齿轮轴设计课程设计

齿轮轴设计课程设计（共7篇）

齿轮轴设计课程设计篇1

序言

一、零件的分析-----------------------3

二、工艺规程的设计-----------------4

（一）确定毛坯的制造形式--------4

（二）基准的选择--------------------8

（三）工艺路线的拟订及工艺方案的分析---------------------9

（四）机械加工余量及毛坯尺寸的确定------------------------------11

（五）各工序的定位夹紧方案、切削用量选择及基本工-----------12

三、总结28

四、主要参考资料-------------------29

序言

机械制造工艺学课程设计，是我们在学完了大学的全部基础课和大部分专业课后进行的。这也是我们在进行毕业设计之前对所学各课程做一次综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，它在我们四年的学习中有着很重要的地位。

通过此次此次设计，应该得到下述各方面的锻炼： 1)能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。2)提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效省力，经济合理，而且能保证加工质量的夹具的能力。

3)学会使用手册及图表资料，掌握与本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练使用。

由于能力有限，设计中尚有许多不足之处，请各位老师给予批评指教。本设计书包括： 1.零件图：齿轮泵主动轴 2.零件的毛坯图 3.机械加工工艺过程卡 4.机械加工工序卡 5.课程设计说明书

一、零件的分析

（一）零件的作用

轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支撑齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传动扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面的反映轴类零件的加工规律和共性。

所设计的为齿轮油泵的主动轴。其作用是：一是支撑回转零件，支撑主动齿轮使其正常转动；二是把旋转运动通过主动齿轮传递给其他部件。如在18h6mm出安装齿轮，以传递扭矩使其正常工作。在工作中主轴不仅承受扭转力矩，而且承受弯曲力矩。

（二）零件的工艺分析

通过对该零件的重新绘制知，原样图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。根据零件的尺寸图，可以初步拟定零件的加工表面，其间有一定位置度要求。所设计的轴的尺寸图中下图所示：分述如下：

1、外圆柱表面：

外圆柱加工表面包括一个18h6mm的圆柱面，要求粗糙度为0.8，以及17.8f6mm和17.8h11mm的两个圆柱面, 其中17.8h11mm的圆柱面粗糙度要求为1.6。其余粗糙度为6.3。

2、键槽、通孔：

以轴线为中心的键槽宽度为5N9mm的半圆键槽，槽的两侧面平行于基准A（φ17.8f6mm孔的轴线），其平行度公差为0.12mm。通孔为4mm的通孔无要求。

3、槽口：

左端以以轴线为中心的槽口宽度为6H9mm的槽。槽的两侧面平行于基准B（φ17.8h11mm孔的轴线），其平行度公差为0.12mm。

根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面尺寸，上述表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证，由以上分析可知可以先加工外圆柱面，然后借助专用夹具加工键槽、通孔及槽口，并保证它们之间的位置要求。

二、工艺规程的设计

（一）确定轴的材料及毛坯的制造形式

1、材料机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。

金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铁。

（1）、铸铁

常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。

（2）、钢

钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能，因此其应用极为广泛。

钢的类型很多，按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途钢（不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢）主要用于特殊的工况条件下。按化学成分钢可分为碳素钢和合金钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量，含碳量越多，其强度越高，但塑性越低。碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢（如Q215、Q235）一般只保证机械强度而不保证化学成分，不宜进行热处理，通常用于不太重要的零件和机械结构中。碳素钢的性能主要取决于其含碳量。低碳钢的含碳量低于0.25%，其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。含碳量在0.1%~0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧，一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。中碳钢的含碳量在0.3%~0.5%之间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。含碳量在0.55%~0.7%的高碳钢具有高的强度和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。合金结构钢是在碳钢中加入某些合金元素冶炼而成。每一种合金元素低于2%或合金元素总量低于5%的称为低合金钢。每一种合金元素含量为2%~5%或合金元素总含量为5%~10%的称为中合金钢。每一种合金元素含量高于5%或合金元素总含量高于10%的称为高合金钢。加入不同的合金元素可改变钢的机械性能并具有各种特殊性质。例如铬能提高钢的硬度，并在高温时防锈耐酸；镍使钢具有良好的淬透性和耐磨性。但合金钢零件一般都需经过热处理才能提高其机械性能；此外，合金钢较碳素钢价格高，对应力集中亦较敏感，因此只用于碳素钢难于胜任工作时才考虑采用。用碳素钢和合金钢浇铸而成的铸件称为铸钢，通常用于制造结构复杂、体积较大的零件，但铸钢的液态流动性比铸铁差，且其收缩率的铸铁件大，故铸钢的壁厚常大于10ｍｍ，其圆角和不同壁厚的过渡部分应比铸铁件大。

2、材料选用原则

从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑下面的原则：

（1）载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况

对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材，承受压缩载荷的零件应选铸铁。脆性材料原则上只适用于制造承受静载荷的零件，承受冲击载荷时应选择塑性材料。（2）零件的工作条件

在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料，在高温下工作的零件应选耐热材料，在湿热环境下工作的零件，应选防锈能力好的材料，如不锈钢、铜合金等。零件在工作中有可能发生磨损之处，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢。金属材料的性能可通过热处理和表面强化（如喷丸、滚压等）来提高和改善，因此要充分利用热处理和表面处理的手段来发挥材料的潜力。（3）零件的尺寸及质量

零件尺寸的大小及质量的好坏与材料的品种及毛坯制取方法有关，对外形复杂、尺寸较大的零件，若考虑用铸造毛坯，则应选用适合铸造的材料；若考虑用焊接毛坯，则应选用焊接性能较好的材料；尺寸小、外形简单、批量大的零件，适于冲压和模锻，所选材料就应具有较好的塑性。（4）经济性

选择零件材料时，当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高的材料，这对于大批量制造的零件尤为重要。此外还应考虑加工成本及维修费用。为了简化供应和储存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部设备上使用材料的品种和规格，使综合经济效益最高。

3、确定轴的材料

由以上分析可以选择轴的材料，35钢、45钢、T10、40Cr等都可以满足要求，因为45钢的硬度在220HBS～250HBS之间，其综合力学性能好、承受交变弯曲载荷或交变扭转荷。结合以上两点以及其经济性选用45钢。

4、确定毛坯的制造形式

零件材料为45钢，本可以先用模锻，其精度高加工余量小又可以用与形状复杂、大批量生产，但其设备昂贵。又考虑到轴的应用场合在齿轮泵中其受力不大强度要求不高生产纲领又不是太大。结合生产条件以及经济性故选取型钢又因为其最大直径处为Ф18mm故选取直径为Ф23mm的型钢为毛坯。

（二）、基准的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

1、粗基准的选择：对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选取零件的上面和右面的直角平面为粗基准。

2、精基准的选择：主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸链换算。

（三）工艺路线的拟定及工艺方案的分析

1、工艺路线的拟定

为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。

由于生产纲领为成批生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。该轴材料为45钢且为Ф23mm的形钢，此主动轴应首先车削成形，对于精度较高在车削之后还应磨削。车削和磨削时以两端的中心孔作为定位精基准，中心孔可在粗车之前加工。因此，该传动轴的工艺过程主要有

