自动黑板刷设计

毕 业 论 文论文题目 自动黑板刷设计 系 别 电子信息工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师（签名） 完成时间 年 月I摘要当今教学使用的普通黑板刷一直存在使用费时费力，工作量大，人工刷黑板粉笔灰漫天飞扬，对人体有极大危害等问题。针对上述情况，本论文设计的自动黑板刷具有机构简单、制造成本低、工作效率高、维护方便等特点。论文首先介绍研究背景及国内外研究现状和发展趋势，综合比较优点和缺陷，联系实用性。先确定总体结构及运动方案；自动黑板刷主要由电动机，减速装置，传动装置，自动控制电路，机架，工作刷，防尘罩组成。电动机提供动力，通过减速与传动把动力传递到工作刷上，让其做匀速往复运动来刷干净黑板。自动控制电路采用自动往返循环控制电路，启动工作只需按下电源按钮，工作刷就能自动工作，且运动和停止自动控制。然后进行自动黑板刷详细设计，包括工作刷运动速度的确定、电动机型号的选择、传动零部件的设计计算、工作刷的设计、润滑油的选用、自动控制电路的设计。最后采用 AutoCAD 绘图软件绘制二维零件图和装配图，运用 Pro/ENGINEER 对各零部件进行三维建模，并对机构装配及三维仿真。关键词：黑板刷； Pro/ENGINEER； 三维建模； 仿真IIAutomatic blackboard brushAbstractNowadays, general blackboard brushes are used widely in teaching activities. However when we use it, it causes many problems, for example wasting time and energy, working too much, filling with chalk dust in air which is easily to cause health problems and so on. In this thesis, Automatic blackboard brush can deal with above-mentioned matter. This design has many advantages such as simple structure, low manufacture cost, high efficiency, and convenience maintenance.In this thesis will introduce the research backgrounds, the present situation and the development trend of domestic and foreign research, the comparison of the advantages and disadvantages, and the availability. First step of the research is determining to the whole structure and the movement scheme. Automatic blackboard brush is made by an electric motor, a speed reducer, a transmission device, an automatic control circuit, a rack, a brush, and a dust cover. The electric motor provides power by retardation and transmission to brush which will clean the blackboard uniform, repeatedly, and automatically. The automatic control circuits are controlled by automatic cycle. We just simply push the button to turn on the