题目41-分级变速主传动系统设计（含CAD图纸和说明书）
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课 程 设 计 设 计 说 明 书 1 宁课程设计 (论文 ) 分级变速主传动系统设计 所在学院 机械学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 指导老师 2014 年 月 日 课 程 设 计 设 计 说 明 书 2 摘要 设计机床得主传动变速系统时首先利用传动系统设计方法求出理想解和多个合理解。根据数控机床主传动系统及主轴功率与转矩特性要求，分析了机电关联分级调速主传动系统的设计原理和方法。从主传动系统结构网入手，确定最佳机床主轴功率与转矩特性匹配方案，计算和校核相关运动参数和动力参数。本说明书着重 研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法，根据已确定的运动参数以变速箱展开图的总中心距最小为目标，拟定变速系统的变速方案，以获得最优方案以及较高的设计效率。在机床主传动系统中，为减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸，用齿轮齿数的设计方法是试算，凑算法，计算麻烦且不易找出合理的设计方案。本文通过对主传动系统中三联滑移齿轮传动特点的分析与研究，绘制零件工作图与主轴箱展开图及剖视图 关键词 : 分级变速；传动系统设计 ,传动副， 课 程 设 计 设 计 说 明 书 3 he of to to of of to of as up of in to of In in to of is of to to of 课 程 设 计 设 计 说 明 书 4 目录 第一章 绪论 . 6 程设计的目的 . 6 课程设计内容及基本要求 . 6 程设计题目和主要技术参数 . 6 术要求 . 6 第二章 运动设计 . 7 定转速图 . 7 定其结构网 . 7 定齿轮齿数 . 9 第三章 动力计算 . 10 传动设计 . 10 d . 10 . 10 .确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 . 12 z . 13 . 13 . 13 . 13 动件的计算转速 . 15 动轴和主轴的轴径设计 . 15 算齿轮模数及尺宽，分度圆直径 . 16 第四章 主要零部件选择 . 18 动机的选择 . 18 承的选取 . 18 的选取 . 18 速操纵机构的选择 . 18 第五章 校核 . 19 轮校核 . 19 的校核 . 20 承寿命校核 . 23 滑与密封 . 24 第六章 结构设计 . 25 构设计的内容、技术要求和方案 . 25 开图及其布置 . 25 轴（输入轴）的设计 . 25 轮块设计 . 26 . 26 他问题 . 27 动轴的设计 . 27 轴组件设计 . 28 部分尺寸的选择 . 28 课 程 设 计 设 计 说 明 书 5 轴轴承 . 29 轴与齿轮的连接 . 30 滑与密封 . 30 他问题 . 30 课 程 设 计 设 计 说 明 书 6 第一章 绪论 程设计的目的 1通过设计，能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产 到巩固、加深和拓展所学知识的目的。 2通过设计，分析比较机 械系统中的某些典型机构，进行选择和改进；结合结构设计，进行设计计算并编写技术文件；完成系统主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。 3通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。 4通过设计，获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。 课程设计内容及基本要求 程设计题目和主要技术参数 题目：分级变速主传动系统设计 技术参数： 3r/25r/ Z=7 级；公比为 电动机功率 P=3机转速 n=1430r/ 技术要求 1. 各滑移齿轮块采用单独操纵机构。 2. 利用电动机完成换向和制动。 3. 进给传动系统采用单独电动机驱动。 课 程 设 计 设 计 说 明 书 7 第二章 运动设计 定转速图 1 由任务书可知转速的最大范围与最小范围 则可以确定转速范围： Rn=425/53= 确定转速数列。 查表可得出标准数列表，根据公比 （ 然后每隔 7 个数取一个值，首先取值 50r/定主轴的转速数列为 53 r/75 r/106r/150 r/212 r/300 r/425 r/ 7 级。 3 定传动组数，选出结构式。画结构网。 因为 z=按照 Z=8=21 22 23。 定其结构网 如图 2 图 2构网 Z=212223 课 程 设 计 设 计 说 明 书 8 4. 