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寧XX大學(xué) 課程設(shè)計(論文) 分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計（題目27） 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 年 月 日 5 摘 要 設(shè)計機(jī)床得主傳動變速系統(tǒng)時首先利用傳動系統(tǒng)設(shè)計方法求出理想解和多個合理解。根據(jù)數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)及主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性要求，分析了機(jī)電關(guān)聯(lián)分級調(diào)速主傳動系統(tǒng)的設(shè)計原理和方法。從主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)入手，確定最佳機(jī)床主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性匹配方案，計算和校核相關(guān)運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)。本說明書著重研究機(jī)床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計步驟和設(shè)計方法，根據(jù)已確定的運(yùn)動參數(shù)以變速箱展開圖的總中心距最小為目標(biāo)，擬定變速系統(tǒng)的變速方案，以獲得最優(yōu)方案以及較高的設(shè)計效率。在機(jī)床主傳動系統(tǒng)中，為減少齒輪數(shù)目，簡化結(jié)構(gòu)，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數(shù)的設(shè)計方法是試算，湊算法，計算麻煩且不易找出合理的設(shè)計方案。本文通過對主傳動系統(tǒng)中三聯(lián)滑移齒輪傳動特點(diǎn)的分析與研究，繪制零件工作圖與主軸箱展開圖及剖視圖。 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 目 錄 摘 要 2 目 錄 4 第1章 緒論 6 1.1 課程設(shè)計的目的 6 1.2課程設(shè)計的內(nèi)容 6 1.2.1 理論分析與設(shè)計計算 6 1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計 6 1.2.3編制技術(shù)文件 6 1.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 7 1.3.1課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù) 7 1.3.2技術(shù)要求 7 第2章 運(yùn)動設(shè)計 8 2.1運(yùn)動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 8 2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 8 2.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 8 2.1.3確定結(jié)構(gòu)式 8 2.1.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 8 2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 9 2.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) 9 2.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 10 第3章 動力計算 12 3.1 帶傳動設(shè)計 12 3.2 計算轉(zhuǎn)速的計算 13 3.3 齒輪模數(shù)計算及驗(yàn)算 14 3.4 傳動軸最小軸徑的初定 17 3.5 主軸合理跨距的計算 17 第4章 主要零部件的選擇 19 4.1電動機(jī)的選擇 19 4.2 軸承的選擇 19 4.3 鍵的規(guī)格 19 4.4變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇 19 第5章 校核 20 5.1 剛度校核 20 5.2 軸承壽命校核 21 第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 22 6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 22 6.2 展開圖及其布置 22 結(jié) 論 23 參考文獻(xiàn) 24 致 謝 24 分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計論文 第1章 緒論 1.1 課程設(shè)計的目的 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是在學(xué)完本課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計的綜合性練習(xí)。通過課程設(shè)計，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)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)實(shí)習(xí)等實(shí)踐技能，達(dá)到鞏固、加深和拓展所學(xué)知識的目的。通過課程設(shè)計，分析比較機(jī)械系統(tǒng)中的某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)；結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行設(shè)計計算并編寫技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主傳動設(shè)計，達(dá)到學(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達(dá)到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學(xué)生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學(xué)生獲得機(jī)械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。 1.2課程設(shè)計的內(nèi)容 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計內(nèi)容由理論分析與設(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。 1.2.1 理論分析與設(shè)計計算 （1）機(jī)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(jìn)行傳動系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)行有關(guān)動力計算和校核。 1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計 （1）選擇系統(tǒng)中的主要機(jī)件。 （2）工程技術(shù)圖樣的設(shè)計與繪制。 