買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 學 畢 業 設 計（ 論 文 ） 題目 五自由度自動多功能實驗臺的結構設計 作者 學院 專業 學號 指導教師 2015 年 5 月 25 日 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 學 畢業設計（論文）任務書 機電工程 院 機械設計制造及其自動化 系（教研室） 系（教研室）主任 : （簽名） 2015 年 3 月 9 日 學生姓名 : 胡 佳 學號 : 1103010125 專業 : 機械設計制造及其自動化 1 設計（論文）題目及專題： 五自由度自動多功能實驗臺的結構設計 2 學生設計（論文）時間：自 2015 年 3 月 9 日開始至 2015 年 5 月 22 日止 3 設計（論文）所用資源和參考資料： 畢業實習、上一學期所搜集的資料； 相關教材及、工藝手冊，熟悉五自由度自動多功能實驗臺的功 能； 要求熟練使用 繪圖軟件。 4 設計（論文）應完成的主要內容： 根據實驗要求設計自由度小型實驗臺，并編寫典型零件的數控加工程序 往多自由度小型實驗的的研究用途、特點及設計目標等介紹； 本多自由度小型實驗的工作原理方案選擇設計說明； 實驗臺的總體結構與布局的設計說明； 4 本實驗臺的具重要零部件結構與參數設計計算說明； 5 裝配圖及主要零部件的零件圖。 6 編寫設計說明書一份。 5 提交設計（論文）形式（設計說明與圖紙或論文等）及要求： 零件圖、裝配圖（ 或 成），折合 1 號圖 5 張； 編寫的設計說明書不少于 40 頁 ； 典型零件的數控加工程序； 課題相關論文的翻譯（英譯中，不少于 3000 字）一篇。 6 發題時間： 2015 年 1 月 10 日 指導教師： 龍東平 （簽名） 學 生： （簽名） 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 學 畢業設計（論文）指導人評語 主要對學 生畢業設計（論文）的工作態度，研究內容與方法，工作量，文獻應用，創新性，實用性，科學性，文本（圖紙）規范程度，存在的不足等進行綜合評價 指導人： （簽名） 年 月 日 指導人評定成績： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 學 畢業設計（論 文）評閱人評語 主要對學生畢業設計（論文）的文本格式、圖紙規范程度，工作量，研究內容與方法，實用性與科學性，結論和存在的不足等進行綜合評價 評閱人： （簽名） 年 月 日 評閱人評定成績： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 學 畢業設 計（論文）答辯記錄 日期： 學生： 學號： 班級： 題目： 提交畢業設計（論文） 答辯委員會下列材料： 1 設計（論文）說明書 共 頁 2 設計（論文）圖 紙 共 頁 3 指導人、評閱人評語 共 頁 畢業設計（論文） 答辯委員會 評語： 主要 對學生畢業設計 （論文） 的研究思路，設計（論文）質量，文本圖紙規范程度和對設計（論文）的介紹，回答問題情況等進行綜合評價 答辯委員會主任： （簽名） 委員： （簽名） （簽名） （簽名） （簽名） 答辯成績： 總評成績 ： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 i 摘 要 本設計是為了方便學生對自由度有更清楚的了解，對于機械原理等基礎課程有更深一步的認識。本設計是按照現代機械原理和結構理論，以提高設計思維能力、動手能力、創新能力為出發點，設計的一種自動多功能實驗臺。它具有五個自由度，其中，有兩個轉動自由度，三個移動自由度。在實驗過程中，會為學生提供不同的齒輪、軸、軸承等相關零件，提高學生對自由度的理解，更好地學習和掌握自由度的知識重點，加深對其的理解，真正地做到學以致用。 