四级变速箱设计说明书.docx

四级变速箱设计说明书.docx

《四级变速箱设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四级变速箱设计说明书.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

四级变速箱设计说明书

MB106A进给系统四级变速装置设计

1概述

1.1设计目的和内容

（1）木工机床课程设计目的：

木工机床课程设计是《木工机床设计》课程的一个实践教学环节，其目的在于，通过机床的传动设计，使学生受到方案比较、结构分析、零件计算、机械制图、技术条件编写及技术资料查阅等方面的综合训练，培养初步具有机床部件的设计能力。

（2）木工机床课程设计内容：

包括以下几项：

1）运动设计根据设计题目给定的设计原始数据确定其他有关运动参数，选定各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟订结构式或结构网，拟订转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。

2）动力设计根据设计题目给定的机床类型和电动机功率，确定各传动件的设计转速，初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的强度、刚度或寿命。

3）结构设计完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计进给变速箱装配图及零件工作图，侧重进行传动轴组件、变速机构、操纵机构、箱体、润滑与密封，以及传动轴和滑移齿轮零件的设计。

1.2设计要求

木工机床课程设计的内容体现在设计图纸和设计计算说明书中，因此图纸和说明书的质量应并重，其具体要求如下：

（1）进给变速箱部件装配图。

它用以表明该部件的结构、机构工作原理、各零件的功用、形状、尺寸、位置、相互联接方法、配合及传动关系等。

进给变速箱的装配图通常由外观图、展开图和若干横向剖视图等组成。

如受学时所限，可绘制展开图和主要横向视图。

在装配图上，零件要标注件号、参数及数量，各轴要标注轴号。

展开图上要标注各传动轴组件的主要配合尺寸（如轴承、花键等），还要标注一个能影响轴向装配尺寸的轴向尺寸链，横向剖视图应完整表达出一个操纵机构，标注啮合齿轮的中心距及公差，标注主要轮廓尺寸、定位及联系尺寸等，装配图的方案和结构要合理，图面整洁清晰，尺寸标注正确，符合国家标准。

（2）零件工作图。

绘制若干个零件（如传动轴、滑行齿轮等）工作图，应能正确表达零件的结构形状、材料及热处理、尺寸公差和形位公差、表面粗糙度和技术条件等，符合有关标准规定。

（3）设计计算说明书，设计计算说明书是对所设计部件的性能、主要结构、系统等方面进行设计分析及理论计算的技术文件，应谁合理，依据充分，计算正确，条理清晰，文句通顺，标点正确，图表清晰，字迹工整；篇幅不少于5000字，一律采用国家法定计量单位，引用参考文献的有关结论及公式需用方括号标出，其主要内容：

概述（机床的用途使用范围、主要技术参数及特点等，同类型机床对比分析）；运动设计；动力设计（包括零件的初算及验算）结构设计（主要结构的分析、操纵机构、润滑及密封方式的说明）；其他（另需说明或谁的有关问题）；参考文献。

1.3设计的任务

1.3.1设计的题目

将MB106A进给系统中的无级调速装置改为六级有级变速装置，并进行系统的设计与计算。

1.3.2设计原始数据

加工木料最大宽度600mm

加工木料最大厚度200mm

最小刨削长度290mm

最大刨削厚度5mm

刀头切削圆直径128mm

刀轴转速6000r/min

刀片数4片

进料辊筒直径90mm

进料速度8,12,16,24m/min

主电机功率5.5kW

加工材种软、硬杂木

木材含水率10%-15%

1.3.2课程设计的工作量

（1）编写设计计算说明书

a.机床用途说明

b.运动计算——拟定结构图，转速图和传动系统

c.动力计算——通过计算，决定进给电机功率和主要零件的尺寸和材料

d.设计方案的分析比较

（2）设计图纸

a.绘制进给变速箱装配图（1张或2张），表明齿轮传动关系，操纵机构的装配关系和工作位置关系

b.绘制主要零件工作图1张

1.4设计步骤

（1）设计准备工作。

根据给定的设计题目，应明确设计任务、内容、要求及步骤。

拟定工作计划；收集查阅技术资料；对1-2台同类型机床进给运动部件分析研究，做到理解、消化交流工作经验能有所改进，在此基础上进行设计构思。

（2）运动设计。

（3）传动件选择及初算。

绘制装配草图之前，需要初步定出各传动件的结构尺寸。

如传动轴直径、齿轮的模数及宽度、V带的型号及根数、摩擦片的尺寸及片数、滚动轴承的类型及配置等。

（4）绘制部件装配草图。

（5）零件验算。

零件在部件中的位置和尺寸确定之后，即可分析其受力状态，并进行较精确的验算，验算指定的零件及其项目，一般可验算传动轴弯曲刚度及抗振性，花键侧挤压应力，直齿圆柱齿轮疲劳强度、滚动轴承疲劳寿命等。

