分级变速主传动系统.doc

1、哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计哈 尔 滨 理 工 大 学课程设计题 目： 分级变速主传动系统 院 系：机械设计制造及其自动化姓 名： 指导教师： 陈 涛 2012年 8 月 31 日 目 录摘要I第1章 课程设计的目的1第2章 课程设计题目，主要设计参数和技术要求22.1 课程设计题目和主要技术参数22.2 技术要求2第3章 运动设计33.1 运动参数及转速图的确定33.2 核算主轴转速误差5第4章 动力计算64.1 带传动设计64.2计算转速的计算74.3齿轮模数计算及验算84.4传动轴最小轴径的初定114.5执行轴轴颈直径的确定：124.6轴承的选择:124.7花键的选择：12第5章

2、主要零部件的选择135.1 摆杆式操作机构的设计135.2 电动机的选择13第6章 校核146.1 轴刚度校核146.2 轴承寿命校核15第7章 润滑与密封16第8章 设计结论17参考文献18摘要设计机床得主传动变速系统时，首先利用传动系统设计方法求出理想解和多个合理解。根据数控机床主传动系统及主轴功率与转矩特性要求，分析了机电关联分级调速主传动系统的设计原理和方法。从主传动系统结构网入手，确定最佳机床主轴功率与转矩特性匹配方案，计算和校核相关运动参数和动力参数。这次说明书着重研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法，根据已确定的运动参数以变速箱展开图的总中心距最小为目标，拟定变速系统的变速方案

3、，以获得最优方案以及较高的设计效率。在机床主传动系统中，为减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸，用齿轮齿数的设计方法是试算，凑算法，计算麻烦且不易找出合理的设计方案。本文通过对主传动系统中三联滑移齿轮传动特点的分析与研究，绘制零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。I第1章 课程设计的目的(1)、课程设计属于机械系统设计课的延续，通过设计实践，进一步学习掌握机械系统设计的一般方法。 (2)、培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。(3)、培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。(4)、提高技术总结及编制技术文件的能力。(

4、5)、是毕业设计教学环节实施的技术准备。18第2章 课程设计题目，主要设计参数和技术要求2.1 课程设计题目和主要技术参数题目：分级变速主传动系统设计技术参数：Nmin=40r/min；Nmax=450r/min；Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=3KW；电机转速n=1430r/min2.2 技术要求1. 利用电动机完成换向和制动。2. 各滑移齿轮块采用单独操纵机构。3. 进给传动系统采用单独电动机驱动。第3章 运动设计3.1 运动参数及转速图的确定（1） 转速范围。Rn=11.25（2） 转速数列。首先找到40r/min、然后每隔5个数取一个值（1.41=1.066），故得出主轴的转速

5、数列为：40 r/min、56r/min、80 r/min、112 r/min、160 r/min、224 r/min，315 r/min，450r/min，共9级。（3） 确定传动组数和传动副数。因为Z=8，可分解为：Z=212224。这种结构式可以使传动组结构紧凑，再设计时不至于使整体结构过大。（4）写传动结构式,画结构图。根据“前多后少” , “先降后升” , “前密后疏”,“升2降4”的原则,选取传动方案 Z=212224 ,易知第一扩大组的变速范围r=p1(x1-1)=1.414=3.958符合“升2降4”原则，其结 构 网 如 图结构网 Z=212224（5） 画转速图。转速图如下

6、图 系统转速图 （6）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图： 主传动系统图（7）齿轮齿数的确定。变速组内取模数相等，据设计要求Zmin17,齿数和Sz100120，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表： 齿轮齿数传动比基本组第一扩大组第二扩大组1:1.411:21：1.411:2.801:11:4代号Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6齿数3042244835492262454518723.2 核算主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过10(-1),即 对Nmax=450r/min，Nmax=1430*95/150

7、*30/42*45/453=462.1r/min 则有=2.684.1因此满足要求。各级转速误差n 450315224160112805640n462.02323.45229.55160.68115.5280.8657.3940.17误差2.68%2.682.480.433.141.082.480.43各级转速误差都都小于4.1，因此不需要修改齿数。第4章 动力计算4.1 带传动设计(1) 直径计算计算功率Pd=Ka*P=1.1*3=3.3KW查普通V带选型图，可得d=80100mm初取小带轮直径d： 取 d=100mm A型V带大带轮直径D； D=158.9mm 根据V带带轮基准直径系列，取

8、D=160mm（2）计算带长求Dm Dm=(D+D)/2=(95+150)/2=122.5mm求 =（D-D）/2=（160-100）/2=30mm根据0.7（D1+D2）a2（D1+D2）即，182a0520mm初取中心距，a0=450mm带长 L=Dm+2a0+/a0=1286.84 mm由机械设计表3.2选取标准Ld 得：Ld=1250mm（3）求实际中心距和包角实际中心距aa0+(Ld-L)/2=450-18.42=431.58mm中心距调整范围 amax=a+0.03Ld=469.08mm amin=a-0.015Ld=412.83mm小轮包角 =180-（D-D）/a57.3=17

