机械系统设计分级变速主传动系统设计.doc

机械系统课程设计说明书 机械08—12 田冬 25号题
哈尔滨理工大学

课 程 设 计

题 目： 机械系统设计课程设计
院 、 系： 机械设计制造及其自动化
班 级： 机械08-12班
姓 名： 田冬
学 号： 080801011205
指导教师： 张元

2011年9月8日

分级变速主传动系统设计
摘要

《机械系统设计》课程设计内容有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、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，进行有关动力计算与校核。
2、图样技术设计：
（1）选择系统中的主要组件。
（2）图样的设计与绘制。
3、编制技术文件：
（1）对于课程设计内容进行自我技术经济评价。
（2）编制设计计算说明书。

关键词 分级变速；传动系统设计,传动副，结构网，结构式，齿轮模数，传动比，计算转速

目录

一、课程设计目的............................................3
二、课程设计题目，主要技术参数和技术要求....................3
三、运动设计................................................3
1.确定极限转速，转速数列，结构网和结构式.................3
2.主传动转速图和传动系统图..............................4
3.确定变速组齿轮齿数，核算主轴转速误差..................5
四、动力计算................................................6
1.传动件的计算转速......................................6
2.传动轴和主轴的轴径设计................................7
3.计算齿轮模数..........................................8
4.带轮设计..............................................9
五、主要零部件选择..........................................11
六、校核....................................................12
结束语...................................................
参考文献.................................................

一、课程设计目的
《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。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、课程设计题目和主要技术参数和技术要求
1．课程设计题目和技术参数
题目25：分级变速主传动系统设计
技术参数：Nmin=95r/min; Nmax=800r/min; Z=10级；
公比为1.26；电动机功率P=3.5/5kw;n=710/1420r/min
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。
（3）进给传动系统采用单独电动机驱动。
三、运动设计
1.确定极限转速,公比、变速级数
Nmin=95r/min ,Nmax=800r/min; =1.26; z=11
2．转速数列：=1.26=(1.06)4
95,118,150,190,236,300,375,475,600,750,800(r/min)共11级
3.确定极限转速：Rn=Nmax/Nmin=800/95=8.42
4.确定结构网和结构式
（1）写传动结构式
主轴转速级数Z=11. 结构式11=23×31×25
（2）画结构网：
验算变速范围，验算最后一组即可。对于24变速组，（2-1）×4 =2.5<8；则最后一级的变速范围合格. 其结构式与结构网如下图所示：

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：
6.绘传动系统图：1-2轴最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)
轴最小齿数和:Szmin>(Zmax+2+D/m)
定中间轴转速
C:ic1=1/5,ic2=1/ 第二扩大组
b:ib1=1/3,ib2=1/2,ib3=1/ 基本组
a:ia1=800/1420=1/1.42 第一扩大组
7确定各变速组此论传动副齿数
(1)Sz100-120,中型机床Sz=70-100
(2)直齿圆柱齿轮Zmin18-20,m4
(3)齿数确定：
基本组：ib1=1/3=1/2,Sz=78,81,84,86……
ib2=1/2=1/1.59,Sz=80,82,83,85,86……
ib3=1/=1/126,Sz=77,79,……86……
取Sz=86,小齿轮齿数分别为:29,33,38,
ib1=Z1/Z1’=29/57 ,ib2=Z2/Z2’=33/53,ib3=Z3/Z3’=38/48
Zmin=29>18,Sz=88<100-120
第二扩大组：ic1=1/5=1/3.18,Sz=79,80,83,84……
ic2=1/=1/1.26,Sz=82,83,84……
取Sz=84,小齿轮齿数:20,37,
ic1=Z4/Z4’=20/64,ic2=Z5/Z5’=37/47
Zmin=20>18,Sz=84<100-120
8.绘制传动系统图：

