多方案軸系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)
多方案軸系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì),喜歡這個(gè)資料需要的話就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有預(yù)覽可以查看的噢,下載就有,請(qǐng)放心下載,原稿可自行編輯修改=【QQ：11970985,可咨詢(xún)交流】====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有,下載后全都有,請(qǐng)放心下載,原稿可自行編輯修改
多方案軸系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)
摘要：軸系結(jié)構(gòu)作為機(jī)械傳動(dòng)中常見(jiàn)的也是不可或缺的一部分，其傳動(dòng)特性以及之中相關(guān)零部件是如何進(jìn)行配合的研究具有重大的理論意義以及實(shí)踐意義。軸系結(jié)構(gòu)我們常見(jiàn)的是在減速器里，通過(guò)不同類(lèi)型的齒輪和軸承的組合傳動(dòng)來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到對(duì)原動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速的目的。對(duì)于我們學(xué)習(xí)機(jī)械的同學(xué)來(lái)說(shuō)，了解軸系結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)原理及齒輪與軸承的組合傳動(dòng)特性對(duì)于我們學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)有非常大的幫助。鑒于本科階段的實(shí)驗(yàn)方案和方式存在著一些內(nèi)容單一、操作復(fù)雜繁瑣、不便于同學(xué)們理解等問(wèn)題，為了更好的進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，我設(shè)計(jì)了一套結(jié)合了多種傳動(dòng)方案的軸系結(jié)構(gòu)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。
該實(shí)驗(yàn)裝置包含了多種組合傳動(dòng)方案（如：兩直齒輪嚙合、兩斜齒輪嚙合、兩圓錐齒輪嚙合、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等），本科實(shí)驗(yàn)裝置中的方案往往只采用了一種或兩種進(jìn)行組合，我設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置至少包含了四種以上的傳動(dòng)方案，只需要同學(xué)們進(jìn)行同一組實(shí)驗(yàn)便可以了解軸系結(jié)構(gòu)是如何傳動(dòng)的，更方便同學(xué)們進(jìn)行創(chuàng)新性的方案設(shè)計(jì)，以解決軸承類(lèi)型選擇、軸上零件定位緊固、軸承安裝與調(diào)節(jié)、潤(rùn)滑及密封等問(wèn)題。為了更直觀反映各零部件間是如何組合傳動(dòng)的，我還設(shè)計(jì)了透明的箱體結(jié)構(gòu)，該箱體結(jié)構(gòu)不僅透明而且可拆卸，使得在同一實(shí)驗(yàn)箱里便可以實(shí)現(xiàn)多種方案的組合。
關(guān)鍵詞：軸系結(jié)構(gòu);實(shí)驗(yàn)裝置;組合傳動(dòng)方案;箱體結(jié)構(gòu)
Design of multi-scheme shafting structure experimental equipment
ABSTRACT:Shafting?structure?as?a?common?and?indispensable?part?of?mechanical?transmission,?its?transmission?characteristics?and?the?related?parts?are?how?to?cooperate?with?the?research?has?great?theoretical?and?practical?significance.?Shafting?structure?is?common?in?the?reducer,?through?the?combination?of?different?types?of?gears?and?bearings?to?transfer?the?torque,?in?order?to?achieve?the?purpose?of?decelerating?the?prime?mover.?For?our?mechanical?students,?understanding?the?transmission?principle?of?shafting?structure?and?the?combination?of?gear?and?bearing?transmission?characteristics?is?very?helpful?for?us?to?learn?the?relevant?knowledge?of?mechanical?design.?In?view?of?the?problems?such?as?single?content,?complex?operation?and?inconvenient?understanding?of?the?experimental?schemes?and?methods?in?the?undergraduate?stage,?I?designed?a?set?of?shaft?structure?transmission?experimental?equipment?that?combined?a?variety?of?transmission?schemes?in?order?to?better?carry?out?relevant?experiments.?
This?experimental?device?includes?a?variety?of?combination?scheme?(such?as:?two?straight?gear?meshing,?two?helical?gear?meshing,?two?cone?gear?mesh,?worm?gear?and?worm?drive,?etc.),?the?scheme?of?undergraduate?experiment?equipment?often?use?only?one?or?two?are?combined,?I?designed?the?experiment?device?at?least?includes?four?transmission?scheme,?only?need?to?the?same?group?of?students?experiment?can?know?the?structure?of?shaft?system?is?how?to?drive,?more?convenient?students?to?innovative?design,?in?order?to?solve?the?bearing?type?selection,?shaft?positioning?fastening?parts,?bearing?installation?and?adjustment,?lubrication?and?seal.?In?order?to?more?intuitively?reflect?how?the?components?are?combined?to?drive,?I?also?designed?a?transparent?box?structure,?the?box?structure?is?not?only?transparent?but?also?detachable,?so?that?a?variety?of?schemes?can?be?combined?in?the?same?experimental?box.?
KEYWORDS:?shafting?structure;experimental?device;combined?transmission?scheme;box
?structure
目錄
1 緒論 1
1.1課題背景 1
1.2國(guó)內(nèi)外研究概況 2
1.3課題研究的目的及意義 3
1.4待解決的問(wèn)題以及研究手段 3
2軸系傳動(dòng)方案的選擇 4
2.1方案的介紹 4
2.2傳動(dòng)方案選擇 6
3 軸的設(shè)計(jì) 8
3.1軸的分類(lèi) 9
3.2軸的材料 9
3.3軸系的錯(cuò)誤情況分析 9
3.4軸設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足的基本要求 11
3.5軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
4 齒輪的設(shè)計(jì) 16
4.1齒輪傳動(dòng)的分類(lèi)和特點(diǎn) 16
4.2齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)與基本要求 17
4.3齒輪傳動(dòng)的失效形式 18
4.4齒輪的參數(shù)計(jì)算 19
5 軸承的設(shè)計(jì) 23
5.1軸承種類(lèi)的選擇 23
5.2軸承的選用 25
5.3軸承的配合與固定 25
參考文獻(xiàn) 26
致謝 27
1 緒論
