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机械毕业设计全套
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JX04-204@畜力发电机 设计,机械毕业设计全套
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摘要 本产品属于一种小功率的发电设备，特别是一种适合饲养有牛、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。该设备结构简单，由于其以家畜作为动力，因而不会对环境造成破坏。 畜力发电机主要有有三部分组成：储能装置、传动系统、增速系统 。 储能装置利用平面蜗卷弹簧储存能量；传动系统是将弹簧储存的能量转变为机械能；增速系统是将输出的较小的转速 增大，以达到发电机所需要的转速。 这个设计书主要由三部分组成，第一部分是畜力发电机的总体设计 ;第二部分是传动系统的设计计算以及关键零部件的校核，第三部分是增速系统的总方案的设计 关键词： 畜力 发电机 传动 增速 ABSTRACT ntsThis product belongs to one kind of low power generating set, specially one kind suits to the peasant household who have the cow, the horse, the donkey, the mule and so on. In many outlying mountainous areas， the people use many methods solution electricity questions such as hydraulic electrogenerating, wind power generation, geothermal power generation and so on.But many local areas are all deficient, moreover ,the water conservation electricity generation and the wind power generation cost very big. So these areas often gives these local electricity generation question to cause the difficulty.This product mix is simple, because it takes the power by the domestic animal, thus cannot create the environment the destruction. The livestock strength generator mainly includes three parts: Stored energy installment, transmission system and speed-up system. The stored energy use plane snail volume spring cumulative energy; The transmission system conversion which stores up the spring for the mechanical energy; The speed-up system function is the small rotational speed which outputs increases, achieved the generator needs rotational speed. This designs mainly includes three parts, the first part is the livestock strength generator system design. The second part is the transmission system design calculation and the essential spare part examination, the third part is the speed-up system total plan design. Key word: livestock strength generator transmission speed-up nts目录 第一章 前言 1 第二章 总体设计 1 2.1 概述 1 2.2 设计任务 2 2.3 设计目的 3 2.4 设计方案选择 3 2.5 设计 题目分析 4 第三章 平面蜗卷弹簧设计 5 3.1 弹簧的功用 5 3.2 平面蜗卷弹簧的类型 5 3.3 平面蜗卷弹簧的设计 6 第四章 直齿圆柱齿轮设计 10 4.1 齿轮传动的基本问题 10 4.2 齿轮的失效形式 11 4.3 齿轮的设计准则 11 4.4 齿轮的额材料及其选择 11 4.5齿轮的基本参数及其校核 14 第五章 直齿圆锥齿轮设计 19 5.1 齿轮参数设计及 其 校核 19 5.2 齿面接触疲劳强度计算 19 第六章 轴的设计 23 6.1 轴的分类 23 nts6.2 轴的材料 24 6.3 轴设计的主要问题 