20米自动伸缩门设计

喜欢这套资料就充值下载吧。资源目录里展示的都可在线预览哦。下载后都有，请放心下载，文件全都包含在内，有疑问咨询QQ:414951605 或 1304139763 图书分类号： 密 级： 20米自动伸缩门设计 THE DESIGN OF 20 METERS AUTOMATIC RETRACTABLE GATE 学生姓名 班 级 学院名称 专业名称 指导教师 原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位设计，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 设计作者签名： 　　 　　日期： 　　 年 　月　 　日 版权协议书 本人完全了解学院关于收集、保存、使用学位设计的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位设计的知识产权归学院所拥有。学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位设计的纸本复印件和电子文档拷贝，允许设计被查阅和借阅。学院可以公布学位设计的全部或部分内容，可以将本学位设计的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位设计。 设计作者签名： 　　 导师签名： 　　 日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 摘要 自动伸缩门是一款机电一体化的产品，它由控制系统实现电机的转动，再由电机通过一系列传动装置，带动门体运动。本文首先阐述了自动伸缩门产生的背景，它在当前社会中的发展状况，以及对它进行研究的意义。继而根据已知条件对相关参数进行计算，选择合适的电动机。然后设计减速器传动方式，确定传动方式之后再依次对实现传动的各个零件(包括齿轮、轴、传动链、链轮)的各个参数进一步计算，接着要对设计完的零件进行强度校核。最后，对自动伸缩门的控制系统进行了设计，本文采用单片机进行系统控制，从而实现电动机的正转、反转、停转，汉字显示方式控制，无线遥控控制等，再根据这些功能来选择实现这些功能所需要的硬件设备，然后将这些设备正确连接来完成硬件系统的设计。 关键词: 伸缩门；减速器；控制系统 Abstract Automatically retractable door is a product of mechatronics. Under the control of the system, it can make the motor rotate, and then, through a series of gearing, the motor drive the whole door to move. This paper first describes the background to generate automatic retractable door, its development in the current society, and the significance to study it. Then to calculate of the relevant parameters based on the known conditions and select the appropriate motor. Next, we should determine the way of transmission, after which the parameters of the various transmission parts need to be further calculated, including the design of gears, the design of shafts and the design of transmission chain and sprocket wheels. Afterwards, the intensity of each part will be checked. Finally, the control system of automatically retractable doors is designed. In this paper, we use single-chip to achieve system control, which can realize the normal-reverse transfer of the motor, the way of characters display, and wireless remote control. To implement these functions, we