無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計論文

哈理工大學課程設(shè)計(論文)無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計（題目35）所在學院機械動力工程學院專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班 級姓 名學 號指導(dǎo)老師 2015 年 9 月 4 日摘 要設(shè)計機床的主傳動變速系統(tǒng)時首先利用傳動系統(tǒng)設(shè)計方法求出理想解和多個合理解。根據(jù)數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)及主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性要求，從主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)入手，確定最佳機床主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性匹配方案，計算和校核相關(guān)運動參數(shù)和動力參數(shù)。根據(jù)已確定的運動參數(shù)以變速箱展開圖的總中心距最小為目標，擬定變速系統(tǒng)的變速方案，以獲得最優(yōu)方案以及較高的設(shè)計效率。在機床主傳動系統(tǒng)中，為減少齒輪數(shù)目，簡化結(jié)構(gòu)，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數(shù)的設(shè)計方法是試算，湊算法，計算麻煩且不易找出合理的設(shè)計方案。本文通過對主傳動系統(tǒng)中三聯(lián)滑移齒輪傳動特點的分析與研究，繪制零件工作圖與主軸箱展開圖及剖視圖。關(guān)鍵詞 分級變速；傳動系統(tǒng)設(shè)計,傳動副，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式，齒輪模數(shù)，傳動比目 錄摘 要.2目 錄.3第1章 緒論51.1 課程設(shè)計的目的51.2課程設(shè)計的內(nèi)容61.2.1 理論分析與設(shè)計計算61.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計61.2.3編制技術(shù)文件61.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求6第2章 運動設(shè)計.72.1運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定7確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)8繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖8第3章 動力計計.103.1 計算轉(zhuǎn)速的計算.103.2 齒輪模數(shù)計算及驗算103.3 主軸合理跨距的計算14第4章 主要零部件的選擇.164.1電動機的選擇164.2 軸承的選擇164.3變速操縱機構(gòu)的選擇16第5章 校核.175.1 軸的校核175.2 軸承壽命校核20第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明.226.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案226.2 展開圖及其布置23結(jié) 論.24參考文獻25致 謝26第1章 緒論1.1 課程設(shè)計的目的機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計是在學完本課程后，進行一次學習設(shè)計的綜合性練習。通過課程設(shè)計，使學生能夠運用所學過的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的有關(guān)理論知識，及生產(chǎn)實習等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學知識的目的。通過課程設(shè)計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型機構(gòu)，進行選擇和改進；結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行設(shè)計計算并編寫技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主傳動設(shè)計，達到學習設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊、設(shè)計標準和資料的方法，達到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。1.2課程設(shè)計的內(nèi)容機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計內(nèi)容由理論分析與設(shè)計計算、圖樣技術(shù)設(shè)計和技術(shù)文件編制三部分組成。1.2.1 理論分析與設(shè)計計算（1）機械系統(tǒng)的方案設(shè)計。設(shè)計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。（2）根據(jù)總體設(shè)計參數(shù)，進行傳動系統(tǒng)運動設(shè)計和計算。（3）根據(jù)設(shè)計方案和零部件選擇情況，進行有關(guān)動力計算和校核。1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計（1）選擇系統(tǒng)中的主要機件。（2）工程技術(shù)圖樣的設(shè)計與繪制。1.2.3編制技術(shù)文件（1）對于課程設(shè)計內(nèi)容進行自我經(jīng)濟技術(shù)評價。（2）編制設(shè)計計算說明書。1.