題目1-分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【新創(chuàng)作】 Nmin=53rmin；Nmax=600rmin；Z=8級(jí)；公比為1.41；電動(dòng)機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440rmin

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機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)小組 第X 組 班級(jí) 機(jī)械11-X 班 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 小組成員 姓名 學(xué)號(hào) 任務(wù)分工 姓名 學(xué)號(hào) 任務(wù)分工 主要技術(shù)參數(shù) 例如 技術(shù)參數(shù)：Nmin=53r/min；Nmax=600r/min； Z=8級(jí)；公比為1.41；電動(dòng)機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 指導(dǎo)教師 聯(lián)系方式 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)給定的極限轉(zhuǎn)速、變速級(jí)數(shù)、及公比值，確定其轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速數(shù)列、結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)，繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定齒輪齒數(shù)，計(jì)算轉(zhuǎn)速誤差。 2、動(dòng)力計(jì)算：根據(jù)給定的有關(guān)參數(shù)，確定各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速；確定各傳動(dòng)軸和主軸的軸徑，確定并驗(yàn)算各傳動(dòng)齒輪的模數(shù)，計(jì)算主軸的合理跨距；對(duì)靠近主軸的傳動(dòng)軸進(jìn)行剛度校核，并驗(yàn)算該軸上軸承的壽命。 3、繪制下列圖紙：（1）主軸箱橫剖面圖1張（A1或A0）。（2）主軸零件工作圖（A2或A3），并附在設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)內(nèi)。 4、編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（約8000字左右）：設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)書(shū)寫(xiě)格式梗概 摘要；目錄；課程設(shè)計(jì)的目的；課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)；動(dòng)力計(jì)算；主要零部件的選擇；校核；結(jié)束語(yǔ)；參考資料等 5、提交課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)及圖紙打印稿和電子稿，并準(zhǔn)備答辯。 課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年12月22日至2015年01月02日 答辯時(shí)間：2014年01月02日 主要參考文獻(xiàn)、資料： 【1】、趙韓.《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.高等教育出版社； 【2】、周堃敏.《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.高等教育出版社 【3】、于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社 第一版 【4】、戴 曙 主編 《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社 【5】、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(jì)課程設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社 分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 本說(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目標(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，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)中三聯(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。 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 26 目 錄 摘 要 II 第1章 緒論 1 1.1 課程設(shè)計(jì)的目的 1 1.2課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1 1.2.1 理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 1 1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計(jì) 1 1.2.3編制技術(shù)文件 1 1.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 2 1.3.1課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù) 2 1.3.2技術(shù)要求 2 第2章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 3 2.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 3 2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 3 2.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 3 2.1.3確定結(jié)構(gòu)式 3 2.1.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 3 2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 4 2.2 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù) 4 2.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 6 第3章 動(dòng)力計(jì)算 7 3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 7 3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 7 3.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算 13 3.5 主軸合理跨距的計(jì)算 17 第4章 主要零部件的選擇 19 4.1電動(dòng)機(jī)的選擇 19 4.2 軸承的選擇 19 4.3變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇 19 第5章 校核 20 5.1 軸的校核 20 5.2 軸承壽命校核 22 第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 23 6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 23 6.2 展開(kāi)圖及其布置 23 結(jié)論 25 參考文獻(xiàn) 26 致謝 27 第1章 緒論 1.1 課程設(shè)計(jì)的目的 《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(zhuān)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)中的某些典型機(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(xiě)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。 1.2課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)內(nèi)容由理論分析與設(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。 1.2.1 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，進(jìn)行有關(guān)動(dòng)力計(jì)算和校核。 1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計(jì) （1）選擇系統(tǒng)中的主要機(jī)件。 （2）工程技術(shù)圖樣的設(shè)計(jì)與繪制。 1.2.3編制技術(shù)文件 （1）對(duì)于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)。 （2）編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 1.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 1.3.1課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù) 題目1：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 技術(shù)參數(shù)：Nmin=53r/min；Nmax=600r/min； Z=8級(jí)；公比為1.41；電動(dòng)機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 1.3.2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)。 （3）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 第2章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 Rn===11.32 2.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 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53r/min、然后每隔5個(gè)數(shù)取一個(gè)值（1.41=1.066），得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為 53r/min,75r/min，106r/min,150r/min,212r/min,300r/min,425r/min, 600r/min共8級(jí)。 2.1.3確定結(jié)構(gòu)式 對(duì)于Z=8可分解為：Z=21×22×24。。 2.1.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則,選取傳動(dòng)方案 Z=21×22×24,易知第二擴(kuò)大組的變速范圍r=φ(P3-1)x=1.414=3.95〈8，滿(mǎn)足要求滿(mǎn)足要求，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖2-1。 圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng) 2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 （1）選擇電動(dòng)機(jī)：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 （2）繪制轉(zhuǎn)速圖，如圖2-2所示： 圖2-2轉(zhuǎn)速圖 （3）畫(huà)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(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖2-3： 1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D) 軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zmax+2+D/m) 2.2 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù) (1)Sz100-120,中型機(jī)床Sz=70-100 (2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20 圖2-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 （7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計(jì)要求Zmin≥18—20,由表4.1，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2-1。 表2-1 齒輪齒數(shù) 傳動(dòng)比 基本組 第1擴(kuò)大組 第2擴(kuò)大組 1:2 1:2 1:1 1：2 1.41：1 1:2.8 代號(hào) Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 齒數(shù) 27 54 21 60 45 45 30 60 58 41 26 73 2.3 核算主軸轉(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(-1)％,即 〈10(-1)％ 對(duì)Nmax=600r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速Nmax=1440××××=604.76r/min 則有 =0.79％〈4.1％ 因此滿(mǎn)足要求。 同理，根據(jù)計(jì)算得出其他各組的數(shù)據(jù)如下表： 因此滿(mǎn)足要求。 各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差 實(shí)際傳動(dòng)比所造成主軸轉(zhuǎn)速誤差 ，其中為實(shí)際轉(zhuǎn)速，n為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。 N 600 300 212 150 106 75 53 n 607.7 310 212.3 150 107.7 76.1 54.2 誤差值 0.79% 1.4% 2.1% 0 2.1% 1.2% 1.9% 以上誤差值均小于4.1% 故合格. 第3章 動(dòng)力計(jì)算 3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 輸出功率P=4kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=850r/min 3.2 計(jì)算設(shè)計(jì)功率Pd 表4 工作情況系數(shù) 工作機(jī) 原動(dòng)機(jī) ⅰ類(lèi) ⅱ類(lèi) 一天工作時(shí)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(dòng)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(dòng)篩 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷 變動(dòng)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(dòng)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(shí)），查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P296表4， 取KA＝1.1。即 3.3 選擇帶型 普通V帶的帶型根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機(jī)械設(shè)計(jì)》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。 3.4 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(jì)》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=160mm ① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （為彈性滑動(dòng)率） 誤差 符合要求 ② 帶速 滿(mǎn)足5m/s300mm，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。 3.8 確定帶的張緊裝置 選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。 計(jì)算壓軸力 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝123.75N，上面已得到=171.81o，z=4，則 對(duì)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(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡，對(duì)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(chēng)為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動(dòng)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(shí)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(hào)及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見(jiàn)表7-3。裝在軸上的筒形部分稱(chēng)為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱(chēng)為輪幅（腹板），用來(lái)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(xiàng)目 ? 符號(hào) 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(xiàn)上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基準(zhǔn)線(xiàn)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(duì)稱(chēng)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(duì)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(shí)心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時(shí))，如圖7 -6a。  （2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時(shí))，如圖7-6b。 （3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時(shí))，如圖7 -6c 。 （4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時(shí))，如圖7-6d。 （a） （b） （c） （d） 圖7-6 帶輪結(jié)構(gòu)類(lèi)型 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實(shí)心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b） 3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 1、主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 由《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表3-2中的公式 ＝53 ＝93.966r/min 取計(jì)算轉(zhuǎn)速為106r/min 2、傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 在轉(zhuǎn)速圖上，軸IV在最低轉(zhuǎn)速53r/min時(shí)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)組傳動(dòng)副，得到主軸轉(zhuǎn)速為106r/min。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Ⅲ的最低轉(zhuǎn)速為該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速即nⅢj=300/min,同理可求得軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為=300r/min、軸Ⅰ計(jì)算轉(zhuǎn)速為=850 r/min 3、確定各傳動(dòng)軸的計(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?？汕蟮闷溆鄡蓪?duì)嚙合齒輪中危險(xiǎn)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速即 =106r/min，=106r/min 各計(jì)算轉(zhuǎn)速入表3-1。 表3-1 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸 號(hào) Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸 IV 軸 計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min 850 300 300 106 4、 確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪Z裝在主軸上轉(zhuǎn)速，其中只有106r/min傳遞全功率，故Zj=106 r/min。依次可以得出其余齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，如表3-2。 5、 表3-2 齒輪副計(jì)算轉(zhuǎn)速 序號(hào) Z Z Z Z Z Z6 n 850 300 300 300 106 106 3.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算 （1）傳動(dòng)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 主軸：選擇主軸前端直徑，后端直徑 取，則平均直徑。 對(duì)于普通車(chē)床，主軸內(nèi)孔直徑,故本例之中，主軸內(nèi)孔直徑取為 支承形式選擇兩支撐，初取懸伸量，支撐跨距。 選擇平鍵連接， 因?yàn)椐?0.50~~1.0所以取值較大，計(jì)算的軸的直徑為最小直徑，也是危險(xiǎn)直徑，所以實(shí)際裝配時(shí)可選用軸徑更大的軸。 4、模數(shù)計(jì)算，一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重的小齒輪，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，即mj=16338可得各組的模數(shù)，如表3-3所示。 45號(hào)鋼整體淬火， 按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)m 1-2軸由公式mj=16338可得=1.8，取m=2mm 2-3軸由公式mj=16338可得2.6，m=3mm 3-主軸由公式mj=16338可得2.8，m=3.0mm 一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，所以根據(jù)情況都取一樣的模數(shù)。 表3-3 模數(shù) 組號(hào) 基本組 第一擴(kuò)大組 第二擴(kuò)大組 模數(shù) mm 2 3 3 （2）基本組齒輪計(jì)算。 基本組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表 齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2` 齒數(shù) 27 54 21 60 分度圓直徑 54 108 42 120 齒頂圓直徑 58 112 46 124 齒根圓直徑 49 103 37 115 齒寬 16 16 16 16 按基本組最小齒輪計(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，硬度229HB～286HB，平均取240HB。計(jì)算如下： ① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算： 接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為 彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為： 式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動(dòng)機(jī)功率，N=4kW; -----計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）. =850（r/min）; m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=2（mm）; B----齒寬（mm）;B=24（mm）; z----小齒輪齒數(shù)；z=18; u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2; -----壽命系數(shù)； = ----工作期限系數(shù)； T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.; -----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =500（r/min） ----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取= m----疲勞曲線(xiàn)指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6; ----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2上，取=0.60 ----功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78 -----材料強(qiáng)化系數(shù)，查【5】2上， =0.60 -----工作狀況系數(shù)，取=1.1 -----動(dòng)載荷系數(shù)，查【5】2上，取=1 ------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1 Y------齒形系數(shù)，查【5】2上，Y=0.386； ----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa； ---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa； 根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得： =635 Mpa =78 Mpa （3）擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。 第一擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表 齒輪 Z3 Z3` Z4 Z4` 齒數(shù) 45 45 30 60 分度圓直徑 135 135 90 180 齒頂圓直徑 141 141 96 186 齒根圓直徑 127.5 127.5 82.5 172.5 齒寬 24 24 24 24 第二擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表 齒輪 Z5 Z5` Z6 Z6` 齒數(shù) 58 41 26 73 分度圓直徑 174 123 78 219 齒頂圓直徑 180 129 84 225 齒根圓直徑 166.5 115.5 70.5 211.5 齒寬 24 24 24 24 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，硬度229HB～286HB，平均取240HB。 同理根據(jù)基本組的計(jì)算， 查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1， =1，=1，m=3.5，=355； 可求得： =619 Mpa =135Mpa 3.5 主軸合理跨距的計(jì)算 由于電動(dòng)機(jī)功率P=4KW，根據(jù)【1】表3.20，前軸徑應(yīng)為60~90mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.7~0.9）d1，取d2=60mm。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，前軸承為NN3016K型，后軸承為圓錐滾子軸承。