旋转系统毕业设计---旋转式侧移车的旋转系统设计.doc

毕业论文（设计）题 目： 旋转式侧移车的旋转系统设计 系部名称： 机械工程系 专业班级： 机自081班 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）摘 要随着我国经济的发展，汽车的数量也急剧增加，这虽然对我们的出行带来个方便，但同时也带来了交通堵塞、停车位紧张等一系列问题。车辆拥挤或驶入相对较窄的路面时，很难完成任意角度转向或180度调头，在交通拥堵时很难从拥挤的车流中摆脱。当车位前后都有车时，把车辆停入或从使出都很困难，容易造成事故。在这个背景下，经过反复推敲琢磨，设计了旋转式侧移车。旋转式侧移车是在普通车子内部添加子车以及升降系统和旋转系统，通过升降系统、驱动系统、旋转系统和内部电力系统之间的相互配合，使该车能够完成原地升降、90度侧移、原地任意角度转向的功能。这些实用的功能增强了汽车的可操作性，从一定程度上解决了交通阻塞和停车位紧张的这些现代社会日益增长的严峻问题。本文重点是对旋转式侧移车的旋转系统进行设计，通过安装在子车上的导向杆、齿盘以及独立的驱动电机相配合可以完成车体在升起状态下的原地任意角度转向。这些实用的功能增强了汽车的可操控性，从一定程度上解决了交通阻塞和停车位紧张的这些现代社会日益严峻的问题。关键字：交通堵塞，旋转，侧移，旋转系统Rotary displacement vehicle rotation system designAbstractWith the development of our national economy, the number of cars has increased dramatically, although this on our journey to bring the convenience, but also brought traffic congestion, parking tension and a series of problems. Traffic jam or into a relatively narrow pavement, it is difficult to complete the arbitrary angle steering or 180 degree turn, in the traffic jam is very difficult from the traffic congestion in the shed. When the parking both before and after the car, park their vehicles into or from using is very difficult, easy to cause an accident. In this background, after batted Sato, design of rotary side car.Rotary displacement vehicle is in the ordinary car internal add child car and lifting system and a rotating system, by lifting system, drive system, rotary system and internal power system between cooperate each other, make the car to complete in-situ lifting,90 degrees lateral shift, in arbitrary angle turning function. The utility function is enhanced by vehicle maneuverability, from the extent to solve traffic congestion and parking tense in these modern society increasingly serious problem.This article focuses on the rotary displacement vehicle rotation system design, by installing the car guide rod, fluted disc and the independent drive motor is matched complete car in the rising state in situ arbitrary angle