环形轨道齿轮小车机械设计【含9张CAD图纸、说明书】
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沈阳化工大学学士学位论文 摘要摘 要此次设计的齿轮小车在环形轨道上运动，是工厂里运料小车及传送小车未来发展的模型，也是一种提高市场生产力和社会进步的基本设备之一。本创新设计在车间可以全程实现自动化不需工人在车间工作，可以通过远程的信号来控制小车的速度和运料小车的开关,达到既省时省力又安全的效果。随着智能化和车间自动化的发展，目前车间里的运料小车会逐步实现自动化，因此此产品的设计会进一步提高机械自动化水平，改善劳动条件，提高生产率等。在我们的实际生产生活中，该设计还应该具有智能化、远程化、无人化的操作优点，比如说将该小车控制系统接入互联网之中，或者与多台控制器连接组成局域网，让生产系统与控制系统之间以及系统自生的信息交换更加准确、方便快捷。这可以在一定程度上提高生产系统的生产效率、安全性和适用性。关键词： 齿轮小车； 环形轨道； 自动化智能车间AbstractThe gear trolley designed to move on the ring track is a model for the future development of the factory transport car and transport car, and is also one of the basic equipment for improving market productivity and social progress. The innovative design can realize the automation in the workshop all the time without the workers working in the workshop, and can control the speed of the trolley and the switch of the transport car through the remote signal, and achieve the effect of saving time, labor and safety.With the development of intelligence and workshop automation, the carts in the workshop will gradually realize automation. Therefore, the design of this product will further improve the level of mechanical automation, improve working conditions, increase productivity and so on.In our actual production life , the design should also have the advantages of intelligent , remote and unmanned operation , for example , connecting the trolley control system to the Internet , or connecting with multiple controllers to form a local area network , so that the information exchange between the production system and the control system and the self - generated system is more accurate , and the production efficiency , safety and applicability of the production system can be improved to