机械毕业设计（论文）-采煤机截割部设计及强度计算【全套图纸VB程序】 .doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书 i 摘摘 要要 截割部摇臂传动设计部分是本设计首先要作的工作。设计中首先确定了摇臂内各 零部件的传动方案、分配传动比、初步确定个齿轮的齿数、齿轮的设计计算及其校核、 行星机构的设计计算、轴的设计计算及其校核、并初步选取了轴承和键，以及简要分 析了各个零部件的作用。最终通过分析计算完成了截割部摇臂传动设计过程。 设计中的重点及难点是以参数化设计思想为依据，以开发专业化的计算机辅助设 计系统为目的，采用 visual-basic 为编程语言，以 access 为数据库支撑，开发研制 了集几何参数设计、承载能力计算、技术文件生成与管理为一体的综合型渐开线齿轮 辅助设计系统 ,对提高渐开线齿轮设计的效率、可靠性具有重要意义。 关键词：关键词：截割部；行星机构；渐开线齿轮； 参数化设计； 计算机辅助设计 内蒙古科技大学毕业设计说明书 ii abstract the part of cutting department rocker-arm drive design is this graduation project most important work. i firstly determined the transmission programme, distribution transmission ratio of various parts of the rocker, initially set the teeth of gears, the design and calculation of gear and checking, the design of planetary bodies, the design calculation and verification of axis ,and preliminary selected bearings and key, then briefly analyze the function of spare parts as well as the role of the various components.in the end, according to analysising and calculation finish the proess of the part of cutting department rocker-arm drive design. it is as a key and a difficult point that the study is based on the thought of the parameters design and with the purpose of the professionalcomputer aided design system. in the design it developed a computer aided design system of the involute gear with parameters design , carrying capacity calculation , technical files creation and management supported by database ofaccess. so it makes an important meaning for efficiency and reliability of the involute gear design. keykey wordswords: cutting unit;planetary bodies;within the spray system involute gear ;parameters 内蒙古科技大学毕业设计说明书 iii design ;computer aided design 目目 录录 摘 要i abstract.ii 第一章 绪 论 .1 1.1 采煤机的概述1 1.2 采煤机齿轮传动的计算机辅助设计.1 第二章 采煤机截割部设计及强度计算.3 2.1 采煤机截割部传动系统方案的选择.3 2.1.1 摇臂传动方案的选择.3 2.1.2 截割部电动机的选择.3 2.1.3 分配传动比.3 2.1.4 初选各个齿轮齿数.3 2.2 传动轴功率、扭矩的计算.4 2.2.1 计算各轴的转速.4 内蒙古科技大学毕业设计说明书 iv 2.2.3 各轴转矩的计算.5 2.3 齿轮的设计和计算.6 2.3.1 设计齿轮 1、26 2.3.2 选择齿轮材料及确定其许用应力.6 2.3.3 按齿轮弯曲疲劳强度设计.6 2.3.4 确定许用弯曲应力 fp6 2.3.5 选取载荷系数 k7 2.3.6 初步选定齿轮参数.7 2.3.7 确定复合齿形系数 yfs7 2.3.8 