【《翻转机构关键部件的设计和计算案例》5500字】

翻转机构关键部件的设计和计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u4990翻转机构关键部件的设计和计算案例 1201741.1翻转机构总布局和零部件分析 1165711.2翻转机构动力源—电机 24581.3齿轮传动设计 4130011.1.1齿轮设计与选择 4228381.1.2轴的设计选择 14143051.4翻转平台 18275131.5滚动导轨 191.1翻转机构总布局和零部件分析翻转机构如3-1所示，主要由电机、翻转小齿轮、翻转大齿轮、连杆、滚动导轨、翻转平台以及接收平台等零件所构成的；由于齿轮传动传动效率高，且传动平稳，安装与操作方便；所以选择齿轮传动作为该机构的主要传动装置。该机构是通过伺服电机提供动力，通过齿轮传动和连杆机构将伺服电机提供的动传递到翻转机构上，从而实现翻转的运动状态，从这里我们可以得知,当翻转平台的机构在进行做工时,是一个动态的运动过程，在翻转机构不断的翻转做工的过程中，翻转平台受到小球滚动的影响使得翻转平台在一个翻转的周期过程中所受到的力是在不断的变化的,所以我们在分析这两种翻转平台的状态时选择了两种极限状态时的分析方式对其进行了分析,第一种方式就是对这两种翻转平台的长度进行了分析,第二种方式则是对这两种翻转平台的长度和翻转角度进行了分析，最终的出如下分析结论：翻转平台长度在左右为宜，翻转角度在时不管是翻转升到的高度和翻转过程中所受到的力都是最为合适的，为了方便小球的进出，所以在翻转平台两端各设置了一个进球口和一个出球口；为了防止翻转机构在运转的过程中出现运动失效，而造成翻转平台出现大幅度翻转，所以在翻转平台的进球口下段设置有一个失效限制杆。图3-1翻转机构设计图1.电机2.翻转小齿轮1.滚动导轨4.连杆5.接收平台6.翻转平台7.翻转大齿轮1.2翻转机构动力源—电机初选大齿轮的转速为，输出功率为150W，因为大齿轮通过曲柄滑块机构带动翻转机构进行翻转，所以在理想状态下，翻转机构工作时的功率为:，转速为。电动机的输出功率：（3-1）式中：—机构工作时的效率，；—总的传动效率；其中是翻转机构在运转过程中的总的传动效率，包括齿轮的传动效率和滚动轴承的传动效率在内，值的计算如下：（3-2）式中：—齿轮的传动效率；—滚动轴承的传动效率；由《机械设计基础课程设计》的课文中的表格10-1里可以查出传动效率的数值是多少，其中齿轮传动的是，滚动轴承的是，因此代入公式（3-2）得，再代入公式（3-1）得根据得出的结果来对电动机的额定功率进行选择,使，所以电动机的选取额定功率范围在：；（1）、选择电动机的转速：根据《机械设计基础课程设计》课文里面的附表3-1确定了传动比的范围，再根据传动的需要选择的齿轮类型为单级式的圆柱齿轮，而该齿轮的传动比范围为，再通过计算得到电动机转速的区间是:（3-3）所以取电动机的额定功率为,转速为；（2）、计算总传动比（3-4）（3）、计算传动装置的运动数值，各轴的转速：（3-5）各轴的的功率（3-6）各轴的转矩（3-7）1.3齿轮传动设计1.1.1齿轮设计与选择（1）、齿轮的选择和主要数据的计算与分析①、根据翻转传动机构所要求的传动方式,选择直齿式圆柱形状的传动齿轮,其中小的齿轮齿数是齿数的比值,大的齿轮齿数是;齿形角,牙槽沟的顶高系数,牙孔隙系数,螺旋角,不变位。②、翻转机构为一般工作机器，使用年限为10年（每一年所进行的工作天数为365天）；再参照《机械设计(第八版)》里面的附表10-7，可以知道该传动需要用的齿轮的精度为7级精度。③、选择40Cr作为小齿轮的制造材料，该材料需进行调质处理在进行加工,40Cr的硬度是280HBS，选择为45钢作为大齿轮的制造材料，该材料需进行调质处理在进行。（2）、按齿面接触疲劳强度设计小齿轮的分度圆直径由公式（3-8）式中：—接触疲劳强度计算的载荷系数；—小齿轮传动的转矩，；—齿数比；—圆柱齿轮的齿宽系数；—区域系数；—弹力影响系数；—接触疲劳强度计算的重合度系数；—齿轮的接触应力计算得出；①试选；②小齿轮传递的转矩；③由《机械设计(第十版)》表10-8选取齿宽系数；④选区域系数;⑤由《机械设计(第十版)》表10-6查得材料的弹性影响系数；⑥由式（3-9）式中：—接触疲劳强度计算的重合度系数；—直齿圆柱齿轮的重合度；计算，算得：；代入式（3-9）得：。