畜力發(fā)電機(jī)設(shè)計【含12張CAD圖紙】,含12張CAD圖紙,畜力,發(fā)電機(jī),設(shè)計,12,CAD,圖紙 畢業(yè)設(shè)計計算書 指導(dǎo)教師： 設(shè)計題目：畜力發(fā)電機(jī)設(shè)計 設(shè)計人： 摘要 本產(chǎn)品屬于一種小功率的發(fā)電設(shè)備，特別是一種適合飼養(yǎng)有牛、馬、驢、騾等的農(nóng)戶使用的發(fā)電機(jī)。在許多邊遠(yuǎn)山區(qū)采用水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等方法解決電問題。但不少地區(qū)水力、風(fēng)力、地?zé)豳Y源都比較貧乏，而且水利發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電投資很大，往往給這些地區(qū)發(fā)電問題造成困難。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，由于其以家畜作為動力，因而不會對環(huán)境造成破壞。 畜力發(fā)電機(jī)主要有有三部分組成：儲能裝置、傳動系統(tǒng)、增速系統(tǒng) 。 儲能裝置利用平面蝸卷彈簧儲存能量；傳動系統(tǒng)是將彈簧儲存的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；增速系統(tǒng)是將輸出的較小的轉(zhuǎn)速增大，以達(dá)到發(fā)電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速。 這個設(shè)計書主要由三部分組成，第一部分是畜力發(fā)電機(jī)的總體設(shè)計;第二部分是傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算以及關(guān)鍵零部件的校核，第三部分是增速系統(tǒng)的總方案的設(shè)計 關(guān)鍵詞：畜力 發(fā)電機(jī) 傳動 增速 ABSTRACT This product belongs to one kind of low power generating set, specially one kind suits to the peasant household who have the cow, the horse, the donkey, the mule and so on. In many outlying mountainous areas，the people use many methods solution electricity questions such as hydraulic electrogenerating, wind power generation, geothermal power generation and so on.But many local areas are all deficient, moreover ,the water conservation electricity generation and the wind power generation cost very big. So these areas often gives these local electricity generation question to cause the difficulty.This product mix is simple, because it takes the power by the domestic animal, thus cannot create the environment the destruction. The livestock strength generator mainly includes three parts: Stored energy installment, transmission system and speed-up system. The stored energy use plane snail volume spring cumulative energy; The transmission system conversion which stores up the spring for the mechanical energy; The speed-up system function is the small rotational speed which outputs increases, achieved the generator needs rotational speed. This designs mainly includes three parts, the first part is the livestock strength generator system design. The second part is the transmission system design calculation and the essential spare part examination, the third part is the speed-up system total plan design. Key word: livestock strength generator transmission speed-up 目錄 第一章 前言·············································································1 第二章 總體設(shè)計·······································································1 2.1概述················································································1 