题目43-分级变速主传动系统设计（含CAD图纸和说明书）
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1 宁 学 课程 设计 (论文 ) 分级变速主传动系统设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 2 摘 要 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，结构网，结构式，齿轮模数，传动比 4 目 录 摘 要 . 2 目 录 . 4 第 1 章 绪论 . 7 程设计的目的 . 7 程设计的内容 . 7 论分析与设计计算 . 7 样技术设计 . 7 制技术文件 . 7 程设计题目 、主要技术参数和技术要求 . 8 程设计题目和主要技术参数 . 8 术要求 . 8 第 2 章 运动设计 . 9 动参数及转速图的确定 . 9 速范围 . 9 速数列 . 9 定结构式 . 9 定结构网 . 9 制转速图和传动系统图 . 10 定各变速组此论传动副齿数 . 10 算主轴转速误差 . 12 第 3 章 动力计算 . 13 传动设计 . 13 算设计功率 . 13 择带型 . 14 定带轮的基准直径并验证带速 . 14 定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 . 15 定带的根数 z . 16 5 定带轮的结构和尺寸 . 16 定带的张紧装置 . 16 算压轴力 . 16 由机械设计 3 12 查得， A 型带的初拉力 面 已得到1a=z=4，则 1a 1 5 8 . 6 72 s i n = 2 4 1 3 1 . 5 5 s i n N = 1 0 3 4 . 2 3 z F . 16 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（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。 . 16 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 . 17 . 18 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） . 18 算转速的计算 . 18 轮 模数计算及验算 . 19 轴合理跨距的计算 . 22 6 第 4 章 主要零部件的选择 . 24 动机的选择 . 24 承的选择 . 24 速操纵机构的选择 . 24 第 5 章 校核 . 24 的校核 . 24 承寿命校核 . 26 第 6 章 结构设计及说明 . 27 构设计的内容、技术要求和方案 . 27 开图及其布置 . 28 7润滑与密封 . 28 结 论 . 28 参考文献 . 29 致 谢 . 30 分级变速主传动系 统设计论文 7 第 1 章 绪论 程设计的目的 机械系统设计课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。通过课程设计，使学生能够运 用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过课程设计，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。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。通过设计，使学生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。 程设计的 内容 机械系统设计课程设计内容由理论分析与设计计算、图样技术设计和技术文件编制三部分组成。 论分析与设计计算 （ 1）机械系统的方案设计。设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。 （ 2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。 （ 3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。 样技术设计 （ 1）选择系统中的主要机件。 （ 2）工程技术图样的设计与绘制。 制技术文件 （ 1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。 （ 2）编制设计计算说明书。 分级变速主传动系 统设计论文 8 程 设计题目、主要技术参数和技术要求 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： 0r/75r/ Z=9 级；公比为 动机功率 P=3机转速 n=1430r/ 技术要求 （ 1）利用电动机完成换向和制动。 （ 2）各滑移齿轮块采用单独操纵机构。 （ 3）进给传动系统采用单独电动机驱动。 分级变速主传动系统设计论文 9 第 2 章 运动设计 动参数及转速图的确定 速范围 Rn=0475= 转速数列 转速数列。查机械系统设计表 2准数列表，首先找到 30r/后每隔 5个数取一个值 （ ，得出主轴的转速数列为 30 r/60r/85 r/118 r/170 r/236 r/335 r/475 r/ 9 级。 定结构式 因为 Z=9，可分解为： Z=31 33。这种结构式可以使传动组结构紧凑，再设计时不至于使 整体结构过大。 