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1、毕业设计计论文设计（论论文）题题目： 香烟烟包装机机供纸机机构的设设计 下 达 日 期期： 2000 年 月月 日开 始 日 期期：2000 年 月 日完 成 日 期期：2000 年 月 日指 导 教 师师：学 生 专 业业：班 级：学 生 姓 名名：教 研室室主任：系摘要本论文介介绍了一一种香烟烟包装机机铝箔纸纸供给控控制系统统的研制制。论文文中分析析了香烟烟包装机机原铝箔纸供给给机构的的结构和和特点以以及它在在生产运运行中存存在的缺缺陷, 设计和和实现了了采用伺伺服控制制系统的的铝箔纸纸供给系系统。成成功解决决了香烟烟包装机机在铝箔箔纸供给给环节上上存在的的问题。关键词:铝结纸纸包装; 同
2、步步伺服电电动机; 伺服服控制系系统AbsttracctThiss paaperr inntrooducces a kkindd off ciigarrettte ppackkingg maachiine aluuminnum foiil ssuppply conntrool ssysttem.Thee thhesiis aanallyzees tthe ciggareettee paackiing macchinne ffor aluuminniummStruuctuure andd chharaacteerissticcs oof tthe foiil ppapeer ffeedd mee
3、chaanissm aand thee deefeccts exiistiing in thee opperaatioon oof pprodducttionn, iit iis ddesiigneed aand impplemmentted usiing serrvo conntrool ssysttem of aluuminnum foiil ssuppply sysstemm.Suucceessffullly ssolvved thee ciigarrettte ppackkagiing macchinne oon tthe aluuminnum foiil ssuppply chaai
4、n proobleems.Key worrds: allumiinumm annd ppapeer;SSyncchroonouus sservvo mmotoor;SServvo cconttroll syysteem摘要IAbsttracctIII1 引引言11.1 系统统总体设设计方案案12 动动力源的的选用332.1 步进电电机32.2步步进电机机的特点点32.2.1过载载性好32.2.2控制制方便32.2.3整机机结构简简单32.3 步进电电机的选选取42.4步步进电机机的应用用92.4.1工业业机器手手中的应应用92.4.2包装装机械中中的应用用93 纸纸箔传送送机构1113.1 进
5、料料机构的的选择1113.2 曲柄滑滑块机构构中运动动学特性性123.3 纸箔箔进给机机构的分分析1333.4 连杆杆的数据据分析1153.4 曲柄柄的计算算数据1173.5 进料料推杆的的计算1184 传传动机构构204.1齿齿轮传动动204.1.1标准准直齿圆圆柱齿轮轮传动的的强度计计算2004.1.2齿轮轮传动的的设计参参数、许许用应力力与精度度选择2244.2曲曲柄摇杆杆机构2294.2.1急回回运动2294.2.2压力力角和传传动角3304.2.3死点点位置3314.2.3供纸纸机构尺尺寸分析析32总 结结33参考文献献34致谢3551 引引言烟草行业业是我国国税收的的重要来来源。全
