機(jī)械設(shè)計專業(yè)畢業(yè)論文-齒輪組合教具的創(chuàng)新設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　齒輪組合教具的創(chuàng)新設(shè)計</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成

2、的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 2015年 6月 5日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 齒輪組合教具的創(chuàng)新設(shè)計

3、 </p><p><b>　　1．課題意義及目標(biāo)</b></p><p>　　本課題針對現(xiàn)有齒輪教具的不足進(jìn)行分析，創(chuàng)新設(shè)計一種多功能齒輪組合教具，實現(xiàn)一臺教具完成多個齒輪教學(xué)知識點的功能演示。</p><p><b>　　2．主要任務(wù)</b></p><p>　　(1) 分

4、析現(xiàn)有齒輪教具的不足，提出設(shè)計思路。</p><p>　　(2) 完成組合教具的方案設(shè)計，完成組合教具中各運(yùn)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析及參數(shù)設(shè)計。</p><p>　　(3) 完成組合教具的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成零部件的選型及選材。</p><p>　　(4) 完成組合教具的三維實體模型建立。</p><p>　　(5) 提交設(shè)計說明書一份，提交組合教具

5、的總裝圖、零件圖若干（符合畢業(yè)設(shè)計要求，合計達(dá)到2張A1圖紙以上），提交三維實體模型。</p><p><b>　　3．主要參考資料</b></p><p>　　[1] 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計[M].8版.北京:高等教育出版社,2010:186-269. </p><p>　　[2] 孫恒，陳作模.機(jī)械原理.[M].7版.北京: 高等教

6、育出版社,2012：174-254. [3] 李華敏，李瑰賢.齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008：3-406.</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　審核人： 年 月

7、 </p><p>　　齒輪組合教具的創(chuàng)新設(shè)計</p><p>　　摘 要：各種類型的齒輪機(jī)構(gòu)以其顯著的優(yōu)點廣泛地出現(xiàn)在各個領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)機(jī)械，航空航天，交通運(yùn)輸及儀器儀表等。為了更好的了解各類齒輪機(jī)構(gòu)，尤其為想從事機(jī)械行業(yè)工作和想快速了解各類齒輪機(jī)構(gòu)的學(xué)者提供一個高效快速的入門捷徑，針對現(xiàn)有的齒輪教具的諸多不足之處，提出了這一研究課題齒輪組合教具的創(chuàng)新設(shè)計。本設(shè)計從教具應(yīng)有的功能

8、特點出發(fā)，分析出了所應(yīng)包含的各類齒輪機(jī)構(gòu)以及其數(shù)目，排列順序，材料的選擇，包括精度等級等技術(shù)要求，進(jìn)行運(yùn)動分析，繪制其運(yùn)動簡圖。并設(shè)計了軸，鍵等其他零部件的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù),保證理論上設(shè)計的正確性，合理性。最后繪制了教具的裝配圖，各個零件圖，并建立了教具的三維模型，完成運(yùn)動仿真。</p><p>　　關(guān)鍵詞：齒輪機(jī)構(gòu)，組合教具，綜合能力，運(yùn)動仿真。</p><p>　　The creativ

9、e design of gear combination teaching tools</p><p>　　Abstract： Every type of gear is widely used in many fields such as agricultural machinery, aeronautics and astronautics, transportation and accurate instr

10、ument on account of its obvious advantages. In order to know better of all kinds of gears, especially someone who wants to be occupied in the machinery industry and new learners, this design can supply a shortcut for the

11、m. The design is aimed at the disadvantages of current teaching aids and proposed as a result. The design starts from the func</p><p>　　Keywords: Gear mechanism, Composite teaching aids, Creativity, Motion

12、 simulation.</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的內(nèi)容和背景1</p><p>　　1.2國內(nèi)外的研究動態(tài)2</p><p>　　1.3 發(fā)展趨勢2</p&

13、gt;<p>　　2 設(shè)計方案的擬定3</p><p>　　2.1教具的功能特點分析4</p><p>　　2.2傳動順序的分析5</p><p>　　2.3傳動方案的擬定5</p><p>　　3 齒輪材料的選擇和熱處理6</p><p>　　3.1齒輪材料的選擇和熱處理7</p&g

14、t;<p>　　3.2精度和粗糙度的選擇7</p><p>　　4 參數(shù)的設(shè)計與校核9</p><p><b>　　4.1基本知識9</b></p><p><b>　　4.2齒形選擇9</b></p><p>　　4.3參數(shù)的選取與設(shè)計9</p><p&

15、gt;　　4.4變位修正11</p><p>　　5 其他零部件的設(shè)計與校核16</p><p>　　5.1軸的設(shè)計16</p><p>　　5.2軸承的選定17</p><p>　　5.3鍵的選定18</p><p>　　6 加工方法和誤差檢測19</p><p>　　6.1

16、加工方法19</p><p>　　6.2誤差的檢測19</p><p>　　7 潤滑方式與潤滑劑21</p><p>　　8 模型建立和運(yùn)動仿真22</p><p>　　8.1 齒輪的建模與繪制22</p><p>　　8.2裝配與仿真22</p><p><b>　　

17、總 結(jié)24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題的內(nèi)容和背景</p><p>　　各

18、種樣式的齒輪機(jī)構(gòu)在我們的生活和生產(chǎn)中擔(dān)任著不可替代的角色，和我們的衣食住行息息相關(guān)，在解放和大力發(fā)展生產(chǎn)力方面起著重要作用。交通運(yùn)輸，航空航天以及礦山機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械，軍事裝備，乃至各種機(jī)床，精密的儀器儀表等諸多領(lǐng)域都用到齒輪機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)傳動。各種類型的齒輪機(jī)構(gòu)之所以能有如此廣泛的應(yīng)用，和其優(yōu)點是分不開的。結(jié)構(gòu)緊湊，占據(jù)的空間較小，能夠傳輸?shù)墓β史秶鷱V，效率高，既可用于高速重在的場合，也可用于精密微小的儀器，甚至可以實現(xiàn)脈動，傳動精確，在設(shè)

19、計和維護(hù)較好的情況下可以有較長的使用壽命，因此齒輪機(jī)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中仍然保持著強(qiáng)大的生命力。但是人們對各種齒輪機(jī)構(gòu)的理論研究與實踐仍在不斷地進(jìn)行，以期望能夠獲得新的進(jìn)展，取得更好的的研究成果，以便于讓它們更好地為人類服務(wù)，創(chuàng)造更大的財富與價值。這也是人類認(rèn)識自然，改造自然，傳播知識和文明的必由之路。但對齒輪的傳統(tǒng)的研究多是為了滿足齒輪的強(qiáng)度，壽命，以及穩(wěn)定性等工作條件，現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步人們的要求也越來越高，研究如何提高齒輪的精度，效

20、率，可靠性，改進(jìn)加工方法等更深層次的理論知識。關(guān)于齒輪的新產(chǎn)品也層出不窮，如風(fēng)電齒輪箱，復(fù)合齒輪泵等。</p><p>　　人們對大自然總是充滿了好奇心，不論是想了解各種齒輪機(jī)構(gòu)的基本知識以豐富自己的知識，還是想要從事機(jī)械行業(yè)方面工作的，都必須建立一個較全面的系統(tǒng)性的知識體系，從基本的知識入手，由淺入深，不斷精進(jìn)，并付之于實踐，這也是對知識的一個學(xué)習(xí)鞏固和綜合運(yùn)用的基本過程，以此來提高自己的工作能力和擴(kuò)展知識面，

