升降电机及齿轮选型所需参数.docx

1、( 一)升降电机及齿轮选型所需参数绳索所牵引的质量：小车： 0.6kg载车支架： 0.4kg直线电机（包含步进电机、丝杠螺母、导轨等）： 4kg旋转平台： 2kg大齿圈： 0.5kg升降平台： 2kg升降平台上步进电机：0.5kg总计：10kg即升降运动中绳索所承受的质量大致估计为10kg ，以此来计算立柱顶端的电机所需的功率及传动齿轮的类型。( 二 )电动机的选择1. 确定电动机的类型按工作要求和条件，选择步进电机。选择带刹车步进电机1) 目的：要防止突然停电时 Z 轴负载在重力作用下下落而砸坏设备或引起的安全事故，实现断电自锁2) 刹车步进电机原理：普通步进电机断电不会自锁，上电才会自锁，

2、要实现断电自锁，需在步进电机尾部加装一个抱闸装置（刹车装置） ，并且并联在步进装置的电路上，电机上电时，抱闸也上电，刹车装置脱离步进电机输出轴，电机正常运转；当断电时，刹车释放紧紧抱住电机轴，从而使各轴刹住。步进电机是由定子、转子、端盖等三大部件组成，具有精度高、气隙极小、结构紧凑、单位体积出气大等特点，其基本结构如下：0.960.990.98v 0.09 m s2. 确定电动机的功率1) 电动机功率选择所需参数：升降运动中绳索所承受的总质量： m 10kg升降运动中绳索所承受的总拉力：F100N绳索的上升速度：2) 传动装置的总效率：联轴器： l 0.99滚 筒 ：轴 承 ：齿 轮 ：gzc

3、传动装置的总效率：0.9920.9930.980.960.89473) 电动机所需的功率：P1Fv1000.0910.06w0.89473. 确定电动机的转速中央立柱总高度： H750mm卷筒直径：D30mm滚筒工作转速：n260 v60 0.09 57.3r / minD0.03按机械设计 教材推荐的传动比合理范围， 取圆柱齿轮传动的传动比的范围为 i 3 5 ，故电动机转速的可选范围为：n1in2(3 5)57.3(171.9 286.5)r / min4. 确定电动机的转矩电动机转矩的可选范围：T 9550 P955010.06(33.53 58.89) N cmn1171.9 286.

4、55. 确定电动机的型号图 2 德国汉德保电机公司外径为 42mm 系列的带刹车步进电机选择电动机型号为 :1704HS20AB该步进电机的力矩为0.54N.m，则电动机轴的转速为：n1 9550P0.010069550177.913r / minT0.546. 步进电机的安装方式1704HS20AB步进电机的外形尺寸如下：一般步进电机是通过安装板进行安装，通过螺钉连接将安装板连接到步进电机的底座上，如图所示：立体车库的升降机构的步进电机是卧式安装， 输出轴是水平方向， 安装板一端连接步进电机的底座， 通过螺栓连接， 一端焊接在车库的顶梁上， 安装板如下图所示：( 三)圆柱齿轮的选择1. 齿轮

5、啮合的选型：小齿轮与大齿轮直径初步设定为：小齿轮齿数选为： 17，模数为 1.5mm，分度圆直径为 d1 25.5mm ；大齿轮齿数选为： 53，模数为 1.5mm，分度圆直径为 d279.5mm ，厚度为 10mm小齿轮大齿轮齿数17齿数53模数1.5（mm ）模数1.5（mm）压力角20压力角20螺旋角0螺旋角0齿宽10（mm）齿宽10（ mm）2. 齿轮啮合的强度计算与校核2.1 齿轮啮合的齿面接触强度计算与校核2.1.1 齿面接触强度的计算由齿面接触强度计算公式：KHZRHZ EFt K o K v K s d w1 b Z1式中：H 接触应力，单位为N / mm2 ；Z E 弹性系数

6、，单位为N / mm2 ；Ft 传动切向力，单位为N；K o 过载系数；K v 动载系数；K s 尺寸系数；K H 载荷分配系数；Z R 表面质量系数；b 净齿宽；Z I 几何系数；d w1 小齿轮节圆直径，单位为mm；1） ZE 弹性系数的计算：弹性系数的计算公式为：Z E11 v 221 v 12E1E2式中：（式 2-1-1）(式 2-1-2）1 , 2 大小齿轮的泊松比；E1, E2 大小齿轮的弹性模量，单位为N / mm2 ；在此计算中，因大小齿轮采用相同的材料， 我们参考 AGAM-2001 标准 16 页所述的大小齿轮采用同样的泊松比和弹性模量，其值为：1,20.3E1, E22

