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畜力
发电机
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前言
本产品属于一种小功率的发电设备，是一种特别适合饲养有大型家畜，如牛、马、驴、骡等的农户使用的发电机。
在许多边远山区采用水力发电、风力发电、地热发电等方法解决电问题。但不少地区水力、风力、地热资源都比较贫乏，而且水利发电、风力发电投资很大，往往给这些地区发电问题造成困难，因而需要一种新型电机来为这些地区的人解决这一问题。而采用畜力发电机既可用于边远山区、草原、海岛，又可用于农闲季节的农村。能源转化合理方便，成本问题得以合理解决。
目前，在广大农村地区，能源供应主要有两种途径，一是向外够入，如煤、油、电、气等，此种情况一来需要支出资金，二来容易出现资金原因，在急需时停止供应，三来由于农村地处偏远，输电线路过长或运输距离过远而导致使用成本居高不下；并且由此造成能源在传输过程损失过多。二是向周边环境索取，这容易造成对周围生态环境的破坏。
本产品的设计目的在于针对上述情况，为饲养有大型家畜的农户提供一种简单实用，成本低廉家用畜力发电设备，以满足农户对能源的要求。
该产品结构简单，主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置及附件组成，制造成本低廉，可满足农户的一般电力需求，并且由于其以家畜作为动力，因而不会造成环境的破坏，符合绿色环保要求
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河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 1 设计项目 计算与说明 结果 第 1章 前言 第 2章 总体设计 2.1概述 第 1 章 前言 本产品属于一种小功率的发电设备，是一种特别适合饲养有大型家畜，如牛、马、驴、骡等的农户使用的发电机。 在许多边远山区采用水力发电、风力发电、地热发电等方法解决电问题。但不少地区水力、风力、地热资源都比较贫乏，而且水利发电、风力发电投资很大，往往给这些地区发电问题造成困难 ，因而需要一种新型电机来为这些地区的人解决这一 问题。而采用畜力发电机既可用于边远山区、草原、海岛，又可用于农闲季节的农村。能源转化合理方便，成本问题得以合理解决。 目前，在广大农村地区，能源供应主要有 两 种途径，一是向外够入，如煤、油、电、气等，此种情况一来需要支出资金，二来容易出现资金原因，在急需时停止供应，三来由于农村地处偏远，输电线路过长或运输距离过远而导致使用成本居高不下 ； 并且由此造成能源在传输过程损失过多。 二是向 周边 环境索取，这容易造成对周围生态环境的破坏。 本产品的 设计 目的在于针对上述情况，为饲养有大型家畜的农户提供一种简单实用，成 本低廉家用畜力发电设备，以满足农户对能源的要求。 该产品结构简单， 主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置及附件组成， 制造成本低廉，可满足农户的一般电力需求，并且由于其以家畜作为动力，因而不会造成环境的破坏，符合绿色环保要求。 第 2 章 总体设计 2.1 概述 总体设计是机械设计中极为关键的环节，它是对所设计的机械的总的设想，总体设计的成败，关系到整部nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 2 设计项目 计算与说明 结果 2.2 设计任务 机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。 总体设计指导机构设计和部件设计的进行，一般由主任工程师（或总工程师）主持进行。在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究，收集国内外同类机械的有关资料，了解当前国内 相关机械 的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析和比较，制定总的设计原则，设计原则应当保证所设计机型符号有关的方针、政策，在满足使用要求的基础上，力求结构合理、技术先进、经济性好、寿命长。 总的设计原则： 1 遵守“三化 ” :零件标准化、产品系列化、部件通用化。 2 采用“四新 ” :新技术、新结构、新材料、新工艺。 3 满足“三好” :好制造、好使用、好维修。 制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保 设计的成功。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。 2.2 设计任务 在现有 2 KW 汽油 发电机组的基础上，将动力源改为畜力（骡、马或牛），既可用于边远山区、草原、海岛，又可用于农闲季节的农村；既可单机使用，又能并网发电。