無碳小車設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名。專業(yè)班級(jí)。班學(xué)號(hào)。指導(dǎo)教師山職稱教研室。0。題目無碳小車設(shè)計(jì)方案與要求“無碳小車”以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車。功能設(shè)計(jì)要求是給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來驅(qū)動(dòng)小車行走的裝置如上圖所示。小車在前行時(shí)能夠在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)（長(zhǎng)1525mm、寬1370mm）上，繞兩個(gè)障礙物按“8”字形軌跡運(yùn)行。障礙物為直徑20mm|、長(zhǎng)200mm的2個(gè)圓棒，相距一定距離放置在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)的中線上，以小車完成8字繞行圈數(shù)的多少來評(píng)定成績(jī)。給定重力勢(shì)能為5焦耳（取g=10m

2、/s2）,競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（。50X65mm,普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差400±2mm,重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運(yùn)動(dòng)，不允許掉落。要求小車前行過程中完成的所有動(dòng)作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式。小車要求采用三輪結(jié)構(gòu)（1個(gè)轉(zhuǎn)向輪，2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪），具體結(jié)構(gòu)造型以及材料選用均由參賽者自主設(shè)計(jì)完成。要求滿足：小車上面要裝載一件外形尺寸為60X20mm的實(shí)心圓柱型鋼制質(zhì)量塊作為載荷，其質(zhì)量應(yīng)不小于400克；在小車行走過程中，載荷不允許掉落。轉(zhuǎn)向輪最大外徑應(yīng)不小于30mm要求完成：1 .裝配圖1張（A2）。2 .零件工作圖2張（齒輪和軸兩個(gè)零

3、件）。3 .設(shè)計(jì)說明書1份，6000-8000字。開始日期2014年12月15日完成日期2015年01月02日2014年11月20日目錄計(jì)算與說明01 .設(shè)計(jì)任務(wù)書21.1 設(shè)計(jì)題目21.2 原始數(shù)據(jù)21.3 工作條件21.4 動(dòng)力來源21.5 傳動(dòng)方案22 .傳動(dòng)比的分配32.1 總傳動(dòng)比的分配32.2 減速器傳動(dòng)比53 .傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算63.1 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算63.2 各軸輸入功率73.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩74 .轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)84.1 選定轉(zhuǎn)向裝置84.2 確定轉(zhuǎn)向裝置的基本參數(shù)85 .齒輪的設(shè)計(jì)105.1 設(shè)計(jì)計(jì)算一級(jí)齒輪115.1.1 選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)115.1

4、.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)115.1.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)135.2 設(shè)計(jì)計(jì)算一級(jí)齒輪195.2.1 選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)195.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)195.2.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)226 .軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)266.1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算266.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算296.3 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算357 .鍵連接的選擇及校核計(jì)算377.1 平鍵連接強(qiáng)度計(jì)算378軸承的選擇399潤(rùn)滑方式選擇409.1 齒輪的潤(rùn)滑409.2 軸承的潤(rùn)滑4010注意裝配事項(xiàng)4210.1 軸的裝配4210.2 齒輪的裝配4210.3 轉(zhuǎn)向桿的裝配4211設(shè)計(jì)小結(jié)4412參考文獻(xiàn)45主要

5、結(jié)果計(jì)算與說明我們本次的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是以“全國(guó)大學(xué)生工程實(shí)訓(xùn)綜合能力競(jìng)賽”題目“無碳小車”為題。該無碳小車是利用一個(gè)一定質(zhì)量的重物從一定的距離下落是由其自身重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能來驅(qū)動(dòng)小車行走。小車前行過程中完成的所有行走功能所需的能量均有此能量轉(zhuǎn)換獲得，不消耗其他形式的能量。通過計(jì)算設(shè)計(jì)出能完成預(yù)期行走功能的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和相關(guān)傳動(dòng)系統(tǒng)，并使小車在前行時(shí)能夠在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)（長(zhǎng)1525mm、寬1370mm）上，繞兩個(gè)障礙物按“8”字形軌跡運(yùn)行。障礙物為直徑20mm|、長(zhǎng)200mm的2個(gè)圓棒,相距一定距離放置在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)的中線上，以小車完成8字繞行圈數(shù)的多少來評(píng)定成績(jī)。所以我們選擇曲柄連桿

