1、畢業(yè)設(shè)計論文設(shè)計（論文）題目： 香煙包裝機供紙機構(gòu)的設(shè)計 下 達 日 期： 200 年 月 日開 始 日 期： 200 年 月 日完 成 日 期： 200 年 月 日指 導 教 師： 學 生 專 業(yè)： 班 級： 學 生 姓 名： 教 研室主任： 系摘要本論文介紹了一種香煙包裝機鋁箔紙供給控制系統(tǒng)的研制。論文中分析了香煙包裝機原鋁箔紙供給機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點以及它在生產(chǎn)運行中存在的缺陷, 設(shè)計和實現(xiàn)了采用伺服控制系統(tǒng)的鋁箔紙供給系統(tǒng)。成功解決了香煙包裝機在鋁箔紙供給環(huán)節(jié)上存在的問題。關(guān)鍵詞:鋁結(jié)紙包裝; 同步伺服電動機; 伺服控制系統(tǒng)AbstractThis paper introduces a k

2、ind of cigarette packing machine aluminum foil supply control system.The thesis analyzes the cigarette packing machine for aluminiumStructure and characteristics of the foil paper feed mechanism and the defects existing in the operation of production, it is designed and implemented using servo contr

3、ol system of aluminum foil supply system.Successfully solved the cigarette packaging machine on the aluminum foil supply chain problems.Key words: aluminum and paper;Synchronous servo motor;Servo control system摘要IAbstractII1 引言11.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案12 動力源的選用32.1 步進電機32.2 步進電機的特點 32.2.1過載性好 32.2.2控制

4、方便 32.2.3整機結(jié)構(gòu)簡單 32.3 步進電機的選取42.4 步進電機的應用92.4.1工業(yè)機器手中的應用92.4.2包裝機械中的應用 93 紙箔傳送機構(gòu)113.1 進料機構(gòu)的選擇113.2 曲柄滑塊機構(gòu)中運動學特性 123.3 紙箔進給機構(gòu)的分析133.4 連桿的數(shù)據(jù)分析153.4 曲柄的計算數(shù)據(jù)17 3.5 進料推桿的計算184 傳動機構(gòu)204.1齒輪傳動204.1.1標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算204.1.2齒輪傳動的設(shè)計參數(shù)、許用應力與精度選擇244.2曲柄搖桿機構(gòu)294.2.1急回運動294.2.2壓力角和傳動角304.2.3死點位置31

5、4.2.3供紙機構(gòu)尺寸分析32總 結(jié)33參考文獻34致謝351 引言煙草行業(yè)是我國稅收的重要來源。全國許多知名的大中型卷煙廠所生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品經(jīng)常處于供不應求的狀態(tài)。如何保證生產(chǎn)設(shè)備的正常運轉(zhuǎn), 使產(chǎn)品的包裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到應有的保證, 是卷煙廠始終面臨的重要課題。香煙包裝是香煙生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié), 包裝順序依次為: 鋁箔紙包裝、商標紙包裝、封簽包裝( 軟包) 、撕帶與透明薄膜包裝、紙箔包裝、紙箔的撕帶與透明薄膜包裝。其中鋁箔紙包裝的作用是為了防潮、使煙包美觀以及增加防偽標識。鋁箔紙由專門的生產(chǎn)廠家生產(chǎn), 成品纏繞在鋁箔紙輪上, 作為香煙包裝生產(chǎn)的原輔材料提供給卷煙廠。香煙生產(chǎn)過程中, 鋁箔紙輪被

6、固定在包裝機上, 由包裝機上的同步傳輸供給機構(gòu)拉出鋁箔紙并傳輸?shù)桨b環(huán)節(jié)。包裝時, 主電機通過機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機器上包括鋁箔紙傳輸供給機構(gòu)的各個相關(guān)部分運轉(zhuǎn)。鋁箔紙傳輸供給機構(gòu)的運轉(zhuǎn)速度與主電機的運轉(zhuǎn)速度成正比, 實現(xiàn)了包裝與鋁箔紙供給的同步。阻尼器的作用是使鋁箔紙保持適當?shù)膹埩? 作用力的方向與鋁箔紙軸轉(zhuǎn)動的方向相反, 目的是防止機器減速或停機時鋁箔紙軸的自由轉(zhuǎn)動而發(fā)生鋁箔紙松弛現(xiàn)象。目前我國各家卷煙廠普遍使用的包裝設(shè)備中, 意大利GD 公司G D 型包裝機和德國S C H M E R M U N D 公司B l 型包裝機占有相當數(shù)量, 它們的鋁箔紙供給機構(gòu)均為上面介紹的由主驅(qū)動電機驅(qū)動的同