定结构网 根据“前多后少” , “先降后升” , “前密后疏” ,“升 2 降 4”的原 则 ,选取传动方案 Z=31 33,易知第一扩大组的变速范围 r= p1(8 符合“升 2 降 4”原则，其 结 构 网 如 图 图 2构网 Z=3133 分级变速主传动系统设计论文 10 制转速图和传动系统图 （ 1）选择电动机：采用 （ 2）绘制转速图： 转速图 （ 3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图 2 1 (m+D) 轴最小齿数和 :+D/m) 定各变速组此论传动副齿数 (1)100型机床 02)直齿圆柱齿轮 18级变速主传动系统设计论文 11 图 2主 传动系统图 （ 7） 齿轮齿数的确定。变速组内取模数相等， 据设计要求 17,齿数和 100120，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表： 齿轮齿数 传动比 基本组 第一扩大组 1:2 1:： 1 1:： 4 代号 Z1 Z2 齿数 18 72 24 66 30 60 66 33 41 58 20 79 分级变速主传动系统设计论文 12 算主轴转速误差 实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过 10( ,即 n 10( 各级转速误差 各级转速误差 n 475 335 236 170 118 85 60 0 n 差 各级转速误差都都小于 因此不需要修改齿数。 分级变速主传动系统设计论文 13 第 3 章 动力计算 传动设计 输出功率 P=3速 430r/75r/ 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 稳 ，两班工作制（ 16小时） ，查 机械设计 ， 分级变速主传动系统设计论文 14 取 1 . 1 3 3 . 3 k e P k W 择带型 普通 机械设计 3 11选取。 根据算出的 1430r/查图得： 0 100可知应选取 带。 定带轮的基准直径并验证带速 由 机械设计 3 7查得，小带轮基准直径为 80 100取 9575 295表 13 表 3 Y Z A B C D E 0 75 125 200 355 500 21211440 = 2 . 8 8 , = 9 5 2 . 8 8 = 2 7 3 . 5 m 所 以 由 机械设计 3得280级变速主传动系统设计论文 15 误差验算传动比：21280= 3 . 0 0(1 ) 9 5 (1 2 % )d 误（ 为弹性滑动率） 误差113 . 0 0 2 . 8 81 0 0 % 1 0 0 % 4 . 4 % 5 %2 . 8 8 误 符合要求 带速 1 9 5 1 4 3 0v = 7 . 4 3 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 满足 5m/以宜选用 总之，小带轮选 带轮选择 带轮的材料：选用灰铸铁， 定带的张紧装置 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的 张紧装置。 算压轴力 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 5 8 . 6 72 s i n = 2 4 1 3 1 . 5 5 s i n N = 1 0 3 4 . 2 3 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 带在带轮上弯曲分级变速主传动系统设计论文 17 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 分级变速主传动系统设计论文 18 （ 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 （ 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） 算转速的计算 （ 1） 由 机械系统设计表 3 30错误 !未找到引用源。 )139( 错误 !未找到引用源。 60r/结合变速数据 取主轴的计算转速为 r/2). 传动轴的计算转速 在转速图上，轴 在最低转速 60r/这个转速高于主轴计算转速，在恒功率区间内，因此轴 的最低转速为该轴的计算转速即 nj=60/ 计算转速为 错误 !未找到引用源。 =236 r/ 2）确定各传动轴的计算转速 由机械设计知识可知，一对啮合齿轮只需要校核危险的小齿轮，因此只需求出危险小齿轮的计算转速这转速都在恒功率区间内，即都要求传递最大功率所以齿轮 转速的最小值即380/计算转速入表 3 表 3各轴计算转速 轴 号 轴 轴 轴 计算转速 r/ 475 236 60 分级变速主传动系统设计论文 19 （ 3） 确定齿轮副的计算转速。齿轮 装在主轴 其中只有 60r/递全功率，故Z4 j=60 r/次可以得出其余齿轮的计算转速，如表 3 表 3齿轮副计算转速 序号 36 236 60 轮模数计算及验算 模数计算 ， 一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即 63383 221 )1( 可得各组的模数，如表 3示。 