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智能窗戶(hù)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 窗戶(hù)作為室內(nèi)與外界交流的通道，與人們的健康生活息息相關(guān)。而智能窗戶(hù)的出現(xiàn)，給人們的生活帶來(lái)更大的方便和安全。它是智能家庭的重要組成部分。隨著科技的發(fā)展，在未來(lái)幾年智能窗戶(hù)會(huì)在普通家庭中得到普及。本文著重介紹了一種智能窗戶(hù)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)，它和現(xiàn)有的智能窗戶(hù)比較，在結(jié)構(gòu)和功能上有一些改動(dòng)和創(chuàng)新。本次設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)構(gòu)尺寸的選擇，軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，強(qiáng)度剛度的校核計(jì)算，都給出了詳細(xì)的說(shuō)明，還包括典型零件的加工與機(jī)構(gòu)模型的制作，并通過(guò)專(zhuān)業(yè)三維軟件繪出機(jī)構(gòu)的3D圖以及裝配方式。 關(guān)鍵詞:窗戶(hù)；智能；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 Intelligent window of mechanical system design Abstract Windows as a channel of communication with the outside-world. It is closely related to peoples healthy life. And the emergence of intelligent window, bring to peoples life more convenient and safe. It is an important part of intelligent family. With the development of science and technology, smart Windows in the coming years will get popular in ordinary families. This paper introduces the structure of the mechanical part of a smart Windows, compare it with existing intelligent window, there are some changes on the structure and function and innovation. The design for the selection of body size, check the strength stiffness, the calculation in the design of shaft, all details are given, it also include the establishment of typical parts processing and production of the model. Through 3D software to drew the drawing and assembly methods. Key Words: The window; Smart; The structure design. 85 目錄 摘要 1 Abstract 2 1 緒論 1 1.1 前言 1 2 方案設(shè)計(jì) 6 2.1分析、擬定傳動(dòng)方案 6 2.1.1齒輪齒條傳動(dòng)介紹 6 2.2機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與尺寸 8 2. 3減速器電動(dòng)機(jī)的選擇 15 2.3.1選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型 15 2.3.2選擇電動(dòng)機(jī)功率 15 2.3.3選擇電動(dòng)機(jī) 16 2.3.4減速電動(dòng)機(jī)的介紹 17 3齒輪齒條設(shè)計(jì) 19 3.1選擇材料 19 3.2按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì) 19 3.3按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì) 21 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 4.1軸上零件的定位固定和裝配 25 4.2軸的計(jì)算 27 5 軸的加工 36 5.1加工工藝 36 5.2軸的加工 37 6 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 40 6.1整體結(jié)構(gòu) 40 7 預(yù)期達(dá)到的功能 43 總結(jié) 45 致謝 46 參考文獻(xiàn)： 47 1 緒論 1.1 前言 時(shí)間進(jìn)入到21世紀(jì)以來(lái)，科技水平提高的速度十分迅猛。隨著環(huán)保、節(jié)能日益受到重視，能源的合理利用、節(jié)能產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)取得很大的進(jìn)展。人們對(duì)生活所在的家居條件要求越來(lái)越高，在這種情況下智能窗戶(hù)也就應(yīng)運(yùn)而生。智能家居系統(tǒng)在經(jīng)歷了早期混亂的概念紛爭(zhēng)之后，目前已經(jīng)逐漸進(jìn)入理性時(shí)代。如今的智能家居市場(chǎng)已經(jīng)不再是海爾、微軟等專(zhuān)業(yè)家電控制和IT廠家的天下，越來(lái)越多的樓房對(duì)講廠商開(kāi)始涉及并深入到智能家居行業(yè)，猛烈的沖擊著樓房對(duì)講市場(chǎng)格局，從而使得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。盡管這樣，用戶(hù)的需求仍是第一位的，所以各廠家的產(chǎn)品研發(fā)主要以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向。 隨著我國(guó)房地產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展，這就帶動(dòng)了我國(guó)門(mén)窗幕墻行業(yè)的迅速發(fā)展，消費(fèi)者生活水平的提高，使智能化的產(chǎn)品如雨后春筍，正逐步發(fā)展和壯大。而智能窗戶(hù)就是在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的，因此具有廣闊的市場(chǎng)空間和應(yīng)用前景。 1.2 研究背景及意義 窗戶(hù)是房屋不可缺少的構(gòu)成部分。早在春秋時(shí)期人們就學(xué)會(huì)了筑屋開(kāi)窗?！对?shī)經(jīng)幽風(fēng)鷗鵑》寫(xiě)老鳥(niǎo)筑巢養(yǎng)雛就有這樣的詩(shī)句:“徹彼桑土，綢繆牗戶(hù)?！盃ā本褪谴暗墓欧Q(chēng)。不過(guò)那時(shí)的“牗”也只是些墻壁上的小洞罷了。到后來(lái)，權(quán)貴們用牛角薄片來(lái)遮住這樣的洞孔，窮苦人家就用破甕堵塞牗洞借以抵擋寒風(fēng)冷雨。用木扉為窗扇則是秦代以后的事了，那時(shí)的窗扇是從下往上推開(kāi)的。東漢紙張出現(xiàn)后，人們就用幾根木條做成窗權(quán)，然后糊上紙，掛在窗孔上方處，依然是往上推開(kāi)的，必須有根木棍撐住才行，很麻煩。到了明代窗戶(hù)才改進(jìn)成從中間開(kāi)縫向兩邊推開(kāi)，這就方便了許多。一直到了14世紀(jì)，第一面玻璃窗才由法國(guó)的技師克萊發(fā)明出來(lái)。玻璃窗傳入中國(guó)也就更晚了。 現(xiàn)代的窗式樣越來(lái)越多了，通常都安裝了玻璃。有人為了好看，窗戶(hù)的邊緣鑲上金邊，還在玻璃上刻畫(huà)漂亮的圖案，配上色澤協(xié)調(diào)的窗簾就更加美觀了。隨著高新科技的發(fā)展，窗也越發(fā)現(xiàn)代化了。