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哈 爾 濱 理 工 大 學 課 程 設 計 題 目： 機械系統設計課程設計 院 、 系： 機械動力工程學院 班 級： 機械 姓 名： 學 號： 指導教師： 系 主 任： 摘 要 《機械系統設計》課程設計內容有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。 1、理論分析與設計計算： （1）機械系統的方案設計。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，進行有關動力計算與校核。 2、圖樣技術設計： （1）選擇系統中的主要組件。 （2）圖樣的設計與繪制。 3、編制技術文件： （1）對于課程設計內容進行自我技術經濟評價。 （2）編制設計計算說明書。 關鍵詞 分級變速；傳動系統設計,傳動副，結構網，結構式，齒輪模數，傳動比，計算轉速 目錄 一、課程設計目的.................................................................4 二、課程設計題目、主要技術參數和技術要求 ..................4 三、運動設計........................................................................4 1.確定極限轉速，轉速數列，結構網和結構式...............4 2.主傳動轉速圖和傳動系統圖..................................... 4 3.確定變速組齒輪齒數，核算主軸轉速誤差...................6 四、動力計算 .................................... .........…………..…….7 1.傳動件的計算轉速.......................................................7 2.傳動軸和主軸的軸徑設計............................................7 3.計算齒輪模數..............................................................8 4.帶輪設計.....................................................................9 五、主要零部件選擇............................................................10 六、校核..............................................................................10 七、結束語 .........................................................................15 八、參考文獻.......................................................................15 一、課程設計目的 《機械系統設計》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，分析比較機械系統中的某些典型結構，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；完成系統主轉動設計，達到學習設計步驟和方法的目的。通過設計，掌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，并為進行機械系統設計創(chuàng)造一定的條件。 二、課程設計題目，主要技術參數和技術要求分級、 分級變速主傳動系統的設計：技術參數：Nmin=35.5r/min，Nmax=800r/min, Z=8級，公比為1.41；電動機功率P=3KW，電機轉速n=710/1420r/min 三、運動設計 1.確定極限轉速，轉速數列，結構網和結構式 （1）確定極限轉速,公比、變速級數 Nmin=35.5r/min ,Nmax=800r/min; =1.41; z=8 (2) 轉速數列： 35.5r/min,50r/min,71r/min,100r/min,140r/min,200r/min,280r/min, 400r/min,560r/min,800r/min,共10級 （3）確定極限轉速： Rn=Nmax/Nmin=800/35.5=22.54 （4）確定結構網和結構式 （1）寫傳動結構式：主軸轉速級數Z=8. 結構式8=22×23×24 （2）畫結構網： 2.主傳動轉速圖和傳動系統圖 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繪制轉速圖。 3.計算齒輪齒數 (1)、齒數計算基本組：ib1=1/3=1/2.8,Sz=72,73,76,77,80,84,87,88…… ib2=1,Sz=72,76,78,80,82,84,86,88…… 取Sz=80,小齒輪齒數分別為:21,24 ib1 = Z1 / Z1’ =21/59, ib2 = Z2 / Z2’ =40/40, 第二擴大組：ic1=1/3=1/2.8,Sz=80,84,87,88,91,92…… ic2==1.41,Sz=82,84,87,89,92…… 取Sz=92,小齒輪齒數:38,24, ic1=Z3/Z3’=24/68,ic2=Z4/Z4’=38/54 (2)校核各級轉速的轉速誤差 實際傳動比所造成主軸轉速誤差 ，其中為實際轉速，n為標準轉速。 n=710r/min: n′=710×(40/40)×(54/38)×(280/710)=398.79 r/min δ=|(398.79-400)/400|=0.31 %<4.1% 全部滿足要求 （3）傳動系統圖如下： 四、動力計算 1傳動件的計算轉速 軸 序 號 電動機(0) I軸 II軸 III軸 計算轉速r/min 1420 710 280 100 100 最小齒輪的計算轉速如下: 齒輪序號 I II III 計算轉速 280r/min 100r/min 100r/min 選用齒輪精度為7級精度 2.傳動軸和主軸的軸徑設計 （1）傳動軸軸徑初定 Ⅰ軸：p=3kw,n=280r/min,=0.5帶入公式： =43.82mm,圓整取d=44mm Ⅱ軸：p=3kw,n=100r/min,=1， =37.18mm,圓整取d=38mm （2）主（Ⅲ）軸軸頸直徑確定： 查表選擇主軸前端直徑D1=90mm,后端直徑D2=62mm 材料：45鋼。熱處理：調治Hre22-28 主軸懸伸量：a/D1=1.25--2.5 a=(1.25—2.5)D1=(1.25—2.5)x(80+64/2)=90—180 取a=120mm 3.