21、然后才能去學(xué)習(xí)研究新的更深層次的知識，循序漸進(jìn)。</p><p>　　齒輪組合教具的創(chuàng)新設(shè)計正是基于這一情況提出的，青年一代是祖國的未來，我們必須豐富自己的知識，提高自己的工作能力，我們在學(xué)習(xí)機(jī)械原理和設(shè)計這樣的課程時，老師為了提高教學(xué)效率，常給我們安排實驗或是用教具來演示一些運(yùn)動規(guī)律，基本知識等。但這類教具大多功能單一分散，每臺教具所包含的知識點相對較少，能夠完成的教學(xué)任務(wù)也相對較少，各教具之間無內(nèi)在聯(lián)系，彼此

22、分離，對知識的綜合性較差，體積龐大,難以移動。有的脫離了實用背景，失去了研究意義與價值，而且大多數(shù)齒輪教具是由專門的企業(yè)單位制造的，再由學(xué)校訂購，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)動手實踐和自主創(chuàng)新的能力，有些教具已陳舊落后，價值不再。齒輪組合教具的創(chuàng)新設(shè)計這一課題由淺入深，從最基本的知識點入手，步步深入，涉及眾多的知識，是對知識的一次綜合應(yīng)用和全面的闡釋。</p><p>　　1.2國內(nèi)外的研究動態(tài)</p&

23、gt;<p>　　素質(zhì)教育一直是人們普遍關(guān)注的話題，人們越來越注重知識的實用性，關(guān)于各種齒輪機(jī)構(gòu)的教具和新產(chǎn)品陸續(xù)被開發(fā)出來并投入使用。如章動齒輪傳動減速機(jī)構(gòu)與仿真，在CAD環(huán)境下建立的范成法加工齒輪的仿真，仿生齒輪的研究，基于人工智能的齒輪CAD系統(tǒng)（GCAD）系統(tǒng)的研究與開發(fā)，轎車變速箱低速檔齒輪動力學(xué)仿真及熱分析等正被陸續(xù)研究和投入教學(xué)科研領(lǐng)域，各類創(chuàng)新型的齒輪組合教具也層出不窮，有到為小孩專門設(shè)計的玩具類齒輪教具等

24、，為激發(fā)好奇心與興趣，可以自行裝拆，重組，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的倒置與變換。也有為實現(xiàn)可變中心距的鼓形齒輪機(jī)構(gòu)，永磁齒輪機(jī)構(gòu)，空間多自由度的球面齒輪傳動，用于專門場合的不完全齒輪機(jī)構(gòu)，完全可以根據(jù)工作的要求和條件自行設(shè)計等，相繼出現(xiàn)在教學(xué)和生活中的齒輪產(chǎn)品中。</p><p>　　在每屆全國大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計大賽中也有新創(chuàng)作陸續(xù)涌現(xiàn)，如非圓齒輪傳動演示儀，多功能齒輪傳動教具箱，漸開線齒輪齒廓生成演示儀等。國外的研究成果更是喜人，

25、研究到各種微小模數(shù)齒輪機(jī)構(gòu)并結(jié)合各類傳感器，實現(xiàn)小功耗，微尺寸，無需人工控制，能在特殊條件下工作，研究出各類新產(chǎn)品，以用于科研，醫(yī)學(xué)，探測等諸多領(lǐng)域。</p><p>　　隨著教育改革的深入進(jìn)行和水平的不斷提高，知識也在不斷擴(kuò)充，延展，綜合和運(yùn)用，人們對教育和科研的關(guān)注，投入，創(chuàng)新和實踐，不斷會有各種新型的齒輪組合教具出現(xiàn)在我們的身邊，我們的教育事業(yè)將會有更好的成果。</p><p>&l

26、t;b>　　1.3 發(fā)展趨勢</b></p><p>　　現(xiàn)在學(xué)科的發(fā)展往往不再是單學(xué)科的發(fā)展，而是相互之間交叉發(fā)展，互相聯(lián)系，彼此為依據(jù)或工具，因此科技才得以取得長足的進(jìn)步并為我們的生產(chǎn)和生活增光添彩。</p><p>　　在對各類新型的齒輪機(jī)構(gòu)及其產(chǎn)品進(jìn)行研究的過程中，人們對于各種新理論，新材料，新技術(shù)都期望有新的突破。綜合考慮各種理論知識，改善其工作條件，尋找各類新

27、材料，讓其能夠在高溫，高強(qiáng)度的條件下工作，變形小，性能可靠穩(wěn)定，仍能保持一定的精度廉價易得。結(jié)合各類涂層技術(shù)，制造出耐磨損，高硬度的齒輪機(jī)構(gòu)，并綜合考慮其應(yīng)用場合，設(shè)計，生產(chǎn)，加工，裝配，維修保養(yǎng)等全面的過程。各類齒輪的制造和安裝精度一般都要求較高，因此也會有各項誤差的檢測工具，測量技術(shù)，新的軟件或系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。相信以后的齒輪組合教具和產(chǎn)品，所涉及到的知識面會更廣，材料更新穎，理論會更先進(jìn)，更好得為人類社會服務(wù)，為教育事業(yè)貢獻(xiàn)新的力量。

28、</p><p><b>　　2 設(shè)計方案的擬定</b></p><p>　　2.1教具的功能特點分析</p><p>　　緊緊圍繞著課題的中心“齒輪組合教具的創(chuàng)新設(shè)計”，既然是做教具，就必須突顯教具的功能和特點，實現(xiàn)其應(yīng)有的價值，尤其是為初學(xué)者在學(xué)習(xí)各種齒輪機(jī)構(gòu)及其功能特點時提供一個可視的直觀的學(xué)習(xí)資源，具備形象立體，看得見，摸得著的基本特征

29、，其次就是把所學(xué)的理論知識綜合運(yùn)用，加以創(chuàng)新，盡可能包含較多的教學(xué)知識點，可以完成較多的教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行多項實驗，還要克服傳統(tǒng)的，分離式教具的互不聯(lián)系，彼此分離，功能單一等缺點，成為老師的“好助手”，同學(xué)們的“好朋友”。</p><p>　　齒輪組合教具來源于生活和生產(chǎn)， 最終也要回歸于生活和生產(chǎn)中，以便更好的為人們服務(wù)。人們在不斷地探索，總結(jié)中發(fā)現(xiàn)，齒輪機(jī)構(gòu)形式多樣，功能強(qiáng)大，優(yōu)點突出。為了更好得學(xué)習(xí)和運(yùn)用齒輪機(jī)

30、構(gòu)，我們從功能分析入手，結(jié)合齒輪的應(yīng)用場景，分析教具中應(yīng)該有的齒輪類型和零部件的種類，并且盡量做到不重不漏，精簡而全面。</p><p>　　在生產(chǎn)過程中，我們往往需要精確的運(yùn)動，得到確定的運(yùn)動規(guī)律，我們就會用到圓形齒輪機(jī)構(gòu)，它可以保持恒定的傳動比傳動，這也是最常見的基本形式，非圓齒輪機(jī)構(gòu)的傳動比不是恒定的，用的相對較少，只用于有特定需求的場合，這里就不做介紹。</p><p>　　圓形齒

31、輪機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)空間的多種傳動形式，如平行軸，相交軸及交錯軸之間的傳動，視具體的工作需要可以自行設(shè)計，齒向也可以分為直齒，斜齒，以及曲線齒，如在汽車減速器中就需要改變轉(zhuǎn)速，用到較多的直齒或斜齒的圓柱齒輪，而在換速裝置中依靠齒輪在不同的位置的嚙合傳動情況，因此在教具中也將涉及到滑移齒輪，有些場合需要把直線運(yùn)動變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，或是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動，如機(jī)床中的滾珠絲杠螺母副，或是采用齒條機(jī)構(gòu)，因此，教具中也將會出現(xiàn)齒條機(jī)構(gòu)，有些地方需要