有人用上了自動(dòng)窗。只要一德電鈕，窗就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟;再媳開(kāi)關(guān)，它又會(huì)自動(dòng)緊緊關(guān)閉，甚至連窗簾都是自動(dòng)開(kāi)闔的。有的窗是多功能的，窗面有一層灰色的涂料，可以擋住強(qiáng)烈的光輻射。有的窗戶(hù)上可以放錄像，只要把放映機(jī)鏡頭對(duì)準(zhǔn)窗戶(hù)，影像就活潑生動(dòng)地顯現(xiàn)在窗戶(hù)上。有的窗戶(hù)設(shè)置著消音層，可以擋住室外60分貝以下的噪音，保證室內(nèi)人安靜地生活。窗戶(hù)的變化真是越來(lái)越大，越來(lái)越稱(chēng)人心愿。 而智能窗戶(hù)的出現(xiàn)，給人們的生活帶來(lái)更大的方便和安全。它是智能家庭的重要組成部分。例如在炎熱的夏天，學(xué)生更多的是依靠自然通風(fēng)來(lái)降溫。良好的氣流組織形式，不但有助于人體健康，提高學(xué)習(xí)效率，而且可以降低建筑物能耗。再例如住在機(jī)場(chǎng)附近或生活在運(yùn)輸繁忙的公路旁的居民，都有說(shuō)不盡的煩惱。頻繁起落的飛機(jī)和疾馳而過(guò)的載重行車(chē)會(huì)產(chǎn)生噪音。長(zhǎng)期受噪音干擾,有害于身心健康。對(duì)付噪音,人們似乎只有緊閉窗戶(hù),把噪音盡量擋在外面。可是,一直關(guān)窗,總是一個(gè)消極的辦法。如果有一種窗戶(hù)能夠自動(dòng)感應(yīng)噪音，當(dāng)外界聲音分貝達(dá)到噪音時(shí)能夠自然關(guān)閉使人能夠安心的休息，這樣就使窗戶(hù)的功能得到優(yōu)化從而改善人們的生活。 還有許多類(lèi)智能窗戶(hù)，像可以檢測(cè)有害氣體自動(dòng)關(guān)閉的窗戶(hù)，檢測(cè)溫度濕度自動(dòng)開(kāi)窗調(diào)節(jié)的窗戶(hù)，檢測(cè)刮風(fēng)下雨自動(dòng)關(guān)閉的窗戶(hù)等等。隨著科技的發(fā)展，在未來(lái)幾年智能窗戶(hù)會(huì)在普通家庭中得到普及。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 隨著人們生活水平的提高，智能化、自動(dòng)化的科技產(chǎn)品被越來(lái)越多的應(yīng)用于人們的日常生活中，而智能門(mén)窗就是其中的代表之一。智門(mén)窗產(chǎn)品起源于上世紀(jì)70年代的美國(guó)，隨后逐步被歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家所廣泛采用。自21世紀(jì)以來(lái)，智能門(mén)窗產(chǎn)品在新加坡、韓國(guó)、日本、及中國(guó)等地也開(kāi)始逐步被用戶(hù)所采用。 輕輕的一按開(kāi)關(guān)，窗戶(hù)就變得不透光了，遮陽(yáng)具有了全新的含義。這就是所謂的第一代智能窗戶(hù)，多年來(lái)一直處于開(kāi)發(fā)之中，現(xiàn)在終于可以隨時(shí)向用戶(hù)提供了。市場(chǎng)上第一個(gè)可用開(kāi)關(guān)控制明暗程度的窗戶(hù)是美國(guó)明尼蘇達(dá)州沃羅德的Marvin窗戶(hù)制造公司制造的。隨著環(huán)保、節(jié)能日益受到重視，能源的合理利用、節(jié)能產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)取得很大的進(jìn)展。在這種背景下，80年代前期C．M．Lampert、C．G．Granqvist等首先提出將電致變色材料應(yīng)用于建筑物、汽車(chē)、飛機(jī)等節(jié)能采光系統(tǒng)中，形成能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)太陽(yáng)輻射能透過(guò)率的“智能窗”(Smart window)。近年來(lái)，智能窗的研究及應(yīng)用一直是研究的熱點(diǎn)。 一種防雨窗戶(hù)。不需要改變窗戶(hù)的結(jié)構(gòu)，不用插電流，一旦沾染水滴，窗戶(hù)在幾秒鐘內(nèi)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。日前在西安落幕的第五屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽決賽中，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生設(shè)計(jì)的“防雨自動(dòng)窗”榮獲一等獎(jiǎng)。指導(dǎo)老師王樹(shù)才介紹，在窗戶(hù)上安裝防雨自動(dòng)關(guān)窗裝置后，當(dāng)人們打開(kāi)窗戶(hù)時(shí)彈性元件為關(guān)窗儲(chǔ)存能量，下雨時(shí)，SAP吸水材料遇水膨脹，觸發(fā)鎖緊機(jī)構(gòu)解除鎖緊，彈性元件釋放能量驅(qū)動(dòng)窗戶(hù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)窗子的自動(dòng)關(guān)閉?！斑@件作品把現(xiàn)代高分子化學(xué)材料與巧妙的機(jī)械原理相結(jié)合，可以解決雨天不關(guān)窗的后顧之憂(yōu)，再也不用擔(dān)心無(wú)人在家或忘記關(guān)窗時(shí)遭遇大雨的襲擊?！?目前已經(jīng)有成品制作出來(lái)了，安徽電視臺(tái)給這種智能窗做了一個(gè)專(zhuān)訪。 詳情請(qǐng)看http://www.56.com/u73/v_MjM4NjAxMTg.html 這個(gè)窗戶(hù)的優(yōu)點(diǎn)足夠智能化，能夠檢測(cè)刮風(fēng)、下雨、有害氣體、防盜等諸多功能，我發(fā)現(xiàn)這個(gè)產(chǎn)品的一個(gè)缺點(diǎn)就是在窗戶(hù)的智能控制和手動(dòng)控制之間切換的時(shí)候，齒輪和齒條不能準(zhǔn)確的嚙合，這會(huì)造成產(chǎn)品使用壽命變短。這個(gè)課題我要做的改進(jìn)地方是在智能和手動(dòng)切換的時(shí)候不用抬起齒輪裝置，使用離合器完成智能開(kāi)啟和手動(dòng)開(kāi)啟的轉(zhuǎn)換，從而減少不必要的磨損，將使用壽命加長(zhǎng)。 1.4本課題來(lái)源及研究?jī)?nèi)容 本課題來(lái)源于我校與三菱數(shù)控系統(tǒng)公司合作建設(shè)三菱電機(jī)CNC技術(shù)培訓(xùn)中心。2007年6月24日，經(jīng)北方工業(yè)大學(xué)和三菱電機(jī)雙方共同努力正式簽署建立“北方工業(yè)大學(xué)——三菱電機(jī)CNC技術(shù)培訓(xùn)中心” 合作協(xié)議。培訓(xùn)中心位于我校第一實(shí)驗(yàn)樓104實(shí)驗(yàn)室，占地約為90平方米，配計(jì)算機(jī)、投影儀等實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)，可同時(shí)容納30人。數(shù)控系統(tǒng)由三菱公司贈(zèng)予我校，控制對(duì)象由07中央專(zhuān)項(xiàng)立項(xiàng)，經(jīng)招標(biāo)確定北京一川數(shù)控設(shè)備有限公司作為控制對(duì)象的生產(chǎn)廠家，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及建設(shè)于2008年5月下旬配套安裝調(diào)試完成，并投入教學(xué)使用。并于2008年6月3日舉行培訓(xùn)中心落成典禮。 我的這個(gè)課題可以改變?nèi)鈱?shí)驗(yàn)室的窗戶(hù)打開(kāi)方式，使它由老式的推拉窗戶(hù)變成現(xiàn)代化的智能窗戶(hù)，在刮風(fēng)或者下雨的天氣，如果不能及時(shí)的關(guān)閉窗戶(hù)，可能會(huì)使實(shí)驗(yàn)室里的機(jī)床等設(shè)備有損壞，所以在使窗戶(hù)智能化之后，會(huì)使機(jī)床等設(shè)備更加安全，希望這個(gè)設(shè)計(jì)可以為實(shí)驗(yàn)室的智能化做出一點(diǎn)點(diǎn)努力。