【文章內(nèi)容簡介】 速器，不僅可以實現(xiàn)無級變速，由于其滾珠與凹槽緊密咬合，傳動精度較傳統(tǒng)齒輪傳動大為提高。在醫(yī)療、生物工程、機器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動機已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的變速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。 變速器的市場發(fā)展前景 隨著市場需求的回落和國外同行廠商大規(guī)模進(jìn)入國內(nèi)市場，行業(yè)競爭必將進(jìn)一步加劇，這也必將促進(jìn)行業(yè)企業(yè)間的并購、整合甚至轉(zhuǎn)型。在產(chǎn)品的銷售市場競爭方面，國外廠商近幾年在中國的擴展勢頭愈來愈強， SEW 公司繼續(xù)在全國部署生產(chǎn)及銷售基地， 擴大市場份額。 FLEDER 公司、布雷維尼公司及 FORK、住友等公司也都加大了在中國建立生產(chǎn)基地及銷售中心的步伐，積極向各個行業(yè)滲透，國外廠商先進(jìn)的管理、經(jīng)營理念，豐富的市場實戰(zhàn)及拓展經(jīng)驗和各具特色的產(chǎn)品系列將會對國內(nèi)廠商產(chǎn)生強烈的挑戰(zhàn)和沖擊，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)感受到的將會是愈來愈激烈的國內(nèi)外同業(yè)者的競爭。中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 第 2 章 傳動系統(tǒng)設(shè)計 傳動路線設(shè)置 雙柱立式車床工作臺要求獲得 — ，為此，輔助變速箱部分采用傳統(tǒng)齒輪減速，利用雙聯(lián)滑移齒輪、三聯(lián)滑移齒輪、離合器等傳動元件，通過液壓 系統(tǒng)帶動撥叉撥動滑移齒輪使不同齒數(shù)的齒輪相嚙合以獲得不同的轉(zhuǎn)速，其傳動路線布置如圖 21： 圖 21輔助變速箱傳動路線圖 電動機的選擇 工作臺最大的扭矩為 T=87000N? M,根據(jù)傳動路線圖，取齒輪傳動的效率 ?? ,電 動 機 的 效 率 取 為 ?? ，則折算到Ⅰ軸上最大的扭轉(zhuǎn)為MNTT ??? ????????? 5129392110527565438186126196287,由 nPT ??? ，可求得電動機的功率為 P=55KW,查手冊選擇 Y2250M4 型電動機（ JB/T ）。 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 轉(zhuǎn)速圖及齒數(shù)選擇 轉(zhuǎn)速圖的總體設(shè)計 工作臺的轉(zhuǎn)速 n=～ ，級數(shù) z=18，則公比 1zminmaxnn??? (21) 帶入數(shù)據(jù)后算得 ?? ，恰 好為標(biāo)準(zhǔn)公比系列。變速箱采用集中傳動式布局，分為輔助變速部分和主變速部分。輔助變速部分實現(xiàn)工作臺的 18 級轉(zhuǎn)速，主變速部分主要是為了繼續(xù)降低速度增大傳動轉(zhuǎn)矩。 確定變速組的個數(shù)和傳動副數(shù)：工作臺的轉(zhuǎn)速為 18 級，實際上經(jīng)過齒輪變速得到的級數(shù)為 12 級。為了減小箱體尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊，對于Ⅲ軸和Ⅴ軸可通過離合器直接傳動，Ⅴ軸即可得到 6種轉(zhuǎn)速。因此，輔助變速部分可用三個變速組，其中一個三聯(lián)滑移齒輪變速組和兩個雙聯(lián)滑移齒輪變速組。 確定結(jié)構(gòu)式方案：根據(jù)“前緊后松”、“前慢后快”、“前多后少”等原則，結(jié)構(gòu)式方案確定為 12= 631 223 ?? 。 齒輪齒數(shù)選擇 齒輪齒數(shù)在滿足減速比的前提下還要遵循一定的原則和要求： 直齒圓柱齒輪的極限傳動比為 2umax? ， 41umin ? ，故其變速范圍的限制值8uur minmaxmax ?? 。 確定齒輪齒數(shù)時，需先初定 變速組內(nèi)齒輪副模數(shù)和傳動軸直徑。主傳動齒輪要傳遞足夠動力，齒輪模數(shù) m? 2，在同一個變速組內(nèi)通常選用相同的模數(shù)，這是因為個齒輪副的速度和受力情況相差不大。 