机械课程设计说明书(四级变速箱).doc

东北林业大学课程设计说明书MB106A进给系统有级变速装置设计1 概述1.1设计目的和内容（1）木工机床课程设计目的：木工机床课程设计是木工机床设计课程的一个实践教学环节，其目的在于，通过机床的传动设计，使学生受到方案比较、结构分析、零件计算、机械制图、技术条件编写及技术资料查阅等方面的综合训练，培养初步具有机床部件的设计能力。（2）木工机床课程设计内容： 包括以下几项：1）运动设计 根据设计题目给定的设计原始数据确定其他有关运动参数，选定各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟订结构式或结构网，拟订转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。2）动力设计 根据设计题目给定的机床类型和电动机功率，确定各传动件的设计转速，初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的强度、刚度或寿命。3）结构设计 完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计进给变速箱装配图及零件工作图，侧重进行传动轴组件、变速机构、操纵机构、箱体、润滑与密封，以及传动轴和滑移齿轮零件的设计。1.2设计要求 木工机床课程设计的内容体现在设计图纸和设计计算说明书中，因此图纸和说明书的质量应并重，其具体要求如下： （1）进给变速箱部件装配图。它用以表明该部件的结构、机构工作原理、各零件的功用、形状、尺寸、位置、相互联接方法、配合及传动关系等。进给变速箱的装配图通常由外观图、展开图和若干横向剖视图等组成。如受学时所限，可绘制展开图和主要横向视图。在装配图上，零件要标注件号、参数及数量，各轴要标注轴号。展开图上要标注各传动轴组件的主要配合尺寸（如轴承、花键等），还要标注一个能影响轴向装配尺寸的轴向尺寸链，横向剖视图应完整表达出一个操纵机构，标注啮合齿轮的中心距及公差，标注主要轮廓尺寸、定位及联系尺寸等，装配图的方案和结构要合理，图面整洁清晰，尺寸标注正确，符合国家标准。（2）零件工作图。绘制若干个零件（如传动轴、滑行齿轮等）工作图，应能正确表达零件的结构形状、材料及热处理、尺寸公差和形位公差、表面粗糙度和技术条件等，符合有关标准规定。（3）设计计算说明书。设计计算说明书是对所设计部件的性能、主要结构、系统等方面进行设计分析及理论计算的技术文件，应谁合理，依据充分，计算正确，条理清晰，文句通顺，标点正确，图表清晰，字迹工整；篇幅不少于5000字，一律采用国家法定计量单位，引用参考文献的有关结论及公式需用方括号标出，其主要内容：概述（机床的用途使用范围、主要技术参数及特点等，同类型机床对比分析）；运动设计；动力设计（包括零件的初算及验算）结构设计（主要结构的分析、操纵机构、润滑及密封方式的说明）；其他（另需说明或谁的有关问题）；参考文献。2东北林业大学课程设计说明书1.3设计的任务1.3.1设计的题目将MB106A进给系统中的无级调速装置改为四级有级变速装置，并进行系统的设计与计算。1.3.2设计原始数据加工木料最大宽度 600mm加工木料最大厚度 200mm最小刨削长度 290mm最大刨削厚度 5mm刀头切削圆直径 128mm刀轴转速 6000r/min刀片数 4片进料辊筒直径 90mm进料速度 8、12、16、24m/min主电机功率 5.5kw加工材种 软、硬杂木木材含水率 10%-15%变速箱长 26cm变速箱高 30cm变速箱宽 16cm-18cm1.3.2 课程设计的工作量（1） 编写设计计算说明书a. 机床用途说明b. 运动计算拟定结构图，转速图和传动系统c. 动力计算通过计算，决定进给电机功率和主要零件的尺寸和材料d. 设计方案的分析比较（2） 设计图纸a. 绘制进给变速箱装配图（1张或2张），表明齿轮传动关系，操纵机构的装配关系和工作位置关系b. 绘制主要零件工作图1张1.4设计步骤 (1)设计准备工作。根据给定的设计题目，应明确设计任务、内容、要求及步骤。拟定工作计划；收集查阅技术资料；对1-2台同类型机床进给运动部件分析研究，做到理解、消化交流工作经验能有所改进，在此基础上进行设计构思。 (2)运动设计。 (3)传动件选择及初算。绘制装配草图之前，需要初步定出各传动件的结构尺寸。