三角带无极变速装置设计

三角带无极变速装置设计 编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目： 三角带无极变速装置设计 信机 系 机械工程及自动化 专业学 号： 0923059学生姓名： 胡 建 义 指导教师： 唐正宁（职称：副教授 ） （职称： ）2013年5月25无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 三角带无级变速装置设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械92 学 号： 0923059 作者姓名： 胡建义 2013 年 5 月 25 日I无锡太湖学院信 机系 机械工程及自动化 专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目三角带无极变速装置设计 2、专题 二、课题来源及选题依据包装机应用中，因待包装产品的长度、大小不同，导致包装机的使用局限性较大。往往，一台包装机仅适合某特定产品，从而加大了投资成本。故而，设计一台能够自动调节包装纸输送长度的包装机成为一种需要。纸长调节无级变速器即是用于能够包装多种长度的物品的包装机上。由于包装纸的输送长度是根据被包装物决定的，因此，每当变换被包装物时，必须相应调节包装纸的输送长度。 无级变速器在纸长调节包装机中是主导性的部件，无级变速器的研究几乎成为包装机改进的全部。能够自动调节变速比，即调节包装纸的输送速度的变速器成为目前的主流。由速比计算公式可知，需要改变包装纸的输送长度时，仅需在主动轮直径保持固定时，改变从动轮的直径即可，所以本设计的主要设计皆是基于改变从动轮的直径进行的。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉无级变速器的发展历程，特别是近年来，由于材料、润滑油、微机控制及加工技术的进步，给无级变速器所促成的发展； 熟练掌握变速器的工作原理以及调节过程； 熟练掌握CAD的图纸绘制； Solidworks的学习，并掌握基本操作； 完成毕业设计说明书，并按要求排版。 四、接受任务学生： 机械92 班 姓名 胡建义 五、开始及完成日期：自2012年11月7日 至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名 签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长签名 系主任 签名2012年11月7日摘 要 无级变速技术，它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。常见的无级变速器有液力机械式无级变速器和金属带式无级变速器。 自动变速器，按齿轮变速系统的控制方式，它可以分为液控液压自动变速器和电控液压自动变速器；按传动比的变化方式又可分为有级式自动变速器和无级式自动变速器。因此，无级变速器实际上是自动变速器的一种，但它比常见的自动变速器要复杂得多，技术上也更为先进。 无级变速器与常见的液压自动变速器最大的不同是在结构上，后者是由液压控制的齿轮变速系统构成，还是有挡位的，它所能实现的是在两挡之间的无级变速，而无级变速器则是两组变速轮盘和一条传动带组成的，比传统自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使车速变化更为平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。关键字：无级变速器；自动变速器；齿轮变速5 Abstract Stepless speed technology USES belt and the work of the Lord diameters driven pulley, cooperated with the power to deliver, can realize the TRANSMISSION ratio of the continuous change, and get the TRANSMISSION and engine condition the best match between. Common step-less transmission have hydraulic mechanical step-less transmission and belt type step-less transmission , the current domestic market of the vehicles already more and more. Editor this section step-less transmission and the origin of the automatic transmission. Automatic