7、步機械傳動形式。雖然這種傳動裝置實現(xiàn)了鋁箔紙供給與整機運行同步, 但也存在著難以避免的缺陷: 機械傳動裝置體積大, 結(jié)構(gòu)復雜, 運行噪音大; 隨著時間的推移, 由于機械零件的磨損, 同步機械傳動裝置在運行中易產(chǎn)生誤差積累, 使鋁箔紙的供給與整機的運行在同步上產(chǎn)生偏差, 鋁箔紙受力發(fā)生變化, 從而影響產(chǎn)品的包裝質(zhì)量, 有時還會出現(xiàn)鋁紙斷開的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在機器啟動、急停等情況下表現(xiàn)得尤為明顯, 嚴重影響了生產(chǎn)的正常進行。若更換機構(gòu)的零部件, 由于結(jié)構(gòu)特殊, 因此均需向原廠訂購, 而進口件價格較高, 且訂貨周期長。這對于時間就是效益的卷煙廠來說是無法接受的。鑒于上述原因, 許多卷煙廠迫切要求改進鋁

8、箔紙傳輸供給機構(gòu), 以克服上述影響生產(chǎn)的不良因素, 確保包裝生產(chǎn)的正常進行。設(shè)計出一套運行穩(wěn)定可靠、實用的鋁箔紙供給控制系統(tǒng), 已成為一項重要課題。1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案2從解決實際問題的角度出發(fā), 本文給出如下設(shè)計方案: 改造鋁箔紙供給的方式, 取消笨重的機械式供給機構(gòu), 從根本上消除機械噪音和機械傳動誤差產(chǎn)生的不良影響; 采用伺服電動機驅(qū)動鋁箔紙盤軸, 鋁箔紙供給由被動供給變?yōu)橹鲃庸┙o。近年來, 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、微型計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、稀土永磁材料與電機控制理論的發(fā)展, 交流伺服控制技術(shù)有了長足的進步, 交流伺服系統(tǒng)逐步取代直流伺服系統(tǒng)已成定局。借助于計算機技術(shù)、現(xiàn)代控

9、制理論的發(fā)展, 人們有可能構(gòu)成高精度、快速響應的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。因此, 近年來, 世界各國在高精度速度和位置控制場合, 都已經(jīng)由交流電力傳動取代電液和直流傳動2。因此我們選擇倍福公司的永磁同步電機( A M 2 57 L ) 和伺服控制器( AX2010) 。伺服控制系統(tǒng)基本框圖如圖l-1: 除交流電機外，系統(tǒng)主要包括驅(qū)動單元、位置控制器、速度控制器、位置反饋單元、以及電流反饋單元等3。交流永磁同步伺服系統(tǒng)的區(qū)別主要體現(xiàn)在電機上。由于交流永磁同步電機運行時轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，故在高精度、寬調(diào)速范圍伺服驅(qū)動中，伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件基本選取這種類型電機。其系統(tǒng)是一種典型的位置、速度、店里三環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。永磁同步

10、電機與直流電機相比較，具有無機械換向器和電刷、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、運行可靠、易實現(xiàn)高速運動、調(diào)速范圍寬、環(huán)境適應能力強、已實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換、定子繞組散熱容易、不影響傳傳動精度、快速響應性能好4。由于現(xiàn)在的包裝機基本上都是高速機，所以鋁箔紙運行的穩(wěn)定性對于包裝質(zhì)量有著很大的影響。為此我們采用了兩套伺服控制系統(tǒng)分別控制左右箔紙盤電機，以保證其運行穩(wěn)定。左右鋁箔紙盤電機的主要作用是根據(jù)主電機轉(zhuǎn)動速度來來對輸送鋁箔紙的快慢進行調(diào)速。采用模擬量速度控制方式。電機的轉(zhuǎn)速有哦兩個因素來決定：一是主機當前轉(zhuǎn)速，該變化量由主電機中的絕對型編碼器反饋到處理器；還有一個就是鋁箔紙盤擺錘位置，這個位置反映了鋁制的張緊程度

11、，當擺錘位置過低時，說明鋁箔紙長得過緊，電機的送至速度偏慢，需要加快，當擺錘位置過高時，說明鋁箔紙長得過松，電機的送至速度偏快，需要減速。2 動力源的選用2.1 步進電機步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。 雖然步進電機已被廣泛應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。 它

12、必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。 2.2步進電機的特點 2.2.1過載性好 其轉(zhuǎn)速不受負載大小的影響，不像普通電機，當負載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場合。 2.2.2控制方便 步進電機是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計算機控制帶來了很大的方便，反過來，計算機的出現(xiàn)也為步進電機開辟了更為廣闊的使用市場。 2.2.3整機結(jié)構(gòu)簡單 傳統(tǒng)的機械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復雜

