【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 )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，故無需對(duì)進(jìn)行修正。 3. 確定模數(shù)m (331) 4. 計(jì)算傳動(dòng)尺寸 中心距為 (332)分度圓直徑為 (333) 齒寬： (334)設(shè)兩齒寬均取值10mm（后用有限元進(jìn)行校核） 雙速變速箱相關(guān)齒輪計(jì)算結(jié)果標(biāo)號(hào)名稱技術(shù)參數(shù)高速狀態(tài)低速狀態(tài)轉(zhuǎn)速rpm轉(zhuǎn)矩Nm轉(zhuǎn)速rpm轉(zhuǎn)矩NmZ1電機(jī)齒輪Z=18；m=130003000Z2高速輸入輪Z=50；m=1108010800Z3低速輸入輪Z=100；m=15400540Z4高速輸出輪Z=50；m=1080162*0*Z5低速輸出輪Z=15；m=3600*0*540Z6輸出齒輪Z=80；m=675注：帶有“*”的為實(shí)際不存在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度和幾何尺寸只能確定出齒輪傳動(dòng)的主要尺寸，即分度圓的直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒輪寬度等。而輪緣，輪輻和輪轂的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸則需要通過齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來確定。現(xiàn)拿齒輪ZZZ5來舉例說明齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。由于齒輪Z2的齒根圓直徑： （335）又相應(yīng)的軸的直徑為10mm，則肯定滿足齒根圓到鍵槽底面的徑向距離e。故齒輪可以不做成齒輪軸，做成實(shí)心式齒輪或腹板式齒輪，為了減輕質(zhì)量和節(jié)約材料，決定Z2齒輪的設(shè)計(jì)采用鍛造式腹板結(jié)構(gòu)。又Z2齒輪與離合器相連，故內(nèi)空的尺寸與離合器相匹配后再進(jìn)行設(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。故齒輪不必做成齒輪軸，做成實(shí)心式齒輪或腹板式齒輪即可，為了減輕質(zhì)量和節(jié)約材料，決定把Z4齒輪的設(shè)計(jì)成鍛造式腹板結(jié)構(gòu)。齒輪Z5為低速運(yùn)動(dòng)軸輸出齒輪，齒輪內(nèi)孔（輪轂）與軸相連，且由于齒輪Z5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，則必然有齒根圓到鍵槽底面的徑向距離e。故齒輪Z5為了保證強(qiáng)度和剛度要求，只能夠和低速運(yùn)動(dòng)軸連成一體，做成齒輪軸。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。有銑削法和拉削法兩種方法，本設(shè)計(jì)的齒輪采用銑削法進(jìn)行加工，即刀具在其軸剖面內(nèi)，刀刃的形狀和被切齒槽的形狀相同。 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算高速運(yùn)動(dòng)軸的傳遞的最大運(yùn)動(dòng)功率為Ph=，轉(zhuǎn)速=1080r/min。小齒輪分度圓直徑，齒輪寬度b=10mm，轉(zhuǎn)矩。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)算過程中只考慮轉(zhuǎn)矩，用降低許用應(yīng)力的方法來考慮彎矩的影響。由材料力學(xué)可知，軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，其強(qiáng)度條件為： （336）即：其中：—軸截面中最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力MPa； P—軸傳遞的功率，kW。 n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min。 —許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa； C—由許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)， —抗扭截面模量； d—軸的直徑，mm。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。高速運(yùn)動(dòng)軸的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及構(gòu)想如下圖所示：1. 軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸不長(zhǎng)故軸承采用兩端固定方式。然后按軸上零件的安裝順序，從左端開始設(shè)計(jì)。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2. 軸承的選擇與軸承段的設(shè)計(jì) 1）軸段1和軸段5的設(shè)計(jì) 該軸段上安裝軸承，其設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與軸承的選擇同步進(jìn)行，由于該齒輪箱的傳動(dòng)，只受到徑向力的作用，故選擇深溝球軸承61800，經(jīng)計(jì)算滿足設(shè)計(jì)性能要求，但是考慮到要求該裝置的質(zhì)量盡量輕，故改選軸承628/8型，由設(shè)計(jì)手冊(cè)可查，內(nèi)徑d=8mm，外徑D=16mm，寬度B=5mm，定位軸肩直徑da=10mm外徑定位直徑Da=20mm，故d1=8mm。