题目44-分级变速主传动系统设计（含CAD图纸和加说明书）
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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 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，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 . 10 算主轴转速误差 . 11 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 算转速的计算 . 17 轮模数计算及验算 . 17 动轴最小轴径的初定 . 25 轴合理跨距的计算 . 25 第 4 章 主要零部件的选择 . 26 动机的选择 . 26 承的选择 . 27 的规格 . 27 速操纵机构的选择 . 27 第 5 章 校核 . 28 度校核 . 28 承寿命校核 . 30 第 6 章 结构设计及说明 . 31 构设计的内容、技术要求和方案 . 31 开图及其布置 . 32 结 论 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 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： 1r/50r/=17 级；公比为 动机功率 P=3机转速 n=710r/ 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=1450= 转速数列 查 1表 先找到 71r/然后每隔 1 个数取一个值（ ，得出主轴的转速数列为 71、 80、 90、 100、 112、 125、 140、 160、 180、 200、 224、 250、 280、 315、355、 400、 450r/ 17 级。 定结构式 对于 Z=17 可以按照 Z=18 来计算，对于 Z=18 有如下选项： (1) 931 32318 124 32318 (3)931 23318 从电动机到主轴主要为降速传动，若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足传动副 “ 前多后少 ” 的原则，及在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比 i；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比 2i。 故（ 3）方案最为合适。 在主传动链任一传动组的最大变速范围 108m a xm a x 设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小，检查方案 （ 3） 传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组： 82 / 0 . 2 5/m i a a 12(9)1(2 22 其中 ， 92 X ， 22 P 值，符合要求，其他变速组的变速范围肯定也符合要求。因此取 931 23318 方案。 定结构网 对于 Z=17 可以按照 Z=18 来计算 取 931 23318 方案 ： 根据“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏 ,结构紧凑的原 则 , 选取传动方案 其结构网如图 2“ 前多后少 ” 的原则，及在降速传动中，防止齿轮直径过大而使分级变速主传动系统设计论文 9 径向尺寸常限制最小传动比 i；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比 2i。 故（ 3）方案最为合适。 在主传 动链任一传动组的最大变速范围 108m a xm a x 原则。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小，检查方案 （ 3） 传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组： 82 / 0 . 2 5/m i a a 12(9)1(2 22 其中 ， 92 X ， 22 值，符合要求，其他变速组的变速范围肯定也 符合要求。因此取931 23318 方案。 根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下 13 392图 2构网 制转速图和传动系 统图 （ 1）选择电动机：采用 （ 2）绘制转速图 分级变速主传动系统设计论文 10 图 2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 基本组 第一扩大组 第二扩大组 动比 1:1 1:： 1 1： 2 代号 Z1 Z2 Z3 7 8 齿数 34 38 32 40 30 42 44 40 37 46 30 53 55 44 33 66 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( 同理， 根据计算得出其他各组的数据如下表： 各级转速误差 n 450 400 355 315 280 250 100 90 80 71 n 81 2 差 转速误差 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 10r/55r/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 710r/查图得： d d=80 100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 10075 295表 13 表 3. Y Z A B C D E 0 75 125 200 355 500 2121710 = 2 , = 1 0 0 2 = 2 0 0 m 所 以 由 机械设计 3得200级变速主传动系统设计论文 15 误差验算传动比：21200= 2 . 