32、改變轉(zhuǎn)軸的方向，將水平軸的轉(zhuǎn)動傳到豎直的軸上，需要用到圓錐齒輪來實現(xiàn)，教具中也有涉及，有的場合要傳遞較大的功率，就會用到蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，同時獲得較大的傳動比范圍，有些精密的儀器或是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械中需要保持運(yùn)動精度，消除軸向力的影響，在組合教具中出現(xiàn)了人字齒輪機(jī)構(gòu)，讓其軸向力自行平衡，有的場合齒輪的齒數(shù)較少，為了避免根切現(xiàn)象，提高承載能力和壽命，或是為了克服標(biāo)準(zhǔn)齒輪難于裝配的問題，采用了變位修正的方法，因此在設(shè)計這套教具中將涉及到變位齒輪。

33、綜上所述，在設(shè)計的這套齒輪組合教具中將涉及到直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪，人字齒輪，圓錐齒輪，齒條，蝸輪蝸桿等機(jī)構(gòu)以</p><p>　　2.2傳動順序的分析</p><p>　　有了這些零件還需要根據(jù)一定的規(guī)律并結(jié)合實際情況，把這些齒輪的安裝和傳動順序擬定出來。有些場合需要同時具有轉(zhuǎn)動和直線運(yùn)動，或是幾個運(yùn)動保持嚴(yán)格的速比關(guān)系才能完成生產(chǎn)任務(wù)，如在數(shù)控車床上加工螺紋，需要保持主軸的轉(zhuǎn)速和直

34、線進(jìn)給運(yùn)動之間的確定性的關(guān)系，實現(xiàn)分路傳動，具有多條傳動鏈。有的需要獲得較大的傳動比和變速范圍，僅靠一級傳動是無法實現(xiàn)的，有的需要合成運(yùn)動，換向運(yùn)動等。</p><p>　　為了讓教具更夠清楚地復(fù)現(xiàn)出運(yùn)動規(guī)律，采用人力搖動手柄的方式驅(qū)動主動軸的運(yùn)動，轉(zhuǎn)速可以根據(jù)需要自己控制，也可以快速地啟動與停止，改變轉(zhuǎn)向。為了獲得較精確的運(yùn)動規(guī)律，減小軸向力的影響，保持運(yùn)動精度，把人字齒輪安放在前級的主傳動鏈上。為了把齒輪的轉(zhuǎn)

35、動轉(zhuǎn)換為齒條的移動，同時滿足有較大工作行程的要求，把齒條裝置安排在分路運(yùn)動的末端。為了獲得周轉(zhuǎn)運(yùn)動，如有些連桿機(jī)構(gòu)需要主動曲柄，可以在周轉(zhuǎn)輪系中讓行星架作為輸出構(gòu)件，并且也安排在分路的末端。有的需要較大的功率要求，采用蝸桿帶動蝸輪以傳輸較大的功率，也可置于分路的末端。為了觀察變位齒輪和標(biāo)準(zhǔn)齒輪的區(qū)別，便于比較，可將其相鄰安裝。為了改變傳動軸的旋轉(zhuǎn)方向，把錐齒輪安裝在需要的地方。為了改變輸出部分的轉(zhuǎn)速，改變嚙合位置，需要使用雙聯(lián)滑移齒輪，

36、且安裝在前級位置。為了得到不同的轉(zhuǎn)向，使機(jī)構(gòu)有正反行程，在主動軸和后續(xù)從動軸之間借助雙聯(lián)滑移齒輪的作用安裝過論。</p><p>　　2.3傳動方案的擬定</p><p>　　綜合考慮該齒輪組合教具傳動比分配的合理性，機(jī)械的效率問題，保證機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證所設(shè)計的教具理論上的正確性，及可行性，經(jīng)濟(jì)性等，初步確定各類型齒輪的數(shù)目，安裝順序和位置，擬定出設(shè)計方案，加以修改并繪制出機(jī)構(gòu)示意圖如

37、下。</p><p>　　圖2.1 教具傳動原理圖</p><p>　　3 齒輪材料的選擇和熱處理</p><p>　　3.1齒輪材料的選擇和熱處理</p><p>　　各種齒輪機(jī)構(gòu)的工作方式都有開式，半開式和閉式。作為教具，為了具有可見性，常做成開式的，經(jīng)常暴露在空氣中，可能空氣潮濕或有其他不利條件。齒輪的失效形式也較多，如輪齒折斷，磨損

38、，點蝕，膠合和塑性變形等。在工程中傳統(tǒng)的設(shè)計準(zhǔn)則一般包括：一是保證齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度，二是保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度。但作為教具，一般都在低速，輕載的條件下工作，使用較多。在常用的材料中，一般都能滿足強(qiáng)度，剛度的要求，而要考慮耐磨損，耐腐蝕的能力，廉價易得，便于加工，重量輕。</p><p>　　常用的齒輪材料有鋼，鑄鐵和非金屬材料等。為提高教具的使用壽命，考慮其耐磨損，耐腐蝕，廉價易得等原則。初步選定在每對嚙合的齒輪

39、中，小齒輪采用40Cr,調(diào)質(zhì)處理，大齒輪采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，使得嚙合的兩齒輪的齒面間硬度差在30~50HBS范圍內(nèi)或更多。</p><p><b>　　查得：</b></p><p>　　40Cr，調(diào)質(zhì)處理后，強(qiáng)度極限：700MPa，屈服極限：500MPa，硬度：241~286（HBS）。</p><p>　　45鋼，調(diào)質(zhì)處理后，強(qiáng)度極限：

40、650MPa， 屈服極限：360MPa， 硬度：217~255（HBS）。</p><p>　　可以滿足教具材料的要求。</p><p>　　如果有條件可以對材料表面進(jìn)行硬化，常用的方法有滲碳，氮化和表面淬火。</p><p>　　3.2精度和粗糙度的選擇</p><p>　　一般在工程實際中，對齒輪的制造和安裝精度要求都較高，尤其是高速和重

41、載的機(jī)械，否則運(yùn)動精度得不到滿足會產(chǎn)生較大的不平衡慣性力，引起強(qiáng)烈的振動，對機(jī)構(gòu)的正常工作和壽命影響很大，甚至引發(fā)事故。如果精度要求過高，沒有必要，并且會增加制造難度和加工成本，在所設(shè)計的齒輪教具中，要結(jié)合工程實際的情況和教具的要求，綜合考慮，選取合適的精度。</p><p>　　齒輪的精度包括：設(shè)計精度，制造精度，測量精度和裝配精度。全過程都應(yīng)對其精度進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，任何一個環(huán)節(jié)的疏忽都可能引入較大的誤差，導(dǎo)致

42、機(jī)構(gòu)無法安裝或運(yùn)行。</p><p>　　初步選定外齒輪的精度等級為7級，內(nèi)齒輪加工難度稍大，選定8級精度。</p><p>　　從設(shè)計到制造，再到裝配，要不斷地檢測其精度是否滿足要求，常需檢測的項目和所用的工具如下。</p><p>　　分度圓的跳動量：臺式千分表測量儀。</p><p>　　齒輪孔的孔徑：圓柱量規(guī)。</p>

43、<p>　　齒輪的端面跳動量：杠桿百分表。</p><p>　　齒頂圓的直徑：游標(biāo)卡尺。</p><p><b>　　齒寬：游標(biāo)卡尺。</b></p><p>　　齒厚：齒厚游標(biāo)卡尺。</p><p><b>　　齒槽：量規(guī)。</b></p><p><b&g