transmission is easy to operate, reduce fatigue driving, born of the gear drive system, the control method, it can be divided into the hydraulic controlled hydraulic and electric automatic transmission hydraulic automatic transmission; According to the change of the transmission way and can be divided into have levels of automatic transmission and no levels of automatic transmission. Therefore, step-less transmission is actually a kind of automatic transmission, but it than common automatic transmission is much more complex, more advanced technologies. Step-less transmission and common hydraulic automatic transmission of the biggest differences is on the structure, the latter is by hydraulic control gear drive system structure, still have the gears, it can be realized in between the two block is continuously variable transmission , and is two groups plate and a belt speed of than traditional automatic transmission, simple structure, smaller. In addition, it is free to change gear ratios, so as to realize the full speed stepless speed change, make more smoothly, without the traditional transmission shift at the feeling. Editor this section step-less transmission classification. Key words:Stepless speed technology；Automatic transmission；reduce fatigue driving 5目 录摘 要IIIAbstractIV目 录V1 绪论11.1 无极变速器的发展11.1.1 国外无极变速器的发展及现状11.1.2 国内无级变速器的发展及现状22 纸长调节无极变速器的结构及传动原理42.1 纸长调节无极变速器的结构442.2 传动原理42.3 调节过程53 电动机的选择74 传动齿轮设计84.1 概述：84.2 齿轮设计84.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数84.2.2 初步设计94.2.3 几何计算94.2.4 强度设计114.2.5 齿根弯曲强度验算125 轴的设计计算145.1 概述145.2 轴的设计145.2.1 求输入轴上的功率,转速n和转矩145.2.2 求作用在齿轮上的力145.2.3 初步确定轴的最小直径145.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度155.2.5 精确校核轴的疲劳强度156 螺杆的设计计算176.1 根据耐磨性计算螺杆直径176.2 牙型、材料和许用应力186.3 按耐磨性设计196.4 验算耐磨性196.5 螺纹牙的强度计算207 轴承的校核217.1 概述217.2 轴承的校核227.2.1 求两轴承收到的径向载荷237.2.3 求轴承当量动载荷和257.2.4 验算轴承寿命258 链传动的设计计算268.1 概述268.2 链设计计算268.2.1 选择链轮齿数268.2.3 选择链条型号和节距268.2.4 计算链节数和中心距26总 结28致 谢29参考文献30V1 绪论机械无级变速器是由变速传动机构、调速机构以及加压装置或输出机构三部分组成的一种传动装置。其功能特征主要是:在输入转速不变的情况下,能实现输出轴的转速在一定范围内连续变化,以满足机器或生产系统在运转过程中各种不同工况的要求。