12級分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計【N=80~1000；Z=12級；公比為1.26；P=2.5~3.5KW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710~1420含4張CAD圖】
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1目 錄第 1 章 緒論 ........................................................................................................11.1 課程設(shè)計的目的 .......................................................................................11.2 課程設(shè)計的內(nèi)容 .......................................................................................11.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 ...........................................2第 2 章 運(yùn)動設(shè)計 ................................................................................................32.1 運(yùn)動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 .......................................................................32.2 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 ...................................................................................6第 3 章 動力計算 ................................................................................................73.1 帶傳動設(shè)計 ...............................................................................................73.2 計算轉(zhuǎn)速的計算 .......................................................................................83.3 齒輪模數(shù)計算及驗(yàn)算 ...............................................................................93.4 傳動軸最小軸徑的初定 .........................................................................123.5 主軸合理跨距的計算 .............................................................................13第 4 章 主要部件的校核 ..................................................................................144.1 主軸強(qiáng)度、剛度校核 .............................................................................144.2 軸的剛度校核 .........................................................................................164.3 軸承壽命校核 .........................................................................................17總 結(jié) ..............................................................................................................18參 考 文 獻(xiàn) ......................................................................................................192第 1 章 緒論1.1 課程設(shè)計的目的《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是在學(xué)完本課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計的綜合性練習(xí)。通過課程設(shè)計，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的有關(guān)理論知識，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)知識的目的。通過課程設(shè)計，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，進(jìn)行設(shè)計計算并編寫技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主傳動設(shè)計，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達(dá)到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學(xué)生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學(xué)生獲得機(jī)械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。1.2 課程設(shè)計的內(nèi)容《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計內(nèi)容由理論分析與設(shè)計計算、圖樣技術(shù)設(shè)計和技術(shù)文件編制三部分組成。