6、全国许多多知名的的大中型型卷烟厂厂所生产产的优质质产品经经常处于于供不应应求的状状态。如如何保证证生产设设备的正正常运转转, 使使产品的的包装质质量和生生产效率率得到应应有的保保证, 是卷烟烟厂始终终面临的的重要课课题。香烟包装装是香烟烟生产的的重要环环节, 包装顺顺序依次次为: 铝箔纸纸包装、商商标纸包包装、封封签包装装( 软软包) 、撕带带与透明明薄膜包包装、纸纸箔包装装、纸箔箔的撕带带与透明明薄膜包包装。其其中铝箔箔纸包装装的作用用是为了了防潮、使使烟包美美观以及及增加防防伪标识识。铝箔箔纸由专专门的生生产厂家家生产, 成品品缠绕在在铝箔纸纸轮上, 作为为香烟包包装生产产的原辅辅材料提提
7、供给卷卷烟厂。香香烟生产产过程中中, 铝铝箔纸轮轮被固定定在包装装机上, 由包包装机上上的同步步传输供供给机构构拉出铝铝箔纸并并传输到到包装环环节。包包装时, 主电电机通过过机械传传动机构构驱动机机器上包包括铝箔箔纸传输输供给机机构的各各个相关关部分运运转。铝铝箔纸传传输供给给机构的的运转速速度与主主电机的的运转速速度成正正比, 实现了了包装与与铝箔纸纸供给的的同步。阻阻尼器的的作用是是使铝箔箔纸保持持适当的的张力, 作用用力的方方向与铝铝箔纸轴轴转动的的方向相相反, 目的是是防止机机器减速速或停机机时铝箔箔纸轴的的自由转转动而发发生铝箔箔纸松弛弛现象。目目前我国国各家卷卷烟厂普普遍使用用的包
8、装装设备中中, 意意大利GGD 公公司G D 型型包装机机和德国国S CC H M EE R M UU N D 公公司B l 型型包装机机占有相相当数量量, 它它们的铝铝箔纸供供给机构构均为上上面介绍绍的由主主驱动电电机驱动动的同步步机械传传动形式式。虽然然这种传传动装置置实现了了铝箔纸纸供给与与整机运运行同步步, 但但也存在在着难以以避免的的缺陷: 机械械传动装装置体积积大, 结构复复杂, 运行噪噪音大; 随着着时间的的推移, 由于于机械零零件的磨磨损, 同步机机械传动动装置在在运行中中易产生生误差积积累, 使铝箔箔纸的供供给与整整机的运运行在同同步上产产生偏差差, 铝铝箔纸受受力发生生变化
9、, 从而而影响产产品的包包装质量量, 有有时还会会出现铝铝纸断开开的现象象。这种种现象在在机器启启动、急急停等情情况下表表现得尤尤为明显显, 严严重影响响了生产产的正常常进行。若若更换机机构的零零部件, 由于于结构特特殊, 因此均均需向原原厂订购购, 而而进口件件价格较较高, 且订货货周期长长。这对对于时间间就是效效益的卷卷烟厂来来说是无无法接受受的。鉴鉴于上述述原因, 许多多卷烟厂厂迫切要要求改进进铝箔纸纸传输供供给机构构, 以以克服上上述影响响生产的的不良因因素, 确保包包装生产产的正常常进行。设设计出一一套运行行稳定可可靠、实实用的铝铝箔纸供供给控制制系统, 已成成为一项项重要课课题。1
10、.1 系统统总体设设计方案案3从解决实实际问题题的角度度出发, 本文文给出如如下设计计方案: 改造铝箔箔纸供给给的方式式, 取取消笨重重的机械械式供给给机构, 从根根本上消消除机械械噪音和和机械传传动误差差产生的的不良影影响; 采用伺伺服电动动机驱动动铝箔纸纸盘轴, 铝箔箔纸供给给由被动动供给变变为主动动供给。近近年来, 随着着电力电电子技术术、微电电子技术术、微型型计算机机技术、传传感器技技术、稀稀土永磁磁材料与与电机控控制理论论的发展展, 交交流伺服服控制技技术有了了长足的的进步, 交流流伺服系系统逐步步取代直直流伺服服系统已已成定局局。借助助于计算算机技术术、现代代控制理理论的发发展,
11、人们有有可能构构成高精精度、快快速响应应的交流流伺服驱驱动系统统。因此此, 近近年来, 世界界各国在在高精度度速度和和位置控控制场合合, 都都已经由由交流电电力传动动取代电电液和直直流传动动2。因此此我们选选择倍福福公司的的永磁同同步电机机( AA M 2 557 LL ) 和伺服服控制器器( AAX20010) 。伺伺服控制制系统基基本框图图如图ll-1:除交流电电机外，系系统主要要包括驱驱动单元元、位置置控制器器、速度度控制器器、位置置反馈单单元、以以及电流流反馈单单元等3。交交流永磁磁同步伺伺服系统统的区别别主要体体现在电电机上。由由于交流流永磁同同步电机机运行时时转矩平平稳，故故在高精