這次智能窗戶(hù)的課題共有三人分別完成控制、仿真、機(jī)械結(jié)構(gòu)三部分，我這次的任務(wù)是完成機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，下面我對(duì)這次設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分做詳細(xì)的介紹。 2 方案設(shè)計(jì) 2.1分析、擬定傳動(dòng)方案 自動(dòng)開(kāi)關(guān)床任務(wù)分析：智能窗戶(hù)的傳動(dòng)任務(wù)是由動(dòng)力源通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)窗扇在滑移槽內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)。齒輪齒條傳動(dòng)較為準(zhǔn)確、可靠，并且機(jī)械效率高，因此，選定齒輪齒條傳動(dòng)能滿(mǎn)足多功能窗傳動(dòng)任務(wù)的要求。傳動(dòng)形式見(jiàn)圖1。 圖2.1 齒輪齒條傳動(dòng) 2.1.1齒輪齒條傳動(dòng)介紹 齒輪齒條是能互相齒合的有齒的機(jī)械零件，它在機(jī)械傳動(dòng)及整個(gè)機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛?，F(xiàn)代齒輪技術(shù)已達(dá)到：齒輪模數(shù)0.004~100毫米；齒輪直徑由1毫米~150米；傳遞功率可達(dá)十萬(wàn)千瓦；轉(zhuǎn)速可達(dá)十萬(wàn)轉(zhuǎn)/分；最高的圓周速度達(dá)300米/秒。 齒輪齒條簡(jiǎn)稱(chēng)齒，是齒輪上每一個(gè)用于嚙合的凸起部分，這些凸起部分一般呈輻射狀排列，配對(duì)齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續(xù)嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)；齒槽是齒輪上兩相領(lǐng)輪齒之間的空間；端面是圓柱齒輪或圓柱蝸桿上，垂直于齒輪或蝸桿軸線的平面；法面指的是垂直于輪齒齒線的平面；齒頂圓是指齒頂端所在的圓；齒根圓是指槽底所在的圓；基圓是形成漸開(kāi)線的發(fā)生線作純滾動(dòng)的圓；分度圓是在端面內(nèi)計(jì)算齒輪幾何尺寸的基準(zhǔn)圓。齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和制造方法等分類(lèi)。 齒輪的齒形包括齒廓曲線、壓力角、齒高和變位，漸開(kāi)線齒輪比較容易制造，因此現(xiàn)代使用的齒輪中，漸開(kāi)線齒輪占絕對(duì)多數(shù)，而擺線齒輪和圓弧齒輪應(yīng)用較少。在壓力角方面，小壓力角齒輪的承載能力較??；而大壓力角齒輪，雖然承載能力較高，但在傳遞轉(zhuǎn)矩相同的情況下軸承的負(fù)荷增大，因此僅用于特殊情況。而齒輪的齒高已標(biāo)準(zhǔn)化，一般均采用標(biāo)準(zhǔn)齒高。變位齒輪的優(yōu)點(diǎn)較多，已遍及各類(lèi)機(jī)械設(shè)備中。齒條也分直齒齒條和斜齒齒條，分別與直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪配對(duì)使用； 齒條的齒廓為直線而非漸開(kāi)線（對(duì)齒面而言則為平面），相當(dāng)于分度圓半徑為無(wú)窮大圓柱齒輪 齒條的主要特點(diǎn) (1) 由于齒條齒廓為直線，所以齒廓上各點(diǎn)具有相同的壓力角且等于齒廓的傾斜角，此角稱(chēng)為齒形角，標(biāo)準(zhǔn)值為20。 (2)與齒頂線平行的任一條直線上具有相同的齒距和模數(shù)。 (3)與齒頂線平行且齒厚等于齒槽寬的直線稱(chēng)為分度線（中線），它是計(jì)算齒條尺寸的基準(zhǔn)線。 圖2.2 運(yùn)動(dòng)原理圖 2.2機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與尺寸 機(jī)構(gòu)的外殼設(shè)計(jì) 第一次的機(jī)構(gòu)與外殼設(shè)計(jì)如下圖： 圖2.3 第一次外殼設(shè)計(jì) 這種外殼的設(shè)計(jì)初衷是為了安裝方便，在找到老師看這種設(shè)計(jì)的合理性時(shí)，老師及時(shí)指出了我的錯(cuò)誤。這種設(shè)計(jì)的外殼在生產(chǎn)加工時(shí)很不方便，會(huì)浪費(fèi)很大的加工時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。這種設(shè)計(jì)是不可取的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，后來(lái)采用板材拼接而成的外殼，板上有定位槽，用來(lái)確定位置，側(cè)板和底板用較小的定位槽確定位置然后用螺釘連接。板材示意圖如下圖： 圖2.4 側(cè)板 圖2.5 底板 圖2.6 頂板 圖2.7前板 外殼就是用這幾塊板材拼接而成，這種方法拼接可以省去大量的加工時(shí)間。 機(jī)構(gòu)的尺寸要做到小而且不能影響功能，所以在尺寸設(shè)計(jì)上要細(xì)心考慮到外觀的合理性。 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理前面已經(jīng)說(shuō)到了，這里要說(shuō)的是機(jī)構(gòu)外殼的設(shè)計(jì)?？紤]到加工工藝性，機(jī)構(gòu)的外殼不能整體銑削出來(lái)，所以機(jī)構(gòu)外殼使用板材拼接而成。板材使用pvc板料經(jīng)過(guò)切割銑削打孔出來(lái)，進(jìn)行拼接。 pvc板材的優(yōu)點(diǎn)很多，下面介紹其優(yōu)點(diǎn)： a.pvc板材穩(wěn)定性、介電性好，耐用、抗老化，易熔接及粘合。 b.pvc板材質(zhì)量輕、隔熱、保溫、防潮、阻燃、耐酸堿、抗腐蝕。 　　c.通過(guò)捏合、混煉、拉片、切粒、擠壓或壓鑄等工藝pvc板材pvc板材極易加工成型，可滿(mǎn)足各種型材規(guī)格的需要。 　 d.pvc板材表面光滑、色澤鮮艷、極富裝飾性，裝飾應(yīng)用面較廣。 　　e.施工工藝簡(jiǎn)單，安裝較為方便。 　　f.pvc板材抗彎強(qiáng)度及沖擊韌性強(qiáng)，破裂時(shí)延伸度較高。pvc板材被廣泛用于化工、環(huán)保、電渡、電子、食品、裝修、醫(yī)藥等行業(yè)，比如化工塑料容器制作安裝，設(shè)備防腐加工制造，水處理工程等。 pvc板材具有輕質(zhì)、隔熱、保溫、防潮、阻燃、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。規(guī)格、色彩、圖案繁多，極富裝飾性，可應(yīng)用于居室內(nèi)墻和吊頂?shù)难b飾，是塑料類(lèi)板材中應(yīng)用最為廣泛的裝飾材料之一。 機(jī)構(gòu)外形尺寸： 圖2.8機(jī)構(gòu)尺寸a 圖2.9機(jī)構(gòu)尺寸b 運(yùn)動(dòng)流程： 圖2.10 運(yùn)動(dòng)流程圖 2. 3減速器電動(dòng)機(jī)的選擇 2.3.1選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型 為了能夠控制智能窗戶(hù)的開(kāi)關(guān)，所以選擇電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行元件。對(duì)于窗戶(hù)，就一般而言，每扇窗戶(hù)的質(zhì)量m估算在8Kg左右，加上裝置后 G=mg=10X10=100N （式2.1） 由于電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)窗戶(hù)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程往復(fù)滑動(dòng)為滑動(dòng)摩擦，所以摩擦系數(shù)f=0.3在 電動(dòng)機(jī)上施加的力約為： F=f G=0.3X100N （式2.2） 力矩約為 T=F? r（r為齒輪半徑） （式2.3） =30X0.01=0.3N m 估取最大工作速度V=0.06m／S （式2.4） 由于裝置的體積不能太大，電動(dòng)機(jī)在選擇時(shí)應(yīng)盡量選擇小尺寸型號(hào)的電動(dòng)機(jī)。 