steering. The utility function is enhanced by motor control, from the extent to solve traffic congestion and parking tense the increasingly serious problem of modern society.Keywords：Traffic jam, rotational, lateral displacement, rotation system目 录1 绪论11.1设计旋转式侧移车的社会背景11.2 一些旋转机构及应用21.2.1 回转支承装置21.2.2 回转驱动装置41.2.3 旋转机构的应用.61.3 应用领域及前景介绍72 旋转式侧移车的总体解决方案72.1 旋转式侧移车的运动方案72.1.1 子母车的前进、后退运动82.1.2 升降运动82.1.3 旋转运动82.1.4 旋转式侧移车的工作原理82.2 在设计中遇到的难点及解决方案93 旋转式侧移车的整体组装与分析103.1 母车系统运行原理图103.2 子车系统运行原理图113.3 升降系统运行分析组图123.4 主轴图133.5 侧移车整体组图134 旋转式侧移车的零件设计分析154.1 电机的选用154.2 行进齿轮的设计154.3 旋转系统中齿轮的设计：184.4 旋转系统中主轴的设计214.5 旋转系统中轴承的设计235 设计图及简介265.1 母车、子车的设计图及简介265.2 旋转系统的设计图及简介275.3 主轴的设计图及简介285.4 整车的设计图及简介306 结论31致谢32参考文献33IV1 绪论 1.1设计旋转式侧移车的社会背景随着我国经济的发展，汽车的数量也急剧增加，这虽然对我们的出行带来个方便，但同时也带来了交通堵塞、停车位紧张等一系列问题。车辆拥挤或驶入相对较窄的路面时，很难完成任意角度转向或180度调头，在交通拥堵时很难从拥挤的车流中摆脱。当车位前后都有车时，把车辆停入或从使出都很困难，容易造成事故。无论东方还是西方的国家，都存在交通拥堵停车位紧张等一系列由于汽车数量急剧增加而社会配套设施没有跟上的问题。当然，这一问题已经是关乎民生的让人头疼的话题,针对这些问题，许多国家和地区都采取了各种想法和对策。美国强调通过科技的力量解决交通问题,在洛杉矶、旧金山和迈阿密等大城市，市政当局通过在交通设施上应用先进信号控制系统来提高高峰时段道路的实用效率，鼓励市民实用GPS等导航设备提高出行的效率。在法国，与汽车相关的税种大致有增值税、登记注册税、燃油税等几类。其中，增值税和登记注册税是在买车时缴纳的税费。而汽车保有阶段，则体现在燃油税内。根据目前的规定，凡购买二氧化碳排放量小于120克的新车，车主可获得不同额度的环保奖励，排放量越小，奖励越高。与此同时，二氧化碳排放量大于155克的新车，车主每年需缴纳环保税，以示“惩罚”。这种递进式多排放多纳税的最高征税额达2600元人民币。西班牙马德里市修建了发达的地下停车厂网路，在这个城市的主要商场和广场下面都建有多层的停车场，以此减少路面停车对道路资源的占用。当然这些都是从改善基础设施上着力，国内外都是发展公共交通，减少私家车主在高峰期驾驶车辆，建立交通配套设施，健全完善停车场地和秩序，采用立体式停车场来解决交通拥堵和停车位紧张这些问题。综上，国内外大都采用改善交通基础设施建设，采用新的收费管理方法来减少交通阻塞，但是随着车辆的日益增多，交通阻塞这一问题还是让大家头痛，急待解决。而旋转式侧移车的设计可以缓解交通堵塞，停车难等问题。旋转式侧移车由带有独立轮子与驱动的并成90度装配的子母两车构成，子车嵌套在母车中。它主要由三个系统组成：驱动系统、升降系统和旋转系统。驱动系统是控制子母车各自的前进与后退；升降系统是通过主轴转动使子车下降，子车触地后母车开始上升，母车上升一定高度后，驱动子车可以完成车子的侧移。母车上升完成后，通过旋转系统可以完成车子的任意角度旋转。这三个系统相互配合就可以完成旋转式侧移车的90度侧移和任意角度旋转功能。1.2 一些旋转机构及应用旋转转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。前者将机器的回转部分支承在固定部分上，后者驱动回转部分相对于固定部分回转。1.2.1 回转支承装置回转支承装置简称回转支承。主要分为柱式和转盘式两大类，根据不同的使用要求、各种回转支承的特点以及制造厂的加工条件合理选定。1）柱式回转支承装置下图1-1为定柱式回转支承装置。图1-1 定柱式回转支承装置2） 转盘式回转支承装置现代转盘式回转支承装置主要有滚子夹套式和滚动轴承式。图1-2为滚子夹套式回转支承装置。