12、精度、宽宽调速范范围伺服服驱动中中，伺服服系统执执行元件件基本选选取这种种类型电电机。其其系统是是一种典典型的位位置、速速度、店店里三环环调节系系统。永永磁同步步电机与与直流电电机相比比较，具具有无机机械换向向器和电电刷、结结构简单单、体积积小、运运行可靠靠、易实实现高速速运动、调调速范围围宽、环环境适应应能力强强、已实实现正反反转切换换、定子子绕组散散热容易易、不影影响传传传动精度度、快速速响应性性能好4。由于现在在的包装装机基本本上都是是高速机机，所以以铝箔纸纸运行的的稳定性性对于包包装质量量有着很很大的影影响。为为此我们们采用了了两套伺伺服控制制系统分分别控制制左右箔箔纸盘电电机，以以保
13、证其其运行稳稳定。左左右铝箔箔纸盘电电机的主主要作用用是根据据主电机机转动速速度来来来对输送送铝箔纸纸的快慢慢进行调调速。采采用模拟拟量速度度控制方方式。电电机的转转速有哦哦两个因因素来决决定：一一是主机机当前转转速，该该变化量量由主电电机中的的绝对型型编码器器反馈到到处理器器；还有有一个就就是铝箔箔纸盘摆摆锤位置置，这个个位置反反映了铝铝制的张张紧程度度，当摆摆锤位置置过低时时，说明明铝箔纸纸长得过过紧，电电机的送送至速度度偏慢，需需要加快快，当摆摆锤位置置过高时时，说明明铝箔纸纸长得过过松，电电机的送送至速度度偏快，需需要减速速。2 动动力源的的选用2.1 步进电电机步进电机机是将电电脉冲
14、信信号转变变为角位位移或线线位移的的开环控控制元件件。在非非超载的的情况下下，电机机的转速速、停止止的位置置取决于于脉冲信信号的频频率和脉脉冲数，而而不受负负载变化化的影响响，即给给电机加加一个脉脉冲信号号，电机机则转过过一个步步距角。这这一线性性关系的的存在，加加上步进进电机只只有周期期性的误误差而无无累积误误差等特特点。使使得在速速度、位位置等控控制领域域用步进进电机来来控制变变的非常常的简单单。虽然步进进电机已已被广泛泛应用，但但步进电电机并不不能象普普通的直直流电机机，交流流电机在在常规下下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉
15、及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。2.2步步进电机机的特点点2.2.1过载载性好其转速不不受负载载大小的的影响，不不像普通通电机，当当负载加加大时就就会出现现速度下下降的情情况，所所以步进进电机使使用在对对速度和和位置都都有严格格要求的的场合。2.2.2控制制方便步进电机机是以“步”为单位位旋转的的，数字字特征比比较明显显，这样样就给计计算机控控制带来来了很大大的方便便，反过过来，计计算机的的出现也也为步进进电机开开辟了更更为广阔阔的使用用市场。2.2.3整机机结构简简单传统的机机械速度度和位置置控制结结构比较较复杂，调调整困难难，使用用步进电电机后，使使得整机机的结构构变得简简单和
16、紧紧凑。2.3 步进电电机的选选取1.步进进电机的的特点（1）一一般步进进电机的的精度为为步进角角的3-5%，且且不累积积。（2）步步进电机机外表允允许的温温度高。步步进电机机温度过过高首先先会使电电机的磁磁性材料料退磁，从从而导致致力矩下下降乃至至于失步步，因此此电机外外表允许许的最高高温度应应取决于于不同电电机磁性性材料的的退磁点点；一般般来讲，磁磁性材料料的退磁磁点都在在摄氏1130度度以上，有有的甚至至高达摄摄氏2000度以以上，所所以步进进电机外外表温度度在摄氏氏80-90度度完全正正常。（3）步步进电机机的力矩矩会随转转速的升升高而下下降。当当步进电电机转动动时，电电机各相相绕组的
17、的电感将将形成一一个反向向电动势势；频率率越高，反反向电动动势越大大。在它它的作用用下，电电机随频频率（或或速度）的的增大而而相电流流减小，从从而导致致力矩下下降。（4）步步进电机机低速时时可以正正常运转转,但若若高于一一定速度度就无法法启动,并伴有有啸叫声声。步进进电机有有一个技技术参数数：空载载启动频频率，即即步进电电机在空空载情况况下能够够正常启启动的脉脉冲频率率，如果果脉冲频频率高于于该值，电电机不能能正常启启动，可可能发生生丢步或或堵转。在在有负载载的情况况下，启启动频率率应更低低。如果果要使电电机达到到高速转转动，脉脉冲频率率应该有有加速过过程，即即启动频频率较低低，然后后按一定定
