【《某剪草机的详细结构设计案例》4800字】

某剪草机的详细结构设计案例1.1传动零件的设计1.1.1齿轮机构的设计1根据以上的设想选定齿轮的参数1）根据图片1所展示传动的方案,我们所设计的齿轮所受的轴向力不会很大,所以我们可以采用直齿圆柱齿轮来作为剪草机的传动方式,这样它的制作会简单一些，能降低一些成本。2）由于该割草机在其工作的时候速度比较低,设计最终选取8级精度的齿轮精度等级。3）考虑到齿轮的失效形式，在齿轮齿面的选择方面需要确保其具备良好的抗塑性变形能力，并确保其具备良好的抗断裂、抗磨和抗点蚀等特点。总得来说，齿轮的齿面不仅需要有着足够硬度，其齿心的强度也需要较高。例如：齿轮若采用正火碳钢工艺加工制造，则其实际应用范围会得到限制，在不考虑其毛坯制造方法的前提下，该齿轮也仅局限于对抗冲击与载荷要求较低的应用场景。如果在其他条件下，这种材料的齿轮会因为承受不住而断裂；在抗冲击荷载要求相对一般的应用场景下，调质碳钢工艺下加工制造的齿轮足以适用，而在抗冲击荷载要求相对较高的应用场景，合金钢加工制造的齿轮足以适用。30HBs-50HBs左右的齿轮齿面硬度通常为金属加工制成【5】，在割草机工作时,可以看出割草机对齿轮材料的要求不是很高,因此我们选择铸钢来作为我们此机器中齿轮的材料。2齿轮尺寸的设计考虑到齿轮的磨损对其初始性能的影响，所以在选用半开式齿轮传动时，需要选择齿数较少的齿轮。在正常情况下一般可以选取Z=16~20。在本次的设计中按照需求假设选取的小齿轮得齿数z=20,设计这个割草机的传动比u=2.05，则选取的大齿轮的齿数Z2=uZ1=41,故而大齿轮齿数取Z2=41。据调查，发动机剪草机在正常工作情况下，转速是2800r/min。通常情况下，人们正常行走的速度大约是1.2m/s，一步的距离大约是50-80cm不等，这个需要考虑的每个人的不同情况，所以考虑到割草在运动时的实际情况,取0.8m/s，经过齿轮组成的增速机构，使得滚刀达到除草的速度。由以上几个数据可知，选取430mm左右的齿轮后轮直径最佳，该类型的齿轮有着38.4r/min的平均转速。在这里通过查找机械设计的手册可以得知，橡胶轮胎在其正常运动的时候，其轮胎对土路的滚动摩擦力臂大约为10-15mm。由此数据按照我们的设计需要，此割草机的质量应该不大于50千克,所以车轮沿地面的最大滚动阻力矩为T=NK=50×10×15=7500N·mm。假设此割草机在正常使用时可以使用的寿命为8年。3轴Ⅰ和轴Ⅱ上的齿轮1和齿轮2的设计基本参数Z1=20Z2=41u=2.05⒈根据齿面的接触强度进行设计根据计算公式计算【6】,即≥（1）1）根据上面的公式试着确定公式里的各种数值（1）选择载荷系数（2）计算小齿轮的转矩T1=0.985T=0.985×7500=7387.5N/mm（3）齿宽系数（4）材料弹性影响系数（5)通过公式，可以得到小齿轮的接触疲劳强度极限约为；大齿轮的接触疲劳强度极限约为（6）齿面应力循化次数的计算：（7）通过查找机械设计手册可以得到齿轮的接触疲劳寿命系数;（8）轮齿面接触疲劳的应力计算：可以取失效概率为1%,正常工作时的安全系数为S=1,经过计算可以得到2）计算（1）在割草机中小齿轮的分度圆直径计算完成后，在接触疲劳的许用应力代入计算结构，明确其最小应力值：≥（2）（2）根据上面的公式，我们来计算齿轮圆的齿宽以及在其运动时的圆周速度：V=0.045m/sb=22.5mm（3）计算齿轮的模数模数m=d1t/Z=22.5/20=1.125mm（4）计算齿面的载荷系数由速度V=0.045米每秒,机械传动为7级精度,可以查找得到动载系数为Kv=1假设＜100N/mm,可以经过查找得到;其使用系数为KA=1.25机械传动为7级精度的小齿轮对称支撑布置,；因为齿高为8.89,，经过计算可以得到；故齿轮的载荷系数为K=1.952.根据齿根的弯曲疲劳强度进行校核齿根的弯曲疲劳强度设计公式一般为≥（3）1）根据上面的公式试着确定计算公式里的各种数值（1）小齿轮弯曲疲劳极限为；大齿的弯曲疲劳极限为；（2）经过查找可以得到齿轮的弯曲疲劳寿命系数为；;（3）计算齿轮弯曲疲劳的许用应力S=1.4,经过计算可以得到（4）计算齿根的载荷系数经过计算可以得到K=1.875（5）经过查找可以得到齿形系数为；（6）经过查找可以得到应力的校正系数为,;（7）根据以上数值来计算小齿轮和大齿轮的并将结果进行比较，可以得到：由此可见，大齿轮的数值大于小齿轮的数值2）设计计算≥（4）由上面的几个数值可以看出,为满足实际应用需求，22.5毫米为小齿轮的分度圆的最小直径，模数需要超过1.011.