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目 錄
第1章 緒論 1
1.1 課程設(shè)計(jì)的目的 1
1.2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1
1.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 2
第2章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 3
2.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 3
2.2 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 6
第3章 動(dòng)力計(jì)算 7
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 7
3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 8
3.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算 9
3.4 傳動(dòng)軸最小軸徑的初定 12
3.5 主軸合理跨距的計(jì)算 13
第4章 主要部件的校核 14
4.1 主軸強(qiáng)度、剛度校核 14
4.2 軸的剛度校核 16
4.3 軸承壽命校核 17
總 結(jié) 18
參 考 文 獻(xiàn) 19
第1章 緒論
1.1 課程設(shè)計(jì)的目的
《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(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專(zhuān)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(guò)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(xiě)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(guò)設(shè)計(jì)，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)、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(guò)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(wèn)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(duì)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(shuō)明書(shū)。
1.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求
1.3.1課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)
題目21：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
技術(shù)參數(shù)：Nmin=80r/min；Nmax=1000r/min；Z=12級(jí)；公比為1.26；電動(dòng)機(jī)功率P=2.5/3.5KW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min
（1）利用電動(dòng)機(jī)完成換向和制動(dòng)。
（2）各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。
（3）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
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
2.1.1．轉(zhuǎn)速范圍
Rn===12.5
2.1.2．轉(zhuǎn)速數(shù)列
查[1]表 2.12，首先找到80r/min、然后每隔3個(gè)數(shù)取一個(gè)值，得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為80 r/min、100 r/min、125 r/min、160r/min、200 r/min、250 r/min，315 r/min，400 r/min，500 r/min、630 r/min、800r/min、1000 r/min共12級(jí)。
2.1.3．定傳動(dòng)組數(shù)
對(duì)于Z=12，可分解為：12=2×3×2。
2.1.4．寫(xiě)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式
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(dòng)方案 Z=12=23×31×26。
2.1.5． 畫(huà)轉(zhuǎn)速圖
轉(zhuǎn)速圖如下圖2-1。
圖2-1 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖
2.1.6．畫(huà)主傳動(dòng)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(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖2-3：
圖2-2 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖
2.1.7齒輪齒數(shù)的確定
變速組內(nèi)取模數(shù)相等，據(jù)設(shè)計(jì)要求Zmin≥17,齒數(shù)和Sz≤100～120，由【1】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)，各齒輪齒數(shù)如表2-1。
表2-1 齒輪齒數(shù)
傳動(dòng)比
基本組
第一擴(kuò)大組
1:1.58
1:1.26
1:1
1：2.51
1.58:1
代號(hào)
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
齒數(shù)
27
43
31
39
35
35
21
52
45
28
2.2 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差
實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過(guò)±10(-1)％,即
〈 10(-1)％
對(duì)Nmax=1000r/min，Nmax`=1420*125/280*35/35*45/38=1027r/min
則有
(1027-1000)/1000=2.7％ < 4.1％
因此滿足要求.
各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差
n
1000
800
630
500
400
315
250
200
160
125
100
80
n`
1027
816
645
513
408
322
258
205
162
129
103
81
誤差
2.04％
2.04％
2.36％
2.59％
2.01％
2.36
％
2.22％
2.56
%
1.27
%
2.22
%
2.56％
1.25
％
沒(méi)有轉(zhuǎn)速誤差大于2.6％,因此合格，故不需要修改齒數(shù)。
第3章 動(dòng)力計(jì)算
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1.1 直徑計(jì)算
初取小帶輪直徑d 取 d=125mm
大帶輪直徑D： D== =283mm
取D=280mm
3.1.2計(jì)算帶長(zhǎng)
求Dm Dm=(D+D)/2=(125+280)/2=202.5mm
求△ △=（D-D）/2=（280-125）/2=77.5mm
