機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　——抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　姓    名   </p><p>　　學(xué)    號   </p><p><b>　　指導(dǎo)老師  

2、 </b></p><p>　　日    期   </p><p>　　目        錄</p><p>　　第一節(jié)  設(shè)計(jì)任務(wù)------------------------------(1)</p>

3、<p>　　第二節(jié)  方案設(shè)計(jì)分析------------------------(2)</p><p>　　第三節(jié)  軸承的選擇及壽命計(jì)算----------(17)</p><p>　　第四節(jié)  設(shè)計(jì)結(jié)果-----------------------------(22)</p><p>　　第五節(jié)  心得體會(huì)--

4、--------------------------(23)</p><p>　　第六節(jié)  附錄-------------------------------------(25)</p><p><b>　　第一節(jié)  設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　抽油機(jī)是將原油從井下舉升到地面的主要采油設(shè)備之一，常用的有桿抽油設(shè)備有

5、三部分組成：一是地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備即抽油機(jī)；二是井下的抽油泵，它懸掛在油井油管的下端；三是抽油桿，它將地面設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給井下抽油泵。抽油機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)（將轉(zhuǎn)動(dòng)變轉(zhuǎn)為往復(fù)移動(dòng)）帶動(dòng)抽油桿及抽油泵柱塞作上下往復(fù)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將原油從井下舉升到地面的目的。</p><p><b>　　圖1－1</b></p><p>　　假設(shè)電動(dòng)機(jī)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，抽

6、油機(jī)的運(yùn)動(dòng)周期為T，抽油桿的上沖程時(shí)間與下沖程時(shí)間相等。沖程S=1.4m，沖次n＝11次/min，上沖程由于舉升原油，作用于懸點(diǎn)的載荷等于原油的重量加上抽油桿和柱塞自身的重量為40kN，下沖程原油已釋放，作用于懸點(diǎn)的載荷就等于抽油桿和柱塞自身的重量為15kN。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　?、?根據(jù)任務(wù)要求，進(jìn)行抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)總體方案

7、設(shè)計(jì)，確定減速傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)的組成，繪制系統(tǒng)方案示意圖。</p><p>　?、?根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，采用優(yōu)化算法進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)，優(yōu)化目標(biāo)為抽油桿上沖程懸點(diǎn)加速度為最小，并應(yīng)使執(zhí)行系統(tǒng)具有較好的傳力性能。</p><p>　　③ 建立執(zhí)行系統(tǒng)輸入、輸出（懸點(diǎn)）之間的位移、速度和加速度關(guān)系，并編程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，繪制一個(gè)周期內(nèi)懸點(diǎn)位移、速度和加速度線圖（取抽油桿

8、最低位置作為機(jī)構(gòu)零位）。</p><p>　?、?選擇電機(jī)型號，分配減速傳動(dòng)系統(tǒng)中各級傳動(dòng)的 傳動(dòng)比，并進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作能力設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　⑤ 對抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖及關(guān)鍵零件工作圖。</p><p>　　第二節(jié)   方案設(shè)計(jì)分析</p><p>　　一.抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)<

9、;/p><p>　　根據(jù)抽油機(jī)功率大，沖次小，傳動(dòng)比大等特點(diǎn)，初步?jīng)Q定采用以下總體方案，如框圖所示：</p><p><b>　　圖2－1</b></p><p>　　1. 執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2－2         

10、;                             圖 2—3</p><p>　　由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是將連續(xù)的單向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)移動(dòng)

11、，所以采用四連桿式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，簡單示意如圖2－2所示 </p><p><b>　　P點(diǎn)表示懸點(diǎn)位置；</b></p><p>　　AB桿表示輸入端，與減速器輸出端相連，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；</p><p><b>　　CD表示輸出端；</b></p><p><b>　　AD 表示機(jī)架；<

12、;/b></p><p>　　e 為懸臂長度，通常取e/c=1.35;</p><p>　　行程S等于CD相對于AD轉(zhuǎn)過的角度與e的乘積。</p><p>　　抽油桿上沖程時(shí)間與下沖程時(shí)間相等，即上沖程曲柄轉(zhuǎn)角與下沖程曲柄轉(zhuǎn)角相等，θ＝0º，屬于III型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)， 。</p><p>　　為了研究方便，將機(jī)架旋轉(zhuǎn)至水平位置

13、， 如圖 2—3所示。</p><p>　　圖中位置分別表示懸點(diǎn)的最高和最低位置。行程，從圖中可以看出以下關(guān)系：</p><p>　　取為設(shè)計(jì)變量，根據(jù)工程需求：</p><p>　　所以，始終滿足最小傳動(dòng)角的要求。</p><p>　　由于是III型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，故有</p><p><b>　　優(yōu)化計(jì)算方

14、法：</b></p><p>　　在限定范圍內(nèi)取，計(jì)算c,a,b,d,得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸，取抽油桿最低位置為機(jī)構(gòu)零位：曲柄轉(zhuǎn)角，求上沖程曲柄轉(zhuǎn)過某一角度時(shí)，搖桿擺角，角速度和角加速度，懸點(diǎn)加速度ac=1.35c,找出上沖程過程中的懸點(diǎn)最大加速度,最后在所有的最大加速度中找出最小者，它所對應(yīng)的機(jī)構(gòu)尺寸極為最優(yōu)者。</p><p><b>　　具體過程如下： <

