氣動扳手設計【含6張CAD圖紙】

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目 錄 氣動扳手概述 1 1 總體方案設計 2 1.1 參數要求 2 1.2 整體結構概述 2 1.3氣壓傳動的工作原理 2 1.4氣壓傳動的組成 3 1.5 整體方案 3 1.6方案選擇 4 1.7氣動機械的優(yōu)勢特點 6 2 氣壓系統(tǒng)設計 6 2.1 擬訂氣壓系統(tǒng)原理圖 6 2.1.1確定氣壓馬達 6 2.1.2葉片式氣動馬達的性能 7 2.1.3夾緊或松開扳手時氣動馬達的轉換 7 2.1.4氣壓馬達選用材料 8 2.2其他輔助元件設計 9 2.2.1 氣壓管道 9 2.2.2管接頭 11 2.2.3密封件 13 3 傳動系統(tǒng)的設計與計算 14 3.1一般傳動系統(tǒng)設計的基本要求 14 3.2齒輪機構傳動系統(tǒng)設計 15 3.2.1 選定齒輪的類型、精度、材料、齒數 15 3.2.2按齒面接觸疲勞強度設計計算 15 3.2.3 按齒根彎曲強度計算 17 3.2.4 幾何尺寸計算 18 4 鍵聯接選擇和校核 19 4.1平鍵連接 19 4.2 聯接的強度校核 20 4.3矩形花鍵 21 5軸的設計與校核 23 5.1軸的設計 23 5.2軸的材料 24 5.3計算軸上轉矩和初步確定最小直徑 25 5.3.1 軸的選擇和熱處理方式 25 5.3.2計算軸上轉矩和初步確定最小直徑 25 5.3.3軸的結構設計 25 總結 27 致謝 28 參考文獻 29 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長 春 大 學 畢業(yè)設計（論文）紙 氣動扳手概述 首先說起氣動扳手不得不說起氣壓傳動。 氣壓傳動是風動技術與液壓技術演變、發(fā)展而來。氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質傳遞運動和動力。由于氣壓傳動的動力傳遞介質是取之不盡的空氣，所以污染小，因此在自動化領域中具有廣闊的發(fā)展前景。氣壓傳動廣泛應用于紡織、機械、汽車、電子、軍事、鋼鐵、化工、食品、包裝等行業(yè)中。隨著原子能、空間技術、計算機技術等的發(fā)展，氣壓傳動技術必將更加廣泛地應用于各個工業(yè)領域。 氣動板手（Impact wrench），也稱為是棘輪板手及電動工具總合體，主要提供高扭矩輸出最小的消耗的工具。 　　壓縮空氣是最常見的動力源，盡管電動或液壓動力也使用。氣動板手被廣泛應用在許多行業(yè)，如汽車修理，重型設備維修，產品裝配（通常稱為“脈沖工具”和專為精確的扭矩輸出），重大建設項目，以及其他任何一個地方的高扭矩輸出需要。 氣動板手可在每一個標準的棘輪插座驅動器大小，從小型的1 / 4“驅動器的工具小組裝和拆卸，到3.5 ”都有。 氣動扳手是用氣壓推動葉片，壓力能轉化為扳手內軸的機械能。緊固強度通過設置氣壓的大小來設置。比較形象的比喻就是把電風扇反過來使用就是氣動扳手。 氣動扳手的扭矩值是以改變氣壓的大小來控制的，且沒有精度，而是以重復度表示。但若在氣動扳手上加裝氣動扳手專用的傳感器，則可用精度表示。 現今主要流行的氣動扳手有雙轉速型式等其主要特點是： · 基于傳統(tǒng)的氣動扭力扳手,標準系列的氣動扳手是經過40年的經驗累積下來的成果,也達成到今日工業(yè)的要求. · 應用于全世界上千種場合,氣動扭力扳手持續(xù)展現著NORBAR大扭力工個范圍的根基. · 此型式適合于各種有螺絲的應用. · 正反轉操作. · 靜音、非沖擊式可降低操作者的疲勞. · 扭力重復度+/-5%. · 各式各樣的反作用力臂型式可供各種工作場合搭配使用. 1 總體方案設計 1.1 參數要求 （1）最大扭矩： 6公斤.米 （2）無負荷轉速： 4000轉/分 （3）工作氣壓： 4~6公斤/厘米 1.2 整體結構概述 機電一體化機械系統(tǒng)是由計算機信息網絡協(xié)調與控制，用于完成包括機械力，運動和能量流等動力學任務的機械和機電部件相互聯系的系統(tǒng)。其核心是由計算機控制的，包括機械，電力，電子，氣壓，光學等技術的伺服系統(tǒng)。他的主要功能是完成一系列機械運動。每一個機械運動可單獨由控制電動機，傳動機構和執(zhí)行機構組成的子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計算機協(xié)調控制，以完成其功能要求。因此機電一體化機械系統(tǒng)的設計要求考慮產品的總體布局，機構選型，結構造型的合理化和最優(yōu)化。 1.3氣壓傳動的工作原理 氣壓傳動工作原理是利用空氣壓縮機把電動機或其他原動機輸出的機械能轉換為空氣的壓力能，然后在控制元件的控制下，通過執(zhí)行元件把壓力能轉換為直線運動或回轉運動形式的機械能，從而完成各種動作并對外做功。具體例子：圖11.1為氣動剪切機的氣動系統(tǒng)工作原理圖。圖示位置為工料被剪前，即非工作位置。