五自由度自动多功能实验台的结构设计说明书【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 学 毕 业 设 计（ 论 文 ） 题目 五自由度自动多功能实验台的结构设计 作者 学院 专业 学号 指导教师 2015 年 5 月 25 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）任务书 机电工程 院 机械设计制造及其自动化 系（教研室） 系（教研室）主任 : （签名） 2015 年 3 月 9 日 学生姓名 : 胡 佳 学号 : 1103010125 专业 : 机械设计制造及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： 五自由度自动多功能实验台的结构设计 2 学生设计（论文）时间：自 2015 年 3 月 9 日开始至 2015 年 5 月 22 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： 毕业实习、上一学期所搜集的资料； 相关教材及、工艺手册，熟悉五自由度自动多功能实验台的功 能； 要求熟练使用 绘图软件。 4 设计（论文）应完成的主要内容： 根据实验要求设计自由度小型实验台，并编写典型零件的数控加工程序 往多自由度小型实验的的研究用途、特点及设计目标等介绍； 本多自由度小型实验的工作原理方案选择设计说明； 实验台的总体结构与布局的设计说明； 4 本实验台的具重要零部件结构与参数设计计算说明； 5 装配图及主要零部件的零件图。 6 编写设计说明书一份。 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： 零件图、装配图（ 或 成），折合 1 号图 5 张； 编写的设计说明书不少于 40 页 ； 典型零件的数控加工程序； 课题相关论文的翻译（英译中，不少于 3000 字）一篇。 6 发题时间： 2015 年 1 月 10 日 指导教师： 龙东平 （签名） 学 生： （签名） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）指导人评语 主要对学 生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价 指导人： （签名） 年 月 日 指导人评定成绩： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论 文）评阅人评语 主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价 评阅人： （签名） 年 月 日 评阅人评定成绩： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 学 毕业设 计（论文）答辩记录 日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文） 答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书 共 页 2 设计（论文）图 纸 共 页 3 指导人、评阅人评语 共 页 毕业设计（论文） 答辩委员会 评语： 主要 对学生毕业设计 （论文） 的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价 答辩委员会主任： （签名） 委员： （签名） （签名） （签名） （签名） 答辩成绩： 总评成绩 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 i 摘 要 本设计是为了方便学生对自由度有更清楚的了解，对于机械原理等基础课程有更深一步的认识。本设计是按照现代机械原理和结构理论，以提高设计思维能力、动手能力、创新能力为出发点，设计的一种自动多功能实验台。它具有五个自由度，其中，有两个转动自由度，三个移动自由度。在实验过程中，会为学生提供不同的齿轮、轴、轴承等相关零件，提高学生对自由度的理解，更好地学习和掌握自由度的知识重点，加深对其的理解，真正地做到学以致用。 关键字 ：实验台；齿轮；轴；轴承 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is to to a of of a of so is an in to to of It of of of of be of as in of to an in of to to in to 文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一章 绪论 1 概述 1 课题的意义 1 实验台发展趋势 2 第二章 实验台的方案拟定 4 对设计目标的分析 4 工作原理方案的选择 5 第 三 章 实验台的结构设计 9 X， Y 轴方向的转动机构设计 9 Z 轴方向的移动机构设计 12 X 轴方向的移动机构设计 15 轮齿条传动设计 15 的设计 23 轨设计 31 Y 轴方向的移动机构设计 35 第 四 章 结论 38 参考文献 39 致谢 40 附录 A:典型零件的数控加工程序 41 附录 B：五自由度实验台总 装配图 附录 C：五自由度实验台零件图 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 第一章 绪论 述 一切认识都来源于实践，特别是当今时代的高科技，大多数是通过实验得到的，相应实验设备的作用是无法替代的。