15、;/b></p><p>　　采用網(wǎng)格法進(jìn)行優(yōu)化，按增量劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格交點(diǎn)作為計(jì)算點(diǎn)。      如圖2—4所示。</p><p>　　圖2—4                 

16、;                  圖 2—5</p><p>　　在圖2—5所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD看作一封閉矢量多邊形，若以a,b,c,d分別表示各構(gòu)件的矢量，該機(jī)構(gòu)的矢量方程式為a+b=c+d,以復(fù)數(shù)形式表示為</p&g

17、t;<p><b>　?。?）</b></p><p>　　規(guī)定角以x軸的正向逆時(shí)針方向度量。按歐拉公式展開得</p><p>　　按方程式的實(shí)部和虛部分別相等，即</p><p><b>　　，  </b></p><p><b>　　消去得</b>&

18、lt;/p><p>　　利用萬能公式，以及根據(jù)該機(jī)構(gòu)裝配特點(diǎn)，得</p><p><b>　　從而可得</b></p><p>　　將式（*）對時(shí)間求導(dǎo)數(shù)得                 

19、  （#）</p><p><b>　　消去，取實(shí)部得</b></p><p>　　將式（#）對時(shí)間求導(dǎo)數(shù)得 </p><p>　　消去，取實(shí)部得。又懸點(diǎn)的位移表達(dá)式為s=e（+arcos）,速度表達(dá)式為v=e,加速度表達(dá)式為ac=e。</p><p>　　由于存在初始角，所以要加上一個(gè)角度為arcc

20、os(b/d),即=+ arccos(b/d). 從0°開始到360°。</p><p>　　接下來采用Matlab軟件進(jìn)行編程計(jì)算和畫圖，具體程序在附錄中。其中通過⑵機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序運(yùn)行得到結(jié)果為：</p><p>　　最小值=1.2141m/,a=0.505m,b= 2.112m, c=1.320m, d= 2.439m</p><p>　　

21、通過⑺求懸點(diǎn)上沖程中最大速度的程序運(yùn)行得到結(jié)果為：</p><p>　　最大速度 =0.7954 m/s</p><p><b>　　2. 總體傳動(dòng)方案</b></p><p>　　初步確定傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案如圖2—6所示。</p><p>　　選擇V帶傳動(dòng)和二級圓柱斜齒輪減速器（展開式）。傳動(dòng)裝置的總效率η</p&

22、gt;<p>　　η＝ηηηηη＝0.94×0.98×0.98×0.98×0.99＝0.867；</p><p>　　η為V帶的效率，η為第一對軸承的效率，η為第二對軸承的效率，η為第三對軸承的效率，η為每對齒輪嚙合傳動(dòng)的效率（齒輪為6級精度，稀油潤滑）。</p><p><b>　　圖2—6</b></p&

23、gt;<p><b>　　3.電動(dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)所需工作功率為： P＝P/η＝35.351/0.867＝40.77 kW</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)速為n＝11r/min，經(jīng)查表按推薦的傳動(dòng)比合理范圍，V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比i＝2～4，二級圓柱斜齒輪減速器傳動(dòng)比i＝8～40，則總傳動(dòng)比合理范圍為i＝16～160，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

24、速的可選范圍為n＝i×n＝（16～160）×11＝176～1760r/min。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，選定型號為Y2—280S—6的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為45kW，額定電流85.9A，滿載轉(zhuǎn)速n＝980 r/min，同步轉(zhuǎn)速1000r/min。 </p><p>　　4.傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和傳動(dòng)比分配</p><p>　　

25、（1）       總傳動(dòng)比</p><p>　　由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n，可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為i＝n/n＝980/11＝89.091</p><p>　?。?）       傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比分配</p><p>　　i＝i&#

26、215;i式中i，i分別為帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比。</p><p>　　為使V帶傳動(dòng)外廓尺寸不致過大，初步取i＝3.61，則減速器傳動(dòng)比為i＝i/ i＝89.091/3.61＝24.679。根據(jù)各原則，查圖得高速級傳動(dòng)比為i＝6.3，則i＝i/ i＝3.92</p><p>　　5.傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算</p><p><b>　?。?）　各軸轉(zhuǎn)速

27、</b></p><p>　　n＝n/ i＝980/3.61＝271.47r/min</p><p>　　n＝n/ i＝271.47/6.3＝43.09 r/min</p><p>　　n＝n/ （i×i）＝11 r/min</p><p>　?。?）　各軸輸入功率</p><p>　　P＝P&#

28、215;η＝40.77×0.94＝42.3 kW</p><p>　　P＝P×η×η＝42.3×0.98×0.99＝41.04 kW</p><p>　　P＝P×η×η＝41.04×0.98×0.99＝39.82 kW</p><p>　?。?）　各軸輸入轉(zhuǎn)矩</p>

29、;<p>　　Ⅰ軸  T＝9550 P/ n=9550×42.3/271.47=1.488 kN·m</p><p>　?、蜉S  T＝9550 P/ n=9550×41.04/43.09=9.096 kN·m</p><p>　　Ⅲ軸  T＝9550 P/ n=9550×39.82/11=34.5

