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哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 蘇猛 分院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)、班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化2班 指導(dǎo)教師姓名 李洪智 職稱 教授 從事 專業(yè) 機(jī)械工程 是否外聘 □是□否 題目名稱 磨氣門機(jī)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)目的、意義 設(shè)計(jì)目的： 設(shè)計(jì)一種集磨發(fā)動(dòng)機(jī)氣門，搪氣門座孔和修磨氣門座于一體的多用機(jī)械。 設(shè)計(jì)意義： 磨氣門、搪氣門座孔和修磨氣門座孔是在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家的專用生產(chǎn)線上進(jìn)行的。在發(fā)動(dòng)機(jī)維修時(shí)，需要一種多用途的小型機(jī)械，以滿足以小代大，以少代多的方便快捷需求。本設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)改造，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的同時(shí)，使維修加工更加方便快捷。 二、設(shè)計(jì)內(nèi)容、技術(shù)要求 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、磨氣門機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)。 2、磨氣門機(jī)主要受力零部件的尺寸設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。 3、磨氣門機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電機(jī)等選擇。 技術(shù)要求： 加工范圍：直徑：20-50mm 錐度：30°-50°，Ra<6.2 主軸速度：40r/min 整體重量：<50kg 電機(jī)功率：<150W 電機(jī)轉(zhuǎn)速：1500r/min 三、設(shè)計(jì)完成后應(yīng)提交的成果 1、磨氣門機(jī)總裝配圖A0圖一張； 2、零件圖若干張（折合2張A0圖）； 3、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（不少于1.5萬(wàn)字）。 四、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 2013.11.11-2013.11.19 收集相關(guān)資料，查閱文獻(xiàn)，撰寫開(kāi)題報(bào)告，翻譯與設(shè)計(jì)相關(guān)的英文文獻(xiàn)； 2013.11.20-2013.12.20 總體方案確定； 2014.3.01-2014.03.15 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 2014.03.16-2014.04.15 裝配圖的繪制； 2014.4.16-2014.05.10 零件圖繪制； 2014.5.10-2014.5.20 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，整理材料，準(zhǔn)備答辯。 五、主要參考資料 [1] 成大光.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)出版社，2001. [2] 唐藝.中外發(fā)動(dòng)機(jī)維系工藝[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)出版社，1994. [3] 王光照.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].鄭州：河南科技出版社，2006. [4] 李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].沈陽(yáng)：遼寧科技出版社，2001. [5] 王世剛.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2002. 六、備注 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 磨氣門機(jī)設(shè)計(jì) 摘要 磨氣門、搪氣門座孔和修磨氣門座孔是在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家的專用生產(chǎn)線上進(jìn)行的。在發(fā)動(dòng)機(jī)維修時(shí)，需要一種多用途的小型機(jī)械，以滿足以小代大，以少代多的方便快捷需求。本設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)改造，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的同時(shí)，使維修加工更加方便快捷。 本文設(shè)計(jì)了一種小型的集磨發(fā)動(dòng)機(jī)氣門，搪氣門座孔和修磨氣門座于一體的多用機(jī)械。首先對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研提出自己的設(shè)計(jì)方案，接著對(duì)各部件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與校核，最后用CAD軟件繪出了磨氣門機(jī)的裝配圖和零件圖。通過(guò)本次設(shè)計(jì)加深了對(duì)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、氣門磨削工藝等的理解對(duì)今后的學(xué)習(xí)和工作均有很大的價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 磨氣門 電機(jī) 傳動(dòng)系 設(shè)計(jì) Abstract Grinding valves, valve seats boring holes and grinding the valve seat hole in the engine manufacturer's dedicated production line. When engine maintenance, the need for a multi-purpose small machinery to meet the small generation of large, with less demand on behalf of more convenient. The design of appropriate transformation of existing products, improve product quality and productivity at the same time, make maintenance easier and faster processing. This paper presents a small set of grinding engine valves, valve seats boring holes and grinding the valve seat in one of the multi-purpose machinery. First, existing products on the market made its own research design, followed by the various components of the detailed design and verification, and finally with CAD software plots the valve grinding machine assembly drawings and part drawings. Through this design deepened the mechanical principles, mechanical design, mechanical drawing, valve grinding process such as understanding of the future learning and work are of great value. Keywords: grinding valve motor drive system design 目錄 摘要 1 Abstract 2 第一章 緒 論 5 1.1課題背景 5 1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門概述 5 1.3 氣門研磨機(jī)研究現(xiàn)況 6 1.4 設(shè)計(jì)要求 7 1.4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 7 1.4.2技術(shù)要求 7 第二章 氣門研磨機(jī)總體設(shè)計(jì) 8 2.1電機(jī)的選擇 8 2.2傳動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇 8 2.3 研磨裝置方案確定 9 2.4 總體方案確定 10 2.4.1總體方案確定 10 2.4.2原理說(shuō)明 11 2.5總體動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 11 第三章 主要部件的設(shè)計(jì) 13 3.1 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 13 3.1.1齒數(shù)差的確定 13 3.1.2 齒輪齒數(shù)的確定 13 3.1.3 齒形角、螺旋角、齒頂高系數(shù) 13 3.1.4外齒輪的變位系數(shù) 14 3.1.5嚙合角與變位系數(shù)差 15 3.1.6齒輪幾何尺寸與主要參數(shù)的選用 15 3.1.7強(qiáng)度計(jì)算與校核 20 3.2傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 22 3.2.1選擇軸的材料 22 3.2.2低速軸（輸出軸）的設(shè)計(jì) 23 3.2.3高速軸（輸入軸、偏心軸）的設(shè)計(jì) 28 3.3 箱體及其附件設(shè)計(jì) 33 3.3.1箱體簡(jiǎn)介 33 3.3.2箱體材料和尺寸的確定 33 3.3.3附件的設(shè)計(jì) 34 3.4支撐板的設(shè)計(jì) 34 3.5支撐桿的桿的 35 3.6氣門夾緊裝置的設(shè)計(jì) 36 結(jié) 論 37 參考文獻(xiàn) 38 致 謝 39 第一章 緒 論 1.1課題背景 磨氣門、搪氣門座孔和修磨氣門座孔是在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家的專用生產(chǎn)線上進(jìn)行的。