關鍵字 ：實驗臺；齒輪；軸；軸承 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 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 文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 第一章 緒論 1 概述 1 課題的意義 1 實驗臺發展趨勢 2 第二章 實驗臺的方案擬定 4 對設計目標的分析 4 工作原理方案的選擇 5 第 三 章 實驗臺的結構設計 9 X， Y 軸方向的轉動機構設計 9 Z 軸方向的移動機構設計 12 X 軸方向的移動機構設計 15 輪齒條傳動設計 15 的設計 23 軌設計 31 Y 軸方向的移動機構設計 35 第 四 章 結論 38 參考文獻 39 致謝 40 附錄 A:典型零件的數控加工程序 41 附錄 B：五自由度實驗臺總 裝配圖 附錄 C：五自由度實驗臺零件圖 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 1 - 第一章 緒論 述 一切認識都來源于實踐，特別是當今時代的高科技，大多數是通過實驗得到的，相應實驗設備的作用是無法替代的。教育工作者和科研工作者對于作為實驗設備的集合體的實驗臺越來越重視。 實驗臺建設與學科建設具有辯證關系。中國科學院院士朱靜就曾觀點鮮明地闡述過這種關系。一個好的實驗室顯然是學科發展的一個關鍵，學科的建設必然推動了實驗臺的建設，實驗臺建設反過來又促進了學科的建設，一流的學科無疑需要一流的實驗臺，實驗臺的建設是學科的發展必然要求。 作為高等 教學的基礎設施和科研的重要基地，實驗室承擔著重要任務，包括培養國家專業人才，培養學生實踐能力以及實施科學教育、全面教育、創新教育。怎樣將學生置于實驗主體的位置上，充分發揮學生的主動性和挖掘學生的創造性，引導他們邁向自己的未知領域，這些都是至關重要的。而作為實驗室里的主要設備，實驗臺扮演著至關重要的角色。 實驗在教學過程中占有著相當一部分的比例，各類學校在各學科教學中使用的教學實驗用的實驗臺是關鍵而且必不可少的學習設備。在教育深化改革過程中，教材改革作為伴隨教育改革中最重要的部分，也增加了一些加強學生實際操作 實驗能力的課程以及課堂實驗教學的內容。隨著產品的綜合性及多功能化的日益加強，選擇一種能夠同時滿足多種類型實驗的實驗臺，也將逐漸成為一種趨勢。 由此可知，為了確切地適應現代課程的需要，提供教師最佳的展示效果，使得教學質量得到提升，培養學生的實驗興趣，新型的自動多功能實驗臺必不可少。 題的意義 21 世紀社會對復合型人才的需求不僅要求專業知識扎實、知識面廣，而且要求解決實際問題的能力強。在工程型、研究型大學的教學注重知識積累的同時，還要加強學生的思維能力、實踐能力、開拓創新能力的培養。通過系統的教學訓練 使學生掌握各種機械傳動裝置，構筑產品研發的工程思維，對工程問題綜合分析和評估。豐富和鞏固理論知識的同時，確立和強化了學生的工程回歸意識，激發了學生的求知欲，體現了“以人為本”的教育理念。由此可見多功能實驗臺在當今的素質教育中有著重要的作用，因此開發出新型的多功能實驗臺具有重大的現實意義。 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 2 - 五自由度自動多功能實驗臺的基本設計要求是能夠實現空間相對位置的變化，包括軸方向、 實驗時，由于受到實驗設備的約束，很多功能都只能單一實現，不僅使實驗復雜化，而 且成本高。而五自由度自動多功能實驗臺能夠在一定程度上解決上述問題。它能實現多個自由度的轉換。五自由度自動多功能實驗臺在空間上不僅能夠實現前后、左右、上下移動，而且能旋轉運動。 五自由度自動多功能實驗臺是教師課堂教學的重要輔助平臺，教師通過實驗臺這種媒介平臺，以實驗實踐的方式將原先略顯呆板乏味的科學理論知識生動形象地表述給學生，營造出新型的良好的課堂教育氛圍，并且提升了教學質量。學生可以通過多功能實驗臺，將掌握到的科學理論知識與具體實踐相結合，既提高了自我的實際動手操作能力，從而加強了鞏固了理論知識，又提升了 學習興趣，拓展了自身的視野。 本課題的研究目標是設計出一套安全穩定、經濟高效、綠色環保的五自由度自動多功能實驗臺，進一步完善學校的硬件設施，提升教學實驗的質量，為老師的教學工作帶來便利，通過課堂的理論教學與實驗實踐讓學生將理論與實踐相結合，為今后成為高素質的人才打下基礎。