題目1-分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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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哈爾濱理工大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 院 、 系：機(jī)械動(dòng)力工程學(xué)院 班 級(jí)：機(jī)械 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 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，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 摘 要 2 目錄 3 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)要求分級(jí)、 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 6 3.計(jì)算齒輪齒數(shù) 7 四、動(dòng)力計(jì)算 9 1.傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 9 2.傳動(dòng)軸和主軸的軸徑設(shè)計(jì) 9 3.計(jì)算齒輪模數(shù)及尺寬，分度圓直徑 10 4.帶輪設(shè)計(jì) 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(rùn)滑與密封 16 七、結(jié)束語(yǔ) 17 八、參考文獻(xiàn) 17 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(zhuān)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)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) 設(shè)計(jì)題目1： 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 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、變速級(jí)數(shù) Nmin=53r/min；Nmax=600r/min；Z=8級(jí)；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(jí) （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(xiě)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式：主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=8. 結(jié)構(gòu)式8=21×22×23 （2）畫(huà)結(jié)構(gòu)網(wǎng)： Z=21×22×23 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Y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。 8=21×22×23 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 3.計(jì)算齒輪齒數(shù) (1)、齒數(shù)計(jì)算 基本組傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jí)轉(zhuǎn)速的轉(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 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(dòng)力計(jì)算 4.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 輸出功率P=4kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=850r/min 4.1.1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 4.1.2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。 4.1.3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。 4.1.7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。 4.1.8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＝118.14N，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(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） 1.傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸 序 號(hào) 電動(dòng)機(jī)(0) I軸 II軸 III軸 IV軸 計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min 1440 850 600 212 75 最小齒輪的計(jì)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(dòng)軸和主軸的軸徑設(shè)計(jì) （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 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) 40Gr整體淬火 []=650mpa mj=16338 3 Nd—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(jì)算齒輪的計(jì)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(jì)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(hào)：6205 （2）一軸：選用深溝球軸承，型號(hào)：6205 （3）二軸：采用深溝球軸承，型號(hào)：6206 （4）三軸：采用深溝球軸承，型號(hào)：6208 （5）主軸：主軸是傳動(dòng)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(hào)：7012C; 深溝球軸承，型號(hào)：6210 雙列圓柱滾子軸承，型號(hào)：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(hào) 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(jì)手冊(cè)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(jì)手冊(cè)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(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=450mm. 當(dāng)量外徑 de== 主軸剛度： 因?yàn)閐i/de=25/285=0.088<0.7,所以孔對(duì)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(lái)評(píng)定 3.軸承校核 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)——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(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(zhuān)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 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社 第一版 【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