13、，調(diào)整困難，使用步進電機后，使得整機的結(jié)構(gòu)變得簡單和緊湊。 2.3 步進電機的選取1.步進電機的特點（1）一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。（2）步進電機外表允許的溫度高。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。（3）步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨

14、頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。（4）步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。2.步進電機的選型(1)轉(zhuǎn)動慣量計算：如式(3.9)絲桿： 式(3.9)D絲桿的公稱直徑 L絲桿的長度 工作臺： P絲桿導程G工作臺的重量總轉(zhuǎn)動慣量：(2)最大靜轉(zhuǎn)矩計

15、算加速力矩，如式( 3 .10 ) 式( 3.10) Vmax快進的速度步距角脈沖當量 所以 (3)空載摩擦力矩,式(3 .11) 式(3 .11) f導軌摩擦系數(shù)G運動部件的總重力Lo絲桿導程(4)附加摩擦力矩,如式（3.12） 式（3.12) 絲桿預緊力( =Fm/3)傳動效率選取電機55BF003，其最大靜轉(zhuǎn)距為68.6N·cm， 所以該電機可選用3.驅(qū)動滾動絲杠的電機的選取(1)轉(zhuǎn)動慣量計算：絲桿： (D絲桿的公稱直徑 L絲桿的長度)工作臺： (P絲桿導程 G工作臺的重量)總轉(zhuǎn)動慣量： (2)最大靜轉(zhuǎn)矩計算加速力矩，如式( 3 .10 )所以 (3)空載摩擦力矩 (4)附加摩

16、擦力矩 選取電機75BF001，其最大靜轉(zhuǎn)距為39.2N·cm， 所以該電機可選用 (5)啟動矩頻特性校核步進電機有三種工況：啟動，快速進給運行，工進運行。前面提出的<,僅僅是指初選電機后檢查電機最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機在快速啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進行校核。以后還要對快進，工進時的運行矩頻特性作校核。步進電機啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動：在零時刻，步進電機的啟動頻率從零突跳為最大運行頻率,即瞬間=.事實上，突跳是不可能瞬間完成。但突跳過程極短，則加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此，突跳啟動是很少使用的。升速啟動：步進電機從靜止狀態(tài)開

17、始漸升速，在零時刻，啟動頻率=0,在一段時間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動結(jié)速時，步進電機達到了最高運行速度，此時相應的運行頻率為,因此，當=，啟動過程結(jié)束，啟動頻率已與最高運行頻率相等，即=,在整個升速，勻速運行，降速過程中，步進電機所走的步數(shù)與應該完成的輸入指令脈沖總數(shù)相等。升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載啟動力矩中的加速力矩項不會很大，一般不會出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，但是降低了工作效率。升速時間過短，則步進電機啟動力矩中的加速力矩項就會很大，所以需要校核啟動矩頻特性。從電機75BF001的啟動矩頻特性曲線圖可得，電機在最大靜轉(zhuǎn)距時，對應的啟動頻率為1240Hz，而該電機最高空載啟動頻率為1750

18、Hz，實際啟動頻率小于允許啟動頻率，所以能保證電機不丟步。（如圖3-7） 圖3-7啟動矩頻特性曲線362.4步進電機的應用2.4.1工業(yè)機器手中的應用工業(yè)機械手是一種模仿人手動作，并按設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓取、搬運工件或操持工具進行操作的機電一體化自動化裝置。 步進電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其速度與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機繞組通電的相序，便可控制步進電機的輸出位移量、速度和方向。步進電機具有較好的控制

19、性能，其啟動、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度因而得到了廣泛的應用 。 控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖，通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進電機的轉(zhuǎn)角進而控制伺服機構(gòu)的進給量，同時通過編程控制脈沖頻率進而控制伺服機構(gòu)的進給速度。環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈 按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。環(huán)行脈沖分配器可分為軟件環(huán)形分配器和硬件環(huán)形分配器。軟件環(huán)形分配器，即PLC利用軟件編程達到輪流輸出信號。對于功率步進電機要求幾十至上百伏特、幾安至十幾安的驅(qū)動能力，因此應該采用驅(qū)動器對輸出脈沖進行放大。

20、用PLC控制三相步進電機的方法簡單易行可靠性高。由于采用了PLC控制步進電機技術(shù)，所以改變控制參數(shù)相當方便。只需改變PLC程序中相應部分即可。對任何相數(shù)的步進電機都可以使用，在設(shè)計方法上簡單易行，減少占用PLC的I0口，與PLC接口時比較方便，這樣在PLC控制步進電機的控制系統(tǒng)中不僅減少了控制系統(tǒng)設(shè)計的工作量、大大縮短開發(fā)研制周期和節(jié)約了開發(fā)費用，而且提高了控制系統(tǒng)的柔性和可靠性，具有較高的推廣和實用價值。2.4.2包裝機械中的應用 步進電機控制齒輪泵也可以實現(xiàn)精確計量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應用，例如糖漿、豆沙、白酒、油料、番茄醬等的輸送。 齒輪泵計量是靠一對