齒數(shù)和不應(yīng)過大，推薦齒數(shù)和 s? 100~120，齒數(shù)和亦不應(yīng)過小，但需從下列限制條件中選取較大值： （ 1）受傳動性能限制的最小齒數(shù)，為了保證最小齒輪不產(chǎn)生根切及主傳動具有中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 較好的運動平穩(wěn)性，對于標(biāo)準(zhǔn) 直齒圓柱齒輪，一般取最小齒輪齒數(shù) 18zmin? ～ 20，主軸上小齒輪 20zmin? ，高速齒輪 25zmin? 。 （ 2）受齒輪結(jié)構(gòu)限制的最小齒數(shù)，齒輪（尤其是最小齒輪）應(yīng)能可靠地安裝到軸上或進(jìn)行套裝，要特別注意齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽處的壁厚不能過小，以防齒輪熱處理時產(chǎn)生過大的變形或傳動中造成斷裂現(xiàn)象。 （ 3）受兩軸組件結(jié)構(gòu)限制的最小中心距，若齒數(shù)和太小，則過小的中心距將導(dǎo)致兩軸上的軸承和其他元件之間的距離過近或相碰。 （ 4）傳動比要求：機床的主傳動屬于外聯(lián)系傳動鏈，實際傳動比與理論傳動比之間允許有誤差，一般不超出允許值 ? ? ? ?110n ??? ?? %，即 %110%1 0 0u uu%1 0 0n nnn ）（’‘ ???????? ?? (22) 其中， n? 為主軸轉(zhuǎn)速的相對誤差； ‘n 、 n 分別為主軸的實際轉(zhuǎn)速和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速； ‘u 、 u 分別為實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的實際傳動比和理論傳動比； ? 為公比。 （ 5）變速組中若采用三聯(lián)滑移齒輪，確定 其齒數(shù)后還應(yīng)檢查相鄰齒輪的齒數(shù)關(guān)系，以防止相互之間產(chǎn)生干涉 ,即三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪與次大齒輪的齒數(shù)差應(yīng)大于等于 4。 因為變速公比為標(biāo)準(zhǔn)公比系列，在盡量滿足以上原則和要求的前提下，可以通過查表的方法確定齒輪齒數(shù)。齒輪齒數(shù)如 下表： 表 21 序號 模數(shù) 齒數(shù) 序號 模數(shù) 齒數(shù) 1 51 2 42 3 6 21 4 29 5 6 38 6 33 7 47 8 5 105 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 9 5 26 10 6 54 11 tm =10.55 38（左旋 ?35?? ） 12 tm =10.55 18（右旋 ?35?? ） 13 10mn ? 61（右旋213 ?? ?? ） 14 10mn ? 26（左旋213 ?? ?? ） 15 14mn ? 28（右旋 ?7?? ） 16 14mn ? 196（左旋?7?? ） 17 6 56 18 5 106 19 5 27 20 38 21 6 39 經(jīng)過以上分析，最終做出主運動傳動鏈的轉(zhuǎn)速圖，如圖 22： 圖 22主運動傳動鏈轉(zhuǎn)速圖中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 第 3 章 軸、齒輪、軸承和鍵的設(shè)計計算及校核 花鍵軸的設(shè)計 花鍵軸的初步設(shè)計 在輔助變速部分，因轉(zhuǎn)速的變換主要是通過套裝在花鍵軸上的齒輪來實現(xiàn)的，花鍵軸用 的較多，故選取花鍵軸作為設(shè)計的對象。 雙柱立式車床加工的工件較大，所需主運動的電動機功率較大，對花鍵軸的強度要求高一些，故選用 45 號鋼并作調(diào)質(zhì)處理，由表查得 B? =650Mpa， MPa360s ?? 。 花鍵軸的結(jié)構(gòu)工藝性 花鍵軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工和裝配軸上的零件，特別是與齒輪的配合，在滿足功能要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單。軸的結(jié)構(gòu)工藝性對軸的強度有很大影響，為此應(yīng)采用下面合理的工藝措施： （ 1）為方便軸上零件裝拆的裝拆，軸常制成階梯形，相鄰兩軸段的直徑相差不應(yīng)過大，并應(yīng)該有圓角過渡，過度圓角直徑應(yīng)盡可能大些，以減小應(yīng)力集中。