多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),多功能,齒輪,實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),設(shè)計(jì) 湘 潭 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 論文（設(shè)計(jì)）題目： 多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與CAD 學(xué)號(hào)： 2004500434 姓名： 廖爭洪 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 梁以德 (教授) 系主任： 周善炳 一、 主要內(nèi)容及基本要求 主要內(nèi)容: 齒輪是各種機(jī)器必不可少的零件，對(duì)齒輪各種性能進(jìn)行測試是保證其可靠使用的必須之路，目前齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)一般分為兩大類，一：開式；二，閉式。開 式實(shí)驗(yàn)臺(tái)功率損耗大，而閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有明顯的節(jié)能效果，為了利用其特點(diǎn)，本課題是研究在一般閉式齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，增加聯(lián)軸器、離合器、帶傳動(dòng)或其他傳動(dòng)件的效率和壽命測試，使其成為多功能的機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(已知參數(shù)最高轉(zhuǎn)數(shù)1000轉(zhuǎn)/分，最大封閉功率40公斤米) 基本要求: 1、所設(shè)計(jì)產(chǎn)品，要求達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。 2、圖紙清晰工整 3、轉(zhuǎn)配圖用計(jì)算機(jī)繪制,要求百分之五十以上的圖用計(jì)算機(jī)繪制,用圖量不少于 2.5張A0 4、提交計(jì)算書、圖紙、外文翻譯1000-1500字 二、重點(diǎn)研究的問題 1,在一般閉式齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上,增加聯(lián)軸器,離合器,帶傳動(dòng)或其他穿傳動(dòng)件的效率和壽命測試 2.更換新的傳感器. 三、進(jìn)度安排 序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間 1 查閱資料、現(xiàn)場測繪 3.4——3.10 2 總圖調(diào)研與構(gòu)思方案 3.10——4.1 3 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1——4.15 4 繪制裝配圖零件圖 4.15——5.10 5 整理計(jì)算書、說明書、翻譯外文準(zhǔn)備答辯 5.10——5.16 6 答辯 5.23 7 8 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 1.<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>,<<現(xiàn)代機(jī)械>>.<<機(jī)械科學(xué)與技術(shù)>>,<<機(jī)械傳動(dòng)>>,<<機(jī)械設(shè)計(jì)與制造>>和雜志（從1992年至進(jìn)的有關(guān)文章） 2 有關(guān)傳感器的資料 3.有關(guān)聯(lián)軸器.離合器、帶輪的資料 湘潭大學(xué)畢業(yè)論文 題 目：多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與CAD 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2004500434 姓 名： 廖爭洪 指導(dǎo)教師： 梁以德（教授） 完成日期： 2008.05.16 摘要：多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與CAD 齒輪是個(gè)種機(jī)器上必不可少的傳動(dòng)零件，對(duì)齒輪的各種性能進(jìn)行測試是保證齒輪可靠的必經(jīng)之路。 機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)能按照機(jī)器零件的工作能力和可靠性的基本準(zhǔn)則進(jìn)行精度、摩損和壽命等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。 