8．核算主轴转速误差 实际传动比所造成主轴转速误差
，其中为实际转速，n为标准转速。
n=710r/min:
n´=710×(35/49)×(29/57)×(20/64)=80.63 r/min
δ=|(80.63-80)/80|=0.79 %<2.6%
n´=710×(35/49)×(29/57)×(37/47)=203.12 r/min δ=|(203.12-200)/200|=1.56%<2.6%
n´=710×(35/49)×(33/53) ×(20/64)=98.68 r/min
δ=|(98.68-100)/100|=1.32 %<2.6%
n´=710×(35/49)×(33/53) ×(37/64)=248.58 r/min
δ=|(248.58-250)/250|=0.57 %<2.6%
n´=710×(35/49) ×(38/48) ×(20/64)=125.47 r/min
δ=|(125.47-125)/125|=0.37 %<2.6%
n´=710×(35/49) ×(38/48) ×(37/47)=316.07 r/min
δ=|(316.07-315)/315|=0.34 %<2.6%
全部满足要求
四、动力计设
1.传动件的计算转速
(1)主轴的计算转速：，取主轴的计算转速为160r/min。
Ⅰ轴：500—1000r/min
Ⅱ轴：250—630 r/min
Ⅲ轴：173.2—630 r/min

(2)各轴的计算转速如下：
轴序号
电动机
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
计算转速（r/min）
1420
710
500
250
160
(3)确定齿轮副计算转速：
序号
Z1
Z1´
Z2
Z2´
Z3
Z3´
Z4
Z4´
Z5
Z5´
nj(r/min)
500
250
500
315
500
400
250
160
500
200

2.传动轴和主轴的轴径设计
（1）传动轴轴径初定、键的选取
Ⅰ轴：p=3.5kw,n=500r/min,=0.5带入公式：
=24.8mm,圆整取d=25mm
选花键：6x28x34x7
Ⅱ轴：p=3.5kw,n=250r/min,=0.5，
=29.5mm,圆整取
选花键：8x36x40x7
（2）主（Ⅲ）轴轴颈直径确定：
车床：70--90mm
铣床：60—90mm
为了提高主轴抗震性,采用两支承,以前支承为主.由结构要求，查表选择主轴前端直径，后端直径=0.8x80=64mm
轴承内径：d/D0.7 d0.7(80+64/2)=50.4 取d=50mm
对于普通车床，主轴内孔直径,故本例之中，主轴内孔直径取为。
前后轴承选用NN3000k系列双列圆柱滚子轴承
材料：45钢。热处理：调治Hre22-28
主轴悬伸量：a/D1=1.25--2.5 a=(1.25—2.5)D1=(1.25—2.5)x(80+64/2)=90—180 取a=120mm
3.齿轮模数初步计算
mj=16338 3
Nd—驱动电动机功率
u---大齿轮与小齿轮齿数比
Z1--小齿轮齿数
m----齿宽系数m=B/m=6-10 取m=8
nj----计算齿轮的计算转速
[]---许用接触应力 []=650mpa
b:ib1=z1/z1’ =29/57,nj =500Mpa

mj=16338 3=2.26 取m1=2.5
a: ia1=35/49,nj =710Mpa

mj=16338 3=1.85 取m0=2.0
c: ic1=20/64, nj =250Mpa
mj=16338 3=3.48 取m1=3.5
4齿轮分度圆直径的计算
b: d1=m1z1=2.5x29=72.5mm
d1’=m1z1’=2.5x57=142.5mm
d2=m2z2=2.5x33=82.5mm
d2’=m2z2’=2.5x53=132.5mm
d3=m3z3=2.5x38=95mm
d3’=m3z3’=2.5x48=120mm
B=m=8x2.5=20mm
h=2.25m=2.25x2.5=5.625mm
c: d4=m4z4=3.5x20=70mm
d4’=m4z4’=3.5x64=224mm
d5=m5z5=3.5x37=129.5mm
d5’=m5z5’=3.5x47=164.5mm
B=m=8x3.5=28mm
5.带轮设计
输出功率P=3.5/2.5kw,转速n1=710/1420r/min,n2=500/1000r/min
（1）确定计算功率:
,K为工作情况系数，查[1]表3.5. 取K=1.1
pd=kAP=1.1x3.5=3.85kw
（2）选择V带的型号:
根据pd,n1=1420r/min参考[1]图表3.16及表3.3选小带轮直径，查表选择A型V带 d1=90mm
（3）确定带轮直径d1,d2
小带轮直径d1=90mm
验算带速v=d1n1/(60x1000)=x90x1420/(60x1000)=6.69m/s
从动轮直径d2=n1d1/n2=1420x90/1000=127.8mm取d2=132mm查[1]表3.3
计算实际传动比i=d2/d1=132/90=1.47
相对误差: 理论:i0=n1/n2=1.42
︱i0-i/i0︱=︱1.42-1.47/1.42︱=3.5%<5% 合格
（4）定中心矩a和基准带长Ld
[1]初定中心距a0
0.7(d1d2)a02(d1+d2))
155.4a0444取ao=300mm
[2]带的计算基准长度
Ld0≈2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0
≈2x300+/2(90+132)+(132-90)2/4x300
≈650mm
查[1]表3.2取Ld0=630mm
[3]计算实际中心距
a≈a0+(Ld-Ld0)/2=300+(630-650)=290mm