2.2設(shè)計任務(wù)···········································································2 2.3設(shè)計目的···········································································3 2.4設(shè)計方案選擇······································································3 2.5設(shè)計題目分析······································································4 第三章 平面蝸卷彈簧設(shè)計··························································5 3.1彈簧的功用········································································5 3.2平面蝸卷彈簧的類型······························································5 3.3平面蝸卷彈簧的設(shè)計·····························································6 第四章 直齒圓柱齒輪設(shè)計·························································10 4.1齒輪傳動的基本問題··························································10 4.2齒輪的失效形式·······························································11 4.3齒輪的設(shè)計準(zhǔn)則·······························································11 4.4齒輪的額材料及其選擇························································11 4.5齒輪的基本參數(shù)及其校核·····················································14 第五章 直齒圓錐齒輪設(shè)計·······················································19 5.1齒輪參數(shù)設(shè)計及其校核···························································19 5.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算···························································19 第六章 軸的設(shè)計···································································23 6.1軸的分類 ·········································································23 6.2軸的材料········································································24 6.3軸設(shè)計的主要問題·····························································25 6.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計··································································25 第七章 飛輪的選擇設(shè)計····························································23 7.1概述·······································································27 7.2飛輪參數(shù)設(shè)計····························································28 7.3飛輪校核 ································································28 第八章 軸承的選擇及校核·························································23 8.1滾動軸承的構(gòu)造和材料·························································29 8.2滾動軸承的類型·································································29 8.3滾動軸承的選型校核····························································33 第九章 棘輪逆止機(jī)構(gòu)設(shè)計·························································47 9.1棘輪機(jī)構(gòu)簡介····································································47 