本設(shè)計(jì)就是提出一種改進(jìn)湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的一臺(tái)齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的方案，本方案在保留了原有的測齒輪壽命和效率的功能上，增加了測試鏈傳動(dòng)的效率和壽命的功能，并且更換了新型傳感器，實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，使原來的實(shí)驗(yàn)臺(tái)成為適宜現(xiàn)代測繪要求的機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 Gear test-bed design and CAD Gear is a kind of machine parts essential to drive，and Gear on the various properties of a reliable test is to ensure that the only way gear. Mechanical transmission of Taiwan in accordance with the working ability of machine parts and reliability of the basic norms of accuracy, Moldova and the loss of life and so on. This is an improved design of the Xiangtan University School of Mechanical Engineering of a test-bed gear in the programme, the programme to retain the original measurement gear life and efficiency of the function, an increase of testing the efficiency and chain drive the functions of life, And the replacement of a new type of sensor, experimental computer data processing, so that the original test-bed for a modern surveying and mapping requirements of the mechanical transmission test-bed. 目錄 第一章 封閉齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的介紹……………………………2 1．1． 主要特性及用途…………………………………………………2 1．2． 組成部分及其工作原理…………………………………………2 1．3． 實(shí)驗(yàn)機(jī)的操作……………………………………………………3 1．4． 齒輪的拆裝………………………………………………………3 1．5． 測扭傳感器的使用和標(biāo)定………………………………………4 1．6． 配套儀器…………………………………………………………4 第二章 多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)……………………………4 2．1．齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………4 2．2．輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………7 2．3．輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………12 2．4．滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算…………………………………16 2．5．鍵的選擇…………………………………………………………17 2．6．聯(lián)軸器的選擇……………………………………………………18 2．7．鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………19 2．8．軸承端蓋的設(shè)計(jì)…………………………………………………23 總結(jié)………………………………………………………………24 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………25 第一章．封閉齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的介紹 1．1．主要特性及用途 本試驗(yàn)臺(tái)為封閉功率流式，用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，能在運(yùn)行中進(jìn)行雙向加載，可同時(shí)進(jìn)行封閉扭矩與電機(jī)扭矩的測量及顯示。 本試驗(yàn)機(jī)最大封閉功率為40公斤米。如改為單向加載最大可達(dá)80公斤米，轉(zhuǎn)速為0—1000轉(zhuǎn)/分，無級(jí)可調(diào)。 本試驗(yàn)機(jī)配有測量封閉牛局及電機(jī)你局的傳感器及輸出裝置。配以扭矩轉(zhuǎn)換儀（數(shù)字頻率計(jì)）可同時(shí)進(jìn)行該兩項(xiàng)扭矩的數(shù)字顯示。這兩種傳感器靜態(tài)標(biāo)定誤差滿載時(shí)低于0.2%。 本試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行以下的試驗(yàn)： 1． 齒輪效率。 2． 齒輪的承載能力(可按載荷譜模擬實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行強(qiáng)度及壽命試驗(yàn))。 1． 2、組成部分及工作原理（參看附圖） 2． 齒輪箱：被試齒輪箱及陪試齒輪箱為結(jié)構(gòu)及尺寸完全相同，齒數(shù)比為1：1的兩個(gè)齒輪箱，均安裝在同一底板上。 3． 加載器：用套筒滾珠及左右螺旋組成機(jī)械式加載器。用專用鉤子扳手旋動(dòng)加載器螺旋，通過軸承及拉桿拉動(dòng)套筒而使左、右旋的螺旋輪作反向旋轉(zhuǎn)，從而使齒輪加載。 4． 