25 6.4 轴的结构设计 25 第七章 飞轮的选择设计 23 7.1 概述 27 7.2 飞轮参数设计 28 7.3 飞轮校核 28 第八章 轴承的选择及校核 23 8.1 滚动轴承的构造和材料 29 8.2 滚动轴承的类型 29 8.3 滚动轴承的 选型 校核 33 第九章 棘轮逆止机构设计 47 9.1 棘轮机构简介 47 9.2 棘轮机构计算 48 第 十章 机架的分析设计 50 10.1 机架的分类 50 10.2 机架的设计准则 50 10.3 机架设计的一般要求 52 10.4 机架的设计步骤 52 10.5 机架结构的选择 53 10.6 机架的常用材料 54 第十一章 键选择及其的校核 55 nts 11.1 键的分类 55 11.2 平键连接的强度计算 55 11.3 键的校核 55 第十二章 联轴器的校核 47 12.1 联轴器的分类及性能特点 56 12.2 联轴器的选择及其验算 57 第十 三 章 增速器的选用及验算 58 13.1 增速器的选用及验算 58 参考文献 设计小结 附：英文翻译 英文原文 nts 设计小结 紧张而忙碌的毕业设计结束了。在这毕业前的识字和毕业设计 之 中，在老师的辛勤辅导和启发下，经过多方面的查阅资料，仔细 思考 ，全面考虑，认真书写，绘制，终于顺利的完成了半个学期的毕业实习和设计。 一 次设计是 一次 理论和 实践 相 结合 的过程，是对我们四年以来学习知识及思维方法的一次大的检阅和巩固，是对我们运用所学知识进行综合设计能力的一次总的检查，也是为我们将来更好的适应社会工作的一次大练兵。因此，毕业设计的意义对我们来说是重大而深远的。 此次设计的综合性强，不仅要求学生能够活学活用所学 的知识，还要求我们考虑社会的实际需要性及产品的制造可行性、市场的经济性 、产品安全性 。基于以上几点，我们的设计要求是成本低、市场需要高、耐用易修、适合大众的产品。 由于此次设计没有发现现成的资料可查，它完全需要靠学生自己的观察和所掌握的知识进行 探索 性的设计，因此，所设计的机器还存在不少缺陷，但是着毕竟是通过自己运用知识自己动手的成果，存在缺陷是很正常的事，也正好说明我们的设计必须要与实际的社会想结合 ，设计的基础是我们的实际生产实践，没有经验设计的 成果肯定和实际不一致，这也给我们以后设计积累了宝贵的经验。 毕竟这次是我们独立完成的第一次设计，它的意义还是深远的，它启发了我们的思维，而且拓宽了我们的知识领域，提高了我们综合运用知识和检阅资料的能力，使我们 受益匪浅 。我觉得，这次的毕业设计已 基本 经达到了毕业设计任务书中所规定的要求。 由于毕业设计的时间有限，而我们的实际经验和知识水平的确有限，设计中不可能面面俱到，错误之处不可避免，敬请老师给予批评和提出宝贵的意见。 最后，我再次向参与我们此次设计知道老师几评审的老师们表示最真挚的感谢！ nts 微软中国 甠 o?N 齎 - nts ? n 潬 垵 ? ? 罎 ? 軡 nts 微软中国 甠 o?N 齎 - nts ? n 潬 潬 4 潬 P 潬 l nts 微软中国 甠 o?N 齎 - nts ? n 潬 $潬 潬 潬 x nts 参考文献 1.李柱 徐振高 蒋向前 互换性与测量技术基础 高等教育出版社 2004 2.濮良贵 纪明刚 机械设计（第七版） 高等教育出版社 2002 3.机械工程标准手册编委会 机械工程标准手册 中国标准出版社 2002 4.成大先 机械设计手册 （ 2） 化学工业出版社 2001 5. 机械设计手册 （新版） 机械工业出版 社 1988 6.哈尔滨工业大学理论 力学教研室 理论力学（ 1） 高等教育出版社 2002 7.增正明 机械工程材料手册 金属材料 机械工业出版社 2003 8.孙桓 陈作模 机械原理 （ 第六版 ） 高等教育出版社 2000 9.蔡春源 机电液设计手册（中） 机械工业出版社 1996 11.董刚 李建功 潘凤章 机械设计（机械类）第三版 机械工业出版社 12.成大先 机械 设计图册（上） 化学工业出版社 1997 13.成大先 机械设计图册（下） 化学工业出版社 1997 14.王文斌 机械设计手册 5 机械工业出版社 2001 15.王文斌 机械设计手册 4 机械工业出版社 2001 16.王文斌 机械设计手册 6 机械工业出版社 2001 nts nts毕业实习报告 毕业 实习是工科本科学生的一个很重要的实践性教学环节。其任务是根据机械设计及其自动化专业的培养目标，组织学生参观相关的机械企业或部门，培养学生综合应用所学理论知识，分析和解决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。培养学生懂得工程技术工作所必需的全局观念，生产观念，和经济观念。培养学生调查研究，查阅文献资料，手册，进行工程计算，图样绘制及编写技术文件的能力。 我们这半学期的主要任务就是进行毕业设计，把我们大学四年所学到的机械知识理论联系现实生产需求进行综合应用。这样即可以进一步巩固所 学的理论知识，又对即将走向的工作岗位作一次实战性的演习。这是我们由学生转变为企业职工的一个准备。因此这次毕业设计对于我们这些即将走向工作岗位的大四的毕业生来说是很重要的。 为了给毕业设计做一个良好的铺垫， 毕业实习是一个不可缺少的环节。 由于我们这一组每个人的设计题目都不相同，在设计过程中肯定会出现一些靠个人力量很难解决的问题，为了我们大家在将来的设计中能互相帮助，发挥团队精神，大家通力合作，顺利完成设计，同时也为了我们能学到更多专业性知识，增强我们的专业技能，开阔我们的眼界，我们这一组的十个人在孙老师的带领下 坐上了开往廊坊的火车，开始了毕业实习。 