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外文翻译资料 1 机电一体化技术及其应用研究 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 能化 即要求机电产品有一定的智能 ,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在 控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而 有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化 方向发展。 性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在外文翻译资料 2 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(称 指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制 电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 校研制出第一个微电机以来，国内外在艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种 件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程 中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 色化 技术的发展给人们的生活 带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁中应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数外文翻译资料 3 据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 能化控制技术 (由于钢铁具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经等，智能控制技术广泛于钢铁的产品设计、生产、控制、设备与产品质量 诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧等。 布式控制系统 ( 分布式控制系统采用一台中央机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。 有特 点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。 监视集中控制分散，故障面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 放式控制系统 (开放控制系统 (计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家 产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 算机集成制造系统 (钢铁企业的 将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控外文翻译资料 4 制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。 未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 。 场总线技术 ( 现场总线技术 ( 连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术 (如 4 20 C 直 流传输 )就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去 66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化 现场就地控制站等的发展。 流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于 交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 外文资料翻译 1 n is on of of of a of a of of as NC of as of a of it is to in NC / O of as of up a As of of a is a If is to of 文资料翻译 2 as in we As of of is of to AN a to a as of so in be of of be no 1.5 of is to of is in to it so on of or a to as is of 1.6 is a in to to be by is of or 986 1988 at at of as . 