機(jī)械傳動(dòng)多功能試驗(yàn)臺(tái)(含全套說(shuō)明書(shū)和CAD圖紙)

1、摘要實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)于加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力具有十分重要的意義，在教學(xué)體系中占有舉足輕重的地位。目前，我國(guó)大部分高校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在陳舊、落后的問(wèn)題，而實(shí)驗(yàn)設(shè)備開(kāi)發(fā)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備無(wú)法滿足教學(xué)發(fā)展的要求。因此，迫切地需要通過(guò)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備的自主設(shè)計(jì)研制，來(lái)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備現(xiàn)狀、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。關(guān)鍵詞：機(jī)械傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)，仿真，測(cè)試abstractthe experimental facilities have the very important function for the understanding of the academic kn

2、owledge, exercises students practice, ability of creation. at present, problems of obsolete and backward facilities exist in majority of the universities.because of the disjoint between the development of the experimental facilities and the experimental teaching application, the experimental facilit

3、ies can not suit for the development of teaching. therefore, it is urgent to develop the new experimental facilities, to improve the test installation present situation, the enhancement experiment teaching level.keyword: mechanical transmission , kinematics, dynamics, laboratory bench, simulation, t

4、est第一章 引言1.1本課題提出的意義培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)的能力。實(shí)驗(yàn)在“機(jī)械傳動(dòng)性能綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)”上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室提供機(jī)械傳動(dòng)裝置和測(cè)試設(shè)備資料，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)方案書(shū)，搭接傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，分析傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。掌握機(jī)械傳動(dòng)合理布置的基本要求，機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)的一般方法，并利用機(jī)械傳動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)組成方案的性能進(jìn)行測(cè)試，分析組成方案的特點(diǎn)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握機(jī)械傳動(dòng)性能綜合測(cè)試的工作原理和方法，掌握計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)的新方法。測(cè)試常用機(jī)械傳動(dòng)裝置（如帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)等）在傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力過(guò)程中的參數(shù)曲線(速度

5、曲線、轉(zhuǎn)矩曲線、傳動(dòng)比曲線、功率曲線及效率曲線等)，加深對(duì)常見(jiàn)機(jī)械傳動(dòng)性能的認(rèn)識(shí)和理解。1.2多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀第二章 試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介2.1 多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成機(jī)械傳動(dòng)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)由機(jī)械傳動(dòng)裝置、聯(lián)軸器、變頻電機(jī)、加載裝置、和工控機(jī)幾個(gè)模塊組成，另外還有實(shí)驗(yàn)軟件支持。系統(tǒng)性能參數(shù)的測(cè)量通過(guò)測(cè)試軟件控制，安裝在工控機(jī)主板上的兩塊轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試卡和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器聯(lián)接。學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行傳動(dòng)連接、安裝調(diào)試和測(cè)試，進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)或創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。圖2-1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)布局1-變頻調(diào)速電機(jī) 2-聯(lián)軸器 3-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 4-試件5-加載與制動(dòng)裝置 6-工控機(jī) 7-電器控制柜 8-臺(tái)座

6、本次設(shè)計(jì)要完成三種方案的轉(zhuǎn)配圖及各需要加工零件的零件圖。方案一：v帶傳動(dòng)-斜齒圓柱齒輪減速器方案二：鏈傳動(dòng)-斜齒圓柱齒輪減速器方案三：v帶傳動(dòng)-斜齒輪減速器- 蝸桿減速器2.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能在“機(jī)械傳動(dòng)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)”上能開(kāi)展典型機(jī)械傳動(dòng)裝置性能測(cè)試、組合傳動(dòng)系統(tǒng)布置優(yōu)化和新型機(jī)械傳動(dòng)性能測(cè)試三類實(shí)驗(yàn)。在本科生主要進(jìn)行第二類實(shí)驗(yàn)，即組合傳動(dòng)系統(tǒng)布置優(yōu)化設(shè)計(jì)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)方案書(shū)，搭接傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，分析傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)方案書(shū)內(nèi)容包括已知條件、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和組成方案設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試原理、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)。在實(shí)驗(yàn)中觀察測(cè)

