機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)報(bào)告課程名稱： 機(jī)械基礎(chǔ) 設(shè)計(jì)題目： 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 系 別： 機(jī)電工程系 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)電應(yīng)用2班 學(xué)生姓名： 魏巖 學(xué) 號(hào)： 0208110222 指導(dǎo)老師： 隋冬杰 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012年12月 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級(jí)09機(jī)電3班學(xué)生姓名 邢志遠(yuǎn)指導(dǎo)教師魏波課程設(shè)計(jì)題目齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)計(jì)算主動(dòng)輪、從動(dòng)輪結(jié)構(gòu)及尺寸。2、繪制主動(dòng)輪圖并標(biāo)注主要尺寸及參數(shù)。3、設(shè)計(jì)計(jì)算主動(dòng)輪軸鍵聯(lián)接。主要技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求1設(shè)計(jì)指標(biāo) 齒輪的傳遞功率為20kw，低速軸轉(zhuǎn)速為200r/min，傳動(dòng)比為i=3.5； 單向傳動(dòng)，一天工作20小時(shí)

2、，一年工作300天，工作二十五年，齒輪和軸的材料均為45鋼。 選擇齒輪精度等級(jí)。輸送機(jī)是一般工作機(jī)械，考慮次對(duì)齒輪的傳遞的功率不大，速度不高，故大小齒輪都選用8級(jí)精度。要求齒輪面粗糙度Ra1.63.2um.2設(shè)計(jì)要求 畫出齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖； 齒輪的主要參數(shù)； 校核齒輪的強(qiáng)度； 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)于計(jì)算；主要參考資料及文獻(xiàn)1張曉坤.隋曉朋.Autocad中文版實(shí)用教程.北京：北京經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)出版社，2008.92徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社,2008.33唐金松.簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.54黃祖德.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.95 岳優(yōu)蘭

3、，馬文鎖.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).開封：河南大學(xué)出版社，2009.5目 錄1 方案的選擇與確定31.1 齒輪參數(shù)的選擇31.2設(shè)計(jì)和計(jì)算及說明32軸的設(shè)計(jì)82.1選擇軸的材料82.2軸的最小直徑的估算：82.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82.4軸的結(jié)構(gòu)工藝性92.5提高軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施113小結(jié)134參考文獻(xiàn)131 方案的選擇與確定根據(jù)任務(wù)要求，選擇齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)的一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器中的齒輪傳動(dòng)，該減速器由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪傳遞的功率為20 KW，低速軸轉(zhuǎn)速n2=200r/min，傳動(dòng)比i = 3.5，單向傳動(dòng)，長(zhǎng)期使用，齒輪與軸的材料均為45鋼。1.1 齒輪參數(shù)的選擇1.1.1 齒數(shù)z對(duì)于軟齒面

4、的閉式傳動(dòng)，在滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的條件下，宜采用較多齒數(shù)，一般取Z1 =2040。因?yàn)楫?dāng)中心距確定后，齒數(shù)多，則重合度大，可提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。對(duì)于硬齒面的閉式傳動(dòng)，首先應(yīng)具有足夠大的模數(shù)以保持齒根彎曲強(qiáng)度，為減小傳動(dòng)尺寸，宜取較少齒數(shù)，但要避免發(fā)生根切，一般取Z1 =1720。1.1.2、模數(shù)m模數(shù)影響齒輪的抗彎強(qiáng)度，一般在滿足齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的條件下，一去較小模數(shù)，以增大齒數(shù)，減小切齒量。1.1.3 齒寬系數(shù)d 齒寬系數(shù)是大齒輪齒寬b和小齒輪分度圓直徑d1 之比，增大齒寬系數(shù)，可減小齒輪傳動(dòng)裝置的徑向尺寸，降低齒輪的圓周速度。但是齒輪越大，載荷分布越不均勻。為便于裝配和調(diào)整，常將小齒輪寬加大5

5、10 mm ，但設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)按大齒輪齒寬計(jì)算。1.2設(shè)計(jì)和計(jì)算及說明1.2.1.選擇齒輪精度等級(jí)。表1.1齒輪傳動(dòng)常用精度等級(jí)及其應(yīng)用精度 等級(jí)圓周速度v/m·s-1應(yīng) 用 舉 例直齒圓柱斜齒圓柱直齒錐齒輪615309要求運(yùn)轉(zhuǎn)精確或在高速重載下工作的齒輪傳動(dòng)；精密儀器和飛機(jī)、汽車、機(jī)床中重要齒輪710206一般機(jī)械中的重要齒輪；標(biāo)準(zhǔn)系列減速器齒輪；飛機(jī)、汽車和機(jī)床中的齒輪8593一般機(jī)械中的重要齒輪；飛機(jī)、汽車和機(jī)床中的不重要齒輪；紡織機(jī)械中的齒輪；農(nóng)業(yè)機(jī)械中的重要齒輪9362.5工作要求不高的齒輪；農(nóng)業(yè)機(jī)械中的齒輪由表1.1可知精度等級(jí)可選八級(jí)。1.2.2.選材與熱處理該齒輪傳動(dòng)無(wú)特