加工中心孔、粗车、半精车和磨削四个阶段。结合以上几点制定加工工艺路线如下：

工艺路线如下：工序1 车端面、钻中心孔，表面粗糙度6.3，；工序2 加工21退刀槽；

工序3 粗车Ф18mm及两端Ф17.8mm的外圆柱面直径余1mm，采用一夹一顶，表面粗糙度6.3、尺寸公差14级。工序4 半精车各阶梯轴，直径余量0.5mm；

工序5 精加工各阶梯部分表面，粗糙度1.6、尺寸公差6级；

工序6 钻φ4孔

工序7 加工槽口宽度为6H9mm的槽根据此工艺方案制定出详细的工序划分如下所示：

工序1：车端面，以Ф23mm的外圆轮廓为定位基准，选CA6140卧式车床；

工序2：车21退刀槽,车后直径为Ф16mm;工序3：粗车左端Ф17.8mm，直径余量1mm，表面粗糙度6.3、尺寸公差14级；

工序4：粗车右端Ф17.8mm、Ф18mm,直径余量1mm，定位基准都用左端Ф17.8mm采用一次装夹减少定位误差采用一夹一顶，表面粗糙度

16、尺寸公差14级；

工序5：半精车各阶梯轴，直径余量0.5mm，并车倒角，表面粗糙度3.2、尺寸公差9级,倒圆角1×45°；

工序6：淬火;工序7：钻Ф4mm的通孔，采用专用夹具立式钻床加工, 麻花钻；

工序8：铣6H9mm的槽口，采用专用夹具，卧式铣床，盘形槽铣刀，表面粗糙度3.2；

工序9：精加工整个轴的各阶梯部分,直径余量0.2mm，表面粗糙度1.6、尺寸公差8级；

工序10：磨Φ18mm外圆，表面粗糙度0.8；

工序11：划线铣半圆键槽，采用专用夹具卧式铣床加工表面粗糙度3.2，采用是宽度为5mm的半圆键槽铣刀；

工序12：质检。

根据此工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡片。见附表1：机械加工工艺过程卡；附表2:机械加工工序卡。

（四）机械加工余量及毛坯尺寸的确定

齿轮油泵主动轴零件材料为45钢，硬度为220～250HBS毛坯重量约为10Kg，生产类型为中小批量生产，结合生产条件及其经济性选用Ф23mm的型钢作为毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下（机械加工余量及其工序尺寸可用反求法计算即从零件的最后一道工序向前推算）：

1．磨削余量查《简明手册》可预留0.3mm～0.4mm，表2.3-4； 2．精加工余量0.5mm-0.6mm（表2.3-3）;3．半精加工余量0.9 mm～1mm（表2.3-2）;4．粗加工余量2.5 mm～3.5mm;从毛坯到成品总的加工余量为4.2 mm～5.5mm，轴的最大直径处为Ф18 mm。

18(4.2 mm～5.5mm）＝22.2mm～23.5mm 故选用Ф23 mm的棒料作为毛坯。

(五)、各工序的定位夹紧方案、切削用量选择及基本工时

工序

1、车削端面。1.加工条件

工件材料：45钢正火，硬度220HBS～250HBS，毛坯为Ф23mm的形钢。

加工要求：车端面，表面粗糙度值为6.3um。

机床：CA6140卧式车床。刀具、刀片材料为YT5，刀杆尺寸为16mm×25mm，刀具几何角度：Kr＝90°、r＝15°、a＝8°、r＝0.5mm。

2.计算切削用量

（1）确定端面最大加工余量：已知毛坯总长129mm，两端面都应切削且应平均分配，一端面切除2.5mm,即a＝2.5mm，长度

poo公差IT＝13。

（2）确定进给量f：根据《切削用量简明手册》（以下简称《切削手册》）表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm，a≤3 mm以

p及工件直径为16 mm时 f＝0.3-0.4mm／r 按CA6140车床说明书取f＝0.4mm／r（3）计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T＝60min）

vc=cvxvTmapfyvkv

式中cv=242，xv0.15，yv0.35，m=0.2 kV见《切削用量简明手册》表1.28即

kmv1.44,ksv0.8,kkv0.83,kkrv0.81

所以

vc600.22421.440.80.810.8399mm/min

2.50.150.40.35（4）确定机床主轴转速

ns1000vcdw100099r/min1371r/min

3.1423按机床说明书，与1371r/min相近的有1400r/min，现选取1400r/min。所以实际切削速度

vdn318101.26mm/min

（5）切削工时

按《金属切削原理与刀具》1-5公式

tmDLA3.1423382.5r/min0.08min

1000apfvc10002.50.4101（6）校验机床功率查《金属切削原理与刀具》由表2-1查得得当比切削功率puc32.76KW/mm3/min)由表2-8查得Kr75时，KKFv1。故切削功率为

pc1000pucvcafKfFvKkFv10006 CA6140型车床电动机功率为7.8kw,转速为1400r/min时传递的最大功率为7.2kw故可以满足使用要求.（7）校验机床进给机构的强度

查《金属切削原理与刀具》表2-1可知比切削力ks1962N/mm2

故主切削力为: FvksafkfFvKkFv1962

查表2-7当Kr＝75°时F/FPV=0.35,Ff/FV=0.4

因此Ff0.443081507N

Fr0.3543081507N

若机床进给导轨与溜板磨擦系数为0.1,进给机构在纵向进给方向受力为: Ffu(FvFr)15070.1(26931507)1927N

由机床的说明书可知机床允许的最大进给力不低于3000N.因此可以满足要求.工序2：车21退刀槽,车后直径为Ф16mm;1.加工条件

工件材料：45钢正火，硬度220HBS～250HBS，毛坯为Ф23mm的形钢。

加工要求：车2X1退刀槽。

机床：CA6140卧式车床。刀具、刀片材料为YT5，刀杆尺寸为16mm×25mm，刀刃宽度为2mm的切断刀

2.计算切削用量

（1）确定端面最大加工余量：1mm（2）确定进给量f：根据《切削用量简明手册》（以下简称《切削手册》）表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm，a≤3 mm以

p及工件直径为Ф16mm时

f＝0.3-0.4mm／r 按CA6140车床说明书取f＝0.4mm／r（3）计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T＝60min）

