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自行车
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自行车风扇及传动机构设计,自行车,风扇,传动,机构,设计
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华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构1成人高等学历教育成人高等学历教育毕业设计说明书毕业设计说明书自行车上的风扇及其传动机构自行车上的风扇及其传动机构办学单位：办学单位： 班班 级：级： 专业年级层次形式专业年级层次形式 学学 生：生： 姓名（学号）姓名（学号） 指导教师：指导教师： 姓名姓名 专业技术职称专业技术职称 提交日期：提交日期： 年年 月月 日日 （小三号宋体）（小三号宋体） 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构2摘 要 .31 绪论.41.1 研究的背景与意义.41.1.1 自行车的历史.41.1.2 自行车的原理.41.1.3 自行车风扇的意义.51.2 研究的方法与内容.51.2.1 传动方案的设计.51.2.2 链轮的设计.61.2.3 轴承的选用.61.2.4 其他零件的结构设计.61.2.5 计算机的辅助设计.62 总体方案的设计.72.1 总体方案的确定.72.2 圆锥齿轮变速器及风扇方案的确定.73 链传动的设计.83.1 链传动类型及特点.83.1.1 链传动的类型.83.1.2 链传动的特点.83.2 滚子链设计.83.2.1 滚子链的结构和规格.83.2.2 滚子链链轮.93.3 链传动的设计计算.123.3.1 链传动的失效形式.123.3.2 滚子链的额定功率曲线.123.3.3 设计计算步骤.133.3.4 设计计算过程.154 圆锥齿轮变速器的设计.164.1 齿轮传动的设计计算.164.2 按接触强度计算D1.184.3 校核D1.194.4 几何尺寸计算.194.5 受力分析.204.6 齿轮轴的设计.205 其他零件的设计.235.1 箱体的设计.235.2 键的设计.235.3 滚动轴承的设计.235.4 密封与润滑的设计.246 结论.24参考文献 .26 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构3摘摘 要要提供安装在自行车上的风扇及其传动机构，用于给骑车者提供风力和降温。风扇动力来自自行车的前轮，经链传动、圆锥齿轮传动将动力传至安装在自行车车头上的风扇，从而达到一边骑车一边有风力的休闲骑车的目的。当自行车在运动时，风扇也随之转动，风吹向骑车者的上半身，为骑车者提供风力，创造了一个简易的降温条件，并有明显的舒适感。关键词：关键词：自行车，风扇AbstractTo provide the fan installed on the bicycle and its transmission mechanism, used to provide wind and temperature cycling. Fan driven by the front wheel, the chain drive, bevel gear drive will be installed in the bike car driving force transmitted to the head of the fan, so as to achieve the wind while you are riding a bike for leisure purposes. When the bicycle in motion, the fan also will turn the wind to the riders upper body, to provide for the ride the wind, creating a simple cooling conditions, and obvious comfort.Key words：bicycle，fan 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构41 1 绪论绪论1.1 研究的背景与意义研究的背景与意义1.1.1 自行车的历史自行车的历史世界上第一批真正实用型的自行车出现于 19 世纪初。1817 年，德国人德莱斯在法国巴黎发明了带车把的木制两轮自行车。自行车问世后迅速成为当时欧洲人青睐的交通工具。19世纪一些欧洲人也构思出了一些理想的自行车图。 自行车发明的早期阶段，人们认为越大的轮子行驶的速度越快，两名男子骑着一辆车轮几乎为一人高的自行车。 在自行车的发明阶段，有些人并没有把自行车的两个轮子设计成前后放置，而是把两个轮子做成了左右放置，这种自行车的外形有些类似轮椅。 这是欧洲人早期设计的一种三轮自行车。三轮自行车的平衡能力更好，人们更容易学会骑乘三轮自行车。随着日后自行车技术的改进，三轮自行车逐渐发展成一种运货的交通工具。 图 1-1 公路自行车1.1.2 自行车的原理自行车的原理自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等 25 个部件中，其基本部件缺一不可。其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统： 导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。 驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。 制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶、确保行车安全。 