（6）加深部件装配图。

根据验算结果修改草图，进一步完善草图，经审查同意后，按制图标准加深装配图。

要先画展开图，后画横向剖视图，必要时还要交叉进行，并按要求完成部件装配图。

（7）绘制零件图。

（8）编写设计计算说明书，设计过程中的计算与分析要及时整理，待图纸完成后，要对说明书草稿进行认真修改抄清完成。

2传动系统的运动设计

2.1选择传动方案

应根据机床的使用要求和结构性能综合考虑，参考同类机床，合理选择传动方案并加以论证，初步拟出传动系统示意图。

（1）选择传动布局选择分离传动式。

（2）选择变速方式有级变速，选用滑移齿轮变速机构[1,2,3]。

2.2进给电机功率的确定

压刨床在加工的过程中，对木材的作用力有主切削力FX和垂直分力FY

进给力FU=FXconθ+FYsinθ+μ（FYconθ-FXsinθ）[5]

压刨加工深度一般为2-3mm，可认为是厚切削，则：

[4]

垂直分力：

[6]

（

为推力，

为拉力，其中

[1]

[3]

摩擦系数μ=0.2-0.3，取0.3；摩擦角

=150-170，取160

压刨床在加工的过程中，主要进行的是纵端向刨削，取切削角δ=550，φ=600，假设当时木材含水率为12%，刨削木材为松木，切削速度为40m/s,切削厚度为3mm,刀的工作小时数为4h,查表得：

=1.20,

h=1.85,

=1.03,x=0.45,e=3mm,b=600mm[7]

端向切削时的单位切削力：

=19.053MPa[12]

纵向切削时的单位切削力:

=10.774MPa[12]

单位切削力

=17.7MPa[12]

切削功率P=FXv/1000kW=1279.8w=1.2798kW[12]

所以选用电机型号[4]：

Y100L-6，额定功率：

1.5kW，同步转速：

1000r/min，

满载转速：

940r/min的电机

2.3拟定结构式、结构网和转速图[1,2,3]

最小转速:

[9]

最大转速：

[11]

变速范围：

[11]