教育工作者和科研工作者对于作为实验设备的集合体的实验台越来越重视。 实验台建设与学科建设具有辩证关系。中国科学院院士朱静就曾观点鲜明地阐述过这种关系。一个好的实验室显然是学科发展的一个关键，学科的建设必然推动了实验台的建设，实验台建设反过来又促进了学科的建设，一流的学科无疑需要一流的实验台，实验台的建设是学科的发展必然要求。 作为高等 教学的基础设施和科研的重要基地，实验室承担着重要任务，包括培养国家专业人才，培养学生实践能力以及实施科学教育、全面教育、创新教育。怎样将学生置于实验主体的位置上，充分发挥学生的主动性和挖掘学生的创造性，引导他们迈向自己的未知领域，这些都是至关重要的。而作为实验室里的主要设备，实验台扮演着至关重要的角色。 实验在教学过程中占有着相当一部分的比例，各类学校在各学科教学中使用的教学实验用的实验台是关键而且必不可少的学习设备。在教育深化改革过程中，教材改革作为伴随教育改革中最重要的部分，也增加了一些加强学生实际操作 实验能力的课程以及课堂实验教学的内容。随着产品的综合性及多功能化的日益加强，选择一种能够同时满足多种类型实验的实验台，也将逐渐成为一种趋势。 由此可知，为了确切地适应现代课程的需要，提供教师最佳的展示效果，使得教学质量得到提升，培养学生的实验兴趣，新型的自动多功能实验台必不可少。 题的意义 21 世纪社会对复合型人才的需求不仅要求专业知识扎实、知识面广，而且要求解决实际问题的能力强。在工程型、研究型大学的教学注重知识积累的同时，还要加强学生的思维能力、实践能力、开拓创新能力的培养。通过系统的教学训练 使学生掌握各种机械传动装置，构筑产品研发的工程思维，对工程问题综合分析和评估。丰富和巩固理论知识的同时，确立和强化了学生的工程回归意识，激发了学生的求知欲，体现了“以人为本”的教育理念。由此可见多功能实验台在当今的素质教育中有着重要的作用，因此开发出新型的多功能实验台具有重大的现实意义。 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 五自由度自动多功能实验台的基本设计要求是能够实现空间相对位置的变化，包括轴方向、 实验时，由于受到实验设备的约束，很多功能都只能单一实现，不仅使实验复杂化，而 且成本高。而五自由度自动多功能实验台能够在一定程度上解决上述问题。它能实现多个自由度的转换。五自由度自动多功能实验台在空间上不仅能够实现前后、左右、上下移动，而且能旋转运动。 五自由度自动多功能实验台是教师课堂教学的重要辅助平台，教师通过实验台这种媒介平台，以实验实践的方式将原先略显呆板乏味的科学理论知识生动形象地表述给学生，营造出新型的良好的课堂教育氛围，并且提升了教学质量。学生可以通过多功能实验台，将掌握到的科学理论知识与具体实践相结合，既提高了自我的实际动手操作能力，从而加强了巩固了理论知识，又提升了 学习兴趣，拓展了自身的视野。 本课题的研究目标是设计出一套安全稳定、经济高效、绿色环保的五自由度自动多功能实验台，进一步完善学校的硬件设施，提升教学实验的质量，为老师的教学工作带来便利，通过课堂的理论教学与实验实践让学生将理论与实践相结合，为今后成为高素质的人才打下基础。为了便于观察实验过程，实验台实验过程和实验数据的可视化是其发展的一个重要方向。 本设计的特色与创新之处在于： （ 1） 五自由度自动多功能实验台作为教学用具，用于演示空间机构的 5 个自由度。良好的交互性实验更有利于学生直观地观察和理解其概念，使教 师的指导与学生的独立思考步步紧扣，生动地把教与学融为一体。 （ 2） 丰富和巩固理论知识的同时，确立和强化了学生的工程思维，激发了学生的求知欲。 （ 3） 由于学科的交叉渗透性越来越强，实验台设计时充分考虑实验设备要为科研服务的思想，使多功能实验台不仅可做专业实验又可做相近专业的实验，大大满足了实验教学的需求，使实验台有了更广泛的适应性。 验台的发展趋势 最初的实验台只是多个实验仪器的简单的集合，计算机技术的出现使得实验台在集成性、可靠性方面有了质的发展，先进的自动多功能实验台大多是集计算机硬件、软件模块 和相关实验仪器为一体的综合实验装置，多功能实验台将会向数字化、智能化方向发展。 随着科学技术的进步和社会需求，其总的发展趋势可概括为以下几个方面： 1） 性能上，向高精度、高效率、智能化的方向发展。 2） 功能上，向小型化、轻型化、多功能化方向发展。小型化、轻型化是精细加工买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 技术发展的必然趋势，也是提高效率的需要。多功能化是自动化发展的要求和必然结果。 3） 层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。 目前我国高校中新型智能化多功能实验台正处于起步阶段，还需要借鉴国外的高科技，工业发达的国家已经将虚拟仪器技术广泛应用于电子、机械 等各个领域，进行工程技术工作和科学研究，虚拟实验和虚拟仪器技术代表了未来实验技术的发展方向。可见，科学技术的发展尤其是计算机技术的发展，增加了实验台实验的手段和方法。同时，科学技术的发展是以各学科的发展为基础的，学科的发展必然要有实验的保证。 我国经济的快速可持续发展，高效的硬件设施也在不断完善，实验台作为实验室的主要设备扮演着关键角色。科学技术的快速发展给各类多功能实验台的问世带来契机，数字化、智能化的新型多功能实验台的问世必将对我国高校的教育研究带来新气象，促使高校的教育研究事业迈向新的高度。 第二章 实验台的方案拟定 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 第三章 实验台的结构设计 ,采用轴为转动机构。 