第3章 传动零件的设计

机械设计基础课程设计1第3章传动零件的设计第3章传动零件的设计3.1选择联轴器类型及型号3.2减速器外传动零件的设计3.3减速器内传动零件的设计3.4传动零件的设计实例机械设计基础课程设计2第3章传动零件的设计选择完电动机之后，进行各级传动零件的设计计算。必须先计算各级传动件的参数，确定其尺寸，并选好联轴器的类型和规格，再设计减速器装配图。为使设计减速器的原始条件比较准确，一般先计算减速器的外传动件，如带传动、链传动和开式齿轮传动等，然后计算减速器内的传动件。减速器中传动零件的设计计算方法按机械设计基础教材所述，本章仅就课程设计时对传动零件设计计算应注意的事项作简要说明。机械设计基础课程设计33.1选择联轴器类型及型号一般在传动装置中有两个联轴器：一个是连接电动机轴与减速器高速轴的联轴器，另一个是连接减速器低速轴与工作机轴的联轴器。一般选择可移式，以补偿制造与安装误差以及两轴的相对偏移。弹性可移式联轴器不仅可以补偿两轴偏移，并且具有缓冲和吸振的能力，应优先选用，常选用弹性柱销联轴器。低速时可选用无弹性元件的挠性联轴器，例如十字滑块联轴器等。联轴器的型号和尺寸应根据轴的结构和轴的直径来确定，应注意联轴器的孔型与孔径与轴上相应结构、尺寸要一致。机械设计基础课程设计43.2减速器外传动零件的设计3.2.1带传动（1）应注意带轮尺寸与传动装置外廓尺寸及安装尺寸的关系。例如，装在电动机轴上的小带轮外圆半径应小于电动机的中心高，带轮轴孔的直径，长度应与电动机轴的直径，长度相对应，大带轮的外圆半径不能过大，否则会与机器底座相干涉等。（2）带轮的结构形式主要取决于带轮直径的大小，其具体结构及尺寸可查教材或设计手册。应注意的是，大带轮轴孔的直径与长度应与减速器输入轴轴伸的尺寸相适应。带轮轮毂的长度L与轮缘的宽度可以不同，一般轮毂长度L按轴孔的直径d确定，取L=(1.5～2)d，而轮缘宽度则取决于传动带的型号和根数。（3）带轮的直径确定后，应验算实际传动比和大带轮的转速，并以此修正减速器的传动比和输入转矩。机械设计基础课程设计53.2.2链传动（1）应使链轮的直径、轴孔尺寸等与减速器，工作机相适应。应由所选链轮的齿数计算实际传动比，并考虑是否需要修正减速器的传动比。（2）如果选用的单列链尺寸过大，则应改选双列链。画链轮结构图时只需要画其轴面齿形图。3.2.3开式齿轮传动（1）开式齿轮传动一般布置在低速级，常采用直齿轮。因开式齿轮传动润滑条件差，磨损严重，因此只需计算轮齿的弯曲强度，再将计算所得模数增大10%～20%。（2）应选用耐磨性好的材料作为齿轮材料。选择大齿轮的材料时应考虑其毛坯尺寸和制造方法，例如当齿轮直径超过500mm时，应采用铸造毛坯。（3）由于开式齿轮的支承刚度小，其齿宽系数应取小些。（4）应检查齿轮的尺寸与工作机是否相称，有无碰撞，干涉等现象。应按齿轮的齿数计算实际传动比，并视具体情况修改减速器的传动比。机械设计基础课程设计63.3减速器内传动零件的设计减速器内传动零件的设计计算及结构设计方法均可依据教材的有关内容进行，设计时应注意如下事项。（1）在选用齿轮的材料前，应先估计大齿轮的直径。如果大齿轮直径较大，则多采用铸造毛坯，齿轮材料应选用铸钢或铸铁材料。如果小齿轮的根圆直径与轴颈接近，齿轮与轴可制成一体，选用的材料应兼顾轴的要求。同一减速器的各级小齿轮（或大齿轮）的材料应尽可能一致，以减少材料的牌号，简化加工工艺。（2）计算齿轮的啮合几何尺寸时应精确到小数点后2到3位，角度应精确到“〞”（秒），而中心距，齿宽和结构尺寸应尽量圆整为整数。斜齿轮传动的中心距应通过改变β角（螺旋角）的方法圆整为0，5结尾的整数。（3）传递动力的齿轮，其模数应大于1.5～2mm。（4）锥齿轮的分度圆锥角，可由传动比i算出，i值的计算应精确到小数点后4位，值的计算精确到“〞”（秒）。