a certain extent .Key words: gear trolley; ring track; automatic intelligent workshop目录第一章 绪论11.1 齿轮传动的意义11.2 齿轮小车的控制结构11.3 运料小车的发展1第二章 总体设计方案32.1方案分析32.2单电机设计方案32.3双电机设计方案42.4传动方案的确定42.5小车参数的确定5第三章 结构设计及计算63.1驱动电机选型计算63.1.1运动参数计算63.1.2受力分析73.1.3电机选型83.2联轴器型号选择103.3蜗杆传动设计与计算113.3.1蜗杆材料选择113.3.2蜗杆受力分析计算113.3.3蜗杆与蜗轮强度设计计算133.3.4蜗杆与蜗轮的主要设计参数和几何参数143.3.5蜗杆传动效率和热平衡校核163.4小车前轴轴系设计与计算173.4.1前轴轴系设计分析说明173.4.2前轴轴系的装配简图173.4.3拟定前轮轴系装配方案并确定轴段尺寸参数173.4.4求解轴所受的载荷183.5小车后轴轴系设计与计算203.5.1后轴轴系设计分析说明203.5.2后轴轴系的装配简图203.5.3拟定后轮轴系装配方案并确定轴段尺寸参数213.5.4求解轴所受的载荷213.6 滚动轴承的设计与计算263.6.1前轮滚动轴承设计验算263.6.2蜗杆轴轴承设计验算273.6.3后轮轴轴承设计验算293.7 齿轮齿条设计与计算303.7.1 选定齿轮类型、精度等级、材料303.7.2 齿轮强度计算与校核303.7.3 按齿根弯曲疲劳强度校核343.8 车体的有限元分析35第四章 成本估算384.1 设备成本估算384.2 设备安全评估384.3 设备操作规范39结论与展望40参考文献41致 谢 42第一章 绪论1.1 齿轮传动的意义齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动，它传动的形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦。齿轮传动的主要特点是：(1)普通机械传动效率高，其中齿轮传动效率最高。这对于高功率传输非常重要。 因为即使效率只提高了1%，也具有很大的经济意义。（2）寿命长，设计可靠 （3）结构紧凑，在相同的工作条件下，齿轮传动所需的空间尺寸是很小的。（4）传输比稳定是传输性能的基本要求。齿轮传动的广泛应用，也正是由于这一特点。1.2 齿轮小车的控制结构在齿轮小车的系统中，包含硬件系统和软件系统。硬件系统包括双轨道、齿轮小车、槽轮、齿轮、电机、蜗轮蜗杆、万向轮、传感器等。软件系统主要包括自动智能控制和远程计算机控制等。小车的控制主要有两种方式：1）人工控制，人工控制指的是通过人为来确定小车运动的状态、小车运动的速度以及小车运动的位置信息等指定为一定的参数，通过人为给定相应的参数，从来实现控制小车的运动。 2）智能控制，它主要是指电控气动，即电磁阀接受电控单元发出的命令进行相应的动作，通过在计算机上输入相应的控制参数来实现相应的自动化和智能化。1.3 运料小车的发展最初运料小车依靠的是人力来实现物料的转移，而且运输机构多为物料小车。随着现代工业设备的自动化程度的增加，越来越多的运料小车采用铁轨式小车和人工之间的配合。然而目前国内最先进的运料小车仍是采用铁轨式小车和PLC的结合。在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开自动化智能化的控制系统。自动化智能化的控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。 送料小车是基于PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。40第二章 总体设计方案2.1方案分析本次设计小车的运行轨道为环形轨道，其转弯半径较小。因此在转向过程中就必须考虑轨道内侧车轮与轨道外侧车轮的转速不一致的现象。所以必须设计为内侧车轮与外侧车轮可不同步转动的结构形式。差速原理如下图所示。