连杆凸轮减速器结构、参数优化与受力分析.doc
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1、连杆凸轮减速器结构、参数优化与受力分析e(ee)指导教师:ee 摘要连杆凸轮减速器是一种新型的减速器,该减速器是一个基于凸轮连杆机构原理做成的具有定比传动的传动机构,借助于一齿差原理和现有减速器的部分结构特点,经结构设计、样机试制,成功地研制出了新型连杆凸轮减速器;创新了连杆的惯性力在构件上平衡的新方法,提高了减速器的运转平稳性。经工业考核和台架试验表明,这种新型减速器具有传动比大、承载能力高、传动效率高等优点,为国内减速器行业增添了一个新品种,具有广泛的应用前景和推广价值。 关键词 新型组合机构 连杆凸轮减速器 凸轮廓线方程 压力角 Analysis and force parameters
2、 structure optimization, deceleration cam linkageee(ee)tutor:eeAbstract:CAM-linkage reducer is a new type of speed reducer, the reducer is a based on the principle of CAM link mechanism has a constant ratio transmission drive mechanism, with the aid of a tooth difference principle and existing reduc
3、er parts structure characteristics of the structure design, prototype test, successfully developed a new type of connecting rod CAM reducer;Innovation in the new method of connecting rod of inertial force on the component balance, improve the running smoothness of reducer.Tested and approved by the
4、industrial and bench test show that this new type of speed reducer with large transmission ratio, high carrying capacity, high transmission efficiency, added a new species for domestic gear reducer industry, has extensive application prospect and popularization value.Key words:The new combination me
5、chanism Cam linkage reducer The equations of cam profile Pressure angle 目录1引言12连杆凸轮减速器毕设开题22.1选题的目的及研究意义22.2课题概述23国内外减速器发展现状43.1国外减速器现状43.2国内减速器现状43.3连杆凸轮减速器的优缺点54连杆凸轮减速器的基本传动原理64.1连杆凸轮减速器的工作原理64.1.1新型连杆凸轮组合机构64.1.2连杆凸轮机构连续传动的实现64.2凸轮的理论廓线方程74.2.1啮合基本定律84.3连杆凸轮减速器的结构设计94.3.1单曲柄驱动的运动不确定性104.3.2惯性力的自平
6、衡结构104.3.3弹性均载环节105三维建模115.1滚子的安装图115.2高速轴的建模115.3箱体的建模116连杆凸轮减速器基本参数的研究136.1高速轴上的凸轮齿廓线的确定136.2减速器基本参数的研究136.2.1电机的选择136.2.2减速器的参数的确定以及关系137研究各啮合点受力分析157.1研究各啮合点法向反力的方向及其特点157.1.1减速器啮合齿数的基本原理及其特点157.1.2针齿与摆线轮齿啮合的作用力167.2考虑摩擦力时,对减速器主要构件进行受力分析177.2.1考虑摩擦力时柱销的受力与变形分析178减速器效率分析与计算,研究影响效率的重要因素188.1连杆凸轮机构
7、的啮合效率188.2轴承中摩擦损失效率189致谢2010参考文献21321.引言为了适应机械系统性能水平日益提高的新要求,实现传动系统小型轻量化,保证其产品的竞争能力,国内外仍在不断的研究和发展各种新型机械传动,探索传动装置新形式和新种类,从传动装置的原理和结构上进行创新,不断创造出体积小、重量轻和承载能力高的新型传动装置。本文介绍了一种新型的连杆凸轮组合机构;对这种新型组合机构进行了结构、运动设计和力学性能分析;利用这种新型的连杆凸轮组合机构并借助于一齿差原理和摆线针轮减速器、渐开线三环减速器的部分结构特点,成功研制出了一种新型的连杆凸轮减速器;创新了连杆的惯性力在构件上平衡的新方法,进一步
8、减小了轴承的附加动载荷,提高了减速器运转平稳性。经工业考核和台架试验表明,这种新型减速器具有传动比大、承载能力高、传动效率高等优点,机械传动在机械系统中担负着运动和动力传递、匹配转速、转向和转矩的作用,在各种机械中应用极为广泛。为了进一步实现机械传动装置的高性能、低成本和小型轻量化,就需要探索传动装置的新形式新种类,不断创造出先进的传动型式。下面创新了一种新型连杆凸轮组合机构,该机构可实现定传动比传动;基于凸轮理论廓线方程,推导出了廓线的切线和法线方程;利用解析法求出了各高副接触点公法线汇交点的坐标值,给出了节圆的概念;推导出了凸轮理论廓线上一点压力角的表达式和机构中主从动构件的力矩关系式。应
9、用该机构成功研制了一种新型的连杆凸轮减速器,为国内减速器行业增添了一个新品种,具有广泛的应用前景和推广价值.为国内减速器行业增加了一个新品种。连杆凸轮减速器具有传动效率高、承载能力大、出轴形式灵活、刚性好、性价比高等特点。该减速器在一定程度上吸纳了渐开线齿轮减速器和摆线针轮减速器的优点。 2.电机选择2.1电动机选择(倒数第三页里有东东)2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率为:;工作机所需功率为:;传动装置的总效率为:;传动滚筒 滚动轴承效率 闭式齿轮传动效率 联轴器效率 代入数值得:所需电动机功率为:略大于 即可。选用同步转速1460r/min ;4级 ;型号
10、Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比(1)总传动比(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比则低速级的传动比2.1.4 电机端盖组装CAD截图 图2.1.4电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1电动机轴 2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度(GB 10095-88)。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280 HBS,大齿轮材料为45钢(调质)
11、硬度为240 HBS,二者材料硬度差为40 HBS。4选小齿轮齿数,大齿轮齿数。取5初选螺旋角。初选螺旋角3.2按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式(10-21)进行试算,即3.2.1确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数1。(2)由机械设计第八版图10-30选取区域系数。(3)由机械设计第八版图10-26查得,则。(4)计算小齿轮传递的转矩。(5)由机械设计第八版表10-7 选取齿宽系数(6)由机械设计第八版表10-6查得材料的弹性影响系数(7)由机械设计第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ;大齿轮的接触疲劳强度极限 。13计算应力循环次数。(9)由机械设计第八
