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剃须刀锥形齿轮设计计算说明书

日期:2020-08-13 07:01 作者:皇冠app

  剃须刀锥形齿轮设计计算说明书_机械/仪表_工程科技_专业资料。FS858 电动剃须刀 传动部分设计计算说明书 设计: 编制: 校对: 审核: 批准: 日期: 年 月 日 I 目录 一、设计要求………………………………………………………………………………………

  FS858 电动剃须刀 传动部分设计计算说明书 设计: 编制: 校对: 审核: 批准: 日期: 年 月 日 I 目录 一、设计要求…………………………………………………………………………………………1 二、设计方案拟定及确定……………………………………………………………………………1 三、电动机的选择……………………………………………………………………………………2 四、计算总传动比……………………………………………………………………………………3 五、传动齿轮参数设计计算…………………………………………………………………………3 五、动力参数设计计算………………………………………………………………………………7 六、设计要点说明……………………………………………………………………………………7 II 传动系统计算及其说明书 一、设计要求 设计目的:设计传递带夹角的扭矩的传动系统方案以及具体参数的计算。 设计要求:1、输入力矩与输出力矩成 23°夹角。 2、正常剃须情况,可工作 3-4 年。 3、输出转矩 Tt=3~5*10-3N.m 转速 nt≥2500rpm。 二、传动方案选择 2.1 方案策划 方案 1、实现传递夹角扭矩可以通过锥齿轮实现。 参数 Tt=3~5*10-3N.m nt≥2500rpm 图 2.1 锥齿轮啮合示意图 锥齿轮传动特点:1、锥齿轮传递两相交轴之间的运动和动力,常见∑=90°。 2、轮齿分布在圆锥面上。 3、设计、制造简单,传动稳定,噪声大。 4、啮合齿轮轴心要相交在定点上,安装精度要求较高。 方案 2、圆柱锥齿轮传动,轴交错角 23°。 ∑=23° 图 2.2 联动齿轮啮合原理图 圆柱锥齿轮传动特点: 1、高速级齿轮为直齿轮,介动齿轮为直齿锥齿联动齿轮,低速级齿轮为变位圆 1 柱直齿轮。 2、锥齿轮为无限个变位锥齿轮面集合而成。 3、变位啮合磨损较大。 2.2 方案比较分析 方案 1: 1)采用锥齿轮传动,锥齿轮传动结构简单,设计、加工、制造容易; 2)轮齿厚度属于标准齿轮,疲劳强度较高,耐磨损; 3)安装精度要求很高。 方案 2: 1)采用圆柱锥齿轮传动,与此介动齿轮啮合的齿轮都属于直齿轮,加工过程较 锥齿轮简单,成本较低; 2)另外圆柱锥齿轮安装精度要求不是很高,降低零件的加工精度; 3)变位齿轮有利于降低噪声。 4)采用变位啮合,齿轮强度相对较弱,磨损加大,疲劳破坏相对集中。 2.3 方案选择 电动剃须刀齿轮具有负载小,转速高,润滑方便,且采用耐磨塑料的特性。因 此,根据 2.2 方案分析和实际应用情况,在本设计中选择方案 2 较合理。 三、电动机选择 1、电动机类型:直流有刷微型电动机 2、电动机参数初步估算: (1)传动装置的总效率: η 总=η 齿轮 2×η 2 联轴器 =0.982×0.972 =0.90 η 总=0.90 图 3.1 传动系统示意图 (2)电机所需的工作功率: P 工作= Tt×nt/9550η 总 ≥5×10-3×2500/9550×0.9 2 P 工作≥1.75W =1.75×10-3KW =1.75W 3、确定电动机转速估算: 剃须刀动刀工作转速:nt≥2500rpm。 据设计资料推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动二级减速器传动比范围 I’a=2~3。故电动机转速的可选范围为 n0≥I’a×nt=(2~3)×2500≥5000rpm 根据估算电动机的转速和功率,以及负载情况选择万宝至直流电机,型号: FF180SH-3729。 4、选择电动机的参数: 空载转速 n0=7500rpm;负载转速 nr=6600rpm;输出功率 P=2W;T=16.6g.cm;Td=90.5 g.cm。 四、计算总传动比 总传动比:i 总=n 电动/nt≤6600/2500=2.64 五、各齿轮参数的确定 5.1 圆柱齿轮参数计算 5.1.1 高速级齿轮参数估算 根据空间以及装配结构,限制了小齿轮的尺寸。小齿轮齿顶圆要小于 7mm。 da=d+2*ha=(z+2)m; (公式 5-1) 其中 da 为齿顶圆,ha 为齿顶高,m 为模数,z 为齿数。 nr=6600rpm P=2W T=16.6g.cm Td=90.5 g.cm。 