齿轮设计指导.doc

机械原理课程设计说明书设计课程：压床齿轮机构设计学院：机械工程学院班级：车辆工程101班姓名：田 忠 朝学号：109054023指导教师：路 曼2012年 07月02日机械原理课程设计指导机械原理课程设计是学生学习机械原理的一个重要的实践性教学环节。一、机械原理课程设计的目的1.进一步巩固和加深所学的理论知识。2.培养运用理论知识独立解决实际问题的能力。3.掌握进行运动分析和设计的图解方法，及利用计算机的解析方法。4.提高使用技术资料的能力。二、机械原理课程设计的任务和内容机械原理课程设计的任务是：在规定时间内完成教师指定的机构设计课题，进而对机构的性能进行分析和科学评价。将自己的设计研究成果编写计算说明书一份(15页左右)，绘制设计图样(A1)一张。机械原理课程设计的内容是：1.按照机械的几何、运动、动力、轨迹等性能要求进行低副机构的尺寸结构设计或高副机构的廓线设计；2.对指定的机械进行运动分析和动力分析； 三、机械原理课程设计的方法1. 解析法：掌握用计算机解决工程实际问题的能力。编程巧妙，参数合理，计算正确。2. 图解法：掌握工程图算能力。分析正确，绘图精确，比例适中，图面清洁。 四、机械原理课程设计要求1. 设计说明书的编写格式第一页 封面格式如图：第二页 设计课题（包含设计条件和要求的设计任务书）：第三页 目录：第四页 设计说明，包含以下内容：1.1 依据设计任务书，确定设计方案的说明；1.2 分析原始数据，并确定机构主要几何参数，绘制机构运动简图；1.3 对机构进行分析所用方法及其原理的简要说明；1.4 列出必要的设计计算过程；1.5 用图解法对机构特定工作位置进行分析的说明；1.6 用解析法对机构进行动态分析的说明；1.7 画出编程方框图，打印出自编的全部程序，对所编程序中的某些符号、变量名及其它方面作必要的说明，及自编程序的运行结果； 1.8 用表格等形式列出计算结果，画出机构动态分析的曲线图；1.9 按分析结果，对自己设计的机构进行评价讨论；最后页 列出主要参考资料。2. 设计说明书的要求2.1 设计说明书应该用钢笔写在16开的报告纸上，要求字迹端正，文句通顺，层次清楚，叙述简明。2.2 设计说明书的叙述部分，应有理论根据。必要时应配上插图，正确、简单、明了；2.3 设计说明书的计算部分，应说明公式和数据来源、代号、量纲。推荐格式：序号计算项目代号公式和数据来源数值量纲备注2.4 设计说明书中的参考资料应编号，使用参考资料时可用编号标明；2.5 设计说明书中每一自成单元的内容都应有大小标题，使其醒目突出；2.6 设计说明书中的自编计算机程序，应打印附上；2.7 说明书应加上封面与目录装订成册。3. 设计图样要求3.1 图样幅面采用GB A1 一张；3.2标题栏格式、大小如图。在右下角。3.3图样的质量要求：严格按比例绘制，分析正确，作图精确，符合课题要求。3.4图面要求：布图匀称、图面整齐，清洁、线条，尺寸标注等符合标准的规定。4.课程设计注意事项4.1 认真阅读指导书,仔细听指导课,作好笔记；4.2 正确运用手册、标准；4.3 优化设计，不怕反复计算。容忍错误，轻则造成浪费，重则酿成大祸。是对党不负责任，对人民犯罪；4.4 保存好草稿本。编写说明书实际就是将草稿内容誊清和规范化。为防止抄袭还要检查。4.5 图样是设计成果，提供施工的。说明书是说明设计的。两者必有许多内容重复，不可省略。齿轮机构的设计 在齿轮机构传动中，标准齿轮传动有许多局限性，像大小齿轮承载能力不等、根切、实际中心距与标准中心距不符等。所以工程中重要的齿轮传动经常采用变位齿轮传动。在本次课程设计中，我们将要进行渐开线变位直齿圆柱齿轮设计。一、齿轮机构几何设计的要求1. 在给定的条件下，以满足一定的传动质量指标为目的进行齿轮机构的几何计算。2. 在已计算的前提下，能以几何图形表示出所设计的一对齿轮的轮齿啮合情况，即绘制一对齿轮的轮齿啮合图。