在發(fā)動(dòng)機(jī)維修時(shí)，需要一種多用途的小型機(jī)械，以滿足以小代大，以少代多的方便快捷需求。本設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)改造，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的同時(shí)，使維修加工更加方便快捷。 1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門概述 氣門，valve，是發(fā)動(dòng)機(jī)的一種重要部件。氣門的作用是專門負(fù)責(zé)向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入空氣并排出燃燒后的廢氣。 　　 從發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上，分為進(jìn)氣門（inlet valve）和排氣門（exhaust valve）。進(jìn)氣門的作用是將空氣吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，與燃料混合燃燒；排氣門的作用是將燃燒后的廢氣排出并散熱。 氣門的材質(zhì)在中國(guó)大陸通常分為40Cr、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、21-4N和23-8N共5種。5Cr8Si2、4Cr9Si3、21-2N、21-12N、23-8N、XB等已在一些引進(jìn)機(jī)型上大批量使用。高溫鎳基合金在高負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門上也開(kāi)始應(yīng)用。 　　 從氣門的成品結(jié)構(gòu)上分類，通常分為整根氣門、雙金屬對(duì)焊氣門和空心充鈉氣門等。 其作用是專門負(fù)責(zé)向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入燃料并排出廢氣，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)汽缸只有一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，維修方便，低速性能較好，缺點(diǎn)是功率很難提高，尤其是高轉(zhuǎn)速時(shí)充氣效率低、性能較弱。為了提高進(jìn)排氣效率，現(xiàn)在多采用多氣門技術(shù)，常見(jiàn)的是每個(gè)汽缸布置有4個(gè)氣門（也有單缸3或5個(gè)氣門的設(shè)計(jì)，原理一樣，如奧迪A6的發(fā)動(dòng)機(jī)），4汽缸一共就是16個(gè)氣門，我們?cè)谄囐Y料上經(jīng)常看到的“16V”就表示發(fā)動(dòng)機(jī)共16個(gè)氣門。這種多氣門結(jié)構(gòu)容易形成緊湊型燃燒室，噴油器布置在中央，這樣可以令油氣混合氣燃燒更迅速、更均勻，各氣門的重量和開(kāi)度適當(dāng)?shù)販p小，使氣門開(kāi)啟或閉合的速度更快。 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中密封燃燒室和控制發(fā)動(dòng)機(jī)氣體交換的精密零件，是保證發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、可靠性、耐久性的重要零件。 6 磨氣門機(jī)設(shè)計(jì) 摘要 磨氣門、搪氣門座孔和修磨氣門座孔是在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家的專用生產(chǎn)線上進(jìn)行的。在發(fā)動(dòng)機(jī)維修時(shí)，需要一種多用途的小型機(jī)械，以滿足以小代大，以少代多的方便快捷需求。本設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)改造，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的同時(shí)，使維修加工更加方便快捷。 本文設(shè)計(jì)了一種小型的集磨發(fā)動(dòng)機(jī)氣門，搪氣門座孔和修磨氣門座于一體的多用機(jī)械。首先對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研提出自己的設(shè)計(jì)方案，接著對(duì)各部件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與校核，最后用CAD軟件繪出了磨氣門機(jī)的裝配圖和零件圖。通過(guò)本次設(shè)計(jì)加深了對(duì)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、氣門磨削工藝等的理解對(duì)今后的學(xué)習(xí)和工作均有很大的價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 磨氣門 電機(jī) 傳動(dòng)系 設(shè)計(jì) Abstract Grinding valves, valve seats boring holes and grinding the valve seat hole in the engine manufacturer's dedicated production line. When engine maintenance, the need for a multi-purpose small machinery to meet the small generation of large, with less demand on behalf of more convenient. The design of appropriate transformation of existing products, improve product quality and productivity at the same time, make maintenance easier and faster processing. This paper presents a small set of grinding engine valves, valve seats boring holes and grinding the valve seat in one of the multi-purpose machinery. First, existing products on the market made its own research design, followed by the various components of the detailed design and verification, and finally with CAD software plots the valve grinding machine assembly drawings and part drawings. Through this design deepened the mechanical principles, mechanical design, mechanical drawing, valve grinding process such as understanding of the future learning and work are of great value. Keywords: grinding valve motor drive system design 目錄 摘要 1 Abstract 2 第一章 緒 論 5 1.1課題背景 5 1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門概述 5 1.3 氣門研磨機(jī)研究現(xiàn)況 6 1.4 設(shè)計(jì)要求 7 1.4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 7 1.4.2技術(shù)要求 7 第二章 氣門研磨機(jī)總體設(shè)計(jì) 8 2.1電機(jī)的選擇 8 2.2傳動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇 8 2.3 研磨裝置方案確定 9 2.4 總體方案確定 10 2.4.1總體方案確定 10 2.4.2原理說(shuō)明 