i 总≤2.64, 取 i=2.6 图 5.1 齿轮标准模数表 齿轮模数 m 一般是通过强度校核或者结构确定,根据本设计轻载高速、以及采 3 用耐磨塑料的特性;且塑料齿轮通过模具注塑成型,不受刀具加工限制,只考虑通 过空间结构来选取合适的模数和齿数即可。 模数 m 取 0.1 时,由公式公式 4-1,Z=68,明显不可取。 模数 m 取 0.8 时,由公式公式 4-1,Z=6,明显不可取。 依次推断,当 m=0.4 时,Z=15 最合理。 m=0.4 高速级齿轮参数:m=0.4,Z1=15,α =20°,b1=3.5。 Z1=15 5.1.2 低速级齿轮参数确定 α =20° 因为本设计中传动系统属于二级减速传动系统。 b1=3.5 传动比 i 总=n 电机/n 输出=Z3/Z1 因此,Z3=i 总×Z1 (公式 5-2) =2.6×15 Z3=39 =39 5.2 介动齿轮参数确定 根据设计方案介动齿轮既要传递夹角扭矩,又与直齿轮啮合;随着离夹角愈近, 实际中心距逐渐变小;齿形类似锥齿轮具有锥度,实际齿形是通过计算出大小端变 位系数,用渐开线作图法确定大小端齿形面,通过三维曲面放样而成。 介动齿轮为锥齿轮和圆柱直齿轮的双联齿轮。锥齿轮通过变位啮合改变扭矩的方 向;圆柱直齿轮传递扭矩至低速级齿轮。 5.2.1 锥齿轮设计依据 介动齿轮的圆锥齿轮齿数确定依据: 1) 空间结构,即介动齿轮到传动齿轮的中心距来确定大概取值范围。 2) 变位系数确定了锥齿轮的齿形。 3) 设计、加工制造方便。 5.2.2 锥齿轮齿数计算(单位 mm) 5.2.2.1 根据装配结构,估算锥齿轮齿数。 高速级齿轮与介动齿轮安装示意图如图 5.2 所示。 图 5.2 高速齿轮与介动齿轮安装原理图 其中 a=7.85,b=8.386,n=7.745,β =23°; 4 a=7.85 b=8.386 n=7.745 β =23° m=0.4 Z1=15 高速级齿轮参数:m=0.4,Z1=15,α =20°da1=6.8,df1=5,c=0.25; α =20° 图中所示锥齿轮的齿形是通过变位系数生成的齿面,用 3 维绘图工具放样生成。 da1=6.8 设介动齿轮锥齿轮齿数为 Z21,直齿齿数为 Z22。 df1=5 图 5.2 中 a、b、n 为变位实际中心距。 c=0.25 由标准中心距 a=1/2*m(Z21+ Z1), 代入 a、b 值。 (公式 5-3) 当 a=a 时,Z21=24.25; 当 a=b 时,Z21=26.93。 锥齿轮齿顶圆 da1=1/2*m(Z21+ 2)≤b-(1/2* df1+c);代入以上数据:Z21≤27.5。 5.2.2.2 介动齿轮锥齿轮参数计算 1)介动齿轮齿数的确定 变位齿轮的锥齿形是由当量齿轮的齿数和变位系数确定,本设计中的锥齿轮 Z21≤27.5 轮齿是由无数个变位齿轮面叠加而构成。 变位锥齿轮的当量齿数 Zv=Z21/cosβ 。 (公式 5-4) 当 Z 取 20 到 27 的参数时,Zv 依次为 21.72、22.81、23.899、24.986、26.072、 Z21=23 27.15、28.24、29.33。 Zv=24.986 通过比较,当 Z=23 时,当量齿数最接近整数。取此值既满足设计参数要求, 又便于设计、加工等要求。 由此 Z21=23,Zv=24.986,为方便作图设计取 Zv=25。 2) 介动齿轮锥齿轮变位系数计算 由图 4.2 可知锥齿轮大端实际中心距 b=8.386,小端实际中心距 a=7.85。 介动齿轮锥齿轮标准中心距 a=1/2*m(Zv+ Z1)=8。 高速级齿轮 X1=0。 小端锥齿轮的变位系数计算: 两齿轮啮合过程啮合角α =arccos[(a/ a)cosα ] =16°44′ (公式 5-5) 啮合总变位系数 X∑= (zv+z1)×(invα - invα )/2tanα (公式 5-6) X2 小=-0.346 =(25+15)×(0.0085969-0.0149044)/2×0.36397 =-0.346 再由 X∑=X2 小 +X1, ∴ X2 小=-0.346 (公式 5-7) X2 大=1.12 同理,计算大端锥齿轮的变位系数: 大端实际中心距 b=8.386, 代入公式 4-3、4-4、4-5 计算公式可得, X2 大=1.12 5.2.3 介动齿轮直齿轮参数设计 1) 介动齿轮直齿轮齿轮确定 介动齿轮直齿轮与低速级齿轮啮合如图 5.3 所示。 c=12.3 其中 c=12.3,d=24。 d=24 低速级齿轮参数:m=0.4,Z3=39,α =20°。 假设标准中心距 a=1/2*m(Z22+ Z3)=c。 Z2=23 则 Z22=22.5。 又 Z21=23, 因为介动齿轮为锥齿轮和直齿轮的联动齿轮,方便加工制造, 5 取 Z22= Z21=Z2=23。 