毕业设计（论文）-移动式X光机总体及移转组件设计.doc

金肯职业技术学院2007级毕业设计说明书（论文）第一章、设计题目和介绍1.1毕业设计题目：中型X光机主要部件及移动组件设计。1.2毕业设计的原始数据： 1. 自由度5 、机械升降h最大=600mm、V最大=300mm/s、机座回转正30度手动、 纵向移动S最大=300min C臂最大回转正负45度1.3毕业设计的内容和要求：（1） 调研、查阅资料（2） 方案设计与论证（3） 总装图，部件装配图及零部件工作图设计（4） 撰写设计计算说明书1.4毕业设计的完成及技术资料（5） 总装配图，部装配图各一张（0#）零件工作图合计（0#）1张（6） 设计计算说明书1份（不少于1万字）1.5主要参考文献 （1）机械设计 、 机械原理等教材（2）机械零件设计手册等（3）工业机器人、 自动和设计等等（4）有关样本书1.6毕业设计（论文）进度计划（以周为单位）起止日期工作内容备注调研、查阅资料、方案论证（2周）总装配图，部件装配图设计（5周）零件工作图设计及撰写设计说明书（2周）准备和完成答辩第二章、总体布局与方案的设计，讨论2.1总体布局与方案设计2.1.1总体简介 中型X射线诊断仪的工作操作部件，由六个部件组成（如图01）分别由X射线窥缠绕。C型臂（1）同它高工作要求：能够实现旋转角度在-45-+45max=30%它与拐臂间的运动要求工作平稳，设有冲动拐臂与旋转主件之间可以实现90度的回转，Wmax=8%.移转组件与升降组件之间可以实现自动的升降。升降Hmx=600mm.Vmax=30mm为机箱组件，以上5个组件组装之后，可以放在机械组件上，这样可以用手动推动X光机走动，机座组件有两个手柄，可以控制运动方向和一个脚刹，可以让X光机停止运动。从以上简介可以看出，该机械的运动较为复杂，各部分的运动也较为复杂，此项设计，最主要的升降主件的设计。2.1.2总体布局 该机械是一种医学治疗机械，根据要求。它应包括机械的本体，X射线的诊断和液晶显示屏设备。这样可以方便操作，结果准确，运动平稳。从运动的角度，操作者的方便与习惯上对整个医疗机器的布局。2.1.3机体各部分方案的拟订简介根据所给任务，将C型臂旋-45-+45升降组件上下移动。第三章、传动部件的设计传动部件采用一种可以无限调速的高进电机传动，采用二对齿轮传动，使C型臂在拐臂旋转，根据已有的数据：C型臂回转45Wmax=30%。要想实现回转，实现这种运动类型有很多，可采用齿轮传动，螺旋传动，气压传动和掖压传动等。考虑这种机械的结构，不复杂，运动没有升的特殊，所以采用齿轮传动；而且齿轮传动与其它传动相比有很多优点，能够保持瞬间的传动比（两轮瞬间角速度之比）不变，适用的圆周速度不传动率的范围较大，效率高，寿命长等。对于齿轮，传动轴，轴承，电机的选择在下面都做重点，一一把它计算，校核，同样做出来。第四章、心轴的设计及较核计算4.1选择的材料因为该轴的特殊要求，选择用45钢，正火处理4.2初仿轴的外径端直径根据 式中T工作转矩（N。MM） P-轴传动的历率（KW） N轴的转速（R。MM） C应用扭转切应力（I）有关的系数其值见下表，d为轴的估算直径（MM）估算时如有一个缝槽，可将算得的最小直径增大3%-5%，有两个缝槽时，可增大7%-10% 几种常见的轴材料的（I）值及C值轴的材料Q235A354540Cr,35sin,42sin,40sinI(mpa)1525253025453555C14912613511212610311297已知从动轴传递的历率P=2KW，查表C=126-103于是得解：Wmax=30/s=12r/s=720r/min=n考虑轴上有一个缝槽，将轴增大4%，既D=（17.71-14.47）1.04MM=18.42-15.05MM轴头安装传动齿轮，应取相应的持续值，故取D=16MM4.3轴的结构设计并绘制草图4.3.1 结构分析，要确定轴的结构形状，必须在确定轴上零件的装拆顺序和固定方式，因为不同的装拆顺序方式对应着不同的轴的形状。此次考虑齿轮从轴的左端装入，齿轮的右端用轴扁（或轴环）定位和固定，左端用套筒和紧钉螺钉）固定；两轴承相对齿轮对称布置，并取相同的内径，最后确定轴的形状如图（0500-00）4.3.2 确定轴的各段的直径 根据轴的各段直径确定的原则,各段直径选取如下:轴段为轴的最小直径,以取定d1=16mm;轴段安装轴承,为便于拆装应取d2d1,且与轴承内经标准来到轴等,故取d2=20mm(轴承型号为6204Z);轴纹安装齿轮,此直径尽可能采用推荐的标准系列值,但轴的尺寸不宜取得太长,故取d3=25mm,;轴为轴 6环,考虑右面轴承的拆卸和左面齿轮的定位和固定取轴经d4=27mm,轴段与轴段同样的直径,取d5=20mm;轴段用于固轴段齿轮传动,取小于16的螺纹,优先采用第一系列,取轴段的螺纹为M/2.4.3.3 