【毕业学位论文】（Word原稿）轮辐式直齿圆柱齿轮传动设计

武汉科技学院 2004届毕业设计论文 1 1 设计总论 器的组成 一般来说，机器由原动部分、工作（执行）部分、传动部分、控制系统及一些辅助装置等组成。 1） 原动机 是驱动整个机器以完成预定功能的动力源。它把其它形式的能量转换为机械能。原动机的动力输出绝大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。 2） 执行部分 是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分。 3） 传动装置 用来连接原动机部分和执行部分，它将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部 分所需的运动形式、运动及动力参数。 机器的传动部分大多数采用机械传动系统，有时也采用液压或电力传动系统。机械传动系统是绝大多数机器不可缺少的重要组成部分 。 械零件的设计准则 机械零件的设计具有众多的约束条件，设计准则就是设计所应该满足的约束条件。 1） 技术性能准则 技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既指静态性能，也指动态性能。例如，产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。 2） 标准化准 则 与机械产品设计有关的主要标准大致有： 概念标准化：设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等应符合标准； 实物形态标准化：零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等，都应按统一的规定选用。 方法标准化：操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。 标准化准则就是在设计的全过程中的所有行为，都要满足上述标准化的要求。 现已发布的与机械零件设计有关的标准，从运用范围上来讲，可以分为国家标准、行业标准和企业标准三个等级。从使用强制性来说，可分为必须执行 的和推荐使用的两种。 3） 可靠性准则 可靠性：产品或零部件在规定的使用条件下，在预期的寿命内能完成规定功武汉科技学院 2004届毕业设计论文 2 能的概率。可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。 4） 安全性准则 机器的安全性包括： 零件安全性：指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等等 。 整机安全性：指机器保证在规定条件下不出故障，能正常实现总功能的要求。 工作安全性：指对操作人员的保护，保证人身安全和身心健康等等 。 环境安全性： 指对机器周围的环境和人不造成污染和危害 。 2 电机的选型 按课题要求可知电机的类型： 机转数 1400 由于变频调速电机的电磁设计运用了灵活的 计软件，电机的基频设计点可以随时进行调整，我们可以在计算机上精确的模拟电机在各基频点上的工作特性，由此也就扩大了电机的恒转矩调速范围，根据电机的实际使用工况，我们可以在同一个机座号内把电机的功率做 得 更大，也可以在使用同一台变频器的基础上将电机的输出转矩提 得 更高，以满足在各种工况条件下将电机的设计制造在最佳状态。变频调速电机可以 另外选配附加的转速编码器，可实现高精度转速、位置控制、快速动态特性响应的优点。也可配以电机专用的直流（或交流）制动器以实现电机快速、有效、安全、可靠的制动性能。由于变频调速电机的基频可调性设计，我们也可以制造出各种高速电机，在高速运行时保持恒转矩的特性，在一定程度上替代了原来的中频电机，而且价格低廉。 按工作要求和条件，选用 上海众华特种电机有限公司 频调速 交流电 机，封闭式结构，电压 380V， 使用条件 : 海拔高度 h= 所以 d - =65 C 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。 但主要是承受轴向力 故选用 深沟球 轴承。参照工作要求并根据 d - =65轴承产品目中初选 276沟球轴承 60000 型 02 系列中的深沟球轴承 6213，其尺寸为 31 2 065 ，故 5取 5， 右端滚动轴承采用套筒进行定位。由手册上查到 6213 型轴承的定位高度 h=6此，取 0 D 轴承端盖的总宽度为 20减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 L=30取 L - =90 E 根据设计要求，主动辊长度为 320取主动辊距内壁之距离 a=8确定滚动轴承位置时， 应距箱体内壁一段距离 s，取 s=10以， 30 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度 。 （ 3） 轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按 册查得平键截面 bh= 161 0(键槽用键槽铣刀加工，长为 50准键长见 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 16 同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合为 H7/主动辊 与轴的联接，选用平键为 22 14 320， 主动辊 与轴的配合为 H7/滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 样，半联轴器与轴的联接，选用平键为 16 10 100，半联轴器与轴的配合为 H7/ （ 4）确定轴上圆角和倒角尺寸。 取轴端倒角为 245 ，各轴肩处的圆角半径如图 （轴 1） 。 轴的结构和装配 5） 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图，作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取 于 6213 型 深沟球 轴承。由手册中查得 a=由于辊筒的质量比较小，重量与其受力相比可以忽略。 根据轴的计算简图作出轴的弯矩、扭矩图和计算弯矩图。 如下图： 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 17 G B C D 92 208 171 H G V 1 T 从轴的结构图和计算弯矩图中可以看出截面 C 处的计算弯矩最大，是轴的危险截面。现将计算出的截面 H、 M 的值列于表中。 注：在第 10部分，计算得辊筒的质量为 M=G=10=335N。 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 18 载 荷 垂直面 V 水平面 H 支反力 F 6 321 ， 弯矩 M H= 弯矩 5 7 2 7 1 4 8 6 0 1 22 扭矩 T T=907930N ） 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大计算弯矩的截面（即危险截面 C）的强度。 因通常由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转切应力则常常不是对称循环的变应力，故在求计算弯矩时，必须计及这种循环特性差异的影响。即当扭转切应力为静应力时，取 a扭转切应力为脉动循环变应力时，取 a若扭转切应力亦为对称循环变应力时则取 a1 。 轴的计算应力 M P 4 8 3 6 93232 ）（ 前已选定轴的材料为 45 号钢，由 机械设计 表 15得 60此 以按轴承 1的受力大小计算： h 6 9 3 64 0 0 0 060103616 按工作条件决定，轴承预期计算工作 8 年（设每年按 300 个工作日，二班制，每天工作 16 个小时），得： hL h 3 8 4 0 0163 0 08 比较得： L 故所选轴承可满足寿命要求。 8 弹簧设计 据工作条件选择材料并确定其许用应力 因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第 弹簧考虑。现选用 素弹簧钢丝 D 级。先预设 D=40径 02 。 并根据 00 取弹簧钢丝直径 d 为 由 机械设计第 16 章 表 16得B=1520根据表 15知 520 760 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 24 1） 根据强度条件计算弹簧钢丝直径 现选取 旋绕比 C=D/d=40/6=式（ 16 4）得 当压缩变形量为 ，压力 20；当压缩量为 ，压力 00N。 根据式（ 16 所得的尺寸符合工作条件的限制。 2） 根据刚度条件，计算弹簧圈数 n 由公式，得弹簧的刚度为 05 0 01212 由表 16 2 取 G=80000弹簧的圈数 n 为 8 0 0 0 08 3 43 4 取 n=8 此时弹簧的刚度为 / 3） 验算极限工作载荷 取极限工作应力 ，则 极限工作载荷 7 i i m 4） 绘制工作图 （如图弹簧） 9 键的连接强度设计计算 轴器上的键 1) 选择键联接的类型和尺寸 由于联轴器的精度角高，而且对中性好，应选用平键联接。故选用圆头普通平键（ 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 25 根据联轴器 d=45机械设计第 6章表 6度 b=14度 h=9联轴器宽度并参考键的长度系列，取 02=100 2) 校核键联接的强度 键、轴和联轴器的材料都是钢，由机械设计第 6 章表 6 2查得许用挤压应力 p =120 150的工作长度， l =006得键与轮键槽的的接触高度 1 由公式（ 6得 72102 3131 P 合适。 