它在配合减速器传动时可进一步扩大变速范围与输出转矩,对提高产品的产量,适应产品变换需要,节、约能源,实现整个系统的机械化、自动化等各方面皆具有显著的效果。故无级变速器目前已成为一种通用的传动元件,在各工业部门已获得广泛应用。纸长调节无极变速器用于能包装多种长度的物品的包装机上。传动器的主、被动工作轮的固定和可动部分形成V形槽，与金属传送带啮合。当主、被动工作轮可动部分作轴向移动时，改变了传送带的回转半径，从而改变传动比。可动轮的轴间移动是根据包装物品的长度要求通过控制系统进行连续地调节，从而实现无极变速。1.1 无极变速器的发展 1.1.1 国外无极变速器的发展及现状早在1490年，Leonardo da Vinic 勾画了机械无级变速器（无级变速器, Continuous Variable transmission）的草图，并简要描述了它的潜在优势。但是，机械无级变速器的真正发展是在19世纪后半叶开始的发展的，但由于当时受材质与工艺方面的条件限制,发展缓慢。直到20世纪70年代以后,一方面随着先进的冶炼和热处理技术,精密加工和数控机床以及牵引传动理论与油品的出现和发展,解决了研制和生产无级变速器的限制因素;另一方面,随着生产工艺流程实现机械化、自动化以及要求改进机械工作性能,需要大量采用无级变速器。因此这种形势下,机械无级变速器获得迅速和广泛的发展。主要研制和生产的国家有日本、德国、意大利、美国和俄国等。产品有摩擦式、链式、带式及脉动式四大类约30多种结构型式。输入功率一般为N=(0.09-30)kW,个别类型可达到N=(150-175)kW,输入转速一般为n1=(750、1500、3000)r/min;输出转速可以正、反转,增速或降速,最低转速可降低至零。自20世纪80年代以后,机械无级变速器的主要展趋向是美、日等国进行用于汽车的高速、高效、大转矩机械无级变速器的研制开发。无级变速器在汽车工业上的应用：在汽车早期发展的历史中，人们就已认识到在发动机与传动系之间实现无级变速调节才能使汽车达到理想的行驶工况。长期以来，人们一直进行着能传递大功率、维持高效率、高寿命的机械式无级变速器的研究工作。近年来，由于材料、润滑油、微机控制及加工技术的进步，无级变速器有了很大发展。最早应用于汽车的无级变速传动是V型橡胶带式无级自动变速传动，它出现在1886年由德国Daimlar一Benz公司生产的汽油机汽车上。而后，荷兰DAF公司H.Vandoom。博士于1958年研制成功了双V型橡胶带式无级自动变速器，并装备于DAF公司的小型轿车上。无级变速器取得里程碑式的成绩是在本世纪六十年代中期，VDT公司的研究人员在荷兰研制出能传递功率容量大，效率高，结构紧凑的无级自动变速器无级变速器，使金属带式无级变速器取得突破性进展。1987年，VDT公司的金属带式无级变速器进人商品化阶段，这年，福特汽车公司首次在市场上推出装用这种金属带的无级变速器。日本富士重工也于同年研制成功装备于Juste车上(排量11.ZIJ)电子控制无级变速器。之后，菲亚特，福特日产等汽车公司都在公司生产的一些1.21.6IJ排量轿车上装备这种变速器。九十年代，在总结八十年代产品开发和使用经验的基础上，VDT公司研制成功了传动转距大，性能更佳的第二代无级变速器传动器。到1995年，装有无级变速器的汽车产量已达到100万多辆。目前主要有以下的无级变速器生产厂商:FHISubaruJusty、Ford、Fiat、Nissan等。其中欧洲Ford公司无级变速器产量为15万/年，FHI无级变速器产量为20万/年。特别指出的是:美国福特公司在1997年有了历史性的突破，生产出可用于大转矩、排放量高达3.81，(转矩为3o5Nm)V6发动机的无级变速器，并成功安装于Winstarminivan汽车上。这就结束了无级变速器只能应用于中型汽车上的历史，为大规模应用无级变速器于汽车上开辟了道路。而且，无级变速器已与当今先进的计算机技术结合起来，构成高性能的无级自动变速器，性能更加完善。世界上的主要汽车生产国都在积极开发无级变速器系统，已经出现了很好的实用化发展势头。 1.1.2 国内无级变速器的发展及现状国内机械无级变速器基本上是在20世纪60年代前后起步,到80年代中期以后,随着国外先进设备的大量引进,工业生产现代化及自动流水线的迅速发展,对各种类型机械无级变速器的需求大幅度增加,专业厂开始建立并进行规模化生产,一些高等院校也开展了该领域的研究工作。经过十几年发展,现在,国内机械无级变速器行业从研制、生产、到情报信息各方面已组成一较完整的体系,发展为机械领域中一个新兴行业。目前,国内生产的机械无级变速器大都是在引进国外先进技术基础上发展起来的,主要系列产品类型有： （1）摩擦式无级变速器:行星锥盘式(DISCO型);行星环锥式(RX型);锥盘环盘式(干式、湿式);多盘式(Beier型)等。(2)齿链式无级变速器:滑片链式;滚柱链式;链式卷绕式。(3)带式无级变速器:普通V带;宽V带;(4)脉动式无级变速器:三相并列连杆式(GUSA型)与四相并开连杆式(Zero-Max型)。