1分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)解析

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1、哈爾濱理工大學(xué) 機(jī)械系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 第7頁(yè) 共15頁(yè) 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 題 目: 院、 系: 班 級(jí): 姓 名: 學(xué) 號(hào): 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 機(jī)械動(dòng)力工程學(xué)院 機(jī)械09-3 段鐵群 指導(dǎo)教師： 系主任: 2012年8月29日 摘要 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)內(nèi)容有理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算，圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)和技 術(shù)文件編制三部分組成。 1、 理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算： （1） 機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案的分析，最佳功能原理方案的確定。 （2） 根據(jù)總體設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算。 （3） 根據(jù)設(shè)計(jì)方案和零部件選擇情況

2、，進(jìn)行有關(guān)動(dòng)力計(jì)算與校核。 2、 圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)： （1） 選擇系統(tǒng)中的主要組件。 （2） 圖樣的設(shè)計(jì)與繪制。 3、 編制技術(shù)文件： （1） 對(duì)于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 （2） 編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 關(guān)鍵詞 分級(jí)變速；傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)副，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式，齒輪模數(shù)，傳動(dòng) 比，計(jì)算轉(zhuǎn)速 目錄 一、 課程設(shè)計(jì)目的 4 二、 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 4 三、 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 4 1. 確定極限轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速數(shù)列，結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 4 2. 主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 4 3. 確定變速組齒輪齒數(shù)，核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 6 四、 動(dòng)力計(jì)算 .7

3、 1?傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 7 2. 傳動(dòng)軸和主軸的軸徑設(shè)計(jì) 7 3. 計(jì)算齒輪模數(shù) 8 4. 帶輪設(shè)計(jì) 9 五、 主要零部件選擇 10 六、 校核 10 七、 結(jié)束語(yǔ) 14 八、 參考文獻(xiàn) 14 一、 課程設(shè)計(jì)目的 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完本課程后，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)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)中的某些典型結(jié)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(xiě)技術(shù)文件； 完成系統(tǒng)主轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

4、步驟 和方法的目的。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，提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。 二、 課程設(shè)計(jì)題目，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求分級(jí)、 分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：技術(shù)參數(shù)： Nmin=35.5r/min，Nmax=800r/min, Z=8級(jí)，公比為1.41 ;電動(dòng)機(jī)功率 P=3KW電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 三、 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1. 確定極限轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速數(shù)列，結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 （1）確定極限轉(zhuǎn)速，公比、變速

5、級(jí)數(shù) Nmi n=45r/min ,Nmax=710r/mi n; =1.41; z=9 ⑵轉(zhuǎn)速數(shù)列： 45r/mi n63r/mi n,90r/mi n,125r/mi n,180r/mi n,250r/mi n,255r/mi n, 500r/min,710r/min,共 9 級(jí) （3） 確定極限轉(zhuǎn)速： Rn=Nmax/Nmi n=710/45=15.6 （4） 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 （1） 寫(xiě)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式：主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z=9.結(jié)構(gòu)式9=31X33 （2） 畫(huà)結(jié)構(gòu)網(wǎng)： 2?主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 選擇電動(dòng)機(jī)：采用丫系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)繪制轉(zhuǎn)速圖

6、 轉(zhuǎn)速圖: 傳動(dòng)系統(tǒng)圖: ￡144 C71 3.計(jì)算齒輪齒數(shù) (1) 、查機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)書(shū) 表3-1基本組齒數(shù)： 基本組： Z1=38，Z1'=76 Z2=30, Z2 '=84 Z3=23, Z3 '91 擴(kuò)大組： Z1=66， Z1'=33 Z2=41， Z2' =58 Z3=20， Z3 '=79 實(shí)際傳動(dòng)比所造成主軸轉(zhuǎn)速誤差 <10(

7、力計(jì)算 1傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 （1）傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 n = nmin Rn0 ' =45 1.410 ' =89.77 ： 90r/min 取主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj 90r / min 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下: 軸 序 號(hào) 電動(dòng)機(jī)（0） I軸 II軸 計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/mi n 1440 710 180 最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下 齒輪序號(hào) I II 計(jì)算轉(zhuǎn)速 710r/mi n 355r/mi n 選用齒輪精度為7級(jí)精度 2. 傳動(dòng)軸和主軸的軸徑設(shè)計(jì) 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