1.1課題背景
軸系結(jié)構(gòu)是機(jī)械設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)中所涉及到的非常重要的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，它常常存在于減速器中，是對(duì)單根軸所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的一系列研究。軸系統(tǒng)是指在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中的一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng),它由主要組成部分,其中包括傳動(dòng)件、軸、軸承、軸心座、底部支坐、調(diào)節(jié)墊片、密封元件、聯(lián)軸器以及不同零件之間進(jìn)行軸向周轉(zhuǎn)固定必須要使用的主要部件等[1]。其不同的結(jié)構(gòu)組合也可以分別組成不同類(lèi)型和形式的軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu),根據(jù)所應(yīng)用場(chǎng)合,以適用于不同的工作場(chǎng)景和工作方式。本課題主要是對(duì)軸系結(jié)構(gòu)中齒輪和軸承的配合形式做具體的研究和方案設(shè)計(jì)。軸系結(jié)構(gòu)是機(jī)械傳動(dòng)中非常重要的組成部分，軸系結(jié)構(gòu)中齒輪和軸承之間的配合是否合理將對(duì)機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)生非常重要的影響。
回轉(zhuǎn)在一般機(jī)械裝置中非常常見(jiàn)，只要涉及到回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，一般都有軸系結(jié)構(gòu)的存在，因此軸系結(jié)構(gòu)是機(jī)械裝置設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛、現(xiàn)階段技術(shù)最為成熟的機(jī)械結(jié)構(gòu)，軸系結(jié)構(gòu)的好壞直接會(huì)影響機(jī)械生產(chǎn)中的生產(chǎn)效率、使用壽命和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性等問(wèn)題。由齒輪和軸承組合方案的不同，各零件定位和固定方式的不同，軸系結(jié)構(gòu)有很多種不同的形式。一般情況可以劃分為以下三種：（1）兩端單向固定，如圖1；（2）一端固定，一端游動(dòng)，如圖2：（3）兩端游動(dòng)，如圖3。
圖1 圖2
圖3
在我們本科階段的機(jī)械設(shè)計(jì)課程中，軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求我們每位學(xué)生自選或由老師指定一種或幾種軸系結(jié)構(gòu)組合傳動(dòng)方案。由于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備缺乏多樣性，只能實(shí)驗(yàn)固定的幾種組合方案，對(duì)于一些拓展性的內(nèi)容也只能由老師口頭描述不便于同學(xué)們理解，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏靈活性和直觀性，而且實(shí)驗(yàn)裝置過(guò)多導(dǎo)致同學(xué)們操作繁瑣，因此一套結(jié)合了多種實(shí)驗(yàn)方案的軸系結(jié)構(gòu)組合傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置就有了設(shè)計(jì)的必要。
1.2國(guó)內(nèi)外研究概況
1.2.1國(guó)內(nèi)研究概況
中華人民共和國(guó)剛成立不久，我國(guó)工業(yè)發(fā)展相對(duì)還比較落后。為了發(fā)展和改善機(jī)械制造業(yè),發(fā)展機(jī)械制造以及提高機(jī)械工業(yè)發(fā)展水平,我國(guó)已經(jīng)建立了一批大型的減速器生產(chǎn)和制造廠并研究出了一系列的通用減速器。此時(shí)我國(guó)減速器的制造技術(shù)還是引用前蘇聯(lián)的早期制造技術(shù)，整體來(lái)說(shuō)缺乏實(shí)用性和創(chuàng)新性。后來(lái)才慢慢有了發(fā)展，到了改革開(kāi)放，通過(guò)對(duì)制造技術(shù)的不斷引進(jìn)、學(xué)習(xí)，和生產(chǎn)工作者們的刻苦努力，堅(jiān)持不懈的探索、發(fā)現(xiàn)和研究，漸漸有了許多優(yōu)秀的研究成果，掌握了高速以及低速重載減速器的生產(chǎn)制造技術(shù)。伴隨著技術(shù)的發(fā)展，齒輪加工精度，材料的選擇和熱處理工藝都有了重大的改善。部分減速器在采用堅(jiān)固的齒面后,體積和負(fù)荷重量得以明顯降低,承載能力、使用壽命、傳動(dòng)效率等都有了較為大幅度的改善,對(duì)于節(jié)能和提升主機(jī)總體技術(shù)水平具有明顯促進(jìn)作用[2]。隨著工作穩(wěn)定性和運(yùn)行效率的提高以及對(duì)傳統(tǒng)齒輪減速器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)控制的改善,我們開(kāi)始了更廣泛地使用的減速器。其中比較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)手段主要有:模塊化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和三維建模。其所采用的設(shè)計(jì)理論和方法具有以下幾個(gè)趨勢(shì):①如果我們能夠結(jié)合自己的工程實(shí)際進(jìn)一步地優(yōu)化自己的數(shù)學(xué)模型,其收斂率和速度也會(huì)得到進(jìn)一步地提高;②箱體零部件的參數(shù)化建模的通用性將進(jìn)一步增強(qiáng),將會(huì)面向其他更多種類(lèi)型的減速器;③機(jī)械與美學(xué)、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等各門(mén)專(zhuān)業(yè)相互貫通,遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等啟發(fā)式算法將被廣泛應(yīng)用于減速器外觀和設(shè)計(jì)中;④基于虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真、動(dòng)力學(xué)的仿真與分析等技術(shù)的綜合應(yīng)用將會(huì)完全取代了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的測(cè)試和制作環(huán)節(jié),稱(chēng)為是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案是否可行的有效、快捷之路[3]。
1.2.2國(guó)外研究概況
減速器在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用范圍非常廣泛,已經(jīng)發(fā)展成為了一種必不可少的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前減速器有著重量較大、體積小、傳動(dòng)功率比較大、機(jī)械傳動(dòng)效能低等弊端。在國(guó)外對(duì)減速器設(shè)計(jì)的研究中,以日本、丹麥以及德國(guó)等地均處于絕對(duì)優(yōu)先的地位,特別是減速器設(shè)計(jì)的工藝和所采用的技術(shù)和材質(zhì)等方面,體現(xiàn)出了極其巨大的優(yōu)越性,減速器設(shè)計(jì)的工作可靠性高,使用壽命長(zhǎng)。但它們的傳動(dòng)形態(tài)仍然主要采用定軸齒輪的傳動(dòng),體積大、載重量小等問(wèn)題尚未能夠得到很好的緩釋。日本住友重工公司自己研制的 fa 型高精度減速器,美國(guó) alan - newton 公司自己研制的 x - y 式減速器,在其傳動(dòng)的原理和結(jié)構(gòu)上與此相近或者更為類(lèi)似,都被認(rèn)為是目前較為先進(jìn)的高精度減速器[4]。當(dāng)今的減速器正朝著大功率、更強(qiáng)的傳動(dòng)性、更高的機(jī)械效率、更輕的體積、更高的使用壽命等方向發(fā)展。所以除了不斷地改進(jìn)材料的品質(zhì)和技術(shù),以及提高其工藝水平外,還要在傳動(dòng)原理和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行更廣泛的研究和革命性的創(chuàng)新,如平動(dòng)齒輪等。減速器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的串聯(lián)體結(jié)構(gòu),也是我們大力推廣的形態(tài),并已經(jīng)設(shè)計(jì)制造出多種結(jié)構(gòu)類(lèi)型和多種功率類(lèi)型的產(chǎn)品[5][6]。當(dāng)今世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家的傳動(dòng)減速器和傳動(dòng)齒輪箱等機(jī)械制造先進(jìn)技術(shù)的研究發(fā)展總體和趨勢(shì)都在向二低、二化、六高三個(gè)縱向方面快速進(jìn)行。二低即低生產(chǎn)噪聲、廉價(jià)生產(chǎn)成本;二化指標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)即產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化;六高即高精度承載能力、高齒面?zhèn)鲃?dòng)硬度、高轉(zhuǎn)動(dòng)精確性、高運(yùn)行旋轉(zhuǎn)速度、高可靠性以及高高速傳動(dòng)和大功率[2]。對(duì)于減速器的研究及其發(fā)展,在一定程度上也標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家在工業(yè)化進(jìn)程中的發(fā)展水平。