图2-1 转弯差速原理图由于 （2-1）:内侧轨道半径:外侧轨道半径:内侧车轮的轮缘线速度:外侧车轮的轮缘线速度:车转弯是的角速度显然，由此应考虑差速设计2.2单电机设计方案采用单电机设计方案，不可避免的需要在小车后桥布置差速器，而且电机的动力应该经过至少一次减速传动，再通过车轴传递给差速器，最后由差速器将动力分配给内侧和外侧两侧的车轮，其原理图如下所示：图2-2 单电机设计原理图2.3双电机设计方案采用双电机后驱设计，将两个电机分别布置在运料小车的后桥的左右两侧，电机通过一次啮合减速，或者多次啮合减速后，将动力传递给各自所对应的车轮，其原理图如下所示。图2-3 双电机设计原理图2.4传动方案的确定综合分析上述两种布置方案，单电机设计成本低，小车的运动能得到满足，且小车设计比较简洁，能大量减轻小车的重量，相比于双电机能承载更多的物料。虽然其传动动力没有双电机大，但考虑到此设计的应用和成本的控制问题，采用第一种布置方案，即单电机后驱设计传动。2.5小车参数的确定本毕业设计需要设计一辆用于工厂生产的零部件运料小车，能够满足基本的结构强度要求，工作工况要求和使用寿命要求，可以在水平面上的环形齿轮轨道上顺利运行。由于本设计应用了齿形轨道，且固定在轨道的侧面上因此不必考虑小车在行驶过程中的转向要求。小车的设计参数如下 额定负载：30kg最大负载：50kg运料小车车身的长度：400mm运料小车车身的宽度：400mm小车转弯半径：100cm运料小车的平均行驶速度：100mm/s小车最大速度：1m/s第三章 结构设计及计算3.1驱动电机选型计算考虑到PLC芯片对于运料小车控制的灵敏性以及精确性，一般采用直流伺服电机。查阅机械设计师手册，可得出如下直流伺服电机选型计算依据。3.1.1运动参数计算由于小车平均速度为100mm/s,所以车轮的转速为 (3-1） 式中:车轮的转速:小车平均速度100mm/s:车轮轴的直径140mm/s所以=22.8r/min选择单头蜗杆，60齿的蜗轮，其传动比为 (3-2）式中:蜗轮蜗杆传动比:蜗杆的齿数1:蜗轮的齿数60故i=60电机的转速为 (3-3）式中:电机的转速:车轮的转速22.8r/min:蜗轮蜗杆传动比60故=1368r/min3.1.2受力分析运料小车的受力分析如下，小车的自重为p (3-4）式中P:小车的自重:材料系数:小车的宽度400mm:小车的长度400mm:小车地板的厚度20mm故P=134N承载重物的重力 （3-5）式中G:承载重物的重力:承载重物的质量30Kg:重力系数9.8N/Kg故G=294N由平衡方程可得以下方程 （3-6） （3-7） （3-8） （3-9）其中:后轮所受的横向压力:后轮所受的径向压力:前轮所受的横向压力:前轮所受的径向压力:承载重物的重力294N:小车的自重为134N故可得,。后轮受到的滚动力矩为 （3-10）式中:额定滚动力矩:最大的滚动力矩:调整系数0.006:后轮所受的横向压力故=0.861N/m受到的牵引力为 (3-11）式中:受到的牵引力:最大的滚动力矩0.861N/m:小车的滚动速度0.07v/s:力矩到作用点的距离1m故F=12.3N3.1.3电机选型（1） 电机轴的输出力矩计算 (3-12）式中：电机轴的输出力矩：轴心对应y轴上的距离0.8 m ：转动惯量143.5N :速比系数0.15 :受到的牵引力12.3N :增速比60故Td=0.601（2）电机轴的负载惯性 （3-13）其中：电机轴的负载惯性:增速比60:车轮的转动惯量0.015kg:蜗杆的转动惯量0.000021kg:蜗轮的转动惯量0.011kg:蜗轮轴的转动惯量0.025156kg故=0.00003521kg（3）电机的选择 根据额定转矩和转动惯量可查阅机械设计手册，选择如下的电机型号：，=2260， 直径60mm， 石墨电刷80w， =1290 。（4）空载加速性能分析最大空载加速转矩发生在运料小车携带工件，从静止加速到电机最高转速时所用的转矩，也是电机的最大输出转矩。 （3-14）式中:电机的最大输出转矩J:电机的转动惯量0.91:电机轴的偏转角度1故加速时间 （3-15）其中：加速时间：时间常数19ms故3.2联轴器型号选择选择联轴器的类型时应该根据使用要求和工作条件来确定，一般可以通过如下几点来考虑：（1）工作转速的高低，一般不能超过相应联轴器的许用转速。