（5）蜗杆传动的中心距应尽量圆整成尾数0或5的整数。蜗杆的螺旋线方向应尽量选用右旋，以便于加工。蜗杆传动的啮合几何尺寸也应精确计算。（6）当蜗杆的圆周速度v10m/s时，一般采用蜗杆下置式；当v10m/s时，为避免润滑油剧烈搅动，应采用蜗杆上置式。（7）蜗杆的强度和刚度验算以及蜗杆传动的热平衡计算都要在装配草图的设计中进行。（8）各齿轮的参数和几何尺寸的计算结果应及时整理并列表备用。机械设计基础课程设计73.4传动零件的设计实例①①传动零件的设计实例中所标注的公式、图、表序号均见周亚焱主编《机械设计基础》（化学工业出版社2008年出版）教材。【例3-1】设计某铣床电动机与变速箱的普通V带传动。已知所需电动机输出功率为P＝3.8kW（电动机额定功率P＝4kW），主动轮转速n1＝1440r/min，从动轮转速n2＝400r/min，要求中心距约为450mm，两班制工作，载荷变动较小。【解】设计计算过程列于下表：机械设计基础课程设计8由表8-9查得，KA=1.2，由式（8-15）得由表8-10、8-11选带轮基准直径，小带轮dd1=100mm；大带轮由式（8-12）得设计项目计算过程结果1.计算功率PcKA=1.2Pc=4.56kW2.选择V带型号根据Pc=4.56kW，n1=1440r/min，由图8-10确定为A型V带。A型3.确定带轮基准直径转速误差为：[（405.6-400）/400]×100％=1.4％＜5％,允许。dd1=100mmdd2=355mm转速误差＜5％,允许4.验算带速vv=7.54m/sv在5～25m/s之间，合适5.初定中心距a0得318.5≤ao≤910根据已知条件取中心距ao=450mm。a0=450mm6.初算带长Ld0由表8-8查得相近的基准长度Ld=1600mm。Ld=1600mmr/min6.405min/35510014402112rddnndd）（）（212127.0ddoddddadd按表8-11将dd2取标准为355mm，则实际从动轮转速由式（8-13）由下式计算带的基准长度Ldo)kW(56.48.32.1PKPAc)mm(3601004001440dnnd1d212d)mm(16504504)100355()355100(24502422221221oddddodoaddddaL）（）（)m/s(54.7100060144010010006011ndvd机械设计基础课程设计9设计项目计算过程结果7.计算中心距a=144.7°120°。=144.7°120°合适。9.确定带的根数Z取Z=410.单根V带初拉力F0式中m由表8-2查得m=0.1kg/m。Fo=138N11.作用在轴的力FQFQ=1052N12.带轮的零件图根据以上确定的尺寸，绘制出从动皮带轮的零件图见本书图6-7））（）（kW31.1120014401200146014.132.114.10P3.40.990.910.168)(1.314.56)(00cLKKPPPz按式（8-15）计算实际中心距a8.验算小带轮的包角包角查表8-5，单根V带的基本额定功率Po=1.31kW；（按A型和dd1带查得n1=1200r/min与n1=1460r/min时，P0的值分别为1.14kW与1.32kW，故当n1=1440r/min时查表8-6，用插值法求得查得功率增量ΔPo=0.169kW；查表8-7，用插值法求得包角系数Kα=0.91；查表8-8带长修正系数KL=0.99；由式（8-17）得由式（8-18）得由式（8-19）得Po=1.31kWΔPo=0.168kWKα=0.91KL=0.99取Z=41)mm(4252165016004502dodoLLaa)mm(4011600015.0425015.0mindLaa)mm(473160003.042503.0mindLaaa=425mmmm401minamm473maxa)N(13854.71,0191.05.254.7456.450015.250022mKzPFco)N(105227.144sin138422sin20oQzFF11机械设计基础课程设计10【例3-2】试设计一级减速器中的直齿圆柱齿轮传动，该减速器由电动机驱动，载荷平稳，单向运转。