為了便于觀察實驗過程，實驗臺實驗過程和實驗數據的可視化是其發展的一個重要方向。 本設計的特色與創新之處在于： （ 1） 五自由度自動多功能實驗臺作為教學用具，用于演示空間機構的 5 個自由度。良好的交互性實驗更有利于學生直觀地觀察和理解其概念，使教 師的指導與學生的獨立思考步步緊扣，生動地把教與學融為一體。 （ 2） 豐富和鞏固理論知識的同時，確立和強化了學生的工程思維，激發了學生的求知欲。 （ 3） 由于學科的交叉滲透性越來越強，實驗臺設計時充分考慮實驗設備要為科研服務的思想，使多功能實驗臺不僅可做專業實驗又可做相近專業的實驗，大大滿足了實驗教學的需求，使實驗臺有了更廣泛的適應性。 驗臺的發展趨勢 最初的實驗臺只是多個實驗儀器的簡單的集合，計算機技術的出現使得實驗臺在集成性、可靠性方面有了質的發展，先進的自動多功能實驗臺大多是集計算機硬件、軟件模塊 和相關實驗儀器為一體的綜合實驗裝置，多功能實驗臺將會向數字化、智能化方向發展。 隨著科學技術的進步和社會需求，其總的發展趨勢可概括為以下幾個方面： 1） 性能上，向高精度、高效率、智能化的方向發展。 2） 功能上，向小型化、輕型化、多功能化方向發展。小型化、輕型化是精細加工買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - 技術發展的必然趨勢，也是提高效率的需要。多功能化是自動化發展的要求和必然結果。 3） 層次上，向系統化、復合集成化的方向發展。 目前我國高校中新型智能化多功能實驗臺正處于起步階段，還需要借鑒國外的高科技，工業發達的國家已經將虛擬儀器技術廣泛應用于電子、機械 等各個領域，進行工程技術工作和科學研究，虛擬實驗和虛擬儀器技術代表了未來實驗技術的發展方向。可見，科學技術的發展尤其是計算機技術的發展，增加了實驗臺實驗的手段和方法。同時，科學技術的發展是以各學科的發展為基礎的，學科的發展必然要有實驗的保證。 我國經濟的快速可持續發展，高效的硬件設施也在不斷完善，實驗臺作為實驗室的主要設備扮演著關鍵角色?？茖W技術的快速發展給各類多功能實驗臺的問世帶來契機，數字化、智能化的新型多功能實驗臺的問世必將對我國高校的教育研究帶來新氣象，促使高校的教育研究事業邁向新的高度。 第二章 實驗臺的方案擬定 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 4 - 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 第三章 實驗臺的結構設計 ,采用軸為轉動機構。 軸是組成機器的一個重要零件。它支承著其他轉動件回轉并傳遞轉矩，同時它又通過軸承和機架聯接。因此軸的主要功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。 一切作回轉運動的傳動零件都必須安裝在軸上才能進行運動和動力的傳遞。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉運動，形成了一個以軸為基準的組合件 軸系部件。因此，在軸的設計中，不能只考慮軸本身，還必須和軸系零、部件的整個結構密切聯系起來。 軸的設計計算 1、根據機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布置和裝配方案。 確定軸上的功率、轉速、轉矩 設定小手輪輸入功率 P=速 n=100r/ 則轉矩 T=95500009550N/ 2、選擇軸的合適材料 軸的材料種類很多，根據對軸的強度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造 工藝問題，選取軸的材料為 45 鋼，調質處理。 3、初步確定軸的最小直徑 根據 d 30333 50 0 0 50 0 0 0 初步估算軸的最小直徑，式中 30 。 