（2）传递转矩的大小和性质以及对缓冲、减振方面的要求。（3）联轴器的制造、安装、维护和成本，工作环境以及使用寿命等。（4）由制造、安装误差，轴受载变形等引起的两轴线相对位移程度。通过上述的叙述，由于本设计的运料小车电机功率小，传递扭矩小，没有特殊的缓冲减振需求；而且不要求较高的安装精度，因此选用键连接套筒联轴器。设计如下图所示的结构。图3-1 联轴器结构图按销钉的剪切强度校核计算 （3-16）销钉选用45号钢，其材料常数为，硬度为217255HBS。式中d为实际的轴径：销钉的许用切应力：选择过载限制系数1.6：电机轴的转矩：联轴器直径12mmZ:接触面的个数1故取d=5mm即可满足强度要求。3.3蜗杆传动设计与计算查阅机械设计师手册，根据实际需求，选择普通圆柱渐开线蜗杆。这种蜗杆可以通过磨削加工，容易保证加工精度，传动效率较高。3.3.1蜗杆材料选择蜗轮采用整体普通铸造，材料使用灰铸铁HT200即可，采用金属模铸造。蜗杆要求表面硬度和耐磨性较高，故选用材料40Cr，应采用表面淬火处理，以增加蜗杆的表面耐磨性能。3.3.2蜗杆受力分析计算计算蜗轮受到的转矩 （3-17）式中：蜗轮受到的转矩：电机的输出功率0.056w：电机的转速23.51r/min故图3-2 蜗杆受力分析蜗杆与蜗轮上受到的各力的大小为 （3-18）式中：蜗轮所受的轴向力：蜗轮所受的周向力：蜗杆所受到的径向力：蜗轮所受到的径向力：蜗杆所受的轴向力：蜗轮所受的轴向力:蜗杆所受到的扭矩601:蜗轮所受到的扭矩23101计算得=53.7N，,。3.3.3蜗杆与蜗轮强度设计计算根据渐开线蜗杆传动的设计准则，按照齿根弯曲疲劳强度进行设计。蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况，多数发生在蜗轮齿数较多或渐开线传动中。 齿根弯曲疲劳强度公式为： （3-19） （3-20）式中：载荷分布不均匀系数1:使用系数 ：传动载荷系数故可得40Cr普通渐开线蜗轮的许用弯曲应力蜗轮当量齿数为 （3-21）式中：蜗杆的当量齿数58.97：蜗轮当量齿数:蜗轮齿数:蜗轮齿偏角为计算得由,查阅机械设计手册可得齿形系数螺旋角系数 故可得 根据手册，可查得其它几何尺寸计算公式，最终经计算取推荐值后的数据如下。中心距,模数m=1.25mm，分度圆直径，蜗杆头数，蜗轮齿数。3.3.4蜗杆与蜗轮的主要设计参数和几何参数（1）蜗杆参数轴向齿距 (3-22）式中：轴向齿距：蜗轮模数为1.25故齿顶圆直径 （3-23）式中：齿顶圆直径：蜗轮模数1.25：分度圆直径22.4mm：齿顶高系数1故=24.9mm齿根圆直径 （3-24）式中：齿根圆直径：分度圆直径22.4mm：齿顶高系数1故蜗杆轴向齿厚 （3-25）式中：蜗杆轴向齿厚 m：蜗杆模数1.25计算得（2）蜗轮参数蜗轮分度圆直径 （3-26）式中:蜗轮分度圆直径m：蜗轮模数1.25:蜗轮齿数60故蜗轮齿顶圆直径 （3-27）式中为蜗轮齿顶圆直径:蜗轮分度圆直径77.5m:蜗轮模数1.25:蜗轮齿数60故蜗轮齿根圆直径 （3-28）式中:蜗轮齿根圆直径:蜗轮分度圆直径77.5m:蜗轮模数1.25:蜗轮齿数6:齿顶高系数1故3.3.5蜗杆传动效率和热平衡校核（1）蜗杆传动效率计算蜗杆的传动效率公式为 （3-29） （3-30）其中:蜗杆传动啮合效率:当量摩擦角:蜗轮偏向角度故=74.95%:搅油损耗效率，本设计不采用任何润滑故无搅油损耗取为1:轴承效率取为故得（2）热平衡校核对于连续传动的闭式蜗杆传动，考虑到温开过高破坏润滑条件，而引发的传动破坏。而本次设计开式无润滑的传动形式，故无需验证热平衡性。3.4小车前轴轴系设计与计算3.4.1前轴轴系设计分析说明轴的设计包括轴的结构设计和轴的计算。轴的计算主要包括了强度计算、轴的刚度计算和轴的临界转速计算。轴的设计原则是，在满足结构要求和强度刚度要求的条件下，设计出尺寸小、重量轻、安全可靠，工艺上经济合理，便于维护检修的的轴。