2298 便攜式絞盤機的設(shè)計

2298 便攜式絞盤機的設(shè)計,便攜式,絞盤,設(shè)計 - 1 -12 屆畢業(yè)設(shè)計便攜式絞盤機設(shè)計說明書學(xué)生姓名 潘光宗 學(xué) 號 8031208117 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化班 級 1 2 - 1 指導(dǎo)教師 張 宏 日 期 2012.5.29 塔里木大學(xué)教務(wù)處制- 2 -目錄摘 要 .......................................................................................................................- 2 -1 緒論 .....................................................................................................................- 3 -1.1 概述 ................................................................................................................................- 3 -1.2 國內(nèi)外研究狀況 ............................................................................................................- 4 -1.3 發(fā)展趨勢 .......................................................................................................................- 5 -1.4 本課題的意義與設(shè)計任務(wù) ............................................................................................- 5 -2 減速器結(jié)構(gòu)型式的確定 ......................................................................................- 5 -2.1 減速器結(jié)構(gòu)型式的確定 ................................................................................................- 5 -3 減速器的內(nèi)齒和外齒輪參數(shù)的確定 .................................................................- 7 -3.1 齒輪齒數(shù)確定 ................................................................................................................- 7 -3.2 主要零件的材質(zhì)和齒輪精度 ........................................................................................- 7 -3.3 齒輪系數(shù)確定 ...............................................................................................................- 7 -4 強度計算 .............................................................................................................- 9 -4.1 銷軸受力 .......................................................................................................................- 9 -4.2 銷軸的彎曲應(yīng)力 ...........................................................................................................- 9 -5 軸的設(shè)計 .............................................................................................................- 9 -5.1 軸的材料選擇 .............................................................................................................- 10 -5.2 軸的機構(gòu)設(shè)計 .............................................................................................................- 10 -5.2.1 輸入偏心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................- 11 -5.2.2 輸出軸的機構(gòu)設(shè)計 .........................................................................................- 11 -5.3 強度計算 .....................................................................................................................- 12 -5.3.1 輸入軸上受力分析 .........................................................................................- 12 -5.3.2 輸入軸支反力分析 .........................................................................................