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1、个人资料整理仅限学习使用机械系统设计课程设计题目：分级变速主传动系统设计专业：机械设计制造及其自动化班级： 机械 09-1 班姓名：杨宇 单辛未国雨龙学号：09300601180930060119 0930060120指导教师 ：王仲文刘同亮2018年 12 月 28 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用目录摘要 1机械系统课程设计任务书2机械系统课程设计说明书正文3第 1 章 绪论 31.1 课程设计的目的 3 1.2课程设计的内容 3 1.2.1 理论分析与设计计算3 1.2.2 图样技
2、术设计 3 1.2.3编制技术文件 3 1.3 课程设计题目、主要技术参数和技术要求3 1.3.1课程设计题目和主要技术参数3 1.3.2技术要求 4 第 2 章 运动设计 52.1运动参数及转速图的确定5 2.1.1 转速范围 5 2.1.2 转速数列 5 2.1.3确定结构式 5 2.1.4确定结构网 5 2.1.5绘制转速图和传动系统图6 2.2 确定各变速组此论传动副齿数7 2.3 核算主轴转速误差7 第 3 章 动力计算 83.1 带传动设计 8 3.2 计算转速的计算 8 3.3 齿轮模数计算及验算9 3.4 传动轴最小轴径的初定11 第 4 章 主要零部件的选择12 4.1电动机
3、的选择 12 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用4.2 轴承的选择 12 4.3 键的选择 12 4.4变速操纵机构的选择13 第 5 章 校核 14 5.1 刚度校核 14 5.2 轴承寿命校核 15 第 6 章 结构设计及说明16 6.1 结构设计的内容、技术要求和方案16 6.2 展开图及其布置16 结论18 参考文献 19 致谢20精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用摘要本说明书着重
4、研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法，根据已确定的运动参数以变速箱展开图的总中心距最小为目标，拟定变速系统的变速方案，以获得最优方案以及较高的设计效率。在机床主传动系统中，为减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸，用齿轮齿数的设计方法是试算，凑算法，计算麻烦且不易找出合理的设计方案。本文通过对主传动系统中三联滑移齿轮传动特点的分析与研究，绘制零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。关键词分级变速；传动系统设计；结构网；转速图哈尔滨理工大学荣成学院机械系统设计课程设计任务书设计题目 ：题目 7：分级变速主传动系统设计设计参数：Nmin=63r/min；Nmax=710r/min；Z=8级；公比为 1.
5、41；电动机功率 P=4kw ；n=1440r/min 设计分工 ：1. 国雨龙 第六组组长绘图2. 杨宇第六组组员绘图3. 单辛未 第六组组员计算设计内容 ：1. 主轴箱展开图 A1图纸 1张 2.课程设计说明书 1 份班级：机械 09-1 班精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用学号： 0930060118 0930060119 0930060120 姓名：杨宇 单辛未 国雨龙指导教师 ：王仲文刘同亮系 主 任：陶福春2018 年 12 月 28 日精选学习资料 - - - - - - -
6、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用第 1 章 绪论1.1 课程设计的目的机械系统设计课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。通过课程设计，使学生能够运用所学过的基础课，技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产等实践技能，达到巩固，加深和拓展所学知识的目的。通过课程设计，分析比较机械系统中的某些典型结构，进行选择和改进；结合结构设计，进行设计计算并编写技术文件；完成系统主转动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计，掌握查阅相关工程设计手册，设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。
7、通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。1.2 课程设计的内容机械系统设计课程设计内容由理论分析与设计计算、图样技术设计和技术文件编制三部分组成。1.2.1 理论分析与设计计算1）机械系统的方案设计。设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。1.2.2 图样技术设计1）选择系统中的主要机件。2）工程技术图样的设计与绘制。 1.2.3编制技术文件1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。2）编制设计计算说明书。1.