7、.05 105 N / mm2从而可得： Z E21190 N / mm2 0.511212E1E22） Ft 传动切向力：Ft2T1254042.353 Nd125.53） K o 过载系数的计算，参见9 节（ AGMA-2001）；根据 AMGA 2001 标准 15 页过载系数计算说明暂时取的：K o14） K v 动载系数的计算，参见8 节（ AGMA-2001）；动载系数的计算公式为：BK VC196.85 vt（式 2-1-3）C（AGMA-2001EQU.21)式中：C 50 56(1 B) （ AGMA-2001 EQU.22);B0.25( AV5) 0.667 （AGMA-

8、2001EQU.23);式中：ln f ptln 0.3m n 0.12 dT0.55.2（式 2-1-4）AV0.34665（AGMA-2001EQU.25);式中：f pt 单个齿距偏差，单位为m ；根据计算，取：f pt13 md T 公差直径，单位为mm;公差直径的计算公式为：dTd e2mn（式 3-1-8）（AGMA-2001EQU.25)式中：de 齿轮外直径，单位为mm;dT25.5mm从而： AV7从而： B0.25(7 5) 0.6670.396922C5056(1B)83.77238vt240 * 3.14 * dT0.102m / s60C196.85vtB1.0209

9、从而： KVC5） K s 尺寸系数的计算，参见20 节（ AGMA-2001）；尺寸系数根据 AMAG2001 标准 38 页所述，针对大多数齿轮传动，尺寸系数可假定为安全（ UNITY），从而：K S16） K H 载荷分配系数的计算，参见15 节（ AGMA-2001）；载荷分配系数的计算公式为：K H f K H , K H（式 2-1-5）（AGMA-2001EQU.36)式中： K H 齿间载荷分配系数；K H 齿向载荷分配系数；在实际计算中，根据 AGMA2001 标准 20 页规定，可以认为是安全的（UNITY)。从而有：K HK H（式 2-1-6）（ AGMA-2001EQ

10、U.37)而齿间载荷分配系数的计算公式为：K H1K Hmc K Hpf K HpmK Hma K He（式 2-1-7）（AGMA-2001EQU.38)式中：K Hmc导线修正系数；根据 AGMA2001 标准 20 页规定，对于未修正导线可取：K Hmc1.0K Hpf 齿轮比例系数；K H pfb（式 2-1-8）0.0375 0.000492b10dw1（AGMA-2001EQU.38)可得：K Hpf0.006635686K Hpm 齿轮比例修正系数；根据 AGMA2001 标准 21 页规定，可取值为：K H pm1K Hma 啮合系数；K H ma A B b C b 2（式

11、2-1-9）（ AGMA-2001 EQU.42)根据 AGMA2001 标准 Fig.7 和 Table.2所规定，可取得如下值：A=0.127B=0.000622C1.6910 7从而：K H ma A B b C b 20.1276K He 啮合修正系数；根据 AGMA2001 标准 22 页规定，齿轮传动用于齿轮箱时可取：K He0.8从而：K H1K Hmc K Hpf K HpmK Hma K He1.108719从而：K H1.1087197） ZR 表面质量系数的计算，参见13 节（ AGMA-2001）；表面质量系数按照AGMA 2001 标准中 17 页所规定：在合适的表面

12、质量条件可以达到的条件下，可认为是安全的（UNITY）。从而：Z R 18） ZI 几何系数的计算，参见6 节（ AGMA-2001）；根据 AMAG 908B89 标准所规定的几何系数的计算方法计算，比较耗时，且容易出错，在此，我们使用该标准所提供的简化方法：可查的：必须进行变位，且变位吸收为0.25几何系数的值为：Z I0.115综上，各参考值已求得（或查得） ，可计算接触应力值：HZEFt Ko K vK sK HZR242.93MPadw1b Z12.1.2 许用齿面接触应力值的计算许用齿面应力值计算公式为：HPZNZW（式 2-1-10）（ AGMA-2001 EQU.4)HYYZS

