題目15-分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)：Nmin=63rmin；Nmax=630rmin；Z=6級(jí)；公比為1.58；電動(dòng)機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440rmin

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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)習(xí)完本課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。通過課程設(shè)計(jì)，使我們能夠應(yīng)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(cè)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)資料的方法，達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識(shí)和設(shè)計(jì)技巧，提高我們?cè)O(shè)計(jì)能力的目的。通過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。 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. 設(shè)計(jì)題目和技術(shù)參數(shù)題目15：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 技術(shù)參數(shù)：Nmin =63r/min , Nmax=630r/min Z=6 公比 =1.58 電機(jī)功率 P=4KW 電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1440r/min 2.技術(shù)要求： (1)完成裝配圖的設(shè)計(jì)包括床頭箱傳動(dòng)系統(tǒng) 展開圖和床頭箱橫剖圖。 (2)利用電動(dòng)機(jī)完成換向和制動(dòng)。(3)各滑移齒輪采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。 (4)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) 3.1 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1.1 確定轉(zhuǎn)速數(shù)列及轉(zhuǎn)速范圍 由設(shè)計(jì)題目知最低轉(zhuǎn)速為63r/min,公比為1.58，查文獻(xiàn)2表2.12，查得主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列值為（單位：r/min）:63，100，160，250，400，630. 轉(zhuǎn)速范圍Rn= NmaxNmin =z-1=1.585=103.1.2 定傳動(dòng)組數(shù)和傳動(dòng)副數(shù) 本設(shè)計(jì)為6級(jí)變速，結(jié)構(gòu)式為：6=3123 ，畫結(jié)構(gòu)網(wǎng)：結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖所示： 3.1.3 齒輪齒數(shù)的確定 14 ic2,因此13ic1.5,故取ic=12.5=12 iB=（pB-1）XB=2-13=3=48 所以滿足條件 iA= （pA-1）XA=3-11 =2=2.58 所以滿足條件由轉(zhuǎn)速圖上定的傳動(dòng)副和傳動(dòng)比，查文獻(xiàn)2表4.1，齒數(shù)和最大不超過100120，可得各齒輪組的齒數(shù)如下表： 傳動(dòng)組傳動(dòng)比齒數(shù)第1傳動(dòng)組1：2.528：701：1.5838：601：149：49第2傳動(dòng)組1：420：801：150：50 表1 3.1.4 繪制轉(zhuǎn)速圖： 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)rnmax3，升2降4，由文獻(xiàn)3表11.6，選取D1125mm D2（1）D1n1n2177.0 mm 取D2180mm在確定出齒數(shù)后對(duì)轉(zhuǎn)速圖完善如下： 0 3.1.5繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖：3.2 主軸.傳動(dòng)件計(jì)算 3.2.1 計(jì)算轉(zhuǎn)速 （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 63 1.58（63-1）100r/min (2). 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 在轉(zhuǎn)速圖上，可推出各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下： nIIIj =100r/min,nIIj=250r/min,nIj=630r/min（3）.各齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 可得出各齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)將各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速列入下表中 序號(hào)Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3 Z4 Z4 Z5 Z5nj(r/min) 630 630630 250630 400 250 250250 1003.2.2 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。初選取前軸徑D1=80 ，后軸頸的軸徑為前軸徑，所以 。 （2）傳動(dòng)軸直徑初定 傳動(dòng)軸直徑進(jìn)行概算 軸：TI =60635 (N.mm) d=34.3mm 取35mm 軸：TII 152800（N.mm） dII=43.2mm 取45mm3.2.3 齒輪參數(shù)確定、齒輪應(yīng)力計(jì)算 （1） 齒輪模數(shù)的初步計(jì)算 一般同一組變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(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： 式中： 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)齒輪的模數(shù)作如下計(jì)算和選擇： a組: ia1 =49/49, nj=630r/minmf=16338 3=1.29 取ma=2b組：ib1 =20/80 ,nj=630r/minmf=16338 3=2.75 取mb=3（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 m=610 取m=8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： 軸齒模數(shù)m分度圓直徑 d齒頂圓直徑 da齒根圓直徑df齒寬B代號(hào)齒數(shù)I49298102931628256100511638276807116II49298102931670214014414516 602120124115165031501561422420360665224III50315015614224803240246232243.3帶輪設(shè)計(jì)輸出功率P=4kw,轉(zhuǎn)速n=1440/min（1）確定計(jì)算功率: P=4kw為工作情況系數(shù)，查1表3.5. 取K=1.1 pd=kAP=1.1x4=4.4kw（2）選擇V帶的型號(hào): 根據(jù)pd,n1=1440min參考1圖表3.16及表3.3選小帶輪直徑，查表選擇A型V帶 d1=100（3）確定帶輪直徑d1,d2小帶輪直徑d1=100驗(yàn)算帶速v=d1n1/(60x1000)=x100x1440/(60x1000)=6.69m/s從動(dòng)輪直徑d2=n1d1/n2=1420x90/1000=127.8mm取d2=132mm查1表3.3計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比i=d2/d1=132/90=1.47相對(duì)誤差: 理論:i0=n1/n2=1.42 i0-i/i0=1.42-1.47/1.42=3.5%1200（6）確定V帶根數(shù)：確定額定功率：P0由查表并用線性插值得P0=0.15kw查1表37得功率增量P0=0.13kw查1表38得包角系數(shù)K=0.99查1表3得長(zhǎng)度系數(shù)Kl=0.81確定帶根數(shù)：ZPd/(P0+P0)KKl=3.85/(1.05+0.13)x0.99x0.81=4.07取Z=5（7）大帶輪結(jié)構(gòu)如下圖所示： 3.4 求最佳跨距 設(shè)機(jī)床最大加工回轉(zhuǎn)直徑為400mm,電動(dòng)機(jī)功率P=4kw，主軸孔徑為40mm,主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為100r/min。已選定的前后軸徑為 ：d1=80 d2=64 主軸輸出的最大轉(zhuǎn)矩： T9550pn 606N.m床身上最常用的最大加工直徑為最大回轉(zhuǎn)直徑的60%，即 此力作用在頂尖的工件上，主軸和尾架各承受一半，故主軸端受力為 a/D11.252.5 取a/D1=1.33 故a=120mm l0=(35)a 設(shè)初值 前后軸承的支反力為 前后軸承的剛度 由手冊(cè)四表512 采用圓錐滾子軸承 kA =750N/mm kB =530N/mm 由文獻(xiàn)2公式3.7得 求最佳跨距 : kAKB 750530 1.42 當(dāng)量外徑 慣性距 I=0.05(0.084-0.044)=19210-8m4 =EIkA.a3 =2.1101119210-87500.123106 由文獻(xiàn)2查圖3.38得 l0 /a=2.2 最佳跨距 l01202.2=264mm 3.5 選擇電動(dòng)機(jī),軸承，鍵和操縱機(jī)構(gòu) 3.5.1電動(dòng)機(jī)的選擇： 轉(zhuǎn)速n1440r/min，功率P4kW 選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y112M-4，DE2860 3.5.2 軸承的選擇： I軸：與帶輪靠近段安裝兩個(gè)深溝球軸承代號(hào)6208 B18mm I軸右端布置一個(gè)深溝球軸承代號(hào)6207 B=17 II軸：對(duì)稱布置三個(gè)深溝球軸承代號(hào)6209 B=19mm III軸：軸徑64端采用圓錐滾子軸承代號(hào)30313 B23mm 軸徑80端采用兩個(gè)圓柱滾子軸承代號(hào)N216E B=26 3.5.3鍵的選擇： I軸選擇普通平鍵規(guī)格： bh=108 l=60 II軸選擇花鍵規(guī)格： NdDB8505610 III軸選擇普通平鍵規(guī)格：bh=2514 l=100 3.5.4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。 四、主軸.傳動(dòng)組及相關(guān)組件的驗(yàn)算 4.1 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 ，即 本設(shè)計(jì)中公比為1.58，所以 軸：n實(shí) =1440 =631.2r/min =0.175.8 符合要求 軸: i=12.5 時(shí): n實(shí) =630 =250.6r/min =0.055.8 符合要求 i=11.58 時(shí): n實(shí) =630 =401.25r/min =0.355.8 符合要求 i=11 時(shí): n實(shí) =630 =630r/min =05.8 符合要求 軸：i=1 時(shí): n實(shí) =630=630r/min =05.8 符合要求 i= 時(shí): n實(shí) =250 =65r/min =1.243由文獻(xiàn)4表4-4，動(dòng)載荷系數(shù): K21.3由文獻(xiàn)4表4-5，齒向載荷分布系數(shù): K3 1 由文獻(xiàn)5表1，查得齒型系數(shù)Y=0.408 由文獻(xiàn)4表4-7可查得，許用接觸應(yīng)力j600Mpa，許用彎曲應(yīng)力w220Mpa 由以上數(shù)據(jù)帶入公式驗(yàn)算： j2088103223 （2.531）11.310.923.842.55241000=516.4Mpa600Mpa w19110511.311.13.842232240.4081000 =53.5Mpa 1 由文獻(xiàn)4表4-4，動(dòng)載荷系數(shù)： K21.2由文獻(xiàn)4表4-5，齒向載荷分布系數(shù)： K3 1由文獻(xiàn)5表1，查得齒型系數(shù)：Y=0.438由文獻(xiàn)4表4-7可查得，許用接觸應(yīng)力： j600Mpa，許用彎曲應(yīng)力： w220Mpa 由以上數(shù)據(jù)帶入公式驗(yàn)算： j 2088103223 （2.51）11.210.773.762.524400=559.5Mpa600Mpa w=19110511.211.843.762832240.438400 =149.6Mpa w220Mpa 經(jīng)驗(yàn)算知，所選齒輪合格。 