2.3.2選擇電動(dòng)機(jī)功率 由電動(dòng)機(jī)輸出軸至齒輪的總效率為: ηa=η1 η23 η3 （式2.5） 式中η1η2η3分別為聯(lián)軸器、軸承和齒輪的傳動(dòng)效率。 取η1=0.97 η2=0.98 η3=0.96 則η=0.970.9830.96=0.876 電動(dòng)機(jī)所需輸入功率： Pd=Fv1000ηw =300.0610000.87 （式2.6） =2.06W 2.3.3選擇電動(dòng)機(jī) 由于考慮電動(dòng)機(jī)尺寸的大小和輸出扭矩選取60KTYZ減速機(jī)馬達(dá)。 60KTYZ的主要參數(shù)如下表： 表2.1減速電動(dòng)機(jī)參數(shù) 電壓 額定轉(zhuǎn)速 輸出扭矩 外形尺寸 重量 AC220V 60r／min 3.5Kg cm Φ6060 0.55Kg 圖2.10 減速電動(dòng)機(jī) 2.3.4減速電動(dòng)機(jī)的介紹 減速馬達(dá)是指減速機(jī)和馬達(dá)(電機(jī))的集成體。這種集成體通常也可稱(chēng)為齒輪馬達(dá)或齒輪電機(jī)。通常由專(zhuān)業(yè)的減速機(jī)生產(chǎn)廠進(jìn)行集成組裝好后成套供貨。減速馬達(dá)廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)、機(jī)械行業(yè)等。使減速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、節(jié)省空間。減速機(jī)一般是通過(guò)把電動(dòng)機(jī).內(nèi)燃機(jī)或其它高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過(guò)減速機(jī)的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來(lái)達(dá)到減速的目的。 減速馬達(dá)的特點(diǎn) 1、減速馬達(dá)結(jié)合國(guó)際技術(shù)要求制造,具有很高的科技含量。 2、節(jié)省空間,可靠耐用,承受過(guò)載能力高,功率可達(dá)95KW以上。 3、能耗低,性能優(yōu)越,減速機(jī)效率高達(dá)95%以上。 4、振動(dòng)小,噪音低,節(jié)能高,選用優(yōu)質(zhì)段鋼材料,鋼性鑄鐵箱體,齒輪表面經(jīng)過(guò)高頻熱處理。 5、經(jīng)過(guò)精密加工,確保定位精度,這一切構(gòu)成了齒輪傳動(dòng)總成的齒輪減速電機(jī)配置了各類(lèi)電機(jī),形成了機(jī)電一體化,完全保證了產(chǎn)品使用質(zhì)量特征。 6、使用了系列化、模塊化的設(shè)計(jì)思想,有廣泛的適應(yīng)性,本系列產(chǎn)品有極其多的電機(jī)組合、安裝位置和結(jié)構(gòu)方案,可按實(shí)際需要選擇任意轉(zhuǎn)速和各種結(jié)構(gòu)形式。 3齒輪齒條設(shè)計(jì) 3.1選擇材料 這里將齒條選擇用40Cr（調(diào)質(zhì)）,它的材料硬度是280HBS，齒輪的材料選擇為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，它們的精度等級(jí)選6級(jí)精度，選擇齒輪齒數(shù)Z=20。 3.2按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì) 即d1t≧2.323KT?du1u（ZEδH）2 （式3.1） （1） 確定各計(jì)算值 1） 試選K=1.3 ，齒寬系數(shù)?d=0.8 2） 由表差得此材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa12 3） 查圖10-21d：齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限δHlim1=550MPa 齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限δHlim2=600MPa 4） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 設(shè)每天窗戶(hù)打開(kāi)次數(shù)為10次 N=60njLn=606011036510 （式3.2） =1.314108 5） 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.95 6） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1，由式10-12得： δH1=KnN1 δlim1S=0.95550 （式3.3） =522.5MPa δH2=KnN2 δlim2S （式3.4） =0.95600=570MPa 7）計(jì)算齒輪傳遞的分度圓直徑d1t，帶入δH中較小的值 d1t≥2.3232KT?d∈αu1uZH ZEδH2=20.47 （式3.5） 8) 計(jì)算圓周速度V V=nπd1t 601000=3.1420.475260000=5.57cms （式3.6） V=nπd1t601000=3.1420.476060000=6.42cms （式3.7） 9） 計(jì)算齒寬b b=?d d1t=0.820.47=16.376 （式3.8） 10) 計(jì)算齒寬與齒高之比bh 模數(shù)mt=d1tZ=20.4720=1.02mm （式3.9） 齒高h(yuǎn)=2.25mt=2.251.02=2.29mm bh=1.632.29=7.15 （式3.10） 11) 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)V=0.06ms 6級(jí)精度，由圖查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.09 直齒輪KHα=KFα=1 由表查得使用系數(shù)KA=1 由表用插值法查得KHβ=1.423 由bh=7.15 ， KHβ=1.423 查圖得KFβ=1.35 故載荷系數(shù) K=KAKvKHαKHβ （式3.11） =11.0911.423=1.55 12）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 所以 d1=d1t3KKt=20.4731.551.3=21.67 （式3.12） 13）計(jì)算模數(shù)m m=d1Z=21.6720=1.08mm （式3.13） 3.3按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì) (1)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為： m≥32KT ?dZ2YFαYSαδF （式3.14） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值 1)由圖查得：齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度的極限是： δFE1=500MPa 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度的極限是： δFE2=380MPa 2)由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.95 KFN2=0.98 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞完全系數(shù)S=1.4得： δF1=KFN1δFE1S=0.955001.4MPa=339.3MPa （式3.15） δF2=KFN2δFE2S=0.983801.4MPa=266MPa （式3.16） 4）計(jì)算載荷系數(shù)K K=KAKVKFαKFβ （式3.17） =11.0911.35=1.47 5）查取齒形系數(shù) 查得YFα1=2.06 YFα2=2.97 6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 查得YSα1=1.97 YSα2=1.52 7）計(jì)算齒輪齒條的YFαYSαδF并加以比較 YFα1YSα1δF1=2.061.97339.3=0.012 (式3.18) YFα2YSα2δF2=2.971.52266=0.017 （式3.19） 比較得出齒輪的數(shù)值大 設(shè)計(jì)計(jì)算 m≥32KnZ2YFα2YSα2δF2=1.17mm （式3.20） 對(duì)比結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度計(jì)算所得的模數(shù)1.17 。