題目10-分級變速主傳動系統(tǒng)課程設計：Nmin=40rmin；Nmax=450rmin；Z=8級；公比為1.41；電動機功率P=3kW；電機轉速n=1430rmin

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哈 爾 濱 理 工 大 學 題 目? 分級變速主傳動系統(tǒng) 院 系?機械設計制造及其自動化 姓 名? 指導教師? 年 月 日 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 目 錄 摘要 ................................................................................................................... I 第 1 章 課程設計的目的 .................................................................................. 1 第 2 章 課程設計題目?主要設計參數(shù)和技術要求 ........................................ 2 2.1 課程設計題目和主要技術參數(shù) .................................................. 2 2.2 技術要求 .................................................................................... 2 第 3 章 運動設計 .............................................................................................. 3 3.1 運動參數(shù)及轉速圖的確定 ......................................................... 3 3.2 核算主軸轉速誤差 ..................................................................... 5 第 4 章 動力計算 .............................................................................................. 6 4.1 帶傳動設計 ............................................................................... 6 4.2 計算轉速的計算 .......................................................................... 7 4.3 齒輪模數(shù)計算及驗算 .................................................................. 8 4.4 傳動軸最小軸徑的初定 ............................................................. 11 4.5 執(zhí)行軸軸頸直徑的確定? .........................................................12 4.6 軸承的選擇: ...............................................................................12 4.7 花鍵的選擇? .............................................................................12 第 5 章 主要零部件的選擇 ..............................................................................13 5.1 擺桿式操作機構的設計 ............................................................13 5.2 電動機的選擇 ............................................................................13 第 6 章 校核 .....................................................................................................14 6.1 Ⅳ軸剛度校核 ............................................................................14 6.2 軸承壽命校核 ............................................................................15 第 7 章 潤滑與密封 .........................................................................................16 第 8 章 設計結論 .............................................................................................17 參考文獻 ..........................................................................................................18 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 摘要 設計機床得主傳動變速系統(tǒng)時?