1、 中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院： 机械与动力工程学院专 业： 机械电子工程设计(论文) 题目： 齿轮轴承传动系统实验装置设计指导教师: 武建德2017 年 03 月 10 日毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：文献综述1.1 齿轮、轴承的作用 齿轮是指轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件 1。齿轮在传动中的应用很早就出现了。19 世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。轴承是指用于确定旋转轴与其他零件相对运动位置，起支承或导向作用的零部件。轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷
2、摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类 2。1.2 齿轮、轴承的分类1.2.1 齿轮的分类（1）从结构上讲，齿轮一般有轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆 3。（2）齿轮按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮 ；按齿线形状分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮；按轮齿所在的表面分为外齿轮、内齿轮；按制造方法可
3、分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。现代齿轮技术已达到：齿轮模数 O.004100 毫米；齿轮直径由 1 毫米150米；传递功率可达上十万千瓦；转速可达几十万转/分；最高的圆周速度达 300 米/秒4。1.2.2 轴承的分类（1）直线运动轴承：早期的直线运动轴承形式，就是一排在撬板下放置一排木杆。现代直线运动轴承使用的是同一种工作原理，只不过有时用球代替滚子。最早的滑动和滚动体轴承是木制的。陶瓷、蓝宝石或者玻璃也有使用，钢、铜、其他金属、塑料（比如尼龙、胶木、特氟隆和 UHMWPE）都被普遍使用。 （2）旋
4、转轴承：从重载车轮轴和机床主轴到精密的钟表零件很多场合都需要。最简单的旋转轴承是轴套轴承，它只是一个夹在车轮和轮轴之间的衬套。这种设计随后被滚动轴承替代。最早投入实用的带有保持架的滚动轴承是钟表匠约翰哈里逊于1760 年为制作 H3 计时计而发明的。 （3）球轴承：在意大利发现的一艘古罗马船只上，发现了早期的的实例。球轴承的各种不成熟因素中，有很重要的一点就是球之间会发生碰撞，造成额外的摩擦。但是可以通过把球放进一个个小笼里防止这种现象。17 世纪，伽利略对“固定球”的，或者“笼装球”的球轴承做过最早的描述。但在随后相当长的时间里，在机器上安装轴承一直没有实现。第一个关于球沟道的专利是卡马森的
5、菲利普沃恩在 1794 年获得的。 （4）轴承按载荷方向可分为：径向轴承，又称向心轴承，承受径向载荷。止推轴承，又称推力轴承，承受轴向载荷。径向止推轴承，又称向心推力轴承，同时承受径向载荷和轴向载荷 5。按轴承工作的摩擦性质不同可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。（5）滚动轴承又可分为：角接触轴承、外球面轴承、直线运动轴承、深沟球轴承、推力球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承 、滚针轴承、球面滚子轴承、推力圆柱滚子轴承、推力圆锥滚子轴承、推力滚针轴承、推力球面滚子轴承、推力角接触球轴承等 6。1.3 国内外对齿轮、轴承的研究现状1.3.1 国内外对齿轮的研究现