11 2.5總體動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 11 第三章 主要部件的設(shè)計(jì) 13 3.1 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 13 3.1.1齒數(shù)差的確定 13 3.1.2 齒輪齒數(shù)的確定 13 3.1.3 齒形角、螺旋角、齒頂高系數(shù) 13 3.1.4外齒輪的變位系數(shù) 14 3.1.5嚙合角與變位系數(shù)差 15 3.1.6齒輪幾何尺寸與主要參數(shù)的選用 15 3.1.7強(qiáng)度計(jì)算與校核 20 3.2傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 22 3.2.1選擇軸的材料 22 3.2.2低速軸（輸出軸）的設(shè)計(jì) 23 3.2.3高速軸（輸入軸、偏心軸）的設(shè)計(jì) 28 3.3 箱體及其附件設(shè)計(jì) 33 3.3.1箱體簡(jiǎn)介 33 3.3.2箱體材料和尺寸的確定 33 3.3.3附件的設(shè)計(jì) 34 3.4支撐板的設(shè)計(jì) 34 3.5支撐桿的桿的 35 3.6氣門夾緊裝置的設(shè)計(jì) 36 結(jié) 論 37 參考文獻(xiàn) 38 致 謝 39 第一章 緒 論 1.1課題背景 磨氣門、搪氣門座孔和修磨氣門座孔是在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家的專用生產(chǎn)線上進(jìn)行的。在發(fā)動(dòng)機(jī)維修時(shí)，需要一種多用途的小型機(jī)械，以滿足以小代大，以少代多的方便快捷需求。本設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)改造，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的同時(shí)，使維修加工更加方便快捷。 1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門概述 氣門，valve，是發(fā)動(dòng)機(jī)的一種重要部件。氣門的作用是專門負(fù)責(zé)向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入空氣并排出燃燒后的廢氣。 　　 從發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上，分為進(jìn)氣門（inlet valve）和排氣門（exhaust valve）。進(jìn)氣門的作用是將空氣吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，與燃料混合燃燒；排氣門的作用是將燃燒后的廢氣排出并散熱。 氣門的材質(zhì)在中國(guó)大陸通常分為40Cr、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、21-4N和23-8N共5種。5Cr8Si2、4Cr9Si3、21-2N、21-12N、23-8N、XB等已在一些引進(jìn)機(jī)型上大批量使用。高溫鎳基合金在高負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門上也開(kāi)始應(yīng)用。 　　 從氣門的成品結(jié)構(gòu)上分類，通常分為整根氣門、雙金屬對(duì)焊氣門和空心充鈉氣門等。 其作用是專門負(fù)責(zé)向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入燃料并排出廢氣，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)汽缸只有一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，維修方便，低速性能較好，缺點(diǎn)是功率很難提高，尤其是高轉(zhuǎn)速時(shí)充氣效率低、性能較弱。為了提高進(jìn)排氣效率，現(xiàn)在多采用多氣門技術(shù)，常見(jiàn)的是每個(gè)汽缸布置有4個(gè)氣門（也有單缸3或5個(gè)氣門的設(shè)計(jì)，原理一樣，如奧迪A6的發(fā)動(dòng)機(jī)），4汽缸一共就是16個(gè)氣門，我們?cè)谄囐Y料上經(jīng)?？吹降摹?6V”就表示發(fā)動(dòng)機(jī)共16個(gè)氣門。這種多氣門結(jié)構(gòu)容易形成緊湊型燃燒室，噴油器布置在中央，這樣可以令油氣混合氣燃燒更迅速、更均勻，各氣門的重量和開(kāi)度適當(dāng)?shù)販p小，使氣門開(kāi)啟或閉合的速度更快。 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中密封燃燒室和控制發(fā)動(dòng)機(jī)氣體交換的精密零件，是保證發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、可靠性、耐久性的重要零件。 氣門的工作條件惡劣，進(jìn)氣門的工作溫度可達(dá)300～400℃，排氣門的工作溫度可達(dá)700～900℃。進(jìn)氣門主要受反復(fù)沖擊的機(jī)械負(fù)荷，排氣門除受反復(fù)沖擊的機(jī)械負(fù)荷外，還受高溫氧化性氣體的腐蝕以及熱應(yīng)力（即氣門盤部因溫度梯度產(chǎn)生的應(yīng)力）、錐面熱脹應(yīng)力（即氣門的堆焊材料與基體材料膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的附加應(yīng)力）、和燃燒時(shí)氣體壓力等共同作用，氣門在落座時(shí)還承受由慣性引起的沖擊交變載荷及彈簧壓力、高溫腐蝕氣體的高速?zèng)_刷力等，所承受的機(jī)械應(yīng)力圖如圖一所示。氣門在設(shè)計(jì)、材質(zhì)與制造合理的條件下，氣門的失效主要為磨損與疲勞斷裂，磨損主要在氣門與配氣機(jī)構(gòu)中相關(guān)接觸件的磨損，它除了降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率外，還因改變氣門與相關(guān)件的相互位置及受力狀態(tài)而間接促進(jìn)氣門疲勞斷裂；氣門的疲勞斷裂主要是受到高頻率的張壓交變壓應(yīng)力，沖擊交變應(yīng)力、彎曲、冷熱、及燃?xì)飧g的單一或綜合作用造成的。如果發(fā)動(dòng)機(jī)裝配、修理、使用方面不按技術(shù)規(guī)程要求進(jìn)行，氣門配合的相關(guān)件質(zhì)量不合格，氣門很容易發(fā)生失效，并且主要發(fā)生在盤部單薄處、頸部及鎖夾槽等應(yīng)用力集中處。 圖1-1 氣門工作負(fù)載 1.3 氣門研磨機(jī)研究現(xiàn)況 電動(dòng)氣門研磨機(jī)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上最新型氣門研磨工具，其結(jié)構(gòu)緊湊，制作精美，適用多種內(nèi)燃機(jī)缸蓋氣門口研磨，具有安全可靠、便于攜帶、效率高等優(yōu)點(diǎn)，與市場(chǎng)銷售25型電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)或氣動(dòng)研磨機(jī)相比，配備了變壓整流裝置，可直接使用220V交流電，其主要性能:研磨氣門最大重量為0.5kg，使用電壓24V，額定功率為33W，額定電流為1.35A，工作行程0～10mm，沖擊次數(shù)600～700次/min，工作轉(zhuǎn)速300～500r/min，機(jī)器重量5kg，因此，電動(dòng)氣門研磨機(jī)廣大內(nèi)燃機(jī)修理網(wǎng)點(diǎn)最適用修理工具之一。 1.4 設(shè)計(jì)要求 1.4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）磨氣門機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)。 （2）磨氣門機(jī)主要受力零部件的尺寸設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。 （3）磨氣門機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電機(jī)等選擇。 1.4.2技術(shù)要求 加工范圍：直徑：20-50mm 錐度：30°-50°，Ra<6.2 主軸速度：40r/min 整體重量：<50kg 電機(jī)功率：<150W 電機(jī)轉(zhuǎn)速：1500r/min 第二章 氣門研磨機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1電機(jī)的選擇 本次設(shè)計(jì)的氣門研磨機(jī)為適應(yīng)維修加工更加方便快捷，同時(shí)由于滿足維修作業(yè)有時(shí)需要野外作業(yè)，野外作業(yè)時(shí)維修工具的供電是難題，為了適應(yīng)這一特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)的氣門研磨機(jī)選用可直接用24V汽車車載電池驅(qū)動(dòng)的直流電機(jī)作為動(dòng)力，這樣維修作業(yè)時(shí)在沒(méi)有外接電源情況下可以直接用汽車車載的24V直流電源供電。