二、设计课题：渐开线变位直齿圆柱齿轮设计设计数据见下表题号 m（mm）Z1Z2haCamm ）1.机车牵引机齿轮1015571.00.25202.机车牵引机齿轮1013591.00.25203.机车牵引机齿轮1012501.00.25204.机车牵引机齿轮 1015501.00.25205.机车牵引机齿轮1017461.00.25206.机车牵引机齿轮1017551.00.25207.机车牵引机齿轮1020421.00.25208.插床齿轮813591.00.25209.插床齿轮813401.00.252010.压床齿轮511381.00.252011.压床齿轮610351.00.252012.压床齿轮611321.00.252013.螺丝搓床齿轮机构1014701.00.252014.重型切削机床622441.00.252015.金属切削机床222441.00.252016.250T剪切机齿轮8281201.00.252060017.800T剪切机齿轮2420471.00.252081018.700立式轧机2427461.00.252088019.活塞式压气机齿轮机构622441.00.252020520.曲柄压力机1012421.00.252027521.曲柄压力机816501.00.252027022.曲柄压力机1015461.00.252031523.曲柄压力机814381.00.252021024.齿轮传动612431.00.252016525.齿轮传动516501.00.252017026.齿轮传动615461.00.252018527.齿轮传动814381.00.2520210二、机构设计及分析步骤1. 选择传动类型： 按一对齿轮变位系数之和X=X1+X2的值大于零、等于零、小于零的不同情况，变位齿轮传动分别称作正传动、零传动（标准齿轮传动）、和负传动。 正传动具有强度高、磨损小且机构尺寸紧凑等优点，应该优先选用。当时，为防止齿轮发生根切，则必须选用正传动。 对于希望采用标准中心距的直齿圆柱齿轮传动，只要满足的条件，常采用等移距变位传动。若希望有良好的互换性，、又均大于，则优先选用标准齿轮传动。 负传动具有强度低、磨损严重、尺寸大等缺点，除中心距有特殊要求外，一般避免采用。2. 确定齿轮的变位系数原则： 变位齿轮传动的设计问题，按给定的数据不同，又常分为限定中心距的设计（已知Z1，Z2，a，ha，C，m）和非限定中心距的设计两种类型（已知Z1，Z2，ha，C，m）。它们选取总变位系数X的方法虽然不同，但原则相同，即应均衡大小齿轮的强度综合性能及承载能力，同时该对齿轮还必须满足下述三个条件：2.1 保证齿顶有足够的强度 Sa0.25m0.40m2.2 保证齿轮有足够的重合度 a 1.11.2 2.3 保证两轮均不发生根切现象X1 X22.4 保证两轮均不发生过渡曲线干涉现象齿轮1不产生干涉的条件： 齿轮1不产生干涉的条件： 3. 几何设计步骤：3.1 非限定中心距的设计1） 已知参数两轮的齿数Z1、Z2，模数m、压力角，齿顶高系数ha，顶隙系数C。2） 确定变位系数查图3-1，可确定变位系数 ；在图3-1的横坐标上找到两齿轮的齿数和（斜齿轮按当量齿数）Z。向上至P线（按工况优化选定P1至P9线之一）。交点横向至纵坐标即为总变位系数X。Z150，取Z=150。再根据图3-2确定两轮变位系数X1、X2 。在图3-2上取横坐标为（Z1+Z2）/2，纵坐标为X/2的交点作方向射线L，与图示射线一致。再分别取横坐标Z1、Z2，向上交L方向线，横向至纵坐标分别为X1、X2。3） 计算啮合角 inv=查渐开线函数表可得，则中心距a=4） 按表3-1所列公式计算两轮的几何尺寸。5） 验算齿轮的限定条件。3.2 限定中心距的设计1） 已知参数 两轮的齿数Z1、Z2，模数m、压力角，齿顶高系数ha，顶隙系数C，实际中心距a。