無級變速主傳動機械系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、哈哈 爾爾 濱濱 理理 工工 大大 學(xué)學(xué)課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 題題 目目機械系統(tǒng)課程設(shè)計院、院、 系系機械動力制造及其自動化姓姓 名名曹家齊學(xué)學(xué) 號號1301010601指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師解寶成 2016 年年 8 月月 28 日日機械系統(tǒng)課程設(shè)計II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

2、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)中雙聯(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。關(guān)鍵詞 無級變速；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)，傳動比機械系統(tǒng)課程設(shè)計III目錄摘摘 要要.I I目目 錄錄.IIII第一章第一章 課程設(shè)計的目的課程設(shè)計的目的.1 11.1 課程設(shè)計的內(nèi)容 .11.2 理論分析與設(shè)計計算 .11.3 圖樣技術(shù)設(shè)計 .11.4 編制技術(shù)文件 .2第二章第二章 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求.3 32.1 課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù) .32.2 技術(shù)要

3、求 .3第三章第三章 運動設(shè)計運動設(shè)計.4 43.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 .43.1.1 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) .43.1.1 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 .53.2 確定各變速組此傳動副齒數(shù) .6第四章第四章 動力計算動力計算.7 74.1 計算轉(zhuǎn)速的計算 .74.2 齒輪模數(shù)計算及驗算 .74.3 主軸合理跨距的計算 .12機械系統(tǒng)課程設(shè)計IV第五章第五章 主要零部件的選擇主要零部件的選擇.14145.1 電動機的選擇 .145.2 軸承的選擇 .145.3 變速操縱機構(gòu)的選擇 .14第六章第六章 校核校核.15156.1 軸的校核 .156.2 軸承壽命校核 .186.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 .196

4、.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案.196.3.2 展開圖及其布置.20結(jié)結(jié) 論論.2121參考文獻參考文獻.2222致致 謝謝.2323第一章 課程設(shè)計的目的機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計是在學(xué)完本課程后，進行一次學(xué)習(xí)設(shè)計的綜合性練習(xí)。通過課程設(shè)計，使學(xué)生能夠運用所學(xué)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(xí)等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學(xué)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(xué)習(xí)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

5、和設(shè)計技巧，提高學(xué)生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學(xué)生獲得機械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓(xùn)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。1.1 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 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。1.3 圖樣技術(shù)設(shè)計（1）選擇系統(tǒng)中的主要機件。機械系統(tǒng)課程設(shè)計2（2）工程技術(shù)圖樣的設(shè)計與繪制。1.4 編制技術(shù)文件（1）對于課程設(shè)計

6、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。機械系統(tǒng)課程設(shè)計3第二章 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求2.1 課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)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；2.2 技術(shù)要求（1）利用電動機完成換向和制動。（2）各滑移齒輪塊采用單獨操縱機構(gòu)。（3）進給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅(qū)動。機械系統(tǒng)課程設(shè)計4第三章 運動設(shè)計3.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定技術(shù)參數(shù)：Nmin=67r/min；Nmax=350

7、0r/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 =15.91jNnmax2203500(2)交流調(diào)速電動機的恒功率調(diào)速范圍 rwp:rwp=2rnnmax15003000(3)分級變速傳動的轉(zhuǎn)速級數(shù) Z： Z=lgRnp/lgrwp4 取 Z=43.1.1 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)主軸的計算轉(zhuǎn)速為 220r/min由轉(zhuǎn)速得,選用齒輪精度為 8 級精度機械系統(tǒng)課程設(shè)計5圖 3-1 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 3.1.1 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖（1）繪制轉(zhuǎn)速圖：圖 3-2 轉(zhuǎn)速圖（2）畫主傳動系統(tǒng)

8、圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)-軸最小中心距：A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)機械系統(tǒng)課程設(shè)計6軸最小齒數(shù)和:Szmin(Zmax+2+D/m)3.2 確定各變速組此傳動副齒數(shù)(1)Sz 100-120,中型機床Sz=70-100(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20 圖 3-3 主傳動系統(tǒng)圖齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計要求 Zmin1820,查表取 Z=20，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如下。齒輪Z0Z0Z1Z1 Z2Z2Z3Z3 Z4Z4齒數(shù)20347236218754543672表 3-1機械系統(tǒng)課程設(shè)計7第四章 動力計算4.1 計算轉(zhuǎn)速的計算1、主軸的計

