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原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 毕 业 设 计（论文） 题目 自动黑板擦的设计 专专 业：业： 学学 生生 姓姓 名：名： 班班 级：级： 学学 号：号： 指指 导导 教教 师：师： 完完 成成 时时 间：间： XX 学院本科毕业设计（论文） I 摘摘要要 教室黑板凌乱给教师和学生带来了诸多不便，灰尘漫天给学生健康和教室干净 的形象带来影响。个人的身体健康在一定程度上取决于你所呼吸的空气的洁净程度。 粉笔教具是目前教学的必备工具，用它来传授知识，是最原始和最传统的主要教学 方法之一，粉笔其应用到现在已有几千年的历史，对人类的教育事业做出了不可磨 灭的贡献，随着历史的进步和社会的发展，人类对粉笔教具的认识不断提高，即粉 笔给人类教育事业带来进步和做出巨大贡献的同时，也给从事教育事业的教师及学 生带来巨大的危害。 根据全国部分城市调研资料显示，随着社会进步和社会节奏的加快，教师职业 病率呈逐年上升的趋势，职业病呈现多样化方向发展，其中粉尘引起的尘肺以及各 种急慢性呼吸道疾病是中国目前职业病中最主要，危害最严重和最广泛的一种。学 生近视患病率亦逐年上升，到了异常严重的程度。 本文的设计思路电机通过采用自动送料螺杆的原则驱动，同时对设计方案进行 了包括其机构组成和某些重要结构在内的具体设计。该机构介绍派生关系橡皮擦运 动形式和结构参数的工作原理。 该分析机构对研究黑板擦的运动规律具有重要意义。该黑板擦由外壳、减速器、 齿轮、轴、轴承、毛毡等组成，黑板擦边缘采用密封装置，外接吸尘管。本文所设 计的黑板擦具有收尘效率高，结构简单，清灰方便，成本低，可靠性高等特点。 关键词：黑板擦、粉尘、电动机 ABSTRACTABSTRACT Messy classroom blackboard for teachers and students a lot of inconvenience , dust filled the health impact to students and classrooms clean image. Personal health depends to some extent on the cleanliness of the air you breathe . Chalk is an essential tool currently teaching aids , and use it to impart knowledge , is one of the most original and most traditional main teaching method applied to chalk it now has thousands of years of history, mankind has made education indelible contribution , along with the historical development and social progress , human understanding of the continuous improvement of teaching aids chalk , chalk that brings education to human progress and at the same time make a XX 学院本科毕业设计（论文） I significant contribution , but also to engage in education of teachers and students bring great harm. According to the National Survey data show that part of the city , along with social progress and social rhythm accelerated rate of occupational teachers showed an increasing trend in the direction of occupational diversified development, including pneumoconiosis and a variety of acute and chronic respiratory diseases caused by dust is Chinas occupational most important , the most serious and widespread harm one . Students prevalence of myopia has increased year by year , to the unusually severe degree. In this