1.3課題研究的目的及意義
軸系結(jié)構(gòu)作為機(jī)械傳動(dòng)中常見(jiàn)的也是不可或缺的一部分，其傳動(dòng)特性以及之中相關(guān)零部件是如何進(jìn)行配合的研究具有重大的理論意義以及實(shí)踐意義。軸系結(jié)構(gòu)我們常見(jiàn)的是在減速器里，通過(guò)不同類(lèi)型的齒輪和軸承的組合傳動(dòng)來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到對(duì)原動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速的目的。對(duì)于我們學(xué)習(xí)機(jī)械的同學(xué)來(lái)說(shuō)，了解軸系結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)原理及齒輪與軸承的組合傳動(dòng)特性對(duì)于我們學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)有非常大的幫助。鑒于本科階段的實(shí)驗(yàn)方案和方式存在著一些內(nèi)容單一、操作復(fù)雜繁瑣、不便于同學(xué)們理解等問(wèn)題，設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)裝置，將為同學(xué)們進(jìn)行軸系實(shí)驗(yàn)提供更好、更方便的實(shí)驗(yàn)條件，從而更好的幫助老師和學(xué)生完成培養(yǎng)方案里的實(shí)踐內(nèi)容要求。
1.4待解決的問(wèn)題以及研究手段
1.4.1待解決的問(wèn)題
本次課題所設(shè)計(jì)的多方案軸系結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置主要是為了解決在本科階段的機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的一些問(wèn)題。由于實(shí)驗(yàn)室的那些實(shí)驗(yàn)裝置方案過(guò)于單一，學(xué)生只能對(duì)幾種固定的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能發(fā)生的一些問(wèn)題老師也只是用口述的形式告訴同學(xué)們，這樣比較抽象不便于進(jìn)行理解和把握實(shí)驗(yàn)方法。此次設(shè)計(jì)的裝置是為了便于老師更直觀的為同學(xué)們講解各種傳動(dòng)方案，并且利于同學(xué)們進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，在同一套實(shí)驗(yàn)裝置中便可進(jìn)行多種傳動(dòng)方案的單一或組合傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)，方便同學(xué)們?cè)趯?shí)踐中更加深刻的理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)而更好的完成教學(xué)實(shí)踐的任務(wù)。
1.4.2研究手段
1.文獻(xiàn)研究
通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)，全面深入了解有關(guān)齒輪、軸承的知識(shí)，以及齒輪軸承組合傳動(dòng)的設(shè)計(jì)原理及方案，與自己的構(gòu)想進(jìn)行對(duì)比，不斷修正。
2.方案確定
對(duì)每一種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行具體的研究，確定各參數(shù)，嘗試將兩種或多種方案進(jìn)行組合，逐漸增加組合方案的復(fù)雜度，直至將多種方案進(jìn)行合理的組合。
3.試驗(yàn)分析
對(duì)具體方案繪制圖紙，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，確定其可行性，以解決裝配方案選擇、軸承類(lèi)型選擇、定位和安裝等方面的問(wèn)題。
2軸系傳動(dòng)方案的選擇
2.1方案的介紹
軸系結(jié)構(gòu)作為減速器中最為重要的結(jié)構(gòu)，其根據(jù)齒輪類(lèi)型（直齒、斜齒、錐齒、蝸輪）、裝配方案和傳動(dòng)級(jí)數(shù)的不同，有了各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)不同的組合可以實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)特性，用以滿(mǎn)足許許多多復(fù)雜的工作條件和工作需求。弄清楚各傳動(dòng)方案的傳動(dòng)特性以及使用場(chǎng)合對(duì)于軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有著重要的意義，更加便于機(jī)械的加工制造、裝配、零件選擇、降低生產(chǎn)成本、提高使用壽命。下面來(lái)解釋以下不同種傳動(dòng)方案的傳動(dòng)特性以及適用場(chǎng)合。
其中一級(jí)傳動(dòng)方案有以下幾種：
（1）一級(jí)直齒輪傳動(dòng)
①一級(jí)直齒輪傳動(dòng)介紹
一級(jí)直齒輪傳動(dòng)是由兩直齒輪通過(guò)滾動(dòng)軸承支承在箱體內(nèi)實(shí)現(xiàn)的嚙合傳動(dòng)，如圖，當(dāng)Ⅰ軸作為輸入軸，Ⅱ軸作為輸出軸時(shí)，此時(shí)傳動(dòng)比i=Z大齒輪Z小齒輪＞1，因此此時(shí)是一個(gè)減速的傳動(dòng)組合；相反，當(dāng)Ⅱ軸作為輸入軸，Ⅰ軸作為輸出軸時(shí)，此時(shí)的傳動(dòng)比i'=Z小齒輪Z大齒輪＜1，因此此時(shí)是做一個(gè)增速運(yùn)動(dòng)，但一般情況下這種應(yīng)用比較少，通常用于減速。
②一級(jí)直齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)
該方案的優(yōu)點(diǎn)為：?jiǎn)渭?jí)傳動(dòng)可以承受較大的徑向載荷和軸向載荷；經(jīng)久耐用，可以實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的使用壽命要求
該方案的缺點(diǎn)為：當(dāng)齒輪因模數(shù)大、打牙等原因，不便于測(cè)量齒頂圓直徑。容易引起沖擊和噪聲，傳動(dòng)平穩(wěn)性差。
（2）一級(jí)斜齒輪傳動(dòng)
①一級(jí)斜齒輪傳動(dòng)介紹
一級(jí)斜齒輪傳動(dòng)是由大小不同的斜齒輪在箱體內(nèi)相嚙合而實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)，其傳動(dòng)原理與一級(jí)直齒輪傳動(dòng)類(lèi)似，不同的是把直齒輪換成了斜齒輪（注：相互嚙合的斜齒輪旋向不同），這使得其在具備直齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，具備了更多的優(yōu)點(diǎn)。
②一級(jí)斜齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)
該方案優(yōu)點(diǎn)：
i. 可以實(shí)現(xiàn)較好的嚙合特性,在齒輪的傳動(dòng)過(guò)程中,齒面的摩擦力呈現(xiàn)為脈動(dòng)循環(huán)變化的特征,以此來(lái)逐漸減少;由于采用斜齒,可以實(shí)現(xiàn)更高的軸承承載能力和更好的傳動(dòng)平穩(wěn)性,故該結(jié)構(gòu)可以廣泛應(yīng)用于高速運(yùn)行和重載場(chǎng)合;
ii. 斜齒面相嚙合時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更高的重合度，從而使得傳動(dòng)更為可靠，也使得使用壽命提高。嚙合的持續(xù)時(shí)間直接關(guān)系決定了各個(gè)傳動(dòng)齒輪之間的相互重合作用程度和阻力大小,而且齒輪嚙合的持續(xù)時(shí)間與齒輪接觸點(diǎn)表面積的差距增大直接減少了對(duì)斜線式齒輪的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性；
iii. 因?yàn)閆最小減小了，所以使用斜齒輪使得結(jié)構(gòu)更緊湊。