8、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=80mm，后軸頸的 軸徑為前軸徑d2=64mm （2）傳動(dòng)軸直徑初定 傳動(dòng)軸直徑按文獻(xiàn)⑸公式（6）進(jìn)行概算 7 第8頁(yè) 共15頁(yè) 式中 d---傳動(dòng)軸直徑（mm） Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000 N nJ N----該軸傳遞的功率（KW） 哈爾濱理工大學(xué) 機(jī)械系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) nj ----該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 抄」該軸每米長(zhǎng)度的允許扭轉(zhuǎn)角，I 1=0.5°~1°。 取丨.1= 0.50 N0 = P0 =4Kw,驗(yàn)算4Kw。 Ni=3.61kw

9、, n=710r/mi n, =0.65 N2=3.50kw, n=180r/mi n, =0.65, 軸 I : dt=1.64<4f85568 =26.85mm 取27mm 1 V 0.5 軸 H： 血=1.64 彳2囂80 =37.86mm 取38mm (2) 主(川)軸軸頸直徑確定： 查表選擇主軸前端直徑D1=80mm,后端直徑D2=64mm 材料：45鋼。熱處理：調(diào)治Hre22-28 3. 計(jì)算齒輪模數(shù)及尺寬，分度圓直徑 (1)計(jì)算齒輪模數(shù) (1)計(jì)算齒輪模數(shù) 第19頁(yè) 共15頁(yè) (1) 45鋼,整體淬火，[匚j]=585MPa; (2) 按接觸疲勞計(jì)算

10、齒輪模 數(shù)m mj =16338 .= (u _1)Nd mZiU【G ] nj mm Nd 一驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率(KW); nj 一齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min) u -大小齒輪齒數(shù)比；：m =6?10;Z1 一小齒輪齒數(shù) 1 U =■ Z1/Z1—3.96; nj =710r/min = 2.76mm 取 m1 =3mm =4mm;取 m2 =4mm ' (3.96+1)x4 mij=163383 2 2 \ 8 疋23 匯 396 疋 585 疋 710 2 U =Z2/Z2‘=3.95; nj =180r/min mj =163383 2(3.95 1) 42

11、漢20 匯3.95 漢585 漢 180 取 m12 =4mm (2)計(jì)算齒輪分度圓及尺寬 基本組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表 齒輪 Z1 Z1' Z2 Z2' Z3 Z3' 齒數(shù) 38 76 30 84 23 91 分度圓直徑 114 228 90 252 75 279 齒頂圓直徑 120 234 96 258 75 279 齒根圓直徑 106.5 220.5 82.5 244.5 61.5 265.5 4. 帶輪設(shè)計(jì) (1) 確定計(jì)算功率： P=4kw,K 為工作情況系數(shù)，查表取 K=1.2, pd=kAP=1.2

12、x4=4.8kw (2) 選擇V帶的型號(hào)： 根據(jù)pd,n1=1440r/min查表選擇 A型V帶d 1=90mm (3) 確定帶輪直徑d1,d2 小帶輪直徑d1=90mm 驗(yàn)算帶速 V =「：d1 m/(60x1000)=二 x90x1440/(60x1000)=6.78m/s 從動(dòng)輪直徑 d2=rhd1/n 2=1440x90/710=179.85mm取 d2=180mm 計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比i=d 2/d 1=180/90=2 相對(duì)誤差： 1( i 0-i ) /i 0 | = | (1440/710-2)/(1440/710) | =1.4%<5%合格 (4) 定中心矩a和

13、基準(zhǔn)帶長(zhǎng)Ld [1]初定中心距a。 0.7(d "2)乞 ao 乞2(d1+ck)) 175 乞 a。乞 500 取 ao=365mm [2]帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ?2x365+二/2(90+180)+(180-90) 2 /4x365 ~ 1159mm 查[1]表 3.2 取 Ld0=1120mm [3] 計(jì)算實(shí)際中心距 a ?a°+(Ld-Ld °)/2=365+(1120-1159)/2=345mm [4] 確定中心距調(diào)整范圍 a max=a+0.03Ld=345+0.03x1120=378.9mm a min =a-0.015Ld=345+0.015x1120=327