绘制转速图，如图 2 2统转速图 图 2 2主传动系统图 课 程 设 计 设 计 说 明 书 9 定齿轮齿数 (1)、齿数计算 基本组传动比分别为 1/1/2 72 75 84 93 96 取 2,小齿轮齿数分别为 :30、 24 =30/42, =24/48 第二扩大组传动比分别为 1/1/ 7,小齿轮齿数 :36、 23 4=36/51， 5=23/64 第三扩大组传动比分别为 1， 1/ 6,小齿轮齿数 :48、 25 4=48/48， 5=25/71 (2)校核各级转速的转速误差 实际传动比所造成主轴转速误差 ，其中 n 为实际转速， n 为标准转速。 N 425 300 212 150 106 75 53 n 10 50 差值 0 以上误差值均小于 故合格 . 课 程 设 计 设 计 说 明 书 10 第三章 动力计算 传动设计 输出功率 P=3速 430r/50r/计算设计功率 Pd 表 4 工作情况系数原动机 类 类 一天工作时间 /h 10 1016 16 10 1016 16 载荷 平稳 液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（ ）；离心式压缩机；轻型运输机 荷 变动小 带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（ ）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛 荷 变动较大 螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械 荷 变动很大 破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机 据 V 带的载荷 平稳 ，两班工作制（ 16 小时），查机械设计 ， 取 1 . 1 3 3 . 3 k e P k W 普通 V 带的带型根据传动的设计功率 小带轮的转速 机械设计 3 11 选取。 课 程 设 计 设 计 说 明 书 11 根据算出的 小带轮转速 1430r/查图得 ： 0 100 可知应选取 A 型 V 带。 由机械设计 13 7 查得，小带轮基准直径为 80 100取 10075 据 3得） 表 3. V 带带轮最小基准直径Y Z A B C D E 0 75 125 200 355 500 21211430 = 1 . 6 8 2 , = 1 0 0 1 . 6 8 2 = 1 6 8 . 2 m 所 以 由机械设计 13“ V 带轮的基准直径”，得270 误差验算传动比：21170= 1 . 7 3(1 ) 1 0 0 (1 2 % )d 误（ 为弹性滑动率） 误差111 . 7 3 1 . 71 0 0 % 1 0 0 % 2 % 5 %1 . 7 误 符合要求 带速 1 1 0 0 1 4 3 0v = 7 . 5 4 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 课 程 设 计 设 计 说 明 书 12 满足 5m/以宜选用 E 型轮辐式带轮。 总之，小带轮选 H 型孔板式结构，大带轮选择 E 型轮辐式结构。 带轮的材料：选用灰铸铁， 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。 由机械设计 13 12 查得， A 型带的初拉力 面已得到 1a =z=4，则 1a 1 7 1 . 8 12 s i n = 2 4 1 1 8 . 1 4 s i n N = 9 4 2 . 7 2 z F 对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小 , 带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯 形轮槽。由于普通 V 带两侧面间的夹角是 40，为了适应 V 带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V 带轮槽角 为 32、 34、 36、 38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表7在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹课 程 设 计 设 计 说 明 书 14 板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。 