实际中，考虑到轴强度与加工因素，m=6.51.齿轮几何尺寸的计算1）依据公式计算大小齿轮的分度圆直径由于齿轮的分度圆直径不能取小数点，所以d2=266mm2）依据公式计算大齿轮于小齿轮的中心距3）依据公式计算齿轮的宽度所以取B1=136mm,B2=130mm。4）依据公式计算大齿轮和小齿轮的齿顶圆直径5）依据公式计算大齿轮和小齿轮的齿根圆直径一般情况下，齿轮的结构通常与它的制造工艺，几何尺寸和材质有关系,正常情况下为多锻坯或者是模铸坯，若400毫米为齿轮的毛坯直径时，就可以考虑铸造毛坯；若齿根直径过于小，为了避免接合槽处轮毂因为过于薄弱而失去应该有的效果,需要确保齿轮的一体化加工。总得来说，160毫米为小齿轮的齿顶圆直径的最大数值。如下图2所示：图2齿轮的结构形式图图3小齿轮的形状结构图图4大齿轮的形状结构图1.1.2链轮机构设计链条驱动主要用于可靠的工作,两个轴距离遥远的地方,以及其他场合,齿轮驱动器不合适。滚子链是最广泛使用的,牙齿链具有复杂的结构,高价格和难以制造,因此我们在设计的时候采用滚子链驱动器。为确保齿轮的良好的耐磨性与强度，链轮的材质选择至关重要，又因为小链轮齿的啮合所需要的时间远远超过大型链轮齿的啮合所需要的时间时间,并且冲击也会比大型链齿轮严重,所以采用较好的材料加工制造小链轮最佳。总得来说，35钢与20钢分别为大、小链轮的最佳合成材料。1.选择小链轮和大链轮的齿数假定v=0.6到3m/s为滚子链的链速，Z1=17为小链轮的齿数最佳，而大链轮得齿数。计算其功率Pca经过机械设计手册可以查得其工作情况系数KA=1,前面计算出T1=7387.5N/mm，所以(5)计算滚子链链条的链节数LP确定初定中心距a0=17P,所以它的链节数为经过计算取LP=80节确定滚子链的中心距a和链长L滚子链的中心距减少量滚子链的实际中心距根据计算，所以取验算滚子链的链速与开始设想的相符。计算小链轮的毂孔dk经过查找机械设计手册可以得到小链轮的毂孔的许用最大直径为45毫米。链轮的几何尺寸计算1）计算大链轮与小链轮的分度圆直径2）计算大链轮与小链轮的齿顶圆直径经过计算，所以取经过计算，所以去3）计算链轮的齿根圆直径图5小带轮的形状结构图图6大带轮的形状结构图1.1.3轴的设计1.轴材料的选择一般情况下，合金钢与碳钢为常见的轴材料，锻钢与多轧钢为钢轴的主要合成材料，而有一些确是可以直接拿来用的。在机械研发的领域中，碳钢普及应用程度相对更高，在碳钢中45号钢是被人们广泛使用的。合金钢相较于碳钢而言，其淬火性与力学性能优势突出。因此，当需要输送大功率的时候,为增强轴颈的耐磨性，确保其能够适用于高温或低温的应用场合，其质量与尺寸需要相对缩减。其中，合金钢是常见的轴颈加工制造材料。考虑的轴的力学性能以及主要原材料，并结合此次设计的实际情况,割草机所受的载荷较小并且转速很低，所以三个轴的材料均可以选择用45号钢。2.轴的结构设计轴的结构设计主要包括轴的所有尺寸结构以及轴的合理形状。以下为决定轴结构的主要因素：第一，实际中轴的安装位置以及形式；第二，轴的数量、尺寸与类型等因素；第三，分布，性质与方向；第四，轴的结构形式和其加工工艺都会因为具体的情况而有所不同,实际中的标准结构形式还未统一，所以在设计时必须考虑到一切可能发身生的情况进行具体的分析,需要确保其在实际安装与拆装时的便捷【7】。在选取轴的时候，所应用材料为45号钢经过调质处理的。依据轴上零件的制造工艺，安装以及定位轴向,轴肩、套筒、轴向端部固定件与轴承端盖是明确轴部件轴向定位的主要依据。肩部定位肩部和非定位轴肩部。肩部位置是最简单，最靠谱的一种方法,但是肩部位置不仅会增加轴的直径，并且轴肩会发生截面突变而使应力变得集中,,而且肩不定位非常浪费时间，也不利于加工。所以,在轴向力特别大的情况下主要采取肩部定位的方法。