8、3 课程设计题目、主要技术参数和技术要求1.3.1 课程设计题目和主要技术参数题目 7：分级变速主传动系统设计技术参数： Nmin=63r/min；Nmax=710r/min；Z=8级；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用公比为 1.41 ；电动机功率 P=4kw ；n=1440r/min 1.3.2 技术要求 1 ）利用电动机完成换向和制动。 2 ）各滑移齿轮采用单独操纵机构。 6；63,90,125,180,250,355,500,710(r/min共 8 级2.1.3 确定极限转速：Rn
9、=Nmax/Nmin=710/63=11.27r/min2.1.4 确定结构网和结构式1）写传动结构式主轴转速级数 Z=8. 结构式 8=212224 x=1.414=3.958；则最后一级的变速范围合格. 其结构网如下图所示：图 2.1.4-1 结构网图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用2.1.5 绘制转速图和传动系统图1）选择电动机：采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。2）绘制转速图：转速图如下图：图 2.1.5-1 转速图,即对 Nmax=710r/min，Nmax=708.5
10、r/min 则有： 71.-708.5/710=0.1754.1 ， 因此满足要求。各级转速误差表如下表：表 2.3-1 各级转速误差表n 710 500 355 250 180 125 90 63 n 708.75 506.25 354.3 253.12 177.2 126.6 88.6 63.3 误差0.176% 1.250.2 1.241.561.281.560.48各级转速误差都小于4.1，因此不需要修改齿数。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用第 3 章 动力计算3.1. 传动件的
11、计算转速(1主轴的计算转速nj，由公式 n =n得，主轴的计算转速nj=90r/min。(2确定各传动轴的计算转速。2 轴共有3 级转速： 160 r/min、224r/min、315 r/min。若经传动副 Z / Z传动主轴，则只有315r/min 传递全功率；若经传动副 Z / Z传动主轴，全部传递全功率，其中160r/min是传递全功率的最低转速， 故其计算转速 nj=160 r/min；1 轴有 1 级转速，且都传递全功率，所以其计算转速 nj=450 r/min。各计算转速入表。各轴计算转速表如下表：表 3.1-1 各轴计算转速表轴 号 轴 轴 轴轴计算转速r/min 710 50
12、0 250 112 3.2. 带传动设计1）直径计算初取小带轮直径 d： 取 d=112mm 大带轮直径 D； D=227mm 取 D=224mm/2=183mm 求=D -D）/2=56mm 初取中心距取 a=450mm 带长 L= Dm+2 a+ /a=1433.8 mm 基准长度得：Ld=1400mm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用/2=433.11mm 小轮包角=180 -1204）求带根数带速=D n /60 1000=8.44m/s 传动比 i i=n /n =2.028，
13、取 2 带根数由机械设计表 3.6，P =2.8KW；由表 3.8，K=0.96；由表 3.9，K=0.96；由表 3.7，P =0.17KW ；Z=P/P +P ） K K=4.12；取 Z=5根；3.3 齿轮模数计算及验算3.3.1 模数计算一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即mj=16338可得各组的模数。式中 mj按接触疲劳强度计算的齿轮模数mm）；驱动电动机功率 kW）；被计算齿轮的计算转速r/min）；大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，外啮合取“+”，内啮合取“ -”；小齿轮的齿数 齿）；齿宽系数，B 为齿宽， m 为模数），；材料
14、的许用接触应力 ）。基本组由公式 mj=16338可得=3；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用第一扩大组由公式mj=16338可得=3.5；第二扩大组由公式mj=16338可得=4.5；3.3.2 基本组齿轮计算基本组齿轮几何尺寸见下表：表 3.3.2-1 基本组齿轮几何尺寸表齿轮Z1 Z1 Z2 Z2 齿数30 42 36 36 分度圆直径90 126 108 108 齿顶圆直径96.75 135.5 116.1 116.1 齿根圆直径83.25 116.6 99.9 99.9 齿宽25
15、 20 22 22 3.3.3 扩大组齿轮计算第一扩大组齿轮几何尺寸见下表：表 3.3.3-2 第一扩大组齿轮几何尺寸表Z3 Z3 Z4 Z4 齿数24 48 36 36 分度圆直径72.89 145.78 109.34 109.34 齿顶圆直径80.77 153.66 117.22 117.22 齿根圆直径65 137.9 101.47 101.47 齿宽30 25 28 28 第二扩大组齿轮几何尺寸见下表：表 3.3.3-2 第二扩大组齿轮几何尺寸表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用齿
16、轮Z5 Z5 Z6 Z6 齿数18 72 45 45 分度圆直径64.15 256.6 160.38 160.38 齿顶圆直径74.28 266.73 170.5 170.5 齿根圆直径54.03 246.48 150.25 150.25 齿宽30 25 28 28 3.4 传动轴最小轴径的初定传动轴直径按扭转刚度用下式计算：d=1.64mm） 或 d=91mm）式中 d-传动轴直径 mm ） Tn-该轴传递的额定扭矩 N*mm ） T=9550000； N-该轴传递的功率 KW ）-该轴的计算转速- 该轴每 M长度的允许扭转角，=0.5 。各轴最小轴径如下表：表 3.4-1 各轴最小轴径轴的
17、名称轴轴轴轴轴径25 27 32 38 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用第 4 章 主要零部件的选择4.1 电动机的选择转速n1440r/min ，功率 P4kW 选用Y系列三相异步电动机4.2 轴承的选择1）一轴：背对背角接触球轴承，型号：7007C ；选用深沟球轴承，型号：6007；2）二轴：选用深沟球轴承，型号：6006；选用深沟球轴承，型号：6007；3）三轴：采用深沟球轴承，型号：6007；采用深沟球轴承，型号：6009；采用深沟球轴承，型号： 6009；4）主轴：主轴是传动系
