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哈爾濱理工大學(xué)
課 程 設(shè) 計
題 目：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計
院 、 系：機(jī)械動力工程學(xué)院
班 級：機(jī)械
姓 名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
摘 要
《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計內(nèi)容有理論分析與設(shè)計計算，圖樣技術(shù)設(shè)計和技術(shù)文件編制三部分組成。
1、理論分析與設(shè)計計算：
（1）機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計。設(shè)計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。
（2）根據(jù)總體設(shè)計參數(shù)，進(jìn)行傳動系統(tǒng)運(yùn)動設(shè)計和計算。
（3）根據(jù)設(shè)計方案和零部件選擇情況，進(jìn)行有關(guān)動力計算與校核。
2、圖樣技術(shù)設(shè)計：
（1）選擇系統(tǒng)中的主要組件。
（2）圖樣的設(shè)計與繪制。
3、編制技術(shù)文件：
（1）對于課程設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行自我技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價。
（2）編制設(shè)計計算說明書。
關(guān)鍵詞 分級變速；傳動系統(tǒng)設(shè)計,傳動副，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式，齒輪模數(shù)，傳動比，計算轉(zhuǎn)速
目錄
摘 要 2
目錄 3
一、課程設(shè)計目的 4
二、課程設(shè)計題目，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求分級、 4
三、運(yùn)動設(shè)計 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.主傳動轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 6
3.計算齒輪齒數(shù) 7
四、動力計算 9
1.傳動件的計算轉(zhuǎn)速 9
2.傳動軸和主軸的軸徑設(shè)計 9
3.計算齒輪模數(shù)及尺寬，分度圓直徑 10
4.帶輪設(shè)計 11
五、主要零部件選擇 13
1.軸承的選取 13
2.鍵的選取 13
六、校核 14
1.齒輪校核 14
2 .主軸彎曲剛度校核 16
3.軸承校核 16
4.潤滑與密封 16
七、結(jié)束語 17
八、參考文獻(xiàn) 17
一、課程設(shè)計目的
《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是在學(xué)完本課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計的綜合性練習(xí)。通過課程設(shè)計，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的有關(guān)理論知識，及生產(chǎn)等實踐技能，達(dá)到鞏固，加深和拓展所學(xué)知識的目的。通過課程設(shè)計，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，進(jìn)行設(shè)計計算并編寫技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主轉(zhuǎn)動設(shè)計，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達(dá)到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學(xué)生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學(xué)生獲得機(jī)械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。
二、課程設(shè)計題目，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求分級、
分級變速主傳動系統(tǒng)
設(shè)計題目1：
技術(shù)參數(shù)：
Nmin=53r/min；Nmax=600r/min；
Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min
三、運(yùn)動設(shè)計
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、變速級數(shù)
Nmin=53r/min；Nmax=600r/min；Z=8級；公比為1.41
(2) 轉(zhuǎn)速數(shù)列：
53r/min,75r/min，106r/min,150r/min,212r/min,300r/min,425r/min,
600r/min共8級
（3）確定極限轉(zhuǎn)速：
Rn=Nmax/Nmin=600/53=11.32
（4）確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式
（1）寫傳動結(jié)構(gòu)式：主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=8. 結(jié)構(gòu)式8=21×22×23
（2）畫結(jié)構(gòu)網(wǎng)：
Z=21×22×23
2.主傳動轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖
選擇電動機(jī)：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)繪制轉(zhuǎn)速圖。
8=21×22×23
傳動系統(tǒng)圖
3.計算齒輪齒數(shù)
(1)、齒數(shù)計算
基本組傳動比分別為1/1.41，1/2
Sz= 72 75 84 93 96 ……
取Sz=72,小齒輪齒數(shù)分別為:30、24
Z1 / Z1’ =30/42, Z2 / Z2’ =24/48
第二擴(kuò)大組傳動比分別為1/1.41，1/2.8
取Sz=87,小齒輪齒數(shù):36、23
Z4/Z4’=36/51，Z5/Z5’=23/64
第三擴(kuò)大組傳動比分別為1.41：1，1/2
取Sz=96,小齒輪齒數(shù):40、25
Z4/Z4’=40/56，Z5/Z5’=25/71
(2)校核各級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速誤差
實際傳動比所造成主軸轉(zhuǎn)速誤差
，其中為實際轉(zhuǎn)速，n為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。
N
600
300
212
150
106
75
53
n
610.6
310
212.3
150
107.7
76.1
54.2
誤差值
2.1%
1.4%
2.1%
0
2.1%
1.2%
1.9%
以上誤差值均小于4.1% 故合格.
