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機械系統(tǒng)課程設(shè)計說明書 機械07—1 范大鵬 25號
哈爾濱東北石油大學華瑞學院
課 程 設(shè) 計
題 目： 機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計
院 、 系： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機械07-1班
姓 名： 范大鵬
學 號： 0708140125
指導教師： 段鐵群
2010年10月18日
分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計
摘要
《機械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計內(nèi)容有理論分析與設(shè)計計算，圖樣技術(shù)設(shè)計和技術(shù)文件編制三部分組成。
1、理論分析與設(shè)計計算：
（1）機械系統(tǒng)的方案設(shè)計。設(shè)計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。
（2）根據(jù)總體設(shè)計參數(shù)，進行傳動系統(tǒng)運動設(shè)計和計算。
（3）根據(jù)設(shè)計方案和零部件選擇情況，進行有關(guān)動力計算與校核。
2、圖樣技術(shù)設(shè)計：
（1）選擇系統(tǒng)中的主要組件。
（2）圖樣的設(shè)計與繪制。
3、編制技術(shù)文件：
（1）對于課程設(shè)計內(nèi)容進行自我技術(shù)經(jīng)濟評價。
（2）編制設(shè)計計算說明書。
關(guān)鍵詞 分級變速；傳動系統(tǒng)設(shè)計,傳動副，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式，齒輪模數(shù)，傳動比，計算轉(zhuǎn)速
目錄
一、課程設(shè)計目的............................................3
二、課程設(shè)計題目，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求....................3
三、運動設(shè)計................................................3
1.確定極限轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速數(shù)列，結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式.................3
2.主傳動轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖..............................4
3.確定變速組齒輪齒數(shù)，核算主軸轉(zhuǎn)速誤差..................5
四、動力計算................................................6
1.傳動件的計算轉(zhuǎn)速......................................6
2.傳動軸和主軸的軸徑設(shè)計................................7
3.計算齒輪模數(shù)..........................................8
4.帶輪設(shè)計..............................................9
五、主要零部件選擇..........................................11
六、校核....................................................12
結(jié)束語...................................................
參考文獻.................................................
一、課程設(shè)計目的
《機械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是在學完本課程后，進行一次學習設(shè)計的綜合性練習。通過課程設(shè)計，使學生能夠運用所學過的基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的有關(guān)理論知識，及生產(chǎn)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(shè)計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型結(jié)構(gòu)，進行選擇和改進；結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行設(shè)計計算并編寫技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主轉(zhuǎn)動設(shè)計，達到學習設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊，設(shè)計標準和資料的方法，達到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。
二、課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求