18、加速度度升到所所希望的的高频（电电机转速速从低速速升到高高速）。2.步进进电机的的选型(1)转转动惯量量计算：如式(33.9)丝杆： 式式(3.99)D丝丝杆的公公称直径径 L丝杆的的长度 工作台：P丝杆杆导程GG工作台台的重量量总转动惯惯量：(2)最最大静转转矩计算算加速力矩矩，如式式( 3.110)式( 33.100) Vmaax快进的的速度步步距角脉脉冲当量量所以 (3)空空载摩擦擦力矩,式(3.111)式(3.11)f导导轨摩擦擦系数G运运动部件件的总重重力Lo丝杆导导程(4)附附加摩擦擦力矩,如式（33.122） 式（33.122)丝杆杆预紧力力( =Fm/3)传动动效率选取电机机5
19、5BBF0003，其其最大静静转距为为68.6Ncm， 所以该电电机可选选用3.驱动动滚动丝丝杠的电电机的选选取(1)转转动惯量量计算：丝杆：(D丝丝杆的公公称直径径 L丝杆的的长度)工作台： (P丝丝杆导程程 GG工作台台的重量量)总转动惯惯量： (2)最大静静转矩计计算加速力矩矩，如式式( 3.110)所以 (3)空载摩摩擦力矩矩(4)附附加摩擦擦力矩选取电机机75BBF0001，其其最大静静转距为为39.2Ncm， 所以该该电机可可选用 (5)启动矩矩频特性性校核步进电机机有三种种工况：启动，快快速进给给运行，工工进运行行。前面提出出的,仅仅仅是指初初选电机机后检查查电机最最大静转转矩是
20、否否满足要要求，但但是不能能保证电电机在快快速启动动时不丢丢步。因因此，还还要对启启动矩频频特性进进行校核核。以后后还要对对快进，工工进时的的运行矩矩频特性性作校核核。步进电机机启动有有突跳启启动和升升速启动动。突跳跳启动：在零时时刻，步步进电机机的启动动频率从从零突跳跳为最大大运行频频率,即即瞬间=.事实实上，突突跳是不不可能瞬瞬间完成成。但突突跳过程程极短，则则加速力力矩很大大，启动动时丢步步是不可可避免的的。因此此，突跳跳启动是是很少使使用的。升升速启动动：步进进电机从从静止状状态开始始渐升速速，在零零时刻，启启动频率率=0,在一段段时间内内，按一一定的升升速规律律升速。启启动结速速时，
21、步步进电机机达到了了最高运运行速度度，此时时相应的的运行频频率为,因此，当当=，启动动过程结结束，启启动频率率已与最最高运行行频率相相等，即即=,在整整个升速速，匀速速运行，降降速过程程中，步步进电机机所走的的步数与与应该完完成的输输入指令令脉冲总总数相等等。升速速时间足足够长，启启动过程程缓慢，空空载启动动力矩中中的加速速力矩项项不会很很大，一一般不会会出现丢丢步现象象，但是是降低了了工作效效率。升升速时间间过短，则则步进电电机启动动力矩中中的加速速力矩项项就会很很大，所所以需要要校核启启动矩频频特性。从电机775BFF0011的启动动矩频特特性曲线线图可得得，电机机在最大大静转距距时，对对
22、应的启启动频率率为12240HHz，而而该电机机最高空空载启动动频率为为17550Hzz，实际际启动频频率小于于允许启启动频率率，所以以能保证证电机不不丢步。（如如图3-7）图3-77启动矩矩频特性性曲线502.4步步进电机机的应用用2.4.1工业业机器手手中的应应用工业机械械手是一一种模仿仿人手动动作，并并按设定定的程序序、轨迹迹和要求求代替人人手抓取取、搬运运工件或或操持工工具进行行操作的的机电一一体化自自动化装装置。步进电机机是一种种将脉冲冲信号转转换成直直线位移移或角位位移的执执行元件件。步进进电机的的输出位位移量与与输入脉脉冲个数数成正比比，其速速度与单单位时间间内输入入的脉冲冲数(
