白熾燈自動生產(chǎn)線動力傳遞主系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

白熾燈自動生產(chǎn)線動力傳遞主系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì),白熾燈,自動生產(chǎn)線,動力,傳遞,系統(tǒng),優(yōu)化,設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）說 明 書 題 目 白熾燈自動生產(chǎn)線動力傳遞主系統(tǒng) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 學(xué) 生 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 目 錄 第一章 前言····················································3 第二章 確定電動機(jī)類型··········································5 2.1 電動機(jī)的功率········································5 2.2 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速········································5 2.3 該電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)······································6 第三章 帶及帶輪的設(shè)計(jì)··········································7 3.1帶及帶輪的設(shè)計(jì)······································7 3.2.2 選擇V帶的型號····································7 3.2.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑································7 3.2.4 確定傳動中心距和帶長······························7 3.2.5 驗(yàn)算主動輪上的包角································8 3.2.6 確定V帶的根數(shù)····································8 3.2.7 確定帶的初拉力····································9 3.2.8求V帶傳動作用在軸上的壓力························9 3.3 V 帶帶輪的設(shè)計(jì)·····································10 3.3.1帶輪的材料選擇····································10 3.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)··········································10 3.3.3 從動帶輪的設(shè)計(jì)···································11 第四章 齒輪傳動設(shè)計(jì)及計(jì)算·····································12 4.1 齒輪傳動設(shè)計(jì)及計(jì)算·································12 4.2 選擇齒輪材料·······································12 4.3齒輪尺寸確定及強(qiáng)度計(jì)算······························12 4.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算···························14 4.5 齒輪其它尺寸計(jì)算···································15 第五章 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核·····································17 5.1 軸的材料的選擇·····································17 5.2軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算·····································17 5.3軸上零件的周向定位·································20 5.4確定軸上圓角和倒角尺寸······························20 5.5 軸的強(qiáng)度校核·······································20 5.6 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度·······························22 第六章 設(shè)計(jì)體會···············································24 第七章 參考文獻(xiàn)···············································25 