給定特性的齒輪傳動(dòng)飛輪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

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1、畢 業(yè) 論 文 題目： 給定特性的齒輪傳動(dòng)飛輪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)學(xué)院 機(jī)械與包裝工程學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 2005級(jí)機(jī)電二班 學(xué)生姓名 金靖靖 學(xué)號(hào) 2005111510 指導(dǎo)教師 李 川 職稱 高級(jí)工程師 張賢明 職稱 研究員 日 期 2009.5.20 給定特性的齒輪傳動(dòng)飛輪運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)摘要 本設(shè)計(jì)主要研究一種新型的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器。在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，常常會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)的現(xiàn)象。有些振動(dòng)是設(shè)計(jì)所需要的，人們利用機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象的特性，設(shè)計(jì)制造了眾多的振動(dòng)機(jī)械設(shè)備和儀器儀表，利用其達(dá)到減振的目的，給我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)方便。在機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中采用運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，可以將直線位移比例轉(zhuǎn)換為飛輪的正、反旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

2、，利用飛輪的慣性儲(chǔ)放動(dòng)能，從而達(dá)到振動(dòng)應(yīng)用的目的。基于對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器原理的分析，提出了一種新的齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，分析其原理并且對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。其設(shè)計(jì)主要由齒輪齒條帶動(dòng)帶動(dòng)二級(jí)齒輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)飛輪的旋轉(zhuǎn)，利用飛輪的慣性儲(chǔ)放動(dòng)能，從而實(shí)現(xiàn)減震的目的。關(guān)鍵詞：振動(dòng) 運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換 設(shè)計(jì)Theory and Structure Design for Gear Transmission Motion TransformerAbstract: The major research designs a new type of motion conversion mechan

3、ism .It is commonly that vibration can be found in the course of mechanical motion. Some vibration is needed to design. You can design various mechanical devices and instrumentations of vibration with characteristics of mechanical vibration. And these mechanisms can reduce vibration, which brings us

4、 much convenience in manufacture and our daily life. The mechanical vibration system with the spiral flywheel motion conversion mechanism has the characteristics of lower total mass and better vibration attribute. Based on the dynamics analysis and classical force-circuit mechanical-electrical analo

5、gy theory, a novel capacitor component without parallel connection and grounding constraints was proposed to analogize the motion conversion mechanism. In this project, with the purpose of reducing the vibration based on the energy storage of the inertia flywheel, the second gear is drived by racks

6、of gear, then makes flywheel go around and around.Key words: Vibration Motion transformation Design目錄摘要 2Abstract 3第1章 緒論 61.1慣性轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展史 61.2減震器的類型和應(yīng)用原理 101.3 本課題重點(diǎn)研究的及其要求 121.3.1課題的內(nèi)容 121.3.2課題任務(wù)的具體要求 12第2章 齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器原理設(shè)計(jì)方案的擬定及運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 132.1齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的原理及方案的確定 132.1.1齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的原理 132.1.2.方案的擬定 142.2運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)

7、換器力學(xué)分 142.3其他工作參數(shù)的確定 152.3.1.傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率計(jì)算152.3.2.總傳動(dòng)的確定162.3.3.飛輪的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)距的計(jì)算162.3.4各軸轉(zhuǎn)速，功率，轉(zhuǎn)距的計(jì)算16第3章機(jī)械設(shè)計(jì)及校核部分 193.1齒輪齒條的傳動(dòng)計(jì)算 193.1.1齒輪與齒條傳動(dòng)特點(diǎn) 193.1.2齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì) 203.2齒輪和飛輪的設(shè)計(jì) 213.2.1高速級(jí)大小齒輪的設(shè)計(jì) 213.2.2低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 273.2.3飛輪的設(shè)計(jì) 323.3軸的設(shè)計(jì) 333.3.1中間軸設(shè)計(jì) 333.3.2高速軸設(shè)計(jì) 393.3.3低速軸設(shè)計(jì) 453.4箱體的設(shè)計(jì) 51結(jié)語(yǔ) 54致謝55參考文獻(xiàn)56

8、58第1章 緒論本章提要 在機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中采用運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，可以將直線位移比例轉(zhuǎn)換為飛輪的正、反旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，利用飛輪的慣性儲(chǔ)放動(dòng)能，從而達(dá)到振動(dòng)應(yīng)用的目的?；趯?duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器原理的分析，提出了一種新的齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，對(duì)原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明本設(shè)計(jì)可以用較小質(zhì)量的飛輪獲得比飛輪質(zhì)量大得多的慣性特性。介紹相關(guān)慣性轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展歷史和以及減震器的各方面應(yīng)用和類型1.1慣性轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展一個(gè)實(shí)際的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)可分解為質(zhì)量（慣性）、阻尼和彈性三種力學(xué)構(gòu)成要素，或稱元件。三者分別具有位移的線性二階、一階微分和比例動(dòng)力學(xué)關(guān)系。近年來(lái)，對(duì)阻尼、彈性兩類元件的研究取得了豐碩