9、算轉(zhuǎn)速 傳動件的計算轉(zhuǎn)速min/220rn 主軸的計算轉(zhuǎn)速, :各軸的計算轉(zhuǎn)速如下表4-14.2 齒輪模數(shù)計算及驗算)(8769022003. 2109550)(228908751 . 2109550:. 203. 299. 097. 08 . 31 . 299. 096. 02 . 2:. 133mmNTmmNTKWnnPPKWnnPPIIIgrIIIbrI計算各軸的扭矩率如下計算各傳動軸的輸出功電軸 序 號電動機(0)I 軸II 軸計算轉(zhuǎn)速r/min1500875220機械系統(tǒng)課程設(shè)計815 . 0;:(913.4該軸的計算轉(zhuǎn)速）該軸的傳遞功率 注由公式擇軸徑的計算以及鍵的選jjnPnPd

10、mmdmmdrnKWPIImmdmmdrnKWPIIIIIjIIIIjI35;6.335.08800064.11min;/220;03.2:).225;02.245.02300064.11min;/876;2.1:).144圓整取代入公式得取軸圓整取代入公式得取軸4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)。3221) 1(jjmnuzPu材料選用 45 號鋼整體淬火，1100jMP按接觸疲勞計算齒輪模數(shù) m mmmmrnuZIIIZurnKWNjjd.03m取;5.6222011002208.22)1

11、2(16338mmin/220;2;20;10:軸小齒輪齒數(shù);104;大小齒輪齒數(shù)比min)/(齒輪計算轉(zhuǎn)速);(驅(qū)動電機的功率322j1m1m5基本組齒輪計算。 0-1 基本組齒輪幾何尺寸見下表機械系統(tǒng)課程設(shè)計9齒輪Z0Z0齒數(shù)2034模數(shù)33分度圓直徑6081齒頂圓直徑6687齒根圓直徑52.573.5 齒寬2424表 4-21-2 基本組齒輪幾何尺寸見下表齒輪Z1Z1 Z2Z2Z3Z3 Z4Z4齒數(shù)7236218754543672模數(shù)33333333分度圓直徑21610863261162162108216齒頂圓直徑22211469267168168114222齒根圓直徑208.5100.

12、555.5253.5154.5154.5100.5208.5 齒寬2424242424242424表 4-3按基本組最小齒輪計算。小齒輪用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB286HB，平均取 260HB，大齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB286HB，平均取 240HB。計算如下：機械系統(tǒng)課程設(shè)計10 齒面接觸疲勞強度計算： 接觸應(yīng)力驗算公式為 jfsjMPauBnNKKKKuzm)() 1(1020883218 彎曲應(yīng)力驗算公式為： wswMPaBYnzmNKKKK)(1019123215式中 N-傳遞的額定功率（kW） ，這里取 N 為電動機功率，N=2.2kW; -計算轉(zhuǎn)速（r

13、/min）. =500（r/min）;jnjn m-初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）; B-齒寬（mm）;B=24（mm）; z-小齒輪齒數(shù)；z=20; u-小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2; -壽命系數(shù)；sK =sKTKnKNKqK -工作期限系數(shù)；TK mTCTnK0160 T-齒輪工作期限，這里取 T=15000h.; -齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min） ，=500（r/min）1n1n機械系統(tǒng)課程設(shè)計11 -基準循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取=0C0C7100C6102 m-疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取 m=3；彎曲載荷取 m=6; -轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2 上，取=0.60n

14、KnK -功率利用系數(shù)，查【5】2 上，取=0.78NKNK -材料強化系數(shù)，查【5】2 上,=0.60qKqK -工作狀況系數(shù)，取=1.13K3K -動載荷系數(shù)，查【5】2 上，取=12K2K -齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2 上，=1 1K1K Y-齒形系數(shù)，查【5】2 上，Y=0.386；-許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】 ，表 4-7，取=650 j jMpa；-許用彎曲應(yīng)力（MPa） ，查【4】 ，表 4-7，取=275 w wMpa；根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa j j=78 Mpaw w按擴大組最小齒輪計算。小齒輪用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB286

15、HB，平均取 260HB，大齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度機械系統(tǒng)課程設(shè)計12229HB286HB，平均取 240HB。 同理根據(jù)基本組的計算，查文獻【6】 ，可得:=0.62， =0.77，=0.60，=1.1，nKNKqK3K=1，=1，m=3.5，=355；2K1Kjn可求得：=619 Mpa j j =135Mpa w w4.3 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

