題目10-分級變速主傳動系統(tǒng)課程設(shè)計：Nmin=40rmin；Nmax=450rmin；Z=8級；公比為1.41；電動機功率P=3kW；電機轉(zhuǎn)速n=1430rmin

【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無水印，高清圖，壓縮包內(nèi)文檔可直接點開預覽，需要原稿請自助充值下載，請見壓縮包內(nèi)的文件，所見才能所得，下載可得到【資源目錄】下的所有文件哦-有疑問可咨詢QQ:1304139763 或 414951605 課程設(shè)計題，目:分級變速主傳動系統(tǒng)院，系:機械設(shè)計制造及其自動化，姓，名:指 導 教 師:目，錄，摘要，.I第，1，章，課程設(shè)計的目的，.1第，2，章，課程設(shè)計題目主要設(shè)計參數(shù)和技術(shù)要求.22.1，課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)，.22.2技術(shù)要求，.2第，3，章，運動設(shè)計，.33.1，運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定，.33.2，核算主軸轉(zhuǎn)速誤差，.5第，4，章，動力計算，.64.1，帶傳動設(shè)計，. .64.2，計算轉(zhuǎn)速的計算，.74.3，齒輪模數(shù)計算及驗算，.84.4，傳動軸最小軸徑的初定，.114.5，執(zhí)行軸軸頸直徑的確定，.124.6，軸承的選擇:，.124.7，花鍵的選擇，.12第，5，章，主要零部件的選擇，.135.1，擺桿式操作機構(gòu)的設(shè)計，.135.2，電動機的選擇，.13第，6，章，校核，.146.1，軸剛度校核，.146.2，軸承壽命校核，.15第，7，章，潤滑與密封，.16第，8，章，設(shè)計結(jié)論，.17參考文獻，.18摘 要設(shè)計機床得主傳動變速系統(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,分析了機電關(guān)聯(lián)分級調(diào)速主傳動系統(tǒng)的設(shè)計原理和方法。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)。這次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，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。I，第1章，課程設(shè)計的目的(1)、課程設(shè)計屬于機械系統(tǒng)設(shè)計課的延續(xù)通過設(shè)計實踐進一步學習掌握機械系統(tǒng)設(shè)計的一般方法。(2)、培養(yǎng)綜合運用機械制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)、精度設(shè)計、金屬工藝學、材料熱處理及結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識進行工程設(shè)計的能力。(3)、培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關(guān)資料及設(shè)計標準規(guī)范的能力。(4)、提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。(5)、是畢業(yè)設(shè)計教學環(huán)節(jié)實施的技術(shù)準備。第2章 課程設(shè)計題目主要設(shè)計參數(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10：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計，技術(shù)參數(shù)：Nmin=40r/min，Nmax=450r/min，Z=8，級，公比為，1.41，電動機功率，P=3KW，電機轉(zhuǎn)速，n=1430r/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。2，哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計，第3，章運動設(shè)計3.1運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定3.1.1轉(zhuǎn)速范圍Rn=3.1.2轉(zhuǎn)速數(shù)列轉(zhuǎn)速數(shù)列。查機械系統(tǒng)設(shè)計表，2-9標準數(shù)列表，首先找到40r/min、然后每隔5個數(shù)取一個值（1.41=1.066），得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為40r/min、56r/min、80r/min、112r/min、160r/min、224，r/min，315，r/min，450，r/min共8級。3.1.3，確定傳動組數(shù)和傳動副數(shù)。，因為，Z=8，可分解為Z=212224。這種結(jié)構(gòu)式可以使傳動組結(jié)構(gòu)緊湊，再設(shè)計時不至于使整體結(jié)構(gòu)過大。