44、t;　　齒形：專用量規(guī)。</b></p><p><b>　　齒側(cè)隙：專用量規(guī)。</b></p><p>　　為提高各項精度，可采取如下措施。</p><p><b>　　制造精度：</b></p><p>　?。?）提高設(shè)備的精度。（2）采用先進(jìn)的制造工藝，如采用數(shù)控機(jī)床或加工中心進(jìn)行

45、加工。（3）提高工人的技術(shù)水平。</p><p><b>　　測量精度：</b></p><p>　　（1）采用合理的方法及設(shè)備。（2）采用先進(jìn)的高精度的測量儀器。（3）檢測結(jié)果必須嚴(yán)格符合設(shè)計要求。</p><p><b>　　裝配精度：</b></p><p>　?。?）選用先進(jìn)的裝配設(shè)備和精確

46、的工具，包括夾具等，要求其具有較高的定位精度（2）采用合理的裝配工藝和方法。（3）培養(yǎng)裝配技能。</p><p>　　4 參數(shù)的設(shè)計與校核</p><p><b>　　4.1基本知識</b></p><p>　　（1）傳動比：主動輪與從動輪的轉(zhuǎn)速（或角速度）之比。</p><p>　?。?）對于整周傳動的齒輪，其傳動比等

47、于齒數(shù)的反比。</p><p>　?。?）齒輪嚙合基本定律</p><p>　　相互嚙合傳動的一對齒輪，在任意位置是的傳動比都與其連心線被嚙合齒廓在接觸點處的公法線所分成的兩線段長成反比。 </p><p>　　（4）共軛齒廓：能夠按照預(yù)定傳動比規(guī)律相互嚙合傳動的一對齒廓。常見的齒廓類型有漸開線，擺線，變態(tài)擺線，圓弧，拋物線等幾種形式，其中漸開線齒廓是最常用的。&l

48、t;/p><p>　?。?）正確嚙合條件：對于漸開線齒廓，兩輪的模數(shù)和壓力角應(yīng)分別相等（對于斜齒輪，要求法面內(nèi)模數(shù)和壓力角相等，錐齒輪大端模數(shù)和壓力角應(yīng)相等）。</p><p>　?。?）連續(xù)傳動條件：重合度應(yīng)大于1（在實際工程中要大于許用值）。</p><p>　?。?）再設(shè)計中心距時應(yīng)考慮：1）保證兩輪頂隙為標(biāo)準(zhǔn)值。2）保證理論側(cè)隙為零。</p>&l

49、t;p><b>　　4.2齒形選擇</b></p><p>　　在所要設(shè)計的教具中，選用漸開線齒廓。因為漸開線齒廓是最常用最基礎(chǔ)的，理論相對成熟，部分參數(shù)已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，便于查找設(shè)計和加工，漸開線齒廓得以如此廣泛的應(yīng)用也因為其顯著的優(yōu)點：（1）能保證恒定的傳動比，在非標(biāo)準(zhǔn)安裝或是實際中心距與設(shè)計中心距有變化時，其傳動比不受中心距變化的影響即具有可分性。（2）齒廓之間正壓力的方向保持不變

50、，不論兩齒廓在何時何處嚙合，其正壓力的方向都將沿著嚙合線方向。</p><p>　　4.3參數(shù)的選取與設(shè)計</p><p>　　由于部分參數(shù)以實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，可以從相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中直接選取，如模數(shù)，齒頂高系數(shù)，壓力角也常定位20 °（在斜齒輪中，其法面模數(shù)和壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值）。</p><p>　　各齒輪的類型及參數(shù)如下。 （單位：mm省略）

51、</p><p>　　齒輪1：m=4，z=48,α=20°,d=192,b=18,ha*=1,c*=0.25,ha=4,hf=5,da=200,df=182，db=180.48。</p><p>　　齒輪2：m=4, z=19,α=20°,d=76,b=14,ha*=1,c*=0.25,ha=4,hf=5,da=84,df=66，db=71.44。</p>

52、<p>　　齒輪3（作為過輪）： m=4，z=17，α=20°，d=68，b=19，ha*=1，c*=0.25， ha=4，hf=5, da=76，df=58，db=63.92。</p><p>　　齒輪4（雙聯(lián)滑移齒輪）：m1=4，z=19，α1=20°，d=76，b=14，ha*=1，c*=0.25，ha=4，hf=5，da=84，df=66, db=71.44；</p&

53、gt;<p>　　m2=4，z=24，α2=20°，d=96，b=23，ha*=1，c*=0.25，ha=4，hf=5，da=104，df=86, db=90.24。</p><p>　　齒輪5（人字齒輪）：m=5，z=18，αn=20°，β=20°，αt=21°10´22"，d=95.78，b=40，ha*=1，c*=0.25，ha=5，

54、hf=6.25，da=105.78，df=83.28, db=89.31。</p><p>　　齒輪7（人字齒輪）：m=5，z=15，αn=20°，β=20，αt=21°10´22"，d=79.82，b=40，ha*=1，c*=0.25，ha=5，hf=6.25，da=89.82，df=67.32, db=74.43。</p><p>　　齒輪6：m

55、=3，z=50，α=20°，d=150，b=12，ha*=1，c*=0.25，ha=3，hf=3.75，da=156，df=142.5, db=141。</p><p>　　齒輪16：m=3，z=20，α=20°，d=60，b=17，ha*=1，c*=0.25，ha=3，hf=3.75，da=66，df=52.5, db=56.4.</p><p>　　齒輪8（錐齒輪）

56、：m(大)=4，z=15，α(大)=20°，σ=45°，d=60，R=42.43，b=12，ha*=1，c*=0.2，ha=4，hf=4.8 ,da=65.64，df=53.21.</p><p>　　齒輪9（錐齒輪）：m(大)=4，z=15，α(大)=20°，σ=45°，d=60，R=42.43，b=12，ha*=1，c*=0.2，ha=4,hf=4.8 ,da=65.6

57、4，df=53.21.</p><p>　　蝸桿10（漸開線蝸桿）：m=1.6，z=1， γ=4°34´26"，αn=20°，αa=20°03´32"，q= 12.50，d=20，ha*=1，c*=0.25，ha=1.6，hf=2，da=23.2，df=16，b=43。</p><p>　　蝸輪11（變位）：m=1.6，

58、z=51， α=20°，x=—0.500，d=80（中間平面），ha*=1，c*=0.25，ha=1.6，hf=2，da=83.2，df=76，de2=84，B=16。</p><p>　　齒輪12 （負(fù)變位）：m=4，z=21，α=20°，x=—0.2，d=84，b=13，ha=5.8，hf=3.2， da=90.4，d=72.4, db=78.96。</p><p

59、>　　齒輪13（正變位）：m=4，z=15，α=20°，x=+0.2，d=60，b=18，ha=4.2，hf=4.8，da=69.6，df=51.6, db=56.4。</p><p>　　齒輪14（斜齒輪）：m=4，z=19，αn=20°，β=45，αt=27°14´11"，d=107.48，b=30，ha*=1，c*=0.25，ha=4，hf=5，da=

60、115.48，df=97.48, db=95.56。</p><p>　　齒輪15（斜齒輪）：m=4，z=17，αn=20°，β=45，αt=27°14´11"，d=96.16，b=30，ha*=1，c*=0.25，ha=4，hf=5，da=104.16，df=86.16, db=85.50。</p><p>　　齒輪17：m=4，z=24，α=20

61、°，d=96，b=15，ha*=1，c*=0.25，ha=4，hf=5，da=104，df=86, db=90.24。</p><p>　　齒輪18（齒條）：m=4，z=16，α=20°， 齒形角=20°，b=25，ha*=1，c*=0.25，ha=4，hf=5。</p><p>　　齒輪19：m=3，z=24，α=20°，d=72，b=10，ha*