如传动轴直径、齿轮的模数及宽度、V带的型号及根数、摩擦片的尺寸及片数、滚动轴承的类型及配置等。 (4)绘制部件装配草图。 (5)零件验算。零件在部件中的位置和尺寸确定之后，即可分析其受力状态，并进行较精确的验算，验算指定的零件及其项目，一般可验算传动轴弯曲刚度及抗振性，花键侧挤压应力，直齿圆柱齿轮疲劳强度、滚动轴承疲劳寿命等。 (6)加深部件装配图。根据验算结果修改草图，进一步完善草图，经审查同意后，按制图标准加深装配图。要先画展开图，后画横向剖视图，必要时还要交叉进行，并按要求完成部件装配图。 (7)绘制零件图。 (8)编写设计计算说明书，设计过程中的计算与分析要及时整理，待图纸完成后，要对说明书草稿进行认真修改抄清完成。2 传动系统的运动设计2.1选择传动方案应根据机床的使用要求和结构性能综合考虑，参考同类机床，合理选择传动方案并加以论证，初步拟出传动系统示意图。（1）选择传动布局 选择分离传动式。（2）选择变速方式 有级变速，选用滑移齿轮变速机构。2.2进给电机功率的确定压刨床在加工的过程中，对木材的作用力有主切削力FX和垂直分力FY。进给力压刨加工深度一般为2-3mm，可认为是厚切削，则：垂直分力：（为推力，为拉力。其中摩擦系数=0.2-0.3，取0.3；摩擦角=150-170，取160）压刨床在加工的过程中，主要进行的是纵端向刨削，取切削角=550，=600，假设当时木材含水率为12%，刨削木材为松木，切削速度为40m/s,切削厚度为3mm,刀的工作小时数为4h,查表得：=1.20, h=1.85,=1.03,x=0.45,e=3mm,b=600mm端向切削时的单位切削力：=19.053MPa纵向切削时的单位切削力:=10.774MPa单位切削力=17.7MPa切削功率P=FXv/1000kW=1279.8w=1.2798 kW则：选用电机型号：Y100L-6， 额定功率：1.5KW， 同步转速：1000r/min，满载转速：940r/min2.3拟定结构式、结构网和转速图最小转速: 最大转速：变速范围：级 数：Z=4公 比： 取=1.41结构式：4=2122， 4=2221由降速“前慢后快”，级数排列“前多后少”，转速分布“前密后疏”，转速变换“升早降晚”， 选择：结构式为：4=2122结构网：转速图：（1）确定总传动比：由电动机转速n0=940r/min，到主轴最小转速n1 =28r/min，总传动比为：I总 = 从电动机转速到主轴最小转速之间用虚线连接起来，这虚线斜率即表示总传动比变化趋势。（2）由于电动机转速较高（940r/min），因此传动链始端采用三角皮带传动，传动比为：i1=；末端由于MB106A原系统采用链轮传动，采用传动比为i6=。（3）中间各轴之间的传动比根据速比拟定原则：降速“前慢后快”，级数排列“前多后少”，转速分布“前密后疏”，转速变换“升早降晚”进行分配。转速图如下：各级转速分配如下：i1=1/2.13， i2=1/1.413, i3=1/1.412, i4=1/1.412, i5=1/1.412, i6=1/1.4112.4确定齿轮齿数根据转速分布图进行计算各传动副齿轮的齿数：（见下表）1234567将传动比化为无公因子整数值的分数计算fj+gj之和求fj+gj的最小公倍数升速不大，而降速最大，应用下式求求齿数和2Z0求主动轮齿数求被动轮齿数fj+gjK-10+29=393927820581+2=32652-4+1=51569018721+2=33060 表1 齿轮齿数计算表2.5绘传动系统图对齿轮进行布置与排列，根据变速箱在MB106A中的安装尺寸，选择两个变速组并列排列，无公用齿轮，轴向尺寸为两个变速组轴向尺寸之和。（L8B+2）193 主要零件的设计计算3.1 带传动设计已知：电动机功率P=1.5kW,转速n1=940r/min,变速器输入轴转速n2=437r/min，载荷变动小，每天工作8h，要求结构紧凑。(1)确定V带截型 工况系数 设计功率 Pd =KA P=1.51.1=1.65kW V带截型 根据Pd和小带轮的转速n1来选择 (2)确定带轮直径 小带轮基准直径 验算带速 m/s 大带轮基准直径 dd2=d1=100940/437215mm 传动比 i=dd 2/dd 1=224/100(3)确定中心距及V带基准长度 初定中心距 由0.7(dd1+dd2)a0 2(dd1+dd2)知 226.8a0648要求结构紧凑 初定V带基准长度L0=2a0+/2(dd1+dd2)+( dd1-dd2)2/4a0 =1318.29mmV带基准长度传动中心距 aa0+(Ld-L0)/2=400+(1250-1277.25)/2小带轮包角 1=1800(dd2-dd1)/a57.30 =163.88o(4)确定V带根数 单根V带的基本额定功率额定功率增量包角修正系数带长修正系数 V带根数 Z=Pd/(P1+P1)KakL1.77根(5)带轮结构设计 带轮宽度B=(z-1)e+2f=(2-1)15+210=35 其他结构尺寸的确定参见机械零件设计手册。