當工料5由上料裝置送入剪切機并到達規(guī)定位置時，行程閥8的頂桿受壓使閥內通路打開，氣控換向閥7的控制腔便與大氣相通，閥芯受彈簧力作用而下移，由空氣壓縮機4產生并經過初次凈化處理后儲藏在儲氣罐1中的壓縮空氣，經分水濾氣器11、減壓閥10和油霧氣9及氣控換向閥7，進入氣缸6的下腔；汽缸上腔的壓縮空氣通過氣控換向閥7排入大氣。此時，氣缸6活塞向上運動，帶動剪刀將工料5切斷。當工料剪下后，隨之與行程閥8脫開，行程閥在彈簧作用下復位，閥芯封住排氣通道，氣控換向閥7的控制腔C中的氣壓升高，使閥芯上移，B口與P口相通，A口與O相通，氣路變換。此時壓縮空氣便進入氣缸6的上腔，而下腔空氣則通過氣控控制閥7上的A從O口排氣，活塞下移，帶動剪刀復位準備第二次剪切工料。 圖1.3.1 1.4氣壓傳動的組成 圖11.1為典型氣壓傳動系統(tǒng)圖。與液壓傳動系統(tǒng)相似，也是由四部分組成。 (1)氣源裝置：是將原動機的機械能轉變?yōu)闅怏w的壓力能。包括空氣壓縮機。 (2)執(zhí)行元件：是將氣體的壓力能轉變?yōu)闄C械能。包括各種氣缸和氣馬達等。 (3)控制元件：用以控制系統(tǒng)中空氣的壓力、流量和流動方向以及執(zhí)行元件的工作程序，以便使執(zhí)行機構完成預定的動作。包括各種壓力、流量、方向控制閥等。 (4)輔助元件：保證氣壓系統(tǒng)正常工作所必需的部分。包括油水分離器、干燥器、過濾器等氣源凈化裝置以及貯氣罐、消聲器、油霧器、管網、壓力表及管件等。 1.5 整體方案 圖1-1 整體外觀圖 1-馬達軸；2-轉子；3-定子；4-內齒輪；5-行星架；6，7-牙嵌離合器【等邊梯形齒】； 8-牙嵌離合器【鋸齒型齒】；9-扳手軸。 本氣動扳手可裝成夾緊扳手或者松開扳手，兩者的主要區(qū)別為：氣動馬達得轉子和定子得安裝方向相反。 本扳手采用兩套牙嵌離合器，在空載時和加載后可分別使扳手軸自動獲得高，低兩種轉速 。 空載時，馬達軸1的旋轉運動經過一級行星齒輪減速器后傳至行星架5，然后接住等邊梯形牙嵌離合器 6和7傳至扳手軸9使其高速回轉。此時由于牙嵌離合器8【與軸9花鍵連接】得轉速大于內齒輪4得轉速 ，因此牙嵌離合器8便沿鋸齒形牙的斜面打滑。 加載后，牙嵌離合器6和7過載打滑，馬達軸1得運動便經由二級行星齒輪減速傳至內齒輪4，并 通過牙嵌離合器8將運動傳至扳手軸9，使其低速回轉。此時由于內齒輪4是主動件，牙嵌離合器8是從 動件【與告訴回轉時正好相反】因此由鋸齒形牙的垂直 面?zhèn)鬟f扭矩，并繼續(xù)迫使牙嵌離合器6和7過載 打滑。 對于夾緊扳手，牙嵌離合器8只能傳遞右旋扭矩；對于松開扳手，只能傳遞左旋扭矩。 1.6方案選擇 本設計提供兩套方案： 第一套方案：采用液壓傳動方式 第二套方案：采用氣壓傳動方式 兩種方案的優(yōu)缺點如下： 第一套方案; 1）液壓元件制造精度要求高? 由于元件的技術要求高和裝配比較困難，使用維護比較嚴格。 ? ??? 2）實現定比傳動困難? 液壓傳動是以液壓油為工作介質，在相對運動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應用在在傳動比要求嚴格的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統(tǒng)。 ? ??? 3）油液受溫度的影響? 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。 ??? 4)不適宜遠距離輸送動力? 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。 ??? 5）油液中混入空氣易影響工作性能? 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。 ??? 6）油液容易污染? 油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。 ? ??? 7）發(fā)生故障不易檢查和排除。 第二套方案： ?? 1、空氣容易獲取、且工作壓力低，用過的空氣可就地排放，無需回收管道。 ? ??? 2、氣的粘性小、流動阻力損失小，便于集中供氣和遠距離輸送。 ? ??? 3、氣動執(zhí)行元件運動速度高。? ??? 4、氣動系統(tǒng)對環(huán)境的適應能力強，能在溫度范圍很寬，潮濕和有灰塵的環(huán)境下可靠工作，稍有漏泄不會污染環(huán)境，無火災爆炸危險，使用安全。 ??? 5、結構簡單、維護方便、成本低廉。? ??? 6、氣動元件壽命長。? 7、氣動元件的執(zhí)行輸出比液壓小、運動較快、適應性強、可在易然、易爆、多沉、潮濕、沖擊的惡劣環(huán)境中工作，不污染環(huán)境，工作壽命長，構造簡單，便于維護，價格低廉。 所以本次設計采用氣動方式。 1.7氣動機械的優(yōu)勢特點 氣動機械排放的是空氣及微量冷凝水，在躁音得以控制的情況下，氣動機械如下特點電動機械無法比擬。 1.三防：即防潮、防爆、防塵，適應惡劣的工作環(huán)境。 2.在相同轉速及負載條件下, 氣動機械比電動機械占用空間小得多。 3.可無級調速。