步進(jìn)輸送機(jī) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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1、 洛陽(yáng)理工學(xué)院機(jī)械課程設(shè)計(jì) 編號(hào) 學(xué)號(hào) Z080314—— 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ——————步進(jìn)輸送機(jī) 系 別： 機(jī)電工程系 專(zhuān) 業(yè)： 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí)： z080314 設(shè) 計(jì) 者： 萬(wàn) 新（z08031411） 輔導(dǎo)老師： 張旦聞 洛 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 2009年12月20—26日 前言 人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和社會(huì)生活中，為了節(jié)省勞動(dòng)，提高效率，不斷改進(jìn)所使用的工具從而創(chuàng)造和發(fā)明了機(jī)械和機(jī)械科學(xué)。然而在當(dāng)今社會(huì)，使用機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)的水平已成

2、為衡量一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。其中機(jī)械設(shè)計(jì)扮演著很重要的角色。 本書(shū)以市場(chǎng)為導(dǎo)向，采用詳圖詳解的方式對(duì)步進(jìn)輸送機(jī)進(jìn)行精刨，通俗易解。為業(yè)余愛(ài)好者及商家提供了解的平臺(tái)。通觀總過(guò)程，設(shè)計(jì)本著以下原則： 1、 滿足功能性要求：機(jī)械設(shè)計(jì)的目的就是要實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，本設(shè)計(jì)也步例外，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)位著名教授所編書(shū)籍的精讀，確定最終方案。 2、 滿足可靠性要求：為不使機(jī)械在于預(yù)期時(shí)間內(nèi)發(fā)生破壞、零件過(guò)度磨損、變形而導(dǎo)致失效，強(qiáng)烈的震動(dòng)和沖擊而損壞機(jī)器的工作性能，為保證人身和財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)機(jī)械的整體設(shè)計(jì)及零部件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)都做了嚴(yán)格的要求。 3、 滿足經(jīng)濟(jì)要求：機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、

3、制造、銷(xiāo)售和使用的全過(guò)程，產(chǎn)品的成本很大程度上取決于設(shè)計(jì)階段。本設(shè)計(jì)在保證機(jī)器質(zhì)量的前提下，降低了原材料的消耗；在滿足要求的前提下，采用了價(jià)格低廉的原材料；采用標(biāo)準(zhǔn)零部件，并充分考慮其工藝性以減少加工成本。 編者 2009-12-25 目 錄 一、 步進(jìn)輸料機(jī)的主要設(shè)計(jì)過(guò)程································4 二、 步進(jìn)輸料機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖··········································4 三、 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述 ·········

4、················································4 3.1 工作原理 ·····················································4 3.2 傳動(dòng)方案 ·····················································5 3.3 設(shè)計(jì)要求 ····················································6 四、 部分結(jié)構(gòu)解析 ·············································

5、····6 4.1 直齒齒輪分析················································6 4.1.1 精度分析········································7 4.1.2齒輪副的側(cè)隙分析·····························9 4.1.3 受力分析········································9 4.1.4 載荷分析·······································11 4.1.5 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算············

6、········12 4.1.6 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算····················13 4.2 V帶傳動(dòng)分析···············································15 4.2.1 帶傳動(dòng)受力分析·····························15 4.2.2 帶出動(dòng)的傳動(dòng)比·····························17 4.3 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)·······································19 4.3.1 強(qiáng)等加速減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律·········

7、··········19 4.3.2 用解析法設(shè)計(jì)盤(pán)型凸輪輪廓·············21 4.3.3 滾子直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)················22 4.4 軸的分析及其設(shè)計(jì)······································24 4.4.1 軸的概述······································24 4.4.2 提高軸剛度和強(qiáng)度的措施················25 五、 自我評(píng)價(jià)························································28

8、 六、 參考書(shū)籍························································29 七、 附圖······························································29 一、步進(jìn)輸料機(jī)的主要設(shè)計(jì)過(guò)程 二、 步進(jìn)輸料機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （見(jiàn)書(shū)后附圖） 三、 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述 §3.1工作原理 當(dāng)電源接通后，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，帶輪2通過(guò)V型帶與帶輪3相連，（其中帶輪3與齒輪4、凸輪5通過(guò)軸連接，）帶輪3內(nèi)部的星心輪把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速ω降到一定的轉(zhuǎn)速ω

