諧波齒輪減速器設(shè)計(jì)及性能仿真【三維SW】【10張CAD圖紙+文檔】

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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 開(kāi)題報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：諧波齒輪專用減速器設(shè)計(jì)諧波齒輪減速器設(shè)計(jì)及性能仿真 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 畢業(yè)時(shí)間： 一、課題的背景及意義 隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械化和自動(dòng)化水平的不斷提高，各工業(yè)部門需要大量的減速器，并要求減速器體積小，重量輕，傳動(dòng)比范圍大，效率高，承載能力大，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠以及壽命長(zhǎng)等。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(dòng)比時(shí)，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；而諧波齒輪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(jī)上加工，因而成本較低。能適應(yīng)特種條件下的工作，在國(guó)防，冶金，礦山，化工，紡織，食品，輕工，儀表制造，起重運(yùn)輸以及建筑工程等工業(yè)部門中取得廣泛的應(yīng)用。 我國(guó)在這種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的技術(shù)水平與國(guó)際上一些工業(yè)科技水平發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，還有很大的差距，主要由于我國(guó)從事該項(xiàng)技術(shù)研究設(shè)計(jì)及應(yīng)用的單位和個(gè)人比較少，同時(shí)相關(guān)的書籍和資料也相當(dāng)?shù)那啡?。?guó)外的減速器，以德國(guó)、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(shì)，減速器工作可靠性好，利用壽命長(zhǎng)。但其傳動(dòng)格式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問(wèn)題，也未解決好。日本研制的FA型高精度減速器和美國(guó)Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)上與本項(xiàng)目類似或相近，都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。但是我相信，在不久的將來(lái)我們做這種新型的減速器性能和構(gòu)造等能趕上外國(guó)先進(jìn)水平的。 目前，諧波齒輪減速器在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，還存在一些問(wèn)題，如輸出機(jī)構(gòu)精度要求較高，對(duì)大功率減速器無(wú)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一些計(jì)算方法和圖表還很不完善等等。有待今后將對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以求改進(jìn)和提高。 齒輪傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械工程技術(shù)的重要組成部分，在一定程度上標(biāo)志著機(jī)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(jī)械的承載能力和傳動(dòng)效率，減少外形尺寸質(zhì)量及增大減速器傳動(dòng)比等，國(guó)內(nèi)外的諧波齒輪傳動(dòng)正沿著高承載能力、高精度、高速度、高可靠性、高傳動(dòng)效率、小型化、低震動(dòng)、低噪音、低成本、標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化的方向發(fā)展的總趨勢(shì)。 諧波齒輪傳動(dòng)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、飛機(jī)、輪船、汽車、起重機(jī)、電工機(jī)械、儀表、化工業(yè)等許多領(lǐng)域諧波齒輪傳動(dòng)有著廣泛的發(fā)展前景。 諧波齒輪減速器與普通減速器相比具有體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高、傳動(dòng)比范圍大等優(yōu)點(diǎn)。但其設(shè)計(jì)計(jì)算較過(guò)程復(fù)雜，轉(zhuǎn)臂軸承的受力較大、壽命較短。所以對(duì)于我們?cè)谠O(shè)計(jì)這類減速器時(shí)如何進(jìn)行參數(shù)的選擇，避免大量繁雜的計(jì)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(jì)意義。 （二）研究?jī)?nèi)容擬解決的問(wèn)題 諧波傳動(dòng)是五十年代中期出現(xiàn)的一種新型傳動(dòng)，它隨著空間技術(shù)的發(fā)展而迅 速發(fā)展起來(lái)。由于諧波傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、體積小、傳動(dòng)精度高的特點(diǎn)，一開(kāi)始就被運(yùn)用在火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等飛行器中，實(shí)現(xiàn)了他的優(yōu)越性。