must choose necessary hardware devices, and these devices should be properly connected to complete the design of the hardware system. Keywords retractable door reducer control system II 目 录 摘要 I 关键词: I Abstract II 1 绪论 1 1.1 课题研究内容 1 1.2 自动伸缩门的背景、发展及研究意义 1 2 减速器的设计 3 2.1电动机的选择 3 2.2 传动比的计算及分配 4 2.3 计算传动装置的运动和动力参数 5 2.4齿轮设计 6 2.4.1高速级圆锥齿轮设计 6 2.4.2低速级斜齿圆柱齿轮设计 11 2.5轴的设计 18 2.5.1高速轴的设计与计算 18 2.5.3 中间轴的设计与计算 24 2.5.3 低速轴设计 30 3 链传动设计 37 4 控制器设计 39 4.1 总体设计 40 4.2 硬件选择 40 4.2.1 电机控制 40 4.2.2 遥控电路 40 4.2.3 汉字显示模块 41 4.3 硬件连接原理图 41 5 门体设计 43 5.1 总体设计 43 5.2 结构设计 44 结论 45 致谢 46 参考文献 47 1 绪论 1.1 课题研究内容 本课题研究的对象是自动伸缩门，它主要由机头、门体和行走轮组成，其中机头是其核心部分，内部包括电动机、控制系统、以及减速装置。工作时，由控制系统控制电动机的正转和反转，然后通过一系列的减速装置带动行走轮行走，从而实现伸缩门的前进与后退。 本课题的主要研究的是与本专业联系紧密的电动机和减速装置部分。首先根据原始参数选择合适的电动机，然后选择合适的传动机构。为实现门体的正常运动，本设计拟选用圆锥-圆柱齿轮传动，然后通过链传动带动行走轮行走。 1.2 自动伸缩门的背景、发展及研究意义 在20世纪，自动门在我国并不是很普遍，其核心技术也很落后，尤其是它内部的控制系统，当时在我国根本无法研制出来，因此很多都是从西方国家进口而来。但后来，随着科学技术的不断发展，我们自己也渐渐可以开发出自动伸缩门生产的整套流程。自动伸缩门从产生到投入使用已经有一段时间，它的兴起是在1996年，那段时间，很多厂家抓住这个契机大量生产，市面上的伸缩门的种类非常多，这样自然而然带来的就是伸缩门的质量问题，相当一部分该产品很不符合使用要求，存在着许多隐患。于是针对这个问题，国家于1997年颁发了通知，要求相关部门及研究院，修编一套自动伸缩门的规格，其目标是向国内外先进企业看齐。 此后随着人民生活水平的提高，市场需求的逐渐扩大，科技水平的日益发达，自动伸缩门的功能越来越强大，应用也越来越广泛。虽然在国内它的起步比较晚，但相对来说其发展还是比较迅速的。如今，自动门在日常生活中可以说是随处可见，学校、工厂、医院等各个企事业单位均使用自动伸缩门作为自己的门面，不仅方便了车辆的进出与管理，同事还节省了人力物力。 因此，对自动伸缩门进行研究对改善我们的日常生活，促进社会经济效益有着极其重要的意义。 1.3 文章结构 本文首先对本课题进行简单的介绍，并阐述自动伸缩门产生的背景，它在当前社会中的发展状况，以及对它进行研究的意义。 第二章主要对实现传动的减速器进行设计。包括电动机选型，传动比分配以及相关参数计算，还有传动零部件的设计。 第三章主要对链传动进行设计，它主要用来实现减速器输出轴到伸缩门滚轮之间的传动。 第四章主要对自动伸缩门的控制系统进行设计。主要通过单片机实现对电动机的正转、反转、停转，汉字显示方式以及无线遥控的控制，并作出硬件连接原理图。 最后主要进行了门体结构的设计，并总结本次设计过程，对设计中提供帮助的老师同学表示感谢。 2 减速器的设计 2.1电动机的选择 (1)选择电动机的类型 根据自动伸缩门的工作条件及用途，选用Y系列三相异步电动机 (2)选择电动机功率 已知参数如表2-1所示： 表2-1原始数据 总拉力F/N 速度V（m/s） 1）伸缩门工作所需功率 式（2.1） 2）总效率 式（2.2） 式中 ——表示联轴器的效率； ——表示一对轴承的效率； ——表示高速级锥齿轮传动效率； ——表示低速级斜齿圆柱齿轮传动效率； ——表示链传动效率。 由参考文献[10],取，，，则将数据代入式（2.2）得电动机到工作机间的总效率为： 3）电动机所需工作效率 因本设计方案选用两个电动机，则每个电动机所需工作效率为： 式（2.3） 由式（2.1）得伸缩门运行所需要的总功率为，由式（2.2）得传动总效率,则将数据其带入式（2.3）得： 4）选取电动机的额定功率 伸缩门在室外工作，其工作温度正常，且需要长期连续运转，负荷变化很少，因此可跟手册选择相应的电动机型号，而不必再考虑电动机的发热情况，更不必对其进行计算。