3.2 传动轴设计(1)各轴的传递功率V带传动效率：0.950.96；滚动轴承传动效率2：0.980.99闭式圆柱齿轮传动效率：0.960.98；开式链传动效率：0.900.92轴：P1= P1=1.50.96=1.44kW轴：P2=P12=1.440.98=1.41kW轴：P3=P23=1.410.98=1.38kW轴：P4=P34=1.380.96=1.33kW轴：P5=P45=1.330.97=1.29kW(2)初估轴径：轴的材料均采用45钢调质处理由公式 其中，根据轴的材料取c=118， P为各轴的输入功率，n为各轴的相应计算转速。轴上有一键槽时，d值相应增大4%-5%；花键轴可将估算值的d值减少7%作为花键轴小径 由已知数据，求得各轴的轴径为：3.3 齿轮模数计算以轴上的齿轮为依据进行计算1 闭式软齿面齿轮传动，小齿轮选用45钢调质，齿面平均硬度240HBS；大齿轮选用45钢正火，齿面平均硬度200HBS。 (1)许用接触应力： 极限应力：Hlim=0.87HBS+380 安全系数： 取 许用接触应力：H= (2)计算小齿轮分度圆直径： 小齿轮转矩：T1=9.55106=9.55106=3.08104N mm齿宽系数： 非对称布置载荷系数： 工作平稳，软齿面齿轮节点区域系数：标准直齿圆柱齿轮传动弹性系数： 材料为钢小齿轮计算直径：= =36.71mm2 确定几何尺寸： 齿数：取Z1=26 Z2 =i Z1=1.41226模数：m=d1 / Z1 =36.71/26=1.38,取标准模数分度圆直径 d=mz 根据模数计算所有齿轮的相关尺寸参数。 其中，为减小箱体尺寸，齿宽采用20mm。3 校核齿根弯曲疲劳强度（1）许用齿根应力 极限应力 Flim =0.7HBS+275安全系数 取许用齿根应力 F =Flim /SF（2）验算齿根应力 复合齿形系数 齿根应力F1 =(2KT1/bd1m) YFS1 F2 =F1 YFS2 /YFS1F1 F1 F20.6774 齿轮模数符合要求3.4 操纵机构设计 (1) 单独操纵机构本变速箱采用两个单独的操纵机构操纵机构1：滑移齿轮1的总移动量L=2b+bK+2K+b1=60mm滑块高度滑块偏移量为a为使滑块不脱离齿轮的环形槽而正常工作，一般要求a0.3h。 取 a=4.5mm摆杆长A=89mm所以摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离AL2/4.8h摆杆的摆角为 操纵机构2：滑移齿轮2的总移动量滑块高度滑块偏移量为a 摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离AL2/4.8h摆杆的摆角为 (2) 操纵机构的定位 采用钢球定位3.5链轮设计链轮齿数确定：设链速 =0.63m/s 取 Z2=iZ1 =1.41118链条节距：初定中心距：a0=40p计算链节数：Lp=( Z1 + Z2 )/2 +2a0/p +(p/a0) (Z2 + Z1 )/22计算额定功率： 工况系数： 小链轮齿数系数：（设链板疲劳） 链长系数：（设链板疲劳） 多排链系数：单排链额定功率 链节距：取 16A实际中心距：分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：其他尺寸参见机械零件设计手册4 主要零件校核4.1 轴承的选择与校核各轴都选择深沟球轴承，采用的轴承代号如下：轴：6304 轴：6304 轴：6205 轴：6208 以轴为依据进行计算：选择 6304系列 该轴上的齿轮分度圆直径为：d1=39mm传递功率P=1.41kW 转速n=437r/min转距: 9.551061.41/437=3.08104NmmFa=2T1/d1=1080.7NFr=Fatg=1080.7tg200=393.3N由于轴承只承受径向载荷，故当量动载荷即为轴承承受的径向载荷：温度系数：载荷系数：寿命指数：球轴承基本额定动载荷：=163107hMB106A变速箱用轴承的额定寿命为：14000-30000h。