【文章內(nèi)容簡介】 器內(nèi)部齒輪的制造材料。 減速器外箱的材料選擇分析 對于減速器的外箱部分，我們將采用 PC 材料制造。雖然 POM 材料相對 PC材料有更高的性價比，但我們在制造的同時還必須考慮到玩具汽車的減速箱外殼是孩子經(jīng)常接觸的部分，因此在考慮到價格和強(qiáng)度的同時還需要考慮到我們所使用的材料對接觸者的安全性和對周圍環(huán)境 的環(huán)保性。 由于 PC 有良好的抗沖擊、抗熱畸變性能，而且耐候性好、硬度高，并且可經(jīng)受蒸汽、清洗劑、加熱和大劑量輻射消毒，且不發(fā)生變黃和物理性能下降的能力，因此成為最佳選擇。雖然 PPO 材料也有具有耐磨、無毒、耐污染、剛性大、耐熱性高、難燃、強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)，但是由于其材料成本過高，因此不適合在本產(chǎn)品中投入使用。 后車軸的材料選擇分析 45 號合金鋼，推薦熱處理溫度：正火 850，淬火 840，回火 600. 45 號鋼為 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼 ,硬度不高易切削加工 ,模具中常用來做模板 ,梢子 ,導(dǎo)柱等 ,但須熱處理 。 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的 45 鋼零件擁有十分良好的機(jī)械性能，并且被十分廣泛的用在了不同種類的零件上，尤其是對于需要承載交變負(fù)荷工作的零件而言 45 鋼的機(jī)械特性十分的適合。但是因?yàn)槠洳牧媳旧肀砻娴挠捕炔桓撸虼巳菀啄p。所以需要運(yùn)用到調(diào)質(zhì)和表面淬火的工藝來提高零件的表面硬度以滿足工作要求。 對于工業(yè)和日常的機(jī)械上的軸類零件在而言最常使用到的材料便是 45 鋼，它不僅在價格上十分的低廉，并且在經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后，便可以取得理想的削性能， 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 共 66 頁 從而大幅度的提升了它的綜合機(jī)械性能，并且在經(jīng)過淬火處理后它的材料表面硬度可以達(dá)到 45～ 52HRC。 因此對于玩具汽車后車軸的制造選擇 45 號合金鋼為材料。 與金屬齒輪相比較，塑料齒輪的質(zhì)量要比金屬齒輪小的多、且在工作環(huán)境下所產(chǎn)生的噪音也更小、耐磨性更強(qiáng)、在無潤滑的情況下也可以進(jìn)行工作、可以制作出很多金屬所無法制作的復(fù)雜形狀的齒輪、并且大批量生產(chǎn)的成本較金屬也更加廉價的優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)樗芰媳旧聿牧闲阅艿膯栴}因此其強(qiáng)度相對金屬齒輪而言則較弱，工作條件較金屬齒輪也更加的高，并且還需要考慮到塑料自身對溫度的敏感性等。因此，塑料齒輪也存在著生產(chǎn)精度低、要經(jīng)常更換、在工作時要確保環(huán)境溫度的缺點(diǎn)。但隨著現(xiàn) 代科技水平的發(fā)展與進(jìn)步，塑料齒輪的精度在不斷提高，而它的使用壽命也在不斷延長，因此我們決定選用塑料齒輪進(jìn)行設(shè)計。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計的減速器為二級減速器所以我們決定將減速器結(jié)構(gòu)設(shè)置為如圖 圖 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 共 66 頁 由于本次設(shè)計的減速器為二級減速器，所以可初定： i 高 = 低 由由 i 總 = 可得： i 高 = i 低 =3 則齒輪的轉(zhuǎn)速分別為： n 低 =540r/min n 中 =1620r/min n 高 =6000r/min 各齒輪的功率分別為： P 高 = P 中 = P 低 = 各軸的轉(zhuǎn)矩分別為： T 高 =9549高高nP =9549 =1,91N mm T 中 =9549中中nP =9549 = mm T 低 =9549低低nP =9549 = mm 高速齒輪的設(shè)計 對于塑料齒輪的設(shè)計，模數(shù)的選擇需考慮到塑料強(qiáng)度等因素，在實(shí)際應(yīng)用過程中模數(shù)加工法加工塑料齒輪與標(biāo)準(zhǔn)刀具的關(guān)系不大，且塑料齒輪多用于小功率傳動系統(tǒng)中故可以采用“結(jié)構(gòu)定模數(shù)”的方法選擇模數(shù)。 