【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析依據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系，作用在主動(dòng)輪和從動(dòng)輪上各對(duì)應(yīng)的力大小相等、方向相反。從動(dòng)輪上的圓周力是驅(qū)動(dòng)力，其方向與回轉(zhuǎn)方向一樣；主動(dòng)輪上的圓周力是阻力，其方向與回轉(zhuǎn)方向相反；徑向力各自指向各輪輪心（內(nèi)齒輪為遠(yuǎn)離輪心方向）。 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度（1） （2）由文獻(xiàn)表85查得材料的彈性影響系數(shù)（均采用鑄鋼制造）。（3）由文獻(xiàn)圖815查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=。（4）由文獻(xiàn)式（89）得 （5）同前，,。（6）由文獻(xiàn)圖819查得接觸疲勞壽命系數(shù),。（7）由文獻(xiàn)圖821e按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=1200Mpa。（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為，安全系數(shù),由文獻(xiàn)式（815）得： （9）由文獻(xiàn)式（810），代入中的小者，則 所以強(qiáng)度足夠。6 連接軸和鍵的選擇 連接軸的類(lèi)型和用途連接軸是與刀盤(pán)軸連接的傳動(dòng)部件，其作用是將由齒輪機(jī)座或減速器或者直接由電動(dòng)機(jī)傳來(lái)的運(yùn)動(dòng)和力矩傳遞給刀盤(pán)軸。由于分條圓盤(pán)剪的上刀盤(pán)軸是需要垂直運(yùn)動(dòng)的，所以連接軸需要以一定的傾角范圍工作。通常用的連接軸有萬(wàn)向接軸、梅花接軸和齒式接軸。 連接軸的類(lèi)型和用途連接軸類(lèi)型允許傾角/（）主要特點(diǎn)十字鉸鏈萬(wàn)向接軸滑塊式8~10傳遞扭矩大，耐沖擊負(fù)荷，有色金屬材料消耗多，維修量大十字軸式8~12傳遞扭矩大，易于標(biāo)準(zhǔn)化，維修方便梅花接軸1~價(jià)格便宜，沖擊振動(dòng)大，易于更換聯(lián)合接軸1~兩種不同萬(wàn)向節(jié)的組合，使用兩端不同形式的軸頭齒式接軸弧面齒形接軸約6一般1~3傳動(dòng)平穩(wěn)，傳遞扭矩大，使用壽命長(zhǎng)，易于標(biāo)準(zhǔn)化，維修方便 萬(wàn)向連接軸的設(shè)計(jì)萬(wàn)向連接軸應(yīng)具有下列工作性能:（1）能補(bǔ)償兩軸線的偏移或相對(duì)位移。（2）當(dāng)傳遞沖擊載荷和周期性振動(dòng)載荷時(shí)，具有緩沖和吸振的能力。（3）能保護(hù)機(jī)器不致因過(guò)載而損壞。依據(jù)連接軸的工作情況，選用滑塊式萬(wàn)向接軸的結(jié)構(gòu)，滑塊式萬(wàn)向接軸的材料一般多選用45鍛鋼。鉸鏈中的滑塊材料，一般選用耐磨青銅ZQAL94制造，但容易磨損，壽命較低，青銅的消耗量大。為了節(jié)省有色金屬，可以采用MC尼龍6等工程塑料滑塊，此外，采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的滑塊也具有一定的實(shí)用價(jià)值。，主要由扁頭叉頭銷(xiāo)軸（方軸）3和滑塊4等4個(gè)零件組成。在接軸叉頭2的徑向鏜孔中，裝有定位凸肩（在鏜孔中心線方向固定滑塊的位置）的半月牙形青銅或工程塑料滑塊4，在兩個(gè)滑塊之間裝有上下具有軸頸的銷(xiāo)軸3，銷(xiāo)軸的軸身斷面為方形或圓形。將帶有切口的扁頭1插入兩個(gè)滑塊之間，銷(xiāo)軸3剛好位于扁頭的切口之中，這樣叉頭和扁頭即形成一個(gè)虎克鉸鏈，叉頭徑向鏜孔的中心線II和銷(xiāo)軸的中心線IIII分別為虎克鉸鏈的兩個(gè)中心線。 滑塊式萬(wàn)向接軸的鉸鏈結(jié)構(gòu)1扁頭；2叉頭；3銷(xiāo)軸；4滑塊接軸鉸鏈的主要構(gòu)造尺寸是叉頭直徑D、徑向鏜孔直徑d和扁頭厚度c。這些構(gòu)造尺寸一般按照與刀盤(pán)軸最小直徑的比例關(guān)系而定。刀盤(pán)軸端的叉頭直徑為： 叉頭的鏜孔直徑為： 扁頭厚度為： 扁頭長(zhǎng)度為： 接軸體直徑為： 滑塊式萬(wàn)向接軸的強(qiáng)度計(jì)算 帶有切口的扁頭強(qiáng)度計(jì)算由滑塊方面?zhèn)鱽?lái)的載荷傳遞給帶有切口的扁頭，可近似地認(rèn)為其表面的單位壓力呈三角形分布，所以，其合力P的作用點(diǎn)位于三角形的重心，也就是距離外表面b3的位置。合力P可按下式計(jì)算： 式中 ——接軸傳遞的扭矩； ——扁頭的總寬度； ——扁頭一個(gè)交叉的寬度。 帶切口的扁頭受力簡(jiǎn)圖合力P對(duì)于危險(xiǎn)斷面II將產(chǎn)生彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩，其大小分別等于： 式中 ——合力P對(duì)于斷面II的彎力臂，它等于： 式中 ——萬(wàn)向接軸的傾角；——接軸鉸鏈中心至斷面II的距離。 