多方案軸系結構實驗裝置的設計,喜歡這個資料需要的話就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有預覽可以查看的噢,下載就有,請放心下載,原稿可自行編輯修改=【QQ：11970985,可咨詢交流】====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有,下載后全都有,請放心下載,原稿可自行編輯修改 多方案軸系結構實驗裝置的設計 摘要：軸系結構作為機械傳動中常見的也是不可或缺的一部分，其傳動特性以及之中相關零部件是如何進行配合的研究具有重大的理論意義以及實踐意義。軸系結構我們常見的是在減速器里，通過不同類型的齒輪和軸承的組合傳動來傳遞轉矩，以達到對原動機進行減速的目的。對于我們學習機械的同學來說，了解軸系結構的傳動原理及齒輪與軸承的組合傳動特性對于我們學習機械設計的相關知識有非常大的幫助。鑒于本科階段的實驗方案和方式存在著一些內容單一、操作復雜繁瑣、不便于同學們理解等問題，為了更好的進行相關的實驗，我設計了一套結合了多種傳動方案的軸系結構傳動實驗裝置。 該實驗裝置包含了多種組合傳動方案（如：兩直齒輪嚙合、兩斜齒輪嚙合、兩圓錐齒輪嚙合、蝸輪蝸桿傳動等），本科實驗裝置中的方案往往只采用了一種或兩種進行組合，我設計的實驗裝置至少包含了四種以上的傳動方案，只需要同學們進行同一組實驗便可以了解軸系結構是如何傳動的，更方便同學們進行創(chuàng)新性的方案設計，以解決軸承類型選擇、軸上零件定位緊固、軸承安裝與調節(jié)、潤滑及密封等問題。為了更直觀反映各零部件間是如何組合傳動的，我還設計了透明的箱體結構，該箱體結構不僅透明而且可拆卸，使得在同一實驗箱里便可以實現多種方案的組合。 關鍵詞：軸系結構;實驗裝置;組合傳動方案;箱體結構 Design of multi-scheme shafting structure experimental equipment ABSTRACT:Shafting?structure?as?a?common?and?indispensable?part?of?mechanical?transmission,?its?transmission?characteristics?and?the?related?parts?are?how?to?cooperate?with?the?research?has?great?theoretical?and?practical?significance.?Shafting?structure?is?common?in?the?reducer,?through?the?combination?of?different?types?of?gears?and?bearings?to?transfer?the?torque,?in?order?to?achieve?the?purpose?of?decelerating?the?prime?mover.?For?our?mechanical?students,?understanding?the?transmission?principle?of?shafting?structure?and?the?combination?of?gear?and?bearing?transmission?characteristics?is?very?helpful?for?us?to?learn?the?relevant?knowledge?of?mechanical?design.?In?view?of?the?problems?such?as?single?content,?complex?operation?and?inconvenient?understanding?of?the?experimental?schemes?and?methods?in?the?undergraduate?stage,?I?designed?a?set?of?shaft?structure?transmission?experimental?equipment?that?combined?a?variety?of?transmission?schemes?in?order?to?better?carry?out?relevant?experiments.? This?experimental?device?includes?a?variety?of?combination?scheme?(such?as:?two?straight?gear?meshing,?two?helical?gear?meshing,?two?cone?gear?mesh,?worm?gear?and?worm?drive,?etc.),?the?scheme?of?undergraduate?experiment?equipment?often?use?only?one?or?two?are?combined,?I?designed?the?experiment?device?at?least?includes?four?transmission?scheme,?only?need?to?the?same?group?of?students?experiment?can?know?the?structure?of?shaft?system?is?how?to?drive,?more?convenient?students?to?innovative?design,?in?order?to?solve?the?bearing