其中行星锥盘式无级变速器通用性较强,结构和工艺较简单,工作可靠,综合性能优良,尤其是能适应各种生产流水线需要,故应用最广,产量最大,其年产量约占机械无级变速器总产量的50%以上。大部分无级变速器产品的输入功率为(0.18-7.5)kW,少数类型可以达到(2230)kW左右。通过一定时期的实践,并掌握了现有技术之后,近年来国内机械无级变速器的研制生产出现了新的发展趋向,主要是：(1)对原有产品创新改进：在原来行星锥盘式无级变速器的基础上,创新开发出恒功率行星摩擦式无级变速器及无物理心轴行星轮无级变速器,后者的变速比由原来的56增大到20或更大,输出转矩也提高了一倍以上,而且其他性能指标优良,目前已有系列产品。(2)研制开发汽车用无级变速器：汽车用无级变速器属高新技术产品,目前国内已开出金属带式无级变速器,通过试验,现正准备进行产业化生产;而其中靠进口的关键零件金属钢带也将自行生产。另外,新型的车用无级变速器及复合带也在探讨之中。(3)创新研制新型(车用和通用)无级变速器。近年来不断提出有创新型无级变速器,这些无级变速器的特点主1要是不用摩擦式变速传动而多半以连杆脉动式无级变速器传动为主或采取链式传动;要求实现大功率、恒功率或者高速;力争结构简单紧凑,并获得优良的性能。上述情况可以说明,国内无级变速器的研制生产已由过去的仿造阶段进入到创新阶段,由小功率往大功率方向发展,由一般技术往高新技术发展,故今后有可能出现一些性能优良的新一代机械无级变速器。随着电力电子技术的发展,自20世纪80年代以来,出现多种通过交流电动机进行调速的方式。其中作为先进的变速装置,交流变频器及其派生的控制器获得迅速的发展和推广应用,对机械无级变速器产生了一定的冲击。其优点主要是调速性能好、范围大、效率高、自控性好、功率范围宽等。近年来,又出现一种新型的开关磁阻调速电动机(Switched Reluctance Drive-SRD),性能有进一步提高;而它们的缺点在于低于电机额定转速时,仅具有恒转矩特性,低速运转时效率较低且不够稳定,起动过载性能较差等。与上述电力调速方式相比较,机械无级变速器的特点主要是:具有恒功率机械特性,转速稳定,工作可靠,传动效率较高,结构简单,维修方便,而且类型多,适用范围广。因此,在今后的发展中,依然有着广阔的前景。 无级变速器在我国汽车工业上的应用：在我国六十年代，“红旗”770轿车上就使用了具有两个前进档的液力自动变速器，之后又研究了有三个前进档的CA774。1998年，一汽大众公司生产的“捷达王”，已将自动变速器列为选装件。神龙汽车公司也在其“富康”1.6IJ的车型上推出了电控式液力自动变速器。至于无级变速器，早在十年前，国内就有高校购买过国外样机进行分析研究。目前，重庆大学正在对无级变速器的结构、运动机理进行基础研究;东风汽车公司和吉林工业大学、东北工业大学、湖北汽车工业学院合作，承担了国家科技部九五重大攻关项目，对无级变速器技术进行实用化研究。 3）无级变速器的发展前景 随着电子技术、材料及加工技术的发展，无级变速器正朝着以下几个方面发展:向3升以上排量的汽车上发展，以实现更广泛的应用;更加优越的控制及快捷的反应;更低廉的价格。由于采用机械无级变速器可以得到传动系与发动机工况的最好匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，并可以提高操纵方便性和舒适性，有效地降低了排放污染，且综合性能优于T、AMT系统。一些主要的汽车厂开始液力机械自动变速器过渡到无级变速器系统;或者直接发展无级变速器系统;或两者兼有之。近几年来，随着高科技的发展及市场需要，无级变速器的机一液式控制系统已逐步被电一液式控制系统所取代，从而实现无级变速传动装置与发动机的灵活匹配，以满足多种控制模式的要求。对各种工况的控制策略也正在作更加深入的研究，以使无级变速器的优越性更大限度地发挥出来。目前，无级变速器的电子控制又进一步向智能化方向发展，如对湿式离合器的接合采用模糊控制来改善汽车的起动性能等。同时无级变速器的结构也越来越小巧和紧凑，加上对前轮驱动的无级变速器进行结构上的修改，使其可用于后轮驱动的汽车上，进一步增强了无级变速器的应用范围。 2 纸长调节无极变速器的结构及传动原理2.1 纸长调节无极变速器的结构图2.1 总体装配图2.2 传动原理 纸长调节无级变速器用于能包装多种长度的物品的包装机上。由于包装纸的输送长度是根据被包装物决定的，因此，每当变换被包装物时，必须相应调节包装纸的输送长度。 包装纸输送长度的调节是通过调节滑轮的位置，改变变速器的速比，即输纸滚筒的送纸速度来实现的。当需要改变变速器的速比时，启动电动机，经减速器降低转动速度，通过锥齿轮将电动机的动力传动到17轴上，又经链传动，降低速比，将动力传动到20轴上。通过锥齿轮将动力传至螺杆，因螺杆与滑座为螺纹配合，螺杆的转动使得滑座上下移动，从而导致滑轮上下移动。