表 普通 V 带轮的轮槽尺寸（摘自 项目 符号 槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 基准线上槽深 h 基准线下槽深 h 槽间距 e 8 12 15 19 37 第一槽对称面至端面的距离 f 6 7 9 16 23 28 最小轮缘厚 5 6 10 12 15 带轮宽 B B =( z e + 2 f z 轮槽数 外径 d a 轮 槽 角 32 对应的基准直径 d d 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 - 80 118 190 315 475 600 极限偏差 1 V 带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式： （ 1） 实心带轮：用于尺寸较小的带轮 (3)d 时 )，如图 7 （ 2） 腹板带轮：用于中小尺寸的带轮 ( 300 )，如图 7 （ 3） 孔板带轮：用于尺寸较大的带轮 (d) 100 )，如图 7 （ 4） 椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮 ( 500 )，如图 7 课 程 设 计 设 计 说 明 书 15 （ a） （ b） （ c） （ d） 图 7轮结构类型 根据设计结果，可以得出结论：小带轮选 择实心带轮，如图（ a） ,大带轮选择腹板带轮如图（ b） 动件的计算转速 7( 1 ) ( 1 )33m i n( 1 )5 3 1 . 4 1 8 3 . 7 9 8 / m i / m i n:n 传 动 件 的 计 算 转 速主 轴 的 计 算 转 速取 主 轴 的 计 算 转 速各 轴 的 计 算 转 速 如 下轴 序 号 电动机 (0) I 轴 计算转速r/430 850 600 212 75 最小齿轮的计算转速如下 : 1 2 3 4 5 6 850 600 850 600 600 212 600 212 212 75 212 75 动轴和主轴的轴径设计 （ 1）传动轴轴径初定 轴： p=3kw,n=850r/ =入公式： 491 =整取 d=30轴： p=3kw,n=425r/ =91 =整取 d=36 ： p=3kw,n=212r/ =入公式： 491 =整取 d=46 2）主（ 轴颈直径确定： 课 程 设 计 设 计 说 明 书 16 查表 4择主轴前端直径 0端直径 4承内径 d/D 小于 取 d=50料： 45 钢。热处理：调质 轴悬伸量： a/ a=(1=(2.5)x(80+64/2)=90 180 取 a=120佳跨距 . 5 1 2 0 2 . 5 3 0 0 算齿轮模数及尺宽，分度圆直径 （ 1）计算齿轮模数 40体淬火 j =650 63383 221 )1( P 驱动电动机功率 m=B/m=6 m=8 j a).u=z1/48/24,850r/63383 221 )1( = b).u=z2/23/64,212r/63383 221 )1( = c).u=z3/25/71,75r/63383 221 )1( = （ 2）计算齿轮分度圆及尺宽 课 程 设 计 设 计 说 明 书 17 d1= 30=60 2 42=84mm d2= 24=48 2 48=96mm d3= 36=108 3 51=153mm d4= 23=69 3 64=192mm d5= 48=144 3 48=144mm d6= 25=75 3 71=21312= m m=8 2=16 m m=8 3=24 m m=8 3=24 程 设 计 设 计 说 明 书 18 第四章 主要零部件选择 动机的选择 转速 n 1430r/率 P 3用 承的选取 带轮靠近段安装双列角接触球轴承代号 7007C 另一安装 深沟 球轴承 6012 称布置 深沟 球轴承 6009 端安装双列角接触球轴承代号 7015C 另一安装端角接触球轴承代号 7010C 中间布置角接触球轴承代号 7012C 主轴：主轴是传动系统之中最为关键的部分，因此应该合理的选择轴承。 从主轴末端到前端依次选择轴承为角接触轴承，型号： 7012C; 深沟球轴承，型号： 6210 双列圆柱滚子轴承，型号： 的选取 （ 1）带轮：选平键： 8 7 （ 2） 1 轴：选平键 ： 8 7 花键： 6 26 60 6 （ 3） 2 轴：选平键： 10 8 花键： 8 32 36 6 （ 4） 3 轴：选平键： 10 8 花键： 8 42 46 8 （ 5） 4 轴：选花键： 8 62 68 12 速操纵机构的选择 选用左右摆动的操纵杆使其通过杆的推力 来控制 课 程 设 计 设 计 说 明 书 19 第五章 校核 轮校核 齿轮参数如下： 轴序号 I I I I V 轮齿数Z 30 24 42 48 36 23 51 64 48 25 48 71 模数M 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 分度圆 d 60 48 84 96 108 69 153 192 144 75 144 213 齿根圆直径 5 43 79 91 50 50 顶圆直径 4 52 88 100 114 75 159 198 1 19 （ 1）一轴到二轴的小齿轮从上表可知为齿数为 29 查设计手册可得以下数据： 1 2 32 4 , 2 , 2 , 1 6 , 8 5 0 / m i n , 1 . 0 4 , 1 . 3 , 1 . 3jZ u m B n r K K K / 1 8 0 0 0 / 2 . 5 7 2 0 0 P 接触应力： 317060 6 0 8 5 0 7 2 0 0 2 . 