优秀机械创新设计-传动轴式自行车的设计（全套含CAD图纸+三维建模仿真）
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购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 1 前 言 在科技日益发达的当今社会，新型技术不断被研发并辐射到社会的实际运用中去，随着人们环境意识的不断增强，人们都在寻着能够省时省力节能的新型代步工具！都在为共创和谐的节约型社会而努力！ 随着居民生活水平的不断提高，自行车的使用不仅仅再是普通的代步工具，而逐渐成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选工具。行驶途中，可以当做普通自行车骑行锻炼身体，随着时间的推移，原始简单的链传动自行车已不再满足人们的心里，人们都希望完善自行车的传动方式功用，以给人们带来更多的方便。 从早期的自行车雏型出现，到今天种类繁多、形式多样的 自行车产品，已经历了近 200年的历史，随着社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快 , 人们在享受物质生活的同时 , 更加注重产品的方便、舒适、可靠、价值、安全、效率等人机性能 , 创新设计即充分发挥人的创造才能 ,利用技术原理进行创新构思的设计实践活动，其目的是为人类社会提供富有新颖性和先进性的产品 新设计的基本特征是新颖性和先进性。“新颖性”就是设计者不拘于前人或别人已有的成就 ,敢于根据从未尝试过的想法去进行新的探索 ,设计出别具一格的产品。“先进性”就是设计的产品不仅应标新立异，而且在技术水平 上比现有的类似产品要超前一步，即在功能、性能、结构等方面显示出新的特点和实质性的改进，创新设计即充分发挥人的创造才能，任何一种设计都离不开创新，工业设计领域中 ,无论是对传统产品的改进性设计 ,还是对新产品的开发性设计都需要创新。因此 ,对自行车进行创新设计和概念设计具有重要意义，对传动轴自行车设计通过对链轮改造，把前链轮改造成一对锥齿轮传动 中间通过传动轴代替链条，后轮在通过一对锥齿轮改变传动的方向设计要求 由于设计的水平有限，设计中难免存在错误和不当之处，恳请各位老师批评指正。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 2 目 录 1. 传动方案初步确定 2. 传动的结构设计 .锥齿轮传动设计 . .部锥齿轮的设计 .轴的初步设计 .8 的设计 .对轴 2 的设计 .轴 3 的设计 . .16 3. 对自行车局部的改造 .20 车架改造 .棘轮的改造 20 4. 对齿轮箱结构尺寸的设计 . 21 . .22 致谢 23 参考文献 . 24 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 3 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 4 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 5 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 6 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 7 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 8 传动轴式自行车的设计 传动方案的确定 图 1该方案和普通链传动相比较有传动效率高，减少了链条式自行车因为布局不好所带来的对衣服咬合所带来的危险，也减少了链传动多边形效应对功率的损失和震动噪音等产生，不会再出现关键时刻掉链子的可能， 但是由于该传动有锥齿轮和传动轴组成带来的问题便是加工困难和成本较高。 一般脚踏以 60r/奏转动较为合适 一般人能给自行车的转矩在 T=13000 左右 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 9 锥齿轮传动设计 按齿面强度设计 计算大端分度圆直径 用直齿圆锥齿轮传动，自行车为一般工作机器，速度低故选用 8 级精度。 机械设计表 10得： 选择小齿轮材料为 40质），硬度为 250 大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 200 两者材料硬度差为 50 选小齿轮齿数 7 ， 大齿轮齿数 7/ 9 计算大端分度圆直径 根据参考机械设计 227页公式 10 3 2121 估计 1m/s，并取 8 级精度等级。 由机械设计 194 页图 10得： 机械设计 226 页表 10得：机械设计 193 页表 10得： 动载系数 K K = 机械设计 201 页表 10得： 1并取 R =31由机械设计 209 页图 10得齿轮 1 和 2 的接触疲劳强度极限分别为： 1=600 21=550齿轮 1 和 2 的工作应力循环次数分别为： 02 =60 60 5 300 10=107 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 10 721 由机械设计 207 页图 10得： 1 2 S=1故许用应力： 1H = = 1 =600 2H = = 1 =660应取两者中的较小者，故 600根机械设计 227 页式 10 32211 有万方数据相关资料 查的 T=13475 左右带入数据 4 7 t 347522111 mt m /2 2 0 0 0 111 与估计无太大差异。 