機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄摘要- 1第1章緒論3第2章運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)4第3章動(dòng)力計(jì)算9第4章主要零部件的選擇18第5章校核19結(jié)束語(yǔ) 21參考文獻(xiàn)21.摘要設(shè)計(jì)機(jī)床得主傳動(dòng)變速系統(tǒng)吋首先利用傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方 法求出理想解和多個(gè)合理解。根據(jù)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸 功率與轉(zhuǎn)矩特性要求，分析了機(jī)電關(guān)聯(lián)分級(jí)調(diào)速主傳動(dòng)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)原理和方法。從主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)入手，確定最佳機(jī)床主 軸功率與轉(zhuǎn)矩特性匹配方案，計(jì)算和校核相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力 參數(shù)。木說(shuō)明書(shū)著重研究機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)方 法，根據(jù)已確定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)以變速箱展開(kāi)圖的總中心距最小為 口標(biāo)，擬定變速系統(tǒng)的變速方案，以獲得最優(yōu)方案以及較高的 設(shè)計(jì)效率。在機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，

2、為減少齒輪數(shù)目，簡(jiǎn)化結(jié) 構(gòu)，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數(shù)的設(shè)計(jì)方法是試算，湊算法， 計(jì)算麻煩且不易找出合理的設(shè)計(jì)方案。本文通過(guò)對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng) 屮三聯(lián)滑移齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)的分析與研究，繪制零件工作圖與主 軸箱展開(kāi)圖及剖視圖。第一章緒論(-)課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)械系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完木課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè) 計(jì)的綜合性練習(xí)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)課、技術(shù) 基礎(chǔ)課和專業(yè)課的有關(guān)理論知識(shí)，及生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐技能，達(dá)到鞏固、加 深和拓展所學(xué)知識(shí)的目的。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，分析比較機(jī)械系統(tǒng)屮的某些典 型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)；結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并編寫技術(shù)文 件；完成系統(tǒng)主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步

3、驟和方法的口的。通過(guò)設(shè)計(jì)， 掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識(shí) 和設(shè)計(jì)技巧，提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生獲得機(jī)械系統(tǒng) 基本設(shè)計(jì)技能的訓(xùn)練，捉高分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，并為進(jìn)行機(jī) 械系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。(-)課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求1課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)題目：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：nmin=80r/min； nmax=630r/min； z=10 級(jí)；公比為 1.26； 電動(dòng)機(jī)功率p=2.5/3.5kw；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min2技術(shù)要求1. 利用電動(dòng)機(jī)完成換向和制動(dòng)。2 各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。

4、3.進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。iiiiiiivz=11=3ix23x24第二章運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定(1) 轉(zhuǎn)速范圍。rn=nmax = 630/80=7.9nmin(2) 轉(zhuǎn)速數(shù)列。查機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)表2-9標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，首先找到 80r/min.然后每隔3個(gè)數(shù)取一個(gè)值，得岀主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為80r/min. 100 r/min 125r/min 160 r/min > 200 r/min > 250 r/min, 315 r/min, 400 r/min, 500r/min, 630r/min 共 10 級(jí)。(3) 定傳動(dòng)組數(shù)，選出結(jié)構(gòu)式。對(duì)于z=10可按z=12寫出結(jié)

5、構(gòu)式， 并且有一級(jí)速度重復(fù)。即：z=10=3ix23x24o(4) 根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式，畫結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)“前多后少”，“前密后疏”，“升2降4”，“前滿后快”的原則，選取傳動(dòng)方案z=3i x 23 x 24,可知第二擴(kuò)大組的變速范圍r2 = 1.264 = 2.52 < rnmin = 8滿足“升2降4”要求,其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖21 o圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng)(5) 畫轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖如下圖22。1420 cr/min)710<r/min>圖22系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖（6）畫主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫主傳 動(dòng)系統(tǒng)圖如圖23：02001iiiii35 3041533053 7663 68 5

6、7010025/3 臉710/wqr/hiir圖2-3主傳動(dòng)系統(tǒng)圖（7）齒輪齒數(shù)的確定。根據(jù)齒數(shù)和不宜過(guò)大原則一般推薦齒數(shù)和在100 120之間，和據(jù)設(shè)計(jì)要求zmin217,原則。并且變速組內(nèi)取模數(shù)相等，變 速組內(nèi)由機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3-1,根據(jù)各變速組公比，可得各傳動(dòng)比和 齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表2-2。傳動(dòng)比代號(hào)齒數(shù)表2-2齒輪齒數(shù)基本組第一擴(kuò)大組z】z；z2z?z441573563306853531:1.41:1.81:2.31： 1z5 z；30761:2. 52主軸傳動(dòng)件計(jì)算2. 1計(jì)算轉(zhuǎn)速(1) 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速本設(shè)計(jì)所選的是屮型普通車床，所以由機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3-2屮 的公式7_ (尹(