該方案缺點(diǎn)：加工制造難度較直齒輪加大，進(jìn)而使得生產(chǎn)成本提高，經(jīng)濟(jì)性差。
（3）一級(jí)錐齒輪傳動(dòng)
①一級(jí)錐齒輪介紹
錐齒輪的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)兩交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，相交的兩軸一般呈90o夾角，錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠改變運(yùn)動(dòng)的速度和方向，一般可以改變運(yùn)動(dòng)方向（90o）。 當(dāng)動(dòng)力從Ⅰ軸輸入，Ⅱ軸輸出，則動(dòng)力的速度和方向都將發(fā)生改變。
②一級(jí)錐齒輪特點(diǎn)
錐齒輪其中一個(gè)輪齒最小端相對(duì)一般的齒頂高度要低,降低了錐齒輪頂部過(guò)尖的機(jī)會(huì)。因?yàn)辇X根沒(méi)有更大的圓形角度和半徑,從而增加了承重能力、縮短了刀具的使用壽命及改善了潤(rùn)滑工作條件。一般應(yīng)用于輕載、低速場(chǎng)合。
（4）一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)
①一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)介紹
蝸輪軸間蝸桿傳動(dòng)與一種圓錐形的齒輪蝸桿傳動(dòng)相同,它們都采用可以同時(shí)改變齒輪運(yùn)動(dòng)軸的方向,用于二軸向交錯(cuò)軸的齒輪軸間轉(zhuǎn)向傳動(dòng)。兩軸之間的橫向偏轉(zhuǎn)傳動(dòng)夾角一般固定為90°,蝸輪減速蝸桿的橫向傳動(dòng)比很大,一般都由齒輪蝸桿兩軸作為主動(dòng),用來(lái)控制減速蝸輪運(yùn)動(dòng)。
②一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)
該方案的優(yōu)點(diǎn)：
i. 傳動(dòng)平穩(wěn)，嚙合沖擊??；
ii. 蝸桿的機(jī)械頭數(shù)少,所以蝸輪蝸桿傳動(dòng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力相對(duì)一般都要差很多;蝸桿采用連續(xù)不斷地固定的螺旋齒,使得機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊;
iii. 導(dǎo)程角＜當(dāng)量摩擦角，可以實(shí)現(xiàn)反行程自鎖效應(yīng)。
該解決方案的主要缺點(diǎn):由于傳動(dòng)比大,導(dǎo)致蝸輪向和螺旋軸嚙合時(shí)接觸點(diǎn)之間的相對(duì)滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩速度增加,加大了兩個(gè)接觸點(diǎn)之間的摩擦和磨損,易使蝸輪發(fā)熱,進(jìn)而導(dǎo)致傳動(dòng)效率低;蝸輪本身應(yīng)該是具備良好耐磨性,制造蝸輪所用材料比較貴,經(jīng)濟(jì)性差。
2.2傳動(dòng)方案選擇
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有資料的分析，現(xiàn)存的減速器的類(lèi)型多種多樣，具體可以分為如下：按各種齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)換方式分類(lèi)有:多級(jí)齒輪傳動(dòng)減速器,行星式齒輪減速器,蝸桿式齒輪減速器,以及各種齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)換方式相互作用組合的多級(jí)齒輪減速器;按各種傳動(dòng)方式等級(jí):一級(jí)齒輪減速器、二級(jí)齒輪減速器、三級(jí)齒輪減速器、四級(jí)齒輪傳動(dòng)器和減速器(目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)存的減速器最多四級(jí));按各種齒輪的傳動(dòng)形狀:圓柱(主要包括直齒、斜齒、人字齒)系列齒輪傳動(dòng)減速器、圓錐系列齒輪傳動(dòng)減速器以及各種圓柱齒輪與各種圓錐系列齒輪相互作用而變形成的各種圓柱-圓錐系列齒輪傳動(dòng)減速器;按各種傳動(dòng)方式布置轉(zhuǎn)換方式:主要有傳動(dòng)展開(kāi)、分流、同軸式。
（1）一級(jí)圓柱齒輪減速器
圓柱齒輪中的齒形又可以細(xì)分為垂直齒(主要是用于運(yùn)行速度,載荷較小的情況下)、斜齒(在運(yùn)行速度較小的情況下)、人字齒(在運(yùn)行速度較小的情況下),箱體一般選擇鑄鐵(或者是帶有焊接結(jié)構(gòu))。這種軸承最好是適合使用滾動(dòng)型軸承,除非在速度和載荷都比較大時(shí)需要選擇滑動(dòng)型軸承。
（2）二級(jí)圓柱齒輪減速器
①展開(kāi)式:因?yàn)閭鲃?dòng)齒輪與軸承間的連接位置不對(duì)稱(chēng),故需要較大的機(jī)械剛度,但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了使扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形可以相互抵消,以降低載荷不均勻現(xiàn)象,常常將高速級(jí)放在輸出級(jí)。由斜齒輪和垂直齒輪的特殊性能可知,斜齒輪一般適宜于高速和中等級(jí),垂直齒輪一般適宜于低速和中等級(jí),此時(shí)適宜在載荷平穩(wěn)時(shí)使用。
②分流式:齒輪和軸承之間呈現(xiàn)一種對(duì)稱(chēng)的分布,載荷和軸承的受載更均勻,但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。這樣的排布方式可以使得中間軸受到的轉(zhuǎn)矩增加半,能夠很好地適應(yīng)應(yīng)變載荷場(chǎng)合。
③同軸式:降低了橫向的尺寸,潤(rùn)滑油對(duì)各種齒輪來(lái)說(shuō)可以起到相同的潤(rùn)滑作用,但是由于軸向的尺寸巨大、承載力強(qiáng)、剛度差,載荷分布不均。
④同軸式分流：這樣排布使得輸入和輸出軸只承受扭矩作用，嚙合齒輪傳遞的載荷減半，便于縮小軸頸尺寸。
（3）三級(jí)圓柱齒輪減速器
①展開(kāi)式:同二級(jí)展開(kāi)式
②分流式：同二級(jí)分流式
為了更好的實(shí)現(xiàn)軸系結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效果，筆者將進(jìn)行以下步驟設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案：
1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求設(shè)計(jì)一種組合傳動(dòng)方案；
2. 根據(jù)已經(jīng)確定的傳動(dòng)方案，確定好其他相關(guān)零件（軸、軸承、齒輪等）；
3. 軸上零件的定位和固定形式的確定；
4. 合理選擇密封結(jié)構(gòu)。
3 軸的設(shè)計(jì)
為了保證軸上零件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要用軸將軸上零件進(jìn)行合理的定位和固定，以保證傳動(dòng)裝置的正常工作要求。筆者將于本章節(jié)討論軸的分類(lèi)、軸的材料選擇、軸系常見(jiàn)的錯(cuò)誤形式、設(shè)計(jì)軸時(shí)需要滿(mǎn)足的要求以及設(shè)計(jì)計(jì)算軸的各項(xiàng)參數(shù)。
3.1軸的分類(lèi)
根據(jù)軸的承載情況不同，可以分為三類(lèi)
1. 轉(zhuǎn)軸：不僅能夠承受轉(zhuǎn)矩，而且還能承受彎矩的軸。如：皮帶輪的軸
2. 傳動(dòng)軸：只能夠承受轉(zhuǎn)矩的軸。如：汽車(chē)方向盤(pán)的軸，電風(fēng)扇的軸
3. 心軸:只提供能夠用來(lái)承受旋轉(zhuǎn)彎矩不向外移動(dòng)傳遞的自旋轉(zhuǎn)矩。如:電動(dòng)列車(chē)轉(zhuǎn)向火車(chē)的牽引動(dòng)力和轉(zhuǎn)向車(chē)輪軸[7]
3.2軸的材料
軸材料的選取，首先應(yīng)該滿(mǎn)足工程實(shí)際的需求，其次要保證其經(jīng)濟(jì)性。
1. 對(duì)于速度和載荷都不大的軸，常常采用普通的碳素鋼即可（Q255、Q235等）；
2. 對(duì)于承受載荷較大，軸的尺寸和重量有嚴(yán)格要求的軸需要采用合金鋼。例如當(dāng)精度要求和轉(zhuǎn)速要求較高時(shí)，需要材料能夠?qū)崿F(xiàn)較好的力學(xué)性能，常常采用經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的40Cr合金鋼；
3. 當(dāng)精度要求較高時(shí)，可采用Cr15,65Mn等合金鋼，其材料通過(guò)調(diào)質(zhì)和淬火處理后有較好的耐磨和耐疲勞性，可以滿(mǎn)足較差工作條件的要求；
4. 當(dāng)材料在工作環(huán)境中的硬度為高速、重載時(shí),需要材料必須具有高的表明硬度和較好的耐磨性、抗沖擊韌性和抵抗疲勞能力,常選擇優(yōu)質(zhì)低碳鋼或滲碳鋼。
5. 當(dāng)軸的外形比較復(fù)雜時(shí)，需要材料具備減振、抗沖擊、應(yīng)力集中小等特點(diǎn)。常采用球磨鑄鐵或高強(qiáng)度鑄鐵。
