1、哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计哈哈 尔尔 滨滨 理理 工工 大大 学学课程设计课程设计题题 目：目：分级变速主传动系统分级变速主传动系统 院院 系：机械设计制造及其自动化系：机械设计制造及其自动化姓姓 名：名：指导教师：指导教师：陈陈 涛涛 2012 年 8 月 31 日 哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计目 录摘要.I第 1 章 课程设计的目的.1第 2 章 课程设计题目，主要设计参数和技术要求.22.1 课程设计题目和主要技术参数.22.2 技术要求.2第 3 章 运动设计.33.1 运动参数及转速图的确定.33.2 核算主轴转速误差.5第 4 章 动力计算.64.1 带传动设计.64
2、.2 计算转速的计算.74.3 齿轮模数计算及验算.84.4 传动轴最小轴径的初定.114.5 执行轴轴颈直径的确定：.124.6 轴承的选择:.124.7 花键的选择：.12第 5 章 主要零部件的选择.135.1 摆杆式操作机构的设计.135.2 电动机的选择.13第 6 章 校核.146.1 轴刚度校核.146.2 轴承寿命校核.15第 7 章 润滑与密封.16第 8 章 设计结论.17参考文献.18哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计I摘要设计机床得主传动变速系统时，首先利用传动系统设计方法求出理想解和多个合理解。根据数控机床主传动系统及主轴功率与转矩特性要求，分析了机电关联分级调速主传
3、动系统的设计原理和方法。从主传动系统结构网入手，确定最佳机床主轴功率与转矩特性匹配方案，计算和校核相关运动参数和动力参数。这次说明书着重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。哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计-1-第 1 章 课程设计的目的(1)、课程设计属于
4、机械系统设计课的延续，通过设计实践，进一步学习掌握机械系统设计的一般方法。(2)、培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。(3)、培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。(4)、提高技术总结及编制技术文件的能力。(5)、是毕业设计教学环节实施的技术准备。哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计2第 2 章 课程设计题目，主要设计参数和技术要求2.1 课程设计题目和主要技术参数题目：分级变速主传动系统设计技术参数：Nmin=40r/min；Nmax=450r/min；Z=8 级；公比为 1.41；电动机功率 P=3KW；电
5、机转速 n=1430r/min2.2 技术要求1.利用电动机完成换向和制动。2.各滑移齿轮块采用单独操纵机构。3.进给传动系统采用单独电动机驱动。哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计3第 3 章 运动设计3.1 运动参数及转速图的确定（1）转速范围。Rn=minmaxNN=40450=11.25（2）转速数列。首先找到 40r/min、然后每隔 5 个数取一个值（1.41=1.066），故得出主轴的转速数列为：40 r/min、56r/min、80 r/min、112 r/min、160 r/min、224 r/min，315 r/min，450r/min，共 9 级。（3）确定传动组数和传动副
6、数。因为 Z=8，可分解为：Z=212224。这种结构式可以使传动组结构紧凑，再设计时不至于使整体结构过大。（4）写传动结构式,画结构图。根据“前多后少”,“先降后升”,“前密后疏”,“升 2 降 4”的原则,选取传动方案 Z=212224,易知第一扩大组的变速范围 r=p1(x1-1)=1.414=3.958 符合“升 2 降 4”原则，其结 构 网 如 图结构网 Z=212224哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计4（5）画转速图。转速图如下图 系统转速图 （6）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图：主传动系统图哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计5（7）齿轮齿数
7、的确定。变速组内取模数相等，据设计要求 Zmin17,齿数和 Sz100120，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表：齿轮齿数基本组第一扩大组第二扩大组传动比1:1.411:21：1.411:2.801:11:4代号Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6齿数3042244835492262454518723.2 核算主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过10(-1),即|10(1)%nnn实际转速标准转速标准转速 对Nmax=450r/min，Nmax=1430*95/150*30/42*45/453=462.1r/min 则有450450.14
8、62=2.684.1因此满足要求。各级转速误差n 450315224160112805640n462.02323.45229.55160.68115.5280.8657.3940.17误差2.68%2.682.480.433.141.082.480.43各级转速误差都都小于 4.1，因此不需要修改齿数。哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计6第 4 章 动力计算4.1 带传动设计(1)直径计算计算功率 Pd=Ka*P=1.1*3=3.3KW查普通 V 带选型图，可得 d=80100mm初取小带轮直径 d：取 d=100mm A 型 V 带大带轮直径 D；D=21ndn=9001430100=158