vc=cvxvTmapfyvkv

式中cv=242，xv0.15，yv0.35，m=0.2 kV见《切削用量简明手册》表1.28即

kmv1.44,ksv0.8,kkv0.83,kkrv0.81

所以

vc600.22421.440.80.810.8399mm/min 0.150.3510.4（4）确定机床主轴转速

ns1000vcdw100099r/min1371r/min

3.1423按机床说明书，与1371r/min相近的有1400r/min，现选取1400r/min。所以实际切削速度

vdn318101.26mm/min

（5）切削工时

按《金属切削原理与刀具》1-5公式

tmDLA3.1423382.5r/min0.08min

1000apfvc10002.50.4101（6）校验机床功率

查《金属切削原理与刀具》由表2-1查得得当比切削功率puc32.76KW/mm3/min)由表2-8查得Kr75时，KKFv1。故切削功率为

查《金属切削原理与刀具》表2-1可知比切削力ks1962N/mm2

故主切削力为: FvksafkfFvKkFv1962

查表2-7当Kr＝75°时F/FPV=0.35,Ff/FV=0.4

因此Ff0.443081507N

Fr0.3543081507N

若机床进给导轨与溜板磨擦系数为0.1,进给机构在纵向进给方向受力为: Ffu(FvFr)15070.1(26931507)1927N

由机床的说明书可知机床允许的最大进给力不低于3000N.因此可以满足要求.工序

3、粗车左端Ф17.8mm的外圆柱面直径余1mm 1.加工条件

工件材料：45钢正火，硬度220HBS～250HBS，毛坯为Ф23mm的形钢。

加工要求：粗车左端Ф17.8mm的外圆柱面，直径余量1mm，表面粗糙度值为6.3um。尺寸公差14级。

机床：CA6140卧式车床。

刀具：刀片材料为YT5刀杆尺寸为20mm×30mm，Kr＝75°，α0＝6°γ0=8°。

2．计算切削用量

（1）粗车Ф17.8mm的切削用量 A．切削深度

按加工余量计算的结果粗加工应加工到Ф19mm，查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》

Ф23mm-Ф19mm=4mm 故可分为二次切削加工即ap4mm B．进给量

查《机械设计指导》表2-19取f合机床说明书取f0.4mm/r。

0.3mm/r0.5mm/r之间并结C．切削速度

工件材料45钢正火查《机械设计指导》表2-20，并考虑已选vc的600.2切24220.15削

0.35深度和进给量得0.41.440.80.810.83102.64mm/min，刀具寿命T60min。

D．确定机床主轴转速机床主轴转速的计算值为

n1000vcdw102.6410001421r/min

3.1423/min。故实际切削对照机床主轴转速表取实际转速为1400r速度为 vcdwn10003.14231400101.1mm/min

1000 E．计算切削工时

tmdlA3.142338min0.04min

1000apfvc100040.4101.1 F．校验机床功率

查《金属切削原理与刀具》由表2-1查得得当比切削功率puc32.76KW/mm3/min)由表2-8查得Kr75时，KKFv1。故切削功率为

pc1000pucvcafKfFvKkFv10006

CA6140型车床电动机功率为7.8kw,转速为560r/min时传递的最大功率为6.2kw故可以满足使用要求.G.校验机床进给机构的强度

查《金属切削原理与刀具》表2-1可知比切削力ks1962N/mm2

故主切削力为: FvksafkfFvKkFv1962

查表2-7当Kr＝75°时F/FPV=0.35,Ff/FV=0.4

因此Ff0.443081507N

Fr0.3543081507N

若机床进给导轨与溜板磨擦系数为0.1,进给机构在纵向进给方向受力为: Ffu(FvFr)17220.1(43081507)2303.5N

由机床的说明书可知机床允许的最大进给力不低于3000N.因此可以满足要求.工序4：粗车右端Ф17.8mm、Ф18mm

各步骤及参数与工序2相同。工序5：半精车各阶梯轴，直径余量0.5mm；

1.加工条件

工件材料：45钢正火，硬度220HBS～250HBS，毛坯为Ф23mm的形钢。

加工要求：半精车阶梯轴外圆柱面，直径余量0.5mm，表面粗糙度值为6.3um。尺寸公差9级，倒圆角145。

机床：CA6140卧式车床。

刀具：刀片材料为YT5刀杆尺寸为20mm×30mm，Kr＝90°，a06，ls0°。

2．计算切削用量

（1）半精车Ф17.8的切削用量 A．切削深度

按加工余量计算的结果粗加工应加工到19mm

19-18.5=0.5mm 查《机械制造设计指导》表2-15可知应分为一次切削加工即ap0.5mm

B．进给量

查《金属切削》表4-9切削深度小于2mm并结合机床说明书取f0.41mm/r。

C．切削速度

工件材料45钢调质查《金属切削》表4-9，并考虑已选的切削深度和进给量得vc110mm/min，刀具寿命T=60min。

D．确定机床主轴转速机床主轴转速的计算值为

n1000vc1000110660r/min

dw对照机床主轴转速表取实际转速为710r/min。故实际切削速vcpdwn3.1417710116m/min 10001000E．计算切削工时

tmdLA1000apfvc0.17min

（2）半精车Ф18mm的切削用量以及Ф17.8mm等各处与Ф17.8mm处大同小异故此不在重复叙述，只是削切工时不同。详见工序卡片2-2。工序6：淬火

工序7：钻Ф4mm的通孔，采用专用夹具立式钻床加工, 麻花钻； 1.加工条件

工件材料：45钢正火，硬度220HBS～250HBS，毛坯为Ф23mm的形钢。

加工要求：钻Ф4mm的通孔机床：Z525型立式钻床。刀具：选用标准高速钢麻花钻头，其直径为Ф4mm。2．计算切削用量（1）、决定进给量

1)、根据加工要求，及表2.7，进给量f=0.14～018mm/r。由于L/d=4.5,故应该乘以孔深修正系数0.95 进给量f=（0.14～0.18）×0.95mm/r＝＝0.133～0.171mm/r 2）、按钻头强度决定进给量：根据表2.8，可知钻头允许进给量为f=0.46mm/r。

根据Z525型立式钻床说明书，选择进给量f=0.1mm/r 由于是加工通孔，为了防止在即将钻穿时钻头折断，应该在即将钻穿是停止自动进给改为手动进给。

(2)、根据表2.12，刀具最大磨损量为0.4mm，寿命T=15min。（3）、切削速度，由表2.14知道加工性属5类。

由表2.13，当加工性为第5类时，切削速度为vc22m/min 切削速度修正系数Kv110.8510.85

n1000vcdw1000220.851488r/min

3.1441360r/min。根据Z525立式钻床说明书，选择n（4）、检验机床扭矩及功率根据表2.20

3、计算基本工时 TmL nf其中L=入切量+超切量+切削量=30mm TmL300.22min nf0.11360工序8：铣6H9mm的槽口

1、加工条件

工件材料：#45 加工要求：以轴线为基准，铣6H9mm的槽口机床：铣床，XA6132 卧式万能铣床。

刀具：高速钢盘形铣刀。铣削深度ap=38mm,宽度ae=6mm。根据《切削手册》表3-1取刀具外径d=100mm, 选择刀具前角γo＝10°，后角αo＝16°，副后角αo’=8°，主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°，z=12。由于其表面粗糙度值为3.2um，故进行一次铣削即可达到要求。

2、切削用量（1）确定切削进给量

根据参考文献[2]表5-13，XA6132型卧式万能铣床的功率为7.5kW，工艺系统刚性为中等，细齿盘形铣刀加工45刚，查表3.14得每齿的进给量af=0.012～0.008mm/z，现取af=0.010mm/z。（2）铣刀磨钝标准及寿命

根据参考文献[2]表3.7及3.8，用高速钢盘铣刀粗加工45刚，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.2mm，铣刀直径d=100mm，耐用度T=120min。

（3）确定切削速度和工作台每分钟进给量ν

f 铣削速度可以通过计算得出，但是其计算公式比较复杂，实际生产中使用并不多，这里通过查表确定。查表5-30知，高速钢铣刀铣削速度为15～20m/min,则所需铣床主轴转速范围是 n1000v47.863.7r/min（式5.2）100根据XA6132机床的标准主轴转速，由表5-13选取n=60r/min,则实际铣削速度为v=18.84m/min,工作台每分钟的进给量

vf=0.1×12×60=72mm/min（式5.3）

根据参考文献[2]XA6132型卧式万能铣床工作台进给量表5-13，选择vf=75mm/min，则实际每齿的进给量

af750.104mm/z 1260（4）校验机床功率

根据参考文献[2]表5-31和表5-32中的计算公式，铣削是的功率（kW）为

Pc FcFcv（式5.4）1000wFxFuFCFapfzyFaezdnqFkFc(N)（式5.5）

式中CF=30，xF=1.0，yF=0.65，uF=0.83，qF=0.83，ap=90mm，ae=4mm，fz=0.264，z=12，d=80mm，n=60r/min，kFC=0.63。将上述数据带入公式可得Fc=744.96N V=18.84m/min，则Pc=5.614kW XA6132型卧式万能铣床主电动机功率为7.5kW，故所选用切削用量可以采用，所确定的切削用量为af=0.104mm/z，vf=75mm/min，n=60r/min，v=18.84m/min。

