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機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
題目：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)
學(xué)院：機(jī)械動(dòng)力工程
姓名：袁帥
班級(jí)：機(jī)械10-4
學(xué)號(hào)：1001010431
指導(dǎo)教師：張?jiān)?
分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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
（一） 緒論···················1
（二） 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)···············1
（三） 傳動(dòng)零件初步設(shè)計(jì)·······8
（四） 零件的驗(yàn)算·············12
（五） 校核···················13
（六） 參考文獻(xiàn)···············18
23
一 緒論
《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。
課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)
分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng) 技術(shù)參數(shù)：n nmax=710r/min Z=6級(jí) 公比為1.58 電動(dòng)機(jī)功率P=4kW 電機(jī)轉(zhuǎn)速 no=1440人/min
二 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
（1）確定變速范圍
Rn=710/71=10
（2）轉(zhuǎn)速數(shù)列和傳動(dòng)組數(shù)的確定
71r/min 112 r/min 180 r/min 280 r/min 450 r/min 710 r/min
（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)式畫(huà)結(jié)構(gòu)圖
6=32
滿足升前密后疏原則 其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖
（4）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：
（5）根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖和已知的技術(shù)參數(shù)畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖
（7）齒輪齒數(shù)的確定
根據(jù)齒數(shù)和不宜過(guò)大原則一般推薦齒數(shù)和在100~120之間，和據(jù)設(shè)計(jì)要求 齒原則。并且變速組內(nèi)取模數(shù)相等，變速組內(nèi)由《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表3-1，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)如下
基本組 ：i1=1：1.6 i2=1：2.5 i3=1：4
第一擴(kuò)大組：i4=1：1 i5=1：2.5
查表可知： Z1=33
Z1’=52
Z2=24
Z2’=61
Z3=17
Z3’=68
Z4=51
Z4’=33
Z5=24
Z5’=60
（8） 主軸傳動(dòng)件計(jì)算
1主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
本設(shè)計(jì)所選的是中型普通車床，所以
Nj=nmin-1=112 r/min
2傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
在轉(zhuǎn)速圖上，軸Ⅱ在最低轉(zhuǎn)速時(shí)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)組b的 傳動(dòng)副，得到主軸轉(zhuǎn)速為。這個(gè)轉(zhuǎn)速等于主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速，在恒功率區(qū)間內(nèi)，因此軸Ⅱ的最低轉(zhuǎn)速為該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速即同理可求得軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速為
3確定各齒輪計(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，因此只需求取危險(xiǎn)小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)組a中的危險(xiǎn)齒輪為Z26和Z24
傳動(dòng)組b中的危險(xiǎn)齒輪為Z26,齒輪Z26在Ⅱ軸上，具有的轉(zhuǎn)速為280 r/min 450 r/min 710 r/min Z26相對(duì)應(yīng)的Z60的轉(zhuǎn)速為180 r/min 280 r/min 450 r/min主的計(jì)算轉(zhuǎn)速為112 r/min，在轉(zhuǎn)速圖上大致對(duì)應(yīng)齒輪的轉(zhuǎn)速值為280 r/min，即齒數(shù)Z26轉(zhuǎn)速為，時(shí)，相嚙合齒輪Z60的轉(zhuǎn)速為，，均在恒功率區(qū)，都要求能夠傳遞的最大功率；而齒輪Z60轉(zhuǎn)速為，，均在恒功率區(qū)，都要求能夠傳遞最大功率；而齒輪再Z26為280 r/min時(shí)，對(duì)應(yīng)的齒輪Z60的轉(zhuǎn)速為71 r/min，在恒扭矩區(qū)間內(nèi)，不要求傳遞傳遞最大功率。因此Z26的計(jì)算轉(zhuǎn)速為。同理的計(jì)算轉(zhuǎn)速Z24=710 r/min