轴是组成机器的一个重要零件。它支承着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架联接。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 一切作回转运动的传动零件都必须安装在轴上才能进行运动和动力的传递。所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基准的组合件 轴系部件。因此，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系零、部件的整个结构密切联系起来。 轴的设计计算 1、根据机械传动方案的整体布局，拟定轴上零件的布置和装配方案。 确定轴上的功率、转速、转矩 设定小手轮输入功率 P=速 n=100r/ 则转矩 T=95500009550N/ 2、选择轴的合适材料 轴的材料种类很多，根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造 工艺问题，选取轴的材料为 45 钢，调质处理。 3、初步确定轴的最小直径 根据 d 30333 50 0 0 50 0 0 0 初步估算轴的最小直径，式中 30 。 根据表 10，于是得 0 103 1 表 常用几种材料的 T及 轴的材料 0 35（ 1 45 403583T/525 2035 2545 3555 49126 135112 126103 11297 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 4、 进行轴系零、部件的结构设计 轴的结构取决于受载情况，轴上零件的布置和固定方式，轴承的类型和尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺及安装、运输条件等。轴的结构应是尽量减小应力集中，受力合理，有良好工 艺性，并使轴上零件定位可靠，装拆方便。一般情况下，为了保证零件在轴上具有固定的工作位置，需从轴向和周向加以固定。 初步选择滑动轴承。由轴承目录产品中初步选取 带挡边的铜合金整体轴套式滑动轴承， 其尺寸为内径 d=12便于轴承的装配，取装轴承处的轴的直径为 12余尺寸为 D=182度 e=3 轴与小手轮用圆锥销定位与连接，因此，距离轴左端 11应有一锥销孔，公称直径为 d=4 为了对轴进行周向定位，轴上应制出一定位轴肩，轴肩距轴左端 35肩宽度为 3径为 23 轴的尺寸见图 图 的尺寸 5、确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表 轴端倒角为 5，轴肩处的圆角半径为 表 件倒角 C 与圆角半径 (单位： 直径 d 610 1018 1830 3050 5080 80120 C 或 R 、 进行强度计算 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于仅仅 或主要承受扭矩的轴即传动轴，应按扭转强度条件买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 计算。这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度。在做轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴的直径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。 轴的扭转强度条件为 5 00 0 0Td T （ 式中： T 扭转切 应力 ， T 轴所受的扭矩， N 轴的抗扭截面系数， n 轴的转速， r/ P 轴传递的功率， d 计算截面处轴的直径， T 许用扭转切应力， T=955000045 钢的许用扭转切应力 T为 255满足安全条件。 7、 进行刚度计算 轴在载荷作用下，将会产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。轴的弯曲刚度以挠度或偏转角来度量。扭转刚度以扭转角来度量。轴的刚度校核计算通常是计算出轴在受 载时的变形量，并控制其不大于允许值。 轴的扭转变形，用每米轴长的扭转角 来表示。 对于实心阶梯轴，圆轴扭转角 的简化计算公式为 584i 式中： G 材料的切变模量， 于钢材， G=04 阶梯轴第 i 段上所传递的扭矩， N 阶梯轴第 i 段的长度， 阶梯轴第 i 段的外直径， 根据公式，可求得： 43 3342 2241 114 4 4444 125823 312359 5 5 8 4 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - =m 查得 =m 因此，满足刚度条件。 8、 手轮的选择 根据工作要求，选择小波纹手轮。 （ 1） 小波纹手轮分为 A 型和 B 型两种。根据工作要求，采用 A 型小波纹手轮。小波纹手轮的材料为塑料。 （ 2） 轴左端直径为 d=12择 d=12小波纹手轮。 轴与小波纹手轮用圆锥销定位连接，因此轴左端应钻一圆锥孔。圆锥孔 d=4a度为 1:50， l=28细尺寸见零件图。 （ 3）小波纹手轮的尺寸如图 示。 图 波纹手轮 轴方向的移动机构设计 Z 轴方向的移动自由度是依靠与立柱形成螺旋副的支座的支承而形成的螺旋上升或下降位移。 立柱的设计计算 1、 根据机械传动方案的整体布局，拟定立柱上零件的布置和装配方案。 