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题目23-分级变速主传动系统的设计【减速器变速箱课程设计类全套】
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23
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题目23-分级变速主传动系统的设计【减速器变速箱课程设计类全套】,题目,23,分级,变速,传动系统,设计,减速器,变速箱,课程设计,全套
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1 宁 学 课程 设计 (论文 ) 分级变速主传动系统设计 （题目 23） 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 算转速的计算 . 17 轮模数计算及验算 . 17 动轴最小轴径的初定 . 21 轴合理跨距的计算 . 22 第 4 章 主要零部件的选择 . 23 5 动机的选择 . 23 承的选择 . 23 的规格 . 23 速操纵机构的选择 . 23 第 5 章 校核 . 24 度校核 . 24 承寿命校核 . 25 第 6 章 结构设计及说明 . 25 构设计的内容、技术要求和方案 . 25 开图及其布置 . 26 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 23：分级变速主传动系统设计 技术参数： 0r/00r/ Z=11 级；公比为 动机功率 P=机转速 n=710/1420r/ 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=0900=10= 1Z 速数列 查 1表 先找到 90r/然后每隔 3 个数取一个值（ ，得出主 轴的转速数列为 90 r/112r/140 r/180/224 r/280 r/355 r/50r/560r/710 r/900 r/ 11 级。 定结构式 对于 Z=11 可以按照 Z=12， 实现 12 级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合： 12 3 4 12 4 3 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3 12=2 3 2。 在上列两行方案中，第一行的方案有时可以节省一根传动轴， 缺点是有一个传动组内有四个传动副。如用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，操纵机构必须互锁以防止两个双联滑移齿轮同时 啮合 ，所以少用。 根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案 12 3 2 2 是可取的。但是，由于主轴换向采用双向离合器结构，致使 轴尺寸加大，此方案也不宜采用，而应选用方案 12 2 3 2。 定结构网 12=2 3 2 的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有以下 6 种形式： A、 12=21 32 26 B、 12=21 34 22 C、 12 =23 31 26 D、 12=26 31 23 E、 12=22 34 21 F、 12=26 32 21 分级变速主传动系统设计论文 9 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 Z=12=23 31 26 其结构网如图 2已知该题设选用电机为二级调速电机，其分摊了0的 2 个级别的变速。 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。 据设计要求 1820,齿数和 100 120，由表 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 2 表 2 齿轮齿数 传动比 基本组 第一扩大组 1:1 1： 1 1： 号 Z1 Z2 Z3 4齿数 28 44 32 40 36 36 60 60 29 91 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( 选一种情况计算 分级变速主传动系统设计论文 12 对 00r/际转速 4201601036366060= 则有 900 = 因此满足要求。 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 900 710 560 450 355 280 n 差 n 224 180 140 112 90 n 误差 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=速 10/1420r/50/900r/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 . 5 3 . 8 5 k e P k W 择带型 普通 机械设计 3 11选取。 根据算出的 1420r/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 21211420 = 1 . 5 8 , = 1 0 0 1 . 5 8 = 1 5 8 m 所 以 由 机械设计 3得260级变速主传动系统设计论文 15 误差验算传动比：21160= 1 . 6 3(1 ) 1 0 0 (1 2 % )d 误（ 为弹性滑动率） 误差111 . 6 3 1 . 61 0 0 % 1 0 0 % 2 % 5 %1 . 6 误 符合要求 带速 1 1 0 0 1 4 2 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=3，则 1a 1 7 1 . 8 12 s i n = 2 3 1 3 8 . 5 8 s i n N = 8 2 9 . 3 3 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 54r/ 取 140 r/ （ 2） 确定各传动轴的计算转速。轴共有 3级转速： 180 r/250 r/355 r/经传动副 Z6传动主轴，则只有 355r/递全功率；若经传动副 Z5传动主轴，全部传递全功率，其中 180r/ 故其计算转速 n j=180 r/ 轴有 1级转速，且都传 递全功率，所以其计算转速 n j=500 r/计算转速入表 3 表 3各轴计算转速 （ 3） 确定齿轮副的计算转速。齿轮 Z6装在主轴上并具有 45 3级转速，其中只有 90r/ Z6j=90 r/ 齿轮 上，有 180r/ 3 级转速，但经齿轮副 Z6传动主轴，则只有 355r/ 55r/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 00 500 180 355 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）； 轴 号 轴 轴 轴 计算转速 r/50 280 140 分级变速主传动系统设计论文 18 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 63383 221 )1( =163383 22 =合齿轮的模数标准，取标准值 m=3 （ 3）扩大组的齿轮参数计算 63383 221 )1( =163383 22 906 5 =合齿轮的模数标准，取标准值 m=4 如表 3示。 表 3模数 （ 2） 基本组齿轮计算 。 基本组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 齿数 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿宽 28 84 90 4 Z1 44 132 138 4 32 96 102 4 Z2 40 120 126 4 08 114 4 Z336 108 114 4 组号 基本组 扩大组 模数 3 4 分级变速主传动系统设计论文 19 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 这里取 N=r/. 30（ r/; , m=3（ ; ;B=25（ ; z=19; u= K 里取 T=15000h.; 1n r/ 0触载荷取0C= 710 ，弯曲载荷取0C= 6102 接触载荷取 m=3；弯曲载荷取 m=6; 分级变速主传动系统设计论文 20 【 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 。 扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 4 5 齿数 29 91 60 60 分度圆直径 116 364 240 240 齿顶圆直径 124 372 248 248 齿根圆直径 106 354 230 230 齿宽 32 32 32 32 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 分级变速主传动系统设计论文 21 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 号 轴 轴 最小轴径 25 30 45 分级变速主传动系统设计论文 22 轴合理跨距的计算 由于电动机功率 P=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=95509550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 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 分级变速主传动系统设计论文 23 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 转速 n 710/1420r/率 P 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 对称布置 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 24 第 5 章 校核 度校核 （ 1） 轴挠度校核 单一载荷下，轴中心处的挠度采用文献 【 5】 中的公式计算： : nD 433 1 X=； 校核合成挠度 c o )(2 ； =144 啮合角 =20 ，齿 面摩擦角 =。 代入数据计算得：2 5 合成挠度 c =文献 【 6】 ，带齿轮轴的许用挠度 y =5/10000*L 即 y = 因合成挠度小于许用挠度，故轴的挠度满足要求。 （ 2） 轴 扭转角的校核 传动轴在支承点 A， B 处的倾角 , 可按下式近似计算： r a 分级变速主传动系统设计论文 25 将上式计算的结果代入得： r 0 0 5 由文献 【 6】 ，查得支承处的 = 轴的转角也满足要求。 承寿命校核 由 轴 最小轴径可取轴承为 7008轴承 ,=3； P=1， Y=0。 对 轴受力分析 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。 分级变速主传动系统设计论文 26 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。 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
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