paper, the design ideas of the motor by using the principle of automatic feeding screw driver , while the design of programs , including the composition and structure of their bodies , including some important specific design . The agency describes the relationship between the eraser works derived form of exercise and structural parameters . This analysis has important implications for research institutions eraser law of motion . The eraser from the shell, reducers , gears, shafts , bearings, blankets , etc., using the eraser edge seals , external vacuum tubes . This article is designed eraser has a high collection efficiency , simple structure, easy cleaning , low cost and high reliability. Keywords: Eraser, dust, motor XX 学院本科毕业设计（论文） II 目 录 摘要 . I ABSTRACT I 第 1 章 绪论 3 1.1 课题研究的背景 3 1.2 国内外研究现状 3 1.3 黑板发展的五个重要时代 5 1.4 课题研究的目的及意义 6 1.5 本设计的内容 7 第 2 章 自动黑板擦方案的确定及工作原理 . 8 2.1 设计方案的确定 8 2.2 工作原理 8 第 3 章 自动黑板擦的设计及计算 10 3.1 电动机选择 10 3.2 减速器的设计 . 10 3.2.1 主要部件的选择 . 10 3.2.2 分配传动比 . 10 3.2.3 参数的设定 . 10 3.2.4 齿轮的设计 . 10 3.2.5 轴的结构设计 . 11 3.3 齿轮的设计 . 11 3.3.1 确定类型、材料及参数 . 11 3.3.2 按齿面接触强度设计 . 12 3.3.3 按齿根弯曲强度设计 . 13 3.3.4 几何尺寸计算 . 15 3.4 轴的设计 15 3.4.1 材料的选取 . 15 3.4.2 轴的校核 . 16 3.4.3 轴承寿命校核 . 17 3.4.4 键的设计与校核 . 19 第 4 章 结论 22 致谢 23 参考文献 24 XX 学院本科毕业设计（论文） 3 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 课课题研究的背景题研究的背景 “一根粉笔，三尺讲台” ，这是对教师的由衷赞美。殊不知，赞美背后，隐忧多 多。板书带来的“粉笔综合症”已成为广大师生的头号健康隐患。教师常年使用粉 笔，不自主地“吸”入大量粉尘，容易患上呼吸系统疾病。而学生与粉笔尘接触时 间长，易受教室二次扬尘的危害，他们受到的危害甚至比教师更为严重。一名学生 从小学到读完大学至少需要16年时间，这正是生长发育的黄金时期，却要不断受到 粉笔灰尘的侵袭；一名教师从站到讲台上到退休大多在40年左右，生命的大半时间 都要“吃粉笔灰” 。因为每天上课要写板书、擦黑板，粉笔灰经常把老师弄得蓬头垢 面。而且老师总是一边写板书，一边讲解，甚至有时一边擦黑板，粉笔灰也就自然 而然地被吸进去。要是遇到上老师感冒、咳嗽，粉笔灰更是雪上加霜，严重的还会 引发哮喘。据估算，一般而言，一名中学语文老师在一节45分钟的课上，需要写一 黑板的板书，而一黑板的板书需要用掉半支粉笔；而一名中学英语老师或数学老师 在一节45分钟的课上，往往需要写5黑板的板书，大约就要用掉两支半的粉笔。而毕 业班的老师一天最多需要上6节课，就相当于要“吸”掉12支粉笔 综观国内外教学界，普通常用的黑板擦只是将毛毡放人铁皮盒内，教师上课擦 黑板时，飞扬在空中的粉笔灰尘被人吸人肺部，久而久之给师生的身体健康带来极 大损害。随着科学技术的飞速发展，我们利用自己的创造力来研制一种防尘黑板擦， 把师生从充满粉笔灰的教室中解放出来就成了刻不容缓的问题。粉尘影响老师及学 生的身体健康。并且值日生很难将粉尘清除干净。一般黑板擦有以下弊端： （1）无 法控制粉笔灰的污染； （2）无法使黑板擦拭干净； （3）无法清除黑板擦毛层上的粉 笔灰； （4）一般黑板擦质量差，易坏。 1.2 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1 电动黑板擦 黑板板体上下边缘各设有一组链轮链条组，两组链轮链条组各有一个链轮连接， 有可驱动其传动的电机。