課程設(shè)計---分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　《目錄》</b></p><p>　　摘要------------------------------------------------------------1</p><p>　　第1章 緒論…………………………………………….3</p><p>　　第2章 運動設(shè)計…………………………………………4

2、</p><p>　　第3章 動力計算…………………………………………9</p><p>　　第4章 主要零部件的選擇………………………………18</p><p>　　第5章 校核………………………………….. ………19</p><p>　　結(jié)束語………………………………………………….21</p><p>　

3、　參考文獻…………………………………………………21.</p><p>　　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)。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

4、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。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p&g

5、t;<p>　?。ㄒ唬?課程設(shè)計的目的</p><p>　　《機械系統(tǒng)課程設(shè)計》課程設(shè)計是在學完本課程后，進行一次學習設(shè)計的綜合性練習。通過課程設(shè)計，使學生能夠運用所學過的基礎(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(shè)計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型機構(gòu)，進行選擇和改進；結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行設(shè)計計算并編寫技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主傳動設(shè)計，達到

6、學習設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊、設(shè)計標準和資料的方法，達到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。</p><p>　?。ǘ?課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求</p><p>　　1 課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)</p>

7、<p>　　題目：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　技術(shù)參數(shù)：Nmin=75r/min；Nmax=750r/min；Z=11級；公比為1.26；電動機功率P=3.5/5KW；電機轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min</p><p><b>　　2 技術(shù)要求</b></p><p>　　1. 利用電動機完成換向和制動。&l

8、t;/p><p>　　2. 各滑移齒輪塊采用單獨操縱機構(gòu)。</p><p>　　3. 進給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅(qū)動。</p><p><b>　　第二章 運動設(shè)計</b></p><p>　　1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定</p><p>　?。?） 轉(zhuǎn)速范圍。Rn== 750/75=10<

9、/p><p>　?。?） 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75r/min、然后每隔3個數(shù)取一個值，得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為75 r/min、95 r/min、118r/min、150 r/min、190 r/min、236 r/min，300 r/min，375 r/min，475r/min，600r/min，750r/min共11級。</p><p>　?。?） 定傳動

10、組數(shù)，選出結(jié)構(gòu)式。對于Z=11可按z=12寫出結(jié)構(gòu)式，并且有一級速度重復(fù)。即：Z=11=31×23×25。</p><p>　?。?）根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)式,畫結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　根據(jù)“前多后少”,“ 前密后疏”，“升2降4”,“前滿后快”的原則,選取傳動方案 Z=31×23×25,可知第二擴大組的變速范圍 滿足“升2降4”要求，

11、其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖2-1。 </p><p>　　圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng) Z=11=31×23×25</p><p>　?。?） 畫轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖如下圖2-2。</p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖 </p><p>　　（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2-3：&l

12、t;/p><p>　　圖2-3 主傳動系統(tǒng)圖</p><p>　　（7）齒輪齒數(shù)的確定。根據(jù)齒數(shù)和不宜過大原則一般推薦齒數(shù)和在100～120之間，和據(jù)設(shè)計要求Zmin≥17,原則。并且變速組內(nèi)取模數(shù)相等，變速組內(nèi)由《機械系統(tǒng)設(shè)計》表3-1，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。</p><p>　　表2-2 齒輪齒數(shù)</p>

13、<p>　　2 主軸.傳動件計算 </p><p><b>　　2.1 計算轉(zhuǎn)速 </b></p><p>　?。?）.主軸的計算轉(zhuǎn)速 </p><p>　　本設(shè)計所選的是中型普通車床，所以由《機械系統(tǒng)設(shè)計》表3-2中的公式 </p><p>　　＝75 ＝138.9r/min 取150 r/min<

14、;/p><p>　　(2). 傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 </p><p>　　在轉(zhuǎn)速圖上，軸Ⅱ在最低轉(zhuǎn)速150r/min時經(jīng)過傳動組b的74:46傳動副，得到主軸轉(zhuǎn)速為236r/min。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2的最低轉(zhuǎn)速為該軸的計算轉(zhuǎn)速即 =150/min,同理可求得軸1的計算轉(zhuǎn)速為 =375r/min</p><p>　　（3）確定各齒輪計算轉(zhuǎn)速 &