1.2.3編制技術(shù)文件 （1）對于課程設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價。 （2）編制設(shè)計計算說明書。 1.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 1.3.1課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù) 題目27：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)：Nmin=40r/min；Nmax=900r/min； Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=2.5/3.5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 1.3.2技術(shù)要求 （1）利用電動機(jī)完成換向和制動。 （2）各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。 （3）進(jìn)給傳動系統(tǒng)采用單獨(dú)電動機(jī)驅(qū)動。 26 分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計論文 第2章 運(yùn)動設(shè)計 2.1運(yùn)動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 Rn===22.5 2.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 查[1]表2.12，首先找到40r/min、然后每隔5個數(shù)取一個值（1.41=1.066），得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為40 r/min、56 r/min、80 r/min、112/min、160 r/min、224 r/min、315 r/min、450r/min、630r/min、900 r/min共10級。由于題目給定的設(shè)計Z=8級變速傳動，故在這里進(jìn)行剔除2個級別的傳動，具體剔除依據(jù)具體情況。 2.1.3確定結(jié)構(gòu)式 對于Z=8可分解為：Z=21×22×24。 2.1.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則,選取傳動方案 Z=21×22×24,易知第二擴(kuò)大組的變速范圍r=φ(P3-1)x=1.415=5.57〈8 滿足要求，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖2-1。已知該題設(shè)選用電機(jī)為二級調(diào)速電機(jī)，其分?jǐn)偭?-1級的2個級別的變速。 圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng) Z=21×22×24 2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 （1）選擇電動機(jī)：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。 （2）繪制轉(zhuǎn)速圖 圖2-2 轉(zhuǎn)速圖 （3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖2-3： 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) 2.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) (1)Sz100-120,中型機(jī)床Sz=70-100 (2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20 圖2-3 主傳動系統(tǒng)圖 （7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計要求Zmin≥18~20,齒數(shù)和Sz≤100～120，由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表2-2。 表2-2 齒輪齒數(shù) 傳動比 基本組 第一擴(kuò)大組 1:1.41 1:2 2：1 1：2.78 代號 Z Z Z Z Z Z Z Z 齒數(shù) 30 42 24 48 66 33 26 73 2.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 實(shí)際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過±10(-1)％,即 〈10(-1)％ 選一種情況計算 對Nmax=500r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速Nmax=1430××××=517.3r/min 則有 =3.4％〈4.1％ 因此滿足要求。 同理，根據(jù)計算得出其他各組的數(shù)據(jù)如下表： 各級轉(zhuǎn)速誤差 n 500 350 250 180 125 90 63 45 n` 517.3 357.5 254.6 182.8 126.9 91.18 64.9 44.6 誤差 3.4％ 2.1％ 1.45％ 1.43％ 1.1％ 1.31％ 1.1％ 0.89％ 轉(zhuǎn)速誤差都小于4.1％，因此不需要修改齒數(shù)。 第3章 動力計算 3.1 帶傳動設(shè)計 輸出功率P=2.5/3kw,轉(zhuǎn)速n1=710/1420r/min,n2=315/630r/min （1）確定計算功率: 按最大的數(shù)據(jù)計算P=3kw ,K為工作情況系數(shù)，查[1]表3.5. 取K=1.1 pd=kAP=1.1X3=3.3kw （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(yàn)算帶速v=d1n1/(60X1000)=X90X1420/(60X1000)=6.9m/s 從動輪直徑d2=n1d1/n2=1420X90/630=202.857mm取d2=200mm查[1]表3.3 計算實(shí)際傳動比i=d2/d1=200/90=2.222 （4）定中心矩a和基準(zhǔn)帶長Ld [1]初定中心距a0 0.7(d1+d2)a02(d1+d2)) 203a0580取ao=300mm [2]帶的計算基準(zhǔn)長度 Ld0≈2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0 ≈2x300+/2(90+200)+(200-90)2/4X300 ≈650mm 查[1]表3.2取Ld0=630mm [3]計算實(shí)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(yàn)算包角:1=1800-（d2-d1）/aX57.30=1800-(180-90)/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)：Z=P/｛（P+△P）×K×K｝ =3.3/(1.05+0.13)X0.99X0.81=4.07取Z=5 3.2 計算轉(zhuǎn)速的計算 （1）主軸的計算轉(zhuǎn)速nj，由公式n=n得，主軸的計算轉(zhuǎn)速nj=70.9r/min， 取80 r/min。 (2). 傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 軸2=224 r/min，軸1=315r/min。 （2）確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。Ⅱ軸共有4級轉(zhuǎn)速：160r/min、224 r/min、315 r/min、450 r/min。。