电动清洁黑板，在板面顶边安装电机，电机转轴横向架设 在板面顶边，紧贴板面在其底边安装横板状清洁器。一种彻底清洁黑板擦黑板，黑 板擦带来回滑动，由于磁铁的作用使黑板擦毛附近，以清洁黑板前。一种自动清洗 过程中自动表在哪里清洗向下闭合时，老师向上打开。两个清洁器分别固定于黑板 XX 学院本科毕业设计（论文） 4 两侧，在黑板清洁的的过程中进行空气清洁。全自动清洁黑板擦，擦板的下表面有 毡绒，在擦板下表面四周设有滚轮，擦板中间设有吸尘层，在吸尘层上方还有电池 仓，该电池层通过触摸按钮与电路动力装置连接。腕带与黑板油漆刷，刷板，手镯 和手链是电路板的背面从表刷，刷设置一个手腕。新型电动黑板装置只要打开开关 就可以擦字，使用安全，无污染，用电少，寿命长。 2 吸尘黑板擦 擦黑板时粉尘可以吸收，避免粉尘，对环境的污染。真空吸尘器吸尘粉笔擦身 体，在其小口设电刷。小型吸尘器主体顶部设置有除尘口，擦黑板的同时将粉笔尘 吸收，避免粉笔尘污染环境。黑板擦体下部固定设置海绵擦体，侧刷，在黑板擦体 上部设置防滑刷，刷掉粉笔灰。软皮背擦拭自动清洁黑板，用软面皮做成书写面套， 下衬铁皮托板，取代传统黑板的硬质板面，面套可前后滚动循环书写使用。 3 集尘式黑板刷 在擦干净黑板的同时又能将粉笔灰收集起来，和普通的黑板刷使用方法相同。 集尘式黑板擦，本技术简单合理，擦、吸、滤、排一气完成，设计了最合理的适用 于不同粗糙度的黑板和带孔的毛刷擦板。镀膜粉笔，本产品不脱粉，耐潮湿。新的 电除尘黑板，用控制电源，完成工作后，灰尘可以在端部领取一个小盒子，利用电 场和电磁感应原理。可制成微型吸尘器无尘黑板擦清洁，除尘工具也可以做广泛应 用于写字楼，商业，酒店和家庭。 4 自动吸尘黑板刷 清洁橡皮擦，利用电机的高速旋转会将粉吸入真空，过滤灰尘和废气清洁的空 气。自动清洗黑板刷，使用，利用电力可以做，既清洁灰尘，同时也降低了劳动强 度，还必须自动擦去灰尘吸入集尘袋，而不是粉尘飞扬，从而保证了洁净室空气。 电动吸尘板擦擦黑板时，不仅有利于无尘黑板表面，更要与所有的灰尘吸进机器， 再次以避免灰尘污染，从而在保护环境中发挥作用的接触。自动吸尘黑板擦，使用 时动力传动黑板擦擦体在导轨引导下做紧贴黑板的横向运动，擦体两侧的擦条同时 做上下运动，将黑板上的粉笔字迹擦去。集尘式快速清洁黑板刷，长度和板的高度， 就像一个小一刀切超过几厘米黑板的平均宽度挂在黑板上，你可以自由滑动，集成 式黑板干净。防尘清洁黑板，由黑板一块、有小孔的铝合金挡板、一个装粉笔的长 方形槽、两个铝合金扣组成。 5 卫生黑板 使用时把粉笔安插在粉笔槽内，为师生使用提供便利，板面底边的粉笔槽可收 XX 学院本科毕业设计（论文） 5 集师生在板面书写粉笔字所掉落的粉笔灰。具有粉笔灰收集装置的组合式黑板，包 括黑板外框，固定板面A，固定板面B，活动板面和集尘装置等。便于携带提取粉笔 的黑板擦，盒体的下部装有刷体，盒体上部有一盒盖，盒盖和盒体一边铰链连接， 盒体和盒盖的另一边接触边分别都装有磁铁。自动清洁黑板，有板面接灰槽，接灰 槽安装在板面下方，板面上端设置储水管，储水管下部安装指向板面的喷嘴，板面 两侧安装可摆动的清洁刷 1.1.3 3 黑板黑板发展的发展的五个重要时代五个重要时代 人们交流无非有两种方式，一是口语交流，二是书面交流。而有一种东西伴随 着我们从小长大，一直影响和改变着我们的交流方式，它巧妙而生动地结合了口语 和书面两种交流方式，让我们既能看到又能听到，所以从古到今的教学、培训、演 讲、会议、宣传等这些需要大量交流的场所，都离不开一个叫“黑板”的工具。在 文字发明以前，人们发现木炭可以作画，在欧洲的一些古代岩洞里可以发现古代的 一些壁画，画着这些壁画的岩壁从传统意义上讲已经可以称为黑板。但是随着时代 的发展，“黑板”这个名词也在不断地丰富和完善她自身的内涵，不断地强化和提 升她自身的功能。我们中国黑板批发网通过对行业的仔细研究和全局的深入酝酿， 提炼总结出了黑板发展演变史上的五个重要时代： 第一代是写字类黑板：选用的是生产生活中最常见的材料制作而成，主要用普 通笔支在表面书写文字为主，如木制黑板、水泥黑板、玻璃黑板和金属黑板等。 第二代是无尘类黑板：为了适应专业书写和安全环保的要求，逐渐产生了特制 的书写面板材料，既能好写好擦又没有粉尘污染，如普通白板、专业书写级白板、 绒布告示板、表格画线板和环保书写膜等。 第三代是影音类黑板：借助现代科学技术的发展，特别是投影成像类的产品出 现，黑板也从简单的文字书写演变到具有图片显现的功能，并且可以整合音响话筒 之类配套产品，图文结合声情并茂成为黑板发展史上一次质的飞跃，比如我们现在 常见的亚光投影白板、电动投影白板、投影幕布、复印式电子白板、电子显示屏、 荧光黑板等。 第四代是交互类黑板：图文结合的黑板往往按着事先设置好的图文很被动的显 示给听众，这又恰恰失去了黑板与身俱来应该有的随心书写自由演示的优点。