该机结构主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置和辅件等组成。其他要求同柴油发电机组。 本设计要求达到结构合理、生产成本低、整机重量轻、操作方便、满足工作性能的目的 ；要求震动、噪声小，适合批量生产。 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 3 设计项目 计算与说明 结果 2.3 设计目的 2.4 设计方案 的 选择 2.3 设计目的 1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。 3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。 2.4 设计方案选择 原发电机为 汽油 发电机，现改为畜力发电机。 方案一 ：畜力直接驱动 1、 优点：结构简单，容易查找故障根源，排除故障方便，对操作人员技术要求不高 ，并且生 产成本低。 2、 缺点：速度不易控制，家畜休息时无法发电 ，转速变化较大，输出不稳定，很难达到实际应用要求。 方案二 ： 弹簧储能，飞轮稳速 。 家畜拉力杆机架齿轮轴从动轮主动轮发电机变速箱nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 4 设计项目 计算与说明 结果 2.5 设计题目分析 机架发电机变速箱棘轮棘爪机构从动轮主动轮畜力拉杆弹簧蓄能装置飞轮1、优点： 速度容易控制，家畜休息时装置也能发电。并且有反馈控制部分，可以提高输出的稳定性 。 2、 缺点：结构较第一种方案复杂 ，会提高制造成本。 2.5 设计题目分析 经查相关的资料，确定马的 行走速度大约是 1.1m/s，功率大约为 0.55KW，所以机构用 2匹马工作， 电机选用湖南省嘉禾水电设备厂生产的 TFDW-2 型汽油发电机。 P=2.2KW=500N 1.1m/s 4。 马的工作力臂 L=1.3m。 工作转矩 T=FL=500 4 1.3=1300N.M。 一分钟路程 S1=VT=1.1 60=66m 一圈路程 S2 = d=4.082m. 1分钟所走的圈数 n1= S1/S2 =66/4.082=16圈 发电机转速 n=1500r/min 总传动比 i=16/1500=1/93.75 发电机的外形及安装尺寸如下： A=150 2 75A B=140 C=90 L=1.3m T=1300N.M i=1/90 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 5 设计项目 计算与说明 结果 第 3章 平面蜗卷弹簧设计 3.1 弹簧的功用 3.2 平面蜗卷弹簧的类型 D=22 E=40 F=6 G=24.5 L=380 b=190 h=355 K= 12 a=50 1 15h第 3 章 平面蜗卷弹簧设计 3.1 弹簧的功用 弹簧是一种弹性元件，多数机械设备均离不开弹簧。弹簧利用本身的弹性，在受载后产生较大的变形，当外载卸除后，变形消失而外载恢复原状。弹簧在产生变形和恢复原状时，能够把机械功或动能转变为变形能，或把变形能转变为机械功或动能。利用弹簧的这种特性，可以满足机械中的一些特殊要求，其主要功用是： 1）控制机构的运动，如内燃机中的气门、制动器、离合器上的弹簧。 2）减振和缓冲，如各种车辆的悬挂弹簧、联轴器中的弹簧。 3）储能及输出能量，如钟 表中的弹簧。 4）测量力的大小，如弹簧称、测力器中的弹簧。 按照载荷的性质，弹簧可分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧；按照弹簧外形可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧等；按材料的不同还可以分为金属弹簧和非金属弹簧等。 3.2 平面蜗卷弹簧的类型 这里的设计选择 平面蜗卷弹簧 进行储能，在牲畜休息时弹簧释放能量进行发电。 平面蜗卷弹簧是将等截面的细长材料绕制成平面螺旋线形，工作时一端固定，另一端施加转矩，线材个截面承受弯曲力矩而产生弯曲弹性变形，在本身平面内nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 6 设计项目 计算与说明 结果 3.3 平面蜗卷弹簧设计 产生扭矩，其变形角的大小和施加的 转矩成正比。它的刚度较小，一般在静载荷下工作。由于卷绕圈数可以很多，变形角大，能在较小体积内储存较多能量。材料截面形状多半是长方形的，也有的是圆形。平面蜗卷弹簧依据相邻圈是否接触分为 2 类：非接触型和接触型。 非接触型平面蜗卷弹簧在工作中各圈均不接触，常用来产生反作用力矩，如电动机电刷的压紧弹簧和仪表、钟表中游丝均属于这种弹簧。非接触型平面蜗卷弹簧非为外端固定和外端回转两种 。 它门的强度和变形角计算略有差异，但它们的特性都属于线性的。 接触型平面蜗卷弹簧常用来作为各仪器和钟表机构中的发条。弹簧外端固定在簧盒内 壁上，内端固定在心轴上。心轴上施加转矩时，弹簧被卷紧并储存能量。 