電動自行車傳動裝置設計含開題及5張CAD圖
電動自行車傳動裝置設計含開題及5張CAD圖,電動自行車,傳動,裝置,設計,開題,CAD
XXX
設計任務書
院(系) 專業(yè)班級
學生姓名
一、畢業(yè)設計題目 新型電動自行車傳動裝置開發(fā)
二、畢業(yè)設計工作自___20XXX ___年 11 月 19 日 起至 20XXX 年 6 月 20 日止
三、畢業(yè)設計進行地點: 校內
四、畢業(yè)設計內容要求
1.選題的背景及意義
目前我國電動自行車存在的主要問題：
（1）車速超標，不符合國家標準規(guī)定，事故頻發(fā)、安全性差。
（2）騎行功能差。由于整車重量大和曲柄間距大，超出了人機工程學要求的正常反應，造成騎行費力，已經失去了普通自行車的騎行功能。
（3）輕摩化趨向明顯，已偏離電動自行車技術要求。
2.本畢業(yè)設計簡介
本設計針對上述現(xiàn)有技術中的不足，將少齒數(shù)齒輪傳動技術應用于電動自行車傳動系統(tǒng)中，開發(fā)一種保證電動時車速不超過20Km/h的電動自行車傳動裝置。
3.應完成的主要任務
（1) 閱讀有關大變位齒輪傳動設計方面的專著，了解變位齒輪傳動設計應考慮和解決的主要問題；閱讀有關少齒數(shù)齒輪傳動方面的最新研究成果，熟悉其傳動理論與特點。
（2)在對現(xiàn)有電動自行車傳動原理分析結果的基礎上，提出一新型電動自行車傳動方案，進行傳動裝置結構設計，設計其主要零件的工作圖。整理設計計算說明書一份。
設計參數(shù)：
傳遞功率不超過0.6kw；
輸入轉速3000rpm；
傳動比36，由直流電機驅動，工作壽命4年（設每年工作200天），每天工作2小時，齒輪材料38GrMnAlA。
指 導 教 師 張國海 系(教 研 室) 機械設計制造及其自動化
系(教研室)主任簽名 批準日期 2012-11-18
接受設計任務開始執(zhí)行日期 學生簽名
新型電動自行車傳動裝置開發(fā)
題 目
新型電動自行車傳動裝置開發(fā)
1選題的目的及研究意義
1.1選題的目的
近年來電動車行業(yè)發(fā)展迅速，使用電動車的人越來越多，電動車的安全狀況備受關注，電動自行車的事故頻發(fā)，多數(shù)是由于電動車的車速過快，人體反應不及時造成的，本課題研究的目的是開發(fā)一種電動車的傳動裝置，使車速限制在20KM/H以下，讓人體有反應時間，從而減少事故的發(fā)生。
關于陜西省電動自行車的法規(guī)規(guī)定：電動自行車的最高時速不超過20KM/H，成年人駕駛電動自行車可載一名12歲以下的兒童，電動自行車的載重不超過40KG，電動自行車的重量不超過40KG。這些法規(guī)明確的規(guī)定了電動自行車的各項具體數(shù)值，成為了生產電動自行車的具體依據(jù)。
1.2研究意義
隨著人們生活水平的提高和交通工具的迅速發(fā)展，我國由自行車大國向助力車大國過度，在我國有三分之二的農民，他們中有大部分人都使用電動自行車，所以電動車在我國有廣闊的市場。
電動車是人們常用的出行交通工具，現(xiàn)在社會油價越來越高，更多的人出門選擇電動車作為人們的出行公具，在現(xiàn)在的社會生活中，電動車已經越來越受到人們的喜愛，設計一種更安全方便的電動自行車，使人們出行更加安全，這樣的電動車具有廣闊的發(fā)展空間和應用前景.
2綜述與本課題相關領域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應用領域等
2.1研究現(xiàn)狀
傳動部件技術
傳動部件是電動自行車的心臟，它的性能直接影響著電動自行車的整體性能。因此它是整車生產廠家、經銷商和用戶都關心的問題，為此，介紹一下國內外電動自行車生產廠家選用的傳動部件及其優(yōu)劣：
1、摩帶式傳動
電機帶動摩帶頭摩擦輪胎的傳動方式。起源于美國，以ZAP公司為代表。日本、中國（含臺灣）都有廠家使用過，但因摩帶頭易磨損進而造成打滑，傳動效率不高，現(xiàn)基本不用。
2、中置式傳動
將電機和減速機構放置于電動自行車的中軸位置，先驅動鏈輪盤，再通過鏈條帶動后輪行駛。日本和我國臺灣的一些廠家以前較多采用這種傳動方法，國內使用過的廠家不多。
3、側掛式傳動
側掛式傳動屬于軸傳動范圍，具有軸傳動的所有優(yōu)點。臺灣和大陸均有廠家生產此類傳動方式的產品?，F(xiàn)有方案中，有的減速比大，齒輪磨損快，噪音大。使用柱狀電機者還需有傘齒輪，結構復雜，傳動效率底。
側掛式傳動是電動自行車傳動方案中比較理想的方案，設計好了可以實現(xiàn)液態(tài)油潤滑，達到高效率、高可靠性、大扭矩、長壽命、低重量、低噪音、低成本等目標。
4、輪轂式傳動
輪轂式傳動效率高，造型精巧，不破壞自行車的傳統(tǒng)結構。它是具有“中國特色”，世界各國現(xiàn)已越來越多地采用輪轂式傳動方案，SANYO早就采用，YAMAHA最新款電動自行車也為輪轂式。
輪轂式傳動還可分為“交流”和“直流”、“高速”和“低速”幾大類。
1）交流輪轂電機
最近，意大利開發(fā)出一種三相交流低速輪轂電機，380V、240W，前輪驅動。交流電機的好處是功率強勁，無噪音，壽命長，制造簡單，價格低廉。缺點是調速控制和電池的直流輸出要逆變?yōu)榻涣鬏敵?，制造成本目前偏高?
2）直流輪轂電機
目前，國內絕大多數(shù)電動自行車廠家均使用外轉子式直流輪轂電機。
直流電機帶齒輪減速器構成的輪轂電機稱之為高速輪轂電機。
2.2發(fā)展趨勢
隨著科技的不斷發(fā)展，少齒數(shù)齒輪的大傳動比必將被越來越多的機器采用，采用少齒數(shù)齒輪傳動可顯著減小傳動裝置的體積，提高其精度，少齒數(shù)齒輪必將在未來工業(yè)的發(fā)展史上發(fā)揮其重要作用，所以我們要進一步發(fā)展，研究少齒數(shù)齒輪的各種問題
2.3研究方法
小齒輪齒采用齒數(shù)少、大螺旋角、大齒寬的斜齒輪。
2.4應用領域
少齒數(shù)齒輪減速器適用于醫(yī)療、福利、化工、紡織等行業(yè)的機械傳動，國內外在助力車、電動自行車等領域已有應用嘗試。
三、對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術路線）或設計（實驗）方案進行說明
3.1解決的主要問題
本課題主要問題是在原有的傳動系統(tǒng)上加入少數(shù)齒輪傳動是技術，設計一種新的傳動系統(tǒng)，使電動自行車的車速不超過規(guī)定的20KM/H的速度。
解決這個問題的關鍵問題及難點：
（1） 傳動系統(tǒng)的結構設計問題；
（2） 少齒數(shù)齒輪結構和齒數(shù)設計問題；
（3） 少齒數(shù)齒輪的傳動受力分析。
3.2解決問題的方法
運用文獻分析法、文本細讀法、比較法、綜合分析法等進行研究。從問題出發(fā)采用倒推的方法一步步解決問題。主要是大量閱讀分析已有文獻，在前人的基礎上合理總結并發(fā)揮一定的創(chuàng)新性來完成本設計。
3.3技術路線
首先，了解本設計的研究狀況，在大量閱讀文獻的基礎上對本設計深入思考。其次，進一步搜集閱讀資料并研讀，擬定電動自行車新的傳動方式。再次，結合已知參數(shù)，計算出傳動部分的運動和動力參數(shù)，選擇電動機等，然后在用CAD軟件制圖。最后，整理設計資料。
四、檢索與本課題有關參考文獻資料的簡要說明
[1] 王寧俠,王鴻,王乃信. 少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪機構的研究[J]. 機械科學與技術, 2000,(06) .
