10級(jí)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【N=80~630；Z=10；公比為1.26；P=2.5~3.5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710~1420含5張】
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I分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要設(shè)計(jì)機(jī)床的主傳動(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。分級(jí)變速是指?jìng)鲃?dòng)鏈執(zhí)行件的輸出速度（或轉(zhuǎn)速）在一定的范圍內(nèi)分級(jí)變化，即在變速范圍內(nèi)輸出一組速度值。本設(shè)計(jì)中分級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)采用滑移齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)變速。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，通過(guò)查詢有關(guān)工程手冊(cè)，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(shū)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。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)的內(nèi)容 ....................................................................................11.2.1 理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................11.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計(jì) ............................................................................11.2.3 編制技術(shù)文件 .............................................................................11.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 .......................................21.3.1 課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù) .................................................21.3.2 技術(shù)要求 .....................................................................................2第 2 章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) ................................................................................................32.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 ....................................................................32.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 ....................................................................................32.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 ....................................................................................32.1.3 確定結(jié)構(gòu)式 .................................................................................32.1.4 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) .................................................................................32.1.5 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 .........................................................42.2 確定各變速組齒輪傳動(dòng)副齒數(shù) ...........................................................52.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 ...............................................................................6第 3 章 動(dòng)力計(jì)算 ................................................................................................83.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) ...........................................................................................83.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 .................................................................................123.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算 .........................................................................133.4 傳動(dòng)軸最小軸徑的初定 .....................................................................163.5 主軸合理跨距的計(jì)算 .........................................................................17第 4 章 主要零部件的選擇 ..............................................................................194.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 ......................................................................................194.2 軸承的選擇 .........................................................................................194.3 鍵的規(guī)格 .............................................................................................194.4 變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇 ..........................................................................19第 5 章 校核 ......................................................................................................205.1 剛度校核 .............................................................................................205.2 軸承壽命校核 .....................................................................................22第 6 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 ..................................................................................24III6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 .................................................246.2 展開(kāi)圖及其布置 .................................................................................24結(jié) 論 ..................................................................................................................25參考文獻(xiàn) ............................................................................................................26致 謝 ................................................................................................................271第 1 章 緒論1.1 課程設(shè)計(jì)的目的《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(zhuān)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(xiě)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)的內(nèi)容《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)內(nèi)容由理論分析與設(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。1.2.1 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)算和校核。1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)（1）選擇系統(tǒng)中的主要機(jī)件。（2）工程技術(shù)圖樣的設(shè)計(jì)與繪制。1.2.3 編制技術(shù)文件（1）對(duì)于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)。（2）編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。21.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求1.3.1 課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)題目 11：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：Nmin=80r/min；N max=630r/min；Z=10 級(jí)；公比為 1.26；電動(dòng)機(jī)功率 P=2.5/3.5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min1.3.2 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)。3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2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍Rn= = =7.875minaxN80632.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列查[1]表 2.12，首先找到 80r/min、然后每隔 3 個(gè)數(shù)取一個(gè)值（1.26=1.06 4） ，得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為 80r/min、100 r/min、125 r/min、 160 r/min、200r/min 、250r/min、315r/min 、400 r/min、500 r/min、 630 r/min 共 10 級(jí)。2.1.3 確定結(jié)構(gòu)式對(duì)于 Z=10 可以按照 Z=12，實(shí)現(xiàn) 12 級(jí)主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以寫(xiě)成多種傳動(dòng)副組合：12＝3×4 12＝4×312＝3×2×2 12＝2×3×2 12＝2×2×312=2×3×2。在上列兩行方案中，第一行的方案有時(shí)可以節(jié)省一根傳動(dòng)軸，缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副。如用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪，則會(huì)增加軸向尺寸；如果用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪同時(shí)嚙合，所以少用。根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案 12＝3×2×2 是可取的。但是，由于主軸換向采用雙向離合器結(jié)構(gòu)，致使Ⅰ軸尺寸加大，此方案也不宜采用，而應(yīng)選用方案 12＝2×3×2。2.1.4 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)12=2×3×2 的傳動(dòng)副組合，其傳動(dòng)組的擴(kuò)大順序又可以有以下 6 種形式：A、12=2 1×32×26 B、12=2 1×34×22 C、12 =2 3×31×26 4D、12=2 6×31×23 E、12=2 2×34×21 F、12=2 6×32×21根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則, 選取傳動(dòng)方案 Z=12=23×31×26 其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖 2-1。已知該題設(shè)選用電機(jī)為二級(jí)調(diào)速電機(jī)，其分?jǐn)偭?0-1 級(jí)的 2 個(gè)級(jí)別的變速。圖 2-1 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 2.1.5 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)速圖如圖 2-2（3）畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖 2-3：1-2 軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和:S zmin>(Zmax+2+D/m)5圖 2-2 轉(zhuǎn)速圖2.2 確定各變速組齒輪傳動(dòng)副齒數(shù)(1)Sz 100-120,中型機(jī)床 Sz=70-100?(2)直齒圓柱齒輪 Zmin 18-20?6圖 2-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖（3）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計(jì)要求 Zmin≥18~20,齒數(shù)和Sz≤100～120，由圖 2-3，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表 2-1。表 2-1 齒輪齒數(shù)基本組 第一擴(kuò)大組傳動(dòng)比 1:1.58 1:2 1:2.52 1.26：1 1：2代號(hào) Z1Z 'Z 2Z'Z3Z 'Z4Z 'Z5Z '齒數(shù) 29 46 25 50 21 54 67 53 40 802.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過(guò)±10( -1)％,即?7〈10( -1)％n標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速實(shí) 際 轉(zhuǎn) 速 ??選一種情況計(jì)算對(duì) Nmax=630r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速Nmax=1420× × × =641.11r/min 1082946537則有= =1.76％〈2.6％n標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速實(shí) 際 轉(zhuǎn) 速 ?6301.4?對(duì) Nmin=80r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速 Nmin=710× × × =79.61r/min 8254則有= =0.48％〈2.6％n標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速實(shí) 際 轉(zhuǎn) 速 ?061.79?因此滿足要求。