又上下对称布置的两个皮带轮是固定在轴套上的，故滑轮的移动使得主动轮的直径发生变化，从而使速比得以改变，也就改变了输送滚筒的送纸速度，使得包装纸输送长度得到了调节。2.3 调节过程 1螺杆； 2皮带轮； 3轴； 4滑座； 5轴套； 6滑轮； 7减速器；8刻度盘； 9减速器； 10电动机 图2.2 纸长调节无级变速器 当需要调节包装纸输送长度时，可用手动或自动启动，使纸长调节电动机10进行顺时针或逆时针转动。此时，经减速器10进行顺时针或逆时针转动。此时，经减速器9（速比）和齿轮、链轮传动后，螺杆1带动滑座4左右移动，因滑轮6是固定，而对称布置的皮带轮2将沿竖直方向上下移动，从而，滑轮6两侧三角带的传动中心距发生的改变，和滑轮6依靠交代的张力自动进行的前后移动，使变速器的速比随即得到了调整，也就改变了输送滚筒的送纸速度，使得包装纸输送长度得到了调节。纸长的变动由刻度盘8的指针指示出。由于螺杆1 是倾斜设置的，因此在变速过程中三角带始终是保持平直的。 纸长调节必须在包装机开动情况下进行。图2.3 滑轮装配图无级变速器调速时，滑座上下移动，使得滑轮同时上下移动，又因对称布置的两个皮带轮是固定于轴套上的，从而使滑轮与皮带轮间的间隙发生变化。由可知，在固定不变的情况下，的大小变化使得传动速比发生变化。 护套的作用，固定皮带轮位置，防止无级变速器调速时，皮带轮掉落。无级变速器的调速范围：当滑座位置处于螺杆的最上端位置时，上面皮带轮与滑轮的，下面皮带轮与滑轮的。又主动轮所以变速器的速比范围为 又主动轮的转速为故变速器的调速范围为 结论：无级变速器的调速范围：。3 电动机选择电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源，因此，无特殊要求时，应选用三相交流电动机，其中以三相交流异步电动机应用广泛。所以选择使用三相交流异步电动机，其型号为JW4524。由资料可知，JW4524型三相交流异步电动机的参数如下：额定功率：额定电压：额定电流：额定转速：n=1400r/min4 传动齿轮设计4.1 概述：齿轮传动机构用于传递空间任意两轴间的运动和动力，是机械传动中应用非常广泛的机构。其主要优点是：1）适用的圆周速度和功率范围广；2)传动比准确；3）传递的机械效率高；4）工作可靠;6)可实现平行轴，相交轴，交错轴之间的传动;7)结构紧凑。但制造及安装要求较高，且需专门的加工，测量设备，因而成本较高。锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关圆柱在锥齿轮中就变成了圆锥，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论S=90的标准直齿锥齿轮传动。 4.2 齿轮设计： 4.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 根据使用要求，选用锥齿轮传动； 无极变速器为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88)； 材料选择： 由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。 选小齿轮齿数为。 4.2.2 初步设计Zb0.85, Z=1.735，KA=1.5, K=1.5, u=3.77, Hlim=1500 N/ mm, e=1100, =90。DH1 e Zb Z KAKT11/3 （4.1） =11000.851.735（1.51.5220）1/3 =33.421）选定齿数Z和模数m:选Z1=13, 则Z2=u Z1 =49.01, 取Z2=49 m =DH1/ Z1 = 33.42/ 13 =2.5708 2）选变位系数： 螺旋角=5.5接近零度曲齿锥齿轮，取x1=0.8, x2=0.3 X=x1+x2=0.8+0.3=1.1切向变位系数：X1=0.8 使小齿轮齿顶变尖，取xt1=0.2根据保持标准齿全高=0 xt2=xt- xt1=0.0312-0.2=-0.1688 4.2.3 几何计算轴交角 =90齿数比u u=Z2/Z1=49/13=3.769节锥角 1 =arc tan =14.86672=90-14.8667=75.1333分度圆大端端面模数m m=2.5708齿形角0=20齿顶高系数=1顶隙系数 c*=0.2齿宽b=R/4R/3=50径向变位系数 x1=0.8 x2=0.3齿高变动系数 =0平均当量齿轮 Zvm =0.5 （4.2）=102.266节锥与分锥的比值 Ka=(X/ Zvm)+1 =1.01076中点当量齿轮分度圆压力角 m=arc tan0 /cosm=20.085中点当量齿轮齿合角m=arc cos (cosm /Ka)=21.6913切向变位系数之和 Xt=2Zvminv m-inv m -2X tan m=0.0312 切向变位系数 xt 按=0及补偿小齿轮尖顶：xt1=0.2 , xt2=-0.1688分度圆直径 d1=mz1=86.688 d2=mz2=326.747节锥距 R=0.5Kad1/ sin 2=170.850中点锥距 Rm=R-0.5b=145.850齿全高 h=(2h*+c*-)m=14.67分圆齿顶高 ha=( h*+x- ) m ha1=12 ha2=8.669分圆齿根高 hf=h-ha hf1=2.677 hf2=6.001节圆齿根高 hf=0.5( Ka-1 ) d/cos hf1=3.149 hf2=12.854节圆齿顶高 ha=h-hf ha1=11.521 ha2=1.816节锥齿根角 f= arc tan(hf-R) f1 =1.056f2=4.303根锥角 f= f1 f1=13.8f2=70.833顶锥角 a=+f a1=19.17 a2=76.2顶圆直径 da=Kd+2ha cos da1=109.89,da2=331.19冠顶距 Aa=R cos- ha sin Aa1=162.176 Aa2=42.055安装距A A1=168 A2=80轮冠距 Ha=A-Aa Ha1 =5.824 Ha2=37.945 4.2.4 强度设计 按国标GB/ T =10062-1988 公式验算计算接触应力H=ZHZE ZZ Z （1）节点区域系数ZH ZH= （4.3）b=arc sin sin m cos 0=5.1674 t=20.085 w1=21.6913 ZH=2.382(2) 查表，弹性系数ZE=189.3 N/mm2 (3) 重合度系数Z Z=+ =0.926 （4.4）mm=mRm/ R =5.625 mm= beH tan m/(mm)=5.6925 mmramv1=Rm d a1 / (2R COS1) =48.529 mmramv2 =Rmda2/ (2R cos2)=550.975mmrbmv1=Rmd1cos m/ ( 2RCOS1)=35.955mmrbmv2=Rmd2cos m/ (2Rcos2)=510.525mmgam=+ -(rbmv1+rbmv2)tanm=22.4mmpm=mmcos m=16.8mm= gm/ pm=1.33 (4) 螺旋角系数Z= =0.998(5)有效宽度beH=0.85b=42.5mm（6）锥齿轮系数 Zk=0.85（7)使用系数KA=1.5(8)齿宽中点分锥的圆周力：dm1= Rm d1/R=74mmFtm=2000T1/dm1=15459.5N(9)动载系数Kv=NK+1 N=0.0273 K=K1beH/ (KAFtm) + cv3=0.499 Kv=1.013（10）齿向载荷分布系数KH=1.65（11）齿间载荷分配系数KH= 1.4（12）轮滑剂系数ZL=0.95 (13)速度系数Zv=0.97 (14)粗糙度系数ZR=0.98 (15)温度系数ZT=1 (16)尺寸系数Zx=1 (17)SHmin=1 (18)查表，Hlim=1500 N/mm2 H=1496.8 N/ mm2 许用接触应力 Hp=ZLZvZRZXHlim/ZTSHmin =1355 N/mm2h 用变位类型影响系数Zb=0.85修正H=0.85H=1272 N/mm2 故安全 4.2.5 齿根弯曲强度验算 f1。2=KAKvKFKFFtmYsa1.2YYYFa1.2Yk/ beFmnm KF=1.4KF=1.65beF= 42.5Sfmin= 1YST=2Yk=1Mnm=5.6666Yfa1=2.03 Yfa2=2.09Ysa1=2.03 Ysa2=2.14Y=0.805Y=0.99Yre1T=1.02Yrre1T=1.02Yx=0.995Flim=470 N/mm 2(MQ ) 320 N/mm2 (ML) 小轮计算应力F1=740N/mm2 大轮计算应力F2=803N/mm2 小轮许用齿根应力Fp1=824N/mm2 大轮许用齿根应力Fp2=828N/mm2故安全5 轴的设计计算5.1 概述 轴是组成机器的主要零件之一。机器中作回转运动的零件如齿轮、带轮、链轮等都要安装在轴上才能实现其回转运动。轴的主要功能在于支持传动零件，使其具有确定的工作位置，并传递运动和动力。5.2 轴的设计 5.2.1 求输入轴上的功率,转速n和转矩若取每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内），则 又于是 （5.1） 5.2.2 求作用在齿轮上的力 因已知低速大齿轮的分度圆直径为 而 5.2.3 初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据15-3，取,于是得 （5.2） 取 5.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭转的截面的强度，根据式（15-5）及上表中的数据以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动玄幻变应力，取。 