?type?selection,?shaft?positioning?fastening?parts,?bearing?installation?and?adjustment,?lubrication?and?seal.?In?order?to?more?intuitively?reflect?how?the?components?are?combined?to?drive,?I?also?designed?a?transparent?box?structure,?the?box?structure?is?not?only?transparent?but?also?detachable,?so?that?a?variety?of?schemes?can?be?combined?in?the?same?experimental?box.? KEYWORDS:?shafting?structure;experimental?device;combined?transmission?scheme;box ?structure  目錄 1 緒論 1 1.1課題背景 1 1.2國內外研究概況 2 1.3課題研究的目的及意義 3 1.4待解決的問題以及研究手段 3 2軸系傳動方案的選擇 4 2.1方案的介紹 4 2.2傳動方案選擇 6 3 軸的設計 8 3.1軸的分類 9 3.2軸的材料 9 3.3軸系的錯誤情況分析 9 3.4軸設計需要滿足的基本要求 11 3.5軸的設計計算 11 4 齒輪的設計 16 4.1齒輪傳動的分類和特點 16 4.2齒輪傳動的主要參數與基本要求 17 4.3齒輪傳動的失效形式 18 4.4齒輪的參數計算 19 5 軸承的設計 23 5.1軸承種類的選擇 23 5.2軸承的選用 25 5.3軸承的配合與固定 25 參考文獻 26 致謝 27 1 緒論 1.1課題背景 軸系結構是機械設計課程學習中所涉及到的非常重要的傳動結構，它常常存在于減速器中，是對單根軸所設計的結構進行的一系列研究。軸系統是指在機械傳動過程中的一個單獨系統,它由主要組成部分,其中包括傳動件、軸、軸承、軸心座、底部支坐、調節(jié)墊片、密封元件、聯軸器以及不同零件之間進行軸向周轉固定必須要使用的主要部件等[1]。其不同的結構組合也可以分別組成不同類型和形式的軸承系統結構,根據所應用場合,以適用于不同的工作場景和工作方式。本課題主要是對軸系結構中齒輪和軸承的配合形式做具體的研究和方案設計。軸系結構是機械傳動中非常重要的組成部分，軸系結構中齒輪和軸承之間的配合是否合理將對機械傳動產生非常重要的影響。 回轉在一般機械裝置中非常常見，只要涉及到回轉運動的場合，一般都有軸系結構的存在，因此軸系結構是機械裝置設計中應用最廣泛、現階段技術最為成熟的機械結構，軸系結構的好壞直接會影響機械生產中的生產效率、使用壽命和經濟實用性等問題。由齒輪和軸承組合方案的不同，各零件定位和固定方式的不同，軸系結構有很多種不同的形式。一般情況可以劃分為以下三種：（1）兩端單向固定，如圖1；（2）一端固定，一端游動，如圖2：（3）兩端游動，如圖3。 圖1 圖2 圖3 在我們本科階段的機械設計課程中，軸系結構設計實驗要求我們每位學生自選或由老師指定一種或幾種軸系結構組合傳動方案。由于實驗室的設備缺乏多樣性，只能實驗固定的幾種組合方案，對于一些拓展性的內容也只能由老師口頭描述不便于同學們理解，整個實驗過程缺乏靈活性和直觀性，而且實驗裝置過多導致同學們操作繁瑣，因此一套結合了多種實驗方案的軸系結構組合傳動實驗裝置就有了設計的必要。 1.2國內外研究概況 1.2.1國內研究概況 中華人民共和國剛成立不久，我國工業(yè)發(fā)展相對還比較落后。為了發(fā)展和改善機械制造業(yè),發(fā)展機械制造以及提高機械工業(yè)發(fā)展水平,我國已經建立了一批大型的減速器生產和制造廠并研究出了一系列的通用減速器。此時我國減速器的制造技術還是引用前蘇聯的早期制造技術，整體來說缺乏實用性和創(chuàng)新性。后來才慢慢有了發(fā)展，到了改革開放，通過對制造技術的不斷引進、學習，和生產工作者們的刻苦努力，堅持不懈的探索、發(fā)現和研究，漸漸有了許多優(yōu)秀的研究成果，掌握了高速以及低速重載減速器的生產制造技術。伴隨著技術的發(fā)展，齒輪加工精度，材料的選擇和熱處理工藝都有了重大的改善。部分減速器在采用堅固的齒面后,體積和負荷重量得以明顯降低,承載能力、使用壽命、傳動效率等都有了較為大幅度的改善,對于節(jié)能和提升主機總體技術水平具有明顯促進作用[2]。隨著工作穩(wěn)定性和運行效率的提高以及對傳統齒輪減速器進行動力學控制的改善,我們開始了更廣泛地使用的減速器。其中比較常見的設計手段主要有:模塊化設計、優(yōu)化設計和三維建模。其所采用的設計理論和方法具有以下幾個趨勢:①如果我們能夠結合自己的工程實際進一步地優(yōu)化自己的數學模型,其收斂率和速度也會得到進一步地提高;②箱體零部件的參數化建模的通用性將進一步增強,將會面向其他更多種類型的減速器;③機械與美學、計算機、數學等各門專業(yè)相互貫通,遺傳算法、神經網絡等啟發(fā)式算法將被廣泛應用于減速器外觀和設計中;④基于虛擬裝配、運動學的仿真、動力學的仿真與分析等技術的綜合應用將會完全取代了傳統的設計和制造過程中的測試和制作環(huán)節(jié),稱為是檢驗設計方案是否可行的有效、快捷之路[3]。 1.2.2國外研究概況 減速器在各個行業(yè)中的應用范圍非常廣泛,已經發(fā)展成為了一種必不可少的機械傳動結構。