7、試系統(tǒng)運(yùn)行情況，采集傳動(dòng)性能數(shù)據(jù)，測(cè)繪實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括測(cè)試系統(tǒng)平面布置圖、實(shí)驗(yàn)曲線和分析結(jié)果等。2.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)1、 工作臺(tái)和控制柜圖2-2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總圖圖2-3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)平面圖2、 工控機(jī)圖2-4 工控機(jī)3、 三相變頻調(diào)速電機(jī)和輸入端轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器圖2-5 三相變頻調(diào)速電機(jī)和輸入端轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器圖2-6 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)圖4、 磁粉制動(dòng)器和輸出端轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器圖2-7 磁粉制動(dòng)器和輸出端轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5、 機(jī)械傳動(dòng)裝置圖2-8 斜齒圓柱齒輪減速器圖2-9 蝸輪減速器圖2-10 v帶輪圖2-11 鏈輪圖2-12 聯(lián)軸器圖2-13 支承圖2-14 支承底座7、聯(lián)接件t型螺栓圖2-1

8、5 t型螺栓除此外還有：六角螺栓、平墊圈gb95-85-10、柱銷8、輔助工具輔助工具有：開(kāi)口扳手、活動(dòng)扳手、一字起和十字起、內(nèi)六角扳手、拉馬、機(jī)油壺第三章 機(jī)械傳動(dòng)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選定型號(hào)為yz112-m-6的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為1.5kw，額定電壓380v,額定電流4.2a，滿載轉(zhuǎn)速920 r/min。其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示圖3-1 三相異步電動(dòng)機(jī)3.2齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最主要的一類傳動(dòng)，型式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達(dá)數(shù)十萬(wàn)千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。本設(shè)計(jì)所

9、設(shè)計(jì)的是最常用的漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)。3.2.1齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)有： 1)效率高 在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率為最高。如一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的效率可達(dá)99。這對(duì)大功率傳動(dòng)十分重要，因?yàn)榧词剐手惶岣?，也有很大的經(jīng)濟(jì)意義。 2)結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。 3)工作可靠、壽命長(zhǎng) 設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命可長(zhǎng)達(dá)一、二十年，這也是其它機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對(duì)車輛及在礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。4)傳動(dòng)比穩(wěn)定 傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點(diǎn)。但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)

10、格較員，且不宜用于傳動(dòng)距離過(guò)大的場(chǎng)合。齒輪傳動(dòng)可做成開(kāi)式、半開(kāi)式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡(jiǎn)易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒輪傳動(dòng)沒(méi)有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)不僅外界雜物極易侵入，而且潤(rùn)滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用于低速傳動(dòng)。當(dāng)齒輪傳動(dòng)裝有簡(jiǎn)單的防護(hù)罩，有時(shí)還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。它的工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴(yán)密防止外界雜物侵入，潤(rùn)滑條件也不算最好。而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的齒輪傳動(dòng)，都是裝在經(jīng)過(guò)精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體(機(jī)匣)內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動(dòng)(齒輪箱)。它與開(kāi)式或半開(kāi)式的相比，潤(rùn)滑及防護(hù)等

11、條件最好，多用于重要的場(chǎng)合。3.2.2 齒輪傳動(dòng)的失效形式齒輪傳動(dòng)就裝置型式來(lái)說(shuō)，有開(kāi)式、半開(kāi)式及閉式之分；就使用情況來(lái)說(shuō)，有低速、高速及輕載、重載之別；就齒輪材料的性能及熱處理工藝的不同，輪齒有較脆(如經(jīng)整體淬火、齒面硬度很高的鋼齒輪或鑄鐵齒輪)或較韌(如經(jīng)調(diào)質(zhì)、?；膬?yōu)質(zhì)碳鋼及合金鋼齒輪)，齒面有較硬(輪齒工作面的硬度大于350hbs或38hrc，并稱為硬齒面齒輪)或較軟(輪齒工作面的硬度小于或等于350hbs或38hrc，并稱為軟齒面齒輪)的差別等。由于上述條件的不同，齒輪傳動(dòng)也就出現(xiàn)了不同的失效形式。3.2.3齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則由于齒輪傳動(dòng)在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，