图1-2 滚子夹套式回转支承装置1-转盘；2-转动轨道；3-中心轴枢；4-固定轨道；5-拉杆；6-滚子；7-反抓滚子图1-3为滚动轴承图1-3 滚动轴承1.外圈装在轴承座孔内，一般不转动；2.内圈装在轴颈上，随轴转动；3.滚动体滚动轴承的核心元件；4.保持架将滚动体均匀隔开，避免摩擦。1.2.2 回转驱动装置回转驱动装置有电动回转驱动装置和液压回转驱动装置。1）电动回转驱动装置回转驱动装置通常装在起重机的回转部分上，电动机经过减速器带动最后一级小齿轮，小齿轮与装在起重机固定部分上的大齿圈相啮合，以实现起重机回转。在起重机回转机构中常用的是下列三种形式机械传动装置：卧式电动机与涡轮减速器传动（a）、 立式电动机与立式圆柱齿轮减速器传动(b)、立式电动机与行星减速器传动（c），如图1-4所示。图1-4 电动机回转机构的传动方案（a）卧式电动机与蜗轮减速器传动； （b）立式电动机与立式圆柱齿轮减速传动；（c）立式电动机与行星减速器传动。 1-卧式电动机；2-带极限力矩联轴器的蜗轮减速器；3-立式电动机；4-立式圆柱齿轮减速器；5-行星减速器。2）液压回转驱动装置（1）高速液压马达：与涡轮减速器或行星减速器传动，在形式上与电动机驱动基本相同。（2）低速大扭矩液压马达回转机构（图1-5）。图1-5 低速大扭矩液压马达回转机构1.2.3 旋转机构的应用下旋塔式起重机（图1-6）为塔式起重机之一，回转支承装在底座与转台之间，因为塔身回转，除行走机构之外，其他工作机构都布置在转台上，整机重心低。回转支承以上各部分如转台、塔身和动臂等一起回转。因为塔身回转， 不能与建筑物附着，故塔身高度比上旋转式低。这种塔式起重机，能整体拆装和转移，既轻便又灵活，使用广泛。起重机整体拆除和转移时，开动变幅机构，将塔身连动臂下放在汽车上，卸下平衡重，再拉紧变幅绳，底座尾部翘起，推入一轮胎轴，然后将底座支承在轮胎轴上，并用连杆将塔身和底座连牢，即可拖行转移。较大的下旋转塔式起重机，也常采用塔身自升方式，但由于不能附着，自升高度有限。此外，下旋转塔式起重机，除轨道式之外，还有以履带底盘和轮胎底盘为行走装置的履带式和轮胎式。塔式起重机之一，回转支承装在底座与转台之间，因为塔身回转，除行走机构之外，其他工作机构都布置在转台上，整机重心低。回转支承以上各部分如转台、塔身和动臂等一起回转。因为塔身回转， 不能与建筑物附着，故塔身高度比上旋转式低。这种塔式起重机，能整体拆装和转移，既轻便又灵活，使用广泛。起重机整体拆除和转移时，开动变幅机构，将塔身连动臂下放在汽车上，卸下平衡重，再拉紧变幅绳，底座尾部翘起，推入一轮胎轴，然后将底座支承在轮胎轴上，并用连杆将塔身和底座连牢，即可拖行转移。图1-6下旋转塔式起重机1.3 应用领域及前景介绍旋转式侧移车独特的结构打破了人们对常规车的认识。新颖的运动方式为我们未来汽车的设计提供了一种理念。该车的设计能够有效的改善目前日益严峻的交通阻塞和停车位紧张的问题，具有较高的社会实用价值。当然，这种设计思路也有进一步开发的可行性，其独特的运动方式可以作为安置机器人的平台，让其可以任意角度旋转、侧移，作为勘探车或登月车等高科技产品，具有一定的研究价值。2 旋转式侧移车的总体解决方案2.1 旋转式侧移车的运动方案旋转式侧移车由带有独立的轮子和驱动并成90度角装配的子母两车组成，子车嵌套在母车内，子母两车通过主轴相连接。子车下降后，母车可以在子车的基础上任意升降高度，此时驱动子车就可以完成母车的90度侧移。母车上升后通过安装在子车上的导向杆、齿盘以及独立的驱动电机相配合可以完成母车的原地任意角度转向。2.1.1 子母车的前进、后退运动母车和嵌套在其内部的子车拥有各自独立的驱动电机,控制系统调控电机的运转，电机输出轴上的齿轮与行进轴上的齿轮相啮合，将动力传动给行进轮,从而母车、子车各自完成相应的前进和后退。2.1.2 升降运动为了使母车在子车的基础上平稳升降，我们在子车上安装了一根主轴，用角接触球轴承将其加以固定，主轴上模拟千斤顶加工了梯形的传动螺纹，梯形螺纹和母车相连接，通过安装在子车内部的电机驱动，使主轴能够稳定承重和转动，从而升降母车车体。同时，我们在旋转系统中安装导向杆，在升降系统中也起到了平稳升降的作用。2.1.3 旋转运动旋转系统中的导向杆安装在一齿盘上，齿盘与驱动电机上的齿轮啮合。在升起状态下，电机带动齿盘转动，转动的齿盘即可通过导向杆使母车悬空转动。通过控制该电机的正反转与转动时间，可控制母车的转向和转动角度。2.1.4 旋转式侧移车的工作原理旋转式侧移车由子母两车组成，有驱动系统、升降系统和旋转系统三大系统。其中最重要的是升降系统和旋转系统。