【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 表 電機(jī)尺寸表 P E M nd D2 D3 D4 D b h B 4 9 129 412 290 260 230 45 8 31 576 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)門(mén)為一般傳動(dòng)，速度不高，故選用 7 級(jí)精度（ GB1009588）。查文獻(xiàn) [3]中小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪的材料選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齒輪齒數(shù) 1z =30，大齒輪齒數(shù) 2 3 0 6 . 8 6 2 0 5 . 8z ? ? ?，取 2z =206。 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即 ? ?23 t EtdHKT Zudu?????? ? ? ???? 式 () ①確定公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù) 試選用載荷系數(shù) tK =。 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 41 10 .T N mm?? 式 () 由文獻(xiàn) [3]中表 107 選取齒寬系數(shù) d? =1。 由文獻(xiàn) [3]中表 106 查得材料的彈性系數(shù) MP? 。 由文獻(xiàn) [3]中圖 1021d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim1 600HaMP? ? ，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 lim 2 550HaMP? ? 。 由根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 8116 0 6 0 4 1 . 1 6 1 ( 2 8 3 6 5 1 5 ) 1 . 8 0 3 1 0hN n jL? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式 () 8 72 1 .8 0 3 1 0 2 .6 3 1 06 .8 6N ?? ? ? 式 () 由文獻(xiàn) [3]中圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù)： 1 ? ， 2 ? 。 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1％，安全系數(shù) S=1，得 1 l im11[ ] 0 .9 0 6 0 0 5 4 0H N HH K M P a M P aS?? ? ? ? ? 式 () 2 l im 2[ ] 0 .9 6 5 5 0 5 2 8H N HH K M P a M P aS?? ? ? ? ?2 式 () ②計(jì) 算 試計(jì)算小齒輪的分度圓 1td ，代入 [ H? ]中較小的值 ? ?2312431 2 5 4 10 6 18 21 6 52 857 .85t EtdHKT Zudumm?????? ? ? ?????? ??? ? ? ? ????? 式 () 計(jì)算圓周速度 v 1 57 .8 5 41 .1 6 0. 12 5 /60 10 00 60 10 00tdnv m s? ? ??? ? ??? 式 () 計(jì)算齒寬 由文獻(xiàn) [3]中 表 10— 7 取 d? = 1 5 7 . 8 5 5 7 . 8 5dtb d m m?? ? ? ? ? 式 () 計(jì)算齒寬和齒高之比 b/h 模數(shù)： 11 dm mmz? ? ? 式 () 齒高： 2 . 2 5 2 . 2 5 1 . 9 3 4 . 3 4 2 5th m m m? ? ? ? 式 () ?? 式 () 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=， 7 級(jí)精度，由文獻(xiàn) [3]中圖 108 查得動(dòng)載系數(shù) Kv=； 直齒輪，假設(shè) 10 /AtKF N mmb ? 。由文獻(xiàn) [3]中圖 10— 3 查得 FaKK?? 由文獻(xiàn) [3]中表 102 查得兩段的齒輪的使用系數(shù) ? ， 由文獻(xiàn) [3]中表 1047 級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承懸臂布置時(shí)， 2 2 31 . 1 2 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 2 3 1 0H d dKb? ?? ?? ? ? ? ? 式 () 將數(shù)據(jù)代入后得 31 . 4 0 . 1 8 ( 1 6 . 7 ) 1 0 . 2 3 1 0 5 2 . 8 5 2 . 7 9HK ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 式 () 由 b/h=, HK? =，查文獻(xiàn) [3]中圖 1013 得 FK? = 故載荷系數(shù) 1 .2 5 1 .4 1 .2 2 .7 9 5 .8 5 9A V H HK K K K K??? ? ? ? ? ? 式 () 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得 331 K 5 . 8 5 95 7 . 8 5 9 6 . 8 2K 1 . 2 5td d m mt? ? ? ?1 式 () 計(jì)算模數(shù) 30dm m mz? ? ?11 式 () 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算公式 ? ?322 F a S adFYYKTm z??????????? 式 (） ① 確定計(jì)算公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù) 由文獻(xiàn) [3]中圖 1020c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1 500FE MPa? ? ；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2 380FE MPa? ? ； 由文獻(xiàn) [3]中圖 1018 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 1 ? ， 2 ? ； 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=，由下式得 ? ? 11 0 .8 9 5 0 0 3 1 7 .8 61 .4F N F EF K M P aS ?? ? ?? ? ?1 式 () ? ? 22 0 .9 3 3 8 0 2 5 2 .4 31 .4F N F EF K M P aS ?? ? ?? ? ?2 式 () 計(jì)算載荷系數(shù) K 1 . 