6、機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向，選擇傳動(dòng)平穩(wěn)可靠的齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)周性的繞過障礙物。隨著社會(huì)的發(fā)展，低碳生活對(duì)我們?cè)絹碓街匾ㄔO(shè)無碳生活，使得生活更加環(huán)保，是我們每個(gè)人的職責(zé)。我們通過設(shè)計(jì)無碳小車模型，用重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為以后能源發(fā)展提供了一種全新的思路，使更多的人有意識(shí)的去享受低碳生活。保護(hù)環(huán)境是每個(gè)人得責(zé)任，在人們開始有意識(shí)地減少對(duì)大氣的二氧化碳排放量，就要求生活中的交通工具盡可能的減少或不排放二氧化碳，隨著人們的生活水平越來越高，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求也日益增加。環(huán)境對(duì)人類的健康越來越重要，人們提出建設(shè)無碳社會(huì)使生活更加環(huán)保。無碳車的研發(fā)可以緩解社會(huì)對(duì)能源的需求。相關(guān)參數(shù)F10Nv0.5msD

7、150mm1,設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)題目無碳小車設(shè)計(jì)1.2 原始數(shù)據(jù)小車所受牽引力F10N;小車速度v0.5m/s,后輪直徑D150mm；1.3 工作條件裝平緩的路面波動(dòng)較小1.4 動(dòng)力來源重錘1kg的重力勢(shì)能訂1.5傳動(dòng)方案?jìng)z個(gè)一級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)2.傳動(dòng)比的分配2.1 總傳動(dòng)比的分配重錘重1Kg,下落高度4002mm,v0.5m；s。按8字樁最小跑離400mm計(jì)算，由于小車在走8字時(shí)，其精確軌跡無法估算，先在暫時(shí)認(rèn)為小車在走八字是近似為掃描圓形軌跡，如下圖所示：根據(jù)圖1-1和圓的周長(zhǎng)公式，我們可以大致確定出小車所要走過的路徑，根據(jù)公式：ld將數(shù)據(jù)代入公式中可得：l1257mm由于小車要走過

8、的距離為兩個(gè)圓的周長(zhǎng)，所以小車要走過的距離為2l2514mm而繩子所下降的距離為400mm.根據(jù)摩擦理論可知：摩擦力矩和正壓力的關(guān)系為：MN而滾動(dòng)摩擦所受的阻力為：fMNRR根據(jù)上述公式我們可以初步判定我們無碳小車的設(shè)計(jì)原則，即小車質(zhì)量要輕，輪體直徑應(yīng)盡可能的大。初步計(jì)算時(shí)，為了方便計(jì)算，我們初步取得輪子直徑為100mm，但是在繪圖的過程中發(fā)現(xiàn)無法安裝轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，所以后初步設(shè)計(jì)直徑為150mm。小車至少要完整的走過一圈的距離，所以車輪要轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為：2lnd式中：d150mm,將以上數(shù)據(jù)代入公式中：n5.335根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)即無碳小車的傳動(dòng)路線，小車采用的是重塊通過繩索直接與滾筒相連，由滾筒驅(qū)動(dòng)與

9、之同軸的齒輪，齒輪再驅(qū)動(dòng)后面的小齒輪。而在齒輪傳功中，齒輪件的傳動(dòng)比常取1.45,在此我們?nèi)〕Ｓ脗鲃?dòng)系數(shù)2.則與滾筒同軸的齒輪需要轉(zhuǎn)動(dòng)2圈，同樣的滾筒也要轉(zhuǎn)2圈。近似的我們圓整為2圈，又因?yàn)樾≤嚿系闹貕K需要下降400mm,據(jù)此根據(jù)公式我們可以估算出小車滾筒的直徑：d16.37mm在繪圖過程中,根據(jù)裝配的要求我們?nèi)∏拜喼睆綖?0mm。2.2減速器傳動(dòng)比ia4考慮到一級(jí)齒輪傳動(dòng)圓柱齒輪范圍為58,故選12,i220d150mmn3.99前輪直徑30mmia4ii2i223.傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算3.1各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算n257rminn157114r/minii2n1n4114r/min1.2