21、齒輪嚙合轉(zhuǎn)動計量的，紙箔通過齒與齒的空間被強制從進料口送到出料口。動力來自步進電機，步進電機轉(zhuǎn)動的位置及速度由可編程控制器控制，計量精度高于活塞泵的計量精度。步進電機適于在低速下運行，當速度加快時，步進電機的噪聲會明顯加大，其它經(jīng)濟指標會顯著下降。對于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來說，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們在粘稠體包裝機上開始采用的是步進電機直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果噪聲難以避免，可靠性下降。后來采用直齒輪升速的辦法，降低了步進電機的速度，噪聲得到了控制，可靠性也有所提高，計量度得到了保證。 在制袋、充填、封口為一體的包裝機中，要求包裝用塑料薄膜定位定長供給，無論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步

22、進電機來可靠完成。采用步進電機與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過控制面板上的按鈕就可以實現(xiàn)，這樣既節(jié)省了調(diào)節(jié)時間，又節(jié)約了包裝材料。在間歇式包裝機中，包裝 材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長控制模式和色標控制模式。袋長控制模式適用于不帶色標的包裝膜，通過預先設(shè)定步進電機轉(zhuǎn)速的方法實現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過撥碼開關(guān)就可以實現(xiàn)。色標模式配備有光電開關(guān)，光電開關(guān)檢測色標的位置，當檢測到色標時，發(fā)出控制開關(guān)信號，步進電機接到信號后，停止轉(zhuǎn)動，延時一定時間后，再轉(zhuǎn)動供膜，周而復始，保證按照色標的位置定長供膜。橫封輪每轉(zhuǎn)一周的總時間與橫封所需要的時間都是恒定的，

23、要滿足速度同步的要求，可以將步進電機一周內(nèi)的轉(zhuǎn)速分成兩部分，一部分首先滿足速度同步的要求，而另外空載的部分滿足一周總時間的要求。 為了實現(xiàn)良好的封口質(zhì)量，還可以通過步進電機對橫封輪實現(xiàn)非衡速的控制模式，就是在橫封的每一點上都實現(xiàn)速度同步。3 紙箔傳送機構(gòu)紙箔橫向擺放在輸送帶上，由輸送帶傳送到預設(shè)位置時傳感器感應到無紙箔，紙箔推桿將紙箔推送到規(guī)定位置。圖 3-13.1 進料機構(gòu)的選擇進料機構(gòu)主要實現(xiàn)的是紙箔的橫向移動，因此可選擇平面四桿機構(gòu)中的曲柄滑塊機構(gòu)。圖 3-23.2 曲柄滑塊機構(gòu)中運動學特性 圖 3-3曲柄滑塊機構(gòu)的運動簡圖  取A點為坐標原點，X軸水平向右

24、，在任意瞬時t，機構(gòu)的位置如上圖所示： 由圖可建立矢量方程， =+ruuuruuuruuur C點的坐標矢徑在X軸和Y軸上的投影為：  由圖可知，可以推導出：   從而，通過轉(zhuǎn)換關(guān)系可得： qqlq=-=式中，是曲柄長與連桿長之比。將上式代入x的表達式中，并考慮到， 就得到了滑塊的位移運動方程： 若將上式對時間t求導，則其運算量較繁瑣。在工程實際中，l的值一般取，故可在上式中將根式展開成的冪級數(shù)并且省略去起后的各項，做近似計算，可得方程： lw»-+ 上式對時間求導，可得滑塊

25、速度和加速度方程如下： 其中都是的周期函數(shù)3.3 紙箔進給機構(gòu)的分析圖 3-4紙箔進給機構(gòu)采用曲柄滑塊機構(gòu)。當紙箔被傳送帶傳送到指定位置后進料推桿在進料曲柄的帶動下進行往復直線運動，將紙箔推送到開盒機構(gòu)。曲柄回轉(zhuǎn)半徑142.5mm進料連桿長度160mmMax中心距302.5mmMin中心距17.5mm中心高度20mm推料桿范圍0-285mm曲柄旋轉(zhuǎn)角度360°3.4 連桿的數(shù)據(jù)分析1矩形、圓形的慣性矩。 同理可求得 對于邊長為a的正方形截面，其慣性矩為 2圓形截面圖示圓形截面，直徑為d，半徑為R，直徑軸z和y為其對稱軸，取微面積 積分得圓形截面的慣性矩為： 同理可求得 3.

