符合开关研究

1、 河南农业大学本科生毕业论文（设计）题 目 一种合分闸操动机构的设计和装配工艺研究学 院 机电工程学院 专业班级 07级机制4班 学生姓名 黄支龙 指导教师 张秀丽 撰写日期：2011年5月10日 摘 要高压断路器的弹簧操动机构是一种以弹簧作为储能元件的机械式操动机构。弹簧的储能借助电动机通过减速装置来完成，并经过锁扣系统保持在储能状态。开断时，锁扣借助磁力脱扣，弹簧释放能量，经过机械传递单元使触头运动。本文主要介绍了操动机构的发展历史及各种操动机构的优缺点，并针对合分闸机构，进行机构设计以及装配工艺的设计；齿轮、主传动轴的选择与校核；实现手动操作的拨叉组件的设计；各组件间配合公差的选择。关键

2、词：合分闸机构；拨叉组件设计；装配工艺设计；配合公差The design on close break-brake operation mechanism and the assembly processAbstractThe spring operator of high-voltage circuit breaker is a mechanical operating mechanism, which views spring as a mechanical energy storage device. By the decelerate device and lock system, t

3、he energy storage of spring maintains energy storage state. When breaking, the lock becomes unlock by magnetic trip, then the spring releases energy, at last the contactors begin to movement through mechanical delivery unit. This dissertation mainly introduces the development history of operating me

4、chanism and the merits and drawbacks; at the same time, the paper describes institutional design and assembly process design, aiming at close brake and break brake; the selection and check of gear and main shaft; a design of manual operation of the fork component and the choice of tolerance of vario

5、us components.Keyword：Close break-brake;Dials the fork module design;Assembly technique design;the tolerance 目 录1引言11.1课题研究的主要内容及其意义11.2高压开关及其发展概况21.2.1高压断路器的组成结构21.2.2高压断路器的种类和结构21.2.3高压断路器的发展与现状51.3传统高压断路器操动技术的分类发展及现状51.3.1传统操动机构的分类及优缺点51.3.2传统高压断路器操动技术的发展71.3.3现有高压断路器操动机构存在的主要问题72 合分闸机构的设计82.1设计参

6、数和要求82.2传动方案的确定92.3电动机的选择92.3.1选择电动机类型和结构形式92.3.2确定电动机的容量102.3.3确定电动机转速102.4传动装置的设计102.4.1确定传动装置的总传动比和分配传动比102.4.2计算传动装置的运动和动力参数112.5齿轮的设计122.5.1确定齿轮类型、精度等级、材料及齿数122.5.2按齿面接触强度设计122.5.3按齿根弯曲强度设计142.5.4几何尺寸计算152.6 轴的设计152.6.1主动轴的设计162.6.2传动轴的设计162.6.3 传动轴的结构设计162.6.4传动轴的强度校核173合分闸操动机构的装配工艺173.1部件的装配1

7、73.1.1拨叉和拨叉座部件组装173.1.2拨叉组件的设计213.1.3电机、齿轮部装233.1.4簧座、拉杆、拉簧部装243.1.5 箱盖的部装253.2主机的装配263.2.1箱体内各零件和组件的安装263.2.2齿轮的装配方法313.2.3箱体外的零部件安装343.2.4 装配后期的处理353.3轴封装配工艺364 结语36参考文献38致 谢39附录1：GEAR AND SHAFT INTRODUCTION40附录2：齿轮和轴的介绍46 1引言1.1课题研究的主要内容及其意义弹簧操动机构采用手动或小功率交流电动机储能，其合闸功不受电源电压的影响，相当恒定，既能获得较高的合闸速度，又能实

8、现快速自动重合闸操作。本课题主要设计一套弹簧操动机构的合分闸操作机构，用以实现弹簧操动机构的手动与电动操作。本课题设计的主要内容：合分闸机构主传动轴的校核选择；主传动齿轮的设计；拨叉组件的设计；机构的装配工艺。随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，对电力的需求量越来越多，促使电力事业迅速发展，电网不断扩大，供电质量和供电可靠性的要求也越来越高。在配电和供电系统中，由于高压断路器的特殊作用，对其可靠性和免维护的要求更高，因此世界各国对高压断路器的理论研究和设计开发一直在不断进行着。 3KV及以上的电力系统中使用的断路器称为高压断路器。高压断路器是电力系统中最主要的控制、保护元件，对

9、电网的安全运行起着关键作用。概括地说，高压断路器在电网中主要起两方面的作用：第一，控制作用。即根据电网的运行需要，用高压断路器把一部分电力线路和设备投入或退出运行。第二，保护作用。高压断路器可以在电力线路或设备发生故障时将故障部分从电网中快速切除，保证电网中无故障部分正常运行。如果它们一旦在运行中发生故障或在故障时不能正常的动作，将会造成严重的后果，小则引起一个地区的停电，给人们的社会生活带来很大的不便；重则导致电网瓦解、系统崩溃，给国家的经济建设和政治生活带来不可弥补的重大损失。因此，高压断路器及其运行的可靠性直接关系到整个电力系统的安全运行和供电质量，在电力系统中起着十分重要的作用。 高压