计算几何尺寸.8 2.3.9 按接触疲劳强度进行校核.8 2.3.10 设计齿轮 5、6、78 2.3.11 选择齿轮材料及确定其许用应力.9 2.3.12 确定许用弯曲应力 fp.9 2.3.13 转矩.9 2.3.14 选取载荷系数 k.9 2.3.15 初步确定齿轮参数.10 2.3.16 确定复合齿形系数 yfs10 2.3.17 计算几何尺寸.10 2.3.18 按接触疲劳强度校核.10 2.4 行星齿轮的设计.11 2.4.1 行星齿轮的设计11 2.4.2 行星齿轮的设计.15 2.5 采煤机摇臂内各轴的设计19 2.5.1 轴的设计19 2.5.2 行星轴的设计.26 第三章 齿轮传动的计算机辅助设计计算.29 3.1 设计系统的设计过程及主要内容29 3.1.1 建立数学模型.29 内蒙古科技大学毕业设计说明书 v 3.1.2 齿轮传动设计计算计算机辅助系统总体结构.29 3.1.3 算法设计.30 3.1.4 齿轮设计计算系统流程.32 3.2 系统功能结构33 3.2.1 文件管理.33 3.2.2 计算机辅助设计过程.33 3.3 系统开发中的关键技术35 3.3.1 材料建立数据库.36 3.3.2 简单的表和直线图插值法.36 3.3.3 复杂的直线图分段拟合36 3.4 数据库结构37 3.5 界面设计37 3.6 程序调试与运行38 第四章 结论.39 参考文献.40 附录.42 致谢.45 内蒙古科技大学毕业设计说明书 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 采煤机的概述采煤机的概述 采煤机又称掘采机1,是用正面切削式工作机构采煤或掘进的大重型煤矿机械。采 煤机是井下综采工作面的主要设备，通过滚筒旋转来进行截煤、破煤与装煤，与液压 支架、综采三机、电气开关等形成综采工作面，实现机械化采煤工艺。 近年来我国煤矿长壁综采单产效率提高很快，不断涌现出日产 1 万吨、2 万吨、甚 至 3 万吨的高产工作面，由于综采能力的快速提高，一井一面的生产方式越来越得到 了人们的认可，使得这类矿井对连续采煤机的吸引力和依赖性日渐增强。连续采煤机 能够完成煤巷采准巷道的快速掘进任务，其掘进效率比目前采用的悬臂式掘进机高 34 倍，并能解决“三下采煤问题，亦可用于村庄下压煤煤柱的条带法、房柱式法开采。 同时，连续采煤机与高产高效工作面配套有利于缓解采掘紧张,是高产高效矿井的发展 方向，当多平巷开拓长壁工作面时，还可以保证工作面有足够的风量，对控制瓦斯积 聚非常有利。高效连续采煤机短壁采煤与长壁采煤互相补充构成了现代大型矿井的最 佳生产模式，而短壁综采设备和成套工艺技术及岩层控制技术是制约我国煤矿在这方 面发展的主要因素。连续采煤机是短壁采的核心装备，因此对连续采煤机的探讨研究, 对发展我国采掘工业与国际先进采掘水平，加速实现连续采煤机国产化具有十分重要 的意义。 1.2 采煤机齿轮传动的计算机辅助设计采煤机齿轮传动的计算机辅助设计 齿轮作为机械设备中的重要传动件2，其设计强度和制造质量，直接对机器的使用 性能和寿命有着极其重要的影响。因此，在机械设计和制造中，人们须花费大量的时 间和精力为设计和制造这个常用零件。随着计算机技术的发展，cad/ cam 技术发展 迅速，出现了新的设计模式与生产模式。齿轮零件的设计已由手工转向计算机自动完 成。这样不但提高了设计质量，减少设计工作量，同时为现代高速、 多变、 中小批 量的设计提供了必要的保障手段。本系统对齿轮的强度设计与校核计算中所牵涉到的 数表、 线图等问题,进行了分析研究后，制定了较好的设计方案,编制了程序，真正实 内蒙古科技大学毕业设计说明书 2 现了设计过程的自动化。采煤机截割部设计中涉及到的齿轮设计及其相关计算就通过 本软件进行了计算机辅助设计，实现了齿轮设计过程的自动化，加快了采煤机截割部 设计的进度及准确性。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 3 第二章采煤机截割部设计及强度计算第二章采煤机截割部设计及强度计算 2.1 采煤机截割部传动系统方案的选择采煤机截割部传动系统方案的选择 2.1.1 摇臂传动方案的选择摇臂传动方案的选择 根据设计要求，和给定的设计参数，采高为 5m，截深为 600mm，电动机转速为 1470r/min.卧底量为 100150mm。摇臂的传动比为 1.83，行星减速机构的传动比为 24.75。总传动比为 i=1.8327.75=45.43，配套设备：运输机sg2800/750。则输出轴的 转速为 n=r/min。 1470 32 45.43 2.1.2 截割部电动机的选择截割部电动机的选择 选用隔爆型三相异步电动机。功率 750kw，转速 1470r/min，极数为 4，额定电压 3300v，额定电流 150a。 2.1.3 分配传动比分配传动比 摇臂的传动比为 1.83，行星减速机构的传动比为 24.75。总传动比为 i=1.8324.75=45.43 。 