斷面II中的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為： 式中 ——扁頭厚度/； ——計(jì)算矩形斷面的抗扭斷面系數(shù)所使用的系數(shù)，與比值有關(guān)，當(dāng)抗扭斷面系數(shù)寫(xiě)成形式時(shí)。 與的關(guān)系12346合成應(yīng)力為： 叉頭強(qiáng)度計(jì)算叉頭的每個(gè)叉股承受滑塊傳來(lái)的壓力,在垂直于扁頭的斷面AA上,壓力近似地認(rèn)為按三角形分布（）。力P的作用點(diǎn)位于距鉸中心線的地方,其中是一個(gè)叉股的寬度。合力P的大小等于： 式中 ——接軸傳遞的扭矩。 叉頭強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖如果在AA斷面中心線上加上兩個(gè)大小等于P，而方向相反的力和,就可以看出將有力偶(由于P和形成)作用在叉股上，此外，還有力在叉股上引起的彎曲應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。在叉頭的叉股上取任意一個(gè)斷面II，其上將作用有下列力矩和力：（1）對(duì)該面中性線xx的彎曲力矩： 式中 ——力P的彎曲力臂，其大小等于： 式中 、——II斷面中性線的坐標(biāo)。（2）拉力: 式中 ——斷面II相對(duì)于斷面AA的傾角；——斷面II的傾角。（3）對(duì)于該斷面yy軸的彎曲力矩： （4）對(duì)該斷面的扭轉(zhuǎn)力矩： 在上述力和力矩的綜合作用下，斷面II中的最大應(yīng)力將發(fā)生在EF線上的B點(diǎn)或是E和F點(diǎn)。（1）在EF線上，由彎曲力矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為： 式中 ——對(duì)軸線xx的截面系數(shù)。（2）由力N產(chǎn)生的拉應(yīng)力為： 式中 F——斷面II的斷面面積。（3）由力距在E點(diǎn)或F點(diǎn)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為： 式中 ——斷面II對(duì)于yy軸的斷面系數(shù)。（4）在B點(diǎn)將發(fā)生最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，其值為： 式中 ——斷面II的B點(diǎn)處抗扭斷面系數(shù)。 叉股斷面分析B點(diǎn)處的合成應(yīng)力。將弓形叉股簡(jiǎn)化成面積相等的梯形（），則II斷面的抗彎斷面系數(shù)可近似地按下式計(jì)算： 斷面B點(diǎn)的抗扭斷面系數(shù)可按下式計(jì)算： 式中 r——弓形弧的半徑； h——弓形面的高度。所以，B點(diǎn)處的合成應(yīng)力為： E及F點(diǎn)的合成應(yīng)力為： 軸體強(qiáng)度計(jì)算因?yàn)閮A角的存在，接軸體在工作過(guò)程中，承受扭轉(zhuǎn)作用的同時(shí)還承受彎曲作用。當(dāng)傾角較小時(shí)，彎矩值也較小，可忽略不計(jì)。軸體中的剪力按下式計(jì)算：時(shí)： 時(shí)： 式中 ——接軸體的最小直徑。 萬(wàn)向接軸的許用應(yīng)力和安全系數(shù)萬(wàn)向接軸是分條圓盤(pán)剪的重要部件,而其徑向的結(jié)構(gòu)尺寸受到刀軸直徑的限制,因此,其安全系數(shù)通常只能達(dá)到5。確定安全系數(shù)后，萬(wàn)向接軸的許用應(yīng)力為： 式中 ——材料的抗拉強(qiáng)度/Mpa； n——安全系數(shù)，最小安全系數(shù)不應(yīng)小于5。 鍵的選擇 鍵的尺寸選擇這里針對(duì)刀盤(pán)軸上鍵的選取，綜合以上因素，選用平鍵聯(lián)接，查普通平鍵聯(lián)接（摘自GB/10952003，GB/10962003）。根據(jù)刀盤(pán)軸的公稱直徑d=260mm,選擇鍵。 鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算平鍵聯(lián)接，其主要失效方式是鍵、刀盤(pán)軸、刀盤(pán)三者中最弱的作業(yè)面被壓潰。因而，對(duì)于平鍵聯(lián)接一般只按作業(yè)面上的擠壓強(qiáng)度和磨損強(qiáng)度核算。