- 13 -5.3.3 軸的強度校核 .................................................................................................- 14 -6 浮動盤式輸出機構(gòu)設(shè)計及強度計算 ...............................................................- 15 -6.1 機構(gòu)形式 .....................................................................................................................- 15 -6.2 幾何尺寸的確定 ..........................................................................................................- 15 -6.3 銷軸與浮動盤平面的接觸應(yīng)力 .................................................................................- 15 -7 箱體與附件的設(shè)計 ...........................................................................................- 15 -7.1 減速器箱體的基本知識簡介 .....................................................................................- 15 -7.2 減速器箱體材料和尺寸的確定 .................................................................................- 17 -7.3 減速器附件的設(shè)計 ......................................................................................................- 18 -7.3.1 配重的設(shè)計 .....................................................................................................- 18 -7.3.2 減速器附件設(shè)計 ..............................................................................................- 18 -8 工作條件 ...........................................................................................................- 19 -總結(jié) .........................................................................................................................- 20 -致 謝 .....................................................................................................................- 21 -參考文獻 .................................................................................................................- 22 -- 3 -摘 要便攜式絞盤機是一種利用卷筒卷繞鋼絲繩以起升或牽引載荷的一種采用機械。在國外有 90 多年的發(fā)展歷史，本文主要對便攜式絞盤機的技術(shù)關(guān)鍵之處—少齒差行星齒輪減速器進行設(shè)計。通過觀察國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)缺點、結(jié)構(gòu)型式和其傳動原理來進行一定的闡述。在設(shè)計過程當中，對內(nèi)嚙合傳動產(chǎn)生的各種干涉進行了詳細驗算；從如何提高轉(zhuǎn)臂軸承的壽命為出發(fā)點，來計算選擇減速器齒輪的模數(shù)，進行少齒差內(nèi)齒輪副的設(shè)計計算，最終合理設(shè)計減速器的整體結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：少齒差行星傳動；行星齒輪減速器；內(nèi)齒輪副AbstractHaving expounded the planetary gear reducer of a few-tooth differenceabout its development of the status quo at home and abroad, the advantages and disadvantages, structural type and principle of its transmission. Among the process of designing, having checked detailedly about the interference which generated by internal mesh transmission. From how to improve the life of bearing arms to the starting point, choosing and calculating the modulus of the gear reducer for designing the internal gear pair of a few-tooth difference and the final overall structure of the reducer.Key words：Small tooth number difference planet transmission; Planetary gear reducer; Annular g- 4 -1 緒論1.1 概述隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，機械化和自動化水平的不斷提高，便攜式絞盤機的重要性逐漸體現(xiàn)出來。交通的通暢和發(fā)達也隨之帶來許多安全隱患，而每每發(fā)事往往不能及時將受困車輛救出，而救援設(shè)備又體積龐大，調(diào)運極其不靈活。