6、殊要求，為制造方便采用軟齒面，大小齒輪均用45號(hào)鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度：229286HBS,大齒輪正火處理，齒面硬度:169217HBS.1.2.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)該傳動(dòng)為閉式軟齒面，主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕，故按齒面解除疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)公式： 查表1.2 表1.2載荷系數(shù)k原動(dòng)機(jī)工作機(jī)的載荷特性均勻、輕微沖擊中等沖擊大沖擊電動(dòng)機(jī)多缸內(nèi)燃機(jī)單缸內(nèi)燃機(jī)11.21.21.61.61.81.21.61.61.81.82.01.61.81.92.12.22.41載荷系數(shù)K,取K=1.22由n2=n1/i得n1=n2 x i=200x3.5=700 r/min轉(zhuǎn)矩T

7、1=9.55x106x p1/n1=9.55x106x20/700=272857.1N.mm 3接觸疲勞許用應(yīng)力 H= HlimZN/SH按齒面硬度中間值查 圖1.2 得Hlim1=600MPa, Hlim2=550MPa 圖1.2HBS硬度按一年工作300天,一天20小時(shí)工作；25年則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60njln=60x700x1x20x300x25=6.3x109N2=N1/i=1.8x 109接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)表1.3得接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=1 ZN2=1 (N1 N1 N0 , N0=109)按一般可靠性要求，取SH=1 則H1=600x1/1=600MPa H2=550x1/1

8、=550MPa取H=550MPa圖1.3接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)4計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1查表1.4按齒輪相對(duì)軸承對(duì)稱布置取d=1.04 ZH=2.5表1.4齒寬系數(shù)d=bd齒相對(duì)軸承位置齒 面 硬 度350HBS350HBS對(duì)稱布置0.81.40.40.9非對(duì)稱布置0.61.20.30.6懸 臂 布 置0.30.40.20.25表1.5齒輪材料彈性系數(shù)Z()大齒輪材料小齒輪材料鋼鑄鋼鑄鐵球墨鑄鐵鋼189.8188.9165.4181.4鑄鋼188.9188.0161.4180.5因?yàn)椴牧蠟?5號(hào)鋼，故取ZE=189.8 。 將以上參數(shù)代入下式得： = =84.46 mm取 d1=90 mm5計(jì)算

9、圓周速度 V=n1d1/(60x1000)=700x3.14x90/(60x1000)=3.297m/s1.2.4.確定主要參數(shù)表1.6漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸公式表注：式中上面的符號(hào)用于外齒輪或外嚙合傳動(dòng)，下面的符號(hào)用于內(nèi)齒輪或內(nèi)嚙合傳動(dòng)。（1）齒數(shù) 取Z1=20 則Z2=Z1i=20x3.5=70(2) 模數(shù) m=d1/Z1=90/20=4.5 mm (正好是標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)第二系列上的數(shù)值)（3）分度圓直徑 d1=Z1m=20x4.5=90 mm d2=Z2m=70x4.5=315 mm (4) 中心距 a=(d1+d2)/2=(90+315)/2=202.5 mm(5) 齒寬 b=dxd

10、1=1.04x90=93.6 mm 取b2=100 mm b1=b2+5=105 mm1.2.5.校核彎曲疲勞強(qiáng)度表1.7齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)z(zv)17181920212223242526272829YFa2.972.912.852.802.762.722.692.652.622.602.572.552.53YSa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.601.611.62z(zv)303540455060708090100150200注：1）基準(zhǔn)齒形的參數(shù)為=20°、=0.38m(m為齒輪模數(shù))；2）對(duì)內(nèi)齒輪：當(dāng)=20&#