10、各軸輸入功率PB5kw巳P001=4.5619kwPCPi124.5619kw1.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩T9550Pn(1)輸入轉(zhuǎn)矩PB5Tb9550B95500.8733Nmn114Pa4.5619Ta9550A95501.5023Nmn1114FC4.5619TC9550C95501.5023Nmn3114n257r/minn1114rminn4114r/min4 .轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)4.1 選定轉(zhuǎn)向裝置PB5kwPA=4.5619kwPC4.5619kw該自行小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)避開賽道上設(shè)置的兩個(gè)障礙物（每間隔300mm到500mm,放置一個(gè)直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒），并在半個(gè)乒乓球案

11、長(zhǎng)1525mm,寬1370mm中，繞兩個(gè)障礙物走8字型，不完全齒輪具有轉(zhuǎn)向功能。所以轉(zhuǎn)向裝置選擇不完全齒輪。4.2 確定轉(zhuǎn)向裝置的基本參數(shù)小車行走時(shí)的軌跡如圖可知，用滑塊連桿實(shí)現(xiàn)表示出來可得桿件的基本參數(shù)：擺桿長(zhǎng)54.5mm,寬度6mm,厚度3mm,滑桿長(zhǎng)56mm,寬度6mm,厚度3mm,支撐架高51mm,寬度4mm,厚度4mm,連桿高30mm,厚度5mm,寬度10mm,轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)軸高69mm,直徑8mm.Tb0.8733NmTa1.5023NmTc1.5023Nm轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)桿如圖支撐架轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)擺桿滑桿連桿前輪最大轉(zhuǎn)角:13度5 .齒輪的設(shè)計(jì)5.1 設(shè)計(jì)計(jì)算一級(jí)齒輪5.1.1 選擇齒輪類型、精度等

12、級(jí)、材料及齒數(shù)(1)按照我們的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，壓力角取為20(2)無碳小車為一般工作機(jī)器，參考表10-6,選用7級(jí)精度(3)材料選擇。由表10-1,大齒輪與小齒輪均選擇選擇45剛(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS(4)選小齒輪齒數(shù)為z119,大齒輪齒數(shù)Z2i1Z121938因?yàn)橐遗cz2要互質(zhì),所以取.z2395.1.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)(1)由式(10-11)試算小齒輪分度圓直徑，即dt3KhiTIu1(ZhZeZ)2duh1)確定公式內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)值試選載荷系數(shù)KHt1.3計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T19.55106P/n19.551063_10/57Nmm838Nmm由表10-7選取齒寬

13、系數(shù)由圖10-20查得區(qū)域系數(shù)Zh2.5由表10-5查得材料的彈性影響系數(shù)(大小齒輪均采用鍛造)為zE189.8MPa由式（10-9）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)a1arccosz1cos/z.2haaarccos19cos20/192131.767a2arccosz2cos/z22haaarccos39cos20/3926.638乙tana1tanZ2tana2tan/219tan31.767tan2039tan26.638tan20/21.62641.6260.89計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力Ho由圖10-25d查得兩齒輪的接觸疲勞極限為Hlim1Hlim2550MPa由圖（10-15）計(jì)算應(yīng)力循

14、環(huán)次數(shù):Ni60njh60571(2803001)1.6416107N2N11.641610739197.99810610-23查取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1*1.14,KHN21.35o取失效概率為1%,安全系數(shù)為S=1,由式（10-14）得H2KHN1Hlim1SKHN2Hlim2S1.14550MPa627MPa11.35550MPa742MPa最大轉(zhuǎn)角：13度中較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即H2627MPa2）試算小齒輪分度圓直徑dt22KHtT1u1ZhZeZ62739/1912.9757600000.04ms圓周速度V。VdiditB601000601000齒寬bobddi

15、t112.97mm12.97mm2）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH0由表10-2查得使用系數(shù)Ka1根據(jù)v0.04m/s、7級(jí)精度，由圖10-8查查得動(dòng)載系數(shù)Kv1.02齒輪圓周力Ft12Tl/d1t2830/12.97N129.22NKAFt1/b1129.22/12.97N/mm19.93996N/mm100N/mm查表10-3得齒間載荷分配系數(shù)Kh1.1。由表10-4，7級(jí)精度，小齒輪，相對(duì)承非對(duì)稱布置齒向載荷分布系數(shù)Kh1.1，由止匕，得到實(shí)際載荷系數(shù)KhKaKvKhKh11.021.11.9232.158HAVHH3）由式（10-12），可得按實(shí)際的載荷系數(shù)算得的分度圓直徑：d1*312.97V

