【文章內(nèi)容簡介】 廣泛，傳遞的功率近十萬千瓦，圓周速度可達(dá) 200m/s。齒輪傳動按照兩齒輪軸在機(jī)構(gòu)中相對位置的不 同 1) 齒輪傳動主要特點： 效率高 在常用的機(jī)械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪的效率可達(dá) 99%。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高 1%，也有很大的經(jīng)濟(jì)效益。 結(jié)構(gòu)緊湊 在相同的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。 工作可靠，壽命長 設(shè)計制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪，工作十分可靠，壽命可長達(dá)一、二十年，這也是其它機(jī)械傳動所不能比擬的。這對車輛及礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。 傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于這一特點。 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離大的場合。 齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也極易磨損，故只宜用于低速傳動。當(dāng)齒輪傳動裝有簡易的防護(hù)罩，有時還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它的工作條件雖有改善，但仍不能做到防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動機(jī)等所用的齒輪傳動 ，都是裝在精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體（機(jī)匣）內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動（齒輪箱）。它與開式或半開式相比，潤滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場合。 2)設(shè)計原則： 所設(shè)計的齒輪傳動在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個工作壽命期間不致失效。目前設(shè)計一般使用的齒輪傳動時，通常按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計算。 設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對齒輪材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要 韌。常用的齒輪材料有鋼、鑄鐵和一些非金屬材料。 3)設(shè)計步驟： 整個回轉(zhuǎn)頭回轉(zhuǎn) 180176。換刀的運(yùn)動是由回轉(zhuǎn)液壓缸 8 驅(qū)動，回轉(zhuǎn)液壓缸的輸出軸上安裝有齒輪 99，齒輪 41 裝在套筒上，回轉(zhuǎn)液壓缸固定在立柱上。當(dāng)回轉(zhuǎn)液壓缸動片轉(zhuǎn)動時，齒輪 99 帶動齒輪 41 轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)角的極限位置可由螺釘限定，同時有微動行程開關(guān)發(fā)出到位信號，其運(yùn)動的計算公式為： υ41/υ99=Z2/（ Z1+Z2） （ 3） 式中 υ41 回轉(zhuǎn)頭的回轉(zhuǎn)角度 υ99回轉(zhuǎn)缸動片的轉(zhuǎn)角 Z1齒輪 41 的齒數(shù) Z2齒輪 99 的齒數(shù) 由于在這里 υ44=180176。， υ99=280176。，即： 180176。 /280176。 = Z2/（ Z1+Z2） 解得：兩齒輪的齒數(shù)比 μ= Z2/Z1= （ 1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 直齒圓柱齒輪傳動。 械手換刀時速度較高，我們選用 6 級精度（ GB1009588）。 材料選擇。 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ,硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼 (調(diào)質(zhì) )硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 選小齒輪齒數(shù)為 Z1=24,大齒輪齒數(shù) Z2=μZ1= 24=,取 Z2=43。 （ 2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 查機(jī)械設(shè)計 [3]知其設(shè)計公式如下，即： d1t≥{(KtT1/υd)[(μ177。1)/μ](ZE/[σH])2}1/3 （ 4） a 確定公式內(nèi)各計算式數(shù)值 試選載荷系數(shù) Kt= 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=105P1/n1=10530/ = 選取齒寬系數(shù) υd＝ 1 材料的彈性影響系數(shù) ZE =按齒輪齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 σHlim1 =600MPa。大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 σHlim2=550MPa。 由式 1013 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1=60n1jLh=6014601（ 2830015） =109 N2=109/=109 接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1 =。K HN2= 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%,安 全系數(shù) S=1,得 [σH]1= KHN1σHlim1/S=600MPa=546MP [σH]2= KHN2σHlim2/S=550Mpa=517Mpa b 計算 試算小齒輪分度圓直徑 d1t,代入 [σH]中較小的值 d1t≥{(KtT1/υd)[(μ177。1)/μ](ZE/[σH])2}}1/3 ={(105/1)[(+1)/]()2}1/3 = 計算圓周速度 v v=πd1tn1/601000=π1460/601000m/s=（ 5） 計算齒寬 b b=υdd1t=1= （ 6） 計算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) mt=d1t/ Z1=（ 7） 齒高 h=== （ 8） b/h=計算載荷系數(shù) 根據(jù) v=,6 級精度 ,由此得動載荷系數(shù)： KV=。 直齒輪 ,假設(shè) KAFt/b≤100N/ [3]圖 108 可得： KHα=KFα=。 （ 9） 由機(jī)械設(shè)計 [3]表 102 可查得使用系數(shù)： KA=1。 由機(jī)械設(shè)計 [3]表 104 查的 7級精度、小齒輪 相對支承非對稱分布時， KHβ=+(1+)υd2+103b （ 10） 將數(shù)據(jù)代入后得 KHβ=+(1+12)12+103= 由 b/h=, KHβ=,查機(jī)械設(shè)計 [3]圖 1013 得 KFβ=。