根據表 10，于是得 0 103 1 表 常用幾種材料的 T及 軸的材料 0 35（ 1 45 403583T/525 2035 2545 3555 49126 135112 126103 11297 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 6 - 4、 進行軸系零、部件的結構設計 軸的結構取決于受載情況，軸上零件的布置和固定方式，軸承的類型和尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝及安裝、運輸條件等。軸的結構應是盡量減小應力集中，受力合理，有良好工 藝性，并使軸上零件定位可靠，裝拆方便。一般情況下，為了保證零件在軸上具有固定的工作位置，需從軸向和周向加以固定。 初步選擇滑動軸承。由軸承目錄產品中初步選取 帶擋邊的銅合金整體軸套式滑動軸承， 其尺寸為內徑 d=12便于軸承的裝配，取裝軸承處的軸的直徑為 12余尺寸為 D=182度 e=3 軸與小手輪用圓錐銷定位與連接，因此，距離軸左端 11應有一錐銷孔，公稱直徑為 d=4 為了對軸進行周向定位，軸上應制出一定位軸肩，軸肩距軸左端 35肩寬度為 3徑為 23 軸的尺寸見圖 圖 的尺寸 5、確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 軸端倒角為 5，軸肩處的圓角半徑為 表 件倒角 C 與圓角半徑 (單位： 直徑 d 610 1018 1830 3050 5080 80120 C 或 R 、 進行強度計算 進行軸的強度校核計算時，應根據軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當地選取其許用應力。對于僅僅 或主要承受扭矩的軸即傳動軸，應按扭轉強度條件買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 計算。這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度。在做軸的結構設計時，通常用這種方法初步估算軸的直徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計算結果。 軸的扭轉強度條件為 5 00 0 0Td T （ 式中： T 扭轉切 應力 ， T 軸所受的扭矩， N 軸的抗扭截面系數， n 軸的轉速， r/ P 軸傳遞的功率， d 計算截面處軸的直徑， T 許用扭轉切應力， T=955000045 鋼的許用扭轉切應力 T為 255滿足安全條件。 7、 進行剛度計算 軸在載荷作用下，將會產生彎曲或扭轉變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至會喪失機器應有的工作性能。軸的彎曲剛度以撓度或偏轉角來度量。扭轉剛度以扭轉角來度量。軸的剛度校核計算通常是計算出軸在受 載時的變形量，并控制其不大于允許值。 軸的扭轉變形，用每米軸長的扭轉角 來表示。 對于實心階梯軸，圓軸扭轉角 的簡化計算公式為 584i 式中： G 材料的切變模量， 于鋼材， G=04 階梯軸第 i 段上所傳遞的扭矩， N 階梯軸第 i 段的長度， 階梯軸第 i 段的外直徑， 根據公式，可求得： 43 3342 2241 114 4 4444 125823 312359 5 5 8 4 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 8 - =m 查得 =m 因此，滿足剛度條件。 8、 手輪的選擇 根據工作要求，選擇小波紋手輪。 （ 1） 小波紋手輪分為 A 型和 B 型兩種。根據工作要求，采用 A 型小波紋手輪。小波紋手輪的材料為塑料。 （ 2） 軸左端直徑為 d=12擇 d=12小波紋手輪。 軸與小波紋手輪用圓錐銷定位連接，因此軸左端應鉆一圓錐孔。圓錐孔 d=4a度為 1:50， l=28細尺寸見零件圖。 （ 3）小波紋手輪的尺寸如圖 示。 圖 波紋手輪 軸方向的移動機構設計 Z 軸方向的移動自由度是依靠與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。 立柱的設計計算 1、 根據機械傳動方案的整體布局，擬定立柱上零件的布置和裝配方案。 