取力器的设计毕业设计.doc

设计计算说明书

设计题目 取力器的设计
院(系) 班
设计者
指导老师

__ __年 月 日

目 录

一、设计任务书………………………………………………………1
（一）总体布置简图……………………………………………………1
（二）设计要求…………………………………………………………1
（三）原始技术数据……………………………………………………1
二、主要零部件的设计计算………………………………………4
（一）齿轮传动设计计算………………………………………………6
（二）轴的设计计算……………………………………………………9
（三）滚动轴承的选择及计算…………………………………………17
（四）键连接的选择及校核计算………………………………………18
（五）联轴器的选择……………………………………………………18
三、箱体及附件的设计选择
（一）附件的选择………………………………………………………19
（二）润滑与密封………………………………………………………19
四、参考文献…………………………………………………………20

一、设计任务书
题目：取力器的设计
电动机额定功率140p.转矩80n.m，，空调车额定功率2.8KW
（一）总体布置图
1.1设计方案选型与分析
方案一：取力器箱体内采用三个圆柱齿轮，其工作原理：取力器输入轴上的一圆柱齿轮跟变速箱里的倒档齿轮外啮合获得动力，获得动力后，通过轴传动，带动同轴的圆柱齿轮转动，输出轴上的齿轮与之外啮合转动，最后，输出轴带动皮带轮，皮带轮通过皮带带动空调机的运转。工作传动简图如下图所示：

方案二：取力器采用一个双联齿轮和一个圆柱齿轮传动，双联齿轮的其中一个齿轮跟变速箱的倒桩齿轮外啮合获得动力，双联齿轮转动后，输出轴上的圆柱齿轮跟双联齿轮的另一个齿轮外啮合转动，最后输出轴带动皮带轮，皮带轮通过皮带带动空调机的运转，而取力器的输入轴采用滚针轴承，箱体上的输入轴的孔采用孔表面镀铜，输入轴与箱体采用过盈配合。工作传动简图如下图。
1.2方案的确定
选择方案二，因为方案二中取力器采用了双联齿轮，用滚针轴承代替滚珠轴承，输入轴与箱体过盈配合，不用密封圈，轴承盖，造型小，成本低，精度高，减少取力器箱体的体积，使结构紧凑，便于实现集中控制. 
1.3方案的特点及创新
（1）使空调车取力器结构简单紧凑，安装、使用及维护方便。
（2）传动效率高、传递运动准确可靠，不影响整车性能、布局。
（3）设计标准化、系列化、通用化，具有适用性和经济性。
（4）取力器输入轴与箱体采用过盈配合。
（5）采用滚针轴承。

二、主要零部件的设计计算

（一）齿轮传动设计计算
（以下图表、公式均查自《机械设计》第八版）
1、选精度等级、材料及齿数
（1）选用直齿齿轮传动；
（2）材料及热处理；
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。
（3）精度等级选用7级精度；
（4）试选小齿轮齿数Z1=20，大齿轮齿数Z2=2X20=40；
2、按齿面接触强度设计
因为低速级的载荷大于高速级的载荷所以通过低速级的数据进行计算
按式（10—9a）进行试算，即

确定公式内的各计算数值
（1）试选Kt＝1.3
（2）T =80N*m
（3）由表10－7选取尺宽系数φd＝1
（4）由表10－6查得材料的弹性影响系数
（5）由图10－21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的解除疲劳强度极限
（6）由式（10－13）计算应力循环次数
N1＝60n1jLh＝60×194.67×1×（2×8×300×10）＝
N2＝N1/3＝
（7）由图10－19查得接触疲劳寿命系数KHN1＝0.90；KHN2＝0.95
（8）计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1％，安全系数S＝1，由式（10－12）得
＝0.90×600MPa＝540MPa
＝0.95×550MPa＝522.5MPa
2）计算
（1）试算小齿轮分度圆直径d1t
=99mm

（2）计算齿宽b及模数mt
b=φdd1t=1×100mm=100mm

齿高h=2.25mt=2.25×5mm=11.25mm
b/h=110/10.3=10.1
（4）计算载荷系数
7级精度，由图10—8查得动载系数KV=1.11；直齿轮
已知载荷平稳，所以取KA=1
由表10—4，用插值法查得7级精度，小齿轮非对称布置时，查的
由b/h=10.1，，查图10-13，得
故载荷系数
3、按齿根弯曲强度设计
由式(10—5)

（1） 确定计算参数
1）由图10－20c查得小齿轮的弯曲强度极限；大齿轮的弯由疲劳极限
2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数
KFN1＝0.85，KFN2＝0.90
3）计算弯曲疲劳许用应力
取安全系数S＝1.4，由式（10－12）得

4）计算载荷系数

5）查取齿型系数和应力校正系数
由表10－5查得；
；
6）计算大小齿轮的并加以比较
=
=
大齿轮的数值大。
（2）设计计算

取标准值m=5mm
按接触强度算得分度圆直径d1=100mm
算出小齿轮齿数
取Z1=20
大齿轮齿数 Z2=uZ1=40
4、计算中心距
1.计算分圆周直径、
d1=100mm
d2=200mm
2.计算中心距