四、動力計算
4.1 帶傳動設(shè)計
輸出功率P=4kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=850r/min
4.1.1計算設(shè)計功率Pd
表4 工作情況系數(shù)
工作機(jī)
原動機(jī)
ⅰ類
ⅱ類
一天工作時間/h
10~16
10~16
載荷
平穩(wěn)
液體攪拌機(jī)；離心式水泵；通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（）；離心式壓縮機(jī)；輕型運(yùn)輸機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷
變動小
帶式運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)送砂石、谷物），通風(fēng)機(jī)（）；發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機(jī)床；剪床；壓力機(jī)；印刷機(jī)；振動篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷
變動較大
螺旋式運(yùn)輸機(jī)；斗式上料機(jī)；往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)；鍛錘；磨粉機(jī)；鋸木機(jī)和木工機(jī)械；紡織機(jī)械
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷
變動很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機(jī)；棒磨機(jī)；起重機(jī)；挖掘機(jī)；橡膠輥壓機(jī)
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時），查《機(jī)械設(shè)計》P296表4，
取KA＝1.1。即
4.1.2選擇帶型
普通V帶的帶型根據(jù)傳動的設(shè)計功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機(jī)械設(shè)計》P297圖13－11選取。
根據(jù)算出的Pd＝4.4kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝1440r/min ，查圖得：dd=80～100可知應(yīng)選取A型V帶。
4.1.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗證帶速
由《機(jī)械設(shè)計》P298表13－7查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm
則取dd1= 100mm> ddmin.=75 mm（dd1根據(jù)P295表13-4查得）
表3. V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
由《機(jī)械設(shè)計》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=160mm
① 誤差驗算傳動比： （為彈性滑動率）
誤差 符合要求
② 帶速
滿足5m/s
300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。
總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。
帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。
4.1.7確定帶的張緊裝置
選用結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。
4.1.8計算壓軸力
由《機(jī)械設(shè)計》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝118.14N，上面已得到=171.81o，z=4，則
對帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時要進(jìn)行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見表7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。
表 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項目
?
符號
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準(zhǔn)寬度
b p
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準(zhǔn)線上槽深
h amin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準(zhǔn)線下槽深
h fmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8 ± 0.3
12 ± 0.3
15 ± 0.3
19 ± 0.4
25.5 ± 0.5
37 ± 0.6
44.5 ± 0.7
第一槽對稱面至端面的距離
f min
6
7
9
11.5
16
23
28
最小輪緣厚
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數(shù)
外徑
d a
輪 槽 角
32°
對應(yīng)的基準(zhǔn)直徑 d d
≤ 60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤ 80
≤ 118
≤ 190
≤ 315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤ 475
≤ 600
38°
-
＞ 80
＞ 118
＞ 190
＞ 315
＞ 475
＞ 600
極限偏差
± 1
± 0.5
V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：
（1） 實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時)，如圖7 -6a。
（2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時)，如圖7-6b。
（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時)，如圖7 -6c 。
（4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時)，如圖7-6d。
（a） （b） （c） （d）
圖7-6 帶輪結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)設(shè)計結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）
1.傳動件的計算轉(zhuǎn)速
軸 序 號
電動機(jī)(0)
I軸
II軸
III軸
IV軸
計算轉(zhuǎn)速r/min
1440
850
600
212
75
最小齒輪的計算轉(zhuǎn)速如下:
Z1
Z1’
Z2
Z2’
Z3
Z3’
Z4
Z4’
Z5
Z5’
Z6
Z6’
850
600
850
600
600
212
600
212
212
75
212
75
2.傳動軸和主軸的軸徑設(shè)計
（1）傳動軸軸徑初定
Ⅰ軸：p=4kw,n=850r/min,=0.5帶入公式：