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求題目35：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)：Nmin=67r/min；Nmax=3500r/min；nj=220r/min；電動機功率Pmax=2.2kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/min；第2章 運動設(shè)計2.1運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定技術(shù)參數(shù)：Nmin=67r/min；Nmax=3500r/min；nj=220r/min；電動機功率Pmax=2.2kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/min；(1) 無級變速傳動系統(tǒng)的恒功率調(diào)速范圍Rnp:Rnp=15.91(2)交流調(diào)速電動機的恒功率調(diào)速范圍rnp:rnp=2(3)分級變速傳動的轉(zhuǎn)速級數(shù)Z： Z=lgRnp/lgrnp4 取Z=4則計算出各個恒功率段極限轉(zhuǎn)速分別為：220 r/min 438 r/min875 r/min 1750 r/min 3000 r/min確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng) 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖（1） 繪制轉(zhuǎn)速圖：轉(zhuǎn)速圖（2） 主傳動系統(tǒng)圖 圖2-3 主傳動系統(tǒng)圖（3）齒輪齒數(shù)的確定。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)1-2軸最小中心距：A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和:Szmin(Zmax+2+D/m)據(jù)設(shè)計要求Zmin1820,由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，為增加輪轂強度和根切問題取Z1=24，各齒輪齒數(shù)如表2-2。齒輪Z0Z0Z1Z1 Z2Z2Z3Z3 Z4Z4齒數(shù)37632496408060608040第3章 動力計算3.1 計算轉(zhuǎn)速的計算 3.2 齒輪模數(shù)計算及驗算（1）、軸 序 號電動機(0)I軸II軸計算轉(zhuǎn)速r/min1500876220（5）、模數(shù)計算，一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算，即mj=16338可得各組的模數(shù)。選45號鋼， =580MPa按接觸疲勞計算齒輪模數(shù)（6） 基本組齒輪計算。 0-1基本組齒輪幾何尺寸見下表齒輪Z0Z0齒數(shù)3763模數(shù)22分度圓直徑74126齒頂圓直徑76128齒根圓直徑73.5127.5 齒寬16161-2基本組齒輪幾何尺寸見下表齒輪Z1Z1 Z2Z2Z3Z3 Z4Z4齒數(shù)2496408060608040模數(shù)33333333分度圓直徑72288120240180180240120齒頂圓直徑74290122242182182242122齒根圓直徑73.5287.5119.5239.5179.5179.5239.5119.5 齒寬2424242424242424按基本組最小齒輪驗算。計算如下： 齒面接觸疲勞強度計算： 接觸應(yīng)力驗算公式為 彎曲應(yīng)力驗算公式為： =YSaYFaY式中 T-傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動機功率，N=4kW; -計算轉(zhuǎn)速（r/min）. =220（r/min）; m-初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）; B-齒寬（mm）;B=24（mm）; d-齒輪分度圓直徑； z-小齒輪齒數(shù)；z=24; u-小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=4; -齒寬系數(shù) ZE-彈性系數(shù) -節(jié)點區(qū)域系數(shù) Z-接觸強度重合度系數(shù) YSa-齒形系數(shù)YFa-應(yīng)力修正系數(shù) Y-彎曲強度重合度系數(shù)-許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=580 Mpa；-許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=215 Mpa；可求得：=324 Mp =580 Mp =6.18Mpa =215 Mp 滿足要求。（7）各個軸之間的中心距計算。 0-1軸 a=(mz0+mz1)/2=100mm 1-2軸 a=(mz1+mz2)/2=180mm3.3 主軸合理跨距的計算由于電動機功率P=2.2KW，根據(jù)【1】表3.20，前軸徑應(yīng)為6090mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.70.9）d1，取d2=60mm。根據(jù)設(shè)計方案，前軸承為NN3016K型，后軸承為圓錐滾子軸承。定懸伸量a=120mm，主軸孔徑為30mm。軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩T=9550=9550=95.5N.m假設(shè)該機床為車床的最大加工直徑為300mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經(jīng)濟加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的50%，這里取60%，即180mm，故半徑為0.09m；切削力（沿y軸） Fc=1061.11N背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=530.56N總作用力 F=1186.4N此力作用于工件上，主軸端受力為F=1186.4N。先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為RA=F=1186.4=1779.6NRB=F=1186.4=593.18N根據(jù)文獻【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 1489.6 N/；KB= 702.6 N/；=2.12 主軸的當量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為 I=113.810-8m4 =0.1查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=1202.0=240mm合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=360mm。 