接触型平面蜗卷弹簧的转矩与变形角间的关系不但与弹簧材料、簧盒内径、心轴直径 、弹簧长度、截面尺寸和内、外端的固定形式有关，还与弹簧材料的表面粗糙度和润滑条件有关。要精确计算比较困难，所以有关计算式多为近似式，计算结果与实际情况有一定误差。 3.3 平面蜗卷弹簧设计 平面蜗卷弹簧的特性线 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 7 设计项目 计算与说明 结果 参考书目机械设计手册 新版 2 以下计算中出现的公式出自 7-51页。 弹簧内端固定形式 内端固定图示 这种内端固定形式用于材料较厚的弹簧，承受拉力较大，可以防止拉力过大时弹簧拉断。 弹簧外端固定形式：衬片固 定 衬片固定图示 芯轴 平面蜗卷弹簧衬片nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 8 设计项目 计算与说明 结果 在端部铆接衬片，衬片两侧凸耳分别插入盒底和盒盖的长方形中，衬片在方孔中可移动，减少了圈间摩擦，有较高的稳定度，是较合理的固定形式。 计算公式： 1弹簧材料 由表 12-20 选用 II 级强度热处理钢带 (60Si2MnA)，再由表 12-22，取硬度为 48 55HRC，抗拉强度b=1700Mpa.当使用寿命大于 105 次时，取 =（ 0.50.6） b=850 1020Mpa。根据重要程度取 =1000MPa。 2.计算最小工作转矩和极限转矩 极限工作转矩由前面知： 1 3 0 0 N .MjT 。 23 0 . 9 2 0 . 9 2 1 3 0 0 . 1 1 9 6 .jjT m T T N M N M 1 2 2( 0 . 5 0 . 7 ) 0 . 6 0 . 6 1 1 9 6 . 7 1 7 . 6 .T T T N M N M 3.弹簧材料的截面尺寸 设宽度 b=200mm,弹簧要求外端固定，取 K2=1， 所以 26 1 . 1 4KTh m mb 。 取 h=1.1mm 。 4.弹簧工作长度 由 l/h=3000 7000,最大 15000，取 l/h=7000,所以 L=5000h=7700mm。 5.芯轴直径 1 ( 1 5 2 5 ) 2 2 . 5 3 7 . 5d h m m，取1d=40mm 6.弹簧内半径 1 ( 8 1 5 ) 1 2 2 2 . 5R h m m，取 R1=22mm 7.各部分圈数： 1. 自由状态下的 圈数 ： 1300 N .MjT 2T1196 .NM 1T717.6 .NM h=1.1mm L=7700mm 1d=40mm R1=22mm nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 9 设计项目 计算与说明 结果 2 30 1 1142 bl h k ln d dh E h = 64251 4 6 1 0 0 . 8 6 1 0 1 7 0 02 0 0 2 0 02 6 3 . 1 4 3 . 1 4 2 1 0 6 =40.37 取 n0=40圈 2. 理论工作转数： 3 0 . 8 7 7 0 0 1 7 0 0 2 7 . 7 93 . 1 4 2 0 0 0 0 6bKln Eh 3. 未 受转矩时的 圈数 ： 21 2 221421 4 7 7 0 0 63 7 0 3 7 0 7 . 3 72 6 3 . 1 4lhn D Dh 4. 卷紧在心轴上的圈数 ： 222 1 1221421 4 7 7 0 0 64 0 4 0 1 1 2 . 8 42 6 3 . 1 4lhn d dh 8簧盒内径 2 4 2212 . 5 5 2 . 5 5 6 1 0 1 . 1 2 0 0 3 7 7D l h d m m 取 D2=370mm 9.材料展开长度 L=l+ld+lD ld 固定于芯轴上的长度， 1( 1 1 . 5 ) 1 . 2 3 . 1 4 4 0 1 5 0 . 7 2dl d m m lD 固定于簧盒的长度 10 . 8 0 . 8 3 . 1 4 4 0 1 0 0 . 4 8Dl d m m 0n40 n 27.79 1n7.37 2n112.84 2D370mm dl 150.72mm Dl nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 10 设计项目 计算与说明 结果 第 4 章 直齿圆柱齿轮的设计 4.1 齿轮传动的基本问题 7 7 0 0 1 5 0 . 7 2 1 0 0 . 4 8 7 9 5 1 . 2L m m m m m m m m 平面蜗卷弹簧 第 4 章 直齿圆柱齿轮的设计 参考书目 机械设计 第六版 。 4.1 齿轮传动的基本问题 齿轮传动是最基本的机械传动形式之一。与带传动等相比，齿轮传动具有寿命长、瞬时传动比恒定、效率高、结构紧凑、速度和功率的适用范围广等许多优点。其主要缺点是对制造和安装的精度要求较高，并且需要专用机床，因而生产成本较高；在精度较低或高速运行情况下，震动和噪声较大；无过载保护作用。 