，3.1.4寫傳動結(jié)構(gòu)式,畫結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)“前多后少”，“先降后升”，“前密后疏”,“升，2，降，4”的原則,選取傳動方案，Z=212224，,易知第一擴大組的變速范圍，r=1.41，=3.958，符合“升，2，降，4”原則，其結(jié)，構(gòu)，網(wǎng)，如，圖，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，Z=2122243.1.5畫轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖如下圖，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖3.1.6畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計，3.1.7齒輪齒數(shù)的確定。變速組內(nèi)取模數(shù)相等據(jù)設(shè)計要求，Zmin17,齒數(shù)和Sz100120,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， 齒輪齒數(shù)傳基本組第一擴大組第二擴大組1:1.411:21:1.411:2.81:11:4代Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6齒3042244835492262454518723.2，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Nmax=450r/min，實際轉(zhuǎn)速Nmax=1430=462.1r/min，則有=2.684.1因此滿足要求。各級轉(zhuǎn)速誤差n450315224160112805640n462.02323.45229.55160.68115.5280.8657.3940.17誤差2.68%2.68%2.48%0.43%3.14%1.08%2.48%0.43%各級轉(zhuǎn)速誤差都都小于，4.1%,因此不需要修改齒數(shù)。第4，章 動力計算4.1帶傳動設(shè)計(1)，直徑計算，計算功率，Pd=Ka*P=1.1*3=3.3KW，查普通，V，帶選型圖,可得，d=80100mm，初取小帶輪直徑，d:，取，d=100mm，A，型，V，帶，大帶輪直徑，D=n1d/n2=1430X100/900=158.9mm取d=160mm，根據(jù)，V，帶帶輪基準直徑系列,取，D=160mm， (2)計算帶長求，Dm，Dm=(D，1，+D，2，)/2=(95+150)/2=122.5mm， 求，=(D，1-D，2，)/2=(160-100)/2=30mm根據(jù)，0.7(D1+D2)a2(D1+D2)，即,182a0520mm取中心距,a0=450mmLd02a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0=1286.84mm，由機械設(shè)計表，3.2，選取標準，Ld，得.,Ld=1250mm，(3)求實際中心距和包角，實際中心距，aa0+(Ld-L)/2=450-18.42=431.58mm，中心距調(diào)整范圍，amax=a+0.03Ld=469.08mm，amin=a-0.015Ld=412.83mm，小輪包角，1=1800-（d1-d2）/aX57.30=17201200(4)求帶根數(shù)，計算傳動比，i，并驗算傳動比相對誤差:，理論傳動比，i0=3.575，實際傳動比，i=n1，/n，2，=160/100=1.60，6，哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計，確定，V，帶根數(shù)，Z,，由機械設(shè)計表，3.6,PK，=0.98;，=1.30KW;由表，3.8,由表，3.9,KL=0.95;由表，3.7,P0=0.15KW 所以，ZPC/(P0+P0)KKL， =3.3/(1.30+0.15)0.980.95=2.44，取，Z=3，根，4.2，計算轉(zhuǎn)速的計算，(1)主軸的計算轉(zhuǎn)速，nj,由公式得，主軸的計算轉(zhuǎn)速nj=70.92r/min，取主軸的計算轉(zhuǎn)速，nj=80，r/min。(2)確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。軸共有，4，級轉(zhuǎn)速：160，r/min、224r/min、315，r/min、450r/min。若經(jīng)傳動副傳動主軸全部傳遞全功率，其中，160/min是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速，故其計算轉(zhuǎn)速，nj=160，r/min，軸共有，2，級轉(zhuǎn)速：450，r/min、630，r/min。若經(jīng)轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動主軸，全部傳遞全功率，其中，450/min，是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速，故其計算轉(zhuǎn)速，nj=450，r/min；，軸有，1，級轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計算轉(zhuǎn)速，nj=900，r/min。各計算轉(zhuǎn)速入表。，各軸計算轉(zhuǎn)速軸號軸軸軸軸計算轉(zhuǎn)速，r/min90045016080(3)確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速。