45号钢整体淬火， 1 1 0 0j 按接触疲劳计算齿轮模数 m 163383 221 )1( 可得 取 m=63383 221 )1( 可得 取 m=于 一般同一变速组内的齿轮 尽量 取同一模数 ，所以为了统一和方便如下取： 表 3模数 组号 基本组 第一扩大组 模数 级变速主传动系统设计论文 20 （ 2） 基本组齿轮计算 。 基本组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 1 2 3 齿数 18 72 24 66 30 60 分度 圆直径 63 252 84 231 105 210 齿顶圆直径 70 259 38 112 217 齿根圆直径 宽 基本组最小齿轮计算 。 小齿轮用 40质处理，硬度 241286均取 260齿轮用 45 钢，调质处理，硬度 229286均取 240算如下： 齿面接触疲劳强度计算： 接触应 力验算公式为 P n )()1(102088 3218弯曲应力验算公式为： P )(101 9 12 3215 式中 这里取 N=4r/. 75（ r/; , m=; ;B=; z=18; u=4 分级变速主传动系统设计论文 21 K 里取 T=15000h.; 1n r/, 1n =425（ r/ 0触载荷取0C= 710 ，弯曲载荷取0C= 6102 触载荷取 m=3；弯曲载荷取 m=6; 【 5】 2 上，取 【 5】 2 上，取 【 5】 2 上， 3K=K 【 5】 2 上，取 2K =1 1K 【 5】 2 上， 1K =1 【 5】 2 上， Y= j ,查 【 4】，表 4 j =650 w 查 【 4】，表 4 w =275 根据上述公式，可求得及查取值可求得： j=635 jw=78 w（ 3） 扩大组齿轮计算 。 分级变速主传动系统设计论文 22 扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 4 5 6 齿数 66 33 41 58 20 79 分度圆直径 231 03 70 顶圆直径 19 147 80 齿根圆直径 宽 28 28 28 28 28 28 按扩大组最小齿轮计算 。 小齿轮用 40质处理，硬度 241286均取 260齿轮用 45 钢，调质处理，硬度 229286均取 240 同理根据基本组的计算， 可得 K= 2K =1， 1K =1， m=280； 可求得： j= jw= w轴合理跨距的计算 由于电动机功率 P=3据【 1】表 轴径应为 6090步选取0轴径的 0据设计方案，前轴承为 轴承为圆锥滚子轴承。定悬伸量 a=120轴孔径为 30 轴承刚度，主轴最大输出转矩 T=95509550603= 设该 机床为车床 的最大加工直径为 300床身上最常用的最大加工直径，即经济加工直径约为最大回转直径的 50%，这里取 60%，即 180半径为 分级变速主传动系统设计论文 23 切削力（沿 y 轴） 4716N 背向力（沿 x 轴） c=2358N 总作用力 F= 22F =力作用于工件上，主轴端受力为 F= 先假设 l/a=2， l=3a=240后支承反力 B 分别为 40240120 =B=F40120=据 文献 【 1】式 得： iz 前 支承的刚度： ； N/ m ；轴的当量外径 80+60)/2=70惯性矩为 I=64 )4 =10 =38 9 = 【 1】图 3 原假设接近，所以最佳跨距0l=120 40理跨距为（ l，取合理跨距 l=360 根据结构的需要，主轴的实际跨距大于合理跨距，因此需要采取措施 增加主轴 的刚度，增大轴径：前轴径 D=100轴径 d=80轴承 采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用背对背安装的角接触球轴承。 分级变速主传动系统设计论文 24 第 4 章 主要零部件的选择 动机的选择 转速 n 1430r/率 P 3用 承的选择 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 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 第 5 章 校核 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 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2 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 （ ）分级变速主传动系统设计论文 25 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： 由上图可知如下数据： a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87级变速主传动系统设计论文 26 计算（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 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， ()3 轴 承 353 2 . 8 1 0 轴 承 y 轴 承 1 轴 承 2 轴 承 3 合成： 22 0 . 0 1 8 0 . 1 0 5s s z s yy y y 22 0 . 0 0 0 1 5 0 . 0 0 1 齿 齿 y 齿 y 22 0 . 0 0 0 3 3 0 . 