题目10-分级变速主传动系统课程设计【机械CAD图纸+WORD说明书】

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分级变速主传动系统(题目10).doc---(点击预览)

主轴箱横剖面图.dwg---(点击预览)

主轴箱展开图题目10.dwg---(点击预览)

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关键词：: 题目 10 分级变速传动系统课程设计

资源描述：

题目10：分级变速主传动系统设计

技术参数：

N_min=40r/min；N_max=450r/min；

Z=8级；公比为1.41；电动机功率P=3kW；电机转速n=1430r/min

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目录
摘要 ................................................................................................................... I
第 1 章课程设计的目的 .................................................................................. 1
第 2 章课程设计题目�主要设计参数和技术要求 ........................................ 2
2.1 课程设计题目和主要技术参数 .................................................. 2
2.2 技术要求 .................................................................................... 2
第 3 章运动设计 .............................................................................................. 3
3.1 运动参数及转速图的确定 ......................................................... 3
3.2 核算主轴转速误差 ..................................................................... 5
第 4 章动力计算 .............................................................................................. 6
4.1 带传动设计 ............................................................................... 6
4.2 计算转速的计算 .......................................................................... 7
4.3 齿轮模数计算及验算 .................................................................. 8
4.4 传动轴最小轴径的初定 ............................................................. 11
4.5 执行轴轴颈直径的确定� .........................................................12
4.6 轴承的选择: ...............................................................................12
4.7 花键的选择� .............................................................................12
第 5 章主要零部件的选择 ..............................................................................13
5.1 摆杆式操作机构的设计 ............................................................13
5.2 电动机的选择 ............................................................................13
第 6 章校核 .....................................................................................................14
6.1 Ⅳ轴刚度校核 ............................................................................14
6.2 轴承寿命校核 ............................................................................15
第 7 章润滑与密封 .........................................................................................16
第 8 章设计结论 .............................................................................................17
参考文献 ..........................................................................................................18

哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计

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。
这次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。

哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计

第 1 章课程设计的目的
(1)、课程设计属于机械系统设计课的延续�通过设计实践�进一步学习掌
握机械系统设计的一般方法。
(2)、培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材
料热处理及结构工艺等相关知识�进行工程设计的能力。
(3)、培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。
(4)、提高技术总结及编制技术文件的能力。
(5)、是毕业设计教学环节实施的技术准备。

- 1 -

哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计

第 2 章课程设计题目�主要设计参数和技术要求

2.1 课程设计题目和主要技术参数

题目10 分级变速主传动系统设计
技术参数�Nmin=40r/min�Nmax=450r/min�Z=8 级�公比为 1.41�电动
机功率 P=3KW�电机转速 n=1430r/min
2.2 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。

哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计

第 3 章
运动设计

3.1 运动参数及转速图的确定
N min 40
=11.25

� 2� 转速数列。首先找到
6
40r/min 、然后每隔
5
个数取一个值

�1.41=1.06 ��故得出主轴的转速数列为�
40 r/min、56r/min、80 r/min、112 r/min、160 r/min、224 r/min�
315 r/min�450r/min�共 9 级。

