無級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文資料

1、課程設(shè)計(jì)（論文）無級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（題目35）所在學(xué)院機(jī)械動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)老師2015設(shè)計(jì)機(jī)床的主傳動(dòng)變速系統(tǒng)時(shí)首先利用傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法求出理想 解和多個(gè)合理解。根據(jù)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性要求, 從主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)入手，確定最佳機(jī)床主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性匹配方案, 計(jì)算和校核相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。根據(jù)已確定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)以變速箱 展開圖的總中心距最小為目標(biāo)，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(jì)效率。在機(jī)床主傳動(dòng)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(jì)方法是試算，湊算法，計(jì)算 麻煩且不易找出合理的設(shè)計(jì)方案。本文通過對

2、主傳動(dòng)系統(tǒng)中三聯(lián)滑移齒 輪傳動(dòng)特點(diǎn)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(jí)變速；傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)副，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式，齒輪 模數(shù)，傳動(dòng)比摘要目 錄3， .4 61.1課程設(shè)計(jì)的目的1.2課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容第1章緒論1.2.1理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 1.2.2圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)1.2.3編制技術(shù)文件1.3課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求92.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)10.10確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖動(dòng)力計(jì)計(jì)3.1計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算133.2齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算18.3.3主軸合理跨距的計(jì)算第4章 主要零部件的選擇.204.1電動(dòng)機(jī)的選擇2.0.4.2軸承的選擇20.4.

3、3變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇2.1.第5章校核 ：21 5.1軸的校核5.2軸承壽命校核2.5.第6章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明：276.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案2728.6.2展開圖及其布置結(jié)論.30參考文獻(xiàn)31致謝33第1章緒論機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完本課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠運(yùn)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(shí)，及生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐技能，達(dá)到鞏固、 加深和拓展所學(xué)知識(shí)的目的。通過課程設(shè)計(jì)，分析比較機(jī)械系統(tǒng)中的某 些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)；結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并編寫技 術(shù)文件；完成系統(tǒng)主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過 設(shè)計(jì)，

4、掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達(dá)到積累 設(shè)計(jì)知識(shí)和設(shè)計(jì)技巧，提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力的目的。通過設(shè)計(jì)，使學(xué)生獲 得機(jī)械系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)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(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。1.2課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容由理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算、圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)文件編制三部分組成。1.2.1理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算。(3) 根據(jù)設(shè)計(jì)方案和零部件選擇情況，進(jìn)行有關(guān)動(dòng)力計(jì)算和校核。1.2.2圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)(1)選擇系統(tǒng)中的主要機(jī)件。(2 )工

5、程技術(shù)圖樣的設(shè)計(jì)與繪制。1.2.3編制技術(shù)文件(1 )對于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)。(2 )編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。1.3課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求題目35 :無級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):Nmin=67r/min ; Nmax =3500r/min ; nj=220r/min ;電動(dòng)機(jī)功率Pmax=2.2kW ；n max =3000r/min ； n r=1500r/min ；第2章運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)功率 Pmax=2.2kW ； nmax=3000

6、r/min ； n r=1500r/min(1)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的恒功率調(diào)速范圍Rnp :N max 3500Rnp =nr=N0=15.91交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍rnp：nmax 3000rnp= nr =1500=2(3)分級(jí)變速傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z :Z=lgR np/Igr np 取Z=4則計(jì)算出各個(gè)恒功率段極限轉(zhuǎn)速分別為：220 r/mi n438 r/min875 r/min1750 r/min3000 r/min確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖(1)繪制轉(zhuǎn)速圖:3500r/nin1750r/rin675r/nin437.5r/ninEEOr/rin67r/nin(2)主傳動(dòng)系