确定轴各段长度 为了保证齿轮固定可靠,且齿轮宽b56mm(c型臂的最大开口为56mm),还有轴段，的总长=100mm(由拐臂的开口厚度)，为保证齿轮端面与拐臂内臂不相碰，且应留一点间隙，取轴段为L2=4.5(齿轮在拐臂内要对操布还，L1=14mm;故两轴称相对齿轮对称，故取轴段长度L4=14+5=19mm,轴段根据所选齿轮（齿轮为长链，上面可以刻一个变量），故取L1+L2=98mm,因此条轴长L=(18+80+19+100)mm =217mm4.3.4两轴承之间的跨距L 因深沟球轴承主要承受经相载荷;也能承受一定的轴向载荷;极限转速较高,当量摩擦困数较小,高转速时可系用来承受不大的纯轴向载荷;允许有偏差2-MII,截面I可能为危险截面;但由于直径dIdII,故也应对截面II进行校核.对于齿轮输送机,转距按脉动循环变化考虑,取Cl0.6.I-I截面应力 II-II截面应力轴的工作图绘制第五章、标准直齿圆柱齿轮的选取设计计算 已知P=2kw,m=4,Z1=30,Z2=142,i=47 (1)由于带传动没有特殊要求，采用齿轮。根据常用齿轮材料及力学性能。大齿轮采用42s调度，硬度为205-280，小齿轮采用45钢，硬度为170-200，由圆齿轮的材料查得Eh1=720mp,Eh2=460mp,由齿轮材料的Ep植查得Ef1=530,Ef2=360,由最小完全系数查的SH=1. =360Mpa (2)按齿面接触强度计算d计算小齿轮直径d(3)决定一对齿轮的参数与尺寸5.1齿数5.2确定模数 取m=4 a=6285.3 计算运动的主要尺寸d=120 da=112.8 db=533.92Ha=4Hf=5Da1=(30+2*1)*4=128P=mti=12.56S=6.28齿宽b=4d*d1=0.4*120=48Q取大齿轮宽B2=48 him,b1=53min5.4 验证齿轮的弯曲弧度 按外齿轮的复合齿数Yfs可知，当 x=0时，查的复合齿轮系数Yfs1=4.17,Yfs2=3.96,按齿根危险截面弯曲应力计算 Eq =qf验算齿根弯曲强度：EF1 =EF2 =由于EF1,EF2分别小于各自接触应力值，故安全5.5 齿轮的圆周速度 V=5.6 齿轮的结构设计图0.4、 0.5为齿轮的工作图第六章、轴承的选取设计及故障诊断轴承是机器中用来支撑轴承和轴上零件的重要部件，它能减少回转轴和支承间的摩擦和磨损。轴承按摩擦性质，分滚动轴承和滑动轴承，按受截面方向的不同，又可分为载荷方向轴承和受载荷方向的推力轴承。滚动轴承具有摩擦小、易启动、载荷、转速小、工作温度小、在机械中应用非常广泛。滑动轴承结构简单，易于制造，可以割分，便于安装，对于大直径和教小直径的滑动轴承，其价格比滚动轴承便宜。润滑良好的滑动齿轮在高速、重载和结构要求上一滚动轴承有更大的选择。本次我选用的轴承应为滚动轴承。6.1选择轴承类型应考虑的因素（1） 工作载荷的大小方向和性质（2） 轴承转速（3） 安装的空间（4） 对轴承提出的特殊要求6.2滚动轴承选择的一般差别（5） 球轴承分别用尺寸和精度计算承载能力。（6） 滚轴承比球轴齿轮承载能力大，承受冲击载荷较高。（7） 非调心的轴子轴承对轴的弯曲敏感（8） 当轴承的轴向载荷大很多时，采用轴想和径向载荷，起效果比较好。6.3 球轴承具有的运动载荷 此机械的轴承工作温度t小于100度，查速度 ft,取ft=1.2 Cr=8091.66N6.4 轴承的故障诊断 现在由于假冒伪劣轴承难免会进入企业和设备，而这些流动轴承造成的严重故障往往是突发的，灾难性的。如轴承保持架突然断裂、轴承内外圈突燃断裂等，这些故障将造成转子抱轴，重者导致转子或设备报废。近几年我们在实际中经常遇到此类情况。因此，在实际监测与诊断中，必须尽快诊断出滚动轴承状态好坏，并及时更换伪劣轴承，避免大事故发生。我们在大量的此类事故中，也积累了一些实用技巧，就是此类轴承在安装后运行初期，监测其振动状态，并进行频谱分析。我们发现轴承在运行初期，其频谱有其独特特点，即设备工频一般不占主要成份。但振动总值不大，用振动标准(如ISO2372标准)判断振动是合格的。 此时，就要引起我们警惕，这种状态即表现为轴承部件存在缺陷等，其失效往往非常快而且非常突然。上例即在测完此图后两小时转子抱轴。 在诊断这些假冒伪劣轴承故障时，要注意多积累平时优质轴承在设备上正常运行的频谱和振动时域情况，便于在出现此类异常频谱时能及时判断出轴承故障，避免设备事故。 我们在实际状态监测中，往往只需判断滚动轴承好坏，能用多长时间，而精密分析及诊断中诊断轴承某个部位故障往往实用性不大。实用中精密诊断由于受工况等因素影响，时常找不出滚动轴承对应的特征频率。虽然近几年发展出的小波分析与快速共振动解调分析技术比较准确，但所需设备投入较大，还需进行较多分析，现场故障诊断人员一般较少应用。