毕业设计（论文）-油冷式电动滚筒的设计（全套图纸）.pdf

毕业设计说明书 题目名称题目名称： 油冷式电动滚筒设计说明书油冷式电动滚筒设计说明书 院系名称院系名称： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级级： 学学 号号： 学生姓名学生姓名： 指导教师指导教师： 2015 年年 10 月月 1 油冷式电动滚筒的设计 摘 要 本课题来源于当今社会机械工业油冷式电动滚筒设备的创新和更新换代基础 之上，通过设计出新型的油冷式电动滚筒，从而来满足当今社会油冷式电动滚筒 设备不足的缺陷。 国内油冷式电动滚筒的研发及制造要与全球号召的高效经济、传动质量好， 效率高等主题保持一致。近期对机械行业中油冷式电动滚筒的使用情况进行了调 查，发现在机械行业中，电动滚筒的使用非常普遍。自然而然在机械设备中它们 的安装也非常频繁。传统的油冷式电动滚筒在没有自动化传动而需要人工搬运的 情况下，传动效率低下，劳动强度大，所以设计一个专用的油冷式电动滚筒势在 必行。 本文运用大学所学的知识，提出了油冷式电动滚筒的结构组成、工作原理以 及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了油冷式电动滚 筒总的指导思想，从而得出了该油冷式电动滚筒的优点是高效，经济，并且传输 质量高，运行平稳的结论。 关键字 油冷式电动滚筒；传动；结构组成；高效 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 2 The design of oil cooled electric roller Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and atcompressedneceengththdirectionprocedurework.The inverted pendulum is a typical hi gh order system, with multi variable, non- linear, strong- coupling, fleet and absolutely i nstable. It is representative as an ideal model to prove new control theory and technique s. During the control process, pendulum can effectively reflect many key problems such as equanimity, robust, follow- up and track, therefore. This paper studies a control method of double inverted pendulum . First of all, the mathematical model of the double inverted pendulum is established, then make a contro l design to double inverted pendulum on the mathematical model, and determine the sys tem performance index weightmatrix , by using genetic algorithm in order to attain the system state feedback control matrix. Finally, the simulation of the system is made by . Key words: pneumatic manipulator; cylinder ;pneumatic loop ;degrees 3 目 录 摘要 . 1 Abstract . 2 1.引言 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 1 1.2 油冷式电动滚筒的发展现状 . 3 1.3 本课题研究的内容 . 6 1.4 Solidworks 设计基础 . 7 1.4.1 草图绘制 . 9 1.4.2 基准特征，参考几何体的创建 . 9 1.4.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 . 10 1.4.4 工程图的设计 . 13 1.4.5 装配设计 . 15 2.油冷式电动滚筒总体结构的设计 . 17 2.1 油冷式电动滚筒的总体方案图 . 17 2.2 油冷式电动滚筒的工作原理 . 18 2.3 机械传动部分的设计计算 . 19 2.3.1 电机的选型计算 . 20 2.3.2 直齿圆柱齿轮传动的设计 . 22 2.3.3 内啮合齿轮传动的设计 . 24 2.3.4 传动轴的设计计算 . 25 3.各主要零部件强度的校核 . 27 3.1 转动轴强度的校核与计算 . 30 3.2 轴承强度的校核计算 . 31 3.3 传动齿轮的强度校核计算 . 32 4.三维软件设计总结 . 33 结论 . 34 参考文献 . 35 致谢 . 36 4 1 引言 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 机械工业是国民的装备部， 是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐 用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机 械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术 进步和经济效益有很大的和直接的影响。 机械工业的规模和技术水平是衡量 国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工 业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡 是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。 概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制 和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和 提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和 发展机械工程的工程理论基础。 例如， 研究力和运动的工程力学和流体力学； 研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、 传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、 设计和计算的机械原理和机械零件学； 研究金属和非金属的成形和切削加工 的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代 机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的 规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制 造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发 运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是 由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产 批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产 业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波 动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和 经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、 维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在 长期使用中的可靠性和经济性。