虽然齿轮传动的类型很多，用途各异，但是从传递运动和和动力的要求出发，各种齿轮传动都必须解决两个基本问题： （ 1）传动平稳 就是要保证瞬时传动比恒定，以尽可能减少齿轮啮合中的冲 击、振动和噪声。 （ 2）足够的承载能力 就是要在尺寸、质量较小的100.48mm L 7951.2mm 芯轴弹簧外壳nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 11 设计项目 计算与说明 结果 4.2 齿轮的失效形式 4.3 齿轮设计准则 4.4 齿轮的材料及其选择 前提下，保证正常所需的强度、耐磨性等方面的要求。保证在预定的使用期限内不发生失效。 有关传动平稳的问题，涉及到齿轮传动的齿廓条件、正确啮合、连续传动等多方面。 4.2 齿轮的失效形式 正常情况下，齿轮的失效主要集中在轮齿部位。轮齿的失效形式很多，但归结起来可分为二大类：齿体损伤失效和齿面损伤失效。 1.轮齿折断 2.齿面点蚀 3.齿面胶合 4.齿面磨粒磨损 5.齿面塑性变形。 4.3 齿轮设计准则 普通齿轮传动的设计准则如下。 1.闭式传动 其只要失效形式为齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断。当采用软齿面时，其齿面接触疲劳强度较低，因此，一般应首先按齿面接触疲劳强度条件计算齿轮的分度圆直径及其主要集合参数，然后对其齿轮内的疲劳弯曲强度进行校核。当采用硬齿面时，则一般应首先按轮齿的抗弯疲劳强度确定齿轮的模数及其余主要几何参数，然后再校核其齿面接触疲劳强度。 2.开式传动 其主要失效形式为齿面磨粒磨损和轮齿的弯曲疲劳折断。由于目前齿面磨粒磨损尚无完善的计算方法，因此通常只对其进行抗弯疲劳强度计算，并且适当加大模数的方法来考虑齿面磨粒磨损的影响。 4.4 齿轮的材料及其选择 由 齿轮的失效形式可知，在齿轮设计中，应使齿轮的工作表面具有较高的抗点蚀、耐磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力，而齿根则应具有较高的抗折断能力。因此，一般的讲，理想的齿轮材料应具备这样的特点：即齿面要硬、齿心要韧。在这方面，钢通过适当的热处理，能收到满意的效果，是最理想的齿轮材料。 制造齿轮多采用碳素结构钢和合金结构钢，并已锻nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 12 设计项目 计算与说明 结果 造形式的方法制作毛坯，这类钢叫锻钢。毛坯经锻造加工后，可以改善力学性能，使其内部形成有利的纤维方向，有利于轮齿强的的提高。 钢制齿轮常通过调质、正火、表面淬火 、渗氮等各种热处理方法改善材料力学性能，以适应齿轮的不同的工作要求。 齿轮常用铸铁为灰铸铁和球墨铸铁。普通灰铸铁句良好的铸造工艺性和机械加工性，易于得到复杂的结构形状，而且价格便宜，同时，灰铸铁还具有一定的抗点蚀和抗胶合能力，但其抗弯强度低、韧性差，因此多用于低速、无冲击及尺寸不受限制的场合。灰铸铁中的石墨具有润滑作用，尤其使用于制作润滑条件较差的开式传动齿轮。 与灰铸铁相比，球墨铸铁不仅强度高，且具有较强的抗冲击能力。因此，在一定程度上 可以代替钢制作齿轮。但由于生产工艺比较复杂，目前使用尚不够普遍。 某 些在特殊场合下工作的齿轮，根据需要，可以采用铜、铁以外的其他材料制造。例如：在腐蚀介质中工作的轻载齿轮，可以采用铜、铝、钛等有色金属制造。要求降低噪声的高速、轻载齿轮，可以采用尼龙、酚醛塑料和酚醛层压布板等非金属材料制造。 齿轮材料的选择 选择齿轮材料时，要从齿轮的工作条件、制造工艺性和经济性等方面考虑。现提出一些看法，供选择材料时参考。 1.选择材料要满足工作条件的要求 一般的说，工作速度较高的闭式齿轮传动，齿轮容易发生齿面点蚀或胶合，应选择能使齿面硬度叫高的高频感应加热淬火用钢中速中载齿轮 传动，可选择综合性能较好的调质钢。开式齿轮润滑条件较差，主要失效形式为齿面的磨粒磨损，应选择减摩、耐磨性较好的材料。高速轻载的齿轮，nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 13 设计项目 计算与说明 结果 为了降低噪声，可选用非金属材料。重要的或结构要求紧凑的齿轮传动，应当选择较好的齿轮材料。 一对齿轮的材料搭配十分重要。一般的说，对于标准齿轮传动，小齿轮齿根较弱而且回转次数又多，故应使小齿轮材料的强度和耐磨性比大齿轮要高一些。设计中，对于软齿面齿轮传动，通常其小齿轮比大齿轮高出20-50HBS，且传动比越大其硬度差也越大。当一对齿轮 采用软、硬齿面搭配时，经过磨制的硬齿面小齿轮 ，对于软齿面大齿轮，通过碾压作用产生冷作硬化现象，从而可以提高大齿轮齿面的疲劳强度。对于高速齿轮传动，为了防止齿面发生胶合，除了要重视润滑和散热条件以外，在选择齿轮材料时，还应从摩擦学的角度来认识。一般认为，为了提高齿面硬度差有利于防止发生胶合，而一对齿轮材料的硬度、成分和内部组织越接近，对于防止发生胶合越不利。 2.