾柱式單向離合器GCA1547型尺寸參數(shù) 單位：mmD(h7)LbtD（H7）b1t1473015軸承（“Bearing”）是在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的關(guān)鍵部件，也可以說(shuō)，當(dāng)其它零部件在軸上彼此產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，用來(lái)降低動(dòng)力傳遞過(guò)程中零部件之間的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定的部件。目前，國(guó)際上有很多種類的滑動(dòng)軸承，性能較為優(yōu)越的應(yīng)當(dāng)推選航空應(yīng)用的軸承，它在滿足相同的應(yīng)力條件下，體積較小，質(zhì)量較輕，且耐高溫，能在極寒條件下工作，對(duì)潤(rùn)滑條件要求不高。同理可以計(jì)算低速運(yùn)動(dòng)軸上選用628/8深溝球軸承也滿足設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中綜合考慮多種金屬及合金的密度和力學(xué)性能，決定選用6061型鋁合金作為箱體的原材料，采用焊接技術(shù)進(jìn)行制作（因?yàn)楹附酉潴w比鑄造箱體的質(zhì)量輕1/4~1/2）但需要較高的焊接技術(shù)，并在焊接完成后要做退火處理，以保證焊接箱體具有良好的力學(xué)性能。此時(shí)，兩端都確定了一個(gè)最小圓，在此基礎(chǔ)上做一個(gè)外圓，把兩端確定的最小圓包含在內(nèi)，即為雙速變速箱的內(nèi)圓直徑，： 齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 箱體 箱體底蓋 箱體內(nèi)圓直徑為184mm；壁厚3mm；箱體長(zhǎng)度94mm；齒輪分度圓離箱體內(nèi)壁的最近距離為5mm；箱體與箱體底蓋之間用螺釘進(jìn)行連接M4x6；在箱體的頂部按照兩長(zhǎng)軸的軸線位置設(shè)計(jì)兩個(gè)628/8的軸承槽，以減少因設(shè)計(jì)軸承端蓋的而增加的不必要的質(zhì)量，628/8軸承槽深5mm。根據(jù)廠商提供運(yùn)載工具，在雙速變速箱的外周有一密封箱體，包裹著雙速變速箱。在以上設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用solidworks2012三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行了三維建模、質(zhì)量計(jì)算以及運(yùn)動(dòng)仿真。 分析過(guò)程啟動(dòng)solidworks2012，在辦公室產(chǎn)品界面下選擇solidworks simulation，： solidworks simulation位置在simulation選項(xiàng)的下拉框中點(diǎn)擊算例，新建算例1， 新建算例示意圖在功能選項(xiàng)框中選擇應(yīng)用材料選項(xiàng)，選擇AISI4043鋼、正火處理，： solidworks simulation工具欄 AISI4043鋼力學(xué)性能在功能選項(xiàng)框中選擇夾具顧問(wèn)，出現(xiàn)如下對(duì)話框，固定輪齒，如圖所示： 約束添加然后點(diǎn)擊確定按鈕，選擇功能選項(xiàng)框中的外部載荷顧問(wèn)，添加載荷，由于輪齒所受的外部載荷為扭矩，?m： 力的添加：節(jié)點(diǎn)數(shù) = 11090 單元數(shù) = 7237 自由度數(shù) = 31881 網(wǎng)格劃分 分析結(jié)果在solidworks2012中進(jìn)行上述操作后可得到相應(yīng)的分析結(jié)果，包括：靜態(tài)節(jié)應(yīng)力、靜態(tài)位移、靜態(tài)應(yīng)變和變形位移。打開(kāi)三維模型“電磁離合器軸”，按照設(shè)計(jì)計(jì)算選擇應(yīng)用材料：TC6，： 材料TC6性能參數(shù)在功能選項(xiàng)框中選擇夾具顧問(wèn)，出現(xiàn)如下對(duì)話框，固定軸的一個(gè)鍵槽，： 約束添加然后點(diǎn)擊確定按鈕，選擇功能選項(xiàng)框中的外部載荷顧問(wèn)，添加載荷，由于軸所受的齒輪所形成的轉(zhuǎn)矩，在另一個(gè)鍵槽處添加周向力600N。在雙速變速箱的設(shè)計(jì)的交校核中，有限元分析的方法占了很大比重，因?yàn)槔糜邢拊治龅姆椒ㄟM(jìn)行校核既可以避免傳統(tǒng)校核計(jì)算的復(fù)雜過(guò)程，又可以及時(shí)的看到校核結(jié)果，與設(shè)計(jì)需求進(jìn)行對(duì)比。但是，由于個(gè)人能力原因，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還存在一定的缺，如零部件的有限元分析還可以進(jìn)一步的深入和細(xì)化，零件的設(shè)計(jì)和選型還可以在雙速變速箱的試用階段進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化等。首先要感謝我的父母，是您含辛茹苦的養(yǎng)育，讓我有了今天的成績(jī)；是您臉朝黃土背朝天的勞作換的我在寬敞明天的教室中的學(xué)習(xí)與成長(zhǎng)；是您的噓寒問(wèn)暖讓我在千里之外的校園不感到清苦與孤獨(dú)；謝謝您二十四年來(lái)對(duì)我的培養(yǎng)與教育，今天我長(zhǎng)大了，將盡我最大的努力去回報(bào)您。謝謝你們，我畢業(yè)設(shè)計(jì)道路上的兄弟們。