【正文】 示，由圖可知，蝸桿受力處為危險截面。 L 總長為 =25+22+=，其中左端到蝸桿受力點 L=12+11=23mm。 由上述條件可以可出蝸桿軸各點彎矩和軸承處支反力。 蝸桿處截面受力如圖： 載荷 水平面 垂直面 支反力 Fnh1= Fnh2= Fnv1= Fnv2= 彎矩 Mh1=152Nmm Mv1=257Nmm 總彎矩 M1=298Nmm 扭矩 T1=63Nmm 根據(jù)公式： W TM 22 )(?? ?? 。 根據(jù)軸雙向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 α=1， W≈ 得 σ=， 前面已經(jīng)選定軸的材料是 45 鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。由表 151 查得 [σ]=60MPa,所以符合要求。 （ 4）軸承的初選： 因為軸承同時承受軸向力和徑向力的作用，同時只使用一個軸承，所以選用 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 21 深溝球軸承。根據(jù) D=6mm，選擇軸承型號為 GB/T 580020xx 型，規(guī)格 618/6，外徑 =13mm，內(nèi)徑 =6mm，寬度 =。 （ 5）軸承的強度校核 1，求比值： Fa/Fr= 根據(jù)表 135，選擇角接觸軸承。 2，初步計算其當(dāng)量動載荷， 根據(jù) P=f(XFr+YFa) 根據(jù)表 136，取 f= 根據(jù)表 135， X=， Y 值需要在已知型號和基本額定靜載荷 C之后才能知道，現(xiàn)暫取一中間值 Y=. 得 P=54N 再求軸承應(yīng)有的基本額定動載荷值， 得 C=206N 按照軸承設(shè)計手冊，之 前所選擇的軸承符合要求。 （ 6）各段長度的分配 因為軸承寬度 =，所以 L1=。為了讓殼體與蝸輪之間有 3mm 的間隙，所以 L2=， L3=蝸桿長度 =22mm，為了與電動機相配合，所以L4=25mm?？傞L 。 至此蝸桿軸的設(shè)計基本完成，如圖所示。 圖 蝸桿軸零件圖 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 22 （ 7）使用 inventor 進(jìn)行受力分析檢驗結(jié)果 1，輸入材料屬性 45 鋼 圖 蝸桿軸材料屬性 2，劃分網(wǎng)格。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 23 圖 蝸桿軸 劃分網(wǎng)格圖 3，約束條件： 此軸在左端被軸承和殼體約束，在右端被殼體約束，所以所受約束如圖： 圖 蝸桿軸約束圖 4，受力大小和方向： 此軸在蝸輪處受法向力，大小為 Fr1， Fa1， Ft1的合力，經(jīng)過計算等于 64N。 在右端收到電機給予的 。如圖所示： 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 24 圖 蝸桿軸受力圖 經(jīng)過系統(tǒng)分析，得到等效應(yīng)力圖： 圖 仿真應(yīng)力圖 圖 仿真 位移圖 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 25 圖 安全系數(shù)圖 由圖可以驗證：此軸的設(shè)計符合要求。 凸輪軸的設(shè)計 1）選擇材料 選擇軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，這樣可以滿足軸的抗彎及抗扭強度；而且成本低，來源廣。 2）初選軸直徑 3220 nPAd? ，查表得 A0=110， 212 ??PP ? =20 = n2=4000i=180r/min 得 d≥5mm。 3）軸的結(jié)構(gòu) 設(shè)計： （ 1） 擬定軸上零件的裝配方案 根據(jù)軸的作用，初步選擇裝配方案。 （ 2） 初步選擇滾動軸承 因為軸承同時承受軸向力和徑向力的作用，所以選用單列圓錐滾子軸承。根據(jù) d=7mm，選擇軸承型號為 GB/T 29220xx 70000B 型，規(guī)格 s719/7，外徑D=17mm，內(nèi)徑 d=7mm，寬度 C=5mm，從而得 L1=5mm， L6=8mm（因為為了可 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 26 靠地壓緊齒輪，此處要加一個 3mm的套筒）。 （ 3） 套筒定位 齒輪的右端與右軸承之間會采用套筒定位，已知齒輪的寬度為 11mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸 段應(yīng)略短于齒輪寬度，所以 L5=10mm （ 4） 軸上零件的周向定位 齒輪與軸承的周向定位應(yīng)選擇平鍵連接。根據(jù)表 61，因為 D5=10mm，所以鍵寬 b鍵高 h=4mm4mm，鍵的長度通過平鍵連接的強度計算公式：][102 3 pkldTp ??? 得 出 ： 其 中 T= k==2mm d=10mm 根據(jù)表62[p]=40Mpa，得 l=3mm。為保證齒輪和軸配合有良好的對中性，所以選擇齒輪輪轂和軸的配合為 H7/n6，軸與軸承定位一般由過渡配合保證，故 軸的直徑公差為 h6. （ 5） 確定軸端倒角和圓角 取軸端倒角為 45176。