外文资料翻译 3 a of of of in at In to of a be to of at be to 1.8 to as As on be to a of of in s in at of of in of is of In of be in of is to of is at of of 2 in of in In of at of as by of a 文资料翻译 4 in in in As a of it is to in as a of a be or to on of be of be as a of be is of is to a of Is of 外文资料翻译 5 is of by a of in be of so to to to is be to of to of of of of of is of of of In to of is to to of of in 980s is in of in to 0 C 外文资料翻译 6 it in in on be 6% or to of CS of as C in a of C C to of in C C of to AC C or be to or AC in of as a to 机械设计课程设计 步进送料机传动系统设计 绪 论 . 1 一 . 总方案的拟定 . 2 计参数 . 2 体方案分析 . 2 计方法 . 3 部件来源 . 3 二传动装置总体设计计算 . 3 机的选取 . 3 动比分配 . 5 . 5 三结构设计 . 7 轮的设计 . 7 速器的设计 . 9 轮的设计 . 9 的设计 . 20 轴器的选取 . 25 四 关键零件的校核 . 25 速齿轮对中小齿轮的强度校核 . 25 速箱输入轴的强度校核 . 27 五设计总结 . 28 六参考文献 . 29 第 1 页 绪 论 本次设计题目为步进送料传动系统机设计。步进送料机是输送机的一种，能够实现间歇工作的输送工件，其应用非常广泛。步进送料整机也相对比较复杂，所以对其进行简化，在能实现步进送料功能的前提下，对步进送料机中的电动机、减速器进行分析与三维建模。 本次 设计要求：（ 1）根据步进送料机械运动周期以及传动阻力确定出电机功率及转速，从而选择电机型号；（ 2）利用确定出的电机转速确定出整机传动比，从而设计出二级圆柱齿轮减速箱；（ 3）使用 件画出步进送料整机三维图；（ 4）在 进行强度校核。 按照以上 4 点要求完成此次课程设计。 第 2 页 一 . 总方案的拟定 计参数 对整个送料机的传动进行分析，对动力进行选型，减速机进行详设计考虑传动系统在整个机器上的安装，每个零件移动时间 s,运动距离 a=400歇时间 s。 表一 方案号 A（ c（ b（ s） s） B 400 20 50 2 4 图 1 体方案分析 由已知参数要选取电机，设计减速装置，设计出的传动系统见图如图所示： 第 3 页 图 2 由电机提供原动力，电机输出的动力，经过带轮传到减速器的输入轴，再经过二级减速器后，通过联轴器供给工作装置。 计方法 先通过计算 设计出带轮，减速器中个级减速齿轮的相关参数，以及轴的设计，轴承，联轴器等的选取。再用 部件的建模，用 行有限元分析。 部件来源 对于电机只是选择合适的型号，就可以购买，而减速箱箱体就可以通过设计后进行制造，同时，齿轮以及齿轮轴的也可通过制造加工得到。轴承，皮带，联轴器的标准件也可以通过购买得到。 二传动装置总体设计计算 机的选取 加工过程要求若干个相同的被输送的工件间隔相等的距离 400导轨上向左依次间歇移动，即每个零件耗时 2s 移动距离 a 后间歇时间 s。 送 第 4 页 料机曲柄工作转速 126 0 / ( ) 1 0 / m i nn t t r 。每次送 8 块料，共重约 300铜块与钢之间的摩擦系数约为 且一次可以运输可求得连杆工作时所需的功率。其中： F 为所受阻力， v 是输送机构的速度。代入功率公式即可求出工作所需功率： 3 0 0 9 . 8 0 . 1 8 21 . 0 5 8 41 0 0 0 1 0 0 0w k w 电动机功率确定：其中，一个弹性联轴器的效率4对滚动轴承的效率为2二级齿轮减速器中包含三对滚动轴承，闭式传动齿轮的效率为38级精度），共有两对齿轮啮合传动。 ,则传动装置的总效率为： 320 . 9 9 0 . 9 8 0 . 9 7 0 . 9 4 0 . 8 2 。因此，工作机所需电动机的功率为： 1 . 0 5 8 4 1 . 2 90 . 8 2P wP k 由机械原理设计手册可选电动机的额定功率为 电动机型号的选择 由经济 性和额定功率可选择电动机型号为： 同步转速为 1000r/载转矩为 940r/机具体参数如表 1。 第 5 页 图 3 动比分配 总传动比为 94010 94 按机械设计手册上可以取带传动的传动比 3 ,则减速器的总传动比为94 2 6 3 。 且根据机械设计手册要求，减速器传动比为 840，且必须满足齿轮间传动 比为 36。 二级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为： 1 1 . 3 1 . 3 2 6 . 8 6 5 . 8 低速级的传动比为 2 12 6 . 