9、的成果，而對(duì)質(zhì)量元件的研究主要限于質(zhì)量塊和飛輪等，由于其結(jié)構(gòu)參數(shù)簡(jiǎn)單，理論相對(duì)成熟，似乎難有更多潛力可挖。慣性系統(tǒng)將振動(dòng)轉(zhuǎn)換放大驅(qū)動(dòng)內(nèi)部慣性飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以較小的飛輪實(shí)際質(zhì)量實(shí)現(xiàn)較大質(zhì)量塊的慣性動(dòng)力學(xué)特性，常常認(rèn)為其具有放大許多（一般輕易可達(dá)數(shù)百）倍的“虛質(zhì)量”。運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)出現(xiàn)不久，而且其內(nèi)部存在運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)變換和慣性的耦合作用，其準(zhǔn)確分析計(jì)算比較復(fù)雜。因此現(xiàn)有研究一般忽略慣性系統(tǒng)與質(zhì)量塊之間的差異，研究焦點(diǎn)主要集中于虛質(zhì)量放大功能。但把慣性系統(tǒng)按照等效質(zhì)量塊的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)分析，實(shí)質(zhì)上限制了對(duì)慣性系統(tǒng)的深入研究和應(yīng)用。在慣性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析，引入慣性系統(tǒng)的新型動(dòng)力學(xué)特性與其他振動(dòng)元件

10、相集成，可望設(shè)計(jì)具有更優(yōu)振動(dòng)特性的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)。在對(duì)慣性系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析的過(guò)程中，常用的動(dòng)力學(xué)解析分析方法采用一組微分方程來(lái)描述其內(nèi)部慣性、運(yùn)動(dòng)和變換的耦合行為。這樣，當(dāng)與機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中其它的彈性、阻尼元件等相互作用時(shí)，微分方程的階次和變量數(shù)衍生使得集成運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)分析過(guò)程非常復(fù)雜。此外，當(dāng)按照預(yù)期的特性進(jìn)行集成運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，動(dòng)力學(xué)解析方法需要復(fù)雜的多變量多重微積分計(jì)算，甚至出現(xiàn)病態(tài)矩陣。因此，集成運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法非常復(fù)雜，在一定程度上限制了慣性系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)的研究進(jìn)展，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的飛輪和進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)的

11、質(zhì)量塊都是傳統(tǒng)的質(zhì)量元件，具有調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)和減小速度波動(dòng)的作用。李光輝等研究了應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系的雙質(zhì)量飛輪式扭振減震器，用以控制輸出能量波動(dòng)。Ghedamsi等研究在風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)上，應(yīng)用飛輪來(lái)蓄放能。Vajda等研究了基于飛輪的超導(dǎo)動(dòng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)，并應(yīng)用于太陽(yáng)能電池。但是，飛輪與質(zhì)量塊等傳統(tǒng)質(zhì)量元件的能量蓄放的慣性特性受到慣性空間接地約束，因此應(yīng)用范圍和能量蓄放的控制能力有限。而且當(dāng)待控制的運(yùn)動(dòng)參量較大時(shí)，需要較大的自身質(zhì)量才能實(shí)現(xiàn)。Rivin于2003年介紹了運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)（Motion Transformation System），其機(jī)械結(jié)構(gòu)概念如圖1-1。利用機(jī)械振動(dòng)激勵(lì)源自身的能量

12、，通過(guò)傳動(dòng)轉(zhuǎn)換和慣性飛輪的作用，將1、2兩端之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度v轉(zhuǎn)化放大為飛輪旋轉(zhuǎn)的角速度。當(dāng)螺旋傳動(dòng)的螺距為p，飛輪半徑為r時(shí)，具有飛輪實(shí)際質(zhì)量放大(2r/p)2（一般可以輕易達(dá)到數(shù)百）倍的“虛質(zhì)量”（Virtual Mass），可代替調(diào)諧質(zhì)量阻尼（TMD）等系統(tǒng)中較大質(zhì)量塊。應(yīng)用慣性系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的摩托車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定系統(tǒng)，在理論上可以同時(shí)防止摩托車駕駛過(guò)程中的跳動(dòng)和擺尾問(wèn)題。在國(guó)內(nèi),2006年朱石堅(jiān)率先研究了集成運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換（慣性）系統(tǒng)的一個(gè)單自由度隔振系統(tǒng)算例，實(shí)現(xiàn)了放大400倍的虛質(zhì)量隔振應(yīng)用。這些研究主要聚焦于虛質(zhì)量放大功能，沒(méi)有注意慣性系統(tǒng)的自由慣性特性。圖1-1 螺旋傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)

13、示意圖在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，常常會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)的現(xiàn)象。有些振動(dòng)是設(shè)計(jì)所需要的，人們利用機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象的特性，設(shè)計(jì)制造了眾多的振動(dòng)機(jī)械設(shè)備和儀器儀表，給我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)方便，如建筑行業(yè)中澆鑄混泥土使用的振動(dòng)機(jī)，日常生活中使用的一些振動(dòng)健身器具等；而有些振動(dòng)是不需要的，工程技術(shù)人員想方設(shè)法將其消除或減緩。如在機(jī)械加工中，振動(dòng)的存在會(huì)對(duì)機(jī)器的平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)不利，會(huì)影響零件的加工精度，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生噪聲，影響人們的生產(chǎn)、生活；在汽車上，減振性能的好壞直接影響到汽車乘坐的舒適性，過(guò)大的振動(dòng)會(huì)使人體舒適度降低。因此，機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)和元件的設(shè)計(jì)具有非常重要的作用。在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中，為了得到預(yù)期的抑制或增加振動(dòng)的效果，常

