机械设计课程设计-传动装置的总体设计.doc

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 各专业全套优秀毕业设计图纸 目录 课程设计任务总析课程设计任务总析 1 一 任务目标 一 任务目标 1 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 1 三 相关知识三 相关知识 1 1 11 1 课程设计的目的课程设计的目的 1 1 21 2 课程设计的内容和任务课程设计的内容和任务 1 1 31 3 课程设计的步骤课程设计的步骤 2 1 41 4 课程设计的有关注意事项课程设计的有关注意事项 3 课题一课题一 一般机械设计一般机械设计 4 任务二 传动装置的总体设计任务二 传动装置的总体设计 4 一 任务目标 一 任务目标 4 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 4 三 相关知识三 相关知识 4 2 12 1 传动方案分析传动方案分析 4 2 22 2 选择电动机选择电动机 7 2 32 3 设计总传动比和分配传动比设计总传动比和分配传动比 9 2 42 4 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数 10 任务三任务三 传动零件的设计计算传动零件的设计计算 12 一 任务目标 一 任务目标 12 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 12 三 相关知识三 相关知识 12 3 13 1 选择联轴器的类型和型号选择联轴器的类型和型号 12 3 23 2 设计多功能搅拌机带传动零件设计多功能搅拌机带传动零件 12 3 3 设计齿轮传动零件 23 任务四任务四 零件工作图的设计零件工作图的设计 31 一 任务目标 一 任务目标 31 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 31 三 相关知识三 相关知识 31 4 14 1 轴的设计与校核轴的设计与校核 32 4 24 2 轴承的选择与校核轴承的选择与校核 37 4 34 3 键的设计与校核键的设计与校核 37 4 44 4 齿轮类零件工作图的设计齿轮类零件工作图的设计 38 课题二课题二 行星轮系设计行星轮系设计 41 任务五任务五 行星齿轮传动设计行星齿轮传动设计 41 一 任务目标 一 任务目标 41 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 41 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 三 相关知识三 相关知识 41 5 1 配齿计算 42 5 2 装配条件 44 5 3 行星齿轮传动的效率 45 任务六任务六 行星齿轮的受力分析及强度计算行星齿轮的受力分析及强度计算 50 一 任务目标 一 任务目标 50 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 50 三 相关知识 三 相关知识 50 6 6 1 1 行星齿轮的受力分析行星齿轮的受力分析 50 6 6 2 2 行星齿轮传动中轮齿的失效形式和常用齿轮材料行星齿轮传动中轮齿的失效形式和常用齿轮材料 52 6 6 3 3 行星齿轮传动的强度计算行星齿轮传动的强度计算 57 任务七任务七 行星齿轮传动的结构行星齿轮传动的结构 82 一 任务目标 一 任务目标 82 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 82 三 相关知识三 相关知识 82 7 1 中心轮的结构及其支承结构 82 7 2 行星轮的结构 84 7 3 转臂的结构及其支承结构 88 7 4 机体的结构设计 92 任务八任务八 行星齿轮传动设计指导行星齿轮传动设计指导 95 一 任务目标 一 任务目标 95 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 95 三 相关知识 三 相关知识 95 8 1 行星齿轮传动的设计计算步骤 95 8 2 多功能搅拌机行星齿轮传动设计计算示例 97 8 38 3 行星齿轮的传动结构图例行星齿轮的传动结构图例 106 任务九任务九 编写设计算说明书和准备答辩编写设计算说明书和准备答辩 107 一 任务目标 一 任务目标 107 二 任务分析 二 任务分析 107 三 相关知识 三 相关知识 107 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 课题一课题一 一般机械设计一般机械设计 任务二任务二 传动装置的总体设计传动装置的总体设计 一 任务目标 一 任务目标 完成一般机械传动装置的总体设计 正确分析不同方案的优缺点和可行性 并完成电 机的选择和传动装置的基本参数计算 此项实践使读者掌握整体的设计思路 也是正确进 行机械各部件设计计算的前提条件 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 本次实践 以多功能搅拌机总体设计为例 根据已知条件完成 选择二级降速方案 方案一 和行星齿轮传动方案 方案二 进行多功能搅拌机的设 计 选择额定功率 满载转速的交流串激电动机驱动多功能搅拌机 W500min 12000r 以方案一为例 分配传动比分别为 并分别算出各轴的转速 输入功率4 