在高速軸上的塑料齒輪的齒數(shù)一般為 4 齒或者 8 齒，因此為了機(jī)構(gòu)在傳動過程中能夠穩(wěn)定，我們選用 8 齒的齒輪。則： Z 中 =Z 高 i 高 =8 ≈ 30 初選高速齒輪與中速齒輪間距為 a=10mm則： 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 共 66 頁 m=2 a/(z 高 +z 中 )=2 10/(8+30)= 故查西北工業(yè)大出版 ， 第七版《機(jī)械原理》 P180 表 101 圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（ GB/T 1357— 1987）取塑料齒輪模數(shù)為 m= 則由此得高速齒輪分度圓直徑為： d 高 =z 高 m= 中速齒輪分度圓直徑為： d 中 =z 中 m=18mm 則兩齒輪的最終確定中心距為： a=m（ z1+z2） /2= 高速齒輪強(qiáng)度校核 由于塑料與金屬材料本質(zhì)上存 在較大的差異，所以完全搬金屬齒輪的強(qiáng)度校核方法來校核塑料齒輪是不可取的。目前，對塑料齒輪強(qiáng)度校核的方法還未形成統(tǒng)一成熟的理論方法。 塑料齒輪常見的強(qiáng)度計算方法目前塑料齒輪行業(yè)比較主流的檢測方法有三種：杜邦公司的強(qiáng)度計算方法，寶理塑料公司的強(qiáng)度計算方法，尼曼的強(qiáng)度計算方法。 （ 1）杜邦公司的強(qiáng)度計算方法 杜邦公司的強(qiáng)度計算有直齒輪強(qiáng)度計算，蝸輪蝸桿強(qiáng)度計算等。其中，直齒輪的強(qiáng)度計算僅僅有彎曲強(qiáng)度計算，并未列出接觸強(qiáng)度計算和靜強(qiáng)度計算的方法。 蝸輪蝸桿的計算僅僅有靜強(qiáng)度的計算方法，而未發(fā)現(xiàn)有彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲 勞強(qiáng)度的計算。 杜邦公司認(rèn)為：因?yàn)樗芰系哪p較快，塑料來不及發(fā)生接觸破壞就已經(jīng)被磨損掉，因此，接觸疲勞破壞的幾率很小。而材料的彎曲斷裂才是齒輪斷裂的根本原因。同時杜邦公司認(rèn)為，塑料斜齒輪跟直齒輪相比，強(qiáng)度提高有限，強(qiáng)度提高僅僅是提供了一個小的安全系數(shù)。因此，斜齒輪可以按照直齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行計算。 2)寶理塑料公司的塑料齒輪強(qiáng)度計算 寶理公司的齒輪強(qiáng)度計算含有彎曲疲勞和接觸疲勞的計算。斜齒輪，蝸輪蝸 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 共 66 頁 桿都有單獨(dú)的強(qiáng)度算法。 寶理塑料公司的計算過程中，需要查閱大量的圖表，選擇相關(guān)的修正系數(shù)。 3)尼曼的強(qiáng)度計算 詳 細(xì)內(nèi)容主要在《機(jī)械零件》這本術(shù)上，但并不如另外兩種強(qiáng)度校核方法使用的廣泛。 根據(jù)塑料齒輪行業(yè)對前兩種強(qiáng)度計算方法的使用得出了一下結(jié)論： 杜邦公司的強(qiáng)度計算偏于保守，它計算出的需用應(yīng)力值相當(dāng)?shù)牡?，事?shí)上，它的材料的性能相當(dāng)?shù)暮谩? 寶理塑料公司的強(qiáng)度計算公司考慮相當(dāng)全面，但是許用應(yīng)力值似乎偏大。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計的遙控玩具汽車的設(shè)計精度并不是很高，且并不存在非常大的強(qiáng)度和載荷，所以從節(jié)約成本和提高性價比的角度分析，可以選擇寶理塑料公司的強(qiáng)度計算方法。 由于本次設(shè)計所用齒輪塑料為 POM 所以可以使用寶理塑料公司的“奪鋼 ”齒輪的《塑料齒輪設(shè)計精要》。 則根據(jù)《塑料齒輪設(shè)計精要》中的路易斯方程可知在直齒圓柱齒輪上的切向負(fù)載為： P=σb b m γ 齒輪上的扭矩為： T=σb b d2 γ /（ 2021 Z） 其中兩個公式中的符號意思為： P：為作用在齒上的切向負(fù)載 T：扭矩 N*m σb： 彎曲應(yīng)力 MPa b：齒距 m：模數(shù) d:分度圓直徑 y39。