根據需要，通過調節(jié)供氣流量、壓力，實現無級調速。 4.可實現遠控、自控。 5.過載自動保護。在一定范圍內，超載自動停車，降載自動啟動。從而自動保護。對極限扭矩有衡定要求的場合特別適宜。 綜上所述，氣動機械在當今世界，特別是我國國內，有待開拓的空間巨大。 2 氣壓系統(tǒng)設計 2.1 擬訂氣壓系統(tǒng)原理圖 2.1.1確定氣壓馬達 · 本次設計氣動馬達采取葉片式氣動馬達因為其特點1.可以無級調速。只要控制進氣閥或排氣閥的流量，就能調節(jié)氣動馬速的功率和轉速.2.能夠在瞬時間改變轉向、并可在一轉至兩轉內升至全速運行。3.工作安全，適用于惡劣的環(huán)境，在易燃易爆、高溫、潮濕等不利條件下均能正常工作。4.有過載保護作用，不會因過載而發(fā)生故障。過載時，馬達只是轉速降低或停轉，并不產生機件損壞等故障.5.操縱方便，維修容易. 。 2.1.2葉片式氣動馬達的性能 上圖是在一定工作壓力下作出的葉片式氣馬達的特性曲線。由圖可知，氣動馬達具有軟特性的特點。當外加轉矩丁等于零時，即為空轉，此時速度達到最大值nmax氣動馬達輸出的功率等于零；當外加轉矩等于氣動馬達的最大轉矩Tmax時，馬達停止轉動，此時功率也等于零；當外加轉矩等于最大轉矩的一半時，馬達的轉速也為最大轉速的1/2，此時馬達的輸出功率P最大。 所以將下面所列數據帶入上圖所示曲線可以得出： （1）最大扭矩： 12kgm;18nm （2）無負荷轉速： 4000轉/分 （3）工作氣壓： 0.63MPa 結果：馬達輸出功率最大時轉速2000轉/分 當馬達轉速小于2000轉/分時其工作效率降低較慢實際使用時可以時候但不能大于最大扭矩18nm. 當馬達轉速大于2000轉/分時候其工作效率降低較快實際使用時將造成不必要的浪費。 2.1.3夾緊或松開扳手時氣動馬達的轉換 本氣動扳手可裝成夾緊扳手或者松開扳手，兩者的主要區(qū)別為：氣動馬達得轉子和定子得安裝方向相反。 圖2.1.3 圖示：兩種情況下氣動馬達的變化 2.1.4氣壓馬達選用材料 1.輸出軸(轉子)：40鉻 40cr鋼材化學成分和力學性能 成分：碳0.37～0.45％，硅0.17～0.37％，錳0.5～0.8，鉻0.8～1.1％ 退火硬度：小于207HBS 正火硬度：小于250HBS 調質處理：試樣直徑：25mm，850度淬火加熱油淬，520度回火后：抗拉1000兆帕，屈服800兆帕，延伸9％，斷面收縮45％，沖擊韌性588.3千焦/平方米 2.定子：球墨鑄鐵 從材料性能以及性價比分析可得定子采用球墨鑄鐵。 其機械性能良好。 機械性能的好是因為球鐵是石墨以球狀存在在基體上,石墨的強度可以認為為零,從機械性能的角度上看鑄鐵就是鋼材的基體上有許多的孔洞,孔洞就是石墨的位置,這些孔洞會對基體有割裂作用,而石墨的形狀就決定了其的割裂作用的程度,球狀的割裂作用最小,所以其的機械性能在鑄鐵中最好. 而鑄造性能差就因為流動性差. 2.2其他輔助元件設計 2.2.1 氣壓管道 在氣壓傳動裝置中，常用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。 鋼管能承受較高的壓力，價廉；但彎制比較困難，彎曲半徑不能太小，多用在壓力較高、裝配位置比較方便的地方。一般采用無縫鋼管，當工作壓力小于1.6MPa時也可用焊接鋼管。此設計采用無縫鋼管。 紫銅管能承受的壓力較低。經過加熱冷卻處理后，紫銅管軟化，裝配時可按需求進行彎曲；但價貴且抗振性能力較弱。 尼龍管用在低壓的系統(tǒng)；塑料管一般只作回油管用。 膠管用作兩個相對運動的部件之間的管道。膠管分高、低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架的膠管，可用于壓力較高的回路中。低壓膠管是麻線或棉線編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的回路中。由于膠管制造比較困難，成本高，因此非必要時盡量不用。 油管內徑尺寸一般可按照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進行計算。 可選鋼管的公稱直徑為12mm 外徑為18mm 管接頭螺紋M18×1.5 公稱壓力1.6MPa 管路通過流量40l7Min 紫銅管的外徑為18mm壁厚為1.5mm 氣管系統(tǒng)中使用的氣管種類很多，有鋼管、銅管、尼龍管、塑料管、橡膠管等，必須按照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來正確選用。本設計中油管采用鋼管，因為本設計中所須的壓力是高壓，P=31.25MPa ， 鋼管能承受高壓，價格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，但裝配是不能任意彎曲，常在裝拆方便處用作壓力管道一中、高壓用無縫管，低壓用焊接管。本設計在彎曲的地方可以用管接頭來實現彎曲。 尼龍管用在低壓系統(tǒng)；塑料管一般用在回油管用。 膠管用做聯接兩個相對運動部件之間的管道。