目前這種傳動(dòng)技術(shù)已由航天飛行器，飛機(jī)中的應(yīng)用迅速推廣到原子能、雷達(dá)、通訊、造船、冶金、汽車、坦克、機(jī)床、儀表、防止、建筑、起重運(yùn)輸、醫(yī)療器械等各個(gè)部門。無(wú)論是作為數(shù)據(jù)傳遞的高精度傳動(dòng)，還是作為傳遞大轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力傳動(dòng)，都得到了比較滿意的效果。特別是，這種傳動(dòng)通過(guò)密封壁來(lái)傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因而它用于操縱高溫，高壓的管路以及用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作在高真空，有原子輻射或其他有害介質(zhì)空間的機(jī)構(gòu)，是現(xiàn)有的其他一切傳動(dòng)所不能比擬的。 諧波齒輪傳動(dòng)是五十年代后期隨著航天技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型傳動(dòng)。它與一般齒輪傳動(dòng)相比，具有傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、精度高、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。此外，它還具有通過(guò)密封殼體傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的功能，這一特點(diǎn)是機(jī)械傳動(dòng)所無(wú)法比擬的。諧波齒輪傳動(dòng)一問(wèn)世，就顯示出了它的顯著優(yōu)越性。因此，諧波齒輪傳動(dòng)是一種生命力強(qiáng)、發(fā)展前途十分寬廣的機(jī)械傳動(dòng)。 目前要解決如下問(wèn)題： 諧波齒輪機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)、傳動(dòng)原理、結(jié)構(gòu)形式，利用三維軟件設(shè)計(jì)來(lái)計(jì)算諧波齒輪中常用的計(jì)算。 現(xiàn)基本以機(jī)械設(shè)計(jì)為主，其它為輔。 （三）研究的總體安排和進(jìn)度計(jì)劃 1.第一階段：開(kāi)題3月10日—3月20日 （1） 應(yīng)完成的工作 ①理解和熟悉畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，了解所要完成的工作任務(wù)； ②查閱與畢業(yè)設(shè)計(jì)題目相關(guān)的文獻(xiàn)資料； ③書寫開(kāi)題報(bào)告。 （2） 開(kāi)題報(bào)告檢查,修改完善開(kāi)題報(bào)告。 2. 第二階段：設(shè)計(jì)階段2015年3月21日—5月9日 （1） 總體方案設(shè)計(jì)與設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 （2） 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算 （3） 設(shè)備總裝圖 （4） 中期檢查 （5） 裝配圖及零件圖設(shè)計(jì) 3. 第三階段：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文與準(zhǔn)備答辯5月底 （1） 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 （2） 結(jié)題驗(yàn)收 （3） 準(zhǔn)備答辯 （二）參考文獻(xiàn) [1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)新版第三卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.9. [2] 齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè)(上冊(cè))第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.5. [3] 漸開(kāi)線齒輪行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與制造編委會(huì). 漸開(kāi)線齒輪行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與制造. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.5. [4] 陳坐模，葛文杰等. 機(jī)械原理第七版.北京:高等教育出版社,2007.12. [5] 濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)第八版.北京:高等教育出版社,2008.4. [6] 卜炎. 螺紋連接連接設(shè)計(jì)與計(jì)算.北京:高等教育出版社,1993. [7] 張春林，曲繼芳.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2008.4. [8] Orlov P.Fundamtls of Machine Design. Moscow: Mir Pub., 1987. [9] Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering. Katson Publ. House,1985. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目 諧波齒輪減速器設(shè)計(jì)及性能仿真 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 系 主 任 二級(jí)學(xué)院院長(zhǎng) IV 摘 要 諧波齒輪傳動(dòng)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、飛機(jī)、輪船、汽車、起重機(jī)、電工機(jī)械、儀表、化工業(yè)等許多領(lǐng)域諧波齒輪傳動(dòng)有著廣泛的發(fā)展前景。 諧波齒輪減速器與普通減速器相比具有體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高、傳動(dòng)比范圍大等優(yōu)點(diǎn)。但其設(shè)計(jì)計(jì)算較過(guò)程復(fù)雜，軸承的受力較大、壽命較短。所以對(duì)于我們?cè)谠O(shè)計(jì)這類減速器時(shí)如何進(jìn)行參數(shù)的選擇，避免大量繁雜的計(jì)算，如何選擇好軸承使其使用壽命增加具有一定的設(shè)計(jì)意義。 對(duì)諧波減速器國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)缺點(diǎn)、結(jié)構(gòu)型式和其傳動(dòng)原理進(jìn)行了一定的闡述。在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)內(nèi)嚙合傳動(dòng)產(chǎn)生的各種干涉進(jìn)行了詳細(xì)驗(yàn)算；從如何提高軸承的壽命為出發(fā)點(diǎn)，來(lái)計(jì)算選擇減速器齒輪的模數(shù)，最終合理設(shè)計(jì)減速器的整體結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：諧波傳動(dòng)；減速器；內(nèi)齒輪副 Abstract Harmonic gear drive with small size, light weight, compact structure, transmission ratio, and high efficiency. Widely used in mining, metallurgy, aircraft, ships, cars, cranes, electrical machinery, instruments, chemical and many other fields of harmonic gear drive has a broad development prospects. Harmonic gear reducer reducer with ordinary compared with the small size, light weight, smooth transmission, high efficiency, transmission ratio range and so on. However, compared with its design and calculation process is complex, larger force bearing short-lived. Therefore, how we choose the parameters in the design of this type of reducer, to avoid a large number of complex calculations, how to choose to increase the service life of the bearings so that it has a certain design significance. Harmonic reducer development status at home and abroad, the advantages and disadvantages, structure type and its transmission principle, which must be explained. In the design process, various internal mesh transmission interference generated detailed checking; from how to improve bearing life as a starting point to calculate modulus choose Gear ultimately rational design of the overall structure of the gear unit. Keywords: harmonic drive; reducer; internal gear pair 目 錄 摘 要 II Abstract III 第1章 緒論 1 1.1 概述 1 1.2諧波齒輪減速器研究?jī)?nèi)容擬解決的問(wèn)題 1 1.3 本文研究主要內(nèi)容 2 第2章 諧波齒輪減速器設(shè)計(jì) 3 2.1.傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的選擇 3 2.2.幾何參數(shù)的計(jì)算 3 2.3 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算 4 2.3.1柔輪齒面的接觸強(qiáng)度的計(jì)算 5 2.3.2柔輪疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 6 2.4 軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 7 2.5 軸的受力分析及計(jì)算 7 2.6 軸承的壽命校核 8 2.7 銷軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 10 2.8 輸入軸的強(qiáng)度校核 10 2.9 鍵的校核計(jì)算 13 2.9.1 聯(lián)軸器處鍵的校核 13 2.9.2 偏心套處鍵的校核 13 2.9.3 支座處鍵的校核 13 2.10 軸承的校核計(jì)算 13 第3章 諧波齒輪減速器三維設(shè)計(jì)圖 20 總結(jié) 22 致 謝 23 參考文獻(xiàn) 24 第1章 緒論 1.1 概述 隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械化和自動(dòng)化水平的不斷提高，各工業(yè)部門需要大量的減速器，并要求減速器體積小，重量輕，傳動(dòng)比范圍大，效率高，承載能力大，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠以及壽命長(zhǎng)等。