【文章內容簡介】 3502 相電感 mH 慣量 啟動頻率 Hz 空載頻率 轉矩 30 12 3/cmkg 1600 30000 16 齒輪的設計 齒輪傳動按照兩齒輪軸在機構中相對位置的不同分為：兩軸相互平行，兩軸相交和兩軸交錯（即不平行也不相交）三類。 用與平行軸傳動的有：直齒、斜齒、圓柱齒輪、直齒、斜齒內齒輪、直齒、斜齒緣，這些齒輪有稱為平面齒輪。 用與相交軸傳動的有：兩軸線垂直相交和兩軸線相交但不垂直的直齒、圓弧齒、延伸外擺線齒錐齒輪。 用與交錯軸 傳動的有：螺旋齒輪、蝸輪蝸桿和軸線偏置的錐齒輪（雙曲線齒輪）這些齒輪又稱空間齒輪。 齒輪齒形曲線主要采用漸開線、其它還有擺線、圓弧線等，由于漸開線齒形容易制造，便于安裝，所以大多數(shù)齒輪采用漸開線齒形。 齒形標準：（摘自 JB10060， JB30462） 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛，傳遞的功率近十萬千瓦，圓周速度可達 200m/s。 一、 齒輪傳動主要特點： ①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%，也有很大的經濟效益。 ②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。 ③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 本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 14 頁 的機器尤為重要。 ④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。 二、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。 三 、 失效形式 輪齒折斷：當彎曲應力超過彎曲疲勞極限，輪齒重復受載后，齒根處就會產生疲勞裂紋，并逐漸擴展，致使輪齒折斷。這種折斷稱為疲勞折斷。輪齒受到短時意外的嚴重過載或沖擊載荷作用也易造成突然折斷。這種折斷稱為過載折斷。增大齒根處過渡圓角半徑，提高齒面加工精度，可以降低應力集中。在齒根處施以噴丸、輾壓等冷作強化處理方法，都可以提高輪齒的抗折斷能力。 齒面疲勞點蝕：輪齒工作時，當齒面接觸應力超過材料的接觸疲勞極限時，在載荷的多次重復作用下，齒面的表層會產生細微的疲勞裂 紋，裂紋的蔓延、擴展，造成許多微粒從工作表面上脫落下來，在表面出現(xiàn)許多月牙形的淺坑，這使齒輪不能 本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 15 頁 正常工作而失效。這種失效稱為齒面疲勞點蝕。疲勞點蝕一般出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處。齒面抗點蝕能力主要與齒面硬度有關。齒面硬度越高，抗點蝕能力越強。提高齒面硬度和減少齒面粗糙度，采用粘度大的潤滑油都有助于提高齒面接觸疲勞強度，防止點蝕的發(fā)生。 圖 33 齒面疲勞點蝕 齒面膠合：當齒面所受的壓力很大且潤滑效果差，或壓力很大而速度很高時，由于發(fā)熱大，瞬時溫度高，相嚙合的齒面發(fā)生粘聯(lián)現(xiàn)象，此時兩齒面有相對滑動，粘接的地方被撕裂。這種膠合稱為熱膠合。低速重載的齒輪，油膜遭破壞也發(fā)生膠合現(xiàn)象。這時齒面溫度無明顯增高，這種膠合稱為冷膠合。為防止產生膠合現(xiàn)象，低速傳動選用粘度大的潤滑油，高速傳動選用含抗膠合劑的潤滑油。此外，適 當提高表面硬度及降低表面粗糙度也都是有效的方法。 圖 34 齒面膠合 齒面磨損：在載荷作用下，齒面會產生磨損，使齒側間隙增大，齒根厚度減小，從而產生沖擊和噪聲。對于開式齒輪傳動，齒面磨損是它不可避免的失效形式。采用 閉式傳動，保持潤滑油的清潔，提高齒面硬度，減小齒面粗糙度，均可有效地減 本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 16 頁 少齒面磨損。 圖 35 齒面磨損 齒面塑性變形：在重載作用下，當齒面硬度不夠時，會產生一定的塑性變形。在從動輪 2齒面節(jié)線處出現(xiàn)凸棱， 主動輪 1齒面節(jié)線處出現(xiàn)凹溝，從而破壞齒廓形狀，影響齒輪正常嚙合。適當提高齒面硬度，可防止或減輕齒面的塑性變。 圖 36 齒面塑性變形 四 選定齒輪 2類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1) 選擇齒輪材料和確定許用應力 齒輪 1： 45 鋼，調質處理 ，齒面硬度 197~286HBS； 齒輪 2： 45 鋼，正火處理，齒面硬度 156~217HBS。 