由于設(shè)計(jì)的軸是用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用，屬于以上的第1種情況，可以選用Q235鋼。
3.3軸系的錯(cuò)誤情況分析
軸系結(jié)構(gòu)有很多種錯(cuò)誤形式，具體劃分如下：
（1）安裝錯(cuò)誤
① 零件拆卸困難或者不能正常拆卸；
② 軸端沒(méi)有倒角（或?qū)蝈F）；
③ 當(dāng)軸承位于軸中部時(shí)，沒(méi)有設(shè)置用以過(guò)渡的過(guò)渡軸肩；
④ 向心角旋轉(zhuǎn)接觸滾動(dòng)軸承、圓錐形角滾動(dòng)接觸軸承、推力球接觸軸承沒(méi)有對(duì)稱(chēng)安裝或成對(duì)使用。
（2）制造錯(cuò)誤
① 鍵槽沒(méi)有排布在同一直線上；
② 鍵過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)（一般略短于輪轂寬度）；
③ 軸端太長(zhǎng)；
④ 在用軸肩定位時(shí)，軸承所在的軸段靠軸肩處沒(méi)有砂輪越程槽，導(dǎo)致軸頸處磨削加工不方便[8]。
（3）定位和固定錯(cuò)誤
① 沒(méi)有設(shè)置軸向定位和固定，零件可沿軸向任意移動(dòng)；
② 沒(méi)有設(shè)置周向固定的鍵槽；
③ 多余定位；
④ 安裝在軸端上的回轉(zhuǎn)件寬度沒(méi)有比軸端略長(zhǎng)；
⑤ 用于定位的軸肩或套筒的高度過(guò)高（超過(guò)軸承內(nèi)圈2/3）；
⑥ 回轉(zhuǎn)件與固定靜止件間沒(méi)有過(guò)渡直接接觸。
（4）調(diào)整錯(cuò)誤
① 軸承蓋與箱體間缺少軸承游隙調(diào)整墊片，導(dǎo)致軸向游隙沒(méi)有辦法調(diào)整；
② 支撐方式錯(cuò)誤；
③ 透蓋和與其配合的軸間缺少間隙。
（5）密封錯(cuò)誤
透蓋與軸間缺少密封裝置。
其中常見(jiàn)的錯(cuò)誤形式有以下兩種：
① 套筒或軸肩的直徑不應(yīng)該超過(guò)軸承內(nèi)圈的2/3，如圖3-1所示，套筒直徑超過(guò)了軸承內(nèi)圈的高度，并與保持架接觸，這樣會(huì)使得軸承不能正常拆卸而且影響了保持架的正常工作[9]。
圖3-1 常見(jiàn)錯(cuò)誤形式一
② 軸頭長(zhǎng)度超出輪轂長(zhǎng)度，如圖3-2所示，當(dāng)軸頭的長(zhǎng)度超出了輪轂的寬度時(shí)，蓋板沒(méi)法將輪轂壓緊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)輪轂正常的軸向固定[9]。
圖3-2 常見(jiàn)錯(cuò)誤形式二
3.4軸設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足的基本要求
（1）定位和固定的要求：為滿(mǎn)足軸上零件的正常工作，軸和軸上零件都需要有準(zhǔn)確而固定的位置。
① 周向固定:通過(guò)對(duì)傳動(dòng)零部件的軸進(jìn)行周向固定,以有效地保護(hù)防止傳動(dòng)零部件與傳動(dòng)軸之間可能發(fā)生不必要的相對(duì)方向旋轉(zhuǎn)。周向固定通常主要采取以下幾種聯(lián)接方法:例如鍵盤(pán)式聯(lián)接,花鍵自動(dòng)聯(lián)接,銷(xiāo)售鍵聯(lián)接等；
② 軸向固定:主要是通過(guò)對(duì)滑動(dòng)零部件齒輪進(jìn)行滑動(dòng)軸向固定,以防止零件在軸向發(fā)生不必要的移動(dòng)。對(duì)于軸向的固定通常是采用以下幾種方法:軸肩、套筒、圓螺母等。
（2）工藝性要求：為了提高加工軸的效率和降低生產(chǎn)成本，設(shè)計(jì)的軸需要方便工人加工制造，保證其工藝性和經(jīng)濟(jì)性;合理設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)，便于軸上零件的裝拆和調(diào)整。
① 軸段在需進(jìn)行研磨和切削時(shí),需要設(shè)置砂輪越程槽,需進(jìn)行切削螺紋處理時(shí)軸段宜設(shè)置后退刀槽;
② 同一根軸上的鍵槽應(yīng)位于同一條直線上；
③ 為使軸便于裝配，軸端應(yīng)有倒角；
④ 設(shè)計(jì)的軸應(yīng)該保證軸上各零件不會(huì)干擾其他零件的安裝和拆卸。
（3）對(duì)于強(qiáng)度以及剛度的要求:在軸上各個(gè)零件的位置都應(yīng)該能夠保證其受力合理,以滿(mǎn)足軸和軸上零件的強(qiáng)度和剛度要求。
3.5軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.5.1軸的強(qiáng)度計(jì)算
（1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算
用于：
① 只受扭矩或主要承受扭矩的傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算
② 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前按扭矩初估軸的直徑dmin
對(duì)于一個(gè)圓截面的實(shí)心軸,其具有較高的抗扭力和能力的條件是:
強(qiáng)度條件 τT=TWT=9.55×106Pn0.2d3≤[τT]
設(shè)計(jì)公式 d≥5×9.55×106PτTn=A0Pn
軸上寬度設(shè)置每當(dāng)有兩個(gè)放小鍵槽時(shí):一個(gè)放大鍵槽軸徑:一個(gè)放小鍵槽:3~5%兩個(gè)縮小鍵槽:7~10% 取標(biāo)準(zhǔn)值
（2）根據(jù)彎扭合成的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算
旋轉(zhuǎn)軸承需要同時(shí)保證能夠正確承受最大扭矩和彎曲,必須根據(jù)二者的扭矩組合度和強(qiáng)度關(guān)系來(lái)進(jìn)行計(jì)算。通常把一個(gè)軸承輪轂當(dāng)作一個(gè)安裝放在鉸鏈?zhǔn)捷S承支座上的軸承橫梁,作用于連接軸承上各個(gè)不同零件的軸承力量主要來(lái)自于作為一個(gè)軸的集中力,其主要作用點(diǎn)在于可以變換取為各個(gè)不同零件的軸承輪轂長(zhǎng)和寬度。具體流量計(jì)算使用方法及操作步驟由本列表說(shuō)明如下:
畫(huà)出了軸的空間動(dòng)力學(xué)關(guān)系曲線;(可以分解成為水平面部件的分力與垂直面部件的分力)
① 計(jì)算水平面和垂直面上的彎矩并作出彎矩圖；
② 計(jì)算合成彎矩M并作出彎矩圖；
③ 計(jì)算轉(zhuǎn)矩M T并作出轉(zhuǎn)矩圖；
④ 計(jì)算當(dāng)量彎矩M，繪出當(dāng)量彎矩圖；
⑤ 依靠當(dāng)量彎矩圖尋找出危險(xiǎn)的橫截面,進(jìn)行對(duì)該軸的強(qiáng)度測(cè)量和校正[10]。
（3）按軸的剛度計(jì)算
①軸的彎曲剛度校核計(jì)算
軸的彎曲剛度可用撓度 y 和偏轉(zhuǎn)角θ為單位進(jìn)行測(cè)量。
對(duì)于一個(gè)發(fā)射光軸,可以直接通過(guò)利用發(fā)射材料偏心動(dòng)力學(xué)的兩個(gè)公式函數(shù)來(lái)精確計(jì)算它們的偏心撓度或偏心的轉(zhuǎn)角。
對(duì)于一個(gè)階梯軸,可以把它們轉(zhuǎn)化成一個(gè)當(dāng)量是直徑的發(fā)射光軸后,來(lái)計(jì)算它們的撓度或相反方向的偏轉(zhuǎn)角。
軸的彎曲偏向剛度定義條件其中定義的稱(chēng)為彎曲撓度條件y≤[y]偏向旋轉(zhuǎn)角θ≤[θ],[y]和[θ]分別為軸的許用撓度及許用偏轉(zhuǎn)角。
②軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算
軸的扭轉(zhuǎn)剛度是用扭矩和旋轉(zhuǎn)角的公式來(lái)衡量。軸的最大扭轉(zhuǎn)剛度的條件是 ρ≤[ρ]
3.5.2確定許用應(yīng)力
上面已經(jīng)確定軸的材料為Q235鋼，抗拉強(qiáng)度σb=410MPa，彎曲疲勞強(qiáng)度σ-1=180MPa,[σ-1]b=40MPa
3.5.3估算軸的基本直徑
取A=100
d≥A(P1/n1)1/3
=110×[2.77138]1/3
=110×0.12=13.1mm
考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則:
d1=13.1mm×(1+5%)mm=13.75mm
選d1=14mm
3.5.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
確定軸各段直徑和長(zhǎng)度
I段：d1=14mm ?
長(zhǎng)度的選擇大小主要取決于一個(gè)聯(lián)軸器的整體結(jié)構(gòu)及其需要安裝的零部件的所在位置，根據(jù)各種聯(lián)軸器的長(zhǎng)度計(jì)算工作方式可以進(jìn)行長(zhǎng)度選擇，選取YL6型Y型凸緣聯(lián)軸器L1=30mm。
II段:d2=d1+2h=14mm＋2×0.07d1
=14mm＋2×0.07×14mm
=16.96mm
∴d2=18mm L2=32mm
III段直徑
d3=d2+2h=18mm＋2×0.07d2
=18mm+2×0.07×18mm
=20.52mm
取d3=20mm初選用6204型深溝球軸承，其內(nèi)徑為20mm,寬度為14mm。
?L3=24
Ⅳ段直徑
d4=d3＋2h=20mm＋2×0.07d2
=20mm＋2×0.07×20mm
=23.8mm?