确定立柱上的功率、转速、转矩 设定输入功率 P= 转速 n=100r/ 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 则转矩 T=100 9100N 2、选择立柱的合适 材料 根据对立柱的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题，选取立柱的材料为 45 钢，调质处理。 3、 初步确定立柱的最小直径 根据公式 30333 50 0 0 50 0 0 0 ，初步估算立柱的最小直径，式中 30 。 根据表 10，于是得 0 103 又因为立柱上装有维持 X 轴、 Y 轴方向的转动自由度的零件，整体轴套 D=18 18 4、 进行零、部件的结构设计 （ 1） 拟定立柱上零件的装配方案 根据本设计的装配方案，立柱上应打出 2 个直径为 18通孔。为了美观，初选立柱直径为 30 （ 2） 根据设计要求确定立柱的尺寸 由于受到小手轮的位置限制，两个通孔需隔开一定的距离。通过比较分析，取两个通孔的圆心距为 90柱下端有 50的外螺纹。为了方便旋转立柱，立柱上端压有网纹，压有网纹处的直径为 40 至此，已初步确定了立柱的尺寸，如图 示。 图 柱的尺寸 5、 确定立柱上圆角和倒角尺寸 参考表 轴端倒角为 5。 6、 进行强度计算 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 对于主要承受扭矩的轴，应按扭转强度条件计算。 轴的扭转强度条件为 5 00 0 0Td T 。 T=9550000 45 钢的许用扭转切应力 T为 255满足安全条件。 7、 绘制立柱的零件工作图，见零件图纸。 8、 支座的设计 支座做成圆凸台状，并钻有螺纹孔。为了美观，取凸台最大直径为 140 为了固定支座，支座上应打螺孔。俯视图如图 示。 图 座俯视图 与立柱配合的螺纹孔公称直径为 D=30用公称直径为 12六角头螺栓固定支座。凸台高度如图 示。 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 图 台高度 螺孔深度为 50螺纹孔之前应先钻孔， 钻孔深度为 60图 示。 图 孔及钻孔深度 轴方向的移动机构设计 选择齿轮齿条传动方式，采用导轨加以配合。 轮齿条传动设计 轮齿条传动的原理是将齿轮的回转运动转变为齿条的往复直线运动，或将齿条的往复直线运动转变为齿轮的回转运动。齿轮齿条传动主要适用于快速、精确定位机构或重负荷、高精度、高刚度、高速度、长行程的铣床、车床、加工中心等。齿轮机构是有齿轮、机架组成的高副机构，它依靠轮齿齿廓直接接触来传递任意两轴间的运动和动力，是各种机构中应用最广泛的一种机构 。齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛。与其他传动相比，具有以下优点： 1） 传递动力大、效率高。在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。 2） 结构紧凑。在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。 3） 寿命长，工作稳定，可靠性高。设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。 4） 能保证恒定的传动比，传动比范围大。传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。但是齿轮传动的制造、安装 精度要求较高，因而成本也较高，并且不宜用于传动距离过大的场合。 一般地说，齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效又是多种多样的，较为常见的有轮齿折断、工作齿面磨损、点蚀、胶合及塑性变形。其中，轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断。此外，在轮齿受到突然过载时，也可能出现过载折断或剪断；在轮齿经过严重磨损后齿厚过 分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。若制造及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，直齿圆柱齿轮也会发生局部折断。为了提高轮齿的抗折断能力，可采取下列措施 ： 1） 用增大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；2） 增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀 ； 3） 采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性； 4） 采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现多钟不同的磨损形式。例如当啮合齿面间落入磨料性物质如砂粒、铁屑时，齿面即被逐渐磨损 而导致报废。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式之一。改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的办法。点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。所谓点蚀就是齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生麻点状损伤现象。齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，如工作条件未加改善，麻点就会逐渐扩大，甚至数点连成一片，最后形成了明显的齿面损伤。轮齿在啮合过程中，齿面间的相对润滑起着形成润滑油膜的作用，而且相对滑动速度越高，越容易在齿面间形成油膜，润滑也就越好。当轮齿在 靠近节线处啮合时，由于相对滑动速度低，形成油膜的条件差，润滑不良，摩擦力较大，特别是直齿齿轮，通常这时只有一对齿啮合，轮齿受力也最大，因此，点蚀也就首先出现在靠近节线的齿根面上，然后再向其他部位扩展。从相对意义上说，也就是靠近节线处的齿根面抵抗点蚀的能力最差，即接触疲劳强度最低。提高齿轮材料的硬度，可以增强齿轮抗点蚀的能力。在啮合的轮齿间加注润滑油可以减小摩擦，减缓点蚀，延长齿轮的工作寿命。并且在合理的限度内，润滑油的粘度越高，上述效果也越好。 由上述分析可知，所设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足 够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。 设定手柄输入功率 P=n=120r/ 1、齿轮类型选择 根据实验台的传动方案，选用标准直齿圆柱齿轮，开式齿轮传动。 2、精度等级 齿轮与轴是作固定连接的结合，用来传递力和力矩，其结合件间应具有一定的过盈。实验台工作时速度不高，选用 7 级精度。 3、材料选择 由齿轮的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑 性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断能力。因此，对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬，齿芯要韧。提高齿轮材料的硬度，可以增强齿轮抗点蚀的能力。 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 选择齿轮材料为 45 钢 （调质），硬度为 240条材料为 45 钢（调质） ，硬度为 220料硬度差为 20 4、 齿数选择 由机械原理可知，增加压力角 ，轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度，但增大压力角 不一定都对传动有利。对一般用途的齿轮传动， 国家标准（ 1356规定 ， 分度圆压力角 为标准值，压力角 =20。 为使轮齿免于根切，对于 =20的标准直齿圆柱齿轮，应取 z17。 5、 按齿面接触强度设计 由标准直齿圆柱齿轮的设计计算公式 进 行计算。 式中： K 载荷系数； 齿轮传递的转矩， N d 齿宽系数； 弹性影响系数， ； H 接触疲劳许用应力， （ 1） 确定公式内 的各计算数值 1） 计算齿轮强度用的载荷系数 K，包括使用系数 载系数 间载荷分配系数 。 试选载荷系数 2） 计算齿轮传递的转矩。 n 550000=15916N ） 由齿轮的强度计算公式可知，轮齿愈宽，承载能力也愈高，因而轮齿不宜过窄；但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更趋不均匀，故齿宽系数应取得适当。 由表 取齿宽系数d=1。 表 柱齿轮的齿宽系数d装置状况 两支承相对于齿轮做对称布置 两支承相对于齿轮做不对称布置 齿轮做悬臂布置 d文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 4） 由表 得材料的弹性影响系数 。 表 性影响系数 ） 按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限 50 6） 由公式 N=60算应力循环次数。 式中： j 齿轮每转一圈，同一齿面啮合的次数； 齿轮的工作寿命， h； 设定齿轮的工作寿命为 50000 小时。 求得 N=60120150000=360000000=08。 7） 取接触疲劳寿命系数 8） 计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为 1%，安全系数 S=1。 由公式 ， 求得 H=50 （ 2）计算 1）试算齿轮分度圆直径 得 = 2） 计算圆周速度 v 100060 00060 =s。 3） 计算齿宽 b b=d 弹性模量 E/对齿轮材料 灰铸铁 球墨铸铁 铸钢 锻钢 夹布塑胶 齿轮材料 04 04 04 04 04 锻钢 钢 88 球墨铸铁 灰铸铁 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 4） 计算齿宽与齿高之比高 h=ha+中： 齿顶高 ha=ha*m， 齿顶高系数 1。 齿根高 c*)m， 顶隙系数 c*= h= 求得 5） 计算载荷系数 根据 v=s， 7 级精度，查得动载系数 对于直齿轮，取 ； 使用系数 考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。这种附加载荷取决于原动机和从动机械的特性、质量比以及运行状态等。 取使用系数 ； 齿向载荷分布系数 中 轮的精度等级、齿宽以及齿宽系数等有关。 用插值法可得 7 级精度，两支承相对于齿轮做对称布置时， 由 故载荷系数 K= 6 ） 按 实 际 的 载 荷 系 数 校 正 所 算 得 的 分 度 圆 直 径 ， 根 据 公 式 可 求 得3= = 7）计算模数 m= 6、 按齿根弯曲强度设计 轮齿在受载时，齿根所受的弯矩最大，因此齿根处的弯曲疲劳强度最弱。根据分析，齿根所受的最大弯矩发生在轮齿啮合点位于单对齿啮合区最高点。