扭矩測量及顯示裝置：電機(jī)扭矩及封閉扭矩均用板行彈性元件及可變電容組成的傳感器，通過隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的L.C振蕩器輸出頻率扭矩而變的正弦波。接收裝置為一線圈，通過感應(yīng)接受正弦波訊號(hào)，用屏蔽線接入扭矩轉(zhuǎn)換裝置（數(shù)字頻率計(jì)）顯示正弦波的頻率。經(jīng)靜態(tài)標(biāo)定后頻率即可轉(zhuǎn)換成扭矩值。 5． 潤滑裝置：本試驗(yàn)臺(tái)齒輪箱可采用兩種潤滑方式：（1）浸油飛濺潤滑，在箱蓋下部設(shè)有油標(biāo)。（2）恒溫噴油潤滑（此裝置為附加設(shè)備，在定貨時(shí)須另行提出）。控溫儀溫度最高可達(dá)100℃，使用使，可根據(jù)試驗(yàn)需要控制油溫（一般可取50℃～70℃）。恒溫箱加熱后，電源電壓為交流220V。 6． 驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電器：本試驗(yàn)臺(tái)用4KW直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)由可控硅無級(jí)調(diào)速設(shè)備控制。潤滑油泵為90瓦。交流異步電動(dòng)機(jī)（接線及操作請(qǐng)看電機(jī)及可控硅無級(jí)調(diào)速器說明書）。 1．3．試驗(yàn)機(jī)的操作。 運(yùn)轉(zhuǎn)前用手轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸器，觀察各部分是否能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，檢查電池及各部分接線。 1． 操作程序 1＞。接通恒溫加熱裝置溫控儀的電源，將感溫探頭插入油箱蓋孔內(nèi)，將溫控選擇盤旋至需要控制的溫度。此時(shí)，油箱加熱后的電路自動(dòng)接通，開始加熱油（具體使用參考溫控儀說明書）。 2＞首先裝好測電機(jī)及封閉扭矩兩傳感器的電池（積層電池9伏），接同扭矩轉(zhuǎn)換儀（頻率計(jì)）電源及接好訊號(hào)接受儀與儀器兩組連線。訊號(hào)接受器與傳感器距離20mm。然后觀察數(shù)字頻率計(jì)的讀書看是否為零點(diǎn)的頻率值（扭矩與頻率的標(biāo)定值見附表），如果不是，可松開相應(yīng)的有機(jī)玻璃套后端鋼套上的緊固螺釘（見附表），緩慢反復(fù)旋動(dòng)有機(jī)玻璃套后，使頻率讀書為零點(diǎn)的值。調(diào)好后，再將緊固螺釘旋緊（一般誤差在300HZ以下即可）。由于其及電器元件參數(shù)變化，可能調(diào)不到適合的零點(diǎn)值。此時(shí)，可將訊號(hào)接受器與傳感器距離前后移動(dòng)，以調(diào)整零點(diǎn)。 3＞當(dāng)油溫升至預(yù)定值后，起動(dòng)油泵，向齒輪箱送油。待油溫穩(wěn)定后，即可緩慢啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)使試驗(yàn)臺(tái)緩慢升速（切忌啟動(dòng)時(shí)使試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)扭矩測扭裝置受到明顯的沖擊載荷，以免損壞測扭傳感器的元件和影響測量的精確性），轉(zhuǎn)速到預(yù)定值時(shí)（最高轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分），即可按預(yù)定程序進(jìn)行試驗(yàn)。 注：無恒溫潤滑裝置的試驗(yàn)臺(tái)不進(jìn)行1＞、3＞兩步。 4＞用專用的勾扳手旋動(dòng)加載器螺旋加載。其方向可根據(jù)試驗(yàn)要求確定。加載值可由扭矩轉(zhuǎn)換儀（頻率計(jì)）顯示頻率，由頻率查曲線，可得相應(yīng)扭矩。如為預(yù)定載荷，則可預(yù)先根據(jù)扭矩查出相應(yīng)的頻率值，然后加到該值即可。在次同時(shí)，電機(jī)的扭矩由轉(zhuǎn)換儀的另一組數(shù)字顯示。 2． 其他說明 1＞ 作一般教學(xué)試驗(yàn)求效率，可認(rèn)為兩齒輪箱效率相等，用下式求效率（）是足夠精確的。 T封——封閉扭矩 T電——電機(jī)扭矩 總——總效率 兩齒輪箱的材料或工藝等條件不同時(shí)，可先用次法求得陪試齒輪箱的效率（陪），再更換被試齒輪測效率，則 2＞ 作強(qiáng)度或壽命試驗(yàn)時(shí)，由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長，為了防止由于振動(dòng)等原應(yīng)引起加載器螺旋松動(dòng)而使載荷下降，應(yīng)用專用的內(nèi)六角扳手，擰緊加載螺旋端的內(nèi)六角螺釘使螺旋與螺母鎖緊。 3＞ 用戶可根據(jù)附表的數(shù)據(jù)繪制成電機(jī)扭矩——頻率曲線與封閉扭矩——頻率曲線。 1． 4、齒輪的拆裝： 在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，常需要拆裝齒輪，拆裝的步驟如下： 1． 拆去側(cè)蓋螺釘，并取下側(cè)蓋。 2． 松開軸上圓螺母的防松螺釘，并旋緊螺母。 3． 取出壓在齒輪端凹坑內(nèi)的兩個(gè)半圓塊。 4． 拆去觀察孔有機(jī)玻璃蓋板，從蓋孔可插入銅棒撥松齒輪，即可將齒輪從軸上退出。 5． 裝上要換入的齒輪裝兩半圓塊及旋緊圓螺母，擰緊防松螺釘，蓋上才側(cè)蓋，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 1．5.測扭傳感器使用說明及其標(biāo)定： 本機(jī)專用的電容傳感器，多采用片式電容，制造及裝配要求較高，請(qǐng)勿拆卸。