機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計題目19

1、寧課程設(shè)計(論文)分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計(題目19)所在學(xué)院機械學(xué)院專 業(yè)機械摘 要本說明書著重研究機床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計步驟和設(shè)計方法，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(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4第1章 緒論61.1 課程設(shè)計的

2、目的61.2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6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7課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)7技術(shù)要求7第2章 運動設(shè)計82.1運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定82.1.1 轉(zhuǎn)速范圍82.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列8確定結(jié)構(gòu)式8確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)8繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖92.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù)92.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差10第3章 動力計算123.1 帶傳動設(shè)計123.2 計算轉(zhuǎn)速的計算133.3 齒輪模數(shù)計算及驗算143.4 主軸合理跨距的計算18第4章 主要零部件的選擇194.1電動機的選擇194.2 軸承的選擇194.3變速操

3、縱機構(gòu)的選擇19第5章 校核205.1 剛度校核205.2 軸承壽命校核22第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明236.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案236.2 展開圖及其布置23結(jié) 論24參考文獻(xiàn)24 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(xué)完本課程后，進(jìn)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(dá)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(jìn)行選擇和改進(jìn)；結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)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(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計，掌

4、握查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達(dá)到積累設(shè)計知識和設(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(jìn)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。 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(jìn)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(jìn)行有關(guān)動力計算和校核。 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。編制技術(shù)

5、文件（1）對于課程設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)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)要求課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)題目19：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)：Nmin=50r/min；Nma×=280r/min；Z=4級；公比為1.78；電動機功率P=4kW；電機轉(zhuǎn)速n=1440r/min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(jìn)給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅(qū)動。第2章 運動設(shè)計2.1運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 轉(zhuǎn)速范圍Rn=5.6 轉(zhuǎn)速數(shù)列轉(zhuǎn)速數(shù)列。查機械系統(tǒng)設(shè)計表 2-9標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，首先找到50r/min、然后每隔9個

6、數(shù)取一個值（1.78=1.0610），得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為50 r/min、90r/min、160r/min、280 r/min、共4級。2.1.3確定結(jié)構(gòu)式對于Z=4可分解為：Z=21×22。2.1.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則,選取傳動方案Z=21×2,易知第二擴大組的變速范圍r=(P3-1)×=1.788 滿足要求，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖2-1。圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng) 2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖（1）選擇電動機：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。（2）繪制轉(zhuǎn)速圖：轉(zhuǎn)速圖（3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的

7、技術(shù)參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖2-3：1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zma×m+2m+D)軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zma×+2+D/m)2.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù)(1)Sz100-120,中型機床Sz=70-100(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20 圖2-3 主傳動系統(tǒng)圖（7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計要求Zmin1820,齒數(shù)和Sz100120，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)，各齒輪齒數(shù)如表2-2。 表2-2 齒輪齒數(shù)傳動比基本組第一擴大組1:1.781:3.161.78：11：1.78代號ZZZZZZZZ齒數(shù)274

8、81857 824646822.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差實際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過±10(-1),即10(-1)對Nma×=280r/min，實際轉(zhuǎn)速Nma×=1440×××=288.78r/min 則有=3.127.8對N=160r/min，實際轉(zhuǎn)速N=1440×××=162.12 r/min=1.327.8同理，根據(jù)計算得出其他各組的數(shù)據(jù)如下表：因此滿足要求。各級轉(zhuǎn)速誤差n 2801609050n288.78162.1290.8851.019誤差3.321.320.972.04只有一級轉(zhuǎn)

9、速誤差小于7.8，因此不需要修改齒數(shù)。第3章 動力計算3.1 帶傳動設(shè)計輸出功率P=4kw,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=280r/min（1）確定計算功率: 按最大的情況計算P=4kw ,K為工作情況系數(shù)，查1表3.5. 取K=1.0 pd=kAP=1.0×4=4kw（2）選擇V帶的型號: 根據(jù)pd,n1=1440r/min參考1圖表3.16及表3.3選小帶輪直徑，查表選擇A型V帶 d1=90mm（3）確定帶輪直徑d1,d2小帶輪直徑d1=90mm驗算帶速v=d1n1/(60×1000)=×90×1440/(60×1000)=6.782

10、4 m/s從動輪直徑d2=n1d1/n2=1440×90/280=462.86mm取d2=450mm查1表3.3計算實際傳動比i=d2/d1=450/90=5（4）定中心矩a和基準(zhǔn)帶長Ld1初定中心距a00.7(d1+2)a02(d1+d2)3781080取ao=700mm2帶的計算基準(zhǔn)長度 Ld02a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a02×700+(90+450)/2+(450-90)2/4×700 2294查1表3.2取Ld0=2400mm3計算實際中心距 aa0+(Ld-Ld0)/2=700+(2400-2294)=806 mm 4確定中心距調(diào)整

11、范圍 ama×=a+0.03Ld=806+0.03×2400=882 mm amin=a-0.015Ld=806-0.015×2400=770 mm （5）驗算包角:1=1800-（d2-d1）/a×57.30=1800-57.30 ×(180-90)/806=1540>1200（6）確定V帶根數(shù)：確定額定功率：P0由查表并用線性插值得P0=1.05kw查1表37得功率增量P0=0.13kw查1表38得包角系數(shù)K=0.99查1表3得長度系數(shù)Kl=0.81確定帶根數(shù)：Z=P/（P+P）×K×K=4.0/(1.05+0.1