选择材料要考虑齿轮毛坯的形成方法、热处理和切齿加工条件 直径在 400mm 以上的齿轮，因一般锻压设备不便加工而采用铸造成型毛坯，故选用铸钢或铸铁。单件或小批量生产的大直径齿轮，往往采用焊接 的方法制作毛坯，这不但可以缩短生产周期，而且有利于降低齿轮的制造成本。 当齿轮的热处理选择调质、正火或表面淬火时，需要采用中碳钢或中碳合金钢。调质钢在强度、硬度、和韧性等各项力学性能方面均优于正火钢，但切削性能不如正火钢。在切削性能方面，一般的说，合金钢不如碳素钢，通常滚齿和插齿等切齿方法，只能切削硬度小于250HBS 的齿坯，它大体为调质或真火钢的材料硬度。超过该硬度时，齿轮往往需要进行磨齿加工而增大齿轮的制造成本。但是，若齿轮选择表面淬火，由于热处理工程中加热时间短而轮齿变形较小，故对于普通精度要求的齿轮 可以不磨齿，是这种热处理方法的一大优点 。nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 14 设计项目 计算与说明 结果 4.5 齿轮的基本参数及其校核 其次，由于生产率高，并且便于实现热处理工艺的自动化的自动化而非常适合大规模生产方式。 3.选择材料要考虑齿轮生产的经济性 在满足使用性能的前提下，选择材料必须注意降低齿轮生产的的总成本。总成本应当包括材料本身的价格和与生产有关的一切费用。一般的说，碳钢和铸铁的价格较低，且句要较好的工艺性，因此在满足使用性能的前提下，应优先考虑选用。这里应特别强调：在选择齿轮材料时必须认真考虑齿轮制造工艺性的好坏。在小批量生产条件下，工艺性能的好坏显得并不突出，而在大批量生产条件 下，它有时可能成为选择齿轮材料的决定因素。此外，在选择齿轮材料时，还应当考虑材料的资源和供应情况，所选钢种应供应充足且尽量集中。在必须采用合金钢时，应首先立足于资源比较丰富的硅、锰等类合金钢。 计算 及其校核 4.5 齿轮的基本参数及其校核 1选材料确定初步参数 （ 1）选材料 小齿轮： 40Cr调质，平均取齿面硬度为 260HBS 大齿轮： 45钢调质 ,平均取齿面硬度为 230HBS (2)初设传动比 i1=1:5 (3)初选齿数 取小齿轮齿数 Z1=54，则大齿轮齿数Z2=270， （ 4）齿数比 u=Z2/Z1=5 (5)选择齿宽系数 参照表 9-14，取齿宽系数0.6d ，初估小齿轮直径 d1 估 =100mm，则齿宽 b 估 =60mm (6) 小齿轮圆周转速2111 6 15n nin n n 主从则1 80 / m innr，齿轮圆周速 度 3 . 1 4 1 0 0 8 0 0 . 4 /6 0 1 0 0 0V m s 11估 dn= 6 0 1 0 0 0i1=1:5 Z1=54 Z2=270 u= 5 1 80 / m innrnts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 15 设计项目 计算与说明 结果 （ 7）计算小齿轮转矩 T1 6 6 51 1 . 19 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 1 . 3 1 1 080PT N m mn （ 8） 确定重合度系数 ,ZY，由 P173 式（ 9-13） 12111 . 8 8 3 . 2 ( ) 1 . 8 8 3 . 2 0 . 0 0 9 1 . 8 5ZZ 4 4 1 . 8 5 0 . 8 5330 . 7 5 0 . 7 50 . 2 5 0 . 2 5 0 . 6 61 . 8 5ZY （ 9）确定载荷系数 KH， KF。 1）使用系数 KA，由已知查表 9-9，取 KA=1.5 2）动载荷系数 KV，由图 9-6，取 KV=1.17 3）齿向载荷分布系数，由图 9-6， 1.38K 4）齿间载荷分配系数 ,HFKK，根据条件 5112 2 1 . 5 1 . 3 1 1 0 8 . 9 8 / 1 0 0 /2 7 0 1 6 2A t AK F K T N m m N m mb b d 查表（ 9-10）得 2211 1 . 3 80 . 8 51 1 . 5 2HFKZKY 5）载荷系数 KH， KF，由式 9-7， 9-8 1 . 5 1 . 1 7 1 . 3 8 1 . 3 8 3 . 3 41 . 5 23 . 3 4 3 . 6 81 . 3 8H A V HFFHHK K K KKKKK 2.齿面接触疲劳强度计算 （ 1）确定许用应力 H1）总工作时间 1 0 3 6 5 1 6 5 8 4 0 0hth 2)应力循环次数 N1， N2，由 式（ 9-16）及表 9-12 得 V估 = 0.4 /ms 1T51.31 10 N mm AK=1.5 KV=1.17 1.38FK 1.381.52HFKK HK 3.68ht58400h nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 16 设计项目 计算与说明 结果 6 . 631 1 11 16 . 6 6 . 6 6 . 