机械设计课程设计-传动装置的总体设计.doc

各专业全套优秀毕业设计图纸 目录 课程设计任务总析课程设计任务总析1 一、任务目标：一、任务目标： .1 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： .1 三、相关知识三、相关知识: : .1 1.11.1 课程设计的目的课程设计的目的.1 1.21.2 课程设计的内容和任务课程设计的内容和任务.1 1.31.3 课程设计的步骤课程设计的步骤.2 1.41.4 课程设计的有关注意事项课程设计的有关注意事项.3 课题一课题一 一般机械设计一般机械设计4 任务二：传动装置的总体设计任务二：传动装置的总体设计4 一、任务目标：一、任务目标： .4 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： .4 三、相关知识三、相关知识: : .4 2.12.1 传动方案分析传动方案分析.4 2.22.2 选择电动机选择电动机.7 2.32.3 设计总传动比和分配传动比设计总传动比和分配传动比.9 2.42.4 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数.10 任务三任务三 传动零件的设计计算传动零件的设计计算12 一、任务目标：一、任务目标： .12 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： .12 三、相关知识三、相关知识: : .12 3.13.1 选择联轴器的类型和型号选择联轴器的类型和型号.12 3.23.2 设计多功能搅拌机带传动零件设计多功能搅拌机带传动零件.12 3.3 设计齿轮传动零件.23 任务四任务四 零件工作图的设计零件工作图的设计31 一、任务目标：一、任务目标： .31 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： .31 三、相关知识三、相关知识: : .31 4.14.1 轴的设计与校核轴的设计与校核.32 4.24.2 轴承的选择与校核轴承的选择与校核.37 4.34.3 键的设计与校核键的设计与校核.37 4.44.4 齿轮类零件工作图的设计齿轮类零件工作图的设计.38 课题二课题二 行星轮系设计行星轮系设计41 任务五任务五 行星齿轮传动设计行星齿轮传动设计41 一、任务目标：一、任务目标： .41 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： .41 2 三、相关知识三、相关知识: : .41 51 配齿计算42 52 装配条件.44 53 行星齿轮传动的效率45 任务六任务六 行星齿轮的受力分析及强度计算行星齿轮的受力分析及强度计算50 一、任务目标：一、任务目标： .50 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： .50 三、相关知识：三、相关知识： .50 6 61 1 行星齿轮的受力分析行星齿轮的受力分析50 6 62 2 行星齿轮传动中轮齿的失效形式和常用齿轮材料行星齿轮传动中轮齿的失效形式和常用齿轮材料52 6 63 3 行星齿轮传动的强度计算行星齿轮传动的强度计算57 任务七任务七 行星齿轮传动的结构行星齿轮传动的结构82 一、任务目标：一、任务目标： .82 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： .82 三、相关知识三、相关知识 .82 7.1 中心轮的结构及其支承结构82 7.2 行星轮的结构.84 7.3 转臂的结构及其支承结构.88 7.4 机体的结构设计92 任务八任务八 行星齿轮传动设计指导行星齿轮传动设计指导95 一、任务目标：一、任务目标： .95 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： .95 三、相关知识：三、相关知识： .95 8.1 行星齿轮传动的设计计算步骤.95 8.2 多功能搅拌机行星齿轮传动设计计算示例97 8.38.3 行星齿轮的传动结构图例行星齿轮的传动结构图例.106 任务九任务九 编写设计算说明书和准备答辩编写设计算说明书和准备答辩107 一、任务目标：一、任务目标： .107 二、任务分析：二、任务分析： .107 三、相关知识：三、相关知识：107 3 课题一课题一 一般机械设计一般机械设计 任务二任务二 传动装置的总体设计传动装置的总体设计 一、任务目标：一、任务目标： 完成一般机械传动装置的总体设计，正确分析不同方案的优缺点和可行性，并完成电 机的选择和传动装置的基本参数计算。此项实践使读者掌握整体的设计思路，也是正确进 行机械各部件设计计算的前提条件。 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： 本次实践，以多功能搅拌机总体设计为例，根据已知条件完成： 选择二级降速方案（方案一）和行星齿轮传动方案（方案二）进行多功能搅拌机的设 计； 选择额定功率、满载转速的交流串激电动机驱动多功能搅拌机；w500min/12000r 以方案一为例，分配传动比分别为，并分别算出各轴的转速、输入功率4 1 i2 2 i 和输入转矩。 