10、断路器是电力系统中最重要，也是最复杂的电器设备之一。其工作理论和工作原理牵扯面较大，内容庞杂，既有电磁学理论，又有热学和力学理论，所以它的设计计算非常复杂，过去着重研究电磁静态吸力与负载反力的配合，按照能量的方法进行粗略计算，在规定操作电压下吸力特性在全部行程里都高于反力特性，以保证闭合的可靠性。实际上，电磁机构衔铁的运动过程中只存在动态吸力而不存在静态吸力。这就是说，只有动态过程才是表征电磁系统动作时的真实过程，只有进行电磁系统的动态特性的分析和计算才是电磁机构设计的关键。从高压断路器的故障统计数字表明，我国操动机构的设计和制造水平较低，尤其对如何设计出能满足断路器性能要求的操动机构没有系统

11、的理论基础和配套设计的基本思想，虽然许多专家、学者多次阐述要以动力配合为依据进行断路器的整体设计，但仍经常出现以拼凑的方式来组合形成断路器，这样就会经常出现大马拉小车的现象，从而使断路器的使用寿命大打折扣。因此把机构的机械特性和电动特性相结合，进行整体设计和计算，才是高压断路器操动机构设计的正确方法。本课题以一种新型弹簧操动机构为研究对象。对其动特性进行分析和研究，来验证其是否满足真空断路器的性能要求，并提出改进意见。1.2高压开关及其发展概况1.2.1高压断路器的组成结构高压断路器按功能可分为以下几个部分： （1）导电部分：断路器导通电流的部分。它允许通过长时间的正常负荷电流和一定时间的异常

12、电流，如负荷电流和短路电流 （2）绝缘部分：保证断路器电器绝缘的部分。它包括三个基本部分，即对地绝缘、相对绝缘和断口绝缘 （3）接触系统和灭弧系统：执行电路开断和关合的部分。它表征断路器的合闸和分闸能力 （4）操作系统：促使触头分断和接通的部分。它赋予断路器以规定程序的动作以及一定的动作时间和速度1.2.2高压断路器的种类和结构（1）油断路器：油断路器是发展最早的一种断路器，它以矿物油或者合成油作为灭弧和绝缘介质。它是一种完全利用电弧本身产生的能量使其灭弧的机构，电弧的能量与电流和电弧压降的大小以机 燃弧时间的长短有关。当电弧能量足够大时，电弧的熄灭较为顺利，燃弧时间短。如果电弧能量不足，则燃

13、弧时间超长，因而燃弧时间与开断电流成反比关系，但是当开断电流甚小时，因弧道去游离化微弱，电弧是不容易燃弧的，所以在开断特性上出现了临界电流值，其燃弧时间达到最长。在燃弧期间，灭弧室内的油被剧烈的汽化而形成熄弧的气流，因此油量耗损与开断电流成比例，同时构成灭弧室的绝缘材料亦有较大的烧损。因而在额定的短路电流的条件下，进行重合闸成为一种严格的考核，灭弧室内的油量必须在第二次分闸前恢复到可以正常开断状态。油断路器的燃弧时间比其它断路器要长一些，目的是适应临界电流的开断，即使额定容量下的开断，一般不会超过25ms，但是在以后的行程中，动触头的运动应当放慢，以便多积累一些电弧能量，以熄灭小电流，为此，必

14、须采用油缓冲器，其缓冲行程特性参数应当结合灭弧室的需要加以深入地分析和谨慎地设计。至于动触头的合闸运动，应当以合闸前得预击穿和接触以后的电动力为考虑依据。由于灭弧的绝缘介质劣化严重，常会导致过长的预击穿距离，以致因电弧能量过大而导致灭弧室的破坏。接触以后，短路电流的电动力起着阻碍合闸到底的作用，速度不足和过高都是不利的油断路器的机构多用弹簧操动机构和液压操动机构，尤其是高压和超高压油断路器的操动机构均为液压操动机构。（2）压缩空气断路器：压气式灭弧室利用压缩空气气流对电弧去游离并建立弧后绝缘的装置。开断电流与压缩空气的压力和流量成正比。这种灭弧室的特点是从燃弧开始，气吹就十分剧烈，电流过零以后