3、基本时间

根据参考文献[2]表5-33，盘形铣刀铣槽口的基本时间为 Till1l2（式5.7）vf 式中，l260mm,l1ae(dae)(1～3)，ae4mm，d100mm。则l1=20mm，l2=4mm，vf=75mm/min，；

Ti=3.79min 工序9：精加工整个轴

同工序5：精车轴各部位只是切削时各主要参数不同，详见工序10：磨Φ18mm外圆

加工要求：磨Φ18mm外圆，表面粗糙度值为0.8um。机床：M1432万能外圆磨床。

（1）选择砂轮

查《机械加工工艺设计手册》选砂轮选择结果为：A46KV6P 300×50×230。查《金属工艺人员手册》砂轮耐用度为1800s。（2）确定切削用量

砂轮转速 =1500r/min(查《机械制造工艺设计手册》)，V=27.5m/min

砂fa=(0.5~0.6)B=20~32 fa=20mm Vw=18m/min fr=0.0056mm/st（3）计算基本工时t12LbZbk2x74x37.68x0.2x1.10.609min

1000vfafr1000x18x20x0.0056工序11：铣键槽

按铣削用量的选择原则为保证表面质量增加切削速度减小进给量。

1.查《切削手册》表3.13确定切削用量。A.铣削深度为4.5mm B.进给量0.25mm/z C.铣削速度vc23mm/min

采用高速钢半圆键槽铣刀铣刀d=16mm齿数Z=3则主轴转速为

n1000vc100023810r/min pdw3.145现选用X6132万能铣床，根据机床使用说明书取n=750r/min，故实际切削速度为：

vdn10003.1424.6m/min

1000当n=800r/min时工作台每分钟进给量f应为：

fmfzzn0.25380092.5

查机床说明书fn65mm/min D.铣削工时

tlm1f4.50.07min n65升降进给选60mm/min，在高度行程为8 tm28600.13min 则ttm1tm20.070.130.20min 验证切削功率

pFcVccxpFfVZFaufaeFzc1000 Fcdq oFnwF查《切削手册》表3.28 F651.00.720.86c160.86125.45N

p125.4524.6c10003.086KW

而X6132万能铣床铣床电机功率为4.5KW，800r/min时传递功率为3.8KW，故可以满足要求。

而转速为

三、总结

通过这次课程设计，我深深体会到，干任何事都必须耐心、细致。毕业设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱；但一想起老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，我不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到一次难得的磨练。

从熟悉零件的结构特点、绘制零件三维图和平面二维图，到为零件各个待加工表面制定合理可行的工序、有机组合完成工序卡片的制定，再到工序定位方案的设计和专用夹具的设计绘制，整个课程设计充实而有条不紊地进行。

在此过程中遇到很多问题，如制定工序时面临多种加工方案可供选择，需要综合考虑加工经济型、基准重合性等因素合理选择；填写工序卡片时如何简洁而正确地表达定位夹紧及加工面、加工余量的各种信息，工序卡片的各种规定等；分析每一道工序、计算其定位误差时很容易出现概念性错误导致理解错误；绘制夹具图时待加工零件要透明化处理、兼顾各项设计原则……

遇到问题，想方设法解决问题，这就是一个锻炼和进步的过程。除了熟知了机械制造工艺制定流程之外，课设中我对很多书本上的概念（如定位误差、基准等）有了深层次的理解。只靠书本上的简单讲解和一两个例题来学习是远远不够的，实践出真知，的确如此！

另一个收获，各种应用软件在工程科学中的重要性在此次课设中得到很彻底的体现，广泛了解各类应用软件并精于本专业某些软件，是作为一名合格的大学生需要努力的方向。

总之，在这次设计过程中使我收益不小，为我今后的学习和工作打下一个坚实而良好的基础。在此，我感谢各位老师对我的帮助和指导。

四、主要参考资料

齿轮轴设计课程设计篇2

在本例中, 采用Aceess数据库建立齿轮轴的参数表, 表中分为5个类型A-E, 分别代表1~5阶, 轴长、半径、键槽所在轴由数据库自动调入, 或由界面输入。

轴的键槽结构尺寸要同键完全匹配, 除了考虑实际需求之外, 还须严格遵守国家标准, 系统专门设置了相关的检测功能, 根据所在轴段的参数来验证是否合法。本参数化共分为两部分, 既可实现阶梯轴参数化, 又可实现齿轮轴的参数化。

2 阶梯轴参数化设计功能实现

2.1 功能介绍

在阶梯轴参数化程序中, 标识类型A-E代表由一阶到五阶, 可随便选择。而且, 对常用的阶梯轴参数, 可将其输入后添加到数据库中去, 下次直接调用既可, 不需重新输入。

在参数化主界面选择了任何一个类型后, 阶梯轴参数会发生相应的变化, 系统会调用数据库相应参数, 如选择类型C, 即要绘制3阶轴, 右侧会出现轴1、轴2、轴3的半径和长度的输入选项, 默认值与参数表的值相同。选择键槽面也会在所选范围之内, 其它参数均为用户手工输入, 其默认值为参数表中相应值。

2.2 凸台拉伸法实现阶梯轴参数化

轴向剖面图是以YOZ面为基准面, 原点为基点, 沿着Z轴负向, 依次根据轴长和半径来确定各个点, 再利用ICreateLine2函数连接各个点, 形成相应的凸台, 最后利用FeatureRevolve函数对凸台进行旋转, 实现动态绘制阶梯轴。

由于本系统可能有1~5阶选项, 设计将界面参数作为实参, 自定义了5个函数,

每次调用对应函数即可。比如, 绘制五阶阶梯轴的函数为MycreateZhou5 (r1, d1, r2, d2, r3, d3, r4, d4, r5, d5) 。

3 齿轮轴参数化设计功能实现

齿轮轴的段数系统设置了最大为5, 选择类型后, 依次输入各段阶梯轴的参数以及齿轮的参数, 或者默认数据库参数, 动态生成齿轮轴。当齿轮参数全为0时, 系统自动生成阶梯轴。

3.1 齿轮轴的参数化设计

齿轮选用的是直齿渐开线绘制法, 自定义函数MycreateChi (double Rb, int z, double thick) , 三个参数分别传递界面中的分度圆半径、齿数和厚度, 利用渐近线绘制方法, 每个齿只取特殊的六个点, 把它们用样条曲线连接起来, 齿根和齿顶用近似直线来代替, 利用FeatureBoss函数沿着Z轴拉伸, 从而成功的实现了齿轮的参数化设计。

3.2 齿轮轴参数化设计

在上述阶梯轴的基础上, 选择一个槽面、齿轮所在轴面, 齿轮的分度圆半径为所在轴的半径, 齿轮的厚度为所在轴的长度, 这两个参数都是根据数据库中各个阶的轴参数而定的, 组合框选择发生变化时, 齿轮的参数会自动发生相应的变化, 齿轮数目为自定义, 系统默认为20。

