升降电机及齿轮选型所需参数

1、(一) 升降电机及齿轮选型所需参数绳索所牵引的质量：小车：载车支架：直线电机（包含步进电机、丝杠螺母、导轨等）：旋转平台：大齿圈：升降平台：升降平台上步进电机： 总计： 即升降运动中绳索所承受的质量大致估计为，以此来计算立柱顶端的电机所需的功率及传动齿轮的类型。(二) 电动机的选择1. 确定电动机的类型按工作要求和条件，选择步进电机。选择带刹车步进电机1) 目的：要防止突然停电时Z轴负载在重力作用下下落而砸坏设备或引起的安全事故，实现断电自锁2) 刹车步进电机原理：普通步进电机断电不会自锁，上电才会自锁，要实现断电自锁，需在步进电机尾部加装一个抱闸装置（刹车装置），并且并联在步进装置的电路上，

2、电机上电时，抱闸也上电，刹车装置脱离步进电机输出轴，电机正常运转；当断电时，刹车释放紧紧抱住电机轴，从而使各轴刹住。 步进电机是由定子、转子、端盖等三大部件组成，具有精度高、气隙极小、结构紧凑、单位体积出气大等特点，其基本结构如下：2. 确定电动机的功率1) 电动机功率选择所需参数：升降运动中绳索所承受的总质量： 升降运动中绳索所承受的总拉力： 绳索的上升速度： 2) 传动装置的总效率：联轴器： 滚 筒 ： 轴 承 ： 齿 轮 ： 传动装置的总效率：3) 电动机所需的功率：3. 确定电动机的转速中央立柱总高度：卷 筒 直 径： 滚筒工作转速： 按机械设计教材推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动

3、的传动比的范围为，故电动机转速的可选范围为：4. 确定电动机的转矩电动机转矩的可选范围：5. 确定电动机的型号图2德国汉德保电机公司 外径为42mm系列的带刹车步进电机选择电动机型号为:1704HS20AB 该步进电机的力矩为0.54N.m，则电动机轴的转速为：6. 步进电机的安装方式1704HS20AB步进电机的外形尺寸如下： 一般步进电机是通过安装板进行安装，通过螺钉连接将安装板连接到步进电机的底座上，如图所示：立体车库的升降机构的步进电机是卧式安装，输出轴是水平方向，安装板一端连接步进电机的底座，通过螺栓连接，一端焊接在车库的顶梁上，安装板如下图所示：(三) 圆柱齿轮的选择1. 齿轮啮合

4、的选型：小齿轮与大齿轮直径初步设定为： 小齿轮齿数选为：17，模数为1.5mm，分度圆直径为；大齿轮齿数选为：53，模数为1.5mm，分度圆直径为，厚度为10mm小齿轮大齿轮齿数17齿数53模数1.5（mm）模数1.5（mm）压力角20°压力角20°螺旋角0°螺旋角0°齿宽10（mm）齿宽10（mm）2. 齿轮啮合的强度计算与校核2.1齿轮啮合的齿面接触强度计算与校核2.1.1齿面接触强度的计算 由齿面接触强度计算公式： （式2-1-1）式中： 接触应力，单位为； 弹性系数，单位为； 传动切向力，单位为N； 过载系数； 动载系数； 尺寸系数； 载荷分配系

5、数； 表面质量系数； 净齿宽； 几何系数； 小齿轮节圆直径，单位为mm；1）弹性系数的计算：弹性系数的计算公式为： (式2-1-2）式中： 大小齿轮的泊松比； 大小齿轮的弹性模量，单位为；在此计算中，因大小齿轮采用相同的材料，我们参考AGAM-2001标准16页所述的大小齿轮采用同样的泊松比和弹性模量，其值为： 从而可得：2）传动切向力：3）过载系数的计算，参见9节（AGMA-2001）；根据AMGA2001标准15页过载系数计算说明暂时取的： 4）动载系数的计算，参见8节（AGMA-2001）；动载系数的计算公式为： （式2-1-3） （AGMA-2001 EQU.21)式中： （AGMA-

6、2001 EQU.22); （AGMA-2001 EQU.23);式中： （式2-1-4） （AGMA-2001 EQU.25);式中： 单个齿距偏差，单位为； 根据计算，取： 公差直径，单位为mm; 公差直径的计算公式为： （式3-1-8） （AGMA-2001 EQU.25) 式中： 齿轮外直径，单位为mm; 从而： 从而： 从而：5）尺寸系数的计算，参见20节（AGMA-2001）；尺寸系数根据AMAG2001标准38页所述，针对大多数齿轮传动，尺寸系数可假定为安全（UNITY），从而：6）载荷分配系数的计算，参见15节（AGMA-2001）；载荷分配系数的计算公式为： （式2-1-5）