machine that it will work and stop automatically. Second step of the research is designing the machine in detail including confirming the working speed of brush, choosing the size of motor, calculating the design of transmission parts, and designing the brush, selecting the oil, and designing control circuit. Finally I use the AutoCAD drawing software to draw the 2D parts and to assemble drawings. And then I use Pro/ENGINEER for each three-dimensional modeling to each part, and assembling machine and three-dimensional simulation.Key words: blackboard brush Pro/ENGINEER three-dimensional modeling simulationIII目录第一章 绪论 .11.1 本论文的研究背景 .11.2 国内外研究现状及意义 .11.3 本论文的研究内容 .2第二章 自动黑板刷的总体结构设计 .32.1 设计原则 .32.2 总体结构 .32.3 工作原理 .4第三章 自动黑板刷的详细设计 .53.1 工作刷运动速度的确定 .53.2 电动机的选择.53.3 计算传动装置的运动和动力参数 .73.4 传动零件的设计计算 .103.5 工作刷的设计.333.6 润滑油选用 .343.7 控制电路的设计 .35第四章 自动黑板刷三维建模与仿真分析 .374.1 零件三维建模.374.2 自动黑板刷各部分零件装配三维图 .394.3 自动黑板刷整机装配及仿真分析 .43第五章 总结 .45参考文献 .46致谢 .471第一章 绪论1.1 本论文的研究背景当今社会科学技术水平飞速发展，许多科研成果运用到了教育事业上；多媒体教学、投影仪相继运用于教学中，这为老师在上课过程中免去了在黑板上书写板书和擦拭黑板；达到了省时省力，免受粉笔灰尘危害的效果。随着多媒体教室越来越普及传统的黑板教学方式有被取代的趋势。但根据调查结果显示，对于运用多媒体教学，老师感到教学效果不佳；尤其是在对一些相对复杂问题的分析、推导、解答过程，让人感觉到就像放电影似的一闪而过，不能给学生留下深刻的记忆，因此无法理解和学会并掌握解答问题的方法；从而达不到教师教学的最终目的。这就是以多媒体作为黑板教学使用的巨大弊端。当前在中、小学校和各大院校中对于传统粉笔黑板的使用率还是独占鳌头 1,特别是在我国经济发展相对落后的地区，采用传统的黑板教学是必不可少的。同时，根据查阅相关文献、资料介绍与调查，国外在教学中也基本上使用粉笔黑板教学，如英国、日本、美国等国家。所以在未来相当长一段时间里，原始的教学方式仍然持续很长一段时间，传统黑板仍被使用，并且使用前景十分广阔。目前的传统粉笔黑板也有自身的不足与缺陷；其黑板刷虽然造价低廉，结构简单，但是使用很浪费体力。有时候教师讲课书写板书量大，一节课下来因擦拭黑板不光手臂、脖子酸痛，而且浪费讲课时间，工作量大。同时在擦拭黑板过程中如果擦拭速度过快粉笔灰尘会漫天飞扬，造成粉尘污染，对人体有危害 2。所以综合上述问题，十分有必要对一种新型的黑板刷进行研究开发。1.2 国内外研究现状及意义传统的黑板是普通绿板结构，使用粉笔书写。优点是具有悠久的历史，可操作性强，便于安装和移动；缺点是使用黑板刷擦拭黑板时费时费力，工作量大，对粉笔灰尘的飞扬很难有效的控制，易造成粉尘污染。针对上述问题和缺陷科技人员对黑板、黑板刷做了较多的改进与研究开发；取得了如无尘粉笔、电动黑板擦 3和智能新型黑板等研究成果。下面简单介绍两种新型黑板刷：手持式自动吸尘黑板刷，根据当前黑板刷应用的缺陷，该设计包括自动旋转刷功能和吸尘功能，两种功能的实现由同一台小型电动机驱动。