齒輪Z6裝在主軸上并具有40、56、80、112r/min，共，4，級轉(zhuǎn)速，其中有，80、112r/min，傳遞全功率，故，Z6j=80，r/min。，齒輪，ZZ，6，/，Z，66裝在軸上，有，160、224、315、450r/min，共，4，級轉(zhuǎn)速，經(jīng)齒輪副傳動主軸，則，4，個轉(zhuǎn)速都傳遞全功率故，Z6，j=160r/min。依次可以得出其余齒輪的計算轉(zhuǎn)速，如表：齒輪副計算轉(zhuǎn)速序號Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6n，j9006309004504503154501601601603158024.3齒輪模數(shù)計算及驗算（1）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)式中mj按接觸疲勞強度計算的齒輪模數(shù)（mm）；驅(qū)動電動機功率（kW）；被計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速（r/min）； 大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“+”，內(nèi)嚙合取“-”； 小齒輪的齒數(shù)（齒）； 齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），；=8 材料的許用接觸應(yīng)力（）。取=650 Mpamj=16338得：基本組的模數(shù)，mj=3，第一擴大組的模數(shù)，mj=3，第二擴大組的模數(shù)mj=4（2）基本組齒輪計算?；窘M齒輪幾何尺寸見下表， 齒輪Z1Z1Z2Z2齒數(shù)30422448分度圓直徑9012692144齒頂圓直徑9613298150齒根圓直徑82.5118.584.5136.5齒寬151515158哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計， 8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=3kW;，m-初算的齒輪模數(shù)（mm）,，m=3.5(mm);，B-齒寬(mm);B=24.5（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=2.79;，K，s，-壽命系數(shù)；，=K，T，-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。第一擴大組齒輪幾何尺寸見下表，齒輪Z3Z3Z4Z4齒數(shù)35492262分度圓直徑10514766186齒頂圓直徑11115372192齒根圓直徑97.5139.558.5178.5齒寬30303030第二擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪Z5Z5Z6Z6齒數(shù)45451872分度圓直徑18018072288齒頂圓直徑18818880296齒根圓直徑17017062278齒寬40404040按擴大組最小齒輪計算。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。同理根據(jù)基本組的計算可得=0.62，=0.77，=0.60，=1.1=1，=1，m=3.5，=280；可求得：=620.73Mpa，=136.24Mpa4.4，傳動軸最小軸徑的初定，由【5】式6，傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計算： d=1.64（mm） 或 d=91（mm）式中 d-傳動軸直徑（mm） Tn-該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000； N-該軸傳遞的功率（KW） -該軸的計算轉(zhuǎn)速 -該軸每米長度的允許扭轉(zhuǎn)角，=。各軸最小軸徑如表3-3。 表3-3 最小軸徑軸 號 軸 軸III 軸最小軸徑mm 354045 4.5，執(zhí)行軸軸頸直徑的確定，執(zhí)行軸的前軸勁，D1，尺寸由教材，4-9，表得到,D1=75mm，后軸勁，D2=(0.70.9)D1，所以取，D2=0.8D1=60mm，初步計算,取當量外徑，D=0.5(D1+D2)=67.5mm，執(zhí)行軸選用階梯狀中空結(jié)構(gòu),內(nèi)徑直徑，d=0.4D=0.4*67.5=27mm，4.6，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7012C軸承布置見展開4.7，花鍵的選擇:I軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格：BXL=10X56 II軸選擇花鍵規(guī)格：N dDB =8X36X40X7III軸選擇鍵規(guī)格：BXL=14X90 第5，章 主要零部件的選擇5.1，擺桿式操作機構(gòu)的設(shè)計，(1)幾何條件;，(2)不自鎖條件。，具體結(jié)構(gòu)見，CAD，圖，5.2，電動機的選擇，選擇，Y，系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。，由機械設(shè)計課程設(shè)計附錄，K，得：電動機型號為，Y100L2-4，額定功率，3KW。由表，K3，得：安裝尺寸，A=160mm，AB=205mm，HD=245mm。