當前減速器有著重量較大、體積小、傳動功率比較大、機械傳動效能低等弊端。在國外對減速器設計的研究中,以日本、丹麥以及德國等地均處于絕對優(yōu)先的地位,特別是減速器設計的工藝和所采用的技術和材質等方面,體現出了極其巨大的優(yōu)越性,減速器設計的工作可靠性高,使用壽命長。但它們的傳動形態(tài)仍然主要采用定軸齒輪的傳動,體積大、載重量小等問題尚未能夠得到很好的緩釋。日本住友重工公司自己研制的 fa 型高精度減速器,美國 alan - newton 公司自己研制的 x - y 式減速器,在其傳動的原理和結構上與此相近或者更為類似,都被認為是目前較為先進的高精度減速器[4]。當今的減速器正朝著大功率、更強的傳動性、更高的機械效率、更輕的體積、更高的使用壽命等方向發(fā)展。所以除了不斷地改進材料的品質和技術,以及提高其工藝水平外,還要在傳動原理和傳動機構上進行更廣泛的研究和革命性的創(chuàng)新,如平動齒輪等。減速器與風力發(fā)電機的串聯體結構,也是我們大力推廣的形態(tài),并已經設計制造出多種結構類型和多種功率類型的產品[5][6]。當今世界上許多發(fā)達國家的傳動減速器和傳動齒輪箱等機械制造先進技術的研究發(fā)展總體和趨勢都在向二低、二化、六高三個縱向方面快速進行。二低即低生產噪聲、廉價生產成本;二化指標準化產品模型設計即產品標準化、多樣化;六高即高精度承載能力、高齒面?zhèn)鲃佑捕?、高轉動精確性、高運行旋轉速度、高可靠性以及高高速傳動和大功率[2]。對于減速器的研究及其發(fā)展,在一定程度上也標志著一個國家在工業(yè)化進程中的發(fā)展水平。 1.3課題研究的目的及意義 軸系結構作為機械傳動中常見的也是不可或缺的一部分，其傳動特性以及之中相關零部件是如何進行配合的研究具有重大的理論意義以及實踐意義。軸系結構我們常見的是在減速器里，通過不同類型的齒輪和軸承的組合傳動來傳遞轉矩，以達到對原動機進行減速的目的。對于我們學習機械的同學來說，了解軸系結構的傳動原理及齒輪與軸承的組合傳動特性對于我們學習機械設計的相關知識有非常大的幫助。鑒于本科階段的實驗方案和方式存在著一些內容單一、操作復雜繁瑣、不便于同學們理解等問題，設計本實驗裝置，將為同學們進行軸系實驗提供更好、更方便的實驗條件，從而更好的幫助老師和學生完成培養(yǎng)方案里的實踐內容要求。 1.4待解決的問題以及研究手段 1.4.1待解決的問題 本次課題所設計的多方案軸系結構傳動裝置主要是為了解決在本科階段的機械設計實驗中所出現的一些問題。由于實驗室的那些實驗裝置方案過于單一，學生只能對幾種固定的實驗方案進行實驗，而且實驗過程中可能發(fā)生的一些問題老師也只是用口述的形式告訴同學們，這樣比較抽象不便于進行理解和把握實驗方法。此次設計的裝置是為了便于老師更直觀的為同學們講解各種傳動方案，并且利于同學們進行組合設計，在同一套實驗裝置中便可進行多種傳動方案的單一或組合傳動實驗，方便同學們在實踐中更加深刻的理解實驗內容，進而更好的完成教學實踐的任務。 1.4.2研究手段 1.文獻研究 通過查閱大量文獻，全面深入了解有關齒輪、軸承的知識，以及齒輪軸承組合傳動的設計原理及方案，與自己的構想進行對比，不斷修正。 2.方案確定 對每一種實驗方案進行具體的研究，確定各參數，嘗試將兩種或多種方案進行組合，逐漸增加組合方案的復雜度，直至將多種方案進行合理的組合。 3.試驗分析 對具體方案繪制圖紙，在實驗室進行分析，確定其可行性，以解決裝配方案選擇、軸承類型選擇、定位和安裝等方面的問題。 2軸系傳動方案的選擇 2.1方案的介紹 軸系結構作為減速器中最為重要的結構，其根據齒輪類型（直齒、斜齒、錐齒、蝸輪）、裝配方案和傳動級數的不同，有了各種各樣的結構形式，通過不同的組合可以實現不同的傳動特性，用以滿足許許多多復雜的工作條件和工作需求。弄清楚各傳動方案的傳動特性以及使用場合對于軸系結構的設計有著重要的意義，更加便于機械的加工制造、裝配、零件選擇、降低生產成本、提高使用壽命。下面來解釋以下不同種傳動方案的傳動特性以及適用場合。 其中一級傳動方案有以下幾種： （1）一級直齒輪傳動 ①一級直齒輪傳動介紹 一級直齒輪傳動是由兩直齒輪通過滾動軸承支承在箱體內實現的嚙合傳動，如圖，當Ⅰ軸作為輸入軸，Ⅱ軸作為輸出軸時，此時傳動比i=Z大齒輪Z小齒輪＞1，因此此時是一個減速的傳動組合；相反，當Ⅱ軸作為輸入軸，Ⅰ軸作為輸出軸時，此時的傳動比i'=Z小齒輪Z大齒輪＜1，因此此時是做一個增速運動，但一般情況下這種應用比較少，通常用于減速。 ②一級直齒輪傳動的特點 該方案的優(yōu)點為：單級傳動可以承受較大的徑向載荷和軸向載荷；經久耐用，可以實現較長的使用壽命要求 該方案的缺點為：當齒輪因模數大、打牙等原因，不便于測量齒頂圓直徑。容易引起沖擊和噪聲，傳動平穩(wěn)性差。 （2）一級斜齒輪傳動 ①一級斜齒輪傳動介紹 一級斜齒輪傳動是由大小不同的斜齒輪在箱體內相嚙合而實現的傳動，其傳動原理與一級直齒輪傳動類似，不同的是把直齒輪換成了斜齒輪（注：相互嚙合的斜齒輪旋向不同），這使得其在具備直齒輪傳動特點的基礎上，具備了更多的優(yōu)點。 ②一級斜齒輪傳動特點 該方案優(yōu)點： i. 可以實現較好的嚙合特性,在齒輪的傳動過程中,齒面的摩擦力呈現為脈動循環(huán)變化的特征,以此來逐漸減少;由于采用斜齒,可以實現更高的軸承承載能力和更好的傳動平穩(wěn)性,故該結構可以廣泛應用于高速運行和重載場合; ii. 斜齒面相嚙合時可以實現更高的重合度，從而使得傳動更為可靠，也使得使用壽命提高。