自动旋转刷功能由小型电动机、圆形旋转毛刷组成，其中圆形旋转毛刷为扇形栅格形状。吸尘功能由小型电动机、离心扇叶片、吸尘口、弹性橡胶封口片、集尘袋组成实现。小型电动机固定在机架上，圆形旋转毛刷与离心风扇叶片均安装在小型电动机的输出轴上。此设计采用自动旋转刷技术和吸尘技术，结构简单，操作维护方便具有擦刷功能的同时又具有吸尘功能。克服了粉笔写字粉尘污染的弊端，有利于粉笔书写者和同环境者的身体健康，可广泛应用于粉笔书写的擦刷和吸尘。2连续无尘自动黑板是一种无尘自动擦拭字迹的宽幅面回转式柔性书写板 4。可改变硬质黑板书写时高处要举手，低处要弯腰，擦字扬粉尘，写字挡视线的缺点；因为连续无尘自动黑板采用的是黑板面转动，板刷不动的工作原理，当用力过时会造成大黑板面转起来，用力过小时字迹擦不干净，同时容易使粉笔贴到黑板刷上面，不易脱落，造成再次擦黑板时黑板刷不干净。就国外一些经济发达国家而言，如加拿大的教学用白板，即 whiteborad，很少使用传统黑板教学 5。有许多国家仍然使用光学投影仪，大多仍采用数字投影机。其教学费用高，教学效果不好，不宜在我国普及使用。虽然现在已经有许多项关于改进黑板刷的专利，但是都没有问世，没有能进行工厂式批量生产，更没有被普及使用。因为其中存在机构的结构过于复杂的问题，同时导致了生产成本高，安装使用后维护保养困难，工作寿命短的问题，所以市场上还没有相关产品出售。综上所述，根据我国国情，可以考虑设计出一种新型黑板刷，新型黑板刷既要考虑省时省力，又要结构简单，生产成本低廉，安装维护方便，工作寿命长。为此本人设计了一种全自动黑板刷。1.3 本论文的研究内容本论文设计的自动黑板刷是针对原始黑板在使用时既费体力又耗时间，又不能对粉笔灰尘进行有效控制的缺陷进行创新。自动黑板刷主要由电动机、减速装置、传动装置、自动控制电路、机架、工作刷、防尘罩等构成。工作原理：工作刷做匀速往复平行移动的运动方式来刷干净黑板。控制电路采用自动往返循环控制电路，自动黑板刷启动工作时，只需按下电源按钮，工作刷就能自动工作，工作和停止由其完全自动完成。同时在工作刷上安装防尘罩，能有效处理在擦黑板时粉尘漫天飞扬的问题。3第二章 自动黑板刷的总体结构设计2.1 设计原则完整的机械系统一般由原动机、传动装置和工作机组成 6。传动装置位于原动机和工作机之间，其作用是将原动机提供的动力传递到工作机上，并使工作机运行。传动装置的设计对机械性能的优劣、可靠性、结构尺寸、重量、成本、维护等有一定程度的影响。传动机构类型选择的一般原则如下。1. 大功率的传递时，可择优选用传动效率高的传动装置，可以减少能耗，降低运行费用，如齿轮传动。2. 小功率的传递时，可以优先选择具有结构简单、价格低廉、高标准化的传动装置。3. 机器运行过程中载荷不稳定，并且需考虑过载情况，应该择优选择传动装置具有过载保护的功能；如皮带传动，也可以选择弹性联轴器或其他的过载保护装置。4. 在多粉尘、潮湿、温度高、易燃、易爆的工作场合，应该选择链传动、齿轮或蜗轮蜗杆传动，尽量避免使用摩擦传动，为了防止产生静电而造成火灾。5. 要求两轴保持准确的传动比时，应选用齿轮或蜗杆传动。下面是各种传动机构的特点：1. 具有挠性传动的带传动，主要由传动带、主动带轮、从动带轮构成 7。带传动工作时，依靠带与带轮摩擦或啮合传递动力和运动。带传动具有抗震动，传动平稳，过载保护的特点，但存在结构尺寸较大，承载能力小，传动比不够稳定的缺点。2. 链转动由主动链轮、链条、从动链轮构成，依靠轮齿与链节的啮合传递动力和运动 8。链转动的缺点是易产生冲击，运动不均匀。3. 齿轮传动的传动效率高，能保证恒定的瞬时传动比；传递的载荷（10 5kW）与速度范围广（300m/s 以下） ，结构紧凑，工作可靠、寿命长；通常用在大功率场合，可以减少功率损耗。但不宜用于大中心距传动，且无过载保护作用。4. 蜗杆传动的传动效率低，多用于小功率场合。5. 螺旋传动在传递能量和力时，一般是把旋转运动变为直线运动，也能把直线运动转化为旋转运动 9。对于自动黑板刷减速装置和传动装置的设计，遵循设计原则，以带传动、齿轮传动、螺旋传动组成。其中，原动机与减速机构由带传动联接；减速机构由齿轮传动组成；螺旋传动采用丝杠把旋转运动变成直线运动，给工作刷传递动力。