传递功率P=11kW，主动齿轮转速n1=980r/min，传动比i=3。【解】设计计算过程列于下表：设计项目计算过程结果1.选择齿轮材料，确定热处理方法减速器是闭式传动，可以采用齿面硬度≤350HBS的软齿面钢制齿轮。该齿轮传动无特殊要求，故可采用普通齿轮材料，根据表10-6，并考虑小齿轮的齿面硬度大于大齿轮的齿面硬度30～50HBS的要求，选小齿轮的材料42SiMn，调质处理，齿面硬度217～286HBS，大齿轮的材料45钢，正火处理，齿面硬度169～217HBS；选用8级精度。小齿轮的材料42SiMn，齿面硬度217～286HBS；大齿轮的材料45钢，齿面硬度169～217HBS；选用8级精度2.按齿面接触疲劳强度条件计算小齿轮直径d1K=1.2φd=1T1=107194N·mmZE=189.8[σH1]=700MPa[σH2]=540MPad1=64.22mm(mm)22.64313)5408.189(11071942.132.2132.2323211uuZKTdHEd首先确定式(10-24)中各参数：查表(10-8)取K=1.2查表(10-10)取φd=1u=i=3T1=9.55×106P/n1=9.55×106×11/980=107194（N·mm）查表（10-9）取ZE=189.8查图10-21得σHlim1=700MPa，σHlim2=540MPa查表10-11取SHmin=1由式(10-25)计算得[σH1]=700MPa，[σH2]=540MPa[σH]使用较小的[σH2]=540MPa按公式(10-24)计算小齿轮直径:机械设计基础课程设计11设计项目计算过程结果3.齿轮的主要参数和计算几何尺寸1)确定齿轮齿数:取小齿轮z1=30，则大齿轮z2=z1i=30×3=902)确定齿轮模数:m=d1/z1=64.22/30=2.14（mm），查表10-1取m=2.5mm3)计算齿轮传动中心距:a=m(z1+z2)/2=2.5(30+90)/2=150（mm）；4)计算齿轮的几何参数:分度圆直径d1=mz1=2.5×30=75mm=,d2=mz2=2.5×90=225mm；齿宽b=φdd1=1×75=75mm，取b2=75mm,b1=80mm，（齿宽尺寸的尾数应为0或5；为便于安装，b1=b2+5mm）。z1=30z2=90m=2.5mma=150mmd1=75mmd2=225mmb2=75mmb1=80mm4.校核轮齿弯曲疲劳强度σF2=(MPa）＜[σF2]经验算，齿根弯曲疲劳强度满足要求，故合格。σF1=74.92MPa＜[σF1]；σF2=71.64MPa＜[σF2]；齿根弯曲疲劳强度合格5.验算齿轮的圆周速度根据圆周速度υ=3.85m/s，查齿轮的圆周速度查表10-7,可取齿轮传动为8级精度。υ=3.85m/s，齿轮传动为8级精度合适6.绘制齿轮零件图根据以上确定的尺寸，绘制出该减速器的从动齿轮零件图见本书图6-3）（aMP92.7411211.6252.522.575751071941.22SF1YYmbdKT64.7111221.782.22.575751071941.22SF2YYmbdKT）（m/s85.3600009807510006011ndv查表10-12，查取YF1=2.52，YS1=1.625；YF2=2.20，YS2=1.78查图10-22得σFlim1=550MPa，σFlim2=410MPa查表10-1