弯矩M： 水平面弯矩 垂直面弯矩 总弯矩： 轴的计算应力： （5.3） 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。 5.2.5 精确校核轴的疲劳强度 抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M 截面上的扭矩 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 （5.4） 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取。 因。经插值后可查得： 又由附图3-1可得轴的材料敏性系数为： 故有效应力集中系数（附表3-4）为： 由附图3-2的尺寸系数；由附图3-3的扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为 轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为 又由3-1及3-2得碳钢的特性系数 于是，计算安全系数值，按式（15-6）（15-8）得 故安全。6 螺杆的设计计算6.1 概述 螺杆：外表面切有螺旋槽的圆柱或者切有锥面螺旋槽的圆锥。由挤出过程可知，螺杆是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩下工作的，因此，螺杆必须：1）耐高温，高温下不变形；2）耐磨损，寿命长；3）耐腐蚀，物料具有腐蚀性；4）高强度，可承受大扭矩，高转速；5）具有良好的切削加工性能；6）热处理后残余应力小，热变形小等。6.1 根据耐磨性计算螺杆直径螺母所用的材料一般比螺杆的材料软，所以磨损主要发生在螺母的螺纹表面。影响螺纹磨损的因素很多，目前尚缺乏完善的计算方法，故常用限制螺纹表面的压强不超过材料的许用压强来进行计算，即。螺杆直径可按下式计算： （6.1）式中: d2 为螺纹中径（mm）；PP为许用压强（N/），查表4-6；h 为螺纹的工作高度(mm)，对矩形、梯形螺纹h=0.5P，锯齿螺纹h=0.75P，P为螺矩（mm）；为螺母高度系数，对整体螺母取=1.52.5，剖分式螺母或受载较大的取=2.53.5；传动精度较高、载荷较大、要求寿命较长时取= 4。根据公式算得螺纹中径后，应按标准选取相应的公称直径d及螺距P。由于圈数愈多各圈受力愈不均匀，所以螺纹圈数一般不宜超过10圈图6.1 螺杆 表61 滑动螺旋传动的许用压强 螺纹副材料滑动速度（m/min）许用压强（N/mm2）螺纹材料滑动速度（m/min）许用压强（N/mm2）铜对青铜低速3.0612151825111871012钢对铸铁2.4612131847钢对钢低速7.513钢对耐磨铸铁61268淬火钢对青铜61210136.2 牙型、材料和许用应力采用梯形螺纹，单线n=1螺杆45钢，螺母ZCuSn5Pb5Zn5 滑动速度Vs3m/s,许用压强 螺杆的许用应力： 45刚屈服点 取 取 螺母的许用应力： 取 取6.3 按耐磨性设计采取整体螺母式，取= 取 螺母高度 螺纹旋合圈数 螺纹的工作高度 6.4 验算耐磨性单线螺纹导程与螺距相等，即导程角牙面滑动速度 (6.2)小于许用比压下的牙面滑动速度，符合要求。螺杆的强度计算螺纹摩擦转矩 (6.3) (6.4) =25.2 N/mm2 =50N/mm2，满足强度要求 6.5 螺纹牙的强度计算 钢制螺杆螺牙强度高于青铜质螺母，只计算螺母的螺牙强度压根宽度 ，牙根剪贴满足强度要求，牙根弯曲满足强度要求7 轴承的校核7.1 概述 滚动轴承是应用很广的一种基础部件，已标准化，并由轴承厂大量生产。它有多种类型规格以适应不同的工况需要。所以，在设计机器时，只需要根据具体工作条件，选用适合类型和尺寸的滚动轴承即可。滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。与滑动轴承 图2.16滚动轴承滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。滚动轴承中的向心轴承（主要承受径向力）通常由内圈、外圈、滚动体和滚动体保持架4部分组成。内圈紧套在轴颈上并与轴一起旋转，外圈装在轴承座孔中。在内圈的外周和外圈的内周上均制有滚道。当内外圈相对转动时，滚动体即在内外圈的滚道上滚动，它们由保持架隔开，避免相互摩擦。推力轴承分紧圈和活圈两部分。紧圈与轴套紧，活圈支承在轴承座上。套圈和滚动体通常采用强度高、耐磨性好的滚动轴承钢制造，淬火后表面硬度应达到HRC6065。保持架多用软钢冲压制成，也可以采用铜合金夹布胶木或塑料等制造。 滚动轴承和滑动轴承的区别首先表象在结构上，滚动轴承是靠滚动体的转动来支撑转动轴的，因而接触部位是一个点，滚动体越多，接触点就越多；滑动轴承是靠平滑的面来支撑转动轴的，因而接触部位是一个面。