如發(fā)現(xiàn)異常情況可作以下檢查： 1． 電池電壓一般在7.5V以下須更換。 2． 取出電容傳感器內(nèi)的振蕩器線路板，檢查是否有零件損壞及斷線。 3． 檢查接受器是否斷線。 傳感器一般在使用兩年后，可連同鋼板以及扭矩頻率對(duì)照表，一并寄回我校，重新標(biāo)定。 此類傳感器，我們雖經(jīng)上十次該進(jìn)，但設(shè)計(jì)及制作經(jīng)驗(yàn)尚不足，請(qǐng)同志們?cè)谑褂弥邢蛭覀兎从硶r(shí)候情況和意見，不勝感謝。 1． 6、配套儀器： 2． 本實(shí)驗(yàn)機(jī)配用的溫度控制器（WMZK——01型）系上海醫(yī)用儀表廠生產(chǎn)。配以CJ10系列交流接觸器，電壓220V（恒溫箱內(nèi)電熱管電源為220V） 3． 本試驗(yàn)機(jī)配用的扭矩轉(zhuǎn)換儀（頻率計(jì)）與可控硅無級(jí)調(diào)速器均為我們推薦及代運(yùn)。 以上設(shè)備如發(fā)生故障請(qǐng)直接與生產(chǎn)單位聯(lián)系。 第二章、多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) 2．1．齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、選定齒輪的類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) （1）根據(jù)所設(shè)計(jì)傳動(dòng)的方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 （2）此齒輪箱為一般工作機(jī)器，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）。 （3）材料選擇。因?yàn)閮蓚€(gè)齒輪都設(shè)計(jì)成完全一樣的一對(duì)齒輪，所以都選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS。 （4）選擇兩個(gè)齒輪的齒數(shù)Z1=Z2=70個(gè)。 （5）選取螺旋角。初選螺旋角β=140。 2、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度來設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式得： d1t= （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ①選擇載荷系數(shù)Kt。 由原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，根據(jù)載荷的情況、齒輪的精度、結(jié)構(gòu)、位置，取Kt=1.2。 ②齒輪的轉(zhuǎn)矩T T1=T2=T=400, (最大封閉功率) ③選擇齒寬系數(shù) 由于齒輪為軟齒面和齒輪在兩軸承間為對(duì)稱布置，所以取=1 ④確定許用接觸應(yīng)力 由?機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)?查得： 550 MPa []1=[]2=540 MPa (取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1) ⑤選取材料的彈性影響系數(shù)ZE ZE=189.8 MPa0.5 （由?機(jī)械設(shè)計(jì)?表10-6查得） ⑥選取區(qū)域系數(shù)ZH ZH=2.42 （由?機(jī)械設(shè)計(jì)?表10-30查得） ⑦ 故 （2）計(jì)算 ①試計(jì)算齒輪的分度圓直徑d1t d1t= = =92.76mm ②計(jì)算圓周速度V0 V0== =4.85m/s ③計(jì)算載荷系數(shù)K 已知使用系數(shù)KA=1,根據(jù)V=4.85m/s，7級(jí)精度，由?機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?查得： =1.11 =1.22 =1.35 ==1.3 K==11.111.31.22=1.76 ④按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算出的分度圓直徑d 95 mm 取d1=95 mm ⑤計(jì)算模數(shù) 故取=2.5 mm 3、校核齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 （1）確定齒輪的彎曲應(yīng)力 ①由?機(jī)械設(shè)計(jì)?圖10-20C查得： 齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 ②由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) =0.88 =0.88 ③計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.2 MPa （2）計(jì)算齒輪的彎曲應(yīng)力 ①查取齒形系數(shù)。由?機(jī)械設(shè)計(jì)?表10-5查得： ②查取應(yīng)力校正系數(shù)。由?機(jī)械設(shè)計(jì)?表10-5查得: ③計(jì)算載荷系數(shù)K 11.1211.35=1.512 ④計(jì)算齒輪的彎曲應(yīng)力為： MPa =268.9 MPa<278.66 MPa 故齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度足夠、滿足要求。 