第6章 校核6.1 軸剛度校核1、軸撓度校核單一載荷下軸中心處的撓度采用如下的公式計算:，L-兩支承的跨距;，D-軸的平均直徑;，X=，a，i，/L:，a，i，-齒輪工作位置處距較近支承點的距離;，N-軸傳遞的全功率;，-被演算軸與前后軸連心線夾角;，=144，嚙合角，=20齒面摩擦角，=5.72。，查文獻，6,帶齒輪軸的許用撓度y，=5/10000*L，即y，=0.268。因合成撓度小于許用撓度,故軸的撓度滿足要求。傳動軸在支承點A，B處的傾角可按下式近似計算： 將上式計算的結(jié)果代入得： 由文獻【6】，查得支承處的=0.001因0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計，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=XFr+YFaX=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7章，潤滑與密封潤滑與密封，減摩抗磨，降低摩擦阻力以節(jié)約能源，減少磨損以延長機械壽命提高經(jīng)濟效益，冷卻，要求隨時將摩擦熱排出機外，密封，要求防泄漏、防塵、防竄氣，清凈沖洗，要求把摩擦面積垢清洗排除，應(yīng)力分散緩沖，分散負荷和緩和沖擊及減震，動能傳遞，液壓系統(tǒng)和遙控馬達及摩擦無級變速等。由于帶輪轉(zhuǎn)速為，450r/min，故采用油潤滑可以減少摩擦阻力和減輕磨損。密封是為了阻止灰塵水分等雜物進入軸承防止?jié)櫥瑒┑牧魇А２捎妹芊馊γ芊饧纯蓾M足要求。第8章 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明8.1 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。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)復雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反復思考和多次修改。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)。8.2 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。I軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，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內(nèi)徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負責齒輪無法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左邊部分接通，得到一級反向轉(zhuǎn)動，右邊接通得到三級反向轉(zhuǎn)動。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案，通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)?？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。第9章 設(shè)計結(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。懂得了.理論和實踐同等重要。理論能指導實踐，使你能事半功倍，實踐能上升成為理論為以后的設(shè)計打下基礎(chǔ)。從校門走出后,一定要重視實踐經(jīng)驗的積累,要多學多問。把學校學習的專業(yè)知識綜合的應(yīng)用起來，這非常重要。體會到把技術(shù)搞好就必須安心的學習，虛心向別人請教，耐心的對待每一個問題不放過任何一個自己遇到的問題，要善于發(fā)現(xiàn)問題。在設(shè)計過程中，得到老師的精心指導和幫助，由于經(jīng)驗尚淺，知識把握不熟練，設(shè)計中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.段鐵群.機械系統(tǒng)設(shè)計.科學出版社2.于惠力，向敬忠，張春宜.機械設(shè)計.科學出版社3.于惠力，張春宜，潘承怡.機械設(shè)計課程設(shè)計哈爾濱理工大學4.戴署.金屬切削機床設(shè)計.機械工業(yè)出版社5.陳易新.金屬切削機床課程設(shè)計指導書6.機床設(shè)計手冊2，上冊7.濮良貴.機械設(shè)計基礎(chǔ)。哈 爾 濱 理 工 大 學 題 目 分級變速主傳動系統(tǒng)院 系機械設(shè)計制造及其自動化 姓 名指導教師年 月 日哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 目 錄 摘要 . I 第 1 章 課程設(shè)計的目的 . 1 第 2 章 課程設(shè)計題目主要設(shè)計參數(shù)和技術(shù)要求 . 2 2.1 課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù) . 2 2.2 技術(shù)要求 . 2 第 3 章 運動設(shè)計 . 3 3.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 . 3 3.2 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 . 5 第 4 章 動力計算 . 