題目36-無級變速主傳動系統(tǒng)設計：Nmin=86rmin；Nmax=3000rmin；nj=250rmin；電動機功率Pmax=3kW；nmax=3000rmin；nr=1300rmin

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寧XX大學 課程設計(論文) 無級變速主傳動系統(tǒng)設計（題目36） 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 5 摘 要 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。 關鍵詞 分級變速；傳動系統(tǒng)設計,傳動副，結構網(wǎng)，結構式，齒輪模數(shù)，傳動比 目 錄 摘 要 2 目 錄 4 第1章 緒論 6 1.1 課程設計的目的 6 1.2課程設計的內(nèi)容 6 1.2.1 理論分析與設計計算 6 1.2.2 圖樣技術設計 6 1.2.3編制技術文件 6 1.3 課程設計題目、主要技術參數(shù)和技術要求 7 1.3.1課程設計題目和主要技術參數(shù) 7 1.3.2技術要求 7 第2章 運動設計 8 2.1運動參數(shù)及轉速圖的確定 8 2.1.4確定結構網(wǎng) 8 2.1.5繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 9 2.2 確定各變速組此傳動副齒數(shù) 9 第3章 動力計算 11 3.1 計算轉速的計算 11 3.2 齒輪模數(shù)計算及驗算 11 3.3 主軸合理跨距的計算 15 第4章 主要零部件的選擇 16 4.1電動機的選擇 16 4.2 軸承的選擇 16 4.3變速操縱機構的選擇 16 第5章 校核 17 5.1 軸的校核 17 5.2 軸承壽命校核 19 第6章 結構設計及說明 20 6.1 結構設計的內(nèi)容、技術要求和方案 20 6.2 展開圖及其布置 21 結 論 22 參考文獻 23 致 謝 24 分級變速主傳動系統(tǒng)設計論文 第1章 緒論 1.1 課程設計的目的 《機械系統(tǒng)設計》課程設計是在學完本課程后，進行一次學習設計的綜合性練習。通過課程設計，使學生能夠運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的有關理論知識，及生產(chǎn)實習等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學知識的目的。通過課程設計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型機構，進行選擇和改進；結合結構設計，進行設計計算并編寫技術文件；完成系統(tǒng)主傳動設計，達到學習設計步驟和方法的目的。通過設計，掌握查閱相關工程設計手冊、設計標準和資料的方法，達到積累設計知識和設計技巧，提高學生設計能力的目的。通過設計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設計技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設計創(chuàng)造一定的條件。 1.2課程設計的內(nèi)容 《機械系統(tǒng)設計》課程設計內(nèi)容由理論分析與設計計算、圖樣技術設計和技術文件編制三部分組成。 1.2.1 理論分析與設計計算 （1）機械系統(tǒng)的方案設計。設計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。 （2）根據(jù)總體設計參數(shù)，進行傳動系統(tǒng)運動設計和計算。 （3）根據(jù)設計方案和零部件選擇情況，進行有關動力計算和校核。 1.2.2 圖樣技術設計 （1）選擇系統(tǒng)中的主要機件。 （2）工程技術圖樣的設計與繪制。 1.2.3編制技術文件 （1）對于課程設計內(nèi)容進行自我經(jīng)濟技術評價。 （2）編制設計計算說明書。 1.3 課程設計題目、主要技術參數(shù)和技術要求 1.3.1課程設計題目和主要技術參數(shù) 題目36：無級變速主傳動系統(tǒng)設計 技術參數(shù)： Nmin=86r/min；Nmax=3000r/min；nj=250r/min； 電動機功率Pmax=3kW；nmax=3000r/min；nr=1300r/min； 1.3.2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(qū)動。 26 分級變速主傳動系統(tǒng)設計論文 第2章 運動設計 2.1運動參數(shù)及轉速圖的確定 技術參數(shù)： Nmin=86r/min；Nmax=3000r/min；nj=250r/min； 電動機功率Pmax=3kW；nmax=3000r/min；nr=1300r/min； (1)無級變速傳動系統(tǒng)的恒功率調(diào)速范圍Rnp: Rnp===12 (2)交流調(diào)速電動機的恒功率調(diào)速范圍rnp: rnp===2.3 (3)分級變速傳動的轉速級數(shù)Z： Z=lgRnp/lgrnp≈3 取Z=3 2.1.4確定結構網(wǎng) 主軸的計算轉速為250r/min 由轉速得,選用齒輪精度為8級精度 圖2-1結構網(wǎng) 2.1.5繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 （1）繪制轉速圖： 轉速圖 （2）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) 1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D) 軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zmax+2+D/m) 2.2 確定各變速組此傳動副齒數(shù) (1)Sz100-120,中型機床Sz=70-100 (2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20 圖2-3 主傳動系統(tǒng)圖 （7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設計要求Zmin≥18—20,由表4.1，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2-2。 齒輪 Z0 Z0` Z1 Z1` Z2 Z2` Z3 Z3` 齒數(shù) 36 54 60 40 40 60 22 78 第3章 動力計算 3.1 計算轉速的計算 （1）.主軸的計算轉速 , 軸 序 號 電動機(0) I軸 II軸 計算轉速r/min 1300 866 250 3.2 齒輪模數(shù)計算及驗算 1、計算各傳動軸的輸出功率 （3）計算各軸的扭矩： 1.