分級變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)（Nmin=40rmin；Nmax=900rmin；Z=8級；公比為1.41；電動(dòng)機(jī)功率P=2.53.5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710-1420rmin）【含CAD圖紙和說明書】
分級變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)（Nmin=40rmin；Nmax=900rmin；Z=8級；公比為1.41；電動(dòng)機(jī)功率P=2.53.5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710-1420rmin）【含CAD圖紙和說明書】,含CAD圖紙和說明書,分級,變速,傳動(dòng)系統(tǒng),nmin,40,rmin,nmax,公比,電動(dòng)機(jī),功率,kw,電機(jī),機(jī)電,轉(zhuǎn)速,cad,圖紙,以及,說明書,仿單
機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書
分級變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
本說明書著重研究機(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。本文通過對主傳動(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圖及剖視圖。
關(guān)鍵詞 分級變速；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
目 錄
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
第2章 課程設(shè)計(jì)相關(guān) 2
2.1 課程設(shè)計(jì)題目 2
2.2 技術(shù)要求 2
2.3 前期準(zhǔn)備 2
第3章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 3
3.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 3
3.2 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)、結(jié)構(gòu)式 3
3.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 5
3.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 5
3.5 確定各變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù) 7
3.6 驗(yàn)算執(zhí)行軸的轉(zhuǎn)速誤差 8
第4章 動(dòng)力計(jì)算 10
4.1 傳動(dòng)零件的初步計(jì)算 10
4.2 軸徑的設(shè)計(jì) 11
4.3 齒輪相關(guān)計(jì)算 12
4.4 本章小結(jié) 15
第5章 主要零部件的選擇 16
5.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 16
5.2 軸承的選擇 16
5.3 變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇 16
5.4 鍵的選擇 16
5.5 三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定 16
第6章 校核 19
6.1 直齒圓柱齒輪的應(yīng)力驗(yàn)算 19
6.2 齒輪精度的確定 21
6.3 傳動(dòng)軸的彎曲剛度驗(yàn)算 21
6.4 軸承壽命的驗(yàn)算 23
第7章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明 24
7.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 24
7.2 展開圖及其布置 24
結(jié)束語 24
參考文獻(xiàn) 26
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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)。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過的基礎(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)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。通過設(shè)計(jì)，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊、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，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。
1.2.2 編制技術(shù)文件
（1）對于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價(jià)。
（2）編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。
第2章 課程設(shè)計(jì)相關(guān)
2.1 課程設(shè)計(jì)題目
根據(jù)我們組的知識(shí)水平和實(shí)際情況，通過和老師的協(xié)調(diào)與協(xié)調(diào)，我們組選擇的課題如下：
題目12：分級變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
主要技術(shù)參數(shù)：
=40r/min；=900r/min；
Z=8級；公比為1.41；電動(dòng)機(jī)功率P=2.5/3.5kW；=710/1420r/min。
2.2 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)。
2.3 前期準(zhǔn)備