同理，根據(jù)計(jì)算得出其他各組的數(shù)據(jù)如表 2-2：表 2-2 各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差n 630 500 400 315 250 200 160 125 100 80n`641.11513 408 322 258 205 162 129 103 79.61誤差2.36% 2.59% 2.01% 2.36% 2.22％2.56%1.27% 2.22%2.56% 0.48％轉(zhuǎn)速誤差都小于 2.6％，因此不需要修改齒數(shù)。8第 3 章 動(dòng)力計(jì)算3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)輸出功率 P=2.5/3.5kw,轉(zhuǎn)速 n1=710/1420r/min,n2=400/800r/min1.計(jì)算設(shè)計(jì)功率 Pd edAdPK?表 3-1 工作情況系數(shù) AK原動(dòng)機(jī)ⅰ類(lèi) ⅱ類(lèi)一天工作時(shí)間 /h工作機(jī) 10?10~16 16?0?10~16 16?載荷平穩(wěn)液體攪拌機(jī)；離心式水泵；通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（ ） ；離心式壓縮7.5kW?機(jī)；輕型運(yùn)輸機(jī)1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動(dòng)小帶式運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)送砂石、谷物） ，通風(fēng)機(jī)（ ） ；7.5k?發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機(jī)床；剪床；壓力機(jī)；印刷機(jī)；振動(dòng)篩1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動(dòng)較大螺旋式運(yùn)輸機(jī)；斗式上料機(jī)；往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)；鍛錘；1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.69磨粉機(jī)；鋸木機(jī)和木工機(jī)械；紡織機(jī)械載荷變動(dòng)很大破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等） ；球磨機(jī)；棒磨機(jī)；起重機(jī)；挖掘機(jī)；橡膠輥壓機(jī)1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.82．選擇帶型普通 V 帶的帶型根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率 Pd 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1。圖 3-1 V 帶帶輪選型圖根據(jù)算出的 Pd＝3.85kW 及小帶輪轉(zhuǎn)速 n1＝1420r/min ，查圖得：d d=80～100 mm 可知應(yīng)選取 A 型 V 帶。3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P 298表 13－7 查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為 80～100mm則取 dd1= 100mm> ddmin.=75 mm（d d1根據(jù) P295表 13-4 查得）10表 3-2 V 帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑 mind槽型 Y Z A B C D Emind20 50 75 125 200 355 50021 240=1.75,=10.75.m8d di??所 以 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P 295表 13-4 查“V 帶輪的基準(zhǔn)直徑” ，得 =180mm2d① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （ 為彈性218.4()(%)di????誤 ?滑動(dòng)率）誤差 ，符合要求1.840%02.5i????誤 ＜② 帶速 1v=7.4/66dnms??滿足 5m/s300mm，所以宜選用 E 型輪輻式帶輪?？傊л嗊x H 型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇 E 型輪輻式結(jié)構(gòu)。帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。7．確定帶的張緊裝置選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。8．計(jì)算壓軸力由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P 303表 13－12 查得，A 型帶的初拉力 F0＝140.62N，上面已得到 =168.63o，z=3，則1a168.32sin=340.2sinN=9.6ooFz???3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算（1）主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速n j，由公式n =n 得，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速jmin)13/(??znj=137.18r/min，取160 r/min。(2). 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 Ⅱ軸共有 6 級(jí)轉(zhuǎn)速：200r/min、250 r/min、315 r/min、400r/min、500r/min、630r/min。若經(jīng)傳動(dòng)副 Z / Z 傳動(dòng)主軸，1'則全部傳遞全功率；若經(jīng)傳動(dòng)副 Z / Z 傳動(dòng)主軸，全部傳遞全功率，其2'中 200r/min 是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速， 故其計(jì)算轉(zhuǎn)速 nⅡj=200 r/min；Ⅰ 軸有 2 級(jí)轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計(jì)算轉(zhuǎn)速 nⅠj=315 r/min。各計(jì)算轉(zhuǎn)速入表 3-5。表 3-5 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速軸 號(hào) Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min 800 315 16013（3） 確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪 Z 裝在主軸上并具有 315-1000r/min'5共 6 級(jí)轉(zhuǎn)速，它們都傳遞全功率，故 Z j=315 r/min。'齒輪 Z 裝在Ⅱ軸上，有 200-630 r/min 共 6 級(jí)轉(zhuǎn)速，但經(jīng)齒輪副5Z / Z 傳動(dòng)主軸，則全部傳遞全功率，故 Z j=200r/min。依次可以得出5' 5其余齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，如表 3-6。表 3-6 齒輪副計(jì)算轉(zhuǎn)速單位：（r·min） 1?序號(hào) Z1Z 'Z 2Z 'Z3Z 'n j800 800 315 315 160 1603.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算（1）模數(shù)計(jì)算。一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重的小齒輪，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，即 mj=16338可得各組的模數(shù)，321][)(jjmnuzP???式中 mj——按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)（mm） ；——驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（kW ） ；dN——被計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min） ；j——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“+” ，內(nèi)嚙合取“-” ；u——小齒輪的齒數(shù)（齒） ；1z——齒寬系數(shù)， （B 為齒寬，m 為模數(shù)） ，m???； =8 4~0?——材料的許用接觸應(yīng)力（ ） 。取 =650 Mpaj????? MPa??j?（2）基本組的齒輪參數(shù)計(jì)算I—II 軸： mrnuZj 6.231560358.)1(16min/;; 22j ??????14結(jié)合齒輪的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)值 m=3（3）擴(kuò)大組的齒輪參數(shù)計(jì)算II—III 軸： mrnuZj 6.20632405.)1(168min/;;3j ???????取整后模數(shù)為：I—II 軸：3mm；II—III 軸：3mm。如表 3-7 所示。