1.2.1 理論分析與設(shè)計計算：（1）機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計。設(shè)計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。（2）根據(jù)總體設(shè)計參數(shù)，進(jìn)行傳動系統(tǒng)運(yùn)動設(shè)計和計算。（3）根據(jù)設(shè)計方案和零部件選擇情況，進(jìn)行有關(guān)動力計算和校核。1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計：（1）選擇系統(tǒng)中的主要機(jī)件。（2）工程技術(shù)圖樣的設(shè)計與繪制。1.2.3 編制技術(shù)文件：3（1）對于課程設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價。（2）編制設(shè)計計算說明書。1.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求1.3.1 課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)題目 21：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)：Nmin=80r/min；Nmax=1000r/min；Z=12 級；公比為1.26；電動機(jī)功率 P=2.5/3.5KW；電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=710/1420r/min（1）利用電動機(jī)完成換向和制動。（2）各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。（3）進(jìn)給傳動系統(tǒng)采用單獨(dú)電動機(jī)驅(qū)動。4第 2 章 運(yùn)動設(shè)計2.1 運(yùn)動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定2.1.1．轉(zhuǎn)速范圍Rn= = =12.5minaxN8012.1.2．轉(zhuǎn)速數(shù)列查[1]表 2.12，首先找到 80r/min、然后每隔 3 個數(shù)取一個值，得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為 80 r/min、 100 r/min、125 r/min、 160r/min、200 r/min、250 r/min，315 r/min，400 r/min， 500 r/min、630 r/min、800r/min、1000 r/min 共 12 級。2.1.3．定傳動組數(shù) 對于 Z=12，可分解為： 12=2×3×2。2.1.4．寫傳動結(jié)構(gòu)式根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏 ,結(jié)構(gòu)緊湊的原則,選取傳動方案 Z=12=2 3×31×26。2.1.5． 畫轉(zhuǎn)速圖轉(zhuǎn)速圖如下圖 2-1。5圖 2-1 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖2.1.6．畫主傳動系統(tǒng)圖根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖2-3：6圖 2-2 主傳動系統(tǒng)圖2.1.7 齒輪齒數(shù)的確定變速組內(nèi)取模數(shù)相等，據(jù)設(shè)計要求 Zmin≥17,齒數(shù)和Sz≤100～120，由【1】表 4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(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)大組傳動比 1:1.58 1:1.26 1:1 1：2.51 1.58:1代號 Z1Z'Z2Z 'Z3Z 'Z4Z 'Z5Z '5齒數(shù)27 43 31 39 35 35 21 52 45 2872.2 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差實(shí)際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過±10( -?1)％ ,即〈 10( -1)％'n-實(shí) 際 轉(zhuǎn) 速 標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速對Nmax=1000r/min，Nmax`=1420*125/280*35/35*45/28=1018.8r/min 則有(1018.8-1000)/1000=1.8％ 1201??12???3.1.4 求帶根數(shù)帶速 = D n /(60×1000)???1=3.14×125×1420/(60×1000)= 9.26m/s傳動比 i i=n /n =1420/630=2.2512帶根數(shù) 由【2】中表 3.6，并用插值法得 P =1.07KW；0由【2】中表 3.7，并用插值法得△P =0.17KW；由【2】中表 3.8，得包角系數(shù) K =0.93；?由【2】中表 3.9，得長度系數(shù) K =0.87；L9Z=P /[（P +△P ）×K ×K ]d0?L=（3.5×1.1）/(1.07+0.17)×0.87×0.93=3.48取 Z=4 根3.2 計算轉(zhuǎn)速的計算3.2.1 主軸的計算轉(zhuǎn)速 nj由公式 n =n 得，主軸的計算轉(zhuǎn)速 nj=160r/min。jmi(/31)z??3.2.2 確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速Ⅱ軸共有 6 級轉(zhuǎn)速：200r/min、250 r/min、315 r/min、400r/min、500r/min、630r/min。若經(jīng)傳動副 Z1/ Z'1傳動主軸，則全部傳遞全功率；若經(jīng)傳動副 Z2/ Z '傳動主軸，全部傳遞全功率，其中 200r/min 是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速， 故其計算轉(zhuǎn)速 nⅡ j=200 r/min；Ⅰ 軸有 2 級轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計算轉(zhuǎn)速 nⅠ j=315 r/min。各計算轉(zhuǎn)速入表 3-1。表 3-1 各軸計算轉(zhuǎn)速3.2.3 確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速。