本论文设计的运料小车前轮轴只承受弯矩，而不承受扭矩，因此属于心轴，其设计计算，应该按照心轴设计原则进行。3.4.2前轴轴系的装配简图根据轴的应力状态和运料车的具体几何尺寸，确定出前轴的合理外形和各个轴段的直径、长度以及其局部的细节结构。考虑到前轴的承载性质、载荷大小、载荷方向以及整个小车的传动布局，轴上零件的布置与固定方式，轴承的类型及尺寸，轴的毛坯材料及毛坯的类型，制造工艺及装配工艺等因素，最终得到如下图所示的前轴轴系的装配简图.图3-3 前轴轴系装配简图3.4.3拟定前轮轴系装配方案并确定轴段尺寸参数（1）拟定装配方案装配方案是：从轴的左端先安装左侧轴承，轴承右端轴肩定位，轴承左端轴用弹性挡圈固定，并且通过孔用弹性挡圈将左侧车轮与左侧轴承固定；再将轴从右端穿过支架，并且用普通平键和双圆螺母将轴固定在支架上，最后通过两个轴用弹性挡圈和一个孔用弹性挡圈将右侧车轮固定在轴上。这样通过装配以及定位要求，就可以初步确定各轴段的尺寸。（2）确定轴段尺寸参数由于运料小车工作载荷低，工况良好，轴承不承受轴向载荷，因此初步选择普通球轴承。运料小车前轮轴只受弯矩的作用，主要承受径向力而轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。查得 6004 型轴承的定位轴肩高度 h =2.5mm,因此取 d =25mm。取安装左、右轮毂处的轴段的直径d = 30mm;轮毂的左端采用轴肩定位，右端用双圆螺母夹紧轮毂。已知轮毂的宽度为 34mm，为了使螺母端面可靠地压紧左右轮毂，此轴段应略短于轮毂的宽度。故取 l =32mm。左右轮毂的左段采用轴肩定位，轴肩高度h 0.07 d取h =3mm。其余尺寸根据前轮轴上关于左右轮毂结合面基本对称可任意确定尺寸。（3）轴上零件的周向定位轮毂与轴的周向定位采用平键联接。同时为了保证左右轮毂与轴配合有良好的对中性,故选择左右轮毂与轴的配合H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过度配合来保证的,选轴的直径尺寸公差为 j 7。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为 1x45,各轴肩处的圆角半径为 R 1。3.4.4求解轴所受的载荷由于本毕业设计的轴长度短，挠曲变形小，因此只进行轴的静强度计算。对于静强度计算，不可避免的需要作轴的弯矩和剪力图。因此，有必要首先求解轴所受到的载荷。根据轴的实际设计形状，进行抽象，将其视为简支梁模型。其模型图和弯矩图如下所示。图3-4 车前轴弯矩图（1）按轴弯矩图校核轴的强度 （3-31） （3-32）式中:A端的支反力:B端的支反力:轴所受的力75.4N故可得 （3-33）式中:A端所承受的弯矩:A端的支反力37.7N:力到作用点的距离40mm故可得（2）按弯曲应力校核轴的强度按照弯曲应力校核轴强度时，一般选择轴的危险截面，常见的危险截面有弯矩最大截面和轴径最小截面，经分析，弯矩最大截面C面上的弯曲应力大于最小轴径截面，故只对C截面进行校核。对于最大弯矩截面C （3-34）式中:45钢调质处理屈服极限:A端所承受的弯矩为1508W :弯矩模量 （3-35）沈阳化工大学本科毕业设计说明书 第三章 结构设计及计算式中d:轴的直径30mm b:重心所对应的横坐标值8mm t:重心所对应的纵坐标值4mm 故W=2288.84故可得经计算满足强度要求，前文已经叙述不再进行刚度计算、挠曲计算和临界转速计算。3.5小车后轴轴系设计与计算3.5.1后轴轴系设计分析说明本论文设计的运料小车后轮轴同时承受弯矩和扭矩作用，因此属于传动轴，其设计计算，应该按照传动轴设计原则进行。图3-5传动系统图3.5.2后轴轴系的装配简图根据轴的应力状态和运料车的具体几何尺寸，确定出前轴的合理外形和各个轴段的直径、长度以及其局部的细节结构。考虑到前轴的承载性质、载荷大小、载荷方向以及整个小车的传动布局，轴上零件的布置与固定方式，轴承的类型及尺寸，轴的毛坯材料及毛坯的类型，制造工艺及装配工艺等因素，最终得到如下图所示的运料小车后轴的轴系装配简图。