機械基礎課程設計

1、課程設計實訓報告課程名稱： 機械基礎 設計題目： 齒輪傳動的設計 系 別： 機電工程系 專業(yè)班級： 機電應用2班 學生姓名： 魏巖 學 號： 0208110222 指導老師： 隋冬杰 設計時間： 2012年12月 河南質量工程職業(yè)學院河南質量工程職業(yè)學院機械基礎課程設計任務書班級09機電3班學生姓名 邢志遠指導教師魏波課程設計題目齒輪傳動的設計主要設計內容1、設計計算主動輪、從動輪結構及尺寸。2、繪制主動輪圖并標注主要尺寸及參數(shù)。3、設計計算主動輪軸鍵聯(lián)接。主要技術指標和設計要求1設計指標 齒輪的傳遞功率為20kw，低速軸轉速為200r/min，傳動比為i=3.5； 單向傳動，一天工作20小時

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。輸送機是一般工作機械，考慮次對齒輪的傳遞的功率不大，速度不高，故大小齒輪都選用8級精度。要求齒輪面粗糙度Ra1.63.2um.2設計要求 畫出齒輪的結構設計圖； 齒輪的主要參數(shù)； 校核齒輪的強度； 軸的結構設計于計算；主要參考資料及文獻1張曉坤.隋曉朋.Autocad中文版實用教程.北京：北京經濟日報出版社，2008.92徐錦康.機械設計.北京：高等教育出版社,2008.33唐金松.簡明機械設計手冊（第二版）.上海：上?？茖W技術出版社，2000.54黃祖德.機械設計.北京：北京理工大學出版社，2007.95 岳優(yōu)蘭

3、，馬文鎖.機械設計基礎.開封：河南大學出版社，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設計和計算及說明32軸的設計82.1選擇軸的材料82.2軸的最小直徑的估算：82.3軸的結構設計82.4軸的結構工藝性92.5提高軸疲勞強度的結構措施113小結134參考文獻131 方案的選擇與確定根據任務要求，選擇齒輪傳動設計，設計帶式輸送機的一級直齒圓柱齒輪減速器中的齒輪傳動，該減速器由電動機驅動，齒輪傳遞的功率為20 KW，低速軸轉速n2=200r/min，傳動比i = 3.5，單向傳動，長期使用，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對于軟齒面

4、的閉式傳動，在滿足彎曲疲勞強度的條件下，宜采用較多齒數(shù)，一般取Z1 =2040。因為當中心距確定后，齒數(shù)多，則重合度大，可提高傳動的平穩(wěn)性。對于硬齒面的閉式傳動，首先應具有足夠大的模數(shù)以保持齒根彎曲強度，為減小傳動尺寸，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)影響齒輪的抗彎強度，一般在滿足齒輪彎曲疲勞強度的條件下，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。為便于裝配和調整，常將小齒輪寬加大5

5、10 mm ，但設計計算時按大齒輪齒寬計算。1.2設計和計算及說明1.2.1.選擇齒輪精度等級。表1.1齒輪傳動常用精度等級及其應用精度 等級圓周速度v/m·s-1應 用 舉 例直齒圓柱斜齒圓柱直齒錐齒輪615309要求運轉精確或在高速重載下工作的齒輪傳動；精密儀器和飛機、汽車、機床中重要齒輪710206一般機械中的重要齒輪；標準系列減速器齒輪；飛機、汽車和機床中的齒輪8593一般機械中的重要齒輪；飛機、汽車和機床中的不重要齒輪；紡織機械中的齒輪；農業(yè)機械中的重要齒輪9362.5工作要求不高的齒輪；農業(yè)機械中的齒輪由表1.1可知精度等級可選八級。1.2.2.選材與熱處理該齒輪傳動無特

6、殊要求，為制造方便采用軟齒面，大小齒輪均用45號鋼，小齒輪調質處理，齒面硬度：229286HBS,大齒輪正火處理，齒面硬度:169217HBS.1.2.3按齒面接觸疲勞強度設計該傳動為閉式軟齒面，主要失效形式為疲勞點蝕，故按齒面解除疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。設計公式： 查表1.2 表1.2載荷系數(shù)k原動機工作機的載荷特性均勻、輕微沖擊中等沖擊大沖擊電動機多缸內燃機單缸內燃機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轉矩T

7、1=9.55x106x p1/n1=9.55x106x20/700=272857.1N.mm 3接觸疲勞許用應力 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小時工作；25年則應力循環(huán)次數(shù)N1=60njln=60x700x1x20x300x25=6.3x109N2=N1/i=1.8x 109接觸疲勞強度壽命系數(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接觸疲勞強度壽命系數(shù)4計算小齒輪分度圓直徑d1查表1.4按齒輪相對軸承對稱布置取d=1.04 ZH=2.5表1.4齒寬系數(shù)d=bd齒相對軸承位置齒 面 硬 度350HBS350HBS對稱布置0.81.40.40.9非對稱布置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因為材料為45號鋼，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漸開線標準直齒圓柱齒輪幾何尺寸公式表注：式中上面的符號用于外齒輪或外嚙合傳動，下面的符號用于內齒輪或內嚙合傳動。（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 (正好是標準模數(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.校核彎曲疲勞強度表1.7齒形系數(shù)YFa及應力校正系數(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）基準齒形的參數(shù)為=20°、=0.38m(m為齒輪模數(shù))；2）對內齒輪：當=20&#

