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小型台式摇床的设计 小型台式摇床的设计 中文摘要 小型台式摇床是一种用于将混合液体摇匀的机器。 小型台式摇床的主要功能是输出偏心运动来模拟手工振荡，它在现代的医疗业中有 着广泛的应用。小型台式摇床结构简单，工作可靠，可以持续地模拟手工振荡来吧药剂 摇匀；通过调节偏心轮的转速，可以调节模拟手工振荡的程度，以满足不同的需要。小 型台式摇床的减速器承担着减速的任务，是设计的重点之一，减速器不仅降低了输出的 转速，而且放大了输出的转矩，非常有利于执行机构的运动。电机选用了直流电机，因 而调速较为简单。 关键字：偏心运动；振荡；调速 小型台式摇床的设计 DESIGN OF THE SMALL-SIZED TABLE MODELE SHANKING MACHINE ABSTRACT The small-sized table model shaking machine is used to make the mixed liquid to be wel- distribuled. The small-sized table model shaking machine is used to export eccentric movement for simulating shaking movement which by hand. It is widely used in modern medical treatment. The small-sized table model shaking machines structure is simple. It works reliablely, it can continue to simulate the shaking movement which can shake the medicament wel-distributed. Toregulated the rotational speed of the eccentric wheel. The level of the shaking movement which is simulated by hand can be regulated that will satisfy the different requirement. The decelerating machine of the small-sized table model shaking machine is used to decelerate which is the main point of the design. The decelerating machine slows down the rotational speed of the out-put axle, but also exports big strength, which is much more useful to the movement of the executive mechanism. The electrical machinery choices the direct current electrical machinery, so it is simple to regulate the rotational speed. Key words：eccentric movement；shaking movement；regulate 小型台式摇床的设计 目录 1绪论. 1.1设计背景 及目的 . 1. 2国内 外发展状 况 . . 1. 3设计 方案 1. 4 论文 构 成 及 设 计 内 容 . 3小型台式摇床的方案设计. 2.1小型台式要创的输出运动 . 2.2初步偏心运动方案的设计 2. 3最后 方案的设 计 . . 2. 4驱动 方案 . 2. 5同轴 减 速 器 的 方 案 设 计 . . 2. 6摇床 箱体 的方 案设 计 . . 3小型台式摇床的结构设计 3.1偏心运动 机构的结构设计 . . 3.2减速器的结构设计 . 3. 3摇床 箱体的结 构设计 . . . . . 4小型台式摇床设计. 4.1偏心轮驱驱动机构设计 . 4.2直流电机及其控制器设计 . 4.3同轴减速器的设计 . . . 4. 4减速 器箱 体设计 . . . . . . . . . . . . . 