9、1,則此時(shí)齒輪與凸輪的轉(zhuǎn)速相同，既是ω1。之后，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)控制桿機(jī)構(gòu)6，使A桿的收縮和伸長(zhǎng)控制工件是否落下（具體情況我們后面會(huì)提到桿機(jī)構(gòu)6時(shí)的介紹和計(jì)算，其中A桿是在伸縮彈簧作用下進(jìn)行工作的），落下一個(gè)工件后桿A伸長(zhǎng)阻止下一個(gè)工件的落下，同時(shí)配合齒輪帶動(dòng)齒形皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)把工件送到加工處5加工。齒輪的間歇配合使工件間歇運(yùn)動(dòng)。每前進(jìn)一次后，齒輪4的空隙時(shí)間用于工件的加工，達(dá)到步進(jìn)的目的。 §3.2傳動(dòng)方案 此機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案大體上沒(méi)什么不同，在桿結(jié)構(gòu)6 的問(wèn)題上有所不同的意見(jiàn)，我們組進(jìn)行了緊張的討論：一種觀點(diǎn)是采用從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)（圖3-1），

10、圖（3-1） 第二種方案是采用齒輪與齒條的配合（圖3-2）。 （圖3-2） 而另一種觀點(diǎn)是采用從動(dòng)件盤(pán)形凸輪與搖桿機(jī)構(gòu)的組合圖（3-3）。 圖（3-3） 這三種方案的目的都是為了間隔性的阻止工件落在傳送帶上。考慮到設(shè)計(jì)時(shí)尺寸等作用，另外也借助杠桿的放大作用，我們最終選擇了方案三。 §3.3設(shè)計(jì)要求 通過(guò)對(duì)《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》（主編 張永安 編著 張永安 徐錦康 王超英）一書(shū)中46頁(yè)的題目八——步進(jìn)送料機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析的學(xué)習(xí)，并在伙伴們的幫助下認(rèn)真分析總結(jié)，設(shè)計(jì)了此機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)要求送料機(jī)自動(dòng)送料，每分鐘送料30

11、個(gè)，且每次送料的距離相同，經(jīng)加工后方可繼續(xù)進(jìn)料，準(zhǔn)確無(wú)誤的完成快速加工。 四、 部分結(jié)構(gòu)解析 §4.1 直齒齒輪分析 我們都知道齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用極為廣泛的傳動(dòng)形式之一。其主要特點(diǎn)時(shí)：能夠傳遞任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，傳動(dòng)平穩(wěn)、可靠，效率高，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)速度和功率范圍廣。但是，齒輪需要專(zhuān)門(mén)設(shè)備制造，加工精度和安裝精度較高，且不適宜遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)中的變速箱中配有大量的齒輪（行星輪）如下圖（4-1）： 圖（4-1） 在此，我們進(jìn)行有關(guān)變速箱3中齒輪的各項(xiàng)分析。包括精度、受力、載荷、齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度等。 §4.1.1 精

12、度分析 我們都知道齒輪傳動(dòng)的工作性能、承載能力及使用壽命都與齒輪的制作精度有關(guān)，精度過(guò)低將影響齒輪傳動(dòng)的質(zhì)量和壽命，而且精度過(guò)高又會(huì)增加制造成本。因此在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作情況合理選擇齒輪的精度。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《漸開(kāi)線圓柱齒輪精度》和《錐齒輪精度》中規(guī)定，將影響齒輪傳動(dòng)的各項(xiàng)精度指標(biāo)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)公差組。各公差組對(duì)傳動(dòng)性能的影響如下。 （1）第Ⅰ公差組精度等級(jí) 用于限制齒輪在一轉(zhuǎn)內(nèi)其會(huì)轉(zhuǎn)角誤差不得超過(guò)某一限度，以保證運(yùn)動(dòng)傳遞的準(zhǔn)確性。 （2）第Ⅱ公差組精度等級(jí) 用于限制傳動(dòng)時(shí)瞬時(shí)傳動(dòng)比的變化不得超過(guò)某一限度，以減少?zèng)_擊、震動(dòng)和噪聲，使運(yùn)動(dòng)傳遞平穩(wěn)。 （3）第Ⅲ公差組精度等