0 2(1 ) 1 0 0 (1 2 % )d 误（ 为弹性滑动率） 误差112 . 0 2 21 0 0 % 1 0 0 % 1 % 5 %2 误 ， 符合要求 带速 1 1 0 0 7 1 0v = 5 . 0 2 /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 结构，大带轮选择 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=3，则 1a 1 6 5 . 1 72 s i n = 2 3 1 2 4 . 0 6 s i n N = 7 3 8 . 1 4 z F 分级变速主传动系统设计论文 17 算转速的计算 （ 1）主轴的计算转速 公式 nj=3/( z 得，主轴的计算转速 取 125r/ (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=250/ 计算转速为 错误 !未找到引用源。 =315 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3825/轮模数计算及验算 （ 1）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， 式中 按接触疲劳强度计算的齿轮模数（ 驱动电动机功率（ 被计算齿轮的计算转速（ r/ u 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，外啮合取“ +”，内啮合取“ -”； 1z 小齿轮的齿数（齿）； m 齿宽系数， Bm m （ B 为齿宽， m 为模数）， 4 10m ； m =8 j 材料的许用接触应力（ 。 取 j=650 2）基本组的齿轮参数计算 按齿面接触疲劳强度设计齿轮，齿轮承载能力应由齿面接触疲劳强度决定。 u 分级变速主传动系统设计论文 18 1) 载荷系数 K：查参考文献 1中表 8 K=2) 转矩 1T ： 12 3 0 . 9 6 0 . 9 99 5 5 0 9 5 5 0 4 5 . 3 7 5 ( )600 3) 接触疲劳许用应力 H: l i 由参考文献 1的图 8 950 ， 850 接触疲劳寿命系数 由公式 N=60 hn j L 得 81 6 0 6 0 0 1 0 3 0 0 8 8 . 6 1 0N 8 8128 . 6 1 0 5 . 4 4 1 01 . 5 8NN i 查参考文献 1的图 8 11 90 00 . 9 5 1 0 N N 2 按一般可靠性要求，查参考文献 2的表 8 1 l i m 1 0 . 9 5 9 5 0 8 2 0 )1 . 1 P 2 l i m 2 1 . 0 8 5 0 7731 . 1 P 4) 计算小齿轮分度圆直径 1d ： 查参考文献 1中的表 8 3 3 u 1 1 . 2 6 0 5 0 0 ( 1 . 5 8 + 1 )7 6 . 5 7 7 6 . 5 7 6 5 . 8 3 ( )u 0 . 3 1 . 5 8 7 7 3 取 66( )d 5) 计算圆周速度 v ： 11 3 . 1 4 6 0 0 6 6 2 . 0 7 ( / )6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 因 5v m s，故所取的八级精度合适。 分级变速主传动系统设计论文 19 确定主要参数， 第一对齿轮 (齿数 28/44)主要几何尺寸 1) 模数 m : 66 2 . . 3 6 ( )28dm m ，取 m=2) 分度圆直径： 2 . 5 6 0 7 0 ( )d m m 2 4 4 2 . 5 1 1 0 ( )d m m 3) 中心距 a : 12( ) / 2 ( 7 0 1 1 0 ) / 2 9 0 ( )a d d m m 4) 齿根圆直径： 11 ( 2 2 ) 2 . 5 ( 2 8 2 1 2 0 . 2 5 ) 6 3 . 7 5 ( )m Z h c m m 22 ( 2 2 ) 2 . 5 ( 4 4 2 1 2 0 . 2 5 ) 1 0 3 . 7 5 ( )d m Z h c m m 5) 齿顶圆直径： 11 ( 2 ) 2 . 5 ( 2 8 2 1 ) 7 5 ( )m Z h m m 21 ( 2 ) 2 . 5 ( 4 4 2 1 ) 1 1 5 ( )d m Z h m m 6) 齿宽 B： 1 0 . 3 7 0 2 1 ( )db d m m 经处理后取 2 22b ，则 12 2 2 4 ( )b b m m 第二对齿轮 (齿数 32/40)的主要几何尺寸 1) 分度圆直径： 1 1 1 2 . 5 3 2 8 0 ( )d m z m m 2 1 2 2 . 5 4 0 1 0 0 ( )d m z m m 2) 齿根圆直径： 11 ( 2 2 ) 2 . 5 ( 3 2 2 1 2 0 . 2 5 ) 7 3 . 7 5 ( )m Z h c m m 22 ( 2 2 ) 2 . 5 ( 4 0 2 1 2 0 . 2 5 ) 9 3 . 7 5 ( )d m Z h c m m 3) 齿顶圆直径： 11 ( 2 ) 2 . 