图3-6 后轴的轴系装配简图3.5.3拟定后轮轴系装配方案并确定轴段尺寸参数（1）拟定装配方案装配方案是：先将轴从左侧穿过左侧的支架孔，并且通过深沟球轴承将轴和支架转动连接；再从轴的右端安装蜗轮，蜗轮左侧通过轴肩定位，蜗轮通过普通平键周向定位，并且通过双圆螺母轴向固定；再通过轴承将轴与右侧的支架转动连接；最后通过轴承安装两个车轮。这样通过装配以及定位要求，就可以初步确定各轴段的尺寸。（2）确定轴段尺寸参数初步选择滚动轴承，因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由机械工程师设计手册查得 6206 型轴承的定位轴肩高度 h =3mm，因此，取d=36mm。轴用弹性挡圈为标准件。为了使轴端挡圈可靠地压紧轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取 d=26mm。其余尺寸根据零件的结构和装配要求可任意选取。（3）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为 1x45，各轴肩处的圆角半径为 1 R 。3.5.4求解轴所受的载荷图3-7 后轴的轴系受力图图3-8 后轴的轴系纵向受力图图3-9 后轴的轴系纵向弯矩图图3-10 后轴的轴系简化受力图图3-11 后轴的轴系横轴方向弯矩图图3-12 后轴的轴系纵轴方向弯矩图图3-13 后轴的轴系承受的弯矩图（a）由水平面受力简图可得后轮轴上的尺寸 ，。由水平面受力简图可得A ，B的支反力为 （3-36）式中：轴所受到的力596.2N：A端的支反力：B端的支反力故可得集中力作用截面的弯矩为 （3-37） （3-38）式中：集中力作用截面的弯矩为A跟B两端的距离28mm：A端的支反力298.1N：A端的弯矩0：B端的弯矩0故可得=8346.8（b）由静力平衡方程求A,B支座的支反力 （3-39）式中：A处的弯矩：C处所承受的径向力53.7ND：轴的长度80mm故可得=2128N由静力平衡方程可得一下方程 （3-40） （3-41）式中：A端所承受的总弯矩：A跟B两端的距离28mm：C跟B两端的距离28mm：C跟D两端的距离40mm：A处的弯矩2128N故可得 （3-42） （3-43） 式中：A端的支反力298.1N：B端的支反力298.1N：Y轴方向的总受力：C处的径向力故可得在AD段时，弯矩M（）为 其中028 （3-44）式中M（）：AD段的弯矩：B处所承受的径向力172.9N在DB段时，弯矩M（）为 （3-45）M（）=7162.5-21.4 其中028 （3-46） 式中M（）：DB段的弯矩：C处所承受的径向力123.4N：变形最大处的弯矩在BC段时，弯矩M（）为 其中040 （3-47） （3-48）式中：左端的弯矩：右端的弯矩故可得，由上求A,B,C,D截面的总弯矩M （3-49） （3-50） （3-51）式中：左端的弯矩：右端的弯矩故可得，后轮转矩（c）按弯扭合成应力校核强度 （3-52） 式中：材料的弯扭合成应力为60MPa T：后轮转矩23501N W：弯矩模量2288.84N ：实际的弯矩合成应力 故可得 为折合系数，查阅手册后，取它为0.6。故根据弯扭合成校核，轴安全。3.6 滚动轴承的设计与计算3.6.1前轮滚动轴承设计验算图3-14 前轮滚动轴承受力图 根据实际工作情况，在每天工作10小时的情况下，应满足工作5年以上的要求，总工作时长 （3-53）式中n：轴的转速v：转动的线速度10m/mind：轴的直径10mm故可得n=28.96r/min轴承径向力，轴向力。查阅手册试选6004球轴承。查表可得， （3-54）式中C为轴承的实际工作时间，球轴承取n：轴承的转速28.96r/min:其一年的工作分钟数18000minP：其工作时所受的力，取为1.2 （3-55）可得，故选用6004球轴承能满足设计要求。3.6.2蜗杆轴轴承设计验算（a）轴承寿命校核要求设计寿命Lh18000h，转速n=1410.5r/min，轴承径向载荷，轴向载荷，试选用30203角接触球轴承，查阅手册有。，。 （3-56）式中：左端的轴向力：右端的轴向力：左端的支撑力217.0NY：调整系数1.7故可得 （3-57）式中：A端的轴向力为63.8故可得， （3-58） （3-59）式中：A端的轴向力63.8N：配合系数1.2：轴承左端向受到的总力：轴承所受到的径向力217N：轴承所受到的轴向力660NX,Y：轴向径向的调整系数X=0.4，Y=1.7故可得=1450.6N （3-60）可得 （3-61）式中：轴承所受到的径向力217N：轴承所受到的轴向力63.8NX,Y：轴向径向的调整系数X=1，Y=0故可得显然,故满足设计要求（b）极限转速校核 （3-62）式中n：转速1410.5r/min：A端系数1：B端系数0.5故可得3.6.3后轮轴轴承设计验算（a）轴承寿命校核要求设计寿命Lh18000h，转速n=22.75r/min，轴承径向载荷，,轴向载荷，试选用6206轴承，查阅手册有，按额定动载荷计算，球轴承取 （3-63）式中C：轴承的实际工作时间n：轴承的转速22.75r/min：其一年的工作分钟数P：其工作时所受的力 （3-64） （3-65） （3-66）式中：轴承所受到的径向力344.6N：轴承所受到的轴向力65.2N：额定载荷10.01KNX,Y：轴向径向的调整系数X=0，Y=2.3故可得，故所选用的轴承满足设计要求。（b）极限转速校核 （3-67） 式中n：转速为1410.5r/min：A端系数1：B端系数1 故可得，。3.7 齿轮齿条设计与计算因设计需求，采用低速级齿轮。已知输入功率为，电机驱动，电机转速为。齿数比u=3.5，工作寿命为15a(每年工作250d），三班制，单项运转，工作平稳。3.7.1 选定齿轮类型、精度等级、材料初选直齿圆柱齿轮传动，7级精度，选小齿轮材料为40Cr(调质），硬度为270HBS，齿条为45号钢（调质）硬度为240HBS。3.7.2 齿轮强度计算与校核由于是开式硬齿面传动，根据强度计算中的一些说明的第一条，当配对两齿轮均是硬齿面时，可以先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后在按齿根弯曲疲劳强度进行校核。 初选小轮齿数Z=30，由设计公式 （3-68）（1） 确定公式中各参数 试选载荷系数，计算小齿轮的转矩 （3-69） 式中：计算小齿轮的转矩：电机的功率3KW ：电机的转速970r/min 故可得 由机械设计手册选取，查得材料的弹性影响系数。 按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限，齿条的接触疲劳强度极限，可计算应力循环次数 （3-70） （3-71）式中：电动机的转速970r/min：齿轮的应力循环次数：齿条的应力循环次数J：代表年数取1：一年工作的小时数90000hU：传动比3.5故可得=，。计算接触疲劳许用应力，代入公式得到以下 （3-72） （3-73）式中查得：齿轮的循环系数取0.9：齿条的循环系数0.92：齿轮的接触疲劳许用应力取650MPa：代表齿条的接触疲劳许用应力550MPaS：安全系数取1故可得=585MPa,=506MPa。（2） 试算小齿轮分度圆直径小齿轮分度圆直径，代入许用应力小的值 （3-74）式中代表齿条，齿轮小较小的接触疲劳许用应力506MPa：小齿轮分度圆直径U：传动比3.5K：系数取1.4T：扭矩30000：齿轮槽的直径0.9故可得57.24mm。（3） 计算载荷系数计算圆周速度v （3-75）式中：小齿轮分度圆直径57.24mm：电动机转速970r/min故得v=2.91m/s计算齿宽b （3-76）式中：小齿轮分度圆直径57.24mm：齿轮槽的直径0.9故得b=51.52mm。（4） 计算轮齿的宽高比ii= （3-77）式中b：轮齿宽57.24mmh：轮齿高4.3mm故得i=13.31计算载荷系数，由机械设计手册查得，由v=2.9m/s，7级精度，查得相应的动载系数，假定，查表得，用插值法查得相对支承非对称布置的7级精度等级齿轮，载荷系数为 （3-78）式中：动载系数1.15：载荷系1：载荷系1.359：载荷系1.305故可得K=1.875。