13、級(jí) 用于保證相嚙合的兩齒面接觸良好，載荷分布均勻。 標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定齒輪精度分為12個(gè)等級(jí)，第一級(jí)最高，第12級(jí)最低。一般機(jī)械中常用的精度等級(jí)為6～9級(jí)。 齒輪的精度等級(jí)應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)的用途、使用條件、傳動(dòng)的功率、圓周速度及其他技術(shù)要求規(guī)定。選擇時(shí)，先根據(jù)齒輪的圓周速度確定第Ⅱ公差組的精度等級(jí)（見(jiàn)表4-1），第I公差組精度等級(jí)可比第Ⅱ公差組精度等級(jí)低一級(jí)或同級(jí)，第Ⅲ公差組精度等級(jí)不能低于第Ⅱ公差組精度等級(jí)。 表4-1 齒輪第公差組精度等級(jí)的選擇及應(yīng)用 精度等級(jí) 圓周速度υ/（m/s） 應(yīng)用 直齒圓柱齒輪 直齒圓柱齒輪 直齒圓柱齒輪 6級(jí) ≤15 ≤25 ≤

14、9 高速重載的齒輪傳動(dòng)，如飛機(jī)、機(jī)床中的齒輪，分度機(jī)構(gòu)中齒輪傳動(dòng) 7級(jí) ≤10 ≤17 ≤6 高速重載或中速重載的齒輪傳動(dòng)，如標(biāo)準(zhǔn)系列減速器的齒輪、汽車(chē)和機(jī)床的齒輪傳動(dòng) 8級(jí) ≤5 ≤10 ≤3 機(jī)械制造中對(duì)精度無(wú)特殊要求得齒輪傳動(dòng) 9級(jí) ≤3 ≤3.5 ≤2.5 低速及對(duì)精度要求低得齒輪傳動(dòng) 在此，根據(jù)我們的設(shè)計(jì)“步進(jìn)送料機(jī)”的特點(diǎn)：齒輪強(qiáng)度高、轉(zhuǎn)速低、傳動(dòng)穩(wěn)，應(yīng)選取精度等級(jí)為9級(jí)、圓周速度為≤3的齒輪。 §4.1.2 齒輪副的側(cè)隙分析 齒輪工作時(shí)，其非嚙合一側(cè)有一定的間隙，稱為齒側(cè)間隙。這個(gè)間隙對(duì)于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，補(bǔ)償輪齒的制造誤差、受力變形和受熱

15、膨脹均是必要的，否則齒輪在傳動(dòng)中就有可能卡死或燒傷。 側(cè)隙量的大小按齒輪工作條件決定，設(shè)計(jì)中所選定的最小極限側(cè)隙應(yīng)能足以補(bǔ)償齒輪工作時(shí)的熱變形和貯油。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了14種齒厚極限偏差及中心距極限偏差。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在固定中心距極限偏差的情況下，通過(guò)改變齒厚偏差的大小而得到不同的最小側(cè)隙。通常買(mǎi)取中等價(jià)格的，市場(chǎng)價(jià)一般為2680元/套。 §4.1.3 受力分析 圖4-2（a）所示為一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒輪圓柱齒輪在標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝條件下的受力情況。在分析齒輪傳動(dòng)受力時(shí)，用齒寬中點(diǎn)的集中力代替沿齒寬的分布力，并忽略摩擦力。當(dāng)轉(zhuǎn)矩T1由主動(dòng)輪1傳遞給齒輪2時(shí)，齒輪間的作用力是沿著嚙合線作用在齒面上的，此