此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了车灯，支架等部件。 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构51.1.3 自行车风扇的意义自行车风扇的意义提供安装在自行车上的风扇及其传动机构，用于给骑车者提供风力和降温。风扇动力来自自行车的前轮，经链传动、圆锥齿轮传动将动力传至安装在自行车车头上的风扇，从而达到一边骑车一边有风力的休闲骑车的目的。当自行车在运动时，风扇也随之转动，风吹向骑车者的上半身，为骑车者提供风力，创造了一个简易的降温条件，并有明显的舒适感。1.2 研究的方法与内容研究的方法与内容1.2.1 传动方案的设计传动方案的设计风扇动力来自自行车的前轮，经链传动、圆锥齿轮传动将动力传至安装在自行车车头上的风扇，从而达到一边骑车一边有风力的休闲骑车的目的。利用自行车运动时前轮作为动力，通过链传动、圆锥齿轮传动来传递动力，包括链轮、链条、圆锥齿轮和传动轴。 其中在前轮前叉内装一链轮并与前轮固联在一起，并与前轮一起转动，另一链轮安装在固定在车架上的套筒内的转轴上，转轴的另一端装有圆锥齿轮之一，并与另一圆锥齿轮之二啮合，将装于该圆锥齿轮的风扇轴转动，从而将风扇带动，风扇轴用滚动轴承安装在另一套筒内，该套筒固定在车把手上。这样，当自行车在运动时，风扇也随之转动，风吹向骑车者的上半身。图 1-2 传动方案示意图 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构61.2.2 链轮的设计链轮的设计设计步骤：1 链轮齿数 z1 、z2 和传动比 i2 确定计算功率 Pca3 初选中心距 a04 链节数 Lp5 节距和排数的确定6 验算链速 判断是否与假设符。1000*6011pznv 7 确定实际中心距8 小链轮毂孔最大直径9 计算压轴力 Q10链轮的结构设计，材料和尺寸。1.2.3 轴承的选用轴承的选用选用轴承时，首先是选择轴承的类型。由于该轴上的轴承所受载荷为径向载荷，轴的中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差，轴承力可能发生弯曲或倾斜，所以选用调心滚子轴承。初步定出轴承类型及型号之后，对其进行校核。1.2.4 其他零件的结构设计其他零件的结构设计其他零件部件包括一些标准件（螺栓，螺母，弹性挡圈和油毡封圈等）和非标准件，如轴套，轴承端盖等，根据相关参考书的建议值和公式选取确定，然后进行强度校核。1.2.5计算机的辅助设计计算机的辅助设计在做毕业设计时，会用到计算机对于数据的计算，参考。还有传动示意图；轴零件图; 链轮零件图，其他必要的零件图的绘制。 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构72 2 总体方案的设计总体方案的设计2.1 总体方案的确定总体方案的确定利用自行车运动时前轮作为动力，通过链传动、圆锥齿轮传动来传递动力，包括链轮、链条、圆锥齿轮和传动轴。 其中在前轮前叉内装一链轮并与前轮固联在一起，并与前轮一起转动，另一链轮安装在固定在车架上的套筒内的转轴上，转轴的另一端装有圆锥齿轮之一，并与另一圆锥齿轮之二啮合，将装于该圆锥齿轮的风扇轴转动，从而将风扇带动，风扇轴用滚动轴承安装在另一套筒内，该套筒固定在车把手上。如图 2-1 总体方案示意图所示。图 2-1 总体方案示意图2.2 圆锥齿轮变速器及风扇圆锥齿轮变速器及风扇方案的确定方案的确定 圆锥齿轮变速器放置在自行车手柄的中间输入轴联接小链轮，输出轴联接风扇。如图2-2 一级圆锥齿轮变速器及风扇示意图所示。图 2-2 一级圆锥齿轮变速器及风扇示意图 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构83 3 链传动的设计链传动的设计3.1 链传动类型及特点链传动类型及特点3.1.1 链传动的类型链传动的类型链传动是以链条为中间传动件的啮合传动。如图 3-1 所示链传动由主动链轮 1、从动链轮 2 和绕在链轮上并与链轮啮合的链条 3 组成。按照用途不同，链可分为起重链、牵引链和传动链三大类。起重链主要用于起重机械中提起重物，其工作速度 v0.25m/s；牵引链主要用于链式输送机中移动重物，其工作速度v4m/s；传动链用于一般机械中传递运动和动力，通常工作速度 v15m/s。图 3-1 链传动 图 3-2 齿形链传动链有齿形链和滚子链两种。齿形链是利用特定齿形的链片和链轮相啮合来实现传动的，如图 3-2 所示。齿形链传动平稳，噪声很小，故又称无声链传动。齿形链允许的工作速度可达 40m/s，但制造成本高，重量大，故多用于高速或运动精度要求较高的场合。3.1.2 链传动的特点链传动的特点(1)和带传动相比。链传动能保持平均传动比不变；传动效率高；张紧力小，因此作用在轴上的压力较小；能在低速重载和高温条件下及尘土飞扬的不良环境中工作。 (2)和齿轮传动相比。链传动可用于中心距较大的场合且制造精度较低。(3)只能传递平行轴之间的同向运动，不能保持恒定的瞬时传动比，运动平稳性差，工作时有噪声。通常链传动传递的功率 P100KW，中心距 a56m,传动比 i8,线速度 v15m/s,广泛应用于农业机械、建筑工程机械、轻纺机械、石油机械等各种机械传动中。3.2 滚子链设计滚子链设计3.2.1 滚子链的结构和规格滚子链的结构和规格滚子链由内链板 1、套筒 2、销轴 3、外链板 4 和滚子 5 组成，如图 3-3 所示。内链板和套筒、外链板和销轴用过盈配合固定，构成内链节和外链节。销轴和套筒之间为间隙配合，构成铰链，将若干内外链节依次铰接形成链条。滚子松套在套筒上可自由转动，链轮轮齿与滚子之间的摩擦主要是滚动摩擦。 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构9图 3-3 滚子链图 3-4 双排滚子链链条上相邻两销轴中心的距离称为节距, 用 p 表示，节距是链传动的重要参数。节距p 越大，链的各部分尺寸和重量也越大,承载能力越高，且在链轮齿数一定时，链轮尺寸和重量随之增大。