5 ( 3 2 2 1 ) 8 5 ( )m Z h m m 22 ( 2 ) 2 . 5 ( 4 0 2 1 ) 1 0 5 ( )d m Z h m m 4) 齿宽 b ： 1 0 . 3 8 0 2 4 ( )db d m m 经处理后取 1 24b ，则 21 2 2 ( )b b m m 分级变速主传动系统设计论文 20 第三对齿轮（ 36/36）的主要几何尺寸 1) 分度圆直径： )( )( 2) 齿根圆直径： )(2( 11 )(2( 22 3) 齿顶圆直径： )(95)1236( 11 )(95)1236( 12 m 齿宽系数 , 8m 按齿根弯曲疲劳强度校核。 由参考文献 1中的式（ 8出 F ，若 则校核合格。 齿形系数考 文献 1；查表 8 122 . 5 5 ; 2 . 3 5 ;应力修正系数文献 1中表 8 121 . 6 1 ; 1 . 6 8 ;由文献 1中图 8 M P 50,500 2l i i m 由文献 1表 8得： 1图 8得： 121 1 l i m 1 1 5 0 0 3 8 4 . 6 2 ( )1 1 . 3 P 2 l i m 2 1 4 5 0 3 4 6 . 1 5 ( )1 1 . 3 P 故 11112222112 2 1 . 0 6 0 0 5 0 2 . 5 5 1 . 6 1 1 4 1 . 9 3 ( ) 2 0 2 . 5 7 02 . 3 5 1 . 6 81 4 1 . 9 3 1 3 6 . 4 9 ( ) 2 . 5 5 1 . 6 1 Y Y M P ab m P 齿根弯曲疲劳强度校核合格。 分级变速主传动系统设计论文 21 （ 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 34 38 30 42 32 40 模数 度圆直径 85 95 75 105 80 100 齿顶圆直径 90 100 80 110 85 105 齿根圆直径 宽 20 20 20 20 20 20 按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 率（ 这里取 N=3r/. 00（ r/; , m=; ;B=20（ ; z=30; u=分级变速主传动系统设计论文 22 K 里取 T=15000h.; 1n 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 （中间一个变速组） 。 分级变速主传动系统设计论文 23 63383 221 )1( = 1 扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 4 5 6 齿数 44 40 30 53 37 46 模数 度圆直径 154 140 105 61 齿顶圆直径 161 147 112 68 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， 查文献 【 6】， 可得 K= 2K =1， 1K =1， m=355； 可求得： j=619 jw=135 w同理计算得到第 2扩大组（最后一个变速组） 63383 221 )1( =4 分级变速主传动系统设计论文 24 第 2 扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 7 8 齿数 55 44 33 66 模数 4 4 4 4 分度圆直径 220 176 132 264 齿顶圆直径 228 184 140 272 齿根圆直径 210 166 122 254 齿宽 32 32 32 32 按齿根弯曲疲劳强度校核。 齿形系数 由机械设计基础刘孝民主编；查表 8 122 . 4 5 , 2 . 2 4 ;应力修正系数 查机械设计基础刘孝民主编中表 8 121 . 6 5 ; 1 . 7 5 ;由机械设计基础刘孝民主编；由图 8得 : M P a 5 0,5 0 0 2l i i m 由机械设计基础刘孝民主编；由表 8S 由机械设计基础刘孝民主编；由图 8121 1 l i m 112 l i m 211 5 0 0 3 8 4 . 6 2 ( )1 . 31 4 5 0 3 4 6 . 1 5 ( )1 . 3 P P 故 1111222112 2 1 . 0 2 8 4 0 7 0 2 . 4 5 1 . 6 5 1 7 9 . 4 3 ( ) 4 0 4 8 02 . 2 4 1 . 7 51 7 9 . 4 3 1 7 3 . 9 9 ( ) 2 . 4 5 1 . 6 5 Y Y M P ab m P 齿 根弯曲疲劳强度校核合格。 分级变速主传动系统设计论文 25 动轴最小轴径的初定 由【 5】式 6，传动轴直径按扭转刚度用下式计算： d=4 或 d=91 4 式中 N* T=9550000； = 01 。 各 轴最小轴径如表 3 表 3最小轴径 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 ，后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=95509550 3125=m 假设 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 轴 号 轴 轴 最小轴径 25 30 45 分级变速主传动系统设计论文 26 切削力（沿 y 轴） 716N 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。 第 4 章 主要零部件的选择 动机的选择 1) 选择电动机类型 根据已知工作条件和要求，选择一般用途的 式封闭结构。 