并且設(shè)計(jì)要求電機(jī)功率＜150W，電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min，查點(diǎn)電機(jī)手冊(cè)選定直流的電機(jī)型號(hào)及參數(shù)如下表： 型號(hào) 轉(zhuǎn)矩 (mN.m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 功率 (w) 電壓(v) 電流(A) 不大于 允許順逆 轉(zhuǎn)速差(r/min) 90ZYT101 796 1500 125 24 1.6 100 2.2傳動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主軸速度：40r/min；電機(jī)轉(zhuǎn)速：1500r/min則 總傳動(dòng)比為：； 即，此次設(shè)計(jì)的磨氣門機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比較大； 由于有設(shè)計(jì)要求整體重量：<50kg即盡量選用結(jié)構(gòu)緊湊，重量小的傳動(dòng)系統(tǒng)。 考慮到以上兩個(gè)因素，本次選用行星齒輪減速器作為該磨氣門機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。 行星齒輪減速器具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。由于采用內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)，所以結(jié)構(gòu)緊湊；當(dāng)傳動(dòng)比相等時(shí)，與同功率的普通圓柱齒輪減速器相比，體積和重量均可減少1/3～2/3。 （2）傳動(dòng)比范圍大 N型一級(jí)減速器的傳動(dòng)比為10～100以上，二級(jí)串聯(lián)的減速器，傳動(dòng)比可達(dá)10000以上；三級(jí)串聯(lián)的減速器，傳動(dòng)比可達(dá)百萬(wàn)以上。NN型一級(jí)減速器的傳動(dòng)比為100～1000以上。 （3）效率高 N型一級(jí)減速器的傳動(dòng)比為10～100時(shí)，效率為80%~94%;NN型當(dāng)傳動(dòng)比為10～200時(shí)，效率為70～93%。效率隨著傳動(dòng)比的增加而降低。 （4）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大 由于內(nèi)嚙合傳動(dòng)，兩嚙合齒輪一為凹齒，一為凸齒，兩齒頂曲率中心在同一方向。曲率半徑接近相等，因此接觸面積大，使齒輪的接觸強(qiáng)度大為提高，又采用短齒制，輪齒的彎曲強(qiáng)度也提高了。此外，少齒差傳動(dòng)時(shí)，不是一對(duì)輪齒嚙合，而是3～9對(duì)輪齒同時(shí)接觸受力，所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，并且在相同的模數(shù)的情況下，其傳遞力矩臂比普通圓周齒輪減速器大。 （5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本低； （6）輸入軸和輸出軸在同一軸線上，安裝和使用較為方便； （7）運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、使用壽命長(zhǎng)。 本次設(shè)計(jì)的磨氣門機(jī)傳動(dòng)方案如下圖： 圖2.1 NN型行星減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 NN型少齒差行星減速器由兩對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副組成。共同完成減速與輸出的任務(wù)。無(wú)需其他型式的輸出機(jī)構(gòu)，直接由齒輪軸輸出。其基本構(gòu)件為兩個(gè)中心輪K和行星架（即偏心軸）H組成。 由 式(2.1） 因?yàn)椋玫? 其傳動(dòng)傳動(dòng)比計(jì)算公式為： 式(2.2） 于是得到傳動(dòng)比的計(jì)算公式 式(2.3） 2.3 研磨裝置方案確定 本次設(shè)計(jì)的磨氣門機(jī)應(yīng)是集磨發(fā)動(dòng)機(jī)氣門，搪氣門座孔和修磨氣門座于一體的多用機(jī)械。 查閱現(xiàn)有磨氣門機(jī)，通常磨發(fā)動(dòng)機(jī)氣門，搪氣門座孔和修磨氣門座是通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)的的： （1）磨氣門 磨氣門通常是把氣門桿部固定，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪磨頭接觸實(shí)現(xiàn)的，因此本次設(shè)計(jì)的磨氣門機(jī)應(yīng)該具有安裝砂輪磨頭的裝置，并且還應(yīng)該能夠?qū)忾T桿部夾緊；另外由于設(shè)計(jì)要求加工范圍： 1）直徑：20-50mm 2）錐度：30°-50°，Ra<6.2 因此夾緊裝置應(yīng)可調(diào)，已實(shí)現(xiàn)夾緊的氣門直徑和錐度的變化。 （2）搪氣門座孔 搪氣門座孔通常是把設(shè)備固定在氣缸上，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的搪到對(duì)氣門座孔進(jìn)行作業(yè)，因此本次設(shè)計(jì)的磨氣門機(jī)應(yīng)該具有安裝搪刀的裝置。 （3）修磨氣門座 修磨氣門座通常是用橡膠碗吸住氣門帶動(dòng)氣門高速旋轉(zhuǎn)對(duì)氣門座配對(duì)研磨，研磨過(guò)程中應(yīng)在錐面位置涂抹研磨膏，因此本次設(shè)計(jì)的磨氣門機(jī)應(yīng)該具有安裝吸住氣門橡膠碗的裝置。 2.4 總體方案確定 2.4.1總體方案確定 綜合上述電機(jī)、傳動(dòng)系、磨發(fā)動(dòng)機(jī)氣門，搪氣門座孔和修磨氣門座的方案本次設(shè)計(jì)的氣門研磨機(jī)總體方案如下： 圖2-2 磨氣門機(jī)總體方案 2.4.2原理說(shuō)明 如圖2-2所示，本次設(shè)計(jì)的磨氣門機(jī)由1-直流電機(jī)，2-行星減速器，3-支撐板，4-知道桿，5-磨頭/氣門吸盤/搪刀，6-氣門夾緊裝置組成。 其中： 1-直流電機(jī)，在沒(méi)有外接電源情況下可直接用用汽車車載蓄電池驅(qū)動(dòng)； 2-行星齒輪減速器，具有結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕的頭優(yōu)點(diǎn)； 3-支撐板，所以部件均按照與支撐板，這是磨氣門機(jī)的安裝本體，并且在支撐板上按照支撐桿的位置設(shè)置滑動(dòng)槽，可實(shí)現(xiàn)支撐桿的前后左右滑動(dòng)調(diào)整間距以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位； 4-支撐桿，其下部做成圓錐狀在進(jìn)行搪氣門座孔和修磨氣門座作業(yè)時(shí)可以把圓錐體部分插入到發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋安裝的螺紋孔內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，支撐桿并且上部做成可以調(diào)節(jié)高度的鎖緊螺母的結(jié)構(gòu)，這樣可以適應(yīng)不同氣門座的作業(yè)需要。 5-作業(yè)工具，包括磨頭、氣門吸盤、搪刀；這些作業(yè)工具均是安裝在輸出軸上，通過(guò)更換不同工具來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。 6-氣門夾緊裝置，磨氣門是需要用到該裝置來(lái)夾緊氣門，該夾緊裝置可以上下滑動(dòng)以滿足不同直徑和錐度的氣門磨削要求。 2.5總體動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 前述已選定電機(jī)則減速器參數(shù)為： 輸入 輸出轉(zhuǎn)矩 傳動(dòng)比 傳動(dòng)效率主要由三部分組成即：行星機(jī)構(gòu)的嚙合效率、傳輸機(jī)構(gòu)的效率、轉(zhuǎn)臂軸承的效率則少齒差傳動(dòng)效率： 查手冊(cè)得到各計(jì)算式： 其中 查表13-6-11得到 0.96 0.95 所以 傳動(dòng)比： 輸出功率： 輸出轉(zhuǎn)速： 輸出轉(zhuǎn)矩： 求入輸出轉(zhuǎn)矩： 計(jì)算出各軸上具體數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢? 1）高速軸（輸入軸） 2）低速軸（輸出軸） 第三章 主要部件的設(shè)計(jì) 3.1 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 3.1.1齒數(shù)差的確定 內(nèi)嚙合齒輪副內(nèi)齒輪數(shù)與外齒輪齒數(shù)之差稱為齒數(shù)差。一般稱為少齒差，=0稱為零齒差。 傳動(dòng)比i的絕對(duì)值等于行星輪齒數(shù)除以中心輪與行星輪的齒數(shù)差，齒數(shù)差愈小，則傳動(dòng)比i的絕對(duì)值愈大。因此為了得到較大的傳動(dòng)比，希望齒數(shù)差小，一般取齒數(shù)差為，動(dòng)力傳動(dòng)。由于需要的傳動(dòng)比為37.5，傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩為796mN.m，于是選擇齒數(shù)差。 3.1.2 齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)內(nèi)齒輪2Z-X(2K-H)（I）型傳動(dòng)特點(diǎn)，齒數(shù)差； 傳動(dòng)比的計(jì)算公式 和齒輪差計(jì)算公式 得出齒輪的計(jì)算式 （錯(cuò)齒數(shù)） 計(jì)算出，并取整得出各齒輪齒數(shù)如表3.1所示。 