為解決以上問題，我設(shè)計了便攜式絞盤機，能在很大程度上解決困難，為人身安全起到一定的保障作用。便攜式絞盤機的設(shè)計關(guān)鍵在減速器的設(shè)計。減速器的種類雖然很多，但普通的圓柱齒輪減速器的體積大，結(jié)構(gòu)笨重；普通的蝸輪減速器在大的傳動比時，效率較低；擺線針輪行星減速器雖能滿足以上提出的要求，但成本較高，需要專用設(shè)備制造；而漸開線少齒差行星減速器不但基本上能滿足以上提出的要求，并可用通用刀具在插齒機上加工，因而成本較低。能適應(yīng)特種條件下的工作，在國防，冶金，礦山，化工，紡織，食品，輕工，儀表制造，起重運輸以及建筑工程等工業(yè)部門中取得廣泛的應(yīng)用。漸開線少齒差行星減速器具有以下優(yōu)點：1.結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕 由于采用內(nèi)嚙合行星傳動，所以結(jié)構(gòu)緊湊；當傳動比相等時，與同功率的普通圓柱齒輪減速器相比，體積和重量均可減少三分之一至三分之二；2.傳動比范圍大 N 型一級減速器的傳動比為 10～100 以上；二級串聯(lián)的減速器，傳動比可達一萬以上；三級串聯(lián)的減速器，傳動比可達百萬以上。NN 型一級減速器的傳動比為 100～1000 以上；3.效率高 N 型一級減速器的傳動比為 10～100 時，效率為 80～94％；NN 型當傳動比為 10～200 時，效率為 70～93％.效率隨著傳動比的增加而降低。4.運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大 由于式內(nèi)嚙合傳動，兩嚙合齒輪一位凹齒，一為凸齒，兩齒的曲率中心在同一方向。曲率半徑接近相等，因此接觸面積大，使輪齒的接觸強度大為提高，又采用短齒制，輪齒的彎曲強度也提高了。此外，少齒差傳動時，不是一對輪齒嚙合，而是 3～9 對輪齒同時接觸受力，所以運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，并且在相同模數(shù)的情況下，其傳遞力矩臂普通圓周齒輪減速器大。5.結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、成本低；6.輸入軸和輸出軸在同一軸線上，安裝和使用較為方便；7.運轉(zhuǎn)可靠、使用壽命長。但是，這種減速器還存在以下缺點：1.計算較復(fù)雜 當內(nèi)齒輪與行星輪的齒數(shù)差小于 5 時，容易產(chǎn)生各種干涉，為了避免這些干涉，需采用變位齒輪，所以計算較復(fù)雜。2.轉(zhuǎn)臂軸承受力較大，壽命較短 由于齒輪變位后嚙合角較大，所以轉(zhuǎn)臂軸承上徑向- 5 -載荷較大；并且軸承轉(zhuǎn)速還稍高于輸入軸轉(zhuǎn)速，所以轉(zhuǎn)臂軸承是減速器的薄弱環(huán)節(jié)，因而使高速軸傳遞的功率受到限制。3.有的結(jié)構(gòu)需加平衡塊 型及某些 型減速器，需要仔細地進行動平衡，否則會N引起較大的振動。1.2 國內(nèi)外研究狀況上個世紀 60 年代，國外就開始探討圓弧少齒差傳動，到 70 年代中期，日本已開始進行圓弧少齒差行星減速器的系列化生產(chǎn)。這種傳動的特點在于：行星輪的論過曲線用凹圓弧代替了擺線。輪齒與針齒在嚙合點的曲率方向相同，形成兩凸圓弧的內(nèi)嚙合，從而提高了輪齒的接觸強度和嚙合效率，其針齒不帶吃套，并采用半埋齒機構(gòu)，既提高了彎曲強度又簡化了針齒結(jié)構(gòu)。此外，圓弧形輪齒的加工無需專用機床，精度也易保證，而且修配方便。1956 年我國著名的機械學(xué)家朱景梓教授根據(jù)雙曲柄機構(gòu)的原理提出了一種新型少齒差傳動。該機構(gòu)的特點式出入軸旋轉(zhuǎn)時=時，行星輪不是坐擺線運動高速公轉(zhuǎn)與低速自轉(zhuǎn)的合成，而是通過雙曲柄機構(gòu)導(dǎo)引作圓周平動。這種獨特的“雙曲柄輸入少齒差傳動機構(gòu)”的到了國內(nèi)外同行的高度評價。1958 年開始研制擺線針輪減速器。60 年代投入工廠化生產(chǎn)，目前已形成系列，制定了相應(yīng)的標準，并廣泛用于各類機械中。1960 年制成第一臺二齒差漸開線行星齒輪減速器，其傳動比 37.5，功率為 16kw，用于橋式起重機的提升機構(gòu)中。1963 年朱景梓教授在太原學(xué)院學(xué)報上發(fā)表了《少齒差漸開線 K-H-V 型行星齒輪減速器及其設(shè)計》一文，詳細闡述了漸開線少齒差傳動的原理和設(shè)計方法。這些創(chuàng)造性的工作，為少齒差行星齒輪傳動在我國的推廣應(yīng)用起了重要的指導(dǎo)作用。隨著少齒差行星齒輪傳動研究的深入，已成功地開發(fā)處不少新的漸開線少齒差行星齒輪傳動形式。目前，我國研究出一種連桿行星齒輪傳動——平行軸式少齒差內(nèi)齒行星齒輪傳動。該類傳動是以連桿內(nèi)齒輪（齒板）為行星輪。采用雙曲柄輸入，并且無輸出機構(gòu)，主要有一齒環(huán)（一片連桿行星齒板） 、二齒環(huán)（兩片連桿行星齒板） 、三齒板及四環(huán)等機構(gòu)形式的減速器。國內(nèi)外學(xué)者在齒形分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、接觸分析、結(jié)構(gòu)強度、動態(tài)性能、傳動效率、運動精度方面進行了大量的研究。利用計算機技術(shù)進行減速器各主要不見的是他建模、仿真、干涉檢查等，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)這慪氣，并應(yīng)用到了產(chǎn)品的設(shè)計中，取得了許多有價值的成果。N 型內(nèi)齒行星齒輪傳動的基本機構(gòu)式——環(huán)式減速器的傳動機理進行了分析研究，建立了環(huán)視減速器系統(tǒng)受力分析模型，得處目前環(huán)式減速器存慣性力矩不平衡的結(jié)論。對平行動軸少齒差傳動多齒接觸問題動平衡進行了研究，以有限單元彈性接觸分析理論為基礎(chǔ)，建立了平行動軸少齒差傳動多齒接觸問題時的有限單元分析模型，提出了一種對研究平行動軸少齒差內(nèi)齒輪副內(nèi)核過程中實際接觸齒對數(shù)、齒間載荷的分配及齒面載荷分布的分析計算方法。為平行動軸少齒差內(nèi)嚙合齒輪傳動的承載能力的計算、齒輪幾何參數(shù)的確- 6 -定及幾何零部件的強度分析計算提供了理論依據(jù)。通過優(yōu)化后的少齒差傳動裝置具有較小的體積和較好的傳動性能。我國在這種新型的傳動機構(gòu)的技術(shù)水平與國際上一些工業(yè)科技水平發(fā)達的國家相比，還有很大的差距，主要由于我國從事該項技術(shù)研究設(shè)計及應(yīng)用的單位和個人比較少，同時相關(guān)的書籍和資料也相當?shù)那啡?。