无碳小车设计

无碳小车设计 南 湖 学 院 课程设计报告书 目: 无碳小车的设计 系 部: 机电系 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: N机自09-4F 姓 名: 王羲 学 号: 24091900296 序 号: 23 组号: 3 2011 年 12 月 25 日 南湖学院 课程设计任务书 设计题目: 无碳小车的设计 系 部: 机电系 专 业: 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 王羲 学号:24091900296序号: 23 起迄日期: 2011年11月28日至 2011 年12月16日 指导教师: 谭湘夫 南湖学院课程设计 机械设计课程设计任务书 1(课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等): 一、设计题目 无碳小车的设计 1.设计布置 图1 无碳小车示意图 2.功能设计要求 以重力势能驱动的具有方向控制功能的无碳小车。给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该无碳小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物(每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆 棒)。 给定重力势能为5焦耳 (取g=10m/s2)，竞赛时统 一用质量为1Kg的重块(, 50?65 mm，普通碳钢)铅垂 下降来获得，落差500?2mm， 重块落下后，须被小车承载并同小 车一起运动，不允许掉落。 要求小车前行过程中完成的所有图2 无碳小车在重力势能作用下自动行走 示意图 动作所需的能量均由此能量转换获得， 不可使用任何其他的能量形式。小车要 I 南湖学院课程设计 求采用三轮结构(1个转向轮，2个驱动轮)，具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足:?小车上面要装载一件外形尺寸为,60?20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于400克;在小车行走过程中，载荷不允许掉落。?转向轮最大外径应不小于,30mm。 二.技术要求 1、1个转向轮和2个驱动轮的设计 2、转向轮控制机构的设计计算; 3、轴的设计; 4、轴承的选择; 5、装配图、零件图的绘制; 6、设计计算说明书的编写; 三.工作要求 1. 学生应当在指导老师指导下完成设计,必须独立完成设计任务,严禁抄袭,一经发现成绩以不及格计,并给予批评教育各严肃处理. 2. 课程设计期间要严格遵守学习纪律,在此期间缺勤1/3以上,成绩以不及格计. 3. 课程设计报告书一律打印在A4纸上,同时配上封面装订成册. II 南湖学院课程设计 机械设计课程设计任务书 2(对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕: 1、要求 (1)说明书要认真、准确、条理清晰，参考文献要注明出处 (2)按word排版，公式编辑器编辑公式 (3)图纸按CAD作图，数据准确，图面整洁 2、任务 (1)转向轮控制机构的总装配图一张 (2)主要零件图两张 (3)设计说明书一份 3(主要参考文献: , 要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例如: [1] 濮良贵，纪名刚.机械设计.第八版.北京:高等教育出版社,2010 [2] 杨光，席伟光等.机械设计课程设计手册.第二版.北京:高等教育出版社,2010 [3] 刘鸿文.材料力学.第四版. 北京:高等教育出版社,2009 [4] 甘永立.几何量公差与检测.第八版.上海:上海科学技术出版社,2009 4(课程设计工作进度: 序号 起 迄 日 期 工 作 内 容 设计前准备工作(接受设计任务、收集资料、准备工具) 1 11.28 确定转向轮控制机构方案、1个转向轮和2个驱动12.1 2 轮的设计 轴的设计计算 12.4 3 轴承的选择 12.6 4 装配图设计及复核计算 5 12.8 零件工作图设计 12.11 6 整理设计说明书及课程设计体会和收获 12.14 7 上交机械课程设计成果 8 12.16 日期: 2011年 11月 23 日 指导教师 谭湘夫 III 目 录 1 前言........................................................................................................................................................... - 1 - 2 设计任务................................................................................................................................................... - 1 - 2.1 设计题目........................................................................................................................................ - 1 - 2.1.1 设计布置方案 ................................................................................................................... - 1 - 2.1.2 功能设计要求 ................................................................................................................... - 2 - 2.2 技术要求........................................................................................................................................ - 3 - 3 动力的获得及传动方案的分析与拟定 ................................................................................................... - 3 - 3.1动力的获得 ..................................................................................................................................... - 3 - 3.2 传动方案的分析与拟定 ................................................................................................................ - 3 - 4 齿轮的设计计算 ....................................................................................................................................... - 4 - 4.1 选精度等级、材料及齿数 ............................................................................................................ - 4 - 4.2 按齿面接触强度设计 .................................................................................................................... - 4 - 4.2.1 确定公式内的各计算数值 ............................................................................................... - 4 - 4.2.2 计算 ................................................................................................................................... - 5 - 4.3 按齿根弯曲强度设计 .................................................................................................................... - 6 - 4.3.1 确定计算参数 ................................................................................................................... - 7 - 4.3.2 设计计算 ........................................................................................................................... - 8 - 4.4 几何尺寸计算 ................................................................................................................................ - 8 - 5 轴的设计计算 ........................................................................................................................................... - 9 - 5.1 求作用在齿轮上的力 .................................................................................................................... - 9 - 5.2 初步确定轴的最小直径 ................................................................................................................ - 9 - 5.3 轴的结构设计 ................................................................................................................................ - 9 - 5.3.1 拟定轴上零件的装案 ............................................................................................... - 9 - 5.3.