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(dòng)比時(shí)，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；而諧波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(jī)上加工，因而成本較低。能適應(yīng)特種條件下的工作，在國(guó)防，冶金，礦山，化工，紡織，食品，輕工，儀表制造，起重運(yùn)輸以及建筑工程等工業(yè)部門中取得廣泛的應(yīng)用。 1.2諧波齒輪減速器研究?jī)?nèi)容擬解決的問(wèn)題 諧波傳動(dòng)是五十年代中期出現(xiàn)的一種新型傳動(dòng)，它隨著空間技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)。由于諧波傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、體積小、傳動(dòng)精度高的特點(diǎn)，一開(kāi)始就被運(yùn)用在火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等飛行器中，實(shí)現(xiàn)了他的優(yōu)越性。目前這種傳動(dòng)技術(shù)已由航天飛行器，飛機(jī)中的應(yīng)用迅速推廣到原子能、雷達(dá)、通訊、造船、冶金、汽車、坦克、機(jī)床、儀表、防止、建筑、起重運(yùn)輸、醫(yī)療器械等各個(gè)部門。無(wú)論是作為數(shù)據(jù)傳遞的高精度傳動(dòng)，還是作為傳遞大轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力傳動(dòng)，都得到了比較滿意的效果。特別是，這種傳動(dòng)通過(guò)密封壁來(lái)傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因而它用于操縱高溫，高壓的管路以及用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作在高真空，有原子輻射或其他有害介質(zhì)空間的機(jī)構(gòu)，是現(xiàn)有的其他一切傳動(dòng)所不能比擬的。 諧波齒輪傳動(dòng)是五十年代后期隨著航天技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型傳動(dòng)。它與一般齒輪傳動(dòng)相比，具有傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、精度高、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。此外，它還具有通過(guò)密封殼體傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的功能，這一特點(diǎn)是機(jī)械傳動(dòng)所無(wú)法比擬的。諧波齒輪傳動(dòng)一問(wèn)世，就顯示出了它的顯著優(yōu)越性。因此，諧波齒輪傳動(dòng)是一種生命力強(qiáng)、發(fā)展前途十分寬廣的機(jī)械傳動(dòng)。 1.3 本文研究主要內(nèi)容 通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)工具、圖書館的書籍和各類期刊、雜志查閱了解諧波減速器的相關(guān)知識(shí)，確定本設(shè)計(jì)符合要求，滿足需要。具體設(shè)計(jì)方法如下： 1、查閱資料、結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程，產(chǎn)生諧波減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路； 2、查閱各類機(jī)械機(jī)構(gòu)手冊(cè)，確定合理的諧波減速器結(jié)構(gòu)； 3、根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)來(lái)選擇合適的零部件部位； 4、重點(diǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究； 5、通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外情況，確定本設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn)設(shè)計(jì)； 6、完成2D裝配圖的設(shè)計(jì)和繪制，并由此繪制零件圖； 7、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書； 8、檢查并完善本設(shè)計(jì)課題。 本設(shè)計(jì)采用的方法是理論設(shè)計(jì)與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方案，所運(yùn)用的資料來(lái)源廣泛，內(nèi)容充足。 