由于齿轮只能在X O Y面绘制后沿着Z轴正向拉伸, 所以给动态绘制阶梯轴时加大了难度。绘制时, 采用了分段绘制法。以五阶齿轮轴为例, 当齿轮位于第四段时, 自定义三个函数, 第一个函数用来绘制第五段轴, 参数有三个, 为对应轴长、半径及齿厚 (第四段轴长) , 第二个函数MycreateChi, 绘制齿轮, 有三个参数,

第三个函数用来绘制三段凸台形成的三阶轴。

关于键槽的绘制也要相应的作出调整:之前位于轴一的键槽绘制函数只需要键槽的参数和轴一的半径和长度, 因为当时是最靠近基准面的, 但是现在轴一是最远离基准面的, 以五阶阶梯轴、齿轮在轴四部分为例, 轴二上的键槽绘制函数参数明显就变多了, 不仅包含以前函数的那些参数, 还必须要包含轴三的长度。

4 结语

通过对阶梯轴和齿轮以及结合两者设计齿轮轴的参数化设计过程, 深入了解了SolidWorks二次开发的原理与方法。但齿轮轴参数化设计还有以下需要改进。

齿轮的绘制参数不够细化, 仅仅设计到齿数、模数和齿厚三个参数, 也只是针对直齿渐开线齿轮而言, 其余类型的齿轮和绘制方法等模块还有待添加到此系统中来;齿轮轴被分割为了三部分来实现参数化。

参考文献

[1]江洪, 魏峥, 王涛威, 等.SolidWorks二次开发实例解析[M].北京:机械工业出版社, 2004, 2.

[2]王卫荣, 孙金升, 汪国海.参数化设计方法及其在齿轮设计上的应用[J].制造业信息化, 2006 (3) :112～113.

[3]宋率展, 高荣慧.基于VC的SolidWoks键联接模块二次开发[J].制造业信息化, 2006 (3) :118～119.

减速机高速齿轮轴断裂失效分析篇3

关键词：高速轴；魏氏体组织；；断裂；失效

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 02-0151-01

在某工厂二辊压机构中的减速机高速轴上线运行13天后出现了断裂的现象。在之前给出的图纸样例中提到了，这个轴的制造图纸上对于原材料的要求是42CrMo锻钢，硬度为270～300HB，调质热处理。同时还要对端口位置的宏观上的形态，金相组织，物理性质如硬度以及化学成分等进行相应的观察和测试，进而为今后这类轴零件的生产量的提升，以及在具体应用时候的使用提供有效的理论参考。进而防止断裂一类的事件发生。

一、对于检测结果的分析和研究

（一）端口宏观相貌的观察结果。轴同轴间的过渡和链接的位置是减速机高速轴发生断裂的最主要的地方。此处直径大小发生突变，最为关键的是这是轴的直径最小的地方。结构圆角的常见现象由于截面形状的变化以及轴间和轴的相交位置的几何关系处于垂直的状态而导致必将会出现的应力集中现象。端口经常见到的形貌特点便是具有很高的脆性以及较为平整，例如一种极为常见的是扭转应力所导致的断裂口。

只有受力的地方才是裂纹出现的根源，及轴键槽的受力的一面。应力的大小和半径的大小呈现反比的关系，也就是说半径较小的地方应力则很大。半径最小的便是轴键槽的根部位置，在此处经常出现应力集中地现象从而承受很大的拉应力；如果不进行强化处理就会提高出现裂纹（这种裂纹是由于疲劳产生的），对于轴类具有很强的破坏性，出现提前失效，很大程度上减少了其寿命。在裂纹的扩展部位较为平坦光滑，同时具有相对较大的表面积，几乎覆盖了整个端口区域的2/3.在轴的另外一侧是瞬间断裂区，紧靠其边缘位置，相对面积不大，同时表面光滑度很差。由此可以得出结论是低周疲劳断裂。

（二）对其化学成分的研究和分析。对于化学成分分析时，我们采用的是直读光谱仪ARC-MET8000来研究。并得出相应的结果并列出相应的表格。有所列表可以得出的结论是，这个轴材料并不符合之前所要求的GB/T3077-1999的42CrMo钢成分结构，而是采用了另外一种调制刚。即（GB/T699-1999的50钢）。

（三）金属显微组织的观察。首先要进行金相制样；具体步骤是，在轴的外层表面取点，采用浓度约为4%的硝酸溶液和酒精的混合溶液对其进行腐蚀操作。过了一定的时间之后，在金像显微镜下仔细观察可以发现，他的纤维组织是沿着境界呈现网状分布的铁素体和呈现片状的珠光体，还有为数不多的魏氏组织。42CrMo钢和50钢调质热处理之后的应该出现的金像组织不是回火索氏体和量及其微小的铁素体，但是这个轴的金相组织不是回火的索氏体却呈现出原始的正火态的组织现象。这一现象的出现表明这个轴并没有按照之前的要求进行调制处理过程。

对于经过回火过程的索氏体组织，出现的状况应该是由很高的强度，同时应该表现出来良好的韧性。这种性能直接决定了用这种材料所制造出来的轴类零件会有很强的扭转韧性和抗弯强度，这两项性能指标的出现决定其断裂强度的提高。钢的抗拉强度并不会由于魏氏组织的存在而发生显著地变化，但是对于钢的塑性的降低却有着很明显的影响。尤其是抗冲击的韧度，在很大程度上有所降低。经常伴随魏氏组织共同出现的便是体积很大的奥氏体晶粒，对于钢的力学性能也有很大程度的影响。魏氏组织是由于在加热过程中没有进行好对于温度的控制操作，温度过于高所导致的。而网状组织的出现则是因为加热温度过高但是在冷却过程中没有及时的冷却到位，速度过低所引起的。就是说网状组织和魏氏组织有着相同的形成机理便是温度的因素，且为加热温度过高。故而将这两类规定为过热组织。这种组织会在很大程度上对钢的韧性起到破坏性的作用。这也是轴断裂现象出现的一大重要的因素。

（四）硬度的检测。硬度测试所选取的位置也是轴类零件的外表面处。出现的结果是，轴表面硬度的平均值是203HB左右，这距离调制硬度所要求的270-300HB具有一定的差距。这种现象额出现说明了这根轴并没有经过调制的处理过程。

二、结语

由以上的阐述我们可以得出相应的结论便是，这个减速机的高速轴断裂的主要原因是没有按照所规定的要求选用42CrMo钢，同时并没有按照规定的步骤进行相应的调制处理过程。同时还有一些其余的外在原因便是，本身并没有采用严格规范的热处理的工艺流程，同时结构的设计更是缺少了很多必要而且合理的步骤。种种多方面的因素所导致的最终低周疲劳断裂现象的出现。而对于这种现象的预防，我们也有相应的应对措施。论述如下：

（一）应该按照图纸严格对于生产的过程加以规范性的控制，同时选材上也应该尽量的规范化。热处理过程也应该采用相应的规范化的步骤。

（二）通过正火处理的方式来加工经理粗大以及原材料中由组织缺陷的材料。这一过程可以相应的对晶粒加以细化，对于魏氏体的出现和预防以及网状组织的消除具有很好的预防性作用。

（三）合理的修正制造的图纸，将键槽置于界面变化较多的位置，从而对于应力集中现象的出现起到预防和控制的关键性作用。

参考文献：

[1]雷旻，梁益龙，万明攀.减速机高速齿轮轴断裂失效分析[J].金属热处理，2007，32（增刊）：234-238.

[2]夏立芳.金属热处理工艺学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.

