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機(jī)械系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 機(jī)械07—1 范大鵬 25號(hào)
哈爾濱東北石油大學(xué)華瑞學(xué)院
課 程 設(shè) 計(jì)
題 目： 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)
院 、 系： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)械07-1班
姓 名： 范大鵬
學(xué) 號(hào)： 0708140125
指導(dǎo)教師： 段鐵群
2010年10月18日
分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要
《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)內(nèi)容有理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算，圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)文件編制三部分組成。
1、理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算：
（1）機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案的分析，最佳功能原理方案的確定。
（2）根據(jù)總體設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算。
（3）根據(jù)設(shè)計(jì)方案和零部件選擇情況，進(jìn)行有關(guān)動(dòng)力計(jì)算與校核。
2、圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)：
（1）選擇系統(tǒng)中的主要組件。
（2）圖樣的設(shè)計(jì)與繪制。
3、編制技術(shù)文件：
（1）對(duì)于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。
（2）編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。
關(guān)鍵詞 分級(jí)變速；傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),傳動(dòng)副，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式，齒輪模數(shù)，傳動(dòng)比，計(jì)算轉(zhuǎn)速
目錄
一、課程設(shè)計(jì)目的............................................3
二、課程設(shè)計(jì)題目，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求....................3
三、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)................................................3
1.確定極限轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速數(shù)列，結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式.................3
2.主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖..............................4
3.確定變速組齒輪齒數(shù)，核算主軸轉(zhuǎn)速誤差..................5
四、動(dòng)力計(jì)算................................................6
1.傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速......................................6
2.傳動(dòng)軸和主軸的軸徑設(shè)計(jì)................................7
3.計(jì)算齒輪模數(shù)..........................................8
4.帶輪設(shè)計(jì)..............................................9
五、主要零部件選擇..........................................11
六、校核....................................................12
結(jié)束語(yǔ)...................................................
參考文獻(xiàn).................................................
一、課程設(shè)計(jì)目的
《機(jī)械系統(tǒng)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)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)中的某些典型結(jié)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)主轉(zhuǎn)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。
二、課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求
1．課程設(shè)計(jì)題目和技術(shù)參數(shù)
題目25：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
技術(shù)參數(shù)：Nmin=95r/min; Nmax=800r/min; Z=10級(jí)；
公比為1.26；電動(dòng)機(jī)功率P=3.5/5kw;n=710/1420r/min
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)。
三、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
1.確定極限轉(zhuǎn)速,公比、變速級(jí)數(shù)
Nmin=95r/min ,Nmax=800r/min; =1.26; z=10
2．轉(zhuǎn)速數(shù)列：=1.26=(1.06)4
95,118,150,190,236,300,375,475,600,750,800(r/min)共11級(jí)
3.確定極限轉(zhuǎn)速：Rn=Nmax/Nmin=800/95=8.42
4.確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式
（1）寫傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式