1 i2 2 i 和输入转矩 机械传动装置的总体设计 难点在于方案的确定 运动和动力参数的计算 读者应正 确判断各轴的输入输出关系 合理分配传动比 这是本次实践的关键环节 三 相关知识三 相关知识 拟订传动方案 选择电机 设计总传动比和分配传动比 计算传动装置的运动和动力参数 2 12 1 传动方案分析传动方案分析 2 1 12 1 1 拟定传动方案拟定传动方案 市场上现有家庭用的搅拌机 大都功能单一 或只能打蛋 或只能碎肉 或只能对 胡罗卜等较硬的蔬菜进行切片 本书拟设计多功能搅拌机 集打蛋 碎肉 蔬菜切片等功 能为一体 其传动装置用来传递原动机的动力 变换其运动 以实现搅拌机机预定的工作 要求 是搅拌机的主要组成部分 实践证明 搅拌机的工作性能和运转费用在很大程度上 也取决于传动装置的性能 质量及设计布局的合理 性 市场上现有家庭用的搅拌机 功能单一 传动 装置简单 如图 2 1 所示 本书搅拌机的传动装 置拟由两种方案实现 方案一如图 2 2 所示 对现 有设计方案 即图 2 1 所示方案 进行改进 三 种刀具对应三种转速 打蛋及混合搅拌棒 3 与电动 机输出轴相连 转速最高 在原有传动装置基础上 增加带传动 实现一级降速 碎肉片肉刀 4 完成碎 肉功能 蔬菜片刀 5 经齿 1 壳体 轮传动 实现二级降速 完成疏果切片功能 此方案 2 螺杆 宽度尺寸较大 带传动能起到过载保护的功能 齿轮 3 刀片 采用工程塑料制造 可降低成本 图 2 1 单一功能搅拌机传动运动简图 方案一为传统的设计方案 其缺点是结构比较不够紧凑 体积较大 在此基础上 笔 者连同企业 结合客户的要求 对搅拌机进行创新设计 如图 2 3 方案二所示 采用行星 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 齿轮传动 电动机直接带动中心轮 6 输出 用于搅拌功能 经过行星轮系传动 转臂 H 输 出转速 可通过连接器 2 输出至碎肉刀片 此方案有效地将相关创新原理应用于产品的研 发 实现了一个机构两种转速输出 结构紧凑 体积小 成本低 1 电动机 2 同步齿形带传动 3 搅拌棒 4 碎肉刀 5 削片刀 6 齿轮传动 7 多功能搅拌机 图 2 2 传统多功能搅拌机传动运动简图 11 刀片 可更换 2 连结器 可更换 3 2K H 型单排内外啮合行星轮系 4 电动机 5 散热片 6 主动中心轮 7 行星轮 8 固定中心轮 图2 3 行星轮系实现的多功能搅拌机运动简图 因方案一涉及典型知识点多 对学生综合设计能力的锻炼帮助较大 方案二采用行星 轮系进行创新设计 是新型多功能搅拌机的发展趋势 市场开发价值较大 因此本书针对 两种设计方案 进行设计 传动装置的总体设计包括确定传动方案 选择电动机型号 合理分配各级传动比以及 计算传动装置的运动和动力参数等 为下一步计算各级传动提供条件 设计任务书一般由指导教师拟订 学生应对传动方案进行分析 对方案是否合理提出 自己的见解 传动方案通常由运动简图表示 它用简单的符号代表一些运动副和机构 能显示机器 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 运动特征及运动链 这种简图不仅明确地表示了组成机器的原动机 传动装置和工作机三 者之间运动和力的传递关系 而且也是设计传动装置中各零部件的重要依据 2 1 22 1 2 选择传动机构类型选择传动机构类型 合理地选择传动形式是拟定传动方案时的重要环节 常用传动机构的类型 性能和适 用范围可参阅表 2 1 表表 2 12 1 常用传动机构的性能及适用范围常用传动机构的性能及适用范围 传动机构 选用指标 平带传动V 带传动 同步带 传动 链传动齿轮传动 蜗杆 传动 功率 常用值 kW 小 20 中 100 中 几百 中 100 大 最大 50000 小 5 0 常用值 2 42 42 42 5 圆柱 3 5 圆锥 2 3 10 40 单级 传动 比 最大值 571068580 传动功率查 表 2 2 许用的线速度 m s 25 25 30 50 20 6 级精度直齿 18 非直 齿 36 5 级 精度达 100 15 35 外廓尺寸大大大大小小 传动精度低低高中等高高 工作平稳性好好好较差一般好 自锁能力无无无无无可有 过载保护作用有有有无无无 使用寿命短短中等中等长中等 缓冲吸振能力好好好中等差差 要求制造 安装精 度 低低低中等高高 要求润滑条件不需不需不需中等高高 环境适应性 不能接触酸 碱 油类 爆炸 性气体 好一般 选择传动机构类型时应综合考虑各有关要求和工作条件 例如工作机的功能 对尺寸 重量的限制 环境条件 制造能力 工作寿命与经济性要求等 选择类型的基本原则为 1 传递大功率时 应充分考虑提高传动装置的效率 以减少能耗 降低运行费用 而对于小功率传动 在满足功能条件下 可选用结构简单 制造方便的传动形式 以降低 费用 2 载荷多变和可能发生过载时 应考虑缓冲吸振及过载保护问题 如选用带传动 采用弹性联轴器或其它过载保护装置 3 传动比要求严格 尺寸要求紧凑时 可选用齿轮传动或蜗杆传动 蜗杆传动效 率低 常用于中小功率 间歇工作的场合 4 在多粉尘 潮湿 易燃 易爆场合 宜选用链传动 闭式齿轮传动或蜗杆传动 而不采用带传动或摩擦传动 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 2 1 32 1 3 多级传动的合理布置多级传动的合理布置 多功能搅拌机以及其他许多传动装置往往需要选用不同的传动机构 以多级传动方式 组成 合理布置各种传动机构的顺序 对传动装置和整个机器的性能 