通常一根軸上的兩個(gè)軸承取相同型號(hào)，則d5=8mm。 2）軸段3的設(shè)計(jì) 軸段3上分別安裝齒輪4和齒輪5為了便于齒輪的安裝，dd3應(yīng)分別大于dd5，可初步設(shè)定d2=d3=10mm。齒輪4的輪轂寬度范圍一般為（~）d2=12~15mm，但是為了減輕齒輪的質(zhì)量，可取齒輪的輪轂寬度為11mm，右端采用軸肩固定，左側(cè)用套筒固定（齒輪擋圈）；齒輪5固定在電磁離合器上，電磁離合器左端采用軸肩固定，右端采用套筒固定。為使套筒端面能夠頂?shù)烬X輪端面，軸段3的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)比相應(yīng)齒輪的輪轂長(zhǎng)度短，故取=10mm，=。 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。 4) 軸段5的兩端為伸出端、可相應(yīng)的取長(zhǎng)度為3mm（包含退刀槽）。 經(jīng)上述過程軸的設(shè)計(jì)如下圖 電磁離合器軸的結(jié)構(gòu)尺寸齒輪和離合器與軸的連接均采用薄型平鍵連接，因?yàn)楸⌒推芥I的側(cè)面為工作面，對(duì)中性好，裝拆方便，定位精度高，可以承受高速運(yùn)動(dòng)。按照工作面的平均擠壓應(yīng)力進(jìn)行條件性計(jì)算，其強(qiáng)度條件為： （337）式中：—工作面的擠壓應(yīng)力，MPa； T—傳遞的轉(zhuǎn)矩，N?m； d—軸的直徑，mm； l—鍵的工作長(zhǎng)度（A型l=Lb）； k—鍵與轂槽接觸的高度，mm； —許用擠壓應(yīng)力，MPa。設(shè)定選用薄型平鍵GB/T 1567，鍵5310。帶入計(jì)算可得： （338）故選用薄型平鍵GB/T 1567，鍵5310。同理計(jì)算可知，另一連接鍵也可以選用薄型平鍵GB/T 1567，鍵5310。按照上述步驟設(shè)計(jì)低速運(yùn)動(dòng)軸，故可以設(shè)計(jì)成齒輪軸，既可以增加齒輪和軸的剛度，又可以減輕兩者的質(zhì)量。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。 齒輪軸結(jié)構(gòu)尺寸 離合器的選擇電磁離合器靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離?？煞譃椋焊墒絾纹姶烹x合器，干式多片電磁離合器，濕式多片電磁離合器，磁粉離合器，轉(zhuǎn)差式電磁離合器等。電磁離合器工作方式又可分為：通電結(jié)合和斷電結(jié)合。 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，電磁離合器斷開連接，不再工作）。由于現(xiàn)階段主要是按照理想狀況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了便于后續(xù)的轉(zhuǎn)矩的調(diào)解可以選用無滑環(huán)濕式多片電磁離合器：（無滑環(huán)濕式多片電磁離合器是引進(jìn)西德技術(shù)產(chǎn)品。采用多片、無滑環(huán)、磁通過片的結(jié)構(gòu)，在有潤(rùn)滑條件下工作，其壽命長(zhǎng)，屬半永久型，性能穩(wěn)定，安裝方便，適用于機(jī)床、印刷、船舶等各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) ）。由于在真空環(huán)境下工作時(shí)間特別短（大約10秒），可以不適用潤(rùn)滑油，而采用浸油潤(rùn)滑。無滑環(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=。加速時(shí)質(zhì)量按照20kg計(jì)算，可以確定加速力矩為： ()綜上?？梢赃x擇DLM3系列無滑環(huán)濕式多片電磁離合器，其主要參數(shù)如下：額定動(dòng)轉(zhuǎn)距：12額定靜轉(zhuǎn)矩：20空載轉(zhuǎn)矩：接通時(shí)間：斷開時(shí)間：額定電壓：（DC）24V線圈消耗功率：（20℃）18W允許最高轉(zhuǎn)速：3500r/min質(zhì)量： 單位：mmD1D2Ddb216。ehLL1L2St865020176206516 。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。主要利用主、從動(dòng) 電磁離合器及其裝配示意圖部分的速度差或旋轉(zhuǎn)方向的改變，來自行離合的功能裝置。超越離合器分為滾珠式超越離合器、楔塊式超越離合器和棘輪式超越離合器三種。滾柱式超越離合器根其星輪位置不同分為外星輪和內(nèi)星輪兩種，所謂星輪（軛）是指圓柱與圓柱孔的共軛面，而星輪是具有容納滾柱的凹槽的零件。為了便于加工且保證其加工精度，內(nèi)星輪式被廣泛采用。按星輪工作面的形狀不同，又可分為平面型、對(duì)數(shù)螺旋面型和偏心圓柱面型等三種。平面型加工簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，可是其楔觸角不隨滾柱磨損和接觸位置的不同而改變，且加工較困難；偏心圓柱面的加工難易程度、使用性能、壽命均居于平面型和對(duì)數(shù)螺旋面型之間。楔塊超越離合器用異形楔塊代替滾柱作為楔緊件，是用楔塊和內(nèi)、外滾道組成摩擦副的一種離合器。當(dāng)內(nèi)、外環(huán)與楔塊間無相對(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。楔塊超越離合器主要有基本型、無內(nèi)環(huán)型和帶軸承型。其連接形式分為鍵連接、齒輪連接、帶輪連接、鏈輪連接、螺栓連接等。根據(jù)雙速變速箱的設(shè)計(jì)需要可以選擇滾柱式單向超越離合器，