表 3-7 模數(shù)（2）基本組齒輪計(jì)算。表 3-8 基本組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表齒輪 齒數(shù) 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒寬Z121 63 69 55.5 24Z '54 162 168 154.5 24Z229 87 93 79.5 24Z '46 138 144 130.5 24Z325 75 81 67.5 24Z '50 150 156 142.5 24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)算公式為組號(hào) 基本組 擴(kuò)大組模數(shù) mm 3 315??jfsj MPauBnNKzm??????)()1(02832彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為：??wswaYnz)(109235式中 N----傳遞的額定功率（kW） ，這里取 N 為電動(dòng)機(jī)功率，N=3.5kW;-----計(jì)算轉(zhuǎn)速（ r/min） . =630（r/min）;jnjm-----初算的齒輪模數(shù)（ mm）, m=3（mm）;B----齒寬（mm）;B=24（mm）;z----小齒輪齒數(shù)；z=27;u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2.78;-----壽命系數(shù)；sK= TnNq----工作期限系數(shù)；mTC016?T------齒輪工作期限，這里取 T=15000h.;-----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（ r/min）1n----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取 = ，彎曲載荷取 =0 0C710C612?m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取 m=3；彎曲載荷取 m=6;----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2 上，取 =0.60nKnK----功率利用系數(shù)，查【5】2 上，取 =0.78N N-----材料強(qiáng)化系數(shù)，查【5】2 上， =0.60q q-----工作狀況系數(shù)，取 =1.13 3-----動(dòng)載荷系數(shù)，查【5】2 上，取 =12------齒向載荷分布系數(shù)，查 【5】2 上， =11K1KY------齒形系數(shù)，查 【5】2 上，Y=0.386；----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】 ，表 4-7，取 =650 Mpa；??j? ??j?---許用彎曲應(yīng)力（MPa） ，查【4】 ，表 4-7，取 =275 Mpa；w w根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa j??j16=78 Mpaw????w（3）擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表 3-9表 3-9 齒輪幾何尺寸齒輪 Z4 Z4` Z5 Z5`齒數(shù) 67 53 40 80分度圓直徑 201 159 120 240齒頂圓直徑 207 165 126 246齒根圓直徑 193.5 151.5 112.5 332.5齒寬 24 24 24 24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)基本組的計(jì)算，查文獻(xiàn)【6】 ，可得 =0.62， =0.77， =0.60， =1.1，nKNqK3=1， =1，m=3.5， =355；2K1j可求得：=619 Mpa j????j?=135Mpaww3.4 傳動(dòng)軸最小軸徑的初定由【5】式 6，傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計(jì)算：17d=1.64 （mm）??4?Tn或 d=91 （mm）4jN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， = 。??????01各軸最小軸徑如表 3-10。表 3-10 最小軸徑3.5 主軸合理跨距的計(jì)算由于電動(dòng)機(jī)功率 P=2.5/3.5kw，根據(jù)【1】表 3.20，前軸徑應(yīng)為60~90mm。初步選取 d1=80mm。后軸徑的 d2=（0.7~0.9）d 1，取 d2=60mm。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，前軸承為 NN3016K 型，后軸承為圓錐滾子軸承。定懸伸量a=120mm，主軸孔徑為 30mm。軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩T=9550× =9550× =341.07N·mnP3.580假設(shè)設(shè)該機(jī)床為車(chē)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= =4716N09.7341軸 號(hào) Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 III 軸最小軸徑 mm 35 40 4518背向力（沿 x 軸） F p=0.5 Fc=2358N總作用力 F= =5272.65N2pC?此力作用于工件上，主軸端受力為 F=5272.65N。先假設(shè) l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力 RA和 RB分別為RA=F× =5272.65× =7908.97Nla?2401RB=F× =5272.65× =2636.325N根據(jù)文獻(xiàn)【1】式 3.7 得：Kr=3.39 得前支承的剛1.0Fr8.La9.0)(iza.1cos度：K A= 1689.69 N/ ；K B= 785.57 N/ ； = =2.15m?m?BAK57.6主軸的當(dāng)量外徑 de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為：I= =113.8×10-8m464)03.7.(???η= = =0.143aKEA6381.980.2??查【1】圖 3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距al0=120×2.0=240mm0l合理跨距為（0.75-1.5） ，取合理跨距 l=360mm。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=100mm，后軸徑 d=80mm。19第 4 章 主要零部件的選擇 4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇轉(zhuǎn)速n＝710/1420r/min，功率P＝2.5/3.5kW選用Y系列三相異步雙速電動(dòng)機(jī) 4.2 軸承的選擇I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7007C另一安裝深溝球軸承6012II軸：對(duì)稱布置深溝球軸承6009III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號(hào)7010C中間布置角接觸球軸承代號(hào)7012C4.3 鍵的規(guī)格I軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格：BXL=10X56 II軸選擇花鍵規(guī)格：NXdXDXB =8X36X40X7 III軸選擇鍵規(guī)格：BXL=14X90 4.4 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II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。20第 5 章 校核5.1 剛度校核（1）軸的受力分析1）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=9.55× =9.55× × =238.75× N·mm60nP6103.543102)求軸上的作用力齒輪上的圓周力= = =2652N·mmtF2dT34.7180?齒輪上的徑向力= tan = 2652·tan20°=965N·mmrt?3)確定軸的跨距=255， =130， =801?23?（2）軸的受力分析1）作軸的空間受力簡(jiǎn)圖如圖 5-1軸的空間受力簡(jiǎn)圖 5-1AHDVCB2）作水平受力簡(jiǎn)圖和彎矩圖=292N， =5549NAHFBH=74460N， =-303120N 1M23）作垂直受力簡(jiǎn)圖和彎矩圖=466N， =913NAVBV21=118830N 3M軸的載荷分析圖 5-24）作合成彎矩圖= =140231N·mmIM2213?= =303120N·mmI `5）作轉(zhuǎn)矩圖=341.07× N·mm=341070 N·mmT306）作當(dāng)量彎矩圖= =368773N·mme 22(.6)IT?由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表 7.5 查得，對(duì)于 45 鋼， =600Mpa, b?=55Mpa,由公式1w??????= = =30.0Mpa< ，故軸的強(qiáng)度足夠。eB30.deM387.(0)?1w?????