（5） 修正试选载荷系数下的分度圆直径修正试选载荷系数下计算的分度圆直径 （3-79）式中：修正试选载荷系数下计算的分度圆直径k：试选载荷系数1.875：取为1.4故可得=59.10mm。（6） 计算模数m （3-80） 式中:修正试选载荷系数下计算的分度圆直径59.10 Z:齿轮的齿数30 故模数m=23.7.3 按齿根弯曲疲劳强度校核 （3-81）（1） 求载荷系数 （3-82）式中:动载系数1.15:载荷系数1:载荷系数1.2:载荷系数1.305故可得K=1.801。（2） 求圆周力 （3-83） 式中:圆周力 T:扭矩30000:齿轮分度圆直径105mm故可得=571.43N。（3） 齿形系数和应力校正系数 由表查得，。（4）重合度系数 先计算重合度 （3-84） 式中:齿轮的齿数为30 故可得。 (3-85） 故可得1.709。 重合度也可以按，从表中查取计算，重合度系数 （3-86） 故可得=0.6889。（5） 计算弯曲疲劳许用应力 （3-87） （3-88）式中:小齿轮的弯曲疲劳强度:齿条的弯曲疲劳强度根据和，可查得，取安全系数计算得，。（6） 计算比较大小齿轮的 （3-89） （3-90）式中：齿轮弯曲疲劳许用应力：齿条弯曲疲劳许用应力：齿形系数271：应力校正系数1.78故可得，因为大齿轮的的值小，只需校核大齿轮的弯曲疲劳强度即可。（7） 校核齿根的弯曲疲劳强度 （3-91） 故齿轮弯曲疲劳强度满足要求，此时齿根弯曲疲劳强度裕量较大，模数还有较大的修改空间。若需改变模数，可按齿根弯曲疲劳强度重新进行模数的设计。3.8有限元分析 通过固定轨道，在小车上施加250N的均力，然后将实体进行网格化，分析处理静态应力分析和疲劳强度分析。如下图所示。图3-15 车体变形量分布图3-16 车体边线变形量图3-17 边线各处变形量对应表通过有限元分析，车体和轨道各处的变形量均远远小于材料的允许量，所以小车和轨道的强度完全符合设计要求。沈阳化工大学本科毕业设计说明书 第四章 成本估算第4章 设备成本评估及相关分析4.1设备成本估算（1）直线段的齿条两根，需要2000个齿，每个齿价格为2元，所以两根大约需要4000元（2）转弯处两根弯曲齿条，需要1000个齿，每个齿价格为2元，所以两根大约2000元（3）两个圆柱直齿，每个20元左右，两个大约需要40元（4）四个万向轮，每个5元左右，四个大约需要20元（5）六个角接触球轴承，每个30元左右，六个大约需要180元（6）八个支撑架和小车底座需要60元左右的材料费（7）需要一台小型三相电动机，价格在100元左右（8）一对蜗轮蜗杆，价格在50元左右（9）螺栓和螺母若干，采购价格在50元左右（10）加工成本费，每套设备需要500元左右（11）零件的润滑和喷漆以及其他小部件，价格在100元左右 所以，根据网上调查，单独加工这样的一套装置的成本在10000元左右。但是如果批量加工，每套这样的装置的成本能降低至9000元左右，有很大的市场应用价值。4.2设备安全评估 齿轮小车控制系统的好坏不仅由系统设计的合理性及系统元件性能的好坏决定，还有系统的安全防护及操作有很大的关系。比如供电系统的稳定性不但会影响小车控制系统的稳定性和可靠性，还会影响小车原件的使用寿命。齿轮小车在环形轨道上的运动最大的隐患就在于供电系统是否可靠。其安全等级也比较高，操作规范的前提下，不会发生什么重大的事故。4.3设备使用规范（1） 禁止在轨道下方行走（2） 定期清洗电刷设备（3） 对供电系统定期维护与保养，确保供电的稳定性（4） 小车的速度禁止超过规定范围（5）定期对设备进行检修和清洗沈阳化工大学本科毕业设计说明书 结论与展望结论与展望随着工业5.0的到来，智能化和自动化是未来发展的大趋势，目前车间里的运料小车和人工看管的小车会逐步实现自动化。所以此产品的设计会提高目前国内车间的自动化水平，改善劳动条件，提高生产率等。在我们的实际生产中，此设计还应该具有远程化、智能化、无人化的操作优点，比如说将小车控制系统接入互联网之中，让生产系统与控制系统之间以及系统自生的信息交换更加准确、方便快捷。这可以提高生产系统的安全性、生产效率和适用性
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