我們小組在獲得課程設(shè)計(jì)的題目之后，第一時(shí)間明確了設(shè)計(jì)任務(wù)，并仔細(xì)閱讀《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)提綱，了解課程設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、技術(shù)要求和設(shè)計(jì)步驟。然后在王老師的指導(dǎo)下，擬訂工作進(jìn)度計(jì)劃；查閱必要的圖書、雜志、手冊、產(chǎn)品圖紙、同類型機(jī)械系統(tǒng)（或機(jī)床）說明書和其它有關(guān)設(shè)計(jì)參考資料；熟悉專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，便于設(shè)計(jì)時(shí)采用。
同時(shí)我特別對機(jī)械系統(tǒng)（或機(jī)床）的用途、特點(diǎn)，主要參數(shù)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、零部件的功用及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，力求做到理解、消化并進(jìn)而能有所改進(jìn)。
第3章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定
3.1.1 轉(zhuǎn)速范圍
轉(zhuǎn)速范圍又稱變速范圍，是指最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速的比值，即公式（3-1）：
（3-1）
本題中=900r/min，=40r/min,計(jì)算得=22.5。
3.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列
對于分級變速傳動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)輸出一系列的轉(zhuǎn)速值，以滿足機(jī)械系統(tǒng)的不同工作要求。本系統(tǒng)要求8級變速，且轉(zhuǎn)速范圍由兩個(gè)轉(zhuǎn)速、功率不盡相同的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。查《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》[1]表2-9標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，首先找到40r/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56r/min、80r/min、112r/min、160r/min、224r/min、315 r/min，450r/min，630 r/min，900r/min。
3.2 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)、結(jié)構(gòu)式
在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，為了便于分析和比較不同的傳動(dòng)方案，常利用結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式。
結(jié)構(gòu)網(wǎng)可看成一個(gè)簡化的轉(zhuǎn)速圖，只表示各傳動(dòng)組內(nèi)傳動(dòng)比的相對關(guān)系，而不表示轉(zhuǎn)速值的大小和各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比值。根據(jù)“前密后疏”、“升2降4”、“前慢后快”等原則，確定了如圖3.1所示的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。
圖3.1 機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)
結(jié)構(gòu)網(wǎng)的表達(dá)比較直觀，易于理解，但繪制比較麻煩。因此可以用簡單的結(jié)構(gòu)式帶替代結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式的一般書寫形式為
（3-2）
式中，Z為傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速級數(shù)；為傳動(dòng)組a,b和c的傳動(dòng)副數(shù)；為傳動(dòng)組a,b和c的級比指數(shù)。
對于機(jī)構(gòu)式，由于，因兩軸間變速組的傳動(dòng)副數(shù)多采用2或3，在設(shè)計(jì)簡單變速系統(tǒng)時(shí)，變速級數(shù)應(yīng)選為Z=3m2n的形式，式中m、n為正整數(shù)。在本題中，級數(shù)為8，分析后可分解為
Z=21×22×24
現(xiàn)在我們檢驗(yàn)變速范圍最大的第二擴(kuò)大組，其變速范圍即
(3-3)
式中，xi為傳動(dòng)組的級比指數(shù)；pi為傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)。
計(jì)算得，滿足變速范圍的要求。
3.3 繪制轉(zhuǎn)速圖
（1）選定電動(dòng)機(jī)：由于該機(jī)械系統(tǒng)無特殊性能要求，因此采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，系列電動(dòng)機(jī)高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。根據(jù)題目要求，選擇的電動(dòng)機(jī)功率P=2.5/3.5kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速=710/1420r/min。
（2）分配總降速傳動(dòng)比：總降速傳動(dòng)比為un = nd / nmin，式中nmin為主軸最低轉(zhuǎn)速。由于該傳動(dòng)系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速不是標(biāo)準(zhǔn)序列，考慮需要增加定比轉(zhuǎn)動(dòng)副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒數(shù)和徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動(dòng)比。然后，將總降速傳動(dòng)比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的變速組中的最小傳動(dòng)比。
