8級(jí)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【N=50~1120；Z=8；公比為1.41；P=4KW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710~1420含5張CAD圖】
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機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課 程 設(shè) 計(jì)題 目： 分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 I摘要設(shè)計(jì)機(jī)床得主傳動(dòng)變速系統(tǒng)時(shí)首先利用傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法求出理想解和多個(gè)合理解。根據(jù)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性要求，分析了機(jī)電關(guān)聯(lián)分級(jí)調(diào)速主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。從主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)入手，確定最佳機(jī)床主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性匹配方案，計(jì)算和校核相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。本說(shuō)明書著重研究機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)方法，根據(jù)已確定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)以變速箱展開(kāi)圖的總中心距最小為目標(biāo)，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(jì)效率。在機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，為減少齒輪數(shù)目，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數(shù)的設(shè)計(jì)方法是試算，湊算法，計(jì)算麻煩且不易找出合理的設(shè)計(jì)方案。本文通過(guò)對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)中三聯(lián)滑移齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)的分析與研究，繪制零件工作圖與主軸箱展開(kāi)圖及剖視圖。分級(jí)變速；傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：分級(jí)變速；傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)式；結(jié)構(gòu)網(wǎng)；傳動(dòng)比；V 帶計(jì)算；齒輪計(jì)算II目錄摘要 ........................................................................................................................I第 1 章 緒論 .........................................................................................................11.1 課程設(shè)計(jì)的目的 ........................................................................................11.2 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 ............................................11.2.1 課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù) .........................................................11.2.2 技術(shù)要求 .............................................................................................1第 2 章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) .................................................................................................22.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 ........................................................................22.2 主軸傳動(dòng)件計(jì)算 ........................................................................................42.3 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差 .....................................................................................5第 3 章 動(dòng)力計(jì)算 .................................................................................................63.1 主軸傳動(dòng)軸直徑初選 ................................................................................63.2 齒輪參數(shù)確定、齒輪應(yīng)力計(jì)算 ................................................................73.