一、 实习目的 通过实习，达到理论联系实际，加深对课本知识的理解，培养学生将课本知识应用到生产实际的能力。让学生了解基本的生产过程，了解机加工过程的基本内容。培养学生吃苦耐劳的精神，为将来走上工作岗位打好基础。 二、 实习内容 首先我们来到了廊坊霸州，参观一家铝壶制造企业。该企业的总经理原先是一名国企工人，有一定的机械加工基础知识。后来看出了金属加工的前景，又由于在国企的发展受到一定的局限，便自己投资开办了自己的工厂。在当地的企业圈中占有了一席之地。 我们来到生产车间，观看工人 师傅进行操作。这个过程包括铝壶生产的全部。即从铝材加工成为成品铝壶，从外部看来这些机械也是普通机床的变形产品。不过中间肯定多了许多机械装置，比如说，铝壶上底机床就采用了两台电机独立驱动各自的工作装置。同时还采用一根轴安装多个凸轮的形式来巧妙解决加工过程的时间差问题。最后我们对其控制系统不是很了解，老师便亲自操作该机床，给我们讲解机床的原理。我们还观看了铝皮过油机，这种机械负责給铝皮过油，其目的是防止铝皮在拉伸过程中发生破裂。工人师傅跟我们讲，过油之后，废品率直接降低七个百分点，如果一天生产一万个铝壶，就减少 了七百个废品。我们最后还了解了工厂的管理制度。现在是八小时工作制，但除去工人的洗浴时间一天还不到六个小时。可以看出确实算是人性化管理。 我所选的毕业设计题目是畜力发电机，这个过程中要解决许多机械工程问题。比如频率与电压的稳定问题等，在以后设计是一定会多思考在廊坊参观的相关机械，相信一nts定能帮我解决一些问题。 我们第二站来到了保定，参观河北农业大学的校办工厂。这一战得主要目的是参观他们的数控线切割机抛光机。工厂的负责老师给我们打开了数控新切割机的防护罩，这时就可以清楚的看到一个大的薄片砂轮，它就是最主要的工具， 用它来完成对金属的切割。老师讲到：这种数控线切割机能加工的最大金属直径是 350 毫米，由于切割金属速度快，质量好，边缘毛刺少，在一些半成品加工阶段基本不需要二次补充加工，因而得到了许多企业的认可。我们在金相试验中用到的原材料就是用这种数控线切割机加工的。其应用范围相当宽，如下所述： 应用领域 ： （ 一 ） 模具加工 . 电机行业：电机的定转子冲片电气柜 、 ，仪表机箱的冲孔 、 折弯模 具 和 液压气动元件压铸模 . 电子仪表零件：开关 、 指针 、 接插件的冲孔 、 落料 、 切口 、 折弯模具 . 家电行业：电视机 、 冰箱洗衣机的注塑模 . 建材行业：铝型材挤压模 . 粉末冶金：硬质合金压铸模 . 轻工产品：缝纫机 、 自行车零件模具 . 广告美工：不锈钢割字 、 面板加工 . 玩具制造：外形落料 、 冲孔 、 成形模 . 眼镜制造：镜框 、 挂脚下料 、 成形模 . （ 二 ） 刀具 、 量具加工 ： 镶硬质合金的成形车刀 、 盘状刀片检测用模板 、 卡规 . (三 )化工 、 化纤设备的零件 、 喷丝板 、 细缝加工 、 批量零件加工 . (四 )磁钢行业：瓦形 、 片形磁钢加工 、 对加工速度要求快 . 打火机外壳： 断面切割 、 齿片加 工 . 接着我们来到了热处理车间，工人师傅正在对一些钢材进行镦粗，应用的是大型空压机，不过这个过程需要人力较多，基本上是手动操作。原材料的取与放都由工人师傅手工完成。不过这个过成工人师傅最后发现了错误，原因很简单，师图纸错误，导致工人师傅加工出来的一批钢材成了废品。这给了我们一个很深刻的教训，在这次毕业设计过程中一定真正做到严肃认真不能犯类似的错误。 然后老师带我们参观了实验室的抛光机。其实也很简单，旋转的轮子上放上加工件，在给一定的欲紧力，然后通过微机控制加工时间就可完成加工过程，这个实验室里摆放着四台抛光 机，是不同时期的四台，代表了抛光机的发展过程。最早的一台不能设定加工时间，所以加工时间靠工人师傅凭借经验来掌握，这样加工出来的产品往往不能让人满意 。 我们实习的最后一站是保定长城汽车有限公司。长城汽车股份有限公司是中国首家nts在香港 H 股上市的民营汽车企业，拥有轿车、 SUV、 MPV 及皮卡产品体系。公司下属控股子公司 20 余家，员工 18000 多人，目前拥有 40 万辆整车产能，发动机、前后桥等核心零部件的自主配套能力。长城汽车依靠独特的创新和精益管理，已连续 10 余年创造高增长和盈利的业绩。 2006 年 4 月，被中国机电产品进 出口商会评为“推荐出口品牌”，同年被中国商务部、发改委授予“国家汽车整车出口基地企业”，并进入福布斯中国顶尖企业 100 榜。 2007 年 1 月，被商务部评为“最具市场竞争力品牌”， 6 月荣登“最具价值汽车类上市公司”榜首。我们参观了长城的几个车间，大家共同的观点是认为其自动化程度超出了大多数民营企业。 三、 实习结果 一） 懂得一些基本 的生产过程，了解了一些机械生产过程的基本程序。 二） 提高了社会工作能力，加强了同事之间的协作。 三） 了解了一些机械的前沿知识，培养了对本专业知识的浓厚的兴趣。 四、 实习总结及体会 巩固了我们原有的书本上 的理论知识并为我们以后将要学习到的更多专业知识奠定了良好的基础，另一方面使我们能够掌握要领，并做到举一反三，培养自己分析和解决生产实际问题的能力，提前进入未来将要从事的工作角色。 