传动效率和结构尺 寸等有直接影响 布置传动机构顺序时应注意以下几个原则 1 带传动的承载能力较低 传递相同转矩时 结构尺寸较其它传动形式大 但传 动平稳 能缓冲减振 因此宜布置在高速级 转速较高 在传递相同功率时 转矩较小 2 链传动运转不均匀 有冲击 不适于高速传动 应布置在低速级 3 蜗杆传动可以实现较大的传动比 传动平稳 但效率较低 适于中小功率 间 歇运转的场合 当与齿轮传动同时布置时 最好布置在高速级 使传递的转矩较小 以减 小蜗轮尺寸 节约有色金属 而且有较高的齿面相对滑动速度 以利于形成润滑油膜 提 高效率 延长使用寿命 4 锥齿轮的加工比较困难 特别是大尺寸锥齿轮 一般应放在高速级 以减小其直 径和模数 但需注意 当锥齿轮的速度过高时 此时还应考虑能否达到制造精度及成本问 题 5 斜齿圆柱齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好 常用在高速级或要求传动 平稳的闭式传动 6 开式齿轮传动的工作环境一般较差 润滑条件不好 磨损较严重 寿命较短 应布置在低速级 2 1 42 1 4 分析比较 择优选定分析比较 择优选定 合理的传动方案除了首先应满足机器的工作要求外 还应保证机器的工作性能和可靠 性 具有高的传动效率 工艺性好 结构简单 成本低廉 结构紧凑和使用维护方便等 但同时达到这些要求是不容易的 因此在设计过程中 往往需要拟定多种方案以进行技术 经济分析比较 2 22 2 选选择电动机择电动机 电动机是一种通电后能带动其他机械运转的电器 许多需要转动的家用电器 如电风 扇 洗衣机 吸尘器 搅拌机等都是直接借助电动机的转动而工作 还有很多电器则是利 用电动机的旋转来实现某些特定的功能 如冰箱电动压缩机进行制冷循环 录音机 录像 机 VCD 等是利用电动机转动磁带或光盘从而将磁带上的磁信号或光盘上的光信号通过电 子器件还原成视频信号等等 2 2 12 2 1 电动机类型和结构型式的选择电动机类型和结构型式的选择 在种类繁多的家用电器中 各种家用电器所呈现的机械特性各不相同 有些要求在负 载发生变化时 转速基本不变 有些则要求在负载变化时 转速有较大的变化 有些要求 起动性能好 速度上升快 有些则要求能有一个缓慢升速的过程 因此 随着家用电器的 特性不同 就要求选用不同特性的电动机 所有不同类型的电动机其基本原理都是一样的 但由于供电电源不同 激磁方式不同 电枢结构不同 就使其具有不同的机械特性和起动特性 合理地选配电动机才能使家用电 器的性能和功能达到满意效果 常用的小功率电动机大致有 直流电动机 单相交流电动机 交直流通用电动机三大 类 食品类加工电动器具 用于对肉类 蔬菜 水果 蛋品等进行粉碎 切片 打浆等处 理 其所用电动机为交流串激电动机 具有较软的机械特性 启动转矩大 能适应粉碎 搅拌 打浆等加工要求 在切片 切丝等操作中 电动机受到阻力较小 属于轻载状态 此时高速运转工作效率很高 如果粉碎硬的食物或搅拌粘厚的食品时 电动机运转所受的 阻力甚大 就能自动降速 不会因过载而电流太大 因此在食品加工机中采用交流串激电 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 动机是十分相宜的 由于串激电动机的空载转速甚高 能高达20000r min以上 所以在使用时应避免开空 车 以防止由于转速太快而使电动机或传动机械受到损害 2 2 22 2 2 确定电动机的功率确定电动机的功率 电动机功率的选择直接影响到电动机的工作性能和经济性能的好坏 如果所选电动机 的功率小于工作要求 则不能保证工作机正常工作 使电动机经常过载而提早损坏 如果 所选电动机的功率过大 则电动机不能经常满载运行 功率因数和效劳较低 从而增加电 能消耗 造成浪费 因此 在设计中一定要选择合适的电动机功率 确定电动机功率的原则是电动机的额定功率Ped稍大于电动机工作功率Pd即Ped Pd 这样电动机在工作时就不会过热 一般情况下可以不校验电动机的起动转矩和发热 本设 计中电动机按下述步骤确定 1 工作机所需功率Pw 工作机所需功率Pw由机器的工作阻力和运动参数 线速度和转速 求得 kW 2 1 1000 Fv Pw 或 kW 2 2 9550 w w Tn P 式中 F为工作机的工作阻力 单位为 N v为蔬菜片刀片的线速度 单位为 m s T为工 作机的阻力矩 单位为 N m nw为蔬菜片刀片的转速 单位为 r min v n与刀片直径D mm 之间的关系为 m s 2 3 100060 Dn v 表表 2 22 2 机械传动和轴承效率的概略值机械传动和轴承效率的概略值 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 2 电动机的输出功率Pd 计算传动装置的总效率时需注意 若表中所列为效率值的范围时 一般可取中间值 同类型的几对传动副 轴承或联轴器 均应单独计入总效率 轴承效率均指一对轴承的效 率 蜗杆传动效率与蜗杆的头数及材料有关 设计时应先初选头数并估计效率 待设计出 蜗杆的传动参数后再最确定效率 并核验电动机所需功率 2 2 32 2 3 确定电动机的转速确定电动机的转速 同一类型 相同额定功率的电动机也有几种不同的转速 低转速电动机的级数多 外 廓尺寸及重量较大 价格较高 但可使传动装置的总传动比及尺寸减小 高转速电动机则 与其相反 设计时应综合考虑各方面因素选取适当的电动机转速 可由工作机的转速要求和传动机构的合理传动比范围 推算出电动机转速的可选范围 即 2 6 wnd niiin 21 式中 nd 为电动机可选转速范围 