15、，介质绝缘强度的恢复较缓慢，最后则总绝缘强度高。因而，对于开断空载线路极为有利，能给灭弧室并联电阻起到增容的作用。灭弧室的吹弧方式有横吹和纵吹之分，横吹灭弧室仅用于20kv一下的产品，压缩空气气流方向垂直于触头行程，将电弧吹入绝缘的灭弧栅内，并不断地拉长和使其冷却，因而大部分电弧表面承受的是纵向气流，只有小部分承受的是横向电流，但是后者在电弧的熄灭中仍起主要作用。在高压和超高压压缩空气断路器中使用的大多是纵吹灭弧室。其操动机构多用气动机构，但压缩空气断路器现在已很少使用，它以被油断路器和SF6断路器所取代。 （3）六氟化硫（SF6）断路器：SF6断路器目前在高压和超高压中应用最为广泛的是单压式

16、灭弧室机构，灭弧室由压气缸和活塞组成。这里活塞是静止的，而压气缸内与触头固定在一起，是可动的，随着动触头的打开，压气缸SF6气体的流速和密度依压气缸的压强而定，这使灭弧的主导因素，喷嘴的合理设计和断口间的电场分布，决定着电流开断的成败。当电弧对喷嘴起到热阻塞作用时，上游电弧的能量排泄不甚畅通。当阻塞严重时，虽零区附近排放条件较好，亦会影响零区绝缘的恢复。因而，严重的阻塞，将导致电流开断的失败。然而对SF6断路器来说，与压缩空气断路器有很大的不同，适当的阻塞不但不影响开断的性能，反而提高了开断能力，原因是阻塞使气缸的气压增高而获益，而在压缩空气灭弧室中，则往往认为阻塞使开不断的征兆。由此可知，S

17、F6断路器喷嘴喉部的直径，在同样的开段电流下，远比压缩空气灭弧室的小，这点给予SF6断路器的设计极大的方便，使得活塞直径、灭弧室直径相应地小，操动机构的操作功也小。由于SF6的这些特点，在中压断路器中利用电磁驱动力使电弧在触头表面向外径旋转，充分利用电弧能量使灭弧室内的SF6气体加热膨胀用来熄灭电弧，因而出现了自吹式灭弧室。这种灭弧室触头烧损小，开距相对也小，所以分闸功相对也小。然而用于小电流时电磁驱动力不足以使电弧旋转，或者旋转速度极低，因而尚需备有小功率的压气缸。单气式SF6断路器的灭弧系统消耗能量最大，约为少油、空气和双压式SF6断路器消耗能量的一倍，当单压式SF6断路器刚刚出项的时候，

18、操动机构都采用压缩空气式，采用弹簧操动机构和液压操动机构的很少，到1983年以后，采用液压和弹簧操动机构才占大多数，而压缩空气机构局少数地位，许多制造厂家转而生产液压操动机构是因为它适应能量需要，且具有合分闸缓冲简单、运动质量小及操动机构时间短等优点。（4）真空断路器：真空断路器是通过对接式触头进行合分操作的，由于真空度好的间隙绝缘强度很高，所以，其最大触头开距很小，相对操作功也不大。为更好的开断电流，触头结构设计为带有不同形式的磁场方式。研制初期，还只限于小容量，随着真空断路器技术和理论的不断完善，触头结构和断路器结构的不断发展和深入，真空断路器正向高压、大容量方向发展。影响真空断路器开断能

19、力的因素很多，其中主要有灭弧室内的触头结构及材料、触头直径、真空度、触头开距、外加磁场等。众所周知，对于触头结构而言，产生横向或者纵向磁场的电极结构，其开断能力明显高于平板型电极；对触头材料而言，目前CuCr材料比较理想。真空断路器的极限开断电流与电极直径近似成正比。触头间隙减小时，触头间隙绝缘强度降低。而且触头间隙小，金属粒子的热扩赛能力下降，电极受热粒子撞击次数增多，虽然触头间纵向磁场有所增强，但是磁场分布并不均匀，且金属粒子在小间隙内不易向外扩散，真空电弧电弧将处于高粒子密度电弧状态，阴极和阳极磨损均很严重。但此时弧压并不高，且无高频分量出现。电流过零时，虽间隙粒子有电极吸附的能力有所增

20、强，但过零时电极表面使间隙绝缘水平下降。总之，间隙内介质恢复强度由电极吸附最短，故在一定的开断电流下存在最佳开距段。根据以上特点，加上真空断路器的机械寿命达上万次之多，而且操作功不大，所以最佳操动机构为弹簧操动机构或者电磁操动机构。1.2.3高压断路器的发展与现状 高压断路器的发展主要包括两个方面：一方面是灭弧室的灭弧形式和结构的发展；二是操动机构简单、高可靠性、免维护和出力特性良好匹配等方向的研究。20世纪50年代以来，世界各国在高压断路器的理论研究和产品设计方面取得了巨大的进展。从产品类型来看，原来高压和超高压电力系统中起主要作用的压缩空气断路器几乎全部被六氟化硫断路器所取代。10KV35

