【文章內容簡介】 廣泛，傳遞的功率近十萬千瓦，圓周速度可達 200m/s。齒輪傳動按照兩齒輪軸在機構中相對位置的不 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 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)濟效益。 結構緊湊 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 設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及礦井內工作的機器尤為重要。 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)機械、建筑機械以及簡易的機械設備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，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。當齒輪傳動裝有簡易的防護罩，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、機床、航空發(fā)動機等所用的齒輪傳動 ，都是裝在精確加工而且封閉嚴密的箱體（機匣）內，這稱為閉式齒輪傳動（齒輪箱）。它與開式或半開式相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合。 2)設計原則： 所設計的齒輪傳動在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應的工作能力，以保證在整個工作壽命期間不致失效。目前設計一般使用的齒輪傳動時，通常按保證齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。 設計齒輪傳動時，應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)設計步驟： 整個回轉頭回轉 180176。換刀的運動是由回轉液壓缸 8 驅動，回轉液壓缸的輸出軸上安裝有齒輪 99，齒輪 41 裝在套筒上，回轉液壓缸固定在立柱上。當回轉液壓缸動片轉動時，齒輪 99 帶動齒輪 41 轉動，其轉角的極限位置可由螺釘限定，同時有微動行程開關發(fā)出到位信號，其運動的計算公式為： υ41/υ99=Z2/（ Z1+Z2） （ 3） 式中 υ41 回轉頭的回轉角度 υ99回轉缸動片的轉角 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（調質） ,硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼 (調質 )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）按齒面接觸強度設計 查機械設計 [3]知其設計公式如下，即： d1t≥{(KtT1/υd)[(μ177。1)/μ](ZE/[σH])2}1/3 （ 4） a 確定公式內各計算式數(shù)值 試選載荷系數(shù) Kt= 計算小齒輪傳遞的轉矩 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度極限 σHlim1 =600MPa。大齒輪的接觸疲勞強度極限 σHlim2=550MPa。 由式 1013 計算應力循環(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 KAFt/b≤100N/ [3]圖 108 可得： KHα=KFα=。 （ 9） 由機械設計 [3]表 102 可查得使用系數(shù)： KA=1。 由機械設計 [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=,查機械設計 [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，由機械 設計 [3]式（ 1010a）得 d1= d1t(K/Kt)2/3=()2/3 ㎜ = ㎜ （ 11） 計算模數(shù) m m=d1/ Z1=㎜ = ㎜ （ 3）按齒根彎曲強度設計 查機械設計 [3]得彎曲強度計算的設計公式為 m≥[(2KT1/υd Z12)(YFaYSa/[σF])]1/3 （ 12） a 確定公式內的各計算數(shù)值 由機械設計 [3]圖 1020c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限： σFE1=500Mpa 大齒輪的彎曲疲勞強度極限： 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) 由機械設計 [3]表 105 查得： YFa1= YFa2= 查取應力校正系數(shù) 由機械設計 [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 設計計算 m≥[（ 2105） /1242]]1/3mm= 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞 強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，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 并就近圓整為標準值 m=3。按接觸強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 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。 （ 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，機械手臂的伸出和縮回是通過齒輪齒 條傳動進行的，其設計過程與此相似，由于受篇幅的限制，這里就不再敘述設計步驟。 軸的設計 軸是組成機械的一個常用的重要零件，它支持著其他轉動零件如齒輪、蝸輪等零件回轉并傳遞轉矩，它由軸系支持、軸承則安放在箱體或機架上面，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。 軸設計的主要問題： 軸的設計主要包括：軸的材料選擇、結構設計、軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性計算等，設計軸的主要步驟如下： （ 1）根據(jù)機械傳動總體布局擬定軸上零件的位置。 （ 2）選擇軸的 材料。 （ 3）初步估計軸的直徑。 （ 4）進行軸的結構設計。 （ 5）進行軸的強度、剛度、振動計算。 （ 6）校核鍵、軸承、聯(lián)軸器等的強度或壽命。 （ 7）繪出軸系的裝配圖、零件圖等。 軸是組成機械的一個重要零件。它支承著其他轉動件回轉并傳遞轉矩，同時它又通過軸承和機架聯(lián)接。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉運動，形成了一個以軸為基準的組合體 —— 軸系部件。 軸的總類 ： 軸按受載情況分為轉軸、心軸和傳動軸，其中轉軸既支承傳動機件又傳遞力，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。 按結構形狀分為：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。 設計軸時應考慮多方面的因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結構、強度和剛度。對于高速軸還應考慮震動穩(wěn)定性問題。 軸的常用材料 軸的材料種類很多，設計時主要根據(jù)對軸的強度、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)濟合理。 軸的常用材料是 3 4 50 優(yōu)質碳素鋼，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，以及表面強化處理（如噴丸、輥壓、氮化等），以提高其強度（尤其疲勞強度）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?。對于形狀復雜的軸，可采用鑄造。 軸的結構決定于受載情況、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、運輸?shù)葪l件。軸的結構應是盡量減小應力集中，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，還應在結構上考慮減小軸的變形。