16、215815.357mm（取16mm）1小1.3及相應(yīng)的齒輪模數(shù)mnd1/z115.357/19mm0.808mm（取0.8mm）Z1195.1.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）由式（10-7）試算模數(shù)，即Z23920TiY(YFaYSa2dZ|）、1）確定公式中的各參數(shù)值試選01.3由式（10-5）計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)。Y0.250750.251黑0711計(jì)算YFaYSaKHt由圖10-17查得齒形系數(shù)YFa12.86、YFa22.43T1由圖10-18查得應(yīng)力修正系數(shù)Y5al1.54Ya21.67saisa2由圖10-24c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為Flim1Fli

17、m2380MPa由圖10-22查得齒形Zh由圖10-17查得齒形彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfni1.19、Kfn20.99取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4,由式（10-14）得Kfn1Flim1SKFN2Flim2S1.19380MPa335MPa1.350.99380MPa279MPa1.35YFaYSa12.861.54334.9630.0131YFa2YSa22.431.67278.6670.0146Zea1a2因?yàn)榇簖X輪的Y&大于小齒輪，所以取FYFaYSaYFa2YSa20.0146F21.3838Nmm12.5189.8MPa31.76726.6381.6262）試算模數(shù)32KTiYfh

18、YSa2(,dZ1321.38380.741190.0146mmz0.89Hlim1550MPaHlim2550MPa1）計(jì)算實(shí)際載荷載荷載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備0Ni1.64161070.397mm(取0.4mm)（2）調(diào)整齒輪模數(shù)圓周速度vd1mtz10.379197.543mmN27.998106齒寬bod1n160100075457m/s0.023ms601000bdd117.543mm7.543mm627MPa寬高比bh。h(2haac)mt(210.25)0.394mm0.89325mmbh7.5430.892358.44H2742MPa1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)Kf0627MPa根據(jù)v0.

19、023m/s,7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv1.01。Ft12Td128387.543N222.193Nd1t12.97mmKAFt1b1222.1937.54329.457Nmm100Nmm查表10-3得齒輪間載荷分配系數(shù)Kf1.1。由表10-4用插值法查得Kh1.923，結(jié)合b/h8.44查圖10-13，得Kf1.69則載荷系數(shù)為KfKaKvKfKf11.011.11.691.8783)由式(10-13),可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)mmt3|K0.397；.878mm0.449mm（取0.5mm）KFt,1.3對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

20、計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)?？扇∮蒪dd111616mm彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)0.449mm并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m0.5mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d116mm,算出小齒輪齒數(shù)，乙d1m160.532取乙34,則大齒輪齒數(shù)Z2UZ123264,取Z265,4與z2互為質(zhì)數(shù)。這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4.幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算分度圓直徑d1z1m320.5mm16mmd2z2m650.5mm32.5mm(2)計(jì)算中心距ad1d2

21、21632.52mm24.25mm(3)計(jì)算齒輪寬度0.04ms12.97mmKaKvFt1Kh11.02129.22N1.1Khd12.15816mm考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設(shè)計(jì)齒寬b和節(jié)省材料，一般將小mn0.8mm齒輪略加寬510mm,即b1b510mm16510mm2126mm取bi24mm,而使大齒輪的齒寬等于設(shè)計(jì)齒寬，即b2b16mm5.圓整中心距后的強(qiáng)度校核上述齒輪副的中心距不便于相關(guān)零件的設(shè)計(jì)和制造。為此，可以通過調(diào)整傳動(dòng)比、改變齒數(shù)或變位法進(jìn)行圓整。采用變位法將中心距就近圓整至a'25mm0在圓整時(shí)，以變位系數(shù)和不超出圖10-21a中推薦的合理工作范KFt1.