假定載荷在鍵的作業(yè)面上均勻分布，一般平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為： 式中 T——傳遞的轉(zhuǎn)矩/； k——鍵與刀盤(pán)鍵槽的接觸高度，k=，此處h為鍵的高度； l——鍵的工作長(zhǎng)度/mm； d——軸的直徑/mm； ——鍵、軸、刀盤(pán)三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力/Mpa； ——鍵、軸、刀盤(pán)三者中最弱材料的許用壓力/Mpa； 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓力 （單位：Mpa）許用值聯(lián)接工作方式鍵或刀盤(pán)、軸的材料載荷性質(zhì)靜載荷輕微沖擊沖擊靜聯(lián)接鋼120~150100~12060~905040307 聯(lián)軸器與齒輪機(jī)座 聯(lián)軸器的分類(lèi)按照聯(lián)軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器對(duì)所聯(lián)兩軸間的相對(duì)位移缺乏補(bǔ)償能力，但有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，不需維護(hù)，成本低等特點(diǎn)，而仍有其應(yīng)用范圍；撓性聯(lián)軸器中又分為無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器和帶彈性元件的撓性聯(lián)軸器。前一類(lèi)只具有補(bǔ)償兩軸間相對(duì)位移的能力，后一類(lèi)因裝有彈性元件，不僅可以補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移，而且具有緩沖減振的能力。 聯(lián)軸器的選擇根據(jù)傳遞載荷的大小，刀盤(pán)軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度，參考各類(lèi)聯(lián)軸器特性，選擇一種合適的聯(lián)軸器類(lèi)型。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn):所聯(lián)接兩個(gè)軸的軸徑；傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能的要求；聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小；兩軸相對(duì)位移的大小和方向；聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境，以及成本。根據(jù)以上幾點(diǎn)選取聯(lián)軸器如下：在電機(jī)軸與減速機(jī)軸之間選取聯(lián)軸器型號(hào)為HL8，減速機(jī)軸和齒輪機(jī)座之間，以及傳動(dòng)軸和剪切機(jī)輸入軸之間的聯(lián)軸器型號(hào)為HL10查閱文獻(xiàn)[17]。 彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器主要尺寸和特性參數(shù)型號(hào)公稱轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)速軸孔直徑軸孔長(zhǎng)度D質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Y型型鐵鋼LLHL8100001600212080，85，90，95，100，110，(120),(125)212167212360119HL102500011201560110，120，125212167212480322130，140，150252202252160，(170),(180)302242302 聯(lián)軸器的強(qiáng)度計(jì)算以減速器輸出軸與齒輪機(jī)座的軸之間的聯(lián)軸器為例進(jìn)行強(qiáng)度校核。聯(lián)軸器的承載能力與材料屬性和熱處理有關(guān)，也與兩軸相對(duì)位移的方向和位移量大小有關(guān)，而且還與嚙合齒面間的滑動(dòng)速度和潤(rùn)滑狀態(tài)有關(guān)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器，可按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法驗(yàn)算： 式中 ——聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩/； T——聯(lián)軸器長(zhǎng)期承受的理論轉(zhuǎn)矩/； ——聯(lián)軸器工作條件系數(shù)。所以： 齒輪機(jī)座的作用及類(lèi)型為了將電動(dòng)機(jī)或減速器的扭矩分配給每個(gè)刀盤(pán)軸，除電動(dòng)機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)每個(gè)刀盤(pán)軸的情況外，大多數(shù)分條圓盤(pán)剪的主傳動(dòng)系統(tǒng)中都設(shè)有齒輪機(jī)座。因?yàn)辇X輪機(jī)座傳遞的扭矩較大，而中心距又受到刀盤(pán)軸中心距的限制，為了滿足強(qiáng)度要求，齒輪的模數(shù)較大（8~45），齒寬較寬（~），而齒數(shù)較少，通常為22~44。齒輪機(jī)座的箱體有高立柱式、矮立柱式和水平剖分式三種形式。齒輪機(jī)座通常直接安裝在基礎(chǔ)上，安裝方式有兩種，一種是將整個(gè)底座都安放在基礎(chǔ)上，另一種是由地腳安裝在基礎(chǔ)上。 