第八章 附圖···················································25 第九章 致謝·················································26 第一章 前言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完教學(xué)計(jì)劃所規(guī)定的全部課程后，總結(jié)在校學(xué)習(xí)成果，應(yīng)用自己所學(xué)知識和能力進(jìn)行的一次綜合性的大實(shí)踐，在校學(xué)習(xí)的最后一環(huán)，必將對畢業(yè)后的工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)和鍛煉自己對所學(xué)知識的靈活應(yīng)用，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以掌握正確的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思維方法，進(jìn)一步提高自己有關(guān)機(jī)械制造工藝及設(shè)備方面的設(shè)計(jì)能力，提高制圖、計(jì)算、文字?jǐn)⑹?、運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊的能力，學(xué)會調(diào)查研究、理論聯(lián)系實(shí)際、鍛煉查閱、分析研究國內(nèi)外有關(guān)資料的能力，鞏固并擴(kuò)大知識領(lǐng)域和視野，學(xué)習(xí)本專業(yè)范圍內(nèi)與設(shè)計(jì)題目有關(guān)的專業(yè)知識，使自己得到更好的鍛煉，以能夠勝任將來的工作的需要。 人類使用白熾燈泡已有128年的歷史了,將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。自1879年，美國的T.A.愛迪生制成了碳化纖維（即碳絲）白熾燈以來，經(jīng)人們對燈絲材料、燈絲結(jié)構(gòu)、充填氣體的不斷改進(jìn)，白熾燈的發(fā)光效率也相應(yīng)提高。1959年，美國在白熾燈的基礎(chǔ)上發(fā)展了體積和衰光極小的鹵鎢燈。白熾燈的發(fā)展趨勢主要是研制節(jié)能型燈泡。不同用途和要求的白熾燈，其結(jié)構(gòu)和部件不盡相同。白熾燈的光效雖低，但光色和集光性能好，是產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的電光源。 　　自動生產(chǎn)線是由工件傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，將一組自動機(jī)床和輔助設(shè)備按照工藝順序聯(lián)結(jié)起來，自動完成產(chǎn)品全部或部分制造過程的生產(chǎn)系統(tǒng)，簡稱自動線。 ??? 從二十世紀(jì)20年代開始，隨著汽車、滾動軸承、小型電動機(jī)和縫紉機(jī)等工業(yè)發(fā)展，機(jī)械制造中開始出現(xiàn)自動線，最早出現(xiàn)的是組合機(jī)床自動線。在此之前，首先是在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了流水生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線，隨后發(fā)展成為自動線。第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)械制造業(yè)中，自動線的數(shù)目出現(xiàn)了急劇增加。 ??? 采用自動線進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)有足夠大的產(chǎn)量；產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝應(yīng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 ??? 機(jī)械制造業(yè)中有鑄造、鍛造、沖壓、熱處理、焊接、切削加工和機(jī)械裝配等自動線，也有包括不同性質(zhì)的工序，如毛坯制造、加工、裝配、檢驗(yàn)和包裝等的綜合自動線。 ??? 自動線中設(shè)備的聯(lián)結(jié)方式有剛性聯(lián)接和柔性聯(lián)接兩種。在剛性聯(lián)接自動線中，工序之間沒有儲料裝置，工件的加工和傳送過程有嚴(yán)格的節(jié)奏性。當(dāng)某一臺設(shè)備發(fā)生故障而停歇時，會引起全線停工。因此，對剛性聯(lián)接自動線中各種設(shè)備的工作可靠性要求高。 ??? 在柔性聯(lián)接自動線中，各工序(或工段)之間設(shè)有儲料裝置，各工序節(jié)拍不必嚴(yán)格一致，某一臺設(shè)備短暫停歇時，可以由儲料裝置在一定時間內(nèi)起調(diào)劑平衡的作用，因而不會影響其他設(shè)備正常工作。綜合自動線、裝配自動線和較長的組合機(jī)床自動線常采用柔性聯(lián)接。 ???? 自動線的工件傳送系統(tǒng)一般包括機(jī)床上下料裝置、傳送裝置和儲料裝置。在旋轉(zhuǎn)體加工自動線中，傳送裝置包括重力輸送式或強(qiáng)制輸送式的料槽或料道，提升、轉(zhuǎn)位和分配裝置等。有時采用機(jī)械手完成傳送裝置的某些功能。