实习虽然结束了，但通过实习使我们获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大我们的知识面；同时又是锻炼和培养我们业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有吃苦耐劳的精神，也是学生接触社会、了解企业的一个绝好的机会 我们掌握工程机械设计的基本流程、各种参数的选取、各种影响因素产生的特点；使我们从容的面对以后的设计和我们即将踏入的工作岗 位。 nts 河北建筑工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题 名称 畜力发电机设计 系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机 043 学生姓名： 穆朋欢 学 号： 36 指导教师： 孙有亮 开题时间： 2008 年 3 月 24 日 nts课题来源 导师课题 课题类别 工程设计 一 、 论文资料的准备 发电机的 种类 ，作用。 电机种类繁多，有多种分类方法，如：按外壳防护形式，安装方式，结构形式以及用途，冷却方式，工作制和定额等各种方式分类。在我国，电机习惯上 以功率大小进行分类，而性能，用途及结构特征等型式制作为补充成分，再适当细分，例如：中小型异步电动机功率范围从 0.55-1400KW（ 4 极），其中0.55-250KW 为小型异步电动机，而 250KW 及以上为中型异步电动机。 按动力源的不同又可以分为汽油发电机，柴油发电机，风力发电机，水力发电机，火力发电机等。其主要原理都是法拉利电磁感应定律。外 加控制系统及其他附加装置构成。柴油发电机， 简而言之，就是柴油机驱动发电机运转。 在汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为 作功 。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。 将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用 电磁感应 原理，发电机就 会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。 这里只描述发电机组最基本的工作原理。要想得到可使用的、稳定的电力输出，还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。 其他种类发电机也是同样道理，都是通过外力驱动电机驱动轴转动，磁极和线圈相对运动，从而产生感生电动势。 社会生产的不断发展，人民生活水平的不断提高，需要不断开发新型电机。一个国家工农业生产的发展速度要求电力工业的发展速度与其想适应。电力工业的发展速度要高于工业发展速度的 20%左右。随着科学技术的不断发展，新技术材料的不断涌现，促进了电机制造行 业产品的不断翻新。例如由于超导材料临界温度的不断提高，使超导电机对制冷系统的要求逐渐降低。这就使大容量超导电nts机的实验研究及工业应用可以得到更高速度的发展。由于变频技术的不断完善及大容量可控硅元件成本的降低，使电力电子技术迅速发展，各种变频调速节能装置不断翻新。电机 变频装置 控制装置一体化的设备正在不断发展。稀土族永磁材料的研究使高磁能积磁钢的生产及应用成为现实，促进了大容量交直流永磁电机的研究制造新型绝缘材料的应用，低损耗高导磁冷轧硅钢片的研究及制造，冷却方法的改进都在不断促进电机制造业的发 展。 小功率电机的发展趋势 1、 现如今发展机电一体化产品成为小型电机的一个发展趋势。随着配套产品的不断更新与发展对小型电动机的发展提出许多新的要求。其中以电机和电子技术的结合为基础的机电一体化产品，是现代小功率电机的主要发展方向。与传统产品相比，具有结构简单 、 耗能小 、 噪音低 、 可靠性高 、 寿命长 、 等一系列有点。 2、 电子计算机在小功率电机设计中的作用日益广泛和深入，从设计的数学模型而言，已经由经典的“路”，为基础的电磁计算公式中，引入用“场”计算的分析程序。从计算机辅助设计所涉及的面来看，已 由性能验证计算发展到优化设计，并向集计算机辅助设计与制造一体化的 CAD/CAM 方向发展。 3、 采用“四新”，即新技术 、 新材料 、 新结构 、 新工艺。 4、 进一步提高小功率电机的安全性和可靠性。小功率电机使用广泛，大量应用于办公室 、 宾馆及娱乐场所，因而要求具有良好的耐热 、阻燃等安全性能。鉴于不少小功率电机属于不可修复的产品，应着重考虑失效前的工作时间或储存的平均时间。 鉴于目前燃油价格上涨，资源紧缺与环境污染的严重性，便产生了畜力发电机这一想法。 本 产品是一种新型 发电机。它主要由发电机和传动机构组成 。其特征在于： 它由加速齿 轮箱、发电机和畜力传动杆构成，畜力传动杆固定在加速齿轮箱的初级轴上，发电机的转轴通过皮带或齿轮与加速齿轮箱 的次级轴 相连。 其传动机构由一主动齿轮、一从动齿轮和变速箱组成。发电机和变速箱安装在机架上，主动齿轮安装在机架齿轮轴上，并在主动齿轮上固定设一家畜拉力杆。可进nts行远程控制。 在现有 2 千瓦汽油或柴油发电机的基础之上，将动力源改为畜力，既可用于边远山区，草原，海岛，又可用于农闲季节的农村；即可单机使用，又能并网发电。 特别适合有大型家畜，如牛、马、驴、骡等的农家使用。因采用家畜用动力，符合绿色环保的要求 ， 又无停电之 忧。 少数民族由于是游牧生活，供电困难，采用畜力发电可方便的解决这一问题。又可以充分利用家中闲置的牲畜资源。 二、本课题的目的（重点及创新点） 毕业设计是工科大学生完成学业中最重要的实践环节，是将在大学学到的理论知识系统化、条理化、实用化最关键的一环。