68606 0 1 1 0 5 8 4 0 0 ( 1 0 . 2 0 . 7 0 . 5 0 . 4 0 . 3 )7 . 2 2 1 0i h iV n hi hTtN N r tTt 8122 1 . 4 4 1 0V NNN u 3）寿命系数，由图 9-17，取 ZN1=1.13， ZN2=1.16 4）接触疲劳极限，由图 9-13a,取 lim 1lim 2720580HHMPMP5）安全系数，参照表 9-17，取 SH=1 6）许用应力 ，由式（ 9-15）得 l i m 1 11l i m 2 227 2 0 1 . 1 3 8 1 3 . 615 8 0 1 . 1 6 6 7 2 . 81HNHHHNHHZ M P aSZ M P aS （ 2）弹性系数，由表 9-11， 190EZ M P a（ 3）节点区域系数，由图 9-12，取 ZH=2.5 （ 4）所需小齿轮直径 ，由式（ 9-11）得 21322632112 3 . 1 4 1 . 0 5 1 0 5 1 0 . 8 5 2 . 5 1 9 01 . 1 5 6 7 2 . 81 0 0 . 6H H EdHK T u u Z Z Zdummmm 与初估大小基本符合。 （ 5）确定主要参数 1）模数 m=5 2)分度圆直径 d1=mz1=100mm, d2=mz2=500mm 3)中心距 a=0.5(d2+d1)=300mm 1N87.22 10 2N81.44 10 lim 1lim 2720580HHMPMP 1H 813.6MPa 2H 672.8MPa 190EZ MPa 1d =100.6mm m=5 d1=100mm d2=500mm nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 17 设计项目 计算与说明 结果 4)确定齿宽 取小齿宽 b1=b=60mm.b2=60mm 3.齿根抗疲劳强度验算 （ 1）求许用应力 F1）应力循环次数 ，由式（ 9-16）及表 9-12得 6 . 23111 16 . 2 6 . 2 6 . 27606 0 1 1 0 5 8 4 0 0 ( 1 0 . 2 0 . 7 0 . 5 0 . 4 0 . 3 )3 . 8 9 1 0i h iF n hi hTtN r tTt 612 3 . 7 2 1 0FF NN u 2）寿命系数 取 YN1=YN2=1 3）极限应力 由图 9-21 l i m 1 l i m 22 9 0 , 2 2 0HHM P a M P a4）尺寸系数 由图 9-26，取 YX=1 5）安全系数 参照表 9-13，取 SF=1.5 6）许用应力 ，由式（ 9-20）得 l i m 1 11l i m 2 222 2 2 9 0 1 1 3871 . 52 2 2 2 0 1 1 2931 . 5NXFFNXFFF Y Y M P aSF Y Y M P aS （ 2）齿形系数 由图 9-19，取122 . 5 6 , 2 . 1 5F a F aYY（ 3）应力修正系数，由图 9-19，取121 . 6 2 , 1 . 8 2S a S aYY（ 4）校核齿根抗弯疲劳强度 ，由式（ 9-11）得 611 1 111222 1 2112 2 3 . 8 0 1 . 0 5 1 02 . 5 61 8 0 2 7 0 1 . 51 . 6 2 0 . 6 8 1 1 5 92 . 1 5 1 . 8 21 5 9 1 5 02 . 5 6 1 . 6 2FF F a S aFF a S aF F FF a S aKTY Y Yb d mM P aYYM P aYY 抗疲劳强度满足要求 a=300mm b1=60mm b2=60mm 1FN 3.89 710 2FN=3.72 610 lim 1 290H MPa lim 2 220H MPa 1F =387MPa 2F =293MPa 1F=159MPa 2F=150MPa nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 18 设计项目 计算与说明 结果 4齿面静强度验算 （ 1）确定许用接触应力，参照表 9-13，取静强度安全系数 1.3HS ，由图 9-17取寿命系数121 .6NNZZ 22m a x21 . 6 16 7 3 7 1 41 . 1 6 1 . 3NHHH NHZS M P aZS （ 2）校核齿面静强度 ，根据过载条件，由式（ 9-21），齿面最大接触应力 1m a x 21m a x2 1 26711 . 6 1 . 1 76 9 4 ,HHAVHTT K KM P a 齿 面 静 强 度 足 够5齿根抗弯强度计算 （ 1）确定许用弯曲应力，参照表 9-13，取静强度安全系数 2FS ，由图 9-25，取寿命系数122 .5NNYY 111m a x1222m a x22 . 5 1 . 53 8 7 7 2 6122 . 5 1 . 