0 0 1 轴 承 轴 承 Z 轴 承 Y 承寿命校核 由 轴 最小轴径可取轴承为 7008C 角接触 球轴承 ,=3； P=， Y=0。 对 轴受力分析 分级变速主传动系统设计论文 27 得：前支承的径向力 由轴承寿命的计算公式： 预期的使用 寿命 15000h )18016670 3)= 31 6 6 7 0 3 6 . 3 1 0 0 0( ) 2 8 8 1 4 2 . 9 41 5 0 2 6 4 2 . 3 2h 15000h 轴承寿命满足要求。 第 6 章 结构设计及说明 构设计的内容、技术要求和方案 设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组 件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计由于时间的限制，一 0般只画展开图。 主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题。 精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。 主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是： 1 布置传动件及选择结构方案。 2 检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。 3 确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确 定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。 分级变速主传动系统设计论文 28 开图及其布置 展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。 错误 !未找到引用源。 轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根 圆的直径必须大于离合器的外径，负责齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。 总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其他轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，是制动尺寸增大。 齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。 7润滑与密封 润滑与 密封： 减摩抗磨，降低摩擦阻力以节约能源，减少磨损以延长机械寿命，提高经济效益；冷却，要求随时将摩擦热排出机外； 密封，要求防泄漏、防尘、防窜气； 清净冲洗，要求把摩擦面积垢清洗排除；应力分散缓冲，分散负荷和缓和冲击及减震； 动能传递，液压系统和遥控马达及摩擦无级变速等。 由于带轮转速为 560r/，采用油润滑，可以减少摩擦阻力和减轻磨损。密封是为了阻止灰尘水分等杂物进入轴承，防止润滑剂的流失。采用密封圈密封即可满足要求。 结 论 分级变速主传动系统设计的结构及部分计算，到这里基本结束了，由于笔者水平 有限，加之时间仓促，仅对分级变速主传动系统主要部分进行设计和校核，定有许多地方处理不够妥当，有些部分甚至可能存在错误，望老师多提宝贵意见。 经过这次课程设计，使我对机械系统设计这门课当中许多原理公式有了进一步的了解，并且对个隔 3 个 个隔 5 个 个隔 7 个 个隔 9 个 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 5 180 425 1000 2360 5600 2 4 0 190 450 1060 2500 6000 3 5 5 200 475 1120 2650 6300 4 6 0 212 500 1180 2800 6700 5 7 40 95 224 530 1250 3000 7100 6 8 00 236 560 1320 3150 7500 7 9 45 106 250 600 1400 3350 8000 8 0 12 265 630 1500 3550 8500 9 0 118 280 670 1600 3750 9000 10 3 125 300 710 1700 4000 9500 11 0 6 132 315 750 1800 4250 10000 12 5 60 140 335 800 1900 4500 13 3 150 355 850 2000 4750 14 8 67 160 375 900 2120 5000 15 0 71 170 400 950 2240 5300 公 比 的 数 值 公 比 的 数 值 1 1 1 2 15 16 17 18 19 20 5 8 30 0 5 16 18 20 5 28 5 16 20 25 6 5 16 25 18 6 0 9 10 5 10 4 0 4 8 10 0 53 56 60 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 50 56 63 71 80 90 100 112 125 140 160 50 63 80 100 125 160 63 90 125 63 100 160 56 100 63 125 4 24 236 250 265 