5 5 5 5结论. 参考文献 . 致谢 . 小型台式摇床的设计 第 1 页 共 28 页 1绪论 1.1 设计背景及目的 机械现代化设计方法通常是相对传统的设计方法而言的。由于现代设计方法正在不 断发展，人们对它们的内涵看法不一，尚无明确的域限。但对它的特征和发展动向，可 以从总体上概括为力求运用现代运用数学，应用力学，微电子学及信息科学等方面的最 新成果与手段实现下述某些方面的转化： 1）以动态的取代静态的-如以机器结构动力学计算取代静力学计算；以实时在线测 试数据作为评价依据。 2）以定量的取代定性的-如以有限原法计算箱体尺寸和刚度取代经验类比法。 3）以变量取代常量-如可靠性设计中用随机变量取代传统设计方法中当做常量的粗 略处理法。 4）以优化设计取代可行性设计-用相关的设计变量恰当地建立设计目标的数学模 型，从众多的可行解（方案）中寻求最优解。 5）以并行设计取代窜行设计-并行设计是以种面向整个“产品生命周期”的一体化 设计过程，在设计阶段就从总体上并行地综合考虑其整个生命周期中功能结构，工艺规 划，可制造性，可装配性，可测试性，可维修性及可靠性等各方面的要求与相互关系， 避免串行设计中可能发送的干涉与返工，从而迅速开发出优质，价廉，低能耗的产品。 6）以微观的取代宏观的-如以断裂力学理论处理零件材料本身微观裂纹扩展引起的 低应力脆断现象，建立以损伤容限为设计判断的设计方法；润滑理论中的微-纳米摩擦 学等。 7）以系统工程法取代分部处理法-将产品的整个设计工作作为一个单级或多级的系 统，用系统工程的观点分析划分其设计阶段及组成单元，通过仿真及自动控制等手段， 综合最优地处理它们的内在关系及系统与外界环境的关系。 8）以自动化设计取代人工设计-按照集成化与智能化的要求，充分利用先进的硬件 及软件（如计算机，自动绘图机，以及数据库，图形库，知识库，专家系统，评价与决 策系统等众多支持系统） ，极力提高人机结合的设计系统的自动化水平，大大提高产品 的设计质量，设计效率和设计经验，并利于设计人员集中精力创新开发更多的高科技产 小型台式摇床的设计 第 2 页 共 28 页 品，无疑是现代设计方法发展飞核心目标。 总之，设计工作本质上是一种创造性的活动，是对知识与信息等进行创造性的运作 与处理。发展机械现代化设计方法，实质上是不断追求最机智，最恰当而且最迅速地满 足用户要求，社会效益，机械内在要求等对机械构成的全部约束条件。 机械现代设计方法发展很快，目前常见或较易间到的有：计算机辅助设计，优化设 计，可靠性设计，并行设计，虚拟产品设计，参数化设计，智能设计，分形设计，网上 设计等【4 】。 随着医疗业的迅速发展，医疗业对医疗机械的需求也与日剧增，一方面用机器代替 手工作业可以省去很多繁杂的劳动；另一方面机器作业又有着很大的可靠性。在医院里 医生要把配好的药摇匀一般是用手将其摇匀，这摇匀少量药剂时比较方便，但如果要摇 匀大量的药剂，手工摇匀就比较麻烦了，小型台式摇床就是在这种情况下发展起来的， 医生使用小型台式摇床来摇匀一些药剂是很方便的，小型台式摇床利用偏心机构是药剂 不断处于偏心运动之中，以利于药剂的混。 1.2 国内外研究状况 目前国内在小型台式摇床上的研究开发基本上是一样的， 其机械运动都是以偏心轮 机构输出偏心运动，现在的发展是省去电机与偏心轮机构的中间部分，直接将两者相连 接，因此发展的重点是制造力矩电机，使电机直接输出低转速，大力矩，从而直接驱动 偏心轮，电机的调速用电路实现；另外再根据用户的某些需要再在摇床上安装一些附加 设备，如细菌培养用的恒温箱。作为模拟振荡的机器，摇床是一个较好的选择。 以下是由美国飞世尔实验器材（上海）有限公司生产的台式培养摇床 简单介绍： 台式培养摇床适用于各种分子生物学应用，包括细菌/细胞培养和昆虫研究等。清 小型台式摇床的设计 第 3 页 共 28 页 晰的盖子方便特定温度下观察样品状况而不改变温度条件。 24 小时连续工作，精确控制 腔内温度。 详细说明： 台式培养摇床 旋钮式摇床可调转速范围在 40-400rpm（通过圆盘控制）。两种操作模式: 持 续操作模式或 1-60 分钟定时操作. 内置转速监测仪,显示准确转速. LED 显示温度 数显摇床可调转速范围在 15-500rpm 之间. 可设置定时操作从 0.1-99.9 小时之间 或从 01.-99.9 分钟之间. LED 同时显示转速和时间温度偏离设定值1C，声光报警 器会发出警报信号转速偏离设定值10%,摇床会发出声光警报并停止. 