分级变速主传动系统设计论文 27 根据已知条件选择最低转速 71r/高转速 450r/率 3以选择 表 3132动机性能 电机型号 额定功率 /机转速 /(r/同步转速 满载转速 750 710 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 的规格 0 N d =8 规格： 4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 分级变速主传动系统设计论文 28 第 5 章 校核 度校核 （ 1）轴的受力分析 1）求轴传递的转矩 T=610610 3125=310 N )求轴上的作用力 齿轮上的圆周力 22 3 4 1 1 0 0 0180=2652N 轮上的径向力 rF= 2652 =965N )确定轴的跨距 1=255，2=130，3=80 （ 2） 轴的受力分析 1）作轴的空间受力简图 水平受力简图和弯矩图 92N，549N 1M=74460N，2M=3）作垂直受力简图和弯矩图 66N，13N 3M=118830N 分级变速主传动系统设计论文 29 4）作合成弯矩图 2213140231N IM=个隔 3 个 个隔 5 个 个隔 7 个 个隔 9 个 1r/50r/Z=17 级 公比为 电动机功率P=3电动机转速 n=710r/ 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 2 15 16 17 18 19 20 5 8 30 0 5 0 53 56 16 18 20 5 28 5 50 56 16 20 25 0 16 5 16 25 18 6 16 0 4 24 4 9 10 24 4 5 10 0 8 10 2 60 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 190 200 212 00 63 71 80 90 100 112 125 140 160 180 200 00 63 80 100 125 160 200 00 63 90 125 180 00 63 100 160 00 180 3 125 2 500 236 250 265 280 300 315 335 355 375 400 425 450 475 250 280 315 355 400 450 250 315 400 250 355 250 400 315 530 560 600 630 670 710 750 800 850 900 950 1000 560 630 710 800 900 1000 630 800 1000 710 1000 630 1000 560 1000 1000 新单032数改】【71 450 目：分级变速主传动系统设计 技术参数 1r/50r/Z=17级 电动机功率P=3电动机转速n=710r/ 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 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，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 . 10 算主轴转速误差 . 11 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 算转速的计算 . 17 轮模数计算及验算 . 17 动轴最小轴径的初定 . 25 轴合理跨距的计算 . 25 第 4 章 主要零部件的选择 . 26 动机的选择 . 26 承的选择 . 27 的规格 . 27 速操纵机构的选择 . 27 第 5 章 校核 . 28 度校核 . 28 承寿命校核 . 30 第 6 章 结构设计及说明 . 31 构设计的内容、技术要求和方案 . 31 开图及其布置 . 32 结 论 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 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： 1r/50r/=17 级；公比为 动机功率 P=3机转速 n=710r/ 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=1450= 转速数列 查 1表 先找到 71r/然后每隔 1 个数取一个值（ ，得出主轴的转速数列为 71、 80、 90、 100、 112、 125、 140、 160、 180、 200、 224、 250、 280、 315、355、 400、 450r/ 17 级。 定结构式 对于 Z=17 可以按照 Z=18 来计算，对于 Z=18 有如下选项： (1) 931 32318 124 32318 (3)931 23318 从电动机到主轴主要为降速传动，若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足传动副 “ 前多后少 ” 的原则，及在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比 i；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比 2i。 故（ 3）方案最为合适。 在主传动链任一传动组的最大变速范围 108m a xm a x 设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小，检查方案 （ 3） 传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组： 82 / 0 . 