12、以保證在整個(gè)工作壽命期間不致失效。因此，針對(duì)上述各種工作情況及失效形式，都應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但是對(duì)于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實(shí)際使用而且行之有效的計(jì)算方法及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常只按保證齒根彎曲。對(duì)于高速大功率的齒輪傳動(dòng)(如航空發(fā)動(dòng)機(jī)主傳動(dòng)、汽輪發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)等)，還要按保證齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。至于抵抗其它失效的能力，目前雖然一般不進(jìn)行計(jì)算，但應(yīng)采取相應(yīng)的措施，以增強(qiáng)輪齒抵抗這些失效的能力。由實(shí)踐得知，在閉式齒輪傳動(dòng)中，通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。但對(duì)于齒面硬度很高、齒芯強(qiáng)度又低的齒輪(如用20、20cr鋼經(jīng)滲碳后淬火的齒輪)或

13、材質(zhì)較脆的齒輪，通常則以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為卞。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時(shí)，則視具體情況而定。功率較大的傳動(dòng)，例如輸入功率超過(guò)75kw的閉式齒輪傳動(dòng)，發(fā)熱量大，易于導(dǎo)致潤(rùn)滑不良及輪齒膠合損傷等，為了控制溫升，還應(yīng)作散熱能力計(jì)算。開(kāi)式(半開(kāi)式)齒輪傳動(dòng)，按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，但如前所述，對(duì)齒面抗磨損能力的計(jì)算方法迄今尚不夠完善，故對(duì)開(kāi)式(半開(kāi)式)齒輪傳動(dòng)，目前僅以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。為了延長(zhǎng)開(kāi)式(半開(kāi)式)齒輪傳動(dòng)的壽命，可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當(dāng)增大。對(duì)于齒輪的輪困、輪輻、輪較等部位的尺寸，通常僅作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。3.

14、2.4齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)工作條件：已知輸入功率pt1.5kw，小齒輪轉(zhuǎn)速m1；920rmin 齒數(shù)比i2，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作壽命15年(設(shè)每年工作300天)，兩班制，工作干穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒效1) 由工作臺(tái)的傳動(dòng)方案與設(shè)計(jì)要求選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2) 考慮此減速器的功率較大，故大、小齒輪都選用硬齒面。由表l0-1選得大、小齒輪的材料均為40cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火齒面硬度為4855hrc。3) 選取精度等級(jí)。因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故初選7級(jí)精度。4)選小齒輪齒數(shù):30，大齒輪齒數(shù)：.5) 選取螺旋角。初選螺旋角2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）確定公式

15、內(nèi)各個(gè)計(jì)算數(shù)值1)試選。2)由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)2.433。3)由圖10-26查得:則：4)許用接觸應(yīng)力：（2）計(jì)算(1)試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得其中：則：(2)計(jì)算圓周速度則：v=3.13m/s(3)計(jì)算齒寬b及摸數(shù)mnt則：b=65.4mmmnt=2.11mm即有： h=4.76mm(4)計(jì)算縱向重合度即：(5)計(jì)算裁荷系數(shù)k已知使用系數(shù)ka=1。根據(jù)v=3.13m/s， 7級(jí)精度，由查得動(dòng)載系數(shù)；由查得143;由查得137;由查得。故裁荷系數(shù):即：k=2.78(6)按實(shí)際的裁荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑。即：(7)計(jì)算模數(shù)mn即：3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)1) 確定計(jì)算參數(shù)(1

16、) 計(jì)算裁荷系數(shù)即：k=2.237(2) 根據(jù)縱向重合理，從查得螺旋角影響系數(shù);(3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)即：即：（4）查取齒形系數(shù)由查得 2)設(shè)計(jì)計(jì)算即：則由：選取則小齒輪和大齒輪的齒數(shù)分別為：30、60選取大小齒輪齒寬分別為：60、503）斜齒輪參數(shù)計(jì)算小齒輪參數(shù)計(jì)算：1.分度圓直徑2.齒頂圓直徑3.齒頂高mm4.齒根高mm圖3-2小齒輪大齒輪參數(shù)計(jì)算：1.分度圓直徑2.齒頂圓直徑3.齒頂高mm4.齒根高mm圖3-3 大齒輪3.3帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.3.1帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介帶傳動(dòng)是由固聯(lián)于主動(dòng)軸上的帶輪1(主動(dòng)輪)、固聯(lián)于從動(dòng)軸上的帶輪3(從動(dòng)輪)和緊套在兩輪上的傳動(dòng)帶2組成的(如圖3-4)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)