并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=21.67mm,算出齒輪齒數(shù)Z=d1m=21.671≈20。 （3）幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 d=Z m=201=20mm （式3.21） 2)計(jì)算齒輪寬度 b=?d?d=0.820=16mm （式3.22） 齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)： 1）瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定。非圓齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比能按需要的變化規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)。 2）傳動(dòng)比范圍大，可用于減速或增速。 3）速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳遞功率的范圍大，可用于高速（v>40ms）、中速和低速（v<25ms）的傳動(dòng)；功率可從小于1W到105KW。 4）傳動(dòng)效率高。一對(duì)高精度的漸開(kāi)線圓柱齒輪，效率可達(dá)99%以上。 5）結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動(dòng)。 6）制造成本較高。某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪，因需要專(zhuān)用的或高精度的機(jī)床、刀具和測(cè)量?jī)x等，故制造工藝復(fù)雜，成本高。 7）精度不高的齒輪，傳動(dòng)時(shí)噪聲、震動(dòng)和沖擊大，污染環(huán)境。 8）無(wú)過(guò)載保護(hù)作用。 齒輪傳動(dòng)類(lèi)型選擇的原則: 1）滿(mǎn)足使用要求，如對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸、重量、功率、速度、傳動(dòng)比、壽命、可靠性的要求等。對(duì)以上要求應(yīng)作全面的深入分析，滿(mǎn)足主要的要求，兼顧其他。如對(duì)大功率長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的固定式設(shè)備，則著重于齒輪的壽命長(zhǎng)和提高齒輪的傳動(dòng)效率；對(duì)短期間歇運(yùn)移的移動(dòng)式設(shè)備，應(yīng)要求結(jié)構(gòu)緊湊為主；對(duì)重要的齒輪傳動(dòng)，則要求可靠性高。 2）考慮工藝條件，如制造廠的工藝水平、設(shè)備條件、生產(chǎn)批量等。 3）考慮合理性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等。 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1軸上零件的定位固定和裝配 為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)和空轉(zhuǎn)的要求外，還必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證準(zhǔn)確的工作位置 （1）主動(dòng)軸 主動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)連接，通過(guò)剛性聯(lián)軸器使電動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳給主動(dòng)軸。主動(dòng)軸靠一對(duì)深溝球軸承支撐。 圖 4.1 主動(dòng)軸 Ⅰ段:軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器處的直徑d1，故同時(shí)選用聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩 計(jì)算TCa=KAT1 （式4.1） 查教材可知，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 取Ka=1.3 則TCa=1.30.3=0.39N?m 因此選?、穸危篸1=7mm ，長(zhǎng)度L1=15mm Ⅱ段：因?yàn)? h=（0.07~0.1）d （式4.2） 為了便于配合軸承，此處dⅡ=10mm 度LⅡ=12mm 查機(jī)械手冊(cè)初選用61900型號(hào)深溝球軸承 dDB=10226 Ⅲ段：h=（0.07~0.1）d 取h=2 dⅢ=12m LⅢ=20mm Ⅳ段：此處需連接傳遞動(dòng)力的卡子，所以在長(zhǎng)度選擇上要考慮卡子的厚度B=10mm 此處dⅣ=10mm LⅣ=25mm （2）從動(dòng)軸 圖4.2 從動(dòng)軸 從動(dòng)軸需要在軸套中滑動(dòng)，所以從動(dòng)軸與軸套必須是間隙配合。 1段：d1選擇的尺寸需和卡子裝配，所以d1與主動(dòng)軸dⅣ應(yīng)相同，此處d1=10mm。 2段：此處軸肩根據(jù)公式h=（0.07~0.1）d 取h=2mm ，所以d2=12mm L2=5mm。 3 段：軸的這一端與齒輪連接，因?yàn)橹斑x定齒輪為1模20齒的臺(tái)階齒輪，所以此處d3=10mm，L3的長(zhǎng)度定為92mm。 兩軸均不存在鍵槽，因?yàn)榭紤]到扭力不是很大，所以選取的聯(lián)軸器卡子和齒輪由緊定螺絲、抱緊的方式固定。 4.2軸的計(jì)算 已知前面選擇電動(dòng)機(jī)功率2.06W，轉(zhuǎn)速n1=60rmin (1)計(jì)算主動(dòng)軸 1）計(jì)算主動(dòng)軸上的功率P1 轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1 P1=P?η=2.060.97=1.99W （式4.2） 又知n1=60rmin （式4.3） T1=9550000P1n1=95500001.9960≈318046N?mm （式4.4） 2）初步確定軸的最小直徑 先按教材上式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理根據(jù)表15-3選取A0=103，于是： dmin=A03P3n3=6.21mm （式4.5） 主動(dòng)軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器孔徑相適應(yīng)，選取聯(lián)軸器孔徑為7mm。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩TCa=KAT1 （式4.6） 查表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，所以取KA=1.3 則TCa=KA?T1=1.3318046 =413459.8 N?mm 選用ZQ鋼性聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的孔徑為7mm，故選取主動(dòng)軸為7mm，剛性聯(lián)軸器的長(zhǎng)度L=20mm。 聯(lián)軸器圖片如下： 圖4.3 剛性聯(lián)軸器 聯(lián)軸器介紹： 聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來(lái)連接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接，是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)最常用的連接部件。