取d4=25mm
L4=L大齒輪+L套筒-1mm=30+21-1mm=50mm
Ⅴ段直徑
d5=d4+2h=25mm+2×0.07d4=28.5mm
取d5=30mm
L5=27mm
Ⅵ段直徑
d6=d5+2h=30mm+2×0.07d5=38.2mm
取d6=40mm
L6=20mm
Ⅶ段直徑
由于這里有齒輪存在。因此取d7=25mm
L7=28mm
Ⅷ段直徑
由于這里使用了6204深溝球軸承。因此取d8=20mm
L8=26mm
L=30+32+24+50+27+20+28+26mm=237mm
③按彎矩復(fù)合進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算
A 求分度圓直徑：已知d2=240mm
B 求轉(zhuǎn)矩：已知T2=9550×PⅡ/ nⅡ=191.692N.m
C 求圓周力：Ft
Ft=2T2/d2=2×191692N.mm/240mm=1597.4N
D 求徑向力Fr
Fr=Ft·tanα=1597.4N×tan200=581.5N
E 因?yàn)樵撦S兩軸承對(duì)稱(chēng)，所以：LA=LB=70mm
傳動(dòng)軸
4 齒輪的設(shè)計(jì)
齒輪機(jī)械傳動(dòng)中的機(jī)械副系統(tǒng)是一種在我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械傳動(dòng)中,最重要的、應(yīng)用最為廣泛的一種新型機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),他通過(guò)傳動(dòng)齒輪副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系來(lái)直接傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)和控制動(dòng)力,具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、工作可靠、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)比準(zhǔn)確,適用于傳動(dòng)速度快和控制傳動(dòng)范圍寬等多大優(yōu)勢(shì)。
4.1齒輪傳動(dòng)的分類(lèi)和特點(diǎn)
4.1.1齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型
（1）根據(jù)不同傳動(dòng)齒輪軸的不同相對(duì)傳動(dòng)位置:選擇平行旋轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)、相交旋轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)、交錯(cuò)旋轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)
（2）按工作條件：
① 開(kāi)式滑動(dòng)齒輪完全不能外露,易滑動(dòng)掉落雜物灰塵和任何碎屑雜物,不能在工作過(guò)程中不能保證良好的滑動(dòng)潤(rùn)滑,輪齒容易斷裂發(fā)生松動(dòng)磨損,多場(chǎng)合適用于各種低速、不重要的機(jī)械應(yīng)用工作場(chǎng)合;
② 半開(kāi)式的潤(rùn)滑油池一般裝有簡(jiǎn)單的潤(rùn)滑保護(hù)罩,有時(shí)甚至可能會(huì)把大型柴油齒輪機(jī)所組成的部分直接用水浸泡在開(kāi)式油池中,比開(kāi)式液力傳動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑好些,但仍然由于不能?chē)?yán)格地準(zhǔn)確防止油池灰塵及其他有害雜物直接浸泡,多被廣泛應(yīng)用于各種小型農(nóng)業(yè)、建筑和民用工程機(jī)械以及簡(jiǎn)易的通用機(jī)械設(shè)備;
③ 齒輪全封閉式是將齒輪和傳動(dòng)軸承完全密實(shí)均勻地滑動(dòng)封閉于箱體內(nèi),能夠有效確保良好的箱體潤(rùn)滑性和較高的齒輪嚙合傳動(dòng)精度,應(yīng)用廣泛。多向軸適用于各種大型汽車(chē)、機(jī)床和民用航空器的引擎以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)等機(jī)械齒輪軸的傳動(dòng)。
4.1.2齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：①傳動(dòng)效率高 ②傳動(dòng)比恒定 ③結(jié)構(gòu)緊湊 ④工作可靠、壽命長(zhǎng)
缺點(diǎn)：①齒輪的制造、安裝對(duì)精度的要求比較高；②不能滿(mǎn)足齒輪的中心間距較大兩軸之間的傳動(dòng)；③在使用上的維護(hù)成本比較高；④當(dāng)精度低時(shí),振動(dòng)和噪音比較大[11]。
4.2齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)與基本要求
齒輪的傳動(dòng)應(yīng)該必須滿(mǎn)足兩個(gè)基本條件:①傳動(dòng)均勻；②承受的運(yùn)轉(zhuǎn)能力較好。
在關(guān)于齒輪的技術(shù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)科研中,有關(guān)于牙輪齒廓運(yùn)動(dòng)曲線、齒輪的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、制造工藝精確性、加工工藝方式以及關(guān)于齒輪的流體熱處理工藝技術(shù)等,基本上都已經(jīng)是緊緊地緊密?chē)@著這兩個(gè)基本的技術(shù)要求體系來(lái)進(jìn)行實(shí)施的。
齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)
（1）模數(shù)m
所以設(shè)計(jì)一個(gè)齒輪的分度圓主要目的就是把它們作為設(shè)計(jì)的基準(zhǔn),以此來(lái)確定齒輪各個(gè)組成部分的尺寸。齒輪分度圓的周長(zhǎng) c = πd = zp ,于是我們可以推導(dǎo)出齒輪分度圓的直徑 d = zp /π,模數(shù)就是覺(jué)得一個(gè)齒輪有多長(zhǎng)直徑的因素。
（2）傳動(dòng)比i和齒數(shù)比u
在一對(duì)齒輪中，設(shè)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n主、齒數(shù)Z主，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n從、齒數(shù)Z從，則傳動(dòng)比i通?？杀硎緸閕=n主n從=Z從Z主
在一對(duì)齒輪中，若設(shè)小齒輪齒數(shù)Z1，大齒輪齒數(shù)為Z2，則齒數(shù)比u=Z2Z1＞1
顯然，在減速運(yùn)動(dòng)中u=i，在增速運(yùn)動(dòng)中u=1i。
（3） 中心距a
其中心點(diǎn)距 a 是采用圓柱形齒輪作為傳動(dòng)機(jī)械的一個(gè)特征大小尺寸,也是其中最重要的幾何學(xué)測(cè)量參數(shù)。在設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該注意保持取值的簡(jiǎn)潔和整齊,并盡可能多，并盡量避免有小數(shù)。
（4）齒寬系數(shù)b
齒寬系數(shù)體現(xiàn)了齒輪的寬度和徑向尺寸在齒軸上的比率關(guān)系。齒寬系數(shù) b 的定義和取得值大小會(huì)直接決定齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)布局和傳動(dòng)質(zhì)量,因而這個(gè)值也是齒輪機(jī)械學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要參數(shù)之一。
4.3齒輪傳動(dòng)的失效形式
① 齒輪打折;輪齒的折斷通常分為兩種類(lèi)型的情況:一種是因?yàn)槎啻沃貜?fù)的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力的集中而導(dǎo)致輪齒疲勞性地折斷;另外一個(gè)就是因?yàn)橥蝗恍缘禺a(chǎn)生了嚴(yán)重的過(guò)載或者是沖擊物體在載荷上的作用而導(dǎo)致的過(guò)載打折。
② 齒輪表面點(diǎn)蝕:由于當(dāng)一個(gè)輪齒正常運(yùn)動(dòng)工作時(shí),前面的兩個(gè)嚙合點(diǎn)中心位置在交變力和接觸應(yīng)力的多次反復(fù)運(yùn)動(dòng)作用下,在一個(gè)較遠(yuǎn)或靠近的小節(jié)點(diǎn)嚙合線的齒面上常常會(huì)同時(shí)發(fā)生若干個(gè)微型的小節(jié)點(diǎn)裂紋。
③ 齒面膠合;在高速和重載下的齒輪傳動(dòng)中,牙面詢(xún)問(wèn)的是由于壓力較大、氣溫升高、潤(rùn)滑效果較差,當(dāng)瞬時(shí)的溫度超出一定范圍時(shí),將會(huì)導(dǎo)致使兩個(gè)齒面之間局部發(fā)生熔融和金屬交替粘連,當(dāng)兩個(gè)齒面之間做相對(duì)移動(dòng)時(shí),黏附的地方會(huì)被撕裂,從而導(dǎo)致齒面上沿著一定的滑動(dòng)方向產(chǎn)生帶狀或者是大面積的損壞[12]。
