【《某沙滩垃圾清理车的传动装置的确定设计计算案例》5700字】

某沙滩垃圾清理车的传动装置的确定设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u14702某沙滩垃圾清理车的传动装置的确定设计计算案例 14895第一章课题来源 17504第二章整体结构的设计与确定 1193592.1翻沙模块的方案确定 2250882.2拾取筛分模块的方案确定 2253842.3确定移动模块 2231022.4平整沙子模块的确定 228415第三章传动装置的确定与设计 4178243.1放置和选择动力源 4149123.2减速装置的设计与计算 433963.3减速器设计 5292433.3.1计算相关参数 559493.3.2设计和计算齿轮 688813.3.3设计齿轮的结构 16282523.4轴的设计过程 17268713.4.1计算各轴的设计强度 18105573.4.2设计各轴的结构 18157013.4.3轴的校核过程 2048033.5轴承的校核 22276603.6键的校核过程 24第一章课题来源任务书第二章整体结构的设计与确定机械结构部分总体设计方案。本机采用模块化设计理念，分为四大模块：翻沙模块，拾取筛分模块，移动模块，平整沙滩模块。2.1翻沙模块的方案确定通过对翻沙这一动作进行的模拟与研究，发现翻沙和翻土存在很多相似之处，所以决定采用农业上的一种翻土工具“犁”，以实现翻沙效果。以下表格是对犁进行初步的选择：犁的分类铧式犁圆盘犁翻转犁优点深耕、翻沙效果较好滚动前进不易粘沙，阻力小具有双向翻转功能，具有三档调幅功能缺点易粘湿沙，碰到石块易损坏碰到石块时，刃口可能会损坏碰到石块时不易损坏表2-1根据三种犁的优缺点进行比较，最终选择翻转犁来实现翻沙这一模块。2.2拾取筛分模块的方案确定该模块可分为两个小模块：拾取垃圾模块和筛分垃圾模块。拾取垃圾装置有三种方案：(1)机械手抓取结构，该结构针对性强，不会产生抓取错误，但结构较其复杂，维修困难以及耐用度低，需要高灵敏的感应系统以及良好的控制系统。(2)负压吸取结构，该结构覆盖面积大，效率高，但成本较大，性价比不高，难以达到效果。(3)滚筒，驱动轴及刮片结构。该结构设计简单，成本不高，覆盖面积也可以，但重量较大。综上所述，最终选取方案(3)作为拾取装置。筛分装置则是采用滤筛式结构，用斗筛网对垃圾沙粒混合物，进行多层次斗筛，从而实现垃圾，沙粒分离。2.3确定移动模块据研究可知，机器人的移动方式包括仿足式、轮式和履带式。本文通过对机器人的工作环境的具体分析，选择的机器人的移动方式为轮式结构。2.4平整沙子模块的确定平整沙子模块采用后耙式装置，一般而言，在沙滩清洁车的后部安装这一装置，可以平整沙滩。沙子烘干，消毒模块采用市场上的烘干机再外加紫外线灯来实现。驱动模块采用电机以及发动机驱动。图2-1总体流程框图第三章传动装置的确定与设计3.1放置和选择动力源总体来讲，可以选择两种方式的动力源，分别为分离式和组合式，对于第2种也就是将动力源安装到作业部件中。第1种方案：同时使用手扶拖拉机和作业部件。垃圾清扫机器的作业部件主要包括运输、翻砂等，此类部件需要安装到拖拉机的前端，由拖拉机提供动力。第2种方案：方案二与一的主要区别在于采用单一个动力装置与一个动力源，利用发动机做动力源并与机架进行装配，借助皮带传动驱动机构运行。同时需要相关操纵装置配合完成转向功能。对上述两种方案进行比较，其中方案一略微复杂，需要收集装置才能完成相应的工作。且当无法同时实现运动部件与收获机的同时使用。相比较方案二来说具有结构简单。