我们在实用诊断上采取有量纲参数与无量纲参数结合判断进行轴承快速故障诊断，即采用频谱分析中频率振动速度，结合轴承峭度值进行综合诊断。当两个条件均超过标准时，我们判断轴承存在故障。 这种判断方法经过三年的实践，证明对滚动轴承的故障诊断是非常实用的。判断快速、准确，准确率超过90%。诊断出来的轴承基本上均处于后期故障阶段，具有非常好的经济效益。 另外，当监测到滚动轴承低频振动非常大的时候，排除机组不对中、不平衡、结构松动、基础共振结构性因素后，即使无滚动轴承特征频率，应果断判断滚动轴承故障进行检修。 现在数据采集器使用已比较普遍。但在实用中注意一下技巧。对于振动不大，轴承峭度不大，频谱复杂的振动信号，在现场难以判断有无故障情况时，我们将振动信号采集回来，传到计算机进行精密分析。此时，先进行常规分析，检查振动速度频谱和轴承峭度是否接近标准，而后用功率谱考察振动能量是否超标，若功率谱不大，观察频谱中各种频率成份。若谱线对应频率工频整倍，则应着重查找机组结构方面的故障；若为工频分数倍，出现较多小数位频率，则应着重查找轴承牲频率，若有，则轴承存在的故障，若无，排除其它部件故障后需引起警惕，加强监测。实际发现许多振动不超标，而出现轴承故障事例。一旦出现轴承特征频率或接近轴承特征频率频谱，则应判断轴承存在故障，而后根据幅值大小，可作趋势分析或安排检修。齿轮传动的计算载荷系数K计算齿轮强度用的载荷系数K，包括使用系数KA、动载系数KV、齿间载荷分配系数K及齿向载荷分布系数K，即 K=KAKVKK 使用系数KA 使用系数KA是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。这种动载荷取决于原动机和从动机械的特性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。KA的实用值应针对设计对象，通过实践确定。下表所列的KA值可供参考。 表： 使用系数KA 载荷状态 工 作 机 器 原 动 机 电动机、均匀运转的、蒸汽机、燃气轮机蒸汽机、燃气轮机液压装置 多缸、内燃机 单缸、内燃机 均匀平稳 发电机、均匀传送的带式输送机或板式输送机、螺旋输送机、轻型升降机、包装机、机床进给机构、通风机、均匀密度材料搅拌机等 1.00 1.10 1.25 1.50 轻微冲击 不均匀传送的带式输送机或板式输送机、机床的主传动机构、重型升降机工业与矿用风机重型离心机、变密度材料搅拌机等 1.25 1.35 1.50 1.75 中等冲击 橡胶挤压机、橡胶和塑料作间断工作的搅拌机、轻型球磨机、木工机械、钢坯初札机、提升装置、单缸活塞泵等 1.50 1.60 1.75 2.00 严重冲击 挖掘机、重型球磨机、橡胶揉合机、破碎机、重型给水泵、旋转式钻探装置、压砖机、带材冷轧机、压坯机等 1.75 1.85 2.00 2.25 或更大 注：表中所列KA值近适用于减速传动；若为增速传动，KA值约为表值的1.1倍。当外部机械与齿轮装置间有挠性连接时，通常KA值可适当减小。 动载系数KV 一般齿轮传动的动载系数几，可参考上图选用。若为直齿圆锥齿轮传动，应按图中低一级的精度线及圆锥齿轮平均分度圆处的圆周速度Vm查取Kv值。 载荷分布系数K K的值可用详尽的算法计算38。对一般不需作精确计算的直齿轮和30的斜齿圆柱齿轮传动可查表。 表： 齿间载荷分配系数KHa、KFa KAFt/b 100N/mm 100N/m 精度等级组 5 6 7 8 5级及更低 经表面硬化的直齿轮 KHa 1.0 1.1 1.2 1.2 KFa 1.2 经表面硬化的斜齿轮 KHa 1.0 1.1 1.2 1.4 1.4 KFa 经表面硬化的直齿轮 KHa 1.0 1.1 1.2 KFa 1.2 经表面硬化的斜齿轮 KHa 1.0 1.1 1.2 1.4 KFa 注：1）对修形齿轮，取KHaKFal。 2）如大、小齿轮椅度等级不同时，技精度等级较低者取值。 3）KHa为按齿面接触疲劳强度计算时用的齿间载荷分配系数，KFa为按齿根弯曲疲劳强度计算时用的齿间载荷分配系数。 齿向载荷分布系数K 齿向载荷分布系数K可分为KH和KF其中KH为按齿面接触疲劳强度计算时所用的系数，而KF为按齿根弯曲疲劳强度计算时所用的系数。下表是用于圆柱齿轮（包括直齿及斜齿）的齿向载荷分布系数KH，可根据齿轮在轴上的支承情况、齿轮的精度等级、齿宽b与齿宽系数d从下表查取。齿轮的KF可根据KH之值、齿宽 b与齿高h之比值bh从下图中查得。 图： 弯曲强度计算的齿向载荷分布系数KF 齿轮传动设计参数的选择 ：1）压力角的选择 2）小齿轮齿数Z1的选择 3）齿宽系数fd的选择齿轮传动的许用应力精度选择压力角的选择 由机械原理可知，增大压力角，齿轮的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。我国对一般用途的齿轮传动规定的压力角为=20o。