2.1.4 初选各个齿轮齿数初选各个齿轮齿数 为满足传动比的需要，在设计之前先参照以往的采煤机设计资料和查机械设计手 册确定行星减速器的齿数的各种配合条件等等，将各齿轮的齿数初步确定，以保证设 计程序的顺利进行。具体参数如下： 一级减速传动： =29；=36；=39； 1 z 2 z 3 z 二级减速传动； =29；=37；=40； 4 z 5 z 6 z 7 z 8 z 一级行星减速传动： 91011 19;33;85;zzz 内蒙古科技大学毕业设计说明书 4 二级行星减速传动； 121314 23;29;81;zzz 2.1.5 传动方案图 如图所示： 图 2.1 2.2 传动轴功率、扭矩的计算传动轴功率、扭矩的计算 由于本设计题目所给电动机转速为 1470r/min。参照各国采煤机截割部电动机的选 用，选取电动机的功率为 750kw。 2.2.1 计算各轴的转速计算各轴的转速 由初定传动比可知各轴齿轮转速如下： =1470r/m； =1470r/min；=1470=1184r/min； 0n1n2n 29 36 =1184=1092.92r/min；= 1092.92=856.61r/min； 3n 36 39 4n5n6n 29 37 =856.61=792.36r/min； r/min； 7n 37 40 8 144.7 n 2.2.2 计算各轴的传递功率4 设：为圆柱齿轮的传动效率； 1 为滚动轴承效率； 2 内蒙古科技大学毕业设计说明书 5 为离合器的传动效率； 3 由3表 2-1 取 = 0.99 ；= 0.98 ；= 0.97 ； 1 2 3 由8表 14=5-3 取行星减速器效率=0.98； 一级 二级4 则： =7500.980.97=712.95kw； （2 1 p p 2 3 1） =671.090.990.98=651.09kw； 4 p 3 p 1 2 =651.090.990.98=631.69kw； 5 p 4 p 1 2 =631.690.990.98=612.86kw； 6 p 5 p 1 2 =612.860.990.98=594.6kw； 7 p 6 p 1 2 =108.62 8 p 2.2.3 各轴转矩的计算各轴转矩的计算 电动机输出转矩：=9550=9550=4872.4n.m； （22） dt p n 750 1470 1 轴： =9550=9550=4631.75n.m； 1t 1 1 p n 712.95 1470 2 轴： =9550=9550=5579.1n.m； 2t 2 2 p n 691.70 1184 3 轴： =9550=9550=5864.02n.m； 3t 3 3 p n 671.09 1092.92 4 轴： =9550=9550=7258.74n.m； 4t 4 4 p n 651.09 856.61 5 轴： =9550=9550=7042.45n.m； 5t 5 5 p n 631.69 856.61 6 轴： =9550=9550=6832.52n.m； 6t 6 6 p n 612.86 856.61 内蒙古科技大学毕业设计说明书 6 7 轴： =9550=9550=5616.92n.m； 7t 7 7 p n 594.6 1010.95 8 轴； =7168.77 n.m； 8 8 8 95509550 p t n 108.62 144.7 2.3 齿轮的设计和计算齿轮的设计和计算 2.3.1 设计齿轮设计齿轮 1、2 根据表 2-1 知其输入功率为 750kw，转速为 1470r/min，要求每天工作 20 小时， 每年工作 360 天，预期寿命为 5 年，传动比为 1.68 加工精度为 7 级。 根据设计要求，该摇臂中齿轮转速高，冲击较大应选用硬齿面，应先按轮齿弯曲 疲劳强度设计再按接触疲劳强度进行设计。 2.3.2 选择齿轮材料及确定其许用应力选择齿轮材料及确定其许用应力 根据设计条件高低速齿轮均选用合金钢，表面渗碳、淬火、回火。查 rn 20c m o m 表614-1-79 知，其硬度为 56-62hrc。由图55-32 查得弯曲疲劳极限应力 =470mpa，由图55-33 查得接触疲劳极限应力=1500mpa； flim hlim 2.3.3 按齿轮弯曲疲劳强度设计按齿轮弯曲疲劳强度设计 由式3（5-31b）知 （2 1fa 3 2 d1fp 2kty y m z sa 3） 2.3.4 确定许用弯曲应力确定许用弯曲应力 fp 由式3（5-26）式计算取应力修正系数=2； st y 选取弯曲强度最小安全系数=1； fmin s 齿轮应力循环次数 n=60nat=6014701(520360)=3.17 9 10 查图35-34 取寿命系数=1（因材料为合金钢且应力循环次数 n 为） n y 9 10 则 内蒙古科技大学毕业设计说明书 7 = 940 mpa （24） 1 flimst n fmin y y s fp 470 2 1 1 2.3.5 选取载荷系数选取载荷系数 k 由式3（5-25）知 k=；. av k k