確定立柱上的功率、轉速、轉矩 設定輸入功率 P= 轉速 n=100r/ 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - 則轉矩 T=100 9100N 2、選擇立柱的合適 材料 根據對立柱的強度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題，選取立柱的材料為 45 鋼，調質處理。 3、 初步確定立柱的最小直徑 根據公式 30333 50 0 0 50 0 0 0 ，初步估算立柱的最小直徑，式中 30 。 根據表 10，于是得 0 103 又因為立柱上裝有維持 X 軸、 Y 軸方向的轉動自由度的零件，整體軸套 D=18 18 4、 進行零、部件的結構設計 （ 1） 擬定立柱上零件的裝配方案 根據本設計的裝配方案，立柱上應打出 2 個直徑為 18通孔。為了美觀，初選立柱直徑為 30 （ 2） 根據設計要求確定立柱的尺寸 由于受到小手輪的位置限制，兩個通孔需隔開一定的距離。通過比較分析，取兩個通孔的圓心距為 90柱下端有 50的外螺紋。為了方便旋轉立柱，立柱上端壓有網紋，壓有網紋處的直徑為 40 至此，已初步確定了立柱的尺寸，如圖 示。 圖 柱的尺寸 5、 確定立柱上圓角和倒角尺寸 參考表 軸端倒角為 5。 6、 進行強度計算 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - 對于主要承受扭矩的軸，應按扭轉強度條件計算。 軸的扭轉強度條件為 5 00 0 0Td T 。 T=9550000 45 鋼的許用扭轉切應力 T為 255滿足安全條件。 7、 繪制立柱的零件工作圖，見零件圖紙。 8、 支座的設計 支座做成圓凸臺狀，并鉆有螺紋孔。為了美觀，取凸臺最大直徑為 140 為了固定支座，支座上應打螺孔。俯視圖如圖 示。 圖 座俯視圖 與立柱配合的螺紋孔公稱直徑為 D=30用公稱直徑為 12六角頭螺栓固定支座。凸臺高度如圖 示。 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - 圖 臺高度 螺孔深度為 50螺紋孔之前應先鉆孔， 鉆孔深度為 60圖 示。 圖 孔及鉆孔深度 軸方向的移動機構設計 選擇齒輪齒條傳動方式，采用導軌加以配合。 輪齒條傳動設計 輪齒條傳動的原理是將齒輪的回轉運動轉變為齒條的往復直線運動，或將齒條的往復直線運動轉變為齒輪的回轉運動。齒輪齒條傳動主要適用于快速、精確定位機構或重負荷、高精度、高剛度、高速度、長行程的銑床、車床、加工中心等。齒輪機構是有齒輪、機架組成的高副機構，它依靠輪齒齒廓直接接觸來傳遞任意兩軸間的運動和動力，是各種機構中應用最廣泛的一種機構 。齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛。與其他傳動相比，具有以下優點： 1） 傳遞動力大、效率高。在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。 2） 結構緊湊。在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。 3） 壽命長，工作穩定，可靠性高。設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這也是其他機械傳動所不能比擬的。 4） 能保證恒定的傳動比，傳動比范圍大。傳動比穩定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應用，也就是由于具有這一特點。但是齒輪傳動的制造、安裝 精度要求較高，因而成本也較高，并且不宜用于傳動距離過大的場合。 一般地說，齒輪傳動的失效主要是輪齒的失效，而輪齒的失效又是多種多樣的，較為常見的有輪齒折斷、工作齒面磨損、點蝕、膠合及塑性變形。其中，輪齒折斷有多種形式，在正常情況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷，因為在輪齒受載時，齒根處產生的彎曲應力最大，再加上齒根過渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應力集中作用，當輪買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 12 - 齒重復受載后，齒根處就會產生疲勞裂紋，并逐步擴展，致使輪齒疲勞折斷。