8 6 4 . 65 . 8ii i 所得12, 图 4 （ 1）各轴转速 设电动机轴为 0 轴，减速器的高速轴为 1 轴，中间轴为 2轴，低速轴为 3 轴，联轴器的输出轴为 4 轴。 如图所示的 V 带 各轴的转速为 第 6 页 00131212329 4 0 / m i 8 / m i 52684 6 . 2 / m i 84 6 . 21 0 / m i 6 （ 2）各轴输入功率 按电动机输出功率 01 0 12 1 2 33 2 2 34 3 2 41 . 2 91 . 2 9 0 . 9 4 1 . 2 1 2 61 . 2 1 1 2 6 0 . 9 8 0 . 9 7 1 . 1 5 31 . 1 5 3 0 . 9 8 0 . 9 7 1 . 0 9 61 . 0 9 6 0 . 9 8 0 . 9 9 1 . 0 6 3 k k k k k w （ 3）各轴输入转矩 0001112223334441 . 2 99 5 5 0 9 5 5 0 1 3 . 1 0 6 2 1 2 69 5 5 0 9 5 5 0 4 3 . 2 1 5 39 5 5 0 9 5 5 0 2 3 8 . 3 4 . 21 . 0 9 69 5 5 0 9 5 5 0 1 0 4 6 . 6 8 0 6 39 5 5 0 9 5 5 0 1 0 1 5 . 1 6 5 将上述运动和动力参数的计算结果列入下表 表 2 各轴的运动和动力参数 轴 名 转 速n（ r/ 功 率 P(转 矩T（ 0 轴 940 轴 268 轴 轴 10 轴 10 第 7 页 三结构设计 轮的设计 1）确定计算功率 由机械设计手册，查得工作情况系数 ，故， 1 . 2 1 . 5 1 . 8c a P k w 。 2）选择 V 带的带型 根据 11 . 8 , 9 4 0 / m i k w n r，查机械设计书上 8，可知选用 Z 型 V 带。 3)确定带轮的基准直径 验算带速 v 。 （ 1）初选小带轮的基准直径 1查书上表 8表 8小带轮的基准直径 1 112dd m m 。 （ 2）验算带速 v ， 1111 1 2 9 4 0 5 . 5 1 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 因为 15 / 3 0 /m s v m s ，故带速合适。 （ 3）计算大带轮的基准直径。 21 3 . 5 1 1 2 3 9 2i d m m 根据表 8标准值为 400 4）确定 V 带的中心距 a 和基准长度 （ 1 ）由 1 2 0 1 20 . 7 ( ) 2 ( )d d d dd d a d d ， 可 以 初 定 中 心 距0 400a m m 。 （ 2）计算带所需的基准长度 2210 0 1 202()2 ( )24( 4 0 0 1 1 2 )2 4 0 0 (1 1 2 4 0 0 ) 8 5 6 . 0 92 4 4 0 0d a d 由表 8带的基准长度 920dL m m 。 第 8 页 （ 3）计算实际中心距 a。 00 9 2 0 8 5 6 . 0 94 0 0 4 3 222a m m m i n 0 . 0 1 5 4 3 2 0 . 0 1 5 9 2 0 4 1 8 . 2da a L m m m a x 0 . 0 3 4 3 2 0 . 0 3 9 2 0 4 5 9 . 6da a L m m 因此，中心距的变化范围为 5）验算小带轮上的包角 1 。 000 0 0 01 2 15 7 . 3 5 7 . 31 8 0 ( ) 1 8 0 ( 4 0 0 1 1 2 ) 1 3 8 . 7 1 2 0400a 6）计算带的根数 z。 （ 1）计算单根 V 带的额定功率 由 1 110dd m m 和 1 9 4 0 / m i ，查表 8 用 插 表 法 可 得0 1 P ,根据 0 9 4 0 / m i ， 和 Z 型带，查表 8，0 0 P 。查表 8 ,表 8 ，于是，00( ) ( 1 . 1 4 0 . 0 2 ) 0 . 8 8 5 1 . 0 4 1 . 0 6 8 P K K k w (2)计算 V 带的根数 z。 1 . 8 1 . 6 91 . 0 6 8 ，取 2 根。 7）计算单根 V 带的初拉力 0F 。 由表 8 Z 型带的单位长度质量 0 . 0 6 0 /q k g m ，所以有， 220 ( 2 . 5 ) ( 2 . 5 0 . 8 8 5 ) 1 . 85 0 0 5 0 0 0 . 0 6 5 . 5 1 1 5 10 . 8 8 5 2 5 . 5 1q v NK z v 8）计算压轴力 8 . 72 s i n 2 2 1 5 1 s i n 5 6 5 . 222pF z F N 第 9 页 因此选用 Z 型普通 V 带 2 根，带基准长度为 920轮基准直径121 1 2 , 4 0 0m m d m m，中心距范围为 速器的设计 轮的设计 速齿轮对的设计 度等级和材料及齿数 （ 1）根据要求可以选用直齿圆柱齿轮 。步进送料机为一般工作机器，速度不高，故齿轮选用 7 级精度。 （ 2）材料的选取。