62、=1，c*=0.25，ha=3，hf=3.75，da=78，df=64.5, db=67.68。</p><p>　　齒輪20（內(nèi)齒圈）：m=3，z=60，α=20°，d=180，b=30，ha*=1，c*=0.25，ha=3，hf=3.75，da=174，df=187.5, db=169.2。</p><p>　　齒輪21（行星輪）：m=3，z=18，α=20°，d=

63、54，b=15，ha*=1，c*=0.25，ha=3，hf=3.75，da=60，df=46.5, db=50.76。</p><p>　　齒輪22：m=4，z=21，α=20°，x=0，d=84，b=13，ha*=1，c*=0.25，ha=4，hf=5，da=92，df=74, db=78.96。</p><p>　　齒輪23：m=4，z=15，α=20°，x=0，d

64、=60，b=18，ha*=1，c*=0.25，ha=4，hf=5，da=68，df=50, db=56.4。</p><p><b>　　說明：</b></p><p>　　蝸桿的分度圓直徑已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，且與模數(shù)相匹配，可以從相關(guān)的表中查?。ú荒馨凑誨=m*z的公式來計算）。</p><p>　　在蝸輪蝸桿的嚙合中，蝸桿的尺寸不能變，如果要變位只

65、能對蝸輪進(jìn)行變位?？梢愿鶕?jù)中心距要求，模數(shù)和直徑系數(shù)來選取蝸桿的導(dǎo)程角，蝸輪的齒數(shù)和變位系數(shù)。</p><p>　　蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)通常是由蝸桿來傳動蝸輪，其反行程可能具有自鎖性，因此要選擇合理的參數(shù)，如導(dǎo)程角過小不利于傳動，此外由于蝸桿和蝸輪間的摩擦較大，功率損失嚴(yán)重，易發(fā)熱，從而大大降低了機(jī)構(gòu)的傳動效率，并且常需要用特殊的耐磨材料來制造蝸輪。</p><p>　　人字齒輪的齒形具有對稱性，

66、所產(chǎn)生的軸向力可以自行平衡，因此其螺旋角可以稍大于普通圓柱斜齒輪的螺旋角。</p><p>　　有些機(jī)構(gòu)需要曲柄作為原動件，在分路末端的輪系中把大齒圈加以固定，行星架作為輸出構(gòu)件來滿足要求。</p><p>　　在考慮側(cè)隙時，要求理論側(cè)隙為零，但是還要考慮潤滑等條件須有很小的側(cè)隙，又不至引起剛性沖擊，這部分的側(cè)隙可由公差來保證。</p><p><b>　

67、　4.4變位修正</b></p><p>　　直齒圓柱齒輪12與齒輪13相嚙合，我們知道在直齒輪中如果齒數(shù)少于17就容易發(fā)生根切現(xiàn)象，降低齒輪的承載能力和使用壽命，因此經(jīng)常采取變位修正的方法，對于小齒輪多采用正變位，而對于大齒輪多采用負(fù)變位，即在設(shè)計和加工時讓輪壞和刀具之間相對移遠(yuǎn)或移近一小段距離。齒輪13的齒數(shù)是15，要采用正變位，教具中可選取其變位系數(shù)位+0.2，而為了直觀地觀察到變位后齒輪的變化

68、，采用一組標(biāo)準(zhǔn)齒輪在標(biāo)準(zhǔn)安裝的情況下做對比，其中心距和傳動比不變，因此配對的齒輪12采用負(fù)變位，其變位系數(shù)取—0.2,。由于變位齒輪的分度圓和齒全高都不變，在變位前后嚙合角不變，而齒頂高和齒根高都發(fā)生了明顯的變化，齒厚和齒槽寬也有變化，可以通過對比發(fā)現(xiàn)。</p><p><b>　　變位后：</b></p><p>　　齒厚s=(π／2+2xtanα)m.

69、（4—1）</p><p>　　齒槽寬e=(π／2—2xtanα)m. （4—2）</p><p>　　齒根高h(yuǎn)f=(ha *+c*—x)m. （4—3）</p><p>　　齒頂高h(yuǎn)a=(ha*+x)m. （4—4）</p><p>　　在上面的四個式子中x的值可正可負(fù)，分別表示正變位和負(fù)變位。</

70、p><p>　　在蝸輪蝸桿中，采用圓柱蝸桿，環(huán)面蝸桿和錐蝸桿不涉及，其中圓柱蝸桿有阿基米德蝸桿（ZA蝸桿），漸開線蝸桿（ZI蝸桿），法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）等幾種基本的形式。其中漸開線蝸桿由于便于加工，應(yīng)用廣泛，因此在設(shè)計的組合教具中設(shè)計的是漸開線蝸桿。蝸輪的基本設(shè)計方法和齒輪類似，但是在涉及到變位問題時，只能對蝸輪變位而蝸桿不變位。常用的有蝸輪齒數(shù)不變而改變中心距的變位方法和在傳動中心距不

71、變時改變蝸輪的齒數(shù)，在這里為配湊中心距采用后一種變位。</p><p>　　以上已經(jīng)給出了各構(gòu)件的參數(shù)和尺寸，計算過程這里不再贅述。</p><p>　　4.5機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的擬定和運(yùn)動分析</p><p>　　在前面已經(jīng)初步確定了各類齒輪機(jī)構(gòu)的數(shù)目，排列順序，擬定了傳動原理圖，接著設(shè)計出了各齒輪的基本參數(shù)和尺寸，因此便可以得出教具的運(yùn)動簡圖。要理清運(yùn)動傳遞的順序和過

72、程，從原動件到各個從動件，并選取合適的尺寸比例尺。在繪制運(yùn)動簡圖時，要選擇合適的視圖平面，簡單正確地把教具的組成結(jié)構(gòu)和運(yùn)動傳遞情況清晰地反映出來，可以在軸上用轉(zhuǎn)向箭頭表示出軸的轉(zhuǎn)向。</p><p>　　圖4.1 教具運(yùn)動簡圖</p><p>　　在設(shè)計的教具中，齒條輸出的直線運(yùn)動，因為實際中的齒條不可能無限長，不能像齒輪那樣向一個方向連續(xù)不斷的運(yùn)動，它的齒數(shù)和長度都有限，只要能滿足工作的

73、行程，在教具中能夠表現(xiàn)出其運(yùn)動特征就可以了，因此常設(shè)有正反行程來改變其運(yùn)動方向。另外有些機(jī)械只能在單行程中工作，為提高其效率，要求機(jī)構(gòu)具有急回特性，減小非工作行程所占據(jù)的時間比例。因此在這套教具中也設(shè)計了正反兩個行程，可以通過改變雙聯(lián)滑移齒輪的位置并借助過輪來實現(xiàn)。</p><p>　　正行程：雙聯(lián)滑移齒輪4在左側(cè)位置時，與過輪3相嚙合。這樣當(dāng)操縱手柄使主動軸以一定的速度旋轉(zhuǎn)時（不妨設(shè)為逆時針方向，n1=5r／m

74、in）,軸Ⅰ上的齒輪2便通過軸Ⅱ上的過輪3把運(yùn)動傳到齒輪4，帶動軸Ⅲ轉(zhuǎn)動，由于齒輪2與齒輪4的左側(cè)齒數(shù)相同，并且通過過輪兩次改變轉(zhuǎn)向，所以這時軸Ⅲ獲得與軸Ⅰ大小相等，方向相同的轉(zhuǎn)速。軸Ⅲ上除齒輪4外，還有齒輪5和6，5和6可實現(xiàn)分路傳動。齒輪6和齒輪16嚙合，把軸Ⅲ的轉(zhuǎn)動傳遞到軸Ⅴ上，軸Ⅴ的兩端有齒輪17和齒輪19，再次實現(xiàn)分路傳動，齒輪17帶動齒條18做固定方向的直線運(yùn)動，而齒輪19,20,21組成一個周轉(zhuǎn)輪系，大齒圈固定在軸Ⅳ上不轉(zhuǎn)