机械传动装置的总体设计，难点在于方案的确定、运动和动力参数的计算，读者应正 确判断各轴的输入输出关系，合理分配传动比，这是本次实践的关键环节。 三、相关知识三、相关知识: : 拟订传动方案； 选择电机； 设计总传动比和分配传动比； 计算传动装置的运动和动力参数 2.12.1 传动方案分析传动方案分析 2.1.12.1.1 拟定传动方案拟定传动方案 市场上现有家庭用的搅拌机，大都功能单一，或只能打蛋，或只能碎肉，或只能对 胡罗卜等较硬的蔬菜进行切片，本书拟设计多功能搅拌机，集打蛋、碎肉、蔬菜切片等功 能为一体，其传动装置用来传递原动机的动力、变换其运动，以实现搅拌机机预定的工作 要求，是搅拌机的主要组成部分。实践证明，搅拌机的工作性能和运转费用在很大程度上 也取决于传动装置的性能、质量及设计布局的合理 性。市场上现有家庭用的搅拌机，功能单一，传动 装置简单，如图 21 所示。本书搅拌机的传动装 置拟由两种方案实现，方案一如图 2-2 所示，对现 有设计方案（即图 21 所示方案）进行改进，三 种刀具对应三种转速，打蛋及混合搅拌棒 3 与电动 机输出轴相连，转速最高；在原有传动装置基础上 增加带传动，实现一级降速，碎肉片肉刀 4 完成碎 肉功能；蔬菜片刀 5 经齿 1壳体 轮传动，实现二级降速，完成疏果切片功能。此方案 2螺杆 宽度尺寸较大，带传动能起到过载保护的功能，齿轮 3刀片 采用工程塑料制造，可降低成本。 图 21 单一功能搅拌机传动运动简图 方案一为传统的设计方案，其缺点是结构比较不够紧凑，体积较大，在此基础上，笔 者连同企业，结合客户的要求，对搅拌机进行创新设计，如图 2-3 方案二所示，采用行星 4 齿轮传动，电动机直接带动中心轮 6 输出，用于搅拌功能，经过行星轮系传动，转臂 h 输 出转速，可通过连接器 2 输出至碎肉刀片。此方案有效地将相关创新原理应用于产品的研 发，实现了一个机构两种转速输出，结构紧凑，体积小，成本低。 。 1电动机 2同步齿形带传动 3搅拌棒 4碎肉刀 5削片刀 6齿轮传动 7多功能搅拌机 图 22 传统多功能搅拌机传动运动简图 11刀片（可更换） 2连结器（可更换） 32k-h 型单排内外啮合行星轮系 4电动机 5散热片 6主动中心轮 7行星轮 8固定中心轮 图23 行星轮系实现的多功能搅拌机运动简图 因方案一涉及典型知识点多，对学生综合设计能力的锻炼帮助较大，方案二采用行星 轮系进行创新设计，是新型多功能搅拌机的发展趋势，市场开发价值较大，因此本书针对 两种设计方案，进行设计。 传动装置的总体设计包括确定传动方案，选择电动机型号，合理分配各级传动比以及 计算传动装置的运动和动力参数等，为下一步计算各级传动提供条件。 设计任务书一般由指导教师拟订，学生应对传动方案进行分析，对方案是否合理提出 自己的见解。 传动方案通常由运动简图表示。它用简单的符号代表一些运动副和机构，能显示机器 5 运动特征及运动链。这种简图不仅明确地表示了组成机器的原动机、传动装置和工作机三 者之间运动和力的传递关系，而且也是设计传动装置中各零部件的重要依据。 2.1.22.1.2 选择传动机构类型选择传动机构类型 合理地选择传动形式是拟定传动方案时的重要环节。常用传动机构的类型、性能和适 用范围可参阅表 2-1。 表表 2-12-1 常用传动机构的性能及适用范围常用传动机构的性能及适用范围 传动机构 选用指标 平带传动v 带传动 同步带 传动 链传动齿轮传动 蜗杆 传动 功率（常用值） /kw 小 （20） 中 （100 ） 中 （几百） 中 （100 ） 大 （最大 50000） 小 （5 0） 常用值 2 42 42 42 5 圆柱 3 5 圆锥 2 3 10 40 单级 传动 比 最大值 571068580 传动功率查 表 2-2 许用的线速度/ m/s 25 25 30 5020 6 级精度直齿 18，非直 齿36；5 级 精度达 100 15 35 外廓尺寸大大大大小小 传动精度低低高中等高高 工作平稳性好好好较差一般好 自锁能力无无无无无可有 过载保护作用有有有无无无 使用寿命短短中等中等长中等 缓冲吸振能力好好好中等差差 要求制造、安装精 度 低低低中等高高 要求润滑条件不需不需不需中等高高 环境适应性 不能接触酸、碱、油类、爆炸 性气体 好一般 选择传动机构类型时应综合考虑各有关要求和工作条件，例如工作机的功能；对尺寸、 重量的限制；环境条件；制造能力；工作寿命与经济性要求等。选择类型的基本原则为： （1）传递大功率时，应充分考虑提高传动装置的效率，以减少能耗、降低运行费用； 而对于小功率传动，在满足功能条件下，可选用结构简单、制造方便的传动形式，以降低 费用。 （2）载荷多变和可能发生过载时，应考虑缓冲吸振及过载保护问题。如选用带传动， 采用弹性联轴器或其它过载保护装置。 （3）传动比要求严格、尺寸要求紧凑时，可选用齿轮传动或蜗杆传动（蜗杆传动效 率低，常用于中小功率、间歇工作的场合） 。 （4）在多粉尘、潮湿、易燃、易爆场合，宜选用链传动、闭式齿轮传动或蜗杆传动， 而不采用带传动或摩擦传动。 6 2.1.32.1.3 多级传动的合理布置多级传动的合理布置 多功能搅拌机以及其他许多传动装置往往需要选用不同的传动机构，以多级传动方式 组成。合理布置各种传动机构的顺序，对传动装置和整个机器的性能、传动效率和结构尺 寸等有直接影响。 布置传动机构顺序时应注意以下几个原则： （1）带传动的承载能力较低，传递相同转矩时，结构尺寸较其它传动形式大，但传 动平稳，能缓冲减振，因此宜布置在高速级（转速较高，在传递相同功率时，转矩较小） 。 （2）链传动运转不均匀，有冲击，不适于高速传动，应布置在低速级。 （3）蜗杆传动可以实现较大的传动比，传动平稳，但效率较低，适于中小功率，间 歇运转的场合；当与齿轮传动同时布置时，最好布置在高速级，使传递的转矩较小，以减 小蜗轮尺寸，节约有色金属，而且有较高的齿面相对滑动速度，以利于形成润滑油膜，提 高效率，延长使用寿命。 （4）锥齿轮的加工比较困难,特别是大尺寸锥齿轮。一般应放在高速级，以减小其直 径和模数。但需注意，当锥齿轮的速度过高时，此时还应考虑能否达到制造精度及成本问 题。 （5）斜齿圆柱齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好，常用在高速级或要求传动 平稳的闭式传动。 （6）开式齿轮传动的工作环境一般较差、润滑条件不好，磨损较严重，寿命较短， 应布置在低速级。 2.1.42.1.4 分析比较，择优选定分析比较，择优选定 合理的传动方案除了首先应满足机器的工作要求外，还应保证机器的工作性能和可靠 性，具有高的传动效率、工艺性好、结构简单、成本低廉、结构紧凑和使用维护方便等。 但同时达到这些要求是不容易的。因此在设计过程中，往往需要拟定多种方案以进行技术 经济分析比较。 2.22.2 选选择电动机择电动机 电动机是一种通电后能带动其他机械运转的电器，许多需要转动的家用电器，如电风 扇、洗衣机、吸尘器、搅拌机等都是直接借助电动机的转动而工作，还有很多电器则是利 用电动机的旋转来实现某些特定的功能，如冰箱电动压缩机进行制冷循环，录音机、录像 机、vcd 等是利用电动机转动磁带或光盘从而将磁带上的磁信号或光盘上的光信号通过电 子器件还原成视频信号等等。 2.2.12.2.1 电动机类型和结构型式的选择电动机类型和结构型式的选择 在种类繁多的家用电器中，各种家用电器所呈现的机械特性各不相同。有些要求在负 载发生变化时，转速基本不变；有些则要求在负载变化时，转速有较大的变化；有些要求 起动性能好，速度上升快；有些则要求能有一个缓慢升速的过程。因此，随着家用电器的 特性不同，就要求选用不同特性的电动机。 所有不同类型的电动机其基本原理都是一样的，但由于供电电源不同，激磁方式不同， 电枢结构不同，就使其具有不同的机械特性和起动特性。合理地选配电动机才能使家用电 器的性能和功能达到满意效果。 常用的小功率电动机大致有：直流电动机、单相交流电动机、交直流通用电动机三大 类。食品类加工电动器具，用于对肉类、蔬菜、水果、蛋品等进行粉碎、切片、打浆等处 理。其所用电动机为交流串激电动机，具有较软的机械特性，启动转矩大，能适应粉碎、 搅拌、打浆等加工要求。在切片、切丝等操作中、电动机受到阻力较小，属于轻载状态， 此时高速运转工作效率很高。如果粉碎硬的食物或搅拌粘厚的食品时，电动机运转所受的 阻力甚大，就能自动降速，不会因过载而电流太大。因此在食品加工机中采用交流串激电 7 动机是十分相宜的。 由于串激电动机的空载转速甚高，能高达20000r/min以上，所以在使用时应避免开空 车，以防止由于转速太快而使电动机或传动机械受到损害。 2.2.22.2.2 确定电动机的功率确定电动机的功率 电动机功率的选择直接影响到电动机的工作性能和经济性能的好坏。如果所选电动机 的功率小于工作要求，则不能保证工作机正常工作，使电动机经常过载而提早损坏；如果 所选电动机的功率过大，则电动机不能经常满载运行，功率因数和效劳较低，从而增加电 能消耗、造成浪费。因此，在设计中一定要选择合适的电动机功率。 确定电动机功率的原则是电动机的额定功率ped稍大于电动机工作功率pd即pedpd， 这样电动机在工作时就不会过热。一般情况下可以不校验电动机的起动转矩和发热。本设 计中电动机按下述步骤确定： （1）工作机所需功率pw 工作机所需功率pw由机器的工作阻力和运动参数（线速度和转速）求得。 kw （2-1） 1000 fv pw 或 kw （2-2） 9550 w w tn p 式中，f为工作机的工作阻力，单位为 n；v为蔬菜片刀片的线速度，单位为 m/s；t为工 作机的阻力矩，单位为 nm，nw为蔬菜片刀片的转速，单位为 r/min。 v、n与刀片直径d（mm）之间的关系为 m/s （2-3） 100060 dn v 表表 2-22-2 机械传动和轴承效率的概略值机械传动和轴承效率的概略值 8 （2）电动机的输出功率pd 计算传动装置的总效率时需注意：若表中所列为效率值的范围时，一般可取中间值； 同类型的几对传动副、轴承或联轴器，均应单独计入总效率；轴承效率均指一对轴承的效 率；蜗杆传动效率与蜗杆的头数及材料有关，设计时应先初选头数并估计效率，待设计出 蜗杆的传动参数后再最确定效率，并核验电动机所需功率。 