嚙合的持續(xù)時間直接關系決定了各個傳動齒輪之間的相互重合作用程度和阻力大小,而且齒輪嚙合的持續(xù)時間與齒輪接觸點表面積的差距增大直接減少了對斜線式齒輪的運動適應性； iii. 因為Z最小減小了，所以使用斜齒輪使得結構更緊湊。 該方案缺點：加工制造難度較直齒輪加大，進而使得生產成本提高，經濟性差。 （3）一級錐齒輪傳動 ①一級錐齒輪介紹 錐齒輪的應用可以實現兩交錯軸之間的傳動，相交的兩軸一般呈90o夾角，錐齒輪傳動機構能夠改變運動的速度和方向，一般可以改變運動方向（90o）。 當動力從Ⅰ軸輸入，Ⅱ軸輸出，則動力的速度和方向都將發(fā)生改變。 ②一級錐齒輪特點 錐齒輪其中一個輪齒最小端相對一般的齒頂高度要低,降低了錐齒輪頂部過尖的機會。因為齒根沒有更大的圓形角度和半徑,從而增加了承重能力、縮短了刀具的使用壽命及改善了潤滑工作條件。一般應用于輕載、低速場合。 （4）一級蝸輪蝸桿傳動 ①一級蝸輪蝸桿傳動介紹 蝸輪軸間蝸桿傳動與一種圓錐形的齒輪蝸桿傳動相同,它們都采用可以同時改變齒輪運動軸的方向,用于二軸向交錯軸的齒輪軸間轉向傳動。兩軸之間的橫向偏轉傳動夾角一般固定為90°,蝸輪減速蝸桿的橫向傳動比很大,一般都由齒輪蝸桿兩軸作為主動,用來控制減速蝸輪運動。 ②一級蝸輪蝸桿傳動特點 該方案的優(yōu)點： i. 傳動平穩(wěn)，嚙合沖擊?。? ii. 蝸桿的機械頭數少,所以蝸輪蝸桿傳動的機械驅動力相對一般都要差很多;蝸桿采用連續(xù)不斷地固定的螺旋齒,使得機械結構緊湊; iii. 導程角＜當量摩擦角，可以實現反行程自鎖效應。 該解決方案的主要缺點:由于傳動比大,導致蝸輪向和螺旋軸嚙合時接觸點之間的相對滑動轉矩速度增加,加大了兩個接觸點之間的摩擦和磨損,易使蝸輪發(fā)熱,進而導致傳動效率低;蝸輪本身應該是具備良好耐磨性,制造蝸輪所用材料比較貴,經濟性差。 2.2傳動方案選擇 通過對現有資料的分析，現存的減速器的類型多種多樣，具體可以分為如下：按各種齒輪傳動轉換方式分類有:多級齒輪傳動減速器,行星式齒輪減速器,蝸桿式齒輪減速器,以及各種齒輪傳動轉換方式相互作用組合的多級齒輪減速器;按各種傳動方式等級:一級齒輪減速器、二級齒輪減速器、三級齒輪減速器、四級齒輪傳動器和減速器(目前國內現存的減速器最多四級);按各種齒輪的傳動形狀:圓柱(主要包括直齒、斜齒、人字齒)系列齒輪傳動減速器、圓錐系列齒輪傳動減速器以及各種圓柱齒輪與各種圓錐系列齒輪相互作用而變形成的各種圓柱-圓錐系列齒輪傳動減速器;按各種傳動方式布置轉換方式:主要有傳動展開、分流、同軸式。 （1）一級圓柱齒輪減速器 圓柱齒輪中的齒形又可以細分為垂直齒(主要是用于運行速度,載荷較小的情況下)、斜齒(在運行速度較小的情況下)、人字齒(在運行速度較小的情況下),箱體一般選擇鑄鐵(或者是帶有焊接結構)。這種軸承最好是適合使用滾動型軸承,除非在速度和載荷都比較大時需要選擇滑動型軸承。 （2）二級圓柱齒輪減速器 ①展開式:因為傳動齒輪與軸承間的連接位置不對稱,故需要較大的機械剛度,但是結構簡單。為了使扭轉變形和彎曲變形可以相互抵消,以降低載荷不均勻現象,常常將高速級放在輸出級。由斜齒輪和垂直齒輪的特殊性能可知,斜齒輪一般適宜于高速和中等級,垂直齒輪一般適宜于低速和中等級,此時適宜在載荷平穩(wěn)時使用。 ②分流式:齒輪和軸承之間呈現一種對稱的分布,載荷和軸承的受載更均勻,但是結構較為復雜。這樣的排布方式可以使得中間軸受到的轉矩增加半,能夠很好地適應應變載荷場合。 ③同軸式:降低了橫向的尺寸,潤滑油對各種齒輪來說可以起到相同的潤滑作用,但是由于軸向的尺寸巨大、承載力強、剛度差,載荷分布不均。 ④同軸式分流：這樣排布使得輸入和輸出軸只承受扭矩作用，嚙合齒輪傳遞的載荷減半，便于縮小軸頸尺寸。 （3）三級圓柱齒輪減速器 ①展開式:同二級展開式 ②分流式：同二級分流式 為了更好的實現軸系結構傳動裝置的傳動效果，筆者將進行以下步驟設計傳動方案： 1. 根據實驗的要求設計一種組合傳動方案； 2. 根據已經確定的傳動方案，確定好其他相關零件（軸、軸承、齒輪等）； 3. 軸上零件的定位和固定形式的確定； 4. 合理選擇密封結構。 3 軸的設計 為了保證軸上零件的正常運轉，需要用軸將軸上零件進行合理的定位和固定，以保證傳動裝置的正常工作要求。筆者將于本章節(jié)討論軸的分類、軸的材料選擇、軸系常見的錯誤形式、設計軸時需要滿足的要求以及設計計算軸的各項參數。 3.1軸的分類 根據軸的承載情況不同，可以分為三類 1. 轉軸：不僅能夠承受轉矩，而且還能承受彎矩的軸。如：皮帶輪的軸 2. 傳動軸：只能夠承受轉矩的軸。如：汽車方向盤的軸，電風扇的軸 3. 心軸:只提供能夠用來承受旋轉彎矩不向外移動傳遞的自旋轉矩。如:電動列車轉向火車的牽引動力和轉向車輪軸[7] 3.2軸的材料 軸材料的選取，首先應該滿足工程實際的需求，其次要保證其經濟性。 1. 對于速度和載荷都不大的軸，常常采用普通的碳素鋼即可（Q255、Q235等）； 2. 對于承受載荷較大，軸的尺寸和重量有嚴格要求的軸需要采用合金鋼。例如當精度要求和轉速要求較高時，需要材料能夠實現較好的力學性能，常常采用經調質處理的40Cr合金鋼； 3. 當精度要求較高時，可采用Cr15,65Mn等合金鋼，其材料通過調質和淬火處理后有較好的耐磨和耐疲勞性，可以滿足較差工作條件的要求； 4. 當材料在工作環(huán)境中的硬度為高速、重載時,需要材料必須具有高的表明硬度和較好的耐磨性、抗沖擊韌性和抵抗疲勞能力,常選擇優(yōu)質低碳鋼或滲碳鋼。 5. 當軸的外形比較復雜時，需要材料具備減振、抗沖擊、應力集中小等特點。常采用球磨鑄鐵或高強度鑄鐵。 由于設計的軸是用于學生實驗使用，屬于以上的第1種情況，可以選用Q235鋼。 