4.2.3在驗(yàn)算變速箱中的齒輪應(yīng)力時(shí)，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力計(jì)算。III軸上的最小齒數(shù)齒輪比較危險(xiǎn)，為校核對(duì)象。（Z50）由文獻(xiàn)5公式（9）、（10）知驗(yàn)算公式如下： 接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為： 彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為： 式中：電動(dòng)機(jī)功率Nd4kw 從電動(dòng)機(jī)到計(jì)算齒輪的傳動(dòng)效率 ： 0.960.993 傳遞的額定功率： N=Nd0.960.9934=3.65計(jì)算轉(zhuǎn)速nj100r/min ，初算的齒輪模數(shù) m3（mm），齒寬 B24mm 小齒輪齒數(shù) Z50，大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取正值： 1壽命系數(shù) ，工作期限系數(shù) 齒輪在中型機(jī)床工作期限內(nèi)的總工作時(shí)間： TS 取 15000h 同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間: TTsp15000115000 齒輪的最低轉(zhuǎn)速 n1100r/min 基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，鋼和鑄鐵件：接觸載荷取 彎曲載荷取 疲勞曲線指數(shù)，鋼和鑄鐵件：接觸載荷取 ，彎曲載荷時(shí)，對(duì)正火、調(diào)質(zhì)時(shí)取 按接觸應(yīng)力計(jì)算時(shí)， KT 36016015000107 2.43 按彎曲應(yīng)力計(jì)算時(shí)， KT 660160150002106 2.04 由文獻(xiàn)4表2-6，轉(zhuǎn)速變化系數(shù)接觸載荷取Knj0.85，彎曲載荷時(shí)取Knw0.95 由文獻(xiàn)4表2-7，功率利用系數(shù)接觸時(shí)取KN0.58，彎曲時(shí)取 KN0.98. 由文獻(xiàn)42表2-8，材料強(qiáng)化系數(shù)接觸時(shí)取Kq0.60，彎曲時(shí)取 Kq0.75. 所以，接觸時(shí)Ks0.79，彎曲時(shí)Ks1.49. 考慮載荷沖擊的影響，中等沖擊時(shí)工作狀況系數(shù)取K1 1 Vn100025010000.7851由文獻(xiàn)4表4-4，動(dòng)載荷系數(shù) K21 由文獻(xiàn)4表4-5，齒向載荷分布系數(shù) K3 1 由文獻(xiàn)5表1，查得齒型系數(shù)Y=0.444 由文獻(xiàn)4表4-7可查得，許用接觸應(yīng)力j600Mpa，許用彎曲應(yīng)力 w220Mpa 由以上數(shù)據(jù)帶入公式驗(yàn)算： j 2088103304 （2.531）1110.723.652.5332250=372.5Mpa j600Mpa w1911051111.423.653042320.444250 =58.1Mpa 150000h 滿足使用要求 經(jīng)驗(yàn)算其他兩組深溝球軸承也滿足使用要求. 五.設(shè)計(jì)總結(jié) 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)基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)知一次綜合性應(yīng)用設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用了基礎(chǔ)學(xué)科機(jī)械制圖、機(jī)械原理、工程力學(xué)、機(jī)械工程材料 以及機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的相關(guān)知識(shí)。2.本次課程設(shè)計(jì)充分應(yīng)用了以前所學(xué)的知識(shí)，并應(yīng)用這些知識(shí)來分析和解決實(shí)際問題，進(jìn)一步鞏固和深化了以前的所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)， 同時(shí)也是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的一個(gè)深入認(rèn)識(shí)和理解的過程。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)，過程中培養(yǎng)了正確的設(shè)計(jì)思想和分析解決實(shí)際問題的本領(lǐng)，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，學(xué)會(huì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范，和查閱相關(guān)資料的本領(lǐng)，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能。六.參考文獻(xiàn) 1. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì).戴曙主編.大連理工大學(xué).北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1991 2. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).段鐵群主編.哈爾濱.科學(xué)出版社. 3. 機(jī)械設(shè)計(jì)第四版.邱宣懷等主編.北京.高等教育出版社.2002 4. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)戴曙主編.大連工學(xué)院.工業(yè)出版社5. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 2.零件設(shè)計(jì)上、下冊(cè).機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1980 6. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.劉易新主編.哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 7. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).哈爾濱理工大學(xué)零件教研室 8. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì). 戴曙主編.大連工學(xué)- 19 -