查机械设计手册可选择小齿轮材料为 40调质处理，硬度为 280齿轮材料为 45 钢，调质处理，硬度为 248者材料相差 40 （ 3 ） 选 择 小 齿 轮 齿 轮 为 1 24z , 大 齿 轮 的 齿 数 为2 1 1 5 . 8 2 4 1 3 9 . 2z i z ，取 2 140z 。 （ 1）由公式试算小齿轮分度圆直径。 21312 1. . ( ) Z 确定公式中的各参数值 试选 。 由上面计算可知小齿轮传递的转矩为 31 4 3 . 2 1 0 m m 。 由机械设计课本表 10取齿宽系数 1d 。 由图 10得区域系数 。 由表 10得材料的弹性影响系数 1 / 21 8 9 . 8 P a 。 计算接触疲劳强度用重 合度系数 Z 。 第 10 页 * 0 01 1 1a r c c o s c o s / ( 2 ) a r c c o s 2 4 c o s 2 0 / ( 2 4 2 1 ) 2 9 . 841aa z z h * 0 02 2 2a r c c o s c o s / ( 2 ) a r c c o s 1 4 0 c o s 2 0 / ( 1 4 0 2 1 ) 2 2 . 1 1 1z z h ,1 1 2 20 0 0 0 ( t a n t a n ) ( t a n t a n ) / 2 2 4 ( t a n 2 9 . 8 4 1 t a n 2 0 ) 1 4 0 ( t a n 2 2 . 1 1 1 t a n 2 0 ) / 2 1 . 7 4 4a a 4 1 . 7 4 44 0 . 8 6 73 3Z 计算接触疲劳许用应力 H 。 由图 10 d ） 查 得 小 齿 轮 和 大 齿 轮 的 接 触 疲 劳 极 限 分 别 为l i m 1 l i m 26 0 0 , 5 5 0 a M P a。由此可以计算应力循环次数： 81187216 0 6 0 2 6 8 1 ( 1 0 3 0 0 1 2 ) 5 . 7 9 1 0/ 5 . 7 9 1 0 / ( 1 4 0 / 2 4 ) 9 . 9 2 6 1 0hN n j u 由 机 械 设 计 书 上 图 10 取 接 触 疲 劳 寿 命 系 数121 . 0 3 , 1 . 1 3H N H ， 取 失 效 概 率 为 1% ， 安 全 系 数 S=1 ， 所 以 ， 得 到1 l i m 112 l i m 221 . 0 3 6 0 0 6 1 811 . 1 3 5 5 0 5 6 51H N 取 1H 和 2H 中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即2 5 6 5 P a 试计算小齿轮的分度圆直径 第 11 页 21313232 1. . ( )2 1 . 3 4 3 . 2 1 0 (1 4 0 / 2 4 ) 1 2 . 5 0 . 8 6 7 1 8 9 . 8. . ( ) 4 1 . 1 6 51 (1 4 0 / 2 4 ) 5 6 5 Z （ 2）调整小齿轮分度圆直径 1) 计算实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度 v 。 11 4 1 . 1 6 5 2 6 8 0 . 5 7 8 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 齿宽 b。 1 1 4 1 . 8 0 9 4 1 . 1 6 5d m m 计算实际载荷系数 由表 10得使用系数 1 。 根据 0 8 /v m s ， 7 级精度，由图 10得动载系数 。 齿轮的圆周力。 331 1 12 / 2 4 3 . 2 1 0 / 4 1 . 1 6 5 2 . 0 9 9 1 0 d N 31 / 1 2 . 0 9 9 1 0 / 4 1 . 1 6 5 5 0 . 9 9 / 1 0 0 / b N m m N m m 查表 10齿间载荷分配系数 。 由表 10插值法查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载 荷 系 数 分 布 1 7 。 由 此 ， 得 到 实 际 载 荷 系 数1 1 . 1 1 . 2 1 . 4 1 7 1 . 8 7 0H A V H K K K 按实际载荷系数算得的分度圆直径 3311 1 . 8 7 04 1 . 1 6 5 4 6 . 4 6 91 . 3d m 及相应的齿轮模数 11/ 4 6 . 4 6 9 / 2 4 1 . 9 3 6m d z m m 按齿根弯曲疲劳强度设计 第 12 页 试算模数，即 13 212 . ( )F t F a s Y Y 确定公式中的各参数值 试选 。 计算弯曲疲劳强度用重合度系数。 0 . 7 5 0 . 7 50 . 2 5 0 . 2 5 0 . 6 81 . 7 4 4Y 计算Fa 图 10得 齿形系数 122 . 6 5 , 2 . 1 5F a F 由图 10得应力修正系数 121 . 5 8 , 1 . 8 2 5s a s 。 由图 10 得 小齿轮和 大齿 轮的 齿根弯曲 疲劳 极限 分别为l i m 1 l i m 25 0 0 , 3 8 0 a M P a。 