通常选择电动机的额定功率为，即 式（2.4） (3)确定电动机转速 伸缩门机头的滚轮的工作转速为： 式（2.5） 式中 ——表示伸缩门的运行速度，单位m/s； ——表示机头滚轮的直径，单位mm。 由参考文献[10]知，锥齿轮传动传动比，圆柱齿轮传动传动比，则总传动比范围为： 式（2.6） 由上文可知，链传动的传动比取为，所以，电动机的转速范围为： 式（2.7） 根据以上参数由参考文献[10]选用Y132S-8型号电动机，具体数据如表2-2所示。 表2-2 电机型号 电动机 型号 额定功率 （kW） 电动机转速（） 电动机质量（kg） 同步 满载 Y132S-8 2.2kW 750 710 63 2.2 传动比的计算及分配 (1)总传动比计算 式（2.8） 式中nm——表示电动机的满载转速，单位r/min； nw——表示伸缩门机头的滚轮的工作转速，单位r/min (2)分配传动比 本设计中拟定链传动传动比为2，则由参考文献[1]得高速级锥齿轮的传动比为： 式（2.9） 则低速级斜齿圆柱齿轮传动比为： 式（2.10） 2.3 计算传动装置的运动和动力参数 (1)各轴转速 电动机满载转速： 式（2.11） 高速轴转速： 式（2.12） 中间轴转速： 式（2.13） 低速轴转速： 式（2.14） 工作轴转速： 式（2.15） 式中 ——表示圆锥齿轮传动比； ——表示圆柱齿轮传动比； ——表示链传动传动比。 (2)各轴输入功率 高速轴输入功： 式（2.16） 中间轴输入功率： 式（2.17） 低速轴输入功率： 式（2.18） 工作轴转速： 式（2.19） (3)各轴转矩 轴的转矩计算公式为 式（2.20） 则高速轴转矩: 中间轴转矩: 低速轴转矩: 工作轴转矩： 2.4齿轮设计 2.4.1高速级圆锥齿轮设计 (1)选择材料 对于自动伸缩门这种一般的机械，大、小锥齿轮均选用45钢，小齿轮调制处理，大齿轮正火处理，由参考文献[10]得齿面硬度， ，它们的平均硬度分别为，。两接触齿面之间的硬度差为，在之间，选8级精度。 (2)初步计算传动的主要尺寸 由两齿轮的齿面硬度可知该齿轮传动为软齿面闭式传动，因此应该按齿面接触疲劳强度进行设计计算，其设计公式为： 式（2.21） 1) 小齿轮传递转矩为 2) 因为齿轮的圆周速度并不可知，因此动载荷系数的值不能确定，可初步选为载荷系数Kt=1.3 3) 由参考文献[10]查得弹性系数 4) 由参考文献[10]查得齿轮的节点区域系数 5) 齿数比 6) 取齿宽系数 7) 许用接触应力计算如下： 式（2.22） 由参考文献[10]得接小齿轮与大齿轮触疲劳极限应力为，。 它们的应力循环次数分别为： 式（2.23） 式（2.24） 式中 ——表示高速轴转速，单位r/min ——表示齿轮转过一圈应力变化次数 ——表示工作总时间，单位小时 由参考文献[10]查得小、大齿轮的寿命系数分别为，。安全系数,则将数据代入式（2.22）得 因此，取 则由式（2.21）初算小齿轮的分度圆直径，有： (3)确定传动尺寸 1）计算载荷系数 由参考文献[10]查得使用系数 齿宽中点分度圆直径为： 式（2.25） 故 式（2.26） 本设计中的齿轮是8级精度，故由参考文献[4]可知应该按9级精度查表，则查参考文献[10]得动载荷系数为，齿向载荷分配系数，则可计算出载荷系数为 式（2.27） 2）对进行修正 由式（2.27）的值可知其与选择的值有些出入，所以要对由计算出的重新计算，即 式（2.28） 3）确定齿数 选取小锥齿轮齿数=24，则可计算出大锥齿轮齿数为 式（2.29） 取。则 式（2.30） 误差在允许范围内 4)大端模数 式（2.31） 查参考文献[10]，取标准模数 5）大端分度圆直径 小锥齿轮大端分度圆直径为 式（2.32） 则大锥齿轮大端分度圆直径 6）锥顶距 式（2.33） 7）齿宽 式（2.34） (4)校核齿根弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳强度条件为： 式（2.35） 1）由前文可知载荷系数，齿宽，大端模数，齿宽系数。 2）圆周力为： 式（2.36） 3)齿形系数与应力修正系数的计算 式（2.37） 式（2.38） 则小齿轮当量齿数为 式（2.39） 大齿轮当量齿数为 则由参考文献[10]查得小齿轮齿形系数，应力修正系数，大齿轮齿形系数，应力修正系数。 4）许用弯曲应力 式（2.40） 由参考文献[10]查得小、大弯曲疲劳应力分别为，；大、小齿轮寿命系数相等，即；安全系数，故小齿轮许用弯曲应力为 大齿轮许用弯曲应力为 小齿轮的弯曲应力为 式（2.41） 大齿轮的弯曲应力为 式（2.42） (5)计算锥齿轮传动其他几何尺寸 1）小锥齿轮分锥角 式（2.43） 2）大锥齿轮分锥角 式（2.44） 3）顶隙 式（2.45） 式中 ——表示顶隙系数。 