2) 介动齿轮直齿轮参数 介动齿轮直齿轮与介动齿轮锥齿轮同轴,其相对与高速级圆柱直齿轮同样存 在变位系数。为便于模具制造,直齿轮的齿顶圆要小于锥齿轮小端的齿顶圆。 直齿轮末端相对于锥齿轮实际中心距 n=7.745。 代入公式 4-3、4-4、4-5 计算公式可得,X2=-0.55。 介动齿轮直齿轮的参数:m=0.4,Z2=23,α =20°X2=-0.55,b=2。 5.2.4 低速级齿轮参数计算 圆柱锥齿轮的圆柱直齿轮参数:m=0.4,z2=23,α =20°,x2=-0.55。 圆柱锥齿轮圆柱直齿轮与低速级圆柱直齿轮中心距 a=c=12.3。 低速级圆柱直齿轮 m=0.4,z3=39,α =20°。 啮合齿轮标准中心距 a=m(z2+z3)/2=12.4 啮合角α =arccos[(a/ a)cosα ] X∑= (z2+z3)×(invα图-5.3in低vα速)齿/2轮ta与nα介动齿轮安装模拟图 因此,低速级齿轮的变位系数为 X3= X∑-X2=0.308。 低速级圆柱直齿轮参数:m=0.4,z3=39,α =20°,X3=0.308,b=1.5。 5.2.5 各传动齿轮齿形设计 5.2.5.1 高速级齿轮齿形设计 高速级齿轮属于标准圆柱直齿轮,因此按照一般渐开线 低速级齿轮齿形设计 低速级齿轮属于正变位圆柱直齿轮,变位齿轮分度圆、基圆、齿距与标准齿 轮相同,齿厚、齿槽宽、齿顶高、齿根高与标准齿轮不同。 S=pi*m/2+2Xmtanα , e= pi*m/2-2Xmtanα , ha=(ha′+X)*m, hf=(ha′+c-X)*m, 依据上述公式,计算出齿顶圆、齿根圆直径: (公式 5-8) (公式 5-9) (公式 5-10) (公式 5-11) da3=d+2ha=16.6464,df3= d-2hf=14.8464。 根据上述数据,可依照渐开线=-0.55 b=2 m=0.4 z3=39 α =20° X3=0.308 b=1.5 5.2.5.3 介动齿轮齿形设计 1)介动齿轮直齿轮齿形设计 本设计同 5.2.5.2 小结中直齿轮设计过程相同。 计算得 da22=d+2ha=10.36,df22= d-2hf=8.56 2)介动齿轮锥齿轮齿形设计 锥齿轮齿形设计分两个步骤,即首先设计出锥齿轮的两个端面的齿形, 然后用三维软件放样曲面,可得到平滑的三维锥齿。 大小端端面齿形与上述计算齿形相同,不再赘述。 大端锥齿轮变位系数 X2 大=1.12,大端实际中心距 b=8.386, 小端锥齿轮变位系数 X2 小=-0.346,小端实际中心距 a=7.85。 由此可见,锥齿轮从大端到小端,变位系数与实际中心距的函数为递减 函数,并经过 X2=0,a′=8 的点。 da3=16.6464 df3=14.8464 da22=10.36 df22=8.56 五、计算各齿轮的转速、功率 1、计算各齿轮转速(r/min) i1=z2/z1=23/15=1.533 i2=z3/z2=39/23=1.7 n1=n 电机=6600r/min n2=n1/i1=6600/1.533=4305r/min n3=n2/i2=4305/1.7=2532r/min 2、 计算各齿轮传递的功率(W) P1=P 工作=2W P2=P1×η 齿轮=2×0.98=1.96W P3=P2×η 齿轮=1.96×0.98=1.9208W P 动刀=P3×η 联轴器 2=1.9208×0.972=1.867W 3、 计算各齿轮轴扭矩(N·mm) T1=9.55×103P1/nI=9.55×106×2×10-3/6600 =2.89N·mm T2=9.55×106P2/n2 =9.55×106×1.96×10-3/4305 =4.35N·mm T3=9.55×106P3/n3=9.55×106×1.867×10-3/2532 =7.04N·mm 六、传动零件的设计说明 i1=1.533 i2=1.7 n1=6600r/min n2=4305r/min n3=2532r/min T3=7.04N·mm 6.1 本设计采用变位齿轮传递扭矩。 变位齿轮具有以下特点: 1、正变位齿轮齿根变厚,齿顶变尖;负变位齿轮齿根变薄,齿顶变宽。 2、负变位齿轮重合度有所提高,磨损较快;正变位重合度略有降低,但是齿 轮强度提高,磨损减轻。 6.2 本传动设计中主要是介动齿轮的设计,以传递夹角 23°的扭矩 本传动设计具有以下特点: 1、 高速轻载。 2、 齿轮材料采用耐磨 POM。 3、 齿轮通过模具注塑而来。 7 4、 轴孔配合采用间隙配合,便于润滑。 5、 中心距采用+0.05 公差值,可加大顶隙。 总之,对于一般的设计计算要核算齿轮的强度,本设计基于传动特点和实际应用 环境不进行强度校核。 8

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