12、版图(10-19)取接触疲劳寿命系数; 。(10)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数S=1,由机械设计第八版式(10-12)得(11)许用接触应力3.2.2计算(1)试算小齿轮分度圆直径=49.56mm(2)计算圆周速度(3)计算齿宽及模数 =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01(4)计算纵向重合度0.318124tan=20.73(5)计算载荷系数K。已知使用系数根据v= 7.6 m/s,7级精度,由机械设计第八版图10-8查得动载系数由机械设计第八版表10-4查得的值与齿轮的相同,故由机械设计第八版图 10-13查得由机械设计第八版表10-3
13、查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2(6)按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径,由式(10-10a)得(7)计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计由式(10-17)3.3.1确定计算参数(1)计算载荷系数。 =2.09(2)根据纵向重合度 ,从机械设计第八版图10-28查得螺旋角影响系数(3)计算当量齿数。(4)查齿形系数。由表10-5查得(5)查取应力校正系数。由机械设计第八版表10-5查得(6)由机械设计第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ;大齿轮的弯曲强度极限 ;(7)由机械设计第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ,;(8)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数
14、S1.4,由机械设计第八版式(10-12)得(9)计算大、小齿轮的 并加以比较。=由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算 的法面模数,取2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm 来计算应有的齿数。于是由取 ,则 取 3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多,故参数、等不必修正。3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由 取圆整后取表 1高
15、速级齿轮:名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=227=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表 2低速级齿轮:名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4.轴的设计4.1低速轴4.1.1求输出轴上的功率转速和转矩 若取每级齿轮的传动的效率,则4.1.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为圆周力 ,径向力 及轴向力 的4.1.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据机械设计第八版表15-3,取
16、,于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩, 查表考虑到转矩变化很小,故取 ,则:按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003或手册,选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000 .半联轴器的孔径 ,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.1.4轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案 图4-1(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径
17、;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2 段的长度应比 略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为dDT=65mm140mm36mm,故 ;而。3)取安装齿轮处的轴段4-5段的直径 ;齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取 。齿轮的左端采用轴肩
18、定位,轴肩高度 ,故取h=6mm ,则轴环处的直径 。轴环宽度 ,取。4)轴承端盖的总宽度为20mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm,故取 低速轴的相关参数:表4-1功率转速转矩1-2段轴长84mm1-2段直径50mm2-3段轴长40.57mm2-3段直径62mm3-4段轴长49.5mm3-4段直径65mm4-5段轴长85mm4-5段直径70mm5-6段轴长60.5mm5-6段直径82mm6-7段轴长54.5mm6-7段直径65mm(3)轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键
19、连接。按查表查得平键截面b*h=20mm12mm,键槽用键槽铣刀加工,长为L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ;同样,半联轴器与轴的连接,选用平键为14mm9mm70mm,半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的直径公差为m6。4.2中间轴4.2.1求输出轴上的功率转速和转矩4.2.2求作用在齿轮上的力(1)因已知低速级小齿轮的分度圆直径为:(2)因已知高速级大齿轮的分度圆直径为:4.2.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取 ,于是得:轴的最小直径显
20、然是安装轴承处轴的直径。图 4-24.2.4初步选择滚动轴承.(1)因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为dD*T=35mm72mm18.25mm,故,;(2)取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径 ;齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为95mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取 。齿轮的右端采用轴肩定位,轴肩高度,故取h=6mm,则轴环处的直径。轴环宽度,取。(3)取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径齿轮的右端与右端轴
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- 连杆 凸轮 减速器 结构 参数 优化 分析