75、，行星輪21帶動行星架H做圓周運(yùn)動，以實現(xiàn)對曲柄的需求。軸Ⅲ的另一端上的人字齒輪5與軸Ⅵ上的人字齒輪7相嚙合，使軸Ⅵ獲得另一種轉(zhuǎn)速，由于人字齒輪自身結(jié)構(gòu)的對稱性，可以消除軸向力的影響，因此螺旋角可以比普通的斜齒輪略大，并且可以用于高速運(yùn)動的場合，能夠保證運(yùn)動精度的要求，但是人字齒輪的加工精度要求較高，制造較困難，所以應(yīng)用的相對較少。在軸Ⅵ上還有齒輪8,12,和22，其中齒輪8為錐齒輪，與錐齒輪9相嚙合，從而改變軸Ⅶ的方向，實現(xiàn)相<

76、/p><p>　　反行程（假設(shè)操作手柄使軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向都保持和正行程相同）：在反行程中，將滑移齒輪4撥至右側(cè)與齒輪1嚙合，使機(jī)構(gòu)具有急回特性，這時由于沒有過輪的作用，使得軸Ⅲ以后的各軸轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速都發(fā)生了變化，比如可以使齒條快速回到正形成中的初始位置，為下一個工作行程做好準(zhǔn)備。由于此時軸Ⅰ和軸Ⅲ之間的傳動比變?yōu)樵瓉淼囊话耄院筮吀鬏S的轉(zhuǎn)向和正行程相反，轉(zhuǎn)速都增大一倍，反行程的運(yùn)行時間是正行程時間的一半，大大提高了效

77、率。后續(xù)各齒輪的運(yùn)動就不一一說明了，和正行程類似。</p><p>　　各軸,行星架的轉(zhuǎn)速和齒條的速度計算如下：</p><p><b>　　(1)正行程:</b></p><p>　　nⅠ =5(r/min)；</p><p>　　nⅡ=5.588(r/min) ；</p><p>　　n Ⅲ=

78、5(r/min) ；</p><p><b>　　nⅣ=0</b></p><p>　　nⅤ =12.5(r/min) ；</p><p>　　nH=3.571(r/min) ；</p><p>　　nⅥ=6(r/min) ；</p><p>　　nⅦ=6(r/min) ；</p>

79、<p>　　nⅧ=0.118(r/min) ；</p><p>　　nⅨ =8.4(r/min) ；</p><p>　　nⅩ=9.388(r/min) ；</p><p>　　v19=0.0628(m/s)。</p><p><b>　　（2反行程：</b></p><p>　　nⅠ=

80、5(r/min) ；</p><p>　　nⅡ=0(r/min) ；</p><p>　　n Ⅲ=10(r/min) ；</p><p><b>　　nⅣ=0；</b></p><p>　　nⅤ=25(r/min) ；</p><p>　　nH =7.142(r/min) ；</p>

81、<p>　　nⅥ=12(r/min) ；</p><p>　　nⅦ=12(r/min) ；</p><p>　　nⅧ=0.236(r/min) ；</p><p>　　nⅨ=16.8(r/min) ；</p><p>　　nⅩ=18.776(r/min) ；</p><p>　　v19=0.1256(m/s

82、)。</p><p>　　5 其他零部件的設(shè)計與校核</p><p><b>　　5.1軸的設(shè)計</b></p><p>　　軸是用來支撐回轉(zhuǎn)體零件并傳遞轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的，根據(jù)其受載情況可以分為轉(zhuǎn)軸，心軸和傳動軸三類，也有在特殊場合為減輕機(jī)構(gòu)的質(zhì)量把軸設(shè)計成空心的。在教具中，由于每根軸上安裝的齒輪都較多，同時承受彎矩和扭矩，因此為轉(zhuǎn)軸，這類軸也是

83、在工程實際應(yīng)用最多的。按結(jié)構(gòu)形式又可以分為光軸和階梯軸，其中階梯軸便于軸上零件的安裝和固定，因此應(yīng)用較多，但是在設(shè)計和加工時過程都較復(fù)雜，并且通常會切去較多的材料，造成資源的浪費(fèi)和加工成本的提高，并且容易引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，考慮教具在使用過程中一般都是低速輕載，選用的鋼鐵類材料足以滿足其強(qiáng)度和剛度要求，只需設(shè)計出合理的尺寸即可。通過前面的運(yùn)動簡圖可知，此教具中需要10根軸，既包括光軸，又包括階梯軸，在能滿足情況的條件下先選用光軸，軸Ⅶ上同

84、時安裝有錐齒輪9和蝸桿10，由于蝸桿的直徑和軸的直徑都比較小，因此把蝸桿和軸Ⅶ做成一體，最終形成階梯軸的形式。其他的軸設(shè)計成光軸的形式，只要合理考慮與軸承的配合和齒輪在軸上的定位即可，可以選用防松螺母進(jìn)行軸向定位。</p><p><b>　　軸的材料選擇</b></p><p>　　軸的材料應(yīng)用最廣泛的是碳鋼和合金鋼，碳鋼價格低廉，可以用熱處理來提高其耐磨性和抗疲勞

85、強(qiáng)度，因此在教具中軸的材料選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后其硬度可達(dá)217～255HBS。</p><p>　　各軸尺寸的設(shè)計（綜合考慮軸承的參數(shù)） 單位：mm</p><p>　　軸Ⅰ：l=200 ，d=30 。</p><p>　　軸Ⅱ：l=80 ， d=30 。</p><p>　　軸Ⅲ：l=600 ，d=30 。</p>

86、<p>　　軸Ⅳ：l=50 ， d=30 。</p><p>　　軸Ⅴ：l=160 ，d=30 。</p><p>　　軸Ⅵ：l=320 ，d=30 。</p><p>　　軸Ⅶ: l1=90 ，d1=15;l2=60,d2=25,l3=50,d3=20 。</p><p>　　軸Ⅷ: l=80 ， d=30 。</p>

87、;<p>　　軸Ⅸ: l=180 ，d=30 。</p><p>　　軸Ⅹ: l=80 ， d=30 。</p><p><b>　　軸的強(qiáng)度校核</b></p><p>　　由于所選材料為45鋼，足以滿足教具對材料強(qiáng)度的要求，當(dāng)然現(xiàn)在越來越多教具的采用非金屬材料制成的，如用塑料來鑄造或沖壓再經(jīng)過磨削加工達(dá)到精度要求，以滿足要求不

88、高的小型零部件，尤其在考慮減輕質(zhì)量，防腐蝕等條件下應(yīng)用較多，這里也選取一根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，簡要說明一下校核方法。</p><p>　　軸在扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度條件為：tT=T/WT ≈(9550000P/n)/(0.2d3)≤[tT].</p><p>　　軸的直徑應(yīng)滿足：d≥A0(P/n)1/3，該式用于實心軸。</p><p>　　式中A0=(9550000/0.2[t

89、T])1/3，可根據(jù)材料的種類查取。對于教具中的45鋼，其范圍是126～103，許用應(yīng)力[tT]:25～45MPa。</p><p>　　教具中軸的直徑都較小，設(shè)計成實心軸，可以用上式來計算。取手柄長度為40mm,其上的作用力約為50N設(shè)軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速為5r/min。因為在機(jī)構(gòu)中不可避免地有摩擦存在，總有能量損失，因此所傳遞的功率逐級衰減，軸Ⅰ所傳遞的功率最大，且處于“干路”上，因此這里對軸Ⅰ進(jìn)行校核。據(jù)上式可算出d