17、輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于帶和帶輪間的摩擦(或嚙合)，便拖動(dòng)從動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并傳遞一定動(dòng)力。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)乎穩(wěn)、造價(jià)低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中被廣泛應(yīng)用。圖3-4 帶傳動(dòng)示意圖帶傳動(dòng)的類型 在帶傳動(dòng)中，常用的有平帶傳動(dòng)、v帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)、和同步帶傳動(dòng)等。圖3-5 平帶傳動(dòng)圖3-6 v帶傳動(dòng)圖3-7多楔帶傳動(dòng)圖3-8 同步帶傳動(dòng)在一般機(jī)械傳動(dòng)中，應(yīng)用最廣的是v帶傳動(dòng)。v帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動(dòng)時(shí)，v帶只和輪槽的兩個(gè)側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下，v帶傳動(dòng)較乎帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力。這是v帶傳動(dòng)性能上的員主要優(yōu)點(diǎn)。再加上v

18、帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比較大，結(jié)構(gòu)較緊湊，以及v帶多已標(biāo)準(zhǔn)化并大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因而v帶傳動(dòng)的應(yīng)用比乎帶傳動(dòng)廣泛得多，故本設(shè)計(jì)采用v帶傳動(dòng)。3.3.2 v帶的類型與結(jié)構(gòu)v帶有普通v帶、窄v帶、聯(lián)組v帶夕形v帶、大楔角v帶、寬v帶等多種類型，其中普通v帶應(yīng)用最廣。 標(biāo)準(zhǔn)普通v帶都制成無(wú)接頭的環(huán)形。其結(jié)構(gòu)由項(xiàng)膠、抗拉體、底膠和包布等部分組成?？估w的結(jié)構(gòu)分為簾布芯v帶和繩芯v帶兩種類型。普通v帶的截型分為y、z、a、b、c、d、e七種，窄v帶的截型分為spz、spa、spb、spc四種。v帶輪設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)v帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有；質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好；無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡

19、；輪槽工作面要精細(xì)加工(表面租糙度一般為6.3)，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以便載荷分布較為均勻等。 帶輪的材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號(hào)為htl50或ht200；轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成)；小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。3.3.3 v帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算(一) 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和單根v帶的基本額定功率 根據(jù)前面的分析可知，帶傳動(dòng)的主要失效形式即為打滑和疲勞破壞。因此，帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)為：在保證帶傳動(dòng)不打滑的條件下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)并對(duì)v帶用當(dāng)量摩擦系數(shù)代替平面摩擦系數(shù)，則可推導(dǎo)出帶在有打滑趨勢(shì)時(shí)的有效拉力(亦即最大有效拉力)為：再由

20、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知v帶的疲勞強(qiáng)度條件為：或式中為在一定條件下，由帶的疲勞強(qiáng)度所決定的許用應(yīng)力。即有：即可得出單根v帶所允許傳遞的功率為：（二)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)v帶傳動(dòng)給定的原始數(shù)據(jù)為：傳遞的功率p，傳動(dòng)比i=2，傳動(dòng)位置要求及工作條件等。（三)設(shè)計(jì)步驟和方法1確定計(jì)算功率pca。計(jì)算功率pca是根據(jù)傳遞的功率p，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)短等因素的影響而確定的。即:式中：p-傳遞的額定功率(例如電動(dòng)機(jī)的額定功率)，kw； ka-工作情況系數(shù)。2選擇帶型根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選定帶型。圖3-9 普通v帶選型圖3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d1和d21)初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑d1