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特殊在材料和締造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，利用壽命長。但其傳動格式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。日本研制的 FA 型高精度減速器和美國 Alan-Newton 公司研制的 X-Y 式減速器，在傳動原理和結(jié)構(gòu)上與本項目類似或相近，都為目前先進的齒輪減速器。但是我相信，在不久的將來我們做這種新型的減速器性能和構(gòu)造等能趕上外國先進水平的。目前，少齒差減速器在設(shè)計和制造過程中，還存在一些問題，如輸出機構(gòu)精度要求較高，對大功率減速器無實踐經(jīng)驗，一些計算方法和圖表還很不完善等等。有待今后將對以上問題進一步進行實驗研究，以求改進和提高。1.3 發(fā)展趨勢齒輪傳動技術(shù)是機械工程技術(shù)的重要組成部分，在一定程度上標志著機械工程技術(shù)的水平。因此，齒輪被工人為工業(yè)和工業(yè)化的象征。為了提高機械的承載能力和傳動效率，減少外形尺寸質(zhì)量及增大減速器傳動比等，國內(nèi)外的少齒差行星齒輪傳動正沿著高承載能力、高精度、高速度、高可靠性、高傳動效率、小型化、低震動、低噪音、低成本、標準化和多樣化的方向發(fā)展的總趨勢。少齒差行星齒輪傳動具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、效率高等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、飛機、輪船、汽車、起重機、電工機械、儀表、化工業(yè)等許多領(lǐng)域‘少齒差行星齒輪傳動有著廣泛的發(fā)展前景。1.4 本課題的意義與設(shè)計任務(wù)通過攻克減速器的設(shè)計難題，來解決便攜式絞盤機的研究難題。為轎車等小型車自救而設(shè)計一種懸掛在固定物和車兩端的絞盤設(shè)備?？梢詫④嚴鲈恢茫窘Y(jié)構(gòu)采用的鏈條鏈輪式少齒差行星輪減速器。要求該減速器重量輕 ,結(jié)構(gòu)緊湊，使用該減速器要大大地降低絞盤機的重量 。所以對于我們在設(shè)計這類減速器時如何進行參數(shù)的選擇，避免大量繁雜的計算，如何選擇好轉(zhuǎn)臂軸承使其使用壽命增加具有一定的設(shè)計意義。 2 減速器結(jié)構(gòu)型式的確定在少齒差內(nèi)嚙合傳動中，由于內(nèi)齒輪和外齒輪的齒數(shù)差少，在切削和裝配時會產(chǎn)生種種干涉，以致造成產(chǎn)品的報廢。因此，在設(shè)計減速器內(nèi)齒輪副參數(shù)的時候，需要對一些參數(shù)進行合理的限制，以保證內(nèi)嚙合傳動的強度和正確的嚙合。同時要對一些主要零件進行強度校核計算。2.1 減速器結(jié)構(gòu)型式的確定- 7 -選用臥式電機直接驅(qū)動，因傳動比 ，傳動 i＝ 59＜ 100 時，少齒差行星齒輪減59bHci＝速器有幾種類型設(shè)計方案可供選擇。第一種是采用 K-H-V 型少齒差行星齒輪減速器；第二種是采用 2K-H 型正號機構(gòu)少齒差行星齒輪減速器；第三種是 3K 型少齒差行星齒輪減速器。以下分別闡述其特點：K-H-V 型這種傳動機構(gòu)輪齒強度高，傳動效率可高達 90%以上，且這種減速器體積銷、重量輕、運轉(zhuǎn)可靠、壽命長，但注意吃面干涉，工作中轉(zhuǎn)臂軸承受力較大。2K-H(正號機構(gòu))這種傳動機構(gòu)傳動比范圍大，但外型尺寸及重量較大，效率很低，制造困難，一般部用于動力傳動。當行星架從動時，傳動比的絕對值從某一數(shù)值起會發(fā)生自鎖。3K 型這種傳動機構(gòu)機構(gòu)緊湊，體積小，傳動比范圍大，但工藝性差?；谝陨暇C合考慮，采用第一種方案作為本次課題的設(shè)計方案。K-H-V 型少齒差行星齒輪減速器按輸出機構(gòu)型內(nèi)齒圈固定，低速軸輸出分有：銷軸式輸出、十字滑塊式輸出、浮動盤式輸出、零齒差輸出。其特點如下：銷軸式輸出，應(yīng)用廣泛，效率較高，但銷孔加工精度要求較高。十字滑塊式輸出，機構(gòu)簡單，加工方便，但承載能力與效率均較為銷軸式低常用于小功率場合。浮動盤式輸出，機構(gòu)形式新穎，加工方便，使用效果好。零齒差式輸出，其特點式通過一對零齒差齒輪副將行星輪的低速反向轉(zhuǎn)動傳遞給輸出軸。零齒差系值齒輪副的內(nèi)齒輪齒數(shù)相同，象齒輪聯(lián)軸器那樣，但內(nèi)齒輪的齒間間隙較大，其結(jié)構(gòu)型式叫簡單，制造困難，較設(shè)用于中心距較小的一齒差傳動。綜上考慮，采用浮動盤式輸出機構(gòu)的 K-H-V 型少齒差行星齒輪減速器方案作為本次課題的設(shè)計方案。- 8 -圖 2-1 傳動原理簡圖圖 2-1 為典型一級 K-H-V 型少齒差齒輪減速器的傳動原理簡圖，傳動原理如下：當電動機帶動偏心軸 H 轉(zhuǎn)動時，由于內(nèi)齒輪 b 與機殼固定不動，迫使行星齒輪繞內(nèi)齒輪做行星運動；又由于行星輪與內(nèi)齒輪的齒數(shù)差很少，當齒數(shù)差為 1 時，輸入軸每轉(zhuǎn)一周，行星輪沿相反方向轉(zhuǎn)動一個齒，達到減速目的，并通過傳動比等于 1 的帶有一個 W 型輸出機構(gòu)的輸出軸 V 輸出。3 減速器的內(nèi)齒和外齒輪參數(shù)的確定3.1 齒輪齒數(shù)確定因為 根據(jù)機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第三卷》中的表 17.1-2 1,DZ?常用行星齒輪傳動的傳動比和嚙合效率計算公式查得： 。因為 ，故和bcHczi??59bHci＝很容易得到齒輪的齒數(shù)為： 。59,60cbZ?3.2 主要零件的材質(zhì)和齒輪精度行星輪：40 淬火后磨齒， HRC，精度 7—JB GB/T10095-2001.rG472:內(nèi)齒輪：45 剛調(diào)質(zhì)，235 250HBS，精度 7—JB GB/T10095-2001.柱銷： 淬火，58 64HRC。15rC浮動盤： 淬火，55 60HRC。輸入偏心軸：45 鋼調(diào)質(zhì)，260 300HBS。:輸出軸：45 鋼調(diào)質(zhì)，250 280HBS。3.3 齒輪系數(shù)確定按機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第三卷》中的表 17.2-35 初選嚙合角為齒頂高系數(shù) 齒形角 取外齒輪變?yōu)橄禂?shù) 的初值 ，計'49,???0.6,ah??20??? cx(0)c?算幾何尺寸參數(shù)，按結(jié)構(gòu)要求取模數(shù) m=3。- 9 -所以：外齒輪分度圓直徑為：()35917cdmzm???