14、常在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加彈簧、阻尼器、質(zhì)量塊等構(gòu)成控制子系統(tǒng)，以改變機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)特性。例如，調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)（TMD）通過(guò)增加一個(gè)較大的質(zhì)量塊和阻尼器，調(diào)整子系統(tǒng)的自振頻率來(lái)抑制主系統(tǒng)的振動(dòng)反應(yīng)。隔振系統(tǒng)為了降低主系統(tǒng)在激勵(lì)頻率處的傳遞率來(lái)減小高頻振動(dòng)傳遞，在機(jī)械系統(tǒng)上附加安裝一塊較大的質(zhì)量塊來(lái)人為增加其質(zhì)量以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)較低的自然頻率。附加的較大質(zhì)量塊一方面對(duì)與之相連接的彈簧和阻尼器提出了更高要求，另一方面增大了振動(dòng)控制的成本。運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器是一種有效的降低附加質(zhì)量塊的方法，它將激勵(lì)源對(duì)質(zhì)量塊的直線作用轉(zhuǎn)化為對(duì)慣性飛輪的旋轉(zhuǎn)作用17。在這一轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于直線-旋轉(zhuǎn)之間的比例變換，可以用較低質(zhì)量的

15、飛輪代替較大質(zhì)量的質(zhì)量塊。齒輪是機(jī)器中廣泛采用的傳動(dòng)零件之一。它可以傳遞動(dòng)力，又可以改變轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用范圍廣，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。一般運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器采用滾珠絲杠等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。項(xiàng)目組喻其炳等通過(guò)總結(jié)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，新近提出了一種齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)。項(xiàng)目組喻其炳等通過(guò)總結(jié)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，新近提出了一種齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)。齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的原理：運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的功能主要包括三個(gè)部分：直線-旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)比例放大、慣性質(zhì)量。當(dāng)采用齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器時(shí)，采用齒條-齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線-旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，采用旋轉(zhuǎn)飛輪實(shí)現(xiàn)慣性質(zhì)量，采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)比例放大。根據(jù)以上

16、分析，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器原理如圖2。在圖所示的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中，當(dāng)齒條受激勵(lì)源作用向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)齒輪1和齒輪2在軸1上作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪2再帶動(dòng)齒輪3和齒輪4在軸2上作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；最后齒輪4帶動(dòng)齒輪5和飛輪在軸3上作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)齒條受激勵(lì)源作用向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，本機(jī)構(gòu)中的齒輪及飛輪的旋轉(zhuǎn)方向與前述相反。通過(guò)選配不同齒數(shù)的齒輪，可以實(shí)現(xiàn)不同傳動(dòng)比的運(yùn)動(dòng)結(jié)果，同時(shí)飛輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也是不一樣的。因此，可以采用齒輪傳動(dòng)的原理實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能。圖1-21-齒條 2-齒輪1 3-齒輪2 4-齒輪35-齒輪4 6-齒輪5 7-飛輪 8-軸承1.2減震器的類型和應(yīng)用原理減震器從產(chǎn)生阻尼的材料這個(gè)角度劃分主要

17、有液壓和充氣兩種，還有一種可變阻尼的減震器。 汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減震器。其原理是，當(dāng)車架與車橋做往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)兒活塞在減震器的缸筒內(nèi)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，減震器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從內(nèi)腔通過(guò)一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，液體與內(nèi)壁的摩擦及液體分子的內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力。充氣式減震器是60年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型減震器。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在缸筒的下部裝有一個(gè)浮動(dòng)活塞，在浮動(dòng)活塞與缸筒一端形成的一個(gè)密閉氣室種充有高壓氮?dú)?。在浮?dòng)活塞上裝有大斷面的O型密封圈，它把油和氣完全分開(kāi)。工作活塞上裝有隨其運(yùn)動(dòng)速度大小而改變通道截面積的壓縮閥和伸張閥。當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)，減震器的工作活塞在油液種做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使

18、工作活塞的上腔和下腔之間產(chǎn)生油壓差，壓力油便推開(kāi)壓縮閥和伸張閥而來(lái)回流動(dòng)。由于閥對(duì)壓力油產(chǎn)生較大的阻尼力，使振動(dòng)衰減。阻力可調(diào)式減震器：裝有阻力可調(diào)式減震器的汽車的懸架一般用剛度可變的空氣彈簧作為彈性元件。其原理是，空氣彈簧若氣壓升高，則減震器氣室內(nèi)的壓力也升高，由于壓力的改變而使油液的節(jié)流孔徑發(fā)生改變，從而達(dá)到改變阻尼剛度的目的。減震器的原理及在汽車中的應(yīng)用：懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動(dòng)，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，為衰減振動(dòng)，汽車懸架系統(tǒng)中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當(dāng)車架（或車身）和車橋間受振動(dòng)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器腔內(nèi)

19、的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過(guò)不同的孔隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使汽車振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時(shí)，阻尼力隨車架與車橋（或車輪）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增減，并與油液粘度有關(guān)。 減振器與彈性元件承擔(dān)著緩沖擊和減振的任務(wù)，阻尼力過(guò)大，將使懸架彈性變壞，甚至使減振器連接件損壞。因面要調(diào)節(jié)彈性元件和減振器這一矛盾。 (1) 在壓縮行程（車橋和車架相互靠近），減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時(shí)，彈性元件起主要作用。 (2) 在懸架伸張行程中（車橋和車架相互遠(yuǎn)離），減振器阻尼力應(yīng)大

20、，迅速減振。 (3) 當(dāng)車橋（或車輪）與車橋間的相對(duì)速度過(guò)大時(shí)，要求減振器能自動(dòng)加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免承受過(guò)大的沖擊載荷。 在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器。 雙向作用筒式3減振器工作原理說(shuō)明。在壓縮行程時(shí)，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞向下移動(dòng)。活塞下腔室的容積減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿1占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開(kāi)壓縮閥6，流回貯油缸

