机械基础课程设计实训报告2

0课课程程设设计计实实训训报报告告课程名称：《机械基础》设计题目：齿轮传动的设计系别：机电工程系专业班级：机电一体化3班学生姓名：邢志远学号：02043093106指导老师：魏波设计时间：2011年12月河南质量工程职业学院1河南质量工程职业学院《机械基础》课程设计任务书班级09机电3班学生姓名邢志远指导教师魏波课程设计题目齿轮传动的设计主要设计内容1、设计计算主动轮、从动轮结构及尺寸。2、绘制主动轮图并标注主要尺寸及参数。3、设计计算主动轮轴键联接。主要技术指标和设计要求1．设计指标①齿轮的传递功率为20kw，低速轴转速为200r/min，传动比为i=3.5；②单向传动，一天工作20小时，一年工作300天，工作二十五年，齿轮和轴的材料均为45钢。③选择齿轮精度等级。输送机是一般工作机械，考虑次对齿轮的传递的功率不大，速度不高，故大小齿轮都选用8级精度。要求齿轮面粗糙度Ra1.6～3.2um..2．设计要求①画出齿轮的结构设计图；②齿轮的主要参数；③校核齿轮的强度；④轴的结构设计于计算；主要参考资料及文献[1]张晓坤.隋晓朋.Autocad中文版实用教程.北京：北京经济日报出版社，2008.9[2]徐锦康.机械设计.北京：高等教育出版社,2008.3[3]唐金松.简明机械设计手册（第二版）.上海：上海科学技术出版社，2000.5[4]黄祖德.机械设计.北京：北京理工大学出版社，2007.9[5]岳优兰，马文锁.机械设计基础.开封：河南大学出版社，2009.52目录1方案的选择与确定....................................................................................................31.1齿轮参数的选择..............................................................................................31.2设计和计算及说明..........................................................................................32轴的设计.....................................................................................................................82.1选择轴的材料..................................................................................................82.2轴的最小直径的估算：..................................................................................82.3轴的结构设计..................................................................................................82.4轴的结构工艺性..............................................................................................92.5提高轴疲劳强度的结构措施........................................................................113小结...........................................................................................................................134参考文献...................................................................................................................1331方案的选择与确定根据任务要求，选择齿轮传动设计，设计带式输送机的一级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动，该减速器由电动机驱动，齿轮传递的功率为20KW，低速轴转速n2=200r/min，传动比i=3.5，单向传动，长期使用，齿轮与轴的材料均为45钢。1.1齿轮参数的选择1.1.1齿数z对于软齿面的闭式传动，在满足弯曲疲劳强度的条件下，宜采用较多齿数，一般取Z1=20～40。因为当中心距确定后，齿数多，则重合度大，可提高传动的平稳性。对于硬齿面的闭式传动，首先应具有足够大的模数以保持齿根弯曲强度，为减小传动尺寸，宜取较少齿数，但要避免发生根切，一般取Z1=17～20。1.1.2、模数m模数影响齿轮的抗弯强度，一般在满足齿轮弯曲疲劳强度的条件下，一去较小模数，以增大齿数，减小切齿量。1.1.3齿宽系数Ψd齿宽系数是大齿轮齿宽b和小齿轮分度圆直径d1之比，增大齿宽系数，可减小齿轮传动装置的径向尺寸，降低齿轮的圆周速度。但是齿轮越大，载荷分布越不均匀。为便于装配和调整，常将小齿轮宽加大5～10mm，但设计计算时按大齿轮齿宽计算。1.2设计和计算及说明1.2.1.选择齿轮精度等级。表1.1齿轮传动常用精度等级及其应用精度等级圆周速度v/m·s-1应用举例直齿圆柱斜齿圆柱直齿锥齿轮6≤15≤30≤9要求运转精确或在高速重载下工作的齿轮传动；精密仪器和飞机、汽车、机床中重要齿轮7≤10≤20≤6一般机械中的重要齿轮；标准系列减速器齿轮；飞机、汽车和机床中的齿轮8≤5≤9≤3一般机械中的重要齿轮；飞机、汽车和机床中的不重要齿轮；纺织机械中的齿轮；农业机械中的重要齿轮49≤3≤6≤2.5工作要求不高的齿轮；农业机械中的齿轮由表1.1可知精度等级可选八级。