表3.1 齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比與齒數(shù)組合 各齒輪齒數(shù) 傳動(dòng)比 錯(cuò)齒數(shù) 齒數(shù)差 37 39 24 26 37.5 13 2 3.1.3 齒形角、螺旋角、齒頂高系數(shù) 一般采用標(biāo)準(zhǔn)齒形角，當(dāng)齒數(shù)差時(shí)，取齒形角，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)采用。 當(dāng)齒形角時(shí)，齒頂高系數(shù)。當(dāng)減小時(shí)，嚙合角也減小，有利于提高效率。但太小時(shí)，變位系數(shù)太小會(huì)發(fā)生外齒輪切齒干涉（根切）或插齒加工時(shí)的負(fù)嚙合，本次設(shè)計(jì)選用。 3.1.4外齒輪的變位系數(shù) 變位系數(shù)需滿足方程式： 式（3.1） 變位系數(shù)還需要滿足如下條件： （1）重合度應(yīng)符合 （2）齒廓重疊干涉驗(yàn)算值應(yīng)符合 式中：， 按照表2.2選取外齒輪的變位系數(shù)可保證嚙合齒輪副的重合度 且其頂隙。表中列出對(duì)應(yīng)于和時(shí)的上限值。 表中不帶的數(shù)值表示取值受到的限制，其值與插齒刀無(wú)關(guān)。 帶的數(shù)值表示上限受到頂隙的限制，其值與插齒刀有關(guān)。若實(shí)際選用的插齒刀與表2.2的注解不通，表示數(shù)值可供估算。估算方法：插齒刀齒數(shù)或齒頂高或變位系數(shù)時(shí)，上限值會(huì)略大于表3.2的數(shù)值，反之則小于表中之值。選用時(shí)，距離其上限值留有余量。 表3.2 外齒輪變位系數(shù)的上限值 （①插齒刀參數(shù)，②可插值求的上限值） 3.1.5嚙合角與變位系數(shù)差 在齒數(shù)差與齒頂高系數(shù)確定的情況下，要滿足主要限制條件，關(guān)鍵在于決定變位系數(shù)差和嚙合角。 表3.3 嚙合角與變位系數(shù)差的選用推薦值 3.1.6齒輪幾何尺寸與主要參數(shù)的選用 （1）模數(shù)的確定 根據(jù)NN型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在偏心軸上安裝兩個(gè)行星輪，則一個(gè)行星輪上的轉(zhuǎn)矩輸入滾動(dòng)軸承效率，外齒輪選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，硬度。齒輪的由文獻(xiàn)[3]查得彎曲極限應(yīng)力 內(nèi)齒輪選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，硬度,查得齒輪的彎曲極限應(yīng)力。 使用系數(shù)KA，因原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)，工作平穩(wěn)，查表得使用系數(shù)KA=1.2，動(dòng)載荷KV=1.2（取齒輪的傳動(dòng)平穩(wěn)精度為8級(jí)）因YF1/σFP1>YF2/σFP2 按外齒輪校核， 根據(jù)文獻(xiàn)[11]表18-12取齒寬系數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[1]校核公式，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 法向模數(shù) = 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) （2）幾何參數(shù)計(jì)算 由表2.4確定：壓力角 嚙合角 模數(shù)m=1 ① 算第一內(nèi)齒輪副幾何參數(shù)計(jì)算 =37，=39 中心距： =1.993mm 取中心距 分度圓直徑： 齒頂高： 齒輪寬度： 取 ② 第二內(nèi)齒輪副幾何參數(shù)計(jì)算 =24，=26 中心距： =1.993mm 取中心距 分度圓直徑： 齒頂高： 取 齒輪詳細(xì)尺寸計(jì)算與驗(yàn)算結(jié)果如下: ①計(jì)算第一內(nèi)齒輪副 外齒輪齒數(shù)Z1: 37 內(nèi)齒輪齒數(shù)Z2: 39 法向模數(shù) Mn:1.5mm 分圓法向壓力角αn:20° 分圓螺旋角β:0° 齒頂高系數(shù)ha*:0.8 頂隙系數(shù)c*:0.25 中心距a:2mm 齒寬b:20mm 量棒直徑dp:2.04mm 內(nèi)插齒刀齒數(shù)Z02:25 內(nèi)插齒刀齒頂高系數(shù)ha*02:1.25 插齒刀刃磨刀原始齒形的距離 X02:0mm 端面模數(shù)mt =1.5000mm 嚙合角αw = 45.1891° 插內(nèi)齒輪時(shí)的嚙合角α02 =32.5094° 插內(nèi)齒輪時(shí)的中心距a02 =11.7002mm 總變位系數(shù)∑X =0.5578mm 外齒輪變位系數(shù)：X1 =0.5000mm 內(nèi)齒輪變位系數(shù)：X2 =1.0578mm 分度圓直徑：d1=55.5000mm 分度圓直徑：d2=58.5000mm 齒根圓直徑：df1=53.8500mm 齒根圓直徑：df2=64.6503mm 齒頂圓直徑：da1 =59.9003mm 齒頂圓直徑：da2 =58.6000mm 外齒輪齒頂壓力角αa1 =29.4643° 內(nèi)齒輪齒頂壓力角αa2 =20.2669° 插齒刀齒頂壓力角αa02 =31.3213° 端面重合度εα=1.3553 軸向重合度εβ=0.0000 校驗(yàn)內(nèi)齒輪加工范成頂切: 判斷 z02/z2 =0.6410是否大于等于1-tanaa0/tana02 =0.4206 校驗(yàn)過(guò)渡曲線干涉: 外齒輪用滾刀加工 z2tanaa2-(z2-z1)tanaw =12.3877是否大于等于 z1tanan-4(ha*-x1)/sin2a=11.6000 校驗(yàn)重疊干涉:z1(dt1+invaa1)-z2(dt2+invaa2)+inva(z2-z1) =0.3293是否大于等于0 校驗(yàn)外齒輪齒頂厚度：判斷 sa1 =0.9880是否大于 0.25m =0.3750 外齒輪固定弦齒厚：sc1 =2.5627mm 內(nèi)齒輪固定弦齒厚：sc2=1.0607mm 外齒輪固定弦齒高：hc1 =1.7338mm 內(nèi)齒輪固定弦齒高：hc2=0.2365mm 跨齒數(shù)：k =5 外齒輪公法線長(zhǎng)度：w=21.2172mm 外齒輪跨棒距M1 =58.4239 內(nèi)齒輪跨棒距M2 =59.5495 ② 第二內(nèi)齒輪副幾何參數(shù)計(jì)算 外齒輪齒數(shù) Z1: 24 內(nèi)齒輪齒數(shù) Z2: 26 法向模數(shù) Mn:1.5mm 分圓法向壓力角 αn:20° 分圓螺旋角 β:0° 齒頂高系數(shù) ha*:0.8 頂隙系數(shù) c*:0.25 中心距 a:2mm 齒寬 b:20mm 量棒直徑 dp:2.04mm 內(nèi)插齒刀齒數(shù) Z02:25 內(nèi)插齒刀齒頂高系數(shù) ha*02:1.25 插齒刀刃磨刀原始齒形的距離 X02:0mm 端面模數(shù)mt =1.5000mm 嚙合角αw =45.1891° 插內(nèi)齒輪時(shí)的嚙合角α02 =53.6026° 插內(nèi)齒輪時(shí)的中心距a02 =1.1877mm 總變位系數(shù) ∑X =0.5578mm 外齒輪變位系數(shù)：X1 =0.0000mm 內(nèi)齒輪變位系數(shù)：X2 =0.5578mm 分度圓直徑：d1 =36.0000mm 分度圓直徑：d2 =39.0000mm 齒根圓直徑：df1=32.8500mm 齒根圓直徑：df2 = 43.6254mm 齒頂圓直徑：da1 =38.8754mm 齒頂圓直徑：da2 =37.6000mm 外齒輪齒頂壓力角αa1 =29.5195° 內(nèi)齒輪齒頂壓力角αa2 =12.9205° 插齒刀齒頂壓力角αa02 =31.3213° 端面重合度εα=1.5339 軸向重合度εβ=0.0000 校驗(yàn)內(nèi)齒輪加工范成頂切: 判斷 z02/z2 =0.9615是否大于等于 1-tanaa0/tana02 =0.8309 校驗(yàn)過(guò)渡曲線干涉：外齒輪用滾刀加工 z2tanaa2-(z2-z1)tanaw =3.9514是否大于等于 z1tanan-4(ha*-x1)/sin2a =3.7570 校驗(yàn)重疊干涉:z1(dt1+invaa1)-z2(dt2+invaa2)+inva(z2-z1) =0.2489是否大于等于0 校驗(yàn)外齒輪齒頂厚度：判斷 sa1=1.1408是否大于0.25m =0.3750 外齒輪固定弦齒厚：sc1 =2.0806mm 內(nèi)齒輪固定弦齒厚：sc2=1.5428mm 外齒輪固定弦齒高：hc1=1.0591mm 內(nèi)齒輪固定弦齒高： hc2= 0.4300mm 跨齒數(shù)：k =3 外齒輪公法線長(zhǎng)度：w=11.5747mm 外齒輪跨棒距M1=37.4985 內(nèi)齒輪跨棒距M2=38.8449 由上面的選取和計(jì)算得出雙聯(lián)齒輪各項(xiàng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.5所示。 