21、5。這些閥對(duì)油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。減振器在伸張行程時(shí)，車輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車身，減振器受拉伸。這時(shí)減振器的活塞向上移動(dòng)。活塞上腔油壓升高，流通閥8關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開(kāi)伸張閥4流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來(lái)的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液推開(kāi)補(bǔ)償閥7流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的流作用對(duì)懸架在伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。圖1-2由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達(dá)到迅速減振的要求。

22、綜上所述，國(guó)外對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)的研究起步不久，國(guó)內(nèi)更是寥寥無(wú)幾。目前對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)和減震器，發(fā)表以下幾個(gè)觀點(diǎn)：(1) 已有對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)的研究主要著眼于替代較大質(zhì)量塊的應(yīng)用，缺乏對(duì)其本質(zhì)特性的研究，導(dǎo)致應(yīng)用范圍狹窄。如果完整揭示慣性系統(tǒng)新型的自由慣性動(dòng)力學(xué)特性，可望實(shí)現(xiàn)一端接地約束的解放，豐富振動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)性能，但目前還沒(méi)有引起研究人員的足夠重視，缺乏驗(yàn)證。(2) 運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)由于內(nèi)部運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)變換和慣性的耦合，解析分析計(jì)算方法非常復(fù)雜。(3) 運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性系統(tǒng)如果采用齒輪傳動(dòng)飛輪，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的直線-旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)比例放大和慣性質(zhì)量的功能。齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器可以用很小

23、的實(shí)際質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)替代較大的質(zhì)量塊的慣性特性。(4) 運(yùn)用慣性轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)減震器有一定的研究?jī)r(jià)值。1.3 本課題重點(diǎn)研究的及其要求1.3.1課題的內(nèi)容（1） 了解運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的基本原理；（2） 研究運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性；（3） 掌握齒輪傳動(dòng)設(shè)（4） 能夠繪制運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙。計(jì)的基本方法；（5） 設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)；（6） 了解齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法；（7） 學(xué)會(huì)建立運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的3D模型；1.3.2課題任務(wù)的具體要求（1） 設(shè)計(jì)一個(gè)慣量為150-200kg的齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)；（2） 設(shè)計(jì)齒條-齒輪-齒輪-齒輪-齒輪-飛

24、輪的機(jī)械結(jié)構(gòu)；（3） 進(jìn)行殼體設(shè)計(jì)；（4） 選擇軸承；（5） 進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)和校核；（6） 繪制齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的3D圖；（7） 繪制運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換慣性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙。第2章 齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器原理設(shè)計(jì)方案的擬定及運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算2.1齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的原理及方案的確定2.1.1齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的原理運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的功能主要包括三個(gè)部分：直線-旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)比例放大、慣性質(zhì)量。當(dāng)采用齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器時(shí)，采用齒條-齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線-旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，采用旋轉(zhuǎn)飛輪實(shí)現(xiàn)慣性質(zhì)量，采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)比例放大。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器原理如圖1。在圖1所示的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中，當(dāng)齒條受激

25、勵(lì)源作用向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)齒輪1和齒輪2在軸1上作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪2再帶動(dòng)齒輪3和齒輪4在軸2上作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；最后齒輪4帶動(dòng)齒輪5和飛輪在軸3上作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)齒條受激勵(lì)源作用向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，本機(jī)構(gòu)中的齒輪及飛輪的旋轉(zhuǎn)方向與前述相反。通過(guò)選配不同齒數(shù)的齒輪，可以實(shí)現(xiàn)不同傳動(dòng)比的運(yùn)動(dòng)結(jié)果，同時(shí)飛輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也是不一樣的。因此，可以采用齒輪傳動(dòng)的原理實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能。1-齒條 2-齒輪1 3-齒輪2 4-齒輪35-齒輪4 6-齒輪5 7-飛輪 8-軸承設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器參數(shù)如下：Z1=10；Z2=40；Z3=10；Z4=56；Z5=10，飛輪質(zhì)量約為100g。此時(shí)，當(dāng)齒條移動(dòng)一個(gè)齒距時(shí)，軸1

26、就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)1/10圈；軸2會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)(1/10)(Z2/Z3)=(1/10)(40/10)=2/5圈；軸3會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)(2/5)(Z4/Z5)=(2/5)(56/10)=2.24圈；由此可見(jiàn)，當(dāng)齒條移動(dòng)一個(gè)齒距時(shí)，飛輪就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)2.24圈2.1.2.方案的擬定方案：將飛輪固定在高速軸上，由齒輪齒條的水平移動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)二級(jí)齒輪結(jié)構(gòu)帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使整個(gè)系統(tǒng)保持慣性平衡，達(dá)到減震的目的。運(yùn)動(dòng)原理：該設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)以齒輪齒條的水平運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪跟軸的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)飛輪的旋轉(zhuǎn)，飛輪的旋轉(zhuǎn)使慣性質(zhì)量的增加從而達(dá)到減震的效果。工作之前需保證軸承，齒輪齒輪以及齒輪齒條的潤(rùn)滑，保證能正常工作。2.2運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器力學(xué)分析