2.2.32.2.3 确定电动机的转速确定电动机的转速 同一类型、相同额定功率的电动机也有几种不同的转速。低转速电动机的级数多、外 廓尺寸及重量较大、价格较高，但可使传动装置的总传动比及尺寸减小，高转速电动机则 与其相反。设计时应综合考虑各方面因素选取适当的电动机转速。 可由工作机的转速要求和传动机构的合理传动比范围，推算出电动机转速的可选范围， 即 （2-6） wnd niiin 21 式中，nd为电动机可选转速范围；i1、i2、in，分别为各级传动机构的合理传动 比范围，见表 2-1。 上述方法为选择电机的普遍性方法,但在许多企业进行的机械设计,往往并不需要先选 传动比,再确定电机转速,而是根据需要直接选取电机,如在对多功能搅拌机进行设计时,是 由厂家根据经验,直接要求电机转速为某一转速,此时可忽略传动比的选择,根据其它条件, 直接选取电机。 2.2.42.2.4 确定电动机型号确定电动机型号 由选定的电动机类型、结构、功率和转速查出电动机型号，并记录其型号、额定功率、 满载转速、中心高、轴伸尺长、键连接尺寸等。 2.2.52.2.5 多功能搅拌机电动机选择示例多功能搅拌机电动机选择示例 以表 1.1 中原始数据 1 为例，将已知数据带入公式（21）得， 0.46kw 1000 fv pw 1000 78.1139 查表 21，选同步带传动10.98，深沟球轴承20.99，圆柱齿轮传动 30.97，齿式联轴器40.98。则，922 . 0 43 2 21 根据公式 22，知。根据转速要求kwpp wd 499 . 0 min/12000rnw 2.32.3 设计总传动比和分配传动比设计总传动比和分配传动比 由选定电动机的满载转速nm和主动轴的转速nw,可得传动装置的总传动比为 （2-7） w m n n i 传动装置总传动比是各级传动比的连乘积，即 （2-8） n iiii 21 计算出总传动比后，应合理地分配各级传动比，限制传动件的圆周速度以减小动载荷， 降低传动精度等级。分配各级传动比时主要应考虑以下几点： （1）各级传动的传动比应在推荐的范围内选取，参考表 2-1。 （2）应使传动装置的结构尺寸较小、重量较轻。 （3）应使各传动件的尺寸协调，结构匀称合理，避免互相干涉碰撞。 种 类效率种 类效率 自锁蜗杆（油润滑） 0.400.4 5 弹性联轴器 0.990.99 5 单头蜗杆（油润滑） 0.700.7 5 万向联轴器（3） 0.970.98 双头蜗杆（油润滑） 0.750.8 2 万向联轴器（3） 0.950.97 三头和四头蜗杆（油润 滑） 0.80092 联 轴 器 齿式联轴器 0.99 蜗 杆 传 动 环面蜗杆传动（油润滑）0.850.9 5 润滑不良 0.94（一 对） 平带无压紧轮的开式传 动 0.98 润滑正常 0.97（一 对） 平带有压紧轮的开式传 动 0.97 润滑特好（压力润滑） 0.98（一 对） 平带交叉传动 0.90 滑 动 轴 承 液体摩擦 0.99（一 对） v 带传动 0.96 球轴承（稀油润滑） 0.99（一 对） 带 传 动 同步带传动 0.98 滚动 轴承 滚子轴承（稀油润滑） 0.98（一 对） 焊接链 0.93 卷筒 0.96 片式关节链 0.95 单级圆柱齿轮减速器 0.970.98 滚子链 0.96 双级圆柱齿轮减速器 0.950.96 链 传 动 齿形链 0.97 减 速 器 行星圆柱齿轮减速器 0.950.98 很好跑合的 6 级精度和 7 级精度齿轮传动（油 润滑） 0.980.9 9 很好跑合的 6 级和 7 级 精度齿轮传动（油润滑）0.970.98 8 级精度的一般齿轮传 动（油润滑） 0.97 8 级精度的一般齿轮传 动（油润滑） 0.940.97 9 级精度的齿轮传动 （油润滑） 0.96 加工齿的开式齿轮传动 （脂润滑） 0.920.95 圆柱 齿轮 传动 铸造齿的开式齿轮传动 0.900.9 3 锥齿 轮传 动 铸造齿的开式齿轮传动 0.880.92 9 传动装置的实际传动比要由选定的齿轮齿数或带轮基准直径准确计算，因而很可能与 设定的传动比之间有误差。一般允许工作机实际转速与设定转速之间的相对误差为 （35）%。 对于实际设计中的某些机械,若有中间转速要求,则不需要进行传动比的分配,直接计 算传动比即可。 2.42.4 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数 2.4.12.4.1 计算传动装置的运动和动力参数确定计算传动装置的运动和动力参数确定 为进行传动件的设计计算，应首先推算出各轴的转速、功率和转矩。一般按由电动机 至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数，将设计方案中各轴从高速轴至 低速轴依次编号 i、ii、iii（图 2-2） 。 （1 1）各轴转速）各轴转速 ni = nm nii = ni / i1 （2-9） niii = nii / i2 （2 2）各轴输入功率）各轴输入功率 对于通用机器常以电动机额定功率ped作为设计功率；对于专用机器（或用于指定工 况的机器） ，则常用电动机的输出功率作为设计功率pd。 pi = ped pii = pi1 （2-10） piii = pii23 （3 3）各轴输入转矩各轴输入转矩 ti = 9550pi / ni tii = 9550pii / nii （2-11） tiii = 9550piii / niii 2.4.22.4.2 多功能搅拌机传动装置的传动比、运动和动力参数确定多功能搅拌机传动装置的传动比、运动和动力参数确定 多功能搅拌机有中间转速要求,则不需要进行传动比的分配,直接计算传动比，首先应 根据线速度和刀片直径计算转速，再计算传动比。 （1）计算轴、轴转速 根据公式（23）知， nmin)/(3000 15014 . 3 2410601060 33 r d v nmin)/(1500 15014 . 3 1210601060 33 r d v （2）计算传动比 4 1 i n nw 3000 12000 2 2 i n n 1500 3000 （3）各轴输入功率 对于通用机器常以电动机额定功率ped作为设计功率；对于专用机器（或用于指定工 况的机器） ，则常用电动机的输出功率作为设计功率pd。 10 pi = ped = 0.5 kw pii = pi1 = 0.50.98=0.49 kw piii = pii23 = 0.47 kw （4）各轴输入转矩 ti = 9550pi / ni = 0.40 nm tii = 9550pii / nii = 1.56 nm tiii = 9550piii / niii = 2.99 nm 11 任务三任务三 传动零件的设计计算传动零件的设计计算 一、任务目标：一、任务目标： 通过本次实践，要求学生能独立完成一般机械传动零件的设计计算，包括带传动、齿 轮传动设计及强度计算等。为使设计多功能搅拌机的原始条件比较准确，一般先计算外传 动件，如带传动、链传动和开式齿轮传动等，然后计算机械的内传动件，此项实践将直接 影响下一步轴系结构的设计计算。 二、项目及设计总领：二、项目及设计总领： 本次实践，以多功能搅拌机传动零件的设计计算为例，根据已知条件完成： 同步带传动设计 工程塑料齿轮传动设计 机械传动零件的设计计算，难点在于同步带的设计计算方法不同于普通 v 带的设计计 算方法、工程塑料齿轮的设计计算也不同于金属材料的设计计算方法。通过此次任务，能 够大大提高读者查阅文献、识图读表的能力。 三、相关知识三、相关知识: : 选择联轴器的类型和型号 设计多功能搅拌机带传动零件 设计多功能搅拌机齿轮传动零件 3.13.1 选择联轴器的类型和型号选择联轴器的类型和型号 3.23.2 设计多功能搅拌机带传动零件设计多功能搅拌机带传动零件 啮合型带传动，也称同步带传动，它是依靠同步带上的齿与带轮齿槽之间的啮合来传 递运动和动力的。同步带传动兼有带传动和啮合传动的优点，既可保证传动比准确，也可 保证较高的传动效率（98以上） ；适应的传动比较大，可达 10，且适应于较高的速度， 带速可达 50 ms。其缺点在于同步带及带轮制造工艺复杂，安装要求较高。 同步带传动主要用于中小功率、传动比要求精确的场合，如搅拌机、打印机、绘图 仪、录音机、电影放映机等精密机械中。 3.2.1 选用圆弧齿同步带传动。 1、确定设计功率pd pd = kap kw （3-1） 式中，ka为工作情况系数，查表 3-1。 表表 3-13-1 工作情况系数工作情况系数k ka a 12 注：对增速传动，须将下列数字加进本表的ka中： r = 11.24 0； r = 1.251.74 0.10； r = 1.752.49 0.20； r = 2.503.49 0.30； r 3.50 0.40。 对带型为 14m 和 20m 的传动，当n1600r/min 时，应追加系数（加进ka中）如下： n1200 r/min； 0.3； n1=201400 r/min； 0.2； n1= 401600 r/min； 0.1 对频繁正反转、严重冲击、紧急停机等非正常传动，需视具体情况修正工作情况系 数。 2、选择带型 按n1和pd，由图 3-1 选择带型。 13 图图 3-13-1 选型图选型图 3、计算传动比 i = n1 / n2 （3-2） 4、确定带轮直径 表表 3-23-2 3m3m 带轮的基本尺寸带轮的基本尺寸 14 5、选择带的节线长度lp和确定实际中心距a 由设计任务初定中心距，计算带的初定节线长度l0： （3-3） 0 2 12 1200 4 57 . 1 2 a dd ddal 查表 3-3，选取节线长lp，齿数，长度代号。 表表 3-33-3 3m3m 圆弧齿同步带长度系列圆弧齿同步带长度系列 15 实际中心距： mm （3-4）1632 2 12 2 ddmma 其中 mm （3-5） 12 28 . 6 4ddlm p 6、确定中心距调整下限i和调整上限s 中心距范围为：（ai）（a+s）mm，i和s值见表 3-4。 7、确定带长系数kl 带长系数kl由表 3-5 查取。 