通过本毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力；较复杂工程计算的工作能力；计算机绘图与手工绘画相结合的工程图绘制能力。掌握一般机械机构的设计思路、方法和步骤，掌握常用工程材料的性能和选配能力。尽快完成学生到工程技术 人员的过渡。 通过该设计培养以下三个方面的能力 1、 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，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 2、 学会树立工程技术工作所必需树立的全局观念，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、 培养调查研究，查阅技术文献，资料 、 手册 、 进行工程计算及进行图样绘制与编写技术文件的能力。 通过对 畜力发电机的总体设计及其他附加系统 设计，对 畜力发电机 的工作原理、传动机构等进行掌握、理解。使其满足工作职能要求来完成 畜力发电 机各部分设计。即能 单机使用，又能并网发电，供其他缺 电用户使用 。并在此前提下满足操作简便、安全、外观、经济上的要求。做到和生产实际相结合，不要做没用又耗费大的产品。 重点： 本课题分三个部分： 畜力发电机 的总体设计、机械系统设计、和控制系统的设计 。 创新点 ： 畜力发电机主要由机架 、 调变速装置 、 传动机构 、 发电机 、 调压装置和附件组成。要实现加大其自动化程度，扩大应用范围，节能降低损耗 及更高的安全性能 等方面的要求。 三、主要内容、研究方法、研究思路 nts1. 现有 2KW 汽油发电机组的基础上，将动力改为畜力。 2. 完成发电机的总体布置及机械传动系统的布置。包括机架 、 调变 速装置 、 传动机构 、 调压装置及附件等。 3. 进行发电机数据计算 4. 应用现有的计算机软件进行仿真分析，结果要求同柴油发电机 原始数据 ： 额定功率： 2KW 额定电压： 230V 额定电流： 8.7A 相数： 1 频率： 50HZ 转速： 1500 功率因数： 1.0 重量： 62kg （ 1） 技术要求： 1. 发电机传动系统具有较好的刚度及耐腐蚀性，良好的耐久性，噪音低。 2.结构合理，生产成本低。 3.适应范围宽，调压性能好，频率稳定性好。 （ 2） 、根据工作要求及设计要求确定其工作原理，选 择机构和传动方式。 （ 3） 、初步确定主机、主要元件或构件的基本参数和技术性能，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。在运动分析的基础上进行动力分析，确定各机构各部分传递的功率、转矩和力的大小，根据这些数据和使用要求进行强度、刚度、发热效率等方面的计算或 校核。 （ 4） 、通常提出几种不同方案，从技术和设计两个方面比较论证，选择最理想的，即在考虑满足职能要求的同时，要注意取得较好的经济效果，使设计出的装备成本低，功率消耗及维修费用少，能满足给定的生产效率。 （ 5）、 系列标准及选用，焊接操作机的零件有良 好的加工工艺性能，合理选用原材料，尽量采用标准化的零部件。 nts 6.23 6.27 毕业设计（论文）答辩及成绩 评定。 五 、 主要参考文献 董刚 李建功 潘凤章主编 .机械设计（第三版）北京：机械工业出版社 1998 成大先主编 .机械设计图册 北京：化学工业出版社 1997 蔡春源主编 .机电液设计手册 北京：机械工业出版社 1997 徐灏主编 .新编机械设计师手册 北京：机械工业出版社 1995 朱喜林 张代治主编 .机电一体化设计基础 北京：科学出版社 2004 求是科技编 著 .PLC 应用开发技术与工程实践 北京：人民邮电出版社 2005 雷天觉主编 .液压工程手册 北京：机械工业出版社 1990 孙桓 陈作模主编 .机械原理 (第六版 ) 北京：高等教育出版社 2001 王爱玲主编 .现代数控机床 北京：国防工业出版社 2003 赵如福主编 .金属机械加工人员手册（第三版） 北京：上海科学技术出版社 1990 齐麟 张亚雄 黎上威 董学朱 胡松春编著 .蜗杆传动设计（上 、 下） 北京：机械工业出版社 1987 齿轮手册编委会编著 .齿轮 手册 （上 、 下） 北京：机械工业出版社 1990 现代机械传动手册编委会编著 .现代机械传动手册北京：机械工业出版 社1995 郭爱莲编著 .新编机械工程技术手册 北京：经济日报出版社 1995 杨公源主编 .机电控 制技术及应用 北京：电子工业出版社 1995 袁任光编著 .可编程序控制器选用手册 北京： 机械 工业出版社 2002 饶镇刚 王勇卫编著 .滚珠丝杠副及自锁装置 北京：国防工业出版社 1990 陆玉 何在洲 佟延伟主编 .机械设计课程设计（第三版） 北京：机械工业出版社1999 四、 总体安排和进度（包括 阶段 性工作 内容及 完成日期） 3.24 3.30 完成毕业 毕业实习 报告 ， 开题报告。 3.31 4.6 完成外文翻译。 4.7 4.13 设计任务分析与总体方案的确定。 4.14 6.8 实施设计、计算、绘图、实验。 6.9 6.22 进行计算机仿真样机和优化设计，并编写设计说明书。 nts数字化手册系列（软件版）编写委员会编著 .