（3）確定傳動(dòng)軸的軸數(shù)：傳動(dòng)軸數(shù)=變速組數(shù)+定比傳動(dòng)組數(shù)+1，該系統(tǒng)有3個(gè)變速組，1個(gè)定比傳動(dòng)組，因此傳動(dòng)軸數(shù)為5。
（4）先按傳動(dòng)軸數(shù)及執(zhí)行軸（或主軸）轉(zhuǎn)速級數(shù)格距畫出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。在繪制轉(zhuǎn)速圖中，應(yīng)先分配從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到執(zhí)行軸（或主軸）最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的兩軸之間畫。再按結(jié)構(gòu)網(wǎng)（或結(jié)構(gòu)式）的級比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動(dòng)比射線，從而確定了各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比。
根據(jù)上述分析，作出轉(zhuǎn)速圖3.2。
3.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖
因?yàn)楦髁慵膮?shù)尚未確定，因此一般應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速圖，先按各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比擬訂出主傳動(dòng)系統(tǒng)的草圖，再修改草圖成為正式的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。傳動(dòng)系統(tǒng)圖應(yīng)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械制圖》中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖符號(hào)（GB4460-84）進(jìn)行繪制，按傳動(dòng)順序畫出由電動(dòng)機(jī)經(jīng)各傳動(dòng)軸至執(zhí)行軸（或主軸）的傳動(dòng)系統(tǒng)。
傳動(dòng)軸上的齒輪軸向位置大致與展開圖相對應(yīng)，畫出軸承符號(hào)，標(biāo)上軸號(hào)、齒輪的齒數(shù)及模數(shù)、皮帶輪直徑、電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、功率和轉(zhuǎn)速等。傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖3.3所示。
圖3.2 機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖
圖3.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)圖
3.5 確定各變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù)
對于各變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù)，我們可采用計(jì)算法或查表法（參見教材表3-1）確定各傳動(dòng)副齒輪的齒數(shù)。針對本題的具體情況，我們采用查表法進(jìn)行分析。
初步確定齒輪傳動(dòng)副的最小齒數(shù)和，我們可以根據(jù)式（3-4）確定。
（3-4）
式中 —同一變速組中的最小傳動(dòng)比；
—同一變速組中最小齒輪齒數(shù)。
則變速組Ⅰ-Ⅱ，=30，=0.71，。同理變速組Ⅱ-Ⅲ，Ⅲ-Ⅳ檢驗(yàn)均合格。
為了縮小徑向尺寸及降低齒輪的線速度，應(yīng)小些。
（1）受齒輪最小齒數(shù)的限制，在主傳動(dòng)系統(tǒng)中一般取≥18-20齒，以避免產(chǎn)生根切現(xiàn)象。
（2）套裝在軸上的小齒輪還應(yīng)考慮齒根圓到其輪轂鍵槽深處的最小尺寸應(yīng)大于基圓齒厚（或不小于2m，m為齒輪模數(shù)），以防止輪轂斷裂，則其最小齒數(shù)應(yīng)為
≥1.03+5.6 (3-5)
式中 D—齒輪花鍵孔的外徑（mm）,單鍵槽的取其孔中心至鍵槽槽底尺寸的兩倍；
m—齒輪模數(shù)（mm）。
（3）還受最小傳動(dòng)比和允許的最大齒數(shù)和的約束，主傳動(dòng)系統(tǒng)的最小極限傳動(dòng)比取≥。一般在機(jī)械系統(tǒng)中取=70-100齒，取=120齒。
（4）選取時(shí)，不要使兩軸中心距過小，否則可能導(dǎo)致兩軸軸承過近，甚至發(fā)生軸承安裝干涉。在多軸變速系統(tǒng)中，還可能使相鄰變速組的齒頂圓與軸相碰，應(yīng)按（2）檢查，式中D為相應(yīng)的,即前后兩軸齒頂圓外徑。
3.6 驗(yàn)算執(zhí)行軸的轉(zhuǎn)速誤差
實(shí)際傳動(dòng)比所造成的執(zhí)行軸（或主軸）轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過，即
≤10（）% （3-6）
下面對一個(gè)具體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析，=40r/min時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)速。
根據(jù)公式（3-6），誤差值為3.5%<4.1%,因此滿足題目的設(shè)計(jì)要求，不需要重新設(shè)計(jì)齒輪齒數(shù)。