6 4.1 帶傳動設(shè)計 . 6 4.2 計算轉(zhuǎn)速的計算 . 7 4.3 齒輪模數(shù)計算及驗算 . 8 4.4 傳動軸最小軸徑的初定 . 11 4.5 執(zhí)行軸軸頸直徑的確定 .12 4.6 軸承的選擇: .12 4.7 花鍵的選擇 .12 第 5 章 主要零部件的選擇 .13 5.1 擺桿式操作機構(gòu)的設(shè)計 .13 5.2 電動機的選擇 .13 第 6 章 校核 .14 6.1 軸剛度校核 .14 6.2 軸承壽命校核 .15 第 7 章 潤滑與密封 .16 第 8 章 設(shè)計結(jié)論 .17 參考文獻 .18 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 摘要 設(shè)計機床得主傳動變速系統(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)矩特性要求分析了機電關(guān)聯(lián)分級調(diào)速主傳動系統(tǒng)的設(shè)計原理和方法。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)。 這次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。 I 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 第 1 章 課程設(shè)計的目的 (1)、課程設(shè)計屬于機械系統(tǒng)設(shè)計課的延續(xù)通過設(shè)計實踐進一步學習掌握機械系統(tǒng)設(shè)計的一般方法。(2)、培養(yǎng)綜合運用機械制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)、精度設(shè)計、金屬工藝學、材料熱處理及結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識進行工程設(shè)計的能力。 (3)、培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關(guān)資料及設(shè)計標準規(guī)范的能力。 (4)、提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。 (5)、是畢業(yè)設(shè)計教學環(huán)節(jié)實施的技術(shù)準備。 - 1 - 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 第 2 章 課程設(shè)計題目主要設(shè)計參數(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) 題目分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)Nmin=40r/minNmax=450r/minZ=8 級公比為 1.41電動機功率 P=3KW電機轉(zhuǎn)速 n=1430r/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。 2 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 第 3 章 運動設(shè)計 4501 轉(zhuǎn)速范圍。Rn= =3.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 N min 40=11.25 2 轉(zhuǎn)速 數(shù)列。首 先找到640r/min 、然后 每隔5個數(shù) 取一個值p1(x1-1) 41.41=1.06 故得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為 40 r/min、56r/min、80 r/min、112 r/min、160 r/min、224 r/min315 r/min450r/min共 9 級。 3 確定傳動組數(shù)和傳動副數(shù)。 因為 Z=8可分解為Z=212224。這種結(jié)構(gòu)式可以使傳動組結(jié)構(gòu)緊湊再設(shè)計時不至于使整體結(jié)構(gòu)過大。 4寫傳動結(jié)構(gòu)式,畫結(jié)構(gòu)圖。 根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , “前密后疏”,“升 2 降 4”的原則,選取傳動方案 Z=212224 ,易知第一擴大組的變速范圍 r=1.41 =3.958 符合“升 2 降 4”原則其結(jié) 構(gòu) 網(wǎng) 如 圖 結(jié)構(gòu)網(wǎng) Z=212224 3 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 5 畫轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖如下圖 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖6畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)畫主傳動系統(tǒng)圖如圖 主傳動系統(tǒng)圖 4 傳基本組第一擴大組第二擴大組1:1.411:211.411:2.801:11:4代Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6齒304224483549226245451872哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 7齒輪齒數(shù)的確定。