k k 查表35-5 取使用系数=1.25； a k 取动载系数=1.14（齿轮精度高、速度高） ； v k 由于齿轮在两支撑轴承之间呈对称布置，支撑系统刚性大，故取齿向载荷分布 系数=1；k 因是支持圆柱齿轮传动，故取齿间载荷分配系数=1.1；k 因此，k=1.251.1411.1=1.56； （25）. av k k k k 2.3.6 初步选定齿轮参数初步选定齿轮参数 =29；=36；=39；=29； 1 z 2 z 3 z 4 z 因两齿轮为非对称布置且为硬齿面查表5（14-1-62）取齿宽系数=0.35； d 2.3.7 确定复合齿形系数确定复合齿形系数 yfs 因两齿轮所选材料及热处理工艺完全相同，则相同因此设计时按小齿轮的复 fp 合齿形系数 yfs1代入即可。 查图814-1-25 取齿形系数=2.62； 1 fa y 查图814-1-27 取应力修正系数=1.59； 1 sa y 则复合齿形系数=2.621.59=4.16； （2 1 fs y 1 fa y 1 sa y 6） 得 ； （27） 3 1fs 3 3 22 d1fp 2kty1.56 5671.53 104.16 m7.00 z0.35 25470 为保证摇臂采高和优先采用一组，查8表 14-1-2 取标准模数 m=8，则两齿轮的中 心距为： 内蒙古科技大学毕业设计说明书 8 a=260mm； 12 () 2 m zz8(2936) 2 2.3.8 计算几何尺寸计算几何尺寸 =m=829=232mm； （28） 1 d 1 z =m=836=288mm； 2 d 2 z ； 33 8 39312dmzmm 44 8 29232dmzmm =0.35232=81.2mm； 1 b d 1 d =+(5-10)mm=(75-80)mm；取=80mm； 2 b 1 b 2 b 2.3.9 按接触疲劳强度进行校核按接触疲劳强度进行校核 由式7（5-47）可知 （29） 1 2 1 2(1) 2.5 hehp kt u z bd u 因齿轮均选用钢制查表814-1-66 得，弹性模量系数=189.8 e zmpa 故 1 2 1 2(1) 2.5 he kt u z bd u =2.5189.8=1066mpa； 3 2 1.56 5671.53 10 (1.68 1) 70 2001.68 齿面许用接触应力按式5（5-27）计算，取接触强度最小安全系数=1； hp minh s 查表814-1-68 取寿命系数=1； n z 由图35-36 取工作硬化系数=1； w z 则 =mpa （210） hlim min hpnw h z z s 1500 1 11500 1 因0.07d，故取 h=8mm，.选用 42221 轴承，其尺寸 3 4 105dmm ，轴承端盖厚度取 25mm，取箱体厚度，取安装齿105 190 36ddb 2 3 60lmm 轮处的轴段，=70mm,齿轮左端与左轴承之间用套筒定位。取齿轮与箱 4 5 110dmm 4 5 l 体间的距离为 20mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承时，应距箱体内壁一 段距离 s,取 s=8。则。右端采用轴肩定位取 h=8mm，则轴 3 4 36208670lmm 环处直径，轴环宽度取， 5 6 126dmm 1.4bh 5 6 1220840lmm , 。 6 73 4 105ddmm 6 7 36lmm （7）考虑轴的结构工艺学 在齿轮轴的两端均制成 145 倒角。两端装配轴承处为磨削加工，留有砂轮越程 槽。 （8）轴的强度验算 先做出轴的受力简图，如图所示，取集中载荷作用于齿轮及轴承的中点。 （9）齿轮上作用力大小 转矩： t1=9550=9550=4631.75n.m； （2 1 1 p n 712.95 1470 79） 圆周力： ； （280） 1 1 1 20002000 4631.75 39928.9 232 t t fn d 径向力： （281） 11tan 39928.9 tan2014533 rt ffn 、的方向如图所示。 1t f 1r f 内蒙古科技大学毕业设计说明书 24 图 2.3 （10）求轴承的支反力 水平面上的支反力 ； 1 1084631.75 108 2315.88 216216 t ab f ffn 垂直面上的支反力 ； 1 1157.94 2 r ab f ffn （11）画弯矩图（图 b、c、d） 截面 c 处的弯矩为 水平面上的弯矩 ； 33 108 102315.88 108 102501.15 ca mfnm 垂直面上的弯矩 ； 33 .108 1010320 108 101114.56 ca mfnm 合成弯矩 2222 2501.151114.562738.24 ccc mmmn （12）画转矩图（图 e） =4631.75nm； 1 t 6.1.5.5 画计算弯矩图 因单向回转，视转矩为脉动循环，则截面 c 处的当量弯矩为 1 0 0.3 b b ； 22 ()3401 vcc mmtnm 内蒙古科技大学毕业设计说明书 25 （13）按弯矩合成应力校核轴的强度 截面 c 当量弯矩最大，故截面 c 为可能危险截面。