11 d 分锥角 0211 r c t a n 齿宽 i i 1 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 11 取齿宽 b=20 大端模数 0 0 9 m=齿轮分度圆 22 =29=齿轮分度圆 11 =17=距 22221 齿根弯曲强度设计 由机械设计 226 页式 10： 由机械设计 200 页表 10 取齿形系数校正系数 1 21 2机械设计 208 页图 10c）得： 15502510由机械设 计 206 页图 10： 1 2弯曲安全系数 S= 01 =334 =317计算大小齿轮的 加以比较： 1 11F 334 = 2 22F Y=317 =买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 12 小齿轮的数值大。 =1 1 3 2212 1 =见，由齿面疲 劳强度计算而得的模数 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有关，选取齿面接触的疲劳强度 标准值 m=终效果图如下 图 2和锥齿轮 2 部锥齿轮的设计 按齿面强度设计 计算大端分度圆直径 用直齿圆锥齿轮传动，自行车为一般工作机器，速度低故选用 8 级精度。 机械设计表 10得： 选择小齿轮材料为 40质），硬度为 250 大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 200 两者材料硬度差为 50 选小齿轮齿数 7 ， 大齿轮齿数 7/ 2 计算大端分度圆直径 根据参考机械设计 227页公式 10买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 13 3 2121 估计 1m/s，并取 8 级精度等级。 由机械设计 194 页图 10得： 机械设计 226 页表 10得：机械设计 193 页表 10得： 动载系数 K K = 机械设计 201 页表 10得： 1并取 R =31由机械设 计 209 页图 10得齿轮 1 和 2 的接触疲劳强度极限分别为： 1=600 21=550齿轮 1 和 2 的工作应力循环次数分别为： =60 5 300 10=107 843 由机械设计 207 页图 10得： 3 4 S=1，故许用应力： 3H = =582 4H = =应取两者中的较小者，故 根机械设计 227 页式 10买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 14 32221 代入数据计算得 t m /31 与估计无太大差异。 11 d 分锥角 0431 r c ta n 齿宽 i i 1 取齿宽 b=15 大端模数 m=齿轮分度圆 44 =22=77齿轮分度圆33 =17=距 22423 齿根弯曲强度设计 由机械设计 226 页式 10： 由机械设计 200 页表 10取齿形系数校正系数 3 43 4买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 15 由机械设计 208 页图 10c）得： 35504510由机械设计 206 页图 10： 3 4弯曲安全系数 S= 01 =334 =317计算大小齿轮的 加以比较： 3 33F 334 = 4 44F Y=317 =齿轮的数值大。 =1 1 3 2212 1 =见，由齿面疲劳强度计算而得的模数 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有关，选取齿面接触的疲劳强 度 标准值 m=终效果图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 16 图 2轮 3和锥齿轮 4 的设计 已知条件，轴 1转矩 347N 轴的材料，因为传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故有机械设计 362页表 155钢，调制处理。 初步计算轴颈由机械设计表 15030A=3110 公 式中取 1n =60r/P =以30m =用深沟球轴承选择代号为 6003，由机械设计 332页表 13于速度不大故采用脂润滑。 初步对轴整体设计预选 6003查手册得： d=17 D=35 B=10 取轴承端面到壳体内壁距离为 2轮到壳体内壁为 10，两端轴 17部分长度为： 17l=10+2=12 装齿轮 2的宽度预选 30 l=308 轴环宽度 B=5 d=20 h=20 = 外还有与脚蹬相连接的部分，又对现有自行车的轴参考选轴总长为 200. 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 17 轴向定位 中间轴环，弹性卡簧，轴套等零件。 