9.2棘輪機(jī)構(gòu)計算····································································48 第十章 機(jī)架的分析設(shè)計····························································50 10.1機(jī)架的分類··································································50 10.2機(jī)架的設(shè)計準(zhǔn)則·····························································50 10.3機(jī)架設(shè)計的一般要求························································52 10.4機(jī)架的設(shè)計步驟·····························································52 10.5機(jī)架結(jié)構(gòu)的選擇·····························································53 10.6機(jī)架的常用材料·····························································54 第十一章 鍵選擇及其的校核······················································55 11.1鍵的分類·····································································55 11.2平鍵連接的強(qiáng)度計算························································55 11.3鍵的校核·····································································55 第十二章 聯(lián)軸器的校核····························································47 12.1聯(lián)軸器的分類及性能特點(diǎn)····················································56 12.2聯(lián)軸器的選擇及其驗算·······················································57 第十三章 增速器的選用及驗算············································58 13.1增速器的選用及驗算·····················································58 參考文獻(xiàn)····················································································· 設(shè)計小結(jié)····················································································· 附：英文翻譯 英文原文 設(shè)計項目 計算與說明 結(jié)果 第1章 前言 第2章 總體設(shè)計 2.1概述 2.2設(shè)計任務(wù) 2.3設(shè)計目的 2.4設(shè)計方案的選擇 2.5設(shè)計題目分析 第3章 平面蝸卷彈簧設(shè)計 3.1彈簧的功用 3.2平面蝸卷彈簧的類型 3.3 平面蝸卷彈簧設(shè)計 第4章 直齒圓柱齒輪的設(shè)計 4.1齒輪傳動的基本問題 4.2齒輪的失效形式 4.3齒輪設(shè)計準(zhǔn)則 4.4齒輪的材料及其選擇 4.5齒輪的基本參數(shù)及其校核 第5章 直齒圓錐齒輪的設(shè)計 5.1齒輪參數(shù)設(shè)計及計算 5.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 第六章 軸的設(shè)計 6.1軸的分類 6.2軸的材料 6.3軸設(shè)計的主要問題 6.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.5軸的校核 第七章 飛輪的選擇設(shè)計 7.1概述 7.2飛輪參數(shù)設(shè)計 7.3飛輪校核 第八章 軸承的選擇及校核 8.1滾動軸承的構(gòu)造和材料 8.2滾動軸承的類型 8.3滾動軸承選型校核8.3.1 軸承選型 8.3.2軸承的校核 第九章 棘輪逆止機(jī)構(gòu)設(shè)計 9.1棘輪機(jī)構(gòu)簡介 9.2棘輪機(jī)構(gòu)的計算9.2.1 棘輪齒的強(qiáng)度計算 9.2.2 棘爪的強(qiáng)度計算 9.2.3 棘爪軸的強(qiáng)度計算 第十章 機(jī)架的分析設(shè)計 10.1機(jī)架的分類 10.2 機(jī)架的設(shè)計準(zhǔn)則 10.3 機(jī)架設(shè)計的一般要求 10.4 機(jī)架設(shè)計步驟 10.5 機(jī)架結(jié)構(gòu)的選擇 10.6 機(jī)架常用的材料 第十一章 鍵的校核 11.1鍵的分類 11.2 平鍵連接的強(qiáng)度計算 11.3鍵的校核 第十二章 聯(lián)軸器的校核 12.1聯(lián)軸器的分類及性能特點(diǎn) 12.2 聯(lián)軸器的選擇及其驗算 第十三章 增速器的選用及驗算 13.1增速器的選用及驗算 第1章 前言 本產(chǎn)品屬于一種小功率的發(fā)電設(shè)備，是一種特別適合飼養(yǎng)有大型家畜，如牛、馬、驢、騾等的農(nóng)戶使用的發(fā)電機(jī)。 