11、176;、=0.15m時(shí)，齒形系數(shù)YFa2.65，YSa2.65。(1)齒形系數(shù)YFS,查得 YFS1=4.25 YFS2=4.1(2)彎曲疲勞許用應(yīng)力 F= FlimYN/SF 按齒面硬度中間值查圖一得：Flim1=250 MPa Flim2=210 Mpa由圖1.8 得彎曲疲勞壽命系數(shù)；圖1.8彎曲疲勞壽命系數(shù)YN1=1 (N0=3x106,N1>N0) 得：Flim1=250 MPa Flim2=210 Mpa F1=250 MPaYN2=1 (N0=3x106,N2>N0) F2=210 MPa按一般可靠性要求，取彎曲疲勞安全系數(shù)SF=1,則F1= Flim1Y N1/SF

12、=250 MPaF2= Flim2 YN2/SF=210 Mpa(3)校核計(jì)算 F1=2kT1YFS1/bmd1=2x1.2x272857.1x4.25/(100x4.5x90)=68.7MPaF1 F2=F1YFS2/YFS1=68.7x4.1/4.25=66.3 MPa F21.2.6. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 漸開線齒輪有五個(gè)基本參數(shù) 名稱符號(hào)意義標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值齒數(shù)(teeth number)  Z在齒輪整個(gè)圓周上輪齒的總數(shù)稱為齒數(shù)模數(shù)(module)m齒距分度圓齒距p與的比值模數(shù)決定了齒輪的大小及齒輪的承載能力。我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)化模數(shù)壓力角(特指分度圓壓力角)(pressure angle)決定漸

13、開線齒形和齒輪嚙合性能的重要參數(shù)我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)化壓力角為20度齒頂高系數(shù)齒頂高計(jì)算系數(shù):我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)化齒頂高系數(shù)為1頂隙系數(shù)頂隙(clearance)計(jì)算系數(shù)我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)化頂隙系數(shù)為0.25da=d+2ha=90+9=99 mmdf=d+2df=d-2x1.25m=90-11.25=78.75 mm2軸的設(shè)計(jì)2.1選擇軸的材料該軸沒有特殊的要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45號(hào)鋼，可以查的其強(qiáng)度極限650MPa。2.2軸的最小直徑的估算： 表2.1軸常用材料的值和C值軸的材料Q235,20354540Cr,35SiMn/MPA1220203030404052C1601351351181181061079

14、7查表2.1得C取118因此 取d=40 mm由機(jī)械制圖手冊(cè)查得 公稱直徑d公稱尺寸b×h長(zhǎng)度L384412×8281402.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)齒輪減速器的簡(jiǎn)圖確定軸上主要零件的布置圖（如圖）和軸的初步估算定出軸徑進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖2.12.3.1軸上零件的軸向定位齒輪的一端靠軸肩定位，另一端靠套筒定位，裝拆、傳力均較為方便；兩段端承常用同一尺寸，以便于購(gòu)買、加工、安裝和維修；為了便于拆裝軸承，軸承處軸肩不宜過高（其高度最大值可從軸承標(biāo)準(zhǔn)中查得），故左端軸承與齒輪間設(shè)置兩個(gè)軸肩。2.3.2軸上零件得周向定位齒輪與軸、半聯(lián)軸器與軸得周向定位均采用平鍵聯(lián)接及過盈配合。根據(jù)設(shè)計(jì)

15、手冊(cè)，并考慮便于加工，取在齒輪、半聯(lián)軸器處得鍵剖面尺寸為b×h=18×11，配合均采用H7/k6；滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，軸得尺寸公差為k6。2.3.3確定各段軸徑直徑和長(zhǎng)度軸長(zhǎng)：取決于軸上零件得寬度及他們得相對(duì)位置。具體工作時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問題：1）軸上與零件向配合的直徑應(yīng)取成標(biāo)準(zhǔn)值，非配合軸段允許為非標(biāo)準(zhǔn)值，但最好取為整數(shù)。2）與滾動(dòng)軸承相配合的直徑，必須符合滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)。3）安裝聯(lián)軸器的軸徑應(yīng)與聯(lián)軸器的孔徑范圍相適應(yīng)。4）軸上的螺紋直徑應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。5）軸上與零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度，應(yīng)比輪轂長(zhǎng)度略短23mm，以保證零件軸向定位可靠。6）若在軸上裝又

16、滑移的零件，應(yīng)該考慮零件的滑移距離。7）軸上各零件之間應(yīng)該留有適當(dāng)?shù)拈g隙，以防止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相碰。2.4軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的形狀，從滿足強(qiáng)度和節(jié)省材料考慮，最好是等強(qiáng)度的拋物線回轉(zhuǎn)體。但是這種形狀的軸既不便于加工，也不便于軸上零件的固定；從加工考慮，最好是直徑不變的光軸，但光軸不利于零件的拆裝和定位。由于階梯軸接近于等強(qiáng)度，而且便于加工和軸上零件的定位和拆裝，所以實(shí)際上的軸多為階梯形。為了能選用合適的圓鋼和減少切削用量，階梯軸各軸段的直徑不宜相差過大，一般取為510MM。為了便于切削加工，一根軸上的圓角應(yīng)盡可能取相同的半徑，退刀槽取相同的寬度，倒角尺寸相同；一根軸上各鍵槽應(yīng)開在同一母線上，若揩油鍵槽的