2 5/m i a a 12(9)1(2 22 其中 ， 92 X ， 22 P 值，符合要求，其他变速组的变速范围肯定也符合要求。因此取 931 23318 方案。 定结构网 对于 Z=17 可以按照 Z=18 来计算 取 931 23318 方案 ： 根据“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏 ,结构紧凑的原 则 , 选取传动方案 其结构网如图 2“ 前多后少 ” 的原则，及在降速传动中，防止齿轮直径过大而使分级变速主传动系统设计论文 9 径向尺寸常限制最小传动比 i；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比 2i。 故（ 3）方案最为合适。 在主传 动链任一传动组的最大变速范围 108m a xm a x 原则。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小，检查方案 （ 3） 传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组： 82 / 0 . 2 5/m i a a 12(9)1(2 22 其中 ， 92 X ， 22 值，符合要求，其他变速组的变速范围肯定也 符合要求。因此取931 23318 方案。 根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下 13 392图 2构网 制转速图和传动系 统图 （ 1）选择电动机：采用 （ 2）绘制转速图 分级变速主传动系统设计论文 10 图 2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 基本组 第一扩大组 第二扩大组 动比 1:1 1:： 1 1： 2 代号 Z1 Z2 Z3 7 8 齿数 34 38 32 40 30 42 44 40 37 46 30 53 55 44 33 66 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( 同理， 根据计算得出其他各组的数据如下表： 各级转速误差 n 450 400 355 315 280 250 100 90 80 71 n 81 2 差 转速误差 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 10r/55r/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 710r/查图得： d d=80 100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 10075 295表 13 表 3. Y Z A B C D E 0 75 125 200 355 500 2121710 = 2 , = 1 0 0 2 = 2 0 0 m 所 以 由 机械设计 3得200级变速主传动系统设计论文 15 误差验算传动比：21200= 2 . 0 2(1 ) 1 0 0 (1 2 % )d 误（ 为弹性滑动率） 误差112 . 0 2 21 0 0 % 1 0 0 % 1 % 5 %2 误 ， 符合要求 带速 1 1 0 0 7 1 0v = 5 . 0 2 /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 结构，大带轮选择 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=3，则 1a 1 6 5 . 1 72 s i n = 2 3 1 2 4 . 0 6 s i n N = 7 3 8 . 1 4 z F 分级变速主传动系统设计论文 17 算转速的计算 （ 1）主轴的计算转速 公式 nj=3/( z 得，主轴的计算转速 取 125r/ (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=250/ 计算转速为 错误 !未找到引用源。 =315 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3825/轮模数计算及验算 （ 1）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， 式中 按接触疲劳强度计算的齿轮模数（ 驱动电动机功率（ 被计算齿轮的计算转速（ r/ u 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，外啮合取“ +”，内啮合取“ -”； 1z 小齿轮的齿数（齿）； m 齿宽系数， Bm m （ B 为齿宽， m 为模数）， 4 10m ； m =8 j 材料的许用接触应力（ 。 取 j=650 2）基本组的齿轮参数计算 按齿面接触疲劳强度设计齿轮，齿轮承载能力应由齿面接触疲劳强度决定。 u 分级变速主传动系统设计论文 18 1) 载荷系数 K：查参考文献 1中表 8 K=2) 转矩 1T ： 12 3 0 . 9 6 0 . 9 99 5 5 0 9 5 5 0 4 5 . 3 7 5 ( )600 3) 接触疲劳许用应力 H: l i 由参考文献 1的图 8 950 ， 850 接触疲劳寿命系数 由公式 N=60 hn j L 得 81 6 0 6 0 0 1 0 3 0 0 8 8 . 6 1 0N 8 8128 . 6 1 0 5 . 4 4 1 01 . 5 8NN i 查参考文献 1的图 8 11 90 00 . 