。
（9） 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，一般不超過(guò)
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速710 r/min時(shí)
n=710x33/52x51/33=680r/min
誤差為 4.2% 因此滿足要求。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速450 r/min時(shí)
n=710x24/61x51/33=433r/min
誤差為 3.7% 因此滿足要求
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速280 r/min時(shí)
n=710x17/68x51/33=273.8r/m、
誤差為 2.2% 因此滿足要求
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速180r/min時(shí)
n=710x33/52x26/60=176r/min
誤差為 2.2% 因此滿足要求
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速112 r/min時(shí)
n=710x24/61x26/60=112.08r/min
誤差為 0.07% 因此滿足要求
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速71 r/min時(shí)
n=710x17/68x26/60=70.8r/min
誤差為 0.28% 因此滿足要求
n=710 450 280 180 112 71 均滿足要求，因此不需要修改齒輪。
三 傳動(dòng)零件初步設(shè)計(jì)
1.主軸、傳動(dòng)軸直徑初選
主軸軸徑的確定：在設(shè)計(jì)初期，由
構(gòu)尚未確定，所以只能根據(jù)現(xiàn)有的資料初
步確定主軸直徑。由《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表
4-9初選取前軸徑后軸徑的軸徑
為前軸徑，所以
傳動(dòng)軸直徑初定：傳動(dòng)軸直徑按文獻(xiàn)[5] 公式（6）進(jìn)行概算
--
取
N1=P1=P0X0.96=3.84KW
N2=P2=P1X0.995=3.7KW
N3=P3=P2X0.995X0.99=3.78KW
軸Ⅰ：T1=9550X104X(3.84/710)=51650（N.mm）
d1=1.64x=28.2mm 取29
軸Ⅱ：T1=9550X104X(3.7/180)=196305（N.mm）
d1=1.64x=41mm 取41
軸Ⅲ：T1=9550X104X(3.78/112)=322312（N.mm）
d1=1.64x=46.5mm 取47
2 齒輪參數(shù)確定、齒輪應(yīng)力計(jì)算
（1）齒輪模式的初步計(jì)算
一般同一組變速組中的齒輪取同一模數(shù)，懸著負(fù)荷最小的齒輪，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度由文獻(xiàn)【5】公式8進(jìn)行計(jì)算：
：
為了不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，并且考慮到軸的直徑，防止在裝配時(shí)干涉，對(duì)齒輪模數(shù)作如下計(jì)算和選擇：
軸Ⅱ-軸Ⅲ：以最小齒輪齒數(shù)34為準(zhǔn)
M取3.5
軸Ⅱ-軸Ⅲ：以最小齒輪齒數(shù)24為準(zhǔn)
M取5
（2）齒輪參數(shù)的確定：
計(jì)算公式如下：
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒寬 取
由已選定的齒數(shù)和計(jì)算確定的模數(shù)，將各個(gè)齒輪的參數(shù)計(jì)算如下表
（3）基本組齒輪計(jì)算。
基本組齒輪集合尺寸見(jiàn)下表
齒輪
Z1
Z1’
Z2
Z2’
Z3
Z3’
齒數(shù)
33
52
24
61
17
68
分度圓直徑
115
182
84
213.5
59.5
238
齒定圓直徑
122.7
189
91
220.5
66.5
245
齒根圓直徑
106.2
173.
75.2
204.7
50.75
229.2
齒寬
30
30
30
30
30
30
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。
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
nj=280 r/min
根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得；
f=137.1Mpa[]
w=235.5Mpa[]
(4) 擴(kuò)大組齒輪計(jì)算
齒輪
Z4
Z4’
Z5
Z5’
齒數(shù)
51
33
24
60
分度
255
165
120
300
齒頂
265
175
130
310
齒根
242.5
152.5
107.5
287.5
齒寬
30
30
30
30
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)基本組計(jì)算，查文獻(xiàn)，可得
可求得：f=287.2Mpa[]
w=113.3Mpa[]
四 零件的計(jì)算
1.選擇電動(dòng)機(jī)、軸承、鍵和操縱機(jī)構(gòu)
（1）電動(dòng)機(jī)的選擇：
轉(zhuǎn)速n=1440r/min，功率P=4KW
選用Y系列三相異步雙速電動(dòng)機(jī)
（2）軸承的選擇：（軸承代號(hào)均采用新軸承代
號(hào)）
f=287.2Mpa[]
w=113.3Mpa[]
Ⅰ軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7005C 另一安裝端角接觸球軸承代號(hào)7006C
Ⅱ軸：前端布置角接觸球軸承代號(hào)7007C
后端布置角接觸球軸承代號(hào)7007C