同理，根據(jù)計(jì)算得出其他各組的數(shù)據(jù)如下表3.1，需要注意的是，為了減少數(shù)據(jù)的必然性，提高計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，由于中間8級轉(zhuǎn)速重復(fù)，故前五組轉(zhuǎn)速使用1420r/min的額定轉(zhuǎn)速，后五組使用710r/min的額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算。
表3.1 轉(zhuǎn)速誤差分析表
900
630
450
315
224
911.2
650.9
463.9
325.4
227.8
誤差（%）
1.2
3.3
3.1
3.3
1.7
160
112
80
56
40
165.7
113.9
81.4
57.9
41.4
誤差（%）
3.6
1.7
1.8
3.4
3.5
第4章 動(dòng)力計(jì)算
初步計(jì)算是為了大致確定各傳動(dòng)零件的主要尺寸（如傳動(dòng)軸的直徑和齒輪的模數(shù)等），以便繪制傳動(dòng)系統(tǒng)變速箱的軸系展開草圖。在繪制草圖布置各零件的過程中，同時(shí)應(yīng)考慮零件結(jié)構(gòu)的工藝性，進(jìn)一步確定各零件的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，一些數(shù)據(jù)要按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取。由于結(jié)構(gòu)的某些參數(shù)未定以及方案可能修改，所以應(yīng)按簡化公式進(jìn)行初步計(jì)算以加快計(jì)算速度。
零件在計(jì)算時(shí)，首先需要知道其計(jì)算轉(zhuǎn)速值nj（即參與傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速，或傳遞全扭矩的最高轉(zhuǎn)速）。各零件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可根據(jù)已確定的轉(zhuǎn)速圖，可按執(zhí)行軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速分別進(jìn)行確定（參見教材第3章3.2.5）。
4.1 傳動(dòng)零件的初步計(jì)算
4.1.1 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
(4-1)
計(jì)算得=70.9r/min，取=71r/min。
4.1.2 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
軸Ⅲ在最低轉(zhuǎn)速160r/min時(shí)，經(jīng)過傳動(dòng)組50:50的傳動(dòng)副，得到主軸轉(zhuǎn)速160r/min。這個(gè)轉(zhuǎn)速高于主軸的計(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，即計(jì)算轉(zhuǎn)速有很重要的作用。根據(jù)該方法，現(xiàn)確定各個(gè)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速如下表4.1所示。
表4.1 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
軸號(hào)
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）
630
450
160
71
4.1.3 確定傳動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速
由機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)可知，一對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。
在傳動(dòng)組Ⅲ-Ⅳ軸中，齒數(shù)低，需要驗(yàn)算。其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速較低的幾個(gè)值為160r/min，224r/min，315r/min，與其嚙合的對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為 40r/min，56r/min，80r/min。80r/min高于計(jì)算轉(zhuǎn)速，故=315r/min。
同理，確定其余危險(xiǎn)小齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速于表4.2。
表4.2 傳動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速
齒輪代號(hào)
計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）
630
450
450
315
4.2 軸徑的設(shè)計(jì)
4.2.1 計(jì)算各傳動(dòng)軸的輸出功率
在現(xiàn)實(shí)情況中，軸的輸出功率會(huì)不斷的發(fā)生損耗，因此計(jì)算實(shí)際功率時(shí)，要考慮效率的影響。
4.2.2 軸徑設(shè)計(jì)
現(xiàn)在要對軸徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，軸徑的計(jì)算公式即
d=91 (4-2)
式中 d —傳動(dòng)軸的直徑（mm）；
P —該軸傳遞的額定扭矩（MPa）；
N —該軸傳遞的功率（kW）；
—該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）；
[] —該軸每米長度允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），一般傳動(dòng)軸取[]=0.5o~1 o。
針對具體的條件，我們?nèi)]=0.9,得軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的直徑分別為24.9mm、31.99mm、38.74mm，圓整后并根據(jù)最簡原則，直徑最終值為25mm、32mm、40mm。
根據(jù)課本4.3.6小節(jié)，執(zhí)行軸的設(shè)計(jì)要首先確定其前軸徑直徑，這里我們選d1=60mm，后軸徑d2可按d2=（0.7~0.9）d1確定，取d2=50mm。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使執(zhí)行軸的截面變化量小，即執(zhí)行軸的外徑尺寸在滿足要求的條件下變化要小。