膠管分高、低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架的膠管，可用于壓力較高的油路中。低壓膠管是麻絲或棉絲編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的油路中。由于膠管制造比較困難，成本很高，因此非必要時一般不用。 （1）管接頭的選用： 管接頭是氣管與油管、氣管與氣壓件之間的可拆式聯接件，它必須具有裝拆方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小、工藝性好等各種條件。 管接頭的種類很多，氣壓系統(tǒng)中氣體管道與管接頭的常見聯接方式有： 焊接式管接頭、卡套式管接頭、擴口式管接頭、扣壓式管接頭、固定鉸接管接頭。管路旋入端用的連接螺紋采用國際標準米制錐螺紋（ZM）和普通細牙螺紋（M）。錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和采用聚四氟乙烯等進行密封，廣泛用于中、低壓系統(tǒng)；細牙螺紋密封性好，常用于高壓系統(tǒng)，但要求采用組合墊圈或O形圈進行端面密封，有時也采用紫銅墊圈。 氣壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分都出現在它管系中的接頭上，為此對管材的選用，接頭形式的確定（包括接頭設計、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等），管系的設計（包括彎管設計、管道支承點和支承形式的選取等）以及管道的安裝（包括正確的運輸、儲存、清洗、組裝等）都要考慮清楚，以免影響整個氣壓系統(tǒng)的使用質量。 國外對管子的材質、接頭形式和連接方法上的研究工作從不間斷，最近出現一種用特殊的鎳鈦合金制造的管接頭，它能使低溫下受力后發(fā)生的變形在升溫時消除——即把管接頭放入液氮中用芯棒擴大其內徑，然后取出來迅速套裝在管端上，便可使它在常溫下得到牢固、緊密的結合。這種“熱縮”式的連接已經在航空和其它一些加工行業(yè)中得到了應用，它能保證在40~55Mpa的工作壓力下不出現泄漏。本設計根據需要，選擇卡套式管接頭。要求采用冷拔無縫鋼管。 （2）管道內徑計算： 式中 Q——通過管道內的流量 v——管內允許流速 ，見表： 允許流速推薦值 氣體流經的管道 推薦流速 m/s 氣壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高， 氣壓系統(tǒng)回油管道 1.5~2.6 1) 氣壓管道的內徑： 取v=4m/s 根據《機械設計手冊》成大先P20-641查得：取d=20mm,鋼管的外徑 D=28mm; 管接頭聯接螺紋M27×2。 2) 氣壓管道的內徑： 取v=2.4m/s 根據《機械設計手冊》成大先P20-641查得：取d=25mm,鋼管的外徑 D=34mm; 管接頭聯接螺紋M33×2。 （3）管道壁厚的計算 式中： p——管道內最高工作壓力 Pa d——管道內徑 m ——管道材料的許用應力 Pa， ——管道材料的抗拉強度 Pa n——安全系數，對鋼管來說，時，取n=8；時， 取n=6； 時，取n=4。 根據上述的參數可以得到： 我們選鋼管的材料為45#鋼，由此可得材料的抗拉強度=600MPa; 1) 氣壓管道的壁厚 2) 氣壓管道的壁厚 所以所選管道適用。 2.2.2管接頭 由表1-10可選用擴口式管接頭。 利用管子端部擴口進行進行密封，不需要其他密封件。結構簡單，適用于薄壁管件連接，工作壓力〈8MPa 擴口式管接頭適用于薄壁銅管，適用于中低壓管路系統(tǒng)。接頭體和機體的連接有兩種形式：一種采用米制錐螺紋，此時依靠錐螺紋自身的結構和塑料填料進行密封；另一種采用普通細牙螺紋，此時接頭體和機件端的連接處需加密封墊圈。擴口式管接頭有A型和B型兩種結構形式。A型有三個主要部分：具有74° 外錐面的管接頭體、起壓緊作用的螺母和帶有66°內錐孔的管套；B型有兩個主要部分具有90°外錐面的管接頭體和帶有90°內錐孔的螺母。 表2-10擴口式端直通管接頭 管子外徑DO O D L6 L10 el e S 1 S 重量/Kg（100 件） 18 15 M22 X 1.5 14 49 34.6 31.2 33 s 17.8 表2-11擴口式三通直接頭 管子外徑DO dO D I6 L14 e3 e1 S1 S3 S 18 15 M27×1.5 10 34 31.2 34.6 30 27 42 表2-12擴口式直角管接頭 管子子外徑DO dO D L9 L17 K1 j1 e4 El S1 S4 8 5 M27×l.5 43 41.5 11 10 34.6 34.6 30 30 24 2.2.3密封件 　密封件是用于油田油井，水壓設備以及其他帶壓力的設備用的一種密封工件，現在的密封件是單個，或螺旋形，它是一個整體實心形，在機械動力運動下，機械運動就會對密封件造成磨損，實心密封件磨損后難以彌補，因此造成液體與氣體漏失，造成了經濟損失和工作量增加。 O型橡膠密圈： 由耐油橡膠制成，具有結構簡單、密封性能好、摩擦力小、溝槽尺寸小且易制造等優(yōu)點，所以在選用。 　 　　