4）大端齿顶高 式（2.46） 因为大、小锥齿轮高变位系数均为0，即，故大、小锥齿轮大端齿顶高相等，为 5）大端齿根高 式（2.47） 因为大、小锥齿轮高变位系数均为0，即，故大、小锥齿轮大端齿根高相等，为 6）小锥齿轮大端齿顶圆直径 式（2.48） 7）大锥齿轮大端齿顶圆直径 式（2.49） 8）小锥齿轮大端齿根圆直径 式（2.50） 则大锥齿轮大端齿根圆直径为 式（2.50） 2.4.2低速级斜齿圆柱齿轮设计 (1)选择材料 大、小齿轮均采用45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由参考文献[10]得齿面硬度，。平均硬度，。，在之间，选8级精度。 (2)初步计算传动的主要尺寸 由于两齿轮的齿面硬度较低，因此设计时按齿面接触疲劳强度计算，其公式为： 式（2.51） 1）小齿轮传递转矩为 2）因为齿轮的圆周速度并不可知，因此动载荷系数的值不能确定，可初步 选载荷系数，选中间值 3）由参考文献[10]，取齿宽系数 4）由参考文献[10]查得弹性系数 5）初选锥齿轮的螺旋角，由参考文献[10]查得其节点区域系数大小为 6）齿数比 7）初选小齿轮齿数,则大齿轮齿数，则可计算出端面重合度为 式（2.52） 轴向重合度为 式（2.53） 由参考文献[10]查得重合度系数 8）由参考文献[10]查得螺旋角系数 9）许用接触应力计算如下： 由参考文献[10]查得两齿轮的接触疲劳极限应力分别为，。 由式（2.23）、（2.24）可计算出它们的应力循环次数分别为： 式中 ——表示中间轴转速，单位r/min ——表示齿轮转过一圈应力变化次数 ——表示工作总时间，单位小时 由上述数据查参考文献[10]得两齿轮的寿命系数，。安全系数,则将数据代入式（2.22）得 因此，取 由式（2.51）可以初步计算出小齿轮3的分度圆直径大小，即 (3)确定传动尺寸 1）计算载荷系数 由参考文献[10]查得使用系数,由 ， 查参考文献[10]得动载荷系数，齿向载荷分配系数，齿间载荷分配系数，则载荷系数为: 式（2.54） 2）对进行修正 由于计算出的值与开始选择的值有相差较大，故需对由计算出的进行修正，则由式（2.27）得 3）确定模数 式（2.55） 查参考文献[10]，取标准模数 4）计算传动尺寸 中心距为 式（2.56） 圆整， 则按圆整后的中心距修正螺旋角为 式（2.57） 显然计算出的值与开始选择的值之间的差距不是很大，因此不需要对与有关的参数再重新计算，故小齿轮分度圆直径为 式（2.58） 大齿轮分度圆直径为 齿轮宽度为 这里取大齿轮齿宽，小齿轮齿宽 (4)校核齿根弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳强度条件为 式（2.59） 1）由前文可知载荷系数，小齿轮分度圆直径 ，中间轴转矩 ，模数。 2）齿宽 3）齿形系数与应力修正系数的计算 小齿轮当量齿数为 式（2.60） 大齿轮当量齿数为 式（2.61） 则由参考文献[10]查得小齿轮齿形系数，应力修正系数，大齿轮齿形系数，应力修正系数。 4）由参考文献查得重合度系数 5）由参考文献查得螺旋角系数 6）许用弯曲应力 由相关参数查参考文献[10]可以得到小、大齿轮的弯曲疲劳极限应力的值分别为，；它们的寿命系数相等，即；安全系数，则由式（2.40）得小齿轮许用弯曲应力为 大齿轮许用弯曲应力为 由式（2.59）得小齿轮的弯曲应力为 由式（2.42）得大齿轮的弯曲应力为 (5)计算齿轮传动其他几何尺寸 1）端面模数 式（2.62） 2）齿顶高 式（2.63） 3）齿根高 式（2.64） 4）全齿高 式（2.65） 5）顶隙 式中 ——表示顶隙系数。 6）小齿轮齿顶圆直径 式（2.66） 7）大齿轮齿顶圆直径 式（2.67） 8）小齿轮齿根圆直径 式（2.68） 9）大齿轮齿根圆直径 式（2.69） 2.4.3齿轮上作用力的计算 对齿轮上作用力的计算是为了方便下面对轴的进行设计和校核、也方便了键和轴承的选择，其计算过程如下 (1)高速级齿轮传动的作用力 1）已知条件 由式（2.16）可知高速轴传递的转矩为，由式（2.12）可知转速为，由式（2.32）可知小齿轮大端分度圆直径，再由式（2.43）可知小锥齿轮分锥角 2）锥齿轮1的作用力 圆周力为 式（2.70） 它的方向与它所受的力作用点的圆周速度方向相反 径向力为 式（2.71） 它的方向由力的作用点指向轮1的转动中心 轴向力为 式（2.72） 它的方向即为沿轴线方向从小锥齿轮的小端指向大端 法向力为 式（2.73） 3) 锥齿轮2的作用力 锥齿轮2上的圆周力、径向力和轴向力与锥齿轮1上的圆周力、轴向力和径向力大小相等，作用方向相反。 (2)低速级齿轮传动的作用力 1）已知条件 由式（2.20）可知中间轴传递的转矩为，由式（2.13）可知转速为，再由式（2.57）可知低速级斜齿圆柱齿轮的螺旋角为 。斜齿圆柱齿轮3与锥齿轮2均安装在中间轴上，为了使它们在轴线方向所受到的力最小，我们选择齿轮3的旋向为右旋，则相应低速轴上齿轮4的旋向为左旋，由式（2.58）可知小齿轮大端分度圆直径。 