280 300 315 335 355 375 400 425 450 475 24 250 280 315 355 400 450 50 315 400 50 355 50 400 15 2 180 190 200 212 00 530 560 600 630 670 710 750 800 850 900 950 1000 180 200 00 560 630 710 800 900 1000 200 00 630 800 1000 180 00 710 1000 30 1000 180 60 1000 2 500 1000 新单030数改】【30 475 级变速主传动系统设计9级 动机功率3机转速钟分级变速主传动系统设计【新单030参数】 119级 动机功率3机转速钟分级变速主传动系统设计【新单030参数】9级 动机功率3机转速钟 1 宁 学 课程 设计 (论文 ) 分级变速主传动系统设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 2 摘 要 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，结构网，结构式，齿轮模数，传动比 4 目 录 摘 要 . 2 目 录 . 4 第 1 章 绪论 . 6 程设计的目的 . 6 程设计的内容 . 6 论分析与设计计算 . 6 样技术设计 . 6 制技术文件 . 6 程设计题目 、主要技术参数和技术要求 . 7 程设计题目和主要技术参数 . 7 术要求 . 7 第 2 章 运动设计 . 8 动参数及转速图的确定 . 8 速范围 . 8 速数列 . 8 定结构式 . 8 定结构网 . 8 制转速图和传动系统图 . 9 定各变速组此论传动副齿数 . 9 算主轴转速误差 . 11 第 3 章 动力计算 . 12 传动设计 . 12 算设计功率 . 12 择带型 . 13 定带轮的基准直径并验证带速 . 13 定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 . 14 定带的根数 z . 15 5 定带轮的结构和尺寸 . 15 定带的张紧装置 . 15 算压轴力 . 15 算转速的计算 . 17 轮模数计算及验算 . 18 轴合理跨距的计算 . 21 第 4 章 主要零部件的选择 . 23 动机的选择 . 23 承的选择 . 23 速操纵机构的选择 . 23 第 5 章 校核 . 23 的校核 . 23 承寿命校核 . 25 第 6 章 结构设计及说明 . 26 构设计的内容、技术要求和方案 . 26 开图及其布置 . 27 第 7 章 润滑与密封 . 27 结 论 . 27 参考文献 . 28 致 谢 . 29 分级变速主传动系统设计论文 6 第 1 章 绪论 程设计的目的 机械系 统设计课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。通过课程设计，使学生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，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过课程设计，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。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。通过设计，使学生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。 程设计的内容 机械系统设计课程设计内容由理论分析与设计计算、图样技术设计和技术文件编制三部分组成。 论分析与设计计算 （ 1）机械系统的方案设计。设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。 （ 2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。 （ 3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。 样技术设计 （ 1）选择系统中的主要机件。 （ 2）工程技术图样的设计与绘制。 制技术文 件 （ 1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。 （ 2）编制设计计算说明书。 分级变速主传动系统设计论文 7 程设计题目、主要技术参数和技术要求 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： 0r/75r/ Z=9 级；公比为 动机功率 P=3机转速 n=1430r/ 技术要求 （ 1）利用电动机完成换向和制动。 （ 2）各滑移齿轮块采用单独操纵机构。 （ 3）进给传动系统采用单独电动机驱动。 分级变速主传动系统设计论文 8 第 2 章 运动设计 动参数及转速 图的确定 速范围 Rn=0475= 转速数列 转速数列。查机械系统设计表 2准数列表，首先找到 30r/后每隔 5个数取一个值 （ ，得出主轴的转速数列为 30 r/60r/85 r/118 r/170 r/236 r/335 r/475 r/ 9 级。 定结构 式 因为 Z=9，可分解为： Z=31 33。这种结构式可以使传动组结构紧凑，再设计时不至于使整体结构过大。 