外齒輪分度圓直徑為：608b外齒輪節(jié)圓直徑為：()cos17cs216.3259bcd m?????內(nèi)齒輪節(jié)圓直徑為： 80.47b ?外齒輪齒頂圓直徑為： ()()(235920.6)180.6accacdmzhx????????內(nèi)齒輪變?yōu)橄禂?shù)為：(0) ' ()))/(tan65940.1bc cxinvix???????內(nèi)齒輪齒頂圓直徑為： (0)()(23620..461)78.36ababdmzhxm?????????外齒輪齒頂圓嚙合角為： rcos[)/(]arcos(1.59/8.2.95abcd?? ?內(nèi)齒輪齒頂圓嚙合角為：()/6.47/.36)1.4abbab???齒輪嚙合中心距為： )/23(6059)/21.5bcmzm????'os'1.cos8m????:綜上所述，外齒輪的相應(yīng)參數(shù)為：表 3-1 外齒輪相應(yīng)參數(shù)1 齒數(shù) z592 模數(shù) m33 齒形角 ?20?4 齒頂高系數(shù) ah?0.605 變位系數(shù) 1x-0.59456 精度等級（GB 10095—88） —— 8-GK序號 名稱 符號 尺寸關(guān)系- 10 -7 齒距累積誤差 pF0.0908 齒圈徑向跳動公差 r0.0459 公法線長度變動公差 W0.04010 齒距極限偏差 ptf?±0.02011 基節(jié)極限偏差 b±0.01812 齒向誤差 F?0.01813 跨測齒數(shù) k714 配嚙齒輪齒數(shù) 'z6015 中心距離 'a2.1485±0.0010內(nèi)齒輪的相應(yīng)參數(shù)為：表 3-2 內(nèi)齒輪相應(yīng)參數(shù)1 齒數(shù) z602 模數(shù) m33 齒形角 ?20?4 齒頂高系數(shù) ah?0.605 變位系數(shù) 1x-0.21806 精度等級（GB 10095—88） —— 8GK7 齒距累積誤差 pF0.0908 齒圈徑向跳動公差 r0.0459 公法線長度變動公差 W0.04010 齒距極限偏差 ptf?±0.02011 基節(jié)極限偏差 b±0.01812 齒向誤差 F?0.01813 跨測齒數(shù) k714 配嚙齒輪齒數(shù) 'z5915 中心距離 'a2.1485±0.0010序號 名稱 符號 尺寸關(guān)系- 11 -4 強度計算4.1 銷軸受力參看機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第三卷》中的圖 17.2——332/801/4752.18cwLTDN???4.2 銷軸的彎曲應(yīng)力銷軸材料為 ，硬度為 58~64HRC5rGC33/(.)2./(0)150~2FcswdMPMP? ??FP＜5 軸的設(shè)計軸是組成機器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運動的零件，都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。這時只需對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形。5.1 軸的材料選擇軸的材料種類很多，選擇時應(yīng)主要考慮如下因素： 1.軸的強度、剛度及耐磨性要求； 2.軸的熱處理方法及機加工工藝性的要求； 3.軸的材料來源和經(jīng)濟性等?！　? 軸的常用材料是碳鋼和合金鋼。 碳鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣，一般用途的軸，多用含碳量為 0.25～0.5%的中碳鋼。尤其是 45號鋼，對于不重要或受力較小的軸也可用 Q235A 等普通碳素鋼。 合金鋼具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能，但對應(yīng)力集中比較敏感，且價格較貴，多用于對強度和耐磨性有特殊要求的軸。如 20Cr、20CrMnTi 等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl 等合金鋼，有良好的高溫機械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。 值得注意的是：由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不多，因此當其他條件相同時，如想通過選用合金鋼來提高軸的剛度是難以實現(xiàn)的。低碳鋼和低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火，可提高其耐磨性，常用于韌性要求較高或轉(zhuǎn)速較高的軸。 - 12 -球墨鑄鐵和高強度鑄鐵因其具有良好的工藝性，不需要鍛壓設(shè)備，吸振性好，對應(yīng)力集中的敏感性低，近年來被廣泛應(yīng)用于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的曲軸等。只是鑄件質(zhì)量難于控制。 軸的毛坯多用軋制的圓鋼或鍛鋼。鍛鋼內(nèi)部組織均勻，強度較好，因此，重要的大尺寸的軸，常用鍛造毛坯。軸的常用材料機械性能見《機械設(shè)計》表 11.1。本減速器的偏心軸材料選 45 鋼調(diào)質(zhì)，齒輪輸出軸跟輸出內(nèi)齒輪的材料相同為 40Cr 調(diào)質(zhì)。5.2 軸的機構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)和形狀取決于下面幾個因素：1.軸的毛坯種類；2.軸上作用力的大小及其分布情況；3.軸上零件的位置、配合性質(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；4.軸承的類型、尺寸和位置；5.軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要求?？梢娪绊戄S的結(jié)構(gòu)與尺寸的因素很多，設(shè)計軸時必須針對不同的情況進行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。總結(jié)一條原則是：便于裝拆，定位準確，固定可靠，便于制造，受力合理。 對軸的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計主要是確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。一般在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時的已知條件有：機器的裝配簡圖，軸的轉(zhuǎn)速，傳遞的功率，軸上零件的主要參數(shù)和尺寸等。