2.2 总体结构自动黑板刷主要由电动机、传动机构、自动控制电路、工作刷、防尘罩、机架等组成。4原动机是自动黑板刷工作的动力源，本设计采用电动机作为动力源。传动装置是将电动机的动力传递到工作刷上的中间装置。它有下列主要功能：1. 减速：将电动机的速度降低，以适应工作刷的工作需要。2. 改变运动规律或运动形式：把电动机输出的均匀、连续、旋转的运动转变为按某种规律变化的转动、摆动或移动（包括间歇转动和间歇移动等） 。3. 传递动力：把电动机输出的动力传递给工作刷，使工作刷具有驱动力和驱动力矩。工作刷是用以直接完成预期工艺动作过程的机构，为了保证工作效果和效率要考虑其运动精度和动力学特性等要求。控制电路采用自动往返循环控制电路。下图是自动黑板刷的传动装置简图，如下图 2-1 所示。图 2-1 自动黑板刷传动装置简图1电动机 2V 带传动 3圆柱齿轮减速装置 4联轴器5上丝杠传动 6锥齿轮组 7工作刷 8下丝杠传动2.3 工作原理自动黑板刷工作时启动电动机，经过减速装置带轮和齿轮减速后，传动装置联轴器转动，带动上丝杠旋转，同时锥齿轮组同步转动，带动下丝杠旋转；上下丝杠完成同步旋转，给工作刷传递动力。工作刷作匀速往复平行直线运动来刷干净黑板。通过自动控制电路来控制工作刷按预定的运动方式运动、停止；自动黑板刷启动工作时，只需按下电源按钮，工作刷就能自动工作，工作和停止由其完全自动完成。5第三章 自动黑板刷的详细设计3.1 工作刷运动速度的确定自动黑板刷的设计中要对电动机、变速齿轮、传动螺杆进行相关计算就得先要确定好工作刷的运动速度。采用逆推的方法。根据实地测量得到通用黑板的长度和宽度：长 4.5m ，宽 1.5m 。经试验作用在黑板上的应力 =118.5Pa，滑动摩擦因数 =0.2 10。平时用普通黑板刷擦拭黑板时采用较慢速度擦拭可以有效减少粉尘飞扬，并且能把黑板刷干净。对于工作刷运动参数的设计应考虑采用低速运动，有效的控制粉尘的飞扬和擦干净黑板，但也得考虑工作效率。工作刷运动速度的确定方案：1. 工作刷在 30s40s 内刷完整块黑板面，其速度为 0.15m/s0.1125m/s2. 工作刷在 10s20s 内刷完整块黑板面，速度为 0.45 m/s0.225m/s 方案 1 相对上课时间(45 分钟)来说工作效率不高；对于方案 2 来说可以取 10 秒，速度为 0.45m/s，比较合适。3.2 电动机的选择电动机的选择是基于工作机的载荷大小，工作环境特点和电源种类决定的。通过考虑工作机的过载情况，起动、停止、循环运行情况选择电动机的类型、结构形式、功率（容量）和转速 8，查阅有关手册确定所选用电动机的型号。此外，电动机的选择也得符合节能的要求，需考虑设备的可用性、可靠性、零部件的通用性，是否容易安装和维护、产品价格、建设成本和维护成本等因素。自动黑板刷是需要经常起动、制动及往返循环的机械设备，电动机应该具备较小转动惯性和较大扭矩，载荷比较稳定，因此应选择 Y 系列异步电动机。1. 电动机类型的选择按工作要求和工作条件，自动黑板刷的工作环境是在教室中，教室用电标准一般是单相 220V 交流电，所以应选用单相异步电动机类型中的电容分相式异步电动机。2. 选择电动机功率（容量）根据查阅相关资料，当工作刷紧贴黑板面作滑动摩擦运动时，要保证有效滑动摩擦力 f，才能把黑板擦拭干净。工作刷运动速度 V=0.45m/s,转动螺杆直径 d=40mm。工作刷所需功率：F=A=118.51.50.2=35.5Nf=F=35.50.2=7.1T= f L=7.14.5=31.95（Nm）转动螺杆的转速为：6nw= = 214.97(r/min) (3-1)D601v403.165PW= = 0.72(KW) (3-2)95T972.式中：F工作刷的工作压力f工作刷的滑动摩擦力V工作刷的线速度电动机所需功率：Pd= PW (3-3)式中：总效率，即：= 1 2 n (3-4) 式中： 1、 2、 n传动系统中每一个联轴器、每一对轴承及每一个传动副的效率，其值可由下表 3-1 中查取。