П 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：:22??????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； ??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； =144°?嚙合角 =20°，齒面摩擦角 =5.72°。?代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： =0.026； =0.084； =0.160；2ay3ay1ay=0.205； =0.088； =0.025。5b4b6b合成撓度 =0.238?cos511aahY???查文獻(xiàn)【6】 ，帶齒輪軸的許用撓度 =5/10000*L??y即 =0.268。??y因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。П 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：B052.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?5.2 軸承壽命校核由 П 軸最小軸徑可取軸承為 7008c 角接觸球軸承,ε=3；P=XF r+YFaX=1，Y=0。對(duì)Ⅱ軸受力分析23Ⅱ軸受力分析圖 5-3得：前支承的徑向力 Fr=2642.32N。由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 [L 10h]=15000hL10h= × = × =n1670?)PC(180673)28.10(?h≥[L 10h]=15000h3.)4954??軸承壽命滿足要求。24第 6 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動(dòng)器等） 、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開(kāi)圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計(jì)由于時(shí)間的限制，一 0 般只畫(huà)展開(kāi)圖。主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動(dòng)效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)中不可避免要經(jīng)過(guò)反復(fù)思考和多次修改。在正式畫(huà)圖前應(yīng)該先畫(huà)草圖。目的是：(1) 布置傳動(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案。(2) 檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時(shí)改正。(3) 確定傳動(dòng)軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對(duì)位置，以確定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。6.2 展開(kāi)圖及其布置展開(kāi)圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開(kāi)并將這些剖切面平整展開(kāi)在同一個(gè)平面上?？偛贾脮r(shí)需要考慮制動(dòng)器的位置。制動(dòng)器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動(dòng)器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動(dòng)扭矩太大，是制動(dòng)尺寸增大。齒輪在軸上布置很重要，關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。I 軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級(jí)變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內(nèi)徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負(fù)責(zé)齒輪無(wú)法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左邊部分接通，得到一級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊接通得到三級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種齒輪尺寸小但軸向25尺寸大。我們采用第一種方案，通過(guò)空心軸中的拉桿來(lái)操縱離合器的結(jié)構(gòu)。結(jié) 論分級(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，由于水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，僅對(duì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)主要部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，定有許多地方處理不夠妥當(dāng)，有些部分甚至可能存在錯(cuò)誤，望老師多提寶貴意見(jiàn)。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門(mén)課當(dāng)中許多原理公式有了進(jìn)一步的了解，并且對(duì)設(shè)計(jì)工作有了更深入的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到老師的精心指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝。26參考文獻(xiàn)[1] 候珍秀.《 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，修訂版；[2] 于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社 第一版[3] 戴 曙 主編 《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社[4] 戴 曙 主編 《金屬切削機(jī)床》 機(jī)械工業(yè)出版社 第一版[5] 趙九江 主編 《材料力學(xué)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 第一版[6] 鄭文經(jīng) 主編 《機(jī)械原理》 高等教育出版社 第七版[7] 于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社 27致 謝在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，感謝很多同學(xué)的幫助和指點(diǎn)，感謝院系各位老師多年來(lái)的諄諄教誨，感謝他們默默的栽培我。本次設(shè)計(jì)是在王仲文老師親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到設(shè)計(jì)的最終完成，并對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程遇到的問(wèn)題進(jìn)行了解決，讓我們得以順利完成，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也學(xué)到了很多知識(shí)，受益匪淺。過(guò)而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過(guò)而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中，一定要不懈努力，不能遇到問(wèn)題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會(huì)及他人對(duì)你的認(rèn)可！課程設(shè)計(jì)誠(chéng)然是一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，給我很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及專(zhuān)業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門(mén)講道課，一門(mén)辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對(duì)于我們的將來(lái)也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂(lè)，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國(guó)提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟，會(huì)面對(duì)需要面對(duì)的事情。此外，在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，也得到了其他老師和同學(xué)的幫助，設(shè)計(jì)任務(wù)一直在很好的氛圍中進(jìn)行，在這里，也向他們表示真誠(chéng)的感謝！