计算实际使用寿命远大于额定寿命，完全符合要求。4.2 轴的校核 以II轴为计算依据，对轴的强度进行校核该轴上的小齿轮分度圆直径：传递的转矩为：作用在齿轮上的切向力：Ft=2T1/d1 径向力：Fr=Ft tga 法向力：Fx=Ft/cosa (其中 a=20o )轴的材料采用45钢调质水平支反力：FAH=FBH=Ft/2水平面弯矩：MCH= FAH L1垂直面支反力：FBV= (FrL1)/L9 FAV= Fr- FBV垂直面弯矩：MCV=FAVL1 MCV=FBVL2合成弯矩： 转矩计算：T= Ftd/2 由以上数据绘制轴的各面弯矩图和转矩图，并确定危险截面。 由转矩图和弯矩图确定齿轮对称中面处的轴截面为危险截面，应计算其当量弯矩。 或 Me=MC 取两者中大者计算轴径：根据轴的材料，查得轴的抗拉强度b=640MPa对称循环的许用弯曲应力-1w=60MPa由公式 得考虑键槽的影响，该截面轴径应加大4%，则，经与结构设计比较，该截面的计算直径小于其结构设计确定的直径（22mm），故轴的强度符合要求。主要结果KA=1.1Pd=1.65kW选取A型dd1选取 100mm在允许范围dd2=224mmi=2.24a0=400mm取Ld=1400mma=440.855mm1=163.880P1=0.97P1=0.11Ka=0.95KL=0.96取Z=2根B=35mmP1=1.44kWP2=1.41kWP3=1.38 kWP4=1.33kWP5=1.29kWd2=22mmd3=25mmd4=40mmHlim1=589MPa Hlim2=554MPaSH =1.1H1=535MPa H2=504MPaT1 =3.08104N mm=1K=1.4ZH=2.5ZE=189.8Z1=26Z2=52m=1.5d1=39mmd2=78mmb=20mmFlim1=443MPaFim2 =415MPaSF =1.4F1 =316MPaF2 =296MPaYFS1 =4.05YFS2 =4.00F1 =117MPaF2=115MPaKA=1.1KFPnt =0.31KV =1.0269KF =1.226KFa=1.0YFS=4.24Y=0.57m=10nc=437r/minZ1=20FP =539.5MPamFa0.6774L=60mmh=15mma=4.5mm=38oL=60mmh=10mma=2.2mmA=70mm=50oZ1=18Z2=26p=25.40mma0=1016mmLp=103.2mmKA=1.3KZ=0.94KL=1.008KP=1P01.77kWp=25.40mma=1030.7mmd=146mmda=158mmdf=130mmT1=3.08104NmmFa=1080.7NFr=393.3NFp=575Nft=1.0fp=1.5=3C=16103NLh=163107hd1 =30mmT1=3.08104 NmmFt=1.08103 NFr=3.93102 NFx=1.49103NFAH=FBH=5.4102N(L1=105mm)MCH =5.67104NmmFBV=206.3NFAV=1.87102N(L=200mm)(L2=300mm)MCV=-1.96104NmmMCV=1.41104NmmMC=2.58104NmmMC=6.19104NmmT=3.08104NmmMe=6.46104Nmm(=0.6)d17.4mmd18.1mm5 润滑 主轴转速在3001000r/min范围内，传递功率15kW，因此齿轮采用齿轮溅油润滑，选用LAN100全损耗系统油，依靠轴和轴上的大齿轮浸油，来润滑各个齿轮。验算：轴：轴：因此可以采用齿轮溅油润滑。 链传动Pn1160kWr/min，采用手工加油润滑。滚动轴承采用润滑脂润滑，通过挡油环阻止机箱内的油进入轴承腔内，以免污染润滑脂，降低轴承寿命。6 总结通过两个多星期的机械课程设计，我明白了机械设计的过程，弄懂了许多设计过程的细节性问题，帮助我解决了课堂上没有掌握好的机械知识。这次课程设计一开始我就遇到了很多问题，首先是设计说明书的编写格式，各零件的设计与计算，许多公式都是我们没有见过的，需要自己去查找，分析。其次在课程设计的过程中需要大量查阅资料，查找参数，这其实是一个非常艰巨的过程。最后AutoC