【正文】 ta n 2 0a r c ta n 2 0 4 4c o s 1 4 8 ???? 1122c o s 6 . 1 4 c o s 2 0 4 4 5 . 8 3c o s 2 8 . 6 6 c o s 2 0 4 4 2 7 . 2btd d a m md d a m m?? ? ? ??? ? ? ? (13) 計算齒頂圓壓力角 arccos bat ada d? （ ） 1112225 .8 3a r c c o s a r c c o s 5 7 3 09 .3 82 7 .2a r c c o s a r c c o s 2 5 1 62 9 .1 8batabatadaddad?? ? ??? ? ? (14) 計算總重合度 ?? ? ?0 .5 7 0 .7 8 0 .2 5 6 1 .6 0 6? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? 斜齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于小齒輪的直徑很小，其齒頂圓直徑 1ad 小于 2 倍的軸的最小直徑，故將小齒輪和軸做成一體，即齒輪軸。齒輪軸的設(shè)計詳 見 。大齒輪則因為其齒頂圓直徑 2 160ad mm? ， 故以選用實心結(jié)構(gòu)為宜。其結(jié)構(gòu)尺寸如附圖（大齒輪零件圖）所示。 16 齒輪軸的設(shè)計 基本參數(shù)的計算 求軸上的功率 P 、轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T 。 由已知可得： 385PW? ； 13200 minnr? ； N mm?? 求作用在齒輪上的力。 已知小齒輪的分度圓直徑為 1 mm? ， 則圓周力 tF ，徑向力 rF 及軸向力 F? 為 12costnrtatTFdtgFFF F tg??????? （ ） 9 0 .7 2 , 3 0 .1 7 , 1 9 .8t r aF N F N F N? ? ? 初步確定軸的最小直徑。 選取齒輪軸的材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)熱處理。根據(jù) [5]表 153查取 0 106A? ， 于是按式 （ 152）初步估算軸的最小直徑得 3min 0PdAn? （ ） 3 0 .3 8 51 0 6 3 .2 613200 m m m m? ? ? 軸的最小直徑應(yīng)當(dāng)與所安裝零件的孔徑相適應(yīng)，根據(jù)小齒輪分度圓直徑，換向器、轉(zhuǎn)子及風(fēng)扇的內(nèi)徑可初步確定軸的最小直徑為 6d mm?min 。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 擬定軸上零件的裝配方案 該齒輪軸上零件的裝配方案如圖 所示： 圖 17 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1) 初步選擇滾動軸承。 因軸承同時受到徑向力和 軸向力的作用，且作用力不大，故選用深溝球軸承。根據(jù)6d mm?min ， 查 [7]表 6253 選擇左端軸承代號為 608Z（一面帶防塵蓋的深溝球軸承），其尺寸為 8 22 7d D B mm mm mm? ? ? ? ?， 故可確定 8d mm?Ⅰ Ⅱ ， 7l mm?Ⅰ Ⅱ 。 左端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由 [9]表 131 查得 608Z型軸承定位軸肩 高度為 mm? ，則 8 2 mm mm? ? ? ?Ⅱ Ⅲ ， 而滾動軸承 到換向器之間的距離設(shè)為 8mm，即 8l mm?Ⅱ Ⅲ 。 (2) 已知換向器內(nèi)徑為 10mm，總高 ，取換向器到轉(zhuǎn)子端的距離為 4mm。于是得到10d mm?Ⅲ Ⅳ ， 18. 5 4 22. 5l m m? ? ?Ⅲ Ⅳ 。 (3) 已知轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為 ，鐵心長度為 52mm，取轉(zhuǎn)子總長度約為 74mm,可得到 mm?Ⅳ Ⅴ ， 74l mm?Ⅳ Ⅴ 。 取轉(zhuǎn)子到風(fēng)扇間的距離為 4mm，已知風(fēng)扇內(nèi)徑為 13mm，厚度 ，可得 13d mm? ?Ⅴ Ⅵ ， 12. 8 4 16. 8l m m? ? ? ?Ⅴ Ⅵ 。 (4) 由于小齒輪齒頂圓直徑為 ，故查 [8]表 15 選擇右端的滾動軸承代號為 6000Z，其尺寸為 10 26 8d D B mm mm mm? ? ? ? ?。 右端滾動軸承也采用軸肩定位，軸肩高度為 mm? ， 則 10d mm? ?