以下為該傳動的偏心軸的機構(gòu)確定過程：5.2.1 輸入偏心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 2 3 4 5 6 7圖 5-1 偏心軸根據(jù)軸向定位的要求確定各段直徑和長度：1）1 到 2 段利用連軸器接電機，根據(jù) GB/T5O14-2003 選擇連軸器，其長度為 50mm。2）2 到 3 段，由選擇的深溝球軸承 6006，其內(nèi)徑 d=30mm，軸承寬度 B=36mm,同時考- 13 -慮到一個箱蓋的厚度問題，故這段取也取為 50mm,同時在這段末尾開一個退刀槽方面定位和加工。3）3 到 4 這段主要式考慮到齒輪與箱體壁之間的間隙，同時開一退刀槽方便固定用，根據(jù)選用的深溝球軸承 6308，其內(nèi)徑 d=40mm,軸承寬度 B=23mm，所以取這段為 33mm，同時為方便定位和加工開一退到槽。4）4 到 5 這段主要用于支撐滾子用，取為 20mm。5）5 到 6 之間考慮到安裝設(shè)計一個臺階，每個寬為 3mm，第 6 到 7 段根據(jù)選用的深溝球軸承 NJ204E，其內(nèi)徑 d=20mm,軸承寬度 B=14mm，故取該段為 12mm。同時為方便定位和加工開一退刀槽。以上所開的退刀槽的寬度都取為 2mm。參考《機械設(shè)計》 ，取該軸的倒角為 ，所有倒圓為 r1。?452?輸入偏心軸上零件的軸向定位:連軸器與該軸的軸向定位采用平鍵連接，由西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室編寫的《機械設(shè)計》第八版中表 6-1 查得該平鍵為14×9×405.2.2 輸出軸的機構(gòu)設(shè)計1 2 3 4 5 6 7 8圖 5-2 偏心軸根據(jù)軸向定位的要求確定各段直徑和長度:1） 1 到 3 段用于連接輸入軸取其長度為 30mm。1 到 2 為 10mm,2 到 3 為 20mm。2）3 到 4 段，頂軸承。3）4 到 5 段根據(jù)選擇的圓錐滾子軸承 33112，其內(nèi)徑 d=50mm，軸承寬度為 B=30mm,故取其長度為 36mm。4）5 到 6 這段繞鋼絲繩，取其長度為 150mm。5）6 到 7 段頂軸承。6）7 到 8 段根據(jù)選擇的圓錐滾子軸承 33111，其內(nèi)徑 d=45mm，軸承寬度為 B=30mm,,故取其長度為 26mm。參考《機械設(shè)計》 ，取該軸的倒角為 ，所有倒圓為 r1。?452?- 14 -5.3 強度計算查得材料力學(xué)性能 s 數(shù)據(jù)為：650baMP??3s127a??5.3.1 輸入軸上受力分析軸傳遞的轉(zhuǎn)矩為280.TNm?齒輪的圓周力903.5.17tcFNd??齒輪的徑向力 2sin'8sin4.7230.47o0.corcT N?????:齒輪的軸向上 2 961.s.17s2xcFNd?圖 5-3 軸力圖5.3.2 輸入軸支反力分析1、在水平平面的支反力，由 ,得0AM??2cBzArBxdRlFl????- 15 -0.177230.4579625.36.crABxBzdFlR N?????????為負值說明方向與假設(shè)方向相反。由 ,得0M?7230.4(75.36)1495.83AzrBzFRN????2、在垂直平面內(nèi)的支反力，由圖可得 1.61.AyBtRN?3、做彎矩和轉(zhuǎn)矩圖1）齒輪的作用力在水平平面的彎矩圖 14935.807851.34DzABMl Nm???' 0769.22zxdF????齒輪的作用力在垂直平面的彎矩圖 3615...DyABRl???由于齒輪作用力在 D 截面做出的最大合成彎矩'2228.406.785.93zyMNm????2) 做轉(zhuǎn)矩圖280.TNm?5.3.3 軸的強度校核1）確定危險截面 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖，截面 B 處彎矩較大，且有軸承配合引起的引力集中；截面 D 處彎矩最大，且有齒輪配合引起的應(yīng)力集中，故屬于危險截面?，F(xiàn)對 D 截面進行強度校核。2）安全系數(shù)校核計算 由于該減速器機軸轉(zhuǎn)動，彎矩引起對稱循環(huán)的應(yīng)力，彎矩引起的為脈動循環(huán)的切應(yīng)力。彎曲應(yīng)力幅為： 6875.931052.DaMPaW????式中 W——抗斷面系數(shù)，由機械工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計手冊第三卷》中的表19.3-15 查得 .由于式對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力 0m?根據(jù)機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第三卷》中的式（19.3-2） 612711.46.5.098amSK????????????式中 ——45 鋼彎曲對稱循環(huán)應(yīng)力時的疲勞極限，由機械工業(yè)出版社出版的《機械1?- 16 -設(shè)計手冊第三卷》中的表 19.1-1 查得 =270MPa;1??——正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第K?三卷》中的表 19.3-6，并根據(jù)配合查得 =2.62；K——表面質(zhì)量系數(shù)，軸經(jīng)車削加工，按機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手?冊第三卷》中的表 19-3-8 查得 =0.92；?——尺寸系數(shù)，由機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第三卷》中的表?19.3-11 查得 =0.81.切應(yīng)力幅為： 18012.023.75maaaPTMPW????式中 W——抗斷面系數(shù)，由機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第三卷》中的表 19.3-15 查得 3.75由于式對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力 0m??61 6154.70.892..21.00amSK??????? ??? ?????式中 ——45 鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第1?三卷》中的表 19.1-1 查得 =155MPa;1?——切應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第三?卷》中的表 19.3-6，并根據(jù)配合查得 =1.89；K?， ——同正應(yīng)力情況；??