90、≥27.89mm，因此以上的設(shè)計符合要求。</p><p><b>　　5.2軸承的選定</b></p><p>　　軸承是用來支撐軸的，實現(xiàn)軸和機(jī)架間的過渡連接。常根據(jù)摩擦的性質(zhì)分為滑動軸承和滾動軸承，教具中選用的是滾動軸承。滾動軸承由四個基本部分組成：內(nèi)圈，外圈，滾動體，和保持架，滾動體形式多樣。內(nèi)圈與軸裝配，外圈與機(jī)架裝配，這樣就把軸相對于機(jī)架的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為軸承內(nèi)

91、圈和外圈之間的相對轉(zhuǎn)動，教具中采用外圈固定不動，內(nèi)圈在軸的帶動下轉(zhuǎn)動。這類軸承由于是滾動摩擦，功率損失很小，效率較高，且能保持較高的運(yùn)動精度。經(jīng)進(jìn)一步的比較最終確定選用深溝球軸承，由于這類軸承生產(chǎn)量較大，價格便宜，主要是點接觸，當(dāng)量摩擦系數(shù)小，具有較高的極限轉(zhuǎn)速比。在每組軸承中，雙支點各單向固定。在這套教具中，由于軸Ⅲ較長，軸Ⅵ上的齒輪數(shù)目較多，為減小軸的彎曲變形，采用兩組軸承，其余的軸上則采用一組軸承即可，軸和軸承內(nèi)孔之間采用過盈配合

92、。</p><p>　　為保證軸承的使用壽命和運(yùn)動精度，必須給軸承選用合適的潤滑方式，可以降低摩擦，減輕磨損，同時還能防銹蝕，吸收振動。常見的潤滑方式有脂潤滑，油潤滑和固體潤滑?？梢赃x用潤滑油作為潤滑劑，采用滴油潤滑的方式，在每次潤滑時注意選用合適粘度的潤滑油和油量。軸承內(nèi)圈在軸上的定位可以采用防松螺母，外圈的固定采用彈性擋圈。</p><p><b>　　5.3鍵的選定<

93、/b></p><p>　　為了讓齒輪在軸上進(jìn)行周向固定，就要用到鍵來實現(xiàn)，常見的鍵有四中平鍵，半圓鍵，楔形鍵和切向鍵，平鍵用的最多。平鍵又有用于靜聯(lián)接的普通平鍵和薄型平鍵以及用于動聯(lián)接的導(dǎo)向平鍵和滑鍵。在所要設(shè)計的組合教具中將涉及到普通平鍵和導(dǎo)向平鍵。雙聯(lián)滑移齒輪4在正反兩個行程中要改變其嚙合位置，需要用導(dǎo)向平鍵來實現(xiàn)周向定位，而導(dǎo)向平鍵較長，為了工作的可靠性，用螺釘固定在軸上的鍵槽中，為使教具便于裝拆，

94、導(dǎo)向平鍵上應(yīng)有起鍵螺孔，需要起鍵時擰螺釘使鍵退出鍵槽即可。此時雙聯(lián)齒輪就可以沿軸向移動了。其余的鍵選用普通平鍵即可，為了使齒輪在軸向上的定位，可以使用圓形螺母。</p><p>　　平鍵的工作面是其兩個側(cè)面，鍵和鍵槽側(cè)面之間的擠壓作用來傳遞轉(zhuǎn)矩。因此用于靜聯(lián)接的普通平鍵的失效形式是工作面被壓潰，而用于動聯(lián)接的導(dǎo)向平鍵主要失效形式是過度磨損。鍵的材料通常選用45鋼，其抗拉強(qiáng)度≥600MPa。在設(shè)計鍵時，要選擇合理的

95、類型和尺寸，鍵的截面尺寸（b×h）可按軸徑d由標(biāo)準(zhǔn)選取，鍵的長度L也由鍵的長度系列選用標(biāo)準(zhǔn)值。</p><p>　　鍵的長度系列L：6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250…</p><p>　　為提高鍵的強(qiáng)度，這里除了雙聯(lián)滑移齒輪4所用

96、的導(dǎo)向鍵（可取100mm）長度較長外，其余根據(jù)齒寬選用合適值。截面尺寸選用上表羅列的四種，這里不做一一說明。</p><p>　　6 加工方法和誤差檢測</p><p><b>　　6.1 加工方法</b></p><p>　　各類齒輪機(jī)構(gòu)傳動具有明顯的優(yōu)點，但是對其制造和裝配的精度要求較高，如果加工方式選的不合理，就會造成材料的浪費(fèi)，效率的

97、降低和生產(chǎn)成本的提高，為此需選用合適的加工方法。</p><p>　　常用的加工方法有仿形法和范成法，也有大批量的生產(chǎn)時先鑄造出大致外形或?qū)μ厥獠牧线M(jìn)行直接沖壓然后再磨削加工以達(dá)到要求的精度。仿形法是用盤形銑刀或指狀銑刀在銑床上對逐個齒槽進(jìn)行切制的，效率通常較低，也難以滿足對精度的要求。這里為提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，采用范成法加工。再用該方法加工時，需要選擇與被切齒輪模數(shù)和壓力角相同的刀具，為便于選用已有的刀

98、具而不重新設(shè)計，減少刀具數(shù)目，在齒輪組合教具中所設(shè)計的齒輪一般都按標(biāo)準(zhǔn)值選取參數(shù)，并且選用常用的數(shù)值便于加工，如模數(shù)一般取3 ～5mm。前面已經(jīng)確定對于外齒輪選用7級精度而內(nèi)齒輪選取8級精度。在加工的過程中所用的刀具是齒輪滾刀，齒輪滾刀可以連續(xù)切削，因此其效率較高，并且運(yùn)動平穩(wěn)，無沖擊現(xiàn)象，因此加工出的齒輪齒面精度較高，可以滿足要求，因為齒輪滾刀的齒形具有一定的導(dǎo)程角，所以在加工齒輪時軸線相對于水平方向具有一定的傾角，在加工直齒輪和斜齒

99、輪時都應(yīng)注意。</p><p>　　當(dāng)然也可以用齒條型刀具來加工，如齒輪12和13，齒輪13的齒數(shù)是15齒的直齒圓柱齒輪，如果設(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)齒輪就會發(fā)生根切現(xiàn)象，降低其齒根強(qiáng)度和承載能力，在齒根處嚙合時還可能會引起沖擊，因此在設(shè)計時就要考慮采取變位修正的方法，在加工時把齒條型刀具相對于輪壞移遠(yuǎn)一段距離xm，即正變位,x是變位系數(shù)，對于齒輪13設(shè)計中取的是+0.2,。為保證中心距不變，齒輪12采取正變位，變位系數(shù)是-0

100、.2，在變位前后，齒輪的分度圓半徑和齒數(shù)都未發(fā)生變化，因此其傳動比也是不變的。</p><p>　　蝸輪可以用蝸輪滾刀來加工，在為配湊中心距的情況下，也可以對蝸輪進(jìn)行變位修正，其原理和齒輪的變位類似，前面已經(jīng)給出了其變位系數(shù)，齒數(shù)等參數(shù)，這里不再贅述。</p><p><b>　　6.2誤差的檢測</b></p><p>　　齒輪傳動精度的常用