21、 根據(jù)v帶裁型，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取dld2，為了提高v帶的壽命，宜選取較大的直徑。2)驗(yàn)算帶的速度。根據(jù)來(lái)計(jì)算帶的速度，并應(yīng)使。對(duì)于普通v帶：如，則離心力過(guò)大，即應(yīng)減小d1；如v過(guò)小(例如v5ms)，則表示所選dl過(guò)小，這將使所需的有效拉力過(guò)大，即所需帶的根數(shù)過(guò)多，于是帶輪的寬度、軸徑及軸承的尺寸都要隨之增大。一般以20ms為宜。3)計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑d1、d2。其中：并按v帶輪的基準(zhǔn)直徑系列機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)以適當(dāng)圓整。4確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度ld如果中心距末給出，可根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)需要韌定中心距a，?。喝《ê螅鶕?jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基港長(zhǎng)度。根據(jù)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取和相近

22、的v帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度ld 。再根據(jù)ld來(lái)計(jì)算實(shí)際中心距。由于v帶傳動(dòng)的中心距一般是可以調(diào)整的，故可采用下式作近似計(jì)算，即：考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償頂緊力(如帶伸長(zhǎng)而松弛后的張緊)的需要，中心距的變動(dòng)范圍為：5驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及對(duì)包角的要求，應(yīng)保證：6確定帶的根數(shù)：式中：考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱包角系數(shù)；考慮帶的長(zhǎng)度不同時(shí)的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱長(zhǎng)度系數(shù)；單根v帶的基本領(lǐng)定功率。 計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根v帶額定功率的增量(因是按180，即dld2的條件計(jì)算的，而當(dāng)傳動(dòng)比越大時(shí)，從動(dòng)輪直徑就越比主動(dòng)輪直徑大，帶繞上從動(dòng)輪時(shí)的彎曲應(yīng)力就越比統(tǒng)上主動(dòng)輪時(shí)的小，故其傳動(dòng)能力即有所提高)。在確定

23、v帶的根數(shù)：時(shí)，為了使各根v帶受力均勻，根數(shù)不宜太多(通常：v40hrc；高速、重載、連續(xù)工作的傳動(dòng)，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火(如用15、20cr、12crni3等鋼淬硬至55hrc-60hrc)或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火(如用45、40cr、45mn、35simn、35crmo等鋼淬硬到40hrc50hrc)。載荷平穩(wěn)、速度較低、齒數(shù)較多時(shí)，也允許采用 的鑄鐵制造鏈輪。由于小鏈輪的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，因此對(duì)材料的要求也比大鏈輪高。當(dāng)大鏈輪用鑄鐵制造時(shí)，小鏈輪通常都用鋼。3.4.4 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性圖3-17 鏈輪運(yùn)動(dòng)圖鏈的水平方向的加速度鏈的垂直方向分速度相對(duì)嚙合沖擊動(dòng)能圖3-1

24、8 鏈輪傳動(dòng)若鏈條松弛，在起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、載荷變化等情況下，將產(chǎn)生慣性沖擊，使鏈傳動(dòng)產(chǎn)生很大的動(dòng)載荷。 3.4.5 鏈傳動(dòng)的受力分析1.工作拉力 ：2.離心拉力 ：3.垂度拉力 ：4.緊邊總拉力：5.松邊總拉力：6.軸上的載荷： 圖3-19 鏈的受力3.4.6滾子鏈傳動(dòng)的失效形式及計(jì)算方法1.鏈傳動(dòng)的失效形式有： (1) 鉸鏈元件由于疲勞強(qiáng)度不足而破壞。 (2) 因鉸鏈銷軸磨損使鏈節(jié)距過(guò)度伸長(zhǎng)（在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下允許伸長(zhǎng)率為3%），從而破壞正確嚙合和造成脫鏈現(xiàn)象； (3) 潤(rùn)滑不當(dāng)或轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，銷軸和套筒的摩擦表面易發(fā)生膠合破壞； (4) 經(jīng)常起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)的鏈傳動(dòng)，由于過(guò)載造成沖擊破斷；