簡要說明：闡述了少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪機構的傳動特點 ,論述了漸開線共軛齒廓的嚙合點及其特點 ,闡明了變位系數(shù)、螺旋角和幾何尺寸的確定及計算 ,從而奠定了少齒九漸開線圓柱齒輪機構機構學的理論基礎。
[2] 張國海,王保民,蔣學全. 少齒數(shù)齒輪傳動接觸強度的研究[J]. 機械設計, 2004,(08) .
簡要說明：少齒數(shù)齒輪是一種新型的齒輪,它所組成的傳動機構具有很多優(yōu)點,如結構緊湊、重量輕、單級傳動比大等。少齒數(shù)齒輪作為一種特殊的漸開線齒輪,它具有一般漸開線齒輪沒有的特點:為了避免根切而采用較大的變位系數(shù);齒輪直徑尺寸小、軸徑比大且輪身較長,使傳動剛度較差。
[3] 王保民,張國海,蔣學全. 少齒數(shù)齒輪傳動精度設計及運動誤差計算[J]. 機械設計, 2008,(03) .
簡要說明：提供了一種少齒數(shù)齒輪傳動系統(tǒng)輸出運動誤差和回程誤差角的計算方法。推導出了由切向綜合公差引起的輸出齒輪最大角度誤差的計算公式和由法向側隙引起的空回誤差角的計算公式。使用這些公式可簡單方便地進行齒輪鏈傳動精度的計算。
[4] 張國海,王保民,蔣學全. 少齒數(shù)齒輪機構相對滑動的研究[J]. 陜西工學院學報, 2004,(02) .
簡要說明：建立了少齒數(shù)齒輪副滑動系數(shù)的計算公式；通過一個算例，比較了標準齒輪傳動、普通變位齒輪傳動和少齒數(shù)齒輪傳動三種情況下對應嚙合點滑動系數(shù)的大小；為其接觸疲勞強度計算時計入相對滑動的影響提供了定量依據(jù)。
[5] 蔣軍,張國海,王保民. 少齒數(shù)圓柱齒輪副雙向變位的研究[J]. 陜西工學院學報, 2005,(01) .
簡要說明：針對少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪副在研究和應用過程中存在的問題,提出了雙向變位的方法;基于漸開線圓柱齒輪尺寸計算公式和雙向變位少齒數(shù)齒輪副的特點,推導出了雙向變位少齒數(shù)齒輪副設計計算公式。理論研究和實踐證明雙向變位可以有效地改善傳動質量,為這種傳動的進一步應用研究提供了重要依據(jù)。
五、畢業(yè)設計進程安排
（1）3月1號-3月15號
撰寫畢業(yè)論文開題報告
（2）3月12日-3月31日
閱讀有關數(shù)方面的專著，閱讀其它相關的資料，進行新型電動自行傳動系統(tǒng)的初步設計。
（3）4月1日-4月30日
根據(jù)上述結果進行新型電動自行傳動系統(tǒng)設計，完成裝配圖、非標準零件工作圖。
（4）5月1日-5月21日
翻譯外文資料；完善畢業(yè)設計；整理設計計算說明書。
（5）5月21日-6月10日
準備畢業(yè)設計答辯，完善資料。
六、指導教師意見
1．對開題報告的評語
2．對開題報告的意見及建議
指導教師（簽名）：
年 月 日
所在院（系）審查意見：
負責人簽字(蓋公章)
年 月 日
電動自行車傳動裝置設計
[摘要]根據(jù)目前我國電動自行車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出將少齒數(shù)齒輪傳動技術應用于電動自行車中，開發(fā)一種合理的電動自行車傳動裝置；采用一種疊加式雙向單作用超越離合器，從而巧妙的實現(xiàn)運動的傳遞；針對少齒數(shù)漸開線齒輪副嚙合的特點，找出符合實際的應力計算點，由此建立了接觸強度計算公式，公式中定量計入了綜合滾動速度和齒面相對滑動系數(shù)的影響；應用少齒數(shù)齒輪接觸強度公式對其進行簡單的強度計算。
[關鍵詞] 電動自行車 傳動裝置設計 少齒數(shù)齒輪 應力計算點 接觸強度計算 強度校核
Gear design of electric bicycle
Abstract：According to the electric bicycle present situation and development trend of our country, the author puts forward a transmission technology of gear with few teach used in electric bicycle, developing a reasonable electric bicycle transmission device; Adopting a superposition type two-way single function overrunning clutch, and skillful implement movement transmission; According to gear with few teach of engagement of characteristics, and find out the actual stress calculation point, creating the contact strength calculation formula, the formula the comprehensive quantitative included in rolling speed and tooth face relative sliding coefficient influence; Apply the gear with few teach contact strength formula of the simple calculation of the intensity.
