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1、 哈爾濱理工大學
課 程 設 計
題 目： 機械系統(tǒng)設計課程設計
院 系： 機械設計制造及其自動化
班 級：
姓 名：
學 號：
指導教師： 段鐵群
2013年08月28日
分級變速主傳動系統(tǒng)設計
摘要
《機械系統(tǒng)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
2、計計算：
（1）機械系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)設計,傳動副，結構網，結構式，齒輪模數，傳動比，計算轉速
3、
目錄
一、緒論....................................................4
1.1課程設計目的..........................................4
1.2課程設計內容..........................................4
1.3課程設計題目，主要技術參數和技術要求..................4
二、運動設計................................................6
2.1運動參數及轉數圖的確
4、定................................6
2.2核算主軸轉數誤差......................................8
三、動力計算................................................10
3.1.帶傳動設計..........................................10
3.2.計算轉速的計算......................................11
3.3.齒輪模數計算及驗算.................................
5、.11
3.4.傳動軸最小軸頸的初定................................13
3.5.主軸合理跨距的計算..................................14
四、主要零部件的校核.......................................16
4.1齒輪強度、剛度校核...................................16
4.2軸的剛度校核.........................................16
4.3軸承壽命校核..................
6、.......................17
總結....................................................19
參考文獻................................................19
一、緒論
1.1課程設計的目的
《機械系統(tǒng)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，及生產實習等實踐技能，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(tǒng)中的某些典型機構，進行選擇和改進；結合結構設
7、計，進行設計計算并編寫技術文件；完成系統(tǒng)主傳動設計，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(tǒng)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(tǒng)設計創(chuàng)造一定的條件。
1.2課程設計的內容
《機械系統(tǒng)設計》課程設計內容由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。
1.2.1 理論分析與設計計算：
（1）機械系統(tǒng)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(tǒng)運動設計和計算。
（3）根
8、據設計方案和零部件選擇情況，進行有關動力計算和校核。
1.2.2 圖樣技術設計：
（1）選擇系統(tǒng)中的主要機件。
（2）工程技術圖樣的設計與繪制。
1.2.3編制技術文件：
（1）對于課程設計內容進行自我經濟技術評價。
（2） 編制設計計算說明書。
1.3課程設計題目、主要技術參數和技術要求
1.3.1課程設計題目和主要技術參數
題目：分級變速主傳動系統(tǒng)設計
技術參數：Nmin=71r/min；Nmax=710r/min；Z=6級；公比為1.58；電動機功率P=4KW；電機轉速n=1440r/min
（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
9、機構。
（3）進給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅動。
第二章 運動設計
2.1運動參數及轉速圖的確定
2.1.1．轉速范圍
Rn==710/71=10
2.1.2．轉速數列
查[1]表 2.12，首先找到71r/min、然后每隔7個數取一個值，得出主軸的轉速數列為71 r/min、112 r/min、180 r/min、180r/min、280 r/min、450r/min，710r/min共6級。
2.1.3．定傳動組數
對于Z=6，可分解為：6=32。
10、2.1.4．寫傳動結構式
根據“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結構緊湊的原則,選取傳動方案 Z=12=3123。
寫傳動結構式：主軸轉速級數Z=6. 結構式6=3123
畫結構網：
2.1.5． 畫轉速圖
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。
轉速圖：
傳動系統(tǒng)圖：
2.2核算主軸轉數誤差
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(126/256)(44/44)（60/60
11、0 =708.25r/min
δ=|(708.25-710)/710|=0.176%<5.8%%
因此滿足要求。
各級轉速誤差
n
710
450
280
180
112
誤差
0.176%
0.833%
0.446%
1.56%
0.39%
第三章 運動計算
3.1帶傳動設計
3.1.1 直徑計算
小帶輪直徑選取d=112--140
初取小帶輪直徑d 取 d=125mm
大帶輪直徑D：
D==
12、1251440/710=254mm
取D=254mm
3.1.2計算帶長
初定中心距
0.7(d1+d2)~a0~2(d1+d2)
256.3~ a0 ~758
a0 取600mm.
計算基準長度
L d0=2a0+ /2(d1+d2)+ 2(d2-d1)/4 a0
= 1809 mm
由表3.2得Ld =1800mm
初取中心距 取a=600mm
a = a0 +( Ld+ L d0 )
=600+(1800-
13、1809)/2
=591mm
3.13計算齒輪齒數
（1）查機械系統(tǒng)設計書 表3-1基本組齒數：
基本組：
Z1=25 ，Z1′=63 Z2=44， Z2′=44 Z3=34， Z3′=54
擴大組：
Z4=60， Z4′=60 Z5=24， Z5′=91
3.2計算轉速的計算
（1）執(zhí)行軸的計算轉數：
＝112.18r/min 取112 r/min
I軸：計算轉數=710 r/min，II軸：計算轉數=280r/min ，
（2）最小齒輪的計算轉速如下:
N25=710,
14、 N24=355,
選用齒輪精度為7級精度 .