⑦计算接触疲劳许用应力；根据《机械设计(第十版)》中图10-21c可以查出小齿轮与大齿轮这两个的接触疲劳极限的大小为：小齿轮由公式（3-10）式中：n—齿轮的转速，；j—齿轮每运动转动一个周数时，同一个齿面接触到的次数；—齿轮的工作寿命，；—齿轮的工作应力循环次数；代入公式（3-10）算出应力循环的次数：，。根据《机械设计(第十版)》里面的图10-19可以查找出接触疲劳系数的数值选取失效的机率为1%，安全系数是，代入公式（3-11）算得：，。式中：—疲劳强度的安全系数；—接触疲劳系数；—寿命系数；依照相比较出来的数据，取中小的那一个数据为齿轮副的接触疲劳的许用应力，即：。⑧、代入公式（3-8）中计算出小齿轮的分度圆直径为；（3）、调整小齿轮分度圆直径。计算实际载荷系数前的数据准备。①、计算圆周速度。（3-12）式中：—小齿轮分度圆，；—小齿轮转速，；②、计算齿宽b。（3-13）式中：—圆柱齿轮的齿宽系数；—小齿轮分度圆直径，；（4）、计算实际载荷系数。①、由《机械设计(第十版)》表10-2查得使用系数②、根据、7级精度，由《机械设计(第十版)》图10-8查得动载系数③、齿间载荷分布系数。（3-14）式中：—小齿轮的分度圆处分解的圆周力，；—转矩，；—小齿轮分度圆直径，；（3-15）式中：—小齿轮的分度圆处分解的圆周力，；—齿轮强度计算的使用系数；—齿宽，；查找《机械设计(第十版)》中的附表10-3找出齿间的分配系数。再根据《机械设计(第十版)》中的附表10-4用插值法取7级精度的齿轮、小齿轮相向支承不对称布置时的齿向载荷的分布系数值是。代入数据算出的值为：（3-16）式中：—齿面接触疲劳强度计算的载荷系数；—齿轮强度计算的使用系数；—齿间的分配系数；—齿向载荷的分布系数；④、由公式（3-17）式中：—分度圆直径，；—修正试算所得的分度圆直径，；—齿面接触疲劳强度计算的载荷系数；—试选的齿向载荷分布系数；代入数据可得出按照真实的载荷系数算出来的分度圆直径：。及相应的齿轮模数（3-18）式中：—按照真实的载荷系数算出来齿轮模数；—按照真实的载荷系数算出来的分度圆直径，；—小齿轮齿数；（5）、按齿根弯曲疲劳强度设计①、根据公式（3-19）式中：—修正试算所得分度圆直径；—圆柱齿轮的齿宽系数；—小齿轮齿数；—弯曲疲劳强度计算的重合度系数；—应力修正系数；—齿形系数；—齿根处弯曲疲劳强度许用应力，；算出模数的相应数据，选出。②、由公式（3-20）式中：—弯曲疲劳强度计算的重合度系数；—直齿圆柱齿轮重合度；计算得③、计算（3-21）式中：—应力修正系数；—齿形系数；—齿根处弯曲疲劳强度许用应力；根据《机械设计(第十版)》中的附表10-5查找出齿形系数为；应力的修正系数为。再根据《机械设计(第十版)》图10-20c中找出小齿轮跟大齿轮的齿根处弯曲疲劳强度极限的数值为：再查《机械设计(第十版)》图10-18中找出上述两个齿轮弯曲疲劳的寿命系数得数值：：；取S=1.4,再代入公式（3-11）计算得到：，代入公式（3-21）得：，又因为大齿轮的，所以取④、代入公式（3-19）算出模数：；（6）、调整齿轮模数计算实际载荷系数前的数据准备。①、圆周速度v（3-22）式中：—分度圆直径，；—齿轮模数；—小齿轮齿数；代入公式（3-12）得：②、代入公式（3-13）得：③、宽高比（3-23）式中：—全齿高，；—齿顶高系数；—顶隙系数；所以得：④、计算实际载荷系数。根据7级精度，由《机械设计(第十版)》图10-8查得动载系数。代入公式（3-14）得：，再代入公式（3-15）得：查《机械设计(第十版)》中的附表10-3，选定齿间的分配系数的数值是。再依照《机械设计(第十版)》中附表10-4用插值法查得，再结合,由《机械设计(第十版)》中的图10-13，得出。