【文章內容簡介】 im 2 70FaMP? ? ，彎曲疲勞壽命系數 1 ? 、 ?FNK 。 應力循環(huán)次數 8116 0 6 0 5 0 1 1 0 3 0 0 1 6 1 .4 4 1 0hN n jL? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 42） 8721 / 1 .4 4 1 0 / 2 7 .2 1 0N N u? ? ? ? ? 取定彎曲疲勞安全系數 ? ，應力修正系數 2STY ? ，得 ? ?1 1 l im1 / 8 0 0 .8 8 2 / 1 .4 1 0 0 .5 7F F N S T F F aK Y S M P??? ? ? ? ? （ 43） ? ?1 2 l im 2 / 7 0 0 .9 2 / 1 .4 9 0F F N S T F F aK Y S M P??? ? ? ? ? 查表可得齒形系數 1 ? 、 2 ? 和應力修正系數 1 ? 、 2 ? 計算大、小齒輪的 ? ?1 1 1/Fa Sa FYY ? 與 ? ?2 2 2/Fa Sa FYY ? ，并加以比較，取其中大值代公式計算 ? ?111 2 .6 2 1 .5 9 0 .0 4 1 41 0 0 .5 7F a S aFYY? ??? ? ?222 2 .2 2 1 .5 9 0 .0 3 9 290F a S aFYY? ??? 按小齒輪進行齒根彎曲疲勞強度設計，則 ? ?1 33 2212 2 1 . 5 3 9 0 0 . 0 4 1 4 0 . 4 2 61 2 5F a S at dF YYKTm m mz?? ??? ? ? ? ?? 計算圓周速度 v 11 3 . 1 4 0 . 4 2 6 2 5 5 0 0 . 0 2 7 9 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tmznv m s? ? ? ?? ? ??? （ 44） 查表得使用系數 1AK? ；根據 /v m s? 、 7級精度，查圖得 ? ；查圖得? ? 。則載荷系數 1 1 .0 8 1 .1 5 1 .2 4 2AvK K K K ?? ? ? ? ? （ 45） 校核并確定模數 33 / 0 .4 2 6 1 .2 4 2 / 1 .5 0 .4ttm m K K m m? ? ? ? （ 46） 取模數 1m mm? 。 計算齒輪傳動的幾何尺寸，見表 41。 表 41 肩關節(jié)齒輪的 幾何尺寸 名稱 符號 公式 分度圓直徑 d mmmzd 2525111 ???? mmmzd 5050122 ???? 齒頂高 ah 1 1 1aah h m mm?? ? ? ? 齒根fh ? ? ? ?1 0 .2 5 1 1 .2 5afh h c m m m??? ? ? ? ? ? 高 全齒高 h mmhhh fa ????? 齒頂圓直徑 ad mmhdd aa 27211 ??? mmhdd aa 52222 ??? 齒根圓直徑 fd mmhdd ff ??? mmhdd ff ??? 基圓直徑 bd mmdd b o s11 ?? ? mmdd b o s22 ?? ? 齒 P mmmp ???? ? 距 齒厚 s mmms ?? ? 齒槽寬 e mmme ?? ? 中心距 a ? ?12 / 2 37 .5a d d m m? ? ? 頂隙 c 1 c m?? ? ? ? 肘腕部齒輪設計 齒 輪采用 PVC，齒輪精度等級為 7級，取 1 20Z? ，則 2 2 20 40Z ? ? ? ，經計算齒輪滿足要求。計算齒輪的幾何尺寸，見表 42。 表 42 肘腕部齒輪的幾何尺寸 名稱 符號 公式 分度圓直d 11 1 20 20d m z m m? ? ? ? 22 1 40 40d m z m m? ? ? ? 徑 齒頂高 ah 1 1 1aah h m mm?? ? ? ? 齒根高 fh ? ? ? ?1 0 .2 5 1 1 .2 5afh h c m m m??? ? ? ? ? ? 全齒h mmhhh fa ????? 高 齒頂圓直徑 ad 11 2 22aad d h mm? ? ? 22 2 42aad d h mm? ? ? 齒根圓直fd 11 2 1 7 .5ffd d h m m? ? ? 22 2 37 .5ffd d h m m? ? ? 徑 基圓直徑 bd 11c o s 1 8 .8bd d m m??? 22 c os 37. 6bd d m m??? 齒距 P mmmp ???? ? 齒厚 s mmms ?? ? 齒槽寬 e mmme ?? ? 中心距 a ? ?12 / 2 30a d d m m? ? ? 頂隙 c 1 c m?? ? ? ? 頭部齒輪的設計 齒輪采用 PVC，齒輪精度等級為 7級，取 1 35Z? ，則 2 2 35 70Z ? ? ? ，經計算齒輪滿足要求。計算齒輪的幾何尺寸，見表 43。 表 43 頭 部齒輪的幾何尺寸 名稱 符號 公式 分度圓直徑 d 11 1 35 35d m z m m? ? ? ? 22 1 70 70d z m m? ? ? ? 齒頂ah 1 1 1aah h m mm?? ? ? ? 高 齒根高 fh ? ? ? ?1 0 .2 5 1 1 .2 5afh h c m m m??? ? ? ? ? ? 全齒高 h mmhhh fa ????? 齒頂ad 11 2 37aad d h mm? ? ? 22 2 72aad d h mm? ? ? 圓直徑 齒根圓直徑 fd 11 2 32 .5ffd d h m m? ? ? 22 2 67 .5ffd d h m m? ? ? 