因此，设计时在保证承载能力的前提下，应尽量采取较小的节距。载荷较大时可选用双排链（图 3-4）或多排链，但排数一般不超过三排或四排，以免由于制造和安装误差的影响使各排链受载不均。链条的长度用链节数表示，一般选用偶数链节，这样链的接头处可采用开口销或弹簧卡片来固定，如图 3-5a、b）所示，前者用于大节距链，后者用于小节距链。当链节为奇数时，需采用过渡链节如图 3-5c）所示。由于过渡链节的链板受附加弯矩的作用，一般应避免采用。GB/T1243-97 规定滚子链分为 A、B 系列，其中 A 系列较为常用，其主要参数如表 3-1所示。表中链号和相应的国际标准号一致，链号乘以 25.4/16mm 即为节距值。a) b) c)图 3-5 滚子链接头形式 表表 3-1 A 系列滚子链的基本参数和尺寸系列滚子链的基本参数和尺寸 (GB/T1243-97)链 号节距 p(mm)排距 Pt(mm)滚子外径d1(mm)内链节内宽 b1(mm)销轴直径d2(mm)内链板高度 h2(mm)单排极限拉伸载荷FQ（KN）单排每米质量q(kg/m)08A12.7014.387.927.853.9812.0713.80.6010A15.87518.1110.169.405.0915.0921.81.0012A19.0522.7811.9112.575.9618.0831.11.5016A25.4029.2915.8815.757.9424.1355.62.6020A31.7535.7619.0518.909.5430.1886.73.8024A38.1045.4422.2325.2211.1136.20124.65.6028A44.4548.8725.4025.2212.7142.24169.07.5032A50.8058.5528.5831.5514.2948.26222.410.1040A63.5071.5539.6837.8519.8560.33347.016.1048A76.2087.8347.6347.3523.8172.39500.422.60滚子链的标记为：链号排数链节数 标准号。例如：16A182 GB/T124397 表示：A 系列滚子链、节距为 25.4mm、单排、链节数为 82、制造标准 GB/T124397。3.2.2 滚子链链轮滚子链链轮一、链轮的基本参数及主要尺寸 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构10链轮的基本参数为：链轮的齿数 z、配用链条的节距 p、滚子外径 d1 及排距 pt。链轮的主要尺寸及计算公式如表 3-2 所示。表表 3-2 滚子链链轮主要尺寸滚子链链轮主要尺寸 （mm）名 称代 号计 算 公 式备 注分度圆直径dzpd180sin/齿顶圆直径ad1maxa25. 1dpdd1mina)6 . 11 (dpzdd 可在 damax、damin范围内任意选取，但选用 damax时，应考虑采用展成法加工时有发生顶切的可能性。分度圆弦齿高ah1maxa5 . 0)8 . 0625. 0(dpzh)(5 . 01minadph ha是为简化放大齿形图的绘制而引入的辅助尺寸（见表 9-3） hamax相应于 damax hamin相应于damin齿根圆直径fddf = dd1齿侧凸缘（或排间槽）直径gd76. 004. 1180cot2hzpdgh2内链板高度（见表 3-1）注：注：da、dg值取整数，其他尺寸精确到值取整数，其他尺寸精确到 0.01mm.二、链轮的齿形链轮的齿形应能保证链节平稳而自由地进入和退出啮合，不易脱链，且形状简单便于加工。GB/T1243-97 规定了滚子链链轮的端面齿形（表 3-3）和轴面齿形（表 3-4） ，由于滚子表面齿廓与链轮齿廓为非共轭齿廓，故链轮齿形设计有较大的灵活性，即在最大、最小范围内均可使用。若链轮采用标准齿形，在链轮工作图上可不绘制出端面齿形，只须注明按 GB/T1243-97制造即可。但为了车削毛坯，需将轴面齿形画出。三、链轮的结构和材料链轮的结构如图 3- 6 所示。直径小的链轮常制成实心式（图 a）;中等直径的链轮常制成辐板式（图 b） ；大直径（ d 200mm）的链轮常制成组合式，可将齿圈焊接在轮毂上（图d）或采用螺栓联接（图 c） 。表表 3-3 滚子链链轮的齿槽尺寸计算公式滚子链链轮的齿槽尺寸计算公式计 算 公 式名 称单 位最 大 齿 槽 形 状最 小 齿 槽 形 状 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构11齿面圆弧半径 remm)180(008. 021minzdre)2(12. 01maxzdre齿沟圆弧半径 rimm311max069. 0505. 0ddri1d.ri5050min齿沟角()z90120minz90140max注：链轮的实际齿槽形状，应在最大齿槽形状和最小齿槽形状范围内注：链轮的实际齿槽形状，应在最大齿槽形状和最小齿槽形状范围内表表 3-4 滚子链链轮轴向齿廓尺寸滚子链链轮轴向齿廓尺寸计 算 公 式名 称代 号p12.7p12.7备 注齿宽单排双排、三排四排以上bf10.93 b10.91 b10.88 b10.95 b10.93 b10.93 b1P12.7 时，经制造厂同意亦可使用 P12.7 时的齿宽。b1内链节内宽（见表 3-1）倒 角 宽倒 角 半 径倒 角 深圆 角 半 径链 轮 齿 总 宽barxhrabfmba = (0.10.15) prx ph = 0.5 pra 0.04 pbfm = ( m 1) pt+ bf1 m排数仅适用于 B 型链轮的材料应有足够的强度和耐磨性，齿面要经过热处理。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮轮齿的啮合次数多，受冲击也比较大，因此所用材料应优于大链轮。链轮所用材料及热处理工艺见表 3-5。