9、.9mm 根据 V 带带轮基准直径系列，取 D=160mm（2）计算带长求 Dm Dm=(D1+D2)/2=(95+150)/2=122.5mm求 =（D1-D2）/2=（160-100）/2=30mm根据 0.7（D1+D2）a2（D1+D2）即，182a0520mm初取中心距，a0=450mm带长 L=Dm+2a0+2/a0=1286.84 mm由机械设计表 3.2 选取标准 Ld 得：Ld=1250mm（3）求实际中心距和包角实际中心距 aa0+(Ld-L)/2=450-18.42=431.58mm中心距调整范围 amax=a+0.03Ld=469.08mm amin=a-0.015Ld
10、=412.83mm小轮包角 1=180-（D1-D2）/a57.3=172120（4）求带根数验算带速：=D1n1/601000=3.141001430/(601000)=7.49m/s525，合格计算传动比 i 并验算传动比相对误差：理论传动比 i0=3.575实际传动比 i=n1/n2=160/100=1.60哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计7确定 V 带根数 Z：由机械设计表 3.6，P0=1.30KW；由表3.8，K=0.98；由表 3.9，KL=0.95；由表 3.7，P0=0.15KW；所以 ZPC/（P0+P0）KKL=3.3/(1.30+0.15)0.980.95=2.44取
11、 Z=3 根4.2 计算转速的计算（1）主轴的计算转速 nj，由公式 nj=nmin)13/(z得，主轴的计算转速nj=70.92r/min，取主轴的计算转速 nj=80 r/min。（2）确定各传动轴的计算转速。轴共有 4 级转速：160 r/min、224r/min、315 r/min、450r/min。若经传动副传动主轴，全部传递全功率，其中 160/min是传递全功率的最低转速，故其计算转速 nj=160 r/min；轴共有 2 级转速：450 r/min、630 r/min。若经转动副转动主轴，全部传递全功率，其中450/min 是传递全功率的最低转速，故其计算转速 nj=450 r
12、/min；轴有 1 级转速，且都传递全功率，所以其计算转速 nj=900 r/min。各计算转速入表。各轴计算转速 轴号轴轴轴轴计算转速 r/min90045016080（3）确定齿轮副的计算转速。齿轮 Z6装在主轴上并具有 40、56、80、112r/min 共 4 级转速，其中有 80、112r/min 传递全功率，故 Z6j=80 r/min。齿轮 Z6装在轴上，有 160、224、315、450r/min 共 4 级转速，经齿轮副 Z6/Z6传动主轴，则 4 个转速都传递全功率，故 Z6j=160r/min。依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计8 齿轮
13、副计算转速序号Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6jn900630900450450315450160160160315804.3 齿轮模数计算及验算（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=163383221)1(jjmnuzPu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）；dN驱动电动机功率（kW）；jn被计算齿轮的计算转速（r/min）；u 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，外啮合取“+”，内啮合取“-”；1z 小齿轮的齿数（齿）；m 齿宽系数，Bmm（B 为
14、齿宽，m 为模数），4 10m；j材料的许用接触应力（MPa）。得：基本组的模数 mj=3 第一扩大组的模数 mj=3 第二扩大组的模数mj=4（2）基本组齿轮计算。基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z1Z1Z2Z2齿数30422448分度圆直径9012692144齿顶圆直径9613298150齿根圆直径82.5118.584.5136.5齿宽15151515哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计9按基本组最小齿轮计算。小齿轮用 40Cr，调质处理，硬度 241HB 286HB，平均取 260HB，大齿轮用 45 钢，调质处理，硬度 229HB286HB，平均取 240HB。计算如下：齿面接触疲劳强度计
15、算：接触应力验算公式为 jfsjMPauBnNKKKKuzm)()1(1020883218 弯曲应力验算公式为：wswMPaBYnzmNKKKK)(1019123215式中 N-传递的额定功率（kW），这里取 N 为电动机功率，N=3kW;jn-计算转速（r/min）.jn=400（r/min）;m-初算的齿轮模数（mm）,m=3.5（mm）;B-齿宽（mm）;B=24.5（mm）;z-小齿轮齿数；z=19;u-小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=2.79;sK-寿命系数；sK=TKnKNKqK TK-工作期限系数；mTCTnK0160 T-齿轮工作期限，这里取 T=15000h.;1n-齿轮的最
16、低转速（r/min）,1n=400（r/min）0C-基准循环次数，接触载荷取0C=710，弯曲载荷取0C=6102 m-疲劳曲线指数，接触载荷取 m=3；弯曲载荷取 m=6;哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计10 nK-转速变化系数，取nK=0.60 NK-功率利用系数，取NK=0.78 qK-材料强化系数，qK=0.60 3K-工作状况系数，取3K=1.1 2K-动载荷系数，取2K=1 1K-齿向载荷分布系数，1K=1 Y-齿形系数，Y=0.386；j-许用接触应力（MPa）,取j=650 Mpa；w-许用弯曲应力（MPa），取w=275 Mpa；根据上述公式，可求得及查取值可求得：j=639.47 Mpa j w=78.72 Mpaw（3）扩大组齿轮计算。第一扩大组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z3Z3Z4Z4齿数35492262分度圆直径10514766186齿顶圆直径11115372192齿根圆直径97.5139.558.5178.5齿宽30303030哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计11第二扩大组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z5Z5Z6Z6齿数45451872分度圆直径18018072