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ........................................................... - 9 - 5.4 求轴上的载荷 .............................................................................................................................. - 10 - 5.6 精确校核轴的疲劳强度 .............................................................................................................. - 10 - 5.6.1 判断危险截面 ................................................................................................................. - 10 - 5.6.2 截面IV右侧 ................................................................................................................... - 10 - 6 轴承的选择及计算 ................................................................................................................................. - 11 - 6.1 轴承的选择 .................................................................................................................................. - 11 - 6.2 计算.............................................................................................................................................. - 13 - 6.2.1 径向力 ............................................................................................................................. - 13 - 6.2.2 派生力 ............................................................................................................................. - 13 - 6.2.3 轴向力 ............................................................................................................................. - 13 - 6.3.4 当量载荷 ......................................................................................................................... - 14 - 6.3.5 轴承寿命的校核 ............................................................................................................. - 14 - 7 带轮的设计计算 ..................................................................................................................................... - 14 - 7.1 确定计算功率 .............................................................................................................................. - 14 - 7.2 选择V带的带型 ......................................................................................................................... - 14 - 7.3 确定带轮的基准直径 .................................................................................................................. - 15 - 7.3.1 初选小带轮的基准直径 ................................................................................................. - 15 - 7.4 确定中心距a，并选择V带的基准长度La ............................................................................. - 15 - ,17.5 验算小带轮上的包角 ............................................................................................................ - 16 - 7.6 确定带的根数z ........................................................................................................................... - 16 - F07.7 确定带的初拉力 .................................................................................................................... - 17 - Fp7.8 计算带传动的压轴力 ............................................................................................................ - 17 - 7.9 带轮结构设计及工作图 .............................................................................................................. - 17 - 8 键连接的选择与校核计算 ..................................................................................................................... - 18 - 8.1 选择键连接的类型及尺寸 .......................................................................................................... - 18 - i 8.2 校核键连接的强度 ...................................................................................................................... - 18 - 9 车身及车轮的设计 ................................................................................................................................. - 18 - 10 设计小结............................................................................................................................................... - 19 - 参考文献..................................................................................................................................................... - 19 - ii 南湖学院课程设计 1 前言 机械设计课程设计是机械设计课程教学的一个重要的实践环节。本次课程设计题为“无碳小车的设计”， 题目要求完成以重力势能驱动的具有方向控制功能的无碳小车的设计。通过本环节的小车的机械设计，利用先修课程--机械制图、理论力学、材料力学、工程材料、机械制造基础及机械设计中的理论知识在此次设计实践中加以综合运用，完成小车的齿轮、轴承、轴、带轮、V带、曲柄摇杆及车身与车轮的设计，达到任务书中所要求的预期效果。同时我们的创新思维也能够在其中得到大大的提高。 2 设计任务 2.1 设计题目 无碳小车的设计 2.1.1 设计布置方案 图1 总体布置简图 1、3—质量块;2—支架;4—转向轮;5—驱动轮;6、8—滑轮;7—绳 - 1 - 南湖学院课程设计 图2 总体布局简图 1—曲柄摇杆:2—转向轮;3—车身 2.1.2 功能设计要求 以重力势能驱动的具有方向控制功能的无碳小车。给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该无碳小车在前行时能够自动避开赛道上 设置的障碍物(每间隔1米，放 置一个直径20mm、高200mm的弹 性障碍圆棒)。 给定重力势能为5焦耳(取 g=10m/s2)，竞赛时统一用质量为 1Kg的重块(,50?65 mm，普通 碳钢)铅垂下降来获得，落差500?图3 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图 2mm。 重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。 要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。小车要求采用三轮结构(1个转向轮，2个驱动轮)，具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足:?小车上面要装载一件外形尺寸为,60?20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于400克;在小车行走过程中，载荷不允许掉落。?