20世紀(jì)后期國(guó)內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿(mǎn)足機(jī)器要求的聯(lián)軸器，對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)人員來(lái)講，始終是一個(gè)困擾的問(wèn)題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器，齒式聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬(wàn)向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。 a.凸緣式聯(lián)軸器 特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩。不允許兩軸有相對(duì)位移，無(wú)緩沖。 用途：在轉(zhuǎn)速低，無(wú)沖擊，軸的剛性大，對(duì)中性較好的場(chǎng)合應(yīng)用較廣。 b.滑塊聯(lián)軸器 半聯(lián)軸器上的凹槽與中間滑塊的凸榫移動(dòng)副可補(bǔ)償兩軸偏移 特點(diǎn)、應(yīng)用：無(wú)緩沖，移動(dòng)副應(yīng)加潤(rùn)滑,用于低速傳動(dòng) c.彈性聯(lián)軸器 特點(diǎn)：緩沖吸振，可補(bǔ)償較大的軸向位移，微量的徑向位移和角位移。 應(yīng)用：正反向變化多，啟動(dòng)頻繁的高速軸。 d.安全聯(lián)軸器 在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是，存在一個(gè)保險(xiǎn)環(huán)節(jié)（如銷(xiāo)釘可動(dòng)聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。當(dāng)實(shí)際載荷超過(guò)事前限定的載荷時(shí)，保險(xiǎn)環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截?cái)噙\(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，從而保護(hù)機(jī)器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護(hù)作用。 起動(dòng)安全聯(lián)軸器：除了具有過(guò)載保護(hù)作用外，還有將機(jī)器電動(dòng)機(jī)的帶載起動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻瓶蛰d起動(dòng)的作用。 e.剛性聯(lián)軸器 剛性聯(lián)軸器不具有補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對(duì)偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對(duì)偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。 f.撓性聯(lián)軸器 具有一定的補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對(duì)偏移的能力，最大量隨型號(hào)不同而異。 無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)時(shí)，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場(chǎng)合。 非金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器 在轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)時(shí)有很好的緩沖減震性能；但由于非金屬（橡膠、尼龍等）彈性元件強(qiáng)度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，故適用于高速、輕載和常溫的場(chǎng)合 。 金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器：除了具有較好的緩沖減震性能外，承載能力較大，適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫場(chǎng)合。 具體分類(lèi)可分為：萬(wàn)向聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器、星形彈性聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器、彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。 3）軸的設(shè)計(jì)如前面所述 a.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 為了滿(mǎn)足聯(lián)軸器的連接需求, Ⅰ-Ⅱ段的直徑dⅠ-Ⅱ=7mm，現(xiàn)?、?Ⅱ段的長(zhǎng)度LⅠ-Ⅱ=15mm。 Ⅱ-Ⅲ段和軸承配合（過(guò)渡配合） 因?yàn)檩S承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承，參照工作要求并根據(jù)dⅡ-Ⅲ=10mm，選擇標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的深溝球軸承61900，右端采用軸肩進(jìn)行定位，軸肩高度h>0.07d，取h=2，則取dⅢ-Ⅳ=12mm，LⅢ-Ⅳ=20mm Ⅲ-Ⅳ段取dⅢ-Ⅳ=10mm，此處安裝和Ⅱ-Ⅲ段一樣的深溝球軸承61900，軸承dDB=10226 。所以LⅢ-Ⅳ=25mm。至此，已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 b.軸上零件的周向定位 聯(lián)軸器卡子與軸的連接方式分別采用緊定螺釘和抱緊的方式。聯(lián)軸器與軸的配合公差為H7K6，深溝球軸承與軸的軸向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的。 c.確定軸上倒角尺寸 參考教材表15-2，取軸端倒角為0.545 。 （2）計(jì)算從動(dòng)軸 1)計(jì)算從動(dòng)軸上的功率P2轉(zhuǎn)速n2和轉(zhuǎn)矩T2 P2=P1?η=1.990.97=1.93W （式4.7） n2=60rmin T2=9550000P2n2=95500001.9360≈307191N?mm （式4.8） 2）初步確定軸的最小直徑 先按教材上式（15-2）初步估算軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理根據(jù)表15-3選取A0=103，于是 dmin=A03P2n2=9.61mm （式4.9） 從動(dòng)軸的最小直徑是安裝卡子處和齒輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與卡子孔徑為10mm 卡子的計(jì)算轉(zhuǎn)矩TCa2=KAT2 （式4.10） 查表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，所以取KA=1.3 則TCa2=KA?T2=1.3307191=399348.3 N?mm 3）軸的設(shè)計(jì)如前面所述 a.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。為了滿(mǎn)足卡子的安裝需求，現(xiàn)取 1段長(zhǎng)度為35mm，直徑為d1=10mm 2段處為軸肩，在3段上需要加裝軸承，軸承型號(hào)和主動(dòng)軸上所用的軸承相同，同是深溝球軸承型號(hào)為61900 尺寸 dDB=10226 軸肩高度h>0.07d 取h=2 2段長(zhǎng)度不用很長(zhǎng)，只需要用來(lái)定位和固定 軸承的一個(gè)軸向定位，現(xiàn)取2段軸肩處的長(zhǎng)度為5mm， d2=12mm 3段需安裝齒輪、軸承和軸承卡簧，軸承卡簧用來(lái)固定軸和軸承，使軸承不能在軸上軸向滑動(dòng)，這個(gè)設(shè)計(jì)是使整套機(jī)構(gòu)具有離合的功能，考慮到軸承的厚度和安裝齒輪的需要，選擇3段長(zhǎng)度為92mm。 b.軸上零件的周向定位 卡子與軸的連接方式為抱緊方式，齒輪和軸的連接方式為抱緊，齒輪和軸的連接方式由緊定螺釘固定，齒輪和卡子與軸的配合公差為H7K6，深溝球軸承與軸的軸向定位是由過(guò)度配合固定，軸承卡簧卡住軸承使軸承在軸向不能滑動(dòng)。 c.