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、 维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在 长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用 中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这 5 是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种 类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、 物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺 织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机 械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同 的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个 分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使 机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按 工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、 核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动 力装置、 铁路机车、船舶轮机工程、 汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。 船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶 动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19 世纪时，机械 工程的知识总量还很有限， 在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为 一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进 入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分 解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即在 第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握， 一定的专业化是 必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和 统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术 的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的 专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不 利于继续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。 人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程 以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的 机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再 生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完 成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来 越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。 人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细 胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代 替人脑的科技手段， 这就是人工智能。 这一新的发展已经显示出巨大的影响， 6 而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更 复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在 人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和 平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系， 其区别仅在 于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操 作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制， 人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平 行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19 世纪时， 机械工程的知识总量还很有限， 在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综 合为一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。 进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始 分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即 在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握， 一定的专业 化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统 观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新 技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专 业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难， 也不利于继续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋 势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综 合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同 专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解 其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综 合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程 技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自 然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。 1.2 油冷式电动滚筒的发展现状 当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地 更新，不断地完善，油冷式电动滚筒这种机械设备同样在发展着，传统的油 冷式电动滚筒是采用临时的设备，劳动效率低，传输精度低下，不适合批量 生产的场合。现代油冷式电动滚筒是用来代替传统的多样的传输设备的一 种。随着机械行业的大发展，油冷式电动滚筒的使用也越来越广泛，根据不 同的工况，如果使用传动的临时的油冷式电动滚筒的话，不但劳动强度大、 7 效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的 油冷式电动滚筒以成为发展趋势。 1.3 本课题研究的内容 本论文主要研究运用 SolidWorks 对油冷式电动滚筒进行设计， 在设计过程中， 了解 SolidWorks 的各种功能。 SolidWorks 公司成立于 1993 年，由 PTC 公司的技术副总裁与 CV 公司的副总 裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目 标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从 1995 年推出第一套 SolidWorks 三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事 处，并经由 300 家经销商在全球 140 个国家进行销售与分销该产品。1997 年， Solidworks 被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场 的主打品牌。 SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统。 由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每 年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名。从 1995 年至今，已经累计获得十七项 国际大奖。其中仅从 1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks最佳编辑奖， 以表彰SolidWorks的创新、 活力和简明。 至此， SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师 大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明 星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元 的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百 万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素 质的专业化公司。SolidWorks 三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内核（由 剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks 成为全球装机量最 大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器 械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学 生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它 3D CAD 软件相比，SolidWorks 相 8 关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设 计者使用 SolidWorks 三维软件，越来越多的企业需要 SolidWorks 人才。 Solidworks 软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是 SolidWorks 的五大特点。使得 SolidWorks 三维软件成为目前全球领先的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛 选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高 产品质量。在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程 比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工 程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks 软件是世 界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD 技术的发 展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。 良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技术创 新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统 评比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从 1999 年 起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以 表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和 创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间， 产品快速、高效地投向了市场。由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成 为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国 达索公司以三亿一千万美元的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险 投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运 作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks 三维机械设计软件也成 为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D CAD 系统相比，与 SolidWorks 相 关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师 使用 SolidWorks，越来越多的企业雇佣 SolidWorks 人才。据统计，全世界用户每 年使用 SolidWorks 的时间已达 5500 万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、 斯坦福大学等在内的著名大学已经把 SolidWorks 列为制造专业的必修课，国内的 一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、 华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大 学等也在应用 SolidWorks 进行教学。Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得 SolidWorks 成 为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减 少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能， 9 而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks 在现今社会阶段逐渐广泛应用， 并且 SolidWorks 公司对中国市场 重点开发， 日后 SolidWorks 应用将会更加完善， 更加普遍。 