Key words：electric bicycle gear design gear with few teach stress calculation points contact strength calculation strength check
目 錄
1引言 1
2傳動方案設計 3
2.1電動機的選擇 3
2.1.1電動機類型的選擇 3
2.1.2電動機功率的選擇 3
2.2傳動方案的確定 3
3漸開線少齒數(shù)圓柱齒輪傳動設計計算 5
3.1設計的意義 5
3.2主要參數(shù)的制定 5
3.2.1齒輪齒數(shù)的確定 5
3.2.2齒輪模數(shù)的確定 5
3.2.3齒輪端面壓力角的確定 7
3.2.4齒輪端面嚙合角的確定 7
3.2.5端面齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)的確定 7
3.3少齒數(shù)齒輪副設計計算結果 7
3.3.1齒輪副 7
3.3.2小齒輪（齒輪軸） 7
3.3.3大齒輪（齒圈） 8
3.3.4刀具 8
3.4設計結果校核計算 8
3.4.1齒輪副有關的參數(shù)驗算 8
3.4.2小齒輪的幾何尺寸驗算 10
3.4.3大齒輪（齒圈）幾何尺寸計算 12
3.5修正設計結果 15
3.5.1修正設計結果 15
4自行車牙盤的設計 17
5離合器設計 20
6軸的設計計算及校核 21
6.1計算各軸的動力參數(shù)及運動參數(shù) 21
6.1.1小齒輪軸 21
6.1.2大齒輪 21
6.1.3 齒輪軸上齒輪所受的力 22
6.1.4 大齒輪所受的力 22
6.2軸的結構設計 22
6.2.1齒輪軸的結構設計 23
6.2.2低速軸的結構設計 24
6.3齒輪軸的強度校核計算 25
7軸承的選擇及校核 27
7.1軸承的選擇 27
7.2軸承的校核 27
7.2.1對齒輪軸上軸承的校核 27
8鍵的選擇 29
8.1類型的選擇 29
8.2鍵的尺寸 29
9箱體的結構設計 30
9.1箱體要具有足夠的剛度 30
9.1.1確定箱體的尺寸與形狀 30
9.1.2合理設計肋板 31
9.1.3合理選擇材料及毛坯制造方法 31
9.2箱體的密封 31
9.3箱體的結構工藝性 31
9.3.1鑄造工藝性 31
9.3.2機械加工工藝性 32
9.4箱體形狀應力求均勻、美觀 32
10潤滑與密封 33
10.1減速器內各處的潤滑 33
10.2密封方式的確定 33
11其它 34
12接觸強度公式的建立及校核 35
12.1接觸強度的應力計算點 35
12.1.1應力計算點的確定 35
12.1.2計算點的綜合曲率半徑 35
12.2少齒數(shù)齒輪副滑動系數(shù)和綜合滾動速度的計算 37
12.2.1應力計算點滑動系數(shù)的計算 37
12.2.2應力計算點綜合滾動速度的計算 38
12.3少齒數(shù)齒輪副齒面接觸強度計算 39
12.3.1少齒數(shù)齒輪副齒面接觸強度條件 39
12.3.2少齒數(shù)齒輪副接觸應力的計算 39
12.3.3許用接觸應力的計算 40
13總結 45
致謝 46
參考文獻 47
IV
1引言
隨著環(huán)境問題的日趨嚴重，電動自行車作為簡便型綠色交通工具以其輕便、無污染、低噪音等優(yōu)點逐漸被消費者所接受，并備受政府部門和商家的重視，有望替代摩托車而成為一大朝陽產業(yè)，大力發(fā)展電動自行車產業(yè)已成為許多省市的重要目標。作為電動自行車的重要部分——傳動裝置，將直接影響其結構和性能。為此，我們提出用少齒數(shù)齒輪作為電動自行車的傳動部分，以實現(xiàn)機構緊湊、傳動比大、承載能力高等優(yōu)點。
少齒數(shù)齒輪指齒數(shù)介于2～10 之間的齒輪，是一種變位齒輪,含有少齒數(shù)齒輪的齒輪傳動稱為少齒數(shù)齒輪傳動。隨著科學技術的不斷進步,機械傳動裝置向小型化、輕量化方向發(fā)展,少齒數(shù)齒輪傳動已經得到了越來越多的研究和應用。在少齒數(shù)齒輪傳動中,由于大幅度減少了小齒輪的齒數(shù),故其單級傳動比大;在傳動比一定的情況下可顯著減小傳動裝置的體積,或在體積一定的條件下可增大齒輪模數(shù),提高輪齒的彎曲強度;在保持較大單級傳動比的同時,降低傳動裝置的成本,提高傳動效率;
當今，動力齒輪傳動裝置正沿著小型化、輕型化等方向發(fā)展。為達到齒輪裝置小型化的目的，通常采用像蝸桿傳動,行星齒輪傳動,少齒差齒輪傳動,諧波齒輪傳動等單級傳動比大的裝置,以減少齒輪裝置的體積。盡管采用蝸桿,行星齒輪傳動等可以提高單級傳動比,減少齒輪傳動的體積。然而它們同漸開線圓柱齒輪傳動比較起來,又有一些明顯的不足之處,普通單頭蝸桿傳動效率低，只有70%左右,帶自鎖的蝸桿傳動效率只有40%--50%，而且因為蝸輪齒圈需采用貴金屬,所以造價較高。齒輪行星傳動結構復雜,制造成本高。少齒差傳動效率低,一般80-90%；擺線少齒差傳動制造成本高,主要零部件加工精度要求高；活齒少齒差不但傳動效率低。而且制造復雜。又因為在齒輪傳動中，普通齒輪單級傳動比較??；而在傳動比一定的情況下,相對于少齒數(shù)齒輪傳動裝置的體積大的多,或在體積一定的條件下,齒輪的模數(shù)比較小,而且齒輪的彎曲強度也降低了；要保持較大的單級傳動比,傳動裝置的成本較高，傳動效率卻較低。 多年來，人們一直在探索提高其承載能力、效率、速度、傳動比，減小噪聲、尺寸、重量、成本，以提高性能價格比的途徑。變位齒輪傳動具有一系列優(yōu)點：設計合理的變位齒輪，其綜合承載能力比標準齒輪提高20%以上；在滿足一定傳動比要求時，應用正變位齒輪可以減小小齒輪的齒數(shù)，從而在整體上減小齒輪機構的尺寸、效率低的缺點。為改善多齒數(shù)齒輪傳動中存在的這些缺點與不足，進而對少齒數(shù)齒輪傳動進行研究。而實踐表明，少齒數(shù)齒輪傳動確實能夠克服以上缺點與不足。
鑒于少齒數(shù)齒輪傳動有著普通齒輪傳動所無法代替的一系列優(yōu)點,所以將少齒數(shù)齒輪傳動應用到電動自行車中有著非常重大的意義。本次設計的任務是:首先，分析目前我國電動自行車存在的主要問題（車速超標，騎行功能差，輕摩化趨向明顯），將少齒數(shù)齒輪傳動技術應用于電動自行車傳動系統(tǒng)中，開發(fā)一種保證電動時車速不超過20Km/h的電動自行車傳動裝置；其次，根據(jù)選定的尺寸和數(shù)據(jù)繪制出電動自行車傳動裝置的裝配圖及非標準件的零件圖；最后,對該少齒數(shù)齒輪傳動進行強度計算,驗證該少齒數(shù)齒輪是否滿足實際的強度要求。
第 47 頁 共 48 頁
2傳動方案設計
2.1電動機的選擇
2.1.1電動機類型的選擇
電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機。這里我們選用直流電機，直流無刷電機采用永磁場，這使得直流無刷電機擺脫了一般直流電機的傳統(tǒng)設計和結構，其具有耐顛覆震動、噪音低、振動小、運轉平滑、壽命長等特點，能夠在額定負載范圍內當負載變化時仍可以控制電機轉子維持一定的轉速。由此，我們選用永磁式直流無刷電機。
2.1.2電動機功率的選擇
已知工作機所需功率
電動機與減速器之間采用彈性聯(lián)軸器連接，查《機械設計課程設計手冊》表1-7得傳動效率；軸承選用球軸承，查《機械設計課程設計手冊》表1-7得一對軸承效率為；選擇7級精度的齒輪，查《機械設計課程設計手冊》表1-7得其傳動效率為；
則電機至工作機間傳動的總效率
所需電動機的功率為：
電動機的選擇內容主要包括電動機的類型、功率及轉速的選擇。我們采用功率為，轉速為的特制直流電動機。
2.2傳動方案的確定
合理的傳動方案首先要滿足機器的功能要求，例如傳動功率的大小、轉速和運動形式。此外，還要適應工作條件，滿足工作可靠、結構簡單、尺寸緊湊、傳動效率高、使用維護便利、工藝性和經濟性合理等要求。
1）為減輕變速箱的質量，同時又要滿足設計中大的傳動比。本設計采用少齒數(shù)齒輪傳動。采用齒輪傳動具有效率高、結構緊湊、工作時間長，壽命可靠及傳動穩(wěn)定的特點。
2）為了盡可能的使變速箱結構緊湊，設計中采用齒輪軸的方法節(jié)省箱體空間，縮小體積；為了得到較大的傳動比，采用了2個齒的少齒數(shù)齒輪。
3）齒輪傳動的特點：
（1）傳遞的圓周速度范圍較大，傳動準確；
（2）傳遞功率從幾瓦到幾千瓦；
（3）使用效率高，壽命長，結構緊湊，外輪廓尺寸?。?