键的标记为：键 10014 1096 1979。 轮上的键 1) 选择键联接的类型和尺寸 一般 8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。故选用圆头普通平键 （ 根据 d=58机械设计第 6 章表 6查得键的截面尺寸为：宽度b=16度 h=10齿轮度并参考键的长度系列，取 L=45 2) 校核键联接的强度 键、轴和齿轮的材料都是钢，由机械设计第 6章表 6 2查得许用挤压应力 p =120 150的工作长度 2850 。键与轮键槽的的接触高度 1 由公式（ 6得 458426 72102 313 P 合适。 键的标记为：键 5016 1096 1979。 动辊上的键 1) 选择键联接的类型和尺寸 一般 8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。故选用圆头普通平键（ 根据 d=80机械设计第 6 章表 6查得键的截面尺寸为：宽度武汉科技学院 2004届毕业设计论文 26 b=22度 h=14齿轮度并参考键的长度系列，取 L=320 2) 校核键联接的强度 键、轴和齿轮的材料都是钢，由机械设计第 6 章表 6 2 查得许用挤压应力 p =100 120的工作长度 9 8223 2 0 。键与轮键槽的的接触高度 由公式（ 6得 87 72102313 P 合适。 键的标记为：键 32022 1096 1979。 10 辊筒的设计 由于为了减轻辊筒的重量，以至于在轴上承受太大的重量，因此对辊筒的结构，重量计算。 由机械设计手 册 辊筒的结构图如下 : 故，辊筒的质量为 4 2 33 11 机座的设计 座的常用材料 : 固定式机器，尤其是固定式重型机器，其机座和箱体的结构较为复杂，刚度要求也较高，因而通常都为铸造。铸造材料常用既便于施工而又价廉的铸铁（包武汉科技学院 2004届毕业设计论文 27 括普通灰铸铁、球墨铸铁与变性灰铸铁等）；只有需要强度高、刚度大时才用铸钢；当减小质量具有很大的意义时（如 运行式机器的机座和箱体）才用 铝合金等轻合金。 座设计概要 机座零件工作能力的主要指标是刚度，其次是强度和抗振性能；当同时用作滑道时，滑道部分还应具有足够的耐磨性。此外，对具体的机械，还应满足特殊的要求，并力求具有良好的工艺性。 机座结构形状和尺寸大小，决定于安装在它的内部或外部的零件和部件的形状和尺寸及其相互配置、受力与运动情况等。设计时，应使所装的零件和部件便于装折与操作。 机座的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座的工作能力。材料消耗、质量和成本，均有重大的影响。但是由于这些部位形 状的不规则和应力分布的复杂性，以前大多是按照经验公式、经验数据或比照现用的类似机件进行设计，而略去强度和刚度等的分析与校核。这对那些不太重要的场合虽是可行的，但却带有一定的盲目性（例如对减速器箱体的设计就是如此）。因而对重要的机座和箱体，考虑到上述设计方法不够可靠，或者资料不够成熟，还需用模型或实物进行实测试验，以便按照测定的数据进一步修改结构及尺寸，从而弥补经验设计的不足。但是，随着科学技术和计算工具的发展，现在已有条件采用精确的计算方法（有限元法）来决定前述一些结构尺寸。 关于增强机座和箱体刚度 的办法，除了前述选用完全封闭或仅一面敞开的空心矩形截面及采用斜肋板等较好的结构外，还可采取尽量减少与其它机件的联接面数；使联接面垂直于作用力；使相联接的各机件间相互联接牢固并靠紧；尽显减小机座和箱体的内应力以及选用弹性模量较大的材料等一系列的措施。 设计机座和箱体时，为了机器装配，调整、操纵、检修及维护等的方便，应在适当的位置设有大小适宜的孔洞。金属切削机床的机座还应具有便于迅速清除切屑或边脚料的可能。 当机座和箱体的质量很大时，应设有便于起吊的装置，如吊装孔，吊钩或吊环等。如需用绳索捆绑时 ，必须保证捆吊时具有足够的刚度，并考虑在放置平稳后，绳索易于解下或抽出。 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 28 参考文献 : 1 濮良贵，纪名刚 第七版 等教育出版社， 2001. 2 王先逵 北京：清华出版社 3 中国纺织大学工程图学教研室 上海：上海科学技术出版社， 1997. 4 邓星钟，朱承高 武汉：华中科技大学出版社， 2001. 5 孙恒，陈作模 第六版 等教育出版社 2001. 6 廖念钊 北京：中国计量出版社， 2002. 7 张福润，徐鸿本 第二版 中科技大学出版社， 2000. 8 孟少农 第四版 机械工业出版社 ,1986. 9 汪恺 北京 :机械工业出版社 ,1996. 