計算齒輪模數及尺寬，分度圓直徑 （1）計算齒輪模數 （2）計算齒輪分度圓及尺寬 d1=m1z1=4x21=84mm d1′=m1z1′=4x59=236mm d2=m2z2=4x40=160mm d2′=m2z2′=4x40=160mm d3=m3z3=5x24=120mm d3′=m3z3′=5x68=340mm d4=m4z4=5x38=190mm d4′=m4z4′=5x54=270mm B12=m=6x4=24mm h=4mm ； B34=m=6x5=30mm h=5mm 4.帶輪設計 （1）確定計算功率: P=3kw,K為工作情況系數，查表取K=1.2，pd=kAP=1.2x3=3.6kw （2）選擇V帶的型號: 根據pd,n1=1420r/min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/(60x1000)=x90x1420/(60x1000)=6.69m/s 從動輪直徑d2=n1d1/n2=1420x90/800=159.75mm取d2=160mm 計算實際傳動比i=d2/d1=160/90=1.78 相對誤差: ︱i0-i/i0︱=︱(1470/800-1.78)/(1420/800)︱=0.28%<5% 合格 （4）定中心矩a和基準帶長Ld [1]初定中心距a0 0.7(d1d2)a02(d1+d2)) 175a0500取ao=340mm [2]帶的計算基準長度 Ld0≈2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0 ≈2x340+/2(90+160)+(160-90)2 /4x340 ≈1469mm 查[1]表3.2取Ld0=1400mm [3]計算實際中心距 a≈a0+(Ld-Ld0)/2=340+(1400-1469)/2=305.5mm [4]確定中心距調整范圍 amax=a+0.03Ld=305.5+0.03x1400=347.5mm amin=a-0.015Ld=305.5+0.015x1300=284.5mm （5）驗算包角: 1=1800-（d2-d1）/ax57.30=180-(160-90)/3055x57.30=166.8>170 （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=0.15kw 查表得功率增量P0=0.13kw 查表得包角系數K=0.99 查表得長度系數Kl=0.81 確定帶根數：ZPd/(P0+P0)KKl=3.6/(1.07+0.15)x0.96x0.90=3.2取Z=3 五、主要零部件選擇 1.軸承的選取 （1）帶輪：選用深溝球軸承，型號：6007 （2）一軸：選用深溝球軸承，型號：6007 （3）二軸：采用深溝球軸承，型號：6006 （4）主軸：主軸是傳動系統之中最為關鍵的部分，因此應該合理的選擇軸承。 從主軸末端到前端依次選擇軸承為角接觸軸承，型號：7012C; 雙列圓柱滾子軸承，型號：NN3000K， 深溝球軸承，型號：6004 2.鍵的選取 （1）帶輪：選平鍵：10x8 （2）1軸：選平鍵：12x8 （3）2軸：選平鍵：12x8,12x8 （4）3軸：選平鍵：12x8,25x14 六、校核 1齒輪校核 直角圓柱齒輪的應力驗算公式： 軸序號 I I II II II II III III 齒輪齒數Z 21 40 59 40 54 24 38 68 模數M（mm） 4 4 4 4 5 5 5 5 分度圓d（mm） 84 160 236 160 374 190 132 270 齒根圓直徑df（mm） 80 156 232 .156 369 185 127 265 齒頂圓直徑da（mm） 88 164 240 164 379 195 137 275 2 、主軸彎曲剛度校核 （1）主軸剛度符合要求的條件如下： 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 (2)計算如下： 前支撐為雙列圓柱滾子軸承，后支撐為角接觸軸承架立放圓柱滾子軸承跨距L=450mm. 當量外徑 de== 主軸剛度： 因為di/de=25/285=0.088<0.7,所以孔對剛度的影響可忽略； ks==2kN/mm 剛度要求：主軸的剛度可根據機床的穩(wěn)定性和精度要求來評定 3、軸承校核 I軸選用的是深溝球軸承軸承6006 其基本額定負荷為13.0KN 由于該軸的轉速是定值n=100r/min,所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據設計要求，應該對Ⅰ軸未端的軸承進行校核。 齒輪的直徑 d=84 Ⅰ軸傳遞的轉矩 T=9550 =341Nm 齒輪受力 N 根據受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 因軸承在運轉中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按《機械設計》查表得 為1.0到1.2，取，則有： N 軸承的壽命 因為，所以按軸承1的受力大小計算： 故該軸承能滿足要求。 4 .潤滑與密封 主軸轉速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨的油管將油引到軸承處。 主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種： 1）密封圈——加密封裝置防止油外流。。 2）疏導——在適當的地方做出回油路，使油能順利地流回到油箱。 七、結束語 1、本次課程設計是針對《機械系統設計》專業(yè)課程基礎知識的一次綜合性應 用設計，設計過程應用了《機械制圖》、《機械原理》、《工程力學》等。 2、本次課程設計充分應用了以前所學習的知識，并應用這些知識來分析和解決實際問題。 3、本次課程設計進一步掌握了一般設計的設計思路和設計切入點，同時對機械部件的傳動設計和動力計算也提高了應用各種資料和實際動手的能力。 4、本次課程設計進一步規(guī)范了制圖要求，掌握了機械設計的基本技能。 5、本次課程設計由于學習知識面的狹窄和對一些概念的理解不夠深刻，以及缺乏實際設計經驗，使得設計黨中出現了許多不妥和錯誤之處，誠請老師給予指正和教導。 八、參考文獻 【1】、段鐵群 主編 《機械系統設計》 科學出版社 第一版 【2】、于惠力 主編 《機械設計》 科學出版社 第一版 【3】、戴 曙 主編 《金屬切削機床設計》 機械工業(yè)出版社 【4】、戴 曙 主編 《金屬切削機床》 機械工業(yè)出版社 第一版 【4】、趙九江 主編 《材料力學》 哈爾濱工業(yè)大學出版社 第一版 【6】、鄭文經 主編 《機械原理》 高等教育出版社 第七版 【7】、于惠力 主編 《機械設計課程設計》 科學出版社 第 15 頁 共 15 頁