在組合機(jī)床自動線中當(dāng)工件有合適的輸送基面時，采用直接輸送方式，其傳送裝置有各種步進(jìn)式輸送裝置、轉(zhuǎn)位裝置和翻轉(zhuǎn)裝置等對于外形不規(guī)則、無合適的輸送基面的工件，通常裝在隨行夾具上定位和輸送，這種情況下要增設(shè)隨行夾具的返回裝置。 ??? 自動線的控制系統(tǒng)主要用于保證線內(nèi)的機(jī)床、工件傳送系統(tǒng)，以及輔助設(shè)備按照規(guī)定的工作循環(huán)和聯(lián)鎖要求正常工作，并設(shè)有故障尋檢裝置和信號裝置。為適應(yīng)自動線的調(diào)試和正常運(yùn)行的要求，控制系統(tǒng)有三種工作狀態(tài)：調(diào)整、半自動和自動。在調(diào)整狀態(tài)時可手動操作和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)單臺設(shè)備的各個動作；在半自動狀態(tài)時可實(shí)現(xiàn)單臺設(shè)備的單循環(huán)工作；在自動狀態(tài)時自動線能連續(xù)工作。 ??? 控制系統(tǒng)有“預(yù)?！笨刂茩C(jī)能，自動線在正常工作情況下需要停車時，能在完成一個工作循環(huán)、各機(jī)床的有關(guān)運(yùn)動部件都回到原始位置后才停車。自動線的其他輔助設(shè)備是根據(jù)工藝需要和自動化程度設(shè)置的，如有清洗機(jī)工件自動檢驗(yàn)裝置、自動換刀裝置、自動捧屑系統(tǒng)和集中冷卻系統(tǒng)等。為提高自動線的生產(chǎn)率，必須保證自動線的工作可靠性。影響自動線工作可靠性的主要因素是加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和設(shè)備工作可靠性。 ?自動線的發(fā)展方向主要是提高生產(chǎn)率和增大多用性、靈活性。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要，將發(fā)展能快速調(diào)整的可調(diào)自動線。 動力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)和動力部分的總和。其中，動力部分，包括火電廠的鍋爐、汽輪機(jī)、熱力網(wǎng)和用熱設(shè)備；水電廠的水庫、水輪機(jī)等；核電廠的核反應(yīng)堆等。 ?? ?本次設(shè)計(jì)主要包括四大部分。第一部分為電機(jī)類型的選擇，第二部分為帶及帶輪尺寸及結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)，第三部分為齒輪尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及各項(xiàng)傳動性能校核，第四部分為輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳動性能校核。綜合以上各方面的設(shè)計(jì)和各個裝置的相對位置關(guān)系，可以設(shè)計(jì)出總體結(jié)構(gòu)樣式。由于此次設(shè)計(jì)是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)加工中的需要來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此還從經(jīng)濟(jì)性方面分析了此次設(shè)計(jì)的可行性。另外，分析了此次設(shè)計(jì)相對于一般生產(chǎn)加工情況的優(yōu)點(diǎn)、此次設(shè)計(jì)的不足，和可能改進(jìn)的方法。 第二章 確定電動機(jī)類型 2.1 電動機(jī)的功率 電動機(jī)功率由公式來計(jì)算，傳動裝置的總效率，應(yīng)由組成傳動裝置的各個部分運(yùn)動副的效率只積，即 ，其中、、 分別為每一個轉(zhuǎn)動副的效率，選取傳動副的效率值如下： 滾動軸承（每對）0.98～0.995 即取 =0.99 V帶傳動 0.94～0.97 即取 =0.97 齒輪傳動 0.97～0.98即取 =0.98 則 2.2 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 　根據(jù)資料可查得主軸的轉(zhuǎn)速在 275，按《機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》中表一所推薦的傳動比合理取值范圍，取V帶的傳動比2～4，即可滿足電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配，故電動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍可選為：～～。 　符合這一范圍的同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速的有720，1440，2900，根據(jù)容量和相關(guān)轉(zhuǎn)速，由《機(jī)械設(shè)計(jì)通用手冊》查出三種適宜的電動機(jī)型號，因此有三種不同的傳動比方案，如表1： 表1 電動機(jī)的型號和技術(shù)參數(shù)及傳動比 方案 電動機(jī)型號 額定 功率 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 基本參數(shù) P/kW 同步 轉(zhuǎn)速 滿載 轉(zhuǎn)速 效率（%） 電動機(jī)重量（KG） 功率因數(shù) 1 Y160M2-8 5.5 750 720 85 119 0.74 2 Y132S2-4 5.5 1500 1440 85.5 68 0.84 3 Y132S1-2 5.5 3000 2900 85.5 64 0.88 綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動的傳動比，可知方案3比較適合。