4、齒輪的幾何尺寸計(jì)算 齒頂高 2.5（1+0）=2.5 齒根高 （1+0.25）2.5=3.125 齒頂圓直徑 190+22.5=195 齒根圓直徑 190-23.125=183.75 齒全高 5.625 齒寬 B=60 齒厚 5、齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪的結(jié)構(gòu)采用鍛造毛坯的腹板式結(jié)構(gòu)，具體有關(guān)尺寸計(jì)算如下： 軸孔直徑 d=55mm 輪轂直徑 D1=1.6~1.7d=90mm 輪轂的長度 L=60mm 輪緣厚度 (3~4)mn=(7.5~10)mm 取10mm 輪緣內(nèi)徑 D2=da-2h-2=195-25.625-20=163.75mm 取D2=160mm 腹板的厚度 c=0.3B2=0.360=18mm 腹板中心孔直徑 D0=0.5(D2+D1)=0.5(160+90)=125mm 腹板孔直徑 d0=0.25(D2-D1)=0.25(160-90)=17.5mm 取d0=18mm 齒輪倒角 n=0.5mn=0.52.5=1.25mm 取n=1.5mm 齒輪的具體工作圖見齒輪的零件圖（附）。 2、2、輸出軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 1、求出軸上的功率P、轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T (1)已知傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n=1000r/min (2)軸的轉(zhuǎn)矩T=400Nm (最大封閉功率) 2、求作用在齒輪上的力 已知兩個(gè)齒輪的分度圓直徑為 d=mz=3×70=210mm 圓周力Ft、徑向力Fr及軸向力Fa的方向如圖所示。 3、選擇材料、確定許用應(yīng)力 (1)選取軸的材料為45號(hào)崗，調(diào)質(zhì)處理。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表15-1查得材料強(qiáng)度極限，對(duì)稱循環(huán)狀態(tài)下許用應(yīng)力[]=60MPa 。 (2)估算軸的最小直徑 (A0=110，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表15-3查得) 考慮到鍵槽的影響，必須乘上一個(gè)系數(shù)K， 查直徑系列取標(biāo)準(zhǔn)直徑d=40mm 4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)根據(jù)軸上零件的定位、拆裝方便的需要，同時(shí)考慮到強(qiáng)度的原則，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸均設(shè)計(jì)成階梯軸，如下圖所示： (2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 ①為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故?、?Ⅱ軸段的直徑，；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=50mm。 半聯(lián)軸器與軸配合的輪轂長度L1=45mm,為了保證軸端擋圈只壓在聯(lián)軸器上而不壓在軸的斷面上，故Ⅰ-Ⅱ軸段的長度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取44mm。 ②初步選定滾動(dòng)軸承。因?yàn)檩S承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，而且軸向力有Fa=1050N，故可以選擇 圓錐滾子軸承和角接觸的球軸承，同時(shí)也考慮到兩者的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和角接觸球軸承也能夠完全滿足要求，因此選擇角接觸的求軸承。參照工作要求，選擇0組基本游隙、標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的求軸承7210C，其尺寸為 故 ③取安裝齒輪處的軸段Ⅴ-Ⅵ的直徑，齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為60mm，為了使套筒端面可靠地要壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短與輪轂的寬度，故取。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩的高度，則軸環(huán)處的直徑，軸環(huán)的寬度為10 mm。 ④軸承端蓋的總寬度為30 mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的拆裝及便于對(duì)軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離，故取。 ⑤取齒輪距箱體內(nèi)壁之間的距離為10 mm，角接觸球軸承距箱體內(nèi)壁的距離17 mm，故取。 至此，基本上已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長度。 (3)軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按由表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長度為50 mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為。