1．課程設(shè)計題目和技術(shù)參數(shù)
題目25：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計
技術(shù)參數(shù)：Nmin=95r/min; Nmax=800r/min; Z=10級；
公比為1.26；電動機功率P=3.5/5kw;n=710/1420r/min
2．技術(shù)要求
（1）利用電動機完成換向和制動。
（2）各滑移齒輪采用單獨操縱機構(gòu)。
（3）進給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅(qū)動。
三、運動設(shè)計
1.確定極限轉(zhuǎn)速,公比、變速級數(shù)
Nmin=95r/min ,Nmax=800r/min; =1.26; z=10
2．轉(zhuǎn)速數(shù)列：=1.26=(1.06)4
95,118,150,190,236,300,375,475,600,750,800(r/min)共11級
3.確定極限轉(zhuǎn)速：Rn=Nmax/Nmin=800/95=8.42
4.確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式
（1）寫傳動結(jié)構(gòu)式
主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=10. 結(jié)構(gòu)式10=23×31×25
（2）畫結(jié)構(gòu)網(wǎng)：
驗算變速范圍，驗算最后一組即可。對于24變速組，（2-1）×4 =2.5<8；則最后一級的變速范圍合格. 其結(jié)構(gòu)式與結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖所示：
5．繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖
（1）選擇電動機：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。
（2）繪制轉(zhuǎn)速圖：
6.繪傳動系統(tǒng)圖：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)
定中間軸轉(zhuǎn)速
C:ic1=1/5,ic2=1/ 第二擴大組
b:ib1=1/3,ib2=1/2,ib3=1/ 基本組
a:ia1=800/1420=1/1.42 第一擴大組
7確定各變速組此論傳動副齒數(shù)
(1)Sz100-120,中型機床Sz=70-100
(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20,m4
(3)齒數(shù)確定：
基本組：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,小齒輪齒數(shù)分別為: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
第二擴大組：ic1=1/5=1/3.18,Sz=79,80,83,84……
ic2=1/=1/1.26,Sz=82,83,84……
取Sz=84,小齒輪齒數(shù):20,37,
ic1=Z4/Z4’=20/64,ic2=Z5/Z5’=37/47
Zmin=20>18,Sz=84<100-120
8.繪制傳動系統(tǒng)圖：
8．核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 實際傳動比所造成主軸轉(zhuǎn)速誤差
，其中為實際轉(zhuǎn)速，n為標準轉(zhuǎn)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%
全部滿足要求
四、動力計設(shè)
1.傳動件的計算轉(zhuǎn)速
(1)主軸的計算轉(zhuǎn)速：，取主軸的計算轉(zhuǎn)速為160r/min。
Ⅰ軸：500—1000r/min
Ⅱ軸：250—630 r/min
Ⅲ軸：173.2—630 r/min
(2)各軸的計算轉(zhuǎn)速如下：
軸序號
電動機
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
計算轉(zhuǎn)速（r/min）
1420
710
500
250
160
(3)確定齒輪副計算轉(zhuǎn)速：
序號
Z1
Z1′
Z2
Z2′
Z3
Z3′
Z4
Z4′
Z5
Z5′
nj(r/min)
500
250
500
315
500
400
250
160
500
200
2.傳動軸和主軸的軸徑設(shè)計
（1）傳動軸軸徑初定、鍵的選取
Ⅰ軸：p=3.5kw,n=500r/min,=0.5帶入公式：
=24.8mm,圓整取d=25mm
選花鍵：6x28x34x7
Ⅱ軸：p=3.5kw,n=250r/min,=0.5，
=29.5mm,圓整取
選花鍵：8x36x40x7
（2）主（Ⅲ）軸軸頸直徑確定：
車床：70--90mm
銑床：60—90mm
為了提高主軸抗震性,采用兩支承,以前支承為主.由結(jié)構(gòu)要求，查表選擇主軸前端直徑，后端直徑=0.8x80=64mm
軸承內(nèi)徑：d/D0.7 d0.7(80+64/2)=50.4 取d=50mm
對于普通車床，主軸內(nèi)孔直徑,故本例之中，主軸內(nèi)孔直徑取為。
前后軸承選用NN3000k系列雙列圓柱滾子軸承
材料：45鋼。熱處理：調(diào)治Hre22-28
主軸懸伸量：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.齒輪模數(shù)初步計算
mj=16338 3
Nd—驅(qū)動電動機功率
u---大齒輪與小齒輪齒數(shù)比
Z1--小齒輪齒數(shù)