22、3圍為宜。其他幾何參數(shù)，如z1、z2、m、b等保持不變。齒輪變位后，齒輪副幾何尺寸發(fā)生變化。應(yīng)重新校核齒輪強(qiáng)度，以明確齒輪的工作能力。Y0.711(1)計(jì)算變位系數(shù)和計(jì)算嚙合角、齒數(shù)和、中心距變動(dòng)系數(shù)和齒頂高降低系數(shù)。arccos(acos)aarccos24.25cos202524.29z4z2326597xx1x2(invinv)z2tanYFa12.86YFa22.43Fiim1380MPaFlim2380MPa(inv24.29inv20)24.252tan201.650yaam2524.250.41.5yxy1.650.50.15從圖10-21a可知，當(dāng)前的變位系數(shù)和提高了齒輪強(qiáng)度，

23、但重合度有所下降。分配變位系數(shù)x1、x2。由圖10-21b可知,坐標(biāo)點(diǎn)z/2,x/248.5,0.825位于L14線和L15線之間。按這兩條線作射線，再從橫坐標(biāo)的4、4處作垂直線，與射線交點(diǎn)335MPa的縱坐標(biāo)分別是x10.62,x20.68。279MPa（2）齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核按前述類似做法，先計(jì)算式（10-10）中的各參數(shù)。計(jì)算結(jié)果為YFa1YSa10.0131Kh2.158,T1838Nmm,d1,d116mm,u22H2.32,Ze189.8MPa12,Z0.8695將它們代入式（10-10），得到Y(jié)Fa2YSa20.0146VaYsa2KhTiu1hH31ZhZeZdd1u440.

24、638MPah2232189.80.8695MPa0.0146m0.4mm齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求，并且齒面接觸應(yīng)力比標(biāo)準(zhǔn)齒輪有所下降。（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核按前述類似做法，先計(jì)算式（10-6）中的各參數(shù)。計(jì)算結(jié)果為：2.58,丫$幻1.63%22.27,32,Kf1.878,T1838Nmm,YFa1YSa21.74,Y0.683,m0.5,Z1將它們代入式（10-6）,得到2KFT1YFa1Ysa1YF132dmZ170.63MPaf12KFT1YFa2Ysa2YF232dmZ166.34MPaf221.8788382.581.630.68310.53322M

25、Pa21.8788382.271.740.6833210.532MPad17.543mmv0.023msb7.543mm大齒輪h0.89325mmbh8.44齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求，并且小齒輪抵抗彎曲疲勞破壞的能力大于6 .結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖（從略）7 .主要設(shè)計(jì)結(jié)論齒數(shù)乙32、z265,模數(shù)m0.5mm,壓力角20,變位系數(shù)x10.62、x20.68,中心距a25mm,齒寬b124mm、b216mm。大小齒輪均選用45鋼(調(diào)質(zhì))。齒輪按7級(jí)精度設(shè)計(jì)。5.2設(shè)計(jì)計(jì)算一級(jí)齒輪5.2.1 選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)Ft1222.193N(1)按照我們的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)

26、，壓力角取為20。(2)無碳小車為一般工作機(jī)器，參考表10-6,選用7級(jí)精度。(3)材料選擇。由表10-1,大齒輪與小齒輪均選擇選擇45剛(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS。Kf1.1Kh1.923Kf1.69Kf1.878m0.5mm(4)選小齒輪齒數(shù)為乙17,大齒輪齒數(shù)Z2i1Z121734,因?yàn)閆1與Z2要互質(zhì),所以取.Z235o5.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)(1)由下式試算小齒輪分度圓直徑，即1)確定公式內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)值試選載荷系數(shù)KHt1.3計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩PP總0.7950.793.95WT49.55106P/n19.551063.95103/57Nmm662Nmm由表10-7選取齒寬系

27、數(shù)d0.52.5由圖10-20查得區(qū)域系數(shù)Zh由表10-5查得材料的彈性影響系數(shù)（大小齒輪均采用鍛造）為zE189.8MPa.由式（10-9）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Za4arccosz4cos/z42haarccos17cos20/171232.778Zi34z265a3arccosz3cos/z32haarccos35cos20/352126.638''z4tana4tanz3tana3tan/217tan32.778tan2035tan27.665tan20/21.626441.6z.0.89413.3計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力ho由圖10-25d查得兩齒輪的接觸疲勞極限為