（4）傳動比穩(wěn)定，可傳遞空間任意配置的兩軸之間的傳動。
4）由于本設計的傳動比較大，采用標準齒輪傳動時，體積大、結構復雜、制造成本高。少齒數(shù)齒輪傳動能夠實現(xiàn)較大的單級傳動比，克服標準齒輪傳動的以上缺點，因此我們采用單級傳動的少齒數(shù)齒輪減速器。
圖2.1 傳動減速器傳動原理圖
3漸開線少齒數(shù)圓柱齒輪傳動設計計算
3.1設計的意義
少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪減速器是齒輪傳動技術上的新進展, 因為減少小齒輪的齒數(shù)可顯著增大齒輪的傳動比，并可減小減速器的外廓尺寸和重量, 具有一定的技術經濟效益。由于齒數(shù)較少，故將少齒數(shù)齒輪與大齒輪組成的齒輪副稱為少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪機構。對于這種機構, 由于小齒輪齒數(shù)較少, 首先為避免根切, 須采用大變位系數(shù)的正變位; 這樣又引起齒頂變尖而導致齒頂高縮短。其次由于端面重合度大幅度降低而須采用較大螺旋角和較大齒寬的斜齒輪傳動。
針對少齒數(shù)齒輪設計中存在的問題進行了理論和技術研究，根據(jù)漸開線圓柱齒輪尺寸計算公式和雙向變位少齒數(shù)齒輪副特點，推導出了雙向變位少齒數(shù)齒輪副設計計算公式。應用推導公式進行本次少齒數(shù)齒輪的幾何尺寸設計。
3.2主要參數(shù)的制定
3.2.1齒輪齒數(shù)的確定
初取，由傳動比可得：
3.2.2齒輪模數(shù)的確定
輪齒在受載時，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強度最弱。當輪齒在齒頂處嚙合時，處于雙對齒嚙合區(qū)，此時彎矩的力臂雖然最大，但力作用點位于單對齒嚙合區(qū)最高點時，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，因此按齒根彎曲強度設計。由：求取模數(shù)。
1）確定公式內的各計算數(shù)值
（1）查《機械設計》圖10-20 c得小齒輪與大齒輪的的彎曲疲勞強度極限均為；
圖3.1
（2）由《機械設計>圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；
（3）計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)，可得：
計算載荷系數(shù)
（5）查取齒形系數(shù)
由《機械設計》表10-5查得：。
（6）查取應力校正系數(shù)
由《機械設計》表10-5查得： 。
（7）計算大、小齒輪的并加以比較
=
=
大齒輪的數(shù)值大。
2）設計計算
由彎曲強度算得的模數(shù)1.129并就近圓整為標準值。
3.2.3齒輪端面壓力角的確定
由壓力角得：
3.2.4齒輪端面嚙合角的確定
由及可得：
3.2.5端面齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)的確定
由及可得：
3.3少齒數(shù)齒輪副設計計算結果
3.3.1齒輪副
設計中心距：； 法面模數(shù)：；
傳動比：； 分度圓螺旋角：；
齒輪寬度：； 端面嚙合角：；
端面重合度：； 軸面重合度：；
實際傳遞功率：。
3.3.2小齒輪（齒輪軸）
端面徑向變位系數(shù)：； 切向變位系數(shù):；
分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：； 齒根圓直徑:；
跨1個齒公法線長度：。
3.3.3大齒輪（齒圈）
端面徑向變位系數(shù)：； 切向變位系數(shù):；
分度圓直徑：； 齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑:； 法面固定弦齒厚：；
法面固定弦齒高：。
3.3.4刀具
法面模數(shù)：；
齒頂高系數(shù)：；
頂隙系數(shù)：；
刀具齒頂高：；
刀具齒根高：；
刀具齒全高：；
刀頂圓弧半徑：；
刀具切向負變位，變位系數(shù)：；
刀具切向正變位，變位系數(shù)：；
為保證加工的齒面光滑，刀具做成密齒，其余參數(shù)按標準確定。
3.4設計結果校核計算
3.4.1齒輪副有關的參數(shù)驗算
1)端面嚙合角
(1)標準中心距
圓整，取實際中心距=62mm
(2)端面壓力角
（3）端面嚙合角：
設計結果：，偏大0.00006o。
2)端面徑向變位系數(shù)和
?。?
取
3)中心距變動系數(shù)
4)齒頂高變動系數(shù)
3.4.2小齒輪的幾何尺寸驗算
1)齒頂變尖時的齒頂圓壓力角
解得：
2)齒頂圓
齒頂變尖時的齒頂圓直徑為：
由變位系數(shù)等參數(shù)確定的齒頂圓直徑為：
設計結果：，偏大0.0035mm。
大齒輪齒根過渡曲線與小齒輪齒頂漸開線干涉驗算：
不發(fā)生干涉的條件：
其中：
3)齒根圓
設計結果：
4)全齒高
5)跨一個齒的公法線長度
根據(jù)朱景梓的推導結論（同齒輪手冊），未考慮切向變位的影響時：
3.4.3大齒輪（齒圈）幾何尺寸計算
1)分度圓直徑
mm
2)齒頂圓直徑
（1）嚙合干涉限制的極限齒頂圓直徑
不發(fā)生干涉的條件：
可將不發(fā)生干涉條件變成以下形式，便于計算：
令：
（2）削頂后的齒頂圓直徑
故
設計結果：；偏大0.261mm, 發(fā)生干涉。
3)齒根圓直徑
設計結果：，偏大0.00012mm。
4)全齒高
（干涉削頂量為 , 削頂系數(shù)為）
5)法面固定弦齒厚
未考慮切向負變位的影響
設計結果：
6)法面固定弦齒高
未考慮切向負變位的影響
設計結果：
設計結果經驗算，會發(fā)生嚙合時齒圈齒頂與小齒輪齒根過渡曲線干涉。
3.5修正設計結果
3.5.1修正設計結果
其它設計結果不變，調整參數(shù)。
1)重新驗算重合度
其中：
（不變）
2)重新驗算頂隙
（1）標準頂隙c
（2）小齒輪齒頂與大齒輪齒根的間隙
（齒頂變尖，相當于削頂量為0.2255mm，削頂系數(shù)為0.15033，使得頂隙變大）
（3）小齒輪齒根與大齒輪齒頂?shù)拈g隙
（為避免干涉需削頂，削頂量為：，削頂系數(shù)為0.10996；其中
、）
4自行車牙盤的設計
由已知假設自行車車速為20Km/h，則自行車后軸的轉速為
其中：
D——自行車后輪的直徑，單位：mm
V——自行車車速，單位：Km/h
從《電動自行車通用技術條件》GB17761—1999中選取后輪直徑D=0.56m，則
飛輪轉速
牙盤轉速
由此可知牙盤與飛輪之間的傳動比為
1）選擇鏈輪齒數(shù)
根據(jù)自行車的工作環(huán)境，取飛輪齒數(shù)，則
牙盤齒數(shù)
經圓整，取
2）確定計算功率
由《機械設計》表9-6查得，；由《機械設計》圖9-13查得，，則
計算功率
3）選擇鏈條型號和節(jié)距
根據(jù)，由《機械設計》圖9-11查得，可選12A型鏈， 由《機械設計》表9-1查得，鏈條節(jié)距為p=19.05mm
4）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距
初選中心距
取，相應的鏈長節(jié)數(shù)為
取鏈長節(jié)數(shù)節(jié)
由《機械設計》表9-7查得，中心距計算系數(shù)
則鏈傳動最大中心距為
5）計算鏈速v，確定潤滑方式。
由和鏈號12A，查《機械設計》圖9-14可知，應該采用滴油潤滑。
6）計算壓軸力
有效圓周力：
7）計算分度圓直徑
飛輪
牙盤
8）計算齒頂圓直徑
由《機械設計》表9-1查得，滾子直徑
飛輪
圓整為84mm。
牙盤
圓整為188mm。
9）計算齒根圓直徑
飛輪
牙盤
10）計算齒高
飛輪
牙盤
11）選擇材料
飛輪用20鋼，經滲碳、淬火、回火處理，硬度為60HRC;牙盤用35鋼，經正火處理，硬度為180HBS.