基圓bd 11 c os 32. 89bd d m m??? 22 c os 65. 78bd d m m??? 直徑 齒距 P mmmp ???? ? 齒厚 s mmms ?? ? 齒槽寬 e mmme ?? ? 中心距 a ? ?12 / 2 52 .5a d d m m? ? ? 頂隙 c 1 c m?? ? ? ? 軸的設計與計算 軸的結構設計 ??3 根據肩部電機輸出扭矩，選擇肩部軸的材料為 PVC。 ? ?TTW???? （ 47） 式中： T —— 為軸上的傳遞扭矩 ，其值為 0 2 390 702T i T N mm?? ? ? ? ? ? （ 48） 許用剪切應力 ? ? 5 3 .2 3 0 .71 .7 3 23s aMP?? ? ? ? （ 49） 把有關數據代入公式 47，得 3702 ? mm? 段軸徑的確定 階梯軸各軸段直徑的變化應遵循下列原則：①配合性質不同的表面，直徑應有所不同；②加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦應有所不同；③應便于軸上零件的裝拆。通常從初步估算的軸端最小直徑 mind 開始，考慮軸上配合零部件的標準尺寸、結構特點和定位、固定、裝拆、受力情況等對軸結構的要求，依次確定各軸段（包括軸肩、軸環(huán)等）的直徑。 如圖 41，軸 mind 是軸段 1的直徑，由于軸要起固定作用，所以軸段 1車螺紋，用螺母擰 緊固定，估 1d =6mm。軸段 2左右兩端要承受載荷，估 2d =10mm。軸段 3起軸向固定作用，估 3d =14mm。軸段 4同樣起軸向固定作用，并開有 2個孔，用螺釘與連接板固定，估4d =30mm。 各軸段的長度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠性。根據螺母的寬度及承載處的寬度取 1l =8mm，考慮到裝配要求及結構要求取 2l =121mm， 3l =8mm， 4l =5mm。 圖41 軸的結構設計草圖 軸的強度計算 軸的強度計算主要有 3 種：許用切應力計算、許用彎曲應力計算和安全系數校核計算。許用切應力主要用于軸的強度計算和初步估算軸 的最小直徑，許用彎曲應力計算包括彎曲強度計算和彎扭合成強度計算，安全系數校核計算包括軸的疲勞強度安全系數校核計算和靜強度安全系數校核計算。 圖 42 軸的受力分析和彎扭矩圖 a. 軸上的轉矩 T 軸上的傳遞功率 0 . 0 0 0 8 4 0 . 0 0 1 0 50 . 8PP k W?? ? ?傳 66 0 . 0 0 1 0 59 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 4 0 1 . 125PT N m mn? ? ? ? ? ? ? ? 求作用在齒輪上的力 2 2 4 0 1 . 1 3 2 . 0 8 825t TFNd ?? ? ? ta n 32. 088 ta n 20 11. 68rtF F N?? ? ? ? ? b. 畫軸的受力簡圖 見圖 42 所示。 c. 計算軸的支承反力 由平衡方程，得 0yF?? ， 20A B rF F F F? ? ? ? 0AM?? ， 1 0 1 1 5 1 2 5 6 0 022 BrFF FF? ? ? ? ? ? ? ? 得 V B VF F N?? 水平方向的支反力 162tAH BH FF F N? ? ? d. 畫彎矩圖 見圖 42 彎矩圖。垂直平面彎矩 C 截面上的彎矩， 10 V A VM F N mm? ? ? ? D 截面上的彎矩， 60 50 51. 4D V A VM F N m m? ? ? ? ? ? E 截面上的彎矩， 10 V B VM F N mm? ? ? ? 水平平面彎矩 C 截面上的彎矩， 10 160C H A HM F N mm? ? ? ? D 截面上的彎矩， 6 0 4 .9 5 0 7 1 5D V A HM F N m m? ? ? ? ? ? E 截面上的彎矩， 10 160E H B HM F N mm? ? ? ? 合成彎矩 2 2 2 24 9 .4 1 6 0 1 6 7 .4 5E E V E HM M M N m m? ? ? ? ? ? e . 畫轉矩圖 見圖 42 轉矩圖。 e. 判斷危險截面 結合軸的結構分析彎矩圖與扭矩圖，確定 11 為危險截面，只要 11 處滿足強度校核就行了。 f. 軸的彎扭合成強度校核 根據第三強度理論，可推得圓軸彎扭合成的計算彎矩為 ? ?22caM M T??? = ? ?221 6 7 .4 5 0 .6 4 0 0?? = mm? 式中： ? —— 折算系數，用以考慮扭轉切應力 ? 與彎曲正應力 ? 循環(huán)特性不同的影響。當 ? 為靜應力時，應取 ? ? ，但考慮啟動、停機等 的影響， ? 仍可被視為脈動循環(huán)變應力，估取 ? ? 。 查表 ? ?1 aMP?? ? 3 3 10 100W d m m? ? ? ? / 292 .64 / 100 3c a c a aM W M P? ? ? ?? ?1??? g. 軸的疲勞強度安全系數校核計算 抗彎截面系數 3 3 30. 1 0. 1 10 10 0bW d m m? ? ? ? 抗扭截面系數 3 3 30. 2 0. 2 10 20 0TW d m m? ? ? ? 彎曲應力 / 1 6 7 .4 5 / 1 0 0 1 .6 7b b aM W M P? ? ? ? 扭轉切應力 / 4 0 0 / 2 0 0 2T T aT W M P? ? ? ? 平均應力 0m?? / 2 1m T aMP???? 應力幅 b aMP????