——平均應(yīng)力折算系數(shù)，由機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第三卷》中??的表 19.3-13 查得 =0.21.?軸 D 截面的安全系數(shù)由式（19.3-1）確定221.46701.39.S???????由機械工業(yè)出版社出版的新版《機械設(shè)計手冊第三卷》中的表 19.3-5 可知，[S]=1.3～1.4，故 S＞[S]，該軸 D 截面是安全的。同理可驗證輸出軸也符合強度要求。6 浮動盤式輸出機構(gòu)設(shè)計及強度計算6.1 機構(gòu)形式 浮動盤滾動軸式和浮動盤滾套式，機械工業(yè)出版社出版的第 2 版《齒輪試論手冊上冊》圖 7.7-26 即為浮動盤滾動軸式，圖 7.7-27 即為浮動盤滾套式，前者用于小功率減速器，結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸??；后者用于中小功率，這種結(jié)構(gòu)形式可降低盤體重量圖 7.7-28 用于較大功率減速器，是一種裝配式結(jié)構(gòu)，變于加工，降低盤體重量。次處設(shè)計的少齒差行星- 17 -齒輪減速器屬于小功率，故選浮動盤滾動軸式。6.2 幾何尺寸的確定因前面所設(shè)計的是雙偏心傳動，故兩行星輪中間的浮動盤尺寸為：14'(3~6)1472.85+(sLDam?????:36)m=15mm2 .4(~2)90d????式中 ——銷軸中心分布圓直徑(mm)；s——滾子外徑（mm） ；'——偏心距（即齒輪副的中心距） （mm） 。a6.3 銷軸與浮動盤平面的接觸應(yīng)力1542.189096.10~12cH HPFMPMPbr? ?????? ＜7 箱體與附件的設(shè)計7.1 減速器箱體的基本知識簡介減 速 器 箱 體 是 用 以 支 持 和 固 定 軸 系 零 件 并 保 證 傳 動 件 的 嚙 合 精 度 和 良 好 的 潤 滑 及 軸系 可 靠 地 密 封 的 重 要 零 件 ， 其 重 量 約 占 減 速 器 總 重 量 的 30%~50%。 因 此 設(shè) 計 箱 體 結(jié) 構(gòu)時 必 須 綜 合 考 慮 傳 動 質(zhì) 量 、 加 工 工 藝 及 成 本 等 。減 速 器 箱 體 可 以 是 鑄 造 的 ， 也 可 以 使 焊 接 的 。鑄 造 機 體 一 般 采 用 鑄 鐵 （ HT150 或 HT200） 制 成 。 鑄 鐵 具 有 較 好 的 吸 振 性 、 容 易 切削 且 承 壓 性 能 好 。 在 重 型 減 速 器 中 ， 為 了 提 高 箱 體 的 強 度 和 剛 度 ， 也 可 用 鑄 鋼（ ZG15 或 ZG25） 鑄 造 的 。 鑄 造 箱 體 的 缺 點 是 重 量 較 大 ， 但 仍 廣 泛 應(yīng) 用 。焊 接 箱 體 用 鋼 板 （ A3） 焊 接 而 成 。減 速 器 箱 體 可 以 采 用 剖 分 式 結(jié) 構(gòu) 或 整 體 式 結(jié) 構(gòu) 。 剖 分 式 箱 體 結(jié) 構(gòu) 被 廣 泛 采 用 ， 其 剖分 面 多 與 傳 動 件 軸 線 重 合 。 一 般 減 速 器 只 有 一 個 水 平 剖 分 面 ， 但 某 些 水 平 軸 在 垂 直 面 內(nèi)排 列 的 減 速 器 ， 為 了 便 于 制 造 和 安 裝 ， 也 可 以 采 用 兩 個 剖 分 面 。減 速 器 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 應(yīng) 考 慮 以 下 幾 個 方 面 。(1).箱 體 要 具 有 足 夠 的 剛 度箱 體 在 加 工 和 使 用 過 程 中 ， 因 受 復(fù) 雜 的 變 載 荷 引 起 相 應(yīng) 的 變 形 ， 若 箱 體 的 剛 度 不 夠 ，會 引 起 軸 承 孔 中 心 線 的 過 度 偏 斜 ， 從 而 影 響 傳 動 件 的 運 動 精 度 ， 甚 至 由 于 載 荷 集 中 而 導(dǎo)致 運 動 副 的 加 速 損 壞 。 因 此 設(shè) 計 時 候 要 注 意 以 下 幾 點 ：1) 確 定 箱 體 的 尺 寸 與 形 狀 箱 體 的 尺 寸 直 接 影 響 它 的 剛 度 。 首 先 要 確 定 合理 的 箱 體 壁 厚 。 它 與 受 載 荷 大 小 有 關(guān) ， 可 以 用 一 下 經(jīng) 驗 公 式 檢 查 ：?656.04??DdtTK?式 中 ， —為 箱 體 表 面 形 狀 系 數(shù) ， 當 無 散 熱 筋 時 值 取 1， 有 散 熱 筋 時 取 值 為tK；9.0~8- 18 -—與 內(nèi) 齒 圈 直 徑 有 關(guān) 的 系 數(shù) ， 當 內(nèi) 圈 分 度 圓 直 徑 時 ， 取dK mdb650?， 當 時 ， 取 ；2.~81?mb650d?.2~?K—作 用 于 機 體 上 的 轉(zhuǎn) 矩 ， 。DTN:在相同壁厚情況下，增加箱體底面積及箱體的輪廓尺寸，可以增加抗彎扭的慣性矩，有利于提高箱體的剛性。箱體軸承孔附近和箱體底座與地結(jié)合處受著較大的集中載荷，故此處應(yīng)有更大的壁厚，以保證局部剛度。為了保證接合面連接處的局部剛度與接觸剛度，箱蓋和箱座連接部分都應(yīng)具有較厚的連接凸緣，箱座底面凸緣厚度更要適當厚些（其與地面接觸處寬度應(yīng)超過箱座內(nèi)壁，以利于支承受力） 。所有受載的接合面（箱體剖分面和軸承座孔表面）都要限制其微觀不平度以保證實際接觸面積，從而達到一定的接觸剛度。對于連接螺栓的數(shù)量、間距、大小等都要有一定要求，見《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表 11-1。2) 合理設(shè)計肋板 在箱體的受載集中處設(shè)置肋板可以明顯提高局部剛度。例如，軸承座孔與箱底結(jié)合處設(shè)計加強肋，就可以減少側(cè)壁的彎曲變形。加強肋的布置應(yīng)盡量使它受壓應(yīng)力，以起支承作用。對于伸向箱體內(nèi)部的軸承座孔，可以設(shè)置內(nèi)肋。內(nèi)肋較外肋可更好的提高局部剛度。(2).箱體應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性箱體的制造工藝性對箱體的質(zhì)量和成本，以及對加工、裝配、使用和維修都有直接影響。1) 鑄造工藝性 設(shè)計鑄造箱體時，要考慮到制模、造型、澆注和清理等工藝的方便。外形應(yīng)力求簡單（如各軸承孔的凸臺高度應(yīng)一致） ，盡量減少沿拔模方向的凸起部分，并應(yīng)具有一定的拔模斜度。箱體壁厚應(yīng)力求均勻，過渡平緩，金屬不要局部積聚。凡外形轉(zhuǎn)折都應(yīng)有鑄造圓角，以減小鑄件的熱應(yīng)力和避免縮孔?？紤]到液態(tài)金屬的流動性，一般鑄件有最小壁厚的限制。