7、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_2min 1/2(Z maxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和：Szmin (Z max+2+D/m)據(jù)設(shè)計(jì)要求Zmin 18 20,由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù)，為增加輪轂強(qiáng)度和根切問題取Z1=24，各齒輪齒數(shù)如表2-2。齒輪Z0Z0Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4齒數(shù)37632496408060608040第3章動(dòng)力計(jì)算3.1計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算(1)傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速n 220r / min3.2齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算(1 )、各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下軸序號(hào)電動(dòng)機(jī)(0)I軸II軸計(jì)算轉(zhuǎn)速r/m

8、i 20. 960. 992. 1KW(2)計(jì)算各傳動(dòng)軸的輸出功率如下:nbPP電nrPi P nr ng2. 10. 97 0. 992. 02KWTII955 104 亠-88000(N?mm11 220該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速0. 5代入公式得i 21d|91 ? 4 23 95mm0整取d|V 0. 5 * 876:PII2. 03KVynj220r / min; 取25mm2軸II0. 5代入公式得dii91 ? it慫 33血屈整取dII35mm(3)計(jì)算各軸的扭矩:23000( N ? mn)T|955 1048762 02軸徑的計(jì)算以及鍵的選擇P由公式d 91

9、?4(注:P該軸的傳遞功率 小也j0.5 11.軸I : P 2.1 KWn876r / min; 取(5 )、模數(shù)計(jì)算，一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重 的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，即mj=16338 3(u匚可得各組的模數(shù)。mZ1 u j nj選 45 號(hào)鋼，j =580MPa按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)(u 1)NdNdm1m216338 3 mmV mZM j nj驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率（KW）； nj齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速（r / min）；m 4 10 Z1小齒輪齒數(shù)nj220r / min大小齒輪齒數(shù)比8 乙 24;1. 67mm 取m2.0 mm2. 76mm取m3.0

10、mm基本組齒輪計(jì)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Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4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(yàn)算。計(jì)算如下:齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算:接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為7 if

11、u1)2KT gjZeZhZTMHM Paj彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為:2KT-YSaYFaY（MPa wdmz式中 T-傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動(dòng)機(jī)功率，N=4kW;nj計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）.nj =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;m-齒寬系數(shù)Ze-彈性系數(shù)Zh -節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z e-接觸強(qiáng)度重合度系數(shù)Ysa齒形系數(shù)YFa應(yīng)力修正系數(shù)Yr-彎曲強(qiáng)度重合度系數(shù)j -許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】表4-7，取j =580 Mp

12、a ；w -許用彎曲應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取w =215 Mpa ；可求得:j =324 Mpj =580 Mpw =6.18 Mpaw =215 Mp滿足要求。（7）各個(gè)軸之間的中心距計(jì)算。0-1 軸 a=(mz0+mz1)/2=100mm1-2 軸 a=(mz1+mz2)/2=180mm3.3主軸合理跨距的計(jì)算由于電動(dòng)機(jī)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(jì)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30m

13、m。P軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩 T=9550 =9550 X2 2=95.5N.m220假設(shè)該機(jī)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(jì)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）95. 5Fc=1061.11N0. 09背向力（沿x軸）Fp =0.5 F c=530.56N總作用力F/fCFp2 =1186.4Nn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240Ra=F X J_ =1186.4 X120 240 =1779

14、.6N lRb=F X 旦=1186.4l120X120=593.18N240根據(jù)文獻(xiàn)【1】式3.7得：Kr=3.39 Fr LaOzhcoa 得前支承的剛度：Ka= 1489.6 N/m ; Kb= 702.6 N/ m ; K= 1489.6 =2.12KB 702.6主軸的當(dāng)量外徑de=（80+60）/2=70mm，故慣性矩為44（O.。7O.。3） =113.8 X10-8m464EIn=G2. 11011113. 810 81489. 6_077_10=0.1查【1】圖3-38b=2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距a1。=120 X2.0=240mm合理跨距為(0.75-1.5)l0