52 9 3 5 4 912NFFFNFNFFFNFYSM P aYSYSM P aYS （ 2）最大弯曲应力并校核强度，由式（ 9-22），最大弯曲应力 11 m a x 1 1 m a x112 m a x 2 1 m a x12 1 21 5 9 1 7 01 . 6 1 . 72 1 21 5 0 1 6 01 . 6 1 . 7F F FAVF F FAVT M P aT K KT M P aT K K 静强度满足要求。 1 maxF = 726MPa 2 maxF = 549MPa 1maxF=170MPa 2maxF=160MPa nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 19 设计项目 计算与说明 结果 第 5 章 直齿圆锥齿轮的设计 5.1 齿轮参数设计及计算 第 5 章 直齿圆锥齿轮的设计 参考书目 机械设计图册（上） 和机械设计。 锥齿轮用于相交轴之间的传动。两轴之间的交角可根据需要确定，但大多数为直角，即两轴垂直相交传动形式。锥齿轮传动分为直齿、斜齿和曲线齿三种类型。其中斜齿锥齿轮传动应用较少。曲线锥齿轮传动具有工作平稳、承载能力高、使用寿命长等优点，适用于高速、重载应用场合。其主要缺点是制造困难，要求具备专用加工机床。所以 ，专业性很强，一般场合不便推广。 目前，应用最多的还是直齿齿轮传动，这主要是因为其设计、制造都比较简单。但由于其制造精度普遍较低，工作中振动和噪声较大，故圆周转速不宜过高。 5.1 齿轮参数设计及计算 设计及其校核 （其中出现的公式出自机械设计） 1.选材料确定初步参数 （ 1）选材料 齿轮 1 45 钢调质，平均齿面硬度为 200HBS。 齿轮 245 钢调质，平均齿面硬度为160HBS。 齿轮1齿轮2nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 20 设计项目 计算与说明 结果 5.2 齿面接触疲劳强度计算 （ 2）初选齿数 Z1=35， Z2=50 齿数比2150 1 . 4 235Zu Z (3)选择齿宽系数， 0.3R （ 4）确定传动的精度等级，初选传动的精度等级为 8 级 （ 5）计算小齿轮转矩 T1 64119 . 5 5 1 0 0 . 9 8 1 0PT N m mn （ 6）确定载荷系数 K 1）使用系数 KA 由已知条件，查 机械设计课本 表 P190表 10-2，取 KA=1.25 2）动载系数 KV 由 机械设计课本 表 P192图 10-8，取KV=1.0 3）齿向载荷分配系数 K， 按小齿轮悬臂考虑，取 1.8K 4）载荷系数 1 . 2 5 1 . 0 1 . 8 2 . 2 5AVK K K K 5.2 齿面接触疲劳强度计算 （ 1）确定许用应力 H1）寿命系数 ZN 由已知条件取121NNZZ2）安全系数 SH 由表 9-13，取211HHSS3）接触疲劳极限lim1 lim 2,HH由 机械设计课本 表P206图 10-19，取l i m 1 l i m 25 5 0 , 5 1 0M P a M P a4）许用应力 HZ1=35 Z2=50 u=1.42 0.3R 1T=0.98 410N.mm KA=1.25 KV=1.0 1.8K K 2.25 1NZ 1 2NZ=1 lim 1 550H MPa lim 2 510H MPa nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 21 设计项目 计算与说明 结果 l i m 1 111550HNHHZ M P aS l i m 2 222510HNHHZ M P aS 大齿轮的许用应力小，故去大齿轮的许用应力。 （ 2）弹性系数 ZE 由 机械设计课本 表 P198表 10-6，取188EZ M P a （ 3）节点区域系数 ZH 由图 9-12，取 ZH=2.5 （ 4）求齿轮所需大端分度圆直径 d1 2131 22 . 9 2 6 2 . 3( 1 0 . 5 )ER R HK T Zd m mu 取 d1=175mm (5)验算速度 vmt 1 0 . 7 3 2 /6 0 1 0 0 0mmt dnv m s(6)确定模数 m=d1/z1=5 1. 齿根抗弯疲劳强度验算 （ 1） 确定去用弯曲应力 12,FF1） 寿命系数12,NNYY由已知条件 查机械设计课本 P202图 10-18，取121NNYY2） 安全系数 SF，取安全系数 121 .3FFSS3）极限应力lim1 lim 2,FF， 查机械设计课本 P204图10-20（ c） ，取 l i m 1 l i m 24 1 5 , 4 0 2FFM P a M P a4） 求许用弯曲应力 H 510MPa 188EZ MPa ZH=2.5 1d=175mm mtv 0.732m/s m=5 121NNYY121.3FFSSlim 1 415F MPa lim 2 402F MPa nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 22 设计项目 计算与说明 结果 1 l i m 11 2 6 3 8 . 