但對定位軸肩還必須保證零件得到可靠的定位，當(dāng)靠軸肩定位的圓角半徑很小時，為了增大軸肩處的圓角半徑可采用內(nèi)凹圓角或加裝隔離環(huán)。 （ 2）為使軸上零件容易裝配，軸端應(yīng)有 45176。的倒角。 （ 3） 需要磨削的軸段應(yīng)有砂輪越程槽，需要車制螺紋的軸段應(yīng)有退刀槽。 （ 4）當(dāng)軸上有幾個鍵槽時，應(yīng)盡可能使鍵槽布置在同一母線上，以便于鍵槽加工。 （ 5）與標(biāo)準(zhǔn)件（如滾動軸承，聯(lián)軸器，密封圈等）配合的 軸段，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。 （ 6）為使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)減少軸的直徑。為使與軸作過盈配合的零件易于配合，相配軸段的壓入端應(yīng)制出錐度，或在同一軸段的二個部位采用不同的尺寸公差。 （ 7）齒輪應(yīng)可靠的安 裝在花鍵軸上，并且可以準(zhǔn)確的滑動。 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 花鍵軸的校核 花鍵軸的設(shè)計 花鍵軸上軸承選擇：選擇圓錐滾子軸承 33211 和 33213 型 GB/T29794[11] 按經(jīng)驗公式，輔助變速箱輸入端軸徑 : d=A3np 由文獻(xiàn) [2]表 82，取 A=118，則 d≥ 118 mm421440553 ? 。 由于軸的外伸端開一鍵槽， d=42 (1+5%)=，考慮其上要銑花鍵，將降低軸的強度，再綜合考慮軸端處軸承的選取應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)直徑，故取 d=55mm。 根據(jù)軸上零件的布置、安裝和定位的需要，初定軸段各部分的長度，其中軸頸、軸的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)與軸上相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)尺寸聯(lián)系起來考慮。 初定花鍵軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖 31： 圖 31 花鍵軸 （ 1）計算齒輪嚙合力 ,繪制軸受力圖， 如 圖 32： mmN3 6 4 7 5 71 4 4 . 5 5T 66 ???????? tF =2T/d=251000/56=5590N 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 rF = ?tanFt ? =5590tan20176。 =2035N （ 2）求水平面內(nèi)支承反力 ，繪制彎距圖 , 如圖 3 33： ? ? N962391742700283203539174F283FF QrR2 ????????? ）（ 3 7 7 3 N9 6 22 7 0 02 0 3 5FFFF R2Qr2r ????? mm103896N108962108FM R21 ?????? mmN ?????????? 1 9 9 7 6 33919622832035391F283FM R2r2 （ 3）求軸在垂直面的受力并繪制彎距圖 , 如圖 3 34： N4 0 4 63 9 12 8 35 5 9 03 9 12 8 3FF tR1 ????? 1 5 4 4 N4 0 4 65 5 9 0F R1t1r ???? FF mm4 3 6 9 6 8 N1084 0 4 6108FM R1 ??????? （ 4）繪制合成彎矩圖 ,如圖 34： （ 5）繪制轉(zhuǎn)距圖 , 如圖 34： 轉(zhuǎn)矩 mmN3 6 4 7 5 71 4 4 . 5 5T 66 ???????? 繪 制 當(dāng) 量 彎 矩 圖 ， 用 插 入 法 查 表 得 許 用 應(yīng) 力? ? ? ? ? ? ? ? 0 260,MP60M P 0 2 b0b1b1b0 ????? ?? ????? 則應(yīng)力校正系數(shù)， a, 繪制當(dāng)量彎矩圖。由當(dāng)量彎矩圖和軸的結(jié)構(gòu)圖知，在花鍵軸上 裝有齒輪處彎矩最大，可能是危險截面。由當(dāng)量彎距圖 ,此處可以將軸的扭應(yīng)力視為脈動循環(huán)，取α ≈ ，M=449150Nmm? VM = ? ? ? ? 222 ???? TM ? =487088Nmm? 校核軸徑 d= ? ? 8 0