30、 kN·m</p><p><b>　　６.Ｖ帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?、拧〈_定計(jì)算功率</b></p><p>　　式中為工作情況系數(shù)， 為電機(jī)輸出功率</p><p><b>　?、啤∵x擇帶型號</b></p><p&g

31、t;　　根據(jù)，查圖初步選用Ｃ型帶．</p><p>　?、恰∵x取帶輪基準(zhǔn)直徑</p><p>　　查表選取小帶輪基準(zhǔn)直徑，則大帶輪基準(zhǔn)直徑　式中ξ為帶的滑動(dòng)率，通常取（1%～2%），查表后取</p><p><b>　?、取◎?yàn)算帶速v</b></p><p>　　在１０～２０m/s范圍內(nèi)，Ｖ帶充分發(fā)揮。</p>

32、;<p>　?、伞〈_定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度</p><p>　　在范圍內(nèi)，初定中心距，所以帶長</p><p>　　查圖選?。眯蛶У幕鶞?zhǔn)長度，得實(shí)際中心距</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　⑹　驗(yàn)算小帶輪包角</b></p><p

33、><b>　　，包角合適。</b></p><p><b>　?、恕〈_定v帶根數(shù)z</b></p><p>　　因，帶速，傳動(dòng)比i=3.61,查表得單根v帶所能傳遞的功率，功率增量，包角修正系數(shù)，帶長修正系數(shù)，則由公式得＝</p><p><b>　　故選6根帶。</b></p>

34、<p><b>　?、獭〈_定帶的初拉力</b></p><p>　　單根普通Ｖ帶張緊后的初拉力為</p><p>　　⑼　計(jì)算帶輪所受壓力</p><p><b>　　利用公式</b></p><p>　　具體帶與帶輪的主要參數(shù)見圖2—7</p><p><b

35、>　　圖2—7</b></p><p><b>　?。?齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　?。ㄒ唬└咚偌夶X輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　?。保X輪材料，熱處理及精度</p><p>　　考慮此減速器的功率及現(xiàn)場安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開線斜齒輪</p><p

36、>　　（1）       齒輪材料及熱處理</p><p>　　大小齒輪材料為20CrMnTi。齒面滲碳淬火，齒面硬度為58～62HRC，有效硬化層深0.5～0.9mm。經(jīng)查圖，?。剑?500MPa，＝＝500Mpa。</p><p>　　（2）       齒輪精

37、度</p><p>　　按GB/T10095－1998，選擇６級，齒根噴丸強(qiáng)化。</p><p>　?。玻醪皆O(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸</p><p>　　因?yàn)橛昌X面齒輪傳動(dòng)，具有較強(qiáng)的齒面抗點(diǎn)蝕能力，故先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核持面接觸疲勞強(qiáng)度。</p><p>　?。?）     &#

38、160; 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩＝kN·m</p><p>　　（2）       確定齒數(shù)z</p><p>　　因?yàn)槭怯昌X面，故取z＝19，z＝i z＝6.3×19＝120</p><p>　　傳動(dòng)比誤差  i＝u＝z/ z＝120/19＝6.316</p>&

39、lt;p>　　Δi＝＝0.25％5％，允許</p><p>　?。?）       初選齒寬系數(shù)</p><p>　　按非對稱布置，由表查得＝0.6</p><p>　?。?）       初選螺旋角</p><p>

40、<b>　　初定螺旋角 ＝15</b></p><p>　?。?）       載荷系數(shù)K</p><p>　　使用系數(shù)K  工作機(jī)輕微沖擊，原動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，所以查表得K＝1.25</p><p>　　動(dòng)載荷系數(shù)K 估計(jì)齒輪圓周速度v＝0.75m/s 查圖得K＝1.01;&l

41、t;/p><p>　　齒向載荷分布系數(shù)K   預(yù)估齒寬b＝40mm  查圖得K＝1.17，初取b/h＝6，再查圖得K＝1.13</p><p>　　齒間載荷分配系數(shù) 查表得K＝K＝1.1</p><p>　　載荷系數(shù)K＝K K K K=1.25×1.01×1.1×1.13＝1.57</p><

42、;p>　?。?）       齒形系數(shù)Y和應(yīng)力修正系數(shù)Y</p><p>　　當(dāng)量齒數(shù) z＝z/cos＝19/ cos＝21.08  </p><p>　　z＝z/cos＝120/ cos＝133.15</p><p>　　查圖得Y＝2.8   Y＝2.17  

43、Y＝1.56  Y＝1.82</p><p>　?。?）       重合度系數(shù)Y</p><p>　　端面重合度近似為＝【1.88-3.2×（）】cos＝【1.88－3.2×（1/19＋1/120）】×cos15＝1.63</p><p>　?。絘rctg（tg/c

44、os）＝arctg（tg20/cos15）＝20.64690</p><p><b>　?。?4.07609</b></p><p>　　因?yàn)椋?cos，則重合度系數(shù)為Y＝0.25+0.75 cos/＝0.696</p><p>　　（8）       螺旋角系數(shù)Y</p>

45、<p>　　軸向重合度 ＝＝1.024,取為1</p><p>　　Y＝1－＝0.878</p><p>　?。?）       許用彎曲應(yīng)力</p><p>　　安全系數(shù)由表查得S＝1.25</p><p>　　工作壽命兩班制，7年，每年工作300天</p>