7、 （AGMA-2001 EQU.36) 式中：齿间载荷分配系数； 齿向载荷分配系数；在实际计算中，根据AGMA2001标准20页规定，可以认为是安全的（UNITY)。从而有： （式2-1-6）（AGMA-2001 EQU.37)而齿间载荷分配系数的计算公式为： （式2-1-7） （AGMA-2001 EQU.38) 式中： 导线修正系数； 根据AGMA2001标准20页规定，对于未修正导线可取： 齿轮比例系数； （式2-1-8） （AGMA-2001 EQU.38) 可得： 齿轮比例修正系数； 根据AGMA2001标准21页规定，可取值为： 啮合系数； （式2-1-9） （AGMA-2001

8、EQU.42) 根据AGMA2001标准Fig.7和Table.2所规定，可取得如下值： A=0.127 B=0.000622 从而： 啮合修正系数； 根据AGMA2001标准22页规定，齿轮传动用于齿轮箱时可取： 从而： 从而： 7）表面质量系数的计算，参见13节（AGMA-2001）；表面质量系数按照AGMA2001标准中17页所规定：在合适的表面质量条件可以达到的条件下，可认为是安全的（UNITY）。从而： 8）几何系数的计算，参见6节（AGMA-2001）；根据AMAG 908B89标准所规定的几何系数的计算方法计算，比较耗时，且容易出错，在此，我们使用该标准所提供的简化方法：可查的：

9、 必须进行变位，且变位吸收为0.25 几何系数的值为： 综上，各参考值已求得（或查得），可计算接触应力值： 2.1.2许用齿面接触应力值的计算许用齿面应力值计算公式为： （式2-1-10）（AGMA-2001 EQU.4) 出于简化计算的目的，我们引入参数,使其定义为： 式中：允许应力值，参见16节（AGMA-2001）；应力循环系数，参见17节（AGMA-2001）； 齿面硬化系数，参见14节（AGMA-2001）；安全系数，参见11节（AGMA-2001）；温度系数，参见19节（AGMA-2001）；可靠性系数，参见18节（AGMA-2001）；1）允许应力值的计算，参见16节（AGMA-

10、2001）；根据AGMA2001标准Table.3，可选得： 2）应力循环系数的计算，参见17节（AGMA-2001）；应力循环次数的计算为： （式2-1-11）（AGMA-2001 EQU.48) （式2-1-11）（AGMA-2001 EQU.48)根据AGMA2001标准Table.17，可选得： 3）齿面硬化系数的计算，参见14节（AGMA-2001）；根据AGMA2001标准13.2，可得： （式2-1-12）（AGMA-2001 EQU.34)式中： （式2-1-13）（AGMA-2001 EQU.35)式中： e自然数； 取： e=2.71828表面加工质量，单位为。根据加工及客

11、户要求，可取得：从而：B=0.000724从而：4）安全系数的计算，参见11节（AGMA-2001）；由原动机的工作情况及使用工况，客户要求，及AGMA2001标准11节所规定，可取：5）温度系数的计算，参见19节（AGMA-2001）； 由原动机的工作情况及使用工况，客户要求，及AGMA2001标准19节所规定，可取：6）可靠性系数的计算，参见18节（AGMA-2001）；由原动机的工作情况及使用工况，客户要求，及AGMA2001标准Table.11所规定，可取：从而： 由齿面接触强度计算与许用齿面接触强度计算对比可知：故可认为该齿轮传动齿面接触强度值在许用范围内，安全！2.2齿轮啮合齿根弯

12、曲强度的计算2.2.1齿根弯曲强度计算齿根弯曲强度计算公式为： （式2-2-1）（AGMA-2001 EQU.10)式中： 传动切向力，参见7节（AGMA-2001）： 过载系数，参见9节（AGMA-2001）； 动载系数，参见8节（AGMA-2001）； 尺寸系数，参见20节（AGMA-2001）； 载荷分配系数，参见15节（AGMA-2001）； 几何系数，参见6节（AGMA-2001）；几何系数的计算，参见6节（AGMA-2001）；根据AMAG 908B89标准所规定的几何系数的计算方法计算，比较耗时，且容易出错，在此，我们使用该标准所提供的简化方法：可查的： 必须进行变位，且变位吸收

13、为0.25 几何系数的值为： ，从而：2.2.2.许用齿根弯曲强度计算： 许用齿根弯曲强度计算需满足公式： （式2-2-2）（AGMA-2001 EQU.13)出于简化计算的目的，我们引入参数,使其定义为： 式中：允许应力值，参见16节（AGMA-2001）；应力循环系数，参见17节（AGMA-2001）； 安全系数，参见11节（AGMA-2001）； 温度系数，参见19节（AGMA-2001）； 可靠性系数，参见18节（AGMA-2001）；1)允许应力值的计算，参见16节（AGMA-2001）； 根据AGMA2001标准Table.4，可选得： 2)应力循环系数的计算，参见17节（AGMA-2001）；应力循环次数的计算为： （AGMA-2001 EQU.48) （AGMA-2001 EQU.48)根据AGMA2001标准Table.17，可选得： 4）安全系数的计算，参见11节（AGMA-2001）