直到 近几年来电脑技术的不断应用和广泛普及，人们终于发明出了一种划时代的革命性 产品交互式电子白板，实现了黑板和电脑互通互联，让浩瀚无穷的互联网可以 无限地展现在黑板这方寸之间，任由我们随意点画畅游天地，如压感式电子白板、 XX 学院本科毕业设计（论文） 6 超声波电子白板、电磁式电子白板、红外式电子白板、激光式电子白板等。 第五代是显像类黑板：这一代产品主要集中解决了交互式电子白板需要各种外 设硬件来配套使用，把成像显像技术和互联网络技术全部集中在了黑板自身身上， 从此黑板包容无限其乐无穷，可以淋漓尽致地为人们交流提供最直接最简单的书写 服务，同时又可以声色俱全地提供最高效最丰富的图像服务，如电视型黑板、电脑 型黑板、手机型黑板、电纸书、数字标牌等。 你读到这里是不是有点惊奇，甚至想大加感叹一下，一块小小的黑板居然有这 么多无人知晓的灿烂历史，一块小小的黑板居然为人类的交流发挥着不可替代的作 用！正因为如此，我们中国黑板批发网的全体员工们一直秉乘“让我们的黑板改变 您的视界”，从每一个细处，从每一个点滴，都人性化地设计和思考，让每一位用 户都能体会到全新的书写感觉，让每一位听众都能享受到全新的视觉效果，已然成 为我们永不停歇的夙愿。 1.1.4 4 课题研究的目的及意义课题研究的目的及意义 1、研究的目的 众所周知，黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具，而黑板擦是与黑板如 影随形的另一样教具。无论是从小学还是到大学，教室里都会使用到黑板和黑板擦， 而一般我们平时使用的人工黑板擦不但要用力、费时，还有粉尘污染空气的缺点。 每当下课了擦完黑板的时候教室里就粉尘飞扬，影响了下堂课的教学。这样，不仅 危害了老师和学生的健康，同时也给教学带来很大的不便，有时候老师在上面讲课， 拿黑板擦转身擦黑板的时候，学生可能会乘机在下面捣乱，因而扰乱课堂秩序，影 响了教学质量，因此，就有全自动黑板擦的诞生。为了解决教学工作中的困难和人 工黑板擦给老师和同学带来的不便，这样一种自动黑板擦的生产将是教育行业的一 大福音。 2、研究的意义 空气中的粉尘对人类健康的威胁是一个全球性的问题，空气中的粉尘进入人的 呼吸道会引起各种疾病，给青少年们创造一个无尘的学习环境尤为迫切。学校教室 粉尘产生的原因，很大一部分是由于用人工擦黑板，很多改进黑板的措施应用而生， 但是这些设计方案或是不能从根本上解决问题，或是成本太高，从而是这些设计方 案在现行的生活中不能普及。为此，设计了一种无尘自动擦黑板机构，该机构能够 实现完全自动自动擦黑板，并且能防止粉尘扩散，具有良好的应用前景。粉笔灰是 传统黑板黑板擦粉笔构架中普遍存在的问题， 统计分析表明粉笔粉尘的 90%来源 XX 学院本科毕业设计（论文） 7 于黑板擦的积累粉尘的飞扬与黑板擦清灰过程的粉尘飞扬，黑板擦在清除黑板过程 中摩擦起尘仅占 10%，因此，清除积累在黑板擦上的粉尘具有现实意义。最近推出的 白板白板擦白板笔构架虽然可以回避这一问题，但是使用成本高，对传统黑板 黑板擦粉笔构架的替换所需的投入大。目前在我国绝大多数场合的应用条件还 不成熟，我国的教育系统仍主要采用传统黑板黑板擦粉笔构架模式。近二十年 来，我国科技工作者对传统黑板黑板擦粉笔购架及其组成中的黑板、黑板擦亦 试图做较多的改进出现了若干设想和设计，如无尘粉笔、无尘黑板、电动黑板擦等， 有些设计甚至已成为商品，然而，直到目前还没有一项设计或产品真正普及开来， 主要问题在于实用性差，应用效果不佳等。粉笔灰尘影响了教育系统广大师生的身 心健康，以影响了使用场合的公共环境卫生。 1.1.5 5 本设计的内容本设计的内容 自动清洁黑板擦选用电动机来驱动，电机轴上带一个小齿轮，小齿轮为主动轮， 由它带动从动轮大齿轮做旋转运动，大齿轮的轴端带有毛毡，毛毡旋转可以擦去黑 板上的笔迹，旋转的毛毡分上下两排，可以把黑板擦得很干净。黑板两侧，左边是 一根光杠，右边是丝杠，丝杠也是由电动机带动来带着黑板擦做上下进给运动，而 左边的光杠只起一个导向的作用。当擦完黑板，黑板擦是停留在最上面的，需要的 时候再让它做进给运动。黑板擦的周围是密封圈，同时还装有吸尘口，在黑板擦的 右边有一个总的出口，用来把粉尘吸到积尘盒里面，当积尘盒满了再把它打开倒掉 里面的粉尘。 XX 学院本科毕业设计（论文） 8 第第 2 2 章章 自动黑板擦自动黑板擦方案的确定及工作原理方案的确定及工作原理 2.12.1 设计方案的确定设计方案的确定 自动选择电机通过皮带传动带动橡皮擦，电机轴功率，通过减速机。减速器再 将动力传给主动轮小齿轮，由它带动从动轮大齿轮做旋转运动，大齿轮的轴端带有 毛毡，毛毡旋转可以擦去黑板上的笔迹，旋转的毛毡分上下两排，可以把黑板擦得 很干净。黑板两侧，左边是一根光杠，右边是丝杠，丝杠也是由电动机带动来带着 黑板擦做上下进给运动，而左边的光杠只起一个导向的作用如果擦完黑板擦是留在 上面，当你做到这一点，然后进给运动的需要。是一个环形嵌装在橡皮，也与右侧 橡皮擦真空口有一个出口总额为尘归尘在框中吸的时候，垃圾桶满了，再把它打开 倒出里面的灰尘。 现在学校普遍使用的黑板擦，结构十分简单，仅有擦去黑板上粉笔字的单一功 能。这种黑板擦带来的结果是粉笔灰在教室内四处飞扬，造成教室内环境污染，给 教师和学生带来诸多不便。