第2章 諧波齒輪減速器設(shè)計(jì) 諧波減速器： ⑴型號(hào)：XB3-50-100 額定輸出轉(zhuǎn)矩：20N.m 減速比：i1=100 設(shè)諧波減速器的的傳遞效率為：，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)輸出力矩為： (3.6) 選擇BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 型號(hào)：55BF003 靜轉(zhuǎn)矩：0.686N.m 步距角：1.5° 2.1.傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的選擇 該減速器是電傳動(dòng)減速的諧波齒輪裝置。要求其傳動(dòng)比較大﹑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊﹑效率較高﹑承載力較高﹑通用性良好。因此本設(shè)計(jì)方案所選的結(jié)構(gòu)形式為剛輪固定﹑波發(fā)生器主動(dòng)和柔輪從動(dòng)比較合適。為了便于采用標(biāo)準(zhǔn)刀具來(lái)加工柔輪和剛輪，特選取壓力角的漸開(kāi)線齒廓。 2.2.幾何參數(shù)的計(jì)算 齒數(shù)的確定 柔輪齒數(shù)： 剛輪齒數(shù)： 已知模數(shù)：，則 柔輪分度圓直徑： 鋼輪分度圓直徑： 柔輪齒圈處的厚度： 重載時(shí)，為了增大柔輪的剛性， 允許將δ1計(jì)算值增加20%，即 柔輪筒體壁厚： 為了提高柔輪的剛度，取 輪齒寬度： 輪轂凸緣長(zhǎng)度：取 柔輪筒體長(zhǎng)度： 輪齒過(guò)渡圓角半徑： 為了減少應(yīng)力集中，以提高柔輪抗疲勞能力，取 由于采用壓力角的漸開(kāi)線齒廓，傳動(dòng)的嚙合參數(shù)可按考慮到構(gòu)件柔度的計(jì)算公式，即按如下公式進(jìn)行計(jì)算。 2.3 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算 滾珠直徑： 柔輪齒圈處的內(nèi)徑： 則： 軸承外環(huán)厚度：由于工藝上的要求，可將外環(huán)做成無(wú)滾道的 軸承內(nèi)環(huán)厚度： 內(nèi)環(huán)滾道深度： 式中的是考慮到外環(huán)無(wú)滾道而內(nèi)環(huán)滾道加深量。 軸承內(nèi)外環(huán)寬度：所用為滾珠軸承，近似等于齒寬 軸承外環(huán)外徑： 軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑： 為了便于制造，采用雙偏心凸輪波發(fā)生器。 則凸輪圓弧半徑： 其中ｅ是偏心距： （—?jiǎng)傒喎侄葓A直徑，—柔輪分度圓直徑） 則凸輪圓弧半徑： 凸輪長(zhǎng)半軸： 凸輪短半軸： 2.3.1柔輪齒面的接觸強(qiáng)度的計(jì)算 根據(jù)諧波傳動(dòng)傳動(dòng)比大的特點(diǎn)，其柔輪和剛輪的齒數(shù)較多，齒形很接近于直線。故實(shí)際諧波齒輪傳動(dòng)的載荷能力主要應(yīng)由柔輪齒側(cè)工作表面的最大接觸應(yīng)力所限制。因此，諧波齒輪傳動(dòng)的柔輪齒側(cè)面應(yīng)滿足如下接觸強(qiáng)度條件： 接觸強(qiáng)度計(jì)算公式： —輸出轉(zhuǎn)矩 —柔輪節(jié)圓半徑 —柔輪輪齒寬 —?jiǎng)傒唹毫? —接觸系數(shù)（0.4~0.9） 對(duì)于一般雙波傳動(dòng)，輪齒寬許用接觸應(yīng)力 則： 所以滿足齒面的接觸強(qiáng)度要求。 2.3.2柔輪疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 諧波齒輪傳動(dòng)中輪齒的工作特點(diǎn)是：齒面的摩擦滑移接觸和柔輪承受著反復(fù)的交變載荷。為了使柔輪在循環(huán)的彈性變形下能正常工作，除滿足耐磨條件外，還必須進(jìn)行柔輪的疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 柔輪材料采用 調(diào)制硬度229~269。 計(jì)算柔輪在反復(fù)彈性變形狀態(tài)下工作時(shí)所產(chǎn)生的交變應(yīng)力幅和平均應(yīng)力為 截面處正應(yīng)力： 切應(yīng)力： 由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力： 其中： 則： 驗(yàn)算安全系數(shù)： 疲勞極限應(yīng)力： 應(yīng)力安全系數(shù)： 其中，抗拉屈服極限： 剪切應(yīng)力集中系數(shù)： 則滿足疲勞強(qiáng)度條件。 2.4 軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 考慮到軸的載荷較大，材料選用45,熱處理調(diào)質(zhì)處理,取材料系數(shù) 所以,有該軸的最小軸徑為: 考慮到鍵槽的影響，所以dmin取值為17MM,具體結(jié)構(gòu)如下： 2.5 軸的受力分析及計(jì)算 軸的受力模型簡(jiǎn)化(見(jiàn)圖7)及受力計(jì)算 圖 軸的受力分析知： 2.6 軸承的壽命校核 鑒于調(diào)整間隙的方便,軸承均采用正裝.預(yù)設(shè)軸承壽命為3年即12480h. 校核步驟及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表: 表1 軸承壽命校核步驟及計(jì)算結(jié)果 計(jì)算步驟及內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 6014 A端 B端 由手冊(cè)查出Cr、C0r及e、Y值 Cr=98.5kN C0r=86.0kN e=0.68 計(jì)算比值Fa/Fr FaA /FrA e 確定X、Y值 XA=1 YA =0 查載荷系數(shù)fP 1.2 計(jì)算當(dāng)量載荷 P=Fp(XFr+YFa) PA=5796.24 PB=6759.14 計(jì)算軸承壽命 763399h 大于 12480h 由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)軸承6014AC、6007均合格，最終選用軸承6014。 