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..............................................................................................123.4 主軸合理跨距的計(jì)算 ..............................................................................14第 4 章 主要零部件的選擇 ...............................................................................164.1 選擇電動(dòng)機(jī),軸承，鍵和操縱機(jī)構(gòu) .........................................................16第 5 章 校核 .......................................................................................................175.1 Ⅲ軸剛度校核 ...........................................................................................175.2 軸承壽命校核 ..........................................................................................18結(jié)論 .....................................................................................................................19參考文獻(xiàn) .............................................................................................................201第 1 章 緒論1.1 課程設(shè)計(jì)的目的《機(jī)械系統(tǒng)課程設(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)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求1.2.1 課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)題目 30：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：Nmin=50r/min；Nmax=1120r/min ；Z=8 級(jí)；公比為1.41；電動(dòng)機(jī)功率 P=4KW；電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=710/1420r/min1.2.2 技術(shù)要求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)。2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（1） 轉(zhuǎn)速范圍。Rn= = 1120/50=22.4minaxN（2） 轉(zhuǎn)速數(shù)列。查《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表 2-9 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，首先找到50r/min、然后每隔 5 個(gè)數(shù)取一個(gè)值，得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為 50 r/min、71 r/min、 100r/min、140 r/min、 200r/min、280r/min，400r/min，560r/min， 800r/min，1120r/min 共10 級(jí)。（3） 定傳動(dòng)組數(shù)，選出結(jié)構(gòu)式。對(duì)于 Z=8 可得結(jié)構(gòu)式：Z=8=22×21×24。電機(jī)雙轉(zhuǎn)速，盡量舍棄高低轉(zhuǎn)速，選取中轉(zhuǎn)速。（4）根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式,畫結(jié)構(gòu)圖。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(dòng)方案 Z=22×23×24,可知第二擴(kuò)大組的變速范圍 r2=1.414=4>表4-9初選取前軸徑 162dm?，后軸頸的軸徑為前軸徑，所以 。 21(0.7~85)dd??（2）傳動(dòng)軸直徑初定 傳動(dòng)軸直徑按文獻(xiàn)[5]公式（6）進(jìn)行概算 )(64.1mTdO??式中 d---傳動(dòng)軸直徑（mm）Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000 ；JnN?N----該軸傳遞的功率（KW）----該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速jn---該軸每米長(zhǎng)度的允許扭轉(zhuǎn)角， = ~ 。??????0.5?1取 = 0.5?N0=P0=4Kw。N1=P1=P0×0.96=3.84KwN2=P2=P1×0.995×0.97=3.71KwN3=P3=P2×0.99=3.67Kw 軸Ⅰ： 43.895=910TNm???Ⅰ （ ）7取36mm491680.3.4.5dm???Ⅰ軸Ⅱ： 72()TN?Ⅱ取44mm401.63.4.5dⅡ軸Ⅲ： 9876()m????Ⅲ取48mm 401.6..5dⅢ3.2 齒輪參數(shù)確定、齒輪應(yīng)力計(jì)算 （1） 齒輪模數(shù)的初步計(jì)算 一般同一組變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最小的齒輪，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度由文獻(xiàn)[5]公式（8）進(jìn)行計(jì)算： mj=16338 321][)(jjmnuzP???Mf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(shí)干涉，對(duì)齒輪的模數(shù)作如下計(jì)算和選擇： 軸Ⅰ-軸Ⅱ：以最小齒輪齒數(shù)31為準(zhǔn) m=16338 =2.93 取m=332287(1)450???軸Ⅱ-軸Ⅲ：以最小齒輪齒數(shù)31為準(zhǔn) m=16338 = 3.16 取m=432287(1)450???8（2） 齒輪參數(shù)的確定 由已選定的齒數(shù)和計(jì)算確定的模數(shù)，將各個(gè)齒輪的參數(shù)計(jì)算如下表（2）第一擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。表 3-1 第一擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2`齒數(shù) 59 59 31 87分度圓直徑 177 177 93 261齒頂圓直徑 183 183 99 267齒根圓直徑 169.5 169.5 85.5 253.5齒寬 25 25 25 25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：① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為12[]HEHKTZbd????????彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為：132[]FFaSFdTYmz??????式中 T 1——主動(dòng)軸傳遞扭矩（Nmm）K——載荷系數(shù)， AVK???——傳動(dòng)比， ， “+”用于外嚙合， “-”用于內(nèi)嚙合?1??——齒輪分度圓直徑（mm）1d——齒寬（mm）b9——齒輪模數(shù)（mm）m——齒寬系數(shù)， d?1/db??——齒輪齒數(shù)1z——彈性系數(shù)EZ——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)H——接觸強(qiáng)度重合系數(shù)?——齒形系數(shù)FaY——應(yīng)力修正系數(shù)S——彎曲強(qiáng)度重合度系數(shù)?——許用接觸應(yīng)力（Mpa）[]H?——許用彎曲應(yīng)力（Mpa）F以上各系數(shù)，可查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材進(jìn)行確定： 189.25431[.8()]cos01.748470.3EHZMPaZ??????????取 ， 根據(jù) 取 1.081AK?V1./ms?101161.081.6493250.7932.8450950.3.70256814dFaSKbmzTNmY???????????????——許用接觸應(yīng)力取 650 Mpa；[]H?——許用彎曲應(yīng)力取 275 Mpa；F根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：=488.15 Mpa H??[]H?=89.72 Mpa 3）F??F第二擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。表 3-2 第二擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表 齒輪 Z3 Z3` Z4 Z4`齒數(shù) 69 49 31 87分度圓直徑 276 196 124 348齒頂圓直徑 284 204 132 356齒根圓直徑 266 186 114 338齒寬 35 35 35 3511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)第一擴(kuò)大組的計(jì)算，查文獻(xiàn)，可得： 189.25431[.8()]cos01.748470.3EHZMPaZ??????????取 ， =1.051AK?V1161.0251.074350.2843.9502785142.3.0.50.68174dFaSdbmzTNmY??????????????12可求得：501[]HHMPa????9FF3.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)表3-3 定V帶型號(hào)和帶輪直徑定V帶型號(hào)和帶輪直徑(1).工作情況系數(shù).(2).計(jì)算功率.(3).選帶型號(hào).(4).確定帶輪直徑D 1D2由機(jī)械設(shè)計(jì)表3.5查的PC＝K AP＝1.1×4＝4.4Kw根據(jù)參考圖3.16及表3.3選帶型及小帶輪直徑 160Dnv???確定從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=177.5mm12取D 2=180mm計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比:當(dāng)忽略滑動(dòng)率時(shí)， 21Di?驗(yàn)算傳動(dòng)比相對(duì)誤差，題目的理論傳動(dòng)比 102.75ni?傳動(dòng)比相對(duì)誤差 01.4%i??122.7()()9650aDa?????=1204.01014dL??按表3.2取標(biāo)準(zhǔn)值=403mm002dLa??mxin.3.5186d?KA＝1.1PC＝4.4KwA型取 ＝ 100mm1D7.43/vms?D2＝177.5mm取D 2=180mm1.8i?1.4%<5%合格13計(jì)算帶長(zhǎng)(1).初取中心距.(2).計(jì)算帶.基準(zhǔn)長(zhǎng)度.(3).計(jì)算實(shí)際中心距(4)確定中心距調(diào)整范圍(13)小輪包角.求帶根數(shù)(1).確定額定功率P O(2)確定各修正系數(shù)（3）確α＝ - =180。 2157.3Da??68.?由D1及n1查表3.6并用線性插值法求得=1.3Kw??0由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 3.8 =0.98????由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 3.9 =0.93????由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 3.7 △P O=0.15=3.33 20)5.(qvkvzFC????=124.27N（《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 3.1 ）mkg/10.?2.16sin0z?= 4?=983.31N＝ 380mm0a=1250mmdLa=405mm168.720????合格PO=1.3KwKa=0.98KL=0.93△ PO=0.15取z=414定V帶根數(shù)Z求軸上載荷(1)確定單根V帶初拉力=124.27N0FFQ=983.31N3.4 主軸合理跨距的計(jì)算設(shè)機(jī)床最大加工回轉(zhuǎn)直徑為?400mm,電動(dòng)機(jī)功率P=4kw，,主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為140r/min。已選定的前后軸徑為: 定懸伸量162dm?1(0.7~85)dm?a=85mm。軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩:TM ＝ 63.79.50=54N??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(jì)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；切削力（沿 y 軸） F c=250.346/0.09=2781N背向力（沿 x 軸） F p=0.5 Fc=1390N總作用力 F= =3109N2pC?此力作用于工件上，主軸端受力為 F=3109N。先假設(shè) l/a=2，l=3a=255mm。前后支承反力 RA和 RB分別為RA=F× =3109× Nla?854152?RB=F× =3109× N036根據(jù)《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》得： =3.39 得前支承的剛rK1.0F8.La0.91.