=29.6mm,圓整取d=30mm
Ⅱ軸：p=4kw,n=355r/min,=0.5
=35.3mm,圓整取d=36mm
III軸：p=4kw,n=125r/min,=0.5帶入公式：
=45.8mm,圓整取d=46mm
（2）主（IV）軸軸頸直徑確定：
查表4-9選擇主軸前端直徑D1=80mm,后端直徑D2=64mm
軸承內(nèi)徑d/D小于0.7 則取d=50mm
材料：45鋼。熱處理：調(diào)質(zhì)Hre22-28
主軸懸伸量：a/D1=1.25--2.5 a=(1.25—2.5)D1=(1.25—2.5)x(80+64/2)=90—180 取a=120mm
最佳跨距
3.計算齒輪模數(shù)及尺寬，分度圓直徑
（1）計算齒輪模數(shù)
40Gr整體淬火 []=650mpa
mj=16338 3
Nd—驅(qū)動電動機(jī)功率
u---大齒輪與小齒輪齒數(shù)比
Z1--小齒輪齒數(shù)
m----齒寬系數(shù)m=B/m=6-10 取m=8
nj----計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速
[]---許用接觸應(yīng)力
a).u=z1/z1’=24/48,nj =850r/min
mj=16338 3=1.85 取m1=2
b).u=z2/z2’=23/64,nj =300r/min
mj=16338 3=2.6 取m2=3
c).u=z3/z3’=25/71,nj =125r/min
mj=16338 3=2.72取m3=3
（2）計算齒輪分度圓及尺寬
d1=m1z1=232=64mm d1′=m1z1′=242=84mm
d2=m2z2=224=48mm d2′=m2z2′=248=96mm
d3=m3z3=336=108mm d3′=m3z3′=351=153mm
d4=m4z4=323=69mm d4′=m4z4′=364=192mm
d5=m5z5=340=120mm d5′=m5z5′=356=168mm
d6=m6z6=325=75mm d6′=m6z6′=371=213mm
B12=m=82=16mm B34=m=83=24mm B56=m=83=24mm
五、主要零部件選擇
1.軸承的選取
（1）帶輪：選用深溝球軸承，型號：6205
（2）一軸：選用深溝球軸承，型號：6205
（3）二軸：采用深溝球軸承，型號：6206
（4）三軸：采用深溝球軸承，型號：6208
（5）主軸：主軸是傳動系統(tǒng)之中最為關(guān)鍵的部分，因此應(yīng)該合理的選擇軸承。
從主軸末端到前端依次選擇軸承為角接觸軸承，型號：7012C;
深溝球軸承，型號：6210
雙列圓柱滾子軸承，型號：NN3000K，
2.鍵的選取
（1）帶輪：選平鍵：87
（2）1軸：選平鍵：87 花鍵：626606
（3）2軸：選平鍵：108 花鍵：832366
（4）3軸：選平鍵：108 花鍵：842468
（5）4軸：選花鍵：8626812
六、校核
1.齒輪校核
齒輪參數(shù)如下：
軸序號
I
I
II
II
II
II
III
III
III
III
IV
IV
齒輪齒數(shù)Z
30
24
42
48
36
23
51
64
56
25
40
71
模數(shù)M
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
分度圓d
64
48
84
96
108
69
153
192
168
75
120
213
齒根圓直徑df
55
43
79
91
100.5
61.5
145.5
184.5
160.5
67.5
112.5
205.5
齒頂圓直徑da
64
52
88
100
114
75
159
198
174
81
126
219
（1）一軸到二軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為29
查設(shè)計手冊可得以下數(shù)據(jù)：
接觸應(yīng)力：
，
[為傳遞的額定功率（KW）]
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
彎曲應(yīng)力： ，，
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
（2）二軸到三軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為20
查設(shè)計手冊可得以下數(shù)據(jù)：
接觸應(yīng)力：
，
[為傳遞的額定功率（KW）]
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
彎曲應(yīng)力：
，
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
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
b主軸在前軸承處的傾角
c在安裝齒輪處的傾角
(2)計算如下：
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=450mm.
當(dāng)量外徑 de==
主軸剛度：
因為di/de=25/285=0.088<0.7,所以孔對剛度的影響可忽略；
ks==2kN/mm
剛度要求：主軸的剛度可根據(jù)機(jī)床的穩(wěn)定性和精度要求來評定
3.軸承校核
4.潤滑與密封
主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨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)——在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱?
七、結(jié)束語
1、本次課程設(shè)計是針對《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》專業(yè)課程基礎(chǔ)知識的一次綜合性應(yīng)
用設(shè)計，設(shè)計過程應(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)計充分應(yīng)用了以前所學(xué)習(xí)的知識，并應(yīng)用這些知識來分析和解決實際問題。
3、本次課程設(shè)計進(jìn)一步掌握了一般設(shè)計的設(shè)計思路和設(shè)計切入點，同時對機(jī)械部件的傳動設(shè)計和動力計算也提高了應(yīng)用各種資料和實際動手的能力。
4、本次課程設(shè)計進(jìn)一步規(guī)范了制圖要求，掌握了機(jī)械設(shè)計的基本技能。
5、本次課程設(shè)計由于學(xué)習(xí)知識面的狹窄和對一些概念的理解不夠深刻，以及缺乏實際設(shè)計經(jīng)驗，使得設(shè)計黨中出現(xiàn)了許多不妥和錯誤之處，誠請老師給予指正和教導(dǎo)。
八、參考文獻(xiàn)
【1】、段鐵群 主編 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》 科學(xué)出版社 第一版
【2】、于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計》 科學(xué)出版社 第一版
【3】、戴 曙 主編 《金屬切削機(jī)床設(shè)計》 機(jī)械工業(yè)出版社
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【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 《機(jī)械原理》 高等教育出版社 第七版
【7】、于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》 科學(xué)出版社