5離合器設計
本設計所采用的離合器是一種疊加式雙向單作用超越離合器。離合器的外圈由齒圈、中間體、內圈以及滾柱、彈簧等組成。齒圈接受電動機通過小齒輪傳遞的動力，中間體與自行車的輪盤相連，輸出來自電動機的和人力腳踏的動力。內圈與自行車的中軸相連。中間體與齒圈組成外離合器，中間體與內圈組成內離合器。外離合器與內離合器的超越方向相反，即，電動時外離合器處于結合狀態(tài)，而內離合器處于脫離狀態(tài)，自行車的中軸不受外力。相反，當腳踏騎行時內離合器結合，而外離合器則脫離，所以腳踏騎行時電動機的轉子不受外力，這就排除了目前市場上一般的后軸傳動的電動自行車騎行時額外阻力。
圖5.1 雙疊加式向單作用超越離合器
1——星輪、2——滾柱、3——擋板、4——齒輪、5——滾柱、6——中間體
6軸的設計計算及校核
軸是組成機器的主要零件之一,一切作回轉運動的傳動零件都必須安裝在軸上才能進行運動和動力的傳遞.因此，軸的主要功用是支撐回轉零件及傳遞運動和動力.
按照承受載荷的不同，軸可分為轉軸,心軸和傳動軸三類.工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸為轉軸.只承受彎矩不承受扭矩的軸為心軸.只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸.軸還可按照周線形狀的不同,分為曲軸和直軸兩大類.此外,還有一種鋼絲軟軸,又稱鋼絲撓性軸.它是多組鋼絲分層卷繞而成的，具有良好的撓性,具有良好的撓性，可以將回轉運動靈活地傳到不開敞的空間.
軸的設計和其他零件的設計相似，包括機構設計和工作能力計算兩方面的內容.軸的結構設計是根據(jù)軸上零件的安裝,定位以及軸的制造工藝等方面的要求,合理的確定軸的結構形式和尺寸.軸的結構設計不合理,會影響軸的工作能和軸上零件的可靠性,還會增加軸的制度成本和軸上零件裝配的困難.軸的工作能力主要取決于軸的強度,剛度和震動穩(wěn)定性等方面的計算.多數(shù)情況下,軸的工作能力主要取決于軸的強度.這時只需對軸進行強度計算,以防止斷裂或塑性變形.
由于碳鋼比合金鋼價廉,對應力集中的敏感性較低,同時也可以用熱處理或化學處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度,故采用碳鋼的制造軸尤為廣泛.故本設計中在滿足強度條件的前提下，中軸的材料優(yōu)先選用45鋼，又根據(jù)少齒數(shù)齒輪傳動的特點、使用經驗和制造要求，取少齒數(shù)齒輪軸和齒圈的材料為。
6.1計算各軸的動力參數(shù)及運動參數(shù)
6.1.1小齒輪軸
6.1.2大齒輪
因為
所以
6.1.3 齒輪軸上齒輪所受的力
根據(jù)齒輪的受力分析，可得：
圓周力：
徑向力：
軸向力：
6.1.4 大齒輪所受的力
根據(jù)齒輪的受力分析，可得：
圓周力：
徑向力：
軸向力：
6.2軸的結構設計
軸的結構主要取決于以下因素:軸在機器中的安裝位置及形式;軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結構的因素較多，且其結構形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結構形式。設計時，必須針對不同的情況進行具體的分析。
擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結構設計的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關系。
為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。
軸和軸上零件的結構、工藝以及軸上零件的安裝布置等對軸的強度有很大的影響，所以應在這些方面進行充分考慮，以利提高軸的承載能力，減小軸的尺寸和機器的質量，降低制造成本。提高軸的強度的常用措施：合理布置軸上零件以減小軸的載荷；改進軸上零件的結構以減小軸的載荷；改進軸的結構以減少應力集中的影響；改進軸的表面質量以提高軸的疲勞強度。
軸的結構工藝性是指軸的結構形式應便于加工和裝配軸上的零件，并且生產率高，成本低。一般地說，軸的結構越簡單，工藝性越好。因此，在滿足使用要求的前提下，軸的結構形式應盡量簡化。
按所受的扭矩初步估算軸所需的直徑，將初算作為軸段的最小直徑。有配合要求的軸段，應盡量采用標準直徑。確定各軸段長度時，應盡可能使軸結構緊湊。軸的隔斷長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。為保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長度一般應比輪轂長度短。
6.2.1齒輪軸的結構設計
圖4.1 齒輪軸結構圖
按公式初步估算軸的最小直徑，根據(jù)少齒數(shù)齒輪傳動的特點選取齒輪軸材料為38CrMnAlA，預熱處理為調質處理（布氏硬度250-260）、滾齒后最終熱處理為淡化處理（維氏硬度850），根據(jù)《機械設計》課本表15-3，取，于是得
高速軸的最小直徑為6.55mm，而小齒輪的齒頂圓直徑為8.2155mm，故最小直徑應該在小齒輪處。
取齒輪所在處直徑為8.2155mm，長度為30mm，該齒輪的右邊安裝軸承，為了軸承的定位應制處軸肩，取安裝軸承軸段的直徑為6mm，考慮到主要承受徑向力，軸向也可承受小的軸向載荷，在高速工作時也可承受純的軸向力，工作中允許的內外圈軸線偏斜量6'-8'，故選用深溝球軸承，軸承型號為606，取該軸段長度為6mm。齒輪左邊制出一周肩，周肩左邊安裝軸承套，用以安裝軸承，取該軸段直徑為10mm，長度為19mm。左端繼續(xù)制出一周肩，用來給軸承套定位，該軸段的結構是一個插接齒，長度為13mm，直徑為12.5mm。
6.2.2低速軸的結構設計
圖4.2 低速軸的結構圖
按公式初步估算軸的最小直徑，根據(jù)少齒數(shù)齒輪傳動的特點選取低速軸的材料為45鋼，根據(jù)《機械設計》課本表15-3，取，于是得
取安裝超越離合器星輪的軸段的直徑為15mm，長度為9.5mm，星輪與軸的周向定位采用B型平鍵連接，由《機械設計課程設計手冊》表4-1查的平鍵截面BH=5mm5mm，右端制出一周肩，以滿足對星輪的定位要求，離合器中間體和軸采用空套連接，取該軸段直徑為14mm，長度為50mm，該軸段右端安裝自行車曲柄，所以軸的結構應制成有一定錐度的方軸，并用螺母對自行車曲柄定位；星輪左端安裝軸承，選取軸承型號為61903，該軸段直徑為17mm，長度為60mm，最左端也是安裝自行車曲柄，用螺母定位。
6.3齒輪軸的強度校核計算
由軸的結構可以看出齒輪軸的危險截面在軸上齒輪嚙合的中間部位。
圖4.3 軸上載荷分析圖
由于截面C是軸的危險截面。現(xiàn)將計算出截面C處的值于下表：
表4.1 截面C處的
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。根據(jù)下式及上表中的數(shù)值，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，軸的計算應力