i1 i2 in 分别为各级传动机构的合理传动 种 类效率 种 类效率 自锁蜗杆 油润滑 0 40 0 4 5 弹性联轴器 0 99 0 99 5 单头蜗杆 油润滑 0 70 0 7 5 万向联轴器 3 0 97 0 98 双头蜗杆 油润滑 0 75 0 8 2 万向联轴器 3 0 95 0 97 三头和四头蜗杆 油润 滑 0 80 092 联 轴 器 齿式联轴器 0 99 蜗 杆 传 动 环面蜗杆传动 油润滑 0 85 0 9 5 润滑不良 0 94 一 对 平带无压紧轮的开式传 动 0 98 润滑正常 0 97 一 对 平带有压紧轮的开式传 动 0 97 润滑特好 压力润滑 0 98 一 对 平带交叉传动 0 90 滑 动 轴 承 液体摩擦 0 99 一 对 V 带传动 0 96 球轴承 稀油润滑 0 99 一 对 带 传 动 同步带传动 0 98 滚动 轴承 滚子轴承 稀油润滑 0 98 一 对 焊接链 0 93 卷筒 0 96 片式关节链 0 95 单级圆柱齿轮减速器 0 97 0 98 滚子链 0 96 双级圆柱齿轮减速器 0 95 0 96 链 传 动 齿形链 0 97 减 速 器 行星圆柱齿轮减速器 0 95 0 98 很好跑合的 6 级精度和 7 级精度齿轮传动 油 润滑 0 98 0 9 9 很好跑合的 6 级和 7 级 精度齿轮传动 油润滑 0 97 0 98 8 级精度的一般齿轮传 动 油润滑 0 97 8 级精度的一般齿轮传 动 油润滑 0 94 0 97 9 级精度的齿轮传动 油润滑 0 96 加工齿的开式齿轮传动 脂润滑 0 92 0 95 圆柱 齿轮 传动 铸造齿的开式齿轮传动 0 90 0 9 3 锥齿 轮传 动 铸造齿的开式齿轮传动 0 88 0 92 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 比范围 见表 2 1 上述方法为选择电机的普遍性方法 但在许多企业进行的机械设计 往往并不需要先选 传动比 再确定电机转速 而是根据需要直接选取电机 如在对多功能搅拌机进行设计时 是 由厂家根据经验 直接要求电机转速为某一转速 此时可忽略传动比的选择 根据其它条件 直接选取电机 2 2 42 2 4 确定电动机型号确定电动机型号 由选定的电动机类型 结构 功率和转速查出电动机型号 并记录其型号 额定功率 满载转速 中心高 轴伸尺长 键连接尺寸等 2 2 52 2 5 多功能搅拌机电动机选择示例多功能搅拌机电动机选择示例 以表 1 1 中原始数据 1 为例 将已知数据带入公式 2 1 得 0 46KW 1000 Fv Pw 1000 78 1139 查表 2 1 选同步带传动 1 0 98 深沟球轴承 2 0 99 圆柱齿轮传动 3 0 97 齿式联轴器 4 0 98 则 922 0 43 2 21 根据公式 2 2 知 根据转速要求kWPP Wd 499 0 min 12000rnw 2 32 3 设计总传动比和分配传动比设计总传动比和分配传动比 由选定电动机的满载转速nm和主动轴的转速nw 可得传动装置的总传动比为 2 7 w m n n i 传动装置总传动比是各级传动比的连乘积 即 2 8 n iiii 21 计算出总传动比后 应合理地分配各级传动比 限制传动件的圆周速度以减小动载荷 降低传动精度等级 分配各级传动比时主要应考虑以下几点 1 各级传动的传动比应在推荐的范围内选取 参考表 2 1 2 应使传动装置的结构尺寸较小 重量较轻 3 应使各传动件的尺寸协调 结构匀称合理 避免互相干涉碰撞 传动装置的实际传动比要由选定的齿轮齿数或带轮基准直径准确计算 因而很可能与 设定的传动比之间有误差 一般允许工作机实际转速与设定转速之间的相对误差为 3 5 对于实际设计中的某些机械 若有中间转速要求 则不需要进行传动比的分配 直接计 算传动比即可 2 42 4 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数 2 4 12 4 1 计算传动装置的运动和动力参数确定计算传动装置的运动和动力参数确定 为进行传动件的设计计算 应首先推算出各轴的转速 功率和转矩 一般按由电动机 至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数 将设计方案中各轴从高速轴至 低速轴依次编号 I II III 图 2 2 1 1 各轴转速 各轴转速 nI nm nII nI i1 2 9 nIII nII i2 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 2 2 各轴输入功率 各轴输入功率 对于通用机器常以电动机额定功率Ped作为设计功率 对于专用机器 或用于指定工 况的机器 则常用电动机的输出功率作为设计功率Pd PI Ped PII PI 1 2 10 PIII PII 2 3 3 3 各轴输入转矩各轴输入转矩 TI 9550PI nI TII 9550PII nII 2 11 TIII 9550PIII nIII 2 4 22 4 2 多功能搅拌机传动装置的传动比 运动和动力参数确定多功能搅拌机传动装置的传动比 运动和动力参数确定 多功能搅拌机有中间转速要求 则不需要进行传动比的分配 直接计算传动比 首先应 根据线速度和刀片直径计算转速 再计算传动比 1 计算轴 轴 转速 根据公式 2 3 知 nmin 3000 15014 3 2410601060 33 r D v nmin 1500 15014 3 1210601060 33 r D v 2 