8、确定啮合齿数系数kz 啮合齿数 （3-6）6 6 5 . 0 1 12 z a dd entzm 啮合齿数系数：zm6，kz=1；zm6，kz=10.2（6- zm） （3-7） 表表 3-43-4 中心距安装量中心距安装量 i i 和调整量和调整量 s s 16 表 3-5 带长系数 kl 9、确定带的基本额定功率p0 3m 带型的最小宽度推荐用基本额定功率p0，见表 3-6。 10、带的额定功率pr kw （3-8） 0 pkkkp wzlr 带宽系数 （3-9） 14 . 1 0 s s w b b k 11、确定带和带轮的宽度 按pdpr原则选择带的宽度bs，则 （3-10）14 . 1 0 0 pkk p bb zl d ss 表 3-6 3m（6mm 宽）基本额定功率 p0 17 表 3-7 带的基本宽度 bs0 表 3-8 带宽尺寸 18 表 3-9 带轮宽度尺寸 12、计算压轴力q 压轴力q示意图 3-2。 19 图 3-2 带传动的压轴力 带的紧边张力f1和松边张力f2分别由下式计算： n （3-11）vpf d 1250 1 n （3-12）vpf d 250 2 m/s6000 11n dv 压轴力 n （3-13） 21 ffkq f 当工作情况系数ka1.3 时， n （3-14） 21 77 . 0 ffkq f kf为矢量相加修正系数，据小带轮包角1查图 3-3 而得。 （3-15） 3 . 57180 12 1 a dd 图 3-3 矢量相加修正系数 按上述步骤计算得，1130、kf0.926、v108 m/s、f18.68n、f21.74n、q 7.43n。 13、带的张紧 计算带安装时应保证的挠度f（图 3-4） ，以使带产生适当的张紧力。 20 mm （3-16） 2 122 2 dd at mm （3-17）64tf 则f0.83。 图 3-4 带安装时的挠度 施加表 3-10 规定的安装力g，调整中心距，使其挠度f与计算值一致。 表表 3-103-10 安装力安装力g g 3.2.2 选用圆弧齿同步带传动。 1、确定设计功率pd 根据公式（31） pd = kap 21 式中，ka为工作情况系数，查表 3-1,选取多功能搅拌机工作情况系数ka1.5，则pd = kap1.50.50.75 kw。 2、选择带型 按n1和pd，由图 3-1 选择带型。由n112000r/min、pd0.75 kw，选择 3m 型带。 3、计算传动比 i = n1 / n2 = 4 4、确定带轮直径 初选小带轮齿数z1=18，大带轮z2= iz1=72，由表 3-2 查得 d1=17.19mm、d2=68.75mm、da1=16.43mm、da2=67.99mm。 5、选择带的节线长度lp和确定实际中心距a 由设计任务初定中心距a055mm，根据公式（33）计算带的初定节线长度l0： 257mm 0 2 12 1200 4 57 . 1 2 a dd ddal 查表 3-3，选取节线长lp264mm，齿数 88，长度代号 264。 根据公式（34）实际中心距： mm 1632 2 12 2 ddmma 其中 mm 12 28. 64ddlm p 经计算得中心距为 59mm。 6、确定中心距调整下限i和调整上限s 中心距范围为：（ai）（a+s）mm，i和s值见表 3-4，结果为 57.9859.76mm。 7、确定带长系数kl 带长系数kl由表 3-5 查取，kl1.00。 8、确定啮合齿数系数kz 啮合齿数 （3-6）6 6 5 . 0 1 12 z a dd entzm 啮合齿数系数：zm6，kz=1；zm6，kz=10.2（6- zm） （3-7） 9、确定带的基本额定功率p0 3m 带型的最小宽度推荐用基本额定功率p0，见表 3-6，查得 0.332 kw。 10、带的额定功率pr kw （3-8） 0 pkkkp wzlr 带宽系数 （3-9） 14 . 1 0 s s w b b k 11、确定带和带轮的宽度 按pdpr原则选择带的宽度bs，则 （3-10）14 . 1 0 0 pkk p bb zl d ss bs0查表 3-7，等于 6。经计算bs 12，表 3-8 中选择标准带宽 15mm，并从表 3-9 中确 定带轮宽度bf16.3mm、bf20.0mm。 22 12、计算压轴力q 带的紧边张力f1和松边张力f2分别由下式计算： 根据公式（311） ，8.68nvpf d 1250 1 根据公式（3-12） ，1.74n vpf d 250 2 108 m/s 6000 11n dv 根据公式（3-13） ，当工作情况系数ka1.3 时， 7.43n （3-14） 21 77 . 0 ffkq f kf为矢量相加修正系数，据小带轮包角1查图 3-3 而得。 根据公式（3-15） ，130 3 . 57180 12 1 a dd 13、带的张紧 计算带安装时应保证的挠度f（图 3-4） ，以使带产生适当的张紧力。 根据公式（3-16） mm 2 122 2 dd at 根据公式（3-17） mm 64tf 则f0.83。 图 3-4 带安装时的挠度 施加表 3-10 规定的安装力g，调整中心距，使其挠度f与计算值一致。 