17、軸段圖2.2直徑相差不大時(shí)，應(yīng)盡可能采用相同寬度的鍵槽（如圖2.2），以減少換刀次數(shù)。需要磨削的軸段，應(yīng)該留有砂輪越程槽，以便磨削時(shí)砂輪可以磨削到軸肩的端部；需要切制螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽，以保證螺紋牙均能達(dá)到與其期的高度（如圖）。圖2.3為了便于加工和檢驗(yàn)，軸的直徑應(yīng)取為圓整值；與滾動(dòng)軸承相配合的軸頸直徑應(yīng)符合滾動(dòng)軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)；有螺紋的軸段直徑應(yīng)符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)直徑。為了便于裝配，軸端應(yīng)加工出倒角（一般為45º），以免裝配時(shí)把軸上零件的孔壁擦傷（如圖）；過盈配合零件的裝入端應(yīng)加工出導(dǎo)向錐面（如圖），以便零件能順利地壓入。圖2.4制造工藝性往往是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的一個(gè)重要方面，為了便于制造

18、、降低成本，一根軸上的具體結(jié)構(gòu)都必須認(rèn)真考慮。如圖2.4所示軸結(jié)構(gòu)：1）螺紋段留有退刀槽（圖a中的），磨削段要留越程槽（圖b中的）;同一軸上的圓角、倒角應(yīng)盡可量相同；同一軸上的幾個(gè)鍵槽應(yīng)開在同一母線上（圖b中的）；螺紋前導(dǎo)段（圖a中的）直徑應(yīng)該小于螺紋小徑；軸上零件（如齒輪、帶輪、聯(lián)軸器）的輪轂寬度大于與其配合的軸段長(zhǎng)度；軸上各段的精度和表面粗糙度不同。2.5提高軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施軸的基本形狀確定之后，換需要按照工藝的要求，對(duì)軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，從而提高軸的加工和裝配工藝性，改善軸的疲勞強(qiáng)度。2.5.1減小應(yīng)力集中軸上的應(yīng)力集中會(huì)嚴(yán)重削弱軸的疲勞強(qiáng)度，因此軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免和減小應(yīng)力集

19、中。為了減小應(yīng)力集中，應(yīng)該在軸剖面發(fā)生突變的地方制成適當(dāng)?shù)倪^渡圓角；由于軸肩定位面要與零件接觸，加大圓角半徑經(jīng)常受到限制，這時(shí)可以采用凹切圓角或肩環(huán)結(jié)構(gòu)等。常見的減小應(yīng)力集中的方法如表2.2所示。2.5.2改善軸的表面質(zhì)量表面粗糙度對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度也有顯著的影響。實(shí)踐表明，疲勞裂紋常發(fā)生在表面粗糙的部位。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)十分注意軸的表面粗糙度的參數(shù)值，即使是不與其它零件向配合的自由表面也不應(yīng)該忽視。采用輾壓、噴丸、滲碳淬火、氮化、高頻淬火等表面強(qiáng)化的方法可以顯著提高軸的疲勞強(qiáng)度。表2.2減小應(yīng)力集中的方法2.5.3改善軸的受力情況改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)，減小軸上載荷或改善其應(yīng)力特征，也可以提高軸的強(qiáng)度和剛度，如圖2.5所示。如果把軸轂配合面分成兩段（圖b），可以顯著減小軸的彎矩，從而提高軸的強(qiáng)度和剛度。把轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸（圖a）改成不轉(zhuǎn)的心軸（圖b），可使軸不承受交變應(yīng)力的作用。圖2.53小結(jié)通過這次對(duì)直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)，讓我知道了工程設(shè)計(jì)的重要性與設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮多方面因素，也讓我了解了關(guān)于設(shè)計(jì)直齒圓柱齒輪的關(guān)鍵因素，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，各個(gè)齒輪的硬度要達(dá)到一定的強(qiáng)度才可以滿足使用要求。但是最后的成品卻不一定與設(shè)計(jì)時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)中存在著各種各樣的條件制約。而且，在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中存在著各種各樣的誤差。所以，在