为增强航空有齿轮传动的弯曲强度及接触强度，我国航空齿轮传动标准还规定了=25o的标准压力角。但增大压力角并不一定都对传动有利。对重合度接近2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为11.2，压力角为16 o18 o的齿轮，这样做可增加齿轮的柔性，降低噪声和动载荷。 小齿轮齿数Z1的选择 若保持齿轮传动的中心距不变，增加齿数，除能增大重合度、改善传动的平稳性外，还可减小模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。另外，降低齿高还能减小滑动速度，减少磨损及减小胶合的可能性。但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低齿轮的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。 闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小一些为好，小齿轮的齿数可取为z1=2040。开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不亦选用过多的齿数，一般可取z1=1720。 为使齿轮免于根切，对于=20o的标准支持圆柱齿轮，应取z117。Z2=uz1。 齿宽系数fd的选择 由齿轮的强度公式可知，轮齿越宽，承载能力也愈高，因而轮齿不宜过窄；但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更趋不均匀，故齿宽系数应取得适合。圆柱齿轮齿宽系数的荐用值列于下表。对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取为 所以对于外捏合齿轮传动fa的值规定为0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2。运用设计计算公式时，对于标准减速器，可先选定再用上式计算出相应的fd值 表： 圆柱齿轮的齿宽系数fd装置状况 两支撑相对小齿轮作对称布置 两支撑相对小齿轮作不对称布置 小齿轮作悬臂布置 fd0.91.4（1.21.9） 0.71.15（1.11.65） 0.40.6 注：1）大、小齿轮皆为硬齿面时fd应取表中偏下限的数值；若皆为软齿面或仅大齿轮为 软齿面时fd可取表中偏上限的数值； 2)括号内的数值用于人自齿轮，此时b为人字齿轮的总宽度； 3)金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时，fd可小到0.2； 4)非金属齿轮可取fd0.51.2。 齿轮传动的许用应力 齿轮的许用应力按下式计算 式中参数说明请直接点击 疲劳安全系数S 对接触疲劳强度计算，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，故可取S=SH=1。但是，如果一旦发生断齿，就会引起严重的事故，因此在进行齿根弯曲疲劳强度的计算时取S=SF=1.251.5. 寿命系数KN 弯曲疲劳寿命系数KFN，查图1接触疲劳寿命系数KHN，查图2 图中N=60njLh n齿轮转速(rpm), N齿轮工作应力循环次数 j齿轮每转一圈时，同一齿面啮合数 Lh为齿轮的工作寿命（h）图1： 弯曲疲劳寿命系数KFN 1一调质钢，珠光体、贝氏作球星铸铁，珠光体黑色可银铸铁； 2一镇联淬火用，火焰或感应表面淬火锅； 3一氨化的调质钢或氯化钢，铁索作球铸铁，结构纲灰铸铁； 4一碳氮共修的调质钢 图2： 接触疲劳寿命系数KHN 1结构钢调质钢，珠光作、贝氏作球墨铸铁， 珠光体黑色可依铸扶，掺假淬火锅（允许一定点蚀）；2材料同1，不允许出现点蚀；3灰铸铁，铁素作球墨铸铁，氯化的调质钢或氨化钢；4联氛共修的调质钢齿轮疲劳数极限slim 齿轮精度选择齿轮精度选择各类机器所用齿轮传动的精度等级范围，列于下表中，按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下图所示。表： 各类机器所用齿轮传动的精度等级范围机器名称精度等级机器名称精度等级汽轮机36 拖拉机68 金属切削机床38 通用减速机68 航空发动机48 锻压机床69 轻型汽车58 起重机710 载重汽车79 农用机器811 注：主传动齿轮或重要的齿轮传动，精度等级偏上限选择；辅助传动的齿轮或一般齿轮传 动，精度等级居中或偏下限选择。图： 齿轮传动的精度选择圆柱齿轮传动对现代高质量的轴承来说，其名义或基本额定寿命可能与某一特定应用中的实际使用寿命有很大的差别。在某一特定应用中，使用寿命受各种不同因素的影响，包括润滑、污染程度、不对中程度、安装正确与否和环境因素等。 