无尘黑板擦就是针对这一问题，提供一种可防止粉笔灰 四处飞扬的无尘黑板擦。 在擦除黑板，黑板清洁过程中的作用，清洁和灰尘的完成，降低了用户的劳动 强度，提高工作效率，整个结构是简单的。 2.22.2 工作原理工作原理 黑板的左边安装一根光杠，光杠上下用滑动轴承座来固定在在墙上，右边用一 根普通丝杠，丝杠两端用滚动轴承座来固定在墙上，丝杠的上端用大齿轮来带动， 由电动机来驱动小齿轮，在由大齿轮来驱动丝杠旋转。黑板擦由电动机带动，它有 一个主动轮和五个大动轮、轴、还有轴承组成，黑板擦的内部结构分为两部分，上 面的一排三个轴，下面的两个轴，他们上下左右就从事形成黑板擦整个。黑板擦内 每根轴的端部都连接有一个毛毡，通过毛毡的旋转来擦拭黑板。具体见下图： XX 学院本科毕业设计（论文） 9 XX 学院本科毕业设计（论文） 10 第第 3 3 章章 自动黑板擦的设计自动黑板擦的设计及及计算计算 3.1 3.1 电电动动机机选择选择 经 试 验 作 用 在 黑 板 面 上 的 应 力Pa52.118， 则 它 所 需 要 的 压 力 NAF20375. 045. 052.118,所需电动机的输出功率为 kwPw6 . 0,则电动机 所需功率为kw P P w d 67. 0 9 . 0 6 . 0 ，查机械设计常用元器件手册 695 页表 4-1，选用 Y802-4 电动机，功率kwP75. 0，转速min1390rn 。 3.23.2 减速减速器器的设计的设计 3.2.1 3.2.1 主要部件的选择主要部件的选择 目的 过程分析 结论 齿轮 齿轮传动平稳 齿轮 轴承 此减速器轴承所受轴向力不大 球轴承 3.2.2 3.2.2 分配传动比分配传动比 选定的电机的实际转速为 1390r/min， 则需要设计一个减速比约为 6.45 左右的减 速器以控制速度。查机械设计课程设计手册可知单机减速传动比为 46，为了 使减速器结构简单，并且又能达到预想的性能，选择减速器的传动比为 6。 3.2.3 3.2.3 参数的设定参数的设定 由传动比计算得 i=6，假设电机的输入轴 0 轴、减速器输入轴 1 轴、输入轴 2、 输出轴 3 轴的转速分别为 n0、n1、n2；对应于 0 轴和其余各轴的输入功率分别为 P0、 P1、P2；对应于 0 轴和其余各轴的输入转矩分别为 T0、T1、T2；相邻两个轴之间的 传动比分别为 i01、i12；相邻两轴的传动效率分别为 01 、 12 。 轴号 电动机 0 轴 圆柱减速器 1 轴 2 轴 工作机 3 轴 转速 n(r/min) n0=600 n1=600 n2=100 n3=100 功率 P（W） P0=200 P1=198 P2=196 P3=194 转矩 T（Nm） T0=3.18 T1=3.15 T2=18.7 T3=18.5 两轴联接 联轴器 齿轮 联轴器 传动比 i i01=1 i12=6 i23=1 传动效率 01 =0.99 12 =0.99 23 =0.99 3.2.4 3.2.4 齿轮的设计齿轮的设计 选小齿轮的齿数为 Z1=19，大齿轮的齿数为 Z2=iZ1=619=114,取 Z2=114.由 XX 学院本科毕业设计（论文） 11 于齿轮传动比较大且为整数，在工作过程中，长时间和同样位置齿轮啮合，不利于 齿轮的维护，所以将齿轮 2 的齿数设定为 112，传动比约为 5.85，误差小于 1%。 试算小齿轮分度圆的直径 d t 1 ,由计算公式得，d1t=19.53mm 计算纵向重合度 =0.832tan 1 Z d =0.8320.4519tan15 0 =1.906 计算载荷系数 已知系数 A K=1.35 根据，smv/618. 0七级精度，查得动载荷系数 V K=1.058 查得 H K=1.000 H K=1.646 故载荷系数 HHVA KKKKK =2.351 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式可得 3 1 / t t t KKdd =19.7mm 结论：mmd7 .19 1 mmmn1 结论：齿数 19 1 Z 113 2 Z 3.2.5 3.2.5 轴的结构轴的结构设计设计 选择轴的材料为 45 钢，调质处理。查表，取110 0 A则初步估算轴的最小直径 mmnPAd63. 71390/2 . 0110/ 3 3 110min 这是安装联轴器处的轴的最小直径 21 d， 此处要开键槽，所以校正值mmd935. 7%)41 (63. 7 21 ，联轴器的计算转矩 1 TKT Aca 查表取3 . 1 A K，则NmmTKT Aca 9 .413731833 . 1 1 查机械设计手册 ，选用 GB/T 3852-1997 中的 LT2 型弹性柱销联轴器，其公 称转矩为 16000Nmm。 半联轴器的孔径 12mm,轴孔长度 L=20mm,J 型轴孔， A 型键， 联轴器主动端的代号为 LT2 12*12 GB5014-1985，对应的，轴段 1 的直径mmd12 1 ， 轴段 1 上的长度应比联轴器主动端轴孔的长度稍长。 