25、(5) 低速重載的鏈傳動(dòng)，鉸鏈元件發(fā)生靜強(qiáng)度破壞； (6) 鏈輪輪齒磨損。2.額定功率曲線 圖3-20 額定功率曲線3.額定功率確定方法3.4.7 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟和主要參數(shù)的確定設(shè)計(jì)滾子鏈時(shí)的原始數(shù)據(jù)為：傳動(dòng)的功率、小鏈輪和大鏈輪的轉(zhuǎn)速（或傳動(dòng)比）、原動(dòng)機(jī)種類、載荷性質(zhì)以及傳動(dòng)用途等。設(shè)計(jì)步驟 ： 1選擇鏈輪齒數(shù)z1、z2 小鏈輪齒數(shù)對(duì)鏈傳動(dòng)的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響，鏈輪齒數(shù)不宜過(guò)多或過(guò)少。過(guò)少時(shí)將：1)增加傳動(dòng)的不均勻性和動(dòng)載荷；2)增加鏈節(jié)間的相對(duì)轉(zhuǎn)角，從而增大功率消耗；3)增加鉸鏈承壓面間的壓強(qiáng)（因齒數(shù)少時(shí)，鏈輪直徑小，鏈的工作拉力將增加），從而加速鉸鏈磨損等；4)增加鏈傳動(dòng)

26、的圓周力，從而加速了鏈條和鏈輪的損壞。由于鏈節(jié)數(shù)應(yīng)選用偶數(shù)，所以鏈輪齒數(shù)最好選質(zhì)數(shù)或不能整除鏈節(jié)數(shù)的數(shù)。并優(yōu)先選取17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。 圖3-21 鏈輪節(jié)距2 確定傳動(dòng)比i 鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般，推薦，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允許到10（個(gè)別情況可到15）。如傳動(dòng)比過(guò)大，則鏈包在小鏈輪上的包角過(guò)小，嚙合的齒數(shù)太少，這將加速輪齒的磨損，容易出現(xiàn)跳齒，破壞正常嚙合，通常包角最好不小于120，傳動(dòng)比在3左右。本次設(shè)計(jì)中采用的傳動(dòng)比i=2 3確定計(jì)算功率4確定鏈節(jié)距在承載能力足夠條件下，應(yīng)選取較小節(jié)距的單排鏈，高速重載時(shí)，可選用小節(jié)距的多排鏈。一般，載荷大

27、、中心距小、傳動(dòng)比大時(shí)，選小節(jié)距多排鏈；速度不太高、中心距大、傳動(dòng)比小時(shí)選大節(jié)距單排鏈。5確定中心距和鏈長(zhǎng)6鏈速和鏈輪的極限轉(zhuǎn)速鏈速的提高受到動(dòng)載荷的限制，所以一般最好不超過(guò)12 m/s。如果鏈和鏈輪的制造質(zhì)量很高，鏈節(jié)距較小，鏈輪齒數(shù)較多，安裝精度很高，以及采用合金鋼制造的鏈，則鏈速也允許超過(guò)20m/s30m/s。鏈輪的最佳轉(zhuǎn)速和極限轉(zhuǎn)速。7計(jì)算鏈傳動(dòng)作用在軸上的力3.4.8鏈傳動(dòng)的布置、張緊和潤(rùn)滑1.鏈傳動(dòng)的合理布置兩鏈輪的回轉(zhuǎn)平面應(yīng)在同一垂直平面內(nèi);兩鏈輪中心連線最好是水平的，或與水平面成45以下的傾斜角，盡量避免垂直傳動(dòng)。屬于下列情況時(shí)，緊邊最好布置在傳動(dòng)的上面： 1)中心距和的水平傳

28、動(dòng)； 2)傾斜角相當(dāng)大的傳動(dòng)； 3)中心距、傳動(dòng)比和鏈輪齒數(shù)的水平傳動(dòng)。圖3-22 傳動(dòng)鏈的布置2. 鏈傳動(dòng)的張緊方法鏈傳動(dòng)張緊的目的，主要是為了避免由于鏈條垂度過(guò)大產(chǎn)生嚙合不良和鏈條振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)也為了增加鏈條的包角。張緊力并不決定鏈的工作能力，而只是決定垂度的大小。當(dāng)兩輪中心連線傾角大于60時(shí)，一般都要設(shè)置張緊裝置。最常見(jiàn)的張緊方法是移動(dòng)鏈輪以增大兩輪的中心距。但如中心距不可調(diào)時(shí)，也可以采用張緊輪傳動(dòng)。張緊輪應(yīng)裝在靠近主動(dòng)鏈輪的松邊上。不論是帶齒的還是不帶齒的張緊輪，其分度圓直徑最好與小鏈輪的分度圓直徑相近。不帶齒的張緊輪可以用夾布膠木制成，寬度應(yīng)比鏈約寬5mm。此外還可用壓板或托板張緊。