23、即即脉冲频频率)成成正比，其其转向与与脉冲分分配到步步进电机机的各相相绕组的的相序有有关。所所以只要要控制指指令脉冲冲的数量量、频率率及电机机绕组通通电的相相序，便便可控制制步进电电机的输输出位移移量、速速度和方方向。步步进电机机具有较较好的控控制性能能，其启启动、停停车、反反转及其其它任何何运行方方式的改改变都可可在少数数脉冲内内完成，且且可获得得较高的的控制精精度因因而得到到了广泛泛的应用用。控制系统统中PLLC用来来产生控控制脉冲冲，通过过PLCC编程输输出一定定数量的的方波脉脉冲，控控制步进进电机的的转角进进而控制制伺服机机构的进进给量，同同时通过过编程控控制脉冲冲频率进进而控制制伺服
24、机机构的进进给速度度。环行行脉冲分分配器将将可编程程控制器器输出的的控制脉脉按步进进电机的的通电顺顺序分配配到相应应的绕组组。环行行脉冲分分配器可可分为软软件环形形分配器器和硬件件环形分分配器。软软件环形形分配器器，即PPLC利利用软件件编程达达到轮流流输出信信号。对对于功率率步进电电机要求求几十至至上百伏伏特、几几安至十十几安的的驱动能能力，因因此应该该采用驱驱动器对对输出脉脉冲进行行放大。用用PLCC控制三三相步进进电机的的方法简简单易行行可靠靠性高。由由于采用用了PLLC控制制步进电电机技术术，所以以改变控控制参数数相当方方便。只只需改变变PLCC程序中中相应部部分即可可。对任任何相数数
25、的步进进电机都都可以使使用，在在设计方方法上简简单易行行，减少少占用PPLC的的I0口口，与PPLC接接口时比比较方便便，这样样在PLLC控制制步进电电机的控控制系统统中不仅仅减少了了控制系系统设计计的工作作量、大大大缩短短开发研研制周期期和节约约了开发发费用，而而且提高高了控制制系统的的柔性和和可靠性性，具有有较高的的推广和和实用价价值。2.4.2包装装机械中中的应用用步进电机机控制齿齿轮泵也也可以实实现精确确计量。齿齿轮泵在在输送粘粘稠体方方面得到到了广泛泛的应用用，例如如糖浆、豆豆沙、白白酒、油油料、番番茄酱等等的输送送。齿轮泵计计量是靠靠一对齿齿轮啮合合转动计计量的，纸箔通过齿与齿的空
26、间被强制从进料口送到出料口。动力来自步进电机，步进电机转动的位置及速度由可编程控制器控制，计量精度高于活塞泵的计量精度。步进电机适于在低速下运行，当速度加快时，步进电机的噪声会明显加大，其它经济指标会显著下降。对于转速比较高的齿轮泵来说，选用升速结构比较好。我们在粘稠体包装机上开始采用的是步进电机直联齿轮泵的结构，结果噪声难以避免，可靠性下降。后来采用直齿轮升速的办法，降低了步进电机的速度，噪声得到了控制，可靠性也有所提高，计量度得到了保证。在制袋、充充填、封封口为一一体的包包装机中中，要求求包装用用塑料薄薄膜定位位定长供供给，无无论间歇歇供给还还是连续续供给，都都可以用用步进电电机来可可靠完
27、成成。采用用步进电电机与拉拉带滚轮轮直接连连接拉带带，不仅仅结构得得到了简简化，而而且调节节极为方方便，只只要通过过控制面面板上的的按钮就就可以实实现，这这样既节节省了调调节时间间，又节节约了包包装材料料。在间间歇式包包装机中中，包装装材料的供供送控制制可以采采用两种种模式：袋长控控制模式式和色标标控制模模式。袋袋长控制制模式适适用于不不带色标标的包装装膜，通通过预先先设定步步进电机机转速的的方法实实现，转转空比的的设定通通过拨码码开关就就可以实实现。色色标模式式配备有有光电开开关，光光电开关关检测色色标的位位置，当当检测到到色标时时，发出出控制开开关信号号，步进进电机接接到信号号后，停停止转
28、动动，延时时一定时时间后，再再转动供供膜，周周而复始始，保证证按照色色标的位位置定长长供膜。横横封轮每每转一周周的总时时间与横横封所需需要的时时间都是是恒定的的，要满满足速度度同步的的要求，可可以将步步进电机机一周内内的转速速分成两两部分，一一部分首首先满足足速度同同步的要要求，而而另外空空载的部部分满足足一周总总时间的的要求。为了实现良好的封口质量，还可以通过步进电机对横封轮实现非衡速的控制模式，就是在横封的每一点上都实现速度同步。3 纸纸箔传送送机构纸箔横向向摆放在在输送带带上，由由输送带带传送到到预设位位置时传传感器感感应到无无纸箔，纸纸箔推杆杆将纸箔箔推送到到规定位位置。图 3-13.
