【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 28 輸電線除冰機(jī)電池組支架 12 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì) 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 選定齒輪的類(lèi)型，精度等級(jí)，材料以及齒數(shù) 1） 按照?qǐng)D 2— 1所示的傳動(dòng)方案，因?yàn)辇X輪受軸向力很小，故選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，制作比較簡(jiǎn)單可以降低成本。 2） 該輸電線輪式除冰機(jī)工作時(shí)的速度較低，所以選擇 8級(jí)精度（ GB1009588）。 3） 材料選擇 。由輪齒的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，應(yīng)該使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合以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(duì)齒輪的材料性能基本要求為：齒面要硬、齒芯要韌。一般齒輪材料有鋼，鑄鐵，以及非金屬材料。 齒輪材料的選擇原則：齒輪材料必須滿(mǎn)足工作的要求；應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型的方法以及熱處理和制造工藝：如正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可以用于制作在中等沖擊載荷平穩(wěn)下工作的齒輪；合金鋼常用于制作高速、重 載并在沖擊載荷下的齒輪；飛行器中的齒輪傳動(dòng)，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強(qiáng)度合金鋼；金屬制作的軟齒面齒輪，配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為 30~50HBS或更多。由剪草機(jī)的工作條件可知對(duì)齒輪材料要求不高，而且大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，因此可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。 根據(jù)齒輪材料選擇的原則以及常用材料的力學(xué)特性選擇大小齒輪的材料為ZG310570，采用表面淬火。 2 齒輪尺寸設(shè)計(jì) 開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)，由于輪齒主要為磨損失效，為使得輪齒不至于過(guò)小，故小齒輪不適宜選用過(guò)多的齒數(shù)，本設(shè)計(jì) 中選擇小齒輪齒數(shù) z1 =15，大齒輪的齒數(shù) 30152uZ 12 ????Z ，取 302?Z 。設(shè)計(jì)傳動(dòng)比 2u? 。 除冰機(jī) 正常行走時(shí)的速度為 大約 3m/s。設(shè)計(jì)除冰機(jī)的前后 輪直徑 均為 40mm。設(shè)想 除冰 機(jī)工作時(shí)處于理想狀況下即輪子只滾動(dòng)不滑動(dòng)。由此可得，后輪軸的轉(zhuǎn)速約為 s/r24 。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：橡膠輪對(duì)輸電線 滾動(dòng)摩擦力臂為 10~15/mm，由 于設(shè)計(jì)要求剪草機(jī)質(zhì)量不大于 20Kg，則 車(chē)輪沿輸電線 的最大滾動(dòng)阻力矩為mm7 2 0 ??????? NNKM 。 設(shè)計(jì)輸電線除冰機(jī) 機(jī)工作壽命為 8年。 13 3 軸 1和軸 2上齒輪 1和齒輪 2的設(shè)計(jì) 基本參數(shù) 151?Z 302?Z 2u? ⒈ 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即 t1d ≥? ?32d1tu ?????????HETK Z?? (31) 1） 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 （ 1）試選載荷系數(shù) ?K （ 2）小齒輪轉(zhuǎn)矩 mm7 0 5 67 5 0 09 8 22 ????? NTT 注：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：圓柱齒輪機(jī)械傳動(dòng) 7級(jí)精度的傳動(dòng)效率為 （ 3）選取齒寬系數(shù) 1d?? （ 4）材料的彈性影響系數(shù) MPZE ? （ 5）由齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 a1lim 600MPH ?? ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 a2lim 550 MPH ?? （ 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7h11 ?????????? LN (32) 812 ??? NN (33) （ 7）查得接觸疲勞壽命系數(shù) ?HNK 。 ?HNK （ 8）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 ? ? a1lim11 ?? ?? (34) ? ? a2lim22 8 5 2/ MPSK HHNH ?? ?? (35) 2）計(jì)算 （ 1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入接觸疲勞許用應(yīng)力中的較小值 14 t1d ≥? ? mm42u 32d1t ?? ????????HETK Z?? (36) （ 2）計(jì)算圓周速度與齒寬 s/?V mm5b? （ 3）計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù) ??? Z (37) 齒高 .2 5 mh t ?? ?? (38) （ 4） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)速度 s/?V ,7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù) 1v?K 。 直齒輪，假設(shè) b/tFKA ＜ mm/100N 查得 ?? ?? FH KK 。 使用系數(shù) ?AK 。 7級(jí)精度小齒輪對(duì)稱(chēng)支撐布置， ??HK ； 由 ? ， ??HK 得 ??FK ；故載荷系數(shù) ?K 2. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 m ≥ ? ?3aa21d12 ????????FSF YYZKT ?? (39) 1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （ 1）查得小齒輪的彎曲疲勞極限 aFE1 500MP?? ；齒輪的彎曲疲勞極限aFE2 380MP?? ； （ 2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 11?FNK ； ?FNK 。 （ 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=，得 ? ??1F? aF E 11 ?? (310) 15 ? ??2F? 2FNK aFE2 266/ MPS ?? (311) （ 4）計(jì)算載荷系數(shù) ?K （ 5）查取齒形系數(shù) ?FY ； ?FY （ 6）查取應(yīng)力校正系數(shù) ?SY , ?SY 。 （ 7）計(jì)算大、小齒輪的 ? ?FSFYY?aa 并加以比較得： ? ? 0 12 1 57 ???F SF YY ? (312) ? ? ???F SF YY ? (313) 大齒輪的數(shù)值大。 