2）齿轮3的作用力 圆周力为 它的方向与它所受力的作用点处的圆周速度方向相反 径向力为 式（2.74） 它的方向是由力作用点的位置指向圆柱齿轮3的转动中心 轴向力为 式（2.75） 它方向可以通过右手法则进行确定，用右手握住齿轮3的轴线，保证四指的方向与齿轮3的转动方向相同，那么，这个时候，你的大拇指所指的方向就是该轴向力的方向 法向力为 式（2.76） 3) 齿轮4的作用力 从动齿轮4所受到的圆周力、径向力和轴向力与主动齿轮3上的圆周力、径向力和轴向力属于作用力和反作用力，它们大小相等，方向相反。 2.5轴的设计 2.5.1高速轴的设计与计算 (1)已知条件 由前文可知高速轴传递的转矩为，功率，转速，小齿轮大端分度圆直径，齿宽中点处分度圆直径 ，齿轮宽度。 (2)选择轴的材料 因传递的功率不是很大，并对其他方面也没有特殊要求，由参考文献[10]选择轴的材料为常用的号钢，调质处理 (3)初步计算轴径 由参考文献[10]查得，取中间值，则可得到轴的最小直径： 式（2.77） 高速轴与电动机连接，中间需用联轴器来实现，联轴器通过键槽与轴连接,为保证工作要求，开键槽轴径需增大3%至5%，则轴端最细处直径为 式（2.78） (4)结构设计 轴的结构构想如下图所示： 图2-1 高速轴结构构想 1）设计轴承部件的结构 考虑本减速器功率不大，发热必然不大，且轴不会很长，故该高速轴的轴承采用两端固定的方式。这里，根据轴上的零件的安装顺序对轴进行设计。 2）联轴器与轴段1 轴段1与电动机连接，上面需安装联轴器，因此，它的设计应与联轴器的选择同步。为减小电机与轴段1连接的安装误差和振动，这里选用弹性柱销联轴器。查参考文献[10]，取载荷系数，则计算转矩为 式（2.79） 由参考文献[10]查得LX1型联轴器符合要求，它的各参数如下表所示： 表2-3 LX1型联轴器的相关参数 公称转矩（N·m） 许用转速（r/min） 轴孔范围（mm） 250 8500 12～24 由前文可知，故这里取联轴器的毂孔直径为19mm，并查得其轴孔长度，选择Y型，则可得到该联轴器的代号是LX1 19×42 GB/T 5014—2003，故轴段1的直径，它的长度比毂孔宽度稍微小点，取。 3）轴承与轴段2、4 要确定轴段2的轴径大小，需考虑联轴器的在轴线方向的固定方式和所选用的密封圈的尺寸。若联轴器采用轴肩定位，则轴肩高度为 式（2.80） 则轴段2的直径为 式（2.81） 由前文可知，轴的圆周速度显然是比3m/s小的，因此可以选择毡圈进行密封，查参考文献[10]，无在上式范围内的合适毡圈，故此处改用轴套定位，显然轴套内径与轴直径相等，为19mm，考虑该高速轴是悬臂梁，且受到轴向力作用，因此选用圆锥滚子轴承，初选轴承型号为32305，由参考文献[10]查得其各参数如下表所示： 表2-4 32305圆锥滚子轴承各使用参数 内径d（mm） 25 外径D（mm） 52 内圈宽度B（mm） 15 装配高T（mm） 16.25 内圈定位直径da（mm） 31 外圈定位直径Da（mm） 46 轴上力作用点与外圈大端面距离a3(mm) 12.5 则轴承内径就是轴段2的直径，为，同时为保证联轴器的定位轴套能够顶到轴承内圈的左端面，必须使轴段2长度比轴承内圈的宽度B稍微小一点，取。 由前文可知高速级锥齿轮的圆周速度大于2m/s，所以这里轴承选择油润滑，工作时通过齿轮把润滑油带进导油沟中，然后顺着导油沟流进轴承座中。 在正常情况下，同一根轴上的选择两个轴承通常型号相同，故取轴4直径，为达到装配要求，轴段4的长度必须比轴承内圈的宽度B稍微小点，取。 4）轴段3 左右两个圆锥滚子轴承根据轴段3进行定位，所以该轴段的直径应该是轴承内圈的定位直径，即。至于其长度的确定需考虑轴的悬臂长度，我们将在下文讨论。 5）齿轮与轴段5 轴段5上安装小锥齿轮，该轴段采用悬臂形式，其直径必须比轴段4直径小，初选其大小为。 对于直径比较小的锥齿轮，我们通常选择其为实心结构，则取其齿宽中点分度圆与其大端处的径向端面之间的距离M=17.5mm；取其大端侧径向端面与轴承套杯端面之间的距离△1=10mm；取其大端侧径向端面与轮毂右端面之间的距离为30mm；取轴承外圈宽边与箱体内壁之间的距离C=5mm。小锥齿轮左侧采用轴套定位，右侧采用轴端挡圈定位，为了保证轴端挡圈能够紧紧压住锥齿轮1的右端面，必须使轴与齿轮配合段的长度小于齿轮毂孔的长度，取这个差值大小为0.75mm。这样，我们可以得到轴段5的长度为 式（2.82） 6）确定轴段1的长度 轴段1的长度不仅与该轴段上所安装的零件有关系，还与其左端的轴承端盖等零件有关系，因此，要确定轴段1的长度，要先确定好轴承端盖等相关零件的相关尺寸。 