可采用手持式 转速仪校正转速. 慢速启动平稳,消除样品溅出等. 设定参数可在断电情况下保留,并 在重新启动时自动恢复设定参数. 标准 RS232 接口方便遥控转速、 温度和计时操作. 内 置记录仪接口可直接将参数绘制图表安全特征具有过温安全特征，并备有独立的自 动调温器以防主温度控制器出故障当盖子打开时，摇床会停止转动。 1.3 设计方案 本设计采用了偏心轮驱动方案，本方案是将三个偏心轮按三角形状布置，在三轮的 同一侧开一偏心孔，插上短轴，摇床台面就由三根短轴支撑起来，并通过机械结构相联 接；三轮中两轮由摇床箱体支撑，一轮由减速器伸出轴支撑并驱动，由于本方案未选用 力矩电机，而是选用了小型直流电机，故而设计了中间部分二级同轴减速器来降低电机 的输出转速。直流电机的控制电路为：整流-调压-滤波-稳压。直流电机控制电路的特 点是：变交流为直流，调压调速。 1.4 论文构成及设计内容 本设计主要是结构设计，因而重点在于设计结构和制图，论文主要是阐述对小型台 式摇床的结构设计：包括其运动原理，执行机构，减速机构，减速器箱体的结构，摇床 箱体的结构等。图纸是一张总装配图，一张部件装配图，其余为零件图。 小型台式摇床的设计 第 4 页 共 28 页 2 小型台式摇床的方案设计 2.1 小型台式摇床的输出运动 小型台式要创的主要功能是输出偏心运动，如图 2-1 所示： o1o2A B O N 图 2-1 偏心运动示意图 在两轮的相同方位上取点，连接两点得一直线段，当两轮以相同的角速度旋 转时，这条直线段上的每一点的运动轨迹都是圆周，取任一点 N 的运动轨迹为研 究对象，可以看出该运动轨迹是圆周，则可取直径 AB，使两轮匀速转动，则可 以认为该研究点以 AB 中点 O为中心，作振幅为R（大小等于偏心轮的半径）的 来回振荡运动，这与手工摆动试管来摇匀试管中的药剂是很相似的，因此可以用 机器的输出运动来模拟手工振荡。 显然，一根线段的偏心运动没有实用价值，但如果是一个面的偏心运动，就 可以有效地模拟手工振荡了，如图 2-2 所示： 小型台式摇床的设计 第 5 页 共 28 页 o1 C o3 A C B A C o2 图 2-2 平面偏心运动简图 平面布置三个偏心轮， 在三轮相同方位上取偏心点， 连接三点构成了一个面 ， 当三个偏心轮以相同角速度绕各自的圆心旋转时，这个面便可以作偏心运动了。 那么， 这个面与三个偏心轮应当以何种形式连接呢？显然。 三轮等速旋转时 ， 三角形面的三个顶点相对与轮上的 A、B、C 三点的位置是不变的，但这个面相对 于偏心轮的位置是改变的，由图（2）可以看出，三角形 ABC 于三角形 ABC 是两个不同时刻的位置，显然三角形面于偏心轮面相对位置改变了。由于在实际 情况下，机器零部件之间的连接一般不是以点连接，而此处在实际中 A、B、C 三点应为圆柱，即三角形面通过三个圆柱 A、B、C 于偏心轮连接。由于三角形面 于偏心轮的相对位置发生了改变，可以推测三个圆柱相对于面 ABC 是转动的， 因 此三个圆柱与偏心轮连接处应加以轴承，这是设计的难点之一，作者在设计之初 没由考虑到这一点，因而在此处加以说明。 三个偏心轮中，以轮作为群东轮，另外两轮作为从动轮。因此，一轮应与驱 动轴连接；而对于另外两轮则应该为它们设计支承，让两从动轮顺利绕各自圆心 旋转，在从动轮于支承之间加以滚动轴承就可以了。 2.2 初步偏心运动方案的设计 作者在以开始构思了一种方案，如图 2-3所示： （展开画法） 小型台式摇床的设计 第 6 页 共 28 页 图 2-3 初步设计方案示意图 该方案的特点是：在箱体盖板上制出圆球凹，放入三个圆球以支撑台面，偏 心轮与台面齐平，通过滚动轴承相连接，三根轴偏心安装在偏心轮上，三根中以 根为主动轴，另外两根为从动轴，三根轴都由箱体支承。箱体中装由以轴，轴上 装由齿轮，电动机安装在箱体底部，电机轴上装有齿轮，电机输出的运动通过箱 体中轴上的齿轮传到主动轴上的齿轮，从而驱动偏心轮旋转。 该方案解决了： （1）输出偏心运动的问题； （2）支承台面的问题； （3）偏心轮与台面相对转动处加以滚动轴承的问题； （4）减速的问题； （5）支承主动轴与从动轴的问题。 但该方案由很多不做之处： （1）以圆球支承台面，则加工出摇床箱体盖板上的圆球凹十分困难，这将 增加成本； （2）与偏心轮连接的轴之间很难保证同轴度。 有这三个不足之处，可以看出该方案不是很合理，鉴于此，作者进行了修 小型台式摇床的设计 第 7 页 共 28 页 改。 