m----齒寬系數(shù)m=B/m=6-10 取m=8
nj----計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速
[]---許用接觸應力 []=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齒輪分度圓直徑的計算
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.帶輪設(shè)計
輸出功率P=3.5/2.5kw,轉(zhuǎn)速n1=710/1420r/min,n2=500/1000r/min
（1）確定計算功率:
,K為工作情況系數(shù)，查[1]表3.5. 取K=1.1
pd=kAP=1.1x3.5=3.85kw
（2）選擇V帶的型號:
根據(jù)pd,n1=1420r/min參考[1]圖表3.16及表3.3選小帶輪直徑，查表選擇A型V帶 d1=90mm
（3）確定帶輪直徑d1,d2
小帶輪直徑d1=90mm
驗算帶速v=d1n1/(60x1000)=x90x1420/(60x1000)=6.69m/s
從動輪直徑d2=n1d1/n2=1420x90/1000=127.8mm取d2=132mm查[1]表3.3
計算實際傳動比i=d2/d1=132/90=1.47
相對誤差: 理論: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和基準帶長Ld
[1]初定中心距a0
0.7(d1d2)a02(d1+d2))
155.4a0444取ao=300mm
[2]帶的計算基準長度
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]計算實際中心距
a≈a0+(Ld-Ld0)/2=300+(630-650)=290mm
[4]確定中心距調(diào)整范圍
amax=a+0.03Ld=290+0.03x630=308.9mm
amin=a-0.015Ld=290-0.015x630=280.55mm
（5）驗算包角:1=1800-（d2-d1）/ax57.30=1800-(132-90)/290x57.30=1720>1200
（6）確定V帶根數(shù)：
確定額定功率：P0
由查表并用線性插值得P0=0.15kw
查[1]表37得功率增量P0=0.13kw
查[1]表38得包角系數(shù)K=0.99
查[1]表3得長度系數(shù)Kl=0.81
確定帶根數(shù)：ZPd/(P0+P0)KKl=3.85/(1.05+0.13)x0.99x0.81=4.07取Z=5
（7）大帶輪結(jié)構(gòu)如下圖所示：
五、主要零部件的選擇
1.軸承的選取
（1）帶輪：選用深溝球軸承，型號：6007
（2）一軸：選用深溝球軸承，型號：6006
（3）二軸：采用深溝球軸承，型號：6008
（4）主軸：主軸是傳動系統(tǒng)之中最為關(guān)鍵的部分，因此應該合理的選擇軸承。
從主軸末端到前端依次選擇軸承為圓錐滾子軸承，型號：30213;雙列圓柱滾子軸承，型號：NN3000K，
2.鍵的選取
（1）1軸：d=26mm，選花鍵：
（2）2軸：d=28mm，選花鍵：
（3）3軸：選擇平鍵連接， bh=22 14，l=60mm
六、校核
1.齒輪校核
齒數(shù)
Z
模數(shù)
m(mm)
分度圓直徑d(mm)
齒頂圓直徑da(mm)
齒根圓直徑df(mm)
齒寬B
(mm)
1軸
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軸
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軸
47
3．5
164．5
171．5
155．75
28
64
3．5
224
231
215．25
28
（1）一軸到二軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為29
查設(shè)計手冊可得以下數(shù)據(jù)：
接觸應力：
，
[為傳遞的額定功率（KW）]
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
彎曲應力： ，，
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
（2）二軸到三軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為20
查設(shè)計手冊可得以下數(shù)據(jù)：
接觸應力：
，
[為傳遞的額定功率（KW）]
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
彎曲應力：
，
將以上數(shù)據(jù)代入公式可得
2.傳動軸校核
傳動軸上的彎曲載荷
輸入扭距的齒輪在軸的中點引起的扭距
輸出扭距的齒輪在軸的中點引起的扭距
,
合成撓度
，
傳動軸在A，B處的傾角
3.對∏軸軸承進行校核
學習心得
經(jīng)過了兩周的課程設(shè)計，使我們對課本的知識有了更深一步的了解，以前不懂的知識也在這次課程設(shè)計中加深了鞏固。尤其對分級變速主傳動系統(tǒng)的一系列設(shè)計過程有很深的感觸。一步一步的進行設(shè)計，其中遇到了很多困難，但經(jīng)過努力都一點點的解決了，通過這次的設(shè)計不僅鍛煉了自己的能力，也為以后的工作打下了基礎(chǔ)。
參考書籍
【1】.機械設(shè)計 科學出版社
【2】.機械課程設(shè)計 科學出版社
【3】.機床設(shè)計手冊 機械工業(yè)出版社
【4】.機床設(shè)計圖冊 上?？茖W技術(shù)出版社
【5】.機械設(shè)計（第四版） 高等教育出版社
【6】.機械制圖 高等教育出版社
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