9 5 1 0 N N 2 按一般可靠性要求，查参考文献 2的表 8 1 l i m 1 0 . 9 5 9 5 0 8 2 0 )1 . 1 P 2 l i m 2 1 . 0 8 5 0 7731 . 1 P 4) 计算小齿轮分度圆直径 1d ： 查参考文献 1中的表 8 3 3 u 1 1 . 2 6 0 5 0 0 ( 1 . 5 8 + 1 )7 6 . 5 7 7 6 . 5 7 6 5 . 8 3 ( )u 0 . 3 1 . 5 8 7 7 3 取 66( )d 5) 计算圆周速度 v ： 11 3 . 1 4 6 0 0 6 6 2 . 0 7 ( / )6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 因 5v m s，故所取的八级精度合适。 分级变速主传动系统设计论文 19 确定主要参数， 第一对齿轮 (齿数 28/44)主要几何尺寸 1) 模数 m : 66 2 . . 3 6 ( )28dm m ，取 m=2) 分度圆直径： 2 . 5 6 0 7 0 ( )d m m 2 4 4 2 . 5 1 1 0 ( )d m m 3) 中心距 a : 12( ) / 2 ( 7 0 1 1 0 ) / 2 9 0 ( )a d d m m 4) 齿根圆直径： 11 ( 2 2 ) 2 . 5 ( 2 8 2 1 2 0 . 2 5 ) 6 3 . 7 5 ( )m Z h c m m 22 ( 2 2 ) 2 . 5 ( 4 4 2 1 2 0 . 2 5 ) 1 0 3 . 7 5 ( )d m Z h c m m 5) 齿顶圆直径： 11 ( 2 ) 2 . 5 ( 2 8 2 1 ) 7 5 ( )m Z h m m 21 ( 2 ) 2 . 5 ( 4 4 2 1 ) 1 1 5 ( )d m Z h m m 6) 齿宽 B： 1 0 . 3 7 0 2 1 ( )db d m m 经处理后取 2 22b ，则 12 2 2 4 ( )b b m m 第二对齿轮 (齿数 32/40)的主要几何尺寸 1) 分度圆直径： 1 1 1 2 . 5 3 2 8 0 ( )d m z m m 2 1 2 2 . 5 4 0 1 0 0 ( )d m z m m 2) 齿根圆直径： 11 ( 2 2 ) 2 . 5 ( 3 2 2 1 2 0 . 2 5 ) 7 3 . 7 5 ( )m Z h c m m 22 ( 2 2 ) 2 . 5 ( 4 0 2 1 2 0 . 2 5 ) 9 3 . 7 5 ( )d m Z h c m m 3) 齿顶圆直径： 11 ( 2 ) 2 . 5 ( 3 2 2 1 ) 8 5 ( )m Z h m m 22 ( 2 ) 2 . 5 ( 4 0 2 1 ) 1 0 5 ( )d m Z h m m 4) 齿宽 b ： 1 0 . 3 8 0 2 4 ( )db d m m 经处理后取 1 24b ，则 21 2 2 ( )b b m m 分级变速主传动系统设计论文 20 第三对齿轮（ 36/36）的主要几何尺寸 1) 分度圆直径： )( )( 2) 齿根圆直径： )(2( 11 )(2( 22 3) 齿顶圆直径： )(95)1236( 11 )(95)1236( 12 m 齿宽系数 , 8m 按齿根弯曲疲劳强度校核。 由参考文献 1中的式（ 8出 F ，若 则校核合格。 齿形系数考 文献 1；查表 8 122 . 5 5 ; 2 . 3 5 ;应力修正系数文献 1中表 8 121 . 6 1 ; 1 . 6 8 ;由文献 1中图 8 M P 50,500 2l i i m 由文献 1表 8得： 1图 8得： 121 1 l i m 1 1 5 0 0 3 8 4 . 6 2 ( )1 1 . 3 P 2 l i m 2 1 4 5 0 3 4 6 . 1 5 ( )1 1 . 3 P 故 11112222112 2 1 . 0 6 0 0 5 0 2 . 5 5 1 . 6 1 1 4 1 . 9 3 ( ) 2 0 2 . 5 7 02 . 3 5 1 . 6 81 4 1 . 9 3 1 3 6 . 4 9 ( ) 2 . 5 5 1 . 6 1 Y Y M P ab m P 齿根弯曲疲劳强度校核合格。 分级变速主传动系统设计论文 21 （ 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 34 38 30 42 32 40 模数 度圆直径 85 95 75 105 80 100 齿顶圆直径 90 100 80 110 85 105 齿根圆直径 宽 20 20 20 20 20 20 按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 率（ 这里取 N=3r/. 00（ r/; , m=; ;B=20（ ; z=30; u=分级变速主传动系统设计论文 22 K 里取 T=15000h.; 1n 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 （中间一个变速组） 。 分级变速主传动系统设计论文 23 63383 221 )1( = 1 扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 4 5 6 齿数 44 40 30 53 37 46 模数 度圆直径 154 140 105 61 齿顶圆直径 161 147 112 68 齿 根圆直径 宽 28 28 28
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