机械设计手册（软件版） R2.0 北京：机械工业出版社 1999 指导教师意见 ： 指导教师签名： 日期： 教研 室意见 ： 教研室主任签名： 日期： 系意见 ： 系领导签名： 日期： 系盖章 毕业设计（论文） 完成 进度计划表 序号 起止日期 计 划 完 成 内 容 实际完成情况 检查人签名检查日期 1 3.24 3.30 完成毕业 毕业实习 报告 ， 开题报告。 2 3.31 4.6 完成外文翻译。 3 4.7 4.13 设计任务分析与总体方案的确定 nts4 4.14 6.8 实施设计、计算、绘图、实验。 5 6.9 6.22 。 进行计算机仿真样机和优化设计，并编写设计说明书 6 6.23 6.27 毕业设计（论文）答辩及成绩评定。 7 8 9 10 11 12 指导教师批准，并签名： 年 月 日 nts 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nts 2 设计项目 计算与说明 结果 2.2 设计任务 2.3 设计目的 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。 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。 nts 3 设计项目 计算与说明 结果 2.4 设计方案 的 选择 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 4 设计项目 计算与说明 结果 2.5 设计题目分析 第 3章 平面蜗卷弹簧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 D=22 E=40 F=6 G=24.5 L=380 b=190 h=355 K= 12 L=1.3m T=1300N.M i=1/90 nts 5 设计项目 计算与说明 结果 设计 3.1 弹簧的功用 3.2 平面蜗卷弹簧的类型 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nts 6 设计项目 计算与说明 结果 3.3 平面蜗卷弹簧设计 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 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 nts 7 设计项目 计算与说明 结果 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 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)，芯轴 平面蜗卷弹簧衬片nts 8 设计项目 计算与说明 结果 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 ： 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 ： 1300 N .MjT 2T1196 .NM 1T717.6 .NM h=1.1mm L=7700mm 1d=40mm R1=22mm 0n40 n 27.79 1n7.37 nts 9 设计项目 计算与说明 结果 第 4 章 直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 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 2n112.84 2D370mm dl 150.72mm Dl 100.48mm L 7951.2mm 芯轴弹簧外壳nts 10 设计项目 计算与说明 结果 齿圆柱齿轮的设计 4.1 齿轮传动的基本问题 4.2 齿轮的失效形式 4.3 齿轮设计准则 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。 nts 11 设计项目 计算与说明 结果 4.4 齿轮的材料及其选择 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nts 12 设计项目 计算与说明 结果 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，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nts 13 设计项目 计算与说明 结果 4.5 齿轮的基本参数及其校核 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 。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 nts 14 设计项目 计算与说明 结果 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 8 0 / 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 0（ 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 i1=1:5 Z1=54 Z2=270 u= 5 1 8 0 / m innrV估 = 0.4 /ms 1T51.31 10 N mm AK=1.5 KV=1.17 1.38FK 1.381.52HFKK nts 15 设计项目 