操作便捷等优点。故综合考虑，本次设计最终选取方案二，且主要由动力装置、传动装置、减速机操纵装置等组成。为保证本次设计的合理性，需要结合本次设计要求针对发动机进行合理的选型，本研究在进行综合考虑后，选择了Y132M-4型号的发动机，具体参数详见下表。表3-1发动机技术规格此款发动机很容易启动，可以输出很大的功率，而不会造成太多消耗。此外，这一款发动机的整体体积和质量比较小，便于工作人员进行操作和维护，具有可靠性和稳定性。同时，该款发动机在很多方面都大受欢迎，尤其是在小型工程机械产品的发开中，可以配合使用提供动力。3.2减速装置的设计与计算垃圾清扫机经过皮带，向传动装置传递动力，然后使用链条输出动力。这是因为，即使在恶劣的环境下，链条传动也可以顺利运行。垃圾清扫机的行走速度要控制在2~3km/h，而动力源提供的转速在1440r/min,所以，控制速度时需要运用减速器，以下是传动比的计算公式。D=166mm，而QUOTEV2πRV=ωR(3-1)QUOTEV2πRω=2πN,所以，N=QUOTEV2πRV2πR，取V=0.8m/s，所以N=91.7r/min。则QUOTEV2πRi=ndnq因此传动装置的传动比约为=15.7,根据上述得出的传动比，可以对二级传动进行模拟，且本次选取的是二级展开式的圆柱减速器。即QUOTEV2πRi=i1可取=3.5，=4.5QUOTEV2πRi1=Z2Z1QUOTEV2πRi2=Z4Z33.3减速器设计设计减速器涉及到很多环节，比如选择传动件、支撑件、轴承等各个零部件，保证其科学性。3.3.1计算相关参数(1)对垃圾清理车有关轴的转速进行计算与确定以上公式中、与分别代表的是电机转速、传动比与轴的转速。(2)对所有轴的功率进行计算与确定上式中、、与分别代表的是齿轮传动效率、连轴器传动效率、发动机功率以及轴的功率，其中与的取值均为0.98。(3)对所有轴的转矩进行计算与确定3.3.2设计和计算齿轮(1)计算高速级齿轮假设15年为其设使用寿命，同时采用两班倒的工作方式；1.。高速及齿轮的精度与材料1)由于斜齿轮并不会受到冲击，且工作较为平稳，所以本研究对两个齿轮都选择了斜齿轮。2)应达到8级精度等级；3)本研究的小齿轮选择了40号钢材料，280HBS为硬度，45为大齿轮的材料，240HBS为硬度。4)两小齿轮的齿数分别为77与225)对螺旋角进行初步选定2.。对接触强度进行设计根据有关标准，可以得到如下的计算公式：(3-3)(1)确定公式中的各计算数值，在选取相关参数时需要参考《机械设计》：1)试选，=1.62)区域系数=2.4333)=0.765，=0.87，=1.6354)Nm5)齿宽系数6)材料的弹性影响系数为M7)两小齿轮的最大接触疲劳强度分别为550与600。8)应力循环次数（3-4）9)接触疲劳寿命系数（3-5）10)对接触疲劳许用应力进行计算1%为失效概率，S=1是安全系数，以《机械设计》为准，可以得到如下计算公式：对施用接触应力进行计算(2)计算1)小齿轮分度圆直径，(3-6)2)计算圆周速度=(3-7)3)计算齿宽b及模数4)计算纵向重合度=1.744(3-8)5)计算载荷系数已知使用系数=1根据v=3.42m/s，8级精度。由《机械设计》图10—8查的动载荷系数=1.14；由《机械设计》表10—4查得由《机械设计》图10—13查得由《机械设计》表10—3查得==1.98(3-9)6)对所算的分度圆直径进行校正以《机械设计》为准，可以得到如下的计算公式：=48.74(3-10)7)计算模数=2.15(3-11)3.