3.33.3 齿轮的设计齿轮的设计 3.3.1 3.3.1 确定类型、材料及参数确定类型、材料及参数 （1）黑板擦为一般工作机器，速度不高，故选用 8 级精度（GB10095-88） （2）材料选择：由机械设计教材可以选择小齿轮材料为 40Cr(调质)，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。 （3）初选小齿轮齿数 Z1=24,设齿数比 u 为 3.2，大齿轮齿数 Z2=3.224=76.8， XX 学院本科毕业设计（论文） 12 取 Z2=77。 3.3.2 3.3.2 按齿面接触强度设计按齿面接触强度设计 由设计计算公式 d1t32. 2 3 2 1 ) ( 1 H E d Z u uKT (1)确定公式内的各计算数值 a、试选载荷系数tK=1.3; b、计算小齿轮传递的转矩； T1= n 1 5P 1095.5 =mm 9 . 01390 75. 0105 .95 5 =573. 0 4 10mm. c、选取齿宽系数1d； d、查得材料的弹性影响系数 2 1 E 189.8MP Z a ； e、按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa6001limH，大齿轮的接触 疲劳强度极限Mpa5502limH； f、计算应力循环次数(设擦体寿命 10 年，每年工作 210 天，每天工作 8 小时） N1=60n1jhL= 9 1026. 11021081125160 ; N2= 9 9 1 100.39 3.2 101.26 u N ; g、取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.90,KHN2=0.95; h、计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得： MPaMPa S 5406009 . 0 K 1lim HN1 1H MPaMPa S 5 .52255095. 0 K 2lim HN2 2 H 。 （2）计算 a、试计算小齿轮分度圆直径 d1t,代入 H 中较小的值; 3 2 1 1 1 32. 2 H E d t t Z u uTK d XX 学院本科毕业设计（论文） 13 =32. 2mmmm256.25 522.5 189.8 3.2 4.2 1 100.5731.3 3 2 4 b、计算圆周速度 v smsm nd v t /65. 1/ 100060 1251256.25 100060 11 c、计算齿宽 b mmmmdbtd256.25256.2511 d、计算齿宽与齿高之比 h b 模数 mmmm Z d m t t052. 1 24 246.25 1 1 齿高 mmmmmht368. 2052. 125. 225. 2 67.10 368. 2 256.25 h b e、计算载荷系数 根据smv/65. 1，8 级精度，由图 10-8 查得动载系数vk=1.12； 直齿轮 ; 1FHkk 查得使用系数; 1Ak 用插值法查得 8 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，;435. 1Hk 由435. 1,67.10Hk h b 查图 10-13 得;354. 1Hk 故载荷系数 607. 1435. 1112. 11HHVAkkkkK; f、按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，得 mmmmdd t K K t105.27 3 . 1 607. 1 256.25 3 113 g、计算模数 m mmmm Z d m13. 1 24 105.27 1 1 . 3.3.3 3.3.3 按齿根弯曲强度设按齿根弯曲强度设计计 弯曲强度的设计公式 3 2 1 1 ) ( 2 F SaFa d YY Z kT m (1)确定公式内的各计算数值 XX 学院本科毕业设计（论文） 14 a、查得小齿轮的弯曲疲劳极限 a500MPFE1；大齿轮的弯曲强度极限 ;380M PF E 2a b、取弯曲疲劳寿命系数;88. 0,85. 021FNFNkk c、计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s=1.4 得 MPaMPa s kFEFN 57.303 4 . 1 50085. 011 1F MPaMPa s kFEFN 86.238 4 . 1 38088. 022 2F 。 d、计算载荷系数 k 516. 1354. 1112. 11FFVAkkkkK e、查取齿形系数 226. 2;65. 2Y21FFaaY； f、查取应力校正系数 764. 1;58. 1Y21SSaaY； g、计算大小齿轮的 F SaaY FY 并加以比较 01379. 0 57.303 58. 165. 2Y 1 11F F SaaY 01644. 