当我们的车停在某处时，恰好车的前后都有车停住而堵住了我们的车，使我们的车不能正常的从两车中间开出来，这时我们就可以启动此车的升降系统在车的原有位置把车升起一定的高度，此高度不必很高，只需要把收缩在母车底盘内的子车降下来，从而使母车的车轮升起离开地面而使子车的车轮着地，此升降系统由电动机通过齿轮传动带动主轴转动通过三角形螺纹结构实现车身的升降。其中导向杆可防止车身在升降过程中产生相对转动。完成原地转向后，调整好合适的角度我们就可以把母车降下而后让子车重新收回母车的底盘中，最后启动母车的驱动系统从而使车子从两车之间顺利的开出来。当然，我们也可以通过不旋转母车，只通过升起母车后启动子车的驱动系统而把车直接从两车中间侧移出来。这种方法容易操作，可以解决生活中堵车的问题，给我们的生活带来方便。2.2 在设计中遇到的难点及解决方案怎样能够承担起车体的沉重载荷而保持稳定升降呢？我们在子车上安装了一根主轴，用角接触球轴承在子车上加以固定，主轴上模拟千斤顶加工了梯形螺纹，梯形螺纹和母车相连接，通过安装在子车内部的电机驱动，使主轴能够稳定承重和转动。此旋转式侧移车有升降和旋转这两种特殊运动方式，怎样能保证运动的独立性是一个相当重要的问题，升降系统和旋转系统互不干扰是小车运行成功的关键。我们在主轴上安装两个角接触轴承，一个深沟球轴承，使得子车不会转动。当控制小车升降的电机启动时，电机上的齿轮带动主轴上的升降齿轮开始转动，与此同时升降齿轮带动主轴开始转动，主轴一端的传动螺纹运动使子车向下运动，直至与地面接触，而后母车脱离地面上升，安装轴承后，可以保证主轴转动的独立性，只有主轴的升降而没有母车与子车的转动。然后在旋转系统的大齿盘上加装深沟球轴承，使旋转系统工作时只有母车的转动而不会影响主轴的转动，也使主轴转动时不影响大齿盘的转动，也保证了旋转系统和升降系统的相对独立性。 车体的尺寸设计同样也是一个令人头疼的问题，如何装配、装配的具体尺寸是多少，需要我们不断地进行矫正，最终才能装配成整体的小车。3 旋转式侧移车的整体组装与分析3.1 母车系统运行原理图母车是旋转式侧移车的外部构架，母车三维图如图3-1所示，由1个前车板、1个后车板、1个车顶板、1个车底板、2个侧面车板（为显示方便1个已经隐去）、固定电机和轮轴的固定支架、电机、一对齿轮以及前后轮共同组成。图3-1 母车三维视图小车的体积约为：V=h=312.5160145=7.2510mm为了减轻小车的重量和加工方便，小车各车板选用塑料为材料。独立电机输出轴上的齿轮与轮轴上的齿轮相啮合，带动母车后轮运转。此设计方案中，母车的行进运动为后轮驱动，只是向前或向后运动，没有左右行进的功能。齿轮传动中，主动齿轮、从动齿轮的齿数都为10，其传动比为1，经测算母车的行进速度为1.98m/s。3.2 子车系统运行原理图子车是旋转式侧移车的重要组成部分，由子车车架、前后轮、电机、一对传动齿轮共同构成，如图3-2所示。图3-2 子车的三维视图子车车架是固定升降轮动、旋转运动零件的主体，其上的零件分布是经过反复试验得出的结果。子车系统中包含有固定升降和旋转电机的车架。车架与子车是一体的，与子车一起运动。独立电机输出轴上的齿轮与轮轴上的齿轮相啮合，带动子后轮运转。此设计方案中，子车的行进运动只是向前或向后运动，没有左右行进的功能。齿轮传动中，主动齿轮、从动齿轮的齿数都为10，其传动比为1，经测算母车的行进速度为0.19m/s。3.3 升降系统运行分析组图旋转系统是对母车进行任意角度的旋转。由电机、一对齿轮、三跟成120度的导向杆、1个深沟球轴承组成，如图3-3所示。图3-3 旋转系统的三维视图电机为旋转系统提供的动力，通过齿轮啮合传递，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮转动通过导向杆带动母车旋转。旋转系统电机转速为360r/min，传动比i=，车身旋转速度为64r/min。深沟球轴承能够减小车身在旋转时与主轴的摩擦，保证旋转的独立性。3.4 主轴图主轴是旋转式侧移车的母车的中心零部件，在升降系统中起支撑作用，如图3-4所示。图3-4 主轴的三维视图主轴全长为160mm，由7段构成，各有职能分工。其中包括固定轴承的，固定齿轮的，以及一段其传动作用的螺纹轴。主轴的设计与其上分布的轴承、齿轮、子车车架的尺寸和要求密切相关。使我们综合分析了各个传动零件的尺寸和要求后，综合设计出来的。这样的轴能够很好的满足设计要求，同时避免了与其他零件之间的相互干扰。3.5 侧移车整体组图通过整体的分析，我们把母车、子车、升降系统。旋转系统综合起来，得到如图3-5、3-6所示的整车三维视图。图3-5 整车的三维视图1图3-6 整车的三维视图2旋转式侧移车是由母车系统、子车系统、升降系统、旋转系统构成。母车系统包括：母车车体、一对齿轮、电机、轮子等。子车系统包括：子车车架、一对齿轮、电机、轮子等。升降系统包括：主轴、一对齿轮、电机、两个角接触球轴承、一个螺母。