29、1 进料料机构的的选择进料机构构主要实实现的是是纸箔的的横向移移动，因因此可选选择平面面四杆机机构中的的曲柄滑滑块机构构。图 3-23.2 曲柄滑滑块机构构中运动动学特性性图 3-3曲柄滑块块机构的的运动简简图取A点为为坐标原原点，XX轴水平平向右，在在任意瞬瞬时t，机机构的位位置如上上图所示示：由图可可建立矢矢量方程程，=+rruuuuruuuuruuuurrC点的坐坐标矢径径在X轴轴和Y轴轴上的投投影为：由图可知知，可以以推导出出：从而，通通过转换换关系可可得：qqlqq=-=式中，是是曲柄长长与连杆杆长之比比。将上上式代入入x的表表达式中中，并考考虑到，就得到到了滑块块的位移移运动方方程
30、：若将上式式对时间间t求导导，则其其运算量量较繁琐琐。在工工程实际际中，ll的值值一般取取，故可可在上式式中将根根式展开开成的幂幂级数并并且省略略去起后后的各项项，做近近似计算算，可得得方程：lw-+上式对时时间求导导，可得得滑块速速度和加加速度方方程如下下：其中都是是的周期期函数3.3 纸箔箔进给机机构的分分析图 3-4纸箔进给给机构采采用曲柄柄滑块机机构。当当纸箔被被传送带带传送到到指定位位置后进进料推杆杆在进料料曲柄的的带动下下进行往往复直线线运动，将将纸箔推推送到开开盒机构构。曲柄回转转半径142.5mmm进料连杆杆长度160mmmMax中中心距302.5mmmMin中中心距17.55
31、mm中心高度度20mmm推料杆范范围0-2885mmm曲柄旋转转角度3603.4 连杆杆的数据据分析1矩形、圆圆形的惯惯性矩。同理可求求得对于边长长为a的的正方形形截面，其其惯性矩矩为2圆形截截面图示圆形形截面，直直径为dd，半径径为R，直直径轴zz和y为为其对称称轴，取取微面积积 积分得圆圆形截面面的惯性性矩为： 同理理可求得得3.轴向向拉伸（压压缩）正正应力计计算并解解释每个个量的物物理意义义。 答：如如用A表表示杆件件的横截截面面积积，轴力力为FNN，则杆杆件横截截面上的的正应力力为 正应力力的正负负号规定定为：拉拉应力为为正，压压应力为为负。4.轴向向拉伸（压压缩）杆杆的最大大应力 当
32、杆件件受几个个轴向外外力作用用时，由由截面法法可求得得最大轴轴力FNNmaxx，对等等直杆来来讲，杆杆件的最最大正应应力算式式为： 最大轴轴力所在在的横截截面称为为危险截截面，由由式4-18算算得的正正应力即即危险截截面上的的正应力力，称为为最大工工作应力力。3.4 曲柄柄的计算算数据按弯扭合合成应力力校核轴轴的硬度度进行校核核时，通通常只校校核轴上上承受最最大弯距距和扭距距的截面面（即危危险截面面C）的的强度。扭扭转切应应力为脉脉动循环环变应力力，取0.6，轴轴的计算算应力许用弯应应力1=600Mpaa,因，故故安全。4.精确确校核轴轴的疲劳劳强度抗弯截面面系数：W00.1dd300.145
33、3391112.5mmm3抗扭截面面系数：WT0.22d30.2245331882255mm33截面V左左侧的弯弯矩为截面V上上的扭矩矩为=195530截面上的的弯曲应应力截面上的的扭转切切应力3.5 进料料推杆的的计算计算接触触疲劳许许用应力力。取失效概概率为11%，安安全系数数S=11，由式式计算弯曲曲强度的的设计公公式为确定公式式内的各各计算数数值由图查得得主动链链轮的弯弯曲疲劳劳强度极极限；从从动链轮轮的弯曲曲疲劳强强度极限限；由图取弯弯曲疲劳劳寿命系系数,;计算弯曲曲疲劳许许用应力力。取弯曲疲疲劳安全全系数，由由式得4)计算算载荷系系数。5）查取取齿形系系数。 由由表查得得 ；查取应