计算传动比 4 1 i n nw 3000 12000 2 2 i n n 1500 3000 3 各轴输入功率 对于通用机器常以电动机额定功率Ped作为设计功率 对于专用机器 或用于指定工 况的机器 则常用电动机的输出功率作为设计功率Pd PI Ped 0 5 kW PII PI 1 0 5 0 98 0 49 kW PIII PII 2 3 0 47 kW 4 各轴输入转矩 TI 9550PI nI 0 40 N m TII 9550PII nII 1 56 N m TIII 9550PIII nIII 2 99 N m 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 任务三任务三 传动零件的设计计算传动零件的设计计算 一 任务目标 一 任务目标 通过本次实践 要求学生能独立完成一般机械传动零件的设计计算 包括带传动 齿 轮传动设计及强度计算等 为使设计多功能搅拌机的原始条件比较准确 一般先计算外传 动件 如带传动 链传动和开式齿轮传动等 然后计算机械的内传动件 此项实践将直接 影响下一步轴系结构的设计计算 二 项目及设计总领 二 项目及设计总领 本次实践 以多功能搅拌机传动零件的设计计算为例 根据已知条件完成 同步带传动设计 工程塑料齿轮传动设计 机械传动零件的设计计算 难点在于同步带的设计计算方法不同于普通 V 带的设计计 算方法 工程塑料齿轮的设计计算也不同于金属材料的设计计算方法 通过此次任务 能 够大大提高读者查阅文献 识图读表的能力 三 相关知识三 相关知识 选择联轴器的类型和型号 设计多功能搅拌机带传动零件 设计多功能搅拌机齿轮传动零件 3 13 1 选择联轴器的类型和型号选择联轴器的类型和型号 3 23 2 设计多功能搅拌机带传动零件设计多功能搅拌机带传动零件 啮合型带传动 也称同步带传动 它是依靠同步带上的齿与带轮齿槽之间的啮合来传 递运动和动力的 同步带传动兼有带传动和啮合传动的优点 既可保证传动比准确 也可 保证较高的传动效率 98 以上 适应的传动比较大 可达 10 且适应于较高的速度 带速可达 50 m s 其缺点在于同步带及带轮制造工艺复杂 安装要求较高 同步带传动主要用于中小功率 传动比要求精确的场合 如搅拌机 打印机 绘图 仪 录音机 电影放映机等精密机械中 3 2 1 选用圆弧齿同步带传动 1 确定设计功率Pd Pd KAP kW 3 1 式中 KA为工作情况系数 查表 3 1 表表 3 13 1 工作情况系数工作情况系数K KA A 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 注 对增速传动 须将下列数字加进本表的KA中 R 1 1 24 0 R 1 25 1 74 0 10 R 1 75 2 49 0 20 R 2 50 3 49 0 30 R 3 50 0 40 对带型为 14M 和 20M 的传动 当n1 600r min 时 应追加系数 加进KA中 如下 n1 200 r min 0 3 n1 201 400 r min 0 2 n1 401 600 r min 0 1 对频繁正反转 严重冲击 紧急停机等非正常传动 需视具体情况修正工作情况系 数 2 选择带型 按n1和Pd 由图 3 1 选择带型 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图图 3 13 1 选型图选型图 3 计算传动比 i n1 n2 3 2 4 确定带轮直径 表表 3 23 2 3M3M 带轮的基本尺寸带轮的基本尺寸 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 5 选择带的节线长度LP和确定实际中心距a 由设计任务初定中心距 计算带的初定节线长度L0 3 3 0 2 12 1200 4 57 1 2 a dd ddaL 查表 3 3 选取节线长LP 齿数 长度代号 表表 3 33 3 3M3M 圆弧齿同步带长度系列圆弧齿同步带长度系列 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 实际中心距 mm 3 4 1632 2 12 2 ddMMa 其中 mm 3 5 12 28 6 4ddLM p 6 确定中心距调整下限I和调整上限S 中心距范围为 a I a S mm I和S值见表 3 4 7 确定带长系数KL 带长系数KL由表 3 5 查取 8 确定啮合齿数系数KZ 啮合齿数 3 6 6 6 5 0 1 12 Z a dd entZm 啮合齿数系数 Zm 6 KZ 1 Zm 6 KZ 1 0 2 6 Zm 3 7 表表 3 43 4 中心距安装量中心距安装量 I I 和调整量和调整量 S S 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 表 3 5 带长系数 KL 9 确定带的基本额定功率P0 3M 带型的最小宽度推荐用基本额定功率P0 见表 3 6 10 带的额定功率Pr kW 3 8 0 PKKKP WZLr 带宽系数 3 9 14 1 0 s s W b b K 11 确定带和带轮的宽度 按Pd Pr原则选择带的宽度bs 则 3 10 14 1 0 0 PKK P bb ZL d ss 表 3 6 3M 6mm 宽 基本额定功率 P0 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 表 3 7 带的基本宽度 bs0 表 3 8 带宽尺寸 