文档介绍：消防炮系统设计
总体描述
消防小车的消防炮采用现有的标准件。消防炮的驱动,用以实现底座在-75°~0°~+75°范围内转动和消防炮在15°~75°的范围内俯仰。其驱动系统的设计,底座的转动采用齿轮传动;轴齿轮由气动马达驱动,轴齿轮与大齿轮啮合,消防炮安装在大齿轮上,从而实现底座的转动。在底座和消防炮的摇杆之间安装气缸,由气缸的运动来实现消防炮的俯仰。由消防炮的结构可知,消防炮驱动系统的设计可从轴齿轮和大齿轮的选择、消防炮俯仰角度调整气缸的选择和相关标准件的选择等若干方面进行分析说明。其结构原理如图所示:
图11 消防炮系统结构原理图
1—轴承座;2—轴齿轮;3—深沟球轴承;4-联轴器;5-连接架;6-马达紧固架;7-气动马达;8-俯仰气缸;9—摇杆;10—消防炮;11—转台;12—大齿轮
辅马达的选择
转速要求
根据转台旋转要求的速度n2=10rpm,初设齿轮传动比i=,因此轴齿轮转速n1=n2×i=125rpm。
功率要求
查文献1表1—1—82,回转运动的功率计算,有
回转运动的转矩计算,有
查文献1表1—1—85,常用旋转体的转动惯量,有
式中, ——旋转体的转速,——其角加速度,K——常用系数,,
——回转体的分度圆直径。
对于大齿轮,旋转的重量,代入式,得
设定消防炮从静止到达到需要的转速时间为1,则其角加速度
则有
机械效率
故驱动轴部分需要的功率
选择气动马达
根据转速和功率的计算,选用气动马达KPT40RM080,其空载转速为131rpm,额定转速为n=125rpm,马达功率P0=150W, ,,可满足要求。
联轴器的选择与校核
(1)估算轴的最小直径
查文献4式(15—2), (1)
式中,A0=103—126,取A0=120。
联轴器选用弹性联轴器,查文献5表2—2,其传动效率η1=,深沟球轴承传动效率η2=,因此齿轮轴的功率
P=P0×η1×η2=150W××=
,取d=14mm
(2)联轴器的选择
查文献5表13—5,选用弹性套柱销联轴器。
其公称转矩。
(3)联轴器的校核
查文献4式(14—1)和(14—2),有
查文献4表14—1,KA=
则
故联轴器满足要求。
齿轮传动的设计计算
选择齿轮的类型、精度等级、材料及齿数
齿轮选用直齿圆柱齿轮,8级精度。小齿轮材料40Cr(调质),硬度280HBS;大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS。
初选小齿轮齿数Z1=18,大齿轮齿数Z2=18×=225。
按齿面接触强度设计
查文献4设计公式(10—9a),
确定公式内的各计算数值
试选载荷系数。
计算小齿轮传递的转矩
由文献4表10—7,选取齿宽系数。
由文献4表10—6,查得材料的弹性影响系数。
由文献4表10—21d,按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限。
由文献4式(10—13)计算应力循环次数
设定齿轮工作寿命为15年(设每年工作时间为300天),两班制
由文献4图10—19,取接触疲劳寿命系数。
计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%,安全系数S=1,由文献4式(10—12),得
计算
试算小齿轮分度圆直径,代入中的较小值
计算圆周速度
计算齿宽b
计算齿宽与齿高之比
模数
齿高
则
计算载荷系数
根据v=,8级精度,由文献4图10—8查得动载系数
直齿轮
由文献4表10—2查得使用系数
—40查得
查文献4表10—13得,故载荷系数
6)按照实际的载荷系数校正所算的的分度圆直径,由文献4式(10—10a)得
7)计算模数
按齿根弯曲强度设计
由文献4式(10—5)得弯曲强度的设计公式
确定公式内的各计算数值
由文献4图10—20c,查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限,大齿轮的弯曲疲劳强度极限
。
由文献4图10—18取弯曲疲劳寿命系数。
计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数,由文献4式(10—12)得
计算载荷系数
查取齿形系数
由文献4表10—5查得,
查取应力校正系数
由文献4表10—5查得,
计算大、小齿轮的并加以比较
大齿轮的数值大。
设计计算
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于赤磷模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取