46、;<p>　　小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1＝60nkt＝60×271.47×1×7×300×2×8＝5.473×10</p><p>　　大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2＝N1/u＝5.473×10/6.316＝0.866×10</p><p>　　查圖得壽命系數(shù),  ;實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)

47、,查圖取尺寸系數(shù)</p><p><b>　　許用彎曲應(yīng)力 </b></p><p><b>　　比較, </b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　(10)   計(jì)算模數(shù)</p><p>　　按GB/T13

48、57-1987圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取</p><p>　　(11)  初算主要尺寸</p><p>　　初算中心距,取a=355mm</p><p><b>　　修正螺旋角</b></p><p><b>　　分度圓直徑</b></p><p><b>　　齒

49、寬,取,,</b></p><p><b>　　齒寬系數(shù)</b></p><p>　　(12)  驗(yàn)算載荷系數(shù)</p><p><b>　　圓周速度</b></p><p><b>　　查得</b></p><p><b>

50、;　　按，，查得，</b></p><p><b>　　又因，</b></p><p><b>　　查圖得，，</b></p><p>　　則K＝1.6，又Y=0.930，Y=0.688，。從而得</p><p>　　滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。</p><p>　　3

51、．校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度</p><p>　?。?）       載荷系數(shù)</p><p><b>　　，，，，</b></p><p>　?。?）       確定各系數(shù)</p><p>　　材料彈性系

52、數(shù) 查表得</p><p>　　節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查圖得</p><p><b>　　重合度系數(shù) 查圖得</b></p><p><b>　　螺旋角系數(shù) </b></p><p>　　（3）       許用接觸應(yīng)力</p>&l

53、t;p>　　試驗(yàn)齒輪的齒面接觸疲勞極限</p><p>　　壽命系數(shù) 查圖得，；工作硬化系數(shù) ；</p><p>　　安全系數(shù) 查表得；尺寸系數(shù) 查表得，則許用接觸應(yīng)力為：</p><p><b>　　取</b></p><p>　　（4）       校

54、核齒面接觸強(qiáng)度</p><p>　　，滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度的要求。</p><p>　?。ǘ┑退偌夶X輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　１．齒輪材料，熱處理及精度</p><p>　　考慮此減速器的功率及現(xiàn)場安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開線斜齒輪</p><p>　?。?） 齒輪材料及熱處理</p&g

55、t;<p>　　大小齒輪材料為45鋼。調(diào)質(zhì)后表面淬火，齒面硬度為40～50HRC。經(jīng)查圖，?。剑?200MPa，＝＝370Mpa。</p><p><b>　?。?） 齒輪精度</b></p><p>　　按GB/T10095－1998，選擇６級，齒根噴丸強(qiáng)化。</p><p>　?。玻醪皆O(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸</p>

56、;<p>　　因?yàn)橛昌X面齒輪傳動(dòng)，具有較強(qiáng)的齒面抗點(diǎn)蝕能力，故先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核持面接觸疲勞強(qiáng)度。</p><p>　?。?0）   計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩＝ kN·m</p><p>　　（11）   確定齒數(shù)z</p><p>　　因?yàn)槭怯昌X面，故取z＝33，z＝i z＝3.92

57、5;33＝129</p><p>　　傳動(dòng)比誤差  i＝u＝z/ z＝129/33＝3,909</p><p>　　Δi＝＝0.28％5％，允許</p><p>　?。?2）   初選齒寬系數(shù)</p><p>　　按非對稱布置，由表查得＝0.6</p><p>　?。?3） &#

58、160; 初選螺旋角</p><p><b>　　初定螺旋角 ＝12</b></p><p>　?。?4）   載荷系數(shù)K</p><p>　　使用系數(shù)K  工作機(jī)輕微沖擊，原動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，所以查表得K＝1.25</p><p>　　動(dòng)載荷系數(shù)K 估計(jì)齒輪圓周速度v＝0.443m/s 查圖得

59、K＝1.01;</p><p>　　齒向載荷分布系數(shù)K   預(yù)估齒寬b＝80mm  查圖得K＝1.171，初取b/h＝6，再查圖得K＝1.14</p><p>　　齒間載荷分配系數(shù) 查表得K＝K＝1.1</p><p>　　載荷系數(shù)K＝K K K K=1.25×1.01×1.1×1.14＝1.58</

60、p><p>　?。?5）   齒形系數(shù)Y和應(yīng)力修正系數(shù)Y</p><p>　　當(dāng)量齒數(shù) z＝z/cos＝19/ cos＝35.26  </p><p>　　z＝z/cos＝120/ cos＝137.84</p><p>　　查圖得Y＝2.45   Y＝2.15  Y＝1.65 

61、 Y＝1.83</p><p>　?。?6）   重合度系數(shù)Y</p><p>　　端面重合度近似為＝【1.88-3.2×（）】cos＝【1.88－3.2×（1/33＋1/129）】×cos12＝1.72</p><p>　　＝arctg（tg/cos）＝arctg（tg20/cos12）＝20.41031</

62、p><p><b>　　＝11.26652</b></p><p>　　因?yàn)椋?cos，則重合度系數(shù)為Y＝0.25+0.75 cos/＝0.669</p><p>　?。?7）   螺旋角系數(shù)Y</p><p>　　軸向重合度 ＝＝1.34,取為1</p><p>　　Y＝1－＝0