4 6FNFFY M P aS 2 l i m 22 2 6 1 8 . 4 6FNFFY M P aS （ 2）齿形系数12,Fa FaYY由 机械设计课本 P197表 10-5，取122 .5 9F a F aYY1)分锥角12,， 012452）当量模数124 9 .5VVZZ（ 3）应力修正系数12,sa saYY由 由 机械设计课本 P197表 10-5取121 .6 8sa saYY（ 4）齿根抗弯疲劳强度 112 2 2 3 214 . 7 1(1 0 . 5 ) 13 2 . 5FFRRFKTz m uM P a 抗弯强度足够。 4.主要几何尺寸计算 （ 1）大端分度圆直径 d1=mz1=175mm， d2=mz2=250mm。 （ 2）分锥角 01245（ 3）锥距 22121 1532R d d m m （ 4）齿宽 0 . 3 1 5 3 4 6Rb R m m （ 5） 当量齿数 11 50c o sv ZZ 22 70c o sv ZZ （ 6）平均模数 1 0 . 5 4 . 2 5mRmm 1F 638.46 MPa 2F 618.46 MPa 122.59Fa FaYY01245 1249.5VVZZ121.68sa saYY12FF 32.5 FMPa d1=175mm d2=250mm01245 R=153mm b=46mm Zv1=50 Zv2=70 4.25mm nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 23 设计项目 计算与说明 结果 第六章 轴的设计 6.1轴的分类 （ 7）平均分度圆直径 11 1 0 . 5 1 0 4mRd d m m 22 1 0 . 5 2 2 0mRd d m m （ 8） 齿顶高 1115ah m x m m 211 3 . 9ah m x m m （ 9） 齿根高 111 . 2 4 . 9h f m x m m 211 . 2 7 . 2h f m x m m （ 10）齿顶圆直径1 1 1 12 c o s 1 8 2aad d h m m 2 2 22 c o s 2 2 7ad h m m（ 11）齿根圆直径1 1 1 12 c o s 1 6 8d f d h f m m 2 2 22 c o s 2 2 1 1d f d h f m m 第六 章 轴的设计 参考书目机械设计手册 6.1 轴的分类 轴是机械设备中重要的 零件之一。轴的主要功能是dm1=104mm dm2=220mm 1df168mm 2df240mm 1hf4.9mm 2hf7.2mm 1ad 182mm 2ad 227mm nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 24 设计项目 计算与说明 结果 6.2轴的材料 支撑旋转零件，并传递运动和动力。直轴一般都做成实心的，若因机器需要或为减轻机器质量，也可以制成空心轴。考虑加工方便，轴的截面多为圆形，为了轴上零件定位及装拆方便，轴多作成阶梯轴。只有一些结构简单或具有特殊要求的轴，才做成直径轴。 根据轴的承载情况，可分为转轴 -工作中既受弯矩又受转矩的轴，这类轴在各类机器中最常见；心轴-工作中只受弯矩而不受传递转矩的轴，心轴有转动心轴和固定心轴两种；传动轴 -工作中只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴。 6.2 轴的材料 轴的材料是 决定其承载能力的重要因素，制造轴的主要在材料是碳素钢及合金钢。 一般机器中的轴常用优质中碳钢制造，这类钢比合金钢低廉，对应力敏感性较低，其中 45号 钢最为常用。为了提高材料的力学性能，通常进行调质或正火处理。不重要或受力较小的轴以及一般传动轴也可以使用Q235、 Q275等普通碳钢制造。 对于重要的轴，大功率机器中要求尺寸小、质量轻、耐磨性高的轴以及处于高温或低温环境工作的轴，应选用合金钢制造。合金钢具有较高的的力学性能和良好的热处理性能，但价格较贵，对应力集中敏感。另外，在一般温度下，各种碳钢 和合金钢弹性模量的数值相差不多，热处理对它的影响也不小。因此采用合金钢只能提 高其强度和耐磨性，对轴的刚度影响甚微。 钢轴可用轧制圆钢或锻件经切削加工制成，对于直径较小的轴，可直接利用冷拔圆钢加工。 形状复杂的轴，也可以采用铸钢、合金铸铁和球墨铸铁制造。经过铸造成形，易于得到更合理的形状，而且铸铁的吸振性好，应力集中的敏感性较低。但是铸造轴的品质不易控制，可靠性较差。 nts河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师：孙有亮 设计题目：畜力发电机设计 设计人：穆朋欢 25 设计项目 计算与说明 结果 6.3轴设计的主要问题 6.4轴的结构设计 6.5 轴的校核 6.3 轴设计的主要问题 为了保证轴的
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