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課程設計 題，，，，，，，目:分級變速主傳動系統(tǒng) 院，，，，，，，系:機械設計制造及其自動化， 姓，，，，，，，名: 指 導 教 師: 目，，，，錄， 摘要，...................................................................................................................I 第，1，章，課程設計的目的，...............................................................................1 第，2，章，課程設計題目?主要設計參數(shù)和技術要求........................................2 2.1，課程設計題目和主要技術參數(shù)，...............................................2 2.2技術要求，......................................................................................2 第，3，章，運動設計，...........................................................................................3 3.1，運動參數(shù)及轉速圖的確定，.......................................................3 3.2，核算主軸轉速誤差，...................................................................5 第，4，章，動力計算，............................................................................................6 4.1，帶傳動設計，.................................................................. ...............6 4.2，計算轉速的計算，..........................................................................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，擺桿式操作機構的設計，...........................................................13 5.2，電動機的選擇，...........................................................................13 第，6，章，校核，....................................................................................................14 6.1，Ⅳ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，設計結論，............................................................................................17 參考文獻，..........................................................................................................18 摘 要 設計機床得主傳動變速系統(tǒng)時,首先利用傳動系統(tǒng)設計方法求出理想解 和多個合理解。根據數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)及主軸功率與轉矩特性要求,分析 了機電關聯(lián)分級調速主傳動系統(tǒng)的設計原理和方法。從主傳動系統(tǒng)結構網入 手?確定最佳機床主軸功率與轉矩特性匹配方案,計算和校核相關運動參數(shù) 和動力參數(shù)。 這次說明書著重研究機床主傳動系統(tǒng)的設計步驟和設計方法，根據已確 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)方案以及較高的設計效率。在機床主傳動系統(tǒng)中，為減少 齒輪數(shù)目，簡化結構，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數(shù)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(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，課程設計的目的 (1)、課程設計屬于機械系統(tǒng)設計課的延續(xù)?通過設計實踐?進一步學習掌 握機械系統(tǒng)設計的一般方法。 (2)、培養(yǎng)綜合運用機械制圖、機械設計基礎、精度設計、金屬工藝學、材 料熱處理及結構工藝等相關知識?進行工程設計的能力。 (3)、培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關資料及設計標準規(guī)范的能力。 (4)、提高技術總結及編制技術文件的能力。 (5)、是畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)實施的技術準備。 第2章 課程設計題目主要設計參數(shù)和技術要求 2.1課程設計題目和主要技術參數(shù) 題目10：分級變速主傳動系統(tǒng)設計， 技術參數(shù)：Nmin=40r/min，Nmax=450r/min，Z=8，級，公比為，1.41，電動 機功率，P=3KW，電機轉速，n=1430r/min， 2.2，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。 2， 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計， 第3，章 運動設計 3.1運動參數(shù)及轉速圖的確定 3.1.1轉速范圍 Rn== 3.1.2轉速數(shù)列 轉速數(shù)列。查《機械系統(tǒng)設計》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=21×22×24。這種結構式可以使傳動組結構緊 湊，再設計時不至于使整體結構過大。， 3.1.4寫傳動結構式,畫結構圖。 根據“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=21×22×24，,易知第一擴大組的變速范圍，，r=φ =1.41，=3.95〈8，符合“升，2，降，4”原則，其結，構，網，如，圖， 結構網，，Z=21×22×24 3.1.5畫轉速圖。轉速圖如下圖， 系統(tǒng)轉速圖 3.1.6畫主傳動系統(tǒng)圖。根據系統(tǒng)轉速圖及已知的技術參數(shù) 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計， 3.1.7齒輪齒數(shù)的確定。變速組內取模數(shù)相等?據設計要求，Zmin≥17,齒數(shù)和 Sz≤100~120,根據各變速組公比,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 1:1.41 1:2 1:1.41 1:2.8 1:1 1:4 代 Z1 Z1ˋ Z2 Z2ˋ Z3 Z3ˋ Z4 Z4ˋ Z5 Z5ˋ Z6 Z6ˋ 齒 30 42 24 48 35 49 22 62 45 45 18 72 3.2，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Nmax=450r/min，實際轉速Nmax=1430×××=462.1r/min，， 則有 =2.68％〈4.1％ 因此滿足要求。 各級轉速誤差 n 450 315 224 160 112 80 56 40 n` 462.02 323.45 229.55 160.68 115.52 80.86 57.39 40.17 誤差 2.68% 2.68% 2.48% 0.43% 3.14% 1.08% 2.48% 0.43% 各級轉速誤差都都小于，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=80~100mm， 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，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，0.7(D1+D2)≤a≤2(D1+D2)， 即,182≤a0≤520mm取中心距,a0=450mm Ld0≈2a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0=1286.84mm ，，，， 由《機械設計》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，a≈a0+(Ld-L)/2=450-18.42=431.58mm， 中心距調整范圍，amax=a+0.03Ld=469.08mm， amin=a-0.015Ld=412.83mm， 小輪包角，1=1800-（d1-d2）/aX57.30=1720>1200 (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)設計課程設計， 確定，V，帶根數(shù)，Z,，，由《機械設計》表，3.6,P K?