()cosiz?度：K A= 1376.69 N/ ；K B= 713.73 N/ ； = =1.93m?m?BAK376.主軸的當(dāng)量外徑 de=(85+65)/2=75mm，故慣性矩為15I= =1.55×10-6m440.756??η= = =0.383aKEA1632..5098??查《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》圖 得 =2.5，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距al0=85×2.5=212.5mm0l合理跨距為（0.75-1.5） ，取合理跨距 l=250mm。0l根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，主軸的實(shí)際跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑 D=85mm，后軸徑 d=55mm。后支承采用背對(duì)背安裝的角接觸球軸承。16第 4 章 主要零部件的選擇4.1 選擇電動(dòng)機(jī),軸承，鍵和操縱機(jī)構(gòu) (1)電動(dòng)機(jī)的選擇：轉(zhuǎn)速n＝710/1420r/min，功率P＝4kW選用Y系列三相異步雙速電動(dòng)機(jī) (2)軸承的選擇(軸承代號(hào)均采用新軸承代號(hào))Ⅰ軸：與帶輪靠近段安裝雙列深溝球軸承代號(hào)6007，另一安裝深溝球軸承代號(hào)6007。Ⅱ軸：左側(cè)布置深溝球軸承代號(hào)6008，右側(cè)布置深溝球軸承代號(hào)6009。Ⅲ軸：輸出安裝角接觸球軸承配合推力球軸承代號(hào)分別為7012和5013，另一端安裝雙列圓柱滾子軸承。(3)鍵的選擇Ⅰ軸:安裝帶輪處選擇普通平鍵： 875bhL??安裝齒輪處選擇普通平鍵： 109Ⅱ軸:左側(cè)齒輪選擇普通平鍵: 264右側(cè)齒輪選擇普通平鍵:Ⅲ軸:選擇普通平鍵: bh(4)變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇：選用左右擺動(dòng)的操縱桿使其通過(guò)桿的推力來(lái)控制Ⅰ,Ⅱ軸上的二聯(lián)滑移齒輪。17第 5 章 校核5.1 Ⅲ軸剛度校核(1)Ⅲ軸撓度校核單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計(jì)算:??????YmZnDxNLYba ???43375.09.1L-----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；iaiN-----軸傳遞的全功率；校核合成撓度：??YYbabah ?????cos22-----輸入扭距齒輪撓度；-------輸出扭距齒輪撓度b；)(????---被演算軸與前后軸連心線夾角，取 =91°，嚙合角 =20°，齒面??摩擦角 =5.72°。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： =0.147， =0.045， =0.075， =0.087。1ay2ay3ay4by合成撓度 =0.254；2414coshbbY????查文獻(xiàn)【6】 ，帶齒輪軸的許用撓度 =5/10000*L，即 =0.287。????因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。(2)Ⅲ軸扭轉(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：BA?,????????radlyhA3將上式計(jì)算的結(jié)果代入得：0.74B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。.A???185.2 軸承壽命校核由Ⅱ軸最小軸徑可取軸承為 6008 深溝球軸承,ε=3，P=XF r+YFaX=1，Y=0。對(duì)Ⅱ軸受力分析得：前支承的徑向力 Fr=2847.32N，由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 [L 10h]=15000h， 310 106716704.210()()45862[]n8h hCL LP???????軸承壽命滿足要求。19結(jié)論經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，在老師的耐心指導(dǎo)和自己的努力分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及部分計(jì)算，到這里基本結(jié)束了，這次課程設(shè)計(jì)使我充分應(yīng)用了以前所學(xué)的知識(shí)，并應(yīng)用這些知識(shí)來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)一步鞏固和深化了以前的所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)， 同時(shí)也是對(duì)《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》學(xué)習(xí)的一個(gè)深入認(rèn)識(shí)和理解的過(guò)程。同時(shí)也鍛煉了自己獨(dú)立完成工作的能力，熟悉了一些設(shè)計(jì)思想懂得了一些設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng).本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步規(guī)范了制圖要求，學(xué)會(huì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范，和查閱相關(guān)資料的本領(lǐng)，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能，對(duì)以后的工作有很大的幫助。20參考文獻(xiàn)[1] 段鐵群.《 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社，第一版；[2] 孫全穎.《 機(jī)械精度設(shè)計(jì)與質(zhì)量保證》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社；[3] 于惠力 向敬忠 《機(jī)械設(shè)計(jì)》.高等教育出版社，第四版；[4] 于惠力 張春宜 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 ，科學(xué)出版社；[5] 戴署《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》.機(jī)械工業(yè)出版社；[6] 陳易新《 金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 ； [7]《金屬切削機(jī)床典型結(jié)構(gòu)圖集》主傳動(dòng)部件； [8]《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 》2 上冊(cè)。21