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 表 3 9 带轮宽度尺寸 12 计算压轴力Q 压轴力Q示意图 3 2 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图 3 2 带传动的压轴力 带的紧边张力F1和松边张力F2分别由下式计算 N 3 11 vPF d 1250 1 N 3 12 vPF d 250 2 m s6000 11n dv 压轴力 N 3 13 21 FFKQ F 当工作情况系数KA 1 3 时 N 3 14 21 77 0 FFKQ F KF为矢量相加修正系数 据小带轮包角 1查图 3 3 而得 3 15 3 57180 12 1 a dd 图 3 3 矢量相加修正系数 按上述步骤计算得 1 130 KF 0 926 v 108 m s F1 8 68N F2 1 74N Q 7 43N 13 带的张紧 计算带安装时应保证的挠度f 图 3 4 以使带产生适当的张紧力 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 mm 3 16 2 122 2 dd at mm 3 17 64tf 则f 0 83 图 3 4 带安装时的挠度 施加表 3 10 规定的安装力G 调整中心距 使其挠度f与计算值一致 表表 3 103 10 安装力安装力G G 3 2 2 选用圆弧齿同步带传动 1 确定设计功率Pd 根据公式 3 1 Pd KAP 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 式中 KA为工作情况系数 查表 3 1 选取多功能搅拌机工作情况系数KA 1 5 则Pd KAP 1 5 0 5 0 75 kW 2 选择带型 按n1和Pd 由图 3 1 选择带型 由n1 12000r min Pd 0 75 kW 选择 3M 型带 3 计算传动比 i n1 n2 4 4 确定带轮直径 初选小带轮齿数Z1 18 大带轮Z2 iZ1 72 由表 3 2 查得 d1 17 19mm d2 68 75mm da1 16 43mm da2 67 99mm 5 选择带的节线长度LP和确定实际中心距a 由设计任务初定中心距a0 55mm 根据公式 3 3 计算带的初定节线长度L0 257mm 0 2 12 1200 4 57 1 2 a dd ddaL 查表 3 3 选取节线长LP 264mm 齿数 88 长度代号 264 根据公式 3 4 实际中心距 mm 1632 2 12 2 ddMMa 其中 mm 12 28 64ddLM p 经计算得中心距为 59mm 6 确定中心距调整下限I和调整上限S 中心距范围为 a I a S mm I和S值见表 3 4 结果为 57 98 59 76mm 7 确定带长系数KL 带长系数KL由表 3 5 查取 KL 1 00 8 确定啮合齿数系数KZ 啮合齿数 3 6 6 6 5 0 1 12 Z a dd entZm 啮合齿数系数 Zm 6 KZ 1 Zm 6 KZ 1 0 2 6 Zm 3 7 9 确定带的基本额定功率P0 3M 带型的最小宽度推荐用基本额定功率P0 见表 3 6 查得 0 332 kW 10 带的额定功率Pr kW 3 8 0 PKKKP WZLr 带宽系数 3 9 14 1 0 s s W b b K 11 确定带和带轮的宽度 按Pd Pr原则选择带的宽度bs 则 3 10 14 1 0 0 PKK P bb ZL d ss bs0查表 3 7 等于 6 经计算bs 12 表 3 8 中选择标准带宽 15mm 并从表 3 9 中确 定带轮宽度bf 16 3mm bf 20 0mm 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 12 计算压轴力Q 带的紧边张力F1和松边张力F2分别由下式计算 根据公式 3 11 8 68NvPF d 1250 1 根据公式 3 12 1 74N vPF d 250 2 108 m s 6000 11n dv 根据公式 3 13 当工作情况系数KA 1 3 时 7 43N 3 14 21 77 0 FFKQ F KF为矢量相加修正系数 据小带轮包角 1查图 3 3 而得 根据公式 3 15 130 3 57180 12 1 a dd 13 带的张紧 计算带安装时应保证的挠度f 图 3 4 以使带产生适当的张紧力 根据公式 3 16 mm 2 122 2 dd at 根据公式 3 17 mm 64tf 则f 0 83 图 3 4 带安装时的挠度 施加表 3 10 规定的安装力G 调整中心距 使其挠度f与计算值一致 3 3 设计齿轮传动零件 考虑到节省成本等因素 某些设计传动方案一中 齿轮可采用尼龙材料 3 3 1 MC 尼龙齿轮设计计算 1 MCMC 尼龙齿轮是金属等齿轮的替代品 MC 尼龙兼有耐疲劳 抗冲击和耐磨等性质 使其在齿轮应用上极受欢迎 已成功地应 用在直齿轮 蜗轮 斜齿轮和螺旋齿轮上有 25 年的历史 今天在各行业 MC 尼龙齿轮正 不断地替代钢材 木材 铜材 铸铁 酚醛 MC 尼龙齿轮有如下优点 1 运行噪音低 2 无润滑运行 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 3 比传统的金属齿轮惯性低 4 耐腐蚀性 尽管 MC 尼龙齿轮的强度明显比相应的金属齿轮低 由于它的低摩擦性和低惯性 以及热塑性塑料齿轮轮齿的弹性 弯曲 在很多应用上可以直接替代金属 尤其是非铁金 