根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，主軸的實際跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑D=100mm，后軸徑d=80mm。前軸承采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用背對背安裝的角接觸球軸承。第4章 主要零部件的選擇 4.1電動機的選擇轉(zhuǎn)速n3000r/min，功率P2.2kW選用調(diào)速電動機 4.2 軸承的選擇0軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號7006C 另一安裝深溝球軸承6012I軸：對稱布置深溝球軸承6007II軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號7010C中間布置角接觸球軸承代號7012C4.3變速操縱機構(gòu)的選擇選用左右擺動的操縱桿使其通過桿的推力來控制II軸上的二聯(lián)滑移齒輪。第5章 校核5.1 軸的校核（1）主軸剛度符合要求的條件如下：（a） 主軸的前端部撓度（b） 主軸在前軸承處的傾角（c） 在安裝齒輪處的傾角E取為，由于小齒輪的傳動力大，這里以小齒輪來進行計算將其分解為垂直分力和水平分力由公式可得主軸載荷圖如下所示：由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm計算（在垂直平面）,，計算（在水平面）,，合成：5.2 軸承壽命校核軸選用的是深溝球軸承軸承6007,其基本額定負荷為13.0KN由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值n=1120r/min,所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計要求，應(yīng)該對軸未端的軸承進行校核。軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=9550 =23 N.m齒輪受力 N 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 N N 因軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按機械設(shè)計表10-5查得為1.0到1.2，取，則有：N N故該軸承能滿足要求。由軸最小軸徑可取軸承為7008C角接觸球軸承。取=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。對軸受力分析得：前支承的徑向力Fr=1278N。 當量動載荷：P=715.68N。 由軸承壽命的計算公式：預(yù)期的使用壽命 L10h=15000hL10h=L10h=15000h 軸承壽命滿足要求。第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等）、主軸組件、操縱機構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計由于時間的限制，一般只畫展開圖。主軸變速箱是機床的重要部件。設(shè)計時除考慮一般機械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標準化和通用化的原則。主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計時整個機床設(shè)計的重點，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。目的是：1 布置傳動件及選擇結(jié)構(gòu)方案。2 檢驗傳動設(shè)計的結(jié)果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時改正。3 確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確定各軸的受力點和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數(shù)據(jù)。4 精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，軸承溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)公藝性，操作方便，安全，可靠原則，遵循標準化和通用化原則。6.2 展開圖及其布置展開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開并將這些剖切面平整展開在同一個平面上。1軸上安裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種安裝布置方案，一是將兩級變速齒輪和離合器做成一體，齒輪的直徑受到離合器直徑的約束，否則齒輪無法加工，這樣軸的間距加大。另一種方案是將離合器的左右部分分別同軸線的軸上，這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們選擇第一種方案?？偛贾脮r需要考慮制動器的位置。制動器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動扭矩太大，是制動尺寸增大。齒輪在軸上布置很重要，關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。結(jié) 論經(jīng)過這次課程設(shè)計，使我對機械系統(tǒng)設(shè)計這門課當中許多原理公式有了進一步的了解，并且對設(shè)計工作有了更深入的認識。在設(shè)計過程中，得到老師的精心指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝。本次課程設(shè)計充分應(yīng)用了以前學習的知識來分析和解決實際問題，了解了機械設(shè)計的設(shè)計思路和設(shè)計切入點同時得到了對機械零部件的傳動設(shè)計和動力計算能力以及應(yīng)用資料和實際動手能力的提高。分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)及部分計算，到這里基本結(jié)束了，由于筆者水平有限，加之時間倉促，僅對分級變速主傳動系統(tǒng)主要部分進行設(shè)計和校核，定有許多地方處理不夠妥當，有些部分甚至可能存在錯誤，望老師多提寶貴意見。參考文獻【1】.機械設(shè)計 科學出版社【2】.機械課程設(shè)計 科學出版社【3】.機床設(shè)計手冊 機械工業(yè)出版社【4】.機床設(shè)計圖冊 上?？茖W技術(shù)出版社 【5】.機械設(shè)計（