初取中心距 取a=300mm
帶長(zhǎng) L=×Dm+2×a+△/a=920 mm
基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由【1】表3.2得：Ld=900mm
3.1.3 求實(shí)際中心距和包角
中心距 a=(L-×Dm)/4+ /4 =290mm，取a=290mm
小輪包角 =180-（D-D）/a×57.3=154.24>120
3.1.4 求帶根數(shù)
帶速 =Dn/(60×1000)=3.14×125×1420/(60×1000)= 9.26m/s
傳動(dòng)比i i=n/n=1420/630=2.25
帶根數(shù)
由【2】中表3.6，并用插值法得P=1.07KW；
由【2】中表3.7，并用插值法得△P=0.17KW；
由【2】中表3.8，得包角系數(shù)K=0.93；
由【2】中表3.9，得長(zhǎng)度系數(shù)K=0.87；
Z=P/[（P+△P）×K×K]
=（3.5×1.1）/(1.07+0.17)×0.87×0.93=3.48
取Z=4根
3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算
3.2.1 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj
由公式n=n 得，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=160r/min。
3.2.2 確定各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
Ⅱ軸共有6級(jí)轉(zhuǎn)速：200r/min、250 r/min、315 r/min、400r/min、500r/min、630r/min。若經(jīng)傳動(dòng)副Z/ Z傳動(dòng)主軸，則全部傳遞全功率；若經(jīng)傳動(dòng)副Z/ Z傳動(dòng)主軸，全部傳遞全功率，其中200r/min是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速， 故其計(jì)算轉(zhuǎn)速nⅡj=200 r/min；Ⅰ 軸有2級(jí)轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計(jì)算轉(zhuǎn)速nⅠj=315 r/min。各計(jì)算轉(zhuǎn)速入表3-1。
表3-1 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速
軸 號(hào)
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min
315
200
160
3.2.3 確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速
確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪Z裝在主軸上并具有315-1000r/min共6級(jí)轉(zhuǎn)速，它們都傳遞全功率，故Zj=315 r/min。
齒輪Z裝在Ⅱ軸上，有200-630 r/min共6級(jí)轉(zhuǎn)速，但經(jīng)齒輪副Z/ Z傳動(dòng)主軸，則全部傳遞全功率，故Zj=200r/min。依次可以得出其余齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，如表3-2。
表3-2 齒輪副計(jì)算轉(zhuǎn)速
單位：（r·min）
序號(hào)
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
n
315
200
315
250
315
315
200
80
200
315
3.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算
3.3.1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(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，
即
mj=16338
由上面各軸的輸出功率計(jì)算可知，在電動(dòng)機(jī)功率為P=3.5KW，轉(zhuǎn)速n=1420r/min時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)受力最大，則由此數(shù)據(jù)計(jì)算。
I—II軸：
II—III軸：
取整后模數(shù)為：I—II軸：3mm；II—III軸：3mm。
3.3.2基本組齒輪計(jì)算
基本組齒輪幾何尺寸見(jiàn)表3-3。
表3-3 基本組齒輪幾何尺寸
齒輪
齒數(shù)
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒寬
Z
27
81
87
73.5
24
Z
43
129
135
121.5
24
Z
31
93
99
85.5
24
Z
39
117
123
109.5
24
Z
35
105
111
97.5
24
Z
35
105
111
97.5
24
按基本組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。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
彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為：
式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動(dòng)機(jī)功率，N=4kW;
----計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）. =315（r/min）;
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=27
u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=1.6;
-----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）, =200（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(qiáng)化系數(shù)，查【5】2上， =0.60
-----工作狀況系數(shù)，取=1.1
-----動(dòng)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
3.3.3擴(kuò)大組齒輪計(jì)算
擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見(jiàn)表3-4。
按擴(kuò)大組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。
同理根據(jù)基本組的計(jì)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：
=574.35 Mpa=650Mpa
=118.77Mpa=275Mpa
表3-4 擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸
齒輪
Z
Z
Z
Z
齒數(shù)
21
52
45
28
分度圓直徑
63
156
135
84
齒頂圓直徑
69
162
141
90
齒根圓直徑
55.5
149.5
127.5
76.5
齒寬
18
18
18
18
3.4 傳動(dòng)軸最小軸徑的初定
由【5】式6，傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計(jì)算：
d=1.64（mm）
或 d=91（mm）
式中 d---傳動(dòng)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(jì)算轉(zhuǎn)速
---該軸每米長(zhǎng)度的允許扭轉(zhuǎn)角，==。