齒輪 Z '5裝在主軸上并具有 315-1000r/min 共 6 級轉(zhuǎn)速，它們都傳遞全功率，故 Z '5j=315 r/min。齒輪 Z 5裝在Ⅱ軸上，有 200-630 r/min 共 6 級轉(zhuǎn)速，但經(jīng)齒輪副 Z / Z '傳動主軸，則全部傳遞全功率，故 Z 5j=200r/min。依次可以得出其余齒輪的計算轉(zhuǎn)速，如表 3-2。表 3-2 齒輪副計算轉(zhuǎn)速軸 號Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸計算轉(zhuǎn)速 r/min 315 200 16010單位：（r·min ） 1? 序號Z1Z 'Z 2Z 'Z3Z 'Z4Z 'Z5Z 'n j315 200 315 250 315 315 200 80 200 3153.3 齒輪模數(shù)計算及驗(yàn)算3.3.1 模數(shù)計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，按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計算，即 mj=16338 321][)(jmnuzP???由上面各軸的輸出功率計算可知，在電動機(jī)功率為P=3.5KW，轉(zhuǎn)速 n=1420r/min 時，傳動系統(tǒng)受力最大，則由此數(shù)據(jù)計算。I—II 軸： mrnuZj 6.231560358.)1(16min/;; 22j ??????II—III 軸： rnuZj 6.206358.146.)(138in/;.;; 22j ?????取整后模數(shù)為：I—II 軸：3mm ；II—III 軸：3mm。3.3.2 基本組齒輪計算基本組齒輪幾何尺寸見表 3-3。11表 3-3 基本組齒輪幾何尺寸齒輪 齒數(shù) 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒寬Z127 81 87 73.5 24Z '43 129 135 121.5 24Z231 93 99 85.5 24Z '39 117 123 109.5 24Z335 105 111 97.5 24Z '35 105 111 97.5 24按基本組最小齒輪計算。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。計算如下：齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為12()()jEHjuKTZMPabd??????????彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為：??12()FaSwwTYm?式中 N----傳遞的額定功率（kW） ，這里取 N 為電動機(jī)功率，N=4kW;----計算轉(zhuǎn)速（r/min ）. =315（r/min）;jnjnm-----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=27u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=1.6;-----壽命系數(shù)；sK=sKTnNq----工作期限系數(shù)；TmTC016?12T------齒輪工作期限，這里取 T=15000h.;-----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =200（r/min）1n 1n----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取 = ，彎曲載荷取 =0C0C70C62?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-----動載荷系數(shù)，查【5】2 上，取 =12------齒向載荷分布系數(shù)，查 【5】2 上， =1 1K 1KY------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 ??j? ??j?Mpa；---許用彎曲應(yīng)力（MPa ） ，查【4】 ，表 4-7，取 =275 w wMpa；根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：= =635 Mpa j?12()()EHuKTZMPabd?????j?=78 Mpaw???w?3.3.3 擴(kuò)大組齒輪計算擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見表 3-4。按擴(kuò)大組最小齒輪計算。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)基本組的計算，查文獻(xiàn)【6】 ，可得 nK=0.62， NK=0.77， q=0.60， 3K=1.1， 2=1， 1K=1，m=3.5， j=355；可求得：13j?=574.35 Mpa???j?=650Mpaw=118.77Mpa w=275Mpa表 3-4 擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸齒輪 Z4Z '4Z5Z '5齒數(shù) 21 52 45 28分度圓直徑 63 156 135 84齒頂圓直徑 69 162 141 90齒根圓直徑 55.5 149.5 127.5 76.5齒寬 18 18 18 183.4 傳動軸最小軸徑的初定由【5】式 6，傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計算：d=1.64 （mm ）??4?Tn或 d=91 （mm ）jN式中 d---傳動軸直徑（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 ）----該軸的計算轉(zhuǎn)速j---該軸每米長度的允許扭轉(zhuǎn)角， == 。??????01I 軸：P=3.33KW, 計算轉(zhuǎn)速為： 315r/min,所以可得：；mdI 315.94????II 軸：P=3.19KW, 計算轉(zhuǎn)速為： 200r/min,所以可得：；d3120.942?取整后各軸的軸徑為：I 軸為 30mm；II 軸為 35mm。 143.5 主軸合理跨距的計算由于電動機(jī)功率 P=4Kw，Ⅲ軸（主軸）的軸徑由文獻(xiàn)【1】中的表 3.2，選取前軸軸徑為 60mm，后軸直徑去前軸徑的 0.7 到 0.85 倍，所以取整后取 50mm，平均直徑為 55mm。對于普通機(jī)床主軸內(nèi)孔徑為 0.5 到 0.65 倍的平均直徑，取30mm；懸伸量取 90mm。理想跨距的設(shè)計：本車床的最大回轉(zhuǎn)直徑為 200mm，經(jīng)濟(jì)加工直徑取最大回轉(zhuǎn)直徑的 60%，故半徑為 60mm，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩在前面可知。