2) 機械加工工藝性 箱體結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)有利于減少加工面積。設(shè)計時應(yīng)考慮減少工件與刀具的調(diào)整次數(shù)，以提高加工精度和生產(chǎn)率。例如，同一軸心線兩軸承座孔徑應(yīng)盡量相同，以便一次鏜出。又如，被加工面（如軸承座端面）應(yīng)力求在同一平面上。箱體上的加工面與非加工面應(yīng)嚴格分開，并且不應(yīng)在同一平面內(nèi)。因此，箱體與軸承端蓋接合面、檢查孔蓋、通氣器、油標和油塞接合處與螺栓頭部或螺母接觸處都應(yīng)做出凸臺。3) 箱體形狀應(yīng)力求均勻、美觀 箱體設(shè)計應(yīng)考慮藝術(shù)造型問題。例如采用“方形小圓角過渡” 的造型比“曲線大圓角過渡”顯得挺拔有力、莊重大方。- 19 -外形的簡潔和整齊會增加統(tǒng)一的美感，例如盡量減少外凸形體，箱體剖分面的凸緣、軸承座凸臺伸到箱體內(nèi)壁，并設(shè)置內(nèi)肋代替外肋（或去掉剖分面） ，這種構(gòu)型不僅提高了剛性，而且有的還克服了造型形象支離破碎，使形象更加整齊、協(xié)調(diào)和美觀。7.2 減速器箱體材料和尺寸的確定因鑄鐵容易切削，抗振性能好，并具有一定的吸振性，所以在本次設(shè)計當中采用灰鑄鐵 HT200 制造。按《機械設(shè)計手冊:單行本.第 11～14 篇,機械傳動》表 15-5-30 和 15-5-31計算公式計算減速器箱體的尺寸列表如下：表 7-1 箱體尺寸名稱 符號 減速器型式及尺寸關(guān)系/mm機體壁厚 ?10前箱蓋壁厚 1 ＝8?.01＝加強筋厚度 2 ＝10＝2加強筋斜度 ??機體內(nèi)壁直徑 D196機體機蓋緊固螺釘直徑 1d＝10?)1~85.0(1?d軸承端蓋螺釘直徑 2 ＝82地腳螺釘直徑 ＝144.3DT機體底座凸緣厚度 h＝20dh)51~(?地腳螺栓孔的位置 1C＝2482.1?C地腳螺栓孔的位置 2 ＝20)(視孔蓋螺釘直徑 3d67.3 減速器附件的設(shè)計7.3.1 配重的設(shè)計因偏心軸質(zhì)量的分布不能再近似地認為是位于同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，這就要添加配重以使軸達到運轉(zhuǎn)平穩(wěn)而不振動。配重塊材料選 HT200。因配重塊對稱放置于偏心軸偏心部分的兩側(cè)，離偏心軸質(zhì)心的距離為 ，設(shè)配重塊質(zhì)量為 ，矢徑為 r，偏心軸質(zhì)ml5.4721?1m量為 。由《機械原理》公式 10-3 得2m- 20 -'21amlr??又 V?2kg79.0解得 r31設(shè)矢徑 ，得 mr5?km4.1?7.3.2 減速器附件設(shè)計(1)聯(lián)軸器的選擇考慮到電動機轉(zhuǎn)軸直徑、軸的最小直徑、傳動轉(zhuǎn)矩選取聯(lián)軸器。聯(lián)軸器 1 為彈性柱銷聯(lián)軸器：型號如下LX2 聯(lián)軸器 (GB/T 5014-2003)425?JA公稱轉(zhuǎn)矩 1000 ?TmN/額定轉(zhuǎn)速 6300 ninr質(zhì)量 5 kg外徑 120D聯(lián)軸器 2 為彈性柱銷聯(lián)軸器：型號如下LX3 聯(lián)軸器 (GB/T 5014-2003)840?JA公稱轉(zhuǎn)矩 1250 ?TmN/許用轉(zhuǎn)速 4700 ninr質(zhì)量 8 kg外徑 160D(2)通氣器減速器工作時，箱體內(nèi)溫度升高，空氣膨脹，壓力增大，為使箱內(nèi)的空氣能自由排出，保持內(nèi)外壓力相等，不至于使?jié)櫥脱胤窒涿婊蚨松w處密封件等其它縫隙溢出，通常在上箱體頂部設(shè)置通氣罩?？紤]到減速器工作環(huán)境,其尺寸要與減速器大小相合適，這里選用提手式通氣器。(3)油面指示器為檢查減速器內(nèi)油池油面的高度，保持油池內(nèi)有適量的潤滑油，一般在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位設(shè)置油面指示器。油面指示器可以是帶透明玻璃的油孔或油標尺， 由減速器機體機構(gòu)用長形油標。(4)放油孔螺塞減速器工作一定時間后需要更換潤滑油和清洗，為排放污油和清洗劑，在下箱體底部油池最低的位置開設(shè)排油孔，平時用螺塞將排油孔堵住。- 21 -(5)吊環(huán)螺釘可按起重重量選擇,箱蓋安裝吊環(huán)螺釘處設(shè)置凸臺,以使吊環(huán)螺釘有足夠的深度。(6)軸承端蓋為固定軸承在軸上的軸向位置并承受軸向載荷，軸承座孔兩端用軸承端蓋密封。(7)油杯為了給傳動機體內(nèi)部注入潤滑油，箱體上壁應(yīng)設(shè)計一注油油杯。(8)密封與潤滑根據(jù)浸油齒輪的圓周速度 N=11.47 m/s > 2m/s,則軸承應(yīng)采用潤滑油潤滑。1) 減數(shù)器的潤滑方式：浸油潤滑方式2) 選擇潤滑油：工業(yè)閉式齒輪油（GB5903-1995）中的一種。3) 密封類型的選擇：密封件：氈圈 1 25 JB9877.1-1988氈圈 2 40 JB9877.1-1988密封膠：DJM7302 Q/JZZX.03-20058 工作條件該減速器的工作環(huán)境溫度為-40～+ ，最高油溫不超過 。其次，連接電動機40C? 85C?的供電電源的額定電壓為 380V，額定頻率 50Hz.當海拔部超過 1000m 時,允許工作環(huán)境溫度不超過 。再次，該減速器適合正、反兩個方向運轉(zhuǎn)。絞盤機其余附件見圖紙。40C?總結(jié)少齒差行星減速器與普通相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、傳動比范圍大、效率高、 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、成本低、安裝和使用較為方便、運轉(zhuǎn)可靠、使用壽命長等優(yōu)點。因此，對于研究和開發(fā)設(shè)計此類減速器有一定的價值。在設(shè)計少齒差減速器過程當中，因內(nèi)齒輪和外齒輪的齒數(shù)差很少，內(nèi)外齒輪應(yīng)制成變位齒輪。在選擇變位系數(shù)時候要充分考慮嚙合傳動當中的各種干涉問題。我們可以通過試湊法來選取變位系數(shù)，但此方法比較繁瑣。也可以通過查表法來選擇，這種方法簡單，在具體的計算驗證過程中發(fā)現(xiàn)通過查表所得數(shù)據(jù)，雖滿足各種限制條件，卻并非最優(yōu)。所以如何設(shè)計出高效的少齒差減速器，還有待進一步研究。轉(zhuǎn)臂軸承是少齒差行星齒輪減速器中的一個薄弱環(huán)節(jié)，增大齒輪的模數(shù)，可以使行星輪的直徑增大，可選擇較大尺寸的軸承；另外增加兩軸承之間的安裝距離，使轉(zhuǎn)臂軸承上的載荷減小，因此能使轉(zhuǎn)臂