34、力力校正系系数。 由表查查的 ；计算主动动链轮的的并加以以比较。4 传传动机构构4.1齿齿轮传动动曲柄依靠靠齿轮传传动将来来自步进进电机的的动力传传送到曲曲柄。图 4-14.1.1标准准直齿圆圆柱齿轮轮传动的的强度计计算齿轮传动动承载能能力计算算依据轮辐、轮轮缘、轮轮毂等设设计时，由由经验公公式确定定尺寸。若若设计新新齿，可可参工工程手册册200、222篇，用用有限元元法进行行设计。轮齿的强强度计算算：齿根弯曲曲强度计计算：应应用材料料力学弯弯曲强度度公式进进行计算算。数学学模型：将轮齿齿看成悬悬臂梁，对对齿根进进行计算算，针对对齿根折折断失效效。轮齿表面面接触疲疲劳计算算。由赫赫兹公式式进行
35、计计算。将将一对相相互啮合合的齿看看成两个个圆柱体体，针对对齿面点点蚀失效效。几何尺寸寸计算（参参机械原原理）。受力分析析不计摩擦擦力，轮轮齿所受受工作载载荷即为为沿啮合合线作用用的法向向力Fnn。因为为齿向载载荷的分分布情况况由K考虑，所所以认为为轮齿啮啮合传动动时，FFn沿接接触线均均匀分布布，并将将其简化化为集中中力。当小齿轮轮传递的的扭矩不不变时，FFn大小小不变，方方向沿啮啮合线垂垂直于齿齿面。将将Fn在在分度圆圆上分解解成两个个互相垂垂直的分分力，即即切于分分度圆的的圆周力力Ft和和径向力力Fr。若已知PP1、nn1 N.mm主动轮上上Ft11与圆周周速度相相反，从从动轮上上Ft2
36、2与圆周周速度相相同。外外啮合齿齿轮传动动Fr11 、FFr2指指向各自自轮心。齿根弯曲曲强度计计算齿根弯曲曲应力计计算因为齿轮轮轮缘刚刚性较大大，所以以可将齿齿看成宽宽度为的的悬臂梁梁，并以以此作为为推导齿齿根弯曲曲应力计计算公式式的力学学模型。危险剖面面及其位位置 受载齿齿的危险险剖面是是一在轮轮齿根部部的平剖剖面，位位置在与与齿廓对对称中线线各成3300的的二直线线与齿根根过渡曲曲线相切切处。载荷及其其作用位位置的齿轮传传动，当当载荷作作用于齿齿顶时，（力力一定）力力臂最大大，但此此时相邻邻的一对对齿仍在在啮合，载载荷由两两对齿分分担，齿齿根弯矩矩不一定定最大。当当轮齿在在节线附附近啮合
37、合时，只只有一对对齿啮合合，但此此时力臂臂不是最最大，齿齿根弯矩矩不一定定最大。齿齿根所受受最大弯弯矩发生生在轮齿齿啮合点点位于单单对齿啮啮合区最最高点。进行弯曲曲疲劳强强度计算算时，对对于制造造精度较较低（77级及以以下）的的齿轮传传动，因因为制造造误差较较大，可可认为载载荷的大大部分甚甚至全部部由在齿齿顶啮合合的轮齿齿承受，轮轮齿根部部产生最最大弯矩矩。为简简化计算算，对于于制造精精度较低低（7级级及7级级以下）的的齿轮传传动，常常将齿顶顶作为齿齿根弯曲曲强度计计算时的的载荷作作用位置置，并按按全部载载荷作用用于一对对轮齿进进行计算算。对制造精精度较高高（6级级及以上上）的齿齿轮传动动，应
38、考考虑重合合度的影影响，其其计算方方法参GGB34480-83或或有关资资料。齿根弯曲曲应力计计算公式式将分解成成，并将将其简化化到危险险截面上上，-产生剪剪应力，产生压压应力c，产生生弯曲应应力F。分分析表明明，F起主主要作用用，若只只用F计算算齿根弯弯曲疲劳劳强度，误误差很小小（55%），在在工程计计算允许许范围内内，所以以危险剖剖面上只只考虑F。 单位齿宽宽（b=1）时时齿根危危险截面面的理论论弯曲应应力为令，代入入上式，得得令 -齿形形系数，表表示齿轮轮齿形对对F的影影响。的的大小只只与轮齿齿形状有有关（zz、h*a、cc*、）而与与模数无无关，其其值查表表10-5。齿根危险险截面理理
39、论弯曲曲应力为为 实际计算算时，应应计入载载荷系数数及齿根根危险剖剖面处的的齿根过过渡曲线线引起的的应力集集中的影影响。式中：-考虑虑齿根过过渡曲线线引起的的应力集集中系数数，其影影响因素素同，其其值可查查表100-5。齿根弯曲曲疲劳强强度计算算校核公式式 MMPa令，-齿宽系系数。将代入上上式设计公式式 由上式可可知：在在一定的的使用条条件和寿寿命下，当当b、zz、齿轮轮材料及及其热处处理规范范一定时时，齿根根弯曲疲疲劳强度度取决于于模数。配对二齿齿轮的、不同，、也不同同。所以以进行校校核时，应应分别对对二齿轮轮进行校校核。设设计时，应应将和中较大大者代入入设计公公式。齿面接触触疲劳强强度计
