【文章內(nèi)容簡介】 級傳動，第一級傳動為圓柱齒輪傳動，傳動比 1i ＝ 2，第二級傳動為圓錐齒輪傳動，傳動比 2 5i? 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 9 3 齒 輪的設(shè)計 齒輪強度的設(shè)計與校核 ??6 第一級圓柱齒輪傳動設(shè)計 齒輪 材料 采用 45 號鋼，鍛造毛坯， 小齒輪調(diào)質(zhì)處理，表面硬度為 210HBS；大齒輪 正火處理后齒面硬度 為 180HBS，因載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選齒輪精度等級為 7級。取 40202,20 21 ???? zz 則 。 a. 設(shè)計準則 先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 b. 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 齒面接觸疲勞強度條件的設(shè)計表達式 3 1][ 121 uuKTZddHEt ??????????? ?? (31) 式 中， tK 載荷系數(shù) ,取 ?tK ； d? 齒寬系數(shù) ，取 ?d? ， 2?u ； EZ材 料系數(shù) ，取 aE MPZ ? 。 小齒輪傳遞扭矩 mmNnPT ??????? 12401500/ 661 (32) 大小齒輪的接觸疲勞強度極根應(yīng)力為： MPaH 5801lim ?? ； MPaH 5602lim ?? 選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： MPaF 2301lim ?? ； MPaF 2102lim ?? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由下列公式計算可得 hjlnN 11 60? （ 33） 168300150060 ????? ?? 則 9912 ????? uNN 接觸疲勞壽命系數(shù) ?NHK , ?NHK ； 垂直多關(guān)節(jié)機器人臂部和手部設(shè)計 10 彎曲疲勞壽命系數(shù) 121 ?? NN YY ； 接觸疲勞安全系數(shù) 1min ?HS ， 彎曲疲勞安全系數(shù) ?FS 。 許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力： ? ?? ?? ?? ?1 l im11m in2 l im22m in1 l im 111m in2 l im 222m in580 6381560 5921230 21 307210 21 280HHNHHHNHF STFNFF STFNFZ M PaSZ M PaSYY M Pa M PaSYY M Pa M PaS????????? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ? 將有關(guān)值代入（ 31）得： ? ?2131223 1240 2 242tEtHdKTZ udummmm??? ??? ?????????? ? ?????? 計算圓周速度 : smndv t / 150042100060 111 ?? ????? ?? 計算載荷系數(shù) :動載荷系數(shù) Kv=；使用系數(shù) 1?AK ；動載荷分布不均勻系數(shù)??K ；齒間載荷分配系數(shù) 1?Ka ， 則 ?????? KaK v KKK AH ? 。 修正 mmKKdd tHt 3311 ???? ； mmmmzdm ??? ； 取標準模數(shù) mmm 2? 。 c. 計算基本尺寸 ? ?mmdbmmzzmammmzdmmmzdd 602 8040280402402021212211?????????????????? 取 1 32b mm? mmb 222 ? 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 11 d. 校核齒根彎曲疲勞強度 齒形系數(shù) ?FSY ， ?FSY ， 取 ??Y ， 校核兩齒輪的彎曲強度 ??? YYmzKT FSdF 1321 11 2? （ 34） MP 32 ???? ??? =[ 1F? ] ? ?21212 FFSFSFF MP aMP aYY ??? ?????? 所以齒輪完全達到要求。由于小齒輪分度圓直徑較小，考慮到結(jié)構(gòu)，將小齒輪做成齒輪軸。圓柱齒輪的幾何參數(shù)見表 31。 表 31圓柱齒輪的幾何尺寸 名稱 符號 公式 分度圓直徑 d mmmzd 4020211 ???? mmmzd 8040222 ???? 齒頂高 ah mmmhah a 221 ???? ? 齒根高 fh mmmChh af )()( ?????? ?? 齒全高 h mmhhh fa ????? 齒頂圓直徑 1ad mmhdd aa 44211 ??? mmhdd aa 84222 ??? 齒根圓直徑 1fd mmhdd ff 35211 ??? mmhdd ff 75222 ??? 基圓直徑 1bd mmdd b o s11 ?? ? mmdd b o s22 ?? ? 齒距 p mmmp ???? ? 齒厚 s mmms ?? ? 齒槽寬 e mmme ?? ? 中心距 a mmdda 602/)( 21 ??? 頂隙 c mmmcc ???? ? 垂直多關(guān)節(jié)機器人臂部和手部設(shè)計 12 第二級圓錐齒輪傳動設(shè)計 齒輪 材料 采用 45 號鋼， 小齒輪調(diào)質(zhì)處理表面硬度為 210HBS；大齒輪正火處理后齒面硬度為 180HBS， 齒輪精度等級為 7 級。取 1 0 0205,20 21 ???? zz 則 。 。 a. 設(shè)計準則 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 b. 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 齒面接觸疲勞強度的設(shè)計表達式 3 2121 )(4][ uKTZZdRRHEHt ??? ?????????? (35) 其中， 取 ? ? ， 5?u ； aE MPZ ? ， ?HZ ； mmNnPT ?????? 