63、.669</p><p>　?。?8）   許用彎曲應(yīng)力</p><p>　　安全系數(shù)由表查得S＝1.25</p><p>　　工作壽命兩班制，7年，每年工作300天</p><p>　　小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1＝60nkt＝60×43.09×1×7×300×2×8

64、＝8.687×10</p><p>　　大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2＝N1/u＝8.687×10/3.909＝2.22×10</p><p>　　查圖得壽命系數(shù),  ;實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù),查圖取尺寸系數(shù)</p><p><b>　　許用彎曲應(yīng)力 </b></p><p><b&

65、gt;　　比較, </b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　(10)   計(jì)算模數(shù)</p><p>　　按GB/T1357-1987圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取</p><p>　　(11)  初算主要尺寸</p><p>　　初算中心距

66、,取a=500mm</p><p><b>　　修正螺旋角</b></p><p><b>　　分度圓直徑</b></p><p><b>　　齒寬,取,,</b></p><p><b>　　齒寬系數(shù)</b></p><p>　　

67、(12)  驗(yàn)算載荷系數(shù)</p><p><b>　　圓周速度</b></p><p><b>　　查得</b></p><p><b>　　按，，查得，</b></p><p><b>　　又因，</b></p><p>

68、;<b>　　查圖得，，</b></p><p>　　則K＝1.611，又Y=0.887，Y=0.667，。從而得</p><p>　　滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。</p><p>　　3．校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度</p><p>　?。?）       載荷系數(shù)<

69、/p><p><b>　　，，，，</b></p><p>　?。?）       確定各系數(shù)</p><p>　　材料彈性系數(shù) 查表得</p><p>　　節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查圖得</p><p><b>　　重合度系數(shù) 查圖得<

70、;/b></p><p><b>　　螺旋角系數(shù) </b></p><p>　?。?）       許用接觸應(yīng)力</p><p>　　試驗(yàn)齒輪的齒面接觸疲勞極限</p><p>　　壽命系數(shù) 查圖得，；工作硬化系數(shù) ；</p><p&g

71、t;　　安全系數(shù) 查表得；尺寸系數(shù) 查表得，則許用接觸應(yīng)力為：</p><p><b>　　取</b></p><p>　?。?）       校核齒面接觸強(qiáng)度</p><p>　　，滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度的要求。</p><p>　　二.具體二級齒輪減速器軸的方

72、案設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）高速軸I材料為20CrMnTi,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為241~286HBS，查得對稱循環(huán)彎曲許用應(yīng)力。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，初步計(jì)算軸徑，取</p><p>　　由于軸端開鍵槽，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑5%~7%，取最小軸徑</p><p>　?。?）軸II材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為217~255HBS，查得對稱循環(huán)彎曲許用應(yīng)力。按

73、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，初步計(jì)算軸徑，取</p><p>　　，取安裝小齒輪處軸徑</p><p>　?。?）軸III材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為241~286HBS，查得對稱循環(huán)彎曲許用應(yīng)力。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，初步計(jì)算軸徑，取</p><p>　　由于軸端開鍵槽，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑5%~7%，取最小軸徑</p><p>　　軸I，軸II

74、，軸III的布置方案與具體尺寸分別如圖2—8，圖2—9，圖2—10所示。</p><p><b>　　圖2—8</b></p><p><b>　　圖2—9</b></p><p><b>　　圖2—10</b></p><p>　　第三節(jié)  軸承的選擇及壽命計(jì)算&l

75、t;/p><p>　?。ㄒ唬?#160;  第一對軸承</p><p>　　齒輪減速器高速級傳遞的轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　具體受力情況見圖3—1</p><p><b>　?。?）軸I受力分析</b></p><p><b>　　齒輪的圓周力 </b></p&

76、gt;<p><b>　　齒輪的徑向力</b></p><p><b>　　齒輪的軸向力</b></p><p>　?。?）計(jì)算軸上的支反力</p><p><b>　　經(jīng)計(jì)算得垂直面內(nèi) </b></p><p><b>　　圖3—1</b>

77、</p><p><b>　　水平面內(nèi) </b></p><p><b>　?。?）軸承的校核</b></p><p>　　初選軸承型號為32014</p><p>　　輕微沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù)</p><p>　　①     計(jì)算

78、軸承A受的徑向力</p><p><b>　　軸承B受的徑向力</b></p><p><b>　?、谟?jì)算附加軸向力</b></p><p>　　查表得3000型軸承附加軸向力</p><p>　　則 軸承A ，軸承B </p><p>　?、塾?jì)算軸承所受軸向載荷</p

79、><p>　　由于，即B軸承放松，A軸承壓緊</p><p><b>　　由此得 </b></p><p><b>　　④計(jì)算當(dāng)量載荷</b></p><p>　　軸承A e=0.43,</p><p><b>　　則 ,</b></p>&l

80、t;p>　　軸承B e=0.43,</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　?、葺S承壽命計(jì)算</b></p><p><b>　　因，按軸承B計(jì)算</b></p><p>　?。ǘ?#160;  第二對軸承</p>&

81、lt;p>　　齒輪減速器低速級傳遞的轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　具體受力情況見圖3—2</p><p>　?。?）軸II受力分析</p><p><b>　　齒輪的圓周力 </b></p><p><b>　　齒輪的徑向力</b></p><p><b>　　