a) b) c) d)图 3-6 链轮的结构 表表 3-53-5 链轮材料及热处理链轮材料及热处理材 料热 处 理齿 面 硬 度应 用 范 围15、20渗碳淬火、回火5060HRCz25 有冲击载荷的链轮35正 火160200HBSz 25 的主、从动链轮45、5045Mn、ZG310-570淬火、回火4050HRC无剧烈冲击振动和要求耐磨的主、从动链轮15Cr、20Cr渗碳淬火、回火5560HRCz 50 的从动链轮及外形复杂或强度要求一般的链轮夹布胶木P 6KW, 速度较高，要求传动平稳和噪声小的链轮 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构123.3 链传动的设计计算链传动的设计计算3.3.1 链传动的失效形式链传动的失效形式由于链条的强度比链轮的强度低，故一般链传动的失效主要是链条失效，其失效形式主要有以下几种：(1)链条铰链磨损。链条铰链的销轴与套筒之间承受较大的压力且又有相对滑动，故在承压面上将产生磨损。磨损使链条节距增加，极易产生跳齿和脱链。(2) 链板疲劳破坏。链传动紧边和松边拉力不等，因此链条工作时，拉力在不断地发生变化，经一定的应力循环后，链板发生疲劳断裂。(3)多次冲击破断。链传动在启动、制动、反转或重复冲击载荷作用下，链条、销轴、套筒发生疲劳断裂。 (4)链条铰链的胶合。链速过高时销轴和套筒的工作表面由于摩擦产生瞬时高温，使两摩擦表面相互粘结，并在相对运动中将较软的金属撕下，这种现象称为胶合。链传动的极限速度受到胶合的限制。(5)链条的静力拉断。在低速（v 0.6m/s）重载或突然过载时,载荷超过链条的静强度，链条将被拉断。3.3.2 滚子链的额定功率曲线滚子链的额定功率曲线链传动的工作能力受到链条各种失效形式的限制。通过试验可获得链条在一定条件下所能传递的功率 P0。 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构13图 3-8 A 系列滚子链额定功率曲线图 3-8 所示的 A 系列滚子链额定功率曲线图制定条件为：z1=19；Lp=100 节；i = 3；a = 40p；满负荷连续运转寿命为 15000h；两轮端面共面；采用推荐的润滑方式润滑。当链传动不能按推荐的方式润滑时，图中规定的功率 P0 应降低取下列数值：v1.5m/s 时,取(0.30.6)P0；1.5m/sv7m/s 润滑不良时传动不可靠，不宜采用。当要求实际工作寿命低于 15000h 时，可按有限寿命设计，此时允许传递的功率高些。 3.3.3 设计计算步骤设计计算步骤链传动设计计算的原始条件为：传动的工作情况，原动机、工作机的种类；传递的功率 P；主、从动轮的转速 n1、n2 或传动比 i；中心距大小，传动的布置等。链传动设计计算内容包括：链条的型号、节距、排数和节数；链轮的齿数、尺寸、结构和材料；中心距 a；作用在轴上的力 FQ 等。根据链速的大小，链传动的计算方法有以下两种：一、中、高速链传动（v0.6m/s）的设计计算步骤：链条在中、高速条件下，可能发生磨损、链板疲劳破坏、滚子和套筒点蚀以及套筒和销轴胶合失效，所以应按功率曲线设计计算。(1)选择链轮的齿数 z1、z2。为减少运动的不均匀性和动载荷，小链轮的齿数不宜过少，通常 zmin=17（链速极低时最少可到 9） ，可按链速由表 3-6 选取 z1。大轮齿数 z2= iz1，z2不宜过多，z2 过多不仅使传动的尺寸和重量增加，而且链节伸长后易出现跳齿和脱链现象， 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构14通常 z2max 8z11517192123(2)初定中心距 a0。中心距 a 小，结构紧凑，但链节数少，当链速一定时，单位时间内每一链节的应力循环次数增多,加快了疲劳和磨损。中心距 a 大,链节数多，使用寿命长，但结构尺寸增大。当中心距过大时，会使链条松边垂度过大，发生颤动，使传动平稳性下降。一般取：a0=(3050)p amax= 80p,采用张紧装置时 a0 可大于 80p 。(3)确定链节距 p。链传动传递的功率 P 与特定条件下链条的额定功率 P0 之关系为：表表 3-73-7 链传动的工作情况系数链传动的工作情况系数 KAP0 mZAKKPK式中：KA 为链传动的工作情况系数，见表 3-7；KZ 为小链轮齿数系数，即考虑 z119时的系数，见表 3-8，当链传动的工作区在额定功率曲线（图 3-8）顶点左侧时查 KZ、在右侧时查 KZ；Km 为链的多排系数，见表 3-9。求得的 P0 和小链轮转速 n1，由图 3-8 查得链的型号以及节距 p。在满足传动功率的前提下，应尽量取较小的节距。对高速（v8m/s 时）重载的链传动可选取小节距多排链。表表 3-83-8 小链轮的齿数系数小链轮的齿数系数 KZZ117192123252729313335KzKz0.8870.8461.001.001.111.161.231.331.341.511.461.691.581.891.702.081.822.291.932.50表表 3-93-9 多排链系数多排链系数 Km排 数1234Km1.01.72.53.3(4)校核链速 v，确定润滑方式。链速计算值为10006011pznvv 应符合选取 z1 时所假定的链速范围，并由图 3-9 确定润滑方式。图 3-9 推荐使用的润滑方式(5)确定链条节数 Lp。链条节数 Lp 的计算值为原 动 机载 荷 种 类工 作 机 械 举 例电动机或汽轮机内 燃 机载 荷 平 稳液体搅拌机、离心泵、离心式鼓风机、纺织机械、轻型运输机、链式运输机、发电机1.01.2中 等 冲 击一般机床、压气机、木工机械、食品机械、印染纺织机械、一般造纸机械、大型鼓风机1.31.4较 大 冲 击锻压机械、矿山机械、工程机械、石油钻井机械、振动机械、橡胶搅拌机1.51.7 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构15 21201202a2a2zzpzzpLp计算得到的 Lp 应圆整为相近的整数，并尽可能取偶数。 （6）计算实际中心距 a。