同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選擇軸的直徑尺寸公差為k6。 (3)參考表15-2，取軸端倒角為2-450,各軸肩處的圓角半徑具體見軸的零件圖。 5、校核軸的強(qiáng)度 (1)受力分析（如下圖） 軸上的扭矩： T=400Nm 圓柱斜齒輪 圓周力 徑向力 垂直面支反力 水平面支反力 (因?yàn)閮蓚€(gè)軸承與齒輪成對(duì)稱布置，所以各支反力等于徑向力和切向力的一半) (2)求危險(xiǎn)截面的彎矩，并繪制彎矩圖 垂直面 水平面 (3)合成彎矩 (4)扭矩 (5)當(dāng)量彎矩 （脈動(dòng)扭矩，長啟動(dòng)停車，取折合系數(shù)） (6)強(qiáng)度校核 考慮到鍵槽的影響，，所以原設(shè)計(jì)強(qiáng)度足夠，安全。軸的受力分析圖如下頁： 2、3、輸入軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 1、求出軸上的功率P、轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T (1)已知傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n=1000r/min (2)軸的轉(zhuǎn)矩T=400Nm (最大封閉功率) 2、求作用在齒輪上的力 已知兩個(gè)齒輪的分度圓直徑為 d=mz=2.538=190mm 圓周力Ft、徑向力Fr及軸向力Fa的方向如圖所示。 3、選擇材料、確定許用應(yīng)力 (1)選取軸的材料為45號(hào)崗，調(diào)質(zhì)處理。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表15-1查得材料強(qiáng)度極限，對(duì)稱循環(huán)狀態(tài)下許用應(yīng)力[]=60MPa 。 (2)估算軸的最小直徑 (A0=110，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表15-3查得) 考慮到鍵槽的影響，必須乘上一個(gè)系數(shù)K， 查直徑系列取標(biāo)準(zhǔn)直徑d=40mm 4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （設(shè)計(jì)的方法與原則同輸出軸） (1)確定各軸段的直徑 ①段: ，根據(jù)最小的軸徑來估算。 ②段: ，根據(jù)油封標(biāo)準(zhǔn)。 ③段: ，與軸承（角接觸球軸承7210C）配合。 ④段: ，大于，減少加工面。 ⑤段: ，大于，安裝齒輪處的尺寸盡量圓整。 ⑥段: ，軸肩，。 ⑦段: ，與第三段相同，與軸承配合。 ⑧段: ，與第二段相同，根據(jù)油封標(biāo)準(zhǔn)選擇。 ⑨段: ，與第一段相同，與聯(lián)軸器相連，根據(jù)最小的軸徑來估算。 ⑵確定箱體的內(nèi)寬 由于箱體內(nèi)有齒輪的旋轉(zhuǎn)，兩側(cè)應(yīng)留有的間隙；考慮到鑄造的不精確，要將箱體內(nèi)寬圓整到整數(shù)。因?yàn)辇X輪寬度，故箱體的內(nèi)寬度W ⑶確定各軸段的長度 ①段: ，根據(jù)聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)來選擇。 ②段: ，外露尺寸，軸承端蓋的長度。 ③段: ，軸承的寬度為，套筒伸出軸肩一點(diǎn)點(diǎn)。 ④段: ，軸承距左端箱體內(nèi)壁，齒輪距箱體壁。 ⑤段: ，小于輪轂，便于定位可靠。 ⑥段: ，軸環(huán)的長度。 ⑦段: ，（套筒的軸承寬度） ⑧段: ，與第二段軸的長度相同，外露尺寸，軸承端蓋的長度。 ⑨段: ，與第一段軸相同，根據(jù)聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)來選擇。 總軸長L： ⑷各支撐點(diǎn)的間距 軸承間距 各段軸的直徑、長度確定后，即軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)基本完成。但是最終能不能用還必須校核其危險(xiǎn)截面。主要是根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸，按彎扭組合來校核軸的強(qiáng)度。 5、校核軸的強(qiáng)度 (1)受力分析（如下圖） 軸上的扭矩： T=400Nm 圓柱斜齒輪 圓周力 徑向力 垂直面支反力 水平面支反力 (因?yàn)閮蓚€(gè)軸承與齒輪成對(duì)稱布置，所以各支反力等于徑向力和切向力的一半) (2)求危險(xiǎn)截面的彎矩，并繪制彎矩圖 垂直面 水平面 (3)合成彎矩 (4)扭矩 (5)當(dāng)量彎矩 （脈動(dòng)扭矩，長啟動(dòng)停車，取折合系數(shù)） (6)強(qiáng)度校核 考慮到鍵槽的影響，，所以原設(shè)計(jì)強(qiáng)度足夠，安全。軸的受力分析圖如下頁： 2、4、滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算 考慮到軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，而且軸向力有Fa=1050N，故可以選擇圓錐滾子軸承和深溝球軸承，同時(shí)也考慮到兩者的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和深溝球軸承也能夠完全滿足要求，因此選擇角接觸的求軸承。參照工作要求，選擇（0）2尺寸系列組基本游隙、標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的深溝球軸承6208，其尺寸為 查滾動(dòng)軸承樣本可知深溝球軸承6208的基本額定動(dòng)載荷，基本額定靜載荷。