2.3 最后方案的设计 图 2-4 为作者经过修改得出的方案图： 图 2-4 最后设计方案示意图 该方案解决了初步方案的不足之处，台面与偏心轮通过短轴连接，短轴固定 在偏心轮上，而台面则通过滚动轴承连接。偏心轮绕其圆心旋转，要比初步方案 的偏心运动平稳。电机通过同轴减速器输出转动，减速器输出轴接偏心轮，这样 减速机构的轴之间的同轴度通过减速器箱体得到了保证。台面处的轴承加以盖 板，防止了灰尘的污染。 2.4 驱动机构的设计 目前， 厂家多选择以电机直接驱动的方案， 这种驱动方式使得结构大为简化 ， 摇床的体积可以缩小很多，但这种驱动方案对电机的要求很高，它要求电机直接 输出大转矩，低转速的转动，这种电机称为力矩电机。作者选择了以一般直流电 机与同轴减速器组合，来驱动偏心运动机构，这就对电机的要求降低了，选择直 流电机时因为便于调速，选择同轴减速器是为了减小尺寸。这种驱动方案的经济 性很好，而且输出的大转矩与低转速要比单以力矩电机驱动好得多。作者对小型 台式摇床的设计避免了零部件之间的相对滑动，以相对滚动代替了相对滑动，这 样就可以使得驱动力矩很小了，因而设计时可以选择小型电机，并可以尽量减小 小型台式摇床的设计 第 8 页 共 28 页 减速器的尺寸。而直流电机的控制电路设计要比交流电机简单得多。输入电路的 交流经过整流便为直流，然后通过控制电压的相位角来控制平均电压的大小，以 实现跳崖调速。 2.5 同轴减速器的方案设计 如图 2-5 所示： 图 2-5 同轴减速器机构简图 由于电机输出转速为 1000r/min，而减速器输出最大转速任务书要求的 125r/min，因而减速比为 i=1000/125=8，为了使减速机构结构简单，作者采用 了同轴减速其的结构， 即输入轴与输出轴同轴。 减速器的齿轮按标准直齿轮设计 ， 通过计算算出减速器中各齿轮的尺寸大小。 减速器由上端盖、 箱体和下端盖构成 ， 它们之间通过螺栓连接在以起。 2.6 摇床箱体的方案设计 摇床箱体用以支承偏心运动机构，安装电机的作用；作者的设计是用一个架 子支起一块板， 由这块板来支承偏心运动机构和安装电机。 该方案如图 2-6 所示 ： 小型台式摇床的设计 第 9 页 共 28 页 图 2-6 摇床箱体示意图 摇床箱体的盖板要用来承受很大的力，因此对它的抗弯能力由很高的要求， 为了不使它下弯，设计上采用了折边的方法，如图 3-7 所示： 图 2-6 待折钢板图 将该盖板的三个边折起来， 当盖板由了折四条边后， 抗弯性能就大为增加了 ， 用它来承受电机减速器的重量和台面与负载的重量是足够的。 小型台式摇床的设计 第 10 页 共 28 页 3 小型台式摇床的结构设计 结构设计是对方案的落实，做者把小型台式摇床的结构设计分为三部分： 第一部分为偏心运动机构的结构设计；第二部分为减速器箱体的结构设计，第三 部分为摇床箱体的结构设计。将这三部分结构组合，即够成了小型台式摇床的整 体结构。 3.1 偏心运动机构的结构设计 图 3-1 主动偏心轮与台面的连接 如图 3-1 所示该图为主动偏心轮与台面的连接结构。由于台面 1 与偏心轮 7 之间有相对滑动，为了减少摩擦，台面与偏心轮之间直接连接，而是用了图示 的结构。首先，在台面下连接一轴承挡圈 5，将其固定在台面下，装入轴承， 这样，台面就可以通过一短轴与主动偏心轮连接起来，而两者之间的相对运动 则由滚动轴承承担。台面安装轴承的处应开一孔，以便于轴承装如轴承挡圈。 小型台式摇床的设计 第 11 页 共 28 页 1.6 1.6 15 10 0.018 0 图 3-2 主动偏心轮 如图 3-2 所示，该图为与减速器输出轴连接的偏心轮，为主动偏心轮，该主 动轮将轴的旋转运动转化为短轴的偏心运动，短轴与主动轮左边的17 孔过盈 配合，从而固定在主动轮上。偏心轮的中心孔与减速器输出轴用键连接，从而由 输出轴带动偏心轮作匀速转动。在偏心孔的下方打了 3mm 的小孔，是为了在装配 时短轴能够装入，因为如果不打这个 3mm 的小孔，那么在装配的时候，短轴无法 将空中的气体排出去。 在主动偏心轮与台面的连接结构中的短轴和输出轴上安装有圆柱销， 它们的 作用是代替轴上的台肩， 由销子来定位和支承轴上的零件。 如图3-1 的圆柱销 4， 它安装在短轴 3 的销孔中，其作用是支承圆锥滚子轴承的内圈；减速器输出轴 6 上的圆柱销 8，它的作用则是支承偏心轮。 