82、齒輪的軸向力</b></p><p>　?。?）計(jì)算軸上的支反力</p><p><b>　　經(jīng)計(jì)算得垂直面內(nèi) </b></p><p><b>　　水平面內(nèi) </b></p><p><b>　　（3）軸承的校核</b></p><p>　

83、　初選軸承型號為32928</p><p>　　輕微沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù)</p><p>　?、儆?jì)算軸承A受的徑向力</p><p><b>　　軸承B受的徑向力</b></p><p><b>　?、谟?jì)算附加軸向力</b></p><p>　　查表得3000型軸承附加軸

84、向力</p><p>　　則 軸承A ，軸承B </p><p>　　③計(jì)算軸承所受軸向載荷</p><p>　　由于，即B軸承放松，A軸承壓緊</p><p><b>　　由此得 </b></p><p><b>　?、苡?jì)算當(dāng)量載荷</b></p><p

85、>　　軸承A e=0.36,</p><p><b>　　則 ,</b></p><p>　　軸承B e=0.36,</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　?、葺S承壽命計(jì)算</b></p><p><b>　

86、　因，按軸承A計(jì)算</b></p><p><b>　　圖3—2</b></p><p><b>　　（三）第三對軸承</b></p><p>　　具體受力情況見圖3—3</p><p>　?。?）軸III受力分析</p><p><b>　　齒輪的圓周

87、力 </b></p><p><b>　　齒輪的徑向力</b></p><p><b>　　齒輪的軸向力</b></p><p>　?。?）計(jì)算軸上的支反力</p><p><b>　　經(jīng)計(jì)算得垂直面內(nèi) </b></p><p><b&

88、gt;　　水平面內(nèi) </b></p><p><b>　?。?）軸承的校核</b></p><p>　　初選軸承型號為32938</p><p>　　輕微沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù)</p><p>　　①計(jì)算軸承A受的徑向力</p><p><b>　　軸承B受的徑向力<

89、/b></p><p><b>　?、谟?jì)算附加軸向力</b></p><p>　　查表得3000型軸承附加軸向力</p><p>　　則 軸承A ，軸承B </p><p>　　③計(jì)算軸承所受軸向載荷</p><p>　　由于，即B軸承放松，A軸承壓緊</p><p>

90、;<b>　　由此得 </b></p><p><b>　?、苡?jì)算當(dāng)量載荷</b></p><p>　　軸承A e=0.48,</p><p><b>　　則 ,</b></p><p>　　軸承B e=0.48,</p><p><b>　　

91、則 </b></p><p><b>　?、葺S承壽命計(jì)算</b></p><p><b>　　因，按軸承B計(jì)算</b></p><p><b>　　圖3—3</b></p><p><b>　　第四節(jié)  設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p&

92、gt;<p>　　1. 最終實(shí)際傳動(dòng)比 i</p><p><b>　　2. 各軸轉(zhuǎn)速n</b></p><p>　　3. 各軸輸入功率 P</p><p>　　4. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 T</p><p><b>　　5. 帶輪主要參數(shù)</b></p><p>　　

93、6．高、低速級齒輪參數(shù)</p><p><b>　　第五節(jié)  心得體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過一個(gè)月的努力,我終于將機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)做完了.在這次作業(yè)過程中,我遇到了許多困難,一遍又一遍的計(jì)算,一次又一次的設(shè)計(jì)方案修改這都暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足.剛開始在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),由于對Matlab軟件的基本操作和編程掌握得還可以,不到半天就將

94、所有需要使用的程序調(diào)試好了.可是我從不同的機(jī)架位置得出了不同的結(jié)果,令我非?？鄲?后來在錢老師的指導(dǎo)下,我找到了問題所在之處,將之解決了.同時(shí)我還對四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析有了更進(jìn)一步的了解.在傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí),面對功率大,傳動(dòng)比也大的情況,我一時(shí)不知道到底該采用何種減速裝置.最初我選用帶傳動(dòng)和蝸桿齒輪減速器,經(jīng)過計(jì)算,發(fā)現(xiàn)蝸輪尺寸過大,所以只能從頭再來.這次我吸取了盲目計(jì)算的教訓(xùn),在動(dòng)筆之前,先征求了錢老師的意見,然后決定采用帶傳動(dòng)和二級

95、圓柱齒輪減速器,也就是我的最終設(shè)計(jì)方案.至于畫裝配圖和零件圖,由于前期計(jì)算比較充分,整個(gè)過程用時(shí)不到一周,在此期間,我還得到了許多同學(xué)和老師的幫助.在此我要向他們表示最誠摯的謝意.整個(gè)作業(yè)過程中,我遇到的最大,最痛苦的事是最后的文檔.一來自己沒有電腦,用起來很不方便;最可惡的是在此期間,一種電腦病毒</p><p>　　盡管這次作業(yè)的時(shí)間是漫長的,過程是曲折的,但我的收獲還是很大的.不僅僅掌握了四連桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)和帶

96、傳動(dòng)以及齒輪,蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟與方法;也不僅僅對制圖有了更進(jìn)一步的掌握;Matlab和Auto CAD ,Word這些僅僅是工具軟件,熟練掌握也是必需的.對我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個(gè)過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗(yàn),沒有感性的認(rèn)識,空有理論知識,有些東西很可能與實(shí)際脫節(jié).總體來說,我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴

97、露出自身的不足,以待改進(jìn).有時(shí)候,一個(gè)人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會(huì)更完美!</p><p>　　毛燕(02001504)</p><p>　　2004年9月18日</p><p>　　第一節(jié)             

98、 附錄</p><p>　　一.Matlab程序</p><p>　?、徘髴尹c(diǎn)的位移，速度和加速度表達(dá)式的程序：</p><p>　　syms a b c d a1 w1</p><p>　　A=d-a*cos(a1);B=-a*sin(a1);C=(A^2+B^2+c^2-b^2)/(2*c);</p><p&

99、gt;　　a3=2*atan((B+sqrt(A^2+B^2-C^2))/(A-C));</p><p>　　a2=atan((B+c*sin(a3))/(A+c*cos(a3)));</p><p>　　w3=w1*a*sin(a1-a2)/(c*sin(a3-a2));</p><p>　　w2=-w1*a*sin(a1-a3)/(b*sin(a2-a3));&

100、lt;/p><p>　　s=1.35*c*(a3+acos((c^2-a^2-a*b)/(d*c))-pi)</p><p>　　v=1.35*c*w3</p><p>　　ac=1.35*c*(b*w2^2+a*w1^2*cos(a1-a2)-c*w3^2*cos(a3-a2))/(c*sin(a3-a2))</p><p>　?、茩C(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

101、程序：</p><p>　　function myyouhua</p><p>　　F=45:0.1:55;</p><p>　　YH=[inf,0,0,0,0];</p><p>　　for i=1:length(F)</p><p>　　q=F(i)*pi/180;</p><p>　　c=

102、1.4/(1.35*q);a=c*sin(q/2);</p><p>　　K=1.1*c:0.001:1.6*c;</p><p>　　for j=1:length(K)</p><p><b>　　b=K(j);</b></p><p>　　d=sqrt(b^2+c^2-a^2);</p><p&g

103、t;　　P=0:0.5:180;m=0;</p><p>　　for t=1:length(P)</p><p>　　a1=P(t)*pi/180;</p><p>　　a1=a1+acos(b/d);</p><p>　　w1=11*pi/30;</p><p>　　A=d-a*cos(a1);B=-a*sin(a1

104、);C=(A^2+B^2+c^2-b^2)/(2*c);</p><p><b>　　if A~=C</b></p><p>　　a3=2*atan((B+sqrt(A^2+B^2-C^2))/(A-C));</p><p>　　else a3=2*atan(-A/B);</p><p><b>　　end;&

105、lt;/b></p><p>　　a2=atan((B+c*sin(a3))/(A+c*cos(a3)));</p><p>　　w3=w1*a*sin(a1-a2)/(c*sin(a3-a2));</p><p>　　w2=-w1*a*sin(a1-a3)/(b*sin(a2-a3));</p><p>　　ac=1.35*c*(b*

106、w2^2+a*w1^2*cos(a1-a2)-c*w3^2*cos(a3-a2))/(c*sin(a3-a2));</p><p>　　z=abs(ac);</p><p><b>　　if m<z</b></p><p><b>　　m=z;</b></p><p><b>　　e

107、nd</b></p><p><b>　　end;</b></p><p>　　if m<YH(1)</p><p>　　YH=[m,a,b,c,d]</p><p><b>　　end;</b></p><p><b>　　end;</b&

108、gt;</p><p><b>　　end</b></p><p>　?、乔髴尹c(diǎn)位移的程序：</p><p>　　function s=mys(a1)</p><p>　　a=0.505;b=2.112;c=1.320;d=2.439;w1=11*pi/30;</p><p>　　a1=a1+ac

109、os(b/d);</p><p>　　A=d-a*cos(a1);B=-a*sin(a1);C=(A^2+B^2+c^2-b^2)/(2*c);</p><p><b>　　if A~=C</b></p><p>　　a3=2*atan((B+sqrt(A^2+B^2-C^2))/(A-C));</p><p>　　el

110、se a3=2*atan(-A/B);</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　s=1.35*c*(a3+acos((c^2-a^2-a*b)/(d*c))-pi);</p><p>　?、惹髴尹c(diǎn)速度的程序：</p><p>　　function v=myv(a1)</p><

111、;p>　　a=0.505;b=2.112;c=1.320;d=2.439;w1=11*pi/30;</p><p>　　a1=a1+acos(b/d);</p><p>　　A=d-a*cos(a1);B=-a*sin(a1);C=(A^2+B^2+c^2-b^2)/(2*c);</p><p><b>　　if A~=C</b><

112、/p><p>　　a3=2*atan((B+sqrt(A^2+B^2-C^2))/(A-C));</p><p>　　else a3=2*atan(-A/B);</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　a2=atan((B+c*sin(a3))/(A+c*cos(a3)));</p>

113、<p>　　w3=w1*a*sin(a1-a2)/(c*sin(a3-a2));</p><p>　　v=1.35*c*w3;</p><p>　?、汕髴尹c(diǎn)加速度的程序：</p><p>　　function ac=myac(a1)</p><p>　　a=0.505;b=2.112;c=1.320;d=2.439;w1=11*pi

