升降電機(jī)及齒輪選型所需參數(shù)

1、（一）升降電機(jī)及齒輪選型所需參數(shù)繩索所牽引的質(zhì)量：小車：0.6kg載車支架：0.4kg直線電機(jī)（包含步進(jìn)電機(jī)、絲杠螺母、導(dǎo)軌等）：4kg旋轉(zhuǎn)平臺(tái)：2 kg大齒圈：0.5kg升降平臺(tái)：2kg升降平臺(tái)上步進(jìn)電機(jī)：0.5kg總計(jì)：10kg即升降運(yùn)動(dòng)中繩索所承受的質(zhì)量大致估計(jì)為10kg，以此來計(jì)算立柱頂端的電機(jī)所需的功率及傳動(dòng)齒輪的類型。（二）電動(dòng)機(jī)的選擇1.確定電動(dòng)機(jī)的類型按工作要求和條件，選擇步進(jìn)電機(jī)。選擇帶剎車步進(jìn)電機(jī)1）目的：要防止突然停電時(shí)Z軸負(fù)載在重力作用下下落而砸壞設(shè)備或引起的安全事故，實(shí)現(xiàn)斷電自鎖2）剎車步進(jìn)電機(jī)原理：普通步進(jìn)電機(jī)斷電不會(huì)自鎖，上電才會(huì)自鎖，要實(shí)現(xiàn)斷電自鎖，需在步進(jìn)電機(jī)

2、尾部加裝一個(gè)抱閘裝置（剎車裝置），并且并聯(lián)在步進(jìn)裝置的電路上，電機(jī)上電時(shí)，抱閘也上電，剎車裝置脫離步進(jìn)電 機(jī)輸出軸，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)斷電時(shí)，剎車釋放緊緊抱住電機(jī)軸，從而使各 軸剎住。步進(jìn)電機(jī)是由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋等三大部件組成，具有精度高、氣隙極 小、結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積出氣大等特點(diǎn)，其基本結(jié)構(gòu)如下：2.確定電動(dòng)機(jī)的功率1）電動(dòng)機(jī)功率選擇所需參數(shù):升降運(yùn)動(dòng)中繩索所承受的總質(zhì)量：m 10kg升降運(yùn)動(dòng)中繩索所承受的總拉力：F 100N繩索的上升速度：v 0.09 m s2）傳動(dòng)裝置的總效率：聯(lián)軸器：l 0.99滾筒：g 0.96軸承：z 0.99齒輪：c 0.98傳動(dòng)裝置的總效率：0.992 0.99

3、3 0.98 0.96 0.89473）電動(dòng)機(jī)所需的功率:Fv100 0.090.894710.06w3.確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速中央立柱總高度：H 750mm卷筒直徑：D 30mm滾筒工作轉(zhuǎn)速：60 v 60 0.09n257.3r / minD0.03按機(jī)械設(shè)計(jì)教材推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比 的范圍為i 35，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：m i (35) 57.3 (171.9 286.5)r/min4. 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的可選范圍:P10.06T 9550-9550 171.9 286.5(33.5358.89)N Cm5. 確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)電氣參數(shù)(Specifica

4、tions)電列理號(hào)Motor Type步壯甬deg遜電流 A削車力矩 N.m惺持珈N.m轉(zhuǎn)子愷g.cm2引趨員mm17G3H512AB1.20 2756S341703HS15AB1 Q150.31826401704HS20AB丄.d2.0St!0,54閃44917O5HS2OAB2.00.75102斗54圖2德國(guó)漢德保電機(jī)公司夕卜徑為42mm系列的帶剎車步進(jìn)電機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：1704HS20AB該步進(jìn)電機(jī)的力矩為0.54N.m,則電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速為：n 9550P 9550 0.01006 177.913r/minT0.546. 步進(jìn)電機(jī)的安裝方式1704HS20AB步進(jìn)電機(jī)的外形尺寸如下