从动偏心轮与台面的连接与主动偏心轮与台面连接的结构相同， 从动偏心轮 还与摇床箱体的上端盖连接， 由摇床箱体的上端盖来支承从动轮， 其结构如图 3- 2 所示： 小型台式摇床的设计 第 12 页 共 28 页 图 3-2 从动轮的连接结构 从动轮与摇床箱体的上端盖的连接结构与从动轮与台面的连接结构基本相 同，只是两处的轴承安装方向相反，还由就是摇床箱体上端盖与轴承挡圈的连接 为焊接，而台面与轴承挡圈之间则是用螺钉连接在一起，这样设计主要是为了避 免在台面处使用焊接导致台面变形。 32 减速器的结构设计 作者对小型台式摇床的减速器设计采用了同轴减速器的设计方案。 小型台式 摇床的同轴减速器为二级减速器，因此在同轴减速器中需要安装两对齿轮，所以 要有中间轴。同轴减速器分为上端盖、中间部分、下端盖三部分，减速器上端盖 与中间部分用螺钉连接，减速器下端盖与中间部分也用螺钉连接，从而将三部分 连接成为一体，如图 3-3 所示： 小型台式摇床的设计 第 13 页 共 28 页 图 3-3 同轴减速器结构图 同轴减速器的输入轴与输出轴同轴，中间轴将输入轴的运动传到输出轴，因 此该减速器结构比较紧凑。 减速器输出轴的结构如图 3-4 所示： 图 3-4 减速器输出轴 轴的左端接偏心轮，在销孔内插入圆柱销，以支承偏心轮，在键槽内插入平 键，以传动力矩。轴的右端装入轴承，在销孔中插入圆柱销，以支承大齿轮，并 小型台式摇床的设计 第 14 页 共 28 页 支承轴向载荷。 减速器的中间轴如图 3-5所示： 图 3-5 减速器中间轴 减速器中间轴也采用了以圆柱销代替轴肩的结构，在图示两处钻出圆柱销 孔，插入圆柱销，右端的圆柱销用来支承安装在中间轴上的大齿轮，中间的圆柱 销用来支承安装在中间轴上的小齿轮，并支承轴向载荷。 减速器直接由电机轴作为输入轴， 在轴上铣键槽， 钻销孔，用以装配小齿轮 。 减速器箱体结构如图 3-6 所示： 小型台式摇床的设计 第 15 页 共 28 页 图 3-6 减速器箱体结构设计 减速器箱体的上端盖通过螺栓与摇床箱体的上端盖连接， 减速器箱体的下端 盖通过螺栓与电机连接，如此便可用摇床箱体的上端盖吊起减速器和电机。 33 摇床箱体的结构设计 摇床箱体的结构主要是用一个架子支起一块盖板。 这块盖板起到了吊起电机减速 器；支承两从动偏心轮的作用。因而对它的刚度由很大的要求。盖板的结构如图 3-7 所示： 图 3-7 摇床箱体的盖板 将盖板的四条待折边折成与板垂直，就成了摇床箱体的上端盖了。 用四块扁钢与摇床箱体上端盖相连接，从而由四块扁钢支起这个架子。扁钢 与盖板的连接方式为设计的重点之一，如图 2-8 所示： 小型台式摇床的设计 第 16 页 共 28 页 图 3-8 扁钢与盖板连接图 扁钢与以角铁通过焊接连为一体，在角铁上开以通孔，与盖板通过螺栓连接 在一起，之所以设计螺栓连接主要是为了方便装配。 小型台式摇床的设计 第 17 页 共 28 页 4 小型台式摇床设计 4.1 偏心轮驱驱动机构设计 偏心轮驱动机构为小型台式摇床的执行机构。 电机通过同轴减速器输出的运 动再经过偏心轮驱动机构输出摇床台面的偏心旋转运动。 该机构采用了圆锥滚子 轴承来代替滑动摩擦，因而具有摩擦小，驱动力矩小的特点。该机构的零部件材 料使用了钢铁，因而承载能力良好，下面是偏心轮驱动机构施加在减速器输出轴 上的载荷： 减速器输出轴所受压力为 F=(台面重量+三轴承重量+三轴承挡圈重量+三偏心轮重量+三短轴重量+负 载)/3 台面材料为碳钢，密度为 7.8-7.85(g/cm3); 偏心轮和短轴材料亦为碳钢，轴承材料为轴承钢，都可选密度为 7.8g/cm3。 台面尺寸为： 长400mm， 宽399mm， 厚2mm。 轴承尺寸为： 直径40mm， 厚13.25mm。 轴承挡圈尺寸为：外环直径 60mm，内环直径40mm，厚 11mm。偏心轮尺寸为：直 径 81mm，厚 15mm。短轴尺寸为直径 17mm，高 25mm。 负载按设计要求选最大值 10Kg F=10 x7.8x10-6x400 x399x2/3+13.25x402/4/3.14+11x(602- 402)/4/3.14+15x812/4/3.14+25x172/4/3.14/3+10 F=122.6N 该力很小，若将该力放在一个轴承上来估计轴承的寿命，则轴承的寿命理论 上是无限的。 该机构使用了三个偏心轮， 每个偏心轮绕轮心匀速转动； 在离轮心 22mm处 ， 以此圆心开一直径 17mm 的沉孔，过盈配合一短轴，而短轴的露出端通过滚动轴 承与台面链接。