21、KV电压等级的多油和少油断路器大有被真空断路器取代的趋势，特别是12KV电压等级中真空断路器所占的比例为45.2%，而且这一比例还将进一步上升。真空断路器是利用真空的高介质强度来灭弧的一种断路器，作为新一代的、先进的开关设备，近年来真空断路器在电力行业得到了广泛的应用，尤其在12KV电压等级中，真空断路器占有绝对的优势。如果说灭弧室是高压断路器的心脏，那么操动机构就是高压断路器的灵魂。高压断路器的操动机构主要有弹簧操动机构、液压操动机构、电磁操动机构和永磁操动机构。弹簧操动机构是高压断路器操动机构中最常见且使用最广的形式之一，它具有合闸速度稳定性，性能可靠，操作能源功率小，可实现交流操作，使用

22、方便等优点，是中压断路器操动机构的主要产品和发展方向。1.3传统高压断路器操动技术的分类发展及现状1.3.1传统操动机构的分类及优缺点各种操动机构的分类和优缺点如表1-1所示： 表1-1 各种操动机构的分类、优缺点形式主要优点主要缺点备注手动操动机构1. 结构简单，价廉2. 不需要电源用作合闸能源1. 不能遥控和自动合闸2. 合闸能力小3. 就地操作，不安全用于10kv一下的小容量的断路器电磁操动机构1. 结构简单，加工容易2. 运行经验多1. 需要大功率的直流电源2.耗费材料多110kv以下的油断路器大部分采用，但不是发展方向电动机操动机构可用交流电源要求电源的容量较大只用于容量较小的断路器

23、，国内很少生产弹簧操动机构1. 要求电源的容量小2. 交直流电源都可用3. 暂时失去电源时仍可以操作一次1. 结构较复杂2. 零部件加工精度要求高用于中小型断路器，是发展方向气动操动机构1. 不需要直流电源2. 暂时失去电源时仍可以操作一次1. 需要空压设备2. 对大功率的操动机构，结构比较笨重适用于有空压设备的场所液压操动机构1. 不需要直流电源2. 暂时失去电源时仍可以操作一次3. 功率大，操作快，操作平稳1. 加工精度要求高2. 价格较高适用于110kv、以上的超高压断路器，是发展方向永磁操动机构1. 结构简单2. 加工容易3. 操作功小1. 出力小2. 永磁材料必须选退磁小的材料适用于

24、中小型断路器1.3.2传统高压断路器操动技术的发展在断路器发展的不同时期，占主导地位的操动机构形式有所不同。最早在油断路器上，绝大多数利用直流电磁的能量进行操作，这种操动原理至今在中压领域内仍广泛应用着。它直接利用电能，如通过直流螺线管线圈或电动机将电能转换成机械能，储能装置为一个或一组弹簧，在合闸时吸收动力装置的一部分机械功并转换成弹簧的位能。分闸时，由弹簧释放位能实现断路器分闸的目的。以电能为操动动力的典型代表是直流电磁操动机构，在我国已有近一个世纪的应用。它是由大容量蓄电池、五十年代发展起来硅整流、电容贮能以及七十年代的镍鉻电池作为操作能源，由电磁能转换成机械功操作断路器分闸和合闸动作。

25、为了获得较大的操作力，需要较大的电磁铁和电源以及较大截面的电缆，因此它主要适用于中低压断路器。五十年代压缩空气断路器在电压等级和开断容量方面居领先地位，使压缩空气成为广泛使用的操作动力，气压式操动机构的主要优点有：压缩空气作为操作能源比较经济；压缩空气由压气机系统单独制备，即使暂时断电，贮气罐的容量也足以完成断路器的分合操作，而且操作能量较低。六十年代少油断路器有了很大发展，采用了较为成熟的液压技术。液压操动机构按传动方式可分为全液压和半液压。全液压方式的液压油直接操动动触头进行合闸，省去了联动拉杆，减少了机构的静阻力，因此速度加快。半液压方式的液压油只到工作缸侧，操作活塞将液压能转换成机械功

26、带动联动拉杆使断路器分、合闸，和其他操动机构相比，液压机构具有操作出力大，操动特性好等优点。后来出现的弹簧操动机构和以上三种断路器操动机构有所不同，它的合闸动力也是即备的。弹簧操动机构的关键部件是分闸弹簧和合闸弹簧，它将电动机的机械功在短时间内贮存于合闸弹簧中，然后将合闸弹簧的能量释放进行合闸，在合闸过程中，分闸弹簧蓄能，作为分闸动力。这种操动机构的工作特性受外界因素的影响较小，维修的要点也容易明确，在中压断路器中得到广泛应用。1.3.3现有高压断路器操动机构存在的主要问题目前用于中压等级断路器的操动机构主要有电磁式和弹簧式两种。电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了广泛的应用，这是因为电磁操