由图 10得弯曲疲劳寿命系数 120 . 8 5 , 0 . 8 8F N F 。 取弯曲疲劳安全系数 ， 1 l i m 112 l i m 221112220 . 8 5 5 0 0 3 0 3 . 5 71 . 40 . 8 8 3 8 0 2 3 8 . 8 61 . 42 . 6 5 1 . 5 80 . 0 1 3 8 3 0 3 . 5 72 . 1 5 1 . 8 2 50 . 0 1 6 4 2 3 8 . 8 6F N a s a s 因 为 大 齿 轮 的Fa 于 小 齿 轮 ， 所 以 取2222 . 1 5 1 . 8 2 5 0 . 0 1 6 4 2 3 8 . 8 6F a s a F a s Y Y 。 试算模数 第 13 页 31 332212 2 1 . 3 4 3 . 2 1 0 0 . 6 8. ( ) 0 . 0 1 6 4 1 . 2 9 6 1 2 4F t F a s Y Y Ym m （ 2）调整齿轮模数 计算实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度 v 。 11 1 . 2 9 6 2 4 3 1 . 1 0 4td m z m m 11 3 1 . 1 0 4 2 6 8 0 . 4 3 6 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 齿宽 b。 1 1 3 1 . 1 0 4 3 1 . 1 0 4db d m m 宽高比 / *( 2 ) ( 2 1 0 . 2 5 ) 1 . 2 9 6 2 . 9 1 6h c m / 3 1 . 1 0 4 / 2 . 9 1 6 1 0 . 6 6 7 计算实际载荷系数 根据 0 6 /v m s ， 7 级精度，由图 10得动载系数 1 。 由33111312 2 4 3 . 2 1 02 . 7 7 8 1 0 ,3 1 . 1 0 41 2 . 7 7 8 1 08 9 . 3 / 1 0 0 /3 1 . 1 0 4m m N m 查表 10齿间载荷分配系数 。 由表 10得； ，结合 / 1 0 7查图 10 。则有 1 1 1 . 4 1 . 3 2 1 . 8 4 8F A V F K K K 。 按实际载荷系数算得的齿轮模数 33 1 . 8 4 81 . 2 9 6 1 . 4 5 71 . 3m m 第 14 页 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度 所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数 机械设计手册可知，可选第一系列模数为 接触疲劳强度算得的分度圆直径 1 4 6 9d m m ，算得小齿轮齿数11 / 4 6 . 4 6 9 / 1 . 5 3 0 . 9 8z d m 。 取 1 31z ，则大齿轮齿数 2 1 1 3 1 5 . 8 1 7 9 . 8z z i ，取 2 180z 。 1z 互为质数。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 几何尺寸计算 计算分度圆直径 11223 1 1 . 5 4 6 . 51 8 0 1 . 5 2 7 0d z m m md z m m m 计算中心距 12( ) / 2 ( 4 6 . 5 2 7 0 ) / 2 1 5 8 . 2 5a d d m m 计算齿轮宽度 1 1 4 6 . 5 4 6 . 5db d m m 考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽 b 和节省材料，一般将小齿轮略 为 加 宽 （ 5 ， 即1 ( 5 1 0 ) 4 6 . 5 ( 5 1 0 ) 5 1 . 5 5 6 . 2b b m m ，取 154b ，2 。 速级齿轮传动的设计 度等级和材料及齿数 （ 1）根据要求可以选用直齿圆柱齿轮。步进送料机为一般工作机器，速度不高，故齿轮选用 7 级精度。 （ 2）材料的选取。查机械设计手册可选择小齿轮材料为 40调质处理，硬度为 250齿轮材料为 45 钢，调质正火，硬度为 200者材料相差 50 （ 3）选择小齿轮齿 轮为 1 24z ,大齿轮的齿数为 第 15 页 2 2 1 4 . 6 2 4 1 1 0 . 4z i z ，取 2 111z 。 （ 1）由公式试算小齿轮分度圆直径。 21312 1. . ( ) Z 确定公式中的各参数值 试选 。 由上面计算可知小齿轮传递的转矩为 31 2 3 8 . 3 4 1 0 m m。 由机械设计课本表 10 取齿宽系数 1d 。 由图 10得区域系数 。 由表 10得材料的弹性影响系数 1 / 21 8 9 . 8 P a 。 计算接触疲劳强度用重合度系数 Z 。 * 0 01 1 1a r c c o s c o s / ( 2 ) a r c c o s 2 4 c o s 2 0 / ( 2 4 2 1 ) 2 9 . 