7 810 0 . 8 3 , 0 . 5 8 , 0 . 6 4n N K ， 0 . 8 6S T n N K K K1 2 3( 1 )2 0 8 8 1 0 0 0 () K K K N M P aZ m u B n N 为 传 递 的 额 定 功 率（ 将以上数据代入公式可得 8 5 5 1 1 0 0j M p a M p a 弯曲应力： 0 . 8 3 , 0 . 7 8 , 0 . 7 7n N K ， 1 . 0 9S T n N K K K， 课 程 设 计 设 计 说 明 书 20 51 2 321 9 1 1 0 () K K N M P aZ m B Y n 将以上数据代入公式可得 1 7 0 3 2 0w M p a M p a （ 2）二轴到三轴的小齿轮从上表可知为齿数为 20 查设计手册可得以下数据： 1 2 32 3 , 2 . 7 8 , 3 , 2 4 , 3 5 5 / m i n , 1 . 0 4 , 1 . 2 , 1 . 4jZ u m B n r K K K / 1 8 0 0 0 / 2 . 5 7 2 0 0 P 接触应力： 317060 6 0 3 5 5 7 2 0 0 2 . 2 110 0 . 8 5 , 0 . 5 8 , 0 . 6 0n N K ， 0 . 7S T n N K K K1 2 3( 1 )2 0 8 8 1 0 0 0 () K K K N M P aZ m u B n N 为传递的额定功率（ 将以上数据代入公式可得 1 1 3 0 1 2 0 0j M p a M p a 弯曲应力： 616060 6 0 2 5 0 7 2 0 0 1 . 9 42 1 0 0 . 8 5 , 0 . 7 8 , 0 . 7 5n N K ， 0 . 9 9S T n N K K K51 2 321 9 1 1 0 () K K N M P aZ m B n 将以上数据代入 公式可得 2 0 1 6 0w M p a M p a 的校核 （ a） 主轴的前端部挠度 0 . 0 0 0 2 5 2 5 0 . 1 0 5 （ b） 主轴在前轴承处的倾角 0 . 0 0 1 r a d容 许 值 轴 承 （ c） 在安装齿轮处的倾角 0 . 0 0 1 r a d容 许 值 齿 课 程 设 计 设 计 说 明 书 21 6 5 1 6 7 0 7 8 7 5 5 0 8 0 2 3 6 8 5 1 6 0 9 0 1 5 0D 1 . 0 7 8 7690D i l 平 均总E 取为 52 0E M P a ， 44 40 8 7 4 5( 1 ) ( 1 ) 1 3 5 6 9 0 4 ( )6 4 6 4 8 7m 43 432 9 5 5 1 0 0 . 9 9 5 2 9 5 5 1 0 3 . 3 7 0 . 9 9 5 12684 0 0 1 2 5 主 计件 （ ）0 . 4 5 0 7 ( ) N， 0 . 2 5 2 1 7 ( ) N 由于小齿轮的传动力大，这里以小齿轮来进行计算 4 42 9 5 5 1 0 2 9 5 5 1 0 3 . 3 7 8 5 8 2 )3 2 0 1 2 5z n 主计主 主 （将其分解为垂直分力和水平分力 由公式,t a n t a nQ y Q y n Q Q z Q y F F F 可得 2 1 0 5 ( ) , 6 4 7 7 ( )Q z Q F N22 1 2 6 8 1 6 0 1 3 5 2 5 3 ( )33 l N m m 件22 5 0 7 1 6 0 5 4 0 8 0 ( )33 l N m m 件11 3 1 7 1 3 0 2 0 6 0 5 ( )22 d N m m 件主轴载荷图如下所示： 课 程 设 计 设 计 说 明 书 22 由上图可知如下数据： a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87算（在垂直平面） 1()6a b c l l , 22 ()3 l l,3 ( 2 3 )6 l 1 2 3 0 . 0 0 1 7 3y y y ()3a b l 齿 1 ， ( 2 3 )6 ZF 齿 2 ， ( 3 )3 ZM 齿 3 56 . 9 1 0 齿 Z 齿 1 齿 2 齿 3 ()6a b l l轴 承 1，3 zF 轴 承 2，3 轴 承 352 . 9 1 0 轴 承 Z 轴 承 1 轴 承 2 轴 承 3 计算（在水平面） 1()6a b c l l , 22 ()3 l l,3() ( 2 3 )6 cy l 课 程 设 计 设 计 说 明 书 23 1 2 3 0 . 0 1 7y y y ()3a b l 齿 1 ， ( 2 3 )6 yF 齿 2 ， ()( 3 )3齿 3 51 3 . 8 6 1 0 齿 y 齿 1 齿 2 齿 3 ()6a b l l轴 承 1，3 yF 轴 承 2，
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