I軸：P=3.33KW, 計(jì)算轉(zhuǎn)速為： 315r/min,所以可得：
II軸：P=3.19KW, 計(jì)算轉(zhuǎn)速為： 200r/min,所以可得：
取整后各軸的軸徑為：I軸為30mm；II軸為35mm。
3.5 主軸合理跨距的計(jì)算
由于電動(dòng)機(jī)功率P=4Kw，Ⅲ軸（主軸）的軸徑由文獻(xiàn)【1】中的表3.2，選取前軸軸徑為60mm，后軸直徑去前軸徑的0.7到0.85倍，所以取整后取50mm，平均直徑為55mm。對(duì)于普通機(jī)床主軸內(nèi)孔徑為0.5到0.65倍的平均直徑，取30mm；懸伸量取90mm。
理想跨距的設(shè)計(jì)：本車(chē)床的最大回轉(zhuǎn)直徑為200mm，經(jīng)濟(jì)加工直徑取最大回轉(zhuǎn)直徑的60%，故半徑為60mm，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩在前面可知。
切削力和被切削力，總力為：
主軸軸端受力為F/2=1707N，設(shè)l/a=3，所以l=270mm，可求得前后支反力為：
初選主軸采用滾子軸承，由文獻(xiàn)【1】中公式3.3可得軸承的剛度：
平均直徑為55mm，最后驗(yàn)算最佳跨距：
由文獻(xiàn)【1】中的圖3.38可知：，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=90×3.1=279mm；合理跨距為（0.75~1.5），取合理跨距l(xiāng)=250mm。
第4章 主要部件的校核
4.1 主軸強(qiáng)度、剛度校核
4.1.1軸的強(qiáng)度校核
1．軸的受力分析
1）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
T=9.55×=9.55××=100957N·mm
2)求軸上的作用力
齒輪上的圓周力
= = =2243N·mm
齒輪上的徑向力
=tan= 2243·tan20°=817N·mm
3)確定軸的跨距
=250，=120，=70
2．軸的受力分析
1）作軸的空間受力簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖4-1。
圖4-1
2）作水平受力簡(jiǎn)圖和彎矩圖，見(jiàn)圖4-2。
=173N =3329N
=44676N =-181872N
3）作垂直受力簡(jiǎn)圖和彎矩圖，見(jiàn)圖4-2。
=268N =548N
=71298N
圖4—2
4）作合成彎矩圖，見(jiàn)圖4-2。
==138721N·mm
==181872N·mm
5）作轉(zhuǎn)矩圖
=100.957×N·mm=100957N·mm
6）作當(dāng)量彎矩圖，見(jiàn)圖4-2。
==276580N·mm
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表7.5查得，對(duì)于45鋼，=600Mpa, =55Mpa,由公式
===21.0Mpa<，故軸的強(qiáng)度足夠。
4.2 軸的剛度校核
單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計(jì)算：:
L-----兩支承的跨距；
D-----軸的平均直徑；
X=/L；-----齒輪工作位置處距較近支承點(diǎn)的距離；
N-----軸傳遞的全功率；
校核合成撓度
-----輸入扭距齒輪撓度；
-------輸出扭距齒輪撓度
；
---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(jì)算得：=0.024；=0.078；=0.128；
=0.203；=0.098；=0.044。
合成撓度 =0.224
查文獻(xiàn)【6】，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000 L
即=0.2325。
因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。
（2）扭轉(zhuǎn)角的校核
傳動(dòng)軸在支承點(diǎn)A，B處的傾角可按下式近似計(jì)算：
將上式計(jì)算的結(jié)果代入得：
由文獻(xiàn)【6】，查得支承處的=0.001
因〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。
傳動(dòng)軸在支承點(diǎn)A，B處的傾角可按下式近似計(jì)算：
將上式計(jì)算的結(jié)果代入得：
由文獻(xiàn)【6】，查得支承處的=0.001
因〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。
4.3 軸承壽命校核
由П軸最小軸徑可取軸承為6016深溝球軸承,ε=3P=XFr+YFa；X=1，Y=0。
對(duì)Ⅱ軸受力分析
得：前支承的徑向力Fr=3054N。
由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h
L10h=×=×=55808h≥[L10h]=15000h
軸承壽命滿足要求。
總 結(jié)
為期二周的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，二周的時(shí)間雖然短暫，但對(duì)我們來(lái)說(shuō)是受益匪淺，收獲頗豐的。通過(guò)這二周的設(shè)計(jì)使我們不再只是胸中空有理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)行實(shí)實(shí)在在的設(shè)計(jì)。這使得我們不但鞏固了理論知識(shí)，而且掌握了設(shè)計(jì)的步驟和要領(lǐng)，使我們更好的利用圖書(shū)館的圖書(shū)資料和網(wǎng)絡(luò)信息資源，更熟練的使用我們手中的各種設(shè)計(jì)手冊(cè)以及AutoCAD等繪圖軟件，為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。
課程設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識(shí)到了只是努力的學(xué)好書(shū)本上的知識(shí)是不夠的，還應(yīng)該更好的做到理論聯(lián)系實(shí)踐，理論運(yùn)用到實(shí)際。這無(wú)論對(duì)我們大學(xué)學(xué)習(xí)，還是日后工作都是很有幫助的。在此，學(xué)生也非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo)，使我們學(xué)到了好多，也非常珍惜學(xué)院給我們的這次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，它將是我們畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的更出色的關(guān)鍵一步。
最后，衷心的感謝XXX老師以及其他幾位幫助過(guò)我的老師，感謝你們的精心指導(dǎo)和悉心幫助，使我順利的完成此次設(shè)計(jì)。謝謝！
參 考 文 獻(xiàn)
1 侯珍秀主編.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.
2000
2 戴曙主編．金屬切削機(jī)床．機(jī)械工業(yè)出版社，1994
3 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版 社.1986
4 戴曙主編．金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)，第2版．機(jī)械工業(yè)出版 社，1995
5 于惠力主編.機(jī)械設(shè)計(jì).科學(xué)出版社.2006
6 于惠力主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).科學(xué)出版社.2006
附：展開(kāi)圖
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