本實用新型氣壓密封件具有圓形通孔，密封件壁增放有石棉繩與尼龍繩。這樣增加了密封件的磨損度，增長使用壽命，密封件內充有氣體，在機械磨損時，密封件在受壓力的情況下就會自行彌補。 　　 （1） 影響密封性能的因素 密封性能的好壞與很多因素有關，主要有 1） 密封裝置的結構與形式； 2） 密封部位的表面加工質量與密封間隙的大??； 3） 密封件與結合面的裝配質量與偏心程度 4） 工作介質的種類、特性和粘度； （2） 選用的密封件 本實用新形技術設計方案是這樣的，它是一整條長條形橡膠材料加工而成，外邊是正方形或長方形，加工時立機器中擠壓出來，再定成螺旋形，根據需要切成所需要的長度，然后把兩端孔眼密封。這樣件內就形成了氣體。在受壓力的情況下，橡膠壁就各側面膨脹變形。這樣在磨損時，以達到自行彌補。增長使用壽命，達到更加密封的效果。 3 傳動系統(tǒng)的設計與計算 3.1一般傳動系統(tǒng)設計的基本要求 (1) 在保證主軸的強度、剛度、轉速和轉向要求的前提下，力求使傳動軸和齒輪為最少； (2) 在保證有足夠強度的前提下，主軸、傳動軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類零件的品種； (3) 通常應避免通過主軸帶動主軸，否則見增加主動主軸的傳動負荷； (4) 最佳傳動比為1-1.5，但允許才有到3-3.5； (5)粗加工主軸上的齒輪，應盡可能靠近前支承，以減少主軸的扭轉變形； (6)盡可能避免升速傳動，必要的升速最好放在傳動鏈的最末一、二級，以減少功率損失。 齒輪齒數、傳動軸轉速的計算公式： ?。?Z主/Z從=n從/n主 ⅱ）Z主+Z從=2A/m ⅲ）Z主=2A/m-Z從=2A/m（1+n主/n從） ⅳ）Z從=2A/m-Z主=2A/m（1+n從/n主） 式中 Z主 ——主動輪齒數 Z從——從動輪齒數； n主——主動輪轉速（r/min）； n從——從動輪轉速（r/min）； A——中心距（mm）； m——模數（mm）。 依據以上公式對多軸箱的傳動進行計算與設計，排列齒輪時，要注意先滿足轉速最低及主軸間距最小的那組主軸的要求還要使中間軸轉速盡量高些，從而m較小，且使驅動軸和其它傳動軸連接的傳動比不至太大。 3.2齒輪機構傳動系統(tǒng)設計 圖3-2 齒輪傳動示意圖 3.2.1 選定齒輪的類型、精度、材料、齒數 因為傳動比較簡單，結構不復雜，直接采用最常用的圓柱直齒輪傳動，其安裝可靠，設計制造，維護成本低。 3.2.2按齒面接觸疲勞強度設計計算 由設計計算公式（10 – 9a）進行試算，即 (10-9a) （1）確定公式內的各計算數值 試選載荷系數為。 小齒輪傳遞的轉矩為 由表10-7選取齒寬系數。 由表10-6查得材料的彈性影響系數。 由表10-21d按齒面硬度查得兩齒輪的接觸疲勞強度極限同為。 由式10-13計算應力循環(huán)次數。 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數。 計算接觸疲勞許用應力。 取失效概率為，安全系數,由式（10-12）得 （2）計算 1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 2）計算圓周速度。 3）計算齒寬 4）計算齒寬與齒高之比。 模數 齒高 5）計算載荷系數 ，7級精度，由圖10-8查得動載荷系數； 直齒輪，； 由表10-2查得使用系數； 由表10-4用插值法查得7級精度，小齒輪懸梁布置時，。 由,查圖10-13得；故載荷系數 按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得 7）計算模數。 3.2.3 按齒根彎曲強度計算 由式（10 - 5）得彎曲強度的設計公式為 （1）確定公式內的各計算數值 1）由圖10-20c查得兩齒輪的彎曲疲勞強度極限為； 2）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數； 3) 計算彎曲疲勞許用應力。 取彎曲疲勞安全系數，由式（10-12）得 4）計算載荷系數。 查取齒形系數。 由表10-5查得 。 5）查取應力校正系數。 由《機械設計》表10-5查得 6) 計算大小齒輪的值。 （2）設計計算 對比計算結果可以看出，取標準模數序列內的m=1mm，既可以滿足齒面接觸疲勞強度，又可以滿足齒根彎曲強度設計，所以設計可取標準值m=1mm。由此可以算出齒輪的齒數為 3.2.4 幾何尺寸計算 水平傳動機械結構采用一級圓柱直齒輪傳動，傳動比定為，考慮到電機的安裝位置（大徑安裝尺寸為50）限制，空間的結構（中心轉軸）安排，給出的幾何尺寸如下： 優(yōu)先滿足傳動比，防止產生根切，則齒數（上面已給出齒數60）；中心距； 壓力角； 模數； 所以中心距為 對于主動輪： 分度圓直徑； 齒頂高； 齒根高； 齒頂圓直徑； 齒根圓直徑； 齒厚； 齒距； 對于從動輪： 分度圓直徑； 齒頂高； 齒根高； 齒頂圓直徑； 齒根圓直徑； 齒厚； 齒距； 齒寬的確定： ； 為了設計的需要取從動齒輪齒寬為； 所以取主動齒輪。 