3.3軸系的錯誤情況分析 軸系結構有很多種錯誤形式，具體劃分如下： （1）安裝錯誤 ① 零件拆卸困難或者不能正常拆卸； ② 軸端沒有倒角（或導向錐）； ③ 當軸承位于軸中部時，沒有設置用以過渡的過渡軸肩； ④ 向心角旋轉接觸滾動軸承、圓錐形角滾動接觸軸承、推力球接觸軸承沒有對稱安裝或成對使用。 （2）制造錯誤 ① 鍵槽沒有排布在同一直線上； ② 鍵過短或過長（一般略短于輪轂寬度）； ③ 軸端太長； ④ 在用軸肩定位時，軸承所在的軸段靠軸肩處沒有砂輪越程槽，導致軸頸處磨削加工不方便[8]。 （3）定位和固定錯誤 ① 沒有設置軸向定位和固定，零件可沿軸向任意移動； ② 沒有設置周向固定的鍵槽； ③ 多余定位； ④ 安裝在軸端上的回轉件寬度沒有比軸端略長； ⑤ 用于定位的軸肩或套筒的高度過高（超過軸承內圈2/3）； ⑥ 回轉件與固定靜止件間沒有過渡直接接觸。 （4）調整錯誤 ① 軸承蓋與箱體間缺少軸承游隙調整墊片，導致軸向游隙沒有辦法調整； ② 支撐方式錯誤； ③ 透蓋和與其配合的軸間缺少間隙。 （5）密封錯誤 透蓋與軸間缺少密封裝置。 其中常見的錯誤形式有以下兩種： ① 套筒或軸肩的直徑不應該超過軸承內圈的2/3，如圖3-1所示，套筒直徑超過了軸承內圈的高度，并與保持架接觸，這樣會使得軸承不能正常拆卸而且影響了保持架的正常工作[9]。 圖3-1 常見錯誤形式一 ② 軸頭長度超出輪轂長度，如圖3-2所示，當軸頭的長度超出了輪轂的寬度時，蓋板沒法將輪轂壓緊，無法實現輪轂正常的軸向固定[9]。 圖3-2 常見錯誤形式二 3.4軸設計需要滿足的基本要求 （1）定位和固定的要求：為滿足軸上零件的正常工作，軸和軸上零件都需要有準確而固定的位置。 ① 周向固定:通過對傳動零部件的軸進行周向固定,以有效地保護防止傳動零部件與傳動軸之間可能發(fā)生不必要的相對方向旋轉。周向固定通常主要采取以下幾種聯接方法:例如鍵盤式聯接,花鍵自動聯接,銷售鍵聯接等； ② 軸向固定:主要是通過對滑動零部件齒輪進行滑動軸向固定,以防止零件在軸向發(fā)生不必要的移動。對于軸向的固定通常是采用以下幾種方法:軸肩、套筒、圓螺母等。 （2）工藝性要求：為了提高加工軸的效率和降低生產成本，設計的軸需要方便工人加工制造，保證其工藝性和經濟性;合理設計軸的結構，便于軸上零件的裝拆和調整。 ① 軸段在需進行研磨和切削時,需要設置砂輪越程槽,需進行切削螺紋處理時軸段宜設置后退刀槽; ② 同一根軸上的鍵槽應位于同一條直線上； ③ 為使軸便于裝配，軸端應有倒角； ④ 設計的軸應該保證軸上各零件不會干擾其他零件的安裝和拆卸。 （3）對于強度以及剛度的要求:在軸上各個零件的位置都應該能夠保證其受力合理,以滿足軸和軸上零件的強度和剛度要求。 3.5軸的設計計算 3.5.1軸的強度計算 （1）按扭轉強度計算 用于： ① 只受扭矩或主要承受扭矩的傳動軸的強度計算 ② 結構設計前按扭矩初估軸的直徑dmin 對于一個圓截面的實心軸,其具有較高的抗扭力和能力的條件是: 強度條件 τT=TWT=9.55×106Pn0.2d3≤[τT] 設計公式 d≥5×9.55×106PτTn=A0Pn 軸上寬度設置每當有兩個放小鍵槽時:一個放大鍵槽軸徑:一個放小鍵槽:3~5%兩個縮小鍵槽:7~10% 取標準值 （2）根據彎扭合成的強度來計算 旋轉軸承需要同時保證能夠正確承受最大扭矩和彎曲,必須根據二者的扭矩組合度和強度關系來進行計算。通常把一個軸承輪轂當作一個安裝放在鉸鏈式軸承支座上的軸承橫梁,作用于連接軸承上各個不同零件的軸承力量主要來自于作為一個軸的集中力,其主要作用點在于可以變換取為各個不同零件的軸承輪轂長和寬度。具體流量計算使用方法及操作步驟由本列表說明如下: 畫出了軸的空間動力學關系曲線;(可以分解成為水平面部件的分力與垂直面部件的分力) ① 計算水平面和垂直面上的彎矩并作出彎矩圖； ② 計算合成彎矩M并作出彎矩圖； ③ 計算轉矩M T并作出轉矩圖； ④ 計算當量彎矩M，繪出當量彎矩圖； ⑤ 依靠當量彎矩圖尋找出危險的橫截面,進行對該軸的強度測量和校正[10]。 （3）按軸的剛度計算 ①軸的彎曲剛度校核計算 軸的彎曲剛度可用撓度 y 和偏轉角θ為單位進行測量。 對于一個發(fā)射光軸,可以直接通過利用發(fā)射材料偏心動力學的兩個公式函數來精確計算它們的偏心撓度或偏心的轉角。 對于一個階梯軸,可以把它們轉化成一個當量是直徑的發(fā)射光軸后,來計算它們的撓度或相反方向的偏轉角。 軸的彎曲偏向剛度定義條件其中定義的稱為彎曲撓度條件y≤[y]偏向旋轉角θ≤[θ],[y]和[θ]分別為軸的許用撓度及許用偏轉角。 ②軸的扭轉剛度校核計算 軸的扭轉剛度是用扭矩和旋轉角的公式來衡量。軸的最大扭轉剛度的條件是 ρ≤[ρ] 3.5.2確定許用應力 上面已經確定軸的材料為Q235鋼，抗拉強度σb=410MPa，彎曲疲勞強度σ-1=180MPa,[σ-1]b=40MPa 3.5.3估算軸的基本直徑 取A=100 d≥A(P1/n1)1/3 =110×[2.77138]1/3 =110×0.12=13.1mm 考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則: d1=13.1mm×(1+5%)mm=13.75mm 選d1=14mm 3.5.4軸的結構設計 確定軸各段直徑和長度 I段：d1=14mm ? 長度的選擇大小主要取決于一個聯軸器的整體結構及其需要安裝的零部件的所在位置，根據各種聯軸器的長度計算工作方式可以進行長度選擇，選取YL6型Y型凸緣聯軸器L1=30mm。 