軸承的的受力分析圖如下： (1)求兩軸承受到的徑向力 因?yàn)橐阎X輪所受的徑向力，又因?yàn)閮蓚€(gè)軸承與齒輪成對(duì)稱布置，所以。 (2)求兩軸承的計(jì)算軸向力和 對(duì)于7210AC型軸承，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表13-7，軸向派生力，其中，為表13-5中的判斷系數(shù)，其值。 根據(jù)上面的受力圖，可知 ① 軸承被放松： 因此， ②軸承被壓緊： 所以， 又因?yàn)? ； 所以兩軸承的當(dāng)量載荷為和 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表13-5可知， ，； ，； 所以， 因?yàn)?，所以按軸承2的疲勞壽命來計(jì)算 年（壽命足夠） 2、5、鍵的選擇及其校核 1、齒輪輪轂與軸相連接的鍵 (1)選擇鍵的連接類型和尺寸 一般8級(jí)以上精度的齒輪有定心精度的要求，應(yīng)選用平鍵連接。又由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據(jù)從《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表6-1查得鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由于輪轂寬度，并參考鍵的長度系列，取鍵長（比輪轂的寬度略小一些） (2)校核鍵的強(qiáng)度 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值，。鍵的工作長度，鍵與輪轂的接觸高度。由式（6-1）可得 （強(qiáng)度足夠） 鍵的標(biāo)記為： 2、聯(lián)軸器輪轂與軸相連接的鍵 (1)選擇鍵的連接類型和尺寸 一般8級(jí)以上精度的聯(lián)軸器傳動(dòng)有定心精度的要求，應(yīng)選用平鍵連接。又由于鍵的位置的設(shè)計(jì)不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據(jù)從《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表6-1查得鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由于聯(lián)軸器輪轂寬度，并參考鍵的長度系列，取鍵長（比聯(lián)軸器輪轂的寬度略小一些） (2)校核鍵的強(qiáng)度 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值，。鍵的工作長度，鍵與輪轂的接觸高度。由式（6-1）可得 （強(qiáng)度不夠） 可見連接的擠壓強(qiáng)度不夠?？紤]到相差較大，因此改用雙鍵，相隔180度布置。雙鍵的工作長度，由式（6-1）可得 <（強(qiáng)度不夠） 鍵的標(biāo)記為： 2、6、聯(lián)軸器的選擇 由于齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的載荷平穩(wěn)，速度也不怎么高，并且無特殊的要求，考慮到拆裝方便及經(jīng)濟(jì)性的問題，選用凸緣聯(lián)軸器。 取K=1.3， 因?yàn)門=400Nm 所以 選用GY5型凸緣聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩，。 采用Y型軸孔，A型鍵。 型彈性柱銷式聯(lián)軸器的有關(guān)參數(shù)如下表： 型 號(hào) 公稱 轉(zhuǎn)矩 許用轉(zhuǎn)數(shù) 軸孔直徑 軸孔長度 外徑 材 料 軸孔 類型 鍵槽 類型 GY5 630 8000 32 82 120 45 Y BI GY5 630 8000 38 82 120 45 Y BI GY5 630 8000 42 112 120 45 Y BI 2．7、鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 已知電動(dòng)機(jī)的額定功率為4KW，主動(dòng)鏈鏈輪的轉(zhuǎn)速為n1=20r/min,傳動(dòng)比為i=2，載荷平穩(wěn)，中心線水平布置。 1． 選擇鏈輪齒數(shù) 取小鏈輪齒數(shù)z1=19,大鏈輪齒數(shù)為z2=i×z1=2×19=38 2.確定計(jì)算功率 有表9-7查得KA=1.3,由表9-13查得KZ=1，三排鏈，則計(jì)算功率為 =2.08KW 3選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距 根據(jù)Pca=2.08及n1=20r/min查圖9-11，可選10A。查表9-1，鏈條節(jié)距為p=15.875mm。 4．計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距 初選中心距a0=（30～50）×15.875mm=476.25～793.75mm 。取a0=476mm 。相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為 Lp0= =69.3取鏈長節(jié)數(shù)Lp=69節(jié) 查表9-8得到中心距計(jì)算系數(shù) f1=0.24708,則鏈傳動(dòng)的最大中心距為 a=f1p【2Lp-（z1+z2）】=0.24708×15.875×【2×69-（19+38）】=478 5.計(jì)算鏈速v,確定潤滑方式 V==m/s=5.027m/s .