3.3 设计齿轮传动零件 考虑到节省成本等因素，某些设计传动方案一中，齿轮可采用尼龙材料。 3.3.1 mc 尼龙齿轮设计计算 1mcmc 尼龙齿轮是金属等齿轮的替代品 mc 尼龙兼有耐疲劳、抗冲击和耐磨等性质，使其在齿轮应用上极受欢迎，已成功地应 用在直齿轮、蜗轮、斜齿轮和螺旋齿轮上有 25 年的历史。今天在各行业，mc 尼龙齿轮正 不断地替代钢材、木材、铜材、铸铁、酚醛。 mc 尼龙齿轮有如下优点； （1） 运行噪音低 （2）无润滑运行 23 （3） 比传统的金属齿轮惯性低 （4） 耐腐蚀性 尽管 mc 尼龙齿轮的强度明显比相应的金属齿轮低，由于它的低摩擦性和低惯性， 以及热塑性塑料齿轮轮齿的弹性（弯曲） ，在很多应用上可以直接替代金属-尤其是非铁金 属、铸铁和未经淬硬处理的钢材。 2.直齿轮的设计 步骤 1：获得需要的应用数据：模数 p，齿数 n，压力角 pa，齿宽 f (英寸)， 输 入速度 n (rpm)，输入扭矩 ti 或 输入马力 hpi 步骤 2：获得推导数据和修正系数 节圆直径，dp=n/p 齿形系数，y 屈服应力，sb， 工作寿命系数，cs 速率因素，cv 材料强度因素，cm 温度修正系数，ct 环境温度100of, ct=1 100of1,且均匀对称地分布于中 p n 心轮之间；所以，在 2k-h 型行星传动中，各基本构件（中心轮 1、3 和转臂 h）对传动主 轴上的轴承所作用的总径向力等于零。因此，为了简便起见，本书在行星齿轮传动的受力 分析图中均未绘出构件的径向力，且用一条垂直线表示一个构件，同时用符号代表切 r ff 向力。为了分析各构件所受的切向力 f，现提示如下三点。 t f （1）在转矩的作用下，行星齿轮传动中各构件均处于平和状态，因此，构件间的作用 力应等于作用力。 （2）如果在某一构件上有三个平衡力，则中间的力与两边的力的方向应相反。 （3）为了求得构件上两个平衡力的比值，则应研究它们对第三个力的作用点的力矩。 在 2k-h 型行星齿轮传动中，其受力分析图是由运动的输入件开始，然后依次确定各构 件上所受的作用力和力矩。对于直齿圆柱齿轮的啮合齿轮副只需绘出切向力 f，如图 10-1 所示。由于在输入件中心轮 a 上受有个行星轮 c 同时施加的作用力 fca 和输入转矩 ta p n 的作用。当行星的数目2 时，各个行星轮上的载荷均匀（或采用载荷分配不均匀系数 p n kp 进行补偿） ，因此，只需要分析和计算其中的一套即可。在此首先应计算输入件中心轮 1 在每一套中（即在每个功率分流上）所承受的输入转矩为 （6-7） 1 11/ 9549 nn p n t t pp 式中中心轮 1 所传递的转矩 1 t 行星轮的数目 p n 40 （a）传动简图 （b）构件的受力分析 图 6-1 2h-k 型受力分析 按照上述进行受力分析计算，则可得行星轮 2 作用于中心轮 1 的切向力为 （n） （6-8） / 1 1 / 1 / 21 20002000 dn t d t f p 而行星轮 2 上所受的三个切向力分别如下。 中心轮 1 作用于行星轮 2 的切向力分别为： （6-9） / 1 1 2112 2000 dn t ff p 内齿轮 b 作用于行星轮 c 的切向力为 （6-10） / 1 1 1232 2000 dn t ff p 转臂 h 作用于行星轮 2 的切向力为 （6-11） / 1 1 122 4000 2 dn t ff p h 在转臂 h 上受到的作用力为 （6-12） / 1 1 22 4000 dn t ff p hh 在转臂 h 上受到的力矩 （6-13） hhhph r d t rfnt / 1 1 2 4000 在内齿轮 3 上所受到的切向力为 （6-14） / 1 1 3223 2000 dn t ff p 在内齿轮 3 上所受的力矩为 （6-15） / 1 / 3 1 / 3 233 2000d d t d fnt p 41 式中中心轮 1 的节圆直径，mm / 1 d 内齿轮 3 的节圆直径，mm / 3 d 转臂 h 的回转半径，mm h r 6 62 2 行星齿轮传动中轮齿的失效形式和常用齿轮材料行星齿轮传动中轮齿的失效形式和常用齿轮材料 621 轮齿的失效形式 在行星齿轮传动中，常见的失效形式有齿面点蚀、齿面磨损、轮齿折断。 在行星齿轮传动中，轮齿在载荷的多次重复作用下，齿根弯曲应力超过材料的弯曲持 久极限时，齿根部分将产生疲劳裂纹。裂纹逐渐扩展，最终致使齿轮产生疲劳折断。另外， 外有过载折断，轮齿因短时过载或冲击过载而引起的突然折断，称之为过载折断。用淬火 钢或铸铁制成齿轮，容易产生过载折断。 齿面磨料磨损是由于齿廓间相对滑动的存在，如果有硬的屑粒进入轮齿工作面间，则 将会产生磨料磨损。闭式齿轮传动中，应经常注意润滑油的清洁和及时更换。而开式齿轮 传动的工作条件较差，其主要的实效形式就是磨料磨损。 在行星齿轮传动中，外啮合的中心轮，比如型传动中的齿轮 1（太阳轮） ，通常是行星 传动中的薄弱环节。由于它处于输入轴上，且同时与几个行星轮相啮合，应力循环次数最 多，承受载荷较大，工作条件较差。