因此選定電動機(jī)型號為Y132S1-2。所選電動機(jī)的額定功率＝5.5kw，滿載轉(zhuǎn)速=2900r／min，總傳動比適中，傳動裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。如表2： 表2 其主要參數(shù)如下表 型 號 額定功率 KW 滿 載 時 額 定 電 流 額 定 轉(zhuǎn) 矩 最 大 轉(zhuǎn) 矩 轉(zhuǎn)速r／min 電流（380V） 效 率 % 功率因數(shù) Y132S2-2 5.5 3000 11 85.5 0.88 7 2.0 2.2 表３ 電動機(jī)尺寸列表 單位 中心高 H 外形尺寸 底腳安裝尺寸 地腳螺栓孔直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 電動機(jī)的輸出軸尺寸 132 2.3 該電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn): 一般用于驅(qū)動自動生線的電動機(jī)為異步電動機(jī)。其中，低壓電動機(jī)中的Y系列三相異步電動機(jī)尤為合適。 Y系列三相異步電動機(jī)具有率高，節(jié)能，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高，噪聲低，振動小，運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)，作為一般用途的電動機(jī)，適用于驅(qū)動無特殊性能要求的各種機(jī)械設(shè)備，如金屬切削機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等[6]。 第三章 帶及帶輪的設(shè)計(jì) 3.1帶及帶輪的設(shè)計(jì) 根據(jù)白熾燈自動生線主傳動系統(tǒng)的具體傳動要求，可選取電動機(jī)和過橋裝置之間用V帶和帶輪的傳動方式傳動，因?yàn)樵诠ぷ鬟^程中，傳動件V帶是一個撓性件，它賦有彈性，能緩和沖擊，吸收震動，因而生產(chǎn)線傳動系統(tǒng)工作平穩(wěn)，噪音小等優(yōu)點(diǎn)。雖然在傳動過程中V帶與帶輪之間存在著一些摩擦，導(dǎo)致兩者的相對滑動，使傳動比不精確但不會影響其傳動，只要傳動比比較準(zhǔn)確就可以滿足要求，而且V帶的彈性滑動對主傳動系統(tǒng)的一些重要部件是一種過載保護(hù)，不會造成機(jī)體部件的嚴(yán)重?fù)p壞，還有V帶及帶倫的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動機(jī)與過橋裝置之間選用V帶與帶輪的傳動配合是很合理的。 選擇V帶和帶輪因當(dāng)從它的傳動參數(shù)入手，來確定V帶的型號、長度和根數(shù)，再來確定導(dǎo)輪的材料、結(jié)構(gòu)和尺寸（輪寬、直徑、槽數(shù)及槽的尺寸等），傳動中心距（安裝尺寸），帶輪作用在軸的壓力（為設(shè)計(jì)軸承作好準(zhǔn)備）。 3.2傳動帶的設(shè)計(jì) 3.2.1 確定計(jì)算功率 其中：—工作情況系數(shù) —電動機(jī)的功率 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書中的表14—7 可知：=1.0 3.2.2 選擇V帶的型號 根據(jù)計(jì)算得知的功率和電動機(jī)上帶輪（小帶輪）的轉(zhuǎn)速（與電動機(jī)一樣的速度），查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書圖14—12，可以選擇V帶的型號為B型。 3.2.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 （1）初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書，可選擇V帶的型號參考表14—2，選取。 （2）計(jì)算V帶的速度V： V帶在5～的范圍內(nèi)，速度V符合要求。 電動機(jī)與過橋裝置傳動比的計(jì)算 （3）計(jì)算從動輪的直徑 3.2.4 確定傳動中心距和帶長 取 即： 得： ?。? 帶長 即： 得： 　　按《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書中查表14—5，選擇相近的基本長度和 相對應(yīng)的公稱長度（內(nèi)周長）可查得：， 。 實(shí)際的中心距可按下列公式求得： 也可用經(jīng)驗(yàn)公式： 求得 ： 3.2.5 驗(yàn)算主動輪上的包角 即： 求得 ： 滿足V帶傳動的包角要求。 3.2.6 確定V帶的根數(shù) V帶的根數(shù)由下列公式確定： 其中 ： —單根普通V帶的許用功率值 —考慮包角不同大的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù) —考慮的材質(zhì)情況系數(shù)，簡稱材質(zhì)系數(shù)，對于棉簾布和棉線繩結(jié)構(gòu)的膠帶，取 ，對于化學(xué)線繩結(jié)構(gòu)的膠帶，取 。 —計(jì)入傳動比的影響時，單根普通V帶所能傳遞的功率的增量，其計(jì)算公式如下： 式中：—單根普通V帶所能傳遞的轉(zhuǎn)矩修正值 ，從《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》可以查表14—10 —主動輪的轉(zhuǎn)速 查得： 則： 　查表取值： 由 查得： 所以： 即： 取 根 3.2.7 確定帶的初拉力 單根V帶適當(dāng)?shù)某趵?