④ 齒面直接打磨;由于當(dāng)嚙合輪齒在直接嚙合運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,由于相對(duì)摩擦力的直接滑動(dòng),特別多的是當(dāng)嚙合外界空氣中的硬質(zhì)金屬微粒直接滑動(dòng)進(jìn)入嚙合到與其他嚙合輪齒工作面之間時(shí),會(huì)直接滑動(dòng)造成嚙合輪齒整體表面的嚴(yán)重磨損。當(dāng)傳動(dòng)齒輪表面逐步受到磨損后,齒面上就會(huì)逐漸喪失正確的受力位置和傳動(dòng)齒型,嚴(yán)重的話就可能會(huì)直接導(dǎo)致傳動(dòng)輪齒太薄而被應(yīng)力打折,齒面的逐步磨損也就已經(jīng)成為了開(kāi)式汽車(chē)齒輪動(dòng)力傳動(dòng)的一種主要不良系統(tǒng)失效。
⑤ 齒表面可塑性變形。硬度相對(duì)較低的柔軟齒面?zhèn)鲃?dòng)牙輪,在低速運(yùn)行中重載時(shí),由于齒面?zhèn)鲃?dòng)壓力太大,在摩擦力的作用下,齒面上的金屬會(huì)產(chǎn)生可塑性的流動(dòng)而使傳統(tǒng)齒形失去。提高齒面的硬度與采用黏性比較高的潤(rùn)滑油,都是為了幫助防止或緩解齒面可塑性的變形。
4.4齒輪的參數(shù)計(jì)算
高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
⑴ 齒輪材料，熱處理及精度
鑒于此類(lèi)減速器的傳動(dòng)功率和現(xiàn)場(chǎng)所需安裝位置的限制,因而大小型減速器齒輪均選擇了硬齒面上的漸開(kāi)式直線斜齒輪
①材料：高速級(jí)小齒輪選用Q235鋼，齒面硬度小于165HBS，取小齒齒數(shù)=22。
高速級(jí)大齒輪選用Q235鋼，齒面硬度小于165HBS ，Z2=i×Z1=2×22=44。
② 齒輪精度：按GB/T10095.1，選擇7級(jí)。
⑵ 初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸
確定各參數(shù)的值:
試選=1.6
查課本圖10-30 選取區(qū)域系數(shù) Z=2.45
由課本圖10-26 =0.86 =0.90
則=0.86+0.90=1.76
查課本 10-19圖得：K=0.93 K=0.96
齒輪的疲勞強(qiáng)度極限
取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,應(yīng)用公式10-12得:
[]==0.93×960=892.8
[]==0.96×960=921.6
許用接觸應(yīng)力
=892.8+921.6/2=907.2MPa
查課本由表10-6得： =188MP
選取齒寬系數(shù) 0.558
T=95.5×10×=95.5×10×2.55/10.15=239.92×10N.M
⑶ 設(shè)計(jì)計(jì)算
小齒輪的分度圓直徑d
=64.41
模數(shù)：m=d1/z1=64.41/22=2.93mm
根據(jù)課本P130表10-2 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=3mm
分度圓直徑d1=mz1=3×22=66mm
?????d2=mz2=3×44=132mm
傳動(dòng)中心距? a=m(z1+z2)/2=3(22+44)/2=99mm
驗(yàn)算齒輪圓周速度?
V齒=3.14d1n1/60×1000=3.14×66×960/60×1000=3.32m/s
使用系數(shù)=1.1
根據(jù)v=0.67m/s,7級(jí)精度，查表得動(dòng)載系數(shù)K=1.00
齒向載荷分布系數(shù) KHβ=1.245
齒間載荷分布系數(shù) KHα=1.00
故載荷系數(shù):
K＝KAKVKK =1.1×1.0×1.245×1.0=1.3695
⑷ 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
σF=(2kT1/d1mb)YFS1≤[σF1]
確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)
許用彎曲應(yīng)力[σFP]
[σF1]= 0.7σFlim1 =709.2Mpa
[σF2]= 0.7σFlim2 =709.2Mpa
齒輪1復(fù)合齒形系數(shù) =4.30498
齒輪1應(yīng)力校正系數(shù) =1.56256
齒輪2復(fù)合齒形系數(shù) =4.01577
齒輪2應(yīng)力校正系數(shù) =1.69048
端面重合度 =1.64604
計(jì)算兩輪的許用彎曲應(yīng)力
σF1=(2kT1/d1mb)YFS1=168.3Mpa＜[σF1]
σF2=(2kT1/d1mb)YFS2=157Mpa＜[σF2]
小齒輪材料為Q235鋼
接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 σHlim1=960.0MPa
齒輪1接觸疲勞強(qiáng)度許用值 [σH]1=1050.9MPa
大齒輪材料為Q235鋼
齒輪2接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 σHlim2=960.0MPa
齒輪2接觸疲勞強(qiáng)度許用值 [σH]2=1050.9MPa
計(jì)算模數(shù)
=2.42
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，按GB/T1357-1987圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取m=3mm但為了同時(shí)滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，需要按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d=64.41來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù).于是由:
= 21.47 取 z1=21
那么z2=2×21=42
幾何尺寸計(jì)算
計(jì)算中心距：a==96.013mm
將中心距圓整為98mm
因此齒輪為圓柱直齒齒輪,故參數(shù),,等不必修正.
計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
=63mm
=126mm
因?qū)嶋H條件限制，圓整后d1=64mm d2=130mm
齒輪參數(shù)和幾何尺寸總結(jié)：
小齒輪
大齒輪
齒數(shù)
模數(shù)
壓力角
齒頂高系數(shù)
頂隙系數(shù)
齒距
齒厚
齒槽寬
齒根高
齒頂高
分度圓直徑
齒高
基圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
中心距
大齒輪
小齒輪
5 軸承的設(shè)計(jì)
5.1軸承種類(lèi)的選擇
軸承在機(jī)械中廣泛應(yīng)用的部分零件之一,它的功能和作用主要包括支撐著機(jī)器在運(yùn)動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)體,降低了機(jī)器在運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩爾系數(shù),并有效地保證了其回轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性。軸承的質(zhì)量及其使用壽命和軸承的工作性能,不僅依賴(lài)于軸承本身的生產(chǎn)制造精度,還和其他軸承部件的連接孔與軸尺寸精度、形位精度和軸表面的粗糙度、正確選用和安裝方法有著緊密的聯(lián)系。尤其是在工作中怎樣正確合理地選用軸承的搭接,對(duì)于提高軸承的壽命,保證整個(gè)機(jī)器的正常工作至關(guān)重要。
（1） 軸承精度等級(jí)
滾動(dòng)精度軸承的額定精度范圍可以依次劃分分別為根據(jù)大小不同尺寸的滾動(dòng)精度和不同旋轉(zhuǎn)方向軸承的滾動(dòng)精度。精度標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行了首次標(biāo)準(zhǔn)化,劃分分別為0級(jí)、6x級(jí)、6級(jí)、5級(jí)、4級(jí)、2級(jí)六個(gè)精度級(jí)別。精度由0級(jí)提高開(kāi)始依次提高進(jìn)行逐級(jí)提高,對(duì)于普通用途0級(jí)精度己經(jīng)可說(shuō)是精度足夠,但在較為復(fù)雜的使用情況和特殊場(chǎng)合下,還是可能需要5級(jí)或者更高。
（2） 滾動(dòng)軸承配合選擇
① 配合的選擇
由于軸承的內(nèi)徑和外徑的大小都是從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行選取的,而對(duì)于軸承的內(nèi)圈、外圍軸、座孔之間的配套松緊程度也只能靠著控制公差大小來(lái)改變。滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈和軸的配合一般都會(huì)使用基孔制,軸承的外圈和座孔一般都會(huì)使用基軸制。在正確地選擇軸承時(shí),必須要知道實(shí)際工況下負(fù)載大小和工作的實(shí)際條件,而知道這些條件是很困難的。因此，多數(shù)情況是通過(guò)使用精度來(lái)選擇配合的。
② 負(fù)荷大小
套圈與軸（或外孔）間的過(guò)盈量取決于負(fù)載的大小，當(dāng)負(fù)載較大時(shí)選擇較大的過(guò)盈量，當(dāng)負(fù)載較小時(shí)選擇較小的過(guò)盈量。通常將當(dāng)量徑向負(fù)載分成“輕”、“正?！?、“重”型負(fù)載三種情況。
③ 負(fù)載性質(zhì)
在選取配合時(shí)首先要考慮到的是負(fù)載矢量相對(duì)于套圈旋轉(zhuǎn)。按照套圈中合成的徑向負(fù)載矢量相對(duì)于套圈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況,套圈中所要承受的徑向負(fù)載大致可以劃分為:固定式負(fù)載、旋轉(zhuǎn)式負(fù)載、擺動(dòng)式負(fù)載。 1.固定負(fù)載