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T=9550=9550×=318.3N.m 假設(shè)該機(jī)床為車(chē)床的最大加工直徑為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； 切削力（沿y軸） Fc==4716N 背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=2358N 總作用力 F==5272.65N 此力作用于工件上，主軸端受力為F=5272.65N。 先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為 RA=F×=5272.65×=7908.97N RB=F×=5272.65×=2636.325N 根據(jù) 文獻(xiàn)【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 1689.69 N/ ；KB= 785.57 N/；==2.15 主軸的當(dāng)量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為 I==113.8×10-8m4 η===0.14 查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=120×2.0=240mm 合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=360mm。 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 增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑D=100mm，后軸徑d=80mm。前軸承 采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用背對(duì)背安裝的角接觸球軸承。 第4章 主要零部件的選擇 4.1電動(dòng)機(jī)的選擇 轉(zhuǎn)速n＝1440r/min，功率P＝4kW 選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī) 4.2 軸承的選擇 I軸：與帶輪靠近段安裝深溝球軸承6007，另一端安裝深溝球軸承6006 II軸：靠近帶輪一側(cè)安裝深溝球軸承6007，中間安裝深溝球軸承6007，后端安裝深溝球軸承61908 III軸：安裝深溝球軸承6007,兩個(gè)。 4.3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II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。 第5章 校核 5.1 軸的校核 （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 E取為， ， 由于小齒輪的傳動(dòng)力大，這里以小齒輪來(lái)進(jìn)行計(jì)算 將其分解為垂直分力和水平分力 由公式 可得 主軸載荷圖如圖5-1所示： 圖5-1 主軸載荷圖 由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm 計(jì)算（在垂直平面） ,, ，， ，， 計(jì)算（在水平面） ,, ，， ，， 合成： 5.2 軸承壽命校核 由П軸最小軸徑可取軸承為7008C角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。 對(duì)Ⅱ軸受力分析如圖5-2所示。 圖5-2 Ⅱ軸受力分析圖 得：前支承的徑向力Fr=2642.32N。 由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h L10h=×=×=h≥[L10h]=15000h 軸承壽命滿(mǎn)足要求。 第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動(dòng)器等）、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開(kāi)圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計(jì)由于時(shí)間的限制，一般只畫(huà)展開(kāi)圖。 主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。 精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動(dòng)效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。 主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)中不可避免要經(jīng)過(guò)反復(fù)思考和多次修改。在正式畫(huà)圖前應(yīng)該先畫(huà)草圖。目的是： 1 布置傳動(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案。 2 檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時(shí)改正。 3 確定傳動(dòng)軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對(duì)位置，以確 定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。 6.2 展開(kāi)圖及其布置 展開(kāi)圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，假想將各軸沿其軸線(xiàn)剖開(kāi)并將這些剖切面平整展開(kāi)在同一個(gè)平面上。 軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級(jí)變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內(nèi)徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負(fù)責(zé)齒輪無(wú)法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線(xiàn)的軸上，左邊部分接通，得到一級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊接通得到三級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案，通過(guò)空心軸中的拉桿來(lái)操縱離合器的結(jié)構(gòu)。 總布置時(shí)需要考慮制動(dòng)器的位置。制動(dòng)器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動(dòng)器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動(dòng)扭矩太大，是制動(dòng)尺寸增大。 齒輪在軸上布置很重要，關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。 結(jié)論 分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及部分計(jì)算，到這里基本結(jié)束了，由于筆者水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，僅對(duì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)主要部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，有許多地方處理不夠妥當(dāng)，因?yàn)闆](méi)有接觸過(guò)生產(chǎn)實(shí)際，所以可能有的地方存在錯(cuò)誤，希望老師多提寶貴意見(jiàn)。 經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門(mén)課當(dāng)中許多原理公式有了進(jìn)一步的了解，對(duì)于機(jī)械類(lèi)的書(shū)籍，軟件的使用能力得到了提升，并且對(duì)設(shè)計(jì)工作有了更深入的認(rèn)識(shí)，在同學(xué)們一起進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)的過(guò)程中，不僅增進(jìn)了友誼，而且對(duì)于課程設(shè)計(jì)的課題有了更深的理解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到王仲文老師的精心指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝。 參考文獻(xiàn) 【1】候珍秀.《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，修訂版； 【2】、于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社 第一版 【3】、戴 曙 主編 《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 《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(jì)課程設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社  致謝 在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，感謝很多同學(xué)的幫助和指點(diǎn)，感謝院系各位老師多年來(lái)的諄諄教誨，感謝他們默默的栽培我。 這次的課程設(shè)計(jì)是在王仲文老師和丁艷艷老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此，謹(jǐn)向教師表示衷心的感謝和崇高的敬意！。 此外，在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，也得到了其他同學(xué)的幫助，有關(guān)軟件方面的一些技能不足得到了同學(xué)的大力幫助，設(shè)計(jì)任務(wù)一直在很好的氛圍中進(jìn)行，在這里，也向他們表示真誠(chéng)的感謝！ 再次向此次課程設(shè)計(jì)中所有幫助過(guò)我的人表示感謝。