軸I: =2.8KW; =866r/min;取代入公式得 mm圓整取 2.軸II: =2.6KW; =250r/min;取代入公式得 圓整取=35mm 根據(jù)電機功率P=3.0KW,選取主軸前軸D1=(60-90)mm, 取D1=90mm，則后軸頸D2=（0.7-0.9）D1取D2=60mm. 4、模數(shù)計算，一般同一變速組內(nèi)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mj=16338可得各組的模數(shù)，如表3-3所示。 (1)齒數(shù)的計算：在同一傳動組內(nèi)各傳動副齒數(shù)和相同 I-II軸 齒數(shù)和 =0.28 取=22 查表驗證=22合適，即此時 則=78 同理： 查表=40則=60 查表=40則=60 0-I軸：取= =36 =90 查表得：=54 （2)校核轉速誤差： 實際傳動比造成主軸轉速誤差 ，其中為實際轉速，n為標準轉速。 n=250r/min =130036/5422/78=244.5r/min =2.2%<4.1% 全部滿足要求 45號鋼整體淬火， 按接觸疲勞計算齒輪模數(shù)m 同一變速組中齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最小的齒輪按接觸疲勞計算齒輪模數(shù)m (1)45號鋼，整體淬火，=551MPa; (2) 按接觸疲勞計算齒輪模數(shù)m 驅(qū)動電機的功率（KW）；齒輪計算轉速（r/min） u—大小齒輪齒數(shù)比；小齒輪齒數(shù) I-II軸： 取m=4mm O-I軸：；=36;u=1.5; =1300r/min; =54 =2.59mm,取m=3 （2）基本組齒輪計算。 0-1基本組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z0 Z0` 齒數(shù) 36 54 模數(shù) 3 3 分度圓直徑 108 162 齒頂圓直徑 114 168 齒根圓直徑 100.5 154.5 齒寬 24 24 1-2基本組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2` Z3 Z3` 齒數(shù) 60 40 40 60 22 78 模數(shù) 4 4 4 4 4 4 分度圓直徑 240 160 160 240 88 312 齒頂圓直徑 248 168 168 248 96 320 齒根圓直徑 230 150 150 230 78 302 齒寬 24 24 24 24 24 24 按基本組最小齒輪計算。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。計算如下： ① 齒面接觸疲勞強度計算： 接觸應力驗算公式為 彎曲應力驗算公式為： 式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動機功率 -----計算轉速（r/min）. m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, B----齒寬（mm）; z----小齒輪齒數(shù)； u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比 -----壽命系數(shù)； = ----工作期限系數(shù)； T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.; -----齒輪的最低轉速（r/min），=500（r/min） ----基準循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取= m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6; ----轉速變化系數(shù)，查【5】2上，取=0.60 ----功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78 -----材料強化系數(shù)，查【5】2上,=0.60 -----工作狀況系數(shù)，取=1.1 -----動載荷系數(shù)，查【5】2上，取=1 ------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1 Y------齒形系數(shù)，查【5】2上，Y=0.386； ----許用接觸應力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa； ---許用彎曲應力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa； 根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得： 彎曲應力校核： 合格 按擴大組最小齒輪計算。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)基本組的計算， 查文獻【6】，可得:=0.62， =0.77，=0.60，=1.1， =1，=1，m=3.5，=355；可求得： 3.3 主軸合理跨距的計算 由于電動機功率P=3KW，根據(jù)【1】表3.20，前軸徑應為60~90mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.7~0.9）d1，取d2=60mm。根據(jù)設計方案，前軸承為NN3016K型，后軸承為圓錐滾子軸承。定懸伸量a=120mm，主軸孔徑為30mm。 軸承剛度，主軸最大輸出轉矩T=9550=9550×=318.3N.m 假設該機床為車床的最大加工直徑為300mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經(jīng)濟加工直徑約為最大回轉直徑的50%，這里取60%，即180mm，故半徑為0.09m； 切削力（沿y軸） Fc==4716N 背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=2358N 總作用力 F==5272.65N 此力作用于工件上，主軸端受力為F=5272.65N。 先假設l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為 RA=F×=5272.65×=7908.97N RB=F×=5272.65×=2636.325N 根據(jù)文獻【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 1689.69 N/；KB= 785.57 N/；==2.15 主軸的當量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為 I==113.8×10-8m4 η===0.14 查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設接近，所以最佳跨距=120×2.0=240mm 合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=360mm。 