26、軸向拉伸（壓縮）正應力計算并解釋每個量的物理意義。 答：如用A表示桿件的橫截面面積，軸力為FN，則桿件橫截面上的正應力為 正應力的正負號規(guī)定為：拉應力為正，壓應力為負。4.軸向拉伸（壓縮）桿的最大應力 當桿件受幾個軸向外力作用時，由截面法可求得最大軸力FNmax，對等直桿來講，桿件的最大正應力算式為： 最大軸力所在的橫截面稱為危險截面，由式4-18算得的正應力即危險截面上的正應力，稱為最大工作應力。3.4 曲柄的計算數(shù)據(jù)按彎扭合成應力校核軸的硬度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面（即危險截面C）的強度。扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取0.6，軸的計算應力許用彎應力1=60Mpa,

27、因，故安全。4.精確校核軸的疲勞強度抗彎截面系數(shù)：W0.1d30.1×4539112.5mm3抗扭截面系數(shù)：WT0.2d30.2×45318225mm3截面V左側(cè)的彎矩為截面V上的扭矩為=19530截面上的彎曲應力截面上的扭轉(zhuǎn)切應力3.5 進料推桿的計算計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式 計算彎曲強度的設(shè)計公式為確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值由圖查得主動鏈輪的彎曲疲勞強度極限；從動鏈輪的彎曲疲勞強度極限；由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù),;計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式得4)計算載荷系數(shù)。 5）查取齒形系數(shù)。 由表查得 ；查取應力校正系數(shù)。 由表查的

28、 ；計算主動鏈輪的并加以比較。 4 傳動機構(gòu)4.1齒輪傳動曲柄依靠齒輪傳動將來自步進電機的動力傳送到曲柄。圖 4-14.1.1標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算齒輪傳動承載能力計算依據(jù)輪輻、輪緣、輪轂等設(shè)計時，由經(jīng)驗公式確定尺寸。若設(shè)計新齒，可參工程手冊20、22篇，用有限元法進行設(shè)計。輪齒的強度計算：齒根彎曲強度計算：應用材料力學彎曲強度公式進行計算。數(shù)學模型：將輪齒看成懸臂梁，對齒根進行計算，針對齒根折斷失效。輪齒表面接觸疲勞計算。由赫茲公式進行計算。將一對相互嚙合的齒看成兩個圓柱體，針對齒面點蝕失效。幾何尺寸計算（參機械原理）。受力分析不計摩擦力，輪齒所受工作載荷即為沿嚙合線作用的法向力Fn

29、。因為齒向載荷的分布情況由K考慮，所以認為輪齒嚙合傳動時，F(xiàn)n沿接觸線均勻分布，并將其簡化為集中力。當小齒輪傳遞的扭矩不變時，F(xiàn)n大小不變，方向沿嚙合線垂直于齒面。將Fn在分度圓上分解成兩個互相垂直的分力，即切于分度圓的圓周力Ft和徑向力Fr。若已知P1、n1 N.mm主動輪上Ft1與圓周速度相反，從動輪上Ft2與圓周速度相同。外嚙合齒輪傳動Fr1 、Fr2指向各自輪心。齒根彎曲強度計算齒根彎曲應力計算因為齒輪輪緣剛性較大，所以可將齒看成寬度為的懸臂梁，并以此作為推導齒根彎曲應力計算公式的力學模型。危險剖面及其位置 受載齒的危險剖面是一在輪齒根部的平剖面，位置在與齒廓對稱中線各成300的二直線

30、與齒根過渡曲線相切處。載荷及其作用位置的齒輪傳動，當載荷作用于齒頂時，（力一定）力臂最大，但此時相鄰的一對齒仍在嚙合，載荷由兩對齒分擔，齒根彎矩不一定最大。當輪齒在節(jié)線附近嚙合時，只有一對齒嚙合，但此時力臂不是最大，齒根彎矩不一定最大。齒根所受最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點位于單對齒嚙合區(qū)最高點。進行彎曲疲勞強度計算時，對于制造精度較低（7級及以下）的齒輪傳動，因為制造誤差較大，可認為載荷的大部分甚至全部由在齒頂嚙合的輪齒承受，輪齒根部產(chǎn)生最大彎矩。為簡化計算，對于制造精度較低（7級及7級以下）的齒輪傳動，常將齒頂作為齒根彎曲強度計算時的載荷作用位置，并按全部載荷作用于一對輪齒進行計算。對制造精度較