在許多邊遠(yuǎn)山區(qū)采用水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等方法解決電問題。但不少地區(qū)水力、風(fēng)力、地?zé)豳Y源都比較貧乏，而且水利發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電投資很大，往往給這些地區(qū)發(fā)電問題造成困難，因而需要一種新型電機(jī)來為這些地區(qū)的人解決這一問題。而采用畜力發(fā)電機(jī)既可用于邊遠(yuǎn)山區(qū)、草原、海島，又可用于農(nóng)閑季節(jié)的農(nóng)村。能源轉(zhuǎn)化合理方便，成本問題得以合理解決。 目前，在廣大農(nóng)村地區(qū)，能源供應(yīng)主要有兩種途徑，一是向外夠入，如煤、油、電、氣等，此種情況一來需要支出資金，二來容易出現(xiàn)資金原因，在急需時停止供應(yīng)，三來由于農(nóng)村地處偏遠(yuǎn)，輸電線路過長或運(yùn)輸距離過遠(yuǎn)而導(dǎo)致使用成本居高不下 ；并且由此造成能源在傳輸過程損失過多。二是向周邊環(huán)境索取，這容易造成對周圍生態(tài)環(huán)境的破壞。 本產(chǎn)品的設(shè)計目的在于針對上述情況，為飼養(yǎng)有大型家畜的農(nóng)戶提供一種簡單實用，成本低廉家用畜力發(fā)電設(shè)備，以滿足農(nóng)戶對能源的要求。 該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，主要由機(jī)架、調(diào)變速裝置、傳動機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、調(diào)壓裝置及附件組成，制造成本低廉，可滿足農(nóng)戶的一般電力需求，并且由于其以家畜作為動力，因而不會造成環(huán)境的破壞，符合綠色環(huán)保要求。 第2章 總體設(shè)計 2.1概述 總體設(shè)計是機(jī)械設(shè)計中極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它是對所設(shè)計的機(jī)械的總的設(shè)想，總體設(shè)計的成敗，關(guān)系到整部機(jī)械的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，直接決定了機(jī)械設(shè)計的成敗。 總體設(shè)計指導(dǎo)機(jī)構(gòu)設(shè)計和部件設(shè)計的進(jìn)行，一般由主任工程師（或總工程師）主持進(jìn)行。在接受設(shè)計任務(wù)以后，應(yīng)進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外同類機(jī)械的有關(guān)資料，了解當(dāng)前國內(nèi)相關(guān)機(jī)械的使用、生產(chǎn)、設(shè)計和科研情況，并進(jìn)行分析和比較，制定總的設(shè)計原則，設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計機(jī)型符號有關(guān)的方針、政策，在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，力求結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)性好、壽命長。 總的設(shè)計原則： 1． 遵守“三化”:零件標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、部件通用化。 2． 采用“四新”:新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝。 3． 滿足“三好”:好制造、好使用、好維修。 制定總則之后，便可以編制設(shè)計任務(wù)書，在調(diào)研的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設(shè)計的成功。制定總則之后，便可以編制設(shè)計任務(wù)書，在調(diào)研的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設(shè)計的成功。 2.2設(shè)計任務(wù) 在現(xiàn)有2 KW汽油發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)上，將動力源改為畜力（騾、馬或牛），既可用于邊遠(yuǎn)山區(qū)、草原、海島，又可用于農(nóng)閑季節(jié)的農(nóng)村；既可單機(jī)使用，又能并網(wǎng)發(fā)電。該機(jī)結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、調(diào)變速裝置、傳動機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、調(diào)壓裝置和輔件等組成。其他要求同柴油發(fā)電機(jī)組。 本設(shè)計要求達(dá)到結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)成本低、整機(jī)重量輕、操作方便、滿足工作性能的目的；要求震動、噪聲小，適合批量生產(chǎn)。 2.3設(shè)計目的 1．培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識和技能，分析和解決機(jī)械工程實際問題的能力，熟悉生產(chǎn)技術(shù)工作的一般程序和方法。 2．培養(yǎng)學(xué)生懂得工程技術(shù)工作所必須的全局觀念、生產(chǎn)觀念和經(jīng)濟(jì)觀念，樹立正確的設(shè)計思想和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。 