因此，齿根弯曲疲劳强度也应当按载荷作用于单对齿啮合区最高点来计算。这种算 法只用于高精度的齿轮传动。 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 弯曲强度的设计公式为 3 21 。 （ 1） 确定公式内的各计算数值 1） 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 80 2） 取弯曲疲劳寿命系数 3） 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数 S= 由公式 = 4） 计算载荷系数 K。 K=） 查取齿形系数。 齿形系数 一个无因次量，只与轮齿的齿廓形状有关，而与齿的大小或模数无关。 的齿轮抗弯强度高。 由表 得 6） 查取应力校正系数。 由表 得 表 形系数 Sa z 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 ） 计算 = （ 2）设计计算 3 21 =3 2 0 1 8 1 8 6 5 =比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数的大小与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 就近圆整为标准值 m=接触强度算得的分度圆直径d=出齿轮轮齿数7。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - 并做到避免浪费。 7、 几何尺寸计算 （ 1）计算分度圆直径 d=7= 2）计算齿轮宽度 b= 3）计算齿高 h=ha+（ 4）计算齿顶圆直径 da=d+2 5）计算齿根圆直径 df=d 22 6）计算分度圆齿厚 s=2m= 7） 计算分度圆齿槽宽 e=s= 8）计算齿距 p=s+e=、齿轮的结构设计 通过齿轮传动的设计计算，只能确定出齿轮的主 要尺寸，如齿数，模数，齿宽，分度圆直径等，而齿圈、轮辐、轮毂等的结构形式及尺寸大小，通常由结构设计而定。 齿轮的机构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及经济性等因素有关。进行齿轮的结构设计时，必须综合考虑上述各方面的因素。通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，然后再根据荐用的经验数据，进行结构设计。 对于直径很小的钢制齿轮，当为圆柱齿轮时，若齿根圆到键槽底部的距离小于 2m，应将齿轮和轴做成一体，即齿轮轴。若齿根圆到键槽底部的距离超过 2m，齿轮与轴以分开制造为合理。显然，本设计中的齿 轮与轴应该分开制造为宜。 当齿顶圆直径 160，可以做成实心结构的齿轮。根据齿顶圆直径的计算结果，齿轮做成实心结构。 进行齿轮结构设计时，还要进行齿轮和轴的连接设计。通常采用单键连接。 9、齿轮的结构与尺寸如图 示。 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 图 轮的结构尺寸 10、齿轮传动的润滑 齿轮在传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就要发生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率。 轮齿啮合面间加注润滑剂，可以避免金属直接接触，减少摩擦损失，还可以散热及防锈蚀。因此，对齿轮传动进行适当地润 滑，可以大为改善轮齿的工作状况，确保运转正常及预期的寿命。 开式齿轮传动通常用人工做周期性加油润滑，所以润滑剂为润滑油或润滑脂。 11、齿条参数计算 （ 1）模数 m= 2）压力角 =20 （ 3）齿宽 B= 4） 齿条的长度 L=150条的齿高为 度圆齿厚与齿槽宽均为 条的几何尺寸如图 示。 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 19 - 图 条的几何尺寸 的设计 1、 确定轴上的功率 P，转速 n 和 转矩 T P=n=120r/n 550000=15916N、 求作用在齿轮上的力 因已知齿轮的分度圆直径为 d=7= 圆周力 86N 径向力 286N 法向载荷 36N 3、 初步确定 轴的最小直径 根据公式 d 30333 50 0 0 50 0 0 0 初步估算轴的最小直径。 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。 取 12，于是得 30 4、 轴的结构设计 （ 1） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1） 初步选定滚动轴承。 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，选用单列圆锥滚子轴承。参照设计要求，由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚 子轴承30203，圆锥角 =125710，其尺寸为 dDT=170此安装买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 20 - 轴承处的轴的直径为 17 2） 取安装齿轮处的轴段直径为 19轮的左端与左轴承之间采用轴套定位。已知齿轮轮毂的宽度为 了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 36轮采用轴肩定