3.3.齒輪模數計算及驗算
（1）計算齒輪模數
45鋼，整體淬火，[σj]=585MPa；
按簡化的接觸疲勞強度公式計算m
mj=16338mm
mj——按接觸疲勞強度計算的齒輪模數（mm）；
Nd——驅動電動機功率（kw）；
nj——被計算齒輪的計算轉速（r/min）
①u=63/25 =3.96; nj =710r/min
mj=16338=2.7mm，取m1=3mm
②u=79/20 =3.95; nj =355r/min
mj=16338=3.83mm，取m2=4mm;
（2）計算齒輪分度圓及尺寬
15、d1=m1z1=325=75mm d1′= m1z1′=363=189mm
d2=m1z2=344=132mm d2′= m1z2′=344=132mm
d3=m1z3=334=103mm d3′= m1z3′=354=162mm
d4=m2z4=460=240mm d4′= m2z4′=460=240mm
d5=m2z5=424=96mm d5′= m2z5′=496=384mm
B1、2、3=ψmm=8x3=24mm；
B4、5=ψmm=8x4=32mm；
表3-3 基本組齒輪幾何尺寸
齒輪
齒數
分度圓
16、直徑
齒寬
Z
25
75
24
Z
63
189
24
Z
44
132
24
Z
44
132
24
Z
34
103
24
Z
54
162
24
表3-4 擴大組齒輪幾何尺寸
齒輪
Z
Z
Z
Z
齒數
60
60
24
96
分度圓直徑
240
240
96
384
齒寬
32
32
32
32
帶輪設計
計算公式：Ld0≈2a0+π(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0
（1
17、）確定計算功率:
P=4kw,K為工作情況系數，查表取K=1.1，pd=kAP=1.1x4=4.4kw
（2）選擇V帶的型號:
根據pd,n1=1440r/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=πd1n1/(60x1000)= πx90x1440/(60x1000)=6.78m/s
動輪直徑d2=n1d1/n2=1440x90/710=182.5mm取d2=180mm
計算實際傳動比i=d2/d1=180/90=2
相對誤差:
︱（i0-i）/i0︱=︱(2.03-2)/2︱=1.5
18、%<5% 合格
（4）定中心矩a和基準帶長Ld
[1]初定中心距a0
0.7(d1+d2)a02(d1+d2))
189a0540取ao300mm
[2]帶的計算基準長度
Ld0≈2x300+ π(90+180)/2+(180-90)2 /（4x300）
≈1030mm
查[1]表3.2取Ld0=1000mm
[3]計算實際中心距
a≈a0+(Ld-Ld0)/2=300+(1000-1030)/2=285mm
[4]確定中心距調整范圍
amax=a+0.03Ld=300+0.03x1000=315mm
amin=a-0.015Ld=
19、300+0.015x1000=270mm
（5）驗算包角:
1=180-（d2-d1）x57.30/a=180-(180-90) x57.30/300=161.9>120
所以合格
（6）確定V帶根數：
確定額定功率：P0
由查表并用線性插值得P01.07kw
查表得功率增量ΔP0=0.17kw
查表得包角系數K=0.95
查表得長度系數Kl=0.89
確定帶根數：
ZPd/(P0+ΔP0)KKl=4.4/[(1.07+0.17)x0.95x0.89]=4.19取Z=5
3.4.傳動軸最小軸頸的初定
（1）傳動軸軸徑初定
Ⅰ軸：P=4kw0.96=3.84kw,
20、n=710r/min,=0.8帶入公式：
=26.36mm,圓整取d=28mm
Ⅱ軸：p=3.84kw0.97=3.73,n=280r/min,=0.8
=33.26mm,圓整取d=35mm
（2）主軸軸頸直徑確定：
查表4-9,按差值法選擇主軸前端直徑D1=90mm,后端直徑D2=0.890mm=72mm
材料：45鋼。熱處理：調質
主軸懸伸量：a/D=1.25~2.5 D= (D1+ D2)/2=81mm
a=(1.25~2.5)D1=(1.25~2.5)90=112.5~225mm 取a=120mm
3.5.主軸合理跨距的計算
設機床最大加工
21、回轉直徑為φ=400mm,電動機功率P=4kw，
主軸計算轉速為n=112r/min
已選定的前后軸徑為 ：d1=90mm，d2=72mm
定懸伸量a=120mm，主軸孔徑為30mm。
軸承剛度，主軸最大輸出轉矩：
T=9550=95503.62112=308.66N.m設該車床的最大加工直徑為400mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經濟加工直徑約為最大回轉直徑的50%，這里取60%，即240mm，故半徑為0.12m；
切削力（沿y軸） Fc=308.66/0.12=2572.16N
背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=1236.