表3.5行星齒輪幾何參數(shù)見(jiàn) (長(zhǎng)度單位：mm) 名稱 符號(hào) 第一內(nèi)齒輪副 第二內(nèi)齒輪副 外齒輪 內(nèi)齒輪 外齒輪 內(nèi)齒輪 齒數(shù) 37 39 24 26 模數(shù) 1.5 齒形角 20° 齒頂高系數(shù) 0.8 嚙合角 45.19° 變位系數(shù) 0.5 1.0578 0 0.5578 嚙合中心距 2.0 分度圓直徑 55.5 58.5 36 39 齒頂圓直徑 59.9 58.6 38.875 37.6 齒根圓直徑 df 53.85 64.65 32.85 43.625 齒輪寬度 12 15 12 15 驗(yàn)算重合度 齒廓重干涉驗(yàn)算值 跨齒數(shù) 4 5 3 4 測(cè)量柱直徑 1.7 3.1.7強(qiáng)度計(jì)算與校核 漸開(kāi)線少齒差行星傳動(dòng)為內(nèi)嚙合傳動(dòng)，又采用正角度變位，其齒面接觸強(qiáng)度與齒根彎曲強(qiáng)度均提高，且齒面接觸強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于齒根彎曲強(qiáng)度，同時(shí)又是多齒對(duì)嚙合，所以內(nèi)外齒輪的接觸強(qiáng)度可不進(jìn)行驗(yàn)算及滿足要求(參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]第九章少齒差行星齒輪傳動(dòng)第6節(jié)齒輪強(qiáng)度計(jì)算)。 只計(jì)算齒根彎曲強(qiáng)度，其彎曲強(qiáng)度條件為： , 式(3.4） 根據(jù)型傳動(dòng)計(jì)算方式得到式中： -齒輪分度圓上的圓周力（N） -齒形系數(shù)：參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]表10-5齒形系數(shù)表得到 齒輪寬度： 式(3.5） -使用系數(shù)：參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]第5章行星傳動(dòng)承載能力計(jì)算表5-6得到 -動(dòng)載系數(shù)：參見(jiàn)參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]第5章行星傳動(dòng)承載能力計(jì)算圖5-1得到 -彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)：參見(jiàn)參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]表5-9得 -彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分配系數(shù)：查文獻(xiàn)[1]圖10-13 -試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲極限應(yīng)力。 查參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]圖10-21 -齒根彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù):表5-5得=1.60 -應(yīng)力修正系數(shù)：一般試驗(yàn)齒輪修正系數(shù)取 -尺寸系數(shù)：查文獻(xiàn)[2]圖6-37得=0.9 -齒根表面狀況系數(shù)；查文獻(xiàn)[2]圖6-36得=1.28 -彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù): 查文獻(xiàn)[2]圖6-34得=2.4 于是計(jì)算出 滿足，所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足。齒輪尺寸設(shè)計(jì)滿足實(shí)際要求。 3.2傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。 軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。 3.2.1選擇軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，最常用的是45鋼。 必須指出在一般工作溫度下（低于200攝氏度）各種碳鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度和耐磨性，而不是軸的彎曲或者扭轉(zhuǎn)剛度，在既定的條件下，有時(shí)也可選擇較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面積的方法來(lái)提高軸的剛度。 各種熱處理如高頻淬火、滲碳、氧化、氰化以及表面強(qiáng)化處理如噴丸、滾壓等對(duì)提高軸的抗疲勞都有著顯著的效果。 應(yīng)用于軸的材料種類很多，主要根據(jù)軸的使用條件。對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度和其他機(jī)械性能等的要求，采用熱處理方式，同時(shí)考慮制造加工工藝，并力求經(jīng)濟(jì)合理，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)選擇軸的材料。 根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]表5-1-1軸的材料及其主要力學(xué)性能選擇軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)熱處理。具體參數(shù)見(jiàn)表4.1 表4.1軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 材料 熱處理 毛坯直徑 mm 硬度 HB 抗拉強(qiáng)度 屈服點(diǎn) 彎曲疲極限 扭轉(zhuǎn)疲勞極限 許用靜應(yīng)力 許用疲勞應(yīng)力 45鋼 調(diào)質(zhì) ≤200 217~255 650 360 270 155 260 180~207 3.2.2低速軸（輸出軸）的設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。它與軸上安裝的零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸，對(duì)軸的變形等因素有關(guān)。 （1）初步確定軸端直徑 由前得輸出軸上,,Z 求作用在齒輪上的力（2Z-X型）（參見(jiàn)文獻(xiàn)[4]13-453受力分析與強(qiáng)度計(jì)算） 齒輪分度圓直徑 分度圓切向力 徑向力31387.1 法向力=40274.4N 表4.2 軸常用幾種材料的及值 軸的材料 15~25 149~126 20~35 135~112 45 25~45 126~103 35~55 112~97 按表4.2選取，軸的輸入端直徑及軸的最小直徑： 又因?yàn)榇硕伍_(kāi)有鍵槽，對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大取，初選mm。 （2）低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）初步選擇滾動(dòng)軸承，因軸承不受軸向力，故選擇深溝球軸承。 最小直徑 右端用軸端擋圈定位，安裝軸承蓋。所以mm 根據(jù)軸肩的高度 2-3處安裝軸承，2處為安裝軸承 預(yù)選軸承型號(hào)為6005尺寸為25×37×7，選 3-4段為方便內(nèi)側(cè)軸承安裝取 4-5處安裝軸承，5處為安裝軸肩 預(yù)選軸承型號(hào)為6005尺寸為25×37×7，選 ，為內(nèi)齒輪，具體尺寸見(jiàn)齒輪設(shè)計(jì)。 2）根據(jù)SJ型雙內(nèi)嚙合行星減速器具體結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計(jì)的輸出軸與內(nèi)齒圈裝成一體。 3）參考文獻(xiàn)[1]表15-2取軸端的倒角為 軸肩上的圓角半徑2處取 3、4處取 （3）求低速軸上的載荷 由前得輸出軸上 求作用在齒輪上的力（2Z-X型）（參見(jiàn)文獻(xiàn)[4]13-453受力分析與強(qiáng)度計(jì)算） 分度圓切向力 徑向力31387.1 法向力=40274.4N 確定軸承的支撐點(diǎn)位置時(shí)，參看文獻(xiàn)[1]圖15-23，對(duì)于所選軸承，查得，。所以得到圖4.2的,, 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度看，截面2和3處的過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，從受載的情況來(lái)看，截面2-3中間受載荷最大，截面2、3相近，但截面3受扭矩，所以2截面不必校核，截面2-3中間受力，但應(yīng)力集中不大，不必校核。 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖計(jì)算出軸受力分析的各個(gè)力，見(jiàn)表4.3。 表4.3軸受力分析 載荷 垂直面 水平面 支反力 彎矩 總彎矩 扭矩 （4）按彎矩合成應(yīng)力校核軸強(qiáng)度 在進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受對(duì)大彎矩和扭矩的截面即危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式15-5取a=0.6軸的計(jì)算應(yīng)力 （） 前已經(jīng)選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，參考文獻(xiàn)[1]表15-1查得[]=60Pa，所以，故安全。 （5）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1)判斷軸的危險(xiǎn)截面 由軸分析可知，1-2截面只受扭矩作用，雖然有鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合引起的應(yīng)力集中將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑強(qiáng)度按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較寬余考慮的，所以1-2段6、7截面無(wú)須校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度看，截面2和3處的過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，從受載的情況來(lái)看，截面2-3中間受載荷最大， 截面2、3相近，但截面3受扭矩，所以2截面不必校核，截面2-3中間受力，但應(yīng)力集中不大，不必校核。 2)校核截面3左側(cè) 抗彎截面系數(shù) 式（4.3） 抗扭截面系數(shù) 式（4.4） 截面6右彎矩M為 式（4.5） 截面W上扭矩 截面上的彎矩應(yīng)力 式（4.6） 截面扭矩切應(yīng)力 式(4.7） 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表3.1查得，，。 截面上由于軸肩形成的理論集中系數(shù)及： 按參考文獻(xiàn)[1]附表3-2查取，因, 可查得 ，。 又參考文獻(xiàn)[1]附表3-1查得軸的材料的敏性系數(shù)為 。 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按參考文獻(xiàn)[1]表附3-4為: 由參考文獻(xiàn)[1]附圖3-2得尺寸系數(shù)。 由參考文獻(xiàn)[1]附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。 軸按磨削加工，由參考文獻(xiàn)[1]附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為。 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理即。 按參考文獻(xiàn)[1]式（3-12）及（3-12a）得綜合系數(shù)值為： 有由3-1及3-2得碳鋼的特性系數(shù)： ，取 取。 于是計(jì)算安全系數(shù)值，按參考文獻(xiàn)[1]式（15-6）（15-8）則得： （由軸向力引起的壓縮應(yīng)力在此處作為計(jì)算，因其甚小，故予忽略） 3)截面3右側(cè) 按參考文獻(xiàn)[1]表15-4中公式計(jì)算， 抗彎截面系數(shù) W= 抗扭截面系數(shù) 由前知彎矩M及彎曲切應(yīng)力為 扭矩及扭矩切應(yīng)力 過(guò)盈配合處值，由參考文獻(xiàn)[1]附表3-8查出，取 。 軸按磨削加工，由參考文獻(xiàn)[1]附表3-4得表面質(zhì)量系數(shù)0.90。 故綜合系數(shù)為=3.71 =2.99。 所以軸在截面3右側(cè)安全系數(shù)為： 36.16 16.34 14.89 因軸無(wú)大大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可忽略靜強(qiáng)度的校核。 至此，根據(jù)以上計(jì)算及校核結(jié)果，低速軸（輸出軸）設(shè)計(jì)安全可靠。 3.2.3高速軸（輸入軸、偏心軸）的設(shè)計(jì) （1）初步確定軸端直徑 由前得輸入軸上 求作用在齒輪上的力，參見(jiàn)文獻(xiàn)[4]13-453受力分析與強(qiáng)度計(jì)算。 齒輪分度圓直徑 分度圓切向力 徑向力 法向力 按表4.4選取，軸的輸入端直徑及軸的最小直徑： 又因?yàn)榇硕伍_(kāi)有鍵槽，對(duì)于直徑的軸有一個(gè)鍵槽時(shí)軸徑增大取為配合電機(jī)花鍵孔該處取。 （2）高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。它與軸上安裝的零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸，對(duì)軸的變形等因素有關(guān)。 1）軸肩的高度得到 又因?yàn)榇硕伍_(kāi)有鍵槽，對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大 =10.2mm 預(yù)選軸承型號(hào)為6002 尺寸為初選 3-4段為偏心軸段，和齒輪裝配。查齒輪數(shù)據(jù)得到雙聯(lián)齒輪厚度 軸肩的高度 考慮偏心軸力矩要求 ,由輸出軸聯(lián)接的內(nèi)齒圈選取軸端5-6上軸承為6004尺寸為:初步確定 30mm 2）根據(jù)SJ型雙內(nèi)嚙合行星減速器具體結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計(jì)的輸入軸為偏心軸。 3）軸上零件的周向定位，齒輪和半連軸器的周向定位都采用平鍵聯(lián)結(jié)，按2-3直徑查手冊(cè)得平鍵截面尺寸為用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了保證齒輪與輪轂配合有良好的對(duì)中性，選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6。 4）參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-2取軸端的倒角為。 軸肩上的圓角半徑2處取 3、4處取 （3）求高速軸上的載荷 圖4.5軸受力簡(jiǎn)圖 由前得輸入軸上 求作用在齒輪上的力（2Z-X型）（參考文獻(xiàn)[4]13-453受力分析與強(qiáng)度計(jì)算） 齒輪分度圓直徑 分度圓切向力 徑向力26.7N 法向力=33.5N 確定軸承的支撐點(diǎn)位置時(shí)，參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]圖15-23，對(duì)于所選軸承，查得 ，，。所以得到圖4.5的,,, 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖計(jì)算出軸受力分析的各個(gè)力，見(jiàn)表4.5。 表4.5軸受力分析 載荷 垂直面 水平面 支反力 彎矩 總彎矩 扭矩 （4）按彎矩合成應(yīng)力校核軸強(qiáng)度 在進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受對(duì)大彎矩和扭矩的截面即危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》15-5取a=0.6軸的計(jì)算應(yīng)力 （） 前已經(jīng)選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻(xiàn)[1]表15-1查得[]=60Pa，因?yàn)椋拾踩? （5）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1）判斷軸的危險(xiǎn)截面 由軸分析可知，1-2截面只受扭矩作用，雖然有鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合引起的應(yīng)力集中將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑強(qiáng)度按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較寬余考慮的，所以1-2段6、7截面無(wú)須校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度看，截面2和3處的過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，從受載的情況來(lái)看，截面2-3中間受載荷最大， 截面2、3相近，但截面3受扭矩，所以2截面不必校核，截面2-3中間受力，但應(yīng)力集中不大，不必校核。 2）校核截面3左側(cè) 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面上的彎矩應(yīng)力 截面扭矩切應(yīng)力 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表3.1查得，，。 截面上由于軸肩形成的理論集中系數(shù)及 按參考文獻(xiàn)[1]附表3-2查取，因, 可查得 ，， 又由參考文獻(xiàn)[1]附表3-1查得軸的材料的敏性系數(shù)為 。 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按參考文獻(xiàn)[1]表附3-4為 。 由附圖3-2得尺寸系數(shù) 由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理即 按參考文獻(xiàn)[1]式（3-12）及（3-12a）得綜合系數(shù)值為 有由3-1及3-2得碳鋼的特性系數(shù) ，取 取 于是計(jì)算安全系數(shù)值，按參考文獻(xiàn)[1]式（15-6）（15-8）則得 （由軸向力引起的壓縮應(yīng)力在此處作為計(jì)算，因其甚小，故予忽略） 3）截面3-4 按參考文獻(xiàn)[1]表15-4中公式計(jì)算， 抗彎截面系數(shù) W= 抗扭截面系數(shù) 由前知彎矩M及彎曲切應(yīng)力為 扭矩及扭矩切應(yīng)力 過(guò)盈配合處值，由參考文獻(xiàn)[1]附表3-8查出，取 軸按磨削加工，由附表3-4得表面質(zhì)量系數(shù)0.90 故綜合系數(shù)為=3.25 =2.62 所以軸在截面3右側(cè)安全系數(shù)為： 21.75 8.29 7.75 因軸無(wú)大大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可忽略靜強(qiáng)度的校核。 