29、對(duì)于中心距大的鏈傳動(dòng)，用托板控制垂度更為合理。3. 鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑、護(hù)罩或鏈條箱人工定期潤(rùn)滑；滴油潤(rùn)滑；油浴或飛濺潤(rùn)滑；壓力噴油潤(rùn)滑圖3-23 建議使用的潤(rùn)滑油方法3.5 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.5.1 蝸桿傳動(dòng)的類型和特點(diǎn) 蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩鈾線交錯(cuò)的夾角可為任意值，常用的為90。這種傳動(dòng)由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)乎穩(wěn)以及在一定的條件下具有可取的自鎖性等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用頗為廣泛；其不足之處是傳動(dòng)效率低、常用耗用有色金屬等。蝸桿傳動(dòng)通常用于減速裝置，但也有個(gè)別機(jī)器用作增速裝置。 隨著機(jī)器功率的不斷提高，近年來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)了多種新型的蝸桿傳動(dòng)，效率低的缺點(diǎn)正在逐步

30、改善。（一）蝸桿傳動(dòng)的類型根據(jù)蝸桿形狀的不同，蝸桿傳動(dòng)可以分為圓柱蝸桿傳動(dòng)，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)。圖3-24 圓柱蝸桿傳動(dòng)圖3-25 環(huán)面蝸桿傳動(dòng)圖3-26 錐蝸桿傳動(dòng)3.5.2 蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算1. 蝸桿傳動(dòng)的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大。2. 傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。3. 可制成具有自鎖性的蝸桿。4. 蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是效率較低。5. 蝸輪的造價(jià)較高。圖3-27 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)參數(shù)垂直于蝸輪軸線且通過(guò)蝸桿軸線的平面，稱為中間平面。在中間平面內(nèi)蝸桿與蝸輪的嚙合就相當(dāng)于漸開(kāi)線齒條與齒輪的嚙合。在蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，均以中間平面上的基本參數(shù)和幾何尺寸為基準(zhǔn) 。（一） 蝸桿傳動(dòng)的主

31、要參數(shù)及其選擇1. 蝸桿的頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動(dòng)比 i較少的蝸桿頭數(shù)（如：?jiǎn)晤^蝸桿）可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，但傳動(dòng)效率較低；蝸桿頭數(shù)越多，傳動(dòng)效率越高，但蝸桿頭數(shù)過(guò)多時(shí)不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動(dòng)比，即 。不宜太?。ㄈ?6)，否則將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。也不宜太大，否則在模數(shù)一定時(shí)，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。傳動(dòng)比 i：2.模數(shù)m和壓力角a蝸桿與蝸輪嚙合時(shí)，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即 3.導(dǎo)程角在m和為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，正確嚙合時(shí)，蝸輪蝸桿螺旋線方向相同，且4.蝸桿分度圓直徑和蝸桿直徑系數(shù)q由于

32、蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑。直徑與模數(shù)m的比值稱為蝸桿的直徑系數(shù)。當(dāng)模數(shù)m一定時(shí)，q值增大則蝸桿直徑d1增大，蝸桿的剛度提高。因此，對(duì)于小模數(shù)蝸桿，規(guī)定了較大的q值，以保證蝸桿有足夠的剛度。 5.中心距（二）蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算表3-1蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)參數(shù)3.5.3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算1.齒面見(jiàn)相對(duì)滑動(dòng)速度v ；2.齒輪的失效形式；蝸桿傳動(dòng)的主要問(wèn)題是摩擦磨損嚴(yán)重，這是設(shè)計(jì)中要解決的主要問(wèn)題。蝸輪磨損、系統(tǒng)過(guò)熱、蝸桿剛度不足是主要的失效形式。3.蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算準(zhǔn)則對(duì)于閉式蝸輪傳動(dòng)，通常按齒面接