套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需要开槽和切制螺纹，不会影响轴的疲劳强度,用于两个零件之间的定位。为了避免轴上零件与轴间的旋转产生，通常以圆周定位轴零件实现。其中，紧定螺钉为常用的圆周定位零件，但其仍存在一定缺陷。即，适用面较窄，仅适用于较小传力场合。通常来说，我们在设计的时候采用标准直径用来满足我们所设计的有配合要求的轴端设计。在这里，轴径是作为一个标准件的安装位置，所以我们在安装的时候需要与其相对应的标准值来对它进行安装。为了使轴承、齿轮等其它零件的装配更为方便，为了避免配合面上的伤痕,我们在装配轴段前应该选择比较小的直径,为了使零件与轴相匹配,便于装配[9]。综上所述，以下为相关轴结构尺寸的设计内容：（1）轴1的设计1）根据公式求出作用在轴1上的齿轮2的力有公式得T=7500N/mm,所以Ft2=2T/d2=2×7500/266.5=56.3N（）因此结果,可以知道轴所承受的力非常小(6)2）根据公式初步确定轴的最小直径经过查找机械设计手册可以得到,取=112,根据公式dmin=A0=112×=10.3mm所以在这里轴的最小直径的取值为20mm。.3）依据轴向定位的要求来确定轴的每一段长度与直径1.在车轮的设计方面，根基据设计的需要可以选取M16的螺母定位与用套筒定位，来满足我们这次设计的实际轴向定位需求。2.滚动轴承。按照我们的设计需要，应该选择深沟球轴承来满足我们这次的设计需求。在其设计的过程中，因为所选的轴的最小直径为20mm，以GB/T276-1994国家级标准为原则，结合实际工作需求，确立单列深沟球轴承6004为设计轴承。经过我们的分析与讨论，我们决定选择套筒定位的方法应用在此机器轴承的内部，这样可以方便我们安装挡油环的需求，在外部我们决定选择采用轴承端盖定位的方法。除此之外，考虑到过渡配合确保周向定位因素，所以在轴承安装的轴承架方面以m6为轴的直径尺寸公差。L2-3=L8-9=12mm。1.由于齿轮的配合原因，所以直径d3-4=25mm,取L3-4=137mm。4.取安装齿轮处的轴段直径d5-6=30mm,L5-6=128mm;齿轮的右端采用轴端定位，直径为d6-7=30mm,L6-7=10mm;齿轮左端采用圆螺母定位，取用M27圆螺母，螺纹L4-5=20mm。5.d7-8=d3-4=25mm,L7-8=145mm6.轴承端盖采用M5的螺钉固定，轴承端盖宽度为20mm，取L1-2=L9-10=60mm.确定了轴1的各段直径和长度后，初步确定轴1的结构图。图7轴1的结构设计轴2的设计安照轴1的结构设计求出作用在轴2上齿轮1的力T1=7387.5N/mmFt1=2T1/d1=2×7387.5/130=111.7NFr1=Ft1tanα=111.7×tan20=41.4NP1=T1n1/9550=7387.5×0.64×64×2.4/9550=71.3N初步确定轴的最小直径取A0=112，dmin=A0=112×=10.3mm考虑到开键槽及加工工艺，所以取dmin=20mm。3）依据轴向定位的要求来确定轴的每一段长度与直径初步选定滚动轴承，根据轴1的设计原理，取L1-2=L9-10=13mm。L2-3=L8-9=10mm，d2-3=d8-9=21mm。3-4段和7-8段是安装大链轮的轴端，取直径为30mm，长度为10mm，左右两端分别为轴肩定位和套筒定位，所以d4-5=d6-7=40mm,L4-5=119mm,L6-7=132mm。5-6段为小齿轮，左端用圆螺母定位，右端用轴肩定位，圆螺母取M42，长度为25mm，轴肩直径是52mm，长度为10mm。确定轴2的各段长度后，初步确定轴2的结构图。图8轴2的结构设计轴3的设计参照轴1，轴2可以得出，取轴3的dmin=20mm也满足要求。依据轴向定位的要求来确定轴的每一段长度与直径取L1-2=L9-10=13mmL2-3=L6-7=10mm，d2-3=d6-7=21mm3-4段与7-8段是安装小链轮轴端，故直径为30mm，长度为10mm，均用套筒定位4-5段为安装滚刀处，选用套筒定位，d4-5=32mm,L4-5=420mm确定轴3的各段长度后，初步确定轴3的结构图。图9轴3的结构设计1.1.4轴的校核.按第三强度理论进行校核