结合实际根据弯曲强度进行设计查阅有关文件可得：(3-11)(1)对有关参数进行确定1)对载荷系数进行计算与确定==1.86(3-12)2)由于1.744是纵向重合度的数据，那么可以确定3)对当量齿数进行计算与确定4)对齿形系数进行计算与确定查表可得，5)查表可得，6)那么有：、查图可得对弯曲疲劳许用应力进行计算与确定查阅文件可得8)对进行对比与分析在数值方面大齿轮相对较大。代入公式可得：(3-13)对比分析以上计算结果，当取时最为合适，且需要同时满足接触与弯曲疲劳强度就需要将直径定为。(3-14)定义，那么有4.。对齿轮的几何参数进行计算与确定(1)对中心距进行计算与确定(3-15)取整那么中心距的数据是112毫米。(2)根据以上所得数据，对修正旋转角进行计算(3-16)由于的数值并未发生明显的改变，所以也无需修正，，等参数的数值。(3)对大齿轮与小齿轮的尺寸数据进行计算与确定对分度圆直径进行计算与确定：(4)对齿轮宽度进行计算与确定在进行圆整处理后，为，(5)对齿顶高度进行计算与确定(6)计算齿根高(7)计算齿顶圆直径(8)计算齿根园直径表3-1z1齿轮，z2齿轮的参数(2)计算并确定低速级齿轮的参数假定低速级齿轮的使用寿命为15年，采用两班倒的方式进行工作；1.。对低速级齿轮的精度与材料进行确定1)由于斜齿轮不会受到冲击，而且具有良好的平稳性，所以两齿轮都选择斜齿轮。2)精度等级选为8级采用8G的进度；3)采用40号钢作为小齿轮的材料，大齿轮采用45号钢，两者都经调制处理，硬度分别为280与240HBS。4)初步定两个小齿轮的齿数分别为22与995)螺旋角的初选尺寸是2.。确定接触强度查表并进行试算，可得：(3-17)(1)对有关数值进行计算：1)本文经过综合分析后初选，=1.62)查图可得=2.4333)查图可得===4)Nm5)齿宽系数6)材料的弹性影响系数为M7)=600M为小齿轮的接触疲劳强度，=550大齿轮的接触疲劳强度。8)应力循环次数9)齿轮的接触疲劳寿命系数(3-18)10)对接触疲劳许用应力进行计算1%为失效概率，S=1是安全系数，以《机械设计》为准，可以得到如下计算公式：许用接触应力：(3-19)(2)几何尺寸计算1)小齿轮分度圆直径=63.76mm(3-20)2)圆周速度v===1.55m/s3)齿宽b及模数4)纵向重合度(3-21)5)载荷系数已知使用系数=1查表得分载荷系数=1.08；(3-22)6)校正分度圆直径为(3-23)7)计算模数(3-24)3按齿根弯曲强度设计(3-25)(1)确定计算参数1)载荷系数=(3-26)2)暂定螺旋角影响系数3)当量齿数=108.374)查齿形系数查表得，5)查取应力校正系数查表可得，6)大小齿轮的弯曲疲劳强度极限份别人、取弯曲疲劳寿命系数7)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数则8)计算大小齿轮的，最终选取数值大的并代入式子可得：(3-27)对比分析以上计算结果可以发现，最佳的取值是，综合考虑弯曲疲劳强度和接触疲劳强度有。因此(3-28)取，则4几何尺寸计算(1)中心距(3-29)为便于计算将其定为188mm。(2)按圆整后的中心距修正螺旋角(3-30)因值改变不多，故参数，，等不必修正。(3)计算大小齿轮的尺寸分度圆直径(4)计算齿宽圆整后取，(5)计算齿顶高(6)计算齿根高(7)计算齿顶圆直径(8)计算齿根园直径表3-2z3齿轮，z4齿轮的参数3.3.3设计齿轮的结构在齿轮结构设计的过程中，由于受到几何尺寸的影响，因此需要全方位考虑各种影响因素，首先要以齿轮的直径为标准，先明确结构形式，然后立足于对实际情况的研究，展开结构设计针对结构进行设计。