2 5 1 . 4 1 . 2 2 . 6 5 5 . 5 6 5A V H FK K K K K??? ? ? ? ? ? 式 () 查取齒形系數(shù) 由文獻(xiàn) [3]中表 105 查得 1 ? ， 2 ? ； 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻(xiàn) [3]中表 105 可查得 1 ? ， 2 ? ； 計(jì)算大、小齒輪的 ? ?Fa SaFYY?? 并加以比較 ? ?11 2 . 5 2 1 . 6 2 5 0 . 0 1 2 8 8 33 1 7 . 8 6F a S aFYY? ? ???1 式 () ? ?22 2 . 1 0 1 . 9 0 . 0 1 5 8 12 5 2 . 4 3F a S aFYY? ? ???2 式 () 由上式可得大齒輪的數(shù)值較大。 ② 設(shè)計(jì)計(jì)算 ? ?13243222 65 15 811 30 72F a SadFYYKTmzmm??????? ????? ? ????? 式 () 此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù) m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=3；按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑1 mm? ，算出小齒輪齒數(shù)： 1 m? ? ?，取 1z =33。大齒輪齒數(shù)：21 6 .8 6 3 3 2 2 6 .3 8z u z? ? ? ?取 2 226z ? 這樣的齒輪傳動(dòng)，既滿(mǎn)足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，而且做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi) 。 幾何尺寸計(jì)算 ①計(jì)算分度圓直徑 3 3 3 9 9d z m m m? ? ? ? ?11 式 () 2 2 6 3 6 7 8d z m m m? ? ? ? ?22 式 () ②計(jì)算中心距 ? ? ( 9 9 6 7 8 )3 8 8 . 522dda m m? ?? ? ?12 式 () ③計(jì)算齒輪寬度 1 1 9 9 9 9db d m m?? ? ? ? ? 式 () 取 211 0 0 , 1 0 4B m m B m m??。 ④驗(yàn)算 4112 2 8 . 7 1 0 1 7 5 7 . 699t TFNd ??? ? ? 式 () 1 1 7 5 7 .6 2 2 .2 / 1 0 0 /99AtKF N m m N m mb ?? ? ?，合適。 式 () 由于軸的尺寸非常大，故將齒輪改為齒圈其設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)與一般齒輪設(shè)計(jì)時(shí)完全一樣的。 5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 變頻器容量選擇計(jì)算 變頻器容量的選用有很多因數(shù)決定，列如電動(dòng)機(jī)的容量，電動(dòng)機(jī)的額定電流，電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間等，其中最主要的電動(dòng)機(jī)的額定電流。 表 電機(jī)參數(shù)表 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率（ W） 額定電流（ A） 額定電壓（ V） 效率（ %） 功 率因素 最 大 轉(zhuǎn) 矩額 定 轉(zhuǎn) 矩 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2( . )kgm 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Y8814 550 380 73 ①驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī) 對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿(mǎn)足下列 3 項(xiàng)計(jì)算公式： 滿(mǎn)足負(fù)載輸出 /kVA： cosmcm kPP ??? 式 () 550( )?? ? ? 滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)容量 /kVA： 310 3cm e eP U I?? 式 () 310 3 380 ?? ? ? ?? 滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)電流 /A： cm eI kI? 式（ ) ??? 式中： cmP 為變頻器的容量 /kVA mP 負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率 /kw eU 電動(dòng)機(jī)額定電壓 /v eI 電動(dòng)機(jī)額定電流 /A ? 電動(dòng)機(jī)效率 cos? 電動(dòng)機(jī)功率因數(shù) k 電流波形補(bǔ)償系數(shù) k 是電流波形補(bǔ)償系數(shù)，由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含 有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加。對(duì) PWM 控制方式的變頻器， k 約為~。 ②指定變頻器的啟動(dòng)加速時(shí)間 變頻器產(chǎn)品型號(hào)所列的變頻容量，一般以標(biāo)準(zhǔn)條件為準(zhǔn)，在變頻器過(guò)載能力以?xún)?nèi)進(jìn)行加減速，在進(jìn)行急劇加速和減速時(shí)，一般利用失速防止功能，以避免變頻器跳閘，但同時(shí) 也加長(zhǎng)了加減速時(shí)間。 如果生產(chǎn)設(shè)備對(duì)加速時(shí)間有特殊要求時(shí)，必須事先核實(shí)編破器的容量是否能夠滿(mǎn)足所要求的加速時(shí)間，如不能滿(mǎn)足 ,則要選用加大一檔的變頻器容量。 在指定加速時(shí)間的情況下，變頻器所必需的容量計(jì)算如下： 29 3 7 c o s 3 7 5lcm AkT G D nP t???? 式 () 22 2 5 . 4 0 . 61 . 1 1 4 4 0( 9 3 7 0 . 7 3 0 . 7 6 ) ( 3 7 5 3 )0 . 9 4? ? ? ?? ? ?? 式中： cmP 為變頻器 的容量 /kVA k電流補(bǔ)償系數(shù) ,對(duì) PWM 控制方式的變頻器 ,k 約為 ~ ? 電動(dòng)機(jī)效率 ? cos? 電動(dòng)機(jī)功率因數(shù) n 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 /(r/min) 2GD 電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪力矩 /( ? )