四、軸的強(qiáng)度校核 經(jīng)分析知C、D兩處為可能的危險(xiǎn)截面， 現(xiàn)來(lái)校核這兩處的強(qiáng)度： （1）、合成彎矩 （2）、扭矩T圖 （3）、當(dāng)量彎矩 （4）、校核 由手冊(cè)查材料45的強(qiáng)度參數(shù) C截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力： 由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)C截面安全。 各軸鍵、鍵槽的選擇及其校核 因減速器中的鍵聯(lián)結(jié)均為靜聯(lián)結(jié), 因此只需進(jìn)行擠壓應(yīng)力的校核. 一、 電機(jī)鍵的選擇及校核: 帶輪處鍵:按照帶輪處的軸徑及軸長(zhǎng)選 鍵B8X7,鍵長(zhǎng)50,GB/T1096 聯(lián)結(jié)處的材料分別為: 45鋼(鍵) 、40Cr(軸) (1) 剛輪處鍵: 按照輪轂處的軸徑及軸長(zhǎng)選 鍵B14X9GB/T1096 聯(lián)結(jié)處的材料分別為: 20Cr (輪轂) 、45鋼(鍵) 、20Cr(軸) 此時(shí), 鍵聯(lián)結(jié)合格. (2)輸出軸處鍵: 按照聯(lián)軸器處的軸徑及軸長(zhǎng)選 鍵16X10,鍵長(zhǎng)100,GB/T1096 聯(lián)結(jié)處的材料分別為: 45鋼 (聯(lián)軸器) 、45鋼(鍵) 、45(軸) 其中鍵的強(qiáng)度最低,因此按其許用應(yīng)力進(jìn)行校核,查手冊(cè)其 該鍵聯(lián)結(jié)合格. 2.7 銷軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 由于行星輪與內(nèi)齒輪齒廓曲率半徑很接近，齒輪接觸面積較大，接觸應(yīng)力小，因此常不計(jì)算齒面接觸應(yīng)力。而且在設(shè)計(jì)齒輪計(jì)算齒輪模數(shù)時(shí)就是應(yīng)用彎曲應(yīng)力計(jì)算的，固齒輪的齒面彎曲應(yīng)力是滿足的，在此不必在對(duì)齒輪進(jìn)行校核。現(xiàn)對(duì)銷軸進(jìn)行校核。 懸臂式銷軸的彎曲應(yīng)力校核公式： 式中：——制造和安裝誤差對(duì)銷軸載荷影響系數(shù) 。＝1.35～1.5，精度低時(shí)取大值，反之取小值，在次?。?.35 ——行星輪對(duì)銷軸的作用力（上節(jié)算得＝3195.67N） ——銷軸直徑（＝28㎜） ——許用彎曲應(yīng)力（銷軸的材料為20CrMnMo，根據(jù)銷軸材料查?。?50～200） L的值從下圖11中取得，約為50㎜，則： 《 2.8 輸入軸的強(qiáng)度校核 軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。在進(jìn)行州的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采用相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取許用應(yīng)力。在此，輸入軸受到彎矩和扭矩，按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，其核算公式為： 式中： ——軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa； ——軸所受的彎矩，N·㎜； ——軸所受的扭矩，N·㎜； ——軸的抗彎截面系數(shù)，； ——對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力。 1)做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型） 在計(jì)算軸所受載荷時(shí)，常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。各支承處所受的反力和應(yīng)力集中點(diǎn)的反力、轉(zhuǎn)矩都已在圖中表示出來(lái)了。個(gè)支承處與應(yīng)力集中點(diǎn)之間的距離算得結(jié)果在圖中也已表明。如圖12。 2）做出彎矩圖 軸所受的載荷是從軸上的偏心套傳來(lái)的，而偏心套所受的力又是行星輪傳遞的。行星輪所受的力在4.1.1已算出，圓周力為（節(jié)圓上）為=5897.78N，徑向力為=4931.31N，即為軸所受的力。為了求出各支承處的水平反力和垂直反力列出以下四個(gè)個(gè)方程： +=5897.78N ×50＝×100 +=4931.31N ×50＝×100 聯(lián)立以上四個(gè)方程可得出：＝3931.85N，=1965.93N，=3287.54，=1643.77N。 彎矩，。 總彎矩為 3）做出扭矩圖 傳遞扭矩T=。 扭矩圖如圖 4）校核軸的強(qiáng)度 在軸上，偏心套聯(lián)接處為危險(xiǎn)截面（即截面B）如圖所示。對(duì)軸的抗彎截面系數(shù)的計(jì)算公式查課本《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表15-4得出＝。由附圖可知d=45㎜，b＝14㎜，t=5.5㎜，代入數(shù)據(jù)得出＝7611.3。 在此處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力，故取，軸的計(jì)算應(yīng)力： 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查課本《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表15-1得出。因此<，故安全。 圖12 輸入軸受力分析簡(jiǎn)圖 2.9 鍵的校核計(jì)算 所用到的三個(gè)鍵都是平鍵。