首先利用傳動系統(tǒng)設計方法求出理想解 和多個合理解。根據(jù)數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)及主軸功率與轉矩特性要求?分析 了機電關聯(lián)分級調速主傳動系統(tǒng)的設計原理和方法。從主傳動系統(tǒng)結構網入 手?確定最佳機床主軸功率與轉矩特性匹配方案?計算和校核相關運動參數(shù) 和動力參數(shù)。 這次說明書著重研究機床主傳動系統(tǒng)的設計步驟和設計方法?根據(jù)已確 定的運動參數(shù)以變速箱展開圖的總中心距最小為目標?擬定變速系統(tǒng)的變速 方案?以獲得最優(yōu)方案以及較高的設計效率。在機床主傳動系統(tǒng)中?為減少 齒輪數(shù)目?簡化結構?縮短軸向尺寸?用齒輪齒數(shù)的設計方法是試算?湊算 法?計算麻煩且不易找出合理的設計方案。本文通過對主傳動系統(tǒng)中三聯(lián)滑 移齒輪傳動特點的分析與研究?繪制零件工作圖與主軸箱展開圖及剖視圖。 I 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 第 1 章 課程設計的目的 (1)、課程設計屬于機械系統(tǒng)設計課的延續(xù)?通過設計實踐?進一步學習掌 握機械系統(tǒng)設計的一般方法。 (2)、培養(yǎng)綜合運用機械制圖、機械設計基礎、精度設計、金屬工藝學、材 料熱處理及結構工藝等相關知識?進行工程設計的能力。 (3)、培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關資料及設計標準規(guī)范的能力。 (4)、提高技術總結及編制技術文件的能力。 (5)、是畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)實施的技術準備。 - 1 - 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 第 2 章 課程設計題目?主要設計參數(shù)和技術要求 2.1 課程設計題目和主要技術參數(shù) 題目?分級變速主傳動系統(tǒng)設計 技術參數(shù)?Nmin=40r/min?Nmax=450r/min?Z=8 級?公比為 1.41?電動 機功率 P=3KW?電機轉速 n=1430r/min 2.2 技術要求 1. 利用電動機完成換向和制動。 2. 各滑移齒輪塊采用單獨操縱機構。 3. 進給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅動。 2 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 第 3 章 運動設計 450 ?1? 轉速范圍。Rn= = 3.1 運動參數(shù)及轉速圖的確定 N min 40 =11.25 ? 2? 轉速 數(shù)列。首 先找到 6 40r/min 、然后 每隔 5 個數(shù) 取一個值 p1(x1-1) 4 ?1.41=1.06 ??故得出主軸的轉速數(shù)列為? 40 r/min、56r/min、80 r/min、112 r/min、160 r/min、224 r/min? 315 r/min?450r/min?共 9 級。 ?3? 確定傳動組數(shù)和傳動副數(shù)。 因為 Z=8?可分解為?Z=21×22×24。這種結構式可以使傳動組結構緊 湊?再設計時不至于使整體結構過大。 ?4?寫傳動結構式,畫結構圖。 根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , “前密后疏”,“升 2 降 4”的原 則,選取傳動方案 Z=21×22×24 ,易知第一擴大組的變速范圍 r=φ =1.41 =3.95〈8 符合“升 2 降 4”原則?其結 構 網 如 圖 結構網 Z=21×22×24 3 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 ?5? 畫轉速圖。轉速圖如下圖 系統(tǒng)轉速圖 ?6?畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉速圖及已知的技術參數(shù)?畫主傳動系 統(tǒng)圖如圖? 主傳動系統(tǒng)圖 4 傳 基本組 第一擴大組 第二擴大組 1:1.41 1:2 1?1.41 1:2.80 1:1 1:4 代 Z1 Z1ˋ Z2 Z2ˋ Z3 Z3ˋ Z4 Z4ˋ Z5 Z5ˋ Z6 Z6ˋ 齒 30 42 24 48 35 49 22 62 45 45 18 72 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 ?7?齒輪齒數(shù)的確定。變速組內取模數(shù)相等?據(jù)設計要求 Zmin≥17,齒數(shù)和 Sz≤100?120?根據(jù)各變速組公比?可得各傳動比和齒輪齒數(shù)?各齒輪齒數(shù) 如表? 齒輪齒數(shù) 比 3.2 核算主軸轉速誤差 實際傳動比所造成的主軸轉速誤差?一般不應超過±10(? -1)?,即 | 實 際 轉 速 n ' ? 標 準 轉 速 n |? 