7、h_i)® = %®=80x1.26 3=137. 2r/min 取 160 r/min(2) .傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)速圖上，軸ii在最低轉(zhuǎn)速200r/min時(shí)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)組b的53:53傳動(dòng) 副，得到主軸轉(zhuǎn)速為200r/mino這個(gè)轉(zhuǎn)速高于主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速，在恒功率區(qū) 間內(nèi)，因此軸2的最低轉(zhuǎn)速為該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速即nnj=200/min,同理可求得軸1的計(jì)算轉(zhuǎn)速為n)1=447r/mi n(3) 確定各齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速由機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)可知，一對(duì)嚙合齒輪只需要校核危險(xiǎn)的小齒輪，因 此只需求出危險(xiǎn)小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。在傳動(dòng)組b屮z53在軸iii上具冇 的轉(zhuǎn)分別為200r/min, 350r/mi

8、n, 315r/min, 400/min, 500r/min, 630r/minz 這 六 種轉(zhuǎn)速都在恒功率區(qū)間內(nèi)，即都要求傳遞最人功率所以齒輪z53的 計(jì)算轉(zhuǎn)速為這六種轉(zhuǎn)速的最小值即njz53=200r/min同理可求得其余兩對(duì)嚙合齒輪中危險(xiǎn)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速即,njz30=315r/min rijz30=250r/min2驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過(guò)±10(0)1)%,目卩|實(shí)際轉(zhuǎn)速n'標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n| 10(1)%標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n=80r/min時(shí)，其實(shí)際轉(zhuǎn)速n'=447 x 30/68 x 30/76=78.85r/min(80

9、-78.85) / 80=1. 4% <10(1. 26-1) %=2. 6%因此滿足要求。同理口j得各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差如表n 80100125160200250315400500650n 7999.78125.34160.65199.58251.72315400500630誤 1.44%0.28%035%0.43%0.25%0.37%0000差各級(jí)轉(zhuǎn)速都滿足要求，因此不需要修改齒數(shù)。第三章動(dòng)力計(jì)算1主軸傳動(dòng)軸宜徑初選（1）主軸軸徑的確定在設(shè)計(jì)初期，由于主軸的結(jié)構(gòu)尚未確定，所以只能根據(jù)現(xiàn)有的資料 初步確定主軸直徑。由機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)表4-9初選取前軸徑 di=75mm,后軸頸的軸徑為前軸徑,所以d

10、2=（0.70.85）di=60mm。（2）傳動(dòng)軸直徑初定傳動(dòng)軸直徑按文獻(xiàn)5公式（6）進(jìn)行概算式中d-傳動(dòng)軸直徑(mm)ntn該軸傳遞的額定扭矩(n*mm)t=9550000x；njn該軸傳遞的功率(kw)”廠一該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速訥-該軸每米長(zhǎng)度的允許扭轉(zhuǎn)角，0ho.5°l°。取=0.5°n° = q=2.5/3.5kw,驗(yàn)算 3.5kw。x0.96 = 3.36/rvvn2 = p2=p x0.995x0.97 = 3.24kwn3 = p.=鬥 x 0.995x0.99 = 39kw軸 i ： ti =9550000x3.36/447=71785(n.m

11、m)% =1.64xj =31 92mm取35mm軸 ii： th = 9550000x3.24/200 =154710 (n.mm)du =1.64x4/ 54710 =38.68mm 取40mmv 0.52齒輪參數(shù)確定、齒輪應(yīng)力計(jì)算(1) 齒輪模數(shù)的初步計(jì)算般同一組變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最小的齒輪， 按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度由文獻(xiàn)5公式(8)進(jìn)行計(jì)算：i(“ + 嘰叫 =163383i；式中： -按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)(訕)；nd -驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率(k爐)；計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min);“-大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比/z>l,外嚙合，取正值；乙-小齒輪齒數(shù)；弘-齒寬系

