机械系统设计分级变速主传动系统设计

-1-《目录》摘要------------------------------------------------------------1第1章绪论…………………………………………….3第2章运动设计…………………………………………4第3章动力计算…………………………………………9第4章主要零部件的选择………………………………18第5章校核…………………………………..………19结束语………………………………………………….21参考文献…………………………………………………21.-2-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。本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。-3-第一章绪论（一）课程设计的目的《机械系统课程设计》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，及生产实习等实践技能，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机构，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；完成系统主传动设计，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。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。（二）课程设计题目、主要技术参数和技术要求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=80r/min；Nmax=630r/min；Z=10级；公比为1.26；电动机功率P=2.5/3.5KW；电机转速n=710/1420r/min2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。-4-第二章运动设计1运动参数及转速图的确定（1）转速范围。Rn=minmaxNN=630/80=7.9（2）转速数列。查《机械系统设计》表2-9标准数列表，首先找到80r/min、然后每隔3个数取一个值，得出主轴的转速数列为80r/min、100r/min、125r/min、160r/min、200r/min、250r/min，315r/min，400r/min，500r/min，630r/min共10级。（3）定传动组数，选出结构式。对于Z=10可按z=12写出结构式，并且有一级速度重复。即：Z=10=31×23×24。（4）根据传动结构式,画结构图。根据“前多后少”,“前密后疏”，“升2降4”,“前满后快”的原则,选取传动方案Z=31×23×24,可知第二扩大组的变速范围22(1)42min1.262.528pxnrr满足“升2降4”要求，其结构网如图2-1。图2-1结构网Z=11=31×23×24（5）画转速图。转速图如下图2-2。-5-图2-2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2-3：-6-710/1420r/min2.5/3.5Kw图2-3主传动系统图（7）齿轮齿数的确定。根据齿数和不宜过大原则一般推荐齿数和在100～120之间，和据设计要求Zmin≥17,原则。并且变速组内取模数相等，变速组内由《机械系统设计》表3-1，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2-2。表2-2齿轮齿数传动比基本组第一扩大组1:1.41:1.81:2.31：11:2.5代号Z1Z'1Z2Z'2Z3Z'3Z4Z'4Z5Z'5齿数415735633068535330762主轴.传动件计算2.1计算转速-7-（1）.主轴的计算转速本设计所选的是中型普通车床，所以由《机械系统设计》表3-2中的公式＝8011(1)31.26＝137.2r/min取160r/min(2).传动轴的计算转速在转速图上，轴Ⅱ在最低转速200r/min时经过传动组b的53:53传动副，得到主轴转速为200r/min。这个转速高于主轴计算转速，在恒功率区间内，因此轴2的最低转速为该轴的计算转速即=200/min,同理可求得轴1的计算转速为=447r/min（3）确定各齿轮计算转速由机械设计知识可知，一对啮合齿轮只需要校核危险的小齿轮，因此只需求出危险小齿轮的计算转速。在传动组b中Z53在轴Ⅲ上具有的转分别为200r/min,350r/min,315r/min,400/min,500r/min,630r/minz这六种转速都在恒功率区间内，即都要求传递最大功率所以齿轮Z53的计算转速为这六种转速的最小值即njz53=200r/min同理可求得其余两对啮合齿轮中危险齿轮的计算转速即,njz30=315r/minnjz30=250r/min2验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|实际转速n`-标准转速n|-------------------------------〈10(-1)％标准转速n对于标准转速n=80r/min时，其实际转速n`=447×30/68×30/76=78.85r/min（80－78.85）／80=1.4％〈10(1.26-1)％=2.6%因此满足要求。同理可得各级转速误差如表各级转速误差n80100125160200250315400500650-8-n`7999.78125.34160.65199.58251.72315400500630误差1.44％0.28％035％0.43％0.25％0.37％0000各级转速都满足要求，因此不需要修改齿数。