14、.8mm (5) 驗(yàn)算包角： :仁 180° - (d2-d1) /ax57.30=180 ° -(180-90)/345x57.30=166.3>120 (6) 確定V帶根數(shù)： 確定額定功率：P。 由查表并用線性插值得 R=0.98kw 查表得功率增量△ R=0.17kw 查表得包角系數(shù)K =0.96 查表得長(zhǎng)度系數(shù)K=0.91 確定帶根數(shù)：Z-Pd/(P0+ △ P0)K ： K=4.4/[(0.98+0.17)x0.96x0.91]=4.38 取 Z=5 五、主要零部件選擇 5.1電動(dòng)機(jī)的選取 轉(zhuǎn)速 n=1440r/min ,功率 P=4KW 選用丫系列三相異步

15、電動(dòng)機(jī)。 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, 另一邊安裝角接觸球軸承代號(hào) 7008G H軸：對(duì)稱布置角接觸球軸承代號(hào) 7008C 中間布置交界處球軸承代號(hào) 7010C 皿軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號(hào) 7015C 另一邊安裝角接觸球軸承7010C 2.鍵的選取 I軸：安裝帶輪處選平鍵：8 x 7x 40 安裝齒輪處選擇花鍵：8x 36x 42x 7 H軸：安裝齒輪選擇平鍵：8 x 8 x 42 安裝滑動(dòng)齒輪處選擇花鍵：8x 36x 42 x 7 皿軸：安裝齒輪選擇平鍵：8 x 12x 62 六、校

16、核 1齒輪校核 齒輪 Z1 Z1' Z2 Z2' Z3 Z3' 齒數(shù) 38 76 30 84 23 91 分度圓直徑 114 228 90 252 75 279 齒頂圓直徑 120 234 96 258 75 279 齒根圓直徑 106.5 220.5 82.5 244.5 61.5 265.5 直角圓柱齒輪的應(yīng)力驗(yàn)算公式: 接觸應(yīng)力驗(yàn)算 2088 103( u—OQKqKsKsN Z m uBnj (MPa)盯二 j] 彎曲應(yīng)力驗(yàn)算 _ 191x105KiK2K3KsN 二 w_ 2

17、 Zm BYnj (MP^kw] ；「j =1000Mpa;；「w =320Mpa N -額定功率； —傳動(dòng)效率；m—齒輪模數(shù) B —齒寬；Z —小齒輪齒數(shù)；u—大小齒輪齒數(shù)之比 Ks—壽命系數(shù)；Ks_ KtKnK n Kq Kt -工作期限系數(shù)；Kt _m60n1T V C0 T -齒輪在工作期限的總工 作時(shí)間h;TS = 15000 ~ 20000 T =TS/P(P為傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)) 接觸載荷Co_107;彎曲載荷Co_2 106； 接觸載荷m_3;彎曲載荷m_6; Kt -轉(zhuǎn)速?gòu)澢禂?shù)；Kn —功率利用系數(shù)；Kq —材料強(qiáng)化系數(shù) (1) I軸一II軸小齒輪的

18、強(qiáng)度校核 Z = 23;u ;m=3;B 二 m m = 24;nj=710r/min 91 K1 =1.21 〒 TS 15000 T = P 2 =750° 1接觸應(yīng)力校核：Kt =m60n1T =3.69 T \ Co Kn = 0.83; K n = 0.58; Kq = 0.64; Ks = 0.89 ,(u DQKzK’KsN =269.46Mpa ：： 585MPa.合格 3 2088x10 Z

19、m uBnj 2彎曲應(yīng)力校核：心=呵竺丄=2.34 V Co Kn =0.83;Kn =0.78;Kq =0.77;Ks =1.11； Y =0.395 5 CW= 191 ￡ =11.89Mpa ：： 267.93MPa.合格 nr. — Zm2B Ynj ⑵II軸一HI軸小齒輪的強(qiáng)度校核 79 泊 Z =20;u ; m = 4.5; B = m m = 36; nj =180r/min 20 j K2 =1.21 2 二7500 丁 TS 15000 T 二 P 1接觸應(yīng)力校核：Kt "60n1T =3.69 \ Co Kn = 0.83; K