12、數(shù)9(pm =b/mb為齒寬，用為模數(shù))，(pm = 610,取& -許用接觸應(yīng)力(mpa),查文獻(xiàn)177頁(yè)表4-7知=6()0mpajj為了不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，并且考慮到軸的直徑，防止在裝配 時(shí)干涉，對(duì)齒輪的模數(shù)作如下計(jì)算和選擇：（討 x3.5m=16338x3軸i -軸ii:以最小齒輪齒數(shù)30為準(zhǔn)6o=2. 778x302xx6502x44730g + x.5m二16338x3軸ii-軸iil以最小齒輪齒數(shù)30為準(zhǔn)76二2. 948x302xx6502x20030(2)齒輪參數(shù)的確定計(jì)算公式如下：分度圓直徑d = mz齒頂圓直徑da=d + 2h：m = d + 2m齒根圓真徑心&qu

13、ot;-2宀+沏=2血 齒寬 =©宀二6"。取佑二8由已選定的齒數(shù)和計(jì)算確定的模數(shù)，將各個(gè)齒輪的參數(shù)計(jì)算如下表(2)基本組齒輪計(jì)算?；窘M齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表齒輪z1zrz2z2、z3z3、齒數(shù)415735633068分度圓直徑12317110518990204齒頂圓直徑12917711119596210齒根圓直徑115.5163. 597.5181.582.5196. 5齒寬252525252525按基本組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40c1，調(diào)質(zhì)處理，碩度241hb 286hb,平均取260hb,大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229hb 286hb,平均取240hbo計(jì)算如下:

14、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為(72088x10*zmalubn /(mpa) <彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為:191x10皿2心屮zm2byn(mpa)<aw式屮n傳遞的額定功率(kw),這里取n為電動(dòng)機(jī)功率，n=3. 5kw;nf計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min).勺=150 (r/min);m 初算的齒輪模數(shù)(mm) , m=3 (mm);b齒寬(mm) ;b=25 (min);z小齒輪齒數(shù)；z=40;u小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)z比,u=2;ks 壽命系數(shù);k產(chǎn)陷kn心kq陷一工作期限系數(shù)；齒輪工作期限，這里取t=15000h.;nx齒輪的最低轉(zhuǎn)速(r/min),蝕=150 (r/min)

15、c。-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取co = 107 ,彎曲載荷取 co=2xlo6m疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m二3；彎曲載荷取m二6;轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，取k=0.60kn-功率利用系數(shù)，取心=0.78 £ 一材料強(qiáng)化系數(shù),k(=0.60k3工作狀況系數(shù)，取心=1心一動(dòng)載荷系數(shù)，取心=1齒向載荷分布系數(shù)，k嚴(yán)1y齒形系數(shù)，y=0.386；bj許用接觸應(yīng)力(mpa)，杳表，取crj=650 mpa；crj許用彎曲應(yīng)力(mpa),查表47,取crj=275 mpa；根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：5=635 mpa < crjq=78 mpa< %(3) 擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。擴(kuò)大組齒輪

16、幾何尺寸見(jiàn)卜表齒輪z4z4z5z5'齒數(shù)53533076分度圓直頂圓直徑16516596234齒根圓直徑151.5151.581.5220. 5齒寬25252525按擴(kuò)大組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度241hb 286hb,平均取260hb,大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，碩度229hb 286hb,平均取 240hbo同理根據(jù)基本組的計(jì)算，查文獻(xiàn)，可得 k”=0.62, 心=0.77, k廠0.60,心=1.1,k? = l, k=l, m=3.5, ©=355；可求得：5=619 mpa < crj久= 135mpas(rj3帶

17、傳動(dòng)設(shè)計(jì)定v帶型 號(hào)和帶 輪直徑工作情 況系數(shù).計(jì)算功 率.由機(jī)械設(shè)計(jì)表3. 5查的ka=1.1吒= 3.85kwpc = k.qp = 1.1 x3.5 = 3.85kw(3).選帶型 號(hào)a型根據(jù)參考圖3. 16及表3. 3選帶型及小帶輪肓徑取 d = 100mm(4) 小帶輪 直徑.(5).大帶輪 直徑.d2 = ( 1 - e )沁=(1 - 0.01 )取 d2 = 160mm(6)驗(yàn)算帶x1 .6x1 00= 159mm按表3.3取標(biāo)準(zhǔn)值.兀3.14x100x710 -.滿足要求v j.速60x100060x1000帶 算 計(jì)長(zhǎng)初取 屮心距.0.7(di+d2)waw2(di+d2)

18、= > 182waw520°()= 350mm(2).計(jì)算 帶.基準(zhǔn)長(zhǎng)s = 2a + £ (0 + 2) +： q)= 111024ald= 120mm度.按表3.2取標(biāo)準(zhǔn)值.計(jì)算 實(shí)際中心a =務(wù) + =355mma=355mm距0 2(4)確定 中心距 調(diào)整范 圍amax=a+0.03ld=388.6 amin=a-0.015 ld=3 38.2n375x0一 q2一 2 4o 5 co u1 -;?根 帶 求數(shù)39 o = kp0 率 功 定39 o 尸119 o-k-511o-確根 17-h-tt 3 v z(x±?一 j2+xiz-5 .2zk