3.计算齿轮宽度
b=φdd1=72mm φd取值0.72
取B2=72 ,B1=67.
3>.轮的结构设计
小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用实心打孔式结构

第二组 齿轮传动设计计算
（以下图表、公式均查自《机械设计》第八版）
1、选精度等级、材料及齿数
（1）选用直齿齿轮传动；
（2）材料及热处理；
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。
（3）精度等级选用7级精度；
（4）试选小齿轮齿数Z1=20，大齿轮齿数Z2=2X20=40；
2、按齿面接触强度设计
因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算
按式（10—9a）进行试算，即

确定公式内的各计算数值
（1）试选Kt＝1.3
（2）T =80N*m
（3）由表10－7选取尺宽系数φd＝1
（4）由表10－6查得材料的弹性影响系数
（5）由图10－21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的解除疲劳强度极限
（6）由式（10－13）计算应力循环次数
N1＝60n1jLh＝60×194.67×1×（2×8×300×10）＝
N2＝N1/3＝
（7）由图10－19查得接触疲劳寿命系数KHN1＝0.90；KHN2＝0.95
（8）计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1％，安全系数S＝1，由式（10－12）得
＝0.90×600MPa＝540MPa
＝0.95×550MPa＝522.5MPa
2）计算
（1）试算小齿轮分度圆直径d1t
=99mm

（2）计算齿宽b及模数mt
b=φdd1t=1×100mm=100mm

齿高h=2.25mt=2.25×5mm=11.25mm
b/h=110/10.3=10.1
（4）计算载荷系数
7级精度，由图10—8查得动载系数KV=1.11；直齿轮
已知载荷平稳，所以取KA=1
由表10—4，用插值法查得7级精度，小齿轮非对称布置时，查的
由b/h=10.1，，查图10-13，得
故载荷系数
3、按齿根弯曲强度设计
由式(10—5)

（2） 确定计算参数
1）由图10－20c查得小齿轮的弯曲强度极限；大齿轮的弯由疲劳极限
2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数
KFN1＝0.85，KFN2＝0.90
3）计算弯曲疲劳许用应力
取安全系数S＝1.4，由式（10－12）得

4）计算载荷系数

5）查取齿型系数和应力校正系数
由表10－5查得；
；
6）计算大小齿轮的并加以比较
=
=
大齿轮的数值大。
（2）设计计算

取标准值m=5mm
按接触强度算得分度圆直径d1=100mm
算出小齿轮齿数
取Z1=20
大齿轮齿数 Z2=uZ1=40
4、计算中心距
1.计算分圆周直径、
d1=100mm
d2=200mm
2.计算中心距

3.计算齿轮宽度
b=φdd1=72mm φd取值0.72
取B2=72 ,B1=67.
3>.轮的结构设计
小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用实心打孔式结构

（三）轴的设计计算

1． 初步I确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢，调质处理。根据《机械设计》表15-3，选取A0=126，于是得
2、估算轴的基本直径
根据课本P225式13-1，并查表13-3，取A=118
d≥A (PI/ n1)1/3=126 [(100/1500)mm1/3] =51
考虑有键槽，将直径增大5%，则d1=51×(1+5%)=53mm
2． 求作用在齿轮上的受力

3． 轴的结构设计
（1）拟定轴上零件的装配方案
2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1）I-II段轴用于安装轴承6410，直径为50mm。长度为54.5mm。
2）II-III段用于安装小齿轮，直径为55mm。长度为122mm。
3）III-IV段为分隔两齿轮，外径65mm。长度为117.5mm。
4）IV-V段安装大齿轮，直径为55mm。长度为117mm。
5）V-VI段安装轴承，直径为50mm。长度为57mm。
4． 求轴上的载荷
根据轴的结构图做出轴的计算简图。再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。

5． 按弯矩合成应力校核轴的强度
从弯矩和扭矩图中可以看出截面A受的载荷较大，判断为危险截面。故在此只校核截面A的强度。
由于轴受的载荷脉动循环变应力，所以取。轴的计算应力

前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由《机械设计》查得。因此，，故安全。
6． 精确校核轴的疲劳强度
（1）判断危险截面
截面A上虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径较大，故不必校核。截面Ⅱ应力集中，且左侧轴直径较小。故对截面Ⅱ左侧进行较核即可。
（2）截面Ⅱ左侧

截面Ⅱ左侧的弯矩M为

截面Ⅱ左侧的扭矩为
截面上的弯曲应力
截面上的转切应力为
轴的材料为45钢，调质处理。由《机械设计》表15-1查得

，
由《机械设计》附表3-2经插值后查得，截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数，，
又由《机械设计》附图3-1查得轴的材料敏感系数为
，，
故有效应力集中系数为