公比：

查表取

=1.4

1

结构式：

4=2

（1）×2

（2），4=2

（2）×2

（1）。

由降速“前慢后快”，级数排列“前多后少”，转速分布“前密后疏”，转速变换“升早降晚”，选择：

结构式为：

4=2

（1）×2

（2）

图一：

结构网

转速图：

（1）确定总传动比：

由电动机转速n0=940r/min，到主轴最小转速n1=28.31r/min，总传动比为：

I总=

从电动机转速到主轴最小转速之间用虚线连接起来，这虚线斜率即表示总传动比变化趋势。

（2）由于电动机转速较高（1000r/min），因此传动链始端采用三角皮带传动，传动比为：

i1=

；末端由于MB106A原系统采用链轮传动，采用传动比为i6=

（3）中间各

轴之间的传动比根据速比拟定原则：

降速“前慢后快”，级数排列“前多后少”，转速分布“前密后疏”，转速变换“升早降晚”进行分配。

图二：

转速图

各级转速分配如下：

i1=

，I2=

i3=

i4=

，I5=

，i6=

2.4确定齿轮齿数

1

2

3

4

5

6

7

将传动比化为无公因子整数值的分数

计算fj+gj之和

求fj+gj的最小公倍数

升速不大，而降速最大，应用下式求

求齿数和2Z0

求主动轮齿数

求被动轮齿数

fj+gj

K

Ⅱ-Ⅲ

1+2=3

12

5

60

20

40

5/7

5+7=12

25

35

Ⅲ

-

Ⅳ

i4=

1/4

1+4=5

15

6

90

18

72

I5=

1/2

1+2=3

30

60

根据转速分布图进行计算各传动副齿轮的齿数：

（见下表）

齿轮齿数计算表

2.5绘传动系统图

根据变速箱在MB106A机床安装尺寸以及转速分配情况，选择两个变速组交错排列，无公用齿轮，轴向尺寸为两个变速组轴向尺寸之和。

（注：

Z3-Z4>4且Z1-Z2>4）

图三：

传动系统图

3主要零件的设计计算

3.1带传动设计

已知：

电动机功率P=1.5kW,转速n1=940r/min,变速器输入轴转速n2=442.3r/min，载荷变动小，每天工作8h，要求结构紧凑。

（1）确定V带截型

工况系数

设计功率Pd=KAP=1.5×1.1=1.65kW

V带截型

（2）确定带轮直径

小带轮基准直径

验算带速

大带轮基准直径d2=d1

=100×940/442.3≈212.5

传动比i=d2//d1=224/100

（3）确定中心距及V带基准长度

初定中心距由0.7（d1+d2）≤a0≤2（d1+d2）知

226.8≤a0≤648

初定V带基准长度

L0=2a0+π/2（d1+d2）+（d2-d1）2/4a0=1417.22

V带基准长度

传动中心距a≈a0+（Ld-L0）/2=450+（1400-1417.22）/2

小带轮包角α1=1800-（d2-d1）/a×57.30=163.9o

（4）确定V带根数[5]

单根V带的基本额定功率

额定功率增量

包角修正系数

带长修正系数

V带根数Z=Pd/[（P1+ΔP1）Ka×kL]≈1.98

（5）带轮结构设计

带轮宽度B=（z-1）e+2f=（2-1）×15+2×11=37

其他结构尺寸的确定参见机械零件设计手册。

3.2传动轴设计

（1）各轴的传递功率

闭式圆柱齿轮传动效率：

0.96~0.98，V带传动效率：

0.95~0.96，

滚动轴承传动效率：

0.98~0.99，链传动效率：

0.90~0.92

Ⅱ轴：

P2=Pη1=1.5×0.95=1.43kW

Ⅲ轴：

P3=P2η2η3=1.43×0.96×0.98²=1.32kW

Ⅳ轴：

P4=P3η2η3=1.32×0.98²×0.96=1.22kW

Ⅴ轴：

P5=P4η2η3=1.22×0.98²×0.92=1.08kW

P（kw）

N（r/min）

Ⅰ

1.5

940

Ⅱ

1.43

442.3

Ⅲ

1.32

313.67

Ⅳ

1.22

157.77

Ⅴ

1.08

79.36

（2）轴径计算：

轴的材料采用45钢调质处理

由公式

[8]

其中:

P为各轴的输入功率，n为各轴的相应计算转速。

轴允许的扭转角，一般轴

一般情况下，开一个键槽，轴径应增大4%~5%；花键轴可将估算的d值减少7%作为其小径。

由已知数据，求得各轴的轴径为：

3.3齿轮模数计算

以Ⅱ轴上的齿轮为依据进行计算

1闭式软齿面齿轮传动，小齿轮选用45钢调质，齿面平均硬度240HBS；大齿轮选用45钢正火，齿面平均硬度200HBS。

（1）许用接触应力：

极限应力：

σHlim=0.87HBS+380

安全系数：

取

许用接触应力：

[σ]H=

[6]

（2）计算小齿轮分度圆直径：

小齿轮转矩：

T1=9.55×106×

=9.55×106×

=3.09×104Nmm[4]

小齿轮计算直径：

[2]

=

=46.6mm[5]

2确定几何尺寸：

齿数：

取

Z1=20

Z2=iZ1=2×20

模数：

m=d1/Z1=46.6/20=2.33,取标准模数

分度圆直径d=mz

根据模数计算所有齿轮的相关尺寸参数。

其中，为减小箱体尺寸，齿宽采用20mm和35mm。

3校核齿根弯曲疲劳强度

（1）许用齿根应力

极限应力σFlim=0.7HBS+275

安全系数取

许用齿根应力[σ]F=σFlim/SF

（2）验算齿根应力

复合齿形系数

齿根应力σF1=（2KT1/bd1m）YFS1[1]

σF2=σF1YFS2/YFS1

σF1<[σ]F1σF2<[σ]F2

弯曲疲劳强度足够

4齿轮模数验算

按弯曲疲劳强度验算

使用系数

变量工作系数：

KFPnt=KFP×KFn×KFt=0.79×0.97×1.96=1.5

动载系数：

KV=1+（

+K2）×

=1.004[6]