转向轮最大外径应不小于,30mm。 - 2 - 南湖学院课程设计 2.2 技术要求 1、1个转向轮和2个驱动轮的设计 2、转向轮控制机构的设计计算; 3、轴的设计; 4、轴承的选择; 5、装配图、零件图的绘制; 6、设计计算说明书的编写; 3 动力的获得及传动方案的分析与拟定 3.1动力的获得 题目要求设计以重力势能驱动的具有方向控制功能的无碳小车。即给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。可见无碳小车的动力完全由重力势能通过能量转化原理得到的机械能所提供。 给定重力势能为5焦耳(取g=10m/s2)，质量为1Kg的重块(,50?65 mm，普通碳钢)铅垂下降来获得，落差500?2mm。 图4 小车的动力系统 3.2 传动方案的分析与拟定 由题目可知,小车由一个转向轮和两个驱动轮组成，可以通过带传动连接驱动轮与传动轴，并由传动轴带动曲柄摇杆转动以控制转向轮的转动，从而控制小车的运行方向。 - 3 - 南湖学院课程设计 如图4所示: 图5 小车转动结构简图 曲柄摇杆;2—传动轴;3—车身;4—驱动轮;5带传动装置 4 齿轮的设计计算 4.1 选精度等级、材料及齿数 材料及热处理: 1)由《机械设计(第八版)》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。 ; 2)由《机械设计(第八版)》表10—8，精度等级选用7级精度; 3)试选小齿轮齿数,20，大齿轮齿数,100; ZZ21 4)选取螺旋角。初选螺旋角β,14? 4.2 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《机械设计(第八版)》(10—21)试算，即 32,,2KTZZu，1tHE,,dt? (4—1) ?,,,,φεuσdαH,, 4.2.1 确定公式内的各计算数值 (1) 试选,,1.6 t - 4 - 南湖学院课程设计 (2) 由《机械设计(第八版)》图10,30选取区域系数,,2.443H(3) 由《机械设计(第八版)》表10,7选取尺宽系数,1 ,d(4) 由《机械设计(第八版)》图10,26查得，，则,,0.87,,0.75,2,1 ,,,，,,1.62,,1,2 (5) 由《机械设计(第八版)》表10,6查得材料的弹性影响系数,189Mpa ,,(6) 由《机械设计(第八版)》图10,21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极 限,600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限,550MPa; ,,,lim1,lim2(7) 由《机械设计(第八版)》式(10,13)计算应力循环次数 8,60n1jLh,60?192?1?(2?8?300?5),3.32?10 (4,2) ,e1 ,/5,6.64?107 (4,3) ,,21 (8) 由《机械设计(第八版)》图10,19查得接触疲劳寿命系数:KHN1,0.95; KHN2,0.98 (9) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1,，安全系数S,1，由《机械设计(第八版)》式(10,12)得 ,,0.95?600MPa,570MPa (4,4) [,]H1 ,,0.98?550MPa,539MPa (4,5) [,]H2 /2,554.5MPa (4,6) [,],[,]，[,]HH1H2 4.2.2 计算 (1) 试算小齿轮分度圆直径 dlt 32,,2KTZZu，1tHE1,,d? ?lt,,,,φεuσdαH,, 3232，1.6，191，1062.433，189.8,,=?=44.5mm (4,7) ,,1，1.625554.5,, (2) 计算圆周速度 dnππ，44.5，1921t2v===0.45m/s (4,8) 60，100060，1000 (3) 计算齿宽b及模数m nt - 5 - 南湖学院课程设计 1?44.5mm=44.5mm (4,9) b,,，d,d1t 。dcosβ44.5cos141t===2.16 (4,10) mnt20z1 h=2.25mnt=2.25?2.16mm=4.86mm (4,11) b/h=44.5/4.86=9.16 (4,12) (4) 计算纵向重合度 ,, 。 ==0.318?1?tan14=1.59 (4,13) ,0.318εztanβ,β1 (5) 计算载荷系数K 已知载荷平稳，所以取=1 ,A 根据v=0.45m/s,7级精度，由《机械设计(第八版)》图10—8查得动载系数KV=1.11;由《机械设计(第八版)》表10—4查的的计算公式和直齿轮的相同， ,,, 22,3故 1.12+0.18(1+0.6?1)1?1+0.23?10，67.85=1.42 (4,14) ,,,, 由《机械设计(第八版)》表 10—13查得=1.36 ,,, 由《机械设计(第八版)》表10—3查得=1.4。故载荷系数 ,,,,,,, K= 1?1.03?1.4?1.42=2.05 (4,15) KKKK,AvF,F, (6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由《机械设计(第八版)》式 (10—10a)得 33 ==mm=110mm (4,16) ddK/K44.5，2.05/1.6tt11 (7)计算模数 mn 。dcosβ73.6cos14，1 =mm=3.74mm (4,17) m,n20z1 4.3 按齿根弯曲强度设计 由《机械设计(第八版)》式(10—17) - 6 - 南湖学院课程设计 232cosKTYβYYβFaSa? (4,18) m?n2,,σφzεFdα14.3.1 确定计算参数 (1) 计算载荷系数 K==1?1.03?1.4?1.36=1.96 (4,19) KKKK,AvF,F, (2) 根据纵向重合度= =1.59，从图10,28查得螺旋角影响系数 ,0.318,ztan,,d1 ,0.88 Y, (3) 计算当量齿数 。