已知 =32738.24nm。由上步知，许用应静力=127mpa。 cvc mm 1b ； 33 0.1 110133100wmm ； （2 3 1 3258 10 24.47127 133100 c c m mpampa w 82） 截面 d 处其直径最小，则该截面亦可能为危险截面。由6表 5-3-36 公式知 ； 33 0.1 9585737.5wmm ； （283） 3 1 5671 10 66127 85737.5 d d m mpampa w 所以 d 截面强度足够，安全。 因此，一轴疲劳强度足够，安全。 （14）按疲劳强度校核安全系数 由受力图分析可知，计算弯矩在 c 截面出最大。另外，d 处花键边缘处直径最小 且为花键边缘有应力集中，因此，该齿轮轴只需校核 c 截面和 d 截面的安全系数即可。 取许用安全系数s=1.5。其校核计算如下： c 截面处疲劳强度安全系数校核 抗弯截面系数 w=0.1=； 3 110 33 0.1 110133100mm 抗扭截面系数； 33 0.2 110266200 t wmm 合成弯矩 ； 2 2738245 cc mmnmm 扭矩 ；463175 c tnmm 按对称循环变应力计算 弯曲应力幅 ； （2 2738245 5.91 463175 c a m mpa w 84） 弯曲平均应力；0 m mpa 按脉动循环变应力计算 扭剪应力幅 ； （2 2738245 5.14 22 266200 c a t t mpa w 85） 内蒙古科技大学毕业设计说明书 26 扭剪平均应力 =11mpa； m a 由 2 步和查3表 12-2 知，弯曲疲劳极限=556；剪切疲劳极限 1 2 /n mm =321.36；弯曲等效系数=0.25；扭转等效系数=0.15； 1 2 /n mm 查表1812-8 的绝对尺寸影响系数=0.64、=0.72； 查表1812-9 取表面质量系数=1； 查表1812-5 取有效应力集中数、；1.75k1.60k 受弯矩作用时的安全系数 ； （2 1 556 6.2 .1.75 5.14 0.25 0. 1 0.64. a m s k 86） 受扭矩作用时的安全系数 ； （2 1 321.36 12.3 .1.6 11 0.15 11. 1 0.72. a m s k 87） 安全系数 s=1.5； （2 2222 .8.2 12.3 6.73 8.212.3 c s s s ss 88） c 截面强度足够，安全。 d 截面处疲劳强度安全系数校核 抗弯截面系数 w=0.1=； 3 95 33 0.1 9585737.5mm 抗扭截面系数； 33 0.2 95171474 t wmm 合成弯矩 ；0 d m 扭矩 ； 1 1701300 d ttnmm 按对称循环变应力计算 弯曲应力幅 ；0 a 弯曲平均应力；0 m mpa 内蒙古科技大学毕业设计说明书 27 按脉动循环变应力计算 扭剪应力幅 ； （2 1701300 4.38 22 171474 d a t t mpa w 89） 扭剪平均应力 =4.38mpa； m a 由 2 步和查3表 12-2 知，弯曲疲劳极限=556；剪切疲劳极限 1 2 /n mm =321.36；弯曲等效系数=0.25；扭转等效系数=0.15； 1 2 /n mm 查表1812-8 的绝对尺寸影响系数=0.64、=0.72； 查表1812-9 取表面质量系数=1(磨削加工)； 查表1812-5 取有效应力集中数、；1.75k1.60k 配合时，取、； 76 /hk2.9k2.05k 受扭矩作用时的安全系数 s=1.5； （2 1 321.36 21.4 .2.05 4.38 0.15 4.38. 1 0.72. a s k 89） d 截面强度足够，安全。 （15）轴承的校核 第轴选用的轴承型号为 318 型，其外形尺寸：，mmd90140dmm ，额定动载荷：，额定静载荷：，极37bmm min 2.5 s rmm11.7ckn 0 11.5ckn 限转速：。3800minnr 根据公式（13-5） （290） p c n lh 60 106 1、求比值： （291）304 . 0 6 . 7213 8 . 2195 r a f f 根据表 13-5，深沟球轴承的最大 e 植为 0.44，故此时： （292）e f f r a 2、初步计算当量动载荷 p，根据公式（13-8a） 内蒙古科技大学毕业设计说明书 28 （293） arp yfxffp 按照表1913-6，取。0 . 38 . 1 p f0 . 3 p f 按照表 13-5，取，。1x0y np 8 . 21460 8 . 21950 6 . 721310 . 3 hlh 5 . 1517 8 . 