得： mm 2122121228224azzzzLzzLppp为使链条松边具有合理的垂度，以利链与链轮顺利啮合，安装时应使实际中心距较理论中心距 a 小 25mm。(7)计算轴压力 FQ。轴压力按下式计算：vPFFtQ/) 3 . 12 . 1 (1000) 3 . 12 . 1 (式中：为链所承受的圆周力，N。tF(8)计算链轮端面和轴面尺寸，绘制链轮工作图。 由表 3-2 计算链轮端面尺寸，由表 3-4计算链轮的轴向尺寸。按所求尺寸绘制工作图，并注明齿形标准、齿数和节距。2.低速链传动（v0.6mm）的静强度计算：对于低速链传动，其主要失效形式为过载拉断，故应按静强度计算，校核其静强度安全系数 s 即：48tAQFKmFs 式中：FQ 为单排链条的极限拉伸载荷（见表 3-1） ；m 为链条排数。3.3.4 设计计算过程设计计算过程计算项目计 算 与 说 明计 算 结 果1.确定链轮的齿数 Z1、Z2查表 9-6 取 Z1=21z2= =42120z1=21z2=422.初定中心距a0取 a0=40pa0=40p3.确定链节距p查表 3-7 得 KA=1；查表 3-8 得 KZ=1.11；查表 3-9 得 Km=1；根据 P0 和 n1 查图 3-8 得： 选用 12A 号链条KWKKPKPmZA51.13111. 11510p=19.05 mm 链号 12Ap=19.05mm4.验算链速 m/s647. 010006005.19219710006011pznvv=0.647m/s采用油浴或飞溅润滑5.确定链条节数 Lp21201202a2a2ZZpZZpLp 214. 3221424022142402pppp =123.12 取 Lp=124 节 Lp=124 节 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构166.确定实际中心距 a理论中心距：2122121228224aZZZZLZZLppp 2214. 32216382216312422163124405.19= 770.5mm实际中心距：a= a(25) 取：a= 770.52.05=768mma=768mm7. 计算轴压力 FQFQ=(1.21.3)Ft圆周力NvpFt9 .23183647. 01510001000取 FQ=1.25Ft=1.2523183.9=28979.9NFQ=28979.9N8. 链条标记12A-1-124 GB/T1243-9712A-1-124GB/ T1243-979. 计算链轮尺寸绘制链轮工作图mm82.127)21/180sin(05.19)180sin(0101zpdmm64.255)42/180sin(05.19)/180sin(0202zpdd1=127.82mmd2=255.64mm4 4 圆锥齿轮变速器的设计圆锥齿轮变速器的设计4.1 齿轮传动的设计计算齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及精度等级 考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用 45 钢调质，齿面硬度为220250HBS。大齿轮选用 45 钢，正火，齿面硬度 170210HBS；选 7 级精度。齿面精糙度Ra1.63.2m ( 2 )按齿面接触疲劳强度设计由 d1KT1/Ru4.98 ZE/(1-0.5R）(H) 2 1/3确定有关参数如下：传动比 i 齿=3，取小齿轮齿数 Z1=28。则大齿轮齿数：Z2=iZ1=328=84；实际传动比 I0=84/28=3；传动比误差：i-i0/I=3-3/3=0%0.75% 可用；齿数比：u=i0=3，取 r=0.3。 ( 3 )转矩 T1T1=9.55106P/n1=9.551063.3/300=1.1105Nmm ( 4 )载荷系数 k 取 k=1.1。 ( 5 )许用接触应力HH= HlimZNT/SH 查得：HlimZ1=560Mpa HlimZ2=530Mpa计算应力循环次数 NLNL1=60njLn=603001(105240)=3.744108NL2=NL1/i=3.744108/3=1.248108 .查得接触疲劳的寿命系数：ZNT1=1.1 ZNT2=1.13通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取安全系数 SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=5601.1/1.0Mpa=616Mpa 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构17H2=Hlim2ZNT2/SH=5301.13/1.0Mpa=598.9Mpa故得： 由 d1KT1/Ru4.98 ZE/(1-0.5R）(H) 2 1/3 d1=77.2模数：m=d1/Z1=77.2/28=2.76mm取标准模数：m=2.5mm( 6 )校核齿根弯曲疲劳强度 F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaF确定有关参数和系数分度圆直径：d1=mZ1=2.528mm=70mmd2=mZ2=2.584mm=210mm锥距 R= (d12+ d22) 1/2=221.4齿宽：b=R/3=73.8取 b=74mm ( 7 )齿形系数 YFa 和应力修正系数 YSa根据齿数 Z1=28,Z2=84 由表 11.12 相得YFa1=2.58 YSa1=1.61YFa2=2.25 YSa2=1.77 ( 8 )许用弯曲应力F F= Flim YNT/SF查得：Flim1=210Mpa Flim2 =190Mpa查得：YNT1=YNT2=1按一般可靠度选取安全系数 SF=1.3 计算两轮的许用弯曲应力F1=Flim1YNT1/SF=2101/1.3Mpa=162MpaF2=Flim2 YNT2/SF =1901/1.3Mpa=146Mpa将求得的各参数代入式F1=4kT1YFYS/R(1-0.5R)2 