變速組內(nèi)取模數(shù)相等據(jù)設(shè)計要求 Zmin17,齒數(shù)和Sz100120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 齒輪齒數(shù) 比3.2 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 |實 際 轉(zhuǎn) 速 n 標 準 轉(zhuǎn) 速 n| 1 0 ( 1 )%對Nmax=450r/min462 .1 450標 準 轉(zhuǎn) 速 nNmax=1430*95/150*30/42*45/453=462.1r/min則有 =2.684.1 450因此滿足要求。 各級轉(zhuǎn)速誤差 n450315224160112805640n462.02323.45229.55160.68115.5280.8657.3940.17誤差2.68%2.682.480.433.141.082.480.43各級轉(zhuǎn)速誤差都都小于 4.1因此不需要修改齒數(shù)。 5 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 第 4 章 動力計算 dn 100 14309004.1 帶傳動設(shè)計 (1) 直徑計算 計算功率 Pd=Ka*P=1.1*3=3.3KW 查普通 V 帶選型圖可得 d=80100mm 初取小帶輪直徑 d 取 d=100mm A 型 V 帶 大帶輪直徑 D D= = =158.9mm2根據(jù) V 帶帶輪基準直徑系列取 D=160mm 2計算帶長 求 Dm Dm=(D 1 +D 2 )/2=(95+150)/2=122.5mm 求 =D1 -D2/2=160-100/2=30mm 根據(jù) 0.7D1+D2a2D1+D2 即182a0520mm 初取中心距a0=450mm 帶長 L= Dm+2a0+2/a0=1286.84 mm 由機械設(shè)計表 3.2 選取標準 Ld 得Ld=1250mm 3求實際中心距和包角 實際中心距 aa0+(Ld-L)/2=450-18.42=431.58mm 中心距調(diào)整范圍 amax=a+0.03Ld=469.08mm amin=a-0.015Ld=412.83mm 小輪包角 1 =180 -D 1 -D 2 /a57.3 =172 1204求帶根數(shù) 驗算帶速 =D 1 n 1 /601000=3.141001430/(601000)= 7.49m/s 5 25合格 計算傳動比 i 并驗算傳動比相對誤差 理論傳動比 i0=3.575 實際傳動比 i=n1 /n 2 =160/100=1.60 6 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 確定 V 帶根數(shù) Z 由機械設(shè)計表 3.6PK =0.98 0=1.30KW由表 3.8由表 3.9KL=0.95由表 3.7P0=0.15KW 所以 ZPC/P0+P0KKL =3.3/(1.30+0.15)0.980.95=2.44 取 Z=3 根 4.2 計算轉(zhuǎn)速的計算 1主軸的計算轉(zhuǎn)速 nj由公式nj=nm in( z / 3 1)得主軸的計算轉(zhuǎn)速nj=70.92r/min取主軸的計算轉(zhuǎn)速 nj=80 r/min。 2確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。軸共有 4 級轉(zhuǎn)速160 r/min、224r/min、315 r/min、450r/min。若經(jīng)傳動副傳動主軸全部傳遞全功率其中 160/min是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速 故其計算轉(zhuǎn)速 nj=160 r/min 軸共有 2 級轉(zhuǎn)速450 r/min、630 r/min。若經(jīng)轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動主軸全部傳遞全功率其中 450/min 是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速 故其計算轉(zhuǎn)速 nj=450 r/min 軸有 1 級轉(zhuǎn)速且都傳遞全功率所以其計算轉(zhuǎn)速 nj=900 r/min。各計算轉(zhuǎn)速入表。 各軸計算轉(zhuǎn)速軸號軸軸軸軸計算轉(zhuǎn)速 r/min900450160803 確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速。齒輪Z6裝在主軸上并具有40、56、80、112r/min 共 4 級轉(zhuǎn)速其中有 80、112r/min 傳遞全功率故 Z6j=80 r/min。 齒輪 ZZ 6 / Z 66裝在軸上有 160、224、315、450r/min 共 4 級轉(zhuǎn)速經(jīng)齒輪副傳動主軸則 4 個轉(zhuǎn)速都傳遞全功率故 Z6 j=160r/min。