6、状（1）国内的研究现状据史料记载，远在公元前 400200 年的中国古代就巳开始使用齿轮，在我国山西出土的青铜齿轮是迄今巳发现的最古老齿轮，作为反映古代科学技术成就的指南车就是以齿轮机构为核心的机械装置。17 世纪末，人们才开始研究，能正确传递运动的轮齿形状。18 世纪，欧洲工业革命以后，齿轮传动的应用日益广泛；先是发展摆线齿轮，而后是渐开线齿轮，一直到 20 世纪初，渐开线齿轮已在应用中占了优势。（2）国外的研究现状早在 1694 年，法国学者 Philippe De La Hire 首先提出渐开线可作为齿形曲线。1765 年，瑞士的 LEuler 提出渐开线齿形解析研究的数学基础，阐明了相
7、啮合的一对齿轮，其齿形曲线的曲率半径和曲率中心位置的关系 7。对渐开线齿形应用作出贡献的是 Roteft WUlls，他提出中心距变化时，渐开线齿轮具有角速比不变的优点。1873年，德国工程师 Hoppe 提出，对不同齿数的齿轮在压力角改变时的渐开线齿形，从而奠定了现代变位齿轮的思想基础。19 世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，使齿轮加工具军较完备的手段后，渐开线齿形更显示出巨大的优越性。切齿时只要将切齿工具从正常的啮合位置稍加移动，就能用标准刀具在机床上切出相应的变位齿轮。1908 年，瑞士 MAAG 研究了变位方法并制造出展成加工插齿机，后来，英国 BSS
8、、美国AGMA、德国 DIN 相继对齿轮变位提出了多种计算方法。 为了提高动力传动齿轮的使用寿命并减小其尺寸，除从材料，热处理及结构等方面改进外，圆弧齿形的齿轮获得了发展。1907 年，英国人 Frank Humphris 最早发表了圆弧齿形。1926 年，瑞土人 Eruest Wildhaber 取得法面圆弧齿形斜齿轮的专利权。1955 年，苏联的 MLNovikov 完成了圆弧齿形齿轮的实用研究并获得列宁勋章。1970 年，英国 RolhRoyce 公司工程师 RM.Studer 取得了双圆弧齿轮的美国专利。这种齿轮现已日益为人们所重视，在生产中发挥了显著效益 8-10。1.3.2 国内外
9、对轴承的研究现状（1）国内的研究现状中国是世界上较早发明滚动轴承的国家之一，从考古文物与资料看，中国最古老的具有现代滚动轴承结构雏形的轴承，出现于公元前 221207 年 (秦朝)的今山西省永济县薛家崖村。（2)国外的研究现状在十七世纪末，英国的 C.瓦洛设计制造球轴承，并装在邮车上试用以及英国的 P.沃思取得球轴承的专利。十八世纪末德国的 H.R.赫兹发表关于球轴承接触应力的论文。在赫兹成就的基础上，德国的 R.施特里贝克、瑞典的 A.帕姆格伦等人进行了大量的试验，对发展滚动轴承的设计理论和疲劳寿命计算作出了贡献。随后，俄国的 N.P.彼得罗夫应用牛顿粘性定律计算轴承摩擦。英国的 O.雷诺对
10、托尔的发现进行了数学分析，导出了雷诺方程，从此奠定了流体动压润滑理论的基础。1.4 本次齿轮轴承传动系统实验装置先设计的意义 齿轮是各种机器上必不可少的传动零件，对齿轮的各种性能进行测试是保证齿轮可靠的必经之路。齿轮轴承试验装置能按照设计对各零件进行组装，使之成为一套完整的传动系统，并对传动系统中的各零件进行多项实验，如结合检测系统，可以试验齿轮制造精度对轴线回转精度、传动的震动与噪声的影响； 试验轴承精度、 支撑刚度等对轴线回转精度、 传动的震动与噪声的影响； 试验齿轮润滑和轴承润滑对传动震动温升和噪声的影响。通过本次齿轮、轴承组和传动装置设计，我认识到齿轮机构用于任意两轴之间运动和动力的传
11、递，是机械传动中应用最为广泛的一种传动形式， 。其传动的主要优点是：工作可靠性高；寿命较长；传动比恒定；传动效率高；可实现任意两轴之间的传动；适用的功率和速度范围广。轴承是支撑轴及轴上零件的部件。它可以保持轴的旋转精度，也可以减小轴与支撑之间的摩擦和磨损。在设计过程中我将进一步学习轴系设计的相关知识，熟悉传动装置设计时各传动件的选材、工作能力的计算、强度校核等过程，学习并熟练使用二维制图软件。本次设计将使我对大学四年来所学知识进行整理、复习并应用，培养我的工作能力，提升我的专业素质，为我以后的工作打下坚实的基础。参考文献1 戴丽玲.现代机械工程制图.北京：科学出版社，2014：2632 张松林