40、算算齿面接触触应力计计算一对齿的的啮合过过程，可可近似看看成二曲曲率半径径随时间间变化着着的平行行圆柱体体的接触触。所以以将赫兹兹公式作作为推导导齿面接接触应力力公式的的基础。危险位置置由于变化化的曲率率半径和和齿间载载荷分配配的综合合影响，轮轮齿表面面在不同同啮合位位置的接接触应力力不同。因因此，计计算齿面面的接触触强度时时，应同同时考虑虑啮合点点所受的的载荷及及综合曲曲率的大大小。对对端面重重合度2的直直齿轮传传动，以以小齿轮轮单对齿齿啮合的的最低点点（D点点）产生生的接触触应力最最大，与与小齿轮轮啮合的的大齿轮轮，对应应的啮合合点是单单对齿啮啮合的最最高点，位位于大齿齿轮的齿齿顶面上上。
41、由前前述可知知，同一一齿面往往往齿根根面先发发生点蚀蚀，然后后才扩展展到齿顶顶面，即即齿顶面面比齿根根面具有有较高的的接触疲疲劳强度度。因此此，虽然然此时接接触应力力大，但但对大齿齿轮不一一定会构构成威胁胁。由右右图可看看出，大大齿轮在在节点处处的接触触应力较较大，同同时，大大齿轮单单对齿啮啮合的最最低点（DD点）处处接触应应力也较较大。按按理应分分别对小小齿轮和和大齿轮轮节点与与单对齿齿啮合的的最低点点处进行行接触强强度计算算。但按按单对齿齿啮合的的最低点点计算接接触应力力比较麻麻烦，并并且当小小齿轮齿齿数z1120时时，按单单对齿啮啮合的最最低点计计算所得得的接触触应力与与按节点点啮合计计
42、算得的的接触应应力极为为相近。为为了计算算方便，通通常以节节点啮合合为代表表进行齿齿面的接接触强度度计算。齿面接触触应力计计算二齿轮在在节点处处啮合，曲曲率半径径为P点的当当量曲率率为：齿数比 与关系为为：增速速传动 减速速传动 节点处只只有一对对齿啮合合，将以上二二式代入入赫兹公公式并考考虑载荷荷系数令， MPPa式中： -弹弹性系数数，仅与与齿轮材材料特性性有关，其其值查表表10-6。-节点点区域系系数，考考虑节点点位置的的齿廓曲曲率半径径等因素素对接触触应力的的影响，标标准直齿齿轮时，=22.5。+-外外啮合；-内内啮合。齿面接触触疲劳强强度计算算校核公式式 MPPa将代入上上式设计公式
43、式 mmm由上式可可知：在在一定的的使用条条件和寿寿命下，当当b、uu、齿轮轮材料及及其热处处理规范范一定时时，齿轮轮传动的的接触疲疲劳强度度取决于于d1(中心距距a)。配对齿轮轮的，但但不一定定等于，所所以设计计或校核核时，应应以、中较小小者代入入上式。一对标准准钢制齿齿轮 MPPa mmm齿轮传动动的强度度计算说说明当配对齿齿轮均为为硬齿面面时，两两轮的材材料、热热处理方方法及硬硬度均可可取成一一样的。设设计时，可可分别按按齿根弯弯曲疲劳劳强度及及齿面接接触疲劳劳强度的的设计公公式进行行计算，并并取其中中较大者者作为设设计结果果。当用设计计公式初初步计算算齿轮的的分度圆圆直径dd1（或或模
44、数mmn）时时，动载载系数KKv、齿齿间载荷荷分布系系数K及齿向向载荷分分布系数数K不能预预先确定定，此时时可试选选一载荷荷系数KKt，则则计算出出来的分分度圆直直径（或或模数）也也是一个个试算值值d1tt（或mmnt），然然后按dd1t值值计算齿齿轮的圆圆周速度度，查取取动载系系数Kvv、齿间间载荷分分布系数数K及齿向向载荷分分布系数数K，计算算载荷系系数K。若若算得的的K值与与试选的的值Ktt相差不不多，就就不必修修改原计计算；若若二者相相差较大大时，应应按下式式校正 试算所所得的分分度圆直直径d11t（或或mntt）：4.1.2齿轮轮传动的的设计参参数、许许用应力力与精度度选择齿轮传动动设计参参数的选选择