【文章內(nèi)容簡介】 科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 13 頁 可以查相關(guān)的書籍查出步進(jìn)電機(jī)的型號（見表 31）： 表 31 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表 電機(jī)型號 步距角 相數(shù) 電壓（ v） 電流 A 110BYG3502 相電感 mH 慣量 啟動頻率 Hz 空載頻率 轉(zhuǎn)矩 30 12 3/cmkg 1600 30000 16 齒輪的設(shè)計(jì) 齒輪傳動按照兩齒輪軸在機(jī)構(gòu)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(cuò)（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(nèi)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(cuò)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(biāo)準(zhǔn)：（摘自 JB10060， JB30462） 齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率近十萬千瓦，圓周速度可達(dá) 200m/s。 一、 齒輪傳動主要特點(diǎn)： ①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?yàn)榧词?效率只提高 1%，也有很大的經(jīng)濟(jì)效益。 ②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。 ③工作可靠，壽命長 設(shè)計(jì)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 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 14 頁 的機(jī)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(yīng)用，也就是由于這一特點(diǎn)。 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價(jià)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(shí)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。 二、設(shè)計(jì)原則： 所設(shè)計(jì)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(gè)工作壽命期間不致失效。目前設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動時(shí)，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)行算。 設(shè)計(jì)齒輪傳動時(shí)，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)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(dāng)彎曲應(yīng)力超過彎曲疲勞極限，輪齒重復(fù)受載后，齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐漸擴(kuò)展，致使輪齒折斷。這種折斷稱為疲勞折斷。輪齒受到短時(shí)意外的嚴(yán)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(yīng)力集中。在齒根處施以噴丸、輾壓等冷作強(qiáng)化處理方法，都可以提高輪齒的抗折斷能力。 齒面疲勞點(diǎn)蝕：輪齒工作時(shí)，當(dāng)齒面接觸應(yīng)力超過材料的接觸疲勞極限時(shí)，在載荷的多次重復(fù)作用下，齒面的表層會產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂 紋，裂紋的蔓延、擴(kuò)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 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 15 頁 正常工作而失效。這種失效稱為齒面疲勞點(diǎn)蝕。疲勞點(diǎn)蝕一般出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處。齒面抗點(diǎn)蝕能力主要與齒面硬度有關(guān)。齒面硬度越高，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。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(qiáng)度，防止點(diǎn)蝕的發(fā)生。 圖 33 齒面疲勞點(diǎn)蝕 齒面膠合：當(dāng)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(shí)，由于發(fā)熱大，瞬時(shí)溫度高，相嚙合的齒面發(fā)生粘聯(lián)現(xiàn)象，此時(shí)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(shí)齒面溫度無明顯增高，這種膠合稱為冷膠合。為防止產(chǎn)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(dāng)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(chǎn)生磨損，使齒側(cè)間隙增大，齒根厚度減小，從而產(chǎn)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 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(dāng)齒面硬度不夠時(shí)，會產(chǎn)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(dāng)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(yīng)力 齒輪 1： 45 鋼，調(diào)質(zhì)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(shè)計(jì)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(jī)械手的上升運(yùn)動而專門設(shè)計(jì)的。但是齒輪 1比較薄，彎曲強(qiáng)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(jì)算大小齒輪接觸應(yīng)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(guān)系數(shù)： 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材查詢接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) zn 圖， 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁 得 zn1 =；（允許有一定點(diǎn)腐） 按較高可靠度使用取接觸強(qiáng)度計(jì)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(jì)算許用接觸應(yīng)力【 ?H 】： 按齒面強(qiáng)度 185HBS，由所選材料及熱處理方式查齒面接觸疲勞極限應(yīng)力 zHlim 圖，得 1HLim? =307MPa。 計(jì)算齒輪的許用接觸應(yīng)力： ? ?1?H =SHHLimmin1? =246MPa； 5）確定小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T： T= NP119550000? = mmN? ； 6）初取有關(guān)系數(shù) 因?yàn)辇X輪參數(shù)尚未確定，載荷系數(shù) K 無法準(zhǔn)確確定，需要預(yù)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(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH =. 7）按齒面接觸強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m= 準(zhǔn)確的分度圓直徑 21 dd? =53= 齒輪齒頂圓直徑： da1 =da2 =m（ z+2） = 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度： ?確定載荷系數(shù) K，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)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= KKKK VA ?? ??? = ?驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度 根據(jù)齒數(shù)查得齒形系數(shù) YFa1 =。 由應(yīng) 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(yīng)力圖?1limF =210MPa。 查彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) YN1 =。 由于 m=＜ 5，則大小齒輪彎曲疲勞計(jì)算的尺寸系數(shù)： YX1 =。 取實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) YST =2。 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)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(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 Z YYTbmK SalF alF 12 1111 2??= 28MP ＜ ? ?1?F ，安全。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 19 頁 軸的設(shè)計(jì) 軸是組成機(jī)械的一個(gè)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(gè)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(shè)計(jì)的主要問題： 軸的設(shè)計(jì)主要包括：軸的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性計(jì)算等， 設(shè)計(jì)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(jì)軸的直徑； （ 4）進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （ 5）進(jìn)行軸的強(qiáng)度、剛度、振動計(jì)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(gè)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(shí)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(gè)以軸為基準(zhǔn)的組合體 — 軸系部件。 一、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(shí)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(jì)軸時(shí)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。 二、軸的常用材料 軸的材料種類很多，設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對軸的強(qiáng)度、 剛度、耐磨性等要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 20 頁 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)