内容简介：: 课程设计题，目:分级变速主传动系统院，系:机械设计制造及其自动化，姓，名:指导教师:目，录，摘要，.I第，1，章，课程设计的目的，.1第，2，章，课程设计题目主要设计参数和技术要求.22.1，课程设计题目和主要技术参数，.22.2技术要求，.2第，3，章，运动设计，.33.1，运动参数及转速图的确定，.33.2，核算主轴转速误差，.5第，4，章，动力计算，.64.1，带传动设计，. .64.2，计算转速的计算，.74.3，齿轮模数计算及验算，.84.4，传动轴最小轴径的初定，.114.5，执行轴轴颈直径的确定，.124.6，轴承的选择:，.124.7，花键的选择，.12第，5，章，主要零部件的选择，.135.1，摆杆式操作机构的设计，.135.2，电动机的选择，.13第，6，章，校核，.146.1，轴刚度校核，.146.2，轴承寿命校核，.15第，7，章，润滑与密封，.16第，8，章，设计结论，.17参考文献，.18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。这次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。I，第1章，课程设计的目的(1)、课程设计属于机械系统设计课的延续通过设计实践进一步学习掌握机械系统设计的一般方法。(2)、培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识进行工程设计的能力。(3)、培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。(4)、提高技术总结及编制技术文件的能力。(5)、是毕业设计教学环节实施的技术准备。第2章课程设计题目主要设计参数和技术要求2.1课程设计题目和主要技术参数题目10：分级变速主传动系统设计，技术参数：Nmin=40r/min，Nmax=450r/min，Z=8，级，公比为，1.41，电动机功率，P=3KW，电机转速，n=1430r/min，2.2，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。2，哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计，第3，章运动设计3.1运动参数及转速图的确定3.1.1转速范围Rn=3.1.2转速数列转速数列。查机械系统设计表，2-9标准数列表，首先找到40r/min、然后每隔5个数取一个值（1.41=1.066），得出主轴的转速数列为40r/min、56r/min、80r/min、112r/min、160r/min、224，r/min，315，r/min，450，r/min共8级。3.1.3，确定传动组数和传动副数。，因为，Z=8，可分解为Z=212224。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。，3.1.4写传动结构式,画结构图。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=212224，,易知第一扩大组的变速范围，r=1.41，=3.958，符合“升，2，降，4”原则，其结，构，网，如，图，结构网，Z=2122243.1.5画转速图。转速图如下图，系统转速图3.1.6画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计，3.1.7齿轮齿数的确定。变速组内取模数相等据设计要求，Zmin17,齿数和Sz100120,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1:1.411:21:1.411:2.81:11:4代Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6齿3042244835492262454518723.2，核算主轴转速误差，实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过10(-1),即10(-1)对Nmax=450r/min，实际转速Nmax=1430=462.1r/min，则有=2.684.1因此满足要求。各级转速误差n450315224160112805640n462.02323.45229.55160.68115.5280.8657.3940.17误差2.68%2.68%2.48%0.43%3.14%1.08%2.48%0.43%各级转速误差都都小于，4.1%,因此不需要修改齿数。第4，章动力计算4.1带传动设计(1)，直径计算，计算功率，Pd=Ka*P=1.1*3=3.3KW，查普通，V，带选型图,可得，d=80100mm，初取小带轮直径，d:，取，d=100mm，A，型，V，带，大带轮直径，D=n1d/n2=1430X100/900=158.9mm取d=160mm，根据，V，带带轮基准直径系列,取，D=160mm， (2)计算带长求，Dm，Dm=(D，1，+D，2，)/2=(95+150)/2=122.5mm，求，=(D，1-D，2，)/2=(160-100)/2=30mm根据，0.7(D1+D2)a2(D1+D2)，即,182a0520mm取中心距,a0=450mmLd02a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0=1286.84mm，由机械设计表，3.2，选取标准，Ld，得.,Ld=1250mm，(3)求实际中心距和包角，实际中心距，aa0+(Ld-L)/2=450-18.42=431.58mm，中心距调整范围，amax=a+0.03Ld=469.08mm，amin=a-0.015Ld=412.83mm，小轮包角，1=1800-（d1-d2）/aX57.30=17201200(4)求带根数，计算传动比，i，并验算传动比相对误差:，理论传动比，i0=3.575，实际传动比，i=n1，/n，2，=160/100=1.60，6，哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计，确定，V，带根数，Z,，由机械设计表，3.6,PK，=0.98;，=1.30KW;由表，3.8,由表，3.9,KL=0.95;由表，3.7,P0=0.15KW 所以，ZPC/(P0+P0)KKL， =3.3/(1.30+0.15)0.980.95=2.44，取，Z=3，根，4.2，计算转速的计算，(1)主轴的计算转速，nj,由公式得，主轴的计算转速nj=70.92r/min，取主轴的计算转速，nj=80，r/min。(2)确定各传动轴的计算转速。轴共有，4，级转速：160，r/min、224r/min、315，r/min、450r/min。若经传动副传动主轴全部传递全功率，其中，160/min是传递全功率的最低转速，故其计算转速，nj=160，r/min，轴共有，2，级转速：450，r/min、630，r/min。若经转动副转动主轴，全部传递全功率，其中，450/min，是传递全功率的最低转速，故其计算转速，nj=450，r/min；，轴有，1，级转速，且都传递全功率，所以其计算转速，nj=900，r/min。各计算转速入表。，各轴计算转速轴号轴轴轴轴计算转速，r/min90045016080(3)确定齿轮副的计算转速。齿轮Z6装在主轴上并具有40、56、80、112r/min，共，4，级转速，其中有，80、112r/min，传递全功率，故，Z6j=80，r/min。，齿轮，ZZ，6，/，Z，66装在轴上，有，160、224、315、450r/min，共，4，级转速，经齿轮副传动主轴，则，4，个转速都传递全功率故，Z6，j=160r/min。