12、.轴承手册.中国机械工程学会，2004.3 邱宣怀. 机械设计.北京：高等教育出版社，2008.4 欧阳志喜,石照耀. 塑料齿轮设计与制造.北京：化学工业出版社，2011.1031045 孙恒，陈作模.机械原理M.北京：高等教育出版社，2001.6 成大先等编著.机械设计手册.第 3 卷.第四版.北京：化学工业出版社，20027 N.A.Wright,S.N.Kukureka.Wear testing and measurement techniques for polymer composite gears.wear 251,2001:1567-1578P8 Institute of Mac
13、hine Element Gear Research Center(FZG).http:/www.fzg.mw.tum.de9 J.Castro,J.seabra.Global and local analysis of gear scuffing testsUsing a mixed film lubrication model.Tribiol Int (2007),doi:10.1016/j.triboint,2007:1-12P10 Castro J,Sotomayor A,Seabra J.Experimental and analytical scuffingCriteria for
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15、此轮减速箱的传动效率测试.山东机械.2001（2）：18-1917 钮海彦.高速准高速列车传动齿轮箱实验技术的研究.铁道机车车辆.2002:200-20318 刘白，王大鹏.齿轮传动效率的试验研究.机械工程学报.2001,34（1）：109-112毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案：2.1 本装置的工作原理本装置的工作原理是通过使用不同尺寸的传动件及支撑件组装出不同的传动系统，使得传动系统拥有不同的传动比、传动效率。（1）圆柱齿轮减速器：展开式（2）圆锥圆柱齿轮减速器2.2 本装置的组成本齿轮轴承装置由底座，不同尺寸的齿轮、蜗轮蜗杆、圆锥齿轮，不同规格的传动轴、轴承、轴承端盖及与其配套的套
16、筒等零件构成。2.3 本课题要研究或解决的问题如本课题所涉及的齿轮、轴承试验装置，是一种很实用的科研产品。 该试验装置通过安装不同精度不同形式的齿轮，并加装配套的轴、轴承、套筒等零件，可以对对所设计的齿轮组的传动效率、磨损情况进行测试，也可以加装扭矩、转速、温度等传感器来进行实时采集和处理各种现场数据，对齿轮组综合性能进行测试。本次设计将应用齿轮、轴承试验装置，设计一套齿轮组传动装置，并对其进行一定的测试分析与研究。需解决的问题：1、选择什么型号的电动机作为动力来源？2、试验台可提供的中心距为一组固定的数据，传动件需满足中心距要求。3、传动有五种不同的传动形式，可根据输出要求选择传动形式，确定
17、传动件。4、传动件确定之后如何选择支承件，轴承选用哪种轴承？选择哪种轴承端盖？5、如选择斜齿齿轮传动，则中间轴上齿轮安装时怎样相互抵消齿轮间轴向力？6、如何选择确定输入轴、中间轴、输出轴？7、齿轮、轴承在轴上如何定位？8、怎样对传动装置进行润滑？2.4 拟采用的设计方法1、根据齿轮传动装置所需输出功率、扭矩及转速，选定所需电动机型号；2、试验装置可提供的中心距为固定的一组数据，结合由电动机具体参数和齿轮轴承传动装置输出参数确定传动装置的总传动比，根据齿轮轴承试验台现有齿轮模数、齿数、分度圆半径，合理分配各级传动比。根据以上参数，选择最适合的尺寸作为本次设计的传动装置的中心距；3、根据传动系统的
18、需要，考虑齿宽系数、齿轮齿数和齿轮精度，结合实验装置提供的各齿轮的参数，选择直齿齿轮、斜齿齿轮作为传动零件；4、如选择直齿齿轮传动，则轴承选用深沟球轴承；如选用斜齿齿轮传动，则轴承选用角接触球轴承。按照所用轴承对应选择轴承端盖。5、如选择斜齿齿轮传动，则根据斜齿轮的转向及旋向，确定中间轴上两个齿轮的安装方向，使得两齿轮相互抵消一部分轴向力；6、由选出的齿轮相关尺寸结合实验装置提供的各传动轴，选择确定输入轴、中间轴、输出轴；7、齿轮在轴上的定位依靠轴肩与套筒，轴承定位依靠轴肩与轴承端盖。因实验装置中轴承与轴间配合经常拆装，所以轴承与轴之间的配合应为过渡配合。8、各零件设计完成后利用齿轮轴承试验台对所设计传动系统进行组装试验，试验时可将试验台浸入一定深度的油池模拟传动装置的润滑条件，研究该传动装置的传动效率。