属 铸铁和未经淬硬处理的钢材 2 直齿轮的设计 步骤 1 获得需要的应用数据 模数 P 齿数 N 压力角 PA 齿宽 f 英寸 输 入速度 n RPM 输入扭矩 Ti 或 输入马力 HPI 步骤 2 获得推导数据和修正系数 节圆直径 DP N P 齿形系数 y 屈服应力 Sb 工作寿命系数 CS 速率因素 CV 材料强度因素 Cm 温度修正系数 CT 环境温度 100oF CT 1 100oF 环境温度 200Of CT 1 1 1 T 100oF 这里 0 022 对应 MC 尼龙 0 004 对应尼龙 101 0 010 对应聚甲醛 步骤 3 用公式 3 18 或 3 19 计算最大扭矩或马力 TMAX DPSbfyCs Cv Cm CT 2m 3 18 HPMAX DPSbfyn CS CV Cm CT 126000 P 3 19 步骤 4 将最大力矩 TMAX 和最大马力 HMAX 与已知塑料齿轮的输入力矩 Ti 和马力 Hi 比较 Ti 必须小于或等于 TMAX 或 Hi 必须小于或等于 HMAX 如塑料齿轮的 Hi 和 TI 超过 TMAX 和 HMAX 选另外一种材料或另一分度圆直径和齿厚 按照新的材料修正系数重新计算 5 装 配 MC 尼龙非常适合制造批量比较小例如 500 件 的大型齿轮 首先浇铸成毛坯件 然后 机械加工成制品 其过程与金属齿轮的加工相似 这里提供改进 MC 尼龙直齿轮适用性的方法 通常采用一系列的技术来保证齿轮与轴之 间的固定 包括 1 传递的力矩较低时 通过开键槽或滚花軸进行压配 2 对于较便宜的低力矩齿轮 可用螺丝固定 3 对于数量较少的驱动齿轮 通过螺栓沿齿宽连接一个金属轮毂固定 4 传递的力矩较大时 采用机械式开键槽固定 键槽倒圆角后要比方形更好地消除 拐角处的应力集中 最小的拐角键槽面积计算公式如下 A 63000H nrSk 这里 A 键槽面积 H 传递马力 n 齿速 rpm 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 r 平均键槽半径 Sk 最大允许的键槽应力 见表 3 11 表 3 11 连续工作齿轮的最大允许键槽应力 Sk 材 料 Sk 2 MC 尼龙 二硫化钼 105 6 MC 尼龙 140 8 尼龙 6 6 105 6 酚醛塑料 140 8 UHMW PE21 1 如果从上面公式确定的键槽尺寸不实用 那么应采用带键的法兰式轮毂和检查板 检 查板用螺栓连接在齿轮上 螺栓处于特别的节圆半径上 所需螺栓数量及其直径按下面公 式计算 最少螺栓数目 63000HP n r1A1Sk r1 螺栓的节圆半径 A1 螺栓的投影面积 螺栓直径 X 与螺栓接触的齿宽 在装齿轮时不要过度拧紧螺栓 以免齿轮在正常运转状况下 因材料膨胀导致齿轮破 裂或者螺栓被剪断 而且 尽管尼龙垫圈的使用效果较满意 但我们推荐使用杯形垫圈或 相似产品 6 设计要点 在设计 MC 尼龙齿轮时 不仅要考虑材料的许用应力 还要考虑它的形变因素 1 塑料齿轮和金属齿轮相配合时 散热性和其他性能最理想 当全为塑料齿轮系统 运行时 建议使用不相同的材料 如尼龙和酚醛塑料 2 因磨擦热和环境条件的变化 塑料比金属热膨胀系数高许多 塑料齿轮需要足够 的齿隙 建议齿隙的大小用下列公式计算 当齿数为 35 以下时 齿隙 0 06 0 1 P 模数 当齿数为 35 以上时 齿隙按照 HACHMAN 提出的实验公式计算 3 整个齿根都倒圆角 压力角 200 的齿轮 其屈服强度比 14 50 压力角的齿轮得 到极大提高 其负荷能力比后者增加 15 或者在同等条件下延长其使用寿命 3 5 倍 4 在满足负荷情况下 考虑选择最小齿的设计 这样使高速运行产生的齿热最少 5 为了使齿轮具有更高的扭矩 可以考虑将机械加工的钢件直接铸造在齿轮里 6 在所提供的环境因素诸如温度 湿度和化学条件下 MC 尼龙齿轮通常优于其它 工程塑料 材料的选择既取决于环境也取决于操作运行条件 7 MC 尼龙的使用温度极限约 120 当摩擦热引起的温度上升超过此极限时 齿轮 将无法正常工作 如负载不变时 摩擦热随着齿轮转速的增高而增大 极限情况下甚至导 致齿牙表面熔融 因此 我们建议 MC 尼龙齿轮的最大线速度应该限制在 25 m s 以内 表 3 12 齿形系数 齿 数 141 2 20 标准齿20 低齿和螺旋齿 120 3550 4150 496 140 3990 4680 540 15 0 566 160 4300 5030 578 17 0 5120 587 180 4580 5210 603 19 0 5340 616 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 200 4800 5440 628 220 4960 5590 648 240 5090 5720 664 260 5220 5880 678 280 5350 5970 688 300 5400 6060 698 340 5530 6280 714 380 5660 6510 729 430 5750 6720 739 500 5880 6940 758 600 6040 7130 774 750 6130 7350 792 1000 6220 7570 808 1500 6350 7790 830 3000 6500 8010 855 齿条 0 6600 8230 881 3 3 2 标准直齿圆柱齿轮的基本参数 根据其渐开线及其传动性质可知 标准直齿圆柱齿轮的基本参数有五个 齿数 Z 模 数 m 压力角 齿顶高 ha 和顶隙系数 C 