28、Hlim4Hlim3550MPad116mmd232.5mma24.25mm由下式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N460njh60960123001）1.64107N3N41.6410735177.97106由圖10-23查取接觸疲勞壽命系數(shù)Khn41.14,Khn31.35。取失效概率為1%,安全系數(shù)為S=1,由下式得H4H3KHN4Hlim4SKHN3Hlim3S1.14550MPa627MPa11.35550MPa743MPa1取H4和H3中較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即hh4627MPa2）試算小齒輪分度圓直徑d4t32小丁1u1tdu2ZhZeZ235/V.J2.35.型mmn.637

29、mm35/17627D24mmb）216mm（2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。11.63757圓周速度v。ms0.035ms60000v=-d1tn1=一d4tn460100060100011.637mm5.8195mm齒寬bobdd4t0.52）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)Kh。由表10-2查得使用系數(shù)Ka1根據(jù)v0.035m/s>7級(jí)精度，由圖10-8查查得動(dòng)載系數(shù)Kv1.01齒輪圓周力Ft42T4/d4t2662/11.637N113.78NKAFt4/b1113.78/5.8195N/mm19.55N/mm100N/mm查表10-3得齒間載荷分配系數(shù)Kh1.1。由1

30、0-4,7級(jí)精度，小齒輪，相對(duì)承非對(duì)稱布置齒向載荷分布系數(shù)Kh1.932,由此，得到實(shí)際載荷系數(shù)KhKaKvKhKh11.011.11.9232.1465HAVHH3）由式（10-12），可得按實(shí)際的載荷系數(shù)算得的分度圓直徑d4d4t3占11.63732昔513.754mm及相應(yīng)的齒輪模數(shù)mnd4z413.75417mm0.809mm5.2.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）由式（10-7）試算模數(shù)，即mt320T4Y(YFaYSa2dZ41）確定公式中的各參數(shù)值試選KFt1.3x10.62x20.68由式（10-5）計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)。0.750.75Y0.250.250.718751

31、.60計(jì)算YFaYSaoF由圖10-17查得齒形系數(shù)YFa42.95、YFa32.47由圖10-18查得應(yīng)力修正系數(shù)Ya41.52、Ysa31.66由圖10-24c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為Flim4Flim3380Mpa由圖10-22查得齒形由圖10-17查得齒形彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN40.98、KFN31.19取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4,由式（10-14）得KFN4Flim4SKFN3Flim3S0.98380286.463MPa1.31.193801.3341.846MPaYFa4Ysa42.951.52286.4630.0157YFa3YSa32.471.66347.8

32、460.0118因?yàn)榇簖X輪的YFaYa大于小齒輪，所以取YFaYaYFa2YSa40.0157FFF42）試算模數(shù)2Z4dkt4aYS321.36620.71850.51720.0157mm0.512（2）調(diào)整齒輪模數(shù)1）計(jì)算實(shí)際載荷載荷載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備0圓周速度v60d4n41000d4mtz40.512170.875mm8.10557m/s0.026ms601000齒寬bdd40.58.705mm4.3525mmh(2haa)mt(210.25)0.512mm1.152mm4.35251.1523.7781）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF。根據(jù)v0.026m/s，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系

33、數(shù)Kv1.01。432z265m0.5mm20a25mmb124mmb216mmFt42T4d426628.708N152.044NKAFt4,b1152.044/4.352534.933N/mm100N./mm，查表10-3得齒輪間載荷分配系數(shù)KF1.1。由表10-4用插值法查得Kh1.417，結(jié)合b/h3.778查圖10-13，得Kf1.6則載荷系數(shù)為KfKaKvKfKf11.11.011.61.77763)由式(10-13),可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)Kf._'1.776clccm成31.51231mm0.568VKfi11.3417對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模

34、數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞Z235強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)?？扇∮蓮澢趶?qiáng)度算得的模數(shù)0.449mm并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m0.5mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d413.754mm,算出小齒輪齒數(shù)：Z4d4.m13.754/0.622.93取Z423,則大齒輪齒數(shù)Z3UZ422346,取Z347,Z4與Z3互為質(zhì)數(shù)。這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4 .幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算分度圓直徑d4z4m230.6mm13.8mmd3z3m4