计算与说明 结果 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 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 HK 3.68ht58400h 1N87.22 10 2N81.44 10 lim 1lim 2720580HHMPMP 1H 813.6MPa 2H 672.8MPa 190EZ MPa 1d =100.6mm nts 16 设计项目 计算与说明 结果 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 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 m=5 d1=100mm d2=500mm 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 nts 17 设计项目 计算与说明 结果 第 5 章 直齿圆锥齿轮的设计 （ 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 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 1F=159MPa 2F=150MPa 1 maxF = 726MPa 2 maxF = 549MPa 1maxF=170MPa 2maxF=160MPa nts 18 设计项目 计算与说明 结果 5.1 齿轮参数设计及计算 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。 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，这主要是因齿轮1齿轮2nts 19 设计项目 计算与说明 结果 5.2 齿面接触疲劳强度计算 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。 （ 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 Z1=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 20 设计项目 计算与说明 结果 （ 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 H 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 .3FFSS H 510MPa 188EZ MPa ZH=2.5 1d=175mm mtv 0.732m/s m=5 121NNYY121.3FFSSlim 1 415F MPa lim 2 402F MPa 1F nts 21 设计项目 计算与说明 结果 3）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 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 638.46 MPa 2F 618.46 MPa 122.59Fa FaYY01245 1249.5VVZZ121.68sa saYY12FF 3 2 .5 FM Pa d1=175mm d2=250mm01245 R=153mm b=46mm Zv1=50 Zv2=70 4.25mm dm1=104mm dm2=220mm 1df168mm nts 22 设计项目 计算与说明 结果 第六章 轴的设计 6.1轴的分类 6.2轴的材料 （ 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 （ 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 2df240mm 1hf4.9mm 2hf7.2mm 1ad 182mm 2ad 227mm nts 23 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 轴是机械设备中重要的 零件之一。轴的主要功能是支撑旋转零件，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 24 设计项目 计算与说明 结果 6.5 轴的校核 6.3 轴设计的主要问题 为了保证轴的正常工作，对于一般机器的轴，应进行强度校核，防止因轴的强度不够而断裂；对于有 刚度要求的轴，还需进行刚度校核，防止轴工作中产生过大的变形；对于高速运转的轴，还要进行振动稳定性计算，防止轴发生共振。在设计轴时除了要按上述设计准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计还需使轴满足轴上零件的安装、固定及制造工艺性要求等，合理地确定出其各部分的形状及结构尺寸。 6.4 轴的结构设计 在进行轴的结构设计时，一般应已知：轴的转速、传递功率、传动布置方案、回转件的主要尺寸等。 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和各部结构尺寸，使轴的各段直径和长
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