機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)報(bào)告

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 另0:機(jī)電工程系專業(yè)班級(jí)：機(jī)電一體化3班學(xué)生姓名：邢志遠(yuǎn)學(xué) 號(hào):02043093106指導(dǎo)老師：魏波設(shè)計(jì)時(shí)間：2011 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(shū)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)，一

2、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，速度不咼，故大小齒輪都選用8級(jí)精度。要求齒輪面粗糙度 Ra 1.63.2um.2 設(shè)計(jì)要求 畫(huà)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，200

3、7.95 岳優(yōu)蘭，馬文鎖.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).開(kāi)封：河南大學(xué)出版社，2009.5目錄1 方案的選擇與確定 3.1.1 齒輪參數(shù)的選擇 3.1.2 設(shè)計(jì)和計(jì)算及說(shuō)明 3.2 軸的設(shè)計(jì) 8.2.1 選擇軸的材料 8.2.2 軸的最小直徑的估算： 8.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8.2.4 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 9.2.5 提高軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施 1.13 小結(jié) 1.3.4 參考文獻(xiàn) 1.3.191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 KVy低速軸轉(zhuǎn)速n2=200r/min，傳動(dòng)比i = 3.5，單向傳動(dòng)，長(zhǎng)

4、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)， 一般取乙=2040。因?yàn)楫?dāng)中心距確定后，齒數(shù)多，貝U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，一般取乙=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)屮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

5、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 510 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(shuō)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6< 15< 30< 9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(chē)、機(jī)床中重 要齒輪7< 10< 20< 6一般機(jī)械中的重要齒輪；標(biāo)準(zhǔn)系列減速器 齒輪；飛機(jī)、汽車(chē)和機(jī)床中的齒輪8< 5< 9< 3一般機(jī)械中的重要齒輪；飛機(jī)、汽車(chē)和機(jī)床中的

6、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9w 3w 6w 2.5工作要求不咼的齒輪；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)122.選材與熱處理該齒輪傳動(dòng)無(wú)特殊要求，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：169 217HBS.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：d 3 /2 KT 1 U 1（ Z H Z E）2VduH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

7、動(dòng)機(jī)1 1.21.2 1.61.6 1.8多缸內(nèi)燃機(jī)1.2 1.61.6 1.81.9 2.1單缸內(nèi)燃機(jī)1.6 1.81.8 2.02.2 2.41 載荷系數(shù)K,取K=1.22 由 n2=ni 得 n 1=n2 x i=200x3.5=700 r/min轉(zhuǎn)矩 T1=9.55x106x p 1/n 1=9.55x106x20/700=272857.1N.mm3 接觸疲勞許用應(yīng)力(T H= (T HlimZN/SH按齒面硬度中間值查 圖1.2得T Hlim1=600MPa, T 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) N=60njl n

8、9=60x700x1x20x300x25=6.3x10N=N/i=1.8x 10 9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 Z N2=1 (N1 >9Ni >N), No=10)按一般可靠性要求，取Sh=1則t H1=600x1/1=600MPat H2=550x1/1=550MPa取t 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di查表1.4按齒輪相對(duì)軸承對(duì)稱布置取屮d=1.04Zh=2.5表1.4齒寬系數(shù)書(shū)d=b/d?齒相對(duì)軸承位置齒面硬度< 350HBS> 350HBS對(duì)稱布置0.8 1.40.4 0.9非對(duì)稱布置0.

9、6 1.20.3 0.6懸臂布置0.3 0.40.2 0.25表1.5齒輪材料彈性系數(shù)Z( N / mm2)大齒輪材料小齒輪材料 鋼鑄鋼鑄鐵球墨鑄鐵鋼1189.8188.9165.4181.4鑄鋼188.9188.0161.4180.5因?yàn)椴牧蠟?5號(hào)鋼，故取Ze=189.8N/mm2將以上參數(shù)代入下式得：32 KT 1 u1( Z H Z E )21.042 1.2 272857.1 3.5 1 (1898 2.5)23.5(550=84.46 mm取 d 1=90 mm5 計(jì)算圓周速度 V=nr d1/(60x1000)=700x3.14x90/(60x1000)=3.297m/s1.2.