27、設(shè)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的齒輪半徑為ri，i為齒輪編號(hào)。令飛輪的質(zhì)量為m，半徑為p，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器運(yùn)動(dòng)桿（齒條）和殼體的運(yùn)動(dòng)速度分別為v1和v2，令v=v1-v2，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器受激勵(lì)源的相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)速度v被轉(zhuǎn)換為飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)角速度，有（1）考慮在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器運(yùn)動(dòng)桿和殼體的兩端分別受力F1和F2，令F=F1-F2。忽略運(yùn)動(dòng)桿、齒輪傳動(dòng)、軸承、支撐外殼的質(zhì)量和摩擦，在運(yùn)動(dòng)桿的有效行程范圍內(nèi)，由牛頓第二定律，得 （2）根據(jù)漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，對(duì)于一對(duì)齒輪a,b的嚙合，有 （3）將式（1）、（2）、（3）聯(lián)立，解得（4）令，則上式可改寫為：（5）對(duì)比牛頓第二定律描述的質(zhì)量塊的加速度特性可知，由于采用了尺寸傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)

28、換器具有將飛輪質(zhì)量放大了b倍的“虛質(zhì)量”（虛慣性），而普通慣性飛輪（質(zhì)量塊）可以看作是一種放大倍數(shù)為1的特殊的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器。由上節(jié)所述的設(shè)計(jì)，p:r5=2:1，根據(jù)式（5）計(jì)算可得b=2007.04，因此盡管飛輪的實(shí)際質(zhì)量只有約100g，卻可以實(shí)現(xiàn)200kg的大型質(zhì)量塊所具有的虛慣性。2.3其他工作參數(shù)的確定2.3.1.傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率計(jì)算查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表2-10查得每對(duì)軸承傳動(dòng)效率：0.99圓柱齒輪的傳遞效率：0.97總傳遞效率：傳動(dòng)總指標(biāo)：假設(shè)齒條以v=1m/s,設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器參數(shù)如下：Z1=10；Z2=40；Z3=10；Z4=56；Z5=10，飛輪質(zhì)量約為100g。此時(shí)，當(dāng)齒

29、條移動(dòng)一個(gè)齒距時(shí)，軸1就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)1/10圈；軸2會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)(1/10)(Z2/Z3)=(1/10)(40/10)=2/5圈；軸3會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)2/5Z4/Z5=2/556/10=2.24圈；由此可見(jiàn)，當(dāng)齒條移動(dòng)一個(gè)齒距時(shí)，飛輪就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)2.24圈2.3.2.總傳動(dòng)的確定由以上數(shù)據(jù)計(jì)算可得總傳動(dòng)：根據(jù)轉(zhuǎn)速v=0.1m/s可得v=6m/min由公式可得各齒輪的轉(zhuǎn)速為2.3.3.飛輪的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)距的計(jì)算飛輪的轉(zhuǎn)速為4278.4r/min。已知飛輪的轉(zhuǎn)速跟質(zhì)量求飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量則飛輪的功率：則齒輪齒條的輸出功率：則飛輪的轉(zhuǎn)矩：2.3.4各軸轉(zhuǎn)速，功率，轉(zhuǎn)距的計(jì)算各軸功率計(jì)算。高速軸：中間軸：低速軸： 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)

30、算。高速軸：中間軸：低速軸：各軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算。高速軸：中間軸：低速軸：估算飛輪所在軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3取=112，于是求得，即高速軸的最小直徑：中間軸的最小直徑：低速軸的最小直徑：列表如下：軸名稱功率kw轉(zhuǎn)速r/min轉(zhuǎn)矩Nmm高速軸427844.46中間軸76426低速軸191110第3章 機(jī)械設(shè)計(jì)及校核3.1齒輪齒條的傳動(dòng)計(jì)算3.1.1齒輪與齒條傳動(dòng)特點(diǎn)齒輪作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒條作直線運(yùn)動(dòng)，齒條可以看作一個(gè)齒數(shù)無(wú)窮多的齒輪的一部分，這時(shí)齒輪的各圓均變?yōu)橹本€，作為齒廓曲線的漸開(kāi)線也變?yōu)橹本€。齒條直線的速度與齒輪分度圓直徑、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為式中 d齒輪分度圓直徑，；

31、 齒輪轉(zhuǎn)速，。其嚙合線與齒輪的基圓相切，由于齒條的基圓為無(wú)窮大，所以嚙合線與齒條基圓的切點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)處。齒輪與齒條嚙合時(shí)，不論是否標(biāo)準(zhǔn)安裝（齒輪與齒條標(biāo)準(zhǔn)安裝即為齒輪的分度圓與齒條的分度圓相切），其嚙合角恒等于齒輪分度圓壓力角，也等于齒條的齒形角；齒輪的節(jié)圓也恒與分度圓重合。只是在非標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，齒條的節(jié)線與分度線不再重合。齒輪與齒條正確嚙合條件是基圓齒距相等，齒條的基圓齒距是其兩相鄰齒廓同側(cè)直線的垂直距離，即。齒輪與齒條的實(shí)際嚙合線為，即齒條頂線及齒輪齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)及之間的長(zhǎng)度。圖3-13.1.2齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì)已經(jīng)齒條的移動(dòng)速度，試選齒輪齒數(shù)為，由公式，可得齒輪分度圓計(jì)算齒條的最小直徑取

32、傳動(dòng)比1) 試選載荷系數(shù)2) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩3) 查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7選的齒寬系數(shù)4) 查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)5) 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限6) 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) ，7) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1由公式 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值，求得，符合設(shè)計(jì)要求則設(shè)計(jì)齒條的導(dǎo)程,齒條的長(zhǎng)度齒條的結(jié)構(gòu)草圖如下圖3-23.2齒輪的設(shè)計(jì)3.2.1高速級(jí)大小齒輪的設(shè)計(jì)：高速級(jí)大小齒輪的設(shè)計(jì)：按工作壽命10年，每年300天，兩班制來(lái)設(shè)計(jì)。（1）選定齒輪材料、精度、等級(jí)及