-9-第三章动力计算1主轴.传动轴直径初选（1）主轴轴径的确定在设计初期，由于主轴的结构尚未确定，所以只能根据现有的资料初步确定主轴直径。由机械系统设计表4-9初选取前轴径d1=75mm，后轴颈的轴径为前轴径，所以d2=(0.7~0.85)d1=60mm。（2）传动轴直径初定传动轴直径按文献[5]公式（6）进行概算式中d---传动轴直径（mm）Tn---该轴传递的额定扭矩（N*mm）T=9550000JnN；N----该轴传递的功率（KW）jn----该轴的计算转速---该轴每米长度的允许扭转角，=0.5~01。取=0.500NP=2.5/3.5Kw,验算3.5Kw。1100.963.36NPPKw2210.9950.973.24NPPKw3320.9950.993.19NPPKw轴Ⅰ：=9550000×3.36/447=71785(N.mm)d=1.644717850.5=31.92mm取35mm轴Ⅱ：＝9550000×3.24/200＝154710（N.mm）=1.6441547100.5=38.68mm取40mm-10-2齿轮参数确定、齿轮应力计算（1）齿轮模数的初步计算一般同一组变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最小的齿轮，按简化的接触疲劳强度由文献[5]公式（8）进行计算：式中：为了不产生根切现象，并且考虑到轴的直径，防止在装配时干涉，对齿轮的模数作如下计算和选择：轴Ⅰ-轴Ⅱ：以最小齿轮齿数30为准m=1633832268(1)3.5306883065044730=2.77取m=3轴Ⅱ-轴Ⅲ：以最小齿轮齿数30为准m=1633832276(1)3.5307683065020030=2.94取m=3-11-（2）齿轮参数的确定计算公式如下：分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽=6取=8由已选定的齿数和计算确定的模数，将各个齿轮的参数计算如下表（2）基本组齿轮计算。基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z1Z1`Z2Z2`Z3Z3`齿数415735633068分度圆直径12317110518990204齿顶圆直径12917711119596210齿根圆直径115.5163.597.5181.582.5196.5齿宽252525252525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229HB～286HB，平均取240HB。计算如下：①齿面接触疲劳强度计算：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=3.5kW;jn-----计算转速（r/min）.jn=150（r/min）;-12-m-----初算的齿轮模数（mm）,m=3（mm）;B----齿宽（mm）;B=25（mm）;z----小齿轮齿数；z=40;u----小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=2;sK-----寿命系数；sK=TKnKNKqKTK----工作期限系数；mTCTnK0160T------齿轮工作期限，这里取T=15000h.;1n-----齿轮的最低转速（r/min）,1n=150（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;nK----转速变化系数，取nK=0.60NK----功率利用系数，取NK=0.78qK-----材料强化系数，qK=0.603K-----工作状况系数，取3K=1.12K-----动载荷系数，取2K=11K------齿向载荷分布系数，1K=1Y------齿形系数，Y=0.386；j----许用接触应力（MPa）,查表，取j=650Mpa；w---许用弯曲应力（MPa），查表4-7，取w=275Mpa；根据上述公式，可求得及查取值可求得：-13-j=635Mpajw=78Mpaw（3）扩大组齿轮计算。扩大组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z4Z4`Z5Z5`齿数53533076分度圆直径15915990228齿顶圆直径16516596234齿根圆直径151.5151.581.5220.5齿宽25252525按扩大组最小齿轮计算。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229HB～286HB，平均取240HB。同理根据基本组的计算，查文献，可得nK=0.62，NK=0.77，qK=0.60，3K=1.1，2K=1，1K=1，m=3.5，jn=355；可求得：j=619Mpajw=135Mpaw3带传动设计-14-定V带型号和带轮直径(1).工作情况系数.(2).计算功率.(3).选带型号.(4).小带轮直径.(5).大带轮直径.(6)验算带速计算带长(1).初取中心距.(2).计算带.基准长度.(3).计算实际中心距(4)确定中心距调整范围由机械设计表3.5查的＝P＝1.13.5＝3.85Kw根据参考图3.16及表3.3选带型及小带轮直径＝（1－ε）＝（1－0.01）1.6100＝159mm按表3.3取标准值13.14100710601000601000DnV=3.72m/s0.7(D1+D2)≤a≤2(D1+D2)＝＞182≤a≤52022101