16、力的方向即為齒面在該點(diǎn)的法線方向，故稱為法向力Fn。為了便于分析，在節(jié)點(diǎn)處將Fn分解為兩個(gè)互相垂直的力，圖4-2（b）表示出作用于齒輪1上的法向力Fn的分解情況：與分度圓相切的圓周力Ft和沿半徑方向作用的徑向力Fr。 圖4-2 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力 （4-1） 式中： T1為主動(dòng)輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，即 其中， P1為主動(dòng)齒輪傳遞的功率（kW），n1為主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）； d1為主動(dòng)齒輪的分度圓直徑（mm）；α為分度圓的壓力角。 作用在主動(dòng)輪和從動(dòng)輪上的各對(duì)力等值反向。各分力的方向?yàn)椋孩僦鲃?dòng)輪上的圓周力Ft1是阻力，它與主動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)方向相

17、反；從動(dòng)輪上的圓周力是Ft2驅(qū)動(dòng)力，它與從動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)方向相同；②兩齒輪的徑向力Fr1、Fr2分別指向各自的輪心。 §4.1.4 載荷分析 按式（4-1）計(jì)算的Ft、Fr和Fn均是作用在齒輪上的名義載荷。在實(shí)際工作中，還有考慮多方面因素的影響，①由于原動(dòng)機(jī)或工作機(jī)的工作特性不同，其振動(dòng)和沖擊也不相同；②由于齒輪的制造誤差，兩齒輪嚙合的基圓不會(huì)完全接觸，使得瞬時(shí)速度比變化而產(chǎn)生動(dòng)載荷；③由于齒輪安裝時(shí)的誤差，或軸因受彎矩產(chǎn)生彎曲變形、受轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形等原因，使得載荷沿齒寬方向分布不均勻，如圖（4-3）。當(dāng)齒輪相對(duì)軸承不對(duì)稱布置，或載荷集中現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，綜合考慮軸彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的影響。非

18、對(duì)稱布置時(shí)，齒輪遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端會(huì)使載荷分布不均勻現(xiàn)象得以緩和。 圖（4-3）齒輪載荷沿齒寬分布不均勻性 考慮以上因素，應(yīng)將名義載荷乘以阻礙和系數(shù)，修正為計(jì)算載荷。進(jìn)行齒輪的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，按計(jì)算載荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，與法向力對(duì)應(yīng)的計(jì)算載荷為 式中：K為載荷系數(shù)，按表4-2選取。 表(4-2) 載荷系數(shù)K 原動(dòng)機(jī) 工作機(jī)械的載荷特性 均勻 中等沖擊 較大沖擊 電動(dòng)機(jī) 1.0～1.2 1.2～1.6 1.6～1.8 多缸內(nèi)燃機(jī) 1.2～1.6 1.6～1.8 1.9～2.1 單缸內(nèi)燃機(jī) 1.6～1.8 1.8～2.0 2.2～2.4

19、 §4.1.5 齒面接觸疲勞強(qiáng)度分析 一個(gè)齒輪的嚙合可看作兩個(gè)圓柱體的接觸。因此，輪齒表面最大的接觸應(yīng)力可近似運(yùn)用彈性力學(xué)中的赫茲公式計(jì)算。即 式中：u為兩齒輪的齒數(shù)比，“+”用于外齒輪，“-”用于內(nèi)齒輪。為了便于設(shè)計(jì)計(jì)算，引入齒寬系數(shù)ψd=b/d1，代入上式，得到齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為： ZE為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)。設(shè)計(jì)中我們采用的材料都是鋼，將其分別代入式（4-3）和式（4-4）, 得到一對(duì)鋼制齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式： 一對(duì)鋼制齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式為

20、 應(yīng)用上述公式時(shí)應(yīng)注意：一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，兩齒輪間的接觸應(yīng)力σH1和σH2相等，但許用接觸應(yīng)力［σH1］和［σH2］一般不相等，應(yīng)將［σH1］和［σH2］中較小的值代入公式計(jì)算。 §4.1.6 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度分析 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算是為了防止齒根出現(xiàn)疲勞折斷。因此，我們還考慮力應(yīng)保證齒根最大應(yīng)力σF不大于齒輪材料的許用彎曲應(yīng)力［σF］。 在此我們把齒輪看作為一懸臂梁。根據(jù)材料力學(xué)的相關(guān)理論并結(jié)合齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，得齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核公式為 式中：T1是主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩，單位為N·mm；YF稱為齒形系數(shù)，見(jiàn)表（4-3）；YS稱為應(yīng)力修正系數(shù)，見(jiàn)表（4-4）；b為齒輪的接觸寬度，