12、3)×0.99×0.81=3.22取Z=43.2 計算轉(zhuǎn)速的計算（1）.主軸的計算轉(zhuǎn)速 由機械系統(tǒng)設(shè)計表3-2中的公式 50 60.595r/min 結(jié)合變速數(shù)據(jù) 取主軸的計算轉(zhuǎn)速為90 r/min (2). 傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 在轉(zhuǎn)速圖上，軸在最低轉(zhuǎn)速50r/min時經(jīng)過傳動組傳動副，。這個轉(zhuǎn)速高于主軸計算轉(zhuǎn)速，在恒功率區(qū)間內(nèi)，因此軸的最低轉(zhuǎn)速為該軸的計算轉(zhuǎn)速即nj=160/min,軸計算轉(zhuǎn)速為=280 r/min（2）確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 由機械設(shè)計知識可知，一對嚙合齒輪只需要校核危險的小齒輪，因此只需求出危險小齒輪的計算轉(zhuǎn)速這轉(zhuǎn)速都在恒功率區(qū)間內(nèi)，即都要求傳遞最大功率

13、所以齒輪Z38的計算轉(zhuǎn)速為這3轉(zhuǎn)速的最小值即=90/min各計算轉(zhuǎn)速入表3-1。表3-1 各軸計算轉(zhuǎn)速軸 號 軸 軸 軸計算轉(zhuǎn)速 r/min 28016090（3） 確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速。齒輪裝在主軸其中只有90r/min傳遞全功率，故Zj=90 r/min。依次可以得出其余齒輪的計算轉(zhuǎn)速，如表3-2。 表3-2 齒輪副計算轉(zhuǎn)速序號ZZZZn280160160903.3 齒輪模數(shù)計算及驗算1、計算各傳動軸的輸出功率 2、軸徑設(shè)計及鍵的選取軸一：，取帶入公式： 有，,圓整取選花鍵：軸二：，取帶入公式： 有，,圓整取 選花鍵：軸三：，取帶入公式： 有，,圓整取選花鍵：主軸：選擇主軸前端直徑，后端直

14、徑取，則平均直徑。對于普通車床，主軸內(nèi)孔直徑,故本例之中，主軸內(nèi)孔直徑取為支承形式選擇兩支撐，初取懸伸量，支撐跨距。 選擇平鍵連接，3、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(fù)荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進(jìn)行計算，即mj=16338可得各組的模數(shù)，如表3-3所示。45號鋼整體淬火， 按接觸疲勞計算齒輪模數(shù)m 1-2軸由公式mj=16338可得mj=3.088mm，取m=3.5mm2-3軸由公式mj=16338可得mj=2.31mm，取m=3.5mm由于一般同一變速組內(nèi)的齒輪盡量取同一模數(shù)，所以為了統(tǒng)一和方便如下?。罕?-3 模數(shù)組號基本組第一擴大組模數(shù) mm 3.53.5

15、（2）基本組齒輪計算。 基本組齒輪幾何尺寸見下表齒輪Z1Z1 Z2Z2齒數(shù)27481857分度圓直徑94.516863199.5齒頂圓直徑101.517570206.5齒根圓直徑85.78159.2554.25190.75 齒寬28282828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： 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： 式中 N-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）. =500（r/m

16、in）; m-初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3.5（mm）; B-齒寬（mm）;B=28（mm）; z-小齒輪齒數(shù)；z=19; u-小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2.78; -壽命系數(shù)； = -工作期限系數(shù)； 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） -基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取= 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=0.60 -功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78 -材料強化系數(shù)，查【5】2上， =0.60 -工作狀況系數(shù)，取=1.1 -動載荷系數(shù)，查【5】2

17、上，取=1 -齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1 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 Mpa；-許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa =78 Mpa（3）擴大組齒輪計算。 擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪Z3Z3Z4Z4齒數(shù)82464682分度圓直徑287161161287齒頂圓直徑294168168294齒根圓直徑278.25152.25152.25278.25齒寬28282828按擴大組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB28

18、6HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB286HB，平均取240HB。 同理根據(jù)基本組的計算，查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，=1，=1，m=3.5，=355；可求得：=619 Mpa =135Mpa 3.4 主軸合理跨距的計算由于電動機功率P=4KW，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

19、15;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(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） Fc=4716N背向力（沿×軸） Fp=0.5 Fc=2358N總作用力 F=5272.65N此力作用于工件上，主軸端受力為F=5272.65N。先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為RA=F×=5272.65×=7908.97NRB=F×=5272.65×=2636.325N根據(jù) 文獻(xiàn)【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的剛度

20、：KA= 1689.69 N/ ；KB= 785.57 N/；=2.15 主軸的當(dāng)量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為 I=113.8×10-8m4 =0.14查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=120×2.0=240mm合理跨距為（），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n1440r/min，功率P4k

21、W選用Y系列三相異步電動機 4.2 軸承的選擇I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6012II軸：對稱布置深溝球軸承6009III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軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。第5章 校核5.1 軸的校核（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(jìn)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：

22、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 軸承壽命校核由軸最小軸徑可取軸承為7008C角接觸球軸承,=3；P=×Fr+YFa×=1，Y=0。對軸受力分析得：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=×=×=hL10h=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、

23、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(biāo)準(zhǔn)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