因此ISO 281:1990/Amd 2:2000包含了一个修正过的寿命方程式来补充基本额定寿命的计算。这个寿命计算法采用了一个修正系数，把轴承的润滑、污染和材料的疲劳极限计算在内。 ISO 281:1990/Amd 2:2000也允许轴承制造商推荐适当的方法，来根据运行条件计算可用的轴承寿命修正系数。SKF修正系数aSKF采用了疲劳负荷极限Pu的概念，类似用于其他机器部件的算法。疲劳负荷极限的数值载于产品列表中。此外，SKF寿命修正系数aSKF也采用了润滑状况（粘度比）和一个表示污染程度的系数c来反映使用中的操作条件。 SKF额定寿命的方程式与ISO 281:1990/Amd 2:2000一致 Lnm = a1 aSKF L10 = a1 aSKF (C/P)p 如果速度是恒定的，寿命可以运用方程式，以工作小时数来表示 Lnmh = a1 aSKF 106/(60n) L10 其中 Lnm = SKF额定寿命(可靠度为100-n1) %,百万转 Lnmh = SKF额定寿命(可靠度为100-n1) %,运行小时数 L10 = 基本额定寿命(可靠度为90%)，百万转 a1 = 寿命可靠性系数 aSKF = SKF寿命修正系数 = 基本额定动负荷，KN P = 等效动负荷,KN n = 旋转速度， r/min p = 寿命计算方程式的指数 3 用于球轴承 10/3用于滚子轴承 1) 系数 n 代表失败可能性, 例如：即区别在必须可靠性和100 % 之间。 在一些情况下，不用百万转或者小时数，而用别的单位来表示轴承寿命更为可取。例如，用于公路、铁路交通工具的车轴轴承的轴承寿命通常用运行公里数来表示。第七章、硬齿面齿轮7.1 简述齿轮箱输入轴、中间轴和输出轴上各种齿轮的受力分析风力发电增速齿轮箱中，其输入轴承受叶片传过来的轴向力、扭矩和颠覆力矩。中间轴上的齿轮承受输入端传过来的力矩和输出端刹车时传过来的刹车力矩。输出轴上的齿轮承受中间轴传过来的扭矩，同时也承受输出端刹车时带来的刹车力矩。7.2 简述齿轮箱齿轮的常用材料及其性能分析风力发电增速齿轮箱中，齿轮的常用材料为低碳合金钢，重齿公司常用20CrMnTi、20CrMnMo、17CrNiMo6等材料；内齿圈用42CrMoA材料。它们的力学分析见下表：钢号试样毛坯尺寸(mm)热处理力学性能供应状态硬度HB淬火温度（）冷却回火温度()冷却b(MPa)s(MPa)5（）（）AK（J）第一次第二次不小于不大于20CrMnTi15880870油200水、空108083510455521720CrMnMo15850油200水、空117588510455521717CrNiMo611855815油180水、空13008307304122942CrMoA15840油610水、空1150885104034齿轮材料为渗碳钢，渗碳钢载未渗碳前进行的各种试验只能测定零件心部的性能，渗碳淬火后的性能除与心部性能有关外，还受渗碳层深度、渗碳层的碳含量与金相组织。内应力的分布等因素的影响。1、 抗弯强度 渗碳钢的静强度一般通过弯曲试验测定。零件心部硬度、钢材的化学成分合面层碳含量都影响弯曲强度。在渗碳层深度一定的情况下，心部硬度增加时，弯曲强度随之增加；当渗碳层组织相同时，渗碳层深度增加，弯曲强度随之增加；在渗碳层深度与心部硬度相同时，含镍的钢材弯曲强度比其他钢材弯曲强度高；渗碳层面层碳含量增加时弯曲强度降低。2、 疲劳强度 齿轮多因变载荷作用而疲劳损坏，如齿根弯曲疲劳损坏合齿面接触疲劳损坏。影响疲劳损坏的因素有：（1） 心部硬度（强度） （2） 渗碳层内的氧化物 当渗碳钢中含有钛、硅、锰和等合金元素，并在吸热性渗碳气氛中渗碳时容易形成这些元素的氧化物，他们存在于晶界或晶粒内部。在氧化物附近这些元素贫化，降低了淬透性。这种氧化物还会成为高温转变产物的核心，导致淬火后在表面形成一些非马氏体产物从而降低了最表面的硬度。（3） 渗碳层内的碳化物 碳含量的数量、大小、形状和分布对渗碳钢的接触疲劳和弯曲疲劳性能都有影响，网状碳化物会明显降低渗碳钢的弯曲疲劳性能。（4） 渗碳层内的残余奥氏体 残余奥氏体本身强度低，它的存在还降低对疲劳性能有利的残余压应力，因此渗碳层组织中有残余奥氏体会降低疲劳性能，但经滚压和喷丸强化会提高疲劳强度。7.3 硬齿面齿轮的特点及运行注意事项 重庆齿轮箱有限责任公司，建于六十年代中期。主要设计制造船用齿轮箱、联轴节、离合器等。船舶，是水中的流动城市，是一个国家现代化工业的缩影。它的高性能、高技术要求，决定了齿轮箱在设计制造技术方面要先于其它工业部门追踪世界先进技术水平。所以公司从建厂开始几按照硬齿面齿轮的制造工艺流程进行设计、配备设备。