由齒輪軸的材料為38CrMnAlA，由手冊查的。
7軸承的選擇及校核
7.1軸承的選擇
滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐傳動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小、功率消耗少、易起動等優(yōu)點。
在此次設計中，由于電動自行車是一般交通工具，各部分結構和尺寸都不是很大，受到的載荷也不是很大，又由于深溝球軸承制造容易、價格低廉，所以此次電動自行車傳動裝置設計中都采用深溝球軸承。
7.2軸承的校核
7.2.1對齒輪軸上軸承的校核
小齒輪軸上的軸承選用的是深溝球軸承，型號分別為606和6002。由前面計算得到齒輪軸上所受的力為：
圓周力：
徑向力：
軸向力：
1）求兩軸承承受的徑向載荷Fr1和Fr2
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系。
由力分析可知：
2）求兩軸承的計算軸向力
對于6000型軸承，因此可估算：
由設計圖可得：
由表13-5查得：；再計算得
兩次計算的值相差不大，因此確定，，
3)求軸承當量動載荷
因為
由設計手冊查得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為：
對軸承1
對軸承2
查表得：，則：
4)求軸承壽命
因為，所以按軸承1的受力大小計算：
8鍵的選擇
鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向定位以傳遞轉矩，也可實現(xiàn)零件的軸向定位或軸向滑動的導向。
鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。
8.1類型的選擇
鍵聯(lián)接的主要類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。以下為該四種鍵的特點：
（1）平鍵聯(lián)接：鍵的兩側是工作面，工作時，靠鍵同鍵槽側面的擠壓來傳遞轉矩。具有結構簡單、裝拆方便、對中性好等優(yōu)點，但不能承受軸向力。
（2）半圓鍵聯(lián)接：工作時，靠其側面來傳遞轉矩。工藝性好、裝配方便，但對軸的強度削弱較大。
（3）楔鍵聯(lián)接：工作時，靠鍵的楔緊作用來傳遞轉矩，承受單向的軸向載荷。主要用于榖類零件的定心精度要求不高和低速的場合.
（4）工作時，靠工作面上的擠壓力和軸與輪轂間的摩擦力來傳遞轉矩。用一個切向鍵時，只能傳遞單向轉矩。
對以上鍵的類型進行分析、根據(jù)本設計的需要，我們最終選擇：平鍵聯(lián)接（B型）。
8.2鍵的尺寸
按符合標準規(guī)格和強度要求來取定。根據(jù)軸徑d=15mm,軸長l=9.5mm,查《機械設計手冊》取鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm,高度h=5mm,取鍵長l=8mm.
9箱體的結構設計
減速器箱體起著支持和固定軸系結構，保證軸系運轉精度、良好潤滑及可靠密封等重要作用。
箱體多采用剖分式結構，剖分面一般通過軸心線。在重型立式減速器中，為便于制造、安裝和運輸，也可采用多個剖分面。
箱體結構設計應考慮以下幾方面的問題：
9.1箱體要具有足夠的剛度
箱體在加工和使用過程中，因受復雜的變載荷而引起相應的變形，若箱體的剛度不夠，會引起軸承孔中心線的過渡偏斜，從而影響傳動件的運轉精度，甚至由于載荷集中而導致運動副的加速損壞。因此，設計時要注意以下經驗公式檢查：
9.1.1確定箱體的尺寸與形狀
箱體的尺寸直接影響它的剛度。首先要確定合理的箱體壁厚。它與受載大小有關，可用以下經驗公式檢查：
式中，為低速軸轉速，
在相同壁厚情況下，增加箱體底面積及箱體輪廓尺寸，可以增加抗彎扭的慣性矩，有利于提高箱體的整體剛性。
箱體軸承孔附近和箱體底座與地基接合處受著較大的集中載荷，故此處應有更大的壁厚，以保證局部剛度。
對于錐齒輪減速器的箱體，在支承小錐齒輪懸臂部分的壁厚還可以適當加厚些，但應注意避免過大的鑄造應力，并應盡量減小軸的懸臂部分長度，以利于提高軸的剛性。
對于剖分式箱體，軸承座孔兩側的連接螺栓還應盡量靠近。為此，在軸承座孔附近作出凸臺。凸臺要有一定高度，以保證其上由足夠的扳手空間，但高度不應超過軸承座孔外圓尺寸。
9.1.2合理設計肋板
在箱體的受載集中處設置肋板可以明顯提高舉不剛度。如，軸承座孔與箱底接合面處設置加強肋，就可減少側壁的彎曲變形，可設置內肋。加強肋的布置應盡量使它受壓應力，以起支承作用。對于伸向箱體內部的軸承座孔，可設置內肋。內肋較外肋可更好的提高局部剛度。
9.1.3合理選擇材料及毛坯制造方法
箱體常用灰鑄鐵制成。鑄鐵易切削，抗壓性好，并具有一定的吸振性。但其彈性模量較小，剛性較差，故在重型減速器中常用鑄鋼箱體。一般情況下，生產批量超過3-4件，采用鑄件比較經濟。
9.2箱體的密封
為保證密封，箱體剖分面連接凸緣應有足夠寬度，并要經過精刨或刮研，連接螺栓間距也不應過大，以保證足夠的壓緊力。為了保證軸承孔的精度，剖分面不得加墊片。為提高密封性，可在剖分面上制出回油溝，使?jié)B出的油可沿回油溝的斜槽流回箱內。也允許在剖分面間涂以密封膠。
在多極傳動中，為使各級傳動的浸油深度均勻一致，可制成傾斜式箱體剖分面，或采用濺油輪及濺油環(huán)來潤滑不接觸油面的傳動件。濺油輪常用塑料制成，其寬度可取為傳動件寬度的。
9.3箱體的結構工藝性
箱體的制造工藝性對箱體的質量和成本，以及對加工、裝配、使用和維修都有直接影響。
9.3.1鑄造工藝性
設計制造箱體時，要考慮到制模、造型、和清理等工藝的方便。外形應力求簡單，盡量減少沿拔模方向的凸起部分，并應 有一定的拔模斜度。
箱體的壁厚應力求均勻，過度平衡，金屬不要局部積聚。凡外形轉折處度應有鑄造圓角，以減小鑄件的熱應力和避免縮孔。
9.3.2機械加工工藝性
箱體結構應有利于減少加工面積。設計時應考慮減少工件與刀具的調整次數(shù)，以提高加工精度和生產率。箱體上的加工面與非加工面應嚴格分開，并且不在同一平面內。因此，箱體與軸承蓋接合面、檢查孔蓋、通氣器、油標、和油塞接合處與螺栓頭部或螺母接觸處都應做出凸臺。
9.4箱體形狀應力求均勻、美觀
箱體設計應考慮藝術造型問題。外形的簡潔和整齊會增強統(tǒng)一協(xié)調的美感，如，盡量減少外凸形體，箱體剖分面的凸緣、軸承座凸臺伸到箱體壁內，并設置內肋代替外肋，這種構型不僅提高了剛性，而且有的還克服了造型形象支離破碎，使外形更加整齊、協(xié)調合美觀。
10潤滑與密封
10.1減速器內各處的潤滑
由于減速器內的齒輪間、軸承間有摩擦存在，為保證減速器運行良好，故需要在各摩擦面間加入潤滑劑，這樣不僅可以降低摩擦、減輕磨損，保證零件不遭銹蝕，而且采用循環(huán)潤滑時還能起到散熱降溫作用。由于液體的不可壓縮性，潤滑油膜還具有緩沖、吸振的能力。
齒輪在傳動時，相嚙合的齒面間有相對運動，因此就要發(fā)生摩擦和磨損，增加動力消耗，降低傳動效率。加注潤滑劑，可避免金屬直接接觸，減少摩擦損失，還可以散熱及防銹蝕，確保運轉正常及延長壽命。