5、:一般步進(jìn)電機(jī)是通過安裝板進(jìn)行安裝，通過螺釘連接將安裝板連接到 步進(jìn)電機(jī)的底座上，如圖所示：立體車庫的升降機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)是臥式安裝，輸出軸是水平方向，安裝板一 端連接步進(jìn)電機(jī)的底座，通過螺栓連接，一端焊接在車庫的頂梁上，安裝板如下 圖所示：（三）圓柱齒輪的選擇1.齒輪嚙合的選型：小齒輪與大齒輪直徑初步設(shè)定為：小齒輪齒數(shù)選為：17，模數(shù)為1.5mm，分度圓直徑為d1 25.5mm ；大齒輪齒數(shù)選為：53，模數(shù)為1.5mm，分度圓直徑為d? 79.5mm，厚度為10mm小齒輪大齒輪齒數(shù)17齒數(shù)53模數(shù)1.5（ mm）模數(shù)1.5（ mm）壓力角20°壓力角20°螺旋角0°

6、;螺旋角0°齒寬10（ mm）齒寬10（ mm）2.齒輪嚙合的強(qiáng)度計(jì)算與校核2.1齒輪嚙合的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算與校核2.1.1齒面接觸強(qiáng)度的計(jì)算由齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式：Ze. FKKvKsKh Zrdwib Z.（式 2-1-1）式中:接觸應(yīng)力，單位為N/mm2 ；Ze 彈性系數(shù)，單位為 N/mm2 ；Ft 傳動(dòng)切向力，單位為N;Ko 過載系數(shù);Kv 動(dòng)載系數(shù);Ks 尺寸系數(shù)；Kh 載荷分配系數(shù)；Zr 表面質(zhì)量系數(shù)；b 凈齒寬；乙一一幾何系數(shù)；dwi 小齒輪節(jié)圓直徑，單位為 mm；1)Ze 彈性系數(shù)的計(jì)算:彈性系數(shù)的計(jì)算公式為:12V12V2（式 2-1-2）E1E2式中:1, 2大小

7、齒輪的泊松比;E“ E? 大小齒輪的彈性模量，單位為 N/mm2在此計(jì)算中，因大小齒輪采用相同的材料，我們參考AGAM-2001標(biāo)準(zhǔn)16頁 所述的大小齒輪采用同樣的泊松比和彈性模量，其值為：E1,E22.05 105 N/mm2從而可得：ZE112E1190N/mm20.51 2E22)Ft 傳動(dòng)切向力:Ft2T1d1225.554042.353N3)K。過載系數(shù)的計(jì)算，參見9 節(jié)(AGMA-2001)；根據(jù)AMGA 2001標(biāo)準(zhǔn)15頁過載系數(shù)計(jì)算說明暫時(shí)取的:Ko 14)Kv動(dòng)載系數(shù)的計(jì)算，參見8 節(jié)(AGMA-2001)；動(dòng)載系數(shù)的計(jì)算公式為:KvC 196.85BVt(式 2-1-3)(

8、AGMA-2001 EQU.21)式中:50 56(1 B)(AGMA-2001EQU.22);0 6670.25(Av 5) .(AGMA-2001EQU.23);式中:In fpt0 5(式 2-1-4)ln 0.3mn0.12dJ5.250.3466(AGMA-2001 EQU.25);式中:pt單個(gè)齒距偏差，單位為m ;根據(jù)計(jì)算，?。篺pt 13 mdT 公差直徑，單位為 mm;公差直徑的計(jì)算公式為：dT de 2mn(式 3-1-8)(AGMA-2001 EQU.25)式中：de齒輪外直徑，單位為 mm;dT 25.5mm從而:Av7從而:B0.25(7 5)06670.396922

9、C50 56(1 B)83.77238240* 3.14* dT0.102m/sBvt60從而：KVC196.85 vt1.0209C5) Ks尺寸系數(shù)的計(jì)算，參見 20節(jié)(AGMA-2001)；尺寸系數(shù)根據(jù)AMAG2001標(biāo)準(zhǔn)38頁所述，針對(duì)大多數(shù)齒輪傳動(dòng)，尺寸系 數(shù)可假定為安全(UNITY，從而：Ks 16) Kh 載荷分配系數(shù)的計(jì)算，參見 15節(jié)(AGMA-2001)；載荷分配系數(shù)的計(jì)算公式為：Kh f Kh ,Kh(式 2-1-5)(AGMA-2001 EQU.36)式中：Kh 齒間載荷分配系數(shù)；Kh 齒向載荷分配系數(shù)；在實(shí)際計(jì)算中，根據(jù)AGMA2001標(biāo)準(zhǔn)20頁規(guī)定，可以認(rèn)為是安全的