[3]戚正风.金属热处理原理[M].北京：机械工业出版社，1987.

[4]杨湘洪.电机轴的断裂分析及优化设计[J].机床与液压，2005，3：109-110.

齿轮轴设计课程设计篇4

机械基础课程设计一级闭式圆柱齿轮减速器 5月

第一章绪论………………………………………………………………………………………………………

第二章课题题目及主要技术参数说明…………....…………………………………………………….

2.1 课题题目

2.2传动方案分析及原始数据

第三章减速器结构选择及相关性能参数计算…………………………………………………………

3.1 减速器结构 3.2 电动机选择 3.3 传动比分配 3.4 动力运动参数计算

第四章齿轮的设计计算(包括小齿轮和大齿轮)……………………………………………………….

4.1闭式齿轮传动设计

4.1.1闭式齿轮选材

4.1.2闭式齿轮的设计计算与强度校核 4.1.3闭式齿轮的结构设计数据： 4.2开式齿轮传动

4.2.1齿轮选材

4.2.2齿轮的设计计算与强度校核

第五章轴的设计计算(从动轴)…………………………………………………………………………….

5.1Ⅰ轴（电动机轴）的尺寸设计

5.1.1Ⅰ轴的材料和热处理的选择 5.1.2Ⅰ轴几何尺寸的设计计算 5.2Ⅱ轴（输出轴）的尺寸设计和强度校核

5.2.1Ⅱ轴的材料和热处理的选择 5.2.2Ⅱ轴几何尺寸的设计计算 5.2.3Ⅱ轴的强度校核

第六章轴承、键和联轴器的.选择……………………………………………………………………….

6.1 轴承的选择及校核 6.2 6.3 联轴器的选择

…………...

7.1 润滑的选择确定 7.2 密封的选择确定 7.3箱体主要结构尺寸计算

7.4减速器附件的选择确定

第八章总结…………………………………………………………………………………………………… 参考文献

第一章绪论

本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《机械制图》、《工程力学》、《公差与互换性》等多门课程知识，并运用《AUTOCAD》软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：

（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。

第二章课题题目及主要技术参数说明

2.1课题题目：一级闭式圆柱齿轮减速器 2.2传动方案分析及原始数据： ? 设计要求：

带式运输机连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，运输带速允许误差为50%。使用期限为，大修期三年，小批量生产，两班制工作。

- 2 -

? 原始数据：A11

运输带卷筒所需功率P/(kW)：5.8；运输带卷筒工作转速n (r/min)：88 卷筒中心高H (mm)：300

? 设计任务：

1) 减速器装配图1张（A0或A1图纸）；

2) 零件工作图2～3张（传动零件、轴、箱体等，A3图纸）；

3) 设计计算说明书1份，6000～8000字。说明书内容应包括：拟定机械系统方案，进行机

构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴（许用应力法和安全系数法）、键的强度校核，联轴器的选择、设计总结、参考文献、设计小结等内容。

? 结构设计简图：

- 3 -

图1 带式输送机传动系统简图

? 设计计算说明书

第三章减速器结构选择及相关性能参数计算

- 4 -

- 5 -

- 6 -

- 7 -

第四章齿轮的设计计算

- 8 -

- 11 -

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- 14 -

- 15 -

第五章轴的设计计算

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第六章轴承、键和联轴器的选择

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- 23 -

第七章

减速器润滑、密封及附件的选择确定以及箱体主要结构尺寸的计算及装配图

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总结

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- 28 -

- 29 -

桂林电子科技大学机电工程学院 0800150231张成伟

五年级科学《齿轮》教学设计篇5

《齿轮》教学设计

一、导入

同学们喜欢玩玩具吗？（出示风车玩具）这是什么呀？（风车）大家再熟悉不过了，风一吹风车就能转。今天我还带来一个自己制作的风车玩具，但是我这个风车呀不用风吹也照样能转。你信吗？注意观察，奇迹就要发生了。（转动齿轮让风车转动）想不想知道其中的奥秘到底在哪里？（反过来看后面的齿轮）看来齿轮在里面发挥了重要的作用，到底齿轮有什么作用呢？今天我们就来研究齿轮的作用。（板书课题：齿轮）

二、探究新知

１、认识齿轮

今天我也带来一些齿轮请大家看大屏幕，仔细观察这些齿轮有什么共同特点？（圆的、周围有齿）生活中我们把这种边缘有齿，能转动的轮子叫做齿轮。你知道中间的孔是怎么用吗？（拿起泡沫塑料和一根轴演示）如果我想把齿轮固定在这个位置，把轴穿过齿轮中间的孔，这样就固定好了。

２、让齿轮转起来

老师给你几个齿轮你能把它们固定好吗？再试试能不能让所有的齿轮一起合作转动起来？

小组活动。

玩完了吗？是不是所有的齿轮都可以组合在一块转动？有没有不行的？（有），齿的距离大小分隔一样才能一起转，（出示不同的那个齿轮）那这个行不行？能组合在一块吗？（不能）同学们的这个发现很重要。齿轮的齿只有互相咬合起来才可以运动起来。

（活动一）

通过刚才的活动我们知道齿轮的齿只有互相咬合才可以运动。那我们就让这两个齿轮咬合在一起，这样就能转动了。当他们一起转动时，你还会有什么发现呢？仔细观察，把你的发现写下来。在这里老师也给大家提一点建议（课件出示）小组分工合作，认真观察，及时交流，并把记录填写下来。

小组实验。

完成的小组快速坐好。刚才在实验过程中我发现同学们能把发现的及时记下来这是一个很好的习惯，而且大家分工合作做得非常好，现在咱们来交流一下，把你的发现与其他小组的同学说一说。

（１）一个齿轮转另一个齿轮也转。

师：哪个小组先来说说你们组的发现？

生：转动一个，另外一个也转。

师：老师将齿轮标号１、２，你的意思是转动齿轮１，生说齿轮２也转动

师：老师也试试，果真如此，我们把力量施加给齿轮１，齿轮２转动的力量从哪里来呢？谁来说说你的看法。

换句话说，我们把力量传给齿轮1→2，是这样吗？

师：那根据刚才的分析，谁来说说齿轮有什么作用呢？

生：概括齿轮作用：传力

师：如果转动２，那么齿轮１也转动。

生：转动其中任何一个其他齿轮都转。

（２）一个齿轮顺时针转动另一个齿轮逆时针转动。

师：齿轮还有其他作用吗？哪个小组再来说说你们地发现。

生：转动的方向不一样，师：谁和谁的转动方向不一样？你能具体的说说吗？

师：要想让齿轮１顺时针转动，和它咬合在一起的齿轮２就会（生：逆时针转），要让齿轮１逆时针转动，齿轮２就会（生：顺时针转）

换句话，齿轮２的转动方向靠齿轮１的转动方向来改变。

师：谁再来给齿轮的这个作用起个名。

生：改变转动方向

（3）大齿轮转的慢，小齿轮转的快

师：来，哪个小组再来说说你们观察到得现象？

生：大齿轮转的慢，小齿轮转的快。

师：同意他的观点吗？

师：其实大小齿轮组合时总是小齿轮转得快，大齿轮转的慢，你觉得和这两种齿轮的什么有关呢？

生：大小。

师：对，大小齿轮的齿数是不同的。通常齿轮转的圈数少我们就说它转的慢，齿轮转动圈数多我们就说它转得快。那么大小齿轮组合转动时，齿数和圈数到底有什么关系呢？科学课还得用准确的数据来说话才更有说服力。我们再利用这两个齿轮进一步研究研究。