21640 110820 147560 10 3 6 式中为指数，对于球轴承3 根据表 13-3，选择轴承的预期计算寿命为，hlh6000040000 ，既低于预期计算寿命，所以选择的轴承合格。 hh ll （16）键的校核 1、选择键连接的类型和尺寸 一般 8 级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。由于齿轮在端 面，故选用单圆头普通平键（c 型） 。 根据从表 6-1 中查得键的截面尺寸为：宽度，高度88dmmmmb22 。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长（比轮毂宽度小些） 。mmh14mml85 2、校核键连接的强度 键、轴和轮毂的材料都是钢，由表 6-2 查得许用挤压应力， ap mp150120 取其平均值，。键的工作长度，键 ap mp135mmmmmmbll632285 与轮毂键槽的接触高度，由式（6-1）可得mmmmhk7145 . 05 . 0 apap mpmp kld t 135 7 . 181 80637 1092.32042102 33 可见连接的挤压强度不够。考虑到相差较大，因此该用双键，相隔布置。 180 双键的工作长度。由式（6-1）可得 mmmml126632 合适 （294） apap mpmp kld t 135 8 . 90 801267 1092.32042102 33 键的标记为：键791096/851422tgbc 、轴的设计过程如上。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 29 2.5.2 行星轴的设计行星轴的设计 （1）选择系杆及行星架的材料 该轴无特殊要求，因而选用 45 钢调质处理。由3表 12-2 知，=640mpa。 b （2）估取轴径 考虑到太阳轮、行星轮和内齿圈之间的尺寸关系以及强度要求将系杆最小轴径 为 63mm。 （3）系杆基行星架的结构设计 根据摇臂简图确定轴上主要零件的布置图和初定轴径定出轴径进行轴的结构设 计。 （4）系杆上零件的轴向定位 轴承的一端靠轴肩定位，另一端靠与行星架相抵定位。为便于拆装，因此轴肩 不宜取得过高。 （5）轴上零件的周向定位 轴承外圈与齿轮配合采用 h7/k6，轴承与轴配合采用基孔制，轴的尺寸公差为 k6。 （6）确定各段轴径和长度 定位轴肩高度按表1812-3 取取 h=9mm。取行星架左端厚度为 63mm，0.07hd 取齿轮距左端距离为 10mm。太阳轴齿轮距右端行星架为 8mm，行星轮距离行星架右 端距离为 10mm。取右侧行星架厚度为 58mm。由上述可得，63dmm ，。结构如图所示。 1 2 204lmm 2 3 58lmm 图 2.4 内蒙古科技大学毕业设计说明书 30 （7）考虑轴的结构工艺性 考虑轴的结构工艺性，轴的两端均制成 245 倒角，两端轴承处为磨削加工。留 有砂轮越程槽。 （8）行星轴上的轴承校核 行星轴上选用的轴承型号为 140 型深沟球轴承，其外形尺寸为：，63dmm ，额定动载荷：，额定静载荷：140dmm48bmmmmrs1 . 2 min knc90.156 ，极限转速：。knc33.176 0 min2000rn 根据公式（13-5） （295） p c n lh 60 106 1、当量动载荷 p （296）nfp r 6 . 66248 2、验算轴承的寿命： hlh95.2686 6 . 66248 156900 4 . 8260 10 3 6 式中为指数，对于球轴承3 根据表 13-3，选择轴承的预期计算寿命为，hlh6000040000 ，既低于预期计算寿命，所以选择的轴承合格。 hh ll 内蒙古科技大学毕业设计说明书 31 第三章第三章 齿轮传动的计算机辅助设计计算齿轮传动的计算机辅助设计计算 本系统是完成齿轮零件主要参数的设计一个自动化辅助设计软件，可以为 后续的齿轮零件的参数绘图提供十分重要的参数。我们之所以选择 vb6.0 这个 可视化编程语言作为开发工具，是因为用 vb610 语言编制的程序，与用其它的 语言(如 basic 语言、 c 语言等)编制的程序相比 ,具有十分友好的用户界面， 用 vb6.0 语言简单，易学。用此系统设计计算出现的齿轮参数，不但可为后续 的计算机参数化绘图所利用，也可以为手工绘图所采用，还可以被在校学生和 设计工程师用来检验手工计算的正确。 3.1 设计系统的设计过程及主要内容设计系统的设计过程及主要内容 3.1.1 建立数学模型建立数学模型 本系统所采用的齿轮的接触强度和弯曲强度计算公式来源于濮良贵，纪名 刚主编，教育出版社出版的 机械设计 (第八版)教材。 3.1.2 齿轮传动设计计算计算机辅助系统总体结构齿轮传动设计计算计算机辅助系统总体结构 齿轮设计计算系统采用 vb6. 0 企业版开发，为便于程序设计和调试，整 个系统采用结构化模块设计，根据具体功能分数据输入模块、 设计计算模块20、 设计手册、输出功能模块， 每个模块还可具体划分。齿轮设计计算系统总体 结构如图所示。