由下列公式求得 其中：—傳動帶單位長度的質(zhì)量， 即： 3.2.8求V帶傳動作用在軸上的壓力 為了設(shè)計(jì)安裝帶輪軸和軸承，必需確定V帶作用在軸上的壓力，它等于V帶兩邊的初拉力之和，忽略V帶兩邊的拉力差，則值可以近似由下式算出： 即： 求得； 3.3 V 帶帶輪的設(shè)計(jì) 3.3.1帶輪的材料選擇 因?yàn)閹л喌霓D(zhuǎn)速，即，轉(zhuǎn)速比較底，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度為。 3.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑，選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號來確定帶輪的尺寸，設(shè)計(jì)如下： 主動帶輪的結(jié)構(gòu)選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸，而與主動帶輪配合的電動機(jī)軸的直徑是，采用S型帶輪，所以主動帶輪采用實(shí)心結(jié)構(gòu)。 帶輪參數(shù)的選擇： 通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書，可以確定主動帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表，其他的相關(guān)尺寸可以根據(jù)互相間結(jié)構(gòu)關(guān)系來確定帶輪的具體尺寸,如圖2。 　　　　 表４　帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm） 帶的型號 m f t s S 16 5 20 10.5 14 7.5 17.4 圖2　主動帶輪的結(jié)構(gòu) 主動帶輪的厚度可以由計(jì)算公式： 求得 即 ： 主動帶輪的結(jié)構(gòu)如圖2： 3.3.3 從動帶輪的設(shè)計(jì) 從動帶輪的結(jié)果選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動帶輪的基準(zhǔn)直徑和傳動比來確定，即 ，，所以從動帶輪同樣采用實(shí)心結(jié)構(gòu)。 從動帶輪的參數(shù)選擇：通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書，可查得帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)間表，其他一些相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的配套關(guān)系業(yè)計(jì)算求得。 　　　　　　　　表５　帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm） 帶的型號 m f t s B 16 5 20 14 14 7.5 17.5 從動帶輪的厚度可以由計(jì)算公式： 求得 即 ： 從動帶輪的結(jié)構(gòu)如圖3： 圖3　從動帶輪的結(jié)構(gòu) 第四章 齒輪傳動設(shè)計(jì)及計(jì)算 4.1 齒輪傳動設(shè)計(jì)及計(jì)算 根據(jù)工作臺運(yùn)行速度和過橋軸轉(zhuǎn)速可得傳動比： 則齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算如下： 4.2 選擇齒輪材料, 齒輪最常用的材料是鍛鋼，其次是鑄鋼和鑄鐵，有時也采用非金屬材料。 4.3齒輪尺寸確定及強(qiáng)度計(jì)算 a 選擇齒輪材料查表得：小齒輪選用調(diào)質(zhì) HBS=245~275HBS 大齒輪選用正火 HBS=210~240HBS b 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動精度等級： 按 (1-5) 估取圓周速度，得：，參考表選?、蚬罱M8級。 小齒輪分度圓直徑 (1-6) 齒寬系數(shù)查表得按齒輪相對軸承為非對銷布置：取=0.8 小齒輪齒數(shù)在推薦值20~40中選 =30 大齒輪齒數(shù) 圓整65; 齒數(shù)比 ; 傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)合適。 小輪轉(zhuǎn)矩 N·mm; 載荷系數(shù)K (1-7) 使用系數(shù)查表得 =1 動載荷系數(shù)查相關(guān)圖得初值 =1.1 齒向載荷分布系數(shù)查相關(guān)圖得 =1.07 齒間載荷分配系數(shù)由=0得 (1-8) 則載荷系數(shù)K的初值 彈性系數(shù)查表得 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)查相關(guān)圖及=0,查相關(guān)圖(=0, ==0)得 =2.5 重合度系數(shù)查相關(guān)圖（）得 =0.88 許用接觸應(yīng)力[] []= (1-9)接觸疲勞極限應(yīng)力,查相關(guān)圖得 =570 N/mm2 =460 N/mm2 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、 =60nj= = 由查相關(guān)圖得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)、（不允許有點(diǎn)蝕） ==1 硬化系數(shù)查相關(guān)圖得 =1 接觸強(qiáng)度安全系數(shù)查表得，按一般可靠度查取=1.1 , 故根據(jù)式(2-6)的設(shè)計(jì)初值為 得： 37.52mm 齒輪模數(shù)m m===2.05mm查表得 m=2mm； 小輪分度圓直徑的圓整值 mm； 圓周速度 m/s； 與估取2 很相近,對取值影響不大,不必修正； ,； 小輪分度圓直徑 mm； 大輪分度圓直徑 mm； 中心距 mm； 齒寬 mm； 大輪齒寬 ； 小輪齒寬 ； 4.