4.3 齒輪相關(guān)計(jì)算
4.3.1 齒輪模數(shù)的確定
一般在同一變速組中的齒輪取相同模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算
（4-3）
式中 mj—按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)；
—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（kW）；
—被計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）；
u—大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)比，外嚙合取“+”，內(nèi)嚙合取“-”；
—小齒輪的齒數(shù)（齒）；
—齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），；
——材料的許用接觸應(yīng)力（），為了節(jié)約合金鋼材，對大多數(shù)鋼質(zhì)傳動(dòng)零件均可采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼（常用45或50鋼）進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ㄕ?，調(diào)質(zhì)或表面淬火等）,故本題選擇45號(hào)鋼整體淬火，查表后得=380MPa。
計(jì)算得基本組、第一擴(kuò)大組、第二擴(kuò)大組的模數(shù)分別為2.09，2.26，2.31，因此由于同一變速組內(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)mj=2。
4.3.2 齒輪參數(shù)的確定
現(xiàn)將直齒輪參數(shù)的計(jì)算公式羅列如下（單位mm）：
分度圓直徑 (4-4)
齒頂圓直徑 (4-5)
齒根圓直徑 (4-6)
齒寬 (4-7)
在本例中，。
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)算如表4.3、表4.4、表4.5所示。
表4.3 基本組各齒輪參數(shù)
齒輪代號(hào)
齒數(shù)
36
36
30
42
分度圓直徑（mm）
72
72
60
84
齒頂圓直徑(mm)
76
76
64
88
齒根圓直徑(mm)
67
67
55
79
齒寬(mm)
16
16
16
16
表4.4 第一擴(kuò)大組各齒輪參數(shù)
齒輪代號(hào)
齒數(shù)
36
51
23
64
分度圓直徑（mm）
72
102
46
128
齒頂圓直徑(mm)
76
106
50
132
齒根圓直徑(mm)
67
97
41
123
齒寬(mm)
16
16
16
16
表4.5 第二擴(kuò)大組各齒輪參數(shù)
齒輪代號(hào)
齒數(shù)
20
80
50
50
分度圓直徑（mm）
40
160
100
100
齒頂圓直徑(mm)
44
164
104
104
齒根圓直徑(mm)
35
155
95
95
齒寬(mm)
16
16
16
16
第5章 主要零部件的選擇
5.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
轉(zhuǎn)速n＝1430r/min，功率P＝3kW
選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)
5.2 軸承的選擇
Ⅳ軸承載的載荷較大，因此可以選擇單列圓錐滾子軸承33000。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸承載的載荷較小，因此可以選擇深溝球軸承，根據(jù)《機(jī)械制圖》，代號(hào)分別為6005、6006、6008，各安裝兩個(gè)。
5.3 變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇
選用左右擺動(dòng)的操縱桿使其通過桿的推力來控制II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。
5.4 鍵的選擇
通過《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，我們得知鍵的選擇要根據(jù)軸的直徑來確定。其中，Ⅱ軸為花鍵連接，其余各軸均有平鍵，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ軸的平鍵尺寸分別為：8×7×50mm, 12×8×50mm,18×11×60mm。
5.5 三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定
計(jì)算應(yīng)按已知條件：傳遞的功率、（主、被動(dòng)）帶輪的轉(zhuǎn)速和工作情況確定帶輪直徑、中心距、膠帶型號(hào)、長度和根數(shù)及作用在支承軸上的徑向力。其計(jì)算公式與步驟參見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》或有關(guān)教材進(jìn)行計(jì)算。
5.5.1 確定計(jì)算功率
該系統(tǒng)的輸出功率P=2.5/3.5kW,現(xiàn)按最大的情況計(jì)算P=3.5kW,為工作情況系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8后得知
=1.1,
5.5.2 選擇V帶的型號(hào)
根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速,從《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖8-11選取普通V帶的類型。這里我們選A型V帶dd=100mm。
5.5.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗(yàn)算帶速v
小帶輪的基準(zhǔn)直徑要不小于帶輪的基準(zhǔn)直徑，故得dd1=106mm。帶速的計(jì)算公式為
（5-1）
求得v=7.88≤25m/s
大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2=i dd1= 106=116.6mm,圓整為118mm。