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 32 图 3.1 3.1.3 算法设计算法设计 齿轮强度设计计算的程序框图如图所示。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 33 输入 p、n、i 等参数 按提示查取 hb，d 等系数 初步估算齿数，精度 等级等参数 按齿面接触强度设计 计算 按齿根弯曲强度设计 计算 结果输出 h h f f 开始 no no yses yses 图 3.2 内蒙古科技大学毕业设计说明书 34 3.1.4 齿轮设计计算系统流程齿轮设计计算系统流程 齿轮的设计计算包括原始数据输入、 设计计算、 设计结果显示、 数据的 输出齿轮设计计算系统的程序流程图如图所示。 图 3.3 内蒙古科技大学毕业设计说明书 35 3.2 系统功能结构系统功能结构 系统采用模块化设计原则，主要由文件管理、计算机辅助设计、设计手册 三大功能模块组成。各模块既互相独立，又能通过消息驱动互相联系，共同完 成系统功能。系统的功能结构如图一所示。 齿轮传动计算 机辅助设计系 统 文件管理计算机辅助设 计 设计手册 新建设计保存设计退出 图 3.4 3.2.1 文件管理文件管理 齿轮设计的数据包括有数值和字符信息，本系统利用数据库技术，建立了 数据库来管理各种数据。利用 vb 语言，建立了文件管理菜单，包括新建设计、 保存设计、退出多个子功能。 3.2.2 计算机辅助设计计算机辅助设计过程过程 （1）数据处理与设计校核 数据处理包括原始参数输入、 设计参数查询、 参数输出三部分。原始参 数采用人机交互输入方式并能做到实时修改 ,输入参数有传递功率、 主动齿轮 转速(或转矩) 、 传动比、 齿宽系数、 齿轮的材料牌号及齿面硬度齿面粗糙 度情况、 精度等级、 原动机、 工作机工况、 齿轮相对于轴承的布置情况、 内蒙古科技大学毕业设计说明书 36 总工作时间等。齿轮设计中用到的大量设计参数，需从设计手册中查询，因此 根据设计手册建立标准数据库，并提供与 vb 语言传递数据的接口系统，使数 据查询由齿轮设计计算系统软件自动完成；而设计结果参数的输出考虑要由其 它齿轮绘图系统调用，采用顺序存储数据的方式建立数据文件，输出参数有模 数中心距、 螺旋角、 齿宽、 传动比、 传动误差、 主动齿轮齿数、 从动齿 轮齿数、 主动齿轮分度圆直径、 从动齿轮分度圆直径，还可根据计算出的结 果和传动尺寸自动计算出两齿轮零件图上所需要的各种偏差、 公差及检验项目。 严格按照文献4 对齿轮进行设计计算和校核，设计计算中有关设计数据由系 统动查询 ,系统对设计计算结果进行自动分析判断，不满足设计要求由系统自 动进行修正，直到满足设计要求为此。 （2）. 原始设计参数确定 根据传动方案把需要的已知条件如设计的基本参数、齿轮的布置形式、齿 轮的材料及热处理、齿轮的精度等级等信息输入相应窗体界面以后,系统将这些 信息保存并计算出下一步设计时所需的部分参数。 （3）. 接触疲劳强度或齿根弯曲疲劳强度校核 强度校核 按齿面接触强度设计按齿面弯曲强度设计 图 3.5 如图所示，据接触疲劳强度极限和接触强度最小安全系数计算出许用接触 应力，和齿轮计算应力比较，如果许用应力大于计算应力则接触强度校核满足， 否则，不满足，用户可以返回上层修改参数再进行校核。同理，根据弯曲疲劳 极限和弯曲最小安全系数以及弯曲寿命系数计算出许用应力，和轮齿齿根计算 应力相比较，如果大于计算应力，则表明传动无严重过载，校核满足要求。 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，并做到了结构紧凑，避免浪费。 （4）. 计算齿轮几何参数23 用户确定小齿轮的齿数、螺旋角等信息后，系统自动计算出大齿轮的齿数， 内蒙古科技大学毕业设计说明书 37 并根据设计时确定的基本参数计算出设计模数，用户选择满足要求的标准模数 后，系统自动计算出齿轮的相关几何参数，如直径和中心距等。 用户在使用时，只需根据设计要求将计算过程中所需参数一次性地在参数 对话框中输完，程序自动从面板中读取数据，并自动给出提示信息，用户根据 提示信息进行操作，计算完毕后，计算结果根据需要，可以存盘。 （5）. 设计手册 设计手册功能主要向用户提供圆柱齿轮传动设计过程中的规范化合理步骤 及计算公式查询说明，并提供计算和操作过程中所需的信息。 在齿轮的设计计算、校核过程中，需要查阅一系列数据的表格和线图。在 传统的设计过程中，这些数据资料是通过技术人员查手册等工具书获得的，这 种方法劳动强度很大，效率低下，准确度也不高。在计算机辅助设计中，利用 程序对每个系数所对应的图表或公式进行汇总查询,查询完后,用户便能在此基 础上获得相应的数据。 用户可以根据设计手册来理清设计思路，规范合理的得到齿轮设计过程中 的相关参数。 5. 辅助功能 系统除了上述主要功能外，还具有辅助功能。