35、70.6mm28.2mm(2)計(jì)算中心距ad3d4/213.828.2/2mm21mm圓整為a20(3)計(jì)算齒輪寬度bdd40.513.86.9mm,考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設(shè)計(jì)齒寬b和節(jié)省材料，一般將小齒輪略加寬510mm,即b4b510mm6.9510mm11.916.9mm取b414mm,而使大齒輪的齒寬等于設(shè)計(jì)齒寬，即b3b6.9mm。5 .圓整中心距后的強(qiáng)度校核上述齒輪副的中心距不便于相關(guān)零件的設(shè)計(jì)和制造。為此，可以通過調(diào)整傳動(dòng)比、改變齒數(shù)或變位法進(jìn)行圓整。采用變位法將中心距就近圓整至a432.778a326.638a7mm。在圓整時(shí)，以變位系數(shù)和不超出圖10-21a中推薦的

36、合理工作范圍為宜。其他幾何參數(shù)，如Z1、Z2、b等保持不變。1.6260.894Kh2.1465,T4662Nmm,d0.5,d413.8mniu2,Zh2.45,_12一189.8MPa,Z0.882將它們代入式（10-10），得到2KhT4u1dd；uZhZeZ22.1465662210.513.832.45189.80.882MPa522.357MPaHN4N3KHN4KHN31.641077.971061.141.35齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求，并且齒面接觸應(yīng)力比標(biāo)準(zhǔn)齒輪有所下降。627MPa（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核H3743MPa按前述類似做法，先計(jì)算式（10-6）中的各參數(shù)。計(jì)算結(jié)

37、果為:齒輪變位后，齒輪副幾何尺寸發(fā)生變化。應(yīng)重新校核齒輪強(qiáng)度，以明確齒輪的工作能力。（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核按前述類似做法，先計(jì)算式（10-10）中的各參數(shù)。計(jì)算結(jié)果為:H627MPaKf1.7776,T4662NmmMa42.72,Ysa41.58,YFa32.35,Ysa31.7,Y1.779,m0.6,Z42&F42KFT4YFa4Ysa4Y22.726621.581.79932dmZ40.50.63232MPad4t11.637mm將它們代入式（10-6）,得到:179.17MPaF32%丁4丫尸23丫$23丫22.356621.71.799932dmZ30.50.63232

38、MPa166.55MPa齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求，并且小齒輪抵抗彎曲疲勞破壞的能力大于大齒輪。6 .結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖（從略）7 .主要設(shè)計(jì)結(jié)論v0.035ms齒數(shù)423、Z347,模數(shù)m0.6,壓力角20,中心距a20mm,齒寬b414mm、。A7mm大小齒輪均選用45鋼（調(diào)質(zhì)）。齒輪按7級(jí)精度設(shè)計(jì)。b5.8195mmKa16.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Kv1.016.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算這種方法只按軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果軸還受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法予以考慮。在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法初步估算軸徑。對(duì)于不太重要的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：T

39、WtP9550000n_0.2d3T式中：T一扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa;T軸所受的扭矩，Nmm;Wt一軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù),3mm；n一軸的轉(zhuǎn)速，r.'min;P一軸傳遞的功率,kW;d一計(jì)算截面處軸的直徑,許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa,見表15-3。由式（15-1）可得軸的直徑:,9550000Pd3,0.2tn95500003式中A030.2查表15-3。對(duì)于空心軸，則:PA0-ni4即空心軸的內(nèi)徑di與外徑d之比，通常取0.50.6。Ft4KhKhKhd4mnKFtYFa4113.78N1.11.9322.146513.754mm0.809mm1.30.718752.95YFa32.47Ysa3

40、1.66sa3軸的材料Q235-A、20Q275、35(1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13t(MPa)1525203525453555A14912613511212610311297軸常用幾種材料的及A0值注：1）表中t是考慮了彎矩影響而降低了的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力f*380MPaFim3380MPaKfn40.98KfN31.192）在下述情況時(shí)，丁取較大值，Ao取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速YFaYSa0.0157軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)；反之，T取較小值，A0取較大值。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上開有鍵槽時(shí)

41、，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑d100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大3%;有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大7%0對(duì)于直徑d100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑應(yīng)增大5%7%;有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大10%15%。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)當(dāng)注意，這樣求出的直徑，只能作為承受扭轉(zhuǎn)作用的軸段的最小直徑dm.o對(duì)軸A:m0.512d3955000051035mm做8mm)0.23557對(duì)軸B:,.95500004.5619103d316mm（取8mm）0.235114對(duì)軸C:,J95500004.5619103d36mm（取8mm）0.2351146.2按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸

42、的主要結(jié)構(gòu)尺寸、軸上零件的位置、以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。一般的軸使用這種方法計(jì)算即可。其計(jì)算步驟如下：（1）作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型）：對(duì)軸A:F：F2d4vF3軸A的計(jì)算簡(jiǎn)圖KvFt4KaKfKhKfKf0.875mm0.026ms4.3525mm1.152mm3.7781.01152.044NFt4/b100N/mm1.11.4171.61.7776T10.8377Nm2T2837.7一F1-3-N104.2125N(取104N)D16103m0.568Mu(F)00.045F30.13F2

43、0MV(F)00.085F30.13F10解得F236N,F168N。對(duì)軸B:FlF2F3Z423Z347軸B的計(jì)算簡(jiǎn)圖T21.5023Nm2T221502.3仃F2-3-N93.89N(取94N)D23210MU(F)00.045F30.13F20Mv(F)00.085F30.13Fi0解得F232.54N,F161.46No對(duì)軸C:FLtF3F4軸c的計(jì)算簡(jiǎn)圖T31.5023Nmb414mmb3b6.9mmF32Tl21502.3N217.725N(取218N)D313.8103Mu(F)00.02F30.06F40.04F20Mv(F)00.04F10.02F20.02F40解得F225

44、8.8625N,F158.8625N(1)做出彎矩圖，扭矩圖:對(duì)軸A:軸A的彎矩圖扭矩圖由圖可知,Mmax30Nmm,Tmax0.8377Nmm837.7Nm對(duì)軸B:軸B的彎矩圖扭矩圖由圖可知,Mmax2765.9Nmm,Tmax1502.3NmZ423Z347m0.6b414mmb37mm(1)校核軸的強(qiáng)度已知軸的計(jì)算彎矩后，即可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面(即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面)做彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算彎曲應(yīng)力：通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響,引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為：ca

45、J242(15-4)式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取0.3;當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)，取0.6;若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取1。對(duì)于直徑為d的圓軸，彎曲應(yīng)力為M,扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為WWr2W將和代入式(15-4),則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為M2T2,M2T2ca4一,W2WW式中：ca軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa;M軸所受的彎矩，Nmm;T軸所受的扭矩，Nmm;對(duì)軸cacacaW軸的抗彎截面系數(shù)，mm3,計(jì)算公式見表15-4;A:-130N對(duì)軸B:對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，MPammT837.7Nmm-160MPad3320.1d330.1851.2W，其值按表1

46、5-12T42W3060837.7251.20.64MPa取M3765.9NmmT1502.3Nmm-160MPa0d308351.2W2W.M2T2W3765.91502.3251.2_55.66105MPa對(duì)軸C:取M3765.9NmmT1502.3Nmm-160MPa-d-0.1d3320.18351.2W24T2W23765.91502.3251.2_55.66105MPa由于心軸工作時(shí)只承受彎矩而不承受扭矩，所以在應(yīng)用上式時(shí)，應(yīng)取=0,亦即Mca=M。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸的彎矩在軸截面上所引起的應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力；對(duì)于固定心軸，考慮起動(dòng)、停車等的影響，彎矩在軸截面上所引起的1T0.50.6應(yīng)力

47、可視為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以在應(yīng)用上式時(shí)，其許用應(yīng)力應(yīng)為d0（o0為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用彎曲應(yīng)力）,d0-1,7v1。6.3軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角單位為（）/m的計(jì)算公式為：光軸：4T5.731041GIp階梯軸：5.73104LGiiIp式中，T一軸所受的扭矩，Nmm；G一軸的材料的剪切彈性模量，MPa;41P軸截面的極慣性矩，mm;L一階梯軸受扭矩作用的長(zhǎng)度，mm;T、k1N一分別代表階梯軸第i段上的扭矩、長(zhǎng)度和極慣性矩,單位同前；軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為式中，0.51時(shí)；對(duì)于精密傳動(dòng)軸，可取0.250.5,/m;對(duì)于精度要求不高的軸，可大于1/mo對(duì)軸A:837.7484104321.474m4T45.731045.73104GIp門.p