5.5.4 確定中心距a，選擇V帶的基準(zhǔn)長度Ld
中心距的計(jì)算公式為
0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2) （5-2）
取a0=330mm
帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度計(jì)算公式為
a0+（dd1+dd2）+ （5-3）
計(jì)算后，查表8-9，取=1100mm
計(jì)算實(shí)際中心距計(jì)算公式為
a= a0+ （5-4）
計(jì)算得a=355.5mm。需要注意的是中心距受現(xiàn)實(shí)環(huán)境的影響，還要有一定的變動(dòng)范圍。
現(xiàn)在來驗(yàn)算小帶輪的包角，由于其包角小于大帶輪的包角，臨界摩擦力大于大帶輪上的臨界摩擦力，因此打滑通常發(fā)生在小帶輪上，計(jì)算公式為
=≥ （5-5）
5.5.5 確定帶的根數(shù)
為了使各根V帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜過多，一般應(yīng)少于10根。否則，應(yīng)選擇橫截面積較大的帶型，以減少帶的根數(shù)。
帶的根數(shù)計(jì)算公式為
（5-6）
式中 —當(dāng)傳動(dòng)比不等于1時(shí)，單根V帶額定功率的增量
—單根V帶基本額定功率
—當(dāng)包角不等于180度時(shí)的修正系數(shù)
—當(dāng)帶長不等于試驗(yàn)規(guī)定的特定帶長時(shí)的修正系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2、8-4、8-5，得=0.06，=0.99，=0.91
求得Z=2.96，最終取帶的個(gè)數(shù)為3根。
5.5.6 確定帶的初拉力
確定初拉力時(shí)，既要發(fā)揮帶的傳動(dòng)能力，又要保證帶的壽命。單根V帶的初拉力可由下式確定：
（5-7）
式中 q—傳送帶單位長度的質(zhì)量，kg/m
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-3得q=0.105 kg/m。
計(jì)算得=129.6N
第6章 校核
6.1 直齒圓柱齒輪的應(yīng)力驗(yàn)算
（1）一軸到二軸的小齒輪可知為齒數(shù)為30
彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為
（6-1）
其中 K=KAKvKaKb=1×1.1×1.0×1.045=1.1495
36.08 N×m
YFa=2.52，Ysa=1.625，Ψd=0.3
=0.69
代入（6-1）求得=60.1MPa≤120MPa
接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為
（6-2）
其中 K=1.1495 ，T1=36.08N·m
u=1.41，b=16mm ，d1=60mm
ZH=2.5 ，ZE=189.8 ，Ze=
代入（6-2）求得
（2）二軸到三軸的小齒輪可知齒數(shù)為23
彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式同公式（6-1）
經(jīng)計(jì)算查表
K=1.155，T=48.6N·m
YFa=2.69，Ysa=1.575，Ψd=0.4
=0.69
代入數(shù)據(jù)求得
接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為
經(jīng)計(jì)算查表
K=1.1495，T2=48.6N·m，u=1.41
b=16mm，d1=46mm，ZH=2.5
ZE=189.8,Ze=
代入數(shù)據(jù)求得
（3）三軸到四軸的小齒輪齒數(shù)為20
彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為
經(jīng)計(jì)算查表
K=1.1067，T3=131N·m
YFa =2.8，Ysa =1.55，Ψd=0.4
=0.69
代入數(shù)據(jù)求得
接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為
經(jīng)計(jì)算查表
K=1.1067，T3=46.7N·m
u=1.41，b=16mm,d1=40mm
ZH=2.5,ZE=189.8,Ze=
求得
6.2 齒輪精度的確定
齒輪精度等級的選擇應(yīng)根據(jù)它的用途、圓周速度、載荷狀況和對振動(dòng)、噪聲、使用壽命等方面的要求確定。對于漸開線圓柱齒輪的精度等級應(yīng)按GB10095-88和GB11365-89新標(biāo)準(zhǔn)選定，齒輪副最小側(cè)隙采用基中心距制，中心距極限偏差按7級精度確定。
6.3 傳動(dòng)軸的彎曲剛度驗(yàn)算
(1)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)阻力Qb的作用而產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)齒輪為直齒圓柱齒輪時(shí)，其嚙合角α=20°，齒面摩擦角β≈5.72°，則
（6-3）
式中 N——該齒輪傳遞的全功率（kW）；
m ——該齒輪的模數(shù)（mm）；
z ——該齒輪的齒數(shù)（齒）；
n ——該傳動(dòng)軸的計(jì)算工況轉(zhuǎn)速（r/min），n=naj≥nbj或n=nbj≥naj ，其中naj（或nbj）為該軸輸入扭矩齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
根據(jù)前幾章的分析，分析該系統(tǒng)的實(shí)際情況，確定傳動(dòng)軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速n分別為630、450、160r/min，各軸的彎曲載荷Qa分別為2944.4N、3584.5N、1159.4N。
(2)傳動(dòng)軸的剛度驗(yàn)算 等直徑軸的撓度y和轉(zhuǎn)角θ的計(jì)算公式見表3。對于階梯軸，如軸的各段直徑相差不大，可按平均（或當(dāng)量）直徑計(jì)算。傳動(dòng)軸彎曲剛度的允許值見表4。如驗(yàn)算出的軸的彎曲剛度不合格，則應(yīng)加粗軸的直徑或縮短軸的長度。
表6.1 簡單載荷下簡支梁的變形
簡圖
傾角?