Z2 m3(u2+1) 1/ 2=41.11.11052.581.61/0.3(1-0.50.3) 2 2822.53(27+1) 1/ 2 Mpa=121.43Mpa F1F2=4kT1YFYS/R(1-0.5R)2 Z2 m3(u2+1) 1/ 2=41.11.11052.251.77/0.3(1-0.50.3) 2 8422.53(27+1) 1/ 2Mpa=116.42Mpa F2故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够( 9 )计算齿轮的圆周速度 VV=d1n1/601000=3.1477.230/601000=0.121m/s 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构18图 4-1 传动示意图 4.2 按接触强度计算按接触强度计算 d1 1.计算公式 1d3231)5 . 01 (7 . 4HHERRZZuKT 2.计算 T1T1=955001ddnp Pd-Kw nd-r/min =0.99 3.计算 K K=KAKVK (1)选用系数 KA (2)选动载荷系数 KV 记为 KVt (3)取值。一般取=0.3RR =1mmdbRRu212 (4)查出齿向载荷分布系数 K (5)计算 K=KAKVK 取 KV=KVt 故 Kt=KAKVK 4.许用应力H=ZN ZWHHS(1)查得limH(2)由已知条件计算 N1=60n1*r*tn N2=N1/U式中：n-啮和次数 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构19 n1-r/min tn-每天工作小时 N-年 300 天/年 小时/天(3)计算 H1=ZN ZWHHS1limH1=570MPaH2=ZN ZWHHS2limH2=460MPa(4)计算 d1 d1 3221)5 . 01 (7 . 4HHERRtZZuTKd1tmm89.87 试选 Kt=Kvt 2HH4.3 校核校核 d1因为试选的 Kv 可能与实际不符合。(1)模数 m=取标准值。可改变 Z1 而达到选用适当的 m 的目的，但 u 有变则需重新计算11Zdtd1。 (2)按几何关系计算 d1 d1=m Z1 dm1= d1(1-0.5)R(3)圆周速度 Vm（平均直径 dm） Vm=10006011ndm 计算1001Zum (4)校核 d1 d1=tvtvdKK13 d1 与 d1t 相差不大。4.4 几何尺寸计算几何尺寸计算1.分度圆直径 d d1 =mZ1=90mm d2=mZ2=183mm2.节锥 =arctan=20.674121ZZ =90 -=69.326213.节锥距 R 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构20R=127.46mm12sin2d22sin2d4.齿宽 b=R=38.238mmR5.周节 P=m=14.13mm6.齿顶高 ha ha=m=4.5mm7.齿根高 hf hf=1.2m=5.4mm8.齿顶间隙 c=0.2m9.齿顶圆直径 =m(Z+2)=91.9mm1ad1cos =m(Z+2)=185mm2ad2cos10.齿根圆直径 = m(Z-2.4)=79.9mm1fd1cos= m(Z-2.4)=180mm2fd2cos4.5 受力分析受力分析图 4-2 受力分析Ft1=-Ft2=1888.15N)5 . 01 (221111RmdTdTFr1=-Fa2= Ft1*tan=643.25N1cosFa1=-Fr2= Ft1*tan=242.59N1sin4.6 齿轮轴的设计齿轮轴的设计一、输出轴的设计计算(1)确定轴上零件的定位和固定方式 （如图） 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构21图 4-3 输出轴(2)按扭转强度估算轴的直径选用 45#调质，硬度 217255HBS轴的输入功率为 P=5.445 Kw 转速为 n=72.95r/min取 c=117dmmnPC0 .23720445. 511733(3)确定轴各段直径和长度从大带轮开始右起第一段，由于齿轮与轴通过键联接，则轴应该增加 5%，取 1D1=28mm，又带轮的宽度 b=40 mm 则第一段长度 L1=40mm右起第二段直径取 D2=36mm 根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体 2的厚度，取端盖的内端面与带轮的左端面间的距离为 30mm，则取第二段的长度 L2=40mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用圆锥滚子轴承，则轴承承受径向力和轴向力为零， 3选用 30209 型轴承，其尺寸为 458519，那么该段的直径为 D3=45mm，长度为L3=20mm右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取 4D4=50mm，长度取 L4= 80mm右起第五段为滚动轴承段，则此段的直径为 D5=45mm，长度为 L5=20mm 5右起第六段，为联轴器接入轴,由于电机 Y160M2-8 的轴的直径为 d2=42mm，故选择齿 6式联轴器 GICL3 型，选 d1=42mm。即 D6=42mm。长度取 L6= 100mm 。 (4)求齿轮上作用力的大小、方向 小齿轮分度圆直径：d1=90mm 1作用在齿轮上的转矩为：T1 =84.97 Nm 2求圆周力：FtFt=1888.15N求径向力 FrFr=Fttan=1888.15tan200=643.25NFt，Fr 的方向如下图所示(5)轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：RA=944.08N RB=2832.23 N8040tF8040)(80Ft 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构22垂直面的支反力： RA= =321.67N8040rFRB =964.88 N8040)(80Fr二、输入轴的设计计算确定轴上零件的定位和固定方式 （如图）图 4-3 输入轴(2)按扭转强度估算轴的直径选用 45#调质，硬度 217255HBS轴的输入功率为 P=4.865 Kw转速为 n=270.7 r/min取 c=117d 取 d=40mmmmnPC65.307 .270865. 411733(3)确定轴各段直径和长度 从右端开始右起第一段， 安装滚动轴承。 故 D1=45mm, L1=19mm. 1右起第二段为滚动轴承的轴肩，其直径应小于滚动轴承内圈的外径。取 D2=50mm 2，L2=36mm右起第三段为圆锥齿轮的轴肩，其直径应大于圆锥齿轮的轴孔孔径，取 D3=60mm，长 3度根据箱体的具体参数设计得到，在此取 L3=80mm。右起第四段，该段装有齿轮，并且齿轮与轴用键联接，直径要增加 5%，大齿轮的分度圆 4直径为 238.5mm，则第四段的直径取 50mm,齿轮宽为 b=40mm，为了保证定位的可靠性， 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构23取轴段长度为 L4=38mm。右起第五段，考虑齿轮的轴向定位需要安装套筒取 D5=48mm ,长度取 L5=20mm。 5右起第六段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为 D6=45mm，长度 L6=20mm 67 右起第七段为链轮的轴肩，取 D7=42mm ，L3=70mm5 5 其他零件的设计其他零件的设计5.1 箱体的设计箱体的设计(1)窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。(2)放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。(3)油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。(4)通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。(5)启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶，联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。(6)定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。(7)调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。(8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。(9)密封装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。5.2 键的设计键的设计1输入轴与大带轮联接采用平键联接此段轴径 d1=28mm,L1=40mm查手册得，选用 A 型平键，得：A 键 87 GB1096-79 L=L1-b=40-8=32mmT=72.22Nm h=7mmp=4 T/(dhL)=472.221000/（28732）=46.06Mpa R =110Mpa2、输出轴与齿轮 2 联接用平键联接轴径 d3=50mm L3=38mm T=180Nm查手册选用 A 型平键键 149 GB1096-79l=L3-b=38-14=24mm h=9mmp=4T/（dhl）=41801000/（50924）=66.7Mpa P1,故计算 P2 就可以了。 （3）选择轴承型号选择型号为 30209 的圆锥滚子轴承查表得：Cr=67.8kN29200820.62167800186.3426010)(601031066）（PfCfnLdth预期寿命足够此轴承合格2.输出轴的轴承设计计算（1）初步计算当量动载荷 P因该轴承在工作条件下受到 Fr 径向力作用和轴向力，查手册知：派生轴向力 Fs=0.4Fr,且系数 X=0.4,Y=1.1。经计算得：P1=1491.2N P2=594.72N（2）求轴承应有的径向基本额定载荷值 P1P2,故计算 P1 就可以了（3）选择轴承型号选择型号为 30209 的圆锥滚子轴承查表知， Cr=67.8KN292004865167800122.776010)(601031066）（PfCfnLdth预期寿命足够 此轴承合格5.4 密封与润滑的设计密封与润滑的设计1.密封 由于为低速转动，常温，常压的变速器则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙，达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。2润滑对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度 v 12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H 不应小于 3050mm。对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递 1KW 需油量 V0=0.350.7m3。对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构256 6 结论结论 机械设计毕业设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。(1) 通过这次机械设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。