Ⅶ Ⅷ ， mm? ?Ⅵ Ⅶ ， 8l mm? ?Ⅶ Ⅷ 。 風(fēng)扇到右端軸承的距離定為4mm，故可知 4l mm? ?Ⅵ Ⅶ 。 (5) 已知小齒輪的齒寬為 18mm，故可計算出齒輪軸的總長度為 由于小齒輪的直徑很小，其齒頂圓直徑 1ad 小于 2 倍的軸的最小直徑，故將小齒輪和軸做成一體，即齒輪軸。齒輪軸的設(shè)計詳見 。大齒輪則因為其齒頂圓直徑 2 160ad mm? ， 故以選用實心結(jié)構(gòu)為宜。其結(jié)構(gòu)尺寸如附圖（大齒輪零件圖）所示。 7 8 74 4 8 18 mm? ? ? ? ? ? ? ? ? 軸上零件的周向定位 換向器、轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇均采用膠粘合的方法將其固定在軸上。滾動軸承與軸的周向定位借過渡配合來保證，此處選軸的直徑尺寸公差為 j5。 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考 [5]表 152，取軸左端倒角為 45? ，各軸肩處的圓角半徑如附圖（齒輪軸零件圖）所示。 18 軸的強度計算 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖 ）作出軸的計算簡圖（圖 ），軸承的支點位置根據(jù)軸承的類型和布置方式確定，參照 [5]圖 1523得深溝球軸承的支承點在中點位置。已知 608Z 型軸承寬 7mm ， 6000Z 型 軸 承 寬 8mm 。 因 此 ， 作 為 外 伸 梁 的 軸 的 支 承 跨 距 為7 1 6 1 .8 1 3 2 .8A C C Bl l m m? ? ? ?。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖 ）。 水平面： 9 0 . 7 2 1 4 5 . 8 9 9 . 61 3 2 . 8t A DHB ABFlRNl ?? ? ? 90. 72 99. 6 8H A t H BR F R N? ? ? ? ? ? 1 8 145 .8 129 H A A DM R l N m m? ? ? ? ? ? ? 2 99. 6 13 129 H B B DM R l N m m? ? ? ? ? 垂直面： 1 2 3 0 . 1 7 1 4 5 . 8 1 9 . 8 3 . 0 7 3 2 . 71 3 2 . 8r A D aVB ABF l F dl?? ? ? ?? ? ? 1 2 3 0 . 1 7 1 3 1 9 . 8 3 . 0 7 3 . 41 3 2 . 8r B D aVA ABF l F dRNl?? ? ? ?? ? ? 1 145 .8 497 .3V V A A DM R l N m m? ? ? ? ? 2 32. 7 13 425 .1V V B B DM R l N m m? ? ? ? ? 合成彎矩： 221 1 2 9 4 .7 4 9 7 .3 1 3 8 7M N m m? ? ? ? 222 1 2 9 4 .8 4 2 5 .1 1 3 6 2 .8M N m m? ? ? ? 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面 D 是軸的危險截面，將計算出的截面D 處的各項值列于下表。 表 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F , A H BR N R N? ? ? , 32. 7V A V BR N R N?? 彎矩 M 12129 129 N m m M N m m? ? ? ? ?， 1 N mm?? 2 425 .1VM N mm?? 總彎矩 138 7 136 N m m M N m m? ? ? ?， 扭矩 T N mm?? 19 BA C D 圖 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度。 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 D）的強度。根據(jù) [5]式（ 155）及上表中的數(shù)值，并取 ?? ，軸的計算應(yīng)力 221 ()ca MTW ?? ?? （ ） 2231 3 8 7 ( 0 . 6 2 7 8 . 5 ) 1 6 . 60 . 1 9 . 4 4 M P a????? 前面已選定軸的材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由 [5]表 151 查得 [ 1?? ]=70MPa 。因此 ca? 小于 [ 1?? ]，故安全。軸疲勞強度的精確校核在此省略，軸的零件圖見附圖。 