如齿轮仅有小小的直径，且不足二倍的，那么可选择齿轮轴。假如大于二倍的，那么需要选择相应的轴与齿轮。：因为该齿轮仅有相对较小的尺寸，所以可以选择齿轮轴的形式。：因为齿顶圆的数据高于160毫米，所以要选择腹板式。：因为尺寸过小，所以也可以选择齿轮轴。：因为齿顶圆的数据在160毫米以上，所以选择腹板式。对于，其结构图详见下图:图3-1z4结构示意图3.4轴的设计过程在设计轴的过程中必须在对结构设计初步完成之后进行，在此基础上可以更好地校核轴的设计合理程度。在校核轴的强度过程中，需要参考轴的应力和载荷，然后选择合适的计算方法，选择对应的应力。在计算承受转矩的轴的强度时，需要参考扭转强度的外部条件，在计算只承受弯矩的轴的强度时，既需要参考同时受弯矩和受扭矩的轴的外在条件，同时也要参考弯扭合成的外在条件。本设计围绕传动轴进行，45是轴的材料，计算的时候参考扭矩强度：以下是具体公式：(3-31)上式中、、、、、与分别代表的是许用切应力、轴传递功率、抗扭截面系数、扭转切应力、计算位置的直径、轴的转速与轴的扭矩。针对轴的直径进行计算与确定=(3-32)3.4.1计算各轴的设计强度以《机械设计》为准，可以得到取轴1的直径为24毫米第2个轴的直径是45毫米第3个轴的直径是50毫米3.4.2设计各轴的结构在对轴进行设计时，需要考虑多方面的内容，同时也需要分别针对形状以及尺寸等进行分析与设计。在对轴结构进行设计时，要考虑制造工艺、零部件的位置等内容，在此基础上对轴的尺寸和结构进行合理选择，如果轴的结构不够合理，那么会对轴的零部件和工作性能产生直接影响，同时也会耗费巨大成本。由此可见，在设计过程中，设计轴结构是一个非常关键的步骤。1．明确轴的结构形式与径向尺寸在确定径向尺寸时，首先需大致估计直径的最小值，接下来确定轴承的型号和强度等内容。1)轴承型号的初步确定。2)轴必须具备足够的刚度。对受载较大的轴段进行考虑，在轴上的各个受力点安装传动零部件。3)为了让工作人员更加方便地安装和拆卸轴上零件，需要选择阶梯轴。4)根据对轴上零件的定位的了解，可以分析阶梯轴的相邻直径的变化情况。2．计算轴向尺寸轴的轴向尺寸会对轴向位置、轴向宽度等产生影响，同时在选择轴向尺寸时需要兼顾轴的刚度和强度。(1)轴1的基本情况（如图3-2）：图3-2轴1的结构示意图以轴向定位的要求为准，计算轴的长度和各段直径:以轴的强度为准，对轴1的最小直径进行校核，保证其大于19，在1处安装联轴器，24为直径，77为长度，在II，VI处分别安装对应的轴承，30为直径，在IV处安装对应的齿轮，但是齿轮的直径不大，只能够将其视为齿轮轴，55是本次设计中齿轮的宽度，其余直径及长度可根据结构所定。(2)轴2的设计(如图3-3)：图3-3轴2的结构示意图以轴的强度为准，对轴1的最小直径进行校核，保证其必须大于27.16，在II，V处安装对应的轴承，50为直径，在III处安装对应的齿轮，但是齿轮的直径不大，只能够将其视为齿轮轴，75是本次设计中齿轮的宽度。其余直径及长度可根据结构所定。3.轴3设计(如图3-4)：图3-4轴3的结构按强度校核，轴3装齿轮处的最小直径为45.85，取50，1处装联轴器，取直径为50，长82，有由于II，VI处需要装轴承，60为直径，然后参考具体结构确定其余直径。3.4.3轴的校核过程图3-5轴3的弯扭图将计算出的截面C处的及M的值列于表3.3：载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩15扭矩T扭矩T表3-3轴3的