根據(jù)結構的需要，主軸的實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D=100mm，后軸徑d=80mm。前軸承采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用背對背安裝的角接觸球軸承。 第4章 主要零部件的選擇 4.1電動機的選擇 Pmax=3kW；nmax=3000r/min 選用調(diào)速電動機 4.2 軸承的選擇 I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號7007C 另一安裝深溝球軸承6012 II軸：對稱布置深溝球軸承6009 III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號7010C 中間布置角接觸球軸承代號7012C 4.3變速操縱機構的選擇 選用左右擺動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。 第5章 校核 5.1 軸的校核 （1）主軸剛度符合要求的條件如下： （a） 主軸的前端部撓度 （b） 主軸在前軸承處的傾角 （c） 在安裝齒輪處的傾角 E取為， ， 由于小齒輪的傳動力大，這里以小齒輪來進行計算 將其分解為垂直分力和水平分力 由公式 可得 主軸載荷圖如下所示： 由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm 計算（在垂直平面） ,, ，， ，， 計算（在水平面） ,, ，， ，， 合成： 5.2 軸承壽命校核 Ⅰ軸選用的是深溝球軸承軸承6006,其基本額定負荷為13.0KN 齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設計要求，應該對Ⅰ軸未端的軸承進行校核。 Ⅰ軸傳遞的轉矩 齒輪受力 N 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 N N 因軸承在運轉中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按《機械設計》表10-5查得 為1.0到1.2，取，則有： N N 故該軸承能滿足要求。 由П軸最小軸徑可取軸承為7008C角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。 對Ⅱ軸受力分析 得：前支承的徑向力Fr=2642.32N。 由軸承壽命的計算公式：預期的使用壽命 [L10h]=15000h L10h=×=×=h≥[L10h]=15000h 軸承壽命滿足要求。 第6章 結構設計及說明 6.1 結構設計的內(nèi)容、技術要求和方案 設計主軸變速箱的結構包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等）、主軸組件、操縱機構、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結件的結構設計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設計由于時間的限制，一0般只畫展開圖。 主軸變速箱是機床的重要部件。設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，著重考慮以下幾個方面的問題。 精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結構工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標準化和通用化的原則。 主軸變速箱結構設計時整個機床設計的重點，由于結構復雜，設計中不可避免要經(jīng)過反復思考和多次修改。在正式畫圖前應該先畫草圖。目的是： 1 布置傳動件及選擇結構方案。 2 檢驗傳動設計的結果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時改正。 3 確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確 定各軸的受力點和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數(shù)據(jù)。 6.2 展開圖及其布置 展開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，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平面上。 總布置時需要考慮制動器的位置。制動器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動器不要放在轉速太低軸上，以免制動扭矩太大，是制動尺寸增大。 齒輪在軸上布置很重要，關系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。 結 論 經(jīng)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。在設計過程中，得到XX老師的精心指導和幫助，在此表示衷心的感謝。 分級變速主傳動系統(tǒng)設計的結構及部分計算，到這里基本結束了，由于筆者水平有限，加之時間倉促，僅對分級變速主傳動系統(tǒng)主要部分進行設計和校核，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。 參考文獻 【1】.機械設計 科學出版社 【2】.機械課程設計 科學出版社 【3】.機床設計手冊 機械工業(yè)出版社 【4】.機床設計圖冊 上?？茖W技術出版社 【5】.機械設計（第四版） 高等教育出版社 【6】.機械制圖 高等教育出版社 【7】、鄭文經(jīng) 主編 《機械原理》 高等教育出版社 第七版 【8】、于惠力 主編 《機械設計課程設計》 科學出版社 致 謝 本次設計是在我的導師XX教授的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持，在此，謹向教師表示衷心的感謝和崇高的敬意！。 此外，在畢業(yè)設計過程中，也得到了其他老師和同學的幫助，設計任務一直在很好的氛圍中進行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！ 再次向設計中所有提供過幫助的人表示感謝！