，圓角為 r1。 （ 6） 各段長度定位 因為左端軸承的寬度為 5mm，所以 L1=5mm， L2 取 2mm，因為換擋行程為14mm，凹槽直徑為 6mm，所以 L3 取略大于 20 的值： 25mm，為了防止換擋桿與蝸桿發(fā)生干涉，取 L4=10mm，因為齒輪寬度為 11mm，為了讓套筒的固定作用更好， L5取略小于 11mm 的 10mm，因為套筒寬度為 3mm，再加上軸承寬度為5mm，所以 L6取 8mm。 4）求作用在軸上的力 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 27 圖 凸輪軸受力簡圖 如圖 ，電機正轉(zhuǎn)的時候，受力如圖所示，電機反轉(zhuǎn)時，受力方向都變成相反方向。 對蝸輪蝸桿機構(gòu)： 根據(jù)前面對蝸輪蝸桿處的計算，可求得： Fa2= Fr2= Ft2= 在凸輪處，還受到軸向力 Fr3換擋力 Fr3= 對于此型號的軸承， a=，所以支承梁跨距等于 47mm。 由上述條件可以可出蝸桿各點彎矩和軸承處支反力。 根據(jù)彎矩和扭矩的分布狀況，可以看出齒輪處截面和凸輪處截面是危險截面。 首先， 求得齒輪處截面： 載荷 水平面 垂直面 支反力 Fnh1=13N Fnh2=50N Fnv1= Fnv2= 彎矩 Mh1=495Nmm Mv1=327Nmm 總彎矩 M1=593Nmm 扭矩 T1=870Nmm 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 28 按彎扭合成應(yīng)力來校核軸的強度： 根據(jù)公式： W TM 22 )(?? ?? 。 根據(jù)軸雙向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 α=1， W≈。 得 σ=， 前面已經(jīng)選定軸的材料是 45 鋼，調(diào)質(zhì)處 理。由表 151 查得 [σ]=60MPa,所以符合要求。 再求得凸輪右邊直徑變化處截面： 載荷 水平面 垂直面 彎矩 Mh2=334Nmm Mv2=780Nmm 總彎矩 M2=848Nmm 扭矩 T2=0Nmm 根據(jù)公式，得 σ=，所以符合要求。 5）校核軸承 1，求比值： Fa/Fr= 根據(jù)表 135，選擇角接觸軸承。 2，初步計算其當(dāng)量動載荷， 根據(jù) P=f(XFr+YFa) 根據(jù)表 136，取 f= 根據(jù)表 135， X=， Y 值需要在已知型號和基本額定靜載荷 C之后才能知道，現(xiàn)暫取一中間值 Y=. 得 P= 再求軸承應(yīng)有的基本額定動載荷值， 得 C=256N 按照軸承設(shè)計手冊，之前所選擇的軸承符合要求。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 29 最后在確定工藝要求，得到了設(shè)計了軸的零件圖如圖所示： 圖 凸輪軸尺寸示意圖 6）確定蝸輪蝸桿與凸輪的旋轉(zhuǎn)方向和分配 2 個檔位 通過對軸所受彎矩的計算，還可以發(fā)現(xiàn) 2 點： ，應(yīng)該使 Fr3 與 Fr2 方向 相同。從而可以確定蝸輪蝸桿的輪齒與凸輪的凹槽的旋轉(zhuǎn)方向。 2. 圖 兩個檔位的受力 如圖，為了使 Fr3 和 Fr2 所產(chǎn)生的彎矩在集中點數(shù)值最小。應(yīng)使 Fr31 和 Fr32 中 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 30 的較大值受力時的受力點距 Fr2 較遠(yuǎn)。從而可以確定凸輪軸向左（圖中）移動時，換一檔，向右移動時，換二檔。 換擋撥叉的設(shè)計 1）選擇材料 選擇軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，這樣可以滿足軸的抗彎及抗扭強度；而且成本低，來源廣。 2）初步確定換擋撥叉的尺寸 撥叉的設(shè)計沒有太多的參考資料，所以我參考了以前做過的 LL013 撥 叉[831006]的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)自鎖軸的直徑為 6mm，輸出軸的直徑為 20mm。得到如圖所示的尺寸： 圖 換擋撥叉三維圖 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 31 圖 換擋撥叉零件圖 3）校核換擋撥叉的強度 ： 換擋撥叉受力如圖所示： 圖 換擋撥叉受力簡圖 如圖，此結(jié)構(gòu)在中點處所受彎矩最大為 Fs=1313N 按彎扭合成應(yīng)力來校核軸的強度 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 頁 32 根據(jù)公式： W TM 22 )(?? ?? 。 其中 M=1313N T=0 根據(jù)軸雙向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 α=1， W≈^3 得 σ=， 前面已經(jīng)選定軸的材料是 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表 151