使其中一个偏心轮的中心孔与减速器的输出轴相连，以驱动该机 构旋转， 而另外两轮则通过短轴将中心孔与固定在摇床箱体上端面上的轴承相连 接，以跟随驱动轮的转动，将三轮按三角形的样子发布在三处，从而起到了支撑 小型台式摇床的设计 第 18 页 共 28 页 方面的作用。 4.2 直流电机及其控制器设计 直流电机的选取 由于小型台式摇床属于轻载机器，负载沿竖直轴的轴向。而驱动力沿竖直轴 的径向，轴与圆锥滚子轴承链接，属于滚动摩擦，因而摇床所需驱动力很小，故 选择小型直流电机。 电机为 ZYT 铁氧永磁体式直流电机，参数如下： 型号：110ZYT001 额定电压：220V 额定电流：0.85A 额定转矩：1.175N 额定转速：1000r/m 额定功率：123w 外形尺寸：110 x260mm 直流电机的控制器设计 电路中，交流电压经桥式整流得到的直流电压通过晶闸管 VS 加到电动机转 子绕组上。电阻 RP1，R5和电容 C1以及触发元件 SBS 构成 VS 的触发脉冲电路， 调节 RP1 可改变触发相位，从而控制加在电机转子上的电压，即对电动机转速进 行控制。VD6 为续流二极管，用于释放电动机转子绕组中蓄积的能量，以便在各 个周期结束时晶闸管能可靠截止。其电路图如图 3-9 所示： 小型台式摇床的设计 第 19 页 共 28 页 小型台式摇床的设计 第 20 页 共 28 页 4.3 同轴减速器设计 小型台式摇床采用了二级同轴减速器结构，设计如下： 减速器齿轮设计 1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数； 小型摇床为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度标准圆柱齿轮传动： i=i1i2=1000/125i1=i2 i1=i2=2.8小齿轮材料为 40Gr，硬度 280HBS，大齿轮材料为 45 钢，硬度 为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。 选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿数z2=2.8x20=56 2.按齿面接触强度设计 由设计计算公式 d1t2.32进行计算。 3 2 11 1 + H E d Z u uTK （1）确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数 Kt=1.3。 2）计算小齿轮传递的转矩。 T=9554Pn T=95540.12KW/1000(r/min) =1175Nmm 3)由表 3-1 选取齿宽系数d=1。 表 3-1 圆柱齿轮的齿宽系数 装置情况两支承相对于小 齿轮做对称布置 两支承相对于小 齿轮做不对称布 小齿轮做悬臂布 置 小型台式摇床的设计 第 21 页 共 28 页 4）由表 3-2 查得材料的影响系数ZE=189.8MPa1/2。 表 3-2 弹性模量系数ZEMPa1/2 5）由文献4机械设计的图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度 极限Hlim1=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550MPa。 6）由式 N=60njLH计算应力循环次数。 N1=60n1jLh=60 1000 1 (2 8 300 15)=6.048 109 N2=6.048 109/2.8=1.833109 置 d 0.9-1.40.7-1.150.4-0.6 弹性模量 E 齿轮 材料 配对齿轮材料 灰铸铁球墨铸铁铸钢锻钢 11.8 4 1017.3 4 1020.2 4 1020.6 4 10 锻钢162.0181.4188.9189.8 铸钢161.4180.5188- 球墨铸铁156.6173.9- 灰铸铁143.7- 小型台式摇床的设计 第 22 页 共 28 页 7）由文献4机械设计的图10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.90；KHN2=0.95。 8）计算接触疲劳许用应力。 