根據(jù)設計的傳動比為 1和具體要求，所以兩齒輪模數(shù)和齒數(shù)一樣，但厚度不一樣，主要是為了機械手的上升運動而專門設計的。但是齒輪 1比較薄，彎曲強度不如齒輪2高，所以齒輪 1的齒面硬度比齒輪 2高 30HBS。 2）計算大小齒輪接觸應力循環(huán)次數(shù) N 試加工中的換刀次數(shù)而定 3）確定有關系數(shù)： 由《機械設計》教材查詢接觸強度計算的壽命系數(shù) zn 圖， 本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 17 頁 得 zn1 =；（允許有一定點腐） 按較高可靠度使用取接觸強度計算的 最小安全系數(shù) sHmin =。 取工作硬化系數(shù) zw =；潤滑系數(shù) zl =； 4）計算許用接觸應力【 ?H 】： 按齒面強度 185HBS，由所選材料及熱處理方式查齒面接觸疲勞極限應力 zHlim 圖，得 1HLim? =307MPa。 計算齒輪的許用接觸應力： ? ?1?H=SHHLimmin1? =246MPa； 5）確定小齒輪傳遞的轉矩 T： T= NP119550000? = mmN? ； 6）初取有關系數(shù) 因為齒輪參數(shù)尚未確定，載荷系數(shù) K 無法準確確定，需要預選。初選 K=； 取齒寬系數(shù) ?a=； 由齒輪副材料查彈性系數(shù)表得彈性系數(shù) zE =； 傳動比 i=1； 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH =. 7）按齒面接觸強度確定分度圓直徑： ? ?3 21112 ??????????? ??HHEdZZT iiKd ? 79mm。 8)確定模數(shù)和齒數(shù) 齒數(shù)：取 Z1 =Z2 =53 模數(shù)： m=zd1 =，取標準模數(shù) m= 準確的分度圓直徑 21 dd? =53= 齒輪齒頂圓直徑： da1 =da2 =m（ z+2） = 本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 18 頁 齒輪基圓直徑： db1=db2=m（ ） = 齒輪圓周速度： v= 6000011nd? = 60000 ?? = 9)確定載荷系數(shù) K，驗算齒面接觸疲勞強度： ?確定載荷系數(shù) K，步進電機驅動，載荷平穩(wěn)，由使用系數(shù)表 KA =，按 7 級精度可以查出 KV =。 齒寬： b= da??==。 查齒 向載荷系數(shù) K?=。 查直齒輪齒間載荷分配系數(shù)表，得 k? =。 所以載荷系數(shù) K= KKKKVA ?? ???= ?驗算齒輪彎曲強度 根據(jù)齒數(shù)查得齒形系數(shù) YFa1 =。 由應 力修正系數(shù)圖查得 YSa1 =。 按齒面硬度值及所選材料、熱處理方式查齒根彎曲疲勞極限應力圖?1limF =210MPa。 查彎曲強度計算的壽命系數(shù) YN1 =。 由于 m=＜ 5，則大小齒輪彎曲疲勞計算的尺寸系數(shù)： YX1 =。 取實驗齒輪的應力修正系數(shù) YST =2。 彎曲疲勞強度計算的最小安全系數(shù)： SFmin =. 查表可以知道彎曲疲勞極限 FE? =210~250MPa。 ?計算齒根彎曲應力 Z YYTbmK SalF alF 12 1111 2??= 28MP ＜ ? ?1?F，安全。 本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 19 頁 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有軸、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。 一、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。 二、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，力求經濟合理。 本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 20 頁 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。 零件與軸的固定或聯(lián)接方式，隨零件的作用而異。一般情況下，為了保證零件在軸 上具有固定的工作位置，需從軸向和周向加以固定。 三、 軸的設計 ： 軸 1主要用于機械手的旋轉運動，為了便于安裝定位和達到使用的要求，在軸的結構設計中設計了軸頭、軸頸、軸