因此载荷系数是：（3-24）式中：—载荷系数；—使用系数；—齿间载荷分布系数；—齿间载荷分配系数；根据公式（3-25）式中：—修正试算所得的模数；—模数；—载荷系数；—试选的载荷系数；代入公式（3-25）计算出齿轮的模数：，再代入公式（3-22）得相应的小齿轮分度圆直径：通过比较计算的结果，是计算出来的齿面的接触疲劳强度的数据、是计算出来的小齿轮的分度圆直径的数据这两者都分别超过齿根弯曲疲劳强度算出的数值和小齿轮分度圆直径的值。再通过齿轮齿根的弯曲疲劳强度大小选定齿轮的模数，齿由齿面的接触疲劳强度的大小选定齿轮的分度圆直径，由弯曲疲劳强度算出的模数是，取标准值，由接触疲劳强度算得出的分度圆直径为，依照上面选取出的数值计算出小齿轮齿数是。取，所以大齿轮的齿数为。（7）、几何尺寸计算①、根据公式（3-22）算得分度圆直径：②、计算中心距（3-26）式中：—小齿轮分度圆直径，；—大齿轮分度圆直径，；③、由公式（3-13）算得齿轮宽度：为了避免安装出现误差，保证设计齿宽b的合理性和节约材料，需将小齿轮加宽（5～10）mm,即：选取，为了使大齿轮的齿宽大小等于设计出来齿宽大小，所以得出大齿轮的数值为：。④、计算齿顶高（3-27）式中：—模数；—齿顶高系数；⑤、计算齿根高（3-28）式中：—齿顶高系数；—顶隙系数；⑥、计算全齿高（3-29）式中：—齿顶高，；—齿根高，；⑦、计算齿顶圆直径（3-30）式中：—模数；—齿数；⑧、计算齿根圆直径（3-31）式中：—模数；—齿数；（8）、齿轮主要设计参数与结论表3-SEQ表\*ARABIC1翻转机构齿轮的计算数值代号名称小齿轮大齿轮模数m2mm2mm齿数z3060齿宽b41mm36mm分度圆直径d60mm120mm齿顶高系数1.01.0顶隙系数c0.250.25齿顶高2mm2mm齿根高2.5mm2.5mm全齿高h4.5mm4.5mm齿顶圆直径64mm124mm齿根圆直径55mm115mm（结论：小齿轮以材料，且40Cr材料需进行调质处理后方能加工使用，大齿轮以45钢为材料，该材料需进行调质处理后方能进行加工使用；且齿轮的精度为7级精度。）（9）、齿轮设计图图3-2翻转小齿轮图3-3翻转大齿轮1.1.2轴的设计选择（1）、从动大齿轮轴的设计选择轴材料的选择和需要进行热处理的方式：因为没有其他特殊要求，轴选用45钢作材料，并且45钢要进行正火处理后才能加工使用；45钢是一种很好的碳素结构钢，它的硬度不是很高，这个特性比较适合用于切削加工的形式进行加工。依照《机械设计（第十版）》中的附表15-1可以查找出：45钢的性能，其中许用弯曲应力：。（1）、计算齿轮上的力从动大齿轮的分度圆直径是，转矩，因此（3-32）式中：—圆周力，；—转矩，；—分度圆直径，；（3-33）式中：—径向力，；—轴向力，；—螺旋角；—压力角；（2）、从轴的设计形状和弯矩、扭矩的表现图可以看出来轴在A点处的分割面为危险分割面。如图3-4得出的所需要的计算结果以及的数值列在下表中。表3-2轴的受力载荷数值载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩表3-2（续）扭矩（当支反力的计算结果与前面设定的结果相反时，支反力为负数。）图3-4从动大齿轮扭矩图（3）、计算弯扭合成应力并对轴的强度进行检验①、在进行轴的应力的检验当中，危险分割面的最大弯矩和扭矩是最要优先进行检验的地方，通过《机械设计（第十版）》的课文中（15-5）的公式和表格中的数据，而扭转切应力的表达是脉动循环变应力时；可以取0.6，再由公式代入数据，进行计算的：（3-34）故安全。式中：—轴的计算应力（单位）；；；②、判断危险截面截面A处是轴与链轮的配合处，故截面A上的应力最大，故A处为危险截面，对其进行校核。（4）、精确校核轴的疲劳强度A截面右侧截面抗弯截面系数（3-35）式中：；—轴的直径，；抗扭截面系数（3-36）式中：；—轴的直径，；截面上弯矩截面上扭矩截面上弯曲应力（3-37）式中：—弯曲应力，；；—弯矩，；截面上的扭转切应力（3-38）式中：—扭转切应力，；—轴所受的转矩，；—抗扭截面系数，；（5）、初步确定轴的最小直径①、通过《机械设计(第十版)》中的附表15-3，选取=112,代入公式中计算得出：（3-39）式中：—轴的转速，；—轴传递的功率，；由此可以知道轴的最小直径是从动大齿轮轴与从动大齿轮的配合处轴的直径，为使套筒可靠地压紧轴承，1-2段应略短于轴承宽度，