33、齒數(shù)1) 材料：查機(jī)械設(shè)計(jì)191頁(yè)表10-1高速級(jí)小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為280HBS。高速級(jí)大齒輪選用鋼正火，齒面硬度為240HBS。2) 根據(jù)資料選定齒輪為7級(jí)精度3) 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算。即A 、確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1) 試選載荷系數(shù)2) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩3) 查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7選的齒寬系數(shù)4) 查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)5) 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限6) 由應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算可得應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7) 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19取接觸疲勞壽

34、命系數(shù) ，8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1由公式 B、計(jì)算1) 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 由于齒輪過(guò)小，考慮到加工的問(wèn)題，故取mm2) 計(jì)算圓周速度v。 3) 計(jì)算齒寬b 4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù)： 齒高： 5) 計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù)，7級(jí)精度。由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)； 直齒輪； 由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2查得使用系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)成布置時(shí)， 由， 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-13得。故載荷系數(shù) 6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式得 7) 計(jì)算模數(shù)m 由于所取值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最小值。故可取模數(shù)為

35、1（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的計(jì)算公式為A、確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1) 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；2) 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)3) ；4) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式得5) 計(jì)算載荷系數(shù)6) 查取齒形系數(shù)由表10-5查得；7) 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得；8) 計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。大齒輪的數(shù)值大。B、設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承

36、載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)0.155并適當(dāng)?shù)脑龃髮⑵鋱A整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑算出小齒輪齒數(shù)這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 ，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。（4）幾何尺寸計(jì)算列表如下名稱計(jì)算公式結(jié)果/mm法面模數(shù)M1法面壓力角20螺旋角19.320分度圓直徑1056齒頂圓直徑1258齒根面直徑7.553.5中心距33齒寬55（5）齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪由于直徑很小，可采用銷跟軸定位。大齒輪4的結(jié)構(gòu)尺寸按表和后續(xù)設(shè)計(jì)出的軸孔直徑計(jì)算如下：代號(hào)結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算公式結(jié)果/mm輪轂處直徑5.6輪轂軸向長(zhǎng)

37、L5倒角尺寸n尺寸較小故取0.2齒根圓處厚度2.5腹板最大直徑48.5板孔分度圓直徑13.5板孔直徑4.3腹板厚C1.5圖3-33.2.2低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)低速級(jí)大小齒輪的設(shè)計(jì)：按工作壽命10年，每年300天，兩班制來(lái)設(shè)計(jì)。（1）選定齒輪材料、精度、等級(jí)及齒數(shù)1) 材料：查機(jī)械設(shè)計(jì)191頁(yè)表10-1低速級(jí)小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為250HBS。低速級(jí)大齒輪選用鋼正火，齒面硬度為220HBS。2) 根據(jù)資料選定齒輪為7級(jí)精度3) 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算。即A 、確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1) 試選載荷系數(shù)2) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩3)

38、查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7選的齒寬系數(shù)4) 查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)5) 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限6) 由應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算可得應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7) 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) ，8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1由公式 B、計(jì)算1) 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 由于齒輪過(guò)小，考慮到加工的問(wèn)題，故取mm2) 計(jì)算圓周速度v。 3) 計(jì)算齒寬b 4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù)： 齒高： 5) 計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù)，7級(jí)精度。由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)； 直齒輪； 由機(jī)械設(shè)

39、計(jì)表10-2查得使用系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)成布置時(shí)， 由， 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-13得。故載荷系數(shù) 6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式得 7) 計(jì)算模數(shù)m ,故可取模數(shù)為1（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的計(jì)算公式為A、確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1) 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；2) 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)；3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式得4) 計(jì)算載荷系數(shù)5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得；6) 由表10-5查得；7) 計(jì)

40、算大、小齒輪的并加以比較。小齒輪的數(shù)值大。B、設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)0.288mm并適當(dāng)?shù)脑龃髮⑵鋱A整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑算出小齒輪齒數(shù)這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 ，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。（4）幾何尺寸計(jì)算列表如下名稱計(jì)算公式結(jié)果/mm法面模數(shù)M1法面壓力角20螺旋角15.142.分度圓直徑1040齒頂圓直

41、徑1242齒根面直徑7.537.5中心距25齒寬55（5）齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大齒輪2的結(jié)構(gòu)尺寸按表和后續(xù)設(shè)計(jì)出的軸孔直徑計(jì)算如下：代號(hào)結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算公式結(jié)果/mm輪轂處直徑5.6輪轂軸向長(zhǎng)L5倒角尺寸n較小取0.2齒根圓處厚度2.5腹板最大直徑32.5板孔分度圓直徑19板孔直徑5.4腹板厚C1.5 圖3-43.2.3飛輪的設(shè)計(jì)由計(jì)算公式，取飛輪的密度為，材料為不銹鋼3Cr13Ni7Si2，設(shè)計(jì)中取，則可初步設(shè)計(jì)、。代入驗(yàn)算可得則設(shè)計(jì)飛輪結(jié)構(gòu)如下： 圖3-53.3軸的設(shè)計(jì)在兩級(jí)齒輪傳動(dòng)中，三根軸跨距相差不易過(guò)大，故一般先進(jìn)行中間軸的設(shè)計(jì)，以確定跨距。3.3.1中間軸設(shè)計(jì)（1）選擇軸的材料中間軸選擇材料