由于本設計中兩齒輪直徑差異較大，故將大齒圈的輪齒浸入油池潤滑，飛濺時可潤滑小齒輪及軸承。
10.2密封方式的確定
軸伸端密封方式有接觸式和非接觸式兩種。橡膠油封是接觸式密封中性能較好的一種，可用于油或脂潤滑的減速器中。骨架式油封因有金屬骨架，與孔緊配合裝配即可。無骨架式油封則可裝于緊固套中，并進行軸向定位。
油封安裝有注意方向。以防漏油為主時，油封唇邊對著箱內；以防外界雜質灰塵為主時，唇邊對著箱內，本設計采用前一種。當兩油封相背放置時，則可防漏防塵。
本設計在輸入軸及輸出軸的軸承外側均安裝了T型無骨架式橡膠密封。對于兩軸端端蓋外，均采用石棉橡膠制紙來密封。這種密封方式的選擇，要考慮密封處的軸表面圓周速度、潤滑劑種類、密封要求、工作溫度、環(huán)境條件等因素。
11其它
軸套的應用
套筒是一種常見的定位零件，具有結構簡單，定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強度，一般用于軸上兩個零件之間的定位。
在本次設計中，套筒不但有定位作用，還有其它作用。首先，該設計的小齒輪軸軸徑較小，使得軸承無法選擇；其次，其特殊的工藝設計，使得軸上的零件無法定位，因此，我們在此自行設計了軸套。
該軸套與軸采用過盈配合，在不改變軸的結構的情況下，使得軸承的選擇與定位得到了解決。它不但具有軸套的定位功能，還對裝在其上的軸承有支承作用。
12接觸強度公式的建立及校核
12.1接觸強度的應力計算點
12.1.1應力計算點的確定
在少齒數(shù)齒輪傳動中,因為節(jié)點P 不在實際嚙合線段B1 B2 上,屬于節(jié)點外嚙合; 且漸開線上不同點的曲率半徑不同,故不同嚙合點具有不同的綜合曲率半徑。所以一對齒在節(jié)點嚙合時的接觸應力將失去代表意義。又由于在節(jié)點以后嚙合時,綜合曲率半徑是不斷減小的, 因此以節(jié)點作為接觸應力計算點進行齒面接觸強度計算是偏于安全的。由出于在實際嚙合線段的中點M 嚙合時, 常常是一對齒嚙合, 由一對齒承擔全部載荷;少齒數(shù)齒輪傳動的研究實踐證明, 輪齒根部首先出現(xiàn)疲勞點蝕;在節(jié)點以后嚙合時, 綜合曲率半徑是單調遞減的。因此應取實際嚙合線的中點M 作為齒面接觸強度的應力計算點。
12.1.2計算點的綜合曲率半徑
由漸開線的性質可方便地求出外嚙合時實際嚙合線中點M的端面綜合曲率半徑:
式12.1
由漸開線的性質得:
式12.2
式12.3
式中:
———分別為在終止嚙合點、開始嚙合點嚙合時齒根部位的曲率半徑;
———分別為實際中心距和嚙合角，其中;
———兩齒輪齒頂圓壓力角,計算同普通斜齒輪。
其中實際嚙合線段長:
因此，
然后將代入(1)式，最終求出外嚙合時實際嚙合線中點M的端面綜合曲率半徑
。
圖10.1 少齒數(shù)漸開線齒輪傳動嚙合圖
12.2少齒數(shù)齒輪副滑動系數(shù)和綜合滾動速度的計算
12.2.1應力計算點滑動系數(shù)的計算
在少齒數(shù)齒輪傳動中,用滑動系數(shù)來度量兩齒廓間相對滑動速度的大小和方向,同時在推導滑動系數(shù)時考慮了兩齒輪齒數(shù)不同引起輪齒參與嚙合次數(shù)的差異。經過詳細分析與推導,兩輪齒廓在應力計算點M的滑動系數(shù)計算公式為:
式12.4
式12.5
式中:
———嚙合角
———分別為兩齒輪應力計算點M處的端面壓力角, 計算如下：
聯(lián)立式12.3、12.4 有 （已知）
同理，可得
將及相關的已知數(shù)據(jù)代入，得
12.2.2應力計算點綜合滾動速度的計算
由已知文獻知,應力計算點綜合滾動速度的計算公式為:
式12.6
式中: ———分別為兩齒廓在應力計算點的切向滑動速度
將， 代入得
由式(6)進一步得知,當其在節(jié)點處嚙合時， , ，兩齒面間無切向速度差；當小輪齒根部和大輪齒頂部參與嚙合時,綜合滾動速度最小;；當小輪齒頂部和大輪齒根嚙合時,綜合滾動速度最大。
12.3少齒數(shù)齒輪副齒面接觸強度計算
12.3.1少齒數(shù)齒輪副齒面接觸強度條件
少齒數(shù)齒輪副在計算點M處的接觸應力不大于其許用接觸應力 ,即:
式12.7
式中: ———齒輪的計算接觸應力,單位為；
———齒輪的許用接觸應力,單位為；
12.3.2少齒數(shù)齒輪副接觸應力的計算
在少齒數(shù)齒輪傳動接觸強度計算時,仍借用普通齒輪傳動接觸應力計算的基本公式[6] ,但公式中某些參數(shù)的確定有所不同。齒面接觸應力計算的基本公式為:
式12.8
式中:、 ———分別為載荷系數(shù)和彈性影響系數(shù),單位為：，參見GB3480 – 83取， ;
———應力計算點(嚙合線中點) 處法向綜合曲率半徑,單位為mm；
其中可根據(jù)公式求出 式12.9
———沿齒面接觸線單位長度上的平均載荷,單位為N/ mm。
式12.10
式中:———小齒輪上的轉矩,單位為N.mm 根據(jù)前面計算可得;
———齒輪基圓螺旋角，;
———實際接觸線長,單位為mm,計算公式為:
式12.11
式中:
———分別為兩齒輪的端面重合度, 計算公式見GB3480-83 ,
———大齒輪齒寬,單位為mm ，;
———小齒輪計算圓直徑,單位為mm,計算公式為:
式12.12
代入得
式12.13
由2.1中計算得
所以，將所求出的代入式(11)，有
代入所求得的數(shù)據(jù)，得沿齒面接觸線單位長度上的平均載荷：
因此，最后將、、、代入式 12.8 有，
12.3.3許用接觸應力的計算
在少齒數(shù)齒輪傳動中,為了考慮兩齒面間相對滑動系數(shù)和綜合滾動速度對齒面接觸強度的影響,對GB3480 - 83中齒面許用應力基本計算公式進行了修正, 經過理論分析和試驗研究,提出了如下許用接觸應力計算公式:
式12.14
式中: ———材料的接觸疲勞極限應力系數(shù),由GB3480 - 83 中相應曲線列出其方程而得。
———經驗指數(shù),對于軟齒面= 0. 15 ,硬齒面= 0. 08；
———經驗指數(shù),對于軟齒面= 0. 07 ,硬齒面= 0. 04；本文所選用齒輪材料均為硬齒面，故選取，
———齒輪副強度計算點的滑動系數(shù),為代數(shù)值;由 (4)、(5)式計算得
———齒面布氏硬度，其硬度值為250;
———壽命系數(shù),按被計算齒輪的實際循環(huán)次數(shù)取值見下圖12.1所示；
圖12.1 壽命系數(shù)
如果要選取壽命系數(shù)，必須計算齒輪的實際循環(huán)次數(shù)：
已知此減速器工作年限為4年，按照每年200天,每天兩小時，則，
其中，為小齒輪轉速，為齒輪每轉一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)；為齒輪的工作壽命；
由圖2根據(jù)齒輪的實際循環(huán)次數(shù)取壽命系數(shù)約為1.1。
———分別為潤滑油系數(shù)和粗糙度系數(shù)；
圖12.2 粗糙度系數(shù)
圖12.3 硬化系數(shù)