21、單位為mm；m為模數(shù)；z1是主動(dòng)輪齒數(shù)；［σF］是輪齒的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa。 表4-3 標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的齒形系數(shù)YF Z 12 16 18 20 25 30 40 50 80 ≥100 YF 3.47 3.03 2.91 2.81 2.65 2.54 2.41 2.35 2.25 2.18 表4-4 標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的齒形系數(shù)YS Z 12 16 18 20 25 30 40 50 80 ≥100 YS 1.44 1.51 1.54 1.56 1.59 1.63 1.67 1.71 1.77

22、1.80 引入齒寬系數(shù)ψd=b/d1，代入式（4-7），得到齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 應(yīng)用此公式時(shí)應(yīng)注意：齒數(shù)不同，故兩齒輪的齒形系數(shù)YF和應(yīng)力修正系數(shù)YS也是不同的，且兩齒輪的許用彎矩應(yīng)力［σF］也不一定相同，因此必須分別校核兩齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，將兩齒輪的YFYS/［σF］值進(jìn)行比較，取較大值代入式(4-8)中計(jì)算的。計(jì)算所得的值根據(jù)表4-5查出標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 表4-5 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列（GB1357－87） 第一系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32

23、 40 50 第二系列 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5 (3.75) 4.5 5.5 （6.5） 7 9 （11） 14 18 22 28 36 45 4.2 V帶傳動(dòng)分析 §4.2.1帶傳動(dòng)受力分析 由于帶傳動(dòng)以初拉力F0張緊地套在兩個(gè)帶輪上，在F0的作用下，帶與帶輪的接觸面上產(chǎn)生正壓力。未工作時(shí)，帶兩邊的拉力相等，且都等于F0，如圖（4-4）。當(dāng)工作時(shí)，主動(dòng)輪對(duì)帶的摩擦力Ff與帶的運(yùn)動(dòng)方向相反。所以主動(dòng)邊（即下邊）被拉緊，拉力又F0增加到F1；從動(dòng)邊（即上邊）被放松

24、，拉力由F0減少到F2，如圖（4-5）。此時(shí)，即形成了緊邊和松邊。其中，F(xiàn)1稱為緊邊拉力，F(xiàn)2稱為松邊拉力。如果近似認(rèn)為帶在工作時(shí)的總長(zhǎng)度不變，則帶的緊邊拉力的增加量應(yīng)等于松邊拉力的減少量，即 F1 - F0 = F0 - F2 （4-9） 或 F1 + F2 = 2F0 （4-10） 圖（4-4） 圖（4-5） 在圖（4-5）中，取繞在主動(dòng)輪上的帶為分離體，若主動(dòng)輪的直徑為D2,按力矩平衡條件可得

25、 帶傳動(dòng)傳遞的功率為 由以上的式子可知，若帶的速V不變，傳遞的功率P取決于帶與帶輪之間的摩擦力Ff。當(dāng)初壓力F0一定且其他條件不變時(shí)，摩擦力Ff有一個(gè)極限值，這就是帶所能傳遞的最大有效拉力。當(dāng)摩擦力達(dá)到極限時(shí)，帶的緊邊拉力F1與松邊拉力F2的關(guān)系可用摩擦的Eluter公式表示，即： 式中： e ———— 自然數(shù)的底，e約等于2.718； ? ———— 摩擦因數(shù)（對(duì)于V帶，用當(dāng)量摩擦因數(shù)?v）； α1 ———— 帶與小帶輪

26、接觸所對(duì)的圓心角，稱為包角，單位為：rad。 由圖（4-4），可得帶在帶輪上的包角為 整理后，可得出帶所能傳遞的最大有效拉力Femax為 由以上公式可知最大有效拉力Femax與初拉力F0，包角α和摩擦因數(shù)?有關(guān)。 §4.2.2帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比 任何傳動(dòng)構(gòu)件都牽涉到傳動(dòng)比的問(wèn)題，帶動(dòng)輪也不例外，但由于帶動(dòng)輪中帶是柔性的而不是剛性的，而且是依靠其與摩擦力來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)的，所以又具有一定特殊性，通常都會(huì)牽涉到帶的彈性滑動(dòng)和打滑問(wèn)題，下面對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治觥? 帶是彈性體。在