若經(jīng)傳動副Z/ Z傳動主軸，則只有450r/min傳遞全功率；若經(jīng)傳動副Z4/ Z4’傳動主軸，全部傳遞全功率，其中160r/min是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速， 故其計算轉(zhuǎn)速nⅡj=160 r/min；Ⅰ 軸有1級轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計算轉(zhuǎn)速nⅠj=630 r/min。各計算轉(zhuǎn)速入表3-1。 表3-1 各軸計算轉(zhuǎn)速 軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸 計算轉(zhuǎn)速 r/min 630 160 80 （3） 確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速。齒輪Z裝在主軸上共4級轉(zhuǎn)速，其中只有80r/min傳遞全功率，故Zj=80 r/min。 齒輪Z裝在Ⅱ軸上，共4級轉(zhuǎn)速，但經(jīng)齒輪副Z/Z傳動主軸，則只有160r/min傳遞全功率，故Zj=160r/min。依次可以得出其余齒輪的計算轉(zhuǎn)速，如表3-2。 表3-2 齒輪副計算轉(zhuǎn)速 序號 Z Z Z Z n 630 630 160 80 3.3 齒輪模數(shù)計算及驗(yàn)算 （1）模數(shù)計算。一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計算，即mj=16338可得各組的模數(shù)， 式中 mj——按接觸疲勞強(qiáng)度計算的齒輪模數(shù)（mm）； ——驅(qū)動電動機(jī)功率（kW）； ——被計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速（r/min）； ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“+”，內(nèi)嚙合取“-”； ——小齒輪的齒數(shù)（齒）； ——齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），；=8 ——材料的許用接觸應(yīng)力（）。取=650 Mpa （2）基本組的齒輪參數(shù)計算 mj=16338 =16338=2.6774 結(jié)合齒輪的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)值m=3 （3）擴(kuò)大組的齒輪參數(shù)計算 mj=16338 =16338=4.84 結(jié)合齒輪的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)值m=5 如表3-3所示。 表3-3 模數(shù) 組號 基本組 擴(kuò)大組 模數(shù) mm 3 5 （2）基本組齒輪計算。 基本組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2` 齒數(shù) 30 42 24 48 分度圓直徑 90 126 72 144 齒頂圓直徑 96 132 78 150 齒根圓直徑 82.5 118.5 64.5 136.5 齒寬 24 24 24 24 按基本組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。計算如下： ① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算： 接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為 彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為： 式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動機(jī)功率，N=3.5kW; -----計算轉(zhuǎn)速（r/min）. =630（r/min）; m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）; B----齒寬（mm）;B=25（mm）; z----小齒輪齒數(shù)；z=19; u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2.78; -----壽命系數(shù)； = ----工作期限系數(shù)； T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.; -----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min） ----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取= m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6; ----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2上，取=0.60 ----功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78 -----材料強(qiáng)化系數(shù)，查【5】2上， =0.60 -----工作狀況系數(shù)，取=1.1 -----動載荷系數(shù)，查【5】2上，取=1 ------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1 Y------齒形系數(shù)，查【5】2上，Y=0.386； ----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa； ---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa； 根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得： =635 Mpa =78 Mpa （3）擴(kuò)大組齒輪計算。 擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z3 Z3` Z4 Z4` 齒數(shù) 66 33 20 79 分度圓直徑 330 165 100 395 齒頂圓直徑 340 175 110 405 齒根圓直徑 317.5 152.5 87.5 382.5 齒寬 40 40 40 40 按擴(kuò)大組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。 同理根據(jù)基本組的計算， 查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1， =1，=1，m=3.5，=355； 可求得： =619 Mpa =135Mpa 3.4 傳動軸最小軸徑的初定 由【5】式6，傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計算： d=1.64（mm） 或 d=91（mm） 式中 d---傳動軸直徑（mm） Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000； N----該軸傳遞的功率（KW） ----該軸的計算轉(zhuǎn)速 ---該軸每米長度的允許扭轉(zhuǎn)角，==。 各軸最小軸徑如表3-3。 表3-3 最小軸徑 軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 III 軸 最小軸徑mm 25 30 45 3.5 主軸合理跨距的計算 由于電動機(jī)功率P=2.5/3kw，根據(jù)【1】表3.20，前軸徑應(yīng)為60~90mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.7~0.9）d1，取d2=60mm。