表 3-1 常用机械传动的效率简表类别 传动效率 类别 传动效率 平带 0.940.97闭式：0.950.97(79级精度)带传动V 带 0.940.97圆柱齿轮开式：0.940.96 闭式：0.930.98滚子链传动开式：0.910.94闭式：0.930.99(78级精度) 润滑不好0.940.97齿轮传动圆锥齿轮开式：0.910.96滑动轴承润滑好0.950.98自锁 0.410.46轴承一对滚动轴承 0.970.994单头 0.690.74 弹性联轴器0.980.994蜗杆传动双头 0.700.83联轴器齿式联轴器0.997三头和四头0.810.93 十字沟槽联轴器0.960.98根据自动黑板刷的设计所需传动部件，按表 3-1 确定各部件的效率为：V 带传效率 1=0.96；滚动球轴承（每一对）效率 2=0.99；圆柱直齿齿轮传动效率 3=0.97；弹性联轴器效率 4=0.99；圆锥齿轮效率 5=0.984；则根据式（3-4）得：=0.960.99 80.970.990.984=0.795根据式（3-2）得出电动机所需功率为：Pd= PW=0.720.7950.906(KW) 因自动黑板刷工作载荷比较平稳，电机的额定功率大于所需工作功率就能够满足工作需要。3. 确定电动机的型号电动机转速可选范围为：nd=nw 1 2 n ii(3-5) 式中： 1、 2、 n各机构的传动比ii常用机械传动的单级传动比可参考下表表 3-2 单级传动的传动比推荐表类型 圆柱齿轮传动平带传动 V 带传动 蜗杆蜗轮传动圆锥齿轮传动链传动推荐值 36 24 24 1040 直齿 2 3 25最大值 10 5 7 80 直齿 6 7按表中各类传动比值，通常 V 带传动比=24，圆柱直齿轮传动比=35，则：nd=nw 1 2=（2345）215=12904300(r/min)i综上所述，功率、重量、节能、价格以及传动比等方面考虑，可以选用 YY802-2型（220V、50Hz）(JBT1012-1991)电动机作为自动黑板刷的原动机。如下表 3-3 所示列出了电动机性能参数和轴径大小。表 3-3 电动机主要性能参数及轴径尺寸电动机型号额定功率（W）电动机满载转速（r/min）轴径（mm）起动转矩 最大转矩YY802-2 1100 2800 19 0.32 0.323.3 计算传动装置的运动和动力参数通过先计算出传动装置中各轴的功率、转速以及转矩，才能对传动零件设计与计算。8计算总传动比和分配传动比。传动比分配时应注意下面几个问题：1. 各级传动比在推荐值内选择，力求满足各种传动形式的特点，让机构紧凑。2. 各级传动比的选值应使传动件尺寸协调，结构匀称合理。3. 各级传动比的选值应使各传动件及轴彼此不发生干涉。(1) 传动装置的总传动比。由前面计算得转动螺杆的转速为 214.97r/min，可计算出总传动比：总 = = 13.025 (3-6)iwmn21580(2) 分配各级传动比。根据表 3-2 推荐的传动比，选取 V 带传动比 1=3，则圆柱直齿轮传动比为：i2= = 4.342i1总 305.(3) 计算传动装置的动力参数及运动参数。 各轴转速的计算公式(3-7)：n1=nm n2= =1in3= =2i1m 各轴输入功率 P（KW）计算公式（3-8）： P1= Ped 1P2= P1 12= Ped 1 12P3= P2 23= Ped 1 12 23式中 1电机与高速轴之间的效率 12低速轴传动的效率 23转动螺杆轴传动的效率 各轴输入转矩 T（Nm）的计算公式（3-9）：9T =9550 1nPT =9550 2T =9550 3nP0 轴电动机轴：P0= Pd=1100 (W) =1.1(KW)n0=nm=2800(r/min)T0=9550 =9550 3.752（Nm）02801.1 轴高速轴：P1= P0 01=1.10.96=1.056（KW）n1= = 933.33(r/min)i328T1=9550 =9550 10.805（Nm）13.90562 轴低速轴：P2= P1 12=1.0560.970.991.014（KW）n2= = 214.97(r/min)i34.9T2=9550 =9550 45.047（Nm）297.1043 轴上丝杠轴：P3= P2 22 4=1.0140.9920.990.984（KW）n3=nw=214.97(r/min)T3=9550 =9550 43.714（Nm）397.21480104 轴锥齿轮轴：P4= P3 2 5=0.990.990.984=0.925（KW）n4=n3=nw=214.97(r/min)T4=9550 =9550 41.093（Nm）497.21405 轴下丝杠轴：P5= P4 22 5=0.9250.9920.9840.892（KW）n5=nw=214.97(r/min)T5=9550 =9550 39.627（Nm）597.21480将计算所得的动力参数和运动参数列于下表 3-4 中。