依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表：齿轮副计算转速序号Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6n，j9006309004504503154501601601603158024.3齿轮模数计算及验算（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mj=16338，可得各组的模数式中mj按接触疲劳强度计算的齿轮模数（mm）；驱动电动机功率（kW）；被计算齿轮的计算转速（r/min）；大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，外啮合取“+”，内啮合取“-”；小齿轮的齿数（齿）；齿宽系数，（B为齿宽，m为模数），；=8 材料的许用接触应力（）。取=650 Mpamj=16338得：基本组的模数，mj=3，第一扩大组的模数，mj=3，第二扩大组的模数mj=4（2）基本组齿轮计算。基本组齿轮几何尺寸见下表，齿轮Z1Z1Z2Z2齿数30422448分度圆直径9012692144齿顶圆直径9613298150齿根圆直径82.5118.584.5136.5齿宽151515158哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计， 8按基本组最小齿轮计算。小齿轮用，40Cr，调质处理，硬度，241HB286HB，平均取，260HB，大齿轮用，45，钢，调质处理，硬度，229HB286HB，平均取240HB。计算如下：，齿面接触疲劳强度计算：接触应力验算公式为，弯曲应力验算公式为式中， N-传递的额定功率（kW），这里取，N，为电动机功率，N=3kW;，m-初算的齿轮模数（mm）,，m=3.5(mm);，B-齿宽(mm);B=24.5（mm）;，z-小齿轮齿数，z=19;，u-小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=2.79;，K，s，-寿命系数；，=K，T，-工作期限系数； T-齿轮工作期限，这里取T=15000h.; -齿轮的最低转速（r/min），=500（r/min） -基准循环次数，接触载荷取=，弯曲载荷取= m-疲劳曲线指数，接触载荷取m=3；弯曲载荷取m=6; -转速变化系数，查【5】2上，取=0.60 -功率利用系数，查【5】2上，取=0.78 -材料强化系数，查【5】2上， =0.60 -工作状况系数，取=1.1 -动载荷系数，查【5】2上，取=1 -齿向载荷分布系数，查【5】2上，=1 Y-齿形系数，查【5】2上，Y=0.386；-许用接触应力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa；-许用弯曲应力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；根据上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa =78 Mpa（3）扩大组齿轮计算。第一扩大组齿轮几何尺寸见下表，齿轮Z3Z3Z4Z4齿数35492262分度圆直径10514766186齿顶圆直径11115372192齿根圆直径97.5139.558.5178.5齿宽30303030第二扩大组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z5Z5Z6Z6齿数45451872分度圆直径18018072288齿顶圆直径18818880296齿根圆直径17017062278齿宽40404040按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用，40Cr，调质处理，硬度，241HB286HB，平均取，260HB，大齿轮用，45，钢，调质处理，硬度，229HB286HB，平均取，240HB。同理根据基本组的计算可得=0.62，=0.77，=0.60，=1.1=1，=1，m=3.5，=280；可求得：=620.73Mpa，=136.24Mpa4.4，传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=1.64（mm）或 d=91（mm）式中 d-传动轴直径（mm） Tn-该轴传递的额定扭矩（N*mm） T=9550000； N-该轴传递的功率（KW） -该轴的计算转速 -该轴每米长度的允许扭转角，=。各轴最小轴径如表3-3。表3-3 最小轴径轴号轴轴III 轴最小轴径mm 354045 4.5，执行轴轴颈直径的确定，执行轴的前轴劲，D1，尺寸由教材，4-9，表得到,D1=75mm，后轴劲，D2=(0.70.9)D1，所以取，D2=0.8D1=60mm，初步计算,取当量外径，D=0.5(D1+D2)=67.5mm，执行轴选用阶梯状中空结构,内径直径，d=0.4D=0.4*67.5=27mm，4.6，轴承的选择:I轴：与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6012II轴：对称布置深沟球轴承6009III轴：后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轴承布置见展开4.7，花键的选择:I轴安装带轮处选择普通平键规格：BXL=10X56 II轴选择花键规格：N dDB =8X36X40X7III轴选择键规格：BXL=14X90 第5，章主要零部件的选择5.1，摆杆式操作机构的设计，(1)几何条件;，(2)不自锁条件。，具体结构见，CAD，图，5.2，电动机的选择，选择，Y，系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。，由机械设计课程设计附录，K，得：电动机型号为，Y100L2-4，额定功率，3KW。由表，K3，得：安装尺寸，A=160mm，AB=205mm，HD=245mm。第6章校核6.1 轴刚度校核1、轴挠度校核单一载荷下轴中心处的挠度采用如下的公式计算:，L-两支承的跨距;，D-轴的平均直径;，X=，a，i，/L:，a，i，-齿轮工作位置处距较近支承点的距离;，N-轴传递的全功率;，-被演算轴与前后轴连心线夹角;，=144，啮合角，=20齿面摩擦角，=5.72。，查文献，6,带齿轮轴的许用挠度y，=5/10000*L，即y，=0.268。因合成挠度小于许用挠度,故轴的挠度满足要求。传动轴在支承点A，B处的倾角可按下式近似计算：将上式计算的结果代入得：由文献【6】，查得支承处的=0.001因0.001，故轴的转角也满足要求。哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计，轴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=XFr+YFaX=1，Y=0。对轴受力分析得：前支承的径向力Fr=2642.32N。由轴承寿命的计算公式：预期的使用寿命 L10h=15000hL10h=hL10h=15000h 轴承寿命满足要求。第7章，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，450r/min，故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。第8章结构设计及说明8.1 结构设计的内容、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。8.2 展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

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