27、动机构能较好的迎合真空灭弧室的要求：一是行程短(8-25mm)；二是合闸位置需要较大的操作力(2000-4000N/相)。然而电磁操动机构也存在不容忽视的缺点，磁路电感L在合闸过程中变化较快，产生反电动势idL/dt，从而抑制了合闸线圈动态电流的增长，而且这种抑制作用随着合闸速度的增加而增强。这样，当线圈的稳态电流已经较大时，若想用进一步提高线圈稳态电流的方法来抵消这种抑制作用，常受到合闸电源容量的限制。因此，电磁操动机构合闸时间较长，电源电压波动对合闸速度影响较大。因此传统电磁操动机构一般用于对速度要求较低的12KV等级的真空断路器中。相比之下，弹簧操动机构采用手动或小功率交流电动机储能，其

28、合闸功不受电源电压的影响，相当恒定，既能获得较高的合闸速度，又能实现快速自动重合闸操作，在一定程度上克服了电磁操动机构的缺点。然而弹簧操动机构也存在以下缺点：完全依靠机械传动，零部件总数多，一般弹簧操动机构有上百个零件，且传动机构较为复杂，故障率较高，运动部件多，制造工艺要求较高。另外，弹簧操动机构的结构复杂，滑动摩擦面多，而且多在关键部件。在长期运行过程中，这些零部件的磨损、锈蚀、以及润滑剂的流失、固化等都会导致操作失误。可靠性是考核断路器性能的重要指标，从国际、国内的统计数字来看，在断路器的故障中，机械故障占绝大多数。国际大电网会议组织的国际调查表明，机械故障高达总故障的70.3%。可靠性

29、的高低和零部件数量的多少有直接关系，减少零件的数量将明显提高系统的可靠性。所以，必须对传统的弹簧操动机构进行改进，减少零件数量，改善出力特性，提高断路器的可靠性。2 合分闸机构的设计2.1设计参数和要求（1）高压断路器要求的输入扭矩为：； （2）高压断路器主轴转速为：；（3）传动机构的寿命按断路器主轴能够转动计算；（4）电机里齿轮上抹油必须是耐高、低温，不易挥发的；（6）机加件防腐处理、密封处理，电机固定螺丝必须统一。2.2传动方案的确定机械行业内，应用的机械传动机构有螺旋传动、带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮传动等，但在传递运动和动力方面，主要用到的是带传动和齿轮传动。由于所设计的电动机操动机

30、构与真空断路器负荷开关配装后,可以实现电动合闸,分闸,接地,遥控分闸及自动重合闸等一系列动作.设计原则是为保证断路器能及时准确的合闸、分闸、自由脱扣，防跳和复合连锁的功能。在生产过程中此机构是大批量，而且要求是设计的机构体积不能太大，适合在恶劣的环境下工作，所以，根据以上要求，初步选用齿轮传动。 齿轮传动的特点是：齿轮传动是传递两个平行轴或相交轴或交错轴见的回转运动和转矩；能保证瞬时传动比恒定、准确；适用范围广，圆周速度v可达300m/s，转速n=100000r/min，传动的功率从小于1w到100000kw，模数m=0.004-100mm，直径d=1mm-152.3m；传动效率高，结构紧凑，

31、比带、链传动所需的尺寸小；工作可靠，在齿轮传动中，采用闭式传动。带传动的特点是：带传动是一种常用的、成本较低的动力传动装置，它的主要作用是传递转矩和改变转速；传动带具有弹性和挠性，可吸收振动、缓和冲击；过载时，带会在带轮上打滑，从而起到保护其它传动件免受损坏的作用；带传动允许较大的中心距，结构简单；制造、安装和维护较方便，且成本低廉；但由于带与带轮之间存在滑动，不能保证准确的传动比；带传动的效率较低，带的寿命一般较短，不宜在易燃易爆场合下工作；一般情况，带传动的传动功率p100kw，带速v=525m/s，平均传动比i5，传动效率为94%95%；高速带传动的速度达60100m/s，传动比i7；同

32、步带传动的带速为4050m/s，传动比i10，传动功率可达200kw，效率高达98%99%。把齿轮传动和带传动加以比较，在所设计的操动机构中，应用齿轮传动较合适。2.3电动机的选择2.3.1选择电动机类型和结构形式电动机分为交流电动机和直流电动机。由于交流电动机的功率、转速和体积一般都较大，而此电动操作机构并不需要太大的转速和功率，再者，考虑到此电动操作机构不经常运作，根据其结构尺寸、使用寿命和工作要求，选择直流微型电动机。2.3.2确定电动机的容量 电动机所需的工作功率为 其中 所以 2.3.3确定电动机转速已知负载开关主轴转速为齿轮的传动比为故电动机的转速范围为 根据容量和转速，综合考虑电