15、，取合理跨距l(xiāng)=360mm 。根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，主軸的實(shí)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(dòng)機(jī)的選擇轉(zhuǎn)速 n = 3000r/min ，功率 P= 2.2kW選用調(diào)速電動(dòng)機(jī)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(hào) 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(hào)7015C另一安裝端角接觸球軸承代號(hào)7010C 中間布置角接觸球軸承代號(hào)7012C4.3變速操縱機(jī)構(gòu)

16、的選擇選用左右擺動(dòng)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ys y0.0002 5250.105(b)主軸在前軸承處的傾角容許值軸承0.001rad(C)在安裝齒輪處的傾角容許值齒0.001rad65 16 70 78 75 50 80 236 85 16090 15ODiliD 平均 1.O7 87 mm690E取為E2.1 105MPa ,d46?(1蟲）一（1d 6445)1356904(mm4)87Fz2 955 104 p主 0.9953d件ri計(jì)2 955 104 3.37 O.9953

17、i26(n)400 125Fy0.4Fz 507( N ), Fx 0.25Fz 217(N)由于小齒輪的傳動(dòng)力大，這里以小齒輪來進(jìn)行計(jì)算Fq2 955 104主 2 955 104 3.37 8582( N)3 20 125將其分解為垂直分力和水平分力由公式 FQyFQyta H nFq , FqzFQy tan n可得 Fqz 2105(N), FQy6477( N )MZ1268160135253(Ngmm)2Fyl件50716054080(Ngnm)Mx1尹0牛31713020605( N gmm)主軸載荷圖如下所示:RA7JLmrh-Fez（苑垂直平面內(nèi)FoyL尺Ay（b）水平平B內(nèi)

18、由上圖可知如下數(shù)據(jù):計(jì)算（在垂直平面）FQzabc(I a) yi ”26EIIMcz乎EzMcyT RBya=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm2監(jiān)0 c),y3醬3c)yszyi y * 0.00173ir軸承1軸承z計(jì)算yiysy軸承1軸承y合成:ys軸承F Qzab3EIl (b a)，F(xiàn)Qzab(la)6EIl6.9Fz6EI(213C)，105軸承2Fzcl3EI軸承3Mzl3EI軸承1軸承2軸承32.910（在水平面）FQyabc(l a)6EIl,y2巧l c),y33EIl(My Mx)c(2l3c)6EIy y2 衣 0.017FoyabFoyab (

19、l6EIla),a)軸承1 軸承2旦(2l 3c),6EI(My Mx)齒3rr(l 3c)13.8610 5軸承2FyCl3EI軸承3(My Mx)l3EI軸承 332.8 10Vvsz2Ysy20.018 0.105齒7 0.00015 0.001J軸承Z 軸承Y O.0003300015.2軸承壽命校核I軸選用的是深溝球軸承軸承 6007,其基本額定負(fù)荷為13.0KN由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值 n=1120r/mi n,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(jì)要求，應(yīng)該對I軸未端的軸承進(jìn)行校核。I軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T 9550 - nT=9550Z1 =23 N.m880齒輪受力F 2T2

20、 * 23礦 1840 N根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為Rvi咼 1452 NRv218401452388N因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得fp為1.0到1.2，取fp 1.0，則有:Pif p X1R11.014521452 NP2f PX2R21. 0388388 N故該軸承能滿足要求。由n軸最小軸徑可取軸承為7008C角接觸球軸承。取 =3 ； P=XFr+YF aX=1，Y=0。對n軸受力分析得：前支承的徑向力Fr=1278N。當(dāng)量動(dòng)載荷：P=715.68N。由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命Lioh=15OOOhL10h= 166

21、70 X(d)耳L10h=15000h60n P軸承壽命滿足要求。第6章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明6.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、軸承、帶輪、齒輪、 離合器和制動(dòng)器等）、主軸組件、操縱機(jī)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(jì)與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè) 計(jì)由于時(shí)間的限制，一般只畫展開圖。主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān) 要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。主軸變速箱

22、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)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(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案。2檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時(shí)改正。3確定傳動(dòng)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(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)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(gè)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(jí)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