切削力和被切削力，總力為： NFNFPCCP3411527.0056182???；主軸軸端受力為 F/2=1707N，設(shè) l/a=3，所以 l=270mm，可求得前后支反力為： NlaRlaRBA 5697026170???；初選主軸采用滾子軸承，由文獻(xiàn)【1】中公式 3.3 可得軸承的剛度： mKNKBA ??/3/59?；平均直徑為 55mm，最后驗(yàn)算最佳跨距： );/10.2(,7.0106.57941.2.4)..(I;3 2383 48NEaKEABA ????????由文獻(xiàn)【1】中的圖 3.38 可知： ，與原假設(shè)接近，3/?al所以最佳跨距 =90×3.1=279mm；合理跨距為（ 0.75~1.5） ，0l 0l取合理跨距 l=250mm。 15第 4 章 主要部件的校核4.1 主軸強(qiáng)度、剛度校核4.1.1 軸的強(qiáng)度校核1．軸的受力分析1）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=9.55× =9.55× × =100957N·mm60nP61035.2)求軸上的作用力齒輪上的圓周力= = =2243N·mmtF2dT180957*齒輪上的徑向力= tan = 2243·tan20°=817N·mmrt?3)確定軸的跨距=250， =120， =701?23?2．軸的受力分析1）作軸的空間受力簡圖，見圖 4-1。AHDVCB圖 4-12）作水平受力簡圖和彎矩圖，見圖 4-2。16=173N =3329NAHFBHF=44676N =-181872N 1M23）作垂直受力簡圖和彎矩圖，見圖 4-2。=268N =548NAV BV=71298N 3圖 4—2174）作合成彎矩圖，見圖 4-2。= =138721N·mmIM2213?= =181872N·mmI `5）作轉(zhuǎn)矩圖=100.957× N·mm=100957N·mmT3106）作當(dāng)量彎矩圖，見圖 4-2。= =276580N·mme 22(.6)IT?由《機(jī)械設(shè)計》教材表 7.5 查得，對于 45 鋼， =600Mpa, b?=55Mpa,由公式1w??????= = =21.0Mpa< ，故軸的強(qiáng)度足eB30.deM3687.1(0)?1w?????夠。4.2 軸的剛度校核單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計算：:??????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； iiN-----軸傳遞的全功率；校核合成撓度??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)計算得： =0.024； =0.078； =0.128；2ay3ay1ay18=0.203； =0.098； =0.044。5by4by6by合成撓度 =0.224?cos25121aahY???查文獻(xiàn)【6】 ，帶齒輪軸的許用撓度 =5/10000 L???即 =0.2325。??y因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。（2）扭轉(zhuǎn)角的校核傳動軸在支承點(diǎn) A，B 處的傾角 可按下式近似計算：BA?,????????radlyhB3將上式計算的結(jié)果代入得： 0.2A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。0.32AB???傳動軸在支承點(diǎn) A，B 處的傾角 可按下式近似計算：BA?,????????radlyhB3將上式計算的結(jié)果代入得： 0.2A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。0.32AB???4.3 軸承壽命校核由 П 軸最小軸徑可取軸承為 6016 深溝球軸承,ε=3P=XFr+YFa； X=1，Y=0。對Ⅱ軸受力分析得：前支承的徑向力 Fr=3054N。由軸承壽命的計算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000hL10h= × = × =5n1670?)PC(1806734.510()26?5808h≥[L 10h]=15000h軸承壽命滿足要求。19總 結(jié)為期二周的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計即將結(jié)束了，二周的時間雖然短暫，但對我們來說是受益匪淺，收獲頗豐的。通過這二周的設(shè)計使我們不再只是胸中空有理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)行實(shí)實(shí)在在的設(shè)計。這使得我們不但鞏固了理論知識，而且掌握了設(shè)計的步驟和要領(lǐng)，使我們更好的利用圖書館的圖書資料和網(wǎng)絡(luò)信息資源，更熟練的使用我們手中的各種設(shè)計手冊以及 AutoCAD 等繪圖軟件，為我們的畢業(yè)設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)。課程設(shè)計使我們認(rèn)識到了只是努力的學(xué)好書本上的知識是不夠的，還應(yīng)該更好的做到理論聯(lián)系實(shí)踐，理論運(yùn)用到實(shí)際。這無論對我們大學(xué)學(xué)習(xí)，還是日后工作都是很有幫助的。在此，學(xué)生也非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo)，使我們學(xué)到了好多，也非常珍惜學(xué)院給我們的這次設(shè)計的機(jī)會，它將是我們畢業(yè)設(shè)計完成的更出色的關(guān)鍵一步。最后，衷心的感謝 XXX 老師以及其他幾位幫助過我的老師，感謝你們的精心指導(dǎo)和悉心幫助，使我順利的完成此次設(shè)計。謝謝！20參 考 文 獻(xiàn)1 侯珍秀主編.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.20002 戴曙主編．金屬切削機(jī)床．機(jī)械工業(yè)出版社，19943 機(jī)床設(shè)計手冊編寫組.機(jī)床設(shè)計手冊.機(jī)械工業(yè)出版 社.19864 戴曙主編．金屬切削機(jī)床設(shè)計，第 2 版．機(jī)械工業(yè)出版 社，19955 于惠力主編.機(jī)械設(shè)計.科學(xué)出版社.20066 于惠力主編.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計.科學(xué)出版社.2006附：展開圖