20 主軸的設(shè)計 基本參數(shù)的計算 求軸上的功率 P 、轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T 。 取齒輪傳動的效率（包括軸承效率在內(nèi)） ?? ，則根據(jù) 2 , , 9 5 5 0 0 0 0 PnP P n Tin? ?? ? ?? ? ? ? （ ） 22385 7 362 .25P P W?? ? ? ? ? 13200 2 8 0 8 . 5 m in4 . 7nnri? ? ? ? 3 6 2 . 2 59 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 1 2 3 1 . 82 8 0 8 . 5PT N m mn ?? ? ? ? ? ?? 求作用在齒輪上的力。 因已知大齒輪的分度圓直徑為 2 mm? ，根據(jù)（ ）則 22 2 1 2 3 1 .8 8 5 .9 62 8 .6 6208 5 .9 6 2 8 .6c o s c o s 1 4 88 5 .9 6 1 4 8 1 8 .7 6tnrtatTF N Ndtg tgF F N NF F tg tg N N???? ??? ? ???? ? ? ? ??????? ? ? ? ? ? 初步確定軸的最小直徑。 按式（ ）初步估算主軸的最小直徑。選取主軸的材料也為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理。故 0 106A? ，于是得 333m i n 0 3 6 2 . 2 5 1 01 0 6 5 . 3 62 8 0 8 . 5Pd A m m m mn?? ?? ? ? ? ?? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 擬定軸上零件的裝配方案 主軸上零件的裝配方案如圖 所示： 圖 21 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1) 由圖 d?Ⅰ Ⅱ ，軸承選用深溝球軸承，參照工作要求并根據(jù) min mm? ? 查 [7]表 6164 選擇軸承代號為 628/8，其尺寸為8 16 5d D B mm mm mm? ? ? ? ?。 故取 8d mm? ?Ⅰ Ⅱ 。 (2) 由于齒輪亦安裝在軸段Ⅰ Ⅱ ， 故取齒輪的內(nèi)徑為 8mm。 已知齒輪輪轂的寬度為 10mm， 齒輪左端采用套筒固定，套筒長為 3mm，內(nèi)徑為 8mm。則軸段Ⅰ Ⅱ的 長度為1 0 5 3 1 8l m m? ? ? ?Ⅰ Ⅱ 。齒輪右端采用軸肩定位。 (3) 初步選擇滾動軸承。由計算可知軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，且受力不大，故選用一面帶防塵蓋的深溝球軸承。根據(jù) 8d mm?Ⅰ Ⅱ 并參照齒輪的直徑，查 [7]表 6253初步選取標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承代號為 6001Z，其尺寸為 12 28 8d D B mm mm mm? ? ? ? ?，故12d mm?Ⅱ Ⅲ ，取軸承左端面到齒輪右端面間的距離為 5mm,則 13l mm?Ⅱ Ⅲ 。 滾動軸承左端采用彈性擋圈固定，根據(jù) 12d mm?Ⅱ Ⅲ ， 查 [9]表 55選擇內(nèi)徑 11mm、厚度 1mm 的彈性擋圈，其材料為 65Mn,熱處理 4457HRC。軸承左端采用軸肩定位，查得 6001Z型軸承定位軸肩高度為 mm? ，則軸環(huán)處直徑 12 2 mm? ? ? ?Ⅲ Ⅳ ，取軸環(huán)寬度為 8mm，即 8l mm?Ⅲ Ⅳ 。 (4) 軸段 Ⅵ Ⅶ為螺紋，為滿 足軸的結(jié)構(gòu)工藝性，切制螺紋的軸段應(yīng)留有退刀槽。取螺紋公稱直徑 D 為 12mm,螺紋長為 20mm。由 [9]表 31 查得螺距 1p mm? ，再根據(jù)螺距 p查表 325得到螺紋退刀槽的尺寸： 1 mm? ， 2 3g mm? ， D mm? ? ? 。 故可得 mm?Ⅳ Ⅴ ， mm?Ⅳ Ⅴ ； 12d mm? ?Ⅴ Ⅵ ， 20l mm? ?Ⅴ Ⅵ 。 綜上可計算出主軸的總長度為 15 3 13 8 20 60 .6L mm? ? ? ? ? ? ?。 軸上零件的周向定位 齒輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按 d?Ⅱ Ⅲ 由 [9]表 41 查得圓頭普通平鍵的截面22b h mm mm? ? ? ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 6mm。為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為。