旋转系统包括：一对齿轮、一个深沟球轴承、电机、三根导向杆。4 旋转式侧移车的零件设计分析4.1 电机的选用 因为小车是独立驱动，所以选择直流的电池驱动较为方便。选择电动机时，若功率过小则不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而提早损坏；功率选的过大，则电动机价格高，能力不能充分发挥，经常不在满载下在运转，效率和功率因数都较低，造成浪费。需要电动机输出工作要求的功率P= P：工作机所需有效功率。 ：电动机工作机之间传动装置的总效率。机械传动和摩擦副的效率概略值： 效率 8级精度一般齿轮传动（油润滑） 0.97 滚动轴承（油轴承） 0.99 滑动丝杠 0.5P=kw6T：工作及的阻力矩，N*mmn：工作机的转速，r/min：工作机的效率综合分析（电机选用）：小轮前进120r/min 大论前进1800r/min 旋转系统360r/min 升降系统540r/min经综合考虑及以往实验最后确定行进电机的功率P=15w，旋转电机的功率P=15w，升降电机的功率P=30w。经综合比较，我选用型号为6D15-12，电压12V，功率15w的电机和型号为6D15-30，电压12V，功率30w的电机作为小车电机。4.2 行进齿轮的设计在子车小轮系统中，已知条件：输入功率P=12.94w，齿轮的转速n=120r/min选用直尺圆柱齿轮传动，软齿面开式。由于此旋转式侧移车的模型较小，其使用的齿轮尺寸也较小，要求也不高。所以选择45钢做毛坯，加工完成后，调质处理，齿面硬度：217255HBS，取235HBS。取Z=Z=10。1. 按齿面接触强度设计由设计计算公式（109a）6进行计算，即d2.32（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数k=1.3（计算齿轮分度圆直径d或模数m时，可选一载荷系数k=1.21.4）2）计算齿轮传递的转矩：T=9550=9550=1029.81 Nmm3）由表1076选取齿宽系数=14）由表1066查得材料的弹性影响系数Z=189.8MPa5）由图1021d6按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa6）由式10136计算应力循环次数N=60njL=603601（235020）=3.0310N= Nn：齿轮转速j：齿轮每转一圈，同一齿面啮合次数L：齿轮工作寿命，按一天工作2小时，每年工作350天，工作寿命20年算7）由图10196取接触疲劳寿命系数K=0.95， K= K=0.958）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%（只起说明作用），安全系数S=1（见式10126，对于接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声，振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，顾可取S=S=1）=0.95550MPa=522.5MPa=（2）计算1）计算齿轮分度圆直径d，代入的值：d2.32=2.32=16.4mm前面我们试取的齿轮模数m=2，实际运用中，侧移车小轮前进系统中的齿轮分度圆直径d=mz=20mmd2)计算圆周速度v：v=0.126m/s3）计算齿宽b:b=d=16.4mm，取b=16.5mm4）计算齿宽与齿高之比模数已定：m=2mm齿高：h=2.25m=2.252mm=4.5mm=3.675）计算载荷系数根据v=0.126m/s，8级精度，由图1086查得动载系数K=1.04直齿轮的齿见载荷分配系数，K= K=1由表1026查得使用系数K=1由表1046用插值法查得8及精度齿轮相对支承轴非对称分布时，K=1.421由=3.67， K=1.421，查图10136得K=1.25；故载荷系数K= K KK K=11.0411.421=1.4786）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径d= d=16.4=17.12mm我们取d=20mm，m=2mm，既方便加工，又满足要求。2. 