33/=20/cos14=21.89 (4,20) ,,,cos,11 。33 =100/cos14=109.47 (4,21) ,,,/cos,22 (4) 查取齿型系数 由《机械设计(第八版)》表10,5查得 =2.724;=2.172 (4,22) YYFa2Fa1(5) 查取应力校正系数 由《机械设计(第八版)》表10,5查得=1.569; =1.798 (4,23) ,sa,1sa2 (6) 计算 [,]F =500Mpa ,F1 =380MPa ,F2 =0.95 ,FN1 =0.98 ,FN2 []=266MPa (4,24) ,F2 YYFaSa(7) 计算大、小齿轮的并加以比较 ,,σFYY2.74，1.569Fa1Sa1==0.0126 (4,25) 339.29,,σF1 2.172，1.798YYFa2Sa2==0.01468 (4,26) 266,,σF2 大齿轮的数值大。 - 7 - 南湖学院课程设计 4.3.2 设计计算 232，1.96，cos14，0.88，191?=2.4 (4,27) m?0.01468n21，20，1.62 =2.5 mn 4.4 几何尺寸计算 1)计算中心距 dcosβ1=32.9，取=33 (4,28) zz,11mn =165 (4,29) z2 ，，z，zm12na=255.07mm (4,30) ,2cosβ a圆整后取255mm 2)按圆整后的中心距修正螺旋角 zzm，，，:'''12nβ=arcos= (4,31) 1355502a 3)计算小、大齿轮的分度圆直径 zm1n=44.5mm (4,32) d,1cosβ zm2n=110mm (4,33) d,2cosβ 4)计算齿轮宽度 b= =0.8x44.5mm=35.6mm (4,34) ,dd1 圆整后取B=40mm， =36mm (4,35) B12 - 8 - 南湖学院课程设计 5 轴的设计计算 5.1 求作用在齿轮上的力 2T==899N Ft1d tanαn==337N FFr1tcosβ =tanβ=223N; (5,1) FFa1t 5.2 初步确定轴的最小直径 333.84Pd?,126=34.2mm (5,2) A0N192 5.3 轴的结构设计 5.3.1 拟定轴上零件的装配方案 图6 轴的结构与装配 5.3.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1. I-II段轴承宽度为22.75mm，所以长度为22.75mm。 2.II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm，轴承和箱体的间隙4mm，所以长度为 16mm。 3.III-IV段为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度90mm。 4.IV-V段用于隔开两个齿轮，长度为120mm。 5.V-VI段用于安装大齿轮，长度略小于齿轮的宽度，为83mm。 6.VI-VIII长度为44mm。 - 9 - 南湖学院课程设计 5.4 求轴上的载荷 =1418.5N 66 207.5 63.5 Fr1 =603.5N Fr2 查得轴承30307的Y值为1.6 =443N Fd1 =189N Fd2 因为两个齿轮旋向都是左旋。 故: =638N Fa1 =189N Fa2 图7 轴的载荷分布图 5.6 精确校核轴的疲劳强度 5.6.1 判断危险截面 由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面 5.6.2 截面IV右侧 Mm (5,3) ,,,17.5MPabW T2截面上的转切应力为 (5,4) ,,,7.64MPaTWT ,15.98T (5,5) ,,,,7.99MPa,,bm22 由于轴选用40cr，调质处理，所以 ，，。 ,,735MPa,,386MPa,,260MPaB,1,1综合系数的计算 r2D由，经直线插入，知道因轴肩而形成的理论应力集中为，,,0.045,1.6,,2.23,d55d ,,1.81， , 轴的材料敏感系数为，， q,0.85q,0.87,,故有效应力集中系数为 k,1，q(,,1),2.05,,, - 10 - 南湖学院课程设计 (5,6) k,1，q(,,1),1.70,,, 尺寸系数为，扭转尺寸系数为， ,,0.72,,0.76,, 轴采用磨削加工，表面质量系数为， ,,,,0.92,, ,,1q轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为 k1, ,，,1,2.93K,,,,, k1, (5,7) ,，,1,2.11K,,,,, 碳钢系数的确定 碳钢的特性系数取为， ,,0.1,,0.05,, 安全系数的计算 轴的疲劳安全系数为 ,,1 S,,6.92,K,,,，,,am ,,1 S,,24.66,K,,,，,,am SS,, (5,8) S,,6.66,1.5,Sca22S，S,, 故轴的选用安全。 6 轴承的选择及计算 6.1 轴承的选择 图8 滚动轴承的基本结构 1-外圈;2-密封;3-引导环;4-滚动体;5-内圈;6-保持架 合理选择轴承的类型、尺寸系列、内径以及诸如公差等级、特殊结构;根据表1 ，综合 考虑，选择轴承30206 - 11 - 南湖学院课程设计 表1 滚动轴承的主要类型及其代号 结构简图、 类型尺寸系组合代轴承类型 特性 承载方向 代号 列代号 号 主要承受径向载荷，也可同 时承受少量的双向轴向载荷。1 (0)2 12 外圈滚道为球面，具有自动调调心球轴(1) 22 22 心性能。 内外圈轴线相对偏斜承 1 (0)3 13 允许 2?,3?