2） 计算两轮变位系数和，并适当分配计算XX =X1 + X2 =计算啮合角 cos= 再根据图3-2确定两轮变位系数X1， X2。变位系数分配按照对传动的要求进行。例如，等滑动系数、等弯曲强度要求等。在一般情况下，小齿轮的变位系数应大于大齿轮的变位系数。3）按表3-1所列公式计算两轮的几何尺寸。4）验算齿轮的限定条件。表3-1 外啮合直齿轮的主要参数和尺寸计算公式名称代号计算公式小齿轮大齿轮分度圆直径dd1=mz1d2=mz2基圆直径dbdb1=d1cosdb2=d2cos中心距变动系数yy=(-)/m齿顶高变动系数yy=(x1+x2)-y齿顶圆直径dd1=d1+2(h*+x1-y)md2=d2+2(h*+x2-y)m齿根圆直径dfdf1=d1-2(ha*+c*-x1)mdf2=d2-2(ha*+c*-x2)m全齿高hh=(2ha*+c*-y)m齿距和基圆齿距P，PbP=m、Pb=m/cos20齿顶圆压力角1 arc2 arc分度圆齿厚sS1=(0.5+2x1tan)mS2=(0.5+2x2tan)m齿顶厚saSa1=Sa2=重合度=z1(tan1-tan)+ z2(tan2-tan)/(2)三、齿轮啮合图的绘制 齿轮啮合图是将各部分尺寸按一定的比例尺在图纸上画出轮齿啮合关系的一种图形。它可直观地表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数，并可借助图形作某些必要的分析。1. 渐开线齿形的画法渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制，如图3-3所示。以小齿轮廓线为例，其步骤如下：1.1 按表3-1所列公式计算出各圆直径db、d、df、da， 以1：1比例，画出各相应的圆。1.2 连心线与节圆的交点为节点P。过P点作基圆的切线，与基圆切于N1点，则即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段。1.3 将线段分成若干等分：、1.4 根据渐开线性质=，因弧长不易测量，可按下式计算其所对应的弦长按此弦长在基圆上取点。1.5 将基圆上的弧长分成同样等分，得基圆上的对应分点等分点1、 2 、3。1.6 过点1、 2 、3作基圆的切线，并在这些切线上分别截取线段，使其、，得、诸点。光滑连接、各点的曲线即为节圆以下部分的渐开线。1.7 将基圆上的分点向左延伸，作出、，取，可得节圆以下渐开线各点、，直至画到（或略超出）齿顶圆为止。1.8 当时，基圆以下一段齿廓取为径向线，在径向线与齿根圆之间以r=0.2m为半径画出过渡圆角；当，在渐开线与齿根圆之间直接画出过渡圆角。1.9 至此，已分别画出两齿轮在齿顶圆和齿根圆之间过节点P的齿廓曲线。1.10 按已算得的齿厚和齿距p计算对应的弦线长度和 按和在分度圆上截取弦长得A、C点，则 （如图3-4）。1.11 取AB弧的中点D，连O1、D两点为轮齿的对称线。用描图纸描下对称线右半齿形，以此为模板画出对称的左半部分齿廓及其他相邻的34个齿廓。另一齿轮的作法相同。将画好的轮齿贴于硬纸板上，两端各保留40mm以上齿根圆弧作基准。待干后剪成齿形样板。1.12 分别作大齿轮和小齿轮的齿形样板。图3-3 渐开线齿形的作法 图3-42. 设计图的绘制步骤：2.1 选取比例尺，使齿全高在图样上有3050mm的高度为宜。定出齿轮中心O1、O2.将大齿轮齿形图精确画在图纸上部，小齿轮齿形图精确画在图纸右侧下部。2.2 以图纸右侧为大齿轮，左侧为小齿轮，分别画中心线、中心距、基圆弧、分度圆弧、节圆弧、齿顶圆弧、齿根圆弧、基圆内公切线。内公切线与过P点的节圆切线间夹角为啮合角，应与计算值相符。2.3 在啮合图上标出N1、N2（极限啮合点）和B1、B2（起始与终止啮合点）。