取失效率为 1%，安全系数 S=1，由式=KNlim/s 得 H1=KHN1lim1/s=0.9 400MPa=360MPa H2= KHN2lim2/s=0.95 370MPa=351.5MPa （2）计算 1）试算小齿轮分度圆直径： d1t=2.32 3 2 11 1 + H E d Z u uTK =2.323 2 5 . 522 8 . 189 2 . 3 2 . 4 1 175 . 1 3 . 1 =1.91mm 2）计算圆周速度 v。 V=d1tn1/60 1000=3.14 1.911000/(60 1000)=0.105m/s 3）计算齿宽 b。 b=dd1t=1 1.91=1.91mm 4)计算齿宽与齿高之比 b/h。 模数 mt= d1t/zt=1.91mm/20=0.0955mm 齿高 h=2.25mt=2.250.0955=0.2149mm 5)计算载荷系数。 根据 v=0.105m/s，7 级精度，由文献4机械设计的图 10-8 查得动载系数 Kt=1.10； 直齿轮，KH= KF=1; 由表 10-2 查得使用系数 KA=1; 表 3-3 使用系数 KA 载荷状态电动机、均匀运转的蒸汽 机、燃汽轮机 蒸汽机、燃气轮机液压装 置 均匀平衡1.001.10 小型台式摇床的设计 第 23 页 共 28 页 由表 3-4 用插值法查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称发布时，KH=1.423。 表 3-4 接触疲劳强度计算用的载荷齿向载荷系数 KH 由 b/h=8.89, KH=1.423 查文献4机械设计的图10-13 得 KF=1.35；故载 荷系数 K=KAKVKHKH=11.1211.423=1.594 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式 d1=d1t得 3 Kt K d1=1.91=2.043mm 3 3 . 1 594 . 1 7)计算模数 m。 m=d1/z1=2.043/20=0.102 3.按齿根弯曲强度设计 由式m进行计算 3 aa 2 1d 1 2 F SFY Y Z KT 轻微冲击1.251.35 中等冲击1.501.60 小型台式摇床的设计 第 24 页 共 28 页 （1）确定公式内的各计算数值 1）由文献 4机械设计的图 10-2c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1=500MPa；大齿轮的弯曲强度极限FE2=380MPa； 2） 由文献4机械设计 的图10-18 取弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.85, KFN2=0.88； 3）计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式 H1=KHN1FE1/s=0.85500/104=303.57MPa H2=KHN2FE2/s=0.88380/104=238.86MPa 4）计算载荷系数 K。 K=KAKVKFKF=11.1211.35=1.512 5）查取齿形系数。 由表 3-5 查得 YFa1=2.65；YFa2=2.226。 表 3-5 齿形系数 YFa及应力系数 YSa 6）查取应力校正系数。 由表 3-5 查得 YSa1=1.58；YSa2=1.764。 7）计算大、小齿轮的 YFaYSa/F并加以比较。 YFa1YSa1/F1=2.651.58/303.57=0.001379 YFa2YSa2/F2=2.2261.764/238.86=0.01644 大齿轮的数值大 （2）设计计算 Z(Z V) 17181920212223242526272829 YFa2. 92 2. 91 2. 85 2. 80 2. 76 2. 72 2.6 9 2. 65 2. 62 2.6 0 2. 57 2. 53 2. 53 YSa1. 52 1. 53 1. 54 1. 55 1. 56 1. 57 1.5 75 1. 58 1. 59 1.5 93 1. 60 1. 61 1. 62 小型台式摇床的设计 第 25 页 共 28 页 m=0.113 3 )2020/(01644 . 0 175 . 1 512 . 1 2 对比计算结果，齿面接触疲劳强度计算的模数 m 小于由齿根弯曲强度计算 的模数，综合上述情况，按国家标准取模数 m=1.5,则 小齿轮z1=20d1=30 大齿轮z2=56d2=84 中心距 a=m(z1+z2)/2=57