主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=10. 結(jié)構(gòu)式10=23×31×25
（2）畫結(jié)構(gòu)網(wǎng)：
驗(yàn)算變速范圍，驗(yàn)算最后一組即可。對(duì)于24變速組，（2-1）×4 =2.5<8；則最后一級(jí)的變速范圍合格. 其結(jié)構(gòu)式與結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖所示：
5．繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖
（1）選擇電動(dòng)機(jī)：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。
（2）繪制轉(zhuǎn)速圖：
6.繪傳動(dòng)系統(tǒng)圖：1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)
軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zmax+2+D/m)
定中間軸轉(zhuǎn)速
C:ic1=1/5,ic2=1/ 第二擴(kuò)大組
b:ib1=1/3,ib2=1/2,ib3=1/ 基本組
a:ia1=800/1420=1/1.42 第一擴(kuò)大組
7確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù)
(1)Sz100-120,中型機(jī)床Sz=70-100
(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20,m4
(3)齒數(shù)確定：
基本組：ib1=1/3=1/2,Sz=78,81,84,86……
ib2=1/2=1/1.59,Sz=80,82,83,85,86……
ib3=1/=1/126,Sz=77,79,……86……
取Sz=86,小齒輪齒數(shù)分別為:29,33,38,
ib1=Z1/Z1’=29/57 ,ib2=Z2/Z2’=33/53,ib3=Z3/Z3’=38/48
Zmin=29>18,Sz=88<100-120
第二擴(kuò)大組：ic1=1/5=1/3.18,Sz=79,80,83,84……
ic2=1/=1/1.26,Sz=82,83,84……
取Sz=84,小齒輪齒數(shù):20,37,
ic1=Z4/Z4’=20/64,ic2=Z5/Z5’=37/47
Zmin=20>18,Sz=84<100-120
8.繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖：
8．核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 實(shí)際傳動(dòng)比所造成主軸轉(zhuǎn)速誤差
，其中為實(shí)際轉(zhuǎn)速，n為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。
n=710r/min:
n′=710×(35/49)×(29/57)×(20/64)=80.63 r/min
δ=|(80.63-80)/80|=0.79 %<2.6%
n′=710×(35/49)×(29/57)×(37/47)=203.12 r/min δ=|(203.12-200)/200|=1.56%<2.6%
n′=710×(35/49)×(33/53) ×(20/64)=98.68 r/min
δ=|(98.68-100)/100|=1.32 %<2.6%
n′=710×(35/49)×(33/53) ×(37/64)=248.58 r/min
δ=|(248.58-250)/250|=0.57 %<2.6%
n′=710×(35/49) ×(38/48) ×(20/64)=125.47 r/min
δ=|(125.47-125)/125|=0.37 %<2.6%
n′=710×(35/49) ×(38/48) ×(37/47)=316.07 r/min
δ=|(316.07-315)/315|=0.34 %<2.6%
全部滿足要求
四、動(dòng)力計(jì)設(shè)
1.傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速
(1)主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：，取主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為160r/min。
Ⅰ軸：500—1000r/min
Ⅱ軸：250—630 r/min
Ⅲ軸：173.2—630 r/min
(2)各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下：
軸序號(hào)
電動(dòng)機(jī)
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）
1420
710
500
250
160
(3)確定齒輪副計(jì)算轉(zhuǎn)速：
序號(hào)
Z1
Z1′
Z2
Z2′
Z3
Z3′
Z4
Z4′
Z5
Z5′
nj(r/min)
500
250
500
315
500
400
250
160
500
200
2.傳動(dòng)軸和主軸的軸徑設(shè)計(jì)
（1）傳動(dòng)軸軸徑初定、鍵的選取
Ⅰ軸：p=3.5kw,n=500r/min,=0.5帶入公式：
=24.8mm,圓整取d=25mm
選花鍵：6x28x34x7
Ⅱ軸：p=3.5kw,n=250r/min,=0.5，
=29.5mm,圓整取
選花鍵：8x36x40x7
（2）主（Ⅲ）軸軸頸直徑確定：
車床：70--90mm
銑床：60—90mm
為了提高主軸抗震性,采用兩支承,以前支承為主.由結(jié)構(gòu)要求，查表選擇主軸前端直徑，后端直徑=0.8x80=64mm
軸承內(nèi)徑：d/D0.7 d0.7(80+64/2)=50.4 取d=50mm
對(duì)于普通車床，主軸內(nèi)孔直徑,故本例之中，主軸內(nèi)孔直徑取為。
前后軸承選用NN3000k系列雙列圓柱滾子軸承
材料：45鋼。熱處理：調(diào)治Hre22-28
主軸懸伸量：a/D1=1.25--2.5 a=(1.25—2.5)D1=(1.25—2.5)x(80+64/2)=90—180 取a=120mm
3.齒輪模數(shù)初步計(jì)算
mj=16338 3
Nd—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率
u---大齒輪與小齒輪齒數(shù)比
Z1--小齒輪齒數(shù)
m----齒寬系數(shù)m=B/m=6-10 取m=8
nj----計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速
[]---許用接觸應(yīng)力 []=650mpa
b:ib1=z1/z1’ =29/57,nj =500Mpa
mj=16338 3=2.26 取m1=2.5
a: ia1=35/49,nj =710Mpa
mj=16338 3=1.85 取m0=2.0
c: ic1=20/64, nj =250Mpa
mj=16338 3=3.48 取m1=3.5
4齒輪分度圓直徑的計(jì)算
b: d1=m1z1=2.5x29=72.5mm
d1’=m1z1’=2.5x57=142.5mm
d2=m2z2=2.5x33=82.5mm