由《机械设计》附图3-2查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，
轴采用磨削加工，由《机械设计》附图3-2查得表面质量系数为，
轴表面未经强化处理，即，按《机械设计》式（3-12）及式（3-12a）得综合系数值为

又由《机械设计》第三章1、2节所学内容得碳钢的特性系数
，
于是，计算轴的疲劳安全系数为

故轴的选用安全。

（四）滚动轴承的选择及计算
1、Ⅰ轴（高速轴）：轴承6309

由于Ⅰ轴外伸部分接皮带轮，上面带轮设计计算出带轮压轴力
所以
显然轴承2所受径向力比轴承1受到的径向力大，故以轴承2进行验算
轴承2所受径向力

由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为

轴承寿命
2、Ⅱ（中间轴）：轴承6410

显然轴承1受的径向力较大，故用轴承1进行验算
径向力

由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为

轴承寿命
3、 Ⅲ轴（低速轴）：轴承6314
水平面
垂直面
径向力
由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为

轴承寿命
（五）键连接的选择及校核计算

代号
直径mm）
工作
长度
（mm）
工作
高度
（mm）
转矩
（N·m）
极限
应力
（MPa）
高速轴
14×9×110
50
96
4.5
162.4
15
中间轴
16×10×110
55
94
5
468
36.2
16×11×110
55
94
5
468
36.2
低速轴
20×12×110
75
90
6
1348.1
66.6
18×11×90（单头）
60
81
5.5
1348.1
100.9
由于键采用静联接，冲击轻微，最大许用挤压应力为，所以上述键皆安全。
（六）联轴器的选择
(1)由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为1.3，
计算转矩
从GB/T 5014—1985中查得TL5弹性柱销联轴器的许用转矩为，许用的最大转速为3500r/min，轴径为55~75之间。故合用。

四、箱体及附件的设计选择

（一）附件的选择
1、通气器
由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×1.5
2、油面指示器
选用游标尺M16
3、螺塞
选用外六角油塞及垫片M18×1.5

（二）润滑与密封
1、齿轮的润滑
采用浸油润滑，由于低速级周向速度为64.89r/min，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为60mm。
1、 滚动轴承的润滑
由于轴承周向速度为584r/min，所以采用脂润滑。选用ZL-1润滑脂。
2、 润滑油的选择
考虑到该装置用于小型设备，故齿轮选用L-AN15润滑油。
3、 密封方法的选取
采用凸缘式端盖加毡圈油封实现密封。轴承盖结构尺寸与毡圈尺寸按轴承与轴径尺寸决定。

设计总结
毕业设计是我毕业之前要经历的一个重要环节通过毕业设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。
由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件是可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准
在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。
由于本次设计是分组的，自己独立设计的东西不多，但在通过这次设计之后，我想会对以后自己独立设计打下一个良好的基础。

参考文献
1.濮良贵，纪名刚主编，机械设计（第八版），北京：高等教育出版社， 2006。
2.王大康，卢颂峰主编，机械设计课程设计，北京：北京工业大学出版社， 2000。
3.王训杰，邱映辉主编，机械设计 机械设计基础课程设计，大连：大连理工大学出版社， 2007。
4.孔凌斌，张春林主编，机械基础综合课程设计，北京：北京理工大学出版社， 2004。
5.何铭新，钱可强主编，机械制图（第五版），北京：高等教育出版社， 2004。
6.王世彤主编，机械原理与零件，北京：高等教育出版社， 1992。
7.机械设计手册编委会，机械设计手册（新版）第一卷，北京：机械工业出版社， 2004。
8. 机械设计手册编委会，机械设计手册（新版）第二卷，北京：
机械工业出版社， 2004。
9. 机械设计手册编委会，机械设计手册（新版）第三卷，北京：
机械工业出版社， 2004。
10.杨可桢，程光蕴，李仲生主编，机械设计基础（第五版），北京：高等教育出版社， 2006。
11.陆玉主编，机械设计课程设计（第四版），北京：机械工业出版社， 2007。
12.全永昕，施高义编著，摩擦磨损原理，杭州，浙江大学出版社， 1988。
13.陈秀宁主编，机械设计基础，浙江：浙江大学出版社， 1994。
14.成大仙主编，机械设计手册（第五版）第一卷，北京：化学工业出版社， 2008。
15. 成大仙主编，机械设计手册（第五版）第二卷，北京：化学工业出版社， 2008。
16.花家寿主编，新型联轴器与离合器，上海：上海科学技术文献出版社， 1989。
17.洪孟仁，汪信远主编，机械原理及机械零件，上海：同济大学出版社， 1990。
18. 成大仙主编，机械设计手册（第五版）第三卷，北京：化学工业出版社， 2008。
19.朱文坚，黄平主编，机械设计课程（第二版），广州：华南理工大学出版社， 2004。

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
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27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器

37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
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44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
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53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
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55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
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67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
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69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
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71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
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74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
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80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
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