由v=5.027m/s和鏈號(hào)10A，查表9-14可知應(yīng)采用油池潤滑或油盤飛濺潤滑 6．計(jì)算壓軸力Fp 有效圓周力為：Fe=1000=1000×=795.7N 鏈輪的鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料 小鏈輪的設(shè)計(jì) 小鏈輪采用剛制小鏈輪,材料選用45鋼 分度圓直徑d===96.45 齒頂圓直徑==100.83 =96.45＋1.25×15.875－10.16=106.13 取da=105.7 齒根圓直徑=96.45-10.1686.29 齒高 =0.5×=2.8575 =0.625×15.875－0.5×10.16＋=5.510 確定的最大軸凸緣直徑 = =78.68 大鏈輪設(shè)計(jì) 選用腹板式多排鑄造鏈輪，材料采用普通灰鑄鐵。 分度圓直徑d===192 齒頂圓直徑da=202 齒根圓直徑=182 確定的最大軸凸緣直徑dg=175 鏈傳動(dòng)的受力分析 鏈傳動(dòng)在安裝時(shí)，應(yīng)使鏈條受到一定的張緊力。張緊力是通過使鏈 條保持適當(dāng)?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力來獲得的。鏈傳動(dòng)張緊的木土主要是使松 不至過松，以免出現(xiàn)鏈條的不正常齒合 跳齒或脫鏈。因?yàn)殒渹鲃?dòng) 為齒合傳動(dòng)，所以與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)所需的張緊力要小得多。 鏈傳動(dòng)在工作時(shí)，存在緊邊拉力和松邊拉力。如果不計(jì)傳動(dòng)中的載 荷，則緊邊拉力和松邊拉力分別為 式中；——有效圓周力，N ——離心力引起的拉力，N ——懸垂拉力，N 有效圓周力為 =795.7 N S式中：P——傳遞的功率，KW V——鏈速，m/s 離心力引起的拉力為 懸垂拉力為 其中： 式中：a——鏈傳動(dòng)的中心距，mm ——垂度系數(shù)，見圖9-9 2、8、軸承端蓋的設(shè)計(jì)及計(jì)算 軸承端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖如下： (1) 螺釘?shù)闹睆剑? 軸承的外徑 取 ， ，由結(jié)構(gòu)決定。 由密封圈的尺寸確定。 (2) （各參數(shù)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與上面的端蓋完全相同） 2、9、傳感器的選擇 選用新型先進(jìn)傳感器，量程500N/m轉(zhuǎn)距，圖如下 總結(jié) 通過兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺得我對(duì)專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用以及CAD 繪圖能力都得到了很大的提升。雖然兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)是相當(dāng)辛苦的，但我 認(rèn)為這小小的辛苦是值得的，并且是相當(dāng)有意義的。 本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)湘潭大學(xué)的齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，由于本 試驗(yàn)臺(tái)為封閉功率流式，用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，能在運(yùn)行中進(jìn)行雙向 加載，可同時(shí)進(jìn)行封閉扭矩與電機(jī)扭矩的測量及顯示，所以設(shè)計(jì)中 涉及到設(shè)計(jì)合適的齒輪，選用新型的扭距傳感器。我選用的設(shè)計(jì)題 目是多功能齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與CAD，需要新加一個(gè)鏈傳動(dòng)。設(shè)計(jì) 要求不僅能測試原先的齒輪的效率 、功率 以及壽命，還要求能對(duì) 鏈傳動(dòng)的效率、 壽命進(jìn)行測試。 設(shè)計(jì)題目分下來后，我經(jīng)過了前期查閱治療、現(xiàn)場測繪，然后就是構(gòu)思 設(shè)計(jì)方案，隨后通過設(shè)計(jì)計(jì)算繪制了裝配圖和零件圖，最后整理說明書 翻譯外文完成了設(shè)計(jì)。整個(gè)過程歷時(shí)兩個(gè)多月，我雖然感受到個(gè)人獨(dú)立 設(shè)計(jì)的艱苦性，但是更多的是通過設(shè)計(jì)鞏固的專業(yè)知識(shí)和提高了實(shí)際 設(shè)計(jì)的能力，其結(jié)果是令人欣慰的，成果是另人驚喜的！ 設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)了眾多問題，我發(fā)現(xiàn)自身的不足，通但是過與同組 同學(xué)交流以及梁老師的知道使的自身能力不斷的提升，這為我以 后出社會(huì)工作積累了相當(dāng)大的財(cái)富。 感謝老師提供里這樣寶貴的機(jī)會(huì)，這將是我走向社會(huì)邁出的重要 一步。感謝指導(dǎo)老師梁教授的辛苦指導(dǎo)以及同組同學(xué)的幫助。 廖爭洪. 2008.5 參考文獻(xiàn) [1]吳宗澤,羅圣國.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京：高等教育出版社，2006. 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