表 3-4 计算所得运动参数和动力参数轴名参数0 轴 1 轴 2 轴 3 轴 4 轴 5 轴转速（r/min） 2800 933.33 214.97 241.97 214.97 214.97输入功率（KW） 1.1 1.056 1.014 0.984 0.925 0.892输入转矩（Nm）3.752 10.805 45.047 43.714 41.093 39.627传动比 3 4.342效率 0.96 0.99 0.97 0.99 0984 0.9843.4 传动零件的设计计算自动黑板刷设计所需要用到的传动方式有带传动、圆柱齿轮传动、联轴器、丝杠传动、锥齿轮传动。根据所需的传动的方式选择合适的传动零件，其设计计算包括选择传动零件的材料、确定热处理方式、计算参数、尺寸和主要结构 9。传动零件作为自动黑板刷的核心部件，它直接决定装置的传动性能和结构设计尺寸，因此为了能更好的设计完成自动黑板刷，应先设计好传动零件。3.4.1 带传动的设计计算带传动作为一种挠性传动，由传动带、主动带轮和从动带轮构成；带传动工作时，靠带和带轮间的摩擦或啮合来传动动力和运动 11。带传动的优点是：传动平稳、结构简单、价格低；出现过载情况带在带轮上打滑（同步带除外） ，可以有效防止其它零部件损坏，具有安全防护护作用。11带传动多用于传递功率不大于 50KW，速度为 530 米/秒，传动比要求不严格，可用于中心距较大的场合；不宜用于高温、易燃等场合。多级传动中一般将带传动放在高速级（直接与电动机相连） ，可以具有过载保护的作用，还可以减小带传动的结构尺寸和带轮质量。按不同的工作原理，带传动一般可以分成啮合带传动和摩擦带传动。啮合带是同步带；根据带的截面形状，摩擦带可以分成 V 带、平带、圆带等。本设计带传动的设计选择采用 V 带传动。V 带传动靠带的两侧面和轮槽接触产生的摩擦力传递动力和运动，摩擦力大，结构较紧凑，且已标准化，应用更广。V 带传动设计所需的已知条件包括原动力种类、所需传递功率、主动轮和从动轮的转速（或传动比） 、工作要求、外廓尺寸和传动位置的要求等 9。V 带传动由计算确定的参数包括带的型号、带轮的基准直径、基准长度、中心距、小带轮包角、带的根数、压轴力、带轮材料及结构尺寸等。设计过程所应注意的问题：1. 当带轮安装在电动机轴上时其外径要与电动机中心高度相符合，防止带轮和其他零部件或机座相干涉、碰撞；如果不相适应，则应考虑重新选择带轮直径。2. 带轮轮毂内孔直径应与相配的轴径相适应。3. 轮毂的长度 L 一般可参照经验公式确定。如要在电动机轴上安装带轮，可以根据电动机轴的伸长度来确定带轮轮毂长度。1. 选用 V 带的类型和结构。V 带分为普通 V 带、宽 V 带、窄 V 带、联组 V 带、接头 V 带、齿形 V 带等类型。其中，普通 V 带应用最广，也是本论文选用的 V 带类型。普通 V 带的相对高度 hbP0.7，呈无接头环形。以顶胶、底胶、抗拉体、包布层构成其结构。根据抗拉体的结构可以分为帘布芯 V 带和绳芯 V 带 12。帘布芯 V 带制造加工方便；绳芯 V 带具有良好的柔性，较高的抗弯强度，宜用在高转速、小载荷、带轮直径较小的工作场合。如下表 3-5 所示是普通 V 带的尺寸表：表 3-5 普通 V 带尺寸表普通V带的截型截宽bp/顶宽b/高度h/截面面积A/2单位长度质量q/(kgm-1)楔角12Z 8.5 10.0 6.0 47 0.06 402. 带传动的设计计算。已知条件：传递功率 P=1.1KW，主动轮的转速 n1=2800 r/min，减速比 i=3，传动比误差小于 3.6。