，适用于多支(1) 23 23 轴，弯曲刚度小的轴以及难于 精确对中的支承。 2 13 213 用于承受径向载荷，其承载 2 22 222 能力比调心球轴承约大一倍， 2 23 223 也能承受少量的双向轴向载调心滚子2 30 230 荷。外圈滚道为球面，具有调轴承 2 31 231 心性能，内外圈轴线相对偏斜 2 32 232 允许0.5?~2?，适用于多支点 2 40 240 轴、弯曲刚度小的轴以及难于 2 41 241 精确对中的支承 可以承受很大的轴向载荷和 一定的径向载荷。滚子为鼓形，2 92 292 推力调心外圈滚道为球面，能自动调心，2 93 293 滚子轴承 允许轴线偏斜 2?,3?，转速2 94 294 可比推力球轴承高，常用于水 轮机轴和起重机转盘等 3 02 302 能承受较大的径向载荷和单3 03 303 向的轴向载荷，极限转速较低。 3 13 313 3 20 320 内外圈可分离，故轴承游隙圆锥滚子3 22 322 可在安装时调整，通常成对使轴承 3 23 323 用，对称安装。 3 29 329 3 30 330 适用于转速不太高、轴的刚3 31 331 性较好场合。 3 32 332 主要承受径向载荷，也能承双列深沟4 (2)2 42 受一定的双向轴向载荷 球轴承 4 (2)3 43 它比深沟球轴承具有较大承 载能力 - 12 - 南湖学院课程设计 推力球轴承的套圈与滚动体 多半是可分离的。单向推力球 5 11 511 轴承只能承受单向轴向载荷， 单5 12 512 两个圈的内孔不一样大，内径 向 5 13 513 较小的是紧圈与轴配合，内孔 5 14 514 较大的是松圈，与机座固定在 一起。极限转速较低，适用于推力轴向力大而 转速较低的埸合。 球轴 双向推力轴承可承受双向轴承 向载荷，中间圈为紧圈，与轴 配合，另两圈为松圈。 5 22 522 双 高速时，由于离心力大，球5 23 523 向 与保持架因摩擦而发热严重，5 24 524 寿命较低。 常用于轴向载荷大、转速不 高处。 6 17 617 主要承受径向载荷，也可同 6 37 637 时承受少量双向轴向载荷，工 6 18 618 作时内外圈轴线允许偏斜 6 19 619 8′,16′。 摩擦阻力小，极深沟球轴16 (0)0 160 限转速高，结构简单，价格便承 6 (1)0 60 宜，应用最广泛。但承受冲击 6 (0)2 62 负荷能力较差。适用于高速场 6 (0)3 63 合，在高速时，可能来代替推 6 (0)4 64 力球轴承。 6.2 计算 6.2.1 径向力 22 (6,1) F,F，F,168.5rHV11 6.2.2 派生力 FFrArB， (6,2) F,,52.7NF,,52.7NdAdB2Y2Y 6.2.3 轴向力 由于， F，F,223，52.7,275.7N,Fa1dBdA 所以轴向力为， (6,3) F,223F,52.7aAaB - 13 - 南湖学院课程设计 6.3.4 当量载荷 由于: FFaAaB，， ,1.32,e,0.31,eFFrArB 所以，，，。 X,0.4Y,1.6X,1Y,0AABB 由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为 f,1.2p (6,4) P,f(XF，YF),509.04NP,f(XF，YF),202.22ApArAAaABpBrBBaB 6.3.5 轴承寿命的校核 610Cr,7 (6,5) L,(),3.98，10h,24000hh60nPA1 7 带轮的设计计算 7.1 确定计算功率 由公式=K?P, 得，P—传递的额定功率，K—工作情况系数。 PAAc 7.2 选择V带的带型 根据技术功率P和主动轮(通常是小带轮)转速n，选择V带型 C1 号，当所选取结果在两种型号的分界线附近，可以两种型号同时 计算，最后从中选择较好的方案。 根据P=12KW,n=960r/min，由图9选用B型V带。 C1 图9 普通V带选型图 - 14 - 南湖学院课程设计 7.3 确定带轮的基准直径 7.3.1 初选小带轮的基准直径 带轮直径小可使传动结构紧凑，但令一方面弯曲压力太大，使带的寿命降低，设计 时应取小带轮的基准直径d>d,d的值，忽略弹性滑 1minmin n1动的影响d=d?，d、d宜取直径。 d2d1d1d2n2 表2 普通V带带轮基准直径系列(摘自GB13575.1—92) 根据(表2)选取=140，=140?=120， dddd1d1min 960大轮带基准直径为?=?140=268.8mm dd,n/ndd2d1d212500 选择标准直径=265mm dd2 265dd2?=960?=507r/min 从动轮的实际转速n,n211401dd 507500 从动轮的转速误差率为 ?100%=1.4% 500 7.4 确定中心距a，并选择V带的基准长度La 根据结构要求初定中心距a。中心距小则结构紧凑，但使小带轮上包角减小，降低0 带传动的工作能力，同时由于中心距小，V带的长度短，在一定速度下，单位时间内的应 力循环次数增多而导致使用寿命的降低，所以中心距不宜取得太小。但也不宜太大，太 大除有相反的利弊外，速度较高时还易引起带的颤动。 对于V带传动一般可取 0.7(d+d)?a?2(d+d) d1d20d1d2 初选a后，V带初算的基准长度L可根据几何关系由下式计算: 0d0 - 15 - 南湖学院课程设计 ,2(7,1) L,2a，(d，d)，(d,d)/4a 00d1d2d2d102 根据上式算得的L值，应由表4-3选定相近的基准长度L，然后再确定实际中心距0d a。 由于V带传动的中心距一般是可以调整的，所以可用下式近似计算a值 LLd,0 (mm) aa,，02 考虑到为安装V带而必须的调整余量，因此，最小中心距为 a=a–0.015L(mm) (7,2) mind 如V带的初拉力靠加大中心距获得，则实际中心距应能调大。