27、傳動(dòng)過(guò)程中，由于受拉力而產(chǎn)生彈性變形，但由于緊邊和送邊的拉力不同，因而彈性變形也不同。 如圖（4-6）所示，當(dāng)緊邊在A1點(diǎn)上繞上主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其所受的拉應(yīng)力為F1，此時(shí)帶的線速度V和主動(dòng)輪的圓周速度V1相等。在帶由A1到B1點(diǎn)的過(guò)程中帶所受到的拉力由F1逐漸降到F2，帶的彈性變形也就隨之逐漸變小，因而帶沿帶輪傳動(dòng)是一邊繞進(jìn)，一邊后縮，所以帶的速度便逐漸過(guò)度到低于主動(dòng)輪的圓周速度V1。這就說(shuō)明帶在繞主動(dòng)輪邊緣的過(guò)程中，帶與主動(dòng)輪邊緣發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)。同理，相對(duì)滑動(dòng)也發(fā)生在從動(dòng)輪上，但情況恰恰相反，帶在繞過(guò)從動(dòng)輪時(shí)，拉力由F2增加到F1，帶的彈性變形也就隨之逐漸變大，因而帶沿帶輪傳動(dòng)是一邊繞進(jìn)，一

28、邊伸長(zhǎng)，所以帶的速度便逐漸過(guò)度到高于從動(dòng)輪的圓周速度V2，亦即帶與從動(dòng)輪間也發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)。這就是帶傳動(dòng)正常工作時(shí)固有的特性，也是不可避免的。 彈性滑動(dòng)引起的后果是：從動(dòng)輪的圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了速度損失；降低了傳動(dòng)效率增加了帶的磨損，使帶的溫度升高，減少了帶的壽命； 圖（4-6） 其降低率用滑動(dòng)率ε表示，即 所以，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為 帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率一般為ε=0.01～0.02。由于ε數(shù)值較小，對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性要求不高時(shí)，可忽略。在本設(shè)計(jì)中我們采用ε=0.01時(shí)較合

29、適。 §4.3 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) §4.3.1 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 有物理學(xué)可知，初速度為零的物體加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其位移方程為 (4―16) 式中凸輪轉(zhuǎn)角φ的變化范圍為0o~。當(dāng)φ=時(shí)，，代入上式得 (4―17) 將上式代入位移方程，并對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，可得位移速度和加速度方程： (4―18) 式中轉(zhuǎn)角的變化范圍為0o~（圖3-8）。根據(jù)位移曲線的對(duì)成性，可得等減速運(yùn)動(dòng)時(shí)位移、速度和加速度方程為 (4―19) 式中轉(zhuǎn)角φ的變化范

30、圍為~φ。 根據(jù)上式可畫(huà)出從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線圖，如上圖所示。由圖可以看出這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通常是在前半程中，作等加速運(yùn)動(dòng)；在后半程中，作等減速運(yùn)動(dòng)。 有圖可知，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度曲線是連續(xù)的，不產(chǎn)生剛性沖擊。但在A.B.C三處加速度有突變，這表明慣性力也有突變，不過(guò)這是有限制的突變。因此一般可用于中速凸輪機(jī)構(gòu)。 §4.3.2 用解析法設(shè)計(jì)盤(pán)型凸輪輪廓 §4.3.2.1尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪輪廓 圖（4-7）所示為正偏置尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu),凸輪以等角速ω按順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。已知偏距e基圓半徑r以及從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=s(ψ)。取凸輪軸心O為極點(diǎn),與初始向經(jīng)OB。重合的O

31、X軸為極軸。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)任意角ψ后,從動(dòng)件上升的位移s可按s=s(ψ)求得。利用反轉(zhuǎn)法原理,畫(huà)出從動(dòng)見(jiàn)轉(zhuǎn)過(guò)角度ψ后的位置,如圖中虛線所。此時(shí)從動(dòng)件的尖頂與凸輪輪廓B點(diǎn)接觸,由圖（4-7）中的幾何關(guān)系,可求得B點(diǎn)向經(jīng)r角θ為 (4―20) 式中可按下求得 令