4轴上零件的周向定位 选用健配合齿轮 2健 b h=6 6 轴承内圈与轴过盈配合67承外圈与壳体间隙配合67轴的工艺要求面配合表面粗糙度 余 端倒 1 45o 图 2 轴的强度校核 由于该轴为转轴，应按弯扭组合强度进行校核计算 。 图 2力分析 根据受力分析，齿轮所受的转矩： 29550 m 齿轮作用力 ： 86N =支反力 2 2 =买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 18 2286 =143N 求 28=a2d= 43 28=4004N 2 1弯矩 绘制扭矩图（ g） 29550 m 计算合成弯矩 221 M =222 M =制扭矩图（ h） 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 19 图 2轴的材料为 45钢，调质处理， 25 面 截面 0 轴的强度足够。 轴 2设计 选轴的材料，因为传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故有机械设计 362页表 155钢，调制处理。 初步计算轴颈由机械设计表 15030A=2P 传递的功率 2P =n=60/00r/110 带入数据得 所以30m =用深沟球轴承选择代号为 6002，由机械设计 332页表 13于速度不大故采用脂润滑。 初步对轴整体设计预选 6002查手册得： d=15 D=32 B=9 拟定装配方案：齿轮 轴套 轴承端盖， 选用健配合齿轮 2健 b h=5 5 轴承内圈与轴过盈 配合67承外圈与壳体间隙配合67买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 20 5轴的工艺要求面配合表面粗糙度 余 端倒1 45o . 和万向节连接处最小取最小直径 12， 图 2 2 轴的强度校核 由于该轴为转轴，应按弯扭组 合强度进行校核计算 。 图 2力分析 根据受力分析，齿轮所受的转矩： 29550 m 齿轮作用力 ： r= =支反力 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 21 2 2 =2 求 40=a2d= 40=5898N 2=229550 m 计算合成弯矩 221 M =222 M =的材料为 45钢，调质处理， 25 面 截面 0 轴的强度足够 。 设计 选轴的材料，因为传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故有机械设计 362页表 155钢，调制处理。 初步计算轴颈由机械设计表 15030A=传递的功率为3P=P =n=100r/330m 代入数据得 30m =用深沟球轴承选择代号为 6002，由机械设计 332页表 13于速度不大故采用脂润滑。 初步对轴整体设计预选 6002查手册得： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 22 d=15 D=32 B=9 拟定装配方案：齿轮 轴套 轴承端盖， 选用健配合齿轮 2健 b h=5 5 轴承内圈与轴过盈配合67承外圈与壳体间隙配合67轴的工艺要求面配合表面粗糙度 余 端倒1 45o . 和万向节连接处最小取最小直径 12，图 2 3 轴的强度校核 由于该轴为转轴，应按弯扭组合强度进行校核计算。 图 2力分析 根据受力分析，齿轮所受的转矩： 29550 m 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 23 齿轮作用力 ： r= =支反力 2 2 = 40=a2d= 77=2084N 40=2=229550 m 计算合成弯矩 221 M =4135N 222 M =4602N 的材料为 45钢，调质处理， 25 面 截面 0 轴的强度足够。 由机械设计公式 15 3 40 1 n 材料选择 45钢 取 =A=110 P=n=100 代入数据计算得 了满足强度要求外d=12内d=6作用于十字轴轴颈中点的力为 F，则 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 24 r =8c o 7 =字 轴轴颈根部的弯曲应力 w= 32 w = 4 式中，取十字轴轴颈直径 字轴油道孔直径 力 用线到轴颈根部的距离 s= w为弯曲应力的许用值，为 250 为切应力的许用值，为 80 w= 32 =107 w = 4 2323 103106 9 14 =40 故十字轴轴颈根部的弯曲应力和切应力满足校核条件 十字轴效果图如下图 2字轴万向节 十字轴滚针的接触应力应满足 j=272 （ 11 j 式中，取滚针直径 针工作长度 合力 F 作用下一个滚针所受的购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 25 最大载荷 即 滚针和十字轴轴颈表面硬度在 58上时，许用接触应力 j为 3000 j=272 （ 1133 = j 故十字轴滚针轴承的接触应力校核满足 传动轴强度校核 按扭转强度条件 T=T/)(1( T 式中， 轴的转速 n=100r/传递的功率 P=2mm，别为传动轴的外内直径，根据机械设计表 15 T为 25 00 8 5 0 0 0 0T =25 T 故传动轴的强度符合要求 传动轴转速校核及安全系数 传动轴的临界转速 为 108 2 22 式中，取传动轴的支承长度 002别为传动轴轴管的内外直径 , 00 r/ 108222400612 =6495r/495 远大于 100 所以轴管临界转速合格。 