18、统之中最为关键的部分，因此应该合理的选择轴承。从主轴末端到前端依次选择轴承为深沟球轴承，型号：6008；背对背角接触球轴承，型号： 7011C ；圆柱滚子轴承，型号：NC2317E 4.3 键的选取计算各传动轴的输出功率1）1 轴：，取带入公式：，圆整取选花键：2）2 轴：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用，取带入公式：，圆整取选花键：3）3 轴：，取带入公式：，圆整取；选花键：4）4 轴：对于普通车床，主轴内孔直径选择平键连接， bh=22 14，l=150mm 4.4 变速操纵机构的选
19、择选用 2两个左右摆动的操纵杆使其通过杆的推力来分别控制控制1轴和3轴上的二联滑移齿轮。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用第 5 章 校核5.1 2轴刚度校核1）2 轴挠度校核单一载荷下，轴中心处的挠度采用文献【5】中的公式计算： : L- 两支承的跨距；D-轴的平均直径；X=/L；-齿轮工作位置处距较近支承点的距离；N-轴传递的全功率；校核合成挠度 -输入扭距齿轮挠度；-输出扭距齿轮挠度； -被演算轴与前后轴连心线夹角；=135啮合角=20，齿面摩擦角=6.95。代入数据计算得：=0.0
20、29；=0.079；=0.137；=0.316；=0.074；=0.51。合成挠度 =0.351 查文献 6，带齿轮轴的许用挠度=5/10000*L 即=0.351。因合成挠度小于许用挠度，故轴的挠度满足要求。2）2 轴扭转角的校核精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用传动轴在支承点A，B 处的倾角可按下式近似计算：将上式计算的结果代入得：由文献 6，查得支承处的=0.001 因0.001，故轴的转角也满足要求。5.2 轴承寿命校核由轴最小轴径可取轴承为6006, =3；P=XFr+YFaX=
21、1，Y=0。对 2轴受力分析图 5.2-1 轴受力分析图得：前支承的径向力Fr=618.5N。由轴承寿命的计算公式：预期的使用寿命 L10h=15000h L10h=35227hL10h=15000h轴承寿命满足要求。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用第 6 章 结构设计及说明6.1 结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课
22、程设计由于时间的限制，一般只画展开图。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题。精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是：1. 布置传动件及选择结构方案。2. 检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。3. 确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方
23、向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。6.2 展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。I 轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，负责齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第
24、19 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其他轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，是制动尺寸增大。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用结论在本次课程设计中，我对机械系统设计这门课当中许多原理以及公式有了进一步的了解，对设计工作有了更加深入的认识。了解了理论和实践应该放在同等位置，二者缺一不
25、可。理论指导实践，使我事半功倍，实践上升成为理论，为以后的设计打下基础。从校门走出后, 一我定会重视实践经验的积累, 更加要多学多问。把在学校学习的专业知识综合的应用起来。体会到把技术搞好就必须安心的学习，虚心向别人请教，耐心的对待每一个问题，不放过任何一个自己遇到的问题，善于发现问题。在设计过程中，得到老师的精心指导和帮助，在此表示对老师的衷心的感谢！由于经验不足，对知识的认知不够，设计中定然存在许多处理的不够妥当的地方，有些部分甚至可能存在错误，望老师能够不吝赐教，多提宝贵意见。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 23
26、 页个人资料整理仅限学习使用参考文献1 机械设计手册：第五版 / 闻邦椿 主编 北京：机械工业出版社 2018. 2 实用机床设计手册 / 隋秀凛 主编 北京：机械工业出版社 2018. 3 齿轮制造工艺手册：滚、插、磨、剃、刨 / 齿轮制造工艺手册：滚、插、磨、剃、刨编委员编北京：机械工业出版社 2018. 4 机械系统设计 / 赵韩，黄康，陈科编著 北京：高等教育出版社 2005. 5 机械系统设计 / 陈铁鸣 主编 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，修订版. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 23 页个人资料整理仅限学
27、习使用致谢在此次机械系统课程设计成的过程中，我们小组全体成员十分感谢王老师、刘老师和班级同学的帮助。本次课程设计是在王仲文老师、刘同亮老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他们严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我们。从题目的选择到课程设计的最终完成，两位老师都始终给予我们耐心的指导和不懈的支持。此外，在这次课程设计过程中，也得到了班级同学的帮助，虽然只有短短一周，但我们都十分珍惜这段大家共同学习、一起进步的时光，再次我们要向他们表示真诚的感谢！通过为期一周的机械系统课程设计，我们三个人不仅增强了合作的默契，更重要的是我们更系统的将机械系统设计的相关知识广泛地联系了起来。最后，再次感谢两位老师和班级同学。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 23 页