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 29 附 录 1 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 30 附 录 2 机械设计第七版第 10章 表 10面材料及机械性能 材料牌号 热处理方法 强度极限 B（ 屈服极限 S（ 硬度（ 齿芯部 齿面 250 300 350 常 化 500 600 580 320 650 350 45 580 290 调 质 700 380 45 650 360 301100 900 35750 450 38700 550 40700 500 45 调质后表面淬火 405040485520渗碳后淬火 650 400 300 5860201100 850 121100 850 320 201200 1100 350 35调质后氮化（氮化层厚 950 750 255321 850 381000 850 夹布胶带 100 2535 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 31 表 10用系数 载荷状态 工 作 机 器 原 动 机 电动机、均匀运转的、蒸汽机、燃气轮机 蒸汽机、燃气轮机液压装置 多缸、内燃机 单缸、内燃机 均匀平稳 发电机、均匀传送的带式输送机或板式输送机、螺旋输送机、轻型升降机、包装机、机床进给机构、通风机、均匀密度材料搅拌机等 轻微冲击 不均匀传送的带式输送机或板式输送机、机床的主传动机构、重型升降机工业与矿用风机重 型离心机、变密度材料搅拌机等 中等冲击 橡胶挤压机、橡胶和塑料作间断工作的搅拌机、轻型球磨机、木工机械、钢坯初札机、提升装置、单缸活塞泵等 严重冲击 挖掘机、重型球磨机、橡胶揉合机、破碎机、重型给水泵、旋转式钻探装置、压砖机、带材冷轧机、压坯机等 或更大 表 10间载荷分配系数 b 100N/根据经验在网纹区内取 图 10 允许一定点蚀时的结构钢；调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁；渗碳淬火的渗碳钢 2 结构钢；调质钢；渗碳淬火钢；火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁； 3 灰铸铁；球墨铸铁（铁素体）；渗氮的渗氮钢；调质钢、渗碳钢 4 氮碳共渗的调质钢、渗碳钢 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 35 图 10机械设计第 15章 表 15轴的常用材料及其主要力学性能 材料牌号 热处 理 毛坯直径 （ 硬度 (抗拉强度极限 b 屈服强度极限 s 弯曲疲劳极限 切疲劳极限 用弯曲应力备注 轧或锻后空冷 100 400420 225 170 105 40 用于不重要及受载荷不大的轴 100250 375390 215 45 正火 回火 10 170217 590 295 225 140 55 应用最广泛 100300 162217 570 285 245 135 调质 200 217255 640 355 275 155 60 调质 100 100300 241286 735 685 540 490 355 355 200 185 70 用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴 武汉科技学院 2004届毕业设计论文 36 400质 100 100300 270300 240270 900 785 735 570 430 370 260 210 75 用于很重要 的轴 38质 100 100300 229286 217269 735 685 590 540 365 345 210 195 70 用于重要的轴，性能近于 408质 60 60100 100160 293321 277302 241277 930 835 785 785 685 590 440 410 375 280 270 220 75 用于要求高耐磨性，高强度且热处理（氮化）变形很小的轴 20碳 淬火 回火 60 渗碳 566240 390 305 160 60 用于要求强度及韧性均较高的轴 3质 100 241 835 635 395 230 75 用于腐蚀条 件下的轴 1火 100 192 530 195 190 115 45 用于高低温及腐蚀条件下的轴 180 110 100200 490 190270 600 370 215 185 用于制造复杂外形的轴 245335 800 480 290 250 表 15轴常用几种材料的 和 轴的材料 135 45 4050 12 20 12 25 20 30 30 40 40 52 160135 148 125 135118 118107 107 98 武汉科技学院 2004届毕业设计