2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 m ≥ ? ? 23 aa21d 1 ?????????FSF YYZKT ?? (314) 由上可得，小齒輪的分度圓 直徑大于 42mm，模數(shù)大于 要求?？紤]到加工難易以及軸的強(qiáng)度故取模數(shù) m=3，小齒輪分度圓直徑為 45mm。 3. 幾何尺寸計(jì)算 1） 計(jì)算分度圓直徑 mm45mm315md 11 ????? Z (315) m m `90mm330md 22 ????? Z (316) 2） 計(jì)算中心距 ? ? ? ? ????? (317) 3） 計(jì)算齒輪寬度 取 mm51 ?B , mm52 ?B . 4） 計(jì)算齒頂圓直徑 ? ? mm5131215d 1a ????? (318) ? ? mm9631230d 2a ????? (319) 16 5） 計(jì)算齒根圓直徑 ? ? 1f ????? (320) ? ? 2f ????? (321) 齒輪結(jié)構(gòu)通常與其幾何尺寸，材料及制造工藝有關(guān)，一般多采用鑄造或者鍛造毛坯。 為了減輕重量 ,在 大齒輪 輪轂打六個(gè)通孔 ；當(dāng)齒輪根圓直徑與該處軸所需直徑差值過(guò)小時(shí)，為避免由于鍵槽處輪轂過(guò)于薄弱而發(fā)生失效，應(yīng)將齒輪與軸加工成一體；由于小齒輪的齒頂圓直徑 較小 ，所以可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。 圖 3— 1 小齒輪形狀結(jié)構(gòu)圖 圖 3— 3 大齒輪形狀結(jié)構(gòu)圖 17 軸的設(shè)計(jì) 1 軸的材料選擇 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力 集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造尤為廣泛，其中最常用的是 45號(hào)鋼。 合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。 必須指出：在一般工作溫度下（低于 200℃），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類(lèi)和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可以選擇強(qiáng)度較低 的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來(lái)提高軸的剛度。 各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、滾壓等），對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。 高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成復(fù)雜的形狀，且具有價(jià)廉，良好的吸振性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造外形復(fù)雜的軸。 根據(jù)軸的常用材料及其主要力學(xué)性能，結(jié)合此處的實(shí)際的情況，所受載荷小而且轉(zhuǎn)速低所以三個(gè)軸均選擇用 45鋼（調(diào)質(zhì)）。 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以 下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置以及形式；軸上零件的類(lèi)型，尺寸，數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)，大小，方向以及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)因素較多，而且結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而不同，所以軸沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)必須針對(duì)不同情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該滿(mǎn)足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈和軸承端蓋等來(lái)保證的。 軸肩 分為定位軸肩和非定位軸肩 兩類(lèi)，利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會(huì)使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力集中。另外，軸肩過(guò)多時(shí)也不利于加工。因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場(chǎng)合。 18 套筒定位 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不需開(kāi)槽﹑鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位。如兩零件的間距較大時(shí)，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，也不宜采用套筒定位。 圓螺母 定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，會(huì)降低軸的疲勞強(qiáng)度，故一 般用于固定軸端的零件，有雙圓螺母和圓螺母與止動(dòng)墊片兩種型式。當(dāng)軸上兩零件間距離較大不宜使用套筒定位時(shí)，也常采用圓螺母定位。 軸承端蓋 用螺釘或榫槽與箱體聯(lián)接而使?jié)L動(dòng)軸承的外圈得到軸向定位。在一般情況下，整個(gè)軸的軸向定位也常利用軸承端蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)。 軸上零件的周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的周向定位零件有鍵﹑花鍵、銷(xiāo)﹑緊定螺釘以及過(guò)盈配合等，其中緊定螺釘只用在傳力不大之處 有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件（如滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封圈等）部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的 公差。 為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑。為了使與軸作過(guò)盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入端應(yīng)制出錐度；或在同一軸段的兩個(gè)部位上采用不同的尺寸公差。 確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長(zhǎng)度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來(lái)確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度一般應(yīng)比輪轂長(zhǎng)度短 2～ 3mm。 結(jié)合以上設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)各個(gè)軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下： （ 1） 軸Ⅰ的設(shè)計(jì) 1） 求作用在軸 Ⅰ 上齒輪 1的力 因?yàn)? ? mm7200T2 ?? N ，故 NT 48030/72021d/2F 22t2 ???? (322) NF 7 4ta nF t2r2 ?? ? （ ??20? ） (323) 由此可見(jiàn)，軸所承受的力很小。 NP 1 0 8 59 5 5 0/6024