11、176;、=0.15m時，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. 結構設計 漸開線齒輪有五個基本參數(shù) 名稱符號意義標準化數(shù)值齒數(shù)(teeth number)  Z在齒輪整個圓周上輪齒的總數(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。我國規(guī)定標準化模數(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)我國規(guī)定標準化壓力角為20度齒頂高系數(shù)齒頂高計算系數(shù):我國規(guī)定標準化齒頂高系數(shù)為1頂隙系數(shù)頂隙(clearance)計算系數(shù)我國規(guī)定標準化頂隙系數(shù)為0.25da=d+2ha=90+9=99 mmdf=d+2df=d-2x1.25m=90-11.25=78.75 mm2軸的設計2.1選擇軸的材料該軸沒有特殊的要求，因而選用調質處理的45號鋼，可以查的其強度極限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由機械制圖手冊查得 公稱直徑d公稱尺寸b×h長度L384412×8281402.3軸的結構設計根據齒輪減速器的簡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行軸的結構設計。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準中查得），故左端軸承與齒輪間設置兩個軸肩。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。根據設計

15、手冊，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；滾動軸承內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度軸長：取決于軸上零件得寬度及他們得相對位置。具體工作時，需要注意以下幾個問題：1）軸上與零件向配合的直徑應取成標準值，非配合軸段允許為非標準值，但最好取為整數(shù)。2）與滾動軸承相配合的直徑，必須符合滾動軸承的內徑標準。3）安裝聯(lián)軸器的軸徑應與聯(lián)軸器的孔徑范圍相適應。4）軸上的螺紋直徑應符合標準。5）軸上與零件相配合部分的軸段長度，應比輪轂長度略短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，應該考慮零件的滑移距離。7）軸上各零件之間應該留有適當?shù)拈g隙，以防止運轉時相碰。2.4軸的結構工藝性軸的形狀，從滿足強度和節(jié)省材料考慮，最好是等強度的拋物線回轉體。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度，而且便于加工和軸上零件的定位和拆裝，所以實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，應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，應該留有砂輪越程槽，以便磨削時砂輪可以磨削到軸肩的端部；需要切制螺紋的軸段，應留有退刀槽，以保證螺紋牙均能達到與其期的高度（如圖）。圖2.3為了便于加工和檢驗，軸的直徑應取為圓整值；與滾動軸承相配合的軸頸直徑應符合滾動軸承內徑標準；有螺紋的軸段直徑應符合螺紋標準直徑。為了便于裝配，軸端應加工出倒角（一般為45º），以免裝配時把軸上零件的孔壁擦傷（如圖）；過盈配合零件的裝入端應加工出導向錐面（如圖），以便零件能順利地壓入。圖2.4制造工藝性往往是評價設計優(yōu)劣的一個重要方面，為了便于制造

18、、降低成本，一根軸上的具體結構都必須認真考慮。如圖2.4所示軸結構：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、倒角應盡可量相同；同一軸上的幾個鍵槽應開在同一母線上（圖b中的）；螺紋前導段（圖a中的）直徑應該小于螺紋小徑；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度；軸上各段的精度和表面粗糙度不同。2.5提高軸疲勞強度的結構措施軸的基本形狀確定之后，換需要按照工藝的要求，對軸的結構細節(jié)進行合理設計，從而提高軸的加工和裝配工藝性，改善軸的疲勞強度。2.5.1減小應力集中軸上的應力集中會嚴重削弱軸的疲勞強度，因此軸的結構應盡量避免和減小應力集

19、中。為了減小應力集中，應該在軸剖面發(fā)生突變的地方制成適當?shù)倪^渡圓角；由于軸肩定位面要與零件接觸，加大圓角半徑經常受到限制，這時可以采用凹切圓角或肩環(huán)結構等。常見的減小應力集中的方法如表2.2所示。2.5.2改善軸的表面質量表面粗糙度對軸的疲勞強度也有顯著的影響。實踐表明，疲勞裂紋常發(fā)生在表面粗糙的部位。設計時應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該忽視。采用輾壓、噴丸、滲碳淬火、氮化、高頻淬火等表面強化的方法可以顯著提高軸的疲勞強度。表2.2減小應力集中的方法2.5.3改善軸的受力情況改進軸上零件的結構，減小軸上載荷或改善其應力特征，也可以提高軸的強度和剛度，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，從而提高軸的強度和剛度。把轉動的心軸（圖a）改成不轉的心軸（圖b），可使軸不承受交變應力的作用。圖2.53小結通過這次對直齒圓柱齒輪的設計，讓我知道了工程設計的重要性與設計時應考慮多方面因素，也讓我了解了關于設計直齒圓柱齒輪的關鍵因素，設計齒輪傳動時，各個齒輪的硬度要達到一定的強度才可以滿足使用要求。但是最后的成品卻不一定與設計時完全一樣，因為，再實際生產設計中存在著各種各樣的條件制約。而且，在現(xiàn)實設計中存在著各種各樣的誤差。所以，在