841aa z z h * 0 02 2 2a r c c o s c o s / ( 2 ) a r c c o s 1 1 1 c o s 2 0 / ( 1 1 1 2 1 ) 2 2 . 6 1 6z z h ,1 1 2 20 0 0 0 ( t a n t a n ) ( t a n t a n ) / 2 2 4 ( t a n 2 9 . 8 4 1 t a n 2 0 ) 1 1 1 ( t a n 2 2 . 6 1 6 t a n 2 0 ) / 2 1 . 7 3 0a a 4 1 . 7 3 04 0 . 8 7 03 3Z 计算接触疲劳许用应力 H 。 由图 10 d ） 查 得 小 齿 轮 和 大 齿 轮 的 接 触 疲 劳 极 限 分 别 为l i m 1 l i m 26 0 0 , 4 8 0 a M P a。由此可以计算应力循环次数： 71177216 0 6 0 4 6 . 2 1 ( 1 0 3 0 0 1 2 ) 9 . 9 8 1 0/ 9 . 9 8 1 0 / ( 1 1 1 / 2 4 ) 2 . 1 6 1 0hN n j u 第 16 页 由 机 械 设 计 书 上 图 10 取 接 触 疲 劳 寿 命 系 数121 . 1 4 , 1 . 2 2H N H ， 取 失 效 概 率 为 1% ， 安 全 系 数 S=1 ， 所 以 ， 得 到1 l i m 112 l i m 221 . 1 4 6 0 0 6 4 811 . 2 2 4 8 0 5 8 5 . 61H N 取 1H 和 2H 中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即2 5 8 5 . 6 P a 试计算小齿轮的分度圆直径 21313232 1. . ( )2 1 . 3 2 3 8 . 3 4 1 0 (1 1 1 / 2 4 ) 1 2 . 5 0 . 8 7 0 1 8 9 . 8. . ( ) 7 2 . 0 8 21 (1 1 1 / 2 4 ) 5 8 5 . 6 Z （ 2）调整小齿轮分度圆直径 1) 计算实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度 v 。 11 7 2 . 0 8 2 4 6 . 2 0 . 1 7 4 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 齿宽 b。 1 1 7 2 . 0 8 2 7 2 . 0 8 2d m m 2）计算实际载荷系数 由表 10得使用系数 1 。 根据 0 4 /v m s ， 7 级精度，由图 10得动载系数 。 齿轮的圆周力。 331 1 12 / 2 2 3 8 . 3 4 1 0 / 7 2 . 0 8 2 6 . 6 1 3 1 0 d N 31 / 1 6 . 6 1 3 1 0 / 7 2 . 0 8 2 9 1 . 7 4 / 1 0 0 / b N m m N m m 查表 10齿间载 荷分配系数 。 第 17 页 由表 10插值法查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载 荷 系 数 分 布 1 4 。 由 此 ， 得 到 实 际 载 荷 系 数1 1 . 0 1 1 . 2 1 . 4 2 4 1 . 7 2 6H A V H K K K 按实际载荷系数算得的分度圆直径 3311 1 . 7 2 67 2 . 0 8 2 7 9 . 2 2 41 . 3d m 及相应的齿轮模数 11/ 7 9 . 2 2 4 / 2 4 3 . 3 0 1m d z m m (1)试算模数，即 13 212 . ( )F t F a s Y Y 1)确定公式中的各参数值 试选 。 计算弯曲疲劳强度用重合度系数。 0 . 7 5 0 . 7 50 . 2 5 0 . 2 5 0 . 6 8 41 . 7 3 0Y 计算Fa 图 10得齿形系数 122 . 6 5 , 2 . 1 8F a F 由图 10得应力修正系数 121 . 5 8 , 1 . 8 0 1s a s 。 由图 10b 查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为l i m 1 l i m 25 0 0 , 3 5 0 a M P a。 由图 10得弯曲疲劳寿命系数 120 . 9 , 0 . 9 5F N F 。 取弯曲疲劳安全系数 ， 第 18 页 1 l i m 112 l i m 221112220 . 9 5 0 0 3 2 1 . 4 2 91 . 40 . 9 5 3 5 0 2 3 7 . 51 . 42 . 6 5 1 . 5 80 . 0 1 3 3 2 1 . 4 2 92 . 1 8 1 . 8 0 10 . 0 1 6 5 2 3 7 . 5F N a s a s 因为大齿轮的Fa 于小齿轮，所以取 2220 . 0 1 6 5 F a s a F a s Y Y。 2)试算模数 31 332212 2 1 . 3 2 3 8 . 3 4 1 0 0 . 6 8 4. ( ) 0 . 