定结构网 根据“前多后少” , “先降后升” , “前密后疏” ,“升 2 降 4”的原 则 ,选取传动方案 Z=31 33,易知第一扩大组的变速范围 r= p1(8 符合“升 2 降 4”原则，其 结 构 网 如 图 图 2构网 Z=3133 分级变速主传动系统设计论文 9 制转速图和传动系统 图 （ 1）选择电动机：采用 （ 2）绘制转速图： 转速图 （ 3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图 2 1 (m+D) 轴最小齿数和 :+D/m) 定各变速组此论传动副齿数 (1)100型机床 02)直齿圆柱齿轮 18级变速主传动系统设计论文 10 图 2主传动系统图 （ 7） 齿轮齿数的确定。变速组内取模数相等， 据设计要求 17,齿数和 100120，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表： 齿轮齿数 传动比 基本组 第一扩大组 1:2 1:： 1 1:： 4 代号 Z1 Z2 齿数 18 72 24 66 30 60 66 33 41 58 20 79 分级变速主传动系统设计论文 11 算主轴转速误差 实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过 10( ,即 n 10( 各级转速误差 各级转速误差 n 475 335 236 170 118 85 60 0 n 差 各级转速误差都都小于 因此不需要修改齿数。 分级变速主传动系统设计论文 12 第 3 章 动力计算 传动设计 输出功率 P=3速 430r/75r/ 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 稳 ，两班工作制（ 16小时），查 机械设计 ， 分级变速主传动系统设计论文 13 取 1 . 1 3 3 . 3 k e P k W 择带型 普通 机械设计 3 11选取。 根据算出的 1430r/查图得： 0 100可知应选取 带。 定带轮的基准直径并验证带速 由 机械设计 3 7查得，小带轮基准直径为 80 100取 9575 295表 13 表 3 Y Z A B C D E 0 75 125 200 355 500 21211440 = 2 . 8 8 , = 9 5 2 . 8 8 = 2 7 3 . 5 m 所 以 由 机械设计 3得280级变速主传动系统设计论文 14 误差验算传动比：21280= 3 . 0 0(1 ) 9 5 (1 2 % )d 误（ 为弹性滑动率） 误差113 . 0 0 2 . 8 81 0 0 % 1 0 0 % 4 . 4 % 5 %2 . 8 8 误 符合要求 带速 1 9 5 1 4 3 0v = 7 . 4 3 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 满足 5m/以宜选用 总之，小带轮选 带轮选择 带轮的材料：选用灰铸铁 ， 定带的张紧装置 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。 算压轴力 由 机械设计 3 12查得， 0 面已得到 1a =z=4，则 1a 1 5 8 . 6 72 s i n = 2 4 1 3 1 . 5 5 s i n N = 1 0 3 4 . 2 3 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，分级变速主传动系统设计论文 16 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 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 辐）结构的不同分为以下几种型式： 分级变速主传动系统设计论文 17 （ 1） 实心带轮：用于尺寸较小的带轮 (3)，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 （ 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） 算转速的计算 （ 1） 由 机械系统设计表 3 30错误 !未找到引用源。 )139( 错误 !未找到引用源。 60r/结合变速数据 取主轴的计算转速为 r/2). 传动轴的计算转速 在转速图上，轴 在最低转速 60r/这个转速高于主轴计算转速，在恒功率区间内，因此轴 的最低转速为该轴的计算转速即 n j=60/ 计算转速为 错误 !未找到引用源。 =236 r/ 2）确定各传动轴的计算转速 由机械设计知识可知，一对啮合齿轮只需要校核危险的小齿轮，因此只需求出危险小齿轮的计算转速这转速都在恒功率区间内，即都要求传递最大功率所以齿轮 转速的最小值即380/计算转速入表 3 表 3各轴计算转速 分级变速主传动系统设计论文 18 （ 3） 确定齿轮副的计算转速。齿轮 装在主轴 其中只有 60r/递全功率，故Z4 j=60 r/次可以得出其余齿轮的计算转速，如表 3 表 3齿轮副计算转速 序号 36 236 60 轮模数计算及验算 模数计算 ， 一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即 63383 221 )1( 可得各组的模数，如表 3示。 