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 ； 齒形系數(shù)查相關(guān)圖得 小輪 =2.60 大輪 =2.30； 應(yīng)力修正系數(shù)查相關(guān)圖得 小輪 =1.60 大輪 =1.72； 重合度系數(shù) ； 許用彎曲應(yīng)力 N/mm2； 彎曲疲勞極限查相關(guān)圖得 =460，=390； 彎曲壽命系數(shù)查相關(guān)圖得 ==1； 尺寸系數(shù)查相關(guān)圖得 =1； 安全系數(shù)查表得 =1.3； 則 N/mm2； N/mm2； 故 ； ； 可得結(jié)論:齒根彎曲強(qiáng)度足夠。 4.5 齒輪其它尺寸計(jì)算 分度圓直徑 ； =60,=130； 齒項(xiàng)高 ； ==1.5； 齒根高 ； ==1.875； 齒全高 ； ==4.875； 齒頂圓直徑 ； =64 , =134； 齒根圓直徑 ； =57, =127； 齒距 ； ==4.71； 齒厚 ； ==2.355； 齒槽寬 ； ==2.355； 基圓齒距 ； ==4.426； 法向齒距 ； ==4.426； 頂隙 ； ==0.375； 分度圓壓力角 [7]。 第五章 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 5.1 軸的材料的選擇 軸的材料種類很多，要根據(jù)強(qiáng)度、剛度核耐磨性等要求，選擇材料種類核熱處理方式，軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價格較低，對應(yīng)力集中敏感性小，通常使用中碳鋼，最常用的是45號鋼，不太重要或受力小的軸可以使用Q235等鋼材。 合金鋼比碳素鋼具有更高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的熱處理性能，但對應(yīng)力集中比較敏感，對于受力較大又要減小軸的尺寸和重量，或者需要提高軸頸的耐磨性，或者在高溫、腐蝕等條件下工作的軸，可以采用合金鋼。在低于200℃的工作溫度下，合金鋼和碳素鋼的彈性模量相差不大，因此，使用合金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。 球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵適合于制造形狀復(fù)雜的軸（如曲軸、凸輪軸等），它具有良好的吸振性和耐磨性，對應(yīng)力集中不敏感，但是鑄造質(zhì)量不易控制。 小直徑的軸可以使用軋制圓鋼，大直徑或直徑變化較大的階梯軸需要使用鍛件，形狀復(fù)雜的軸通常采用鑄造方式制造。 根據(jù)軸的常用材料及主要機(jī)械性能，選擇45＃為軸的材料并進(jìn)行熱處理確度為40-45HRC。 5.2軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算 對于僅傳遞扭矩或主要裝的扭矩的傳動軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 。對于既受彎矩又受扭矩的轉(zhuǎn)軸，可以通過降低許用剪應(yīng)力的方法考慮彎矩的影響，用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算轉(zhuǎn)軸的最小直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)計(jì)算公式為 (1-10) 式中 ——軸的直徑，mm； ——考慮了彎矩影響的設(shè)計(jì)系數(shù)； ——軸傳遞的功率，kW； ——軸的轉(zhuǎn)速，r/min。 本節(jié)設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動結(jié)構(gòu)，下面對齒輪傳動系統(tǒng)中的高速軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。 a 求輸出軸上的轉(zhuǎn)矩 N·mm b 求作用在齒輪上的力 輸出軸上的小齒輪的分度圓直徑為 mm 圓周力、徑向力、和軸向力的大小如下，方向如圖1-1所示。 圖1-1 軸的受力分析圖 Fig.1-1 Axis stress analysis chart 由此可得： N N N 式中 ——壓力角； ——螺旋角，因是直齒圓柱齒輪，因此＝0。 c 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，正火處理。按式1-10初估軸的最小直徑，查表取A＝115，可得： mm 圖1-2 軸的結(jié)構(gòu)圖 Fig.1-2 Structure drawing of axis 軸段①（見圖1-2）用于安裝聯(lián)軸器，其直徑應(yīng)該與聯(lián)軸器的孔徑相配合，因此要先選用聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，根據(jù)工作情況選?。?.5，則＝1.5×6666.67＝10000。