42、為45鋼，由資料機(jī)械設(shè)計(jì)查得 ，（2）軸的初步估算由機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取,因此考慮到加工的問(wèn)題以及與軸承齒輪的配合問(wèn)題，取mm（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸上零件的定位、裝配及軸的 工藝性要求。參考設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表8-3、圖8-4，初步確定出中間軸的結(jié)構(gòu)如下 附圖 3-6 中間軸的結(jié)構(gòu)草圖1) 各軸段直徑的確定初選滾動(dòng)軸承下代號(hào)1000094 齒輪3和齒輪4直徑mm由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得軸承的安裝尺寸齒輪3齒輪4軸肩高度參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)該處直徑，則可設(shè)計(jì)軸承與軸肩則，取。2) 各軸長(zhǎng)度的確定按軸上零件的軸向尺寸及零件間相對(duì)位置，參考表8-3、圖8-4，確定處軸向長(zhǎng)度，如圖所示。（4）按許用彎曲應(yīng)力校

43、核軸1) 軸上力的作用點(diǎn)及支點(diǎn)跨距的確定齒輪對(duì)軸的力作用點(diǎn)按簡(jiǎn)化原則應(yīng)在齒輪寬的中點(diǎn)。因此可決定中間軸上兩齒輪力的作用點(diǎn)位置，軸上安裝的軸承它的負(fù)荷作用中心距離軸承外端面尺寸，則可計(jì)算處支點(diǎn)跨距和軸上各力作用點(diǎn)相互位置尺寸，見(jiàn)附圖2) 繪軸的受力圖，見(jiàn)附圖3-7(a)3) 計(jì)算軸上的作用力：齒輪3： 齒輪4： 4) 計(jì)算支反力垂直面支反力（XZ平面），參考圖3-6，3-7，繞支點(diǎn)D的力矩和，得繞支點(diǎn)C的力矩和，得校核：計(jì)算無(wú)誤。水平平面（XY平面），參考圖附圖3-7(c)，同樣，由繞D點(diǎn)力矩和，得同理，由繞C點(diǎn)力矩和校核：計(jì)算無(wú)誤。5) 轉(zhuǎn)矩，繪彎矩圖垂直平面內(nèi)的彎矩圖：附圖3-7(b)A處彎

44、矩：，B處彎矩：，C處彎矩：D處彎矩：水平面彎矩圖：附圖3-7(c)A、 B處彎矩：C處彎矩：D處彎矩：6) 合成彎矩：附圖3-7(d)A處彎矩：，B處彎矩：，C處彎矩：D處彎矩：7) 轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩圖:附圖3-7(e)8) 計(jì)算當(dāng)量彎矩、繪彎矩圖:附圖3-7(f)應(yīng)力校正系數(shù)：C處：D處： 圖3-79) 校核軸徑C剖面：D剖面：因?yàn)椋暂S是安全的5、軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪與軸用圓錐銷連結(jié)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表4-86，選用GB117-86圓錐銷，錐度為1：50 取,。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)參考表軸自由表面過(guò)度圓角和過(guò)盈配合聯(lián)接倒角得出各過(guò)渡圓角尺寸如附圖所示。參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)9-2得出各表面粗糙度值。6

45、、滾動(dòng)軸承的校核中間軸滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算，選用型號(hào)為1000094，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4-230查出，。作用在軸承上的負(fù)荷徑向載荷：C處軸承：D處軸承：對(duì)軸承壽命進(jìn)行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以，查機(jī)械設(shè)計(jì)表13-6取，由于為球軸承取，驗(yàn)算 軸承符合要求。3.3.2高速軸設(shè)計(jì)（1）選擇軸的材料選擇軸的材料為45鋼，由資料機(jī)械設(shè)計(jì)查得 ，（2）軸的初步估算由機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取,因此考慮到加工的問(wèn)題以及與軸承齒輪的配合問(wèn)題，取mm（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸上零件的定位、裝配及軸的 工藝性要求。參考設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表8-3、圖8-4，初步確定出高速軸的結(jié)構(gòu)草圖如下：圖3-81) 各軸段直徑的

46、確定初選滾動(dòng)軸承下 代號(hào)100094，齒輪5和飛輪直徑，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得軸承的安裝尺寸。齒輪5軸肩高度參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì),該處直徑，則可設(shè)計(jì)軸，取2) 各軸長(zhǎng)度的確定按軸上零件的軸向尺寸及零件間相對(duì)位置，參考表8-3、圖8-4，確定處軸向長(zhǎng)度，如圖所示。（4）按許用彎曲應(yīng)力校核軸1) 軸上力的作用點(diǎn)及支點(diǎn)跨距的確定齒輪對(duì)軸的力作用點(diǎn)按簡(jiǎn)化原則應(yīng)在齒輪寬的中點(diǎn)。因此可決定中間軸上兩齒輪力的作用點(diǎn)位置。軸上安裝的軸承它的負(fù)荷作用中心距離軸承外端面尺寸，則可計(jì)算處支點(diǎn)跨距和軸上各力作用點(diǎn)相互位置尺寸，見(jiàn)附圖3-8。2) 繪軸的受力圖，見(jiàn)附圖3-9(a)3) 計(jì)算軸上的作用力：齒輪5： 飛輪： 4