按齿根弯曲强度设计由式（105）6得弯曲强度的设计公式为m（1）确定公式内的各计算数值1）由图1020c6查得齿轮的弯曲疲劳强的极限=380MPa2）由图10186取弯曲疲劳系数K=0.88， K= K3）计算弯曲疲劳应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4（对弯曲疲劳强度来说，如果一旦发生断齿，就会引起严重事故，因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时S=S=1.251.5）由式（1012）6得=MPa=238.86MPa=4）计算载荷系数K：K= K KK K=11.0411.25=1.35）查取齿形系数：由表1056查得：Y=3.30，Y= Y6）查取应力校正系数：由表1056查得：Y=1.45，Y= Y7）计算齿轮的：=0.02003（2）设计计算：m=0.82mm我们选择m=2合适。分度圆直径：d=d=mz=20，中心距a=20mm，齿轮宽b=16.5mm 最终我们选择子车系统的齿轮为Z=10，m=2的齿轮。4.3 旋转系统中齿轮的设计：已知条件：输入功率P=12.68w，小齿轮的转速n=360r/min，传动比i=1.选定齿轮类型、材料、精度等级及齿数选用直尺圆柱齿轮传动，软齿面开式。小齿轮选用40Cr（调质），齿面硬度280HBS，大齿轮选用45钢（调质），齿面硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。初选齿轮精度等级：7级精度。取Z=8，Z=45。2.按齿面接触强度设计由设计计算公式（109a）6进行计算，即d2.32（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数k=1.3（计算齿轮分度圆直径d或模数m时，可选一载荷系数k=1.21.4）2）计算齿轮传递的转矩：T=9550=9550=336.37Nmm3）由表1076选取齿宽系数=14）由表1066查得材料的弹性影响系数Z=189.8MPa5）由图1021d6按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa，小齿轮的接触疲劳强度极限=550Mpa6）由式10136计算应力循环次数N=60njL=603601（0.535020）=7.5610N= =1.34410n：齿轮转速j：齿轮每转一圈，同一齿面啮合次数L：齿轮工作寿命，按一天工作0.5小时，每年工作350天，工作寿命20年算7）由图10196取接触疲劳寿命系数K=0.96， K= K=1.128）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%（只起说明作用），安全系数S=1（见式10126，对于接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声，振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，顾可取S=S=1）=0.99600MPa=594MPa=1.12550MPa=616MPa（2）计算1）计算齿轮分度圆直径d，代入中的较小值（即代入）：d2.32=2.32=8.692mm前面我们试取的齿轮模数m=2，实际运用中，侧移车小轮前进系统中的齿轮分度圆直径d=mz=16mmd2)计算圆周速度v：v=0.3016m/s3）计算齿宽b:b=d=8.692mm，取b=10mm4）计算齿宽与齿高之比模数已定：m=2mm齿高：h=2.25m=2.252mm=4.5mm=2.225）计算载荷系数根据v=0.3016m/s，7级精度，由图108查得动载系数K=1.03直齿轮，K= K=1由表1026查得使用系数K=1由表1046用插值法查得7及精度齿轮相对支承轴非对称分布时，K=1.389由=2.22， K=1.389，查图10136得K=1.24；故载荷系数K= K KK K=11.0311.389=1.43076）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径d= d=8.692=8.974mm我们取d=16mm，m=2mm，既方便加工，又满足要求。3.按齿根弯曲强度设计由式（105）6得弯曲强度的设计公式为m（1）确定公式内的各计算数值1）由图1020c6查得小齿轮的弯曲疲劳强的极限=500MPa，大齿轮的弯曲疲劳强的极限=380MPa2）由图10186取弯曲疲劳系数K=0.95， K= 0.983）计算弯曲疲劳应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4（对弯曲疲劳强度来说，如果一旦发生断齿，就会引起严重事故，因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时S=S=1.251.5）由式（1012）6得=MPa=339.29MPa= MPa=266MPa4）计算载荷系数K：K= K KK K=11.0311.24=1.2772（KK，时，不必修正）5）查取齿形系数：由表1056查得：Y=3.41，Y= 2.356）查取应力校正系数：由表1056查得：Y=1.43，Y= 1.687）计算齿轮的，并加以比较：=0.01437=0.01484，大齿轮的数值大。