(2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。(3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。 华南理工大学继续教育学院 机 051-6 班 自行车上的风扇及其传动机构26参考文献参考文献1张望军、彭剑锋，中国企业知识型员工激励机制的实证分析，科研管理，2001，6，9-272杨春华，中外知识型员工激励因素比较分析，科技进步与对策，2004，6，168-1703弗朗西斯赫瑞比，管理知识员工，机械工业出版社，2000，19-274江卫东，知识型员工的工作设计与激励，科学与科学技术管理，2002，11，59-635吴木林，高科技企业知识型员工的激励研究，安徽商贸职业技术学院学报，2007，2，29-316孙新波、樊治平、秦尔东，知识员工激励理论与实务，经济管理出版社，2006，12，337张瑞玲、丁韫聪，知识型员工激励机制研究综述，经济与社会发展，2005，11，98-1008刘旗扬，职业生涯早期阶段知识型员工的激励策略研究，现代管理科学，2006，6，88-8927附表附表 3 3成人高等学历教育成人高等学历教育毕业设计毕业设计( (论文论文) )工作材料工作材料 材料目录：材料目录：1 1、毕业设计（论文）任务书、毕业设计（论文）任务书 1 1 份份 2 2、毕业设计（论文）水平审阅评语书、毕业设计（论文）水平审阅评语书 1 1 份份3 3、毕业设计（论文）水平评阅评语书、毕业设计（论文）水平评阅评语书 1 1 份份4 4、毕业设计（论文）答辩记录表、毕业设计（论文）答辩记录表 1 1 份份5 5、毕业设计（论文）评分表、毕业设计（论文）评分表 1 1 份份6 6、本科毕业设计、本科毕业设计( (论文论文) )外文资料翻译外文资料翻译含原文含原文 1 1 份份 办学单位：办学单位： 班班 级：级： 专业年级层次形式专业年级层次形式 学学 生：生： 姓名（学号）姓名（学号） 指导教师：指导教师： 姓名姓名 专业技术职称专业技术职称 日日 期：期： 年年 月月 日日 （小三号宋体）（小三号宋体） 28附表附表 4 4 华南理工大学成人高等学历教育华南理工大学成人高等学历教育毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书办学单位姓 名正高副高中级学生姓名、学号、形式及层次指导教师专业技术职 务ABCD毕业设计（论文）题目 课题来源毕业设计（论文）目的及成果要求毕业设计（论文）内容及要求主要参考文献工作进度安排本任务书于 年 月 日发出，毕业设计（论文）应于 年 月 日前完成，由指导老师审阅与评阅老师评阅后，提交毕业设计（论文）答辩小组进行答辩。指导教师 签发 年 月 日毕业设计（论文）指导小组组长 审核 年 月 日注：注：1毕业设计（论文）任务书由指导教师填写，由指导教师签发，经毕业设计（论文）指导小组组长审核后生效。2 “课题来源”一栏：A指导教师的科研课题；B指导教师收集的科研和生产实际中的课题；C学生在科学活动和工程实践中自立的课题；D自拟课题。在表中相应栏内打“”。 华南理工大学继续教育学院制表 29附表附表 5 5 华南理工大学成人高等学历教育华南理工大学成人高等学历教育毕业设计（论文）水平审阅评语书毕业设计（论文）水平审阅评语书毕业设计（论文）题目学生姓名专业年级审阅成绩（百分制）指导教师姓名职称办学单位评语应包括以下内容：1）选题是否有意义，数据、资料的收集是否翔实，分析、论证、结论是否正确；2）写作的规范化程度；3）存在的问题；4）创新性评价； 5）是否达到本科或专科毕业设计（论文）水平； 6）是否可以提交答辩。 指导教师签名 年 月 日 30附表附表 6 6 华南理工大学成人高等学历教育华南理工大学成人高等学历教育毕业设计（论文）水平评阅评语书毕业设计（论文）水平评阅评语书论文题目学生姓名年级专业评阅成绩（百分制）评阅教师姓名职称办学单位评语应包括以下内容：1）选题是否有意义，数据、资料的收集是否翔实，分析、论证、结论是否正确；2）写作的规范化程度；3）存在的问题；4）创新性评价； 5）是否可以提交答辩； 6）是否达到本科或专科毕业设计（论文）水平。 评阅教师签名 年 月 日 31附表附表 7 7 华南理工大学成人高等学历教育华南理工大学成人高等学历教育毕业设计（论文）答辩记录表毕业设计（论文）答辩记录表学生姓名年级、专业、形式及层次答辩内容记录 答辩秘书签名 年 月 日 华南理工大学继续教育学院制表 32 附表附表 8 8 华南理工大学成人高等学历教育华南理工大学成人高等学历教育毕业设计（论文）评分表毕业设计（论文）评分表学生姓名 年级、专业、形式及层次项目评分标准评分及成绩（百分制）平时成绩（30%）1、出勤、纪律、协作精神；2、独立工作能力； 3、工作勤奋及刻苦精神； 4、独立思考与主动性； 5、外文资料翻译情况（本科）； 6、中期检查情况。 分数：指导教师签名：分数：指导教师签名：分数：评阅教师签名：毕业设计（论文）质量成绩（50%）1、选题、方案选择与论证；2、毕业设计（论文）格式；3、毕业设计（论文）内容；4、数据处理及图文表达能力；5、综合应用知识的能力。平均分：分数：答辩组教师签名：分数：答辩组教师签名：分数：答辩组教师签名：分数：答辩组教师签名：分数：答辩组教师签名：答辩成绩（20%）1、答辩报告准备情况；2、能在规定时间内精炼正确完成讲解；3、能全面正确回答所提问题。平均分：总评成绩： 分 等级： （百分制） （五级分制）毕业设计（论文）指导小组组长签名 年 月 日注：1）平时成绩由指导教师评定；2）毕业设计（论文）质量成绩的平均分以指导教师审阅成绩与评阅教师评阅成绩各占 50%计算；3）答辩成绩的平均分是答辩组各位教师答辩成绩的评分均值；4）总评成绩=平时成绩（占 30%）+毕业设计（论文）质量成绩（占 50%）+答辩成绩（占 20%） 华南理
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