作用于支承套圈上的一個(gè)徑向壓力負(fù)載,由裝在套圈支承軌道上的徑向局部運(yùn)動(dòng)區(qū)域?qū)ζ溥M(jìn)行壓力承受,并向其傳遞壓力到支承軸或者也就是裝在軸承座上的一個(gè)相應(yīng)徑向局部運(yùn)動(dòng)區(qū)域。
特點(diǎn):合成的徑向負(fù)載向量和套圈相對(duì)于靜止,承受定向負(fù)載時(shí)套圈間可以選擇較松緊的配置。
2.旋轉(zhuǎn)負(fù)載
作用于套圈上的合成徑向負(fù)載，沿滾道圓周方向旋轉(zhuǎn)，依次負(fù)載于各部位。
特點(diǎn):每當(dāng)合成套筒負(fù)載的傳動(dòng)向量與合成套圈相對(duì)方向旋轉(zhuǎn),承受相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載時(shí)合成套筒線圈與負(fù)載向量之間關(guān)系應(yīng)該有相選緊密的配合。在特別的使用條件下,若所需要承受的強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)載荷負(fù)載非常小(或僅偶爾低速?gòu)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)),軸承材料選擇用的材料較硬或較軟具有較高的軸承表面度和粗糙度時(shí),承受較大強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)載荷負(fù)載的選用軸承襯套和墊圈也就是說(shuō)可以直接使用硬度較松的軸承材料與其進(jìn)行直接配合。
3.擺動(dòng)負(fù)載（不定向負(fù)載）
作用于套圈上的合成徑向負(fù)載方向不變。
特點(diǎn):用于作用在流體套圈上的各種合成流體負(fù)載壓力向量沖擊可以在流體套圈上或滾道的某個(gè)擺動(dòng)區(qū)域內(nèi)同時(shí)進(jìn)行壓力擺動(dòng),為了保證使套圈滾道一定的擺動(dòng)區(qū)域內(nèi)能有一個(gè)足夠大的振動(dòng)力可以承受,或者對(duì)用于作用在流體套圈上或滾道上的各種合成流體負(fù)載向力具有向量沖擊和壓力振動(dòng),其中的振動(dòng)數(shù)值可以隨作用時(shí)間而有所變動(dòng)。對(duì)于在承受高速旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)和大負(fù)載時(shí),軸承內(nèi)、外部滾動(dòng)套件墊圈和支承軸、齒輪和底座孔之間的松緊配置要求均宜并可采用滾動(dòng)松緊組合配置。
5.2軸承的選用
由于此軸承用于支撐回轉(zhuǎn)的軸或軸上零件，故應(yīng)該選用滾動(dòng)軸承。因?yàn)閷?shí)際上在應(yīng)用的生產(chǎn)過(guò)程中,該傳動(dòng)軸承既受到需要同時(shí)承受不同徑向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力又受到需要同時(shí)承受不同軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力的較大影響,故我們認(rèn)為應(yīng)該合理地考慮選擇一種單列角度非接觸式圓球傳動(dòng)軸承。參考實(shí)際軸承應(yīng)用市場(chǎng)情況和實(shí)際設(shè)計(jì)工作應(yīng)用需要,查閱相關(guān)軸承組件產(chǎn)品目錄,初步進(jìn)行篩選2基本信息游隙滾動(dòng)機(jī)構(gòu)軸承組件和標(biāo)準(zhǔn)軸承精度和等級(jí)配套軸承單列角精度接觸角圓球滾動(dòng)軸承7204AC型。
D
B
軸承代號(hào)
20
42
12
7004AC
20
47
14
7204AC
20
52
15
7304AC
除了選取單列角接觸球軸承外，本實(shí)驗(yàn)裝置還可使用深溝球軸承，考慮到實(shí)際情況和工作的要求，選取（0）2尺寸系列6204深溝球軸承。
5.3軸承的配合與固定
（1）當(dāng)軸承和外圈和軸承座、箱體互相配合時(shí),其間的配合距離一般不宜太大,在工作中要注意保證其外圈有輕度振動(dòng)空間,以減少由于外圈和滾道振動(dòng)而發(fā)生的局部和過(guò)量磨損,這樣就有助于延長(zhǎng)軸承的性能和使用壽命。下圖1、2是兩種外圈固定方式。
圖1 圖2
（2）由于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸需要較緊的配合，而且傳動(dòng)的功率一般較大，故應(yīng)采用過(guò)盈配合。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)裝置，考慮到軸承需要經(jīng)常拆卸，故不宜配合太緊，以免出現(xiàn)裝拆困難的情況。
參考文獻(xiàn)
[1] 李曉利, 王春潔. 組合軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2003.
[2] 張展. 齒輪減速器現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 華電技術(shù), 2001, 23(001):58-59.
[3] 付曉莉, 韓超, 李勇,等. 減速器設(shè)計(jì)方法的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 機(jī)械傳動(dòng), 2012(10):116-118+122.
[4] 劉小龍, 趙世純. 大轉(zhuǎn)矩汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋主減速器齒輪的研制[J]. 現(xiàn)代零部件, 2008(7):88-90.
[5] 王字航, 佟占勝, 張帆,等. 2000 kN·m大型行星減速器焊接機(jī)體應(yīng)力分析[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械, 2010(2):82-84.
[6] 莫愛(ài)貴, 莫亞武. 對(duì)大速比擺線針輪行星減速器設(shè)計(jì)的分析[J]. 邵陽(yáng)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào), 2002.
[7] 齊昭田. 《機(jī)械基礎(chǔ)》課堂教學(xué)語(yǔ)言藝術(shù)的運(yùn)用[J]. 中國(guó)輕工教育, 2004, 000(003):72-73.
[8] 白晨媛. 機(jī)械設(shè)計(jì)中軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)錯(cuò)誤分析[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件, 2019, 000(017):P.83-84.
[9] 郭敏, 李森. 一種軸系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置的研制[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2009(01):54-55+112.
[10] 吳旭剛. 木粉內(nèi)燃機(jī)的主要零部件設(shè)計(jì)研究[D]. 東北林業(yè)大學(xué), 2008.
[11] 胡春佳. 常用的機(jī)械傳動(dòng)方式的選擇研究[J]. 科技與生活, 2012, 000(011):190-191.
[12] 賀篤鵬. 齒輪鋼的滲碳熱處理變形與疲勞性能的研究. 昆明理工大學(xué).
致謝
經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的艱苦努力和不懈堅(jiān)持，我順利完成了畢業(yè)論文的寫(xiě)作。從開(kāi)始的自己確定選題，到查閱參考文獻(xiàn)，再到畢業(yè)導(dǎo)師一步步的指導(dǎo)、對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行夜以繼日的研究和試驗(yàn)，終于交上了這一份答卷。在這段過(guò)程中，我所走的每一步都意味著新的嘗試和挑戰(zhàn)，這也是在大學(xué)生涯第一次獨(dú)立完成的最大項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)有很多感受，從一無(wú)所知到開(kāi)始獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書(shū)籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己不成熟的座屏一步步得以完善，每一次進(jìn)步都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都會(huì)讓我興奮好一段時(shí)間。
但即使是現(xiàn)在，我的論文也還是不夠成熟的，還有很多不足之處。但這次寫(xiě)論文的經(jīng)歷使我終身受益。我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)和研究的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)習(xí)就不可能有研究的潛力，沒(méi)有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不叫論文了。期望這次經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)奮勇向前。
27
收藏