齿向载荷分配系数：

KFβ=1+KβS+KβM=1+0.1325+0.35=1.5

齿间载荷分配系数：

复合齿形分布系数：

重合度及螺旋角系数：

齿宽系数：

齿轮转速：

齿数：

许用齿根应力：

δFP=471×1.3=612MPa则

mFa≥267

=1.5

m=2.5>1.5齿轮模数符合要求

3.4操纵机构设计

（1）单独操纵机构

本变速箱采用两个单独的操纵机构

操纵机构1：

滑移齿轮1的总移动量L=2b+2Δ+10+3×2=64

滑块高度

滑块偏移量为a

为使滑块不脱离齿轮的环形槽而正常工作，一般要求

a≤0.3h取a=3mm

A=60mm

摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离A≥L2/4.8h

摆杆的摆角为

操纵机构2：

滑移齿轮2的总移动量

滑块高度

滑块偏移量为a

摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离A≥L2/4.8h

摆杆的摆角为

[7]

（2）操纵机构的定位

采用钢球定位

图四：

操纵机构图

3.5链轮设计

链轮齿数确定：

小带轮转速<0.6m/s,Z1≥13取

Z2=iZ1=1.412×13

链条节距：

初定中心距：

a0=30~50p，a0=40p

计算链长：

Lp=（Z1+Z2）/2+2a0/p+（p/a0）[（Z2-Z1）/2π]2[5]

计算额定功率：

工况系数KA：

查表中等冲击电动机

小链轮齿数系数：

kz=（

）1.08

链长系数：

0.26

多排链系数KP：

查表链排数为1

链节距：

取20Ap=31.75mm

实际中心距：

[6]

分度圆直径：

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

其他尺寸参见机械零件设计手册[6]

4主要零件校核

4.1轴承的选择与校核

各轴都选择深沟球轴承，采用的轴承代号如下：

Ⅱ轴：

6205Ⅲ轴：

6205Ⅳ轴：

6206

以轴Ⅱ为依据进行计算：

选择6205系列

该轴上的齿轮分度圆直径为：

d1=50mm

传递功率P=1.43kW转速n=442.3r/min

转距:

9.55×106×1.43/442.3=3.09×104Nmm

Fa=2T1/d1=1236N

Fr=Fatgα=1236×tg200=449.9N

由于轴承只承受径向载荷，故当量动载荷即为轴承承受的径向载荷

=345832h[4]

其中C=22.4×103Nft=1.0fp=1.5ε=3

MB106A变速箱用轴承的额定寿命为：

14000-30000h计算实际使用寿命远大于额定寿命，完全符合要求。

4.2轴的校核

以II轴为计算依据，对轴的强度进行校核

该轴上的小齿轮分度圆直径：

传递的转矩为：

作用在齿轮上的切向力：

Ft=2T1/d1

径向力：

Fr=Fttga

法向力：

Fn=Ft/cosa

（其中a=20o）

轴的材料采用45钢调质

水平支反力：

FAH=FBH=Ft/2

水平面弯矩：

MCH=FAHL1

垂直面支反力：

FBV=（FrL1+Fn

）/L[9]

FAV=Fr-FBV

垂直面弯矩：

MCV=FAVL1

M’CV=FBVL2

合成弯矩：

[9]

转矩计算：

T=Ft×d/2

根据弯矩图可知齿轮对称中面处的轴截面为危险截面，应计算其当量弯矩。

或Me=M’C

取两者中大者计算轴径：

根据轴的材料，查得轴的抗拉强度σb=650MPa

对称循环的许用弯曲应力[σ-1]w=60MPa

由公式

[9]得

考虑键槽的影响，该截面轴径应加大4%，则，

经与结构设计比较，该截面的计算直径小于其结构设计确定的直径（25mm），故轴的强度符合要求。

5润滑

齿轮润滑：

v=3.14×180×56.28÷60000=0.53m/s<12m/s

通用的闭式齿轮传动，其润滑方法根据齿轮的圆周速度大小而定。

当齿轮的圆周速度V＜12m／s时，常将大齿轮的轮齿浸入油地中进行浸油润滑。

这样，齿轮在传动时，就把润滑油带到啮合的齿面上，同时也将油甩到箱壁上，借以散热。

用L-FC3工业齿轮油，适用于主轴承，轻载工业齿轮。

滚动轴承润滑：

采用润滑脂润滑，通过挡油环阻止机箱内的油进入轴承腔内，以免污染润滑脂，降低轴承寿命，用通用锂基润滑脂，其适用于-20到120摄氏度的各种机械设备的滚动轴承，滑动轴承等。

