槽轮机构设计方案.docx

?一、引言

槽轮机构是一种常用的间歇运动机构，它能够将主动件的连续转动转换为从动件的间歇转动。在许多机械装置中，如自动机床的进给机构、电影放映机的卷片机构等，槽轮机构都发挥着重要作用。本设计方案旨在详细阐述槽轮机构的设计过程，以满足特定工作要求。

二、设计要求

1.确定槽轮机构的类型：根据具体工作需求，选择合适的槽轮机构类型，如外啮合槽轮机构或内啮合槽轮机构。

2.运动参数计算：确定主动件的转速、从动件的停歇时间、运动时间等运动参数。

3.结构设计：设计合理的槽轮机构结构，包括槽轮的形状、槽数、轮齿尺寸等，确保机构的强度和稳定性。

4.材料选择：选择合适的材料制造槽轮和主动件，以满足工作条件下的力学性能要求。

5.润滑设计：考虑机构的润滑方式和润滑剂的选择，保证机构的正常运转。

三、槽轮机构类型选择

外啮合槽轮机构结构简单，应用广泛，适用于一般的间歇运动场合。本设计选用外啮合槽轮机构，其主动件为曲柄，从动件为槽轮。

四、运动参数计算

1.确定主动件转速$n_1$：根据工作要求，假设主动件转速为$n_1=120r/min$。

2.计算槽轮的停歇时间$t_d$和运动时间$t_m$：

-设槽轮的槽数为$z$，主动件每转一周，槽轮的运动时间与停歇时间之比为$k$。

-对于外啮合槽轮机构，运动系数$\tau=\frac{t_m}{t_m+t_d}=\frac{z-2}{2z}$。

-假设槽轮的槽数$z=4$，则运动系数$\tau=\frac{4-2}{2\times4}=\frac{1}{4}$。

-又因为主动件转速$n_1=120r/min$，一个运动循环的时间$T=\frac{60}{n_1}=\frac{60}{120}=0.5s$。

-所以槽轮的运动时间$t_m=\tauT=\frac{1}{4}\times0.5=0.125s$，停歇时间$t_d=T-t_m=0.5-0.125=0.375s$。

五、槽轮机构的结构设计

1.槽轮的形状和尺寸：

-槽轮的形状为圆柱面带有径向槽的圆盘。

-槽轮的外径$D$根据实际安装空间和传递扭矩等因素确定，假设$D=100mm$。

-槽轮的内径$d$一般根据轴的尺寸确定，假设$d=30mm$。

-槽轮的厚度$b$根据强度计算确定，假设$b=20mm$。

2.槽数$z$的确定：

-槽数$z$的选择会影响槽轮机构的运动特性和动力特性。

-一般来说，槽数越少，槽轮的运动速度变化越大，冲击也越大；槽数越多，运动越平稳，但机构尺寸会增大。

-根据设计要求和经验，本设计选择槽数$z=4$。

3.轮齿尺寸：

-槽轮的轮齿采用梯形齿，齿顶高$h_a=3mm$，齿根高$h_f=3.5mm$，齿宽$b_t=10mm$。

-梯形齿的角度$\alpha=20^{\circ}$。

4.主动件曲柄的设计：

-曲柄的长度$L$根据槽轮的外径和运动要求确定，假设$L=50mm$。

-曲柄的直径$d_1$根据传递扭矩计算确定，假设$d_1=15mm$。

5.轮毂尺寸：

-槽轮的轮毂长度$l$根据轴的配合长度确定，假设$l=25mm$。

-轮毂的键槽尺寸根据轴上键的尺寸确定，采用普通平键，键宽$b=5mm$，键高$h=5mm$。

六、材料选择

1.槽轮材料：

-考虑到槽轮在工作过程中承受交变载荷，要求材料具有较高的强度和韧性。

-选择45钢作为槽轮材料，经调质处理后，硬度为220-250HBS，其抗拉强度$\sigma_b\geq600MPa$，屈服强度$\sigma_s\geq355MPa$，伸长率$\delta_5\geq16\%$。

2.主动件曲柄材料：

-主动件曲柄同样承受交变载荷，且要求有较好的综合力学性能。

-选择40Cr钢作为曲柄材料，经调质处理后，硬度为240-280HBS，其抗拉强度$\sigma_b\geq785MPa$，屈服强度$\sigma_s\geq590MPa$，伸长率$\delta_5\geq12\%$。

七、强度计算

1.槽轮的强度计算：

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