d2’=m2z2’=2.5x53=132.5mm
d3=m3z3=2.5x38=95mm
d3’=m3z3’=2.5x48=120mm
B=m=8x2.5=20mm
h=2.25m=2.25x2.5=5.625mm
c: d4=m4z4=3.5x20=70mm
d4’=m4z4’=3.5x64=224mm
d5=m5z5=3.5x37=129.5mm
d5’=m5z5’=3.5x47=164.5mm
B=m=8x3.5=28mm
5.帶輪設(shè)計(jì)
輸出功率P=3.5/2.5kw,轉(zhuǎn)速n1=710/1420r/min,n2=500/1000r/min
（1）確定計(jì)算功率:
,K為工作情況系數(shù)，查[1]表3.5. 取K=1.1
pd=kAP=1.1x3.5=3.85kw
（2）選擇V帶的型號(hào):
根據(jù)pd,n1=1420r/min參考[1]圖表3.16及表3.3選小帶輪直徑，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(yàn)算帶速v=d1n1/(60x1000)=x90x1420/(60x1000)=6.69m/s
從動(dòng)輪直徑d2=n1d1/n2=1420x90/1000=127.8mm取d2=132mm查[1]表3.3
計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比i=d2/d1=132/90=1.47
相對(duì)誤差: 理論:i0=n1/n2=1.42
︱i0-i/i0︱=︱1.42-1.47/1.42︱=3.5%<5% 合格
（4）定中心矩a和基準(zhǔn)帶長(zhǎng)Ld
[1]初定中心距a0
0.7(d1d2)a02(d1+d2))
155.4a0444取ao=300mm
[2]帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度
Ld0≈2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0
≈2x300+/2(90+132)+(132-90)2/4x300
≈650mm
查[1]表3.2取Ld0=630mm
[3]計(jì)算實(shí)際中心距
a≈a0+(Ld-Ld0)/2=300+(630-650)=290mm
[4]確定中心距調(diào)整范圍
amax=a+0.03Ld=290+0.03x630=308.9mm
amin=a-0.015Ld=290-0.015x630=280.55mm
（5）驗(yàn)算包角:1=1800-（d2-d1）/ax57.30=1800-(132-90)/290x57.30=1720>1200
（6）確定V帶根數(shù)：
確定額定功率：P0
由查表并用線性插值得P0=0.15kw
查[1]表37得功率增量P0=0.13kw
查[1]表38得包角系數(shù)K=0.99
查[1]表3得長(zhǎng)度系數(shù)Kl=0.81
確定帶根數(shù)：ZPd/(P0+P0)KKl=3.85/(1.05+0.13)x0.99x0.81=4.07取Z=5
（7）大帶輪結(jié)構(gòu)如下圖所示：
五、主要零部件的選擇
1.軸承的選取
（1）帶輪：選用深溝球軸承，型號(hào)：6007
（2）一軸：選用深溝球軸承，型號(hào)：6006
（3）二軸：采用深溝球軸承，型號(hào)：6008
（4）主軸：主軸是傳動(dòng)系統(tǒng)之中最為關(guān)鍵的部分，因此應(yīng)該合理的選擇軸承。
從主軸末端到前端依次選擇軸承為圓錐滾子軸承，型號(hào)：30213;雙列圓柱滾子軸承，型號(hào)：NN3000K，
2.鍵的選取
（1）1軸：d=26mm，選花鍵：
（2）2軸：d=28mm，選花鍵：
（3）3軸：選擇平鍵連接， bh=22 14，l=60mm
六、校核
1.齒輪校核
齒數(shù)
Z
模數(shù)
m(mm)
分度圓直徑d(mm)
齒頂圓直徑da(mm)
齒根圓直徑df(mm)
齒寬B
(mm)
1軸
29
2．5
72．5
77．5
66．25
20
38
2．5
95
100
88．75
20
33
2．5
82．5
87．5
76．25
20
2軸
57
2．5
142．5
147．5
136．25
20
48
2．5
120
125
113．75
20
53
2．5
132．5
137．5
126．25
20
37
2．5
129．5
136．5
120．75
28
20
2．5
70
75
63．75
28
3軸
47
3．5
164．5
171．5
155．75
28
64
3．5
224
231
215．25
28
（1）一軸到二軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為29
查設(shè)計(jì)手冊(cè)可得以下數(shù)據(jù)：
接觸應(yīng)力：
，
[為傳遞的額定功率（KW）]
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
彎曲應(yīng)力： ，，
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
（2）二軸到三軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為20
查設(shè)計(jì)手冊(cè)可得以下數(shù)據(jù)：
接觸應(yīng)力：
，
[為傳遞的額定功率（KW）]
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
彎曲應(yīng)力：
，
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
2.傳動(dòng)軸校核
傳動(dòng)軸上的彎曲載荷
輸入扭距的齒輪在軸的中點(diǎn)引起的扭距
輸出扭距的齒輪在軸的中點(diǎn)引起的扭距
,
合成撓度
，
傳動(dòng)軸在A，B處的傾角
3.對(duì)∏軸軸承進(jìn)行校核
學(xué)習(xí)心得
經(jīng)過(guò)了兩周的課程設(shè)計(jì)，使我們對(duì)課本的知識(shí)有了更深一步的了解，以前不懂的知識(shí)也在這次課程設(shè)計(jì)中加深了鞏固。尤其對(duì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的一系列設(shè)計(jì)過(guò)程有很深的感觸。一步一步的進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中遇到了很多困難，但經(jīng)過(guò)努力都一點(diǎn)點(diǎn)的解決了，通過(guò)這次的設(shè)計(jì)不僅鍛煉了自己的能力，也為以后的工作打下了基礎(chǔ)。
參考書籍
【1】.機(jī)械設(shè)計(jì) 科學(xué)出版社
【2】.機(jī)械課程設(shè)計(jì) 科學(xué)出版社
【3】.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社
【4】.機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) 上海科學(xué)技術(shù)出版社
【5】.機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版） 高等教育出版社
【6】.機(jī)械制圖 高等教育出版社
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