故載荷系數(shù)： K=KAKVKHαKHβ=1= 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由機(jī)械 設(shè)計 [3]式（ 1010a）得 d1= d1t(K/Kt)2/3=()2/3 ㎜ = ㎜ （ 11） 計算模數(shù) m m=d1/ Z1=㎜ = ㎜ （ 3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 查機(jī)械設(shè)計 [3]得彎曲強(qiáng)度計算的設(shè)計公式為 m≥[(2KT1/υd Z12)(YFaYSa/[σF])]1/3 （ 12） a 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 由機(jī)械設(shè)計 [3]圖 1020c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限： σFE1=500Mpa 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限： σFE2=380Mpa 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)： KFN1= KFN2= 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)： S= 由式得 [σF]1= KFN1/σFE1=500/= （ 13） [σF]2= KFN2/σFE2=380/= （ 14） 計算載荷系數(shù) K=KAKVKFαKFβ=1= （ 15） 查取齒形系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計 [3]表 105 查得： YFa1= YFa2= 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計 [3]表 105查得： YSa1 = YSa2= 計算大、小齒輪的 YFaYSa/[σF]并加以比較 YFa1YSa1/[σF]1 =（ 16） YFa2YSa2/[σF]2=大齒輪的數(shù)值大。 b 設(shè)計計算 m≥[（ 2105） /1242]]1/3mm= 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)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（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(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 d1=,算出小齒輪齒數(shù)： 小齒輪齒數(shù)： z1= d1/m=大齒輪齒數(shù)： z2=μz1=32= 取 z2=58 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 （ 4） 幾何尺寸計算 分度圓直徑 d1=z1m=323mm=96mm d2=z2m=583mm=174mm 2）計算中心距 a= (d1+d2)/2=（ 96+174） /2mm=134mm （ 17） 3）計算齒輪寬度 b=υdd1=196mm=96mm （ 5）驗算 Ft =2T1/d1=2105/96N= （ 18） KAFt/b=1＜ 100 N/mm,合適。 另外，機(jī)械手臂的伸出和縮回是通過齒輪齒 條傳動進(jìn)行的，其設(shè)計過程與此相似，由于受篇幅的限制，這里就不再敘述設(shè)計步驟。 軸的設(shè)計 軸是組成機(jī)械的一個常用的重要零件，它支持著其他轉(zhuǎn)動零件如齒輪、蝸輪等零件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，它由軸系支持、軸承則安放在箱體或機(jī)架上面，軸承、軸和軸上零件形成一個組成體，稱為軸系。組成軸系的主要零件 軸、軸承、聯(lián)軸器等稱為軸系零件。 軸設(shè)計的主要問題： 軸的設(shè)計主要包括：軸的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性計算等，設(shè)計軸的主要步驟如下： （ 1）根據(jù)機(jī)械傳動總體布局?jǐn)M定軸上零件的位置。 （ 2）選擇軸的 材料。 （ 3）初步估計軸的直徑。 （ 4）進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 5）進(jìn)行軸的強(qiáng)度、剛度、振動計算。 （ 6）校核鍵、軸承、聯(lián)軸器等的強(qiáng)度或壽命。 （ 7）繪出軸系的裝配圖、零件圖等。 軸是組成機(jī)械的一個重要零件。它支承著其他轉(zhuǎn)動件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，同時它又通過軸承和機(jī)架聯(lián)接。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成了一個以軸為基準(zhǔn)的組合體 —— 軸系部件。 軸的總類 ： 軸按受載情況分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸，其中轉(zhuǎn)軸既支承傳動機(jī)件又傳遞力，即承受彎矩和扭矩兩種作用；心軸只起支承旋轉(zhuǎn)件作用而不傳遞動力，即只承受彎矩作用；傳動 軸主要傳遞動力，即主要承受扭矩作用。 按結(jié)構(gòu)形狀分為：光軸、階梯軸、實心軸、空心軸等。 按幾何軸線形狀分為：直軸、曲軸、鋼絲軟軸。 設(shè)計軸時應(yīng)考慮多方面的因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和剛度。對于高速軸還應(yīng)考慮震動穩(wěn)定性問題。 軸的常用材料 軸的材料種類很多，設(shè)計時主要根據(jù)對軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。 軸的常用材料是 3 4 50 優(yōu)質(zhì)碳素鋼，對于受載較小或不太重要的軸，也可以用A A5 等普通碳素鋼。對于 受力較大，軸的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的軸，可采用合金鋼。 根據(jù)工作條件要求，軸可在加工前或加工后經(jīng)過整體或表面處理，以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、輥壓、氮化等），以提高其強(qiáng)度（尤其疲勞強(qiáng)度）和耐磨、耐腐蝕等性能。 軸一般由軋制圓鋼或鍛件經(jīng)切削加工制造。軸的直徑較小，可用圓鋼棒制造；對于重要的，大直徑或階梯直徑變化較大的軸，采用鍛坯。為節(jié)約金屬和提高工藝性，直徑大的軸還可以制成空心的，并且?guī)в泻附拥幕蛘咤懺斓耐咕?。對于形狀?fù)雜的軸，可采用鑄造。 軸的結(jié)構(gòu)決定于受載情況、軸上零件的布置和固定方式、軸 承的類型和尺寸、軸的毛坯、制造和裝配工藝及安裝、運(yùn)輸?shù)葪l件。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)是盡量減小應(yīng)力集中，受力合理，有良好工藝性，并使軸上零件定位可靠，裝拆方便。對于要求剛度大的軸，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。