齒輪機(jī)座的結(jié)構(gòu)齒輪機(jī)座由齒輪軸、軸承及軸承座和機(jī)蓋等主要部件組成。由于傳遞的扭矩大，因此傳動(dòng)軸的直徑很大，相比之下，齒輪的直徑很小，所以一般與傳動(dòng)軸作成一體，即齒輪軸。齒輪多做成具有漸開(kāi)線齒形的人字齒，這樣，只能將一根軸的一端在軸向予以固定，而另外一根齒輪必須設(shè)計(jì)成軸向游動(dòng)的，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中依靠人字齒的嚙合自動(dòng)定位，從而避免載荷在兩側(cè)斜齒上的不均勻分布。另外，在溫度發(fā)生變化時(shí)，相嚙合的齒輪軸均可自由伸縮，保證正常嚙合。在齒輪機(jī)座中采用雙圓弧齒輪軸，可提高齒輪軸的使用壽命和承載能力，使齒輪軸的外形尺寸減小。齒輪軸的材料為440Cr、32Cr2MnMo、35SiMn2MoV、40CrMn2MoV等。由于分條圓盤(pán)剪齒輪箱齒輪軸的齒面接觸應(yīng)力很高,應(yīng)采用硬齒面,齒面淬火硬度為HB480~570。齒輪機(jī)座的軸承主要采用滾動(dòng)軸承，齒輪機(jī)座箱體應(yīng)保證齒輪傳動(dòng)具有良好的密封性，并具有足夠的剛性，以使軸承具有堅(jiān)固的支撐，為此，應(yīng)盡可能加強(qiáng)箱體軸承處的強(qiáng)度和剛度。由于齒輪箱大多是單件或少量生產(chǎn)，為了降低成本，機(jī)座的箱體采用鍛焊結(jié)構(gòu)或鑄焊結(jié)構(gòu)。8 系統(tǒng)的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑劑的作用機(jī)械零件的表面在接觸的時(shí)候產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，避免不了會(huì)產(chǎn)生摩擦。假如潤(rùn)滑不當(dāng)，效率會(huì)下降，并且引起發(fā)熱、振動(dòng)、噪聲等。由于零件磨損，機(jī)械精度下降，壽命降低，影響了正常工作而發(fā)生早期報(bào)廢。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，潤(rùn)滑是一個(gè)很重要的問(wèn)題。在機(jī)械的摩擦副中加潤(rùn)滑劑的主要作用是：（1） 減小摩擦因數(shù)，提高機(jī)械效率。（2） 減輕磨損，延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命。（3） 液體潤(rùn)滑劑能帶走摩擦所產(chǎn)生的熱量，使零件的表面工作溫度下降。（4） 循環(huán)潤(rùn)滑能起排污作用。（5） 點(diǎn)、線接觸的摩擦表面，油膜能起到緩沖吸振的作用，能夠?qū)⑤d荷分布到較大的面積上，使最大應(yīng)力下降。（6） 緩蝕、密封。 潤(rùn)滑方式的選擇 軸承的潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑的作用是降低摩擦阻力、減少磨損、防止銹蝕，同時(shí)還可以起到散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動(dòng)等作用。考慮軸承潤(rùn)滑時(shí)，選用脂潤(rùn)滑方式，潤(rùn)滑膜強(qiáng)度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，能防止灰塵等雜物侵入軸承內(nèi)部，對(duì)密封要求不高，一次加脂可以維持相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。其缺點(diǎn)是：摩擦損失大，散熱效果差。對(duì)于那些不便經(jīng)常添加潤(rùn)滑劑的部位，或不允許潤(rùn)滑油流失而導(dǎo)致污染產(chǎn)品的工業(yè)機(jī)械來(lái)說(shuō)，這種潤(rùn)滑方式十分適宜。潤(rùn)滑脂的填充量要適中，一般為軸承內(nèi)部空間容積的。 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑齒輪在傳動(dòng)時(shí)，相嚙合的齒面間有相對(duì)滑動(dòng)，因此就要發(fā)生沖突和磨損，添加動(dòng)力消耗，降低傳動(dòng)效率。特別是高速傳動(dòng)，就更要做好齒輪的潤(rùn)滑。齒輪嚙合面之間需要加入潤(rùn)滑劑，能夠防止金屬直接碰觸，減小摩擦損耗，還能夠散熱及防銹蝕。因而，對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行必要的潤(rùn)滑，能夠大大改善輪齒的工況，確保運(yùn)轉(zhuǎn)正常及預(yù)期的壽命。通用閉式齒輪傳動(dòng)，其潤(rùn)滑方法依據(jù)齒輪圓周速度大小決定。當(dāng)齒輪的圓周速度時(shí)，通常是將大齒輪輪齒浸入油池中進(jìn)行浸油潤(rùn)滑。這樣，齒輪傳動(dòng)時(shí)，就把潤(rùn)滑油帶到嚙合的齒面上，也能將油甩到箱壁上，借以散熱。齒輪浸入油中的