改革开放以来，为适应我国造船工业的发展，在八十年代初，七十年代末，引进了德国罗曼斯托尔福特公司（下简称LUS）的船用齿轮箱的图纸，标准、计算机软件和设计制造技术；为解决动力装置轴系扭振问题引进了奥地利盖斯林格公司的盖斯林格联轴节、减振器的设计制造技术和扭转振动电算程序；随后船舶工业总公司又将引进瑞士苏尔寿、德国曼恩、法国热机学会、日本大发等柴油要的齿轮图纸，标准转放我公司，由我公司消化吸收生产制造。公司在自己设计制造硬齿面齿轮的经验基础上，对引进技术进行消化吸收、移植、开发、创新。为保证先进技术和先进国际标准的贯彻执行，公司不间断的对工厂进行技术改造。三十多年的发展，使重庆齿轮箱有限责任公司拥有世界先进硬齿面齿轮的设计计算技术；建立了以国际先进标准为主体的设计、制造、试验、检验的标准、规范体系；拥有齐全配套的、保证先进标准、规范贯彻执行的机械加工、热处理、检验计量设备；同时造就出一批掌握先进技术的工程技术人员和操作先进设备的高级技师。成为我国能设计、制造高精度硬齿面齿轮的基地。（一）、高精度硬齿面齿轮的优点 众所周知，齿轮的强度设计是从考虑润滑条件的齿面压力和齿根强度两个方面进行的。随着技术的发展和计算机的应用，世界传动技术的发展趋于采用硬齿面。据统计，由于硬齿面齿轮的采用大大地促进了机器的重量轻、小型化和质量性能的提高，使机器工作速度提高了一个等级。如高速线材轧机的轧制速度从过去的30m/s以下提高到90-120m/s。采用硬齿面齿轮传动使传动装置的体积大大地减少，可以降低制造成本，以某轧机主减速机为例进行比较：中心距 表面积 重量 轧制速度 硬度调质齿轮 2400 100% 100% 30m/s HB360硬齿面齿轮 1695 34% 60% 90-120m/s HRC574硬齿面中氮化硬齿面，由于氮化层深度很浅，不适合作低俗重载齿轮传动，而且氮化工艺本身的成本较贵，所以很少采用。表面淬火（如高、中频或火焰淬火）的淬硬层与非淬硬层过渡界面明显，硬度的分布剃度太大，同时淬硬质量不均匀，齿根淬硬困难，易生成表面裂纹，齿面硬度较低（HRC55左右）所以应用也逐渐减少。深层渗碳、淬火磨削的高精度硬齿面齿轮，精度高、表面硬度高（HRC58+4），齿面硬化层均匀等多方面的优点，特别适用于低速重载齿轮传动。它表面硬度高，接触强度比调质齿轮成倍增长，而弯曲强度比调质齿轮约增加50%以上。所以FALK、（LUS）、费兰特公司、雪铁龙-梅西安-杜朗公司等全部采用深层渗碳-淬火-磨齿齿轮。高精度硬齿面齿轮代表了工业用，船用齿轮传动装置的发展方向。重庆齿轮箱有限责任公司，从建厂开始，由于其服务性质决定其跟踪世界先进技术，采用合金结构钢制造渗碳-淬火-磨齿的高精度硬齿面齿轮。长期的实际应用证明，齿轮的耐磨性可以与轴承滚动面媲美，无需担心齿面磨损和锈蚀，在弯曲强度上也留有很大余地。（二）、齿轮强度计算 公司引进了齿轮的设计计算程序，并与上海交大、重庆大学等合作开发，可按GB3480-83、AGMA、ISO、DIN、ZC、ABS、GL、Lioyds等标准和规范对齿轮强度进行计算。为了提高齿轮的承载能力，利用计算机对齿轮的几何参数和变位系数，进行优化设计。由于表面硬化技术的采用，齿轮承载能力得到提高，LUS通过多年生产实践认为：对于齿轮齿面应力的计算，对小型齿轮，用赫兹应力公式还可以，它基于齿面接触区的最大表面压缩。而对于大模数、大直径的齿轮、用赫兹公式计算齿面压应力强度，则不能真实反映齿轮的实际受力情况。因为随着模数的增大，齿高和齿轮当时接触半径增大，应力的危险点已不在齿轮硬化层的表面层，而是在内部的某一个深度。例如：中心距A=1000（mm），I=3的齿轮箱的大齿轮，应力危险齿面以下应力分布及其强度计算的研究，提出了“三向应力理论“：齿面以下受三向单个应力组成的合成应力作用，应用主延伸假设得到包括齿面应力在内的齿截面的应力分布曲线。能确切地反映齿面啮合时的应力状态。计算齿根应力，主要考虑轮齿啮合时的弯曲强度、压缩应力、剪应力、齿轮热处理效应及装配时产生的内应力。用计算机对齿面齿根合成应力的计算，综合考虑接触强度和弯曲疲劳强度，确定齿轮的几何参数、材料、许用疲劳强度及齿轮的硬度曲线和齿面的硬化层深度。第八章轴承基本参数轴承内径D 宽长比B/L D轴承外径，根据轴承载荷确定，一般保证瓦块上平均压力pm=1.53.5MPa为宜，有均载装置的轴承，pm=可达67MPa。d轴承内径，决定了轴承的外径内外比D/d，一般取D/d=1.22.5为宜。D/d决定了轴承宽度B。B轴承宽度，B=(D-d)/2。一般取宽长比B/L=1左右，双向转动时B/L=0.6左右。z轴瓦数，影响轴瓦长度L，一般取z=612，不少于3，可达20以上。过多的瓦数会降低承载能力，但能降低油温。瓦张角，=360k/z，k=(0.70.85)是填充系数。 L轴瓦长度，L=k(D+d)/2z，瓦间沟宽Lk=(1-k)(D+d)/2z。轴瓦倾斜高度，为轴瓦与轴颈最大间隙h1和最小间隙h2之差，=h1-h2。h1、h2分别是轴承最大、最小油膜厚度。