2.4 用样板各画出三对齿廓， 并使有一对齿廓在B1 或B2 点接触。移动样板观测能否连续传动。标出单齿、双齿啮合区。2.5 作出齿廓工作段（见图3-4）。以O1为圆心，为半径作圆弧交齿轮1齿廓于b1点，则从b1点到齿顶圆一段齿廓为齿廓工作段。同理作出齿轮2的齿廓工作段。2.7 检查两齿廓是否为零侧隙啮合。2.8 检查两齿轮径向间隙是否等于c*m，两分度圆是否分离了ym。2.9 检查两齿轮啮合重合度应与计算植相符，。2.10 检查两齿轮啮合角应与计算值相符。2.11 测量两齿轮齿顶厚Sa应与计算值相符。 四、设计说明书要求 1. 详述确定齿轮变位设计方案过程。2. 轮齿样板制作过程。3. 轮齿啮合图制作过程。4. 通过轮齿啮合图分析，你得到哪些结论？5. 对你设计的齿轮传动方案进行自评，总结本次课程设计心得。五、设计图样要求：1. 分别绘制两齿轮1.5个轮齿样板；2. 画出齿轮传动啮合图，图上应表示出轮齿主要齿形参数及几何参数尺寸；3. 画出变位齿轮传动分析必需的图形。4. 例图如下：图3-5 齿轮机构设计图样二、渐开线变位直齿圆柱齿轮机构传动设计及运动分析1、题号125 已知不同的m、Z1、Z2、a，作渐开线变位直齿圆柱齿轮机构传动设计。2、齿轮变位系数确定原则：2.1满足齿轮传动中心距要求 cos=0.5m(Z1+Z2)cos/a； ； 节圆啮合角 。2.2传动中心距无要求时，齿轮变位按均衡两齿轮强度； 2.2.1总变位系数x见图3-1。例： Z1+Z2=45要求综合性能好，适当照顾重合度，取P4线。x=0.3 。2.2.2 x1 、x2分配见图3-2。例：x=-0.164 Z1=32 Z2=64。a、坐标上取点R(Z1+Z2)/2 、x /2即48、-0.082。b、过R作L方向射线。c、按Z1=32、Z2=64 交L方向射线，d、纵坐标得x1=0.056、x2= -0.22。x= x1+ x2 。2.3防止根切 x1=(17-Z1)/17 ；2.4齿顶不变尖 Sa0.25m0.40m ；2.5足够的重合度 a1.11.2 ；3、 渐开线变位直齿圆柱齿轮几何尺寸计算（见Page12）4、齿轮啮合图的绘制：将齿轮各部分尺寸按11的比例尺，在图纸上画出轮齿啮合关系(见3.13.3)。齿轮啮合图可直观地表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数，并借助图形作设计齿轮传动分析(见3.43.9)。4.1齿形样板画法4.1.1渐开线的画法(此图作于草稿纸上，做成齿形样板，画正规图时待用)：a. 以1：1比例，取圆心O分别作出基圆弧、分度圆弧、齿顶圆弧、齿根圆弧。b.在基圆弧上作等分点0、1、2、3、4， 间距L0.035d510mm 。c.过等分点0、1、2、3、4 作基圆切线， 11、22、33、44 。且11=L、22=2L、33=3L、44=4L 。d.光滑连接1、2、3、4 ，直至画到超出齿顶圆为止。4.1.2对称齿廓画法：a.计算分度圆弦齿厚S和弦齿槽宽e。 e = (d / Z)-S ；S = d sin180S / (d ) ； e = dsin180 e / (d)。b.从齿廓线与分度圆交点P开始，在分度圆上分别截取线段PS =S、PE= e。c.过点1、2、3 作同心弧。以PS、PE的垂直平分线为对称轴。在这些同心弧上取1”、2”、3”、4”和 1*、2*、3*、4*诸对称点。光滑连接1”、2”、3”、4”和1*、2*、3*、4*诸点的曲线即为对称齿廓渐开线。4.1.3在齿廓与齿根圆之间用r=0.3mn为半径画出过渡圆角，即成一个半齿形。4.1.4用薄纸描下1个半齿形，两端各保留40mm齿根圆弧作基准。贴于硬纸板上，待干后，剪成齿形样板。4.2分别作大齿轮和小齿轮的1个半齿形样板。5、作运动分析移动样板观察能否连续传动。标出单齿、双齿啮合区。5.1检查两齿廓是否为