確定軸上倒角尺寸 參考教材表15-2，取軸端倒角為0.545 d.從圖上看可以看出從動(dòng)軸比主動(dòng)軸更容易受到損害，所以在校核的時(shí)候，這里的校核軸只校核從動(dòng)軸，首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。 圖4.4 軸的載荷分析圖 從圖中可以看出截面2是危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的截面2處的各數(shù)值列出。 支持力與反支持力 FNH1=33.2N FNH2=16.7N FNV1=18.6 FNV2=-9N 彎矩 MH=2362.1N?mm MV1=1326.9N?mm MV2=-41N?mm 總彎矩 M1=2362.12+1326.92=4815.2 N?mm M1=2362.12+412=2362.4 N?mm 扭矩T=960000 N?mm e.按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（危險(xiǎn)截面） 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，取α=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力 σCa=M12+（αT3）2W=4815.22+（0.6960000）20.1603=15.3MPa （式4.11） 前面已經(jīng)說(shuō)到選擇的材料是45鋼，調(diào)制處理，由教材表15-1查得σ-1=60MPa。因此σCa<σ-1，所以，安全。 5 軸的加工 5.1加工工藝 由于細(xì)長(zhǎng)軸本身剛性差（L/d值愈大，剛性愈差），在車(chē)削過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題： 1 工件受切削力、自重和旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用，會(huì)產(chǎn)生彎曲、振動(dòng)，嚴(yán)重影響其圓柱度和表面粗糙度。 2 在切削過(guò)程中，工件受熱伸長(zhǎng)產(chǎn)生彎曲變形，；車(chē)削就很難進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使工件在頂尖間卡住。 因此，車(chē)細(xì)長(zhǎng)軸是一種難度較大的加工工藝。雖然車(chē)細(xì)長(zhǎng)軸的難度較大，但它也有一定的規(guī)律性，主要抓住中心架和跟刀架的使用、解決工件熱變形伸長(zhǎng)以及合理選擇車(chē)刀幾何形狀等三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，問(wèn)題就迎刃而解了。 3 使用中心架支承，車(chē)細(xì)長(zhǎng)軸在車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，可使用中心架來(lái)增加工件剛性。一般車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸使用中心架的方 法有： 1）中心架直接支承在工件中間 當(dāng)工件可以分段車(chē)削時(shí)，中心架支承在工件中間， 這樣支承，L/d值減少了一半，細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削時(shí)的剛性可增加好幾倍。在工件裝上中 心架之前，必須在毛坯中部車(chē)出一段支承中心架支承爪的溝槽，表面粗糙度及圓柱 度誤差要小，否則會(huì)影響工件的精度。車(chē)削時(shí)，中心架的支承爪與工件接觸處應(yīng)經(jīng) 常加潤(rùn)滑油。為了使支承爪與工件保持良好的接觸，也可以在中心架支承爪與工件 之間加一層砂布或研磨劑，進(jìn)行研磨抱合。 2）用過(guò)渡套筒支承車(chē)細(xì)長(zhǎng)軸 ：用上述方法車(chē)削支承承中心架的溝槽是比較困難 的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可加用過(guò)渡套筒的處表面接觸。過(guò)渡套筒 的兩端各裝有四個(gè)螺釘，用這些螺釘夾住毛坯工件，并調(diào)整套筒外圓的軸線與主 軸旋轉(zhuǎn)軸線相重合，即可車(chē)削。 3）使用跟刀架支承車(chē)細(xì)長(zhǎng)軸：跟刀架固定在床鞍上，一般有兩個(gè)支承爪，跟刀架可以跟隨車(chē)刀移動(dòng)，抵消徑向切 削時(shí)可以增加工件的剛度，減少變形。從而提高細(xì)長(zhǎng)軸的形狀精度和減小表面粗糙度。 從跟刀架的設(shè)計(jì)原理來(lái)看，只需兩只支承爪就可以了，因車(chē)刀給工件的 切削抗力F`r，使工件貼住在跟刀架的兩個(gè)支承爪上。但是實(shí)際使用時(shí)，工件本身有一個(gè)向下重力，以及工件不可避免的彎曲，因此，當(dāng)車(chē)削時(shí)，工件往往因離心力瞬時(shí)離開(kāi)支承爪、接觸支承爪而產(chǎn)生振動(dòng)。如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由車(chē)刀抵住，使工件上下、左右都不能移動(dòng)，車(chē)削時(shí)穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動(dòng)。因此車(chē)細(xì)找軸時(shí)一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題是要應(yīng)用三個(gè)爪跟刀架。 4）減少工件的熱變形伸長(zhǎng)：車(chē)削時(shí)，由于切削熱的影響，使工件隨溫度升高而逐漸伸長(zhǎng)變形，這就叫“熱變形”。 在車(chē)削一般軸類(lèi)時(shí)可不考慮熱變形伸長(zhǎng)問(wèn)題，但是車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，因?yàn)楣ぜL(zhǎng)，總 伸長(zhǎng)量長(zhǎng)，所以一定要考慮到熱變形的影響。 5.2軸的加工 這次的設(shè)計(jì)需要制作出模型，這個(gè)模型要具有離合功能，所以在制作時(shí)必須要使用到軸。在軸的加工過(guò)程中，使我對(duì)數(shù)控加工工藝有了更深刻的理解。 主動(dòng)軸加工程序： 主程序： N10 G54 G90 G94 G23 N20 M03 T1 N30 G00 X1 Z5 R1=0.5 ABC: N40 G158 X=R1 N50 (子程序) N60 R1=R1-1 N70 IF R1>0.05 GOTOB ABC N80 G158 N90 (子程序) N100 GOO X5 N110 Z20 N120 M05 M02 子程序 N10 G00 X5 Z5 N20 G42 G01 Z0 F100 N30 X7 Z-1 N40 Z-15 N50 X10 N60 Z-27 N70 X12 N80 Z-47 N90 X10 N100 Z-71 N110 Z-71 N120 G40 G00 X40 N130 G00 Z-5 N140 M17 6 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6.1整體結(jié)構(gòu) 窗戶(hù)也許是建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中最復(fù)雜、最有趣的基本要素。從居住者的角度來(lái)看，窗戶(hù)提供的基本功能除采光、景觀、通風(fēng)之外，還要使使用者感到舒適。玻璃占整個(gè)窗戶(hù)面積最高可達(dá)80%以上，在滿(mǎn)足窗戶(hù)的基本功能之外，還直接影響建筑整體的節(jié)能效果。 家是的棲息之所，是自己營(yíng)造的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的小環(huán)境，擋風(fēng)避雨，遮陽(yáng)隔音，保護(hù)自己不受到任何來(lái)自外界的因素侵?jǐn)_。說(shuō)是相對(duì)的獨(dú)立，是因?yàn)椴豢赡芡耆撾x外界的環(huán)境而獨(dú)自生活，需要室內(nèi)室外能有一個(gè)合理的交流與互換。在這個(gè)小環(huán)境中，需要有合適的溫度、濕度、空氣和光線，還要有適合自己的聲音環(huán)境。 