33、觸疲勞強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)，并校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。對(duì)于開(kāi)式蝸輪傳動(dòng)，或傳動(dòng)時(shí)載荷變動(dòng)較大，或蝸輪齒數(shù)z2大于90時(shí)，通常只須按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于蝸桿傳動(dòng)時(shí)摩擦嚴(yán)重、發(fā)熱大、效率低，對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)還必須作熱平衡計(jì)算，以免發(fā)生膠合失效。3.5.4 蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu)1.蝸桿傳動(dòng)的材料為了減摩，通常蝸桿用鋼材，蝸輪用有色金屬（銅合金、鋁合金）。高速重載的蝸桿常用15cr、20cr滲碳淬火，或45鋼、40cr淬火。低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。蝸輪常用材料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。2.蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體。當(dāng)蝸桿螺旋部分的直徑較大時(shí)，可以將

34、軸與蝸桿分開(kāi)制作。無(wú)退刀槽，加工螺旋部分時(shí)只能用銑制的辦法。有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度較前一種差。為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅，輪芯用鑄鐵或碳素鋼。常用蝸輪的結(jié)構(gòu)形式如下： （a）整體式蝸輪 (b) 齒圈式蝸輪 （c）鑲鑄式蝸輪 (d)螺栓聯(lián)接式蝸輪圖3-28 蝸輪結(jié)構(gòu)3.5.5 蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1、 蝸桿傳動(dòng)的受力分析 蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，輪齒在受到法向載荷fn的情況下，可分解出徑向載荷fr、周向載荷ft、軸向載荷fa。在不計(jì)摩擦力時(shí)，有以下關(guān)系：圖3-29 蝸輪蝸桿受

35、力2.蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算適用于鋼制蝸桿對(duì)青銅或鑄鐵蝸輪渦輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為3蝸輪齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算渦輪齒根彎曲強(qiáng)度的校核公式為：設(shè)計(jì)為：3.5.6 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑及熱平衡1蝸桿傳動(dòng)效率計(jì)及嚙合摩擦損耗的效率；計(jì)及軸承摩擦損耗的效率；計(jì)及濺油損耗的效率；是對(duì)總效率影響最大的因素，可由下式確定：式中：l 蝸桿的導(dǎo)程角； jv當(dāng)量摩擦角。所以 z1效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為：閉式傳動(dòng)z1 總 效 率 0.7 0.75 0.750.82 0.820.92 2蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑潤(rùn)滑的主要目的在于減摩與散熱。具體潤(rùn)滑方法與齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑相近。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油的種類很多，需根據(jù)蝸桿、

36、蝸輪配對(duì)材料和運(yùn)轉(zhuǎn)條件選用。潤(rùn)滑油粘度及給油方式一般根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度及載荷類型進(jìn)行選擇。給油方法包括：油池潤(rùn)滑、噴油潤(rùn)滑等，若采用噴油潤(rùn)滑，噴油嘴要對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端，而且要控制一定的油壓。潤(rùn)滑油量潤(rùn)滑油量的選擇既要考慮充分的潤(rùn)滑，又不致產(chǎn)生過(guò)大的攪油損耗。對(duì)于下置蝸桿或側(cè)置蝸桿傳動(dòng)，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高；當(dāng)蝸桿上置時(shí)，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。3.蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算由于傳動(dòng)效率較低，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的蝸桿傳動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散去，則系統(tǒng)的熱平衡溫度將過(guò)高，就會(huì)破壞潤(rùn)滑狀態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)一步惡化。系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為：自然冷卻從箱壁散去的熱量為：式中：ks箱體表面的散熱系數(shù)，可取ks (8.1517.45)w/(m2)；a 箱體的可散熱面積(m2)；t1潤(rùn)滑油的工作溫度()；t0環(huán)境溫度()。在熱平衡條件下可得：可用于系統(tǒng)熱平衡驗(yàn)算，一般t1709