记忆功能即用户在打开设计 与绘图功能对话框时，上一次计算输入的参数值被保留显示，便于查询；重置 功能即用户开始新的设计时，将对话框中的全部参数清零，便于用户重新输入 参数。 3.3 系统开发中的关键技术系统开发中的关键技术 图表的处理齿轮传动设计计算时，需要查阅大量的图表。在传统的设计过 程中，这些数据资料是通过技术人员查手册等工具书获得的，这种方法劳动强 度很大，效率低下，准确度也不高。在计算机辅助设计中，利用程序对每个系 数所对应的图表或公式进预行处理，处理完后，用户才能在此基础上获得相应 的数据。对于线图，尽量采用最小二乘法将其拟合成多项式方程，在计算程序 中，直接利用这些方程式。不能合成方程式的线图，我们用弹出相对应的图来 内蒙古科技大学毕业设计说明书 38 提示设计操作者根据这个图形来选择。对于表，采用分段线性插值的方法，在计 算程序中将表格变成数组，然后调用分段线性插值子函数，得到插值。另外，还要使 设计计算值规范化和标准化，如圆整、取标准值等，这也往往是采用适当的计算机语 言函数对其进行处理。 3.3.1 材料建立数据库材料建立数据库 在齿轮的设计和校核过程中，材料的选择是非常重要的一环。而且，不同材料的 强度、硬度、弹性模量都不同，对应不同的热处理方法时许多力学参数也同时改变。 若用编制分支语言的话，并不可行。即使编制出，程序的可读性也会非常差。所以， 本设计对材料用 access 2003 建立了数据库。这样，不仅极大地简化了程序，也为程 序的维护提供了方便。同时，考虑到新材料，新工艺的不断涌现。本程序利用数据库 提供了自主选择新型材料的接口。这对于程序的升级提供了便利。 3.3.2 简单的表和直线图插值法简单的表和直线图插值法 比如，对于齿形系数 yfa 及应力校正系数 ysa。当齿数大于 30 后，采用了线性插 值的办法求具体的系数，具体计算由程序代码实现。 3.3.3 复杂的直线图分段拟合复杂的直线图分段拟合 这类图表面上看也是直线的，但比上面提到的直线图要复杂得多。例如弯曲疲劳 寿命系数 kfn 曲线图25，曲线是分段的，横坐标取对数后才是线性的，另外，对于不 同的材料对应的函数表达式也是不同的。对于这类图，采用的方法是，先将其按不同 的材料分开列写表达式，其中每一表达式是分段的，对于平行于横坐标的部分其表达 式当然是很好写的，对于图中的斜线部分，在上面取了 5 个点，将其输入到 matlab 软 件中，得出了其表达式方程。对于该图设计到 4 种不同类型的材料，对于不同的材料 对应不同的图线，需要用分支语言对其编写不同的函数表达式，另外，每种材料的线 图又是分段的，所以其函数也是分段的。应用这种方法处理的参数还有接触强度、弯 曲疲劳寿命系数等。 另外,还要使设计计算值规范化和标准化26，如圆整、 取标准值等，往往是采用 适当计算机语言函数对其进行处理。 下面用一例来说明数据的处理过程。齿轮齿面的接触疲劳极限 hlim 和齿根弯曲 内蒙古科技大学毕业设计说明书 39 疲劳极限 flim 与齿轮的材料和硬度有关 ,要求接触疲劳极限 flim 和弯曲疲劳极 限 flim 必须根据齿轮的材料和硬度分别查取图3中的某一图形(共十个图表)。人工 查阅相当麻烦。为此我们先对各图进行拟合 ,求出齿轮材料的接触疲劳极限 hlim 和 弯曲疲劳极限 flim 线图的拟合公式(见图) ,再用计算机语言写出表 1 的程序。 图 3.6 3.4 数据库结构数据库结构 本系统数据结构相对简单、稳定，采用建立数据文件方法组建数据库，使用时直 接访问。系统数据库分为 3 种类型：标准数据库、中间数据库和结果数据库。标准数 据库主要存储已经形成标准系列的数据及图表；中间数据库主要存储一些设计过程中 生成的临时数据，在设计过程中不断动态更新；结果数据库存储设计的最终结果，它 是参数化设计的依据，为软件提供数据源。 3.5 界面设计界面设计 根据程序的结构流程图和各功能模块的划分，除主控模块编写成一个主程序外， 其他每一个单功能模块编写成一个子程序。用 vb6.0 可视化语言编各设计用户界面时， 要尽量做到界面直观、友好、美观。每一个窗体既不要设置很多控件，使界面显得拥 挤；也不要使界面显得过于简单，把有联系的几个控件分割开来。根据设计计算的先 内蒙古科技大学毕业设计说明书 40 后顺序，我们把已经完成的和正在进行操作的控件的 enable 属性设置为 true，这些控 件是可用的，其他的后继控件 enable 属性设置为 false，这些控件是灰白色的（不可 用的） ，是无效的、不能操作的。这样设置的目的是保证设计过程的连续性和严格先后 顺序。 另外，需要操作者在文本框输入数据时，我们利用控件（文本框）的 tooltiptext 属性，输入了这个值的范围。当运行这个程序时，只要把鼠标箭头在文本框位置停留 一下（2s 以内） ，文本框中就会显示这个值的范围，操作者可以根据这个提示，选择适 当的值输入。如果操作者输入的值超出这个范围或者不输入任何值，计算机就会弹出 一个消息框来提示操作者。 3.6 程序调试与运行程序调试与运行 visual basic 是一种可视化的程序设计语言