滾 動軸承與軸的周向定位采用過渡配合，選擇軸的直徑尺寸公差為 H7。 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考 [9]表 127，取軸左端倒角為 45? ，軸右端倒角為 45? 。 各軸肩處的圓角半徑如附圖（主軸零件圖）所示。 軸的強度計算 求軸上的載荷。 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖 ）作出軸的計算簡圖（圖 ），參照 [5]圖 1523得向心軸承的支承點在中點位置，因此該滑動軸承和滾動軸承的作用點均取其 中點。已知滑動軸承寬 22 8mm， 6001Z型軸承寬 8mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距為 9 14 23A C C Bl l m m? ? ? ?。再根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖 ）。 水平面： 8 5 . 9 6 1 4 5 2 . 323t B CHA ABFlRNl? ?? ? ? 2 2 2 8 . 6 1 4 1 8 . 7 6 1 4 . 3 3 2 2 . 923r A C aVBABF l F dl???? ? ? ?? ? ? 1 9 V A A CM R l N m m? ? ? ? ? 2 22. 9 14 320 .6V V B B CM R l N m m? ? ? ? ? 合成彎矩： 221 47 51 .3 47 N m m? ? ? ? 222 4 7 0 .9 3 2 0 .6 5 6 9 .7M N m m? ? ? ? 圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面 C 是軸的危險截面，將計算出的截面C 處的各項值列于下表。 表 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F , A H BR N R N?? , 22. 9V A V BR N R N?? 彎矩 M N mm?? 2 320 .6VM N mm?? 23 ： 周圍單邊間隙要求 ～ ，如下圖： 前端避空距離： 1mm。 ： 設(shè)計原則是確保氣流（從進氣口到出氣口）流經(jīng)軸承，碳刷管，轉(zhuǎn)子，定子，散熱片等組件且熱空氣不會被阻塞于機殼內(nèi)，并得到充分冷卻。 通風(fēng)孔不能過大，電動工具行業(yè)常用直徑 6mm鋼球驗證，所塞鋼球不能掉入機殼內(nèi)。 散熱孔處的機殼內(nèi)壁到風(fēng)扇葉片頂端的距離應(yīng)為 4～ 6mm，原因有三個：保證空氣流量充足，減小噪音，避免小件異物從散熱孔處于風(fēng)扇葉 片相撞。 散熱孔空氣入口與馬達風(fēng)窗要對正，并沿氣流方向設(shè)計 15176。的角度，便于空氣流通；空氣出口應(yīng)設(shè)計氣流導(dǎo)向板有 15176。向上的角度，防止熱空氣直接吹到手上（下圖左）。 24 另外，為降低空氣噪音，進氣口和出氣口應(yīng)沿氣流方向作如下圖（右）所示的倒角。 的電位增高，晶閘管的導(dǎo)通角增大，此時 a、 b 兩點電壓提高，從而保持整定的轉(zhuǎn)速不變。反之，當(dāng)負載減小，轉(zhuǎn)子回路電流減小，轉(zhuǎn)子回路電勢減小， c 點的電位下降，從而保持整定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦不變，達到單相串勵電動機在額定轉(zhuǎn)速以下近似恒功率調(diào)速，即轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速下降而提高的工作特性。 當(dāng) 轉(zhuǎn)速小于 200r/min，或空載運轉(zhuǎn)時，由于轉(zhuǎn)子電流小， c 點電位下降，晶閘管導(dǎo)通角較小，晶閘管的維持電流難以保持穩(wěn)定，容易出現(xiàn)電鉆的抖動以及運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定而出現(xiàn)異常雜聲。為增加運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，電路中加入反饋電容器 C2和二極管 D3，使空載時 C2 、 D SR 和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成反饋電路，以增加回路電流，保持晶閘管在低速時導(dǎo)通角的穩(wěn)定性。 D1 是為阻 止轉(zhuǎn)子中與觸發(fā)信號反向的雜散諧波進入晶閘管的觸發(fā)極，從而破壞晶閘管工作