32、 (4―21) 圖（4-7） 式中可按下求得 (4―22) 為了使凸輪輪廓的坐標(biāo)方程不同轉(zhuǎn)向的凸輪，向角θ應(yīng)引入正負(fù)號(hào)。若凸輪的轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较驎r(shí)為正值若凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)樨?fù)時(shí)針?lè)较驎r(shí)，為負(fù)值于是偏值尖頂直從動(dòng)件盤(pán)型凸輪輪廓極坐標(biāo)方程的一般表達(dá)式為 (4―23) §4.3.3 滾子直動(dòng)從動(dòng)件

33、凸輪機(jī)構(gòu) 從圖中可知，從Β點(diǎn)做理論輪廓的法線此法線nn，此法線與滾子圓的交點(diǎn)K就是工作輪廓的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。法線nn與向經(jīng)r之間的加角λ可通過(guò)(b)所示的關(guān)系求得。設(shè)滾子中心Β沿理論輪廓移到Β1點(diǎn)的位置，其向經(jīng)和向角的增量分別為Δr和Δθ。當(dāng)Δθ趨于零時(shí)，直線ΒΒ1與理論輪廓上Β點(diǎn)的切線重合?！螼ΒE此時(shí)趨于直角，故角∠Β1ΒE＝λ。由直角三角形Β1EΒ可近似求得 (4―24) 當(dāng)Δθ~0時(shí) (4―25) 式中和可由理論輪廓極坐標(biāo)方程求得。對(duì)于偏直滾子直 動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)，其和可將上式對(duì)ψ求導(dǎo)數(shù)而得

34、 (4―26) 圖（4-8） 由圖(a)可得工作輪廓上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的極坐標(biāo)方程 (4―27) 式中分別為工作輪廓上任意一點(diǎn)K的向經(jīng)與向角；rt為滾子半徑；λ為工作輪廓上點(diǎn)的向經(jīng)與理論輪廓上對(duì)應(yīng)點(diǎn)Β的向經(jīng)之間的夾角，可由Δ0ΒK求得 (4―28) §4.4 軸的分析 §4.4.1 軸的概述 軸是組成機(jī)器的重要零件之一，其功能主要是用來(lái)支撐做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，如齒輪、渦輪、帶輪、鏈輪、凸輪等，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，承受彎

35、矩和轉(zhuǎn)矩。例如下圖： 一般軸的常用材料很多，選擇時(shí)應(yīng)主要考慮以下幾項(xiàng)因素：軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性要求；熱處理方法；工藝要求；來(lái)源和價(jià)格等。在此，經(jīng)我們組全體討論結(jié)果，選用含碳量0.35%～0.5%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤其是45號(hào)鋼的應(yīng)用，另外我們也選用了Q235A普通碳素鋼作為備用。 由于周在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失效現(xiàn)象，如：剛度不足產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形；轉(zhuǎn)速極高的軸發(fā)生共振而失穩(wěn)等。因此，需要提高軸的剛度和強(qiáng)度。 §4.4.2 提高軸剛度和強(qiáng)度的措施 §4.4.2.1合理布置軸上零件 軸上零件的合理布置可改善軸的受力狀況，提高軸的剛度和強(qiáng)度。 1)使彎矩合理分布 合理改進(jìn)軸的零件

36、結(jié)構(gòu),可減少軸的載荷.改善其應(yīng)力狀態(tài), 圖（4-9） 提高軸的強(qiáng)度和剛度,對(duì)于圖(4-9a)所示的輪軸.轂配合面分為兩段(4-9b),則可減少軸所受力的最大彎矩,使載荷分布更趨合理。 2)使轉(zhuǎn)矩合理分布 圖（4-10） 在圖中,軸上裝有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輪,輸入轉(zhuǎn)矩為T(mén)1+T2。若將輸入輪布置在軸的一端(4-10a),此時(shí)軸所承受的最大轉(zhuǎn)矩為T(mén)1+T2。若將輸入輪布置在兩個(gè)輸入輪之間(4-10b),時(shí)則軸的最大轉(zhuǎn)矩減小為T(mén)1。 3)改善受力狀態(tài) 圖（4-11） 圖(4-11a)所示的