所以機(jī)構(gòu)在窗戶(hù)上的安裝方式和機(jī)構(gòu)的體積大小也很重要。機(jī)構(gòu)的大小決定了用戶(hù)窗戶(hù)的采光好壞。機(jī)構(gòu)在窗戶(hù)上的安裝位置如下圖： 圖6.1機(jī)構(gòu)在窗戶(hù)中位置示意 關(guān)于窗戶(hù)打開(kāi)方式及優(yōu)缺點(diǎn)的介紹： 1)推拉窗 窗戶(hù)沿軌道上下或者左右推拉 優(yōu)點(diǎn)：不占用室內(nèi)外空間，操作輕便，特別適用于陽(yáng)臺(tái)。 缺點(diǎn)：最大開(kāi)啟度只能達(dá)到整個(gè)窗戶(hù)面積的1/2；在風(fēng)雨天，窗戶(hù)只能關(guān)閉，無(wú)法換氣；要清潔朝外的玻璃面較困難；密封性差，濕氣、灰塵容易進(jìn)入；窗框下滑軌來(lái)回滑動(dòng)，上有較大的空間，下有滑輪間的空隙，造成較大的熱損失。 2)平開(kāi)窗 ：是一種傳統(tǒng)的窗型，應(yīng)用范圍最廣，分內(nèi)開(kāi)、外開(kāi)兩種。 優(yōu)點(diǎn)：窗扇和窗框間均有橡膠密封壓條，封閉性能好； 外平開(kāi)窗防水性能好，且開(kāi)啟時(shí)不占用室內(nèi)空間；內(nèi)平開(kāi)窗便于經(jīng)常擦洗，保持窗戶(hù)潔凈。 缺點(diǎn)：外開(kāi)式窗會(huì)占用室外空間；內(nèi)開(kāi)式窗容易撞到小孩的頭而且容易造成雨水、沙塵侵襲室內(nèi)。 3)平開(kāi)上懸窗：這是德國(guó)應(yīng)用得最廣泛的窗型，其技術(shù)含量相對(duì)較高。它通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)手選擇門(mén)窗的關(guān)閉，向內(nèi)平開(kāi)及頂部向內(nèi)上懸，從而達(dá)到密封、通風(fēng)、適量通風(fēng)及防盜的目的。其五金件多為國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格相對(duì)較高。 優(yōu)點(diǎn)：具有良好的保溫隔音性能；通風(fēng)時(shí)，新風(fēng)回旋進(jìn)入室內(nèi)；刮風(fēng)下 雨時(shí)，也可以開(kāi)啟窗戶(hù)，保持室內(nèi)空氣清新；便于清潔朝外的玻璃面。 缺點(diǎn)：其技術(shù)含量較高，五金件多為國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格相對(duì)較高。 4)射窗：射窗的結(jié)構(gòu)與平開(kāi)窗相似，只是鉸鏈（合頁(yè)）安裝的位置不同，安裝在頂部。射窗較適合廚房、衛(wèi)生間等小窗戶(hù)或有中央空調(diào)的賓館、寫(xiě)字樓，有時(shí)是與平開(kāi)窗、推拉窗配套使用的。 每種打開(kāi)方式都有有點(diǎn)和缺點(diǎn)，目前我國(guó)使用最廣泛的窗戶(hù)是推拉窗，所以這次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是以推拉窗為載體，安裝在推拉窗上實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的功能。 7 預(yù)期達(dá)到的功能 這個(gè)課題所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)需要達(dá)到的功能主要有以下幾點(diǎn)： 1)晴天轉(zhuǎn)換成降雨天氣：當(dāng)天氣處在晴空的時(shí)候，窗戶(hù)將保持自己的狀態(tài)，當(dāng)天氣由晴空變成降雨的時(shí)候，若窗戶(hù)處在開(kāi)啟的狀態(tài)，那么窗戶(hù)會(huì)根據(jù)溫度傳感器等一系列傳動(dòng)裝置的作用下關(guān)閉，如果處在關(guān)閉狀態(tài)，則不發(fā)生變化。 2）晴天轉(zhuǎn)換成降雪天氣：當(dāng)天氣處在晴空的時(shí)候，窗戶(hù)將保持自己的狀態(tài)，當(dāng)天氣由晴空變成降雪的時(shí)候，若窗戶(hù)處在開(kāi)啟的狀態(tài)，那么窗戶(hù)會(huì)根據(jù)溫度傳感器等一系列傳動(dòng)裝置的作用下關(guān)閉，如果處在關(guān)閉狀態(tài)，則不發(fā)生變化。 3）晴天轉(zhuǎn)換成刮風(fēng)天氣：當(dāng)天氣處在晴空的時(shí)候，窗戶(hù)將保持自己的狀態(tài)，當(dāng)天氣由晴空變成降雨的時(shí)候，若窗戶(hù)處在開(kāi)啟的狀態(tài)，那么窗戶(hù)會(huì)根據(jù)溫度傳感器等一系列傳動(dòng)裝置的作用下關(guān)閉，如果處在關(guān)閉狀態(tài)，則不發(fā)生變化。 4）晴天轉(zhuǎn)換成刮風(fēng)天氣：當(dāng)天氣處在晴空的時(shí)候，窗戶(hù)將保持自己的狀態(tài)，當(dāng)天氣由晴空變成降雨的時(shí)候，若窗戶(hù)處在開(kāi)啟的狀態(tài)，那么窗戶(hù)會(huì)根據(jù)溫度傳感器等一系列傳動(dòng)裝置的作用下關(guān)閉，如果處在關(guān)閉狀態(tài)，則不發(fā)生變化。 5）噪音感應(yīng)系統(tǒng)：若窗戶(hù)處在開(kāi)啟狀態(tài)，若外界噪音過(guò)大，將對(duì)室內(nèi)主人產(chǎn)生影響，則窗戶(hù)自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)噪音程度達(dá)標(biāo)，則窗戶(hù)自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)窗戶(hù)可以隨意控制。這個(gè)控制系統(tǒng)可以自己開(kāi)啟或關(guān)閉。 模型圖： 圖7.1 機(jī)構(gòu)模型 總結(jié) 時(shí)間一點(diǎn)點(diǎn)過(guò)去，畢業(yè)離我們一點(diǎn)點(diǎn)近了。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)也進(jìn)入了收尾階段，現(xiàn)在回想這幾個(gè)月的勞動(dòng)過(guò)程，有困難，有汗水，有痛苦也有快樂(lè)。當(dāng)遇到問(wèn)題的時(shí)候，我會(huì)靜下來(lái)平心靜氣的想問(wèn)題出在哪里，是不是我有的地方做錯(cuò)了，越是不懂得東西越要去學(xué)習(xí)，在這個(gè)過(guò)程中，我收獲很多。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，加工零件對(duì)我來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，特別是細(xì)長(zhǎng)軸的加工，需要很大的耐心和很高的加工水平。在加工過(guò)程中，一個(gè)小小的疏忽，切削進(jìn)給量大了哪怕是零點(diǎn)五毫米，也可能把軸做費(fèi)。還有就是其他零件和軸的配合安裝，一定要考慮到實(shí)際尺寸和設(shè)計(jì)尺寸的差別，有些標(biāo)準(zhǔn)件的精度不是很高，這就要改變軸的尺寸。這鍛煉了我對(duì)大局掌握的方法，考慮事情要面面俱到。 在整個(gè)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了不少東西，做任何事情都要有正確的態(tài)度和良好的心態(tài)。有些輕微的差錯(cuò)都有可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果。當(dāng)問(wèn)題苦思未果時(shí)，要適當(dāng)?shù)恼?qǐng)求幫助，不要為了所謂的面子羞于向他人請(qǐng)教，充實(shí)自己才是最重要的。同學(xué)之間要互相幫助，幫助別人的同時(shí)自己也在加深記憶。在完成任務(wù)的過(guò)程中耐心和毅力是很重要的，同時(shí)也要善于聽(tīng)取他人的意見(jiàn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，這樣做起事情來(lái)才會(huì)事半功倍。 致謝 參考文獻(xiàn)： [1] 孫桓, 陳作模, 葛文杰. 機(jī)械原理(第七版) [M ]. 北京: 高等教育出版社, 2006. 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