1 0 (? ? 1 )% 對 Nmax=450r/min ? 462 .1 ? 450 標 準 轉 速 n Nmax`=1430*95/150*30/42*45/453=462.1r/min 則有 =2.68?〈4.1? 450 因此滿足要求。 各級轉速誤差 n 450 315 224 160 112 80 56 40 n` 462.02 323.45 229.55 160.68 115.52 80.86 57.39 40.17 誤差 2.68% 2.68? 2.48? 0.43? 3.14? 1.08? 2.48? 0.43? 各級轉速誤差都都小于 4.1??因此不需要修改齒數(shù)。 5 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 第 4 章 動力計算 dn 100 ? 1430 900 4.1 帶傳動設計 (1) 直徑計算 計算功率 Pd=Ka*P=1.1*3=3.3KW 查普通 V 帶選型圖?可得 d=80~100mm 初取小帶輪直徑 d? 取 d=100mm A 型 V 帶 大帶輪直徑 D? D= = =158.9mm 2 根據(jù) V 帶帶輪基準直徑系列?取 D=160mm ?2?計算帶長 求 Dm Dm=(D 1 +D 2 )/2=(95+150)/2=122.5mm 求△ △=?D1 -D 2 ?/2=?160-100?/2=30mm 根據(jù) 0.7?D1+D2?≤a≤2?D1+D2? 即?182≤a0≤520mm 初取中心距?a0=450mm 帶長 L= ? ×Dm+2×a0+△ 2 /a0=1286.84 mm ? ? ? ? 由《機械設計》表 3.2 選取標準 Ld 得?Ld=1250mm ?3?求實際中心距和包角 實際中心距 a≈a0+(Ld-L)/2=450-18.42=431.58mm 中心距調整范圍 amax=a+0.03Ld=469.08mm amin=a-0.015Ld=412.83mm 小輪包角 ? 1 =180 -?D 1 -D 2 ?/a×57.3 =172 >120 ?4?求帶根數(shù) 驗算帶速? ? ? =∏D 1 n 1 /60×1000=3.14×100×1430/(60×1000)= 7.49m/s 5≤? ≤25?合格 計算傳動比 i 并驗算傳動比相對誤差? 理論傳動比 i0=3.575 實際傳動比 i=n1 /n 2 =160/100=1.60 6 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 確定 V 帶根數(shù) Z? 由《機械設計》表 3.6?P K? =0.98? 0 =1.30KW?由表 3.8? 由表 3.9?K L =0.95?由表 3.7?△P0=0.15KW? 所以 Z≥P C /??P 0 +△P0?×K ? ×K L ? =3.3/(1.30+0.15)×0.98×0.95=2.44 取 Z=3 根 4.2 計算轉速的計算 ?1?主軸的計算轉速 nj?由公式 n j =n m in ? ( z / 3 ?1) 得?主軸的計算轉速 nj=70.92r/min?取主軸的計算轉速 nj=80 r/min。 ?2?確定各傳動軸的計算轉速。Ⅲ軸共有 4 級轉速?160 r/min、224r/min、 315 r/min、450r/min。若經傳動副傳動主軸?全部傳遞全功率?其中 160/min 是傳遞全功率的最低轉速? 故其計算轉速 nⅢj=160 r/min?Ⅱ 軸共有 2 級 轉速?450 r/min、630 r/min。若經轉動副轉動主軸?全部傳遞全功率?其 中 450/min 是傳遞全功率的最低轉速? 故其計算轉速 nⅡj=450 r/min?Ⅰ 軸 有 1 級轉速?且都傳遞全功率?所以其計算轉速 nⅠj=900 r/min。各計算轉 速入表。 各軸計算轉速 軸號 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸 計算轉速 r/min 900 450 160 80 ?3? 確定齒輪副的計算轉速。齒輪 Z 6 ' 裝在主軸上并具有 40、56、80、 ' 112r/min 共 4 級轉速?其中有 80、112r/min 傳遞全功率?故 Z 6 j=80 r/min。 齒輪 Z Z 6 / Z 6 6 ' 裝在Ⅲ軸上?有 160、224、315、450r/min 共 4 級轉速?經齒輪副 傳動主軸?則 4 個轉速都傳遞全功率?故 Z6 j=160r/min。依次可以 得出其余齒輪的計算轉速?如表 7 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 齒輪副計算轉速 序號 Z1 Z1` Z2 Z2` Z3 Z3` Z4` Z4` Z5 Z5` Z6 Z6` n j 900 630 900 450 450 315 450 160 160 160 315 80 ( u ? 1) P m =16338 可得各組的模數(shù) 2 4.3 齒輪模數(shù)計算及驗算 ?1?模數(shù)計算。一般同一變速組內的齒輪取同一模數(shù)?選取負荷最重的 小 齒 輪 ? 按 簡 化 的 接 觸 疲 勞 強 度 公 式 進 行 計 算 ? 即 ? m z 1 u [? j ] n j ? m ——材料的許用接觸應力? M P a ?。 式中 mj——按接觸疲勞強度計算的齒輪模數(shù)?mm?? N d ——驅動電動機功率?kW?? n j ——被計算齒輪的計算轉速?r/min?? u ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比?外嚙合取“+”?內嚙合取“-”? z 1 ——小齒輪的齒數(shù)?