此外，在輪齒受到突然過載時，也可能出現過載折斷或剪斷；在輪齒經過嚴重磨損后齒厚過 分減薄時，也會在正常載荷作用下發生折斷。若制造及安裝不良或軸的彎曲變形過大，輪齒局部受載過大時，直齒圓柱齒輪也會發生局部折斷。為了提高輪齒的抗折斷能力，可采取下列措施 ： 1） 用增大齒根過渡圓角半徑及消除加工刀痕的方法來減小齒根應力集中；2） 增大軸及支承的剛性，使輪齒接觸線上受載較為均勻 ； 3） 采用合適的熱處理方法使齒芯材料具有足夠的韌性； 4） 采用噴丸、滾壓等工藝措施對齒根表層進行強化處理。在齒輪傳動中，齒面隨著工作條件的不同會出現多鐘不同的磨損形式。例如當嚙合齒面間落入磨料性物質如砂粒、鐵屑時，齒面即被逐漸磨損 而導致報廢。磨粒磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式之一。改用閉式齒輪傳動是避免齒面磨粒磨損最有效的辦法。點蝕是齒面疲勞損傷的現象之一。在潤滑良好的閉式齒輪傳動中，常見的齒面失效形式多為點蝕。所謂點蝕就是齒面材料在變化著的接觸應力作用下，由于疲勞而產生麻點狀損傷現象。齒面上最初出現的點蝕僅為針尖大小的麻點，如工作條件未加改善，麻點就會逐漸擴大，甚至數點連成一片，最后形成了明顯的齒面損傷。輪齒在嚙合過程中，齒面間的相對潤滑起著形成潤滑油膜的作用，而且相對滑動速度越高，越容易在齒面間形成油膜，潤滑也就越好。當輪齒在 靠近節線處嚙合時，由于相對滑動速度低，形成油膜的條件差，潤滑不良，摩擦力較大，特別是直齒齒輪，通常這時只有一對齒嚙合，輪齒受力也最大，因此，點蝕也就首先出現在靠近節線的齒根面上，然后再向其他部位擴展。從相對意義上說，也就是靠近節線處的齒根面抵抗點蝕的能力最差，即接觸疲勞強度最低。提高齒輪材料的硬度，可以增強齒輪抗點蝕的能力。在嚙合的輪齒間加注潤滑油可以減小摩擦，減緩點蝕，延長齒輪的工作壽命。并且在合理的限度內，潤滑油的粘度越高，上述效果也越好。 由上述分析可知，所設計的齒輪傳動在具體的工作情況下，必須具有足 夠的、相應的工作能力，以保證在整個工作壽命期間不致失效。目前設計一般使用的齒輪傳動時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。 設定手柄輸入功率 P=n=120r/ 1、齒輪類型選擇 根據實驗臺的傳動方案，選用標準直齒圓柱齒輪，開式齒輪傳動。 2、精度等級 齒輪與軸是作固定連接的結合，用來傳遞力和力矩，其結合件間應具有一定的過盈。實驗臺工作時速度不高，選用 7 級精度。 3、材料選擇 由齒輪的失效形式可知，設計齒輪傳動時，應使齒面具有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合及抗塑 性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷能力。因此，對齒輪材料性能的基本要求為齒面要硬，齒芯要韌。提高齒輪材料的硬度，可以增強齒輪抗點蝕的能力。 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 選擇齒輪材料為 45 鋼 （調質），硬度為 240條材料為 45 鋼（調質） ，硬度為 220料硬度差為 20 4、 齒數選擇 由機械原理可知，增加壓力角 ，輪齒的齒厚及節點處的齒廓曲率半徑亦皆隨之增加，有利于提高齒輪傳動的彎曲強度及接觸強度，但增大壓力角 不一定都對傳動有利。對一般用途的齒輪傳動， 國家標準（ 1356規定 ， 分度圓壓力角 為標準值，壓力角 =20。 為使輪齒免于根切，對于 =20的標準直齒圓柱齒輪，應取 z17。 5、 按齒面接觸強度設計 由標準直齒圓柱齒輪的設計計算公式 進 行計算。 式中： K 載荷系數； 齒輪傳遞的轉矩， N d 齒寬系數； 彈性影響系數， ； H 接觸疲勞許用應力， （ 1） 確定公式內 的各計算數值 1） 計算齒輪強度用的載荷系數 K，包括使用系數 載系數 間載荷分配系數 。 