由参考文献[10]知，对于圆锥—圆柱二级齿轮传动，其箱体壁厚按照二级圆柱齿轮减速器计算，则可得到下箱座壁厚为 式（2.83） 式中 a——表示低速级中心距 取其壁厚 对于圆锥—圆柱二级齿轮传动，因 式（2.84） 故由参考文献[10]，查得各相关零件参数如下表所示: 表2-5 箱体相关零件参数 轴承旁连接螺栓的公称直径 M12 箱体凸缘连接螺栓的公称直径 M10 地脚螺栓公称直径 dφ=M17 轴承端盖连接螺钉的公称直径 0.4 dφ=0.4×16=6.4mm,取其值为M8 端盖与轴承座间调整垫片厚度△t 2mm 轴承端盖凸缘厚度Bd 1.2×0.4 dφ=1.2×8=9.6mm 由上表可知，高速轴轴承端盖连接螺钉的公称直径为M8，则查参考文献选取该连接螺钉规格为GB/T 5781 M8×25 ，此处连接螺钉处于箱体端面，有很大的空间进行安装或拆卸，故取联轴器毂孔端面与轴承端盖表面之间的距离为K=10mm，为使轴段1的长度为整数，取轴承端盖凸缘安装面与轴承左端面之间的距离， 取轴段1的左边端面与联轴器左端面之间的距离为1.75mm，则由以上数据可计算出轴段1的长度为 式（2.85） 7）确定轴段3的长度 轴段3的长度与该段的悬臂长度，即小齿轮的受力作用点与右端轴承对轴的作用力点之间的距离有关，其大小为 式（2.86） 由此可得两轴承分别对轴段2、4的力作用点之间的距离为 式（2.87） 则可计算出轴段3的长度为 式（2.88） 取 则由此可计算出两轴承分别对轴段2、4的力作用点之间的具体距离为 式（2.89） 其值在之间，合格 8）轴段1力作用点与左轴承对轴段2力作用点之间的距离 式（2.90） (5)键连接 联轴器与轴段1，锥齿轮1与轴段5均采用A型普通平键连接，查参考文献，取联轴器与轴段1之间键的型号为：；取锥齿轮1与轴段5之间键的型号为：。 (6)轴的受力分析 1）画高速轴的受力简图 轴的受力简图如图2-2所示 2）计算支承反力 在水平面上为 式（2.91） 式（2.92） 在垂直平面上为 式（2.93） 式（2.94） 轴承1的总支承反力为 式（2.95） 轴承2的总支承反力为 3)画弯矩图 弯矩图如图2-2所示 在水平面上，右轴承对轴段4的力作用点处的剖面A-A的弯矩为 式（2.96） 锥齿轮1对轴段5的力作用点处的剖面B-B的弯矩为 式（2.97） 在垂直面上，剖面A-A的弯矩为 式（2.98） 剖面B-B的弯矩为 式（2.99） 合成后，剖面A-A的弯矩为 式（2.100） 剖面B-B的弯矩为 4）画转矩图 转矩图如图2-2所示，。 图2-2 高速轴的结构与受力分析 (7)校核轴的强度 由前文可知，相对于B-B剖面，A-A剖面弯矩较大，且同时作用有转矩，故选定A-A剖面为危险截面。 其抗弯截面系数为 式（2.101） 则弯曲应力为 式（2.102） 其抗扭截面系数为 式（2.103） 则扭剪应力为 式（2.104） 这里我们按照轴的抗弯扭合成强度进行校核，取折合系数，则当量应力为 式（2.105） 由参考文献[10]查得45号钢调制处理后，其抗拉强度极限为，则由此查得轴的许用弯曲应力，显然，故强度满足要求。 2.5.3 中间轴的设计与计算 (1)已知条件 由前文可知中间轴传递的功率，转速，锥齿轮2大端分度圆直径，齿宽中点处分度圆直径 ，斜齿圆柱齿轮3的分度圆直径，其宽度。 (2)选择轴的材料 因传递的功率不是很大，并对其他方面也没有特殊要求，由参考文献[10]选择轴的材料为常用的号钢，调质处理 (3)初步计算轴径 由参考文献[10]查得，根据该轴的受力情况，取，则可得到轴的最小直径： (4)结构设计 轴的结构构想如下图所示： 图2-3 中间轴结构构想 1) 设计轴承部件的结构 由于中间轴的长度不是很长，故轴承采用两端固定的方式。和高速轴一样，这里我们仍然根据轴上的零件的安装顺序对轴进行设计 2）轴段1和轴段5 由于作用在齿轮上的轴向力和圆周力比较大，因此在这两个轴段上的轴承我们选择圆锥滚子轴承，且两轴段的直径符合圆锥滚子轴承的内径系列。由前文可知，轴的最小直径，查阅参考文献暂取32304圆锥滚子轴承，其各参数如下表所示： 表2-6 32304圆锥滚子轴承相关参数 内径d（mm） 20 外径D（mm） 47 内圈宽度B（mm） 14 装配高T（mm） 15.25 内圈定位直径da（mm） 26 外圈定位直径Da（mm） 40 轴上力作用点与外圈大端面距离a3(mm) 11.2 则由上表得轴段1的直径即为轴承内径，，且一般情况下，同一根轴上的两个轴承用相同型号，故取轴5直径。 3）轴段2和轴段4 为了方便两齿轮的安装，轴段2和轴段4的直径应分别大于轴段1和轴段5的直径，由前文可知轴段1和轴段5的直径为，则暂取轴段2和轴段4的直径为。 由前文可知斜齿圆柱齿轮3的直径很小，仅有51.2mm，所以齿轮需制成实心的，它的右端根据轴肩进行定位，左端通过套筒进行定位。而锥齿轮2的轮毂宽度大约为，则取其宽度，其左端通过轴肩实现定位，右端根据套筒实现定位。为了满足安装要求，轴段2和轴段4的长度要小于该轴段所安装齿轮的轮毂长度。