33、动机和传动装置的尺寸、重量、价格等因素，选定电动机的类型为直流微型电动机，型号为59YZ-CJ002-P.其主要性能为： 额定功率 70 W 额定电压 24 V 额定电流 6.8 A 满载转速 17 r/min2.4传动装置的设计2.4.1确定传动装置的总传动比和分配传动比由选定的电动机的满载转速和负载开关主轴转速,可得传动装置的总传动比，即 总传动比为各级传动比的乘积，即所以有 初步选取，则 2.4.2计算传动装置的运动和动力参数 各轴转速 各轴输入功率、输出功率 各轴输入转矩、输出转矩电动机轴的输出转矩为 则 运动和动力参数计算结果整理如表2-1所示： 表2-1：各轴的功率、转矩和转速 功

34、率P/W转矩T/转速n输入输出输入输出电动机轴7037.1917轴61.5760.3432.8632.2017.9 II轴59.7357.95113.61111.3352.5齿轮的设计2.5.1确定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用直齿圆柱齿轮传动。 由于转速不高，故选用7级精度。 材料选取45钢，调质处理，硬度为2832HRC。 取小齿轮齿数，大齿轮齿数。 2.5.2按齿面接触强度设计即 （1）确定公式中各计算数值试选载荷系数小齿轮传递的转矩选取齿宽系数查表得材料的弹性影响系数查得小齿轮得接触疲劳强度极限大齿轮得接触疲劳强度极限 计算应力循环次数 取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力

35、取安全系数 ，则 （2）计算试算小齿轮分度圆直径 ，代入中较小的值 计算圆周速度v 计算齿宽 计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 计算载荷系数 根据 ，7级精度，查得动载荷系数 ; 直齿轮 ; 查表得使用系数 ; 查表， ; 由 ， 查得 故 载荷系数 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 计算模数 2.5.3按齿根弯曲强度设计 即 确定公式中的各计算数值 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮得弯曲疲劳强度极限 查得弯曲疲劳寿命系数 , 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 计算载荷系数 查取齿形系数 查表得 ， 查取应力校正系数 查表得 ， 计算大小齿轮得 ，并加以比较 大齿轮的数值较大。

36、设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数1.24与由齿根弯曲疲劳强度计算的模数1.22相差不大，故取由弯曲强度算得的模数1.15，并就近圆整为标准值，按接触强度算得得分度圆直径算出小齿轮得齿数 ，大齿轮齿数 。 这样设计出的齿轮传动，既满足齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。2.5.4几何尺寸计算 （1）计算分度圆直径 （2）计算中心距 （3）计算齿轮宽度 取大齿轮宽度 ，小齿轮宽度2.6 轴的设计2.6.1主动轴的设计（1）求出主动轴的功率 、转速 和传递的转矩 由给定的参数计算得： , ， （2）初步确定主动轴的最小直径 此操作机构中的轴主要承受

37、的是扭矩，故而按扭转强度设计计算。 选取轴的材料为2Cr13,查表取， 则 2.6.2传动轴的设计 （1）求出传动轴的功率 、转速 和传递的转矩 由给定的参数计算得： , ， （2）初步确定传动轴的最小直径 此操作机构中的轴主要承受的是扭矩，故而按扭转强度设计计算。 选取轴的材料为2Cr13,查表取 则 取2.6.3 传动轴的结构设计 传动轴的一端手柄六角方螺母相连，另一端与联轴器相连，两端都需要传递扭矩，为了在不破坏轴的结构的前提下，使其更好地传递扭矩，故而轴的两端做成方形截面；考虑到操作机构的工作环境问题，操作机构箱体内应保持一定的干燥度，所以箱体要密封处理，在轴与箱体相连的部位要加密封圈

38、，所以在轴的两端与箱体相配合的部位要切削密封圈槽，每端两道；另外，为使轴安装方便，不在轴上加工轴肩，在轴上开卡簧槽，用卡簧保证轴的轴向定位，结合前面的计算设计传动轴的结构如图2-1所示： 图2-1 传动轴的结构2.6.4传动轴的强度校核由于轴主要用于承受扭矩作用，并且II轴是传动轴，所以只需要按扭转强度条件校核传动轴的强度即可。在传动轴的结构图中看，由于大齿轮与传动轴间不传递扭矩作用，所以传动轴的危险截面为轴上的销孔截面，此截面的扭转切应力为轴的材料为2Cr13，查表知其许用扭转切应力为 所以， ，故而传动轴安全可用。3合分闸操动机构的装配工艺 合分闸操动机构经过部件的装配：拨叉组件的装配；电