0 86.238 764. 1226. 2YY 2 Sa2Fa2 F 大齿轮的数值大 （2）设计计算 3 2 1 1 ) ( 2 F SaFa d YY Z kT m mmmm79. 001644. 0 241 10573. 0516. 12 3 2 4 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m=1.13 大于由齿根弯曲疲劳强 度计算的模数 m=0.79，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（即模数与齿数的乘积） 有关，可取由弯曲强度算得的模数 0.79 并就近圆整为 m=0.8， （查机械原理教材表） ， 按接触强度算得小齿轮的分度圆直径 d1=27.105mm,算出小齿轮齿数， XX 学院本科毕业设计（论文） 15 34 8 . 0 105.27 m d Z 1 1 大齿轮齿数108.4343.2Z2,取 Z2=108. 3.3.3.3.4 4 几何尺寸计算几何尺寸计算 （1）计算分度圆直径 mmmmmZd mmmmmZd 4 .868 . 0108 2 .278 . 034 22 11 查机械设计教材，2 . 3 2 .27 4 .86 1 2 2 1 d d w w u,所以初设的齿数比2 . 3u成立。 （2）中心距mmmm dd a8 .56 2 4 .862 .27 2 21 （3）齿轮宽度mmmmdbd2 .272 .2711取,30B2mm .35B1mm 3.4 3.4 轴的设计轴的设计 3.4.1 3.4.1 材料的选取材料的选取 选用 45 号钢调质处理； 查机械设计教材第 370 页表 15-3 取许用扭转切应力 aMP35 112A0 根据课本得： mmmm n p Ad5 .12 75.434 9 . 075. 0 112 33 2 0min （75.434 1 1390 u n） 1d段要装配滚动轴承，所以查简明机械设计手册第 351 页表 14-5 取,141mmd 查手册，选用 7302 滚动轴承，d=15mm, D=42mm,B=13mm,C=11.97KN,mmBl15111; 2d段要装齿轮，该轴段上开有键槽，因此取mmd125.13%515 .122，查手 册圆整成标准值取mmd182，mmBl28230222； 3d段安装套筒和轴承，所以mmdd1413，mml23127133； 4d段安装轴承端盖，端盖厚度为 10mm，所以mmd124，mml214； 5d段伸出端，定为mmd115，mml255； mmlllll112L54321。 XX 学院本科毕业设计（论文） 16 3.4.2 3.4.2 轴的校核轴的校核 mml15L11 mmll51L322 mmll46L543 作用在齿轮上的圆周力： N d T Ft32.421 2 .27 10573. 022 4 1 1 NtgtgFFtr349.1532032.421 0 （直齿轮压力角） 作用在轴上的外力：NF20 求垂直面的支反力 NN LL r 5 .118 5115 349.15351FL F 21 2 1V NNFFFVrV849.345 .118349.15312 计算垂直弯矩 mNLFMvav 777. 11051849.34 3 22 mNLFvav 778. 110155 .118M 3 11 求水平面的支承力 NN LL FL F t H57.325 5115 32.42151 21 2 1 NNFFFHtH75.9557.32532.42112 求水平面弯矩 mLFMHaH 4.884N101557.325 3 11 mNLFMHaH 883. 4105175.95 3 22 求 F 在支点产生的反力 NN LL FL FF94.13 5115 4620 21 3 1 NNFFFFF94.332094.1312 求 F 力产生的弯矩 XX 学院本科毕业设计（论文） 17 mNLFM mNFLM FmF F 21. 0101594.13 92. 0104620 3 11 3 32 F 在 a 处产生的弯矩 mNLFMFmF 21. 0101594.13 3 11 求合成弯矩，考虑最不利的情况，把mFM与 22 aHavMM直接相加 mNMMMMaHavmFam41. 5884. 4777. 121. 0 2222 求危险截面当量弯矩，从图可见，m-m 处截面最危险，取折合系数6 . 0，其当 量弯矩为：mNTMMame14. 673. 56 . 041. 5 2 2 2 1 2 计算危险截面处轴的直径 因为材料选择 45 号钢调质，查课本 362 页表 15-1 得MPaB640，许用引力 MPab601，则； mmmm M d b e 22.10 601 . 0 1041. 6 1 . 0 3 3 3 1 因为dmmd115，所以该轴是安全的。 3.4.3 3.4.3 轴承寿命校核轴承寿命校核 已知轴上齿轮受切向力NFte32.421,径向力NFre349.153,轴向力NFae20, 齿轮分度圆直径mmd4 .86，齿轮转速 min 94.390 min 2 . 