(1) 确定计算功率 PcaPca=KAP (3-10)根据参考文献9表 8-6 查得 KA=1；故 Pca=KAP=11.1(KW)(2) 确定 V 带的截型根据 Pca及 n1查参考文献6图 8-10 确定选用 Z 形带。3. 确定带轮基准直径(1) 根据参考文献6表 7-6 和表 7-7 查得最小带轮基准直径 dd1=50,大带轮直径 dd2=132。(2) 验算带的速度太高的带速度，产生的离心力会过大，带和带轮间产生的正压力将减小，导致带传动能力降低；过低的带速度，当传递相同的功率时，则初拉力 F0过大，带过快松弛或根数较多，载荷会呈不均匀分布。一般 V=525(ms)为宜，当 V=1020(ms)时为最佳。由参考文献11公式(7-21)得V= = ms7.33ms V max=25ms；带速符合要求。106nd1062854.34. 确定中心距和 V 带长度带传动的中心距选择过大，会使带轮的结构尺寸偏大，容易使带产生颤动；中心距选择过小，不仅单位时间内使带绕转次数增加，而且会使带的传动能力和疲劳强度降低。(1) 初取中心距 a0由参考文献12公式(8-10)得 0.7(d d1+dd2) a 02(d d1+dd2)；13得 0.7(50+132) a 02(50+132)127.4a 0364取整，a 0=200(2) 确定带长 Ld0由参考文献6的计算公式（8-21）得Ld0=2a0+ ( dd1+dd2)+20214ad）（ Ld0 =2200+ (50+132)+ 69425-3）（查参考文献6表 8-2，取 Ld =700。(3) 计算实际中心距由参考文献6的计算公式（8-23）得a=a0+ =200+ =20320dL2694-75. 验算包角 a1由参考文献6的计算公式（8-27）得a1=180- 57.3=180- 57.3156.9d122035-1a1120，符合要求。6. 确定 V 带的根数由参考文献13的计算公式(7-26)得Z ；LacKP)(1查参考文献6表 8-4a 和表 8-4b 可知 P1=0.26KW，P 1=0.04KW。查参考文献11表 8-5 得 Ka=0.96；查参考文献11表 8-2 得 KL=1.18；则 Z= 0.26，取整 Z=1。1.8096)4.26.0(7. 确定初拉力 F0初拉力 F0太小，传动能力变小，很容易造成带打滑；F 0太大，会使带的使用寿命变短，同时轴和轴承受到的压力增大。由参考文献6公式(8-27)得14F0=500 ( -1)+q 2VZcaPK5.查参考文献6表 8-3 得 q=0.3F0=500 ( -1)+0.37.332136.47N13.796.08. 计算压轴力由参考文献6计算公式(8-28)得Fe2ZF 0sin =21136.47sin 269.4N21a25.169. V 带轮结构设计已知：电动机轴直径 d=19；小带轮直径 dd1=50；大带轮直径 dd2=132。查参考文献8,由表 3-3，V 带轮槽型尺寸(GB10412-1989 摘录)和表 3-4，普通 V带轮结构及其尺寸对小带轮设计可采用实心式结构，大带轮设计可采用板孔式带轮结构。V 带轮槽型尺寸如下表 3-6 所示。表 3-6 V 带轮槽型尺寸 (单位：)槽型项目 符号Z基准宽度（节宽） bd（b p） 8.5基准线上槽深 hamin 2.0基准线下槽深 hfmin 0.97第一槽对称面至端面的距离 f 81带轮宽 B 14外径 da 小带轮 54大带轮 136带轮槽角 小带轮 32大带轮 34带轮轮毂宽 L 30带轮轮毂直径 d1 小带轮 36大带轮 47带轮结构及其尺寸如下图 3-1 ab 所示15图 3-1 a 小带轮结构及其尺寸图 3-1 b 大带轮结构及其尺寸10. 键连接小带轮和电机轴的连接方式及大带轮和高速轴的连接方式选择 A 型普通平键，查参考文献8表 10-1 可得键的型号分别是键 6620 GBT 10962003 和键8720 GBT 10962003。16小带轮和大带轮的详细尺寸及相关技术要求详见附后零件图。3.4.2 直齿圆柱齿轮传动的设计计算1. 选择材料、热处理方式和公差等级。由于设计的自动黑板刷是一般机械，所以小齿轮、大齿轮采用 45 钢作为材料。