传动轴轴管断面尺寸除应满足临界转速要求以外，还应保证有足够的扭转强度。 轴管的扭转应力 c=)(1644 1 cc c c 式中 c=300 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 26 c=)106()1012( = c 轴管的扭转应力校核符合要求 . 对于传动轴上的花键轴，通常以底径计算其扭转应力 h，许用应力一般按安全系数 2 h = 3116中 ,取花键轴的花键内径 8径 2 h =33 )1018( =动轴花键的齿侧挤压应力 y= )2)(4( y 式中 ,取花键转矩分布不均匀系数 K=键的有效工作长度 0键齿数 当花键的齿面硬度大于 35：许用挤压应力 y=25 y= = y 传动轴花键的齿侧挤压应力 传动轴华健效果图如下 图 2动轴花键 传动轴最终效果图如下购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 27 图 2动轴整体图 3. 对自行车局部的改造 车架改造 以现有的自行 车架为基础对其进行改造以适应对传动轴齿轮箱体的合理布局能够使传动轴和自行车架结合到一体 图 3造后的车架 对 1 处采用图示的改造，使该处能够与齿轮箱相连接，对 2 处的改造如上图所示，此处的改造是提高原本在底处的车架，为了减少对传动轴的干扰。 棘轮的改造 图 3造后的棘轮机构 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 28 把原有的最外圈和小链轮连接的棘轮机构改造成如上图所示的结构，使其能够与上图所示的锥齿轮相配合到一起，实现传动。 最终的自行车装配图如下图 3体装配图 4. 对齿轮箱结构尺寸的设计 机体的结构尺寸 机座 壁厚 = 1 取机座壁厚为 8 机盖壁厚 8 11 取机盖壁厚为 8 机座凸缘厚度 b=12 机盖凸缘厚度 1b = =12 与车架连接螺栓直径 1 取2 轴承旁连接螺栓直径 机盖与机座连接螺栓直径 2d （ .6） 轴承端盖螺钉直径3d=（ .5）3d=5 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 29 润滑与密封 由于齿轮速度 较低选用脂润滑齿轮选用 7407 号齿轮润滑脂，轴承的润滑采用滚珠轴承润滑脂，采用毡圈密封。 5 总结 经历了四年的学习，毕业设计终于告一段落。这也是在以前学习中一直没有遇到过的，这次毕业设计让我深深体会到了机械设计的严谨，复杂，系统性的设计一个传动轴自行车完全不像以往设计一个零件那么简单，其中一个小错误都有可能导致最后传动轴自行车的设计错误。最终实现对传动轴自行车的设计，本设计的有点改观了自行车传动方式，传动轴自行车能够更高效率的传动人的动力，改变了因为链传动所带来的一些缺点，比如链传动所带来的对裤子的咬合，有 链传动多边形效应带来的震动和噪音，这种方式的自行车如果在市场推出肯定有不错的市场一是这种传动的新颖，最主要还是传动的效率高在同等条件下的链传动自行车相比较会感觉更省力，通过对自行车的三维建模使我更熟练的掌握使用 后感谢指导老师的辛勤指导使我少走弯路更好的完成我的毕业设计。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 30 致 谢 首先，我要 感谢我的 指导老师李宜峰老师 ，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样 ，给了起到了指明灯的作用 ；他们循循善诱的 教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪 ，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要 感谢 同组 同学对我的帮助和指点 ， 没有他们的帮助和提供资料 ，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。 此次毕业设计历时三个月，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计。用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就不难了。我此次的任务是做一个项目的招标文件。虽说老师说的话让此次的毕业设计看 起来不是那么的可怕，但是当我真的开始着手时，还的确是困难重重。 俗话说的好，“磨刀不误砍柴工”，当每次遇到不懂得问题时，我都会第一时间记在本子上面，然后等答疑的时候问两位老师，老师对于我提出来的问题都一一解答，从来都不会因为我的问题稍过简单加以责备，而是一再的告诫我做设计该注意的地方， 从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持 ，他们真正起到了“传道授业解惑
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