31、高（6級及以上）的齒輪傳動，應考慮重合度的影響，其計算方法參GB3480-83或有關(guān)資料。齒根彎曲應力計算公式將分解成，并將其簡化到危險截面上，-產(chǎn)生剪應力，產(chǎn)生壓應力c，產(chǎn)生彎曲應力F。分析表明，F(xiàn)起主要作用，若只用F計算齒根彎曲疲勞強度，誤差很小（<5%），在工程計算允許范圍內(nèi)，所以危險剖面上只考慮F。 單位齒寬（b=1）時齒根危險截面的理論彎曲應力為令，代入上式，得令 -齒形系數(shù)，表示齒輪齒形對F的影響。的大小只與輪齒形狀有關(guān)（z、h*a、c*、）而與模數(shù)無關(guān)，其值查表10-5。齒根危險截面理論彎曲應力為 實際計算時，應計入載荷系數(shù)及齒根危險剖面處的齒根過渡曲線引起的應力集中的影響

32、。式中：-考慮齒根過渡曲線引起的應力集中系數(shù)，其影響因素同，其值可查表10-5。齒根彎曲疲勞強度計算校核公式 MPa令，-齒寬系數(shù)。將代入上式設(shè)計公式 由上式可知：在一定的使用條件和壽命下，當b、z、齒輪材料及其熱處理規(guī)范一定時，齒根彎曲疲勞強度取決于模數(shù)。配對二齒輪的、不同，、也不同。所以進行校核時，應分別對二齒輪進行校核。設(shè)計時，應將和中較大者代入設(shè)計公式。齒面接觸疲勞強度計算齒面接觸應力計算一對齒的嚙合過程，可近似看成二曲率半徑隨時間變化著的平行圓柱體的接觸。所以將赫茲公式作為推導齒面接觸應力公式的基礎(chǔ)。危險位置由于變化的曲率半徑和齒間載荷分配的綜合影響，輪齒表面在不同嚙合位置的接觸應力

33、不同。因此，計算齒面的接觸強度時，應同時考慮嚙合點所受的載荷及綜合曲率的大小。對端面重合度2的直齒輪傳動，以小齒輪單對齒嚙合的最低點（D點）產(chǎn)生的接觸應力最大，與小齒輪嚙合的大齒輪，對應的嚙合點是單對齒嚙合的最高點，位于大齒輪的齒頂面上。由前述可知，同一齒面往往齒根面先發(fā)生點蝕，然后才擴展到齒頂面，即齒頂面比齒根面具有較高的接觸疲勞強度。因此，雖然此時接觸應力大，但對大齒輪不一定會構(gòu)成威脅。由右圖可看出，大齒輪在節(jié)點處的接觸應力較大，同時，大齒輪單對齒嚙合的最低點（D點）處接觸應力也較大。按理應分別對小齒輪和大齒輪節(jié)點與單對齒嚙合的最低點處進行接觸強度計算。但按單對齒嚙合的最低點計算接觸應力比

34、較麻煩，并且當小齒輪齒數(shù)z120時，按單對齒嚙合的最低點計算所得的接觸應力與按節(jié)點嚙合計算得的接觸應力極為相近。為了計算方便，通常以節(jié)點嚙合為代表進行齒面的接觸強度計算。齒面接觸應力計算二齒輪在節(jié)點處嚙合，曲率半徑為P點的當量曲率為：齒數(shù)比 與關(guān)系為：增速傳動 減速傳動 節(jié)點處只有一對齒嚙合，將以上二式代入赫茲公式并考慮載荷系數(shù)令， MPa式中： -彈性系數(shù)，僅與齒輪材料特性有關(guān)，其值查表10-6。 -節(jié)點區(qū)域系數(shù)，考慮節(jié)點位置的齒廓曲率半徑等因素對接觸應力的影響，標準直齒輪時，=2.5。+-外嚙合；-內(nèi)嚙合。齒面接觸疲勞強度計算校核公式 MPa將代入上式設(shè)計公式 mm由上式可知：在一定的使用

35、條件和壽命下，當b、u、齒輪材料及其熱處理規(guī)范一定時，齒輪傳動的接觸疲勞強度取決于d1(中心距a)。配對齒輪的，但不一定等于，所以設(shè)計或校核時，應以、中較小者代入上式。一對標準鋼制齒輪 MPa mm齒輪傳動的強度計算說明當配對齒輪均為硬齒面時，兩輪的材料、熱處理方法及硬度均可取成一樣的。設(shè)計時，可分別按齒根彎曲疲勞強度及齒面接觸疲勞強度的設(shè)計公式進行計算，并取其中較大者作為設(shè)計結(jié)果。當用設(shè)計公式初步計算齒輪的分度圓直徑d1（或模數(shù)mn）時，動載系數(shù)Kv、齒間載荷分布系數(shù)K及齒向載荷分布系數(shù)K不能預先確定，此時可試選一載荷系數(shù)Kt，則計算出來的分度圓直徑（或模數(shù)）也是一個試算值d1t（或mnt）