10、4. 確定主要參數(shù)表1.6漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸公式表代號(hào)it無(wú)1分度圓亙徑a基圓 直 栓4曲廠円旳ESH心呃亦血齒頂iSa%兄2二町朋齒根高如耳=（兀刑齒頂圓直徑%<1 "爲(wèi)亠% =席荷4嘰 >牡旳土 2屯-瞅帀土 M：）匡枳圓直栓常*dyi 勺-2hr -w(BL -2hA-2c ) 心=+2fiz =wrz3+2.+2蟄p =血分度圓齒岸1s =淇 w?2基圖齒距PbPb =如 CO5£Z中心距a1rtf =呱可 ±7l)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 乙二Zi=2

11、0x3.5=70(2) 模數(shù)m=dZ1=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 d 1=Zm=20x4.5=90 mm d 2=Z?m=70x4.5=315 mm(4) 中心距 a=(d 1+cb)/2=(90+315)/2=202.5 mm(5) 齒寬 b= W dxd1=1.04x90=93.6 mm 取 b2=100 mm b 1=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)17181920212223242526272829YFa2.972.91 2.85 2.80 2.75 2.722.69

12、2.65 :.622.602.572.552.53YSa1.521.53 1.54 1.55 1.56 1.571.5751.58 1.59 1.595 1.6(1.611.62z(zv)303540455060708090100150200oo*哮注：1）基準(zhǔn)齒形的參數(shù)為 a =20、阮亡 以二、p =0.38m（仃為齒輪模數(shù)）;4*2）對(duì)內(nèi)齒輪：當(dāng)a =20、h且 1、u - 0.25p =o.i5nfl寸，齒形系數(shù)YFa =2.65, YSa= 2.65。Y FSY Fa Y sa 齒形系數(shù)Yfs,查得Yfsi=4.25 丫 fs4.1（2）彎曲疲勞許用應(yīng)力 CT f= （T FlimY

13、MSF按齒面硬度中間值查圖一得：C Flimi =250 MPa C Fiim2=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 (N 0=3x106N>NO得:=250 MPa c Flim2 =210 Mpac f<|=250 MPaYn2=1 (N 0=3x106,N2>Y)c f2=210 MPa按一般可靠性要求，取彎曲疲勞安全系數(shù)&=1,則c F1= c Fiim1YN1/Sf=250 MPaC F2】=C Flim2 Y N2/S F=210 Mpa(3)校核計(jì)算C F1=2kT1YFS1/bmdi=2x1.2x27285

14、7.1x4.25心00x4.5x90)=68.7MPa v c f| c f2= c F1YFS2/Yfs1=68.7x4.1/4.25=66.3 MPa v c F21.2.6. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)漸開(kāi)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)mm-齒距分度圓齒距p與n的比值北模數(shù)決定了齒輪的大小及齒輪的承載能我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)化模數(shù)力。壓力角（特指分度圓壓力角"pressurean gle）a決定漸開(kāi)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度齒頂咼系數(shù)齒頂高計(jì)算系數(shù)禹二九刑我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)化齒頂咼

15、系數(shù)為1頂隙系數(shù)HiC頂隙（clearanee）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+2d =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(méi)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B = 650MPa2.2軸的最小直徑的估算：表2.1軸常用材料的t 值和C值軸的材料Q235,20354540Cr,35SiM nt /MPA12 2020 3030 4040 52C160135135118118106107 97查表2.1得C取1181182070036 . 07 mm因此取d=40

16、mm由機(jī)械制圖手冊(cè)查得公稱直徑d公稱尺寸bx h長(zhǎng)度L> 38 4412X 828 1402.3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2.1衛(wèi)；U.2.3.1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(mǎi)、加工、安裝和維修；為了便于拆裝軸承，軸承 處軸肩不宜過(guò)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(guò)盈配合。 根據(jù)設(shè)計(jì) 手冊(cè)，并考慮便于加工，取在齒輪、

17、半聯(lián)軸器處得鍵剖面尺寸為 bx h=18x 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(wèn)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）若在軸上裝又滑移的零件，應(yīng)該考慮零件的滑移距離。

18、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(guò)大，一般取為5 10MM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(kāi)在同一母線上， 若揩油鍵槽的軸段2倒卅心錐向圖22 倒

19、議擁帶面直徑相差不大時(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砂輪埋樓帯和迴/ffl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(guò)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轆范疙相二y.忙:価制造工藝性往往是

20、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、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(kāi)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)

21、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^(guò)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(jiàn)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)力集中的方法不通扎* ¥沖劇1 3

22、« 40和臺(tái)./ft軸增天!E昔遵直15it.爲(wèi)為有效應(yīng)力彙中廉救.孔邊憫的戒線珠瑕更用Dti麻鬢刀細(xì)工榷柱鍛靦牆可構(gòu)加威小灼4。媚擊h Ell.D五d oa.> d増大?£懐n&萬(wàn)減環(huán)釣its洲二is負(fù) jrhn-tjt小的村舊軸止幽卻爲(wèi)fll拌JE壓jL輪艇£加逛1«£福共 Jft 小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)b）,可以顯著減小度和剛度，如圖2.5所示。如果把軸轂配合面分成兩段（圖軸的彎矩，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217JL平11圖2.5喊小軸上載祈或枚善應(yīng)力持征3 小結(jié)通過(guò)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，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮全面， 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)這次學(xué)