101、指標(biāo)有：</p><p><b>　?。?）運(yùn)動精度；</b></p><p>　?。?）輪齒接觸精度；</p><p><b>　　（3）齒側(cè)間隙；</b></p><p>　?。?）齒輪工作平穩(wěn)性。</p><p>　　在已經(jīng)選好齒輪的精度等級和加工方法的情況下，在實際加

102、工和裝配的過程中需要選用一定精度的測量儀器檢測其各項誤差是否在允許的公差范圍內(nèi)，以便及時采取改進(jìn)措施。</p><p>　　齒輪的誤差包括：齒形誤差，齒距誤差，齒向誤差和齒厚誤差。</p><p>　　常用的測量儀器如下：</p><p>　　齒輪孔的孔徑：圓柱量規(guī)；</p><p><b>　　齒槽：專用量規(guī)；</b>

103、</p><p><b>　　齒形：專用量規(guī)；</b></p><p><b>　　齒側(cè)隙：專用量規(guī)；</b></p><p><b>　　節(jié)距：專用量規(guī)；</b></p><p>　　齒頂圓直徑：游標(biāo)卡尺；</p><p><b>　　齒寬：

104、游標(biāo)卡尺；</b></p><p>　　齒厚：齒厚游標(biāo)卡尺。</p><p>　　還有用到杠桿百分表和千分表測量儀等測量儀器檢測跳動量。</p><p>　　粗糙度要求：在本套教具中，齒輪的模數(shù)m都小于6，查表可得對于7級精度的外齒輪其粗糙度極限值為1.25um,8級精度的內(nèi)齒輪粗糙度極限值為2.0um。</p><p>　　7

105、 潤滑方式與潤滑劑</p><p>　　在工程實際中，齒輪常見的失效形式有輪齒折斷，工作齒面磨損，點蝕，膠合和塑性變形，而在教具的使用過程中，一般都是低速輕載，經(jīng)常暴露在空氣中，不會出現(xiàn)輪齒折斷等形式的破壞，主要是考慮齒面的磨損的材料被腐蝕，因此有必要考慮對齒面進(jìn)行潤滑以改善其工作狀況，保證正常的使用壽命。常見的潤滑方式有滴油潤滑，噴油潤滑，飛濺潤滑等。</p><p>　　選用合適的潤滑

106、劑可以用油膜隔絕空氣，有效地防銹蝕，還能減輕齒面間的摩擦。常見的潤滑劑有氣體，液體，半固體和固體四種類型。此教具中的齒輪處于開式工作狀態(tài)，可定期的滴油潤滑，齒輪在運(yùn)動過程中將潤滑油帶至其他的齒面上，潤滑油的黏度根據(jù)齒輪材料和圓周速度查表選取。這里選用牌號為100的潤滑油，其運(yùn)動粘度為90～110cSt(40℃)，為了能夠提高潤滑油的品質(zhì)和性能，可加入少許的添加劑，以延緩潤滑油的老化和變質(zhì)，也可以改善其物理性能，降低凝點，改善粘溫特性。&

107、lt;/p><p>　　8 模型建立和運(yùn)動仿真</p><p>　　8.1 齒輪的建模與繪制</p><p>　　Pro/ENGINEER是美國參數(shù)化技術(shù)公司PTC的產(chǎn)品,集成了產(chǎn)品的三維造型設(shè)計,加工,分析,繪圖等諸多功能,為廣大從事機(jī)械行業(yè)的設(shè)計者和工作人員帶來了極大的便利,在其他行業(yè)也有較多的應(yīng)用,如模具,電子,汽車,航天等。主要的組成模塊有:工業(yè)設(shè)計模塊,機(jī)械

108、設(shè)計模塊,功能仿真模塊,制造模塊,數(shù)據(jù)管理模塊和數(shù)據(jù)交換模塊等。功能強(qiáng)大,應(yīng)用方便,尤其是設(shè)計較復(fù)雜的零件和機(jī)構(gòu),可以大大減輕工作者的工作量,還可以在實際加工制造之前進(jìn)行仿真和試加工,不合理的加以修改,極大地提高了效率和設(shè)計質(zhì)量。Pro/ENGINEER的典型特征是參數(shù)化,因此便于編輯和修改,使產(chǎn)品實現(xiàn)系列化。 </p><p>　　在對齒輪教具進(jìn)行運(yùn)動仿真之前先要設(shè)計出各個零部件,建立了每個齒輪的模型后才能夠連

109、接,裝配,進(jìn)行運(yùn)動仿真,齒輪的參數(shù)化建模步驟基本如下。</p><p>　　(1)添加齒輪設(shè)計參數(shù);</p><p>　　(2)添加齒輪關(guān)系式;</p><p>　　(3)創(chuàng)建齒輪的齒廓曲線(包括漸開線方程,過渡曲線方程等)。</p><p><b>　　(4)生成實體。</b></p><p>

110、　　在本課題中用的是Pro/E Wildfire 5.0,繪制過程大致如下:</p><p><b>　　(1)新建文件。</b></p><p>　　(2)創(chuàng)建齒輪程序。</p><p>　　(3)添加四個圓的關(guān)系式。</p><p>　　(4)創(chuàng)建齒輪齒廓曲線特征。</p><p>　　(5)

111、進(jìn)行恒定剖面的掃描。</p><p>　　(6)對生成的圖像進(jìn)行陣列。</p><p>　　(7)繪制齒根圓實體部分。</p><p>　　(8)選擇再生模型,改變齒輪的參數(shù)。</p><p><b>　　8.2裝配與仿真</b></p><p>　　在已經(jīng)建立了各零部件的實體模型后,就可以在Pr

112、o/E環(huán)境下進(jìn)行裝配和運(yùn)動仿真,教具組裝好后,就可以完成相關(guān)的功能演示和實驗,實現(xiàn)組合教具應(yīng)有的功能。首先,進(jìn)入Pro/E的裝配模式進(jìn)行零部件的連接;其次,正行程時把滑移齒輪移至左側(cè)嚙合,給原動件一定的轉(zhuǎn)速使之運(yùn)動起來,選擇運(yùn)動分析并創(chuàng)建運(yùn)動記錄。在反行程中改變滑移齒輪的位置使其在右側(cè)嚙合,使原動件的運(yùn)動規(guī)律和正行程相同,選擇運(yùn)動分析并創(chuàng)建記錄。具體的建模過程和運(yùn)動仿真以及零件圖將在其它的材料中給出。</p><p&

113、gt;<b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　這次設(shè)計的課題是齒輪組合教具的創(chuàng)新設(shè)計，基本完成了任務(wù)書所要求的任務(wù)。(1)針對現(xiàn)有齒輪教具的不足進(jìn)行了分析，圍繞著基本的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱的要求提出了設(shè)計方案。(2)完成了零部件的選型和選材，參數(shù)設(shè)計。(3)確定了軸，軸承和鍵的設(shè)計。(4)完成了精度等級，粗糙度，加工方式，誤差檢測和潤滑條件等的擬定。(5)進(jìn)行了運(yùn)動分析并繪制了機(jī)構(gòu)的

114、運(yùn)動簡圖。(6)繪制了教具的總裝圖，零件圖。(7)完成了組合教具的三維實體模型建立和運(yùn)動仿真。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容綜合了較多的教學(xué)知識點，克服了以往分離式教具功能單一等不足之處。作為教具的設(shè)計，尤其是為初次接觸齒輪機(jī)構(gòu)的學(xué)生和想要了解這方面知識的人提供了一種快速入門的途徑，豐富了學(xué)習(xí)資源。但是在設(shè)計中也有一些不足，對于常用的各種類型的齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析和設(shè)計，而近年來閃耀登場的新型齒輪機(jī)構(gòu)，如永磁齒輪，球面齒輪，鼓形齒輪和其相關(guān)的新開發(fā)的應(yīng)用軟