因此，该中心轮首先产生齿面点蚀，磨损和轮齿折断 的可能性较大。内啮合齿轮副的接触应力一般比外啮合齿轮副要小得多。但经常试验和实 际使用发现，在低速重载的行星齿轮传动中，内齿轮轮齿的齿面接触强度可能低于计算值， 即使得其齿面接触应力大于许用的的接触应力，即；从而出现点蚀现 h h h h 象。所以，在设计低速重载的行星齿轮传动中，确定该内啮合齿轮副的许用接触应力 时必须考虑到上述情况。 h 在 2k-h 型的传动中，作为中间齿轮的行星轮 c 在行星齿轮传动中总是承受双向弯曲载 荷。因此，行星轮 2 易出现齿轮疲劳折断。必须指出：在行星传动中的轮齿折断具有很大 的破坏性。如果行星轮 2 中的某个轮齿折断，其碎块掉落在内齿轮 3 的轮齿上，当行星轮 2 与轮 3 相啮合时，使得 3-2 啮合传动卡死，从而产生过载现象而烧毁电机，或使整个行 星减速全部损坏。所以，在设计行星齿轮传动时，合理地提高齿轮的弯曲强度，增加其工 作的可靠性是非常重要的。 622 常用的齿轮材料 在行星齿轮传动中，齿轮材料的选择应综合地考虑到齿轮传动的工作情况（如载荷性 质和大小、工作环境等） ，加工工艺和材料来源及经济性等条件。由于齿轮材料及其热处理 是影响齿轮承受能力和使用寿命的关键因素，也是影响齿轮生产质量和加工成本的主要条 件。选择齿轮的材料的一般原则是：既要满足其性能要求，保证齿轮传动的工作可靠 、安 全；同时，又要使其生产成本较低。例如，对于高速过载、冲击较大的运输车辆和装甲车 辆的行星齿轮传动装置应选用渗碳钢 20crmnti 或力学性能相当的其他材料（如 30crmnti 等） 。经渗碳或表面淬火，以便使得其齿面硬度较高，心部韧性较好。对于中、低速重载的 重型机械和较重型军用工程机械的行星齿轮传动装置应选用调质钢 40cr 35simn 和 35crmnsi 等材料。经正火、调质或表面淬火，以使其获得机械强度、硬度和韧性等综合性 能较好。对于载荷较平稳的一般机械传动装置中的行星齿轮传动，可选用 45、40cr 或力学 42 性能相当的其他材料，如 50simn、42crmo 和 37simn2mov 等，经正火或调质处理，以获得 相当的强度和硬度等力学性能。除考虑齿轮的工作条件外，选择齿轮材料时还要考虑齿轮 的构造和材料的供应情况。总之，对于要求结构紧凑、外形尺寸小的行星传动中的齿轮， 一般都是采用优质钢材，如优质碳素钢和合金结构钢，以便使得行星齿轮传动装置的结构 紧凑、质量小及承载能力高。 制造齿轮的钢材，一般应根据其齿面的硬度要求，按如下两种情况来进行选择。 1、软齿面（hb350）齿轮材料的选择 由于软齿面的硬度较低，故其承载能力不好很高。对于这类齿轮一般应选用中碳钢 40、45、50 以及中碳合金钢 40 cr、45cr、40mnb、35simn、38simnmo、35crmnsi、35simn2mov 等。选用这类材料的齿轮， 一般在毛坯热处理后进行切齿，可以消除热处理变形对此类精度的影响。 对于上述材料较常用的热处理方法有以下两种。 （1）调质处理（即淬火后高温回火）上述材料经调质处理后，可以获得良好的综合李 力学性能（即具有较高的强度和硬度及较好的韧性） ，其硬度在 200300hb 的范围内，适用 于中速、中等载荷下工作的齿轮。齿面的精加工可在热处理后进行，以消除热处理吧、变 形，保持齿轮的精度。 （2）正火处理（加热保温后空气中冷却） （正火齿轮后的综合力学性能不如调质处理， 去硬度在 160210hb 范围内，多用于直径很大，强度要求不高的齿轮传动。 2、硬齿面（hb350）齿轮材料选择 由于硬齿轮的硬度较高，所以其承载能力较大。对于这类齿轮一般应选用中碳钢 35、45 和中碳合金钢 40cr、35simn、40mnb 以及渗碳钢（低碳合金钢） 20cr、20crmnti、40mnvb,碳化钢 38crmoala 等。选用这类材料的齿轮必须在切制轮齿 后进行热处理（硬化处理） 对于上述材料通常可采用下列三种热处理方法。 （1）表面淬火 中碳钢和中碳合金钢经表面淬火后齿轮表面硬度高，接触强度较高， 抗点蚀能力很强，耐磨性很好。由于齿轮心部具有较高的韧性，故可承受一定的冲击载荷。 同时，齿轮表面经硬化后产生了残余压缩应力，较大地提高了齿根强度。表面淬火通常可 达到的硬度范围为：中碳合金钢 4555hrc,优质碳素钢 4055hrc。 （2）渗碳淬火 低碳钢和低碳合金钢经渗碳淬火后，齿面硬度很高接触强度高、抗 点蚀能力很强，耐磨性能很好。轮齿心部具有很好的韧性，表面经硬化后产生了残余压缩 应力，大大提高了齿根强度。渗碳淬火后一般齿面硬度为 5662hrc。由于热处理变形较大，热处理后磨齿，则增加了加工成本；但是可以获得高精 度的齿轮。 （3）氮化 氮化钢经氮化后，可以获得很高的齿面硬度，一般可达 6267hrc，具有 较强的抗点蚀和耐磨性能，心部具有较高的韧性。为提高心部强度，对中碳钢需先进行调 质处理。由于氮化是一种化学热处理，加热温度低，故其变形很小，淡化后不需要磨齿。 氮化的硬化层很薄，故其承载能力不及渗碳淬火后的齿轮，因此它不适用于冲击载荷下的 工作条件。氮化处理的成本高。 氮化后齿轮主要用于接触强度高和耐磨性要求很高