設(shè)計(jì)中所涉及的鍵均為靜聯(lián)結(jié)，但有沖擊，故用以下公式校核： 式中：T為傳遞轉(zhuǎn)矩（N·㎜），k——鍵與輪轂的接觸高度（），h——為鍵高（㎜）；，b——為鍵寬（㎜）；d——為軸徑（㎜）。 查得 ，則校核過(guò)程如下： 2.9.1 聯(lián)軸器處鍵的校核 此處鍵（C型）傳遞的轉(zhuǎn)矩為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩，即T=，b×h×L=10×8×53，l=L-b=43㎜ ，d=35㎜,故有： 故安全 2.9.2 偏心套處鍵的校核 此處鍵（A型）傳遞的轉(zhuǎn)矩為輸入轉(zhuǎn)矩，即T＝，b×h×L=14×9×70，l=L-b=56㎜ ，d=45㎜,故有： 故安全 2.9.3 支座處鍵的校核 此處鍵（A型）傳遞的轉(zhuǎn)矩為輸出轉(zhuǎn)矩，即T＝F·/2＝1200000N·㎜，b×h×L=16×10×60，l=L-b=44㎜ ，d=53㎜，且采用雙鍵聯(lián)接，故有： 故安全 2.10 軸承的校核計(jì)算 根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)要求選用的軸承如下表7所示： 滾動(dòng)軸承的壽命校核計(jì)算公式： 式中n ——軸承轉(zhuǎn)速，r/min； ——軸承壽命指數(shù)，對(duì)球軸承＝3，對(duì)滾子軸承＝10/3； ——壽命因數(shù)，按表7-2-8選?。? ——速度因數(shù)，按表7-2-9選??； ——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)，，較大時(shí)，； ——沖擊載荷因數(shù)，按表7-2-10選?。? ——溫度系數(shù)，由于卷?yè)P(yáng)機(jī)長(zhǎng)期在室外工作，工作溫度小于120°，故取。（查表7-2-11）（據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第二卷） 。 表7 軸承代號(hào)及基本參數(shù) 型號(hào) 數(shù)目 基本參數(shù) d D B 基本額定動(dòng)載荷/kN GB/T276-1994 6211 2 55 100 21 43.2 GB/T276-1994 6208 2 40 80 18 29.5 GB/T276-1994 6220 1 100 180 34 122 GB286-81 3516 2 80 140 33 104 1）軸承6211（球軸承），與卷筒轉(zhuǎn)速相同，n＝26.53r/min；查得＝4.58，=1.073，=1.5，=1.2，則： 2）軸承6208（球軸承），與端蓋聯(lián)接的軸承的轉(zhuǎn)速n為輸入軸與卷筒的相對(duì)速度，故；且查得＝4.58，=0.324，=1.5，=1.2，則： 而與銷軸盤聯(lián)接的軸承的轉(zhuǎn)速與輸入軸的轉(zhuǎn)速相同，n＝960，則： 3）軸承6220（球軸承），n＝26.53r/min；查得＝4.58，=1.073，=1.5，=1.2， 4）軸承3516（滾子軸承），轉(zhuǎn)速n為輸入軸與行星輪的相對(duì)速度，故；且查得＝3.93，=0.363，=1.5，=1.2，則： 以上對(duì)軸承的校核說(shuō)明了所選的所有軸承都滿足要求。 （6）潤(rùn)滑與密封 ① 齒輪的潤(rùn)滑 采用浸油潤(rùn)滑，浸油深度為一個(gè)齒高，但不小于10mm。 ② 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 由于軸承周向速度為1m/s <2m/s，所以選用軸承內(nèi)充填油脂來(lái)潤(rùn)滑。 ③ 潤(rùn)滑油的選擇 齒輪選用普通工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油，軸承選用鈣基潤(rùn)滑脂。 ④ 密封方法的選取 箱內(nèi)密封采用擋油盤。箱外密封選用凸緣式軸承蓋，在非軸伸端采用悶蓋，在軸伸端采用透蓋，兩者均采用墊片加以密封；此外，對(duì)于透蓋還需要在軸伸處設(shè)置氈圈加以密封。 十、箱體尺寸及附件的設(shè)計(jì) 采用HT250鑄造而成，其主要結(jié)構(gòu)和尺寸如下： 中心距a=154.5mm，取整160mm 總長(zhǎng)度L： 總寬度B： 總高度H： 箱座壁厚：，未滿足要求，直接取8 mm 箱蓋壁厚：，未滿足要求，直接取8mm 箱座凸緣厚度b： =1.5*8=12 mm 箱蓋凸緣厚度b1： =1.5*8=12mm 箱座底凸緣厚度b2：=2.5*8=20 mm 箱座肋厚m：=0.85*8=6.8 mm 箱蓋肋厚m1：=0.85*8=6.8mm 扳手空間： C1＝18mm，C2＝16mm 軸承座端面外徑D2：高速軸上的軸承： 低速軸上的軸承： 軸承旁螺栓間距s：高速軸上的軸承： 低速軸上的軸承： 軸承旁凸臺(tái)半徑R1： 箱體外壁至軸承座端面距離： 地腳螺釘直徑： 地腳螺釘數(shù)量n：因?yàn)閍=160mm<250mm，所以n=4 軸承旁螺栓直徑： 凸緣聯(lián)接螺栓直徑： ,?。?0mm 凸緣聯(lián)接螺栓間距L：， 取L＝100mm 軸承蓋螺釘直徑與數(shù)量n：高速軸上的軸承：d3=6, n＝4 低速軸上的軸承： d3=8，n＝4 檢查孔蓋螺釘直徑：,取d4＝6mm 檢查孔蓋螺釘數(shù)量n：因?yàn)閍=160mm<250mm,所以n=4 啟蓋螺釘直徑d5（數(shù)量）：（2個(gè)） 定位銷直徑d6（數(shù)量）： （2個(gè)） 齒輪圓至箱體內(nèi)壁距離： ，取 ＝10mm 小齒輪端面至箱體內(nèi)壁距離： ，取 ＝10mm 軸承端面至箱體內(nèi)壁距離：當(dāng)軸承脂潤(rùn)滑時(shí)，＝10～15 ，取 ＝10 大齒輪齒頂圓至箱底內(nèi)壁距離：>30～50 ，取 ＝40mm 箱體內(nèi)壁至箱底距離： ＝20mm 減速器中心高H： ，取H＝185mm。 