撓度y
表6.2 軸剛度的允許值
許用撓度 [y] / mm
許用轉(zhuǎn)角 [θ] / rad
一般傳動(dòng)軸(0.0003~0.0005)l
裝齒輪處0.001
剛度要求較高的軸0.0002l
裝滑動(dòng)軸承處0.001
安裝齒輪的軸(0.01~0.03)m
裝向心球軸承處0.0025
安裝蝸輪的軸(0.02~0.05)m
裝向心球面球軸承處0.005
注：l ——跨距（mm）；
m ——模數(shù)（mm）。
裝單列短圓柱滾子軸承處0.001
裝單列圓錐滾子軸承處0.0006
現(xiàn)驗(yàn)算傳動(dòng)軸Ⅰ的剛度變形情況，傳動(dòng)軸Ⅰ的受力情況如表6.1簡圖2所示，其中x=62mm,l=172mm,c=100mm，彈性模量值210GPa,計(jì)算得O,A,B,C處傾角為0.0008、0.0007、0.0022、0.0018,均未超過軸剛度的允許值。
齒輪的模數(shù)m=2,跨距l(xiāng)=272mm。帶入公式后，計(jì)算得撓度為0.0405mm,較軸剛度許用撓度值小，因此檢驗(yàn)合格。
其余傳動(dòng)軸均按此方法進(jìn)行驗(yàn)算，此處不再贅述。
6.4 軸承壽命的驗(yàn)算
一般傳動(dòng)軸用的滾動(dòng)軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命驗(yàn)算。其額定壽命Lh的計(jì)算公式為
式中 L10h——軸承的基本額定壽命（h）；
Cj——計(jì)算動(dòng)負(fù)荷（N）；
T——工作期限（h）；
n——軸承的轉(zhuǎn)速（r/min）；
C或[C]——滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)負(fù)荷（N）；
f t——溫度系數(shù)，低于100°C時(shí)，f t=1；
e——壽命指數(shù)，對球軸承取e=3，對滾子軸承取e=10/3；
P——軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷（N）。
計(jì)算得深溝球軸承6005工作壽命為12210.5h,大于表13-3推薦的軸承預(yù)期計(jì)算壽命（每日8h工作的機(jī)械，12000h）。
第7章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明
7.1 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，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。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)過反復(fù)思考和多次修改。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。目的是：布置傳動(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案；檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時(shí)改正；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)。
7.2 展開圖及其布置
展開圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開并將這些剖切面平整展開在同一個(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的軸上，左邊部分接通，得到一級反向轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊接通得到三級反向轉(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，通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(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，使制動(dòng)尺寸增大。
結(jié)束語
分級變速主傳動(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，由于我們水平有限，加之時(shí)間倉促，僅對分級變速主傳動(dòng)系統(tǒng)主要部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，有許多地方處理仍舊不夠妥當(dāng)，因?yàn)闆]有接觸過實(shí)際生產(chǎn)，所以可能有的地方存在錯(cuò)誤，希望老師多提寶貴意見，批評指正。
這次設(shè)計(jì)使我收益不小，為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)和良好的基礎(chǔ)。但是，查閱資料尤其是在查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊時(shí)，數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊，由于經(jīng)驗(yàn)不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導(dǎo)老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時(shí)給我指明了方向，最終我很順利的完成了課程設(shè)計(jì)。
經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，使我對機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課當(dāng)中許多原理公式有了進(jìn)一步的了解，對于他們在實(shí)際中的應(yīng)用有了更深的體會(huì)，對于機(jī)械類的書籍，軟件的使用能力得到了提升，并且對設(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)的過程中，不僅增進(jìn)了友誼，而且對于課程設(shè)計(jì)的課題有了更深的理解。在設(shè)計(jì)過程中，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。
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