在确定上述基本参数后 齿轮的齿形及集合尺寸 就完全确定了 齿数 z 轮整个圆周上齿轮的总数 在啮合齿轮副中 小齿轮和大齿轮分别用 z1 和 z2 表示 模数 m 圆上的齿距 p 与圆周率 无理数 的比值 即 m p 3 22 模数 m 是齿轮的一个基本参数 其单位为 mm 毫米 因齿距 p m 若其模数 m 增大 则齿轮的齿距 p 就增大 齿轮的轮齿及各部分尺寸均相应地增大 为了齿轮的 设计 制造和测量工作的标准化 模数 m 的数值已标准化 渐开线圆柱齿轮模数可参 见表 4 1 表 3 13 渐开线圆柱齿轮模数 GB 1357 1987 mm 第一系列 11 251 522 534 第二系列 1 752 252 75 3 25 3 5 3 75 第一系列 568101216 第二系列 4 55 5 6 5 79 11 14 第一系列 2025324050 第二系列 1822283645 注 1 对些斜齿轮是指发向模数 mn 2 应优先采用第一系列 括号内的模数尽可能不用 在此应该指出 由于在齿轮的不同圆周上 其齿距 p 不相同 故其模数 m 也是不同的 只有分 度圆上的模数 m 是标准值 因齿轮分度圆的周长为 d zp 即得 d zp 再由 4 1 式可得齿轮的分度圆 直径为 d mz 3 23 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 上式表示 当给定一个齿轮的模数 m 和齿数 z 齿轮的分度圆直径 d 就确定了 压力角 国家标准 GB 1356 1988 规定 分度圆压力角 20 度 即该 压力角等于基准齿形角 因此 齿轮的分度圆应当定义为 齿轮上具有标注模数 m 和标准压力角 a 20 的 圆称为分度圆 因为 d db cos 式中基圆直径为 db cos 3 24 由公式 3 24 可见 当齿轮的分度圆直径 d 确定后 如果再规定渐开线在分度 圆上的压力角 的数值 则基圆直径 就确定了 而齿轮的渐开线形仅取决于基圆的大 小 齿轮高系数 ha 按 GB 1356 1988 规定 正常齿 ha 1 短齿 0 8 顶隙系数 C 按 GB 1357 1988 规定 正常齿 C 0 25 短齿 C 0 3 一对渐开线圆柱直齿轮的正确齿和条件是 两尺轮的模数 m 相等 分度圆压力角 相等 即 m1 m2 m 1 2 3 25 对于渐开线圆柱斜齿轮 童长勇分度圆柱的螺旋角 简称螺旋角 表示斜齿轮 轮齿的倾斜程度 为了减少齿合传动的轴向力 斜齿轮的螺旋角一般不宜过大 通常 取 8 20 车辆和坦克等齿轮箱中采用的斜齿轮有时可取 20 35 由于斜齿轮的轮齿为螺旋形 在垂直于螺旋线方向的剖而 即法而上 其上的齿 形与端面上的齿形不相同 因此 斜齿轮有两种参数 法面参数和端面参数 各参数 在法面上和端面上的关系如下 法面模数 mn 与端面模数 mt 的关系为 mn mtcos 3 26 法面压力角 a 与端面压力角 t 的关系为 Tan a tan tcos 3 27 因法面齿顶高与端面齿顶高是相等的 即 ha hanmn hatmt 仿上 它们的齿根高 hf 也是相等的 即 hf han Cn mn hat Ct mt 所以 法面齿顶高系数 han 与端面齿顶高系数 hat 的关系为 han hat cos 3 28 仿上 法面顶隙系数 Cn 端面顶隙系数 Ct 的关系为 Cn Ct cos 3 29 采用滚齿刀加工斜齿轮时 滚齿刀的进刀方向垂直于轮齿法面 所以 一般规定 斜齿轮的法面参数 mn n han 和 Cn 为标准值 并与直齿轮的参数标准值相同 所 以 斜齿圆柱齿轮的分度圆为发向模数 mn 法向压力角 n 均为标准值的基准圆 一对斜齿轮要正确齿合 除了应满足直齿轮的两个条件 mt2 mt1 和 t1 t2 外 还应使其螺旋角 相匹配 所以 斜齿轮的正确啮合条件为 mn1 mn2 mn n1 n2 n 1 2 3 30 式中 斜齿轮的螺旋角 一般取 8 20 内啮合传动取 号 外 啮合传动取 号 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 mn 斜齿轮的法面模数 应取标准值 n 斜齿轮的法面压力角 应取标准值 表 3 14 标准圆柱齿轮传动的几何尺寸计算公式 计算公式 序号名称 直齿轮斜齿轮 1 模数 m m 取标准值 mt mt cos mn 取标准值 2 压力角 取标准值 1 arctan tan cos n 取标准值 3 分度圆直径 d d1 mz1 d2 mz2 d1 mtz1 mnz1 cos 1 d2 mtz2 mnz2 cos 2 外啮合 ha1 ha2 mha m ha1 ham mn 4 齿顶高 ha 内啮合 ha1 ham m ha2 ha h m 1 7 55 z2 m ha2 han han mn 1 7 55cos3 z2 m n 5 齿根高 hf hf ha C m 1 25m hf han Cn mn 1 25mn 6 全齿高 h h ha hth ha hf 7 齿顶圆直径 dn da1 d1 2ha da2 d2 2ha da1 d1 2ha da2 d2 2hf 8 齿根圆直径 df df1 d1 2hf df2 d2 2hf df1 d1 2hf df2 d2 2hf 9 基圆直径 db db1 d1 cos db2 d2 cos db1 dcos t db2 d2cos t 10 中心距 a a 1 2 d2 d1 1 2 z2 z1 m a 1 2 d2 d1 mn 2cos z2 z1 11 齿顶圆压力角 a a1 arccos d