通过前文对 SolidWorks 的深入了解后，往后会对 SolidWorks 进行个别应用的分析，如建模，装配，工程 图，力学分析等。 1.4 Solidworks 设计基础 熟悉 SolidWorks 的工作环境；了解 SolidWorks 的命令，掌握在 SolidWorks 工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。 1.4.1 草图绘制 掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级 几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束； 熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用 草图绘制工具完成草图绘。 1.4.2 基准特征-参考几何体的创建 清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点 的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活 运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。 1.4.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建模 灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法； 掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实 践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用 扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。 1.4.4 工程图设计 灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视 图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。 1.4.5 装配设计 灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用 SolidWorks 智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在 装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵 活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方 法。 10 2 油冷式电动滚筒总体结构的设计 2.1 油冷式电动滚筒的总体方案图 本次设计的油冷式电动滚筒采取的方案是：在油冷式电动滚筒两端装有左右 支座各一个，电机通过传动轴带动传动小齿轮转动，通过与传动小齿轮啮合的传 动大齿轮带动与内齿圈啮合的小齿轮转动，从而带动内齿圈转动，而电动滚筒是 与内齿圈固接的，这样就带动了电动滚筒转动，滚筒体的内部装有冷却油，对轴 承，齿轮进行冷却，这就是油冷式电动滚筒的工作原理，其具体方案布局图如下： 2.2 油冷式电动滚筒的加工原理 本次设计的油冷式电动滚筒的工作原理为：电机通过传动轴带动传动小齿轮 转动，通过与传动小齿轮啮合的传动大齿轮带动与内齿圈啮合的小齿轮转动，从 而带动内齿圈转动，而电动滚筒是与内齿圈固接的，这样就带动了电动滚筒转动， 滚筒体的内部装有冷却油，对轴承，齿轮进行冷却，这就是油冷式电动滚筒的工 作原理。 2.3 机械传动部分的设计计算 2.3.1 电机的选型计算 已知整个设备上工件与零件的重量，我们取总重量为200Kg，电动滚筒 转动速度为13mm/r。即： mm s G = mg = 200 10 = 2000N V = 1 - 2m/min = 16.6 - 33.3/ 具体的电机设计计算如下: 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l 11 Vl负载速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 3.负载惯量 左右水平运动 2 2 2 0.005 ()2000.000126779(.) 22 = PB JLMMkg m 电机惯量 43452 7.87 100.4 0.23.72 10 (.) 3232 = BB JBL Dkg m 总惯量 2 0.00032(.)=+= LLMB JJJkg m 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36.=+=TMTLTS SN m S 为安全系数，这里取 1.0。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为 92BL- A，此无刷直流步进 电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 12 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号 为 92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为 0.37KW，额定转矩为 75N.m，最大转 矩为 80N.m，额定转速为 3000r/min。电机大致图如下： 13 外形尺寸 235x470 x40，电机输出轴径为 40mm。 2.3.2 齿轮传动的设计 已知系统工况为该提升装置每天工作 12 小时， 小车和提升装置各部分总重量， 有一下计算： 1） 选择齿轮材料为 45（调质），硬度为 280HBS. 2） 精度等级选用 7 级精度； 3）小齿轮齿数 z150，大齿轮齿数 z275 的； 4） 齿轮模数都为 2 的直齿轮 2.2.2 按齿面接触强度设计 因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 1） 确定公式内的各计算数值 （1） 试选 Kt1.6 （2）选取区域系数 ZH2.433 （3）选取尺宽系数d1 （4）查得10.75，20.87，则121.62 （5）查得材料的弹性影响系数 ZE189.8Mpa （6）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa；大齿轮的 解除疲劳强度极限Hlim2550MPa； 14 （7）计算应力循环次数 N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64 107； （8） 查得接触疲劳寿命系数 KHN10.95； KHN20.98 ； （9） 计算接触疲劳许用应力 ； 取失效概率为 1，安全系数 S1，由得： H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa HH1H2/2554.5MPa； 2.3.3 内啮合齿轮传动的设计 1）、配齿计算 据 2Z-X(A)型行星传动的传动比 p i 值和按其配齿计算（见参考文献1）公式 （3-27）公式（3-33）可求得内齿轮 b 和行星轮 c 的齿数 b z 和 c z 。现考虑到行星 齿轮传动的外廓尺寸较小，故选择中心轮 a 的齿数 a z =17 和行星轮 p n =3. 根据内齿轮 apb ziz) 1(= 1715 . 5=）（ b z =76.5 对内齿轮齿数进行圆整，同时考虑到安装条件，取 79= b z ，此时实际的 p 值 与给定的 p 值稍有变化，但是必须控制在其传动比误差的范围内。 实际传动比为 a b z z i+=1 = 647 . 5 17 79 = 其传动比误差 5 . 5 647 . 5 5 . 5 = = p p i ii i =2.67% 由于外啮合采用角度变位的传动，行星轮 c 的齿数 c z 应按如下公式计算，即 15 c ab c z zz z+ = 2 因为 62= ab zz 为偶数，故取齿数修正量为 1= c z 。此时，通过角变位后， 既不增大该行星传动的径向尺寸，又可以改善 a-c 啮合齿轮副的传动性能。