15、lt;/p><p>　　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。在傳動組b中Z46在軸Ⅲ上具有的轉(zhuǎn)分別為236r/min,300r/min,375r/min,475/min,600r/min,750r/minz這六種轉(zhuǎn)速都在恒功率區(qū)間內(nèi)，即都要求傳遞最大功率所以齒輪Z46的計算轉(zhuǎn)速為這六種轉(zhuǎn)速的最小值即=236r/min</p><p>　　同

16、理可求得其余兩對嚙合齒輪中危險齒輪的計算轉(zhuǎn)速即 </p><p>　　, =375r/min =300r/min</p><p><b>　　2驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差</b></p><p>　　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</p><p>　　|實際轉(zhuǎn)速n`-標準轉(zhuǎn)速n|

17、</p><p>　　------------------------------- 〈 10(-1)％</p><p><b>　　標準轉(zhuǎn)速n </b></p><p>　　對于標準轉(zhuǎn)速n=75r/min時，其實際轉(zhuǎn)速n`=375×34/86×40/80=74.13r/min &

18、lt;/p><p>　　1.16％〈10(1.26-1)％=2.6%</p><p><b>　　因此滿足要求。</b></p><p>　　同理可得各級轉(zhuǎn)速誤差如表</p><p><b>　　各級轉(zhuǎn)速誤差</b></p><p>　　各級轉(zhuǎn)速都滿足要求，因此不需要修改齒數(shù)。&

19、lt;/p><p><b>　　第三章 動力計算</b></p><p>　　1 主軸.傳動軸直徑初選</p><p>　?。?）主軸軸徑的確定 </p><p>　　在設(shè)計初期，由于主軸的結(jié)構(gòu)尚未確定，所以只能根據(jù)現(xiàn)有的資料初步確定主軸直徑。由<<機械系統(tǒng)設(shè)計>>表4-9初選取前軸徑 ，后軸頸的軸徑

20、為前軸徑，所以。 </p><p>　?。?）傳動軸直徑初定 </p><p>　　傳動軸直徑按文獻[5]公式（6）進行概算 </p><p>　　式中 d---傳動軸直徑（mm）</p><p>　　Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000；</p><p>　　N----該軸傳遞的功率

21、（KW）</p><p>　　----該軸的計算轉(zhuǎn)速</p><p>　　---該軸每米長度的允許扭轉(zhuǎn)角，=~。</p><p><b>　　取=</b></p><p>　　=3.5/5Kw,驗算3.5Kw。</p><p>　　軸Ⅰ： =955 =85568(N.mm)</p>

22、<p>　　=1.64 =33.29mm 取36mm</p><p>　　軸Ⅱ： ＝955 ＝206280（N.mm）</p><p>　　=1.64 =41.48mm 取42mm</p><p>　　軸Ⅲ： ＝955 ＝203096（N.mm）</p><p>　　=1.64 =41.32mm 取4

23、2mm </p><p>　　2 齒輪參數(shù)確定、齒輪應(yīng)力計算 </p><p>　?。?） 齒輪模數(shù)的初步計算 </p><p>　　一般同一組變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最小的齒輪，按簡化的接觸疲勞強度由文獻[5]公式（8）進行計算： </p><p><b>　　式中： </b></p>&

24、lt;p>　　為了不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，并且考慮到軸的直徑，防止在裝配時干涉，對齒輪的模數(shù)作如下計算和選擇： </p><p>　　軸Ⅰ-軸Ⅱ：以最小齒輪齒數(shù)34為準 </p><p>　　m=16338 =2.72 取m=3</p><p>　　軸Ⅱ-軸Ⅲ：以最小齒輪齒數(shù)40為準 </p><p>　　m=16338=2.89 取m=

25、3 </p><p>　?。?） 齒輪參數(shù)的確定 </p><p><b>　　計算公式如下： </b></p><p><b>　　分度圓直徑 </b></p><p><b>　　齒頂圓直徑 </b></p><p><b>　　齒根圓

26、直徑 </b></p><p>　　齒寬 =6 取 =8</p><p>　　由已選定的齒數(shù)和計算確定的模數(shù)，將各個齒輪的參數(shù)計算如下表</p><p>　?。?）基本組齒輪計算。</p><p>　　基本組齒輪幾何尺寸見下表</p><p>　　按基本組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬

27、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。計算如下：</p><p>　　① 齒面接觸疲勞強度計算：</p><p><b>　　接觸應(yīng)力驗算公式為</b></p><p>　　彎曲應(yīng)力驗算公式為：</p><p>　　式中 N----傳遞的額定

28、功率（kW），這里取N為電動機功率，N=3.5kW;</p><p>　　-----計算轉(zhuǎn)速（r/min）. =150（r/min）;</p><p>　　m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）;</p><p>　　B----齒寬（mm）;B=25（mm）;</p><p>　　z----小齒輪齒數(shù)；z=40;</p&g

29、t;<p>　　u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2;</p><p>　　-----壽命系數(shù)；</p><p><b>　　=</b></p><p>　　----工作期限系數(shù)；</p><p>　　T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.;</p><p>　

30、　-----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =150（r/min）</p><p>　　----基準循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取=</p><p>　　m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6;</p><p>　　----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，取=0.60</p><p>　　----功率利用系數(shù)，取=0.78</p&

31、gt;<p>　　-----材料強化系數(shù)， =0.60</p><p>　　-----工作狀況系數(shù)，取=1.1</p><p>　　-----動載荷系數(shù)，取=1</p><p>　　------齒向載荷分布系數(shù)，=1 </p><p>　　Y------齒形系數(shù)，Y=0.386；</p><p>

32、　　----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表，取=650 Mpa；</p><p>　　---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表4-7，取=275 Mpa；</p><p>　　根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：</p><p>　　=635 Mpa </p><p><b>　　=78 Mpa</b></p>

33、<p>　?。?）擴大組齒輪計算。</p><p>　　擴大組齒輪幾何尺寸見下表 </p><p>　　按擴大組最小齒輪計算。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。</p><p>　　同理根據(jù)基本組的計算，</p><p>

34、　　查文獻，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，</p><p>　　=1，=1，m=3.5，=355；</p><p><b>　　可求得：</b></p><p>　　=619 Mpa </p><p><b>　　=135Mpa </b></p><

35、;p><b>　　3 帶傳動設(shè)計</b></p><p>　　4 主軸合理跨距的計算</p><p>　　設(shè)機床最大加工回轉(zhuǎn)直徑為ø400mm,電動機功率P=3.5kw，,主軸計算轉(zhuǎn)速為150r/min。</p><p>　　已選定的前后軸徑為 ：， </p><p>　　定懸伸量a=120mm，主軸孔

36、徑為30mm。</p><p>　　軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩</p><p>　?。?55 ＝203096（N.mm）設(shè)該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；</p><p>　　切削力（沿y軸） Fc=203.096/0.09=2256N

37、</p><p>　　背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=1128N</p><p>　　總作用力 F==2522.28N</p><p>　　此力作用于工件上，主軸端受力為F=2522.28N。</p><p>　　先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為</p

38、><p>　　RA=F×=2522.28×=3783.42N</p><p>　　RB=F×=2522.28×=1261.14N</p><p>　　根據(jù)《機械系統(tǒng)設(shè)計》得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 1689.69 N/ ；KB= 785.57 N/；==2.15</p><p>　　主軸的

39、當量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為</p><p>　　I==113.8×10-8m4</p><p><b>　　η===0.14</b></p><p>　　查《機械系統(tǒng)設(shè)計》圖 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=120×2.0=240mm</p><p>　　合理跨

40、距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=360mm。</p><p>　　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</p><p>　　增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑D=62mm，后軸徑d=55mm。后支承采用背對背安裝的角接觸球軸承。</p><p>　　第四章 主要零部件的選擇 </p><p>　　3.5 選擇電

41、動機,軸承，鍵和操縱機構(gòu)</p><p>　　3.5.1電動機的選擇：</p><p>　　轉(zhuǎn)速n＝710/1420r/min，功率P＝3.5/5kW</p><p>　　選用Y系列三相異步雙速電動機 </p><p>　　3.5.2 軸承的選擇：（軸承代號均采用新軸承代號）</p><p>　　I軸：與帶輪靠近段安