3 1251 1rr u n n，运转中 有轻微冲击，轴承预期寿命10 h L年，两个轴承型号均为 7302. 查简明机械设计手册可知 7302 的基本额定动载荷KNC97.11,基本额定静载荷 KNC37. 9 0 . (1)求两轴承受到的径向载荷 1r F和 2r F XX 学院本科毕业设计（论文） 18 将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系，由力分析可 知： NN d FF F aere vr 29.54 3729 2 4 .86 2029349.153 3729 2 29 1 NFFF vrrevr 06.10129.52349.153 12 NNFF teHr 13.18532.421 66 29 3729 29 1 NFFF HrteHr 19.23613.18532.421 22 NNFFF Hrvrr 93.19213.18529.54 22 2 1 2 11 NNFFF Hrvrr 90.25619.23606.101 22 2 2 2 22 (2)求两轴承的计算轴向力 1a F和 2a F 对于 7302 型轴承，按机械设计教材表 13-7，轴承派生轴向力 Y F F r d 2 ,查机械设 计手册得 Y=2.2,e=0.27. NN Y F F r d 58.43 2 . 22 93.192 2 1 1 NN Y F F r d 39.58 2 . 22 90.256 2 2 2 由机械设计教材得： NNNFFF daea 39.7839.5820 21 XX 学院本科毕业设计（论文） 19 NFF da 39.58 22 (3)求轴承当量动载荷 1 P和 2 P 因为 e F F r a 4063. 0 93.192 39.78 1 1 e F F r a 2273. 0 90.256 39.58 2 2 对轴承 1 04 . 0X1 2.2Y1 对轴承 2 1X2 0Y2 因为轴承运转中有轻微冲击载荷，按表 13-6 得，2 . 10 . 1 p f，取1 . 1 p f，则： NNFYFXfP arp 593.27439.782 . 293.19240. 01 . 1 11111 NNFYFXfP arp 59.28239.58090.25611 . 1 22222 (4)验算轴承寿命 因为 12 PP ,所以按轴承 2 的受力大小验算 hh Lh P C n L34.11294400 59.282 11970 94.39060 10 60 10 3 10 6 2 6 3.4.4 3.4.4 键的设计与校核键的设计与校核 mmd182装齿轮，查简明机械设计手册 139 页表 7-2 选键为hb：66，查手 册 可 得 MPap120100， 因 为mml282， 初 选 键 长 为22mm ， 校 核 bM P aM P a dhl T 65. 9 62218 10573. 044 4 ，所以所选键为：2266:lhb。 擦体：长度：366mm 宽度：140mm 黑板：长度：355mm 宽度：340mm 丝杆长度：620mm 螺纹可自锁； 光杠长度：620mm。 丝杠的校核：经试验丝杠最大重量为 500N,丝杠最大起重高度为 620mm,采用单 头梯形螺纹，螺旋应有自锁性。 1、选择材料和许用应力 XX 学院本科毕业设计（论文） 20 螺杆材料选 45 钢，调质处理，材料的屈服极限 2 360mmN s （由机械设计教 材得） ，由机械设计手册得螺杆的许用应力 2 72120 53 mmN s ，可取 2 100mmN。 螺母材料选青铜，由手册可得螺母的许用应力 2 6040mmN b ，取 2 50mmN b ； 2 4030mmN ，取 2 35mmN。 黑板擦体螺旋系低速传动，由表 12-1-9 查得许用比压 2 2518mmNp ，取 2 20mmNp 。 2、按耐磨性计算螺纹中经 取7 . 1（整体式螺母） ， mmmm p F d1 . 3 207 . 1 500 8 . 08 . 0 2 。 由 GB5796.3-86 可选5 . 6, 2 . 6, 3 . 8,25. 7, 5 . 1, 8 1342 DdDdPd的梯形螺纹， 中等精度，螺旋副标记为eHTr775 . 18。 螺母高度mmmmdH325.1225. 77 . 1 2 ，取mmH13。 则螺纹圈数7 . 85 . 113PHn圈。 3、自锁性验算 由于是单头螺纹，导程mmPS5 . 1，故螺纹升角为 21643 25. 7 5 . 1 0 2 arctg d S arctg 由手册得钢对青铜的摩擦系数10. 008. 0f，取 0 30,09. 0f，可得当量摩 擦角32915 15cos 09. 0 2 cos 0 0 arctg f arctg 。因为 ，故螺纹自锁可靠。 4、螺杆强度验算 由手册得螺纹摩擦力矩公式 mmNtgFtgdMt 29032915216435