39、机、齿轮的部装；簧座、拉杆、拉簧的部装；箱盖的部装以及主机的装配等，其装配体如图3-1所示：图3-1 合分闸操动机构 3.1部件的装配3.1.1拨叉和拨叉座部件组装图3-2 拨叉、摆动臂和拨叉座组件将拨叉、摆动臂和拨叉座组装，装配好如图3-2所示： （1）拨叉和摆动臂组件组装图3-3 拨叉和摆动臂组件组装 要求摆动臂与拨叉之间转动灵活，摆动臂与拨叉座用开口销固定，如图3-3所示。采用间隙配合： 间隙配合用于相配件相对运动的场合。又因为易于拆卸，用于各种静止的连接中；间隙配合使用要求的一半规律：间隙小，公差等级高，间隙大，公差等级就低； 工作条件变化对间隙大小的要求：转速增大或者负载加大、温度高

40、及位置误差影响变坏时，间隙应该加大；对中、定心要求高时，间隙应该减小。 （2）拨叉孔与摆动臂轴配合关系的确定 由于拨叉相对摆动臂的轴要转动灵活，所以摆动臂轴与拨叉孔之间采用间隙配合，优先选用基孔制，结合箱体的空间以及传动轴的尺寸，设计摆动臂的轴和拨叉孔尺寸分别为：，极限间隙与孔轴极限尺寸的关系如下： 配合公差如下： 由精度设计与质量控制基础表1-11 基孔制优先、常用配合可知孔轴的配合关系：（3）用8铰刀铰拨叉座8的销孔图3-4 拨叉座如图3-4所示：（4）拨叉与拨叉座的组装 将组装好的拨叉，摆动臂放入拨叉座之中，在用8的轴销由上而下穿入销孔，用轴用挡圈固定销轴 ，如图3-5所示：图3-5 拨

41、叉、摆动臂和拨叉座组件 （5）轴销与拨叉座及摆动臂配合关系的确定由于摆动臂相对轴销转动，所以轴销与摆动臂之间采用间隙配合，保证摆动臂转动灵活，由此设计出摆动臂孔的基本尺寸，轴销的基本尺寸。在以下情况下选用基轴制配合： 公差等级不高或直接用冷拉棒料做轴，不需要加工； 在同一基本尺寸的各个部分需要装上不同配合的零件； 与标准件配合时，如与轴承外圈。 由于与轴销的各个部分要与拨叉座孔和摆动臂孔配合，所以选择基轴制。计算极限间隙与孔轴极限尺寸的关系如下： 配合公差如下： 由精度设计与质量控制基础表1-11 基轴制优先、常用配合可知孔轴的配合关系：拨叉座与轴销相对固定，其采用过硬配合，选用原则：最小过盈

42、能保证传递或承受转矩和轴向，最大过盈保证相配材料不会因为应力过大而产生变形。由此设计选用轴销和拨叉座孔的尺寸分别为：，由前面知选择基轴制配合，极限间隙与孔轴极限尺寸的关系如下： 配合公差如下： 平均过盈： 由于轴销不受负荷，只作定心和轴向定位，由精度设计与质量控制基础表1-11 基轴制优先、常用配合可知孔轴的配合关系：3.1.2拨叉组件的设计 手柄轴与摆动臂连接，通过手柄轴的轴向移动是摆动臂围绕轴销转动，进而带动拨叉转动，拨叉带动牙嵌，使牙嵌轴向移动，实现分闸机构的手动与电动操作。如图3-6所示：图3-6 操作机构原理图 拨叉与传动轴没有键连接，松套在传动轴上，为防止大齿轮轴向移动，在传动轴上

43、安装有轴向挡圈。大齿轮端面上有两轴销2可以与牙嵌槽配合，传递扭矩。而牙嵌内孔有两对称的通槽，与传动轴上轴销3相配合，使牙嵌可以沿着传动轴的轴向移动，并且牙嵌的转动也可以通过轴销3带动传动轴转动。拨叉通过销轴1与拨叉座连接，使拨叉可以绕轴销1摆动，手柄轴穿过拨叉臂上的长槽孔，手柄轴上的台阶面及被螺母固定的轴套1用来限制拨叉与手柄轴的相对位置。其中合分闸机构合闸与分闸时拨叉组件的极限位置如图3-7、图3-8所示：图3-7 合闸位置图3-8 分闸位置拨叉臂长槽孔尺寸的确定：当在电动动位置时，大齿轮端面上有两轴销2与牙嵌槽配合，拨叉臂上的长槽孔与手柄轴平行，如图6所示；当在手动位置时，拨叉带动牙嵌在传