圖12.4 潤滑劑系數(shù)、
查得，設
潤滑油系數(shù)
（可參考12.4）
取齒面平均粗糙度為3.2，故
所以根據(jù)圖12.2所示選取粗糙度系數(shù)
———硬化系數(shù),只對齒輪副硬度較小的一方使用;
，可參考圖12.3所示；
———分別由GB3480 - 83取值;
———接觸疲勞安全系數(shù),一般情況下取 = 1.0 , 在特別重要的情況下可取大于1 的值。
最后將以上所選系數(shù)和計算所得數(shù)據(jù)代入許用接觸應力的計算公式12.14中，有
所以，由以上計算出來的結果表明，即就是齒輪副齒面接觸強度小于其許用接觸應力，因此，滿足強度計算。
利用式12.14 ,在齒輪幾何參數(shù)、材料及其熱處理方法確定的情況下,分別計算兩個齒輪的接觸疲勞許用應力, 按其中小者作為齒輪副的承載能力計算的依據(jù)。
13總結
本次研究的題目是電動自行車傳動裝置設計，通過分析現(xiàn)有電動自行車的不足，將少齒數(shù)齒輪傳動技術應用于電動自行車傳動系統(tǒng)中，開發(fā)一種保證電動時車速不超過20Km/h的電動自行車傳動裝置。
本次設計過程花費的時間比較多，從一開始接觸這個題目到最終完成此次畢業(yè)設計，整個過程給我留下了非常深刻的印象，本畢業(yè)設計考察的知識比較廣泛，包括《機械制圖》、《理論力學》、《材料力學》、《機械設計》、《機械原理》、《機械工程材料》等幾門重要課程。在畢業(yè)設計的前期，我重新學習了這幾門課程中的相關章節(jié)，掌握了做本畢業(yè)設計應具備的知識，同時也在網上搜索了大量的相關資料，進一步彌補了自己的不足，也增添了許多新的知識。記得剛開始做這個題目時，由于缺乏對題目的認識，讓我走了好多的彎路，有好幾天的時間，我一直都在網上搜資料，但是，到最后我也不知道自己找到了什么。慢慢的我感覺到時間非常緊了，壓力也非常大，這時我拿出老師提供的資料，再次開始我的畢業(yè)設計，這次我完成了電動自行車傳動裝置基本數(shù)據(jù)的確定。有了這些數(shù)據(jù)，我開始了裝配圖的繪制，但是，這次我感覺到難度很大，因為傳動裝置的原理很簡單（相當于一個減速器），但要應用到電動自行車上可沒那么簡單，整個過程中想了很多結構，但有些都不合理或者是錯誤的，通過和同學的討論，并在張老師的指導下，我確定了裝配圖的方案，隨后完成了相關零件圖的繪制。
此外，通過本次設計，我對少齒數(shù)齒輪有了進一步的了解，它是指齒數(shù)介于2—10之間的齒輪，當應用于減速器中時，可以提高單級傳動比，減小整個結構的尺寸。進一步熟悉了少齒數(shù)齒輪軸運動參數(shù)的計算、減速器結構的設計、少齒數(shù)齒輪接觸強公式的建立和計算及應力計算點的選取。也了解了變位齒輪設計的過程和優(yōu)點，正傳動變位齒輪可以提高齒面接觸強度、齒根彎曲強度、齒面抗膠合和耐磨損能力，正因為這些優(yōu)點，它被應用于電動自行車傳動裝置中。
所以，本次設計能很好的拓寬學生的視野，打開設計理念和思路，是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的好機會。由于設計者知識水平和經驗不足，設計的圖紙和計算的過程及結果還有待于老師進一步批評指正。
致謝
經過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個本科生，由于經驗和知識的匱乏，在做的過程中難免會有許多困難。如果沒有指導老師的督促指導，以及同學們的支持幫助，要完成這次設計任務的難度是難以想象的。
這次畢業(yè)設計的完成，我要特別感謝我的指導張國海老師， 本次設計是在張老師的精心指導下完成的，整個設計過程張老師盡心盡力，盡職盡責，仔細的為我們講解每一個問題，認真的為我們指導每一個零件的設計，嚴格的督促我們，讓我們及時、認真的完成每一個環(huán)節(jié)。
其次要感謝和我一起作畢業(yè)設計的同學，他們在本次設計中勤奮工作，克服了許多困難，來完成此次畢業(yè)設計，并互相討論解決了許多設計過程中的技術問題。如果沒有他們的努力工作，此次設計的完成將會非常困難。
最后，也要感謝全院的領導、老師，為我們提供了這次有意義的畢業(yè)設計的機會，并給了我們莫大的幫助和支持，在此深表感謝！
參考文獻
[1] 王保民，少齒數(shù)漸開線齒輪副相對滑動的分析與研究[J]，機械設計與研究，2002（增刊）：139-140.
[2] 少齒數(shù)漸開線齒輪副點蝕失效的理論研究[J]，機械，2003，30（4）：36-38.
[3] 蔣軍，蔣學全，雙向變位少齒數(shù)圓柱齒輪副[P]。中國專利：94208649.X,1995-5-24.
[4] 王保民，蔣學全，少齒數(shù)齒輪傳動接觸強度的研究[J].機械設計，2004，21（8）：16-18.
[5]周銘，蘇大鵬，馬亮.少齒數(shù)齒輪傳動[E].機械工程師 ，2001，（3）.
[6]吳宗澤.機械零件設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2007.
[7] 齒輪手冊編委會，齒輪手冊上冊（第2版）[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2001.
[8] 范垂本，齒輪的強度和實驗[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1979.
[9] 濮良貴，紀名剛，機械設計（第七版）[M]，北京：高等教育出版社，2001.
[10] 何寧，蔣學全，少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪加工[J]，重型機械，1992，（4）：53-57.
[11] 孫恒，陳作模，機械原理（第六版）[M]，北京：高等教育出版社，2001。292-340.
[12] 李華敏，漸開線齒輪的幾何原理與計算[J]，北京：機械工業(yè)出版社，1985，13-149.
[13] 王兆義，譯：齒輪的理論與實踐（第一卷）[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1986，98-105.
[14] 孫恒，機械原理（第四版）[M]，北京：高等教育出版社，1989，211-213.
[15]Zhou Youqiang , Shu Xiaolong. Analysis of the contact tooth numberand load sharing of the small teeth difference [ C ] . International Symposium on Design and Synthesis. Tokyo ,1984.
[16]Shu Xiaolong. Determination of load sharing factor for planetarygearing withsmall
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