齒?? m m m ? j ? 得?基本組的模數(shù) mj=3 第一擴大組的模數(shù) mj=3 第二擴大組的模數(shù) mj=4 ?2?基本組齒輪計算。 基本組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2` 齒數(shù) 30 42 24 48 分度圓直徑 90 126 92 144 齒頂圓直徑 96 132 98 150 齒根圓直徑 82.5 118.5 84.5 136.5 齒寬 15 15 15 15 8 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 8 ( u ? 1) K K K K N 1 2 3 s ? ? ( MPa ) ? ?? ? 5 191 ? 10 K K K K N ? ? ( MPa ) ? ?? ? 2 n n K m 60 n T 1 K ? 7 6 ----基準循環(huán)次數(shù)?接觸載荷取 = ?彎曲載荷取 = 按基本組最小齒輪計算。小齒輪用 40Cr?調質處理?硬度 241HB?286HB? 平均取 260HB?大齒輪用 45 鋼?調質處理?硬度 229HB?286HB?平均取 240HB。計算如下? ① 齒面接觸疲勞強度計算? 接觸應力驗算公式為 zm uBn f 彎曲應力驗算公式為? zm BYn 式中 N----傳遞的額定功率?kW??這里取 N 為電動機功率?N=3kW; j j m-----初算的齒輪模數(shù)?mm?, m=3.5?mm?; B----齒寬?mm?;B=24.5?mm?; z----小齒輪齒數(shù)?z=19; u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2.79; K s -----壽命系數(shù)? s T n N q K T ----工作期限系數(shù)? C 0 T------齒輪工作期限?這里取 T=15000h.; n 1 -----齒輪的最低轉速?r/min?, n 1 =400?r/min? 0 0 0 m----疲勞曲線指數(shù)?接觸載荷取 m=3?彎曲載荷取 m=6; 9 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 K K K n N q ----轉速變化系數(shù)?取 K ----功率利用系數(shù)?取 K -----材料強化系數(shù)? K n N q =0.60 =0.78 =0.60 K 3 -----工作狀況系數(shù)?取 K 3 =1.1 K 2 -----動載荷系數(shù)?取 K 2 =1 K 1 ------齒向載荷分布系數(shù)? K 1 =1 Y------齒形系數(shù)? Y=0.386? ?? j ?----許用接觸應力?MPa?,取 ?? j ?=650 Mpa? ?? w ?---許用彎曲應力?MPa??取?? w ?=275 Mpa? 根據(jù)上述公式?可求得及查取值可求得? ? j =639.47 Mpa ? ?? j ? ? w =78.72 Mpa ? ?? w ? ?3?擴大組齒輪計算。 第一擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z3 Z3` Z4 Z4` 齒數(shù) 35 49 22 62 分度圓直徑 105 147 66 186 齒頂圓直徑 111 153 72 192 齒根圓直徑 97.5 139.5 58.5 178.5 齒寬 30 30 30 30 10 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 第二擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z5 Z5` Z6 Z6` 齒數(shù) 45 45 18 72 分度圓直徑 180 180 72 288 齒頂圓直徑 188 188 80 296 齒根圓直徑 170 170 62 278 齒寬 40 40 40 40 K K K K 按擴大組最小齒輪計算。小齒輪用 40Cr?調質處理?硬度 241HB?286HB? 平均取 260HB?大齒輪用 45 鋼?調質處理?硬度 229HB?286HB?平均取 240HB。 同理根據(jù)基本組的計算? n N q 3 K 2 =1? K 1 =1?m=3.5? n j =280? 可求得? ? j =620.73 Mpa ? ?? j ? ? w =136.24Mpa ? ?? w ? 4.4 傳動軸最小軸徑的初定 傳動軸直徑按扭轉剛度用下式計算? d=1.64 4 Tn ?? ? ?mm? 或 d=91 4 N ?? ?nj ?mm? 式中 d---傳動軸直徑?mm? Tn---該軸傳遞的額定扭矩?N*mm? T=9550000 N----該軸傳遞的功率?KW? ? N n J ? 11 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 n j ----該軸的計算轉速 0 0 ?? ?---該軸每米長度的允許扭轉角? 各軸最小軸徑如表 ?? ? =0.5 ~ 1 。 軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ軸 最小軸徑 mm 30 35 40 4.5 執(zhí)行軸軸頸直徑的確定? 執(zhí)行軸的前軸勁 D1 尺寸由教材 4-9 表得到?D1=75mm 后軸勁 D2=?0.7~0.9?D1 所以取 D2=0.8D1=60mm 初步計算?取當量外徑 D=0.5?D1+D2?=67.5mm 執(zhí)行軸選用階梯狀中空結構?