h2=hmin最小油膜厚度，按保证完全流体润滑的原则确定，表面粗糙度Ra大的取大值，一般取hmin2Ra=0.010.05mm。对安装制造精度差的轴承还要适当增大。/h2瓦高比，是轴承设计的主要技术参数，可以点击“计算不同瓦高比静特性”按钮进行优化，最优/L1.2，一般取1.22.0较好。Lp轴瓦平面部分长度，单向转动和双向转动时Lp=0.2L(下图1)。可倾轴瓦的尺寸见下图2，支撑点位置：Lp0.58L。对双向转动的轴承，只能取Lp0.5L。8.1 X光机的说明：众所周知，医用X光机发生器生的X光机束是含有丰富的成分的混合波（白辐射）。在X光机检查过程中，这样的混合波中的低频成分（即低能X光机光子）在穿过人体一段距离后，即可能在与人体发生的相互作用中被吸收，能量越低，吸收的可能性越大。有些软光机甚至在人体表面即被吸收。这些低能光机对X光机成分越多，对人体的伤害越大。放射性对人体的损肯定效应（Deterministic Effect）、随机效应（Stochastic Effect）、遗传效应（Genetic Effect）等有害效应。肯定效应指过到一定量的辐照。就都可以出现一定程度的损伤，剂量越大，损害越严重的效应。随时机效应指在一定的照射条件下，光机引起的危害可能发生。也可能不发生，但是，一旦诱发疾病（如癌症）， 则疾病的严重程度与剂量无关的生物效应。随机效应可能无阀值，但发病率的高低与受照射剂里的大小有关，如果受照者向后代传输信息的细胞受到光机损伤，不同类型和不同严重程度的效应还会表面在受照个体的后代身上，这就是遗传效应。为了防目肯定效应的发生并限制随机效应的发生率，国家有关部门规定了国际公认的辐射防护三原则：即人体接受任何来源的照射都必须有正当理由（称为正当化或合理化原则）、辐射防护要做到最优化（最优化原则）和个人剂量限值。此外，X光机束中含有的低能量光子成份越多， X光机束强度变化越大， 所获取的图像质量也越差，而且也越不稳定。8.2 在恒定电压下X光机管的产生与X光机谱X光机是在施加于X光机管两端的高压电场作用下获得能量而高速运行的电子撞击X光机管阳极靶面物质产生的轫致辐射和特性辐射。下面结合示意图（参见图1）讲座在恒定管电压的作用下X光机产生的过程。（1）高速电子与阳极靶物质的原子核之间的相互作用下，电子所获得的全部的管电压作用下，电子所获得的全部动能在与X光机阳极靶物质的原子核发生相互作用的过程中，一次性地转换成的X光机光子的数目。这是在这一管电压的作用下所可能获得的X光机光子能量的上限。这种相互作用发生的概率非常小，所以其相对强度接近于零。(b)图了中除与水平轴相交的点以外的连续曲线，表示高能电子以一定的作用距离与原子核发生相互作用产生的X光机束能谱的分布情况。电子离原子核的距离愈近，在相互作用过程中损失的能量就愈多，转换成的X光机光子能量也就愈高。反之亦然。由于电子与原子核的作用距离的变化是连续的，故在宏观上表现为相互作用后产生的X光机束的能谱也是连续的。上述过程产生的辐射叫做轫致辐射(Bremsstrahlung)或减速辐射(Braking Radiation)，它相似于一束各种颜色合成的白光，故轫致辐射也叫白辐射(White Radiation)。(2)入射电子与阳极靶面物质的原子核外电子相互作用，产生辐射。这种辐射与X光机管的管电流、入射电子的速度无关，它只取决于构成阳极靶面的物质。设在该过程中，入射电子正好撞击在靶物质原子核的某一核外轨道电子上，并使之脱离原子核的束缚而自由离去，则在该外层轨道上留下一空位，该空位随即被某一处于更外壳层具有较高位能的电子跃迁过采填充。在填充过程中，发生跃迁的电子在两壳层上的位能的差值将以X光机的形式释放出来。这一过程所产生的X光机光子的能量全都对应于被击出的电子所在的原子核外轨道与可能产生跃迁的电子所在轨道之间的两个能级差值，故它所具有的能量在数值上只可能是有限个分离的能量值中的某一个数值，在宏观上表现为X光机能谱中的标识谱线，故这一过程叫做标识辐射。标识辐射又叫做特性辐射(Characteristic Radiation)，如图1中的K、K所示。事实上，X光机光子发生的过程极其复杂，因为具有一定动能的高能电子撞击阳极靶物质产生X光机光子的过程，并非一次性地，而是经过无数次碰撞，将其所具有的初始动能逐渐地、一点一点地转化为别种形式的能量的过程(其中绝大部分转化为热，只有极少数(约01)转化为X光机光子)，更加丰富了X光机束中的软X光机成分。图了中的频谱曲线是经过X光机管壁和光机窗口过滤后的结果。此外高速电子轰击阳极产生X光机光子的事件，可以发生在阳极靶的表面，但绝大多数可能发生在电子深入阳极靶以内一段距离之后。在这种情况下转换成的X光机光子须经过一层阳极材料穿出，而在穿出的过程中，又会与靶物质的原子发生复杂的相互作用使其能量发生改变。