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機(jī) 床 主 傳 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書
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10-8班
姓 名： 楊 洋
學(xué) 號(hào)： 1001010828
指導(dǎo)教師： 段 鐵 群
2013年08月30日
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。
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
一、課程設(shè)計(jì)目的 5
二、課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 5
1．課程設(shè)計(jì)題目和技術(shù)參數(shù) 5
2．技術(shù)要求 5
三、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 5
1.確定變速范圍 5
2.轉(zhuǎn)速數(shù)列和傳動(dòng)組數(shù)的確定： 6
3.根據(jù)結(jié)構(gòu)式畫結(jié)構(gòu)圖 6
4．繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖: 6
5.齒輪齒數(shù)的確定 7
6.主軸傳動(dòng)件計(jì)算 8
7.核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 9
四、動(dòng)力計(jì)算 9
1.主軸、傳動(dòng)軸直徑初選 9
2.齒輪參數(shù)確定、齒輪應(yīng)力計(jì)算 10
3.帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 14
4.主軸合理跨距的計(jì)算 16
五、主要零部件的選擇和校核 17
1.選擇電動(dòng)機(jī)、軸承、鍵和操縱機(jī)構(gòu) 16
2.Ⅱ軸剛度校核 17
3.軸承壽命校核 18
六、結(jié)束語(yǔ) 19
七、參考文獻(xiàn) 20
八、學(xué)習(xí)心得 20
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。
二、課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求
1．課程設(shè)計(jì)題目和技術(shù)參數(shù)
題目16：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
技術(shù)參數(shù)：Nmin=45r/min; Nmax=450r/min; Z=6級(jí)；
公比為1.58；電動(dòng)機(jī)功率P=3kw;n=1430r/min
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)。
三、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
1.確定變速范圍
2.轉(zhuǎn)速數(shù)列和傳動(dòng)組數(shù)的確定：
3.根據(jù)結(jié)構(gòu)式畫結(jié)構(gòu)圖
滿足升2降4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：
（3）根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖和已知的技術(shù)參數(shù)畫主傳動(dòng)系統(tǒng)圖
5.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：
取,小齒輪齒數(shù)分別為:
第二擴(kuò)大組：
取,小齒輪齒數(shù):
6.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，所以由《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表3-2中的公式 取
（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1:1 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)齒輪為和
傳動(dòng)組b中的危險(xiǎn)齒輪為,齒輪在Ⅱ軸上，具有的轉(zhuǎn)速為，，與相對(duì)應(yīng)的的轉(zhuǎn)速為，，，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為，在轉(zhuǎn)速圖上大致對(duì)應(yīng)齒輪的轉(zhuǎn)速值為，即齒數(shù)轉(zhuǎn)速為，時(shí)，相嚙合齒輪的轉(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；而齒輪為時(shí)，對(duì)應(yīng)的齒輪的轉(zhuǎn)速為，在恒扭矩區(qū)間內(nèi)，不要求傳遞傳遞最大功率。因此的計(jì)算轉(zhuǎn)速為。同理的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
7.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)
因此滿足要求。
均滿足要求，因此不需要修改齒輪。
四、動(dòng)力計(jì)算
1.主軸、傳動(dòng)軸直徑初選
(1)主軸軸徑的確定：在設(shè)計(jì)初期，由于主軸的結(jié)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
(2) 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
軸Ⅰ：
；
軸Ⅱ：
軸Ⅲ：
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)20為準(zhǔn)
（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
齒數(shù)
46
73
34
85
24
95
分度圓直徑
115
183
85
213
60
238
齒頂圓直徑
120
188
90
218
65
243
齒根圓直徑
108
176
78
206
53
231
齒寬
20
20
20
20
20
20
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：
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
根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得；
(4) 擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。
齒輪
齒數(shù)
50
50
20
80
分度圓直徑
200
200
80
320
齒頂圓直徑
208
208
88
328
齒根圓直徑
190
190
70
310
齒寬
32
32
32
32
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：
3.帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
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
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
A型
滿足要求
取
合格
取
合格
4.主軸合理跨距的計(jì)算
設(shè)機(jī)床最大加工回轉(zhuǎn)直徑為，電動(dòng)機(jī)功率,主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速啊為。
已選定的前后軸徑為
定懸伸量，主軸孔徑為
軸承剛度，主軸最大的輸出轉(zhuǎn)矩
設(shè)該車床的最大加工直徑為。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，這里取，即，故半徑為；
切削力（沿y軸）
背向力（沿x軸）
總作用力
先假設(shè) 。前后支承反力和分別為
根據(jù)《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》得：的前支承的剛度：
主軸的當(dāng)量外徑，故慣性矩為
查《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》圖 得，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距 合理跨距為
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，后軸徑。后支承采用背對(duì)背安裝的角接觸球軸承。
五、主要零部件的選擇和校核
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，功率
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)）
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。
2.Ⅱ軸剛度校核
（1)Ⅱ軸撓度校核
單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計(jì)算：
;
校核合成撓度
嚙合角，齒輪摩擦角。
代入數(shù)據(jù)算得：
合成撓度
查文獻(xiàn)【6】，帶齒輪軸的許用撓度 即
因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。
（2） Ⅱ軸扭轉(zhuǎn)角的校核
傳動(dòng)軸在支承點(diǎn)A,B處的傾角,可按下式近似計(jì)算：
將上式計(jì)算的結(jié)果代入得：
由文獻(xiàn)【6】，查得支承處的
因故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。
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、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)。
七、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》
【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)
八、學(xué)習(xí)心得
經(jīng)過(guò)了兩周的課程設(shè)計(jì)，使我們對(duì)課本的知識(shí)有了更深一步的了解，以前不懂的知識(shí)也在這次課程設(shè)計(jì)中加深了鞏固。尤其對(duì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的一系列設(shè)計(jì)過(guò)程有很深的感觸。
我的題目是6級(jí)的，在一開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)看書和問(wèn)老師已經(jīng)得到了解決。且對(duì)轉(zhuǎn)速重合掌握的很好。經(jīng)過(guò)查閱大量資料基本對(duì)這次設(shè)計(jì)有了初步了解，要想很深了解還要以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)。
主軸箱展開(kāi)圖、橫剖圖、零件圖都是由CAD一點(diǎn)點(diǎn)畫出來(lái)的，經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的制圖已對(duì)制圖掌握的很好。出現(xiàn)的問(wèn)題也在老師和同學(xué)的幫助下解決了。
這次課程設(shè)計(jì)使我受益非淺，學(xué)到了很多東西，不僅對(duì)本課程有了進(jìn)一步了解，對(duì)相關(guān)的科目也了解了很多。
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