4 鍵聯接選擇和校核 4.1平鍵連接 鍵是一種標準零件，通常用來實現軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩，有的還能實現軸上零件的軸向固定或軸向移動導向。 按用途分，平鍵可分為普通平鍵、導向鍵和滑鍵三類，其中普通平鍵應用最為廣泛，用于靜聯接。導向鍵和滑鍵用于動聯接。普通平鍵——用于靜聯接—即軸與輪轂間無相對軸向移動。 鍵的兩側面為工作面，靠鍵與槽的擠壓和鍵的剪切傳遞扭矩軸上的槽用盤銑刀或指狀銑刀加工輪轂槽用拉刀或插刀加工。這種鍵定心性較好，裝拆方便。但這種鍵不能實現軸上零件的軸向固定。所設計中采用的是平鍵聯接（圖5.1）。 圖4.1平鍵聯接 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應根據鍵聯接的結構特點、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格的強度要求來選定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬b×鍵高h表示）與長度L。鍵的截面尺寸b×h按軸的直徑d由標準中選定。鍵的長度L一般可按輪轂的長度而定,即鍵長等于或略小于輪轂的長度；而導向平鍵的長度則按零件所需滑動的距離而定。重要的鍵聯接在選出鍵的類型和尺寸后，還應進行強度校核計算。普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸見下表，所選定的鍵長應符合標準規(guī)定的長度系列。 軸的直徑d 6~8 >8~10 >10~12 >12~17 >17~22 >22~30 >30~38 鍵寬b×鍵高h 2×2 3×3 4×4 5×5 6×6 8×7 10×8 軸的直徑d >44~50 >50~58 >58~65 >65~75 >75~85 >85~95 >95~100 鍵寬b×鍵高h 14×9 16×10 18×11 20×12 22×14 25×14 28×16 鍵的長度系列L 6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,45,50,56,63,70,80,90,100,110,125,140,180, 200,220,250,... 表4-1普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸 4.2 聯接的強度校核 本設計對扭矩較大的軸的校核即可 失效形式： 壓潰（鍵、軸、轂中較弱者——靜聯接） 磨損（動聯接） 鍵的剪斷（較少） 1)已知參數： 軸徑d＝35mm，齒輪輪轂寬度為22mm 扭矩T=674Nm 載荷有輕微沖擊 軸、鍵和齒輪的材料均為采用鋼 2)假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯接的強度條件為： （5.1） 導向平鍵聯接和滑鍵聯接的強度條件為： （5.2） 式中：T－傳遞的轉矩（T=F×y≈F×d/2），單位為N·m； k－鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，h為鍵的高度，單位為mm； l－鍵的工作長度，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，單圓頭平鍵l=L-b/2， L- 鍵的長度，b為鍵的寬度，單位均為mm； d－軸的直徑，單位為mm； [σp]－鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，單位為MPa； [p] －鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，單位為MPa； 表5-2鍵聯接的許用擠壓應力和許用壓強(MPa) 聯接方式 聯接中較弱 零件的材料 靜載荷 輕度沖擊 載荷 沖擊載荷 靜聯接時 許用擠壓應力[sp] 鋼 125～150 100～120 60～90 鑄鋼 70～80 50～60 30～45 動聯接時 許用壓強[p] 鋼 50 40 30 注:如與鍵有相對滑動的被聯接件表面經過淬火, 則動聯接的許用壓力[p]可提高2—3倍。 3)平鍵聯接傳遞轉矩時，聯接中各零件的受力如右圖4.3所示。對于采用常見的材料組合和按標準選取尺寸的普通平鍵聯接，其主要失效是工作面被壓潰，而一般不會出現鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算。對于導向鍵聯接和滑鍵聯接，其主要失效形式是工作面的過度磨損。因此，通常按工作面上的壓力進行條件性的強度校核計算。 圖4.2平鍵聯接受力情況 4）計算 根據直徑d＝35mm，從表1-7中查得鍵分截面尺寸為b×h＝8mm×7mm， 取鍵長L＝20mm 工作長度為l＝L－b＝12mm 工作高度k=h/2＝3.5mm 軸、鍵和齒輪的材料均為采用鋼許用擠壓應力[σ]=100-120Mpa,取其平均值[σp]＝110Mpa = （5.3） 結論：符合要求 齒輪與軸采用平鍵配合，根據軸段的直徑選取花鍵的型號。