10、(UNITY。 從而有：Kh Kh(式 2-1-6)(AGMA-2001EQU.37)（式 2-1-7）而齒間載荷分配系數(shù)的計(jì)算公式為：K h 1 K Hmc K Hpf K Hpm K Hma K He(AGMA-2001 EQU.38)式中：KHmc 導(dǎo)線修正系數(shù)；根據(jù)AGMA2001標(biāo)準(zhǔn)20頁規(guī)定，對(duì)于未修正導(dǎo)線可取:K Hmc 1 -0KHpf齒輪比例系數(shù);KHpf0.03750.000492b （式 2-1-8）10dw1（AGMA-2001 EQU.38）可得：KHpf 0.006635686KHpm 齒輪比例修正系數(shù)；根據(jù)AGMA2001標(biāo)準(zhǔn)21頁規(guī)定，可取值為：K H pm 1

11、KHma嚙合系數(shù)；2KHma A B b C b（式 2-1-9）（AGMA-2001 EQU.42）根據(jù)AGMA2001標(biāo)準(zhǔn)Fig.7和Table.2所規(guī)定，可取得如下值：A=0.127B=0.000622C 1.69 10從而：2KHma A B b C b 0.1276KHe 嚙合修正系數(shù)；根據(jù)AGMA2001標(biāo)準(zhǔn)22頁規(guī)定，齒輪傳動(dòng)用于齒輪箱時(shí) 可?。篕He 0.8從而：K H1 K Hmc KHpf KHpm K Hma K He 1 .108719從而：Kh 1.1087197) Zr 表面質(zhì)量系數(shù)的計(jì)算，參見 13節(jié)(AGMA-2001);表面質(zhì)量系數(shù)按照AGMA 2001標(biāo)準(zhǔn)中

12、17頁所規(guī)定：在合適的表面質(zhì)量條 件可以達(dá)到的條件下，可認(rèn)為是安全的(UNITY。從而：Zr 18) Zi幾何系數(shù)的計(jì)算，參見 6節(jié)(AGMA-2001)；根據(jù)AMAG 908 B89標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的幾何系數(shù)的計(jì)算方法計(jì)算，比較耗時(shí)， 且容易出錯(cuò)，在此，我們使用該標(biāo)準(zhǔn)所提供的簡(jiǎn)化方法：可查的：必須進(jìn)行變位，且變位吸收為0.25幾何系數(shù)的值為：Zi 0.115綜上，各參考值已求得(或查得)，可計(jì)算接觸應(yīng)力值：h Ze、FtKoKvKsf：?242.93MPadw1b 乙2.1.2許用齒面接觸應(yīng)力值的計(jì)算HP Zn ZwST乞許用齒面應(yīng)力值計(jì)算公式為:(式 2-1-10) (AGMA-2001 EQU

13、.4)出于簡(jiǎn)化計(jì)算的目的，我們引入?yún)?shù)FH，使其定義為:hp Z n ZwFHSh Y Yz式中：HP 允許應(yīng)力值，參見 16節(jié)(AGMA-2001)；Zn 應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，參見17節(jié)(AGMA-2001)；Zw 齒面硬化系數(shù)，參見 14節(jié)(AGMA-2001)；Sh 安全系數(shù)，參見11節(jié)(AGMA-2001)；丫 一一溫度系數(shù)，參見19節(jié)(AGMA-2001)；Yz 可靠性系數(shù)，參見 18節(jié)(AGMA-2001)；1) hp 允許應(yīng)力值的計(jì)算，參見 16節(jié)(AGMA-2001)； 根據(jù)AGMA 2001標(biāo)準(zhǔn)Table.3可選得：HP 1345MPa2) Zn 應(yīng)力循環(huán)系數(shù)的計(jì)算，參見 17節(jié)(

14、AGMA-2001)； 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的計(jì)算為：EQU.48)EQU.48)nL1 60Lwq 84048000(式 2-1-11)(AGMA-2001nL2 60Lwq 14765189(式 2-1-11)(AGMA-2001根據(jù)AGMA 2001標(biāo)準(zhǔn)Table.17,可選得：Z N1 0.89Z n2 0.983) Zw 齒面硬化系數(shù)的計(jì)算，參見 14節(jié)(AGMA-2001)； 根據(jù) AGMA2001 標(biāo)準(zhǔn) 13.2，可得：ZW 1 B(450 hB2)(式 2-1-12)(AGMA-2001 EQU.34)式中：B 0.00075 e 0.448 Rz1(式 2-1-13)(AGMA-20