，=0.98;，  =1.30KW;由表，3.8, 由表，3.9,K L =0.95;由表，3.7,△P0=0.15KW 所以，Z≥P C /{(P 0 +△P0)×K ? ×K L }， =3.3/(1.30+0.15)×0.98×0.95=2.44， 取，Z=3，根， 4.2，計算轉速的計算， (1)主軸的計算轉速，，nj,由公式得，主軸的計算轉速nj=70.92r/min，取主軸的計算轉速，nj=80，r/min。 (2)確定各傳動軸的計算轉速。Ⅲ軸共有，4，級轉速：160，r/min、224r/min、 315，r/min、450r/min。若經傳動副傳動主軸?全部傳遞全功率，其中，160/min 是傳遞全功率的最低轉速，故其計算轉速，nⅢj=160，r/min，Ⅱ，軸共有，2，級 轉速：450，r/min、630，r/min。若經轉動副轉動主軸，全部傳遞全功率，其 中，450/min，是傳遞全功率的最低轉速，，故其計算轉速，nⅡj=450，r/min；Ⅰ，軸 有，1，級轉速，且都傳遞全功率，所以其計算轉速，nⅠj=900，r/min。各計算轉 速入表。， 各軸計算轉速 軸號 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸 計算轉速，r/min 900 450 160 80 (3)確定齒輪副的計算轉速。齒輪 Z 6 ' 裝在主軸上并具有 40、56、80、 ' 112r/min，共，4，級轉速，其中有，80、112r/min，傳遞全功率，故，Z 6 j=80，r/min。， 齒輪，Z Z，6，/，Z，6 6 ' 裝在Ⅲ軸上，有，160、224、315、450r/min，共，4，級轉速，經齒輪副 傳動主軸，則，4，個轉速都傳遞全功率?故，Z6，j=160r/min。依次可以 得出其余齒輪的計算轉速，如表： 齒輪副計算轉速 序號 Z1 Z1` Z2 Z2` Z3 Z3` Z4` Z4` Z5 Z5` Z6 Z6` n，j 900 630 900 450 450 315 450 160 160 160 315 80 2 4.3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）； ——驅動電動機功率（kW）； ——被計算齒輪的計算轉速（r/min）； ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“+”，內嚙合取“-”； ——小齒輪的齒數(shù)（齒）； ——齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），；=8 ——材料的許用接觸應力（）。取=650 Mpa mj=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。 基本組齒輪幾何尺寸見下表， 齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2` 齒數(shù) 30 42 24 48 分度圓直徑 90 126 92 144 齒頂圓直徑 96 132 98 150 齒根圓直徑 82.5 118.5 84.5 136.5 齒寬 15 15 15 15 8 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計， 8 按基本組最小齒輪計算。小齒輪用，40Cr，調質處理，硬度，241HB～286HB， 平均取，260HB，大齒輪用，45，鋼，調質處理，硬度，229HB～286HB，平均取 240HB。計算如下：， ①，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=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。 第一擴大組齒輪幾何尺寸見下表， 齒輪 Z3 Z3` Z4 Z4` 齒數(shù) 35 49 22 62 分度圓直徑 105 147 66 186 齒頂圓直徑 111 153 72 192 齒根圓直徑 97.5 139.5 58.5 178.5 齒寬 30 30 30 30 第二擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z5 Z5` Z6 Z6` 齒數(shù) 45 45 18 72 分度圓直徑 180 180 72 288 齒頂圓直徑 188 188 80 296 齒根圓直徑 170 170 62 278 齒寬 40 40 40 40 按擴大組最小齒輪計算。小齒輪用，40Cr，調質處理，硬度，241HB～286HB， 平均取，260HB，大齒輪用，45，鋼，調質處理，硬度，229HB～286HB，平均取，240HB。 同理根據基本組的計算 可得=0.62，，=0.77，=0.60，=1.1 =1，=1，m=3.5，=280； 可求得： =620.73Mpa， =136.24Mpa 4.4，傳動軸最小軸徑的初定， 由【5】式6，傳動軸直徑按扭轉剛度用下式計算： 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） ----該軸的計算轉速 ---該軸每米長度的允許扭轉角，==。 各軸最小軸徑如表3-3。 表3-3 最小軸徑 軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 III 軸 最小軸徑mm 35 40 45 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=(0.7~0.9)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構,內徑直徑，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6012 II軸：對稱布置深溝球軸承6009 III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× d×D×B =8X36X40X7 III軸選擇鍵規(guī)格：BXL=14X90 第5，章 主要零部件的選擇 5.1，擺桿式操作機構的設計， (1)幾何條件;， (2)不自鎖條件。， 具體結構見，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《機械設計課程設計》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 Ⅳ軸剛度校核 1、Ⅳ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： 將上式計算的結果代入得： 由文獻【6】，查得支承處的=0.001 因〈0.001，故軸的轉角也滿足要求。 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計， 軸承壽命校核 由П軸最小軸徑可取軸承為7008c角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFa X=1，Y=0。 對Ⅱ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]=15000h L10h=×=×=h≥[L10h]=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? 密封圈密封即可滿足要求。 第8章 結構設計及說明 8.1 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、操縱機構、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)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，為軸和軸承的驗算提供必要的數(shù)據。 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，得到一級反向轉動，右邊接通得到三級反向轉動。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構。 總布置時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 設計結論 經過這次課程設計，使我對機械系統(tǒng)設計這門課當中許多原理公式有 了進一步的了解，并且對設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 為以后的設計打下基礎。從校門走出后,一定要重視實踐經驗的積累,要 多學多問。把學校學習的專業(yè)知識綜合的應用起來，這非常重要。體會到 把技術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。 在設計過程中，得到老師的精心指導和幫助，由于經驗尚淺，知識把 握不熟練，設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)設計》.科學出版社 2.于惠力，向敬忠，張春宜.《機械設計》.科學出版社 3.于惠力，張春宜，潘承怡.《機械設計課程設計》哈爾濱理工大學 4.戴署.《金屬切削機床設計》.機械工業(yè)出版社 5.陳易新.《金屬切削機床課程設計指導書》 6.《機床設計手冊》2，上冊 7.濮良貴.《機械設計基礎》。