其次是运动方式不同，滚动轴承的运动方式是滚动；滑动轴承的运动方式是滑动，因而摩擦形式上也就完全不相同。滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。主要作用是支承转动的轴及轴上零件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度，滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。这里的滚动轴承是为了配合滚动轴承座，选择深沟球轴承6305。选择滚动轴承的优点有：1）摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，易起动。 2）尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便。 3）结构紧凑，重量轻，轴向尺寸更为缩小。 4）精度高，转速高，磨损小，使用寿命长。 5）部分轴承具有自动调心的性能。 6）适用于大批量生产，质量稳定可靠，生产效率高。 7）传动摩擦力矩比流体动压轴承低得多，因此摩擦温升与功耗较低； 8）起动摩擦力矩仅略高于转动摩擦力矩； 9）轴承变形对载荷变化的敏感性小于流体动压轴承； 10）只需要少量的润滑剂便能正常运行，运行时能够长时间提供润滑剂； 11）轴向尺寸小于传统流体动压轴承； 12）可以同时承受径向和推力组合载荷； 13）在很大的载荷-速度范围内，独特的设计可以获得优良的性能； 14）轴承性能对载荷、速度和运行速度的波动相对不敏感。轴承在使用过程中润滑是不可缺少的。目前主要有脂润滑和油润滑。采用脂润滑不易泄漏、易于密封、使用时间长、维护简便且油膜强度高，但摩擦阻力比油润滑大，不宜用于高速。轴承中脂的装填量不应超过轴承空间的1/21/3，否则会由于搅拌润滑剂过多而使轴承过热。油润滑冷却效果好，但密封和供油装置较复杂。油的粘度一般为 0.120.2厘米/秒。负荷大，工作温度高时宜选用粘度高的油，转速高时选用粘度低的油。润滑方式有油浴润滑、滴油润滑、油雾润滑、喷油润滑和压力供油润滑等。油浴润滑时，油面应不高于最下方的滚动体中心。若按弹性流体动压润滑理论设计轴承和选择润滑剂粘度，则接触表面将被油膜隔开。这时，在稳定载荷作用下，轴承寿命可提高很多倍。 现代机器、仪器等设备正向高速、重载、精密、轻巧等方面发展，这对滚动轴承提出许多新的要求，如在减小尺寸的同时要求轴承保持甚至提高额定负荷，采用新技术改进工艺，提高制造精度，降低成本。通用滚动轴承已很难满足各式各样的要求，对生产量大的机器设备应设计制造专用轴承，在加强标准化的同时，增加品种，扩大专用轴承的比例。现代工业的发展还需要在特殊工况下工作的特种轴承，如在高速、高温、低温、强磁场或在酸、碱等介质中工作的轴承。7.2 轴承的校核已知：设根据条件决定在轴的两端反装两个角接触球轴承。如图所示：已知轴上齿轮受切向力，径向力，轴向力；齿轮分度圆直径，齿轮转速，运转中有轻微冲击，轴承预期寿命。设初选两个轴承型号均为7270c，试验算轴承是否可达到预期寿命的要求。查滚动轴承样本可知角接触球轴承7207C的基本额定动载荷,基本额定静载荷。 7.2.1 求两轴承收到的径向载荷将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。其中：图C中的为通过另加转矩而平移到指向轴线；图中的亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上（上述转化在图中均未画出）。由力分析可知： 7.2.2 求两轴承的计算轴向力和对于70000C型轴承，按表3-17，轴承派生轴向力，其中e为表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，但现轴承轴向力未知。故先初取，因此可估算： 按式（13-11）得 由表13-5仿立体13-1进行插值计算得，再计算 两次计算的值相差不大，因此确定 7.2.3 求轴承当量动载荷和 由表13-5分别查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为： 对轴承1 对轴承2 因轴承运转中有轻微冲击，按式13-6，则 7.2.4 验算轴承寿命 因，所以按轴承2的受力大小验算 故所选轴承满足寿命要求。 8 链传动的设计计算8.1 概述链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。8.2 链设计计算 8.2.1 选择链轮齿数取小链轮齿数，大链轮齿数 8.2.2 确定计算功率由表9-6查得,由图9-13查得，单排链，则计算功率为 8.2.3 选择链条型号和节距根据及，查图9-11，可选10A-1。查表9-1，链条节距为 8.2.4 计算链节数和中心距 初选中心距。取。相应的链条节数为： 取链条节数节。 查表9-7得