13、H出于简化计算的目的，我们引入参数FH ,使其定义为：HPZN ZWFHSHYYZ式中：HP 允许应力值，参见16 节（ AGMA-2001）；Z N 应力循环系数，参见17 节（ AGMA-2001）；ZW 齿面硬化系数，参见14 节（ AGMA-2001）；SH 安全系数，参见11 节（ AGMA-2001）；Y 温度系数，参见19 节（ AGMA-2001）；YZ 可靠性系数，参见18 节（ AGMA-2001）；1）HP 允许应力值的计算，参见 16 节（ AGMA-2001）；根据 AGMA 2001 标准 Table.3，可选得：HP1345MPa2） ZN 应力循环系数的计算，参

14、见17 节（ AGMA-2001）；应力循环次数的计算为：nL 160Lwq84048000（式 2-1-11）（AGMA-2001EQU.48)nL 260Lwq14765189（式 2-1-11）（AGMA-2001EQU.48)根据 AGMA 2001 标准 Table.17，可选得：Z N10.89Z N 20.983） ZW 齿面硬化系数的计算，参见14 节（ AGMA-2001）；根据 AGMA2001 标准 13.2，可得：ZW1B(450h B 2 )（式 2-1-12）（AGMA-2001EQU.34)式中：B 0.00075 e0.448 Rz1（式 2-1-13）（ AG

15、MA-2001 EQU.35)式中：e自然数；取：e=2.71828Rz1 表面加工质量，单位为m 。根据加工及客户要求，可取得：Rz13.6 m从而：B=0.000724从而：ZW1.1374834） SH 安全系数的计算，参见11 节（ AGMA-2001）；由原动机的工作情况及使用工况，客户要求，及AGMA2001标准11 节所规定，可取：SH15） Y温度系数的计算，参见19 节（ AGMA-2001）；由原动机的工作情况及使用工况，客户要求，及AGMA2001 标准 19 节所规定，可取：Y16） YZ 可靠性系数的计算，参见18 节（ AGMA-2001）；由原动机的工作情况及使用

16、工况，客户要求，及AGMA2001标准Table.11所规定，可取：Y1从而：FH 1HPZN ZW1334MPaSHYYZFH 2HPZ N 2ZW1499 MPaSHYYZ由齿面接触强度计算与许用齿面接触强度计算对比可知：HFH 1HFH 2故可认为该齿轮传动齿面接触强度值在许用范围内，安全！2.2 齿轮啮合齿根弯曲强度的计算2.2.1 齿根弯曲强度计算齿根弯曲强度计算公式为：FFt K o KVK S1K HK B（式 2-2-1）（AGMA-2001 EQU.10)bmYtJ式中：Ft 传动切向力，参见7 节（ AGMA-2001）：K o 过载系数，参见9 节（ AGMA-2001）

17、；K v 动载系数，参见8 节（ AGMA-2001）；K s 尺寸系数，参见20 节（ AGMA-2001）；K H 载荷分配系数，参见15 节（ AGMA-2001）；Z J 几何系数，参见6 节（ AGMA-2001）；YJ 几何系数的计算，参见6 节（ AGMA-2001）；根据 AMAG 908B89 标准所规定的几何系数的计算方法计算，比较耗时，且容易出错，在此，我们使用该标准所提供的简化方法：可查的：必须进行变位，且变位吸收为0.25几何系数的值为：YJ10.23 ， YJ10.29从而：1KH KBF 1Ft Ko KV KS bmtYJ113.663MPa1KHKBF1F 2

18、Ft KoKV KS bmtYJ10.844MPa2.2.2.许用齿根弯曲强度计算：许用齿根弯曲强度计算需满足公式：FP YNF（式 2-2-2）（AGMA-2001EQU.13)SHY YZ出于简化计算的目的，我们引入参数HF ,使其定义为：FHFP YNSFY YZ式中：FP 允许应力值，参见16 节（ AGMA-2001）；YN 应力循环系数，参见17 节（ AGMA-2001）；SF 安全系数，参见11 节（ AGMA-2001）；Y 温度系数，参见19 节（ AGMA-2001）；YZ 可靠性系数，参见18 节（ AGMA-2001）；1)FP 允许应力值的计算，参见16 节（ AGMA-2001）；根据 AGMA2001 标准 Table.4，可选得：FH485MPa2)YN 应力循环系数的计算，参见17 节（ AGMA-2001）；应力循环次数的计算为：nL 160Lwq84048000（AGMA-2001EQU.48)nL 160Lwq14765189（AGMA-2001EQU.48)根据 AGMA 2001 标准 Table.17，可选得：YN 10.93YN 20.994） S