Ⅲ軸：前端安裝角接觸球軸承代號(hào)7008C
前端上半段角接觸球軸承代號(hào)7009C
后端雙列角接觸球軸承代號(hào)7008C
（3）鍵的選擇
Ⅰ軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格：
Ⅰ軸安裝平鍵規(guī)格：
Ⅱ軸選擇花鍵規(guī)格：
Ⅲ軸選擇平鍵規(guī)格：
（4）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。
帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)。
1. 確定計(jì)算功率查表3.5得工況系數(shù)。
2. 選取V帶型號(hào)
根據(jù)參考圖3.16及表3.3選帶型及小帶輪直徑，，被選為A型V帶
3. 確定帶輪直徑
（1） 選小帶輪 參考圖3.16及表3.3取。
（2） 驗(yàn)算帶速
（3） 確定從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑
按表3.3取標(biāo)準(zhǔn)值。
(4) 計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比
當(dāng)忽略滑動(dòng)功率時(shí)
（5） 驗(yàn)算傳動(dòng)比相對(duì)誤差
帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)。
4. 確定計(jì)算功率查表3.5得工況系數(shù)。
5. 選取V帶型號(hào)
根據(jù)參考圖3.16及表3.3選帶型及小帶輪直徑，，被選為A型V帶
6. 確定帶輪直徑
（4） 選小帶輪 參考圖3.16及表3.3取。
（5） 驗(yàn)算帶速
（6） 確定從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑
按表3.3取標(biāo)準(zhǔn)值。
(4) 計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比
當(dāng)忽略滑動(dòng)功率時(shí)
（6） 驗(yàn)算傳動(dòng)比相對(duì)誤差
4. 定中心距和基準(zhǔn)帶長(zhǎng)
（1） 初定中心距
(2) 計(jì)算帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度 查表3.2取標(biāo)準(zhǔn)值
(3) 計(jì)算實(shí)際中心距
(4) 確定中心距調(diào)整范圍
(5) 驗(yàn)算包角
5. 確定V帶根數(shù)
（1） 確定額定功率 由及查表3.6并用線性插值法求得
（2） 確定各修正參數(shù)
功率增加量;查表3.7得
包角系數(shù);查表3.8得
長(zhǎng)度系數(shù);查表 3.9得
（3） 確定帶根數(shù)
6. 確定單根帶 初拉力
查表3.1的單位長(zhǎng)度
7. 計(jì)算壓軸力
五 校核
1 直尺圓柱齒輪的應(yīng)力驗(yàn)算
接觸應(yīng)力驗(yàn)H=ZEZHZ
[]
彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式
=
式中
T1為主動(dòng)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
K 為載荷系數(shù)
u 為傳動(dòng)比
d1為齒輪分度圓直徑
b為齒寬
m齒輪模數(shù)
Z1齒輪齒數(shù)
ZE彈性系數(shù)
ZH節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
Z 接觸強(qiáng)度重合度系數(shù)
Yfa 應(yīng)力修正系數(shù)
Ysa彎曲強(qiáng)度重合度系數(shù)
[H] 許用應(yīng)力系數(shù)
[F] 許用彎曲應(yīng)力
2 傳動(dòng)系統(tǒng)的彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算
傳動(dòng)軸上的彎曲載荷 齒輪傳動(dòng)軸同時(shí)受輸入扭矩的齒輪驅(qū)動(dòng)力Qa和輸出扭矩的齒輪驅(qū)動(dòng)Qb的作用而產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)齒輪為直尺圓柱齒輪時(shí)，其嚙合角為20度 齒面摩擦角為5.72度，則
Qa或Qb=2.12x10 7（N）=2007N
式中
N為該齒輪傳遞的全功率（kw）
M為該齒輪的模數(shù)（mm）
Z為該齒輪的齒數(shù)（齒）
N為該傳動(dòng)軸的計(jì)算工況轉(zhuǎn)速（r/min）
3軸承壽命校核
由Ⅱ軸最小軸徑可取軸承為7007c角接觸軸承，
對(duì)Ⅱ軸受力分析
得：前支承的徑向力.
由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命
軸承壽命滿足要求。
六 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】、孫全穎 《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與質(zhì)量保證》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社
【3】、于惠力，向敬忠《機(jī)械設(shè)計(jì)》 高等教育出版社，第四版
【4】、于惠力，張春宜《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》，科學(xué)出版社
【5】、戴署《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社
【6】、 陳易新，《金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》
【7】 《金屬切削機(jī)床典型結(jié)構(gòu)圖集》 主傳動(dòng)部件
【8】 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》2上冊(cè)