依次可以得出其余齒輪的計算轉(zhuǎn)速如表 7 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 齒輪副計算轉(zhuǎn)速 序號Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6n j90063090045045031545016016016031580( u 1) Pm =16338 可得各組的模數(shù) 24.3 齒輪模數(shù)計算及驗算 1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 m z 1 u j n jm材料的許用接觸應(yīng)力 M P a 。 式中 mj按接觸疲勞強度計算的齒輪模數(shù)mm N d 驅(qū)動電動機功率kW n j 被計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速r/min u 大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比外嚙合取“+”內(nèi)嚙合取“-” z 1 小齒輪的齒數(shù)齒 m m m j 得基本組的模數(shù) mj=3 第一擴大組的模數(shù) mj=3 第二擴大組的模數(shù)mj=4 2基本組齒輪計算。 基本組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪Z1Z1Z2Z2齒數(shù)30422448分度圓直徑9012692144齒頂圓直徑9613298150齒根圓直徑82.5118.584.5136.5齒寬151515158 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 8( u 1) K K K K N1 2 3 s ( MPa ) 5191 10 K K K K N ( MPa ) 2n nKm60 n T1K 7 6-基準循環(huán)次數(shù)接觸載荷取 = 彎曲載荷取 =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 zm uBn f彎曲應(yīng)力驗算公式為 zm BYn式中 N-傳遞的額定功率kW這里取 N 為電動機功率N=3kW; j jm-初算的齒輪模數(shù)mm, m=3.5mm; B-齒寬mm;B=24.5mm; 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=2.79; K s -壽命系數(shù) s T n N qK T -工作期限系數(shù) C 0T-齒輪工作期限這里取 T=15000h.; n 1 -齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min, n 1 =400r/min 0 0 0m-疲勞曲線指數(shù)接觸載荷取 m=3彎曲載荷取 m=6; 9 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 KKKnNq-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)取 K-功率利用系數(shù)取 K-材料強化系數(shù) KnNq=0.60 =0.78 =0.60 K3-工作狀況系數(shù)取 K3=1.1 K2-動載荷系數(shù)取K2=1 K1-齒向載荷分布系數(shù) K1=1Y-齒形系數(shù) Y=0.386 j -許用接觸應(yīng)力MPa,取 j=650 Mpa w-許用彎曲應(yīng)力MPa取w=275 Mpa 根據(jù)上述公式可求得及查取值可求得 j =639.47 Mpa j w =78.72 Mpa w 3擴大組齒輪計算。 第一擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪Z3Z3Z4Z4齒數(shù)35492262分度圓直徑10514766186齒頂圓直徑11115372192齒根圓直徑97.5139.558.5178.5齒寬3030303010 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 第二擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪Z5Z5Z6Z6齒數(shù)45451872分度圓直徑18018072288齒頂圓直徑18818880296齒根圓直徑17017062278齒寬40404040K K K K按擴大組最小齒輪計算。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。 同理根據(jù)基本組的計算 n N q 3K 2 =1 K 1 =1m=3.5 n j =280 可求得 j =620.73 Mpa j w =136.24Mpa w 4.4 傳動軸最小軸徑的初定 傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計算 d=1.644Tn mm 或 d=91 4N njmm 式中 d-傳動軸直徑mm Tn-該軸傳遞的額定扭矩N*mm T=9550000N-該軸傳遞的功率KW Nn J 11 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 nj-該軸的計算轉(zhuǎn)速 00 -該軸每米長度的允許扭轉(zhuǎn)角各軸最小軸徑如表 =0.51。 