9、2120（4）求带根数验算带速 ： =Dn/601000=3.141001430/(601000)= 7.49m/s525，合格计算传动比i并验算传动比相对误差： 理论传动比 i0=3.575实际传动比 i=n/n=160/100=1.60确定V带根数Z： 由机械设计表3.6，P=1.30KW；由表3.8，K=0.98；由表3.9，K=0.95；由表3.7，P=0.15KW；所以ZP/（P+P）KK=3.3/(1.30+0.15)0.980.95=2.44取Z=3根4.2计算转速的计算（1）主轴的计算转速nj，由公式n=n得，主轴的计算转速nj=70.92r/min，取主轴的计算转速nj=80

10、 r/min。（2）确定各传动轴的计算转速。轴共有4级转速：160 r/min、224r/min、315 r/min、450r/min。若经传动副传动主轴，全部传递全功率，其中160/min是传递全功率的最低转速， 故其计算转速nj=160 r/min； 轴共有2级转速：450 r/min、630 r/min。若经转动副转动主轴，全部传递全功率，其中450/min是传递全功率的最低转速， 故其计算转速nj=450 r/min； 轴有1级转速，且都传递全功率，所以其计算转速nj=900 r/min。各计算转速入表。各轴计算转速 轴号轴轴轴轴计算转速r/min90045016080（3） 确定齿轮

11、副的计算转速。齿轮Z装在主轴上并具有40、56、80、112r/min共4级转速，其中有80、112r/min传递全功率，故Zj=80 r/min。 齿轮Z装在轴上，有160、224、315、450r/min共4级转速，经齿轮副Z/ Z传动主轴，则4个转速都传递全功率，故Zj=160r/min。依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表 齿轮副计算转速序号Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6900630900450450315450160160160315804.3齿轮模数计算及验算（1）模数计算。一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，

12、即mj=16338可得各组的模数式中 mj按接触疲劳强度计算的齿轮模数（mm）；驱动电动机功率（kW）；被计算齿轮的计算转速（r/min）； 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，外啮合取“+”，内啮合取“-”； 小齿轮的齿数（齿）； 齿宽系数，（B为齿宽，m为模数），；材料的许用接触应力（）。得：基本组的模数mj=3 第一扩大组的模数mj=3 第二扩大组的模数mj=4（2）基本组齿轮计算。基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z1Z1Z2Z2齿数30422448分度圆直径9012692144齿顶圆直径9613298150齿根圆直径82.5118.584.5136.5齿宽15151515按基本组最小齿轮计算。小齿

13、轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。计算如下： 齿面接触疲劳强度计算： 接触应力验算公式为 弯曲应力验算公式为： 式中 N-传递的额定功率（kW），这里取N为电动机功率，N=3kW; -计算转速（r/min）. =400（r/min）; m-初算的齿轮模数（mm）, m=3.5（mm）; B-齿宽（mm）;B=24.5（mm）; z-小齿轮齿数；z=19; u-小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=2.79; -寿命系数； = -工作期限系数； T-齿轮工作期限，这里取T=15000h.; -齿轮的

14、最低转速（r/min）, =400（r/min） -基准循环次数，接触载荷取=，弯曲载荷取= m-疲劳曲线指数，接触载荷取m=3；弯曲载荷取m=6; -转速变化系数，取=0.60 -功率利用系数，取=0.78 -材料强化系数， =0.60 -工作状况系数，取=1.1 -动载荷系数，取=1 -齿向载荷分布系数， =1 Y-齿形系数， Y=0.386；-许用接触应力（MPa）,取=650 Mpa；-许用弯曲应力（MPa），取=275 Mpa；根据上述公式，可求得及查取值可求得：=639.47 Mpa =78.72 Mpa （3）扩大组齿轮计算。第一扩大组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z3Z3Z4Z4齿数3

15、5492262分度圆直径10514766186齿顶圆直径11115372192齿根圆直径97.5139.558.5178.5齿宽30303030第二扩大组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z5Z5Z6Z6齿数45451872分度圆直径18018072288齿顶圆直径18818880296齿根圆直径17017062278齿宽40404040按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。同理根据基本组的计算，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，=1，=1，m=3.5，=280