114、/30;</p><p>　　a1=a1+acos(b/d);</p><p>　　A=d-a*cos(a1);B=-a*sin(a1);C=(A^2+B^2+c^2-b^2)/(2*c);</p><p><b>　　if A~=C</b></p><p>　　a3=2*atan((B+sqrt(A^2+B^2-C^2

115、))/(A-C));</p><p>　　else a3=2*atan(-A/B);</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　a2=atan((B+c*sin(a3))/(A+c*cos(a3)));</p><p>　　w3=w1*a*sin(a1-a2)/(c*sin(a3-a2));<

116、;/p><p>　　w2=-w1*a*sin(a1-a3)/(b*sin(a2-a3));</p><p>　　ac=1.35*c*(b*w2^2+a*w1^2*cos(a1-a2)-c*w3^2*cos(a3-a2))/(c*sin(a3-a2));</p><p>　?、是髴尹c(diǎn)位移，速度和加速度數(shù)據(jù)的程序：</p><p>　　functio

117、n smaoyan</p><p>　　J=0:5*pi/180:2*pi;t=length(J);</p><p>　　S=[1,t];V=[1,t];AC=[1,t];</p><p>　　a=0.505;b=2.112;c=1.320;d=2.439;w1=11*pi/30;</p><p><b>　　for i=1:t&l

118、t;/b></p><p>　　M=J(i)+acos(b/d);</p><p><b>　　a1=M;</b></p><p>　　A=d-a*cos(a1);B=-a*sin(a1);C=(A^2+B^2+c^2-b^2)/(2*c);</p><p><b>　　if A~=C</b>

119、</p><p>　　a3=2*atan((B+sqrt(A^2+B^2-C^2))/(A-C));</p><p>　　else a3=2*atan(-A/B);</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　a2=atan((B+c*sin(a3))/(A+c*cos(a3)));</p&g

120、t;<p>　　w3=w1*a*sin(a1-a2)/(c*sin(a3-a2));</p><p>　　w2=-w1*a*sin(a1-a3)/(b*sin(a2-a3));</p><p>　　s=1.35*c*(a3+acos((c^2-a^2-a*b)/(d*c))-pi);</p><p>　　v=1.35*c*w3;</p>

121、<p>　　ac=1.35*c*(b*w2^2+a*w1^2*cos(a1-a2)-c*w3^2*cos(a3-a2))/(c*sin(a3-a2));</p><p><b>　　S(i)=s;</b></p><p><b>　　V(i)=v;</b></p><p><b>　　AC(i)=ac;

122、</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　J,S,V,AC</b></p><p>　?、饲髴尹c(diǎn)上沖程中最大速度的程序：</p><p>　　function zuidasudu</p><p>　　J=0:0.5*pi/1

123、80:pi;t=length(J);</p><p><b>　　V=[1,t];</b></p><p>　　a=0.505;b=2.112;c=1.320;d=2.439;w1=11*pi/30;</p><p><b>　　for i=1:t</b></p><p>　　M=J(i)+acos

124、(b/d);</p><p><b>　　a1=M;</b></p><p>　　A=d-a*cos(a1);B=-a*sin(a1);C=(A^2+B^2+c^2-b^2)/(2*c);</p><p><b>　　if A~=C</b></p><p>　　a3=2*atan((B+sqrt(A

125、^2+B^2-C^2))/(A-C));</p><p>　　else a3=2*atan(-A/B);</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　a2=atan((B+c*sin(a3))/(A+c*cos(a3)));</p><p>　　w3=w1*a*sin(a1-a2)/(c*sin(a

126、3-a2));</p><p>　　v=1.35*c*w3;</p><p><b>　　V(i)=v;</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　Vmax=max(V)</p><p>　?、虘尹c(diǎn)位移，速度和加速度曲線圖的程序：</p&g

127、t;<p>　　fplot(@mys,[0,2*pi]),xlabel('曲柄轉(zhuǎn)角φ(rad)'),ylabel('懸點(diǎn)位移s(m)'),title('位移曲線圖')</p><p>　　fplot(@myv,[0,2*pi]),xlabel('曲柄轉(zhuǎn)角φ(rad)'),ylabel('懸點(diǎn)速度v(m/s)'),titl

128、e('速度曲線圖')</p><p>　　fplot(@myac,[0,2*pi]),xlabel('曲柄轉(zhuǎn)角φ(rad)'),ylabel('懸點(diǎn)加速度(m/s^2)'),title('加速度曲線圖')</p><p>　　二.懸點(diǎn)位移,速度和加速度曲線圖</p><p>　　三.懸點(diǎn)位移,速度和加速

129、度與對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的數(shù)據(jù)表</p><p><b>　　參考書目:</b></p><p>　　1、  機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 盧頌峰 王大康 主編 北京工業(yè)大學(xué)出版社 1993年第一版</p><p>　　2、  機(jī)械設(shè)計(jì) 吳克堅(jiān) 于曉紅 錢瑞明 主編 高等教育出版社 2003年3月第一版</p><p>

130、　　3、  機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（修訂版） 鄂中凱 王金 田世新 劉孔鈞 主編 東北工業(yè)大學(xué)出版社 1990年5月第一版</p><p>　　4、  機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 龔溎義 羅圣國 李平林 張力乃 黃少顏 編 龔溎義 主編高等教育出版社 1990年4月第二版</p><p>　　5、  機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊 龔溎義 潘沛霖 陳秀 嚴(yán)國良 編 龔溎義 主編