36、，然后按d1t值計算齒輪的圓周速度，查取動載系數(shù)Kv、齒間載荷分布系數(shù)K及齒向載荷分布系數(shù)K，計算載荷系數(shù)K。若算得的K值與試選的值Kt相差不多，就不必修改原計算；若二者相差較大時，應按下式校正 試算所得的分度圓直徑d1t（或mnt）：4.1.2齒輪傳動的設(shè)計參數(shù)、許用應力與精度選擇齒輪傳動設(shè)計參數(shù)的選擇圖 4-2傳動齒輪參數(shù)模數(shù)2齒數(shù)37da40df37齒厚20mm中心距40mm壓力角由機械原理可知，增大壓力角，輪齒的齒厚及節(jié)點處的齒廓曲率半徑亦隨之增加，有利于提高齒輪傳動的彎曲強度及接觸強度。我國對一般用途的齒輪傳動規(guī)定的標準壓力角=200。為增強航空齒輪用齒輪傳動的彎曲強度及接觸強度，規(guī)

37、定=250的標準壓力角。對重合度接近2的高速齒輪傳動，推薦采用齒頂高系數(shù)為11.2，壓力角為160180的齒輪，可增加輪齒的柔性，降低和動載荷。小齒輪齒數(shù)z1若齒輪傳動的中心距不變，增加齒數(shù)z1-增大重合度、改善傳動平穩(wěn)性-減小模數(shù)、降低齒高-減少金屬切削量，節(jié)省制造費用。降低齒高-減小滑動速度-減少磨損及減小膠合的可能性。但模數(shù)小-齒厚減薄-降低輪齒的彎曲強度。對閉式齒輪傳動，傳動尺寸主要取決于齒面接觸疲勞強度，齒根彎曲疲勞強度較充裕，此時，在保持齒輪傳動尺寸不變的前提下，為提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，齒數(shù)多一些，z1=2040。開式（半開式）齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使輪齒不

38、致過小，齒數(shù)取少一些，z1=1720。模數(shù)m模數(shù)值必須取標準系列值。模數(shù)m越大-輪齒尺寸越大-在齒寬b、齒數(shù)z相同的條件下-輪齒彎曲疲勞強度越高。但模數(shù)m越小-中心距不變的條件下，齒數(shù)z越多-重合度越大-傳動越平穩(wěn)；且模數(shù)m越小-齒高越小-齒頂圓越小-節(jié)省材料-切齒時切去的金屬量少-提高效率。所以，在滿足齒根彎曲疲勞強度的條件下，模數(shù)m取小一些。齒寬系數(shù)d輪齒越寬-承載能力越高-輪齒不宜過窄；但輪齒越寬-齒面上載荷分布更不均勻輪齒不宜過寬。d薦用值見表10-7。對于標準圓柱齒輪減速器，對外嚙合齒輪傳動a的值規(guī)定為0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2

39、。運用設(shè)計公式時，對標準減速器，先選定a后再計算出相應的d值。計算齒寬，圓整。為防止兩齒輪因裝配后軸向稍有錯位而導致嚙合齒寬減小，常把小齒輪的齒寬在計算齒寬的基礎(chǔ)上人為加寬約510mm。齒輪傳動的許用應力本書薦用的齒輪疲勞極限是用m=35mm，=200，b=1050mm，v=10m/s，齒面粗糙的度為0.8的直齒付試件，失效概率為1%，經(jīng)持久疲勞實驗確定。一般齒輪傳動，因絕對尺寸、表面粗糙度、速度及潤滑對實際齒輪疲勞極限影響不大，不預考慮，只考慮N對疲勞極限的影響。式中：S-疲勞強度安全系數(shù)。對接觸疲勞強度計算，點蝕破壞發(fā)生后，只引起、振動，不立即導致不能繼續(xù)工作的后果，所以。若一旦發(fā)生斷齒，

40、會發(fā)生嚴重事故，所以。KN-壽命系數(shù)。KFN -圖10-18；KHN -圖10-19。 式中：n-齒輪轉(zhuǎn)速，rpm； j-每轉(zhuǎn)一圈，同側(cè)齒面的嚙合次數(shù)。 -工作壽命，h。-齒輪疲勞極限。彎曲：（-實驗齒輪應力校正系數(shù)），圖10-20；點蝕：，圖10-21。-取中間偏下值，即在MQ及ML中間選值。若齒面硬度超出圖中薦用范圍，可大體按外插法查相應的、。圖10-20為脈動循環(huán)的，對稱循環(huán)的極限應力值僅為脈動循環(huán)應力的70%。齒輪精度的選擇各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍參表10-8，按載荷及速度推薦的齒輪傳動精度等級如圖10-22。直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計齒輪傳動的基本要求傳動準確、平穩(wěn)；在尺寸小、