44、动轴上移动，使得牙嵌与大齿轮端面上的两轴销2脱离，从而实现分闸。此时，牙嵌相对电动位置在传动轴上移动的轴向距离，手柄轴的中心与传动轴的中心之间的距离，拨叉座销孔中心与长槽孔中心的距离。根据箱体内的空间及强度要求选择拨叉臂长槽孔出的宽度，手柄轴在拨叉臂长槽孔处的直径在分闸位置时，手柄轴的中心到拨叉臂长槽孔前端右边的距离： 在合闸位置时，手柄轴的中心到拨叉臂长槽孔后端右边的距离： 长槽孔的宽度： 所以，能实现手动电动位置操作的拨叉臂长槽孔的宽度最小尺寸为13.02mm，取3.1.3电机、齿轮部装图3-9 电机 将4x15的键嵌入电机轴，如图3-9所示： 将主动齿轮穿入电机轴，用键定位，如图3-10

45、所示：图3-10 电机和主动齿轮连接组件3.1.4簧座、拉杆、拉簧部装 拉杆穿入簧座，如图3-11所示：图3-11 簧座、拉杆组装部件 将拉簧的小钩挂入伸出簧座外的2销孔内，如图3-12所示：图3-12 簧座、拉杆、拉簧组装部件3.1.5 箱盖的部装图3-13 方框形密封条 将密封条按照尺寸裁剪成183x135的方框，如图3-13所示： 将方框形状的密封垫用塑胶粘在箱体盖里面上，如图3-14所示：图3-14 密封条、箱盖组件3.2主机的装配3.2.1箱体内各零件和组件的安装 安装前的准备：（1）箱体烤漆，修整（2）2-20孔的同心度 （3）各部装的装配质量 （4）配任务单，领取合格零件分门别放

46、在装配台案上 （5）开关装到支架上，定位固定，逐一焊接，焊线的接口用热塑管保护 装配箱内零部件： （1）右侧下方，安装穿线座，用AB胶粘牢，螺母拧紧 （2）电机及齿轮部件，并用2-M6螺栓固定电机，如图3-15所示； （3）缆线穿入线座，微动开关架组件放入箱内 （4）主传动轴及轴上元件：面朝前，带支架一起朝后；轴从前侧穿入箱体，并将调整垫、牙嵌、被动齿轮、连接板、凸轮P1-P5、调整垫，按序穿到轴上，再将轴由后轴孔穿出，转动部分要加润滑脂，如图3-16所示：图3-15 安装电机及齿轮部件 图3-16 传动轴及轴上元件的安装 传动轴上各零件的装配：（1）伸到后侧，转上O形密封圈，装好后将轴推向前

47、侧，使密封槽露出，即装上O形密封圈，加硅脂 （2）轴定位：分别装上4-15轴用开口挡圈，挡圈须到位图3-17 固定套的安装 （3）电机轴上连接板外侧安装固定套，并拧紧，如图3-17所示： 微动开关和拨叉组件的安装： （1）2-M5螺栓固定微动开关支架，根据凸轮转动后压紧微动开关的压力大小，适当调整并固定微动开关支架，如图3-18所示：图3-18 微动开关的安装图3-19 微动开关原理图微动开关的工作原理：外机械力通过传动元件（按销、按钮、杠杆、滚轮等）将力作用于动作簧片上，当动作簧片位移到临界点时产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。当传动元件上的作用力移去后，动作簧片产

48、生反向动作力，当传动元件反向行程达到簧片的动作临界点后，瞬时完成反向动作。微动开关的触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速。其动触点的动作速度与传动元件动作速度无关。其工作原理图图图3-19所示： （2）组装好的拨叉及拨叉座，在箱体右侧十字孔将拨叉穿入，拨叉座到位，用4-M16x15螺钉固定，如图3-20所示：图3-20 拨叉组件的安装 手柄轴组件和拉簧组件的安装： （1）箱体前面右侧的导程套上穿入手柄轴，注意O形圆和轴上要抹硅脂，穿入的同时在箱体内向轴上分别装上套、凸轮并加6弹垫和M6螺母，装上拉簧部件，如图3-21所示：图3-21 手柄轴合件及拉簧的安装图3-22 簧座的固定安装 （2

49、）在箱体后内侧，安装挂簧部件的孔中穿入M10内六角螺栓，与已挂好拉簧的簧座对接拧紧，如图3-22所示： （3）装好手柄轴以后，分别转动手柄到手动、电动位置，检查电动位置，牙嵌是否与被动齿轮轴销咬合，检查脱开位置，牙嵌是否与被动齿轮轴销脱离，否则要在手柄轴与摆动杆结合处加装调整垫（4）在箱体内右侧板上，安装微动开关小支架，转动手柄轴，调试凸轮与微动开关的压合位置及压力，直到合适位置的时候拧紧2-M5x15螺钉，如图3-23所示：图3-23 安装微动开关小支架3.2.2齿轮的装配方法 （1）完全互换装配法在全部产品中，装配时各组成环不需要挑选或者改变其大小位置，装配后技能达到装配精度的要求。这种装配方法的特点是：装配质量稳定可靠；装配过程简单；生产效率高；易于实现装配机械化、自动