試選載荷系數 2） 計算齒輪傳遞的轉矩。 n 550000=15916N ） 由齒輪的強度計算公式可知，輪齒愈寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過窄；但增大齒寬又會使齒面上的載荷分布更趨不均勻，故齒寬系數應取得適當。 由表 取齒寬系數d=1。 表 柱齒輪的齒寬系數d裝置狀況 兩支承相對于齒輪做對稱布置 兩支承相對于齒輪做不對稱布置 齒輪做懸臂布置 d文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 14 - 4） 由表 得材料的彈性影響系數 。 表 性影響系數 ） 按齒面硬度查得齒輪接觸疲勞強度極限 50 6） 由公式 N=60算應力循環次數。 式中： j 齒輪每轉一圈，同一齒面嚙合的次數； 齒輪的工作壽命， h； 設定齒輪的工作壽命為 50000 小時。 求得 N=60120150000=360000000=08。 7） 取接觸疲勞壽命系數 8） 計算接觸疲勞許用應力。 取失效概率為 1%，安全系數 S=1。 由公式 ， 求得 H=50 （ 2）計算 1）試算齒輪分度圓直徑 得 = 2） 計算圓周速度 v 100060 00060 =s。 3） 計算齒寬 b b=d 彈性模量 E/對齒輪材料 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼 鍛鋼 夾布塑膠 齒輪材料 04 04 04 04 04 鍛鋼 鋼 88 球墨鑄鐵 灰鑄鐵 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 15 - 4） 計算齒寬與齒高之比高 h=ha+中： 齒頂高 ha=ha*m， 齒頂高系數 1。 齒根高 c*)m， 頂隙系數 c*= h= 求得 5） 計算載荷系數 根據 v=s， 7 級精度，查得動載系數 對于直齒輪，取 ； 使用系數 考慮齒輪嚙合時外部因素引起的附加載荷影響的系數。這種附加載荷取決于原動機和從動機械的特性、質量比以及運行狀態等。 取使用系數 ； 齒向載荷分布系數 中 輪的精度等級、齒寬以及齒寬系數等有關。 用插值法可得 7 級精度，兩支承相對于齒輪做對稱布置時， 由 故載荷系數 K= 6 ） 按 實 際 的 載 荷 系 數 校 正 所 算 得 的 分 度 圓 直 徑 ， 根 據 公 式 可 求 得3= = 7）計算模數 m= 6、 按齒根彎曲強度設計 輪齒在受載時，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強度最弱。根據分析，齒根所受的最大彎矩發生在輪齒嚙合點位于單對齒嚙合區最高點。因此，齒根彎曲疲勞強度也應當按載荷作用于單對齒嚙合區最高點來計算。這種算 法只用于高精度的齒輪傳動。 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 16 - 彎曲強度的設計公式為 3 21 。 （ 1） 確定公式內的各計算數值 1） 查得齒輪的彎曲疲勞強度極限 80 2） 取彎曲疲勞壽命系數 3） 計算彎曲疲勞許用應力。 取彎曲疲勞安全系數 S= 由公式 = 4） 計算載荷系數 K。 K=） 查取齒形系數。 齒形系數 一個無因次量，只與輪齒的齒廓形狀有關，而與齒的大小或模數無關。 的齒輪抗彎強度高。 由表 得 6） 查取應力校正系數。 由表 得 表 形系數 Sa z 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 ） 計算 = （ 2）設計計算 3 21 =3 2 0 1 8 1 8 6 5 =比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數 m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數 m 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數的大小與齒數的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數 就近圓整為標準值 m=接觸強度算得的分度圓直徑d=出齒輪輪齒數7。 