45号钢整体淬火， 1 1 0 0j 按接触疲劳 计算齿轮模数 m 163383 221 )1( 可得 取 m=63383 221 )1( 可得 取 m=于 一般同一变速组内的齿轮 尽量 取同一模数 ，所以为了统一和方便如下取： 表 3模数 轴 号 轴 轴 轴 计算转速 r/ 475 236 60 组号 基本组 第一扩大组 模数 级变速主传动系统设计论文 19 （ 2） 基本组齿轮计算 。 基本组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 1 2 3 齿数 18 72 24 66 30 60 分度圆直径 63 252 84 231 105 210 齿顶圆直径 70 259 38 112 217 齿根圆直径 宽 基本组最小齿轮计算 。 小齿轮用 40质处理，硬度 241286均取 260齿轮用 45 钢，调质处理，硬度 229286均取 240算如下： 齿面接触疲劳强度计算： 接触应力验算公式为 P n )()1(102088 3218弯曲应力验算公式为： P )(101 9 12 3215 式中 这里取 N=4r/. 75（ r/; , m=; ;B=; 分级变速主传动系统设计论文 20 z=18; u=4 K 里取 T=15000h.; 1n r/, 1n =425（ r/ 0 触载荷取0C= 710 ，弯曲载荷取0C= 6102 触载荷取 m=3；弯曲载荷取 m=6; 【 5】 2 上，取查 【 5】 2 上，取 【 5】 2 上， 3K=K 【 5】 2 上，取 2K =1 1K 【 5】 2 上， 1K =1 【 5】 2 上， Y= j ,查 【 4】，表 4 j =650 w 查 【 4】，表 4 w =275 根据上述公式，可求得及查取值可求得： j=635 j分级变速主传动系统设计论文 21 w=78 w（ 3） 扩大组齿轮计算 。 扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 4 5 6 齿数 66 33 41 58 20 79 分度圆直径 231 03 70 顶圆直径 19 147 80 齿根圆直径 宽 28 28 28 28 28 28 按扩大组最小齿轮计算 。 小齿轮用 40质处理，硬度 241286均取 260齿轮用 45 钢，调质处理，硬度 229286均取 240 同理根据基本组的计算， 可得 K= 2K =1， 1K =1， m=280； 可求得： j= jw= w轴合理跨距的计算 由于电动机功率 P=3据【 1】表 轴径应为 6090步选取0轴径的 0据设计方案，前轴承为 轴承为圆锥滚子轴承。定悬伸量 a=120轴孔 径为 30 轴承刚度，主轴最大输出转矩 T=95509550603=级变速主传动系统设计论文 22 假 设该 机床为车床 的最大加工直径为 300床身上最常用的最大加工直径，即经济加工直径约为最大回转直径的 50%，这里取 60%，即 180半径为 切削力（沿 y 轴） 4716N 背向力（沿 x 轴） c=2358N 总作用力 F= 22F =力作用于工件上，主轴端受力为 F= 先假设 l/a=2， l=3a=240后支承反力 B 分别为 40240120 =B=F40120=据 文献 【 1】式 得： iz 前 支承的刚度： ； N/ m ；轴的当量外径 80+60)/2=70惯性矩为 I=64 )4 =10 =38 9 = 【 1】图 3 原假设接近，所以最佳跨距0l=120 40理跨距为（ l，取合理跨距 l=360 根据结构的需要，主轴的实际跨距大于合理跨距，因此需要采取措施 增加主轴的刚度，增大轴径：前轴径 D=100轴径 d=80轴承 采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用背对背安装的角接触球轴承。 分级变速主传动系统设计论文 23 第 4 章 主要零部件的选择 动机的选择 转速 n 1430r/率 P 3用 承的选择 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 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 第 5 章 校核 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 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2 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 （ ）分级变速主传动系统设计论文 24 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： 由上图可知如下数据： a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87级变速主传动系统设计论文 25 计算（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 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， ()3 轴 承 353 2 . 8 1 0 轴 承 y 轴 承 1 轴 承 2 轴
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