至此，根據(jù)以上計(jì)算及校核結(jié)果，高速軸（輸入軸）設(shè)計(jì)安全可靠。 3.3 箱體及其附件設(shè)計(jì) 40 3.3.1箱體簡(jiǎn)介 減速器箱體是用以支持和固定軸系零件并保證傳動(dòng)件的嚙合精度和良好的潤(rùn)滑及軸系可靠地密封的重要零件，其重量約占減速器總重量的30%~50%。因此設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)時(shí)必須綜合考慮傳動(dòng)質(zhì)量、加工工藝及成本等。 減速器箱體可以是鑄造的，也可以使焊接的。 鑄造機(jī)體一般采用鑄鐵（HT150或HT200）制成。鑄鐵具有較好的吸振性、容易切削且承壓性能好。在重型減速器中，為了提高箱體的強(qiáng)度和剛度，也可用鑄鋼（ZG15或ZG25）鑄造的。鑄造箱體的缺點(diǎn)是重量較大，但仍廣泛應(yīng)用。 焊接箱體用鋼板（A3）焊接而成。 減速器箱體可以采用剖分式結(jié)構(gòu)或整體式結(jié)構(gòu)。剖分式箱體結(jié)構(gòu)被廣泛采用，其剖分面多與傳動(dòng)件軸線重合。一般減速器只有一個(gè)水平剖分面，但某些水平軸在垂直面內(nèi)排列的減速器，為了便于制造和安裝，也可以采用兩個(gè)剖分面。 3.3.2箱體材料和尺寸的確定 因鑄鐵容易切削，抗振性能好，并具有一定的吸振性，所以在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中采用灰鑄鐵HT200制造。按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):單行本.第11～14篇,機(jī)械傳動(dòng)》表15-5-30和15-5-31計(jì)算公式計(jì)算減速器箱體的尺寸列表如下： 表9-1 名稱 符號(hào) 減速器型式及尺寸關(guān)系/mm 機(jī)體壁厚 5 前箱蓋壁厚 ＝4 加強(qiáng)筋厚度 ＝4 加強(qiáng)筋斜度 機(jī)體內(nèi)壁直徑 85 機(jī)體機(jī)蓋緊固螺釘直徑 ＝5 軸承端蓋螺釘直徑 ＝4 地腳螺釘直徑 ＝6 機(jī)體底座凸緣厚度 ＝10 地腳螺栓孔的位置 ＝6 地腳螺栓孔的位置 ＝20 3.3.3附件的設(shè)計(jì) (1) 軸承端蓋 為固定軸承在軸上的軸向位置并承受軸向載荷，軸承座孔兩端用軸承端蓋密封。 (2) 密封與潤(rùn)滑 根據(jù)浸油齒輪的圓周速度N=11.47 m/s > 2m/s,則軸承應(yīng)采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。 1) 減數(shù)器的潤(rùn)滑方式：浸油潤(rùn)滑方式 2) 選擇潤(rùn)滑油：工業(yè)閉式齒輪油（GB5903-1995）中的一種。 3) 密封類型的選擇：密封件： 氈圈 1 25 JB9877.1-1988 氈圈 2 40 JB9877.1-1988 密封膠： DJM7302 Q/JZZX.03-2005 3.4支撐板的設(shè)計(jì) 所有部件均按照與支撐板，這是磨氣門機(jī)的安裝本體，并且在支撐板上按照支撐桿的位置設(shè)置滑動(dòng)槽，可實(shí)現(xiàn)支撐桿的前后左右滑動(dòng)調(diào)整間距以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位；支撐板詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖： 圖 3-6 支撐板 3.5支撐桿的桿的 支撐桿下部做成圓錐狀在進(jìn)行搪氣門座孔和修磨氣門座作業(yè)時(shí)可以把圓錐體部分插入到發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋安裝的螺紋孔內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，支撐桿并且上部做成可以調(diào)節(jié)高度的鎖緊螺母的結(jié)構(gòu)，這樣可以適應(yīng)不同氣門座的作業(yè)需要。支撐桿詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖： 圖 3-7 支撐桿 3.6氣門夾緊裝置的設(shè)計(jì) 6-氣門夾緊裝置，磨氣門是需要用到該裝置來(lái)夾緊氣門，該夾緊裝置可以上下滑動(dòng)以滿足不同直徑和錐度的氣門磨削要求。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖： 圖 3-8 氣門夾緊裝置 結(jié) 論 這次設(shè)計(jì)的三個(gè)月時(shí)間里，我從不了解到深刻的理解錘式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)課題，，對(duì)我們大學(xué)四年所學(xué)到的知識(shí)，特別是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、以及機(jī)械制圖方面的知識(shí)有了更深的理解和提高。并且從中培養(yǎng)了自己對(duì)問(wèn)題的獨(dú)立思考能力以及分析問(wèn)題的能力，對(duì)資料和文獻(xiàn)的檢索能力，也培養(yǎng)了我們將所學(xué)基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)運(yùn)用解決實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)培養(yǎng)我們的獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新精神具有很重要的作用。當(dāng)然，在這些過(guò)程中也存在許多沒(méi)有解決好的并有待改進(jìn)和提高的問(wèn)題。雖然在設(shè)計(jì)中難免有不足之處，但是通過(guò)這次的鍛煉對(duì)我今后在事業(yè)上的成功奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這次的設(shè)計(jì)之所以能夠順利完成，這是與老師的細(xì)心指導(dǎo)是分不開(kāi)的，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還得到了同組的兩位同學(xué)的熱心幫助，在此非常感謝他們，特別是要感謝老師在這幾個(gè)月來(lái)對(duì)我的細(xì)心指導(dǎo)使我順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。當(dāng)然這次的設(shè)計(jì)肯定不是十分完美的，在設(shè)計(jì)中的許多不足之處，望老師能夠給予批評(píng)指正。 在設(shè)計(jì)中，同時(shí)由于本人能力和經(jīng)驗(yàn)有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)犯很多錯(cuò)誤，也可能有許多不切實(shí)際的地方，個(gè)人覺(jué)得設(shè)計(jì)行星減速器的工藝要求很高，在裝配零件圖較為復(fù)雜。運(yùn)動(dòng)仿真主要困難在于行星齒輪與轉(zhuǎn)臂的運(yùn)動(dòng)上。我以后會(huì)做更多的關(guān)于行星齒輪減速器的研究。 參考文獻(xiàn) [1] 朱孝錄主編.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)(HANDBOOK OF GEAR DESIGN) 北京：化學(xué) 工業(yè)出版社，2004.7 [2] 朱孝錄主編. 中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典. 第4卷. 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì). 南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002 [3] 朱孝錄主編. 機(jī)械傳動(dòng)裝置選用手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [4] 邱宣懷等編著.機(jī)械設(shè)計(jì).第4版. 北京：高等教育出版社，1997（2009重?。? 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[17] Bhattacharyyask,Grindabibity study of CBN wheels proc of 19th MTDR CONF.1778 致 謝 時(shí)光飛逝，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯就要結(jié)束了，在這短暫而漫長(zhǎng)的四年里，使我更進(jìn)一步的熟悉和掌握了如何去學(xué)習(xí)、生活和工作。同時(shí)，也是校園讓我們學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)了思考，學(xué)會(huì)了做人，雖其短暫，但是在這四年里所學(xué)的知識(shí)必將可以使我受用終生。 在這大學(xué)生涯即將結(jié)束的最后半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅是對(duì)我們每一個(gè)人的一次全面的考查，同時(shí)也是對(duì)我們所學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)的一次實(shí)際而綜合運(yùn)用，這不僅僅是只是一次知識(shí)的檢驗(yàn)，更是對(duì)我們認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力的鍛煉與培養(yǎng)