考虑便于制造选择软齿面，小齿轮选择淬火处理，大齿轮选择正火处理，精度为 8 级。查参考文献11表 9-1 得：小齿轮齿面硬度为 229285HBS，齿面平均硬度选择 260HBS；大齿轮齿面硬度为170210HBS，齿面平均硬度取 200HBS。确定许用应力： H1=380+0.7260=562MPa H2=380+0.7200=520MPa F1=140+0.2260=192MPa F2=140+0.2200=180MPa2. 初步计算齿轮的主要尺寸。(1) 齿面接触疲劳强度设计。d1333 21)(_u2HEZKT小齿轮所传递转矩：T 1=9.55106 1000=9.55 10805(N)1nP3.91056(2) 试选载荷系数。Kt=1.4；K=K AKvK K ；（K载荷系数；K A使用系数；K v动载荷系数；K a齿间载荷分配不均系数；K 齿向载荷分配不均系数。 ）查参考文献11表 9-2图 9-8表 9-3图 9-9；得KA1.5；K v1.15；K a1.1；K 1.065；则 K=2.02。(3) 查参考文献9的表 8-18，选择齿宽系数 d=1。(4) 查参考文献9的表 8-19，选择弹性系数 ZE=268 。MPa(5) 对于直齿轮，取节点区域系数 ZH=2.5。(6) 齿数比 u=i2=4.342。(7) 确定齿轮齿数。通常取 Z1=2040，小齿轮齿数取 Z1=28，则大齿轮齿数Z2=uZ1=4.34228=121.576取整；则 Z2=122。(8) 重合度 Z 。17端面重合度： a=1.88-3.2( )cos (3-11)1Z2=1.88-3.2( )cos01.74281轴向重合度： =0.318dZ1tan=0 (3-12)查参考文献9的图 8-3 选择重合度系数 Z =0.855。(9) 初算小齿轮的分度圆直径 d1t，查参考文献11,根据公式(9-5),则d1t333 21)(_u2HEZKTd1t 42.84()333 2)50(.864.10854.3. 确定齿轮尺寸(1) 由前面计算分析可得出使用系数 KA=1.5，则小齿轮圆周速度为：V= = =2.09(ms)106ndt 10693.42.8由于 K 和 Kt存在较大差异，所以应对由 Kt计算所得的 d1t值重新修正，则d1d 1t =42.84 48.41()3t34.12(3) 确定模数 mm= = =1.73；查参考文献9表 8-23，取 m=2。1Z284.(4) 计算传动尺寸 中心距为：a1= = =150()2)(2)1(分度圆直径为： d1=mZ1=228=56()d2=mZ2=2122=244()b= dd1=156=56()取 b2=58，则b1= b2+(510)=6368(),取 b1=63。4. 校核齿根弯曲疲劳强度由参考文献11公式 9-6 得， F= YFaYSaY F。12mdKT18(1) KT 1md 1同前；(2) 齿宽 b=b2；(3) 齿形系数 YF、应力修正系数 YS，查参考文献14表 9-5 可知YFa1=2.5Y Sa1=1.635Y Fa2=2.19Y Sa2= 1.81。(4) 验算齿根弯曲应力Y =0.25+ =0.25+ =0.68a75.01.则， F1= 2.51.6350.6819.5192 MPa268 F2= F1 =19.5 =18.9180 MPa21SaFY1.63589齿根弯曲疲劳强度足够。5. 计算齿轮其它几何尺寸齿顶高：h a=ha*m=12=2齿根高：h f=( ha*+c*)m=(1+0.25)2=2.5齿全高：h=h a+hf=2+2.5=4.5顶隙：c=c*m=0.252=0.5齿顶圆直径：d a1=d1+2ha=56+22=60da2=d2+2ha=244+4=248齿根圆直径：d f1=d1+2ha=56-22.5=51df2=d2-2hf=244-22.5=239小齿轮选择实心结构，且与轴组成齿轮轴；大齿轮选择腹板式结构。下图 3-2 是齿轮传动的轮廓图及其主要相关尺寸。19图 3-2 齿轮传动的轮廓图齿轮的结构、尺寸、技术要求等详见附后的零件图。3.4.3 高速轴的设计与计算1. 已知条件：高速轴传递功率为 P1=1.056KW，转速为 n1=933.33