42、裝雙列角接觸球軸承代號7007C 另一安裝端角接觸球軸承代號7008C</p><p>　　II軸：對稱布置角接觸球軸承代號7008C</p><p>　　中間布置角接觸球軸承代號7010C</p><p>　　III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號7015C </p><p>　　另一安裝端角接觸球軸承代號7010C</p>

43、<p>　　中間布置角接觸球軸承代號7012C</p><p>　　3.5.3 單位（mm）</p><p>　　I軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格：</p><p><b>　　=8 </b></p><p>　　安裝齒輪處選擇花鍵規(guī)格：</p><p><b>　　N

44、 d </b></p><p>　　II軸選擇花鍵規(guī)格：</p><p>　　N d </p><p>　　III軸選擇花鍵規(guī)格：</p><p>　　N d </p><p>　　3.5.4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

45、來控制II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。</p><p><b>　　校核</b></p><p>　　一 Ⅱ軸剛度校核</p><p><b>　?。?）П軸撓度校核</b></p><p>　　單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻【5】中的公式計算：:</p><p&g

46、t;　　L-----兩支承的跨距；</p><p>　　D-----軸的平均直徑；</p><p>　　X=/L；-----齒輪工作位置處距較近支承點的距離；</p><p>　　N-----軸傳遞的全功率；</p><p><b>　　校核合成撓度</b></p><p>　　-----輸入扭距

47、齒輪撓度；</p><p>　　-------輸出扭距齒輪撓度</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　---被演算軸與前后軸連心線夾角；=144°</p><p>　　嚙合角=20°，齒面摩擦角=5.72°。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)計算得：

48、=0.026；=0.084；=0.160；</p><p>　　=0.205；=0.088；=0.025。</p><p>　　合成撓度 =0.238</p><p>　　查文獻【6】，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000*L</p><p><b>　　即=0.268。</b></p><p>　

49、　因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。</p><p>　?。?） П軸扭轉(zhuǎn)角的校核</p><p>　　傳動軸在支承點A，B處的傾角可按下式近似計算：</p><p>　　將上式計算的結(jié)果代入得：</p><p>　　由文獻【6】，查得支承處的=0.001</p><p>　　因〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足

50、要求。</p><p>　　二 軸承壽命校核。</p><p>　　由П軸最小軸徑可取軸承為7008c角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFa</p><p><b>　　X=1，Y=0。</b></p><p><b>　　對Ⅱ軸受力分析</b></p><p>　　得：

51、前支承的徑向力Fr=2642.32N。</p><p>　　由軸承壽命的計算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h</p><p>　　L10h=×=×=h≥[L10h]=15000h</p><p><b>　　軸承壽命滿足要求。</b></p><p><b>　　結(jié)束語<

52、;/b></p><p>　　經(jīng)過兩周的課程設(shè)計，在老師的耐心指導和自己的努力分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)及部分計算，到這里基本結(jié)束了，這次課程設(shè)計使我充分應(yīng)用了以前所學的知識，并應(yīng)用這些知識來分析和解決實際問題，進一步鞏固和深化了以前的所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識， 同時也是對《機械系統(tǒng)設(shè)計》學習的一個深入認識和理解的過程。同時也鍛煉了自己獨立完成工作的能力，熟悉了一些設(shè)計思想懂得了一些設(shè)計中的注意事項.本次課程設(shè)

53、計進一步規(guī)范了制圖要求，學會應(yīng)用標準，規(guī)范，和查閱相關(guān)資料的本領(lǐng)，掌握了機械設(shè)計的基本技能，對以后的工作有很大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　鍛鐵群.《機械系統(tǒng)設(shè)計》. 科學出版社，第一版；</p><p>　　孫全穎.《機械精度設(shè)計與質(zhì)量保證》哈爾濱工業(yè)大學出版社</p>

54、<p>　　【3】于惠力,向敬忠.《機械設(shè)計》.高等教育出版社，第四版；</p><p>　　【4】于惠力,張春宜. 《機械設(shè)計課程設(shè)計》，科學出版社；</p><p>　　【5】戴署.《金屬切削機床設(shè)計》.機械工業(yè)出版社；</p><p>　　【6】陳易新，《金屬切削機床課程設(shè)計指導書》； </p><p>　　【7】《金屬切