41、重量輕的前提下，承載能力高。已知條件齒輪傳動的工作條件，P、n、i；原動機、工作機的工作特性等；（2）結(jié)構(gòu)要求；（3）工藝條件；（4）使用要求；（5）環(huán)境條件。承載能力計算-根據(jù)計算準則閉式軟齒面齒輪傳動：應用齒面接觸疲勞強度設(shè)計公式求d1；由參數(shù)選擇原則及幾何關(guān)系確定z、m及其它；校核齒根彎曲疲勞強度。閉式硬齒面齒輪傳動及開式齒輪傳動應用齒根彎曲疲勞強度設(shè)計公式求m，開式傳動將求得的m增大1020%，以補償磨損對輪齒的削弱；由參數(shù)選擇原則及幾何關(guān)系確定z、d1及其它；校核齒面接觸疲勞強度（開式不需）。4.2曲柄搖桿機構(gòu)圖 4-3在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩個連架桿，一為曲柄，另一個為搖桿，則此鉸鏈

42、四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。通常曲柄為原動件，并作勻速轉(zhuǎn)動；而搖桿為從動件，作變速往復擺動。曲柄搖桿機構(gòu)的主要特性：4.2.1急回運動圖 4-4曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄AB在轉(zhuǎn)動一周中，在B1、B2兩次與連桿BC共線，相應鉸鏈中心 A與C之間的距離AC1和AC2分別為最短和最長，搖桿CD的位置C1D和C2D分別為其左右極限位置。搖桿在兩極限位置間的夾角，稱為搖桿的擺角。當曲柄由位置 AB1 順時針轉(zhuǎn)到位置AB2 時，曲柄轉(zhuǎn)角K180°，這時搖桿由左極限位置C1D 擺到位置右極限位置C2D，擺桿角度為；而當曲柄順時針再轉(zhuǎn)過角度 180°時，搖桿由位置C2D擺回

43、至位置C1D，其擺角仍然是 。雖然搖桿來回擺動的擺角相同，但對應的曲柄轉(zhuǎn)角不等( > )；當曲柄勻速轉(zhuǎn)動時，對應的時間也不等（t 1> t 2）。令搖桿自ClD擺至C2D為工作行程，這時鉸鏈的平均速度是 v1=C1C2 tl 。搖桿自C2D擺回至C1D是其空回行程，這時點的平均速度是v2=C1C2 t2，顯然v1 < v2 ，它表明搖桿具有急回運動的特性。牛頭刨床、往復式輸送機等機械就利用這種急回特性來縮短非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)率。急回運動特性可用行程速度變化系數(shù)（也稱行程速比系數(shù)）K 表示。 搖桿處于兩極限位置時，對應的曲柄所夾的銳角，稱為極位夾角。K 值越大，急回特性愈明顯

44、。一般機械中，1K2。將公式整理，可得極位夾角計算公式.4.2.2壓力角和傳動角鉸鏈四桿機構(gòu)中, 原動件受到驅(qū)動力矩Md作用時，若不計運動副的的摩擦和構(gòu)件的慣性力(矩)及重力，則通過二力桿BC 作用于從動件CD上的力沿BC 方向，把力分解為沿C 點速度vC 方向的分力F和垂直于vC 的分力F它們的大小與角度或有關(guān)，即有效分力FFcosFsin有害分力FFsinFcos 因此， F越小越好，即角度越小（或越大）對機構(gòu)的工作越有利。稱為壓力角，稱為傳動角，二者互為余角，90° 。圖 4-5壓力角的定義是：不計摩擦、重力與慣性力時，輸出構(gòu)件所受主動力F 的方向與輸出構(gòu)件在受力點處的速度方向之間所夾的銳角。由于傳動角在簡圖中非常直觀，所以平面連桿機構(gòu)習慣于用傳動角來表示機構(gòu)的傳動性能。機構(gòu)工作時，其傳動角是作周期變化的。為保證機構(gòu)的傳力性能良好，應使最小傳動角。一般許用值=40°50°。 重載大功率時取大值。曲柄搖桿機構(gòu)中，最小傳動角min 總是發(fā)生于曲柄與機架共線和重疊共線的兩位置之一。4.2.3死點位置曲柄搖桿機構(gòu)中，若搖桿為主動件，當從動件與連桿共線時，機構(gòu)的傳動角為零，此時不論驅(qū)動力F有多大, 其有效分力,機構(gòu)的這種位置稱為機構(gòu)的死點位置。死點