機械系統(tǒng)設計課程設計題目19

1、寧課程設計(論文)分級變速主傳動系統(tǒng)設計(題目19)所在學院機械學院專 業(yè)機械摘 要本說明書著重研究機床主傳動系統(tǒng)的設計步驟和設計方法，根據已確定的運動參數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)方案以及較高的設計效率。在機床主傳動系統(tǒng)中，為減少齒輪數目，簡化結構，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數的設計方法是試算，湊算法，計算麻煩且不易找出合理的設計方案。本文通過對主傳動系統(tǒng)中三聯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。關鍵詞 分級變速；傳動系統(tǒng)設計,傳動副，結構網，結構式，齒輪模數，傳動比目 錄摘 要2目 錄4第1章 緒論61.1 課程設計的

2、目的61.2課程設計的內容61.2.1 理論分析與設計計算61.2.2 圖樣技術設計6編制技術文件61.3 課程設計題目、主要技術參數和技術要求7課程設計題目和主要技術參數7技術要求7第2章 運動設計82.1運動參數及轉速圖的確定82.1.1 轉速范圍82.1.2 轉速數列8確定結構式8確定結構網8繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖92.2 確定各變速組此論傳動副齒數92.3 核算主軸轉速誤差10第3章 動力計算123.1 帶傳動設計123.2 計算轉速的計算133.3 齒輪模數計算及驗算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 結構設計及說明236.1 結構設計的內容、技術要求和方案236.2 展開圖及其布置23結 論24參考文獻24 第1章 緒論1.1 課程設計的目的機械系統(tǒng)設計課程設計是在學完本課程后，進行一次學習設計的綜合性練習。通過課程設計，使學生能夠運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的有關理論知識，及生產實習等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學知識的目的。通過課程設計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型機構，進行選擇和改進；結合結構設計，進行設計計算并編寫技術文件；完成系統(tǒng)主傳動設計，達到學習設計步驟和方法的目的。通過設計，掌

4、握查閱相關工程設計手冊、設計標準和資料的方法，達到積累設計知識和設計技巧，提高學生設計能力的目的。通過設計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設計技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設計創(chuàng)造一定的條件。1.2課程設計的內容機械系統(tǒng)設計課程設計內容由理論分析與設計計算、圖樣技術設計和技術文件編制三部分組成。 理論分析與設計計算（1）機械系統(tǒng)的方案設計。設計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。（2）根據總體設計參數，進行傳動系統(tǒng)運動設計和計算。（3）根據設計方案和零部件選擇情況，進行有關動力計算和校核。 圖樣技術設計（1）選擇系統(tǒng)中的主要機件。（2）工程技術圖樣的設計與繪制。編制技術

5、文件（1）對于課程設計內容進行自我經濟技術評價。（2）編制設計計算說明書。1.3 課程設計題目、主要技術參數和技術要求課程設計題目和主要技術參數題目19：分級變速主傳動系統(tǒng)設計技術參數：Nmin=50r/min；Nma×=280r/min；Z=4級；公比為1.78；電動機功率P=4kW；電機轉速n=1440r/min技術要求（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。（3）進給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅動。第2章 運動設計2.1運動參數及轉速圖的確定 轉速范圍Rn=5.6 轉速數列轉速數列。查機械系統(tǒng)設計表 2-9標準數列表，首先找到50r/min、然后每隔9個

6、數取一個值（1.78=1.0610），得出主軸的轉速數列為50 r/min、90r/min、160r/min、280 r/min、共4級。2.1.3確定結構式對于Z=4可分解為：Z=21×22。2.1.4確定結構網根據“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結構緊湊的原則,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，其結構網如圖2-1。圖2-1結構網 2.1.5繪制轉速圖和傳動系統(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）繪制轉速圖：轉速圖（3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據系統(tǒng)轉速圖及已知的

7、技術參數，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)軸最小齒數和:Szmin>(Zma×+2+D/m)2.2 確定各變速組此論傳動副齒數(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）齒輪齒數的確定。據設計要求Zmin1820,齒數和Sz100120，由表4.1，根據各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數，各齒輪齒數如表2-2。 表2-2 齒輪齒數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274