16、=120mm，主軸孔徑為 30mm。軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩 T=9550=9550=318.3N.mnP2202 . 2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=4716N09. 03 .318背向力（沿 x 軸） Fp=0.5 Fc=2358N總作用力 F=5272.65N22pCFF此力作用于工件上，主軸端受力為 F=5272.65N。機械系統(tǒng)課程設(shè)計13先假設(shè) l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力 RA和 RB分別為RA

17、=F=5272.65=7908.97Nlal 240240120RB=F=5272.65=2636.325Nla240120根據(jù)【1】式 3.7 得：Kr=3.39得1 . 0Fr8 . 0La9 . 0)(iza9 . 1cos前支承的剛度：KA= 1689.69 N/；KB= 785.57 N/；=mmBAKK=2.1557.78569.1689 主軸的當(dāng)量外徑 de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為 I=113.810-8m464)03. 007. 0(44 =0.143aKEIA63811101 . 069.1689108 .113101 . 2查【1】圖 3-38 得 =2.

18、0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距al0=1202.0=240mm0l合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距 l=360mm。0l 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，后支承采用角接觸球軸承和推力軸承組合。機械系統(tǒng)課程設(shè)計14第五章 主要零部件的選擇 5.1 電動機的選擇轉(zhuǎn)速n3000r/min，功率P2.2kW選用調(diào)速電動機 5.2 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7007C 另一安裝深溝球軸承6012I軸：對稱布置深溝球軸承6009II軸：后端安裝

19、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7012C5.3 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軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。機械系統(tǒng)課程設(shè)計15第六章 校核6.1 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 0.0002 5250.105syy（b） 主軸在前軸承處的傾角 0.001rad容許值軸承（c） 在安裝齒輪處的傾角 0.001rad容許值齒65 1670 7875 5080 23685 16090 150D1.0787690DilimmL平均總E 取為，52.1 10EMPa4

20、4408745(1)(1)1356904()646487ddImmd43432 955 100.9952 955 103.37 0.9951268400 125zpFNdn主計件（），0.4507()yzFFN0.25217()xzFFN由于小齒輪的傳動力大，這里以小齒輪來進行計算442 955 102 955 103.378582)3 20 125QPFNm z n主計主主（將其分解為垂直分力和水平分力由公式,tantanQyQynQQzQynFFF FF可得2105(),6477()QzQyFNFN機械系統(tǒng)課程設(shè)計16221268 160135253()33ZZMF lN mmA件2250

21、7 16054080()33yyMF lN mmA件11317 13020605()22xxMF dN mmA件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）機械系統(tǒng)課程設(shè)計17,1()6QZF abc layEIl22()3ZF cylcEIl3(23 )6zM cylcEI1230.00173szyyyy，()3QZF abbaEIl齒1(23 )6ZFlcEI齒2(3 )3ZMlcEI齒356.9 10齒Z齒1齒2齒3，()6QZF ab laEIl軸承1，3zF clEI軸承23ZM lEI軸承352.9 10軸承

22、Z軸承1軸承2軸承3計算（在水平面）,1()6QyF abc layEIl22()3yF cylcEIl3()(23 )6yxMMcylcEI1230.017syyyyy，()3QyF abbaEIl齒1(23 )6yFlcEI齒2()(3 )3yxMMlcEI齒3513.86 10齒y齒1齒2齒3，()6QyF ab laEIl軸承13yF clEI軸承2()3yxMMlEI軸承3532.8 10軸承y軸承1軸承2軸承3合成：220.0180.105sszsyyyy220.000150.001齒齒y齒y220.000330.001軸承軸承Z軸承Y機械系統(tǒng)課程設(shè)計186.2 軸承壽命校核軸選用

23、的是深溝球軸承軸承 6006,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 nPT9550 T=9550 =23 Nm8801 . 2 齒輪受力 N1840252322dTF 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 N14522111lllFRrv N387145218402vR 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：pf0 . 1pfN 145214520 . 1111RXfPpN3873

24、870 . 1222RXfPp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,=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。對軸受力分析機械系統(tǒng)課程設(shè)計19得：前支承的徑向力 Fr=2642.32N。 由軸承壽命的計算公式：預(yù)期的使用壽命 L10h=15000hL10h=n16670)PC(180166703)2238.38100022.8(=hL10h=15000h31667036.3 1000()288142.941502642.32 軸承壽命滿足要求。6.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明6.3.1 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、

25、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 0 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。機械系統(tǒng)課程設(shè)計20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 1 布置傳動件及選擇結(jié)構(gòu)方案。2 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