：在節(jié)圓附近的齒形系數(shù)“標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)” 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁 共 66 頁 Z：齒數(shù) 由于在《塑料齒輪設(shè)計精要》 P8 中對于齒形系數(shù) y39?！皹?biāo)準(zhǔn)模數(shù)”表 并沒有關(guān)于 Z 小于 12 的值，且設(shè)計精度在 7 級到 8 級。 表 齒形系數(shù) y39。，“標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)” 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 共 66 頁 因此可以使用《塑料齒輪設(shè)計精要》的另一種方法 —— 查計算圖表法如表 表 扭矩計算表 又由于“奪鋼”齒輪的許用彎曲應(yīng)力不光取決于運(yùn)轉(zhuǎn)條件，它還隨齒（模數(shù)）的大小而變化。這里，在 表 的標(biāo)準(zhǔn)條件下，以通過實(shí)驗(yàn)所得到的模數(shù)相對應(yīng)的最大彎曲應(yīng)力為基礎(chǔ)，當(dāng)與運(yùn)轉(zhuǎn)條件不相同時，則可用下式加以修正 ： sGMLTvbb C KKKKK ?????? 39。?? 在這里 ab MP: 的最大彎曲應(yīng)力在有問題的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下? 最大彎曲許用上求得在標(biāo)準(zhǔn)條件下的從表 :39。b? 應(yīng)力 aMP 使用狀態(tài)系數(shù):sC 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 共 66 頁 速度修正系數(shù):vK 表 在標(biāo)準(zhǔn)條件下“奪鋼”齒輪的最大許用彎曲應(yīng)力 設(shè)定本次設(shè)計的遙控玩具汽車可以至少連續(xù)工作 1 年則 高速齒輪轉(zhuǎn)動次數(shù) N 高 為： N=60 n j Lh=60 6000 1 24 365=3 109 中速齒輪轉(zhuǎn)動次數(shù) N 中 為 N=60 n j Lh=60 1620 1 24 365=9 108 則由表 可得該齒輪的最大容許彎曲應(yīng)力可為 σb， =35MPa 設(shè)一天使用時間為 3 小時且每次工作的負(fù)載為均一時，則由表 可取使用狀態(tài)系數(shù)： Cs= 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 66 頁 表 使用狀態(tài)系數(shù)表 在環(huán)境溫度較高時，需對溫度修正。設(shè)工作溫度可達(dá) 80176。 C 則由表 可取溫度系數(shù) KT= 表 “奪鋼 ”的彎曲強(qiáng)度的溫度依存性 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 共 66 頁 由圖 《塑料齒輪設(shè)計精要》的潤滑系數(shù) KL 標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)改減速器采用潤滑劑初始潤滑，則 KM=1。 圖 “奪鋼”齒輪潤滑系數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn) 因?yàn)辇X輪均為塑料，則由圖 取材質(zhì)系數(shù) KL=。 圖 “奪鋼”齒輪材質(zhì)系數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn) 對于高速齒輪的轉(zhuǎn)速為： V 高 =n π d 高 /(1000 60)=對于中速齒輪的轉(zhuǎn)速為： V 高 =n*π *d 高 /(1000 60)= 則由表 可得： KV 高 =KV 中 = 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 66 頁 MP aC KKKKK S GMLTVbb 33, ??????? ??表 速度修正系數(shù) KV 對于材料強(qiáng)度選品級 M270 則則由表 選修正系數(shù)為 KG=。 表 材料強(qiáng)度的修正系數(shù) 所以由上述系數(shù)可得塑料齒輪在實(shí)際工作情況下的最大彎曲應(yīng)力為：