II段:d2=d1+2h=14mm＋2×0.07d1 =14mm＋2×0.07×14mm =16.96mm ∴d2=18mm L2=32mm III段直徑 d3=d2+2h=18mm＋2×0.07d2 =18mm+2×0.07×18mm =20.52mm 取d3=20mm初選用6204型深溝球軸承，其內徑為20mm,寬度為14mm。 ?L3=24 Ⅳ段直徑 d4=d3＋2h=20mm＋2×0.07d2 =20mm＋2×0.07×20mm =23.8mm? 取d4=25mm L4=L大齒輪+L套筒-1mm=30+21-1mm=50mm Ⅴ段直徑 d5=d4+2h=25mm+2×0.07d4=28.5mm 取d5=30mm L5=27mm Ⅵ段直徑 d6=d5+2h=30mm+2×0.07d5=38.2mm 取d6=40mm L6=20mm Ⅶ段直徑 由于這里有齒輪存在。因此取d7=25mm L7=28mm Ⅷ段直徑 由于這里使用了6204深溝球軸承。因此取d8=20mm L8=26mm L=30+32+24+50+27+20+28+26mm=237mm ③按彎矩復合進行強度計算 A 求分度圓直徑：已知d2=240mm B 求轉矩：已知T2=9550×PⅡ/ nⅡ=191.692N.m C 求圓周力：Ft Ft=2T2/d2=2×191692N.mm/240mm=1597.4N D 求徑向力Fr Fr=Ft·tanα=1597.4N×tan200=581.5N E 因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=70mm 傳動軸 4 齒輪的設計 齒輪機械傳動中的機械副系統是一種在我國現代工業(yè)機械傳動中,最重要的、應用最為廣泛的一種新型機械傳動系統結構,他通過傳動齒輪副之間的相對運動關系來直接傳遞機械運動和控制動力,具有結構緊湊、效率高、工作可靠、壽命長、傳動比準確,適用于傳動速度快和控制傳動范圍寬等多大優(yōu)勢。 4.1齒輪傳動的分類和特點 4.1.1齒輪傳動的類型 （1）根據不同傳動齒輪軸的不同相對傳動位置:選擇平行旋轉軸傳動齒輪旋轉傳動、相交旋轉軸傳動齒輪旋轉傳動、交錯旋轉軸傳動齒輪旋轉傳動 （2）按工作條件： ① 開式滑動齒輪完全不能外露,易滑動掉落雜物灰塵和任何碎屑雜物,不能在工作過程中不能保證良好的滑動潤滑,輪齒容易斷裂發(fā)生松動磨損,多場合適用于各種低速、不重要的機械應用工作場合; ② 半開式的潤滑油池一般裝有簡單的潤滑保護罩,有時甚至可能會把大型柴油齒輪機所組成的部分直接用水浸泡在開式油池中,比開式液力傳動機的潤滑好些,但仍然由于不能嚴格地準確防止油池灰塵及其他有害雜物直接浸泡,多被廣泛應用于各種小型農業(yè)、建筑和民用工程機械以及簡易的通用機械設備; ③ 齒輪全封閉式是將齒輪和傳動軸承完全密實均勻地滑動封閉于箱體內,能夠有效確保良好的箱體潤滑性和較高的齒輪嚙合傳動精度,應用廣泛。多向軸適用于各種大型汽車、機床和民用航空器的引擎以及風力發(fā)電機等機械齒輪軸的傳動。 4.1.2齒輪傳動的特點 優(yōu)點：①傳動效率高 ②傳動比恒定 ③結構緊湊 ④工作可靠、壽命長 缺點：①齒輪的制造、安裝對精度的要求比較高；②不能滿足齒輪的中心間距較大兩軸之間的傳動；③在使用上的維護成本比較高；④當精度低時,振動和噪音比較大[11]。 4.2齒輪傳動的主要參數與基本要求 齒輪的傳動應該必須滿足兩個基本條件:①傳動均勻；②承受的運轉能力較好。 在關于齒輪的技術設計、生產和應用技術開發(fā)科研中,有關于牙輪齒廓運動曲線、齒輪的運動強度、制造工藝精確性、加工工藝方式以及關于齒輪的流體熱處理工藝技術等,基本上都已經是緊緊地緊密圍繞著這兩個基本的技術要求體系來進行實施的。 齒輪傳動的主要參數 （1）模數m 所以設計一個齒輪的分度圓主要目的就是把它們作為設計的基準,以此來確定齒輪各個組成部分的尺寸。齒輪分度圓的周長 c = πd = zp ,于是我們可以推導出齒輪分度圓的直徑 d = zp /π,模數就是覺得一個齒輪有多長直徑的因素。 （2）傳動比i和齒數比u 在一對齒輪中，設主動輪轉速n主、齒數Z主，從動輪轉速n從、齒數Z從，則傳動比i通?？杀硎緸閕=n主n從=Z從Z主 在一對齒輪中，若設小齒輪齒數Z1，大齒輪齒數為Z2，則齒數比u=Z2Z1＞1 顯然，在減速運動中u=i，在增速運動中u=1i。 （3） 中心距a 其中心點距 a 是采用圓柱形齒輪作為傳動機械的一個特征大小尺寸,也是其中最重要的幾何學測量參數。在設計中我們應該注意保持取值的簡潔和整齊,并盡可能多，并盡量避免有小數。 （4）齒寬系數b 齒寬系數體現了齒輪的寬度和徑向尺寸在齒軸上的比率關系。齒寬系數 b 的定義和取得值大小會直接決定齒輪傳動的結構布局和傳動質量,因而這個值也是齒輪機械學設計過程中的主要參數之一。 4.3齒輪傳動的失效形式 ① 齒輪打折;輪齒的折斷通常分為兩種類型的情況:一種是因為多次重復的彎曲應力和應力的集中而導致輪齒疲勞性地折斷;另外一個就是因為突然性地產生了嚴重的過載或者是沖擊物體在載荷上的作用而導致的過載打折。 ② 齒輪表面點蝕:由于當一個輪齒正常運動工作時,前面的兩個嚙合點中心位置在交變力和接觸應力的多次反復運動作用下,在一個較遠或靠近的小節(jié)點嚙合線的齒面上常常會同時發(fā)生若干個微型的小節(jié)點裂紋。 ③ 齒面膠合;在高速和重載下的齒輪傳動中,牙面詢問的是由于壓力較大、氣溫升高、潤滑效果較差,當瞬時的溫度超出一定范圍時,將會導致使兩個齒面之間局部發(fā)生熔融和金屬交替粘連,當兩個齒面之間做相對移動時,黏附的地方會被撕裂,從而導致齒面上沿著一定的滑動方向產生帶狀或者是大面積的損壞[12]。 ④ 齒面直接打磨;由于當嚙合輪齒在直接嚙合運動過程中,由于相對摩擦力的直接滑動,特別多的是當嚙合外界空氣中的硬質金屬微粒直接滑動進入嚙合到與其他嚙合輪齒工作面之間時,會直接滑動造成嚙合輪齒整體表面的嚴重磨損。當傳動齒輪表面逐步受到磨損后,齒面上就會逐漸喪失正確的受力位置和傳動齒型,嚴重的話就可能會直接導致傳動輪齒太薄而被應力打折,齒面的逐步磨損也就已經成為了開式汽車齒輪動力傳動的一種主要不良系統失效。 ⑤ 齒表面可塑性變形。硬度相對較低的柔軟齒面?zhèn)鲃友垒?在低速運行中重載時,由于齒面?zhèn)鲃訅毫μ?在摩擦力的作用下,齒面上的金屬會產生可塑性的流動而使傳統齒形失去。提高齒面的硬度與采用黏性比較高的潤滑油,都是為了幫助防止或緩解齒面可塑性的變形。 4.4齒輪的參數計算 高速級齒輪傳動的設計計算 ⑴ 齒輪材料，熱處理及精度 鑒于此類減速器的傳動功率和現場所需安裝位置的限制,因而大小型減速器齒輪均選擇了硬齒面上的漸開式直線斜齒輪 ①材料：高速級小齒輪選用Q235鋼，齒面硬度小于165HBS，取小齒齒數=22。 高速級大齒輪選用Q235鋼，齒面硬度小于165HBS ，Z2=i×Z1=2×22=44。 ② 齒輪精度：按GB/T10095.1，選擇7級。 ⑵ 初步設計齒輪傳動的主要尺寸 確定各參數的值: 試選=1.6 查課本圖10-30 選取區(qū)域系數 Z=2.45 由課本圖10-26 =0.86 =0.90 則=0.86+0.90=1.76 查課本 10-19圖得：K=0.93 K=0.96 齒輪的疲勞強度極限 取失效概率為1%,安全系數S=1,應用公式10-12得: []==0.93×960=892.8 []==0.96×960=921.6 許用接觸應力 =892.8+921.6/2=907.2MPa 查課本由表10-6得： =188MP 選取齒寬系數 0.558 T=95.5×10×=95.5×10×2.55/10.15=239.92×10N.M ⑶ 設計計算 小齒輪的分度圓直徑d =64.41 模數：m=d1/z1=64.41/22=2.93mm 根據課本P130表10-2 取標準模數：m=3mm 分度圓直徑d1=mz1=3×22=66mm ?????d2=mz2=3×44=132mm 傳動中心距? a=m(z1+z2)/2=3(22+44)/2=99mm 驗算齒輪圓周速度? V齒=3.14d1n1/60×1000=3.14×66×960/60×1000=3.32m/s 使用系數=1.1 根據v=0.67m/s,7級精度，查表得動載系數K=1.00 齒向載荷分布系數 KHβ=1.245 齒間載荷分布系數 KHα=1.00 故載荷系數: K＝KAKVKK =1.1×1.0×1.245×1.0=1.3695 ⑷ 齒根彎曲疲勞強度設計 σF=(2kT1/d1mb)YFS1≤[σF1] 確定有關參數和系數 許用彎曲應力[σFP] [σF1]= 0.7σFlim1 =709.2Mpa [σF2]= 0.7σFlim2 =709.2Mpa 齒輪1復合齒形系數 =4.30498 齒輪1應力校正系數 =1.56256 齒輪2復合齒形系數 =4.01577 齒輪2應力校正系數 =1.69048 端面重合度 =1.64604 計算兩輪的許用彎曲應力 σF1=(2kT1/d1mb)YFS1=168.3Mpa＜[σF1] σF2=(2kT1/d1mb)YFS2=157Mpa＜[σF2] 小齒輪材料為Q235鋼 接觸強度極限應力 σHlim1=960.0MPa 齒輪1接觸疲勞強度許用值 [σH]1=1050.9MPa 大齒輪材料為Q235鋼 齒輪2接觸強度極限應力 σHlim2=960.0MPa 齒輪2接觸疲勞強度許用值 [σH]2=1050.9MPa 計算模數 =2.42 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數，按GB/T1357-1987圓整為標準模數,取m=3mm但為了同時滿足接觸疲勞強度，需要按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d=64.41來計算應有的齒數.于是由: = 21.47 取 z1=21 那么z2=2×21=42 幾何尺寸計算 計算中心距：a==96.013mm 將中心距圓整為98mm 因此齒輪為圓柱直齒齒輪,故參數,,等不必修正. 計算大、小齒輪的分度圓直徑 =63mm =126mm 因實際條件限制，圓整后d1=64mm d2=130mm 齒輪參數和幾何尺寸總結： 小齒輪 大齒輪 齒數 模數 壓力角 齒頂高系數 頂隙系數 齒距 齒厚 齒槽寬 齒根高 齒頂高 分度圓直徑 齒高 基圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 中心距 大齒輪 小齒輪 5 軸承的設計 5.1軸承種類的選擇 軸承在機械中廣泛應用的部分零件之一,它的功能和作用主要包括支撐著機器在運動時的旋轉體,降低了機器在運動時的摩爾系數,并有效地保證了其回轉的準確性。軸承的質量及其使用壽命和軸承的工作性能,不僅依賴于軸承本身的生產制造精度,還和其他軸承部件的連接孔與軸尺寸精度、形位精度和軸表面的粗糙度、正確選用和安裝方法有著緊密的聯系。尤其是在工作中怎樣正確合理地選用軸承的搭接,對于提高軸承的壽命,保證整個機器的正常工作至關重要。 （1） 軸承精度等級 滾動精度軸承的額定精度范圍可以依次劃分分別為根據大小不同尺寸的滾動精度和不同旋轉方向軸承的滾動精度。