箱蓋外壁圓弧直徑R： 箱體內(nèi)壁至軸承座孔外端面距離L1： 箱體內(nèi)壁軸向距離L2： 兩側(cè)軸承座孔外端面間距離L3： 2、附件的設(shè)計(jì) （1）檢查孔和蓋板 查《機(jī)械基礎(chǔ)》P440表20－4，取檢查孔及其蓋板的尺寸為： A＝115，160，210，260，360,460，取A＝115mm A1＝95mm，A2＝75mm，B1＝70mm，B＝90mm d4為M6，數(shù)目n＝4 R＝10 h＝3 A B A1 B1 A2 B2 h R n d L 115 90 95 70 75 50 3 10 4 M6 15 （2）通氣器 選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的通氣螺塞，由《機(jī)械基礎(chǔ)》P441表20－5，取檢查孔及其蓋板的尺寸為（單位：mm）： d D D1 S L l a D1 M22 1.5 32 25.4 22 29 15 4 7 （3）油面指示器 由《機(jī)械基礎(chǔ)》P482附錄31，取油標(biāo)的尺寸為： 視孔 A形密封圈規(guī)格 （4）放油螺塞 螺塞的材料使用Q235，用帶有細(xì)牙螺紋的螺塞擰緊，并在端面接觸處增設(shè)用耐油橡膠制成的油封圈來(lái)保持密封。由《機(jī)械基礎(chǔ)》P442表20－6，取放油螺塞的尺寸如下（單位：mm）： d D0 L l a D S d1 M24 2 34 31 16 4 25.4 22 26 （5）定位銷 定位銷直徑 ，兩個(gè)，分別裝在箱體的長(zhǎng)對(duì)角線上。 ＝12+12＝24，取L＝25mm。 （6）起蓋螺釘 起蓋螺釘10mm，兩個(gè)，長(zhǎng)度L>箱蓋凸緣厚度b1=12mm，取L＝15mm ，端部制成小圓柱端，不帶螺紋，用35鋼制造，熱處理。 （7）起吊裝置 箱蓋上方安裝兩個(gè)吊環(huán)螺釘，查《機(jī)械基礎(chǔ)》P468附錄13， 取吊環(huán)螺釘尺寸如下（單位：mm）： d（D） d1(max) D1（公稱） d2(max) h1(max) h d4 M8 9.1 20 21.1 7 18 36 r1 r(min) l(公稱) a(max) b（max） D2（公稱min） h2(公稱min) 4 1 16 2.5 10 13 2.5 箱座凸緣的下方鑄出吊鉤，查《機(jī)械基礎(chǔ)》P444表20－7得， B=C1+C2=18+16=34mm H=0.8B=34*0.8=27.2mm h=0.5H=13.6mm r2 =0.25B=6.8mm b=2 =2*8=16mm 24 第3章 諧波齒輪減速器三維設(shè)計(jì)圖 利用SOLIDWORK制作三維圖，如下所示： 圖3-1 外觀整體圖 圖3-2　內(nèi)部解剖圖 圖3-3透視圖 總結(jié) [1].諧波減速器與普通相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、傳動(dòng)比范圍大、效率高、 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本低、安裝和使用較為方便、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，對(duì)于研究和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)此類減速器有一定的價(jià)值。 [2].在設(shè)計(jì)減速器過(guò)程當(dāng)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(shí)候要充分考慮嚙合傳動(dòng)當(dāng)中的各種干涉問(wèn)題。我們可以通過(guò)試湊法來(lái)選取變位系數(shù)，但此方法比較繁瑣。也可以通過(guò)查表法來(lái)選擇，這種方法簡(jiǎn)單，在具體的計(jì)算驗(yàn)證過(guò)程中發(fā)現(xiàn)通過(guò)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(jì)出高效的減速器，還有待進(jìn)一步研究。 [3].軸承是諧波減速器中的一個(gè)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，使軸承上的載荷減小，因此能使軸承的壽命提高。 致 謝 我要感謝我的指導(dǎo)教師XX老師。老師雖身負(fù)教學(xué)、科研重任，仍抽出時(shí)間，不時(shí)召集我和同門以督責(zé)課業(yè)，從初稿到定稿，不厭其煩，一審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語(yǔ)句格式的瑕疵，都一一予以指出。是他傳授給我方方面面的知識(shí)，拓寬了我的知識(shí)面，培養(yǎng)了我的功底，對(duì)論文的完成不無(wú)裨益。我還要感謝學(xué)院所有教過(guò)我的老師，是你們讓我成熟成長(zhǎng)；感謝學(xué)院的各位工作人員，他細(xì)致的工作使我和同學(xué)們的學(xué)習(xí)和生活井然有序。 謹(jǐn)向我的父母和家人表示誠(chéng)摯的謝意。他們是我生命中永遠(yuǎn)的依靠和支持，他們無(wú)微不至的關(guān)懷，是我前進(jìn)的動(dòng)力；他們的殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。沒(méi)有他們就沒(méi)有我，我的點(diǎn)滴成就都來(lái)自他們。 讓我依依不舍的還有各位學(xué)友、同門和室友。在我需要幫助的時(shí)候他們伸出溫暖的雙手，鼎立襄助。能和他們相遇、相交、相知是人生的一大幸事。 參考文獻(xiàn) [1] 馮桂安等.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社， [2] 齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè)(上冊(cè))第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.5. 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