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 17 - 并做到避免浪費。 7、 幾何尺寸計算 （ 1）計算分度圓直徑 d=7= 2）計算齒輪寬度 b= 3）計算齒高 h=ha+（ 4）計算齒頂圓直徑 da=d+2 5）計算齒根圓直徑 df=d 22 6）計算分度圓齒厚 s=2m= 7） 計算分度圓齒槽寬 e=s= 8）計算齒距 p=s+e=、齒輪的結構設計 通過齒輪傳動的設計計算，只能確定出齒輪的主 要尺寸，如齒數，模數，齒寬，分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪轂等的結構形式及尺寸大小，通常由結構設計而定。 齒輪的機構設計與齒輪的幾何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及經濟性等因素有關。進行齒輪的結構設計時，必須綜合考慮上述各方面的因素。通常是先按齒輪的直徑大小，選定合適的結構形式，然后再根據薦用的經驗數據，進行結構設計。 對于直徑很小的鋼制齒輪，當為圓柱齒輪時，若齒根圓到鍵槽底部的距離小于 2m，應將齒輪和軸做成一體，即齒輪軸。若齒根圓到鍵槽底部的距離超過 2m，齒輪與軸以分開制造為合理。顯然，本設計中的齒 輪與軸應該分開制造為宜。 當齒頂圓直徑 160，可以做成實心結構的齒輪。根據齒頂圓直徑的計算結果，齒輪做成實心結構。 進行齒輪結構設計時，還要進行齒輪和軸的連接設計。通常采用單鍵連接。 9、齒輪的結構與尺寸如圖 示。 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 18 - 圖 輪的結構尺寸 10、齒輪傳動的潤滑 齒輪在傳動時，相嚙合的齒面間有相對滑動，因此就要發生摩擦和磨損，增加動力消耗，降低傳動效率。 輪齒嚙合面間加注潤滑劑，可以避免金屬直接接觸，減少摩擦損失，還可以散熱及防銹蝕。因此，對齒輪傳動進行適當地潤 滑，可以大為改善輪齒的工作狀況，確保運轉正常及預期的壽命。 開式齒輪傳動通常用人工做周期性加油潤滑，所以潤滑劑為潤滑油或潤滑脂。 11、齒條參數計算 （ 1）模數 m= 2）壓力角 =20 （ 3）齒寬 B= 4） 齒條的長度 L=150條的齒高為 度圓齒厚與齒槽寬均為 條的幾何尺寸如圖 示。 買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 19 - 圖 條的幾何尺寸 的設計 1、 確定軸上的功率 P，轉速 n 和 轉矩 T P=n=120r/n 550000=15916N、 求作用在齒輪上的力 因已知齒輪的分度圓直徑為 d=7= 圓周力 86N 徑向力 286N 法向載荷 36N 3、 初步確定 軸的最小直徑 根據公式 d 30333 50 0 0 50 0 0 0 初步估算軸的最小直徑。 選取軸的材料為 45 鋼，調質處理。 取 12，于是得 30 4、 軸的結構設計 （ 1） 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1） 初步選定滾動軸承。 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，選用單列圓錐滾子軸承。參照設計要求，由軸承產品目錄中初步選取 0 基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾 子軸承30203，圓錐角 =125710，其尺寸為 dDT=170此安裝買文檔 就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 20 - 軸承處的軸的直徑為 17 2） 取安裝齒輪處的軸段直徑為 19輪的左端與左軸承之間采用軸套定位。已知齒輪輪轂的寬度為 了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取 36輪采用軸肩定