3．培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究，查閱技術(shù)言文獻(xiàn)、資料、手冊，進(jìn)行工程計算、圖樣繪制及編寫技術(shù)文件的能力。 2.4設(shè)計方案選擇 原發(fā)電機(jī)為汽油發(fā)電機(jī)，現(xiàn)改為畜力發(fā)電機(jī)。 方案一：畜力直接驅(qū)動 1、優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，容易查找故障根源，排除故障方便，對操作人員技術(shù)要求不高，并且生產(chǎn)成本低。 2、缺點(diǎn)：速度不易控制，家畜休息時無法發(fā)電，轉(zhuǎn)速變化較大，輸出不穩(wěn)定，很難達(dá)到實際應(yīng)用要求。 方案二：彈簧儲能，飛輪穩(wěn)速。 1、優(yōu)點(diǎn)：速度容易控制，家畜休息時裝置也能發(fā)電。并且有反饋控制部分，可以提高輸出的穩(wěn)定性。 2、缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較第一種方案復(fù)雜，會提高制造成本。 2.5設(shè)計題目分析 經(jīng)查相關(guān)的資料，確定馬的行走速度大約是1.1m/s，功率大約為0.55KW，所以機(jī)構(gòu)用2匹馬工作， 電機(jī)選用湖南省嘉禾水電設(shè)備廠生產(chǎn)的TFDW-2型汽油發(fā)電機(jī)。 P=2.2KW=500N×1.1m/s×4。 馬的工作力臂L=1.3m。 工作轉(zhuǎn)矩T=FL=500×4×1.3=1300N.M。 一分鐘路程S=VT=1.1×60=66m 一圈路程S=Πd=4.082m. 1分鐘所走的圈數(shù)n1= S/S=66/4.082=16圈 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1500r/min 總傳動比i=16/1500=1/93.75 發(fā)電機(jī)的外形及安裝尺寸如下： A=150 B=140 C=90 D=22 E=40 F=6 G=24.5 L=380 b=190 h=355 K= a=50 第3章 平面蝸卷彈簧設(shè)計 3.1彈簧的功用 彈簧是一種彈性元件，多數(shù)機(jī)械設(shè)備均離不開彈簧。彈簧利用本身的彈性，在受載后產(chǎn)生較大的變形，當(dāng)外載卸除后，變形消失而外載恢復(fù)原狀。彈簧在產(chǎn)生變形和恢復(fù)原狀時，能夠把機(jī)械功或動能轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃文?，或把變形能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功或動能。利用彈簧的這種特性，可以滿足機(jī)械中的一些特殊要求，其主要功用是： 1）控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，如內(nèi)燃機(jī)中的氣門、制動器、離合器上的彈簧。 2）減振和緩沖，如各種車輛的懸掛彈簧、聯(lián)軸器中的彈簧。 3）儲能及輸出能量，如鐘表中的彈簧。 4）測量力的大小，如彈簧稱、測力器中的彈簧。 按照載荷的性質(zhì)，彈簧可分為壓縮彈簧、拉伸彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧；按照彈簧外形可分為螺旋彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、板彈簧等；按材料的不同還可以分為金屬彈簧和非金屬彈簧等。 3.2平面蝸卷彈簧的類型 這里的設(shè)計選擇平面蝸卷彈簧進(jìn)行儲能，在牲畜休息時彈簧釋放能量進(jìn)行發(fā)電。 平面蝸卷彈簧是將等截面的細(xì)長材料繞制成平面螺旋線形，工作時一端固定，另一端施加轉(zhuǎn)矩，線材個截面承受彎曲力矩而產(chǎn)生彎曲彈性變形，在本身平面內(nèi)產(chǎn)生扭矩，其變形角的大小和施加的轉(zhuǎn)矩成正比。它的剛度較小，一般在靜載荷下工作。由于卷繞圈數(shù)可以很多，變形角大，能在較小體積內(nèi)儲存較多能量。材料截面形狀多半是長方形的，也有的是圓形。平面蝸卷彈簧依據(jù)相鄰圈是否接觸分為2類：非接觸型和接觸型。 非接觸型平面蝸卷彈簧在工作中各圈均不接觸，常用來產(chǎn)生反作用力矩，如電動機(jī)電刷的壓緊彈簧和儀表、鐘表中游絲均屬于這種彈簧。非接觸型平面蝸卷彈簧非為外端固定和外端回轉(zhuǎn)兩種。它門的強(qiáng)度和變形角計算略有差異，但它們的特性都屬于線性的。 接觸型平面蝸卷彈簧常用來作為各儀器和鐘表機(jī)構(gòu)中的發(fā)條。彈簧外端固定在簧盒內(nèi)壁上，內(nèi)端固定在心軸上。心軸上施加轉(zhuǎn)矩時，彈簧被卷緊并儲存能量。 接觸型平面蝸卷彈簧的轉(zhuǎn)矩與變形角間的關(guān)系不但與彈簧材料、簧盒內(nèi)徑、心軸直徑 、彈簧長度、截面尺寸和內(nèi)、外端的固定形式有關(guān)，還與彈簧材料的表面粗糙度和潤滑條件有關(guān)。要精確計算比較困難，所以有關(guān)計算式多為近似式，計算結(jié)果與實際情況有一定誤差。 3.3平面蝸卷彈簧設(shè)計 平面蝸卷彈簧的特性線 參考書目《機(jī)械設(shè)計手冊新版2》 以下計算中出現(xiàn)的公式出自7-51頁。 彈簧內(nèi)端固定形式 內(nèi)端固定圖示 這種內(nèi)端固定形式用于材料較厚的彈簧，承受拉力較大，可以防止拉力過大時彈簧拉斷。 彈簧外端固定形式：襯片固定 襯片固定圖示 在端部鉚接襯片，襯片兩側(cè)凸耳分別插入盒底和盒蓋的長方形中，襯片在方孔中可移動，減少了圈間摩擦，有較高的穩(wěn)定度，是較合理的固定形式。 計算公式： 1．彈簧材料 由表12-20選用II級強(qiáng)度熱處理鋼帶(60Si2MnA)，再由表12-22，取硬度為48～55HRC，抗拉強(qiáng)度σb=1700Mpa.