19、空005-z 數(shù)-4 z= 取o11 o=求軸上 載荷01-2nsi 班 2一一26.611力2川力 (2軸賊4主軸合理跨距的計(jì)算設(shè)機(jī)床最大加工回轉(zhuǎn)直徑為0400mm,電動(dòng)機(jī)功率 p=3.5kw,，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為160r/mino己選定的前后軸徑為：di=75mm, d2=(0.70.85)di=60mm,定懸伸量a= 120mm,主軸孔徑為30mm。軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩tni =955xl04x = 190403 (n.mm)設(shè)該車床的最大加工直150徑為300mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經(jīng)濟(jì)加工直徑約為最大回 轉(zhuǎn)直徑的50%,這里取60%,即180mm,故半徑為0. 09m；

20、 切削力(沿 y 軸)fc=203.096/0.09=2256n背向力(沿 x 軸)fp=0.5 fc=1128n總作用力f=2+f/=2522.28n此力作用于工件上，主軸端受力為f=2522.28n。先假設(shè)l/a=2, i=3a=240mm«前后支承反力ra和rb分別為ra=fx 2522.28 x 120 +240-3783.42ni240rb=fx-=2522.28 x =1261.14ni240根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)得：kr=3.39fr01 la08 (zz)09 cos1%得前支承的剛 度：ka= 1689. 69 wpm ；心=785.57 n/如；1689 69 =2.1

21、5kb 785.57主軸的當(dāng)量外徑dc=(80+60)/2=70mm,故慣性矩為 /x(0070034)=酥 xiowei= 2.1x10««x113 8x10-=0141689.69x0.1? x10&查機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 得 仏=2.0,與原假設(shè)接近，所以最佳跨距/o=12ox a2.0=240mm合理跨距為(0.75-1.5) /0,取合理跨距l(xiāng)=360mmo根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，主軸的實(shí)際跨距大于合理跨距，因此需要采取措施 壇加主軸的剛度，壇大軸徑：前軸徑d=62mm,后軸徑d=55mmo后支承 采用背對(duì)背安裝的角接觸球軸承。第四章 主要零部件的選擇3.5選擇電動(dòng)機(jī),

22、軸承，鍵和操縱機(jī)構(gòu)3. 5. 1電動(dòng)機(jī)的選擇：轉(zhuǎn)速n = 710/1420r/min,功率p = 3. 5/5kw選用y系列三相異步雙速電動(dòng)機(jī)3. 5. 2軸承的選擇：(軸承代號(hào)均采用新軸承代號(hào))i軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號(hào) 7007c另一安裝端角接觸球軸承代號(hào)7008cii軸：對(duì)稱布置角接觸球軸承代號(hào)7008c屮間布置角接觸球軸承代號(hào)7010ciii軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7015c 另一安裝端角接觸球軸承代號(hào)7010c 中間布置角接觸球軸承代號(hào)7012c3. 5. 3 單位(mm)i軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格：bx hxl=8 x7x40安裝齒輪處選擇花鍵規(guī)格：nx

23、 dxd xb =8x36x42x7ii軸選擇花鍵規(guī)格：nx dxd xb =8x42x48x8iii軸選擇花鍵規(guī)格：nx dxd xb =8x62x72x123. 5. 4變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇：選用左右擺動(dòng)的操縱桿使其 通過(guò)桿的推力來(lái)控制i i軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián) 滑移齒輪。第五章 校核一 ii軸剛度校核（1） ii軸撓度校核單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計(jì)算： m-171.39也牡廠）<刃l(wèi)-兩支承的跨距；d軸的平均直徑；x=/l；勺-齒輪工作位置處距較近支承點(diǎn)的距離；n-軸傳遞的全功率；校核合成撓度乙=収2+丫：-2丫/小0 <yya -輸入扭距齒輪撓度；yb輸出扭距齒輪撓度（3 3 2（q + p）；s -被演算軸與而后軸連心線夾角；<5=144° 嚙合角。=20° ,齒而摩擦角p=5.72° o 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：兒2=0.026； yr/3 =0.084；兒=0.160；y/?5 =0.205；=0.088； yh（ =0.025 <>合成撓度丫人=j兒j +幾5? 2兒*5 cos0 =0.238 查文獻(xiàn)