小组再研究、汇报。

师：那老师可要考考你了。老师这有个齿轮，老师想让它转的快一点，你觉得我们可以找个什么样的齿轮来带动它，为什么？那要让它转的慢点呢？

师：也就是说，我们可以利用大小不同的齿轮来改变齿轮的转动速度，谁来给齿轮的这个作用起个名儿？

生：改变转动速度。

师：经过大家的努力，认真观察分析总结，原来齿轮具有这样的作用：传力、改变转动方向、改变转动速度。其实在齿轮转动时，在传递力的同时方向、速度就会发生改变。

（活动二）

刚才我们用2个齿轮研究了它的3个作用，真了不起。想不想再玩更多的齿轮，看看它们转起来是什么样的，转动起来后仔细观察，看还会发现什么？（打开材料包2）

（1）传递力

师：在传递力方面你有什么新发现？

生：把齿轮一字摆开的咬合在一起，只要转动一个齿轮，咬合在一起的齿轮都会转动起来。

师：现在是４个齿轮，如果给你更多齿轮呢？

生：所有的齿轮都会转动起来。

师：你有没有遇到不能转动的情况？

生：有三个齿轮不是一字摆开而是互相咬合就转不动。

师：那为什么这样组合就不能转动呢？谁能解释原因？

生：相互咬合的齿轮转动方向必须是相反的，三个齿轮互相咬合时其中两个齿轮转动方向相同，所以没法转动。

师：所以，在组合齿轮时一定要注意两两组合，如果出现三个齿轮互相咬合的情况就不能正常工作了。

（２）改变方向

平面上转动方向的规律

师：你发现了齿轮的转动方向有什么规律？

生：我发现第一个齿轮顺时针转动第三个齿轮顺时针转动，第二个齿轮逆时针转动第四个齿轮逆时针转动。

师：你再看１和２，２和３，３和４呢，方向是怎样的？

生：相邻的齿轮转动方向相反。

师：都同意吗？那老师可要考考你了，再加第五个齿轮，什么转动方向？

生：顺时针转动

师：再加第六个齿轮呢

生：逆时针转动。

师：同学们发现了吗？如果我想让它们的方向改变，只需要改变什么就能改变方向？

生：改变齿轮的数量。

‚水平方向的转动变竖直方向的转动

师：老师发现同学们已经有了新奇的发现，如果你还想有更多的发现可以到老师这领一张探究提示卡，继续探究。

师：说说有什么发现？

师：这样组合的齿轮什么也发生改变？

生：转动方向

师：其实生活中这种平面的齿轮组合成立体的齿轮，就可以把力传递到任何一个位置。

三、生活中的实际应用

通过学习我们发现齿轮的作用真不小。实际上我们生活中有很多物品都用到齿轮，应用了齿轮的一个或多个作用？你在生活中的哪些地方见到过？它们主要应用了齿轮的哪个作用？（自行车、削笔刀、修正带）（变速自行车：在这里齿轮主要起了一个什么作用，改变速度；录音机：在这里齿轮主要起了一个什么作用，改变方向，传递力；）。你再回过头来看看我们的这个风车玩具，你能不能用今天学到的知识来解释解释风车为什么能同时转动，而且向不同的方向转动的速度不一样？

四、课后拓展

单级齿轮减速器机械优化设计范文篇6

机械优化设计

课题名称：单级齿轮减速器的优化设计学院：机电工程系

专业班级：机械设计及其自动化143 学号学生：指导老师：

青岛理工大学教务处 2016年11月27日

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

摘要

机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。常用的机械优化设计方法包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主要性能指标。

机械优化设计的目的是以最低的成本获得最好的效益,是设计工作者一直追求的目标,从数学的观点看,工程中的优化问题,就是求解极大值或极小值问题,亦即极值问题。本文从优化设计的基本理论、优化设计与产品开发、优化设计特点及优化设计应用等方面阐述优化设计的基本方法理论。

关键词：机械优化设计；优化方法；优化应用。

摘要.........................................................II 1设计任务.....................................................1 2 齿轮的传统设计..............................................2 3优化设计的数学模型...........................................7

3.1确定设计变量和目标函数................................................7 3.2确定约束条件..........................................................7 Matlab计算机程序............................................9 5结果分析....................................................11 参考文献.....................................................12

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

1设计任务

设计如图2-40所示的单级直齿圆柱齿轮减速器，其齿数比u3.2，工作寿命要求10年两班制，原动机采用电动机，工作载荷均匀平稳，小齿轮材料为40Cr,调质后表面淬火，齿面硬度HB=235~275，[H]1531MPa,[F]1297.5MPa,大齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度为HB=217~255，[H]2513MPa，[F]2251.4MPa，载荷系数k=1.3，P=28KN，n=1440rad/min要求在满足工作要求的前提下使两齿轮的重量最轻。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书齿轮的传统设计

一、按齿面接触疲劳强度设计(1)由式子试算小齿轮分度圆直径，即

d131）

2KH1T1d*u1ZHZEZ2*()[H] u[H]确定公式中的各参数值

1.试选KH11.3

2.计算小齿轮传递的转矩。

T19.55106P/n9.5510628/1440Nmm18.569104Nmm

3.查表并查图选取齿宽系数d1，区域系数ZH2.5，材料的弹性影响系数ZE189.8MPa，4.计算接触疲劳强度用重合度系数Z*a1arccos[z1cos/(z12ha)]arccos[24cos20/(2421)]29.841*a1arccos[z2cos/(z22ha)]arccos[77cos20/(7721)]23.666

[z1(tana1tan`)z1(tana2tan`)]/2

[24(tan29.841tan20)77(tan23.666tan20)]/21.711Z441.7110.873 335.计算接触疲劳强度许用应力[H]

查图得小齿轮和大齿轮测接触疲劳极限分别为[Hlm1]590MPa、[Hlm2]540MPa

计算应力循环次数：

N160n1jLh6014401(2830010）4.1472109

N 2N1/u4.147210/(77/24)1.29310查图取接触疲劳寿命系数KHN10.90、KHN20.95。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

取失效概率为1%、安全系数S=1，由式子得[H]1KHN1Hlim10.90590MPa531MPaS1KHN2Hlim20.95540MPa513MPa

S1[H]2取[H]1和[H]2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即

[H]1[H]2513MPa

2）试算小齿轮分度圆直径

d132KH1T1d*u1ZHZEZ2*()u[]74.466mm421.39.94810（77/24）12.5189.80.87323()mm

1（77/24）513

（2）调整小齿轮分度圆直径 1）计算实际载荷系数前的数据准备。

1、圆周速度v。

vd1tn160100074.4661440601000m/s5.6m/s

2、齿宽b.bdd1t174.466mm74.466mm2)计算实际载荷系数Ku。

1、查表取使用系数KA1。

2、根据v5.6m/s、7级精度，查图得动载荷系数Kv1.2。

3、齿轮的圆周力。

F t12T1/d1t29.948104/74.466N4.987103NKF t1b13.32910/74.466N/m66.9N/mm100N/mm查表得齿间载荷分配系数KH1.2

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

4、查表用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载荷分布系数KH1.421。由此，得到实际载荷系数