（2）设计计算：m=0.584mm我们选择m=2合适。小齿轮分度圆直径：d=mz=16，大齿轮分度圆直径：d=mz=90，中心距a=53mm，齿轮宽b=10mm。最终我们选择大齿轮z=45，m=2，小齿轮z=8，m=2。4.4 旋转系统中主轴的设计1. 选择轴的材料选取45钢调质，硬度230HBS，强度极限=640MPa，屈服极限=355MPa，弯曲疲劳极限=275MPa，剪切疲劳极限=155MPa，对称循环变应力时许用应力=60MPa。2. 初步估算轴的最小直径按式（152）6，取A=110，得dA=126=5.7mm考虑到轴上的键槽对轴强度的影响，以及加工的方便，我们取d=10mm3. 轴结构的设计 轴的各段直径的确定第一段轴：d=10mm（轴承型号取7000AC）第二段轴：d=13mm（取定位轴肩高度h=1.5mm）第三段轴：d=16mm（放置齿轮）第四段轴：d=12mm（取定位轴肩高度h=2mm，轴承号取7001AC）第五段轴：d=10mm（轴承型号取6000）第六段轴：d=8mm第七段轴：d=10mm（螺纹） 轴的各段长度的确定第一段轴：l=10mm（轴承7000AC的宽度B=8mm）第二段轴：l=16mm（升降系统中齿轮的宽度为12mm）第三段轴：l=20mm第四段轴：l=20mm（轴承7001AC的宽度B=8）第五段轴：l=30mm（轴承6000的宽度B=8mm）第六段轴：l=5mm第七段轴：l=60mm4.（1）轴向零件的轴向定位。齿轮与轴的周向定位采用平键连接。按d由表616查得平键截面bh=4mm4mm，键槽用键槽铣刀加工，键长L=6mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为（过盈）。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（2）确定轴上倒角尺寸轴右端倒角245。5.求轴上的载荷精确校核轴的疲劳强度图4-1 主轴界面分析如图4-1所示，截面A处过盈配合引起应力集中最严重；从受载的情况来看，截面B上的应力最大。截面A和截面C的应力集中影响相近。但截面C不受扭矩作用，故不必做强度校核。截面B虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径较大，故截面B也不必校核。由第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面A左右两侧即可。（1）截面A的左侧：抗弯截面系数：W=0.113=219.7mm抗扭截面系数：W=0.213=439.4mm截面A左侧的弯矩M为：M=361.66 Nmm=278.2 Nmm截面A上的扭矩T为：T=878.64 Nmm截面上的弯曲应力：=MPa=2.04MPa截面上的扭曲切应力：=2.24MPa(W：轴的抗变截面系数，W=177.22)(W：轴的抗扭截面系数，W=392.91)轴的材料为45钢，调质处理。由表1516查得=640MPa，=275MPa，=155MPa，截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表326查取。因=0.115，=1.23，经差值后查得=1.63，=1.35。又由附图316可得轴的材料敏感系数=0.78，=0.82。固有应力集中系数按附表346为=1+（1）=1+0.78（1.631）=1.49 =1+（1）=1+0.82（1.351）=1.29由附图326的尺寸系数=0.88，由附图336的扭转尺寸系数=1。轴按磨削加工，由附图346得表面质量系数为=0.92。轴未经表面强化处理，即=1，则按式3126及式3466得综合系数为=+1=1.78=+1=1.38又由316、326节得知碳钢的特性系数：=0.10.2，取=0.1；=0.050.1，取=0.05。于是，计算安全系数S=75.73S=96.78S=59.64S=1.5截面A右侧同理也符合。本机构无较大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。4.5 旋转系统中轴承的设计轴承设计（1个深沟球轴承，2个角接触球轴承）角接触球轴承：可同时承受径向载荷及轴向载荷，也可以单独承受轴向载荷。能在较高转速下正常工作。由于一个轴承只能承受单向的轴向力，因此，一般成对使用。承受轴向载荷的能力与接触角有关。接触较大的，承受轴向载荷的能力也高。