又考虑到使用中的多次调整，最大中心距应为 (mm) (7,3) 按照结构设计要求初步确定中心距a,700mm 0,2L=(2?700)+?405+(125)/4?700=2041.4mm 02 根据4-3图选取Ld=2000mm实际中心距a为 LLd,020002041.4, =700+=679mm aa,，022 中心距a的变动范围为a=a-0.015Ld=(679–0.015?2000)mm=649mm min a=a+0.03Ld=(679+0.03?2000)mm=759mm (7,4) max ,17.5 验算小带轮上的包角 小带轮上的包角a可按下式计算 1 (7,5) 为使带传动有一定的工作能力，一般要求a?120?(特殊情况允许a,90?)。如11a小于此值，可适当加大中心距a;若中心距不可调时，可加张紧轮。 1 从上式可以看出，a也与传动比i有关，d与d相差越大，即i越大，则a越小。1211通常为了在中心距不过大的条件下保证包角不致过小，所用传动比不宜过大。普通V带传动一般推荐i?7，必要时可到10。 265140-ooo :–?57.3=169.5>120(7,6) ,,1801679 7.6 确定带的根数z 根据计算功率P由下式确定 c - 16 - 南湖学院课程设计 PKPcaA (7,7) Z,,P(P，,P)KKr00,L 为使每根V带受力比较均匀，所以根数不宜太多，通常应小于10根，否则应改选V带型号，重新设计。 根据d=140mm,n=960r/min,得P=2.08kw,ΔP=0.26kw。 d111 由4-5图表查得带长度修正系数K=1.01。 L 由4-6图表查得包角系数Ka=0.97。 12普通带根数Z=?0.87?0.22=1.01。取Z=1根 2.080.26+ F07.7 确定带的初拉力 适当的初拉力是保证带传动正常工作的重要因素之一。初拉力小，则摩擦力小，易出现打滑。反之，初拉力过大，会使V带的拉应力增加而降低寿命，并使轴和轴承的压力增大。对于非自动张紧的带传动，由于带的松驰作用，过高的初拉力也不易保持。为了保证所需的传递功率，又不出现打滑，并考虑离心力的不利影响时，单根V带适当的初拉力为: 2.550012，2=?(-1)+0.17?(7.03)N=274.9N (7,8) F00.877.036， Fp7.8 计算带传动的压轴力 ,o12==2?274.91?6?sin169.05/2=3232.9N (7,9) FZSinpF02 7.9 带轮结构设计及工作图 对带轮的主要要求是重量轻、加工工艺性好、质量分布均匀、与普通V带接触的槽面应光洁，以减轻带的磨损。对于铸造和焊接带轮、内应力要小。 带轮由轮缘、轮幅和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，装在轴上的筒形部分称为轮毂，中间部分称为轮幅。 - 17 - 南湖学院课程设计 图10 V带轮的结构 带轮结构形式按直径大小常用的有S型实心带轮(用于尺寸较小的带轮)、P型腹板带轮(用于中小尺寸的带轮)、H型孔板带轮(用于尺寸较大的带轮)及E型椭圆轮幅带轮(用于大尺寸的带轮)(见图10)。 8 键连接的选择与校核计算 8.1 选择键连接的类型及尺寸 表3 键连接的类型及尺寸 代号 直径 工作长工作高转矩 极限应 (mm) 度 度 (N?m) 力 (mm) (mm) (MPa) 高8?7?60(单头) 25 35 3.5 39.8 26.0 速 12?8?80(单头) 40 68 4 39.8 7.32 轴 中12?8?70(单头) 40 58 4 191 41.2 间 轴 低20?12?80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 速18?11?110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 轴 8.2 校核键连接的强度 由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为[,],110MPa，所以上述键皆安全。 p 9 车身及车轮的设计 为使小车完成预定路程的行驶，小车车身及车轮的设计可以作如下选择: - 18 - 南湖学院课程设计 1小车底板及重物支撑架:塑料为主. 2.后轮设计:塑料为主(成品设计)。 3.前轮(前期):硬质铝。 4.塑料(成品设计)。 5.重物下落固定物:磁铁。 6.连杆等:硬质铝。 7.前后轮中轴:45号钢。 8.调节弹簧:用标准品。 10 设计小结 这次课程设计，我接到的题目是无碳小车的设计。在对课程设计不了解的情况下，自己最初的感觉就是运用机械设计课上所学过的一些知识就够了，而且在课上听老师讲解时，也明确了这次设计的主要目的。 通过这次机械设计课程设计活动，我知道其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。在理论知识的贯穿上和用理论知识实际问题的能力上也需要提高。可以说这次的设计就像是一面镜子，照出了我的不足之处。但也因此而小小地锻炼了一下自己，为大四的毕业设计做了一个好的准备。 在此要感谢我们的指导老师谭湘夫老师对我们的悉心指导，感谢谭老师给我们的帮助。在设计过程中，我的收获是巨大的。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信自己会对今后的学习、工作、生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所写到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。 参考文献 [1] 濮良贵，纪名刚.机械设计.第八版.北京:高等教育出版社,2010 [2] 杨光，席伟光等.机械设计课程设计手册.第二版.北京:高等教育出版社,2010 [3] 刘鸿文.材料力学.第四版. 北京:高等教育出版社,2009 [4] 甘永立.几何量公差与检测.第八版.上海:上海科学技术出版社,2009 - 19 - 南湖学院课程设计 - 20 -