根據(jù)工作要求選用十字軸式萬向聯(lián)軸器，型號為WSD2，許用轉(zhuǎn)矩[T]＝22400。 與輸出軸聯(lián)接的半聯(lián)軸器孔徑＝30mm，因此取軸段①的直徑＝30mm。聯(lián)軸器輪轂總寬度L＝94mm（J1形軸孔），與軸配合的轂孔長度L＝50mm。 d 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1) 擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案見裝配總圖。 2) 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長度 軸段① 聯(lián)軸器左端用軸端擋圈定位，按軸段①的直徑＝30mm，取擋圈直徑D=20mm(GB/T892-1986)。為保證軸端擋圈壓緊半聯(lián)軸器，軸段①的長度應(yīng)比聯(lián)軸器配合段轂孔長度(L=47mm)略短2～3mm，取＝50mm。 軸段② 為了聯(lián)軸器的軸向定位，軸段①右端制出定位軸肩，取軸肩高度h＝5mm(h>0.07),所以軸段②的直徑＝40 軸段③ 該軸段安裝滾動軸承, 軸承采用套筒定位，右端使用軸環(huán)定位。取軸段直徑＝40。?？紤]軸承承受徑向力不承受軸向力，選擇深溝球軸承[8]。取軸段直徑＝35，選用61803型深溝球軸承，尺寸d×D×T＝35×80×21。 軸段④ 該軸段安裝從動齒輪，根據(jù)齒輪的寬度選取此段軸長度為20mm。 軸段⑤左端用軸端擋圈定位，按軸段①的直徑M30mm，取螺母M30mm。為保證軸端螺母壓緊半聯(lián)軸器，并防止松動采用雙螺母并緊。 5.3軸上零件的周向定位 聯(lián)軸器與軸的周向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接，按d1=30mm，從手冊中查得平鍵截面尺寸b×h=8×4,根據(jù)輪轂寬度，由鍵長系列中選取鍵長L=36mm，聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。 齒輪與軸的周向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接，平鍵的尺寸為b×h×L=8×4×36.為了保證齒輪與軸具有良好的對中性，取齒輪與軸的配合為H7/r6。 滾動軸承與軸的周向定位采用過渡配合保證的，因此軸段直徑尺寸公差取為m6。 5.4確定軸上圓角和倒角尺寸 各軸肩處的圓角半徑見圖2-1，軸端倒角取1×45°。 5.5 軸的強(qiáng)度校核 a 求軸的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖（見圖1-3）。在確定軸承的支撐點(diǎn)位置時，從手冊中查取a值。對于61803型深溝球軸承，因此軸的支承跨距L=96.5+96.5=193mm。 根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作為軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出，C截面的當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險截面。C截面處的、、、及的數(shù)值如下。 支反力 水平面 =209 ，=209 N 垂直面 =197 , =-76 N 彎矩和 水平面 =5538.5 N·mm 垂直面 =3206.5 N·mm 圖1-3 軸的計(jì)算簡圖 Fig.1-3 Computation diagram of axis 合成彎矩 ==6399.7 N·mm 扭矩 =10120.6 當(dāng)量彎矩 ==10119.9 N·mm b 校核軸的強(qiáng)度 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得=650，則[]=0.09～0.1，即58～65,取[]=60，軸的計(jì)算應(yīng)力為 ==17.3<[]=60 N/mm2 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。 5.6 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 對于重要的軸，必須按安全系數(shù)精確校核軸的疲勞強(qiáng)度。一般用途的軸，該步工作可以省略。 a 判斷危險截面 危險截面應(yīng)該是應(yīng)力較大，同時應(yīng)力集中較嚴(yán)重。從受載情況觀察，截面C上最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸直徑最大，故截面C不必校核。從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度削弱程度觀察，截面Ⅳ和Ⅴ處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重。截面Ⅴ的應(yīng)力集中與截面Ⅳ相近，但截面Ⅴ不受扭矩作用，同時軸徑也較大。分析可知，危險截面為Ⅳ截面（左側(cè)）。 b 計(jì)算危險截面應(yīng)力 截面右側(cè)彎矩為 =10119.9×=3436.9 N/mm； 截面上的扭矩為 =10120.6 N/mm； 抗彎截面系數(shù) =0.1==583.2 mm3； 抗扭截面系數(shù) =0.2==1166.4 mm3； 截面上的彎曲應(yīng)力 =5.9 N/mm2； 截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 == 8.7 N/mm2； 彎曲應(yīng)力幅度 == 5.9 N/mm2； 彎曲平均應(yīng)力 =0； 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等，即 = =4.4 N/mm2； c 確定影響系數(shù) 軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得=600 N/mm2，=275 N/mm2，=140 N/mm2。 軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)、。根據(jù)=1/18＝0.056，=20/18＝1.1，由表經(jīng)插值后可得=1.65，=1.19。 尺寸系數(shù)、根據(jù)軸截面為圓截面查圖得=1.0 ，=0.98 。 表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)=600和表面加工方法為精車，查圖得==0.88 材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù)、取=0.1，=0.5＝0.05 由上面結(jié)果可得 ＝40.63 ＝8.62 ＝9.40 查表中的許用安全系數(shù)[]=1.5，可知該軸安全。 第六章 設(shè)計(jì)體會 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年來理論基礎(chǔ)知道和專業(yè)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)過程中最后階段采用的一種總結(jié)性的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對專業(yè)基礎(chǔ)知識的一次考驗(yàn)與綜合運(yùn)用。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)能使學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)幾年來所學(xué)的理論和專業(yè)知識和在生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中學(xué)到的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以全面、系統(tǒng)、地培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新能力、解決實(shí)際問題等能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)三個月里，在導(dǎo)師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下已順利完成。在這幾個月里從對所設(shè)計(jì)產(chǎn)品市場需求情況的調(diào)查、目前研究現(xiàn)狀的了解、相關(guān)資料的查閱、結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)方案的提出、及最后總方案的確定，在這每一個環(huán)節(jié)中我都嚴(yán)格要求自己：一個從事機(jī)械專業(yè)的人員，既要熟悉設(shè)計(jì)，更要熟悉工藝和控制，也要有能預(yù)測市場的能力。在這個過程中，不但培養(yǎng)了我獨(dú)立思考、分析問題的能力也培養(yǎng)了我的創(chuàng)新能力、解決實(shí)際問題的能力及理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。 在這短短三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)里，也深感自己還存在很多不足，如理論知識的不扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的欠缺、理論與實(shí)踐的優(yōu)化結(jié)合等等。我將在以后的學(xué)習(xí)和工作中繼續(xù)對專業(yè)理論知識的深入學(xué)習(xí)和對實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)真總結(jié)，做到理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，爭做一名“有志”、“有德”、“博學(xué)”適合當(dāng)代社會發(fā)展所需要的優(yōu)秀社會青年。 28 第七章 參考文獻(xiàn) （1） 王之櫟，王大康，機(jī)械設(shè)計(jì)課程綜合設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2006 （2） 楊可幀，程光蘊(yùn)，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，第五版，高教出版社，2003 （3） 濮良貴，紀(jì)明綱，機(jī)械設(shè)計(jì)，第八版，高教出版社，2007 （4） 汝元功，唐照明，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，高教出版社，1995 （5） 孫桓，陳作模，機(jī)械原理，第五版，高教出版社，1996 （6） 齒輪手冊編委會，齒輪手冊，機(jī)械工業(yè)出版社，1990 （7） 周開勤，機(jī)械零件手冊，第四版，高教出版社，1994 （8） 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