[4]确定中心距调整范围
amax=a+0.03Ld=290+0.03x630=308.9mm
amin=a-0.015Ld=290-0.015x630=280.55mm
（5）验算包角:1=1800-（d2-d1）/ax57.30=1800-(132-90)/290x57.30=1720>1200

（6）确定V带根数：
确定额定功率：P0
由查表并用线性插值得P0=0.15kw
查[1]表37得功率增量P0=0.13kw
查[1]表38得包角系数K=0.99
查[1]表3得长度系数Kl=0.81
确定带根数：ZPd/(P0+P0)KKl=3.85/(1.05+0.13)x0.99x0.81=4.07取Z=5
（7）大带轮结构如下图所示：

五、主要零部件的选择
1.轴承的选取
（1）带轮：选用深沟球轴承，型号：6007

（2）一轴：选用深沟球轴承，型号：6006

（3）二轴：采用深沟球轴承，型号：6008

（4）主轴：主轴是传动系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圆锥滚子轴承，型号：30213;双列圆柱滚子轴承，型号：NN3000K，
2.键的选取
（1）1轴：d=26mm，选花键：

（2）2轴：d=28mm，选花键：

（3）3轴：选择平键连接， bh=22 14，l=60mm
六、校核
1.齿轮校核

齿数
Z
模数
m(mm)
分度圆直径d(mm)
齿顶圆直径da(mm)
齿根圆直径df(mm)
齿宽B
(mm)

1轴
29
2．5
72．5
77．5
66．25
20
38
2．5
95
100
88．75
20
33
2．5
82．5
87．5
76．25
20

2轴
57
2．5
142．5
147．5
136．25
20
48
2．5
120
125
113．75
20
53
2．5
132．5
137．5
126．25
20
37
2．5
129．5
136．5
120．75
28
20
2．5
70
75
63．75
28

3轴
47
3．5
164．5
171．5
155．75
28
64
3．5
224
231
215．25
28
（1）一轴到二轴的小齿轮从上表可知为齿数为29
查设计手册可得以下数据：

接触应力：
，
[为传递的额定功率（KW）]
将以上数据代入公式可得
弯曲应力： ，，

将以上数据代入公式可得
（2）二轴到三轴的小齿轮从上表可知为齿数为20
查设计手册可得以下数据：

接触应力：
，
[为传递的额定功率（KW）]
将以上数据代入公式可得
弯曲应力：
，

将以上数据代入公式可得
2.传动轴校核
传动轴上的弯曲载荷

输入扭距的齿轮在轴的中点引起的扭距

输出扭距的齿轮在轴的中点引起的扭距
,
合成挠度
，
传动轴在A，B处的倾角

3.对∏轴轴承进行校核

学习心得
经过了两周的课程设计，使我们对课本的知识有了更深一步的了解，以前不懂的知识也在这次课程设计中加深了巩固。尤其对分级变速主传动系统的一系列设计过程有很深的感触。一步一步的进行设计，其中遇到了很多困难，但经过努力都一点点的解决了，通过这次的设计不仅锻炼了自己的能力，也为以后的工作打下了基础。
参考书籍

【1】.机械设计 科学出版社
【2】.机械课程设计 科学出版社
【3】.机床设计手册 机械工业出版社
【4】.机床设计图册 上海科学技术出版社
【5】.机械设计（第四版） 高等教育出版社
【6】.机械制图 高等教育出版社

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