16、；可求得：=620.73 Mpa =136.24Mpa 4.4传动轴最小轴径的初定传动轴直径按扭转刚度用下式计算： d=1.64（mm） 或 d=91（mm）式中 d-传动轴直径（mm） Tn-该轴传递的额定扭矩（N*mm） T=9550000； N-该轴传递的功率（KW） -该轴的计算转速 -该轴每米长度的允许扭转角，=0.5。各轴最小轴径如表轴 号 轴 轴轴最小轴径mm 3035404.5执行轴轴颈直径的确定：执行轴的前轴劲D1尺寸由教材4-9表得到：D1=75mm后轴劲D2=（0.70.9）D1 所以取D2=0.8D1=60mm初步计算，取当量外径D=0.5（D1+D2）=67.5mm执

17、行轴选用阶梯状中空结构，内径直径d=0.4D=0.4*67.5=27mm4.6轴承的选择:一轴：深沟球轴承，代号6006,6007二轴：圆锥滚子轴承，代号30207三轴：圆锥滚子轴承，代号30208四轴：深沟球轴承，代号6015 圆锥滚轴承，代号30214 双列圆柱滚子轴承，代号N220E轴承布置见展开图 4.7花键的选择：一轴：N*d*D*B=8*32*36*6二轴：N*d*D*B=8*36*40*7三轴：N*d*D*B=8*42*46*8 第5章 主要零部件的选择5.1 摆杆式操作机构的设计 （1）几何条件； （2）不自锁条件。具体结构见CAD图5.2 电动机的选择 选择Y系列封闭自扇冷式

18、鼠笼型三相异步电动机。由机械设计课程设计附录K得：电动机型号为Y100L2-4，额定功率3KW。由表K.3得：安装尺寸A=160mm，AB=205mm，HD=245mm。第6章 校核6.1 轴刚度校核（1）轴挠度校核单一载荷下，轴中心处的挠度采用如下的公式计算：: L-两支承的跨距；D-轴的平均直径；X=/L；-齿轮工作位置处距较近支承点的距离；N-轴传递的全功率； 校核合成挠度 -输入扭距齿轮挠度； -输出扭距齿轮挠度 ； -被演算轴与前后轴连心线夹角；=144 啮合角=20，齿面摩擦角=5.72。代入数据计算得：=0.022；=0.081；=0.120； =0.198；=0.093；=0.

19、065。 合成挠度 =0.202 查文献6，带齿轮轴的许用挠度=5/10000*L即=0.268。 因合成挠度小于许用挠度，故轴的挠度满足要求。（2） 轴扭转角的校核传动轴在支承点A，B处的倾角可按下式近似计算： 将上式计算的结果代入得： 由文献6，查得支承处的=0.001因0.001，故轴的转角也满足要求。6.2 轴承寿命校核由轴最小轴径可取轴承为6212深沟球轴承,寿命指数=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。对轴受力分析得：前支承的径向力Fr=2541.33N。 由轴承寿命的计算公式：预期的使用寿命 L10h=15000h L10h=93123.82hL10h=15000h 轴承寿命满

20、足要求。第7章 润滑与密封润滑与密封：减摩抗磨，降低摩擦阻力以节约能源，减少磨损以延长机械寿命，提高经济效益；冷却，要求随时将摩擦热排出机外；密封，要求防泄漏、防尘、防窜气； 清净冲洗，要求把摩擦面积垢清洗排除；应力分散缓冲，分散负荷和缓和冲击及减震；动能传递，液压系统和遥控马达及摩擦无级变速等。由于带轮转速为450r/min故，采用油润滑，可以减少摩擦阻力和减轻磨损。密封是为了阻止灰尘水分等杂物进入轴承，防止润滑剂的流失。采用密封圈密封即可满足要求。第8章 设计结论经过这次课程设计，使我对机械系统设计这门课当中许多原理公式有了进一步的了解，并且对设计工作有了更深入的认识。懂得了.理论和实践同

21、等重要。理论能指导实践，使你能事半功倍，实践能上升成为理论，为以后的设计打下基础。 从校门走出后,一定要重视实践经验的积累,要多学多问。把学校学习的专业知识综合的应用起来，这非常重要。体会到把技术搞好就必须安心的学习，虚心向别人请教，耐心的对待每一个问题，不放过任何一个自己遇到的问题，要善于发现问题。在设计过程中，得到老师的精心指导和帮助，由于经验尚浅，知识把握不熟练，设计中定有许多地方处理不够妥当，有些部分甚至可能存在错误，望老师多提宝贵意见。参考文献1.段铁群.机械系统设计.科学出版社；2.于惠力，向敬忠，张春宜.机械设计.科学出版社；3.于惠力，张春宜，潘承怡.机械设计课程设计，哈尔滨理工大学；4.戴署.金属切削机床设计.机械工业出版社；5.陈易新.金属切削机床课程设计指导书； 6.机床设计手册2 上册；7.濮良贵.机械设计基础。