20、n = 0.58; Kq = 0.64; Ks =0.9 2088 103 '(u 1)K1K2K3KsN Zm uBnj cj 1 2 3 S 554.23MPa :: 585MPa 合格 = 2.34 2彎曲應(yīng)力校核：Kt = m 60n1T V Co Kn =0.85;Kn =o.78;Kq =0.77;Ks =1.11； Y =0.395 5 Zm2B Ynj ；「W=191 ￡ Yfj&KsN =15.92Mpa : 344.86MPa 合格 2 、主軸彎曲剛度校核 (1)主軸剛度符合要求的條件如下： a主軸的前端部撓度 ys % y］二0.0002 52

21、5 = 0.105 b主軸在前軸承處的傾角二空容許值［習(xí)軸承- 0.001rad c在安裝齒輪處的傾角 "乞容許值［可齒乞0.001rad (2)計(jì)算如下： 前支撐為雙列圓柱滾子軸承，后支撐為角接觸軸承架立放圓柱滾子軸承跨距 L=216mm. D1 D2 80 60 當(dāng)里外徑 de= = 72mm 2 2 主軸剛度： 因?yàn)閐i/de=25/72=0.29<0.7所以孔對(duì)剛度的影響可忽略; ,_3 104 (de4-di4) ks= 2~ aA (l a) 3 1 04 ( 0.72 4 - 0.0254) 0.122 (216 120) 10” =2.21kN/

22、mm 剛度要求：主軸的剛度可根據(jù)機(jī)床的穩(wěn)定性和精度要求來(lái)評(píng)定 3、軸承校核 I軸選用的是深溝球軸承軸承 6006其基本額定負(fù)荷為13.0KN 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值n=100r/mi n,所以齒輪越小越靠近軸承，對(duì)軸承的要 求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對(duì)I軸未端的軸承進(jìn)行校核。 齒輪的直徑 I軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 d=114 T =955$ n 2 T=9550 84 =341Nmm = 312 F=2T= 682 =38.1 齒輪受力 d 84 n 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷， 又由于

23、不受軸向力，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》 查表得fp 為1.0到1.2，取fp J。，則有: R = fpXR =1.0 312 =312 K| 軸承的壽命 因?yàn)镻1 P2，所以按軸承1的受力大小計(jì)算: 106 C 60~n(P 106 60 1 0 1 6 2 O3O =3800000 7 故該軸承能滿足要求 4 .潤(rùn)滑與密封 主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤(rùn)滑，一般常用單獨(dú)的油管將油引到軸承處 主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種： 1 ）密封圈 加密封裝置防止油外流。。 2）疏導(dǎo)一一在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐罚褂湍茼樌亓骰氐接拖洹? 七、

24、結(jié)束語(yǔ) 1、 本次課程設(shè)計(jì)是針對(duì)《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》專業(yè)課程基礎(chǔ)知識(shí)的一次綜合性應(yīng) 用設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)用了《機(jī)械制圖》、《機(jī)械原理》、《工程力學(xué)》等。 2、 本次課程設(shè)計(jì)充分應(yīng)用了以前所學(xué)習(xí)的知識(shí)，并應(yīng)用這些知識(shí)來(lái)分析和解決 實(shí)際問(wèn)題。 3、 本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步掌握了一般設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)切入點(diǎn)，同時(shí)對(duì)機(jī)械 部件的傳動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力計(jì)算也提高了應(yīng)用各種資料和實(shí)際動(dòng)手的能力。 4、 本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步規(guī)范了制圖要求，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能。 5、 本次課程設(shè)計(jì)由于學(xué)習(xí)知識(shí)面的狹窄和對(duì)一些概念的理解不夠深刻，以及缺 乏實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，使得設(shè)計(jì)黨中出現(xiàn)了許多不妥和錯(cuò)誤之處，誠(chéng)請(qǐng)老師給予 指正和教導(dǎo)。 八、參考文獻(xiàn) 【1】、段鐵群主編 【2】、于惠力主編 【3】、戴曙主編 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》科學(xué)出版社第一版 《機(jī)械設(shè)計(jì)》科學(xué)出版社第一版 《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社 【4】、戴 曙 主編 《金屬切削機(jī)床》 機(jī)械工業(yè)出版社 第一版 【4】、趙九江 主編 《材料力學(xué)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 第一版 【6】、鄭文經(jīng)主編 【7】、于惠力主編 《機(jī)械原理》高等教育出版社第七版 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社