47、) 計(jì)算支反力垂直面支反力（XZ平面），參考圖3-8,3-9，繞支點(diǎn)B的力矩和，得繞支點(diǎn)A的力矩和，得校核：計(jì)算無(wú)誤。水平平面（XY平面），參考圖3-9(c)，同樣，由繞B點(diǎn)力矩和，得同理，由繞A點(diǎn)力矩和校核：計(jì)算無(wú)誤。5) 轉(zhuǎn)矩，繪彎矩圖垂直平面內(nèi)的彎矩圖：圖3-9(b) C處彎距：D處彎距：水平面彎矩圖：圖3-9(c)C處彎距：D處彎距：6) 合成彎矩： 3-9(d)C處彎距：D處彎距：7) 轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩圖: 圖3-9(e)8) 計(jì)算當(dāng)量彎矩、繪彎矩圖：圖3-9(f)應(yīng)力校正系數(shù)：C處：D處：圖3-99) 校核軸徑C剖面：D剖面：因?yàn)椋暂S是安全的5、軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪與軸用圓錐銷連結(jié)，

48、查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表4-86，選用GB117-86圓錐銷，錐度為1：50 取,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)參考表軸自由表面過(guò)度圓角和過(guò)盈配合聯(lián)接倒角得出各過(guò)渡圓角尺寸如附圖所示參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)9-2得出各表面粗糙6、滾動(dòng)軸承的校核高速軸滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算，選用型號(hào)為1000094，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4-230查出，作用在軸承上的負(fù)荷。徑向載荷：C處軸承：D處軸承：對(duì)承壽命進(jìn)行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以，查機(jī)械設(shè)計(jì)表13-6取，由于為球軸承取，驗(yàn)算軸承符合要求。3.3.3低速軸設(shè)計(jì)（1）選擇軸的材料因?yàn)橹虚g軸時(shí)齒輪軸應(yīng)于齒輪3的材料一致，故材料為45鋼，由資料機(jī)械設(shè)計(jì)查得 ，（2）軸的初步估算由機(jī)

49、械設(shè)計(jì)表15-3，取,因此考慮到加工的問(wèn)題以及與軸承齒輪的配合問(wèn)題，取mm（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸上零件的定位、裝配及軸的 工藝性要求。參考設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表8-3、圖8-4，初步確定出低速軸的結(jié)構(gòu)如下圖3-101) 各軸段直徑的確定初選滾動(dòng)軸承下代號(hào)60024，齒輪2直徑由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得軸承的安裝尺寸齒輪1所在軸段的直徑2) 各軸長(zhǎng)度的確定按軸上零件的軸向尺寸及零件間相對(duì)位置，參考表8-3、圖8-4，確定處軸向長(zhǎng)度，如圖所示4、按許用彎曲應(yīng)力校核軸1) 軸上力的作用點(diǎn)及支點(diǎn)跨距的確定齒輪對(duì)軸的力作用點(diǎn)按簡(jiǎn)化原則應(yīng)在齒輪寬的中點(diǎn)。因此可決定中間軸上兩齒輪力的作用點(diǎn)位置軸上安裝的軸承它的負(fù)荷作用

50、中心距離軸承外端面尺寸，則可計(jì)算處支點(diǎn)跨距和軸上各力作用點(diǎn)相互位置尺寸，見(jiàn)附圖3-102) 繪軸的受力圖，見(jiàn)附圖3-11(a)3) 計(jì)算軸上的作用力：齒輪1： 齒輪2： 4) 計(jì)算支反力垂直面支反力（XZ平面），參考圖3-10,3-11繞支點(diǎn)B的力矩和，得繞支點(diǎn)A的力矩和，得校核：計(jì)算無(wú)誤水平平面（XY平面），參考圖3-11(c)同樣，由繞B點(diǎn)力矩和，得同理，由繞A點(diǎn)力矩和校核計(jì)算無(wú)誤5) 轉(zhuǎn)矩，繪彎矩圖垂直平面內(nèi)的彎矩圖：圖3-11(b) C處彎距：D處彎距：水平面彎矩圖：圖3-11(c)A處彎距：B處彎距：C處彎距：D處彎距：6) 合成彎矩：圖3-11(d)A處彎距： B處彎距： C處彎距

51、：D處彎距：7) 轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩圖：圖3-11(e)8) 計(jì)算當(dāng)量彎矩、繪彎矩圖: 圖3-11(f)應(yīng)力校正系數(shù)A處：C處：D處：圖3-119) 校核軸徑A剖面：C剖面：D剖面：因?yàn)?，所以軸是安全的5、軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪與軸用圓錐銷連結(jié)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表4-86，選用GB117-86圓錐銷，錐度為1：50 取,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)參考表軸自由表面過(guò)度圓角和過(guò)盈配合聯(lián)接倒角得出各過(guò)渡圓角尺寸如附圖所示參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)9-2得出各表面粗糙6、滾動(dòng)軸承的校核低速軸滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算選用型號(hào)為1000094，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4-230查出，作用在軸承上的負(fù)荷徑向載荷：C處軸承：D處軸承：對(duì)承壽命進(jìn)行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以，查機(jī)械設(shè)計(jì)表13-6取，由于為球軸承取，驗(yàn)算軸承符合要求。3.4箱體的設(shè)計(jì)根據(jù)軸和各零件的尺寸大小設(shè)計(jì)箱體的尺寸如下：名稱計(jì)算結(jié)果箱蓋箱坐邊緣厚度箱體內(nèi)槽壁的厚度槽寬箱體長(zhǎng)度箱體寬度箱體高度軸徑孔前后孔直徑前后孔到箱座下表面的距離前后孔到箱座左表面的距離沉頭孔直徑高速軸軸孔到箱體后表面的垂直距離低速軸軸孔到