6总结

本次课程设计对MB106A木工机床无级变速装置的改进设计，我们对设计方案进行比较，结构进行分析，零件设计与计算，AutoCAD辅助机械制图，可以说，将变速箱的设计过程进行了一遍。

通过本次课程设计加强了我们综合分析能力，明白了许多设计过程的细节性问题，经历了从遇到问题到思考问题，及最终解决问题的设计过程；通过运用AutoCAD绘图，对计算机软件的应用有了初步的认识、了解与掌握，对未来的设计绘图积累了宝贵的经验。

在整个课程设计的过程中，我们将课堂学过的知识结合设计内容结合在一起，学会独立地进行思考与设计，充分发挥了我们的主动性，启发了我们独立思考、认真主动地查阅文献资料、分析问题和解决问题的能力。

同时，指导老师非常认真负责，指导耐心，给予了我们很大的帮助。

最后，感谢老师的精心指导。

主要结果

KA=1.1

Pd=1.65kW

选取A型

d1选取100mm

在允许范围

选取d2=224mm

i=2.24

a0=450mm

取Ld=1400mm

a=442mm

α1=163.90

P1=0.94kw

ΔP1=0.107

Ka=0.96

KL=0.96

取Z=2

B=37mm

P2=1.43kW

P3=1.32kW

P4=1.22kW

P5=1.08kW

轴径增大5%

根据结果查标准取得：

d2=25mm

d3=25mm

d4=30mm

σHlim1=589MPa

σHlim2=554MPa

SH=1.1

[σ]H1=535MPa

[σ]H2=504MPa

T1=3.09×104Nmm

齿宽系数：

=1

载荷系数：

K=1.4

节点区域系数：

ZH=2.5

弹性系数：

ZE=189.8

Z2=40

m=2.5

d1=50mm

d2=100mm

σFlim1=443MPa

σFim2=415MPa

SF=1.4

[σ]F1=316MPa

[σ]F2=296MPa

YFS1=4.05

YFS2=4.00

σF1=140MPa

σF2=138MPa

KA=1.1

KFPnt=1.5

KV=1.004

KFβ=1.5

KFa=1.0

YFS=4.24

Yεβ=0.57

φm=10

nc=395r/min

Z1=20

δFP=612MPa

mFa≥1.5

Δ=4mm

L=64mm

h=15mm

α=62°

L=64mm

h=10mm

a=2.5mm

A=86mm

α=59°

Z1=13

Z2=27

查图表p=25.4mm

a0=1016mm

Lp=100.12mm

KA=1.3

KZ=0.66

KL=1.04

KP=1

P0=2.3kW

p=31.75mm

a=714.02mm

d=132mm

da=142mm

df=120mm

T1=3.09×104Nmm

Fa=1236N

Fr=449.9N

Fp=657.67N

Lh=441141.6h

d1=50mm

T1=3.09×104Nmm

Ft=1.236×103N

Fr=449.9N

Fn=1.315×103N

FAH=FBH=618N

（L1=82mm）

MCH=5.×104Nmm

FBV=234N

FAV=215.9N

（L=298mm）

（L2=216mm）

MCV=-1.×104Nmm

M’CV=5.×104Nmm

MC=5.07×104Nmm

M’C=7.1×104Nmm

T=1.5×104Nmm

（

）

Me=7.2×104Nmm

d≥23mm

d≥24mm

参考文献：

[1]花军主编.现代木工机床设计.哈尔滨：

东北林业大学出版社，2004.10

[2]李秀珍曲玉峰主编.机械设计基础.北京：

机械工业出版社，2005

[3]涂发越主编.机械零件制造结构设计手册[D].南京：

广西科学技术出版社，2002.5

[4]吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京：

高等教育出版社，2003.11

[5]机械设计手册编委会编著.机械设计手册-3版.北京：

机械工业出版社，2004.8

[6]孙开元许夏芬主编.机械制图与工差测量速查手册.北京：

化工工业出版社，2008.2

[7]成大先主编.机械设计手册.单行本.联接与紧固.北京：

化工工业出版社，2004.1

[8]成大先主编.机械设计手册.单行本.机械传动.北京：

化工工业出版社，2004.1

[9]机械设计手册编委会编著.机械设计手册.单行本.减速器和变速器.北京：

机械工业出版社，2007.3

[10]机械设计手册编委会编著.机械设计手册.单行本.滚动轴承.北京：

机械工业出版社，2007.3