精度標準級別已經開始進行了首次標準化,劃分分別為0級、6x級、6級、5級、4級、2級六個精度級別。精度由0級提高開始依次提高進行逐級提高,對于普通用途0級精度己經可說是精度足夠,但在較為復雜的使用情況和特殊場合下,還是可能需要5級或者更高。 （2） 滾動軸承配合選擇 ① 配合的選擇 由于軸承的內徑和外徑的大小都是從國家標準中進行選取的,而對于軸承的內圈、外圍軸、座孔之間的配套松緊程度也只能靠著控制公差大小來改變。滾動軸承的內圈和軸的配合一般都會使用基孔制,軸承的外圈和座孔一般都會使用基軸制。在正確地選擇軸承時,必須要知道實際工況下負載大小和工作的實際條件,而知道這些條件是很困難的。因此，多數情況是通過使用精度來選擇配合的。 ② 負荷大小 套圈與軸（或外孔）間的過盈量取決于負載的大小，當負載較大時選擇較大的過盈量，當負載較小時選擇較小的過盈量。通常將當量徑向負載分成“輕”、“正?！薄ⅰ爸亍毙拓撦d三種情況。 ③ 負載性質 在選取配合時首先要考慮到的是負載矢量相對于套圈旋轉。按照套圈中合成的徑向負載矢量相對于套圈的旋轉運動情況,套圈中所要承受的徑向負載大致可以劃分為:固定式負載、旋轉式負載、擺動式負載。 1.固定負載 作用于支承套圈上的一個徑向壓力負載,由裝在套圈支承軌道上的徑向局部運動區(qū)域對其進行壓力承受,并向其傳遞壓力到支承軸或者也就是裝在軸承座上的一個相應徑向局部運動區(qū)域。 特點:合成的徑向負載向量和套圈相對于靜止,承受定向負載時套圈間可以選擇較松緊的配置。 2.旋轉負載 作用于套圈上的合成徑向負載，沿滾道圓周方向旋轉，依次負載于各部位。 特點:每當合成套筒負載的傳動向量與合成套圈相對方向旋轉,承受相對旋轉時的負載時合成套筒線圈與負載向量之間關系應該有相選緊密的配合。在特別的使用條件下,若所需要承受的強度旋轉載荷負載非常小(或僅偶爾低速徑向轉動),軸承材料選擇用的材料較硬或較軟具有較高的軸承表面度和粗糙度時,承受較大強度旋轉載荷負載的選用軸承襯套和墊圈也就是說可以直接使用硬度較松的軸承材料與其進行直接配合。 3.擺動負載（不定向負載） 作用于套圈上的合成徑向負載方向不變。 特點:用于作用在流體套圈上的各種合成流體負載壓力向量沖擊可以在流體套圈上或滾道的某個擺動區(qū)域內同時進行壓力擺動,為了保證使套圈滾道一定的擺動區(qū)域內能有一個足夠大的振動力可以承受,或者對用于作用在流體套圈上或滾道上的各種合成流體負載向力具有向量沖擊和壓力振動,其中的振動數值可以隨作用時間而有所變動。對于在承受高速旋轉擺動和大負載時,軸承內、外部滾動套件墊圈和支承軸、齒輪和底座孔之間的松緊配置要求均宜并可采用滾動松緊組合配置。 5.2軸承的選用 由于此軸承用于支撐回轉的軸或軸上零件，故應該選用滾動軸承。因為實際上在應用的生產過程中,該傳動軸承既受到需要同時承受不同徑向旋轉運動力又受到需要同時承受不同軸向旋轉運動力的較大影響,故我們認為應該合理地考慮選擇一種單列角度非接觸式圓球傳動軸承。參考實際軸承應用市場情況和實際設計工作應用需要,查閱相關軸承組件產品目錄,初步進行篩選2基本信息游隙滾動機構軸承組件和標準軸承精度和等級配套軸承單列角精度接觸角圓球滾動軸承7204AC型。 D B 軸承代號 20 42 12 7004AC 20 47 14 7204AC 20 52 15 7304AC 除了選取單列角接觸球軸承外，本實驗裝置還可使用深溝球軸承，考慮到實際情況和工作的要求，選?。?）2尺寸系列6204深溝球軸承。 5.3軸承的配合與固定 （1）當軸承和外圈和軸承座、箱體互相配合時,其間的配合距離一般不宜太大,在工作中要注意保證其外圈有輕度振動空間,以減少由于外圈和滾道振動而發(fā)生的局部和過量磨損,這樣就有助于延長軸承的性能和使用壽命。下圖1、2是兩種外圈固定方式。 圖1 圖2 （2）由于滾動軸承內圈與軸需要較緊的配合，而且傳動的功率一般較大，故應采用過盈配合。對于本實驗裝置，考慮到軸承需要經常拆卸，故不宜配合太緊，以免出現裝拆困難的情況。 參考文獻 [1] 李曉利, 王春潔. 組合軸系結構設計實驗的開發(fā)[J]. 實驗技術與管理, 2003. 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[12] 賀篤鵬. 齒輪鋼的滲碳熱處理變形與疲勞性能的研究. 昆明理工大學. 致謝 經過兩個多月的艱苦努力和不懈堅持，我順利完成了畢業(yè)論文的寫作。從開始的自己確定選題，到查閱參考文獻，再到畢業(yè)導師一步步的指導、對設計方案進行夜以繼日的研究和試驗，終于交上了這一份答卷。在這段過程中，我所走的每一步都意味著新的嘗試和挑戰(zhàn)，這也是在大學生涯第一次獨立完成的最大項目。在這段時間里，我學到了很多知識有很多感受，從一無所知到開始獨立的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己不成熟的座屏一步步得以完善，每一次進步都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。 但即使是現在，我的論文也還是不夠成熟的，還有很多不足之處。但這次寫論文的經歷使我終身受益。我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的潛力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。期望這次經歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)奮勇向前。 27