1.2.2.选材与热处理该齿轮传动无特殊要求，为制造方便采用软齿面，大小齿轮均用45号钢，小齿轮调质处理，齿面硬度：229～286HBS,大齿轮正火处理，齿面硬度:169～217HBS.1.2.3按齿面接触疲劳强度设计该传动为闭式软齿面，主要失效形式为疲劳点蚀，故按齿面解除疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。设计公式：3211)(12HEHdZZuuKTd查表1.2表1.2载荷系数k原动机工作机的载荷特性均匀、轻微冲击中等冲击大冲击电动机多缸内燃机单缸内燃机1～1.21.2～1.61.6～1.81.2～1.61.6～1.81.8～2.01.6～1.81.9～2.12.2～2.4[1]载荷系数K,取K=1.2[2]由n2=n1/i得n1=n2xi=200x3.5=700r/min转矩T1=9.55x106xp1/n1=9.55x106x20/700=272857.1N.mm[3]接触疲劳许用应力[σH]=σHlimZN/SH按齿面硬度中间值查图1.2得σHlim1=600MPa,σHlim2=550MPa图1.2HBS硬度按一年工作300天,一天20小时工作；25年则应力循环次数N1=60njln=60x700x1x20x300x25=6.3x109N2=N1/i=1.8x109接触疲劳强度寿命系数表1.3得接触疲劳寿命系数ZN1=1ZN2=1(N1＞N1＞N0,N0=109)按一般可靠性要求，取SH=1则[σH1]=600x1/1=600MPa[σH2]=550x1/1=550MPa取[σH]=550MPa5图1.3接触疲劳强度寿命系数[4]计算小齿轮分度圆直径d1查表1.4按齿轮相对轴承对称布置取Ψd=1.04ZH=2.5表1.4齿宽系数ψd=b／d₁齿相对轴承位置齿面硬度≤350HBS＞350HBS对称布置0.8～1.40.4～0.9非对称布置0.6～1.20.3～0.6悬臂布置0.3～0.40.2～0.25表1.5齿轮材料弹性系数Z(2/Nmm)大齿轮材料小齿轮材料钢铸钢铸铁球墨铸铁钢189.8188.9165.4181.4铸钢188.9188.0161.4180.5因为材料为45号钢，故取ZE=189.82/Nmm。将以上参数代入下式得：3211)(12HEHdZZuuKTd=32)5505.28.189(5.315.304.11.2728572.126=84.46mm取d1=90mm[5]计算圆周速度V=n1πd1/(60x1000)=700x3.14x90/(60x1000)=3.297m/s1.2.4.确定主要参数表1.6渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸公式表注：式中上面的符号用于外齿轮或外啮合传动，下面的符号用于内齿轮或内啮合传动。（1）齿数取Z1=20则Z2=Z1i=20x3.5=70(2)模数m=d1/Z1=90/20=4.5mm(正好是标准模数第二系列上的数值)（3）分度圆直径d1=Z1m=20x4.5=90mmd2=Z2m=70x4.5=315mm(4)中心距a=(d1+d2)/2=(90+315)/2=202.5mm(5)齿宽b=Ψdxd1=1.04x90=93.6mm取b2=100mmb1=b2+5=105mm1.2.5.校核弯曲疲劳强度表1.7齿形系数YFa及应力校正系数z(zv)17181920212223242526272829YFa2.972.912.852.802.762.722.692.652.622.602.572.552.53YSa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.601.611.62z(zv)303540455060708090100150200∞注：1）基准齿形的参数为α=20°、、ρ=0.38m(m为齿轮模数)；2）对内齿轮：当α=20°、、ρ=0.15m时，齿形系数YFa＝2.65，YSa＝2.65。7saFaFSYYY(1)齿形系数YFS,查得YFS1=4.25YFS2=4.1(2)弯曲疲劳许用应力[σF]=σFlimYN/SF按齿面硬度中间值查图一得：σFlim1=250MPaσFlim2=210Mpa由图1.8得弯曲疲劳寿命系数；图1.8弯曲疲劳寿命系数YN1=1(N0=3x106,N1N0)得：σFlim1=250MPaσFlim2=210Mpa[σF1]=250MPaYN2=1(N0=3x106,N2N0)[σF2]=210MPa按一般可靠性要求，取弯曲疲劳安全系数SF=1,则[σF1]=σFlim1YN1/SF=250MPa[σF2]=σFlim2YN2/SF=210Mpa(3)校核计算σF1=2kT1YFS1/bmd1=2x1.2x272857.1x4.25/(100x4.5x90)=68.7MPa＜[σF1]σF2=σF1YFS2/YFS1=68.7x4.1/4.25=66.3MPa＜[σF2]1.2.6.结构设计渐开线齿轮有五个基本参数名称符号意义标准化数值齿数(teethnumber)Z在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为齿数模数(module)m齿距分度圆齿距p与π的比值模数决定了齿轮的大小及齿轮的承载能我国规定标准化模数8力。压力角(特指分度圆压力角)(pressureangle)决定渐开线齿形和齿轮啮合性能的重要参数我国规定标准化压力角为20度齿顶高系数齿顶高计算系数:我国规定标准化齿顶高系数为1顶隙系数顶隙(clearance)计算系数我国规定标准化顶隙系数为0.25da=d+2ha=90+9=99mmdf=d+2df=d-2x1.25m=90-11.25=78.75mm2轴的设计2.1选择轴的材料该轴没有特殊的要求，因而选用调质处理的45号钢，可以查的其强度极限B＝650MPa。2.2轴的最