當(dāng)使用壽命大于105次時，取[σ]=（0.5～0.6）σb=850～1020Mpa。根據(jù)重要程度取[σ]=1000MPa。 2.計算最小工作轉(zhuǎn)矩和極限轉(zhuǎn)矩 極限工作轉(zhuǎn)矩由前面知： 。 3.彈簧材料的截面尺寸 設(shè)寬度b=200mm,彈簧要求外端固定，取K2=1， 所以 。取h=。 4.彈簧工作長度 由l/h=3000～7000,最大15000，取l/h=7000,所以 L=5000h=7700mm。 5.芯軸直徑 ，取=40mm 6.彈簧內(nèi)半徑 ，取R1=22mm 7.各部分圈數(shù)： 自由狀態(tài)下的圈數(shù)： = =40.37 取n0=40圈 理論工作轉(zhuǎn)數(shù)： 未受轉(zhuǎn)矩時的圈數(shù)： 卷緊在心軸上的圈數(shù)： 8．簧盒內(nèi)徑 取D2=370mm 9.材料展開長度 L=l+ld+lD ld—固定于芯軸上的長度， lD—固定于簧盒的長度 平面蝸卷彈簧 第4章 直齒圓柱齒輪的設(shè)計 參考書目《機(jī)械設(shè)計》第六版。 4.1齒輪傳動的基本問題 齒輪傳動是最基本的機(jī)械傳動形式之一。與帶傳動等相比，齒輪傳動具有壽命長、瞬時傳動比恒定、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、速度和功率的適用范圍廣等許多優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是對制造和安裝的精度要求較高，并且需要專用機(jī)床，因而生產(chǎn)成本較高；在精度較低或高速運(yùn)行情況下，震動和噪聲較大；無過載保護(hù)作用。 雖然齒輪傳動的類型很多，用途各異，但是從傳遞運(yùn)動和和動力的要求出發(fā)，各種齒輪傳動都必須解決兩個基本問題： （1）傳動平穩(wěn) 就是要保證瞬時傳動比恒定，以盡可能減少齒輪嚙合中的沖擊、振動和噪聲。 （2）足夠的承載能力 就是要在尺寸、質(zhì)量較小的前提下，保證正常所需的強(qiáng)度、耐磨性等方面的要求。保證在預(yù)定的使用期限內(nèi)不發(fā)生失效。 有關(guān)傳動平穩(wěn)的問題，涉及到齒輪傳動的齒廓條件、正確嚙合、連續(xù)傳動等多方面。 4.2齒輪的失效形式 正常情況下，齒輪的失效主要集中在輪齒部位。輪齒的失效形式很多，但歸結(jié)起來可分為二大類：齒體損傷失效和齒面損傷失效。1.輪齒折斷2.齒面點(diǎn)蝕3.齒面膠合4.齒面磨粒磨損5.齒面塑性變形。 4.3齒輪設(shè)計準(zhǔn)則 普通齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則如下。 1.閉式傳動 其只要失效形式為齒面點(diǎn)蝕和輪齒的彎曲疲勞折斷。當(dāng)采用軟齒面時，其齒面接觸疲勞強(qiáng)度較低，因此，一般應(yīng)首先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計算齒輪的分度圓直徑及其主要集合參數(shù)，然后對其齒輪內(nèi)的疲勞彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。當(dāng)采用硬齒面時，則一般應(yīng)首先按輪齒的抗彎疲勞強(qiáng)度確定齒輪的模數(shù)及其余主要幾何參數(shù)，然后再校核其齒面接觸疲勞強(qiáng)度。 2.開式傳動 其主要失效形式為齒面磨粒磨損和輪齒的彎曲疲勞折斷。由于目前齒面磨粒磨損尚無完善的計算方法，因此通常只對其進(jìn)行抗彎疲勞強(qiáng)度計算，并且適當(dāng)加大模數(shù)的方法來考慮齒面磨粒磨損的影響。 4.4齒輪的材料及其選擇 由齒輪的失效形式可知，在齒輪設(shè)計中，應(yīng)使齒輪的工作表面具有較高的抗點(diǎn)蝕、耐磨損、抗膠合和抗塑性變形的能力，而齒根則應(yīng)具有較高的抗折斷能力。因此，一般的講，理想的齒輪材料應(yīng)具備這樣的特點(diǎn)：即齒面要硬、齒心要韌。在這方面，鋼通過適當(dāng)?shù)臒崽幚?，能收到滿意的效果，是最理想的齒輪材料。 制造齒輪多采用碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，并已鍛造形式的方法制作毛坯，這類鋼叫鍛鋼。毛坯經(jīng)鍛造加工后，可以改善力學(xué)性能，使其內(nèi)部形成有利的纖維方向，有利于輪齒強(qiáng)的的提高。 鋼制齒輪常通過調(diào)質(zhì)、正火、表面淬火、滲氮等各種熱處理方法改善材料力學(xué)性能，以適應(yīng)齒輪的不同的工作要求。 齒輪常用鑄鐵為灰鑄鐵和球墨鑄鐵。普通灰鑄鐵句良好的鑄造工藝性和機(jī)械加工性，易于得到復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀，而且價格便宜，同時，灰鑄鐵還具有一定的抗點(diǎn)蝕和抗膠合能力，但其抗彎強(qiáng)度低、韌性差，因此多用于低速、無沖擊及尺寸不受限制的場合?；诣T鐵中的石墨具有潤滑作用，尤其使用于制作潤滑條件較差的開式傳動齒輪。 與灰鑄鐵相比，球墨鑄鐵不僅強(qiáng)度高，且具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。因此，在一定程度上 可以代替鋼制作齒輪。但由于生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，目前使用尚不夠普遍。 某些在特殊場合下工作的齒輪，根據(jù)需要，可以采用銅、鐵以外的其他材料制造。例如：在腐蝕介質(zhì)中工作的輕載齒輪，可以采用銅、鋁、鈦等有色金屬制造。要求降低噪聲的高速、輕載齒輪，可以采用尼龍、酚醛塑料和酚醛層壓布板等非金屬材料制造。 齒輪材料的選擇 選擇齒輪材料時，要從齒輪的工作條件、制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮?，F(xiàn)提出一些看法，供選擇材料時參考。 1.選擇材料要滿足工作條件的要求 一般的說，工作速度較高的閉式齒輪傳動，齒輪容易發(fā)生齒面點(diǎn)蝕或膠合，應(yīng)選擇能使齒面硬度叫高的高頻感應(yīng)加熱淬火用鋼‘中速中載齒輪傳動，可選擇綜合性能較好的調(diào)質(zhì)鋼。開式齒輪潤滑條件較差，主要失效形式為齒面的磨粒磨損，應(yīng)選擇減摩、耐磨性較好的材料。高速輕載的齒輪，為了降低噪聲，可選用非金屬材料。重要的或結(jié)構(gòu)要求緊湊的齒輪傳動，應(yīng)當(dāng)選擇較好的齒輪材料。 一對齒輪的材料搭配十分重要。一般的說，對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動，小齒輪齒根較弱而且回轉(zhuǎn)次數(shù)又多，故應(yīng)使小齒輪材料的強(qiáng)度和耐磨性比大齒輪要高一些。設(shè)計中，對于軟齒面齒輪傳動，通常其小齒輪比大齒輪高出20-50HBS，且傳動比越大其硬度差也越大。當(dāng)一對齒輪 采用軟、硬齒面搭配時，經(jīng)過磨制的硬齒面小齒輪，對于軟齒面大齒輪，通過碾壓作用產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象，從而可以提高大齒輪齒面的疲勞強(qiáng)度。對于高速齒輪傳動，為了防止齒面發(fā)生膠合，除了要重視潤滑和散熱條件以外，在選擇齒輪材料時，還應(yīng)從摩擦學(xué)的角度來認(rèn)識。一般認(rèn)為，為了提高齒面硬度差有利于防止發(fā)生膠合，而一對齒輪材料的硬度、成分和內(nèi)部組織越接近，對于防止發(fā)生膠合越不利。 2.選擇材料要考慮齒輪毛坯的形成方法、熱處理和切齒加工條件 直徑在400mm以上的齒輪，因一般鍛壓設(shè)備不便加工而采用鑄造成型毛坯，故選用鑄鋼或鑄鐵。單件或小批量生產(chǎn)的大直徑齒輪，往往采用焊接的方法制作毛坯，這不但可以縮短生產(chǎn)周期，而且有利于降低齒輪的制造成本。 當(dāng)齒輪的熱處理選擇調(diào)質(zhì)、正火或表面淬火時，需要采用中碳鋼或中碳合金鋼。調(diào)質(zhì)鋼在強(qiáng)度、硬度、和韌性等各項力學(xué)性能方面均優(yōu)于正火鋼，但切削性能不如正火鋼。在切削性能方面，一般的說，合金鋼不如碳素鋼，通常滾齒和插齒等切齒方法，只能切削硬度小于250HBS的齒坯，它大體為調(diào)質(zhì)或真火鋼的材料硬度。超過該硬度時，齒輪往往需要進(jìn)行磨齒加工而增大齒輪的制造成本。但是，若齒輪選擇表面淬火，由于熱處理工程中加熱時間短而輪齒變形較小，故對于普通精度要求的齒輪可以不磨齒，是這種熱處理方法的一大優(yōu)點(diǎn) 。其次，由于生產(chǎn)率高，并且便于實現(xiàn)熱處理工藝的自動化的自動化而非常適合大規(guī)模生產(chǎn)方式。 3.選擇材料要考慮齒輪生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性 在滿足使用性能的前提下，選擇材料必須注意降低齒輪生產(chǎn)的的總成本。總成本應(yīng)當(dāng)包括材料本身的價格和與生產(chǎn)有關(guān)的一切費(fèi)用。一般的說，碳鋼和鑄鐵的價格較低，且句要較好的工藝性，因此在滿足使用性能的前提下，應(yīng)優(yōu)先考慮選用。這里應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)：在選擇齒輪材料時必須認(rèn)真考慮齒輪制造工藝性的好壞。在小批量生產(chǎn)條件下，工藝性能的好壞顯得并不突出，而在大批量生產(chǎn)條件下，它有時可能成為選擇齒輪材料的決定因素。此外，在選擇齒輪材料時，還應(yīng)當(dāng)考慮材料的資源和供應(yīng)情況，所選鋼種應(yīng)供應(yīng)充足且盡量集中。在必須采用合金鋼時，應(yīng)首先立足于資源比較豐富的硅、錳等類合金鋼。 計算 及其校核 4.5齒輪的基本參數(shù)及其校核 1．選材料確定初步參數(shù) （1）選材料 小齒輪：40Cr調(diào)質(zhì)，平均取齒面硬度為260HBS 大齒輪：45鋼調(diào)質(zhì),平均取齒面硬度為230HBS (2)初設(shè)傳動比 i1=1:5 (3)初選齒數(shù) 取小齒輪齒數(shù)Z1=54，則大齒輪齒數(shù)Z2=270， （4）齒數(shù)比 u=Z2/Z1=5 (5)選擇齒寬系數(shù) 參照表9-14，取齒寬系數(shù)，初估小齒輪直徑d1估=100mm，則齒寬b估=60mm (6)小齒輪圓周轉(zhuǎn)速則，齒輪圓周速度 （7）計算小齒輪轉(zhuǎn)矩T1 （8）確定重合度系數(shù)，由P173 式（9-13） （9）確定載荷系數(shù)KH，KF。 1）使用系數(shù)KA，由已知查表9-9，取KA=1.5 2）動載荷系數(shù)KV，由圖9-6，取KV=1.17 3）齒向載荷分布系數(shù)，由圖9-6， 4）齒間載荷分配系數(shù)，根據(jù)條件 查表（9-10）得 5）載荷系數(shù)KH，KF，由式9-7，9-8 2.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 （1）確定許用應(yīng)力 1）總工作時間 2)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1，N2，由式（9-16）及表9-12得 3）壽命系數(shù)，由圖9-17，取ZN1=1.13，ZN2=1.16 4）接觸疲勞極限，由圖9-13a,取 5）安全系數(shù)，參照表9-17，取SH=1 6）許用應(yīng)力，由式（9-15）得 （2）彈性系數(shù)，由表9-11， （3）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，由圖9-12，取ZH=2.5 （4）所需小齒輪直徑，由式（9-11）得 與初估大小基本符合。 （5）確定主要參數(shù) 1）模數(shù) m=5 2)分度圓直徑 d1=mz1=100mm, d2=mz2=500mm 3)中心距 a=0.5(d2+d1)=300mm 4)確定齒寬 取小齒寬b1=b=60mm.b2=60mm 3.齒根抗疲勞強(qiáng)度驗算 （1）求許用應(yīng)力 1）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，由式（9-16）及表9-12得 2）壽命系數(shù) 取YN1=YN2=1 3）極限應(yīng)力 由圖9-21 4）尺寸系數(shù) 由圖9-26，取YX=1 5）安全系數(shù) 參照表9-13，取SF=1.5 6）許用應(yīng)力，由式（9-20）得 （2）齒形系數(shù) 由圖9-19，取 （3）應(yīng)力修正系數(shù)，由圖9-19，取 （4）校核齒根抗彎疲勞強(qiáng)度，由式（9-11）得 抗疲勞強(qiáng)度滿足要求 4．齒面靜強(qiáng)度驗算 （1）確定許用接觸應(yīng)力，參照表9-13，取靜強(qiáng)度安全系數(shù)，由圖9-17取壽命系數(shù) （2）校核齒面靜強(qiáng)度，根據(jù)過載條件，由式（9-21），齒面最大接觸應(yīng)力 5．齒根抗彎強(qiáng)度計算 （1）確定許用彎曲應(yīng)力，參照表9-13，取靜強(qiáng)度安全系數(shù)，由圖9-25，取壽命系數(shù) （2）最大彎曲應(yīng)力并校核強(qiáng)度，由式（9-22），最大彎曲應(yīng)力 靜強(qiáng)度滿足要求。 第5章 直齒圓錐齒輪的設(shè)計 參考書目《機(jī)械設(shè)計圖冊（上）》和《機(jī)械設(shè)計》。 錐齒輪用于相交軸之間的傳動。兩軸之間的交角可根據(jù)需要確定，但大多數(shù)為直角，即兩軸垂直相交傳動形式。錐齒輪傳動分為直齒、斜齒和曲線齒三種類型。其中斜齒錐齒輪傳動應(yīng)用較少。曲線錐齒輪傳動具有工作平穩(wěn)、承載能力高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，適用于高速、重載應(yīng)用場合。其主要缺點(diǎn)是制造困難，要求具備專用加工機(jī)床。所以，專業(yè)性很強(qiáng)，一般場合不便推廣。 目前，應(yīng)用最多的還是直齒齒輪傳動，這主要是因為其設(shè)計、制造都比較簡單。但由于其制造精度普遍較低，工作中振動和噪聲較大，故圓周轉(zhuǎn)速不宜過高。 5.1齒輪參數(shù)設(shè)計及計算 設(shè)計及其校核（其中出現(xiàn)的公式出自《機(jī)械設(shè)計》） 1.選材料確定初步參數(shù) （1）選材料 齒輪1 45鋼調(diào)質(zhì)，平均齒面硬度為 200HBS。 齒輪245鋼調(diào)質(zhì)，平均齒面硬度為160HBS。 （2）初選齒數(shù) Z1=35，Z2=50 齒數(shù)比 (3)選擇齒寬系數(shù)， （4）確定傳動的精度等級，初選傳動的精度等級為 8級 （5）計算小齒輪轉(zhuǎn)矩T1 （6）確定載荷系數(shù)K 1）使用系數(shù)KA 由已知條件，查機(jī)械設(shè)計課本表P190表10-2，取KA=1.25 2）動載系數(shù)KV 由機(jī)械設(shè)計課本表P192圖10-8，取KV=1.0 3）齒向載荷分配系數(shù)， 按小齒輪懸臂考慮，取 4）載荷系數(shù) 5.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 （1）確定許用應(yīng)力 1）壽命系數(shù)ZN 由已知條件取 2）安全系數(shù)SH 由表9-13，取 3）接觸疲勞極限 由機(jī)械設(shè)計課本表P206圖10-19，取 4）許用應(yīng)力 大齒輪的許用應(yīng)力小，故去大齒輪的許用應(yīng)力。 （2）彈性系數(shù)ZE 由機(jī)械設(shè)計課本表P198表10-6，取 （3）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 由圖9-12，取ZH=2.5 （4）求齒輪所需大端分度圓直徑d1 取d1=175mm (5)驗算速度vmt (6)確定模數(shù) m=d1/z1=5 1. 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗算 （1） 確定去用彎曲應(yīng)力 1） 壽命系數(shù) 由已知條件查機(jī)械設(shè)計課本P202圖10-18，取 2） 安全系數(shù)SF，取安全系數(shù) 3）極限應(yīng)力，查機(jī)械設(shè)計課本P204圖10-20（c），取 4）求許用彎曲應(yīng)力 （2）齒形系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計課本P197表10-5，取 1)分錐角， 2）當(dāng)量模數(shù) （3）應(yīng)力修正系數(shù) 由由機(jī)械設(shè)計課本P197表10-5取 （4）齒根抗彎疲勞強(qiáng)度 抗彎強(qiáng)度足夠。 4.主要幾何尺寸計算 （1）大端分度圓直徑 d1=mz1=175mm，d2=mz2=250mm。 （2）分錐角 （3）錐距 （4）齒寬 （5）當(dāng)量齒數(shù) （6）平均模數(shù) （7）平均分度圓直徑 （8）齒頂高 （9）齒根高 （10）齒頂圓直徑 （11）齒根圓直徑 第六章 軸的設(shè)計 參考書目《機(jī)械設(shè)計手冊》 6.1軸的分類 軸是機(jī)械設(shè)備中重要的零件之一。軸的主要功能是支撐旋轉(zhuǎn)零件，并傳遞運(yùn)動和動力。直軸一般都做成實心的，若因機(jī)器需要或為減輕機(jī)器質(zhì)量，也可以制成空心軸。考慮加工方便，軸的截面多為圓形，為了軸上零件定位及裝拆方便，