37、卷?yè)P(yáng)機(jī),其卷筒軸工作時(shí),即彎矩又受轉(zhuǎn)矩的作用。當(dāng)卷筒的安裝結(jié)構(gòu)改為圖(4-11b)時(shí),大齒輪與卷筒固聯(lián),卷筒軸則只受彎矩作用,因此改善軸的受力狀態(tài),即縮短了軸的長(zhǎng)度,使結(jié)構(gòu)緊湊,又提高了軸的強(qiáng)度和剛度。 自我評(píng)價(jià) 經(jīng)過(guò)幾天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動(dòng)后的碩果，心中又有幾分喜悅?？偠灾杏|良多，收獲頗豐。 通過(guò)認(rèn)真思考和總結(jié)，機(jī)械設(shè)計(jì)存在以下一般性問(wèn)題：機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜細(xì)致的工作過(guò)程，不可能有固定不變的程序，設(shè)計(jì)過(guò)程須視具體情況而定，大致可以分為三個(gè)主要階段：產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計(jì)階段和技術(shù)設(shè)計(jì)階段。值得注意的是：機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)從抽象概念到具體產(chǎn)品的演化

38、過(guò)程，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中不斷豐富和完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息，直到完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)逐步求精和細(xì)化的過(guò)程，設(shè)計(jì)初期，我們對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)關(guān)系和參數(shù)表達(dá)往往是模糊的，許多細(xì)節(jié)在一開(kāi)始不是很清楚，隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的深入，這些關(guān)系才逐漸清楚起來(lái)；機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)不斷完善的過(guò)程，各個(gè)設(shè)計(jì)階段并非簡(jiǎn)單的安順序進(jìn)行，為了改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)果，經(jīng)常需要在各步驟之間反復(fù)、交叉進(jìn)行，指導(dǎo)獲得滿意的結(jié)果為止。 獲得這份擁有是我們團(tuán)隊(duì)共同努力的結(jié)果。我們通過(guò)默契的配合，精細(xì)的分工，精誠(chéng)的合作，不斷的拼搏，共同完成了這一艱巨而又光榮的任務(wù)。 在這里，特別要感謝一下張老師。經(jīng)過(guò)他的精心指導(dǎo)，我們多了幾分激情，少了幾分麻煩

39、，多了幾分靈感，少了幾分憂慮。 主要參考書(shū)籍 【1】張衛(wèi)國(guó) 饒芳(主編)―機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)篇華中·科技大學(xué)出版社2006·9 【2】張永安(主編 編著)徐錦康 王超英(編著)―機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)·高等教育出版社1995·10 【3】趙明巖(著) 陳秀寧(審)―大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽指導(dǎo)·浙江大學(xué)出版社2008·8 【4】王為 汪建曉(主編)吳昌林(主審)―機(jī)械設(shè)計(jì)·華中科技大學(xué)出版社2007·2 【5】廖念釗 古瑩菴 莫雨松 李碩根 楊興駿(編著)―互換性與技術(shù)測(cè)量·中國(guó)計(jì)量出版社2007·6 【6】馬永林 何元庚 湯茜茜(樸編)―機(jī)械原理高等教育出版社1992·4 【7】郭紅星 宋敏 龐軍(主編)―主審機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)·西安電子科技大學(xué)出版社2006·2 【8】宋昭祥(主編)―機(jī)械制造基礎(chǔ)·機(jī)械工業(yè)出版1998·10 【9】張定華(主編)―工程力學(xué)·高等教育出版社2003 【10】陸金貴(主編)―凸輪制造技術(shù)·機(jī)械工業(yè)出版1996 【11】張策 (主編)―機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)·機(jī)械工業(yè)出版2004 【12】黃純穎(主編)―工程設(shè)計(jì)方法·中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社1999 【13】吳宗澤(主編)―高等機(jī)械零件·清華大學(xué)出版社1998 - 24 -