內徑直徑 d=0.4D=0.4*67.5=27mm 4.6 軸承的選擇: 一軸?深溝球軸承?代號 6006,6007 二軸?圓錐滾子軸承?代號 30207 三軸?圓錐滾子軸承?代號 30208 四軸?深溝球軸承?代號 6015 圓錐滾軸承?代號 30214 雙列圓柱滾子軸承?代號 N220E 軸承布置見展開圖 4.7 花鍵的選擇? 一軸?N*d*D*B=8*32*36*6 二軸?N*d*D*B=8*36*40*7 三軸?N*d*D*B=8*42*46*8 12 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 第 5 章 主要零部件的選擇 5.1 擺桿式操作機構的設計 ?1?幾何條件? ?2?不自鎖條件。 具體結構見 CAD 圖 5.2 電動機的選擇 選擇 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 由《機械設計課程設計》附錄 K 得?電動機型號為 Y100L2-4?額定功率 3KW。 由表 K.3 得?安裝尺寸 A=160mm?AB=205mm?HD=245mm。 13 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 第 6 章 校核 3 3 ? ? Y ?Y ? ? 171 .39 ? ?Y ? 4 2 2 Y ? Y ? Y ? 2Y Y cos ? ? ?Y ? Y 2 2 6.1 Ⅳ軸剛度校核 ?1?Ⅳ軸撓度校核 單一載荷下?軸中心處的撓度采用如下的公式計算?: D mZn L-----兩支承的跨距? D-----軸的平均直徑? X= a i /L? a i -----齒輪工作位置處距較近支承點的距離? N-----軸傳遞的全功率? 校核合成撓度 a a Y b -------輸出扭距齒輪撓度 ? ? ? ? 2 (? ? ? ) ? ? ---被演算軸與前后軸連心線夾角?? =144° 嚙合角? =20°?齒面摩擦角 ? =5.72°。 代入數(shù)據(jù)計算得? y a 2 =0.022? y a 3 =0.081? y a 1 =0.120? y b 5 =0.198? y b 4 =0.093? y b 6 =0.065。 合成撓度 Y h ? y a 1 ? y b 5 ? 2 y a1 y b 5 c os ? =0.202 查文獻 6?帶齒輪軸的許用撓度 ?y ?=5/10000*L 即 ?y ?=0.268。 因合成撓度小于許用撓度?故軸的撓度滿足要求。 14 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 ?2? П 軸扭轉角的校核 傳動軸在支承點 A?B 處的傾角? A , ? B 可按下式近似計算? ? A ? ?? B ? 3 y l h ?rad ? ? ?? ? 將上式計算的結果代入得? ? A ? ?? B ? 0 .00042 ?rad ? 由文獻 6?查得支承處的 ?? ?=0.001 因? A ? ?? B ? 0 .00042 〈0.001?故軸的轉角也滿足要求。 16670 C 16670 29.5 ? 1000 6.2 軸承壽命校核 由 П 軸最小軸徑可取軸承為 6212 深溝球軸承,壽命指數(shù) ε X=1?Y=0。 對Ⅳ軸受力分析 得?前支承的徑向力 Fr=2541.33N。 由軸承壽命的計算公式?預期的使用壽命 [L10h]=15000h ( ) ( ) =3?P=XFr+YFa L = × = × =93123.82h ≥ [L 10h ]=15000h n P 280 2238.38 10h 軸承壽命滿足要求。 15 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 第 7 章 潤滑與密封 潤滑與密封?減摩抗磨?降低摩擦阻力以節(jié)約能源?減少磨損以延長機 械壽命?提高經濟效益?冷卻?要求隨時將摩擦熱排出機外?密封?要求防 泄漏、防塵、防竄氣? 清凈沖洗?要求把摩擦面積垢清洗排除?應力分散 緩沖?分散負荷和緩和沖擊及減震?動能傳遞?液壓系統(tǒng)和遙控馬達及摩擦 無級變速等。 由于帶輪轉速為 450r/min 故?采用油潤滑?可以減少摩擦阻力和減輕 磨損。密封是為了阻止灰塵水分等雜物進入軸承?防止?jié)櫥瑒┑牧魇А２捎? 密封圈密封即可滿足要求。 16 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 第 8 章 設計結論 經過這次課程設計?使我對機械系統(tǒng)設計這門課當中許多原理公式有 了進一步的了解?并且對設計工作有了更深入的認識。懂得了.理論和實 踐同等重要。理論能指導實踐?使你能事半功倍?實踐能上升成為理論? 為以后的設計打下基礎。 從校門走出后,一定要重視實踐經驗的積累,要 多學多問。把學校學習的專業(yè)知識綜合的應用起來?這非常重要。體會到 把技術搞好就必須安心的學習?虛心向別人請教?耐心的對待每一個問題? 不放過任何一個自己遇到的問題?要善于發(fā)現(xiàn)問題。 在設計過程中?得到老師的精心指導和幫助?由于經驗尚淺?知識把 握不熟練?設計中定有許多地方處理不夠妥當?有些部分甚至可能存在錯 誤?望老師多提寶貴意見。 17 哈爾濱理工大學機械系統(tǒng)設計課程設計 參考文獻 1.段鐵群.《機械系統(tǒng)設計》.科學出版社? 2.于惠力?向敬忠?張春宜.《機械設計》.科學出版社? 3.于惠力?張春宜?潘承怡.《機械設計課程設計》?哈爾濱理工大學? 4.戴署.《金屬切削機床設計》.機械工業(yè)出版社? 5.陳易新.《金屬切削機床課程設計指導書》? 6.《機床設計手冊》2 上冊? 7.濮良貴.《機械設計基礎》。 18