则由斜齿圆柱齿轮3的宽度为，所以取轴段2的长度，由锥齿轮2的宽度，所以取轴段4的长度。 4）轴段3 两轴段上的齿轮根据轴段3进行定位，故其轴肩高度为 取其大小为，则轴段3的直径为。该轴段作为定位轴段，且考虑到整个箱体尺寸，其长度不宜过大，暂取为。 5）确定轴段1和轴段5的长度 由前文可知，轴承采用油润滑，而对于采用油润滑的轴承，轴承内端面与箱体内壁的之间的距离取为△=5mm，则可计算出轴段1的长度为 式（2.106） 同理，也可计算出轴段5的长度为 式（2.107） 6）计算轴上各个力作用点之间的距离 轴段1上力作用点和轴段2上力作用点之间的距离为 式（2.108） 同理可得轴段2上力作用点和轴段4上力作用点之间的距离为，轴段4上力作用点和轴段5上力作用点之间的距离为 (5)键连接 斜齿圆柱齿轮3与轴段2，锥齿轮2与轴段4均采用A型普通平键连接，查参考文献，取斜齿圆柱齿轮3与轴段2之间键的型号为：；取锥齿轮2与轴段4之间键的型号为：。 (6)轴的受力分析 1）画中间轴的受力简图 轴的受力简图如图2-4所示 2）计算支承反力 在水平面上为 式（2.109） 式（2.110） 式中负号表示与图中所画方向相反 在垂直平面上为 式（2.111） 式（2.112） 由式（2.95）得轴承1的总支承反力为 轴承2的总支承反力为 3)画弯矩图 弯矩图如图2-4所示 在水平面上，斜齿圆柱齿轮3对轴段2的力作用点处的剖面A-A左侧的弯矩为 式（2.113） 右侧的弯矩为 式（2.114） 锥齿轮2对轴段4的力作用点处的剖面B-B右侧的弯矩为 式（2.115） 左侧的弯矩为 式（2.116） 在垂直面上，剖面A-A的弯矩为 式（2.117） 剖面B-B的弯矩为 式（2.118） 合成后，由式（2.100）得剖面A-A左侧的弯矩为 右侧的弯矩为 剖面B-B的左侧的弯矩为 右侧的弯矩为 4）画转矩图 转矩图如图2-4所示，。 图2-4 中间轴的结构与受力分析 (7)校核轴的强度 由前文可知，A-A剖面左侧弯矩较大，右侧弯矩较小，但其右侧不仅有弯矩作用，还有转矩作用，所以它的左右两侧都有可能是危险截面，我们需一一计算，按应力较小者进行校核。 其抗弯截面系数为 式（2.119） 则由式（2.102）得其左侧弯曲应力为 右侧弯曲应力为 其抗扭截面系数为 式（2.120） 则由式（2.104）得扭剪应力为 这里我们按照轴的抗弯扭合成强度进行校核，取折合系数，则由式（2.105）当量应力为 由参考文献[10]查得45号钢调制处理后，它的抗拉强度极限为，则由此查得轴的许用弯曲应力，显然，故强度满足要求。 2.5.3 低速轴设计 (1)已知条件 由前文可知低速轴传递的转矩，功率，转速，斜齿圆柱齿轮4的分度圆直径，齿轮宽度。 (2)选择轴的材料 因传递的功率不是很大，并对其他方面也没有特殊要求，由参考文献[10]选择轴的材料为常用的号钢，调质处理 (3)初步计算轴径 由参考文献[10]查得，由于轴的输出端只承受转矩，所以取小值，则可得到轴的最小直径： 低速轴与链传动相连接，中间需用联轴器来实现，联轴器通过键槽与轴连接，为保证工作要求，开键槽的轴径需增大3%至5%，则轴端最细处直径为 (4)结构设计 轴的结构构想如图2-5所示 图2-5 低速轴结构构想 1）设计轴承部件的结构 考虑本减速器功率不大，发热必然不大，且轴不会很长，故该低速轴的轴承采用两端固定的方式。这里，根据轴上的零件的安装顺序对轴进行设计。 2）联轴器与轴段1 轴段1与链传动要实现连接，上面需安装联轴器，所以，它的设计要和联轴器型号的选择是同时进行的。为了减小链传动与轴段1连接所导致的安装误差和振动，这里我们选择弹性柱销联轴器。查参考文献[10]，取载荷系数，则计算转矩为 由参考文献[10]查得LX2型联轴器符合要求，它的各参数如下表所示： 表2-7 LX2型联轴器相关参数 公称转矩（N·m） 许用转速（r/min） 轴孔范围（mm） 560 6300 20～35 由前文可知，轴段1上联轴器的毂孔直径应与其直径相等，故取其直径为30mm，并查得对应轴孔长度， J型轴孔，A型键，则可以得到该联轴器的代号为LX2 30×60 GB/T 5014—2003，则显然轴段1的直径为，长度比毂孔宽度稍微小点，取为。 3）密封圈与轴段2 要想计算出轴段2的直径，我们需要先知道联轴器是怎么固定的，选择什么样的密封圈。本设计中，联轴器通过轴肩实现定位，则可计算出轴肩高度为 则轴段2的直径为 由前文可知，该处轴的圆周速度显然是小于3m/s的，所以可以选择毡圈密封，查参考文献[10]选择毡圈型号为，则轴段2的直径即为毡圈内径，。 4）轴承与轴段3和轴段7 轴段3和轴段7上安装轴承，虽然斜齿圆柱齿轮4受轴向力作用，但总体来说轴径相对较大，故本轴选用角接触球。