故 c z = 301- 2 17-79 = 在考虑到安装条件为 32 2 = + C zz ba （整数） 初算中心距和模数 2）、齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定 太阳轮和行星轮材料为 20GrMnTi， 表面渗碳淬火处理， 表面硬度为 57 61HRC。 试验齿轮齿面接触疲劳极限 limH =1591Mpa。 试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮 limF =485Mpa。 行星轮 limF =4850.7Mpa=339.5Mpa (对称载荷)。齿形为渐开线直齿。最终加 工为磨齿，精度为 6 级。 内齿圈材料为 38GrMoAlA，淡化处理，表面硬度为 973HV。 试验齿轮的接触疲劳极限 limH =1282Mpa 验齿轮的弯曲疲劳极限 limF =370MPa 齿形的终加工为插齿，精度为 7 级。 2. 减速器的名义输出转速 2 n 由 i= 2 1 n n 16 得 2 n = i n1 = 5 . 5 1000 minr =181.82 minr 3）、载荷不均衡系数 P K 采用太阳轮浮动的均载机构，取 15 . 1 = PP FH KK 。 4）、齿轮模数m和中心距 a 首先计算太阳轮分度圆直径： 3 lim 2 1 a 1 d u ukkkT K H d HHPA td = 式中： u一齿数比为 76 . 1 17 30 = A K 一使用系数为 1.25； td K 一算式系数为 768； H K 一综合系数为 2； 1 T 一太阳轮单个齿传递的转矩。 pp a nn P n T T 1 1 1 9549= = 985 . 0 10003 120 9549 mN =376 mN 其中 高速级行星齿轮传动效率，取=0.985 d 齿宽系数暂取 a db =0.5 limH =1450Mpa 17 代入 3 lim 2 1 a 1 d u ukkkT K H d HHPA td = 3 2 a 76 . 1 ) 176. 1 ( 15915 . 0 6 . 115 . 1 25 . 1 23.376 768d + = =78.66mm 模数 m= 63 . 4 17 66.78 = a a z d 取 m=5 则 mmzzma ga )3017(5 2 1 )( 2 1 0 +=+= =117.5mm 取 mma5 .122= 齿宽 5 . 421755 . 0=db d 取 mmb62= 5）、几何尺寸计算 1. 计算变位系数 (1) a-c 传动 啮合角 ac 因 o 20cos 5 . 122 5 . 117 coscos 0 = a a ac =0.93969262 所以 ac = “54 3920o 变位系数和 2tan )( invinv zzx ac ca += =（17+30） o oo 20tan2 20543920 invinv 18 =1.141 图 2-1 选择变位系数线图 中心距变动系数 y y= 5 5 . 117 5 . 122 0 = m aa =1 齿顶降低系数 y 141 . 0 1141 . 1 = yxy 分配边位系数： 根据线图法，通过查找线图 2-1 中心距变动系数 y y= 5 5 . 117 5 . 122 0 = m aa =1 19 齿顶降低系数 y 141 . 0 1141 . 1 = yxy 分配边位系数： 根据线图法，通过查找线图 2-1 得到边位系数 549 . 0 = a x 则 592.5490 . 0 141 . 1 = ac xxx (2) c-b 传动 由于内啮合的两个齿轮采用的是高度变位齿轮，所以有 0=+= bc xxx 从而 592 . 0 = cb xx 且 aa = = 0=y 0=y 2. 几何尺寸计算结果 对于单级的 2Z-X(A)型的行星齿轮传动按公式进行几何尺寸的计算， 各齿轮副 的计算结果如下表： 表 3-1 各齿轮副的几何尺寸的计算结果 项 目 计 算 公 式 a-c 齿轮副 b-c 齿轮副 分 度 圆 直 径 d 111 zmd = 222 zmd = 85175 1 =d 150305 2 =d 150 1 =d 395795 2 =d 20 基 圆 直 径 b d cos 1 1 ddb= cos 2 2 ddb= 87.7920cos85 1 = o b d 95.14020cos150 2 = o b d 95.140 1 = b d 37120cos395 2 = o b d 齿 顶 圆 直 径 a d 啮 合 (2 11 xhmdd aaa += )(2 22 yxhmdd caa += 076.99 1 = a d 513.164 2 = a d 啮 合 (2 * 11 xhmdd caa += )(2 22 yxhmdd baa += 513.164 1 = a d 09.391 2 = a d 齿 根 圆 直 径 f d 啮 合 (2 * * 11af chmdd+= (2 * 22af chmdd+= 987.77 1 = f d 424.143 2 = f d 啮 合 (2 * 11af chmdd+= (2 22af chmdd+= 424.143 1 = f d 424.413 2 = f d 注：齿顶高系数：太阳轮、行星轮 1= a h ，内齿轮 8 . 0= a h ； 顶隙系数：内齿轮 25 . 0 = c 21 按公式验算其邻接条件，即 p acac n ad sin2 已知行星轮 c 的齿顶圆的直径 ac d =164.513， 5 . 122 = ac a 和 3= p n 代入上式， 则得 164.513 mm176.212 3 sin 5 . 1222= 满足邻接条件 同心条件 按公式对于角变位有 coscos bc cb ac ca zzzz = + 已知 17= a z 30= c z 79= b z ， 543925o= ac o 20 = bc 代入上式得 oo 20cos 3079 543920cos 3017 = + =52.145 满足同心条件 6、安装条件 按公式验证其安装条件，即得 )(整数C n zz p ba = + 将 17= a z 79= b z 3= p n 代入该式验证得: 32 3 7917 = + 满足安装条件啮合要素的验算。 1. a-c 传动端面重合度 a （1）顶圆齿形曲率半径 a 22 ) 2 () 2 ( ba a dd = 22 太阳轮 22 1 ) 2 874.79 () 2 0076.99 (= a =29.31mm 行星轮 22 2 ) 2 954.140 () 2 513.164 (= a =42.416mm （2）端面啮合长度 a g )sin( 21taaa ag= 式中“”号正号为外啮合，负号为内啮合； t 端面节圆啮合角。 直齿轮 t = ac = 54 3925o 则 mmga)543925sin 5 . 122416.4231.29( o += =18.67mm （3）端面重合度 o 20cos5 67.18 )cos/(cos = tnaa mg =1.265 2. bc 端面重合度 a （1）顶圆齿形曲率半径 a 22 ) 2 () 2 ( ba a dd = 行星轮 1a 由上面计算得， 1a =42.416mm 内齿轮 22 2 ) 2 18.371 () 2 08.391 (= a mm 23 =61.597mm （2）端面啮合长度 a g 21 sin taaa ag+= = o 20sin 5 . 122597.61146.42+mm =24.05mm （3）端面重合度 )cos/(cos tnaa amg= = o 20cos5 05.24 =1.63 2.3.4 转动轴的设计计算 轴是组成精密机械的重要零件之一。一切作为回转运动的零件，都必须在轴 上才能传递运动和动力。在本课题所使用的轴，承受的负荷比较小，尺寸也比较 小，制造精度高，要求材料具有足够高的机械强度和良好的加工性能。因此，选 用材料 45#，传动轴最大外圆直径为 45，热处理为对轴进行调质处理。 此转轴大致图形如下： 3 各主要零部件强度的校核 3.1 转动轴强度的校核与计算 1、 轴的特点: 轴是组成机械的主要零件之二。 一切作回转运动的传动零件， 都必须装在轴上刁能进行运动及.力的传递，同时它又通过轴承和机架 联接，由此形成个以轴为基准的组合体一轴系部件。 2、轴的种类 1、根据承受载荷的不同分为: 24 1)转轴:定义既能