KHKAKvKHK H11.21.21.4212.0513)由式子得，可得按实际载荷系数算得的分度圆直径d1d13KH2.05174.46686.675mm KHt1.3 及相应的齿轮模数

md1/z186.675/24mm3.611mm

二、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）由式子试算模数，即

m132KF1T1YYFaYSA*()[F]dz121)确定公式中的各参数值

1、试选KF11.3。

2、由式子计算弯曲疲劳强度用重合度系数。

Y0.250.750.250.750.688 1.7113、计算YFaYsa。[F]查图得YFa12.65、YFa22.23。应力修正系数Ysa11.58、Ysa21.76。小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为Flim1490MPa、Flim2400MPa。弯曲疲劳寿命系数 KFN10.85、KFN20.88。取弯曲疲劳安全系数S=1.4。由式子得

[F]1KFN1Flim10.85490MPa297.5MPa S1.4KFN2Flim20.88400MPa251.4MPa S1.4[F]2 4

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

YFa1Ysa12.651.580.0141 [F]1297.5YFa2Ysa22.231.760.0156 [F]2251.4因为大齿轮的YFaYsa大于小齿轮，所以取 [F]YFaYsaYFa2Ysa20.0156 [F][F]22）试算模数

m132KF1T1YYFaYSA21.39.9481040.6883*()0.015622[F]dz1124

2.080mm

（2）调整齿轮模数

1）计算实际载荷系数前的数据准备。

1、圆周速度v。

dmtz12.08024mm49.92mm

vd1tn160100049..921440601000m/s3.76m/s

2、齿宽b。

bdd1149.92mm49.92mm3、宽高比b/h

**h(2hac)m1(210.25)2.080mm4.68mmd

b/h49.92/4.6810.672)计算实际载荷系数KF

1、根据v.3.76m/s，7级精度，查图得动载荷系数Kv1.08

2、由F t12T1/d1t29.948104/49.92N7.44103N，查表得齿间KAF t1/b17.44103/49.92N/mm149N/m100N/mm载荷分配系数KF1.0。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

3、查表用插值法查得KH1.417，结合b/h10.67查图得KF1.34。则载荷系数为

KFKAKvKFK F11.171.421.42.333)由式子，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数

mm13KF2.332.0802.527mm KFt1.3对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.527mm并就近圆整为标准值m3mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径d186.675mm，算出小齿轮齿数z1d1/m86.675/328.89。取z129，则大齿轮齿数z2uz13.22992.4，取z292，z1与z2互为质数。

这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

3优化设计的数学模型

3.1确定设计变量和目标函数

取设计变量和目标函数x[x1,x2,x3]T[m,z1,d]T，其中m为齿轮模数，z1为小齿轮齿数，d为齿宽系数。

设小齿轮分度圆直径为d1，大齿轮分度圆直径为d2，齿轮宽度为b，要求圆柱齿轮的重量最轻，也就要求体积最小，因此可建立目标函数：

f(x)（d1d22)b

4由齿数比ud2b，齿宽系数d，目标函数转化为：

d1d1f(x)（1u2（）mz1)3d48.8279x1x2x3

3.2确定约束条件

（1）边界约束条件

模数限制：2x110；齿数限制：20x240；齿宽系数限制：0.8x31.4；

（2）性能约束

（接触疲劳强度的限制：g1x)H-[H]ZHZE2KT1u1*[H]0 3udd1式中：H为齿面接触疲劳强度；K为载荷系数，K=1.3；ZH为节点区域系数，ZH=2.5；ZE为弹性影响系数，ZE=189.8，代入以上参数得g(x)377717.238xxx333125500

2KT1YFYS[F]0 32mz1d弯曲疲劳强度的限制：F-[F]

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

式中，为齿根弯曲疲劳强度；为齿形系数；为齿根应力校正系数。YF112.518612.51862.063，YF22.063

uz13.01794z13.0179422.70422.704Y1.97，F1

z134.6uz134.6YF11.97代入以上参数得：

g（（2x)48279412.518622.70422.063)(1.97)/(x13x2x3)2900

x23.01794x234.612.518622.70422.063)(1.97)/(x13x2x3)21003.2x23.017943.2x234.6g（（3x)48279

4《单级齿轮减速器的优化设计》说明书 Matlab计算机程序

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

5结果分析

(1)对比分析发现：在齿轮可靠性得到保证的前提下，优化后的目标值比原设计目标值减少24%；

(2)优化结果表明：优化方案比给定方案节省材料，降低成本，效益明显，对减速设计具有良好的参考价值。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

参考文献

【1】《机械设计基础》（主编李国斌）机械工业出版社

【2】《机械制图与公差》（主编：王志泉、项仁昌；主审：金潇明）清华大学出版社

加工齿轮轴工艺试验研究篇7

关键词：齿轮轴,工艺试验,关键工序

1 问题的提出

由于结构设计的需要, 齿轮轴长径比L/D一般都较大, 我厂生产的齿轮轴L/D=3～7不等, 这种产品, 渗碳并淬火后变形较大, 给后续加工带来很多困难, 并且关键的质量要求无法保证, 尤其是一些重载、高速运转、可靠性要求较高的传动部件。如果处理不当会造成零件损坏, 甚至造成整机报废。

如图1所示, (1) 设计要求有效硬化层深为2～3mm。齿面磨削时, 为确保硬化层深, 磨齿余量不会留得太大 (因为这种重型设备可靠性是关键指标) , 而变形导致磨削余量不均匀, 磨后齿轮有效硬化层不均匀, 将直接影响整机寿命。 (2) 输入端设计有宽40mm的键槽, 配合表面为准155H7/s6, 为过盈配合, 若键槽对称度超差, 会造成装配困难, 如果热处理前加工完, 热处理后键槽的尺寸公差及形位公差都会超差。

根据多年工作的实践, 解决这些问题只能从机加工艺和相应的工装上入手。

2 工艺方案的确定

以图1所示的产品为例, 要保证磨齿后齿部质量和输入端键槽符合图纸要求, 关键在于所有被测要素必须对统一基准的位置度处于理想状态, 也就是说被测要素对于两端中心孔所模拟的中心线处于理想状态。

基于上述思路设计的工艺方案为:锻坯→粗车→调质→精车Ⅰ→粗磨外圆Ⅰ→切齿→热处理 (渗碳+淬火) →修中心孔→精车Ⅱ→粗磨外圆Ⅱ→磨齿形→铣键→精磨。

3 对关键工序的要求

(1) 精车Ⅰ时, 作两端中心孔如图2所示, 便于热处理后重新修正60°工作面。

(2) 由于热处理变形, 精车Ⅰ时输入端尺寸车至准156mm (即单键40N9处) , 表面涂防渗剂, 控制热处理硬度, 便于热处理后车去表面硬层, 降低加工键槽难度。

(3) 热处理后, 修正中心孔, 其实就是以热后齿轮分度圆为基准重新作中心孔 (即基准) , 要求校正齿长方向两端节圆跳动在0.03mm以内, 修两端中心孔60°工作面并研磨, 粗糙度不高于Ra0.8。

(4) 以修正后中心孔为基准, 车去准156mm表面硬层至准151mm, 粗磨后铣键槽。

(5) 粗磨准175mm及准151mm两处, 粗糙度不高于Ra0.4, 跳动不得超过0.03mm。

(6) 该齿轮轴总长为530mm, 且齿轮在一端超出Y7163A加工范围, 为解决在Y7163A上磨削问题, 需重新设计磨齿工装。

(7) 顶两端中心孔铣键槽, 键槽形位公差及尺寸公差很容易保证。