查参考文献[10]暂选轴承7208C，其各参数如下表所示： 表2-8 7208C角接触球轴承轴承各使用参数 内径d（mm） 40 外径D（mm） 80 内圈宽度B（mm） 18 内圈定位直径da（mm） 50 外圈定位直径Da（mm） 70 轴上力作用点与外圈大端面距离a3(mm) 17 轴上定位端面最大圆角半径ra（mm） 1 则轴段3的直径即为轴承内径，。由于齿轮4的圆周速度显然是大于2m/s的，所以这里轴承采用油润滑，这样就不需要用到挡油环，则轴段3的长度就是是轴承内圈的宽度B，即。 在正常情况下，同一轴的两轴承型号相同，所以轴段7的直径为。 5）齿轮4与轴段6 轴段6上安装斜齿圆柱齿轮4，理论上来说，轴段6的直径要略大于轴段7的直径，可初步确定轴段6的直径为，齿轮4的轮毂宽度为轴段6直径的1.2～1.5倍，即在50.4～63mm范围内，取其大小与斜齿轮4的宽度一样，为55mm。斜齿轮4的左端通过套筒进行固定，右端通过轴肩进行定位，相对而言误差较小，为使定位尽可能准确，并满足装配要求，必须使轴段6的长度比齿轮4的轮毂稍微短一些，这里，我们取。 6）轴段5 轴段5为齿轮4提供轴向定位，则可计算出该段轴肩高度为 取，则轴段5的轴径为，长度为，取其大小为。 7）轴段4 轴段4为其右端轴承提供定位作用，其直径与轴承的内圈定位直径相等，为 。 齿轮左端面与箱体内壁之间的距离为 式（2.121） 取箱体左右两侧内壁之间的距离为，则可计算出轴段4的长度为 式（2.122） 8）确定轴段2和轴段7的长度 轴段2的长度不仅与该轴段上所安装的零件有关系，还与箱体上的相关零件有关系，由前文可知下箱座壁厚为，轴承旁连接螺栓的公称直径为M12，则，，由此可计算出轴承座的宽度为 式（2.123） 由前文我们还可以发现轴承端盖连接螺钉的公称直径为M8，查参考文献[10]，选择其型号为GB/T 5781 M8×20，其拆装空间很大，故取联轴器毂孔端面与轴承端盖表面之间的距离 K=10mm。则可计算出轴段2的长度为 式（2.124） 轴段7的长度为 式（2.125） 9）计算轴上各个力作用点之间的距离 轴段7上力作用点与轴段6上力作用点之间的距离为 式（2.126） 轴段6上力作用点与轴段3上力作用点之间的距离为 式（2.127） 轴段3上力作用点与轴段1上力作用点之间的距离为 式（2.128） (5)键连接 联轴器与轴段1，斜齿轮4与轴段6之间均采用A型普通平键连接，查参考文献[10]，取联轴器与轴段1之间键的型号为：；取斜齿轮4与轴段6之间键的型号为：。 (6) 轴的受力分析 1）画高速轴的受力简图 轴的受力简图如图2-6所示 2）计算支承反力 在水平面上为 式（2.129） 式（2.130） 式中负号表示该力的实际方向与图中所标示方向是相反的 在垂直平面上为 式（2.131） 式（2.132） 轴承1的总支承反力为 轴承2的总支承反力为 3)画弯矩图 弯矩图如图2-6所示 在水平面上，斜齿轮4对轴段6的力作用点处剖面A-A的左侧弯矩为 式（2.133） 右侧弯矩为 在垂直面上，剖面A-A的弯矩为 式（2.134） 合成后，剖面A-A的左侧弯矩为 右侧弯矩为 4）画转矩图 转矩图如图2-6所示，。 图2-6 中间轴的结构与受力分析 (7)校核轴的强度 由计算结果可知A-A剖面右侧的弯矩较大，且同时有转矩作用，故选定A-A剖面右侧为危险截面。 其抗弯截面系数为 则其弯曲应力为 其抗扭截面系数为 则扭剪应力为 这里我们按照轴的抗弯扭合成强度进行校核，取折合系数，则当量应力为 由参考文献[10]查得45号钢调制处理后，它的抗拉强度极限为，则由此查得轴的许用弯曲应力，显然，故满足强度要求。 3 链传动设计 链传动是一种通过链与链轮之间的啮合实现传动的传动方式，链轮的个数可以是两个或大于两个。因为这种传动可靠经济，因此不管是在重工业领域，还是在轻工业领域都有广泛的应用。 1. 选择链轮齿数 初步选定该链传动的传动比为，由已知条件可知其从动轮速度为0.35m/s，则小齿轮的速度大小为0.7m/s，故可选取小齿轮齿数为 由此可计算出从动链轮齿数 式（3.1） 式中 ——表示主动链轮齿数； ——表示从动链轮齿数。 2. 确定链条链节数 选中心距，则链节数为 式（3.2） 式中 ——表示链节数； ——表示节距； ——表示中心距。 3. 计算功率 取链传动的工况系数，故 式（3.3） 式中 ——表示工作机所需功率，； 4. 确定链条的节距 小链轮齿数系数为 式（3.4） 小链轮链长系数为 式（3.5） 选用单排链，则由参考文献[4]查得多排链系数，因此可以计算出所需传递功率为 式（3.6） 小链轮转速，功率，则查参考文献[10]选则链号为10A的单排链。同时查得节距大小为mm。 5. 链长 式（3.7） 式中 ——表示链条节距， ——表示链节数 6. 中心距 式（3.8） 7. 中心距差值 式（3.9） 式中 ——表示中心距，。 8. 实际中心距 式（3.10） 取。 4 控制器设计 伸缩门的控制系统可以通过PLC或者单片机来实现，但伸缩门多在室外使用