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

9、速誤差小于7.8，因此不需要修改齒數。第3章 動力計算3.1 帶傳動設計輸出功率P=4kw,轉速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，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：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K=0.99查1表3得長度系數Kl=0.81確定帶根數：Z=P/（P+P）×K×K=4.0/(1.05+0.1

12、3)×0.99×0.81=3.22取Z=43.2 計算轉速的計算（1）.主軸的計算轉速 由機械系統(tǒng)設計表3-2中的公式 50 60.595r/min 結合變速數據 取主軸的計算轉速為90 r/min (2). 傳動軸的計算轉速 在轉速圖上，軸在最低轉速50r/min時經過傳動組傳動副，。這個轉速高于主軸計算轉速，在恒功率區(qū)間內，因此軸的最低轉速為該軸的計算轉速即nj=160/min,軸計算轉速為=280 r/min（2）確定各傳動軸的計算轉速 由機械設計知識可知，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速這轉速都在恒功率區(qū)間內，即都要求傳遞最大功率

13、所以齒輪Z38的計算轉速為這3轉速的最小值即=90/min各計算轉速入表3-1。表3-1 各軸計算轉速軸 號 軸 軸 軸計算轉速 r/min 28016090（3） 確定齒輪副的計算轉速。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速，如表3-2。 表3-2 齒輪副計算轉速序號ZZZZn280160160903.3 齒輪模數計算及驗算1、計算各傳動軸的輸出功率 2、軸徑設計及鍵的選取軸一：，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，主軸內孔直徑,故本例之中，主軸內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、模數計算，一般同一變速組內的齒輪取同一模數，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，如表3-3所示。45號鋼整體淬火， 按接觸疲勞計算齒輪模數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的齒輪盡量取同一模數，所以為了統(tǒng)一和方便如下?。罕?-3 模數組號基本組第一擴大組模數 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，調質處理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調質處理，硬度229HB286HB，平均取240HB。計算如下： 齒面接觸疲勞強度計算： 接觸應力驗算公式為 彎曲應力驗算公式為： 式中 N-傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動機功率，N=4kW; -計算轉速（r/min）. =500（r/m

16、in）; m-初算的齒輪模數（mm）, m=3.5（mm）; B-齒寬（mm）;B=28（mm）; z-小齒輪齒數；z=19; u-小齒輪齒數與大齒輪齒數之比,u=2.78; -壽命系數； = -工作期限系數； T-齒輪工作期限，這里取T=15000h.; -齒輪的最低轉速（r/min）, =500（r/min） -基準循環(huán)次數，接觸載荷取=，彎曲載荷取= m-疲勞曲線指數，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6; -轉速變化系數，查【5】2上，取=0.60 -功率利用系數，查【5】2上，取=0.78 -材料強化系數，查【5】2上， =0.60 -工作狀況系數，取=1.1 -動載荷系數，查【5】2

17、上，取=1 -齒向載荷分布系數，查【5】2上，=1 Y-齒形系數，查【5】2上，Y=0.386；-許用接觸應力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa；-許用彎曲應力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；根據上述公式，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，調質處理，硬度241HB28

18、6HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調質處理，硬度229HB286HB，平均取240HB。 同理根據基本組的計算，查文獻【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【1】表3.20，前軸徑應為6090mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.70.9）d1，取d2=60mm。根據設計方案，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，主軸最大輸出轉矩T=9550=9550

19、15;假設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，即經濟加工直徑約為最大回轉直徑的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 文獻【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。 根據結構的需要，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軸上的三聯滑移齒輪和二聯滑移齒輪。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、由上圖可知如下數據：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：預期的使用壽命 L10h=15000hL10h=×=×=hL10h=15000h 軸承壽命滿足要求。第6章 結構設計及說明6.1 結構設計的內容、技術要求和方案設計主軸變速箱的結構包括傳動件（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、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯結件的結構設計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設計由于時間的限制，一0般只畫展開圖。主軸變速箱是機床的重要部件。設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，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，結構工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標準化和通用化的原則。主軸變速箱結構設計時整個機床設計的重點，由于結構復雜，設計中不可避免要經過反復思考和多次修改。在正式畫圖前應該先畫草圖。目的是：1 布置傳動件及選擇結構方案。2 檢驗傳動設計的結果中有無干涉、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