0 1 6 5 2 . 2 9 8 1 2 4F t F a s Y Y Ym m （ 2）调整齿轮模数 1)计算 实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度 v 。 11 2 . 2 9 8 2 4 5 5 . 1 5 2td m z m m 11 5 1 . 1 5 2 4 6 . 2 0 . 1 2 4 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 齿宽 b。 1 1 5 5 . 1 5 2 5 5 . 1 5 2db d m m 宽高比 / *( 2 ) ( 2 1 0 . 2 5 ) 2 . 2 9 8 5 . 1 7 1h c m / 5 5 . 1 5 2 / 5 . 1 7 1 1 0 . 6 6 6 2)计算实际载荷系数 根据 0 4 /v m s ， 7 级精度，由图 10得动载系数 1 。 第 19 页 由33111312 2 2 3 8 . 3 4 1 08 . 6 4 3 1 0 ,5 5 . 1 5 21 8 . 6 4 3 1 01 5 6 . 7 / 1 0 0 /5 5 . 1 5 2m m N m 查表 10 。 由表 10得； 1 8 ，结合 / 1 0 6查图 10 。则有 1 1 1 . 1 1 . 3 2 1 . 4 5 2F A V F K K K 。 3)按实际载荷系数算得的齿轮模数 33 1 . 4 5 22 . 2 9 8 2 . 3 8 41 . 3m m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数 机械设计手册并就近圆整为标准值 m=接触 疲 劳 强 度 算 得 的 分 度 圆 直 径 1 7 9 4d m m ， 算 出 小 齿 轮 齿 数11 / 7 9 . 2 2 4 / 2 . 5 3 1 . 6 9z d m 。取 1 32z 。 则 大 齿 轮 齿 数2 2 1 4 . 6 3 2 1 4 7 . 2z i z ，取 2 147z ， 1z 和 2z 互为质数。 （ 1）计算分度圆直径 11223 2 2 . 5 8 01 4 7 2 . 5 3 6 7 . 5d z m m md z m m m （ 2）计算中心距 12( ) / 2 ( 8 0 3 6 7 . 5 ) / 2 2 2 3 . 7 5a d d m m （ 3）计算齿轮宽度 1 1 8 0 8 0db d m m 考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽 b 和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（ 5即 1 ( 5 1 0 ) 8 0 ( 5 1 0 ) 8 5 9 0b b m m ，取1 88b ， 2 80b b m m 。 计算所得减速器直齿轮参数： 第 20 页 表 3 减速器直齿轮参数 传动类型 模数 齿数 直径 中心距 齿宽 高速级齿轮 1 4 180 270 数级齿轮 2 80 8 147 0 的设计 间轴的设计 1、轴的选材、热处理 由于轴的荷载是变荷载或变应力，所以材料应具有较好的强度和韧性；对步进送料机器来说受力不大，所以减速箱轴只需要选择普通材料即可。因此选择45 号钢，热处理使用正火、调质处理。 2、初选轴的最小直径 根据选取轴的材料为 45 号钢，调质处理，查机械设计课本表 15，考虑到 轴 端 只 承 受 转 矩 ， 故 取 ， 0 112A ， 于 是 得 ：2 33m i n 021 . 1 5 31 1 2 3 2 . 7 34 6 . 2 m 。考虑到该段开键槽的影响 ,单键轴径增大 5%,于是有： m i n 3 2 . 7 3 1 . 0 5 3 4 . 3 6 7d m m 。 3、轴的结构设计 根据结构使用要求，将中间轴设计成阶梯轴，共分 5 段，其中第、 段装齿轮，如图所示： 第 21 页 图 5 （ 1）轴承部件的结构设计 轴不长，故轴承采用两端固定方式。然后，按轴上零件 安装顺序，从开始处设计。 （ 2）轴承的选择与轴段 1 和轴段 5 的设计 该轴段上安装轴承，其设计应与轴承的选择同步进行。考虑有齿轮的轴向力存在，选用角接触球轴承。轴段 1 和轴段 5 上安装轴承，其直径既应便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。暂取轴承为 6007，得轴承内径为 35径 62度 14故取该段轴的直径为 35足轴的最小直径的要求。 通常一根轴上的两个轴承应取相同的型号，即 6007，则轴 1 段和轴 5 段的直径均为 35 （ 3）轴段 2 和轴段 4 的设计 轴段 2上安装与高速级连接的大齿轮，轴段 4上 安装与低速级连接的小齿轮，为了便于安装，轴段 2 和轴段 4 的直径应略大于轴段 1 和轴段 5，可分别初定为50 45 大齿轮的轮毂宽度范围为 大齿轮的齿轮宽度为 54其轮毂宽度 56左端采
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