翻转机构的部件设计及选型方法

1.翻转机构的伺服电机选型

选用电动机必须注意负载启动特性以及运行特性，必须严格选取与使用场所的特殊环境相适应的防护方式以及冷却方式等。选用电动机的主要步骤为：根据机械的运动学要求及工作情况来选取电动机的种类；针对环境提供的不同电压条件，选择不同额定电压的电动机；根据输出转速和减速比选择电动机额定转速，据此选择合适的电动机。

电动机输出功率计算公式如下：

已知T=2000 N·m，故：

Pw=T·W=2000×3×2π÷60≈0.75 kWP1=1.3 kW

η=η 减速器η4 轴承η 齿轮=0.9×0.994×0.96≈0.83，则Pd≈0.904 kW

2.翻转机构的齿轮设计

（1）翻转机构的传动参数计算与设计

①计算各轴的转速

②计算各轴的输出功率

P2=P1·η 减速器=1.3×0.9=1.17 kW

P3=P2·η 齿轮=1.17×0.96≈1.12 kW

③计算各轴的输出转矩

（2）翻转机构的齿轮设计

由上述计算数据可知，翻转机构的齿轮轴输入功率为P2=1.17 kW，齿轮传动比为i2=7，驱动采用伺服电机。

（3）选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数

第一，根据总体设计方案，确定传动齿轮的类型为直齿圆柱齿轮。

第二，变位机为一般工作设备，根据《机械设计》要求选用7 级精度。

第三，翻转机构的大齿轮材料选择45 钢（调制），翻转机构的小齿轮材料选择40Cr（调制）。

第四，根据设计要求，小齿轮可选择齿数为Z1=20～40，因此，在这里根据需要选取小齿轮齿数为20。Z2=i2·Z1=7×20=140，故大齿轮齿数为140。

（4）按齿面接触疲劳强度计算

齿面接触疲劳强度设计公式如下：

①确定公式里各参数的数值

a.先试选载荷系数Kt=1.4。

b.小齿轮所传递的扭矩T2=0.7449×103 N·m。

c.齿宽系数根据小齿轮的布置情况进行选取，则Ød=0.4～0.6，为符合实际需要选择Ød=0.5。

e.查阅相关资料可知：根据工作情况，小齿轮接触疲劳强度极限σHlim1=610 MPa，大齿轮接触疲劳强度极限σHlim2=575 MPa。

f.对于一般齿轮，应力循环次数的决定性因素为疲劳极限，计算公式如下：

N=60 njLh

假设齿轮工作制度为两班制，使用年限为15 年，平均每年使用300 日，根据上述公式可得：

g.取接触疲劳寿命系数KHN1=0.96，KHN2=0.99。

h.计算接触疲劳许用应力：(www.xing528.com)

②计算

a.计算分度圆直径：

将上述所得接触疲劳许用应力较小值带入分度圆直径估算公式，得分度圆直径d1t 为78.356 mm。

b.计算圆周速度：

c.计算齿宽：

b=Ød·d1t=0.5×78.356 mm=39.178 mm

齿高：h=2.25 m1=2.25×3.918 mm≈8.816 mm

e.计算载荷系数：

K=KAKVKHαKHβ=1.25×1.02×1×1.201≈1.53

f.校正分度圆直径：

g.计算模数：

（5）按齿根弯曲疲劳强度计算

齿根弯曲疲劳强度设计公式如下：

①确定公式里各参数的数值

a.查得小齿轮弯曲疲劳强度极限为σFE1=540 MPa，σFE2=400 MPa。

b.查得弯曲疲劳寿命KFE1=0.95 MPa，KFE2=0.98 MPa。

c.计算弯曲疲劳许用应力：

d.计算载荷系数K：

K=KAKVKHαKHβ=1.25×1.02×1×1.16≈1.479

②计算

根据设计手册，选取m=4，前面已经按齿面接触疲劳强度得到分度圆直径为80.709 mm，从而得到小齿轮齿数为：

大齿轮齿数为Z2=7×20=140。

（6）计算齿轮几何尺寸

①计算分度圆直径

d1=Z1m=20×4 mm=80 mm

d2=Z2m=140×4 mm=560 mm

②计算中心距

③计算齿轮宽度

b=Ød d1=0.5×80 mm=40 mm