GB1096-79 平鍵820 平鍵工作時，靠其兩側面?zhèn)鬟f扭矩，鍵的上表面和輪轂槽底之間留有間隙。這種鍵定心性較好，裝拆方便。但這種鍵不能實現軸上零件的軸向固定。 4.3矩形花鍵 按齒高的不同，矩形花鍵的齒形尺寸在標準中規(guī)定兩個系列，即輕型和中型系列。輕型系列承載能力小，多用于靜連接或輕連接；中型系列用于中等載荷的連接。 矩形花鍵的定心方式為小徑定心，即外花鍵和內花鍵的小徑為配合面。其特點是定心精度高，定心的穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理引起的變形。矩形花鍵連接應用廣泛?；ㄦI軸一段采用花鍵連接，這樣既可以傳遞扭矩，又可以實現軸的平動。 圖4-3 花鍵類型 表4-3矩形花鍵的基本尺寸系列 選擇外花鍵尺寸為z d D B=6 60 70 10 花鍵的連接強度計算 式中：為載荷步均系數，與齒數多少無關，一般取=0.7~0.8，齒數多時取偏小值； z為花鍵的齒數； 為齒的工作長度，mm； h為花鍵齒側面的工作高度， C為倒角尺寸。 花鍵的平均尺寸， 花鍵連接的許用擠壓應力[σ]，許用壓強（MPa）取其平均值P＝30Mpa 結論：符合要求 5軸的設計與校核 5.1軸的設計 安裝時，由軸的小端由上至下依次穿過支架的兩個安裝孔，再穿過中間安裝架的孔（該處未作定位要求），裝好后，再從安裝架底部安裝垂直向第一級圓柱直齒從動齒輪，固定好。 軸的設計是根據給定的軸的功能要求(傳遞功率或轉矩，所支持零件的要求等)和滿足物理、幾何約束的前提下，確定軸的最佳形狀和尺寸，盡管軸設計中所受的物理約束很多，但設計時，其物理約束的選擇仍是有區(qū)別的，對一般的用途的軸，滿足強度約束條件, 具有合理的結構和良好的工藝性即可。對于靜剛度要求高的軸，如機床主軸，工作時不允許有過大的變形，則應按剛度約束條件來設計軸的尺寸。對于高速或載荷作周期變化的軸，為避免發(fā)生共振，則應需按臨界轉速約束條件進行軸的穩(wěn)定性計算。 軸的設計并無固定不變的步驟，要根據具體情況來定，一般方法是： （1）按扭轉強度約束條件或與同類機器類比，初步確定軸的最小直徑。 （2）考慮軸上零件的定位和裝配及軸的加工等幾何約束，進行軸的結構設計，確定軸的幾何尺寸。 值得指出的是：軸結構設計的結果具有多樣性。不同的工作要求、不同的軸上零件的裝配方案以及軸的不同加工工藝等，都將得出不同的軸的結構型式。因此，設計時，必須對其結果進行綜合評價，確定較優(yōu)的方案。 根據軸的結構尺寸和工作要求，選擇相應的物理約束，檢驗是否滿足相應的物理約束。若不滿足，則需對軸的結構尺寸作必要修改，實施再設計，直至滿足要求。設計軸時，要使軸的結構便于加工、測量、裝拆和維修，力求減少勞動量，提高勞動生產率。為了便于加工，減小加工工具的種類，應使一軸上的圓角半徑、鍵槽、越程槽、退刀槽的尺寸各自應相同。一根軸上的各個鍵槽應開在軸的同一母線上。當有幾個花鍵軸段時，花鍵尺寸最好也應統(tǒng)一。為了便于裝配，軸的配合直徑應圓整為標準值，軸端應加工出倒角(一般為45度)；過盈配合零件軸端應加工出導向錐面。各軸段所需的直徑與軸上載荷的大小有關。初步確定軸的直徑時，通常還不知道支反力的作用點，不能決定彎距的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應力來確定軸的直徑。但在進行軸的結構前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭矩初步估算軸所需的最小直徑d，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從d處起逐一確定各段軸的直徑。在實際設計中，軸的直徑亦可憑設計者的經驗取定，或參考同類機械用類比的方法確定。有配合要求的軸段，應盡量采用標準直徑。安裝標準件(如滾動軸承、聯軸器、密封圈等)部位的軸徑，應取為相應的標準值及所選配合的公差。 為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應采用較小的直徑。為了使與軸作過盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入端應制出錐度；或在同一軸段的兩個部位上采用不同的尺寸公差。確定各軸段長度時，應盡可能使結構緊湊，同時還要保證零件所需的裝配或調整空間。軸的各段長度主要是根據各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯軸器等零件相配合部分的軸段長度一般應比輪轂長度短2～3mm。 5.2軸的材料 軸的材料種類很多，選擇時應主要考慮如下因素： 1)軸的強度、剛度及耐磨性要求。 2)軸的熱處理方法及機加工工藝性的要求。 3)軸的材料來源和經濟性等。 軸是組成機器的重要零件之一，其主要功能是支持作回轉運動的傳動零件(如齒輪、蝸輪等)，并傳遞運動和動力。該播種機作業(yè)的時候播種輪靠和土地的壓力滾動，播種輪帶動主軸。主軸靠鏈傳動使排種器轉動，從而排種。