軸 號 軸 軸軸最小軸徑 mm3035404.5 執(zhí)行軸軸頸直徑的確定 執(zhí)行軸的前軸勁 D1 尺寸由教材 4-9 表得到D1=75mm 后軸勁 D2=0.70.9D1 所以取 D2=0.8D1=60mm 初步計算取當量外徑 D=0.5D1+D2=67.5mm 執(zhí)行軸選用階梯狀中空結(jié)構(gòu)內(nèi)徑直徑 d=0.4D=0.4*67.5=27mm 4.6 軸承的選擇: 一軸深溝球軸承代號 6006,6007 二軸圓錐滾子軸承代號 30207 三軸圓錐滾子軸承代號 30208 四軸深溝球軸承代號 6015 圓錐滾軸承代號 30214 雙列圓柱滾子軸承代號 N220E 軸承布置見展開圖 4.7 花鍵的選擇 一軸N*d*D*B=8*32*36*6 二軸N*d*D*B=8*36*40*7 三軸N*d*D*B=8*42*46*8 12 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 第 5 章 主要零部件的選擇 5.1 擺桿式操作機構(gòu)的設(shè)計 1幾何條件 2不自鎖條件。 具體結(jié)構(gòu)見 CAD 圖 5.2 電動機的選擇 選擇 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 由機械設(shè)計課程設(shè)計附錄 K 得電動機型號為 Y100L2-4額定功率 3KW。 由表 K.3 得安裝尺寸 A=160mmAB=205mmHD=245mm。 13 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 第 6 章 校核 3 3 Y Y 171 .39 Y 42 2Y Y Y 2Y Y cos Y Y2 26.1 軸剛度校核 1軸撓度校核 單一載荷下軸中心處的撓度采用如下的公式計算: D mZnL-兩支承的跨距 D-軸的平均直徑 X= a i /L a i -齒輪工作位置處距較近支承點的距離 N-軸傳遞的全功率 校核合成撓度 aaY b -輸出扭距齒輪撓度 2 ( ) -被演算軸與前后軸連心線夾角 =144 嚙合角 =20齒面摩擦角 =5.72。 代入數(shù)據(jù)計算得 y a 2 =0.022 y a 3 =0.081 y a 1 =0.120 y b 5 =0.198 y b 4 =0.093 y b 6 =0.065。 合成撓度 Y h y a 1 y b 5 2 y a1 y b 5 c os =0.202 查文獻 6帶齒輪軸的許用撓度 y =5/10000*L 即 y =0.268。 因合成撓度小于許用撓度故軸的撓度滿足要求。 14 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 2 軸扭轉(zhuǎn)角的校核 傳動軸在支承點 AB 處的傾角A, B可按下式近似計算 AB3 ylhrad 將上式計算的結(jié)果代入得 A B 0 .00042 rad 由文獻 6查得支承處的 =0.001 因 A B 0 .00042 0.001故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。 16670 C 16670 29.5 10006.2 軸承壽命校核 由 軸最小軸徑可取軸承為 6212 深溝球軸承,壽命指數(shù) X=1Y=0。 對軸受力分析 得前支承的徑向力 Fr=2541.33N。 由軸承壽命的計算公式預期的使用壽命 L10h=15000h ( ) ( )=3P=XFr+YFa L=93123.82hL10h=15000h nP2802238.3810h軸承壽命滿足要求。 15 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 第 7 章 潤滑與密封 潤滑與密封減摩抗磨降低摩擦阻力以節(jié)約能源減少磨損以延長機械壽命提高經(jīng)濟效益冷卻要求隨時將摩擦熱排出機外密封要求防泄漏、防塵、防竄氣 清凈沖洗要求把摩擦面積垢清洗排除應(yīng)力分散緩沖分散負荷和緩和沖擊及減震動能傳遞液壓系統(tǒng)和遙控馬達及摩擦無級變速等。 由于帶輪轉(zhuǎn)速為 450r/min 故采用油潤滑可以減少摩擦阻力和減輕磨損。密封是為了阻止灰塵水分等雜物進入軸承防止?jié)櫥瑒┑牧魇?。采用密封圈密封即可滿足要求。 16 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 第 8 章 設(shè)計結(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。懂得了.理論和實踐同等重要。理論能指導實踐使你能事半功倍實踐能上升成為理論為以后的設(shè)計打下基礎(chǔ)。 從校門走出后,一定要重視實踐經(jīng)驗的積累,要多學多問。把學校學習的專業(yè)知識綜合的應(yīng)用起來這非常重要。體會到把技術(shù)搞好就必須安心的學習虛心向別人請教耐心的對待每一個問題不放過任何一個自己遇到的問題要善于發(fā)現(xiàn)問題。 在設(shè)計過程中得到老師的精心指導和幫助由于經(jīng)驗尚淺知識把握不熟練設(shè)計中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。 17 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計 參考文獻 1.段鐵群.機械系統(tǒng)設(shè)計.科學出版社 2.于惠力向敬忠張春宜.機械設(shè)計.科學出版社 3.于惠力張春宜潘承怡.機械設(shè)計課程設(shè)計哈爾濱理工大學 4.戴署.金屬切削機床設(shè)計.機械工業(yè)出版社 5.陳易新.金屬切削機床課程設(shè)計指導書6.機床設(shè)計手冊2 上冊 7.濮良貴.機械設(shè)計基礎(chǔ)。 18