15、01 EQU.35)式中：e自然數(shù)；?。?e=2.71828Rz1 表面加工質(zhì)量，單位為 m。根據(jù)加工及客戶要求，可取得：Rz1 3.6 m從而：B=0.000724從而：ZW 1.1374834) Sh 安全系數(shù)的計(jì)算，參見 11節(jié)(AGMA-2001);由原動(dòng)機(jī)的工作情況及使用工況，客戶要求，及 AGMA2001標(biāo)準(zhǔn)11節(jié)所規(guī)定，可取：SH 15) Y 溫度系數(shù)的計(jì)算，參見19節(jié)(AGMA-2001)；由原動(dòng)機(jī)的工作情況及使用工況，客戶要求，及 AGMA2001 標(biāo)準(zhǔn) 19節(jié) 所規(guī)定，可取：Y16) Yz 可靠性系數(shù)的計(jì)算，參見 18節(jié)(AGMA-2001);由原動(dòng)機(jī)的工作情況及使用工況，

16、客戶要求，及 AGMA2001 標(biāo)準(zhǔn) Table.11 所規(guī)定，可取：Y 1從而：FH 1HP Zn Zw 1334MPaSh Y YzFH 2HP Zn2 Zw 1499MPaSh Y Yz由齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算與許用齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算對(duì)比可知:HFH 1HFH 2故可認(rèn)為該齒輪傳動(dòng)齒面接觸強(qiáng)度值在許用范圍內(nèi)，安全！2.2齒輪嚙合齒根彎曲強(qiáng)度的計(jì)算2.2.1齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式為：1 K Kf FtK°KvKsH B (式 2-2-1)(AGMA-2001 EQU.10)bmt Yj式中：Ft 傳動(dòng)切向力，參見 7節(jié)(AGMA-2001):Ko 過載系數(shù)，參見9節(jié)(AGM

17、A-2001)；Kv 動(dòng)載系數(shù)，參見8節(jié)(AGMA-2001)；Ks 尺寸系數(shù)，參見20節(jié)(AGMA-2001)；Kh 載荷分配系數(shù)，參見15節(jié)(AGMA-2001)；乙?guī)缀蜗禂?shù)，參見 6節(jié)(AGMA-2001)；Yj 幾何系數(shù)的計(jì)算，參見 6節(jié)(AGMA-2001)；根據(jù)AMAG 908 B89標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的幾何系數(shù)的計(jì)算方法計(jì)算，比較耗時(shí),且容易出錯(cuò)，在此，我們使用該標(biāo)準(zhǔn)所提供的簡(jiǎn)化方法：可查的:必須進(jìn)行變位，且變位吸收為0.25幾何系數(shù)的值為：Yj10.23，Yj10.29從而：1 KhKbF1 FtKoKVKsH B 13.663MPabmt Yj11 KhKbF1F2 FtKoKVKs

18、H B 10.844MPabmt Yj222.許用齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算：許用齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算需滿足公式:FHfpYnSfYYz式中:FP允許應(yīng)力值，參見 16節(jié)(AGMA-2001);fp YnF ShYYz(式 2-2-2) (AGMA-2001EQU.13)出于簡(jiǎn)化計(jì)算的目的，我們引入?yún)?shù)hf,使其定義為:Yn 應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，參見17節(jié)(AGMA-2001)；Sf 安全系數(shù)，參見11節(jié)(AGMA-2001)；丫 一一溫度系數(shù)，參見19節(jié)(AGMA-2001);Yz 可靠性系數(shù)，參見 18節(jié)(AGMA-2001);1) fp 允許應(yīng)力值的計(jì)算，參見 16節(jié)(AGMA-2001);根據(jù)AGMA 2001標(biāo)準(zhǔn)Table.4,可選得：fh 485MPa2) Yn 應(yīng)力循環(huán)系數(shù)的計(jì)算，參見17節(jié)(AGMA-2001);應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的計(jì)算為:nL1 60Lwq 84048000 (AGMA-2001 EQU.48)nL1 60Lwq 14765189 (AGMA-2001 EQU.48)根據(jù)AGMA 2001標(biāo)準(zhǔn)Table.17,可選得：Yn1 0.93Yn20.994