这样，又进一步使我们在球管外所得到的X光机束能谱复杂化了。 8.3 在脉动管电压作用下产生的X光机束的特点若在X光机球管两端施加单相50Hz的从零到峰值之间连续变化的脉动电压，则产生的X光机束是由所有可能产生的各种波长的X光机光子混合而成的混合波(参见图2)。在这种情况下，施加于X光机管两端的峰值电压只占整个交流周波的一小部分，因此，仅有在峰值电压下加速的电子得到了最大动能而有可能转换为波长较短的X光机光子，而其它电子只能够获得较小的动能，产生波长较长的X光机。因此，采用工频50Hz的高压电源，得到的是软光机含量丰富、分布复杂的X光机谱(参见示意图3)。8.4 常见的不同整流类型的工频高压电源产生的X光机强度分布特点及对X光机成像的影响不同整流类型的高压变压器输出的管电压波形及其产生的X光机强度分布参见图4。由图4可以看出，普通单相电源供电的X光机发生器产生的X光机束，含有大量的对X光机成像毫无贡献的低能X光机光子。如果不除掉这样的成分，则对被检查者是十分有害的。除掉软光机的传统办法是在X光机束出射窗口加适当厚度的滤过板吸收之。这种办法虽然能够“硬化”X光机束，但却大大地降低了X光机管的输出效率。此外，在临床实际中，我们希望每次拍片条件稳定一致，以便于不同时期的照片对比。假如我们恰好用全波整流的一个周期曝光拍片，则可维持每次拍摄的条件不变。但如果曝光时间小于1/100s(半波整流小于150s)，则曝光时间可能出现在管电压的峰点附近，也可能出现在其谷点附近(半波整流还可能出现在球管承受逆电压的根本不产生X光机光子的那个半周)，每次拍片剂量极难掌握。为了使照片得到比较合理的曝光量，最常用的方法是选用比较长的曝光时间。但是，这不利于拍照运动器官和因疾病躁动不安或者不合作的患者。8.5 减少病人剂量、提高X光机图像质量的措施从图4可以看出，在用单相工频供电时，施加于X光机管两端的高压脉动率达100，在这种条件下，我们得到的是软光机含量丰富、分布复杂的X光机谱。随着供电方式的改变，特别是采用三相全波整流技术后，施加于X光机管两端的高压脉动系数显著地降低，输出的X光机束的软光机成分也会大大地降低，过滤后的X光机束强度的稳定性明显增加。三相六脉冲全波整流电源的电压脉动系数为13.6，而三相十二脉冲整流方式的电压脉动系数已经降至3.4。常识告诉人们，利用三相十二脉冲的高压电源产生的X光机束强度的稳定性肯定优于三相六脉冲，其软光机成分也肯定大大少于三相六脉冲。利用这样的高压电源产生的X光机束进行X光机检查，图像的质量、图像质量的稳定性肯定能够大幅度提高，对接受检查者造成的损伤也将相应大幅度降低。由此可知，为了减少软光机对受检查者的伤害，稳定图像质量，我们希望得到平滑稳定的X光机管电压，即施加于X光机管两端的高电压波形的脉动幅度越低越好。8.6 (高)频高压电源的特点三相全波整流高压电源，实现对电压调整与控制，主要靠机械滑轮与触点、旋钮进行，其特点是结构复杂、体积庞大、自动化程度低、调整精度不高、曝光参量精度低。国际标准规定：工频机的高压精度为10，而毫安秒的精度为20。此外，它对电源供电要求高，因而只适应那些装备于中型以上医院的中、大型X光机机，故它并不是理想的X光机检查设备用高压电源。为了获得既具有三相十二脉冲高压发生器输出电压波形特点，又能克服其缺陷的X光机检查设备用高压电源，上世纪80年代初，人们推出了中(高)频高压X光机发生器用高压电源，从而出现了中(高)频X光机机。中、高频是一个相对概念，目前并无严格的界限，主要看相对于什么样的范畴，比如，相对于50Hz的工频还是相对于无线电领域的射频。故在这里我们不做任何界定，将目前X光机检查设备用的频率从几千赫兹到100Hz的逆变式高压电源统称为中(高)频高压电源，或中(高)频高压发生器。典型的中(高)频X光机发生器原理框图如图5所示。其工作过程如下：50Hz交流电源经过二极管整流、电容器平滑为恒定直流电压后，经过逆变器转换成具有一定频率的方波电压，该方波电压经变压器升压，再经整流、滤波，变为平滑的直流高压后，施加于X光机管两端。与此同时，采样电路对管电压进行采样，并将采样值送到比较器，与预置的管电压值进行比较。如果采样值低于预置值，则调节器发出调节信号，升高逆变器的频率，或增加逆变器输出的脉；中宽度，直到实际的管电压采样值与预置值相等为止。反之，若采样值高干预置值，则调节电路降低逆变器的工作频率或减少脉冲宽度，直到采样值与预置值相等。同理，对管电流也采用同样的方法进行调节与控制。与三相全波整流电源相比较，中(高)频高压直流电源具有如下特点：(1)输出的高压脉动量非常小，近似直流，故输出X光机的单色性好，使病人吸收的辐射剂量大为降低；(2)输出效率高。例如，单相工频机中，一个高压脉；中波形的持续时间为10ms，而大于0707倍峰值的持续时间约为5ms，而中(高)频机的波形近似直流，所以中(高)频机如果需要曝光10m