22、08N
總作用力 F==2853.75N
此力作用于工件上，主軸端受力為F=2853.75N。
先假設l/a=1.2，l=1.2a=144mm。前后支承反力RA和RB分別為
RA=F=2853.75=6561.5N
RB=F=3579=2982.5N
根據《機械系統(tǒng)設計》得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 2052.26 N/ ；KB= 1667.45 N/；≈1.23
主軸的當量外徑de=(60+48)/2=54mm，故慣性矩為
I=384.710-8 m4
η===0.123
查《機
23、械系統(tǒng)設計》圖 得 =1.2，與原假設接近，所以最佳跨距=1001.2=120mm
合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=180mm。
主要零部件選擇
1電動機的選取
轉速n=1440r/min， 功率P=4KW，選用Y系列三相異步電動機。
2 軸承的選擇
（1）執(zhí)行軸軸承的選擇：
考慮到結構簡單，精度不高，采用推力軸承配置在后支撐兩側的配置形式，前支撐用雙列圓柱滾子軸承，后支撐用圓錐滾子軸承與推力球軸承配合，使結構調整方便。
前端雙列圓柱滾子軸承NN3013K,后端32208，51209各一個
（2）傳動軸軸承的選擇：
I軸：與帶輪靠近段安裝深溝球軸
24、承代號6208，另一邊安裝深溝球軸承代號6207。
Ⅱ軸：深溝球軸承代號6208，6208
3鍵的選取
I軸：安裝帶輪處選平鍵：鍵863；
安裝齒輪處選擇花鍵： 8х32х36х6
Ⅱ軸：花鍵：842468
執(zhí)行軸（Ⅲ軸）：安裝齒輪選擇平鍵：鍵16200
四、主要零部件的校核
4.1齒輪強度、剛度校核
接觸應力驗算：
接觸應力驗算公式為：
σH=ZEZH
25、Zε≤[σH]
基本組各數據查表計算：
ZЕ=189.8，ZН=2.5，Zε=0.77，εα=1.7
K=KАKνKαKβ=1.21
T1=9.55х1000000х4/710=53800Nmm
因此：бН=269.46MPa≤585MPa滿足接觸應力條件
同理：第一擴大組各數據查表計算：
ZЕ=189.8，ZН=2.5，Zε=0.77，εα=1.7 ，K=KАKνKαKβ=1.21
T2=193600Nmm
因此：бН=554.23MPa≤585MPa ，滿足接觸應力條件。
齒輪的彎曲疲勞強度校核：
彎曲應力驗算公式為
基本組各數據查表：
T1=53800N
26、mm， K= K=KАKνKαKβ=1.21, μ=76/23=3.3，
Фd=b/d=24/69=0.35， Z1=23， YFa1=0.416,Yε=0.69,YSa1=1.77
查圖5.23：YSa1=1.59，
因此：бF1=11.89MPa≤[бF]=267.52MPa 滿足彎曲疲勞條件。
同理：第一擴大組各數據查表得：
T1=193600Nmm， K= K=KАKνKαKβ=1.21, μ=76/23=3.95，
Фd=b/d=31.5/90=0.35， Z1=20， YFa1=0.395,Yε=0.69,YSa2=1.59
因此：бF1=15.92MPa≤[
27、бF]=344.86MPa 滿足彎曲疲勞條件。
靜強度校核：傳動平穩(wěn)，無嚴重過載，股不需要靜強度校核。
4.2軸的剛度校核
（一） Ⅱ軸剛度校核
（1）П軸撓度校核
單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻【5】中的公式計算：:
L-----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的距離；
N-----軸傳遞的全功率；
校核合成撓度
-----輸入扭距齒輪撓度；
-------輸出扭距齒輪撓度
；
---被演算軸與前后軸連心線夾角；=14
28、4
嚙合角=20，齒面摩擦角=5.72。
代入數據計算得：=0.025；=0.082；=0.130；
=0.206；=0.098；=0.045。
合成撓度 =0.247
查文獻6，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000*L
即=0.268。
因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。
（2） П軸扭轉角的校核
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。
4.3軸承壽命校核
由П軸最小
29、軸徑可取軸承為6208深溝球軸承,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=2786.38N。
由軸承壽命的計算公式：預期的使用壽命 [L10h]=15000h
L10h===50739.55h≥[L10h]=15000h
軸承壽命滿足要求。
（三）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。
30、
總結
1、本次課程設計是針對《機械系統(tǒng)設計》專業(yè)課程基礎知識的一次綜合應用設計，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
31、。
5、經過了兩周的課程設計，使我們對課本的知識有了更深一步的了解，以前不懂的知識也在這次課程設計中加深了鞏固。尤其對分級變速主傳動系統(tǒng)的一系列設計過程有很深的感觸。一步一步的進行設計，其中遇到了很多困難，但經過努力都一點點的解決了，通過這次的設計不僅鍛煉了自己的能力，也為以后的工作打下了基礎。
參考文獻
【1】、段鐵群 主編 《機械系統(tǒng)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】、趙九江 主編 《材料力學》 哈爾濱工業(yè)大學出版社 第一版
【4】、于惠力 主編 《機械設計課程設計》 科學出版社
20
機械系統(tǒng)設計課程設計6級變速