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。碳鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，一般用途的軸，多用含碳量為0.25～0.5%的中碳鋼。尤其是45號鋼，對于不重要或受力較小的軸也可用Q235A等普通碳素鋼。 合金鋼具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能，但對應力集中比較敏感，且價格較貴，多用于對強渡和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經滲碳處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金鋼，有良好的高溫機械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。該播種機對應力集中的敏感性較低，采用碳鋼材料。 5.3計算軸上轉矩和初步確定最小直徑 5.3.1 軸的選擇和熱處理方式 選擇軸的材料為45鋼，并進行調質處理, 其機械性能查得： ＝640MPa，=355MPa，=275MPa，＝155MPa； 查表（機械設計表15-1）得，＝60MP 5.3.2計算軸上轉矩和初步確定最小直徑 公式：dA （5.1） 最大扭矩T=18nm 初步確定軸的最小直徑 軸的材料選取為45#鋼，調質處理，按照實際情況選取A＝112，于是得 d=A=112=35mm 軸的材料 Q235 1Cr18Ni9Ti 35 45 40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi [] 12～20 12～25 20～30 30～40 40～52 A 160～135 148～125 135～118 118～107 107～98 表5.3.2 幾種軸的材料的[]和A值 5.3.3軸的結構設計 軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。 軸的結構主要取決于以下因素： 1)軸在機器中的安裝位置及形式. 2)軸上安裝零件的類型、尺寸、數量以及和軸聯接的方法. 3)載荷的性質、大小、方向及分布情況. 4)軸的加工工藝等。 由于影響軸的結構的因素較多，且其結構形式又要隨著具體情況的不同而異，軸沒有標準的結構形式。設計時，必須針對不同情況進行具體的分析。軸的結構應滿足： 1)軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置； 2)軸上的零件應便于裝拆和調整； 3)軸應具有良好的制造工藝性等。 擬定軸上零件的裝配方案軸上零件的裝配按先中間后兩邊的原則 根據各種裝配零件的結構尺寸及裝配定位工藝要求最終確定各軸段直徑及長度。 總結 本次畢業(yè)設計讓我認識到了許多自己以前忽略的學習要點，它們在此次設計的過程中給了我很大的困擾但是經過此次設計讓我對以前忽略的知識進行了一次很深刻的研究。因此，它使我們從新的復習了一次大學四年的各種的知識論點。 通過本次畢業(yè)設計我們不僅僅重新復習了以前所學的理論知識，而且還學習了一些新的知識，它拓展了我們的知識范圍，還增強了我們發(fā)現問題，分析問題，解決問題的能力。為我們在以后的工作中能夠更好的勝任工作，獨立工作打下了良好的基礎。緊張的畢業(yè)設計即將結束了，作為大學學習的最后成果，我投入了很多。雖然設計還存在許多問題。但是經過自己最大的努力它已經是我可以交出的最好答卷。在此，我無怨無悔。 這次畢業(yè)設計總體來說對自己就是一次自我考察的過程，很多很多的知識告訴我：不求甚解，囫圇吞棗是自我欺騙。在這次設計中得到了指導老師和同學的辛苦幫助，才能使我順利完成。 致謝 自己的畢業(yè)設計是經過了3個月的時間完成的。結果此刻已顯的不是那么重要，但是設計的經歷讓我感受很深刻，老師一遍又一遍不厭其煩的指導而且是占用老師的業(yè)余時間對此我在此深深說的一句“張教授辛苦了，以前的自己無知讓您勞累了很多，在此說只想說一句‘對不起，老師！’” 首先，特別感謝張明教授。他一遍又一遍的指導，讓我的設計能夠順利進行。，如果沒有張教授的一遍又一遍的指導根本不可能有現在的成果。在設計過程中，張教授淵博的學識，對待知識的嚴謹，無私的付出給了我深深的觸動。 還要感謝同學對我的無私幫助它們的幫助讓我在設計的時候避免的許多彎路讓我找到了集體的魅力讓我對團結協(xié)作有了深刻的認識。 人人為我，我為人人的思想已經深深刻入我的心理再次說一句：“謝謝你們?！? 參考文獻 1：．張力平，鄧鐘明主編，《液壓氣動系統(tǒng)設計手冊》。北京：機械工業(yè)出版社， 1997 （65－78） 2：徐灝主編，《機械設計手冊》.北京：機械工業(yè)出版社，1992（326－327） 3：濮良貴，紀名剛主編《機械設計》，高等教育出版社，2007.5（4-8） 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