9550200 661 選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： MPaH 580lim1 ?? ； MPaH 560lim2 ?? 選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： MPaF 230lim1 ?? ； MPaF 210lim2 ?? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由下式計算可得 atnN 11 60? 168300202060 ????? ?? 則 9912 ????? uNN 接觸疲勞壽命系數(shù) ?NZ , ?NZ ； 彎曲疲勞壽命系數(shù) 121 ?? NN YY ； 接觸疲勞安全系數(shù) 1min ?HS ， 彎曲疲勞安全系數(shù) ?FS ,又 ?STY ， 試選?tK 。 許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力： 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 13 ? ?? ?? ?? ? M P aM P aYSYM P aM P aYSYM P aZSM P aZSNFSTFFNFSTFFNHHHNHHH280122102230158015802m i nlim221m i nlim112m i nlim21m i nlim11?????????????????????????? 將有關(guān)值代入（ 35）得： 2131 22324[ ] ( 1 ) 4 9550 ( 1 ) 2HEtH R RZ Z K Tdumm? ? ???? ?????? ? ?????? ? ? ? ???? 則 smndv t / 111 ?? ????? ?? smsmvz /??? 動載荷系數(shù) ?Kv ；使用系 數(shù) 1?AK ；齒向載荷分布不均勻系數(shù) ??K ；齒間載荷分配系數(shù)取 1?Ka ，則 ?????? KaK v KKK AH ? 。 修正 mmKKdd tHt 3311 ???? mmmmzdm ??? 取標準模數(shù) mmm 2? 。 本尺寸 ? ? mmzzmammmzdmmmzd1202 202002202000240202212211????????????? d. 校核齒根彎曲疲勞強度 復(fù)合齒形系數(shù) ?FSY ， ?FSY ， 取 ??Y 。 垂直多關(guān)節(jié)機器人臂部和手部設(shè)計 14 校核兩齒輪的彎曲強度 23212 111 1)(4 umzYKTRRFSF ??? ??? （ 36） MP a2322 51220)( ????? ???? ? ?121 FMPa ??? ? ?21212 FFSFSFF MP aMP aYY ??? ?????? 所以齒輪完全達到要求。 由于小齒輪的分度圓直徑較小，所以作成齒輪軸。 表 32圓錐齒輪的幾何參數(shù) 名稱 符號 公式 分度圓直徑 d mmmzd 4020211 ???? mmmzd 202000222 ???? 齒頂高 ah mmmhah a 221 ???? ? 齒根高 fh mmmchah f )()( ?????? ?? 齒頂圓直徑 ad mmhdd aa 44c o s211 ??? ? mmhdd aa 202c o s222 ??? ? 齒根圓直徑 fd mmhdd ff 37c os211 ??? ? mmhdd ff 197c os222 ??? ? 齒頂角 a? ?? Rh aa? 齒根角 f? ?? Rh ff? 分度圓錐角 ? ?? Rmz? 頂錐角 a? ???? aa ??? 根錐角 f? ?10??? ff ??? 錐距 R mmmzR 102s in2/ ?? ? 齒寬 b mmRb )~( ?? 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2020 15 4 軸的設(shè)計 ??7 軸的結(jié)構(gòu)決定于受力情況、軸上零件的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛坯，制造和裝配工藝、以及運輸、安裝等條件。軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，有良好的工藝性，并使軸上零件定位可靠、裝配方便。對于要求剛度大的軸，還應(yīng)該從結(jié)構(gòu)上考慮減少軸的變形。 轉(zhuǎn)腕 傳動軸的選擇 轉(zhuǎn)腕的傳動軸根據(jù)聯(lián)軸器選：軸徑 d=20 mm ，根據(jù)結(jié)構(gòu)取軸長 l=255mm。 由于要實現(xiàn)轉(zhuǎn)腕，工作時要求彼此有相對運動的空間傳動所以轉(zhuǎn)腕的傳動軸采用軟軸。軟軸通常由鋼絲軟軸、軟管、軟軸接頭和軟管接頭等幾部分組成。 a. 鋼絲軟軸由幾層彈簧鋼絲緊繞在一起構(gòu)成的。每層又由若干根鋼絲組成。相鄰鋼絲層的纏繞方向相反。 b. 軟管用來保護鋼絲軟軸，以免與外界的機件接觸，并保存潤滑劑和防止塵垢侵入；工作時軟管還起支撐作用。 c. 軟軸接頭用以連接動力輸出軸及工作部件 d. 軟管接口用以連接傳動裝置及工作部件的機體，有時也是軟軸接頭的軸承座。 在使用軟軸的時 候要注意鋼絲軟軸必須定時涂潤滑脂，不得使軟軸的彎曲半徑小于允許最小半徑。 擺腕傳動軸 的設(shè)計 圓柱齒輪軸的設(shè)計 由于主軸傳遞的功率不大，對其重量和尺寸也無特殊要求，故選常用材料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 a. 初估軸徑， C=106~117,取 C=106 則 3min PdCn? （ 41） 3?? = b. 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按照軸上零件的安裝順序從 mind 處開始逐段確定軸徑，上面計算的 mind 是軸段 1的直徑，由于軸段