这里我们选用的轴承结构代号：70000AC（=25）深沟球轴承：结构代号60000，主要承受径向载荷，也可同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速时，可用来承受纯轴向载荷。工作中允许内、外圈轴线偏斜量816选用这两种轴承的原因：首先根据载荷的大小选择轴承的类型，由于滚子轴承中主要原件间是线接触，宜用于承受较大的载荷，承载后变形也较小。而球轴承主要为点接触，宜用于承受较轻的或中等的载荷，故在载荷较小时，可优先选用球轴承。此旋转式侧移车，自身重量较轻，升降、旋转时产生的载荷较小，故选择球轴承较为合适。再根据载荷的方向选择轴承的类型，对于纯轴向载荷，一般选用推力球轴承，但在此旋转式侧移车中主轴受到一定的径向力，而且若选用推力球轴承，无法实现小车运动要求，所以我们在这里选用了一对角接触球轴承。当轴承在承受径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承。综合考虑，在小车的升降系统中，小车的主轴主要承受轴向载荷且载荷不大，主轴转速不高，而且为了装配方便，和实现工作功能，采用两个推力球轴承。在小车的旋转系统中，小车主轴主要受径向载荷，所以采用一个深沟球轴承。按轴的结构设计，初步选用两个角接触球轴承，一个深沟球轴承。角接触球轴承的型号分别为：7000AC、7001AC（其中7000AC为轴承1,7001AC为轴承2）。深沟球轴承的型号为：6000（6000轴承为轴承3）。安装方式：单向固定，正装。轴承的转速：n=270r/min（升降中用到的轴承） n=270r/min（升降中用到的轴承） n=64r/min（旋转中用到的轴承）由表1636查得轴承7000AC的基本额定动载荷C=4.92kN，基本额定静载荷C=2.25kN， 7001AC的基本额定动载荷C=5.42kN，基本额定静载荷C=2.65kN，6000的基本额定动载荷C=4.58kN，基本额定静载荷C=1.98kN。基本尺寸dDB=mm，其中角接触球轴承轴向力判定系数e=0.68，当Fa/Fre时，X=0.41，Y=0.87;当Fa/Fre时，X=1，Y=0。计算轴承3的载荷旋转系统：大齿轮按表1366，=1.01.2，取=1.2按表1356，X=1，Y=0。当量动载荷P=L=所以选用的轴承6000轴承安全。5 设计图及简介经综合分析，旋转系统以及大、小轮前进的电机型号为6D15-12，电压12V，功率15w的电机；升降系统选用型号为6D15-30，电压12V，功率30w的电机。电机转速：小轮前进120r/min，大论前进540r/min，旋转系统360r/min，升降系统540r/min。行进齿轮设计为：m=2mm、z=10、b=16.5mm，的齿轮。升降系统中设计为：m=2mm、z=10、z=20、b=12，的齿轮。旋转系统中设计为：m=2mm、z=8、z=45、b=10，的齿轮。 所选轴承的型号分别为：6000、7000AC、7001AC。5.1 母车、子车的设计图及简介母车系统是旋转式侧移车的框架，其他系统都是包容在其内部的，它的设计要紧凑且不能造成内部系统的相互干扰，其二维图示如图5-1所示。图5-1 母车的二维视图母车的尺寸参数如上图所示，整体车身较为紧凑，这便于运动时的平衡，车壁都采用塑料板，这能很好的减轻车身重量。子车系统是升降和旋转系统的基座，其二维图如图5-2所示。图5-2 子车的二维视图 升降系统的支撑架要避免与电机、齿轮相干扰，且要与轴承、齿轮进行有效配合，来完成升降、旋转运动。5.2 旋转系统的设计图及简介旋转系统是建立在主轴基础之上的螺旋传动系统，其二维图如图5-3所示。图5-3 旋转系统的二维图1-车体顶板；2-导向杆；3-小齿轮；4-电机；5-深沟球轴承；6-大齿轮旋转系统的前视图如图5-4所示，去掉顶板后旋转系统的俯视图如图5-5所示。图5-4 旋转系统的前视图图5-5 旋转系统的俯视图 其工作原理是电机4转动，带动小齿轮3转动，小齿轮3与大齿轮6之间通过啮合带动大齿轮6转动，大齿轮6转动并通过安装在大齿轮6和车体顶板之间的3根导向杆1，从而带动车体的旋转。5.3 主轴的设计图及简介 主轴作为升降系统的中心零部件，起着十分重要的作用，其二维图如图5-4所示。图5-4 主轴的二维视图轴的加工工艺14：1.圆钢下料：18mm180mm。2.车两端面，钻两头5mm中心孔3.车削，安装1，三爪自定心卡盘与顶尖 车16mm外圆，长56mm；车13mm外圆，长36mm；车10mm外圆，保证13mm处的长度16mm 车削，安装2，调头 车12mm外圆，保证16mm处的长度20mm；车10mm外圆，保证12mm处的长度20mm 车退刀槽槽，保证10mm处的长度30mm，8mm处的