根據(jù)設(shè)計方案，前軸承為NN3016K型，后軸承為圓錐滾子軸承。定懸伸量a=120mm，主軸孔徑為30mm。 軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩T=9550=9550×=424.44N.m 假設(shè)設(shè)該機(jī)床為車床的最大加工直徑為300mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經(jīng)濟(jì)加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的50%，這里取60%，即180mm，故半徑為0.09m； 切削力（沿y軸） Fc==4716N 背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=2358N 總作用力 F==5272.65N 此力作用于工件上，主軸端受力為F=5272.65N。 先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為 RA=F×=5272.65×=7908.97N RB=F×=5272.65×=2636.325N 根據(jù) 文獻(xiàn)【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 1689.69 N/ ；KB= 785.57 N/；==2.15 主軸的當(dāng)量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為 I==113.8×10-8m4 η===0.14 查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=120×2.0=240mm 合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=360mm。 根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，主軸的實(shí)際跨距大于合理跨距，因此需要采取措施 增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑D=100mm，后軸徑d=80mm。前軸承 采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用背對背安裝的角接觸球軸承。 第4章 主要零部件的選擇 4.1電動機(jī)的選擇 轉(zhuǎn)速n＝710/1420r/min，功率P＝2.5/3kW 選用Y系列三相異步雙速電動機(jī) 4.2 軸承的選擇 I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號7007C 另一安裝深溝球軸承6012 II軸：對稱布置深溝球軸承6009 III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號7010C 中間布置角接觸球軸承代號7012C 4.3 鍵的規(guī)格 I軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格： BXL=10X56 II軸選擇花鍵規(guī)格： N× d×D×B =8X36X40X7 III軸選擇鍵規(guī)格： BXL=14X90 4.4變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇 選用左右擺動的操縱桿使其通過桿的推力來控制II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。 第5章 校核 5.1 剛度校核 （1）П軸撓度校核 單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計算：: L-----兩支承的跨距； D-----軸的平均直徑； X=/L；-----齒輪工作位置處距較近支承點(diǎn)的距離； N-----軸傳遞的全功率； 校核合成撓度 -----輸入扭距齒輪撓度； -------輸出扭距齒輪撓度 ； ---被演算軸與前后軸連心線夾角；=144° 嚙合角=20°，齒面摩擦角=5.72°。 代入數(shù)據(jù)計算得：=0.026；=0.084；=0.160； =0.205；=0.088；=0.025。 合成撓度 =0.238 查文獻(xiàn)【6】，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000*L 即=0.268。 因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。 （2）П軸扭轉(zhuǎn)角的校核 傳動軸在支承點(diǎn)A，B處的傾角可按下式近似計算： 將上式計算的結(jié)果代入得： 由文獻(xiàn)【6】，查得支承處的=0.001 因〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。 5.2 軸承壽命校核 由П軸最小軸徑可取軸承為7008c角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFa X=1，Y=0。 對Ⅱ軸受力分析 得：前支承的徑向力Fr=2642.32N。 由軸承壽命的計算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h L10h=×=×=h≥[L10h]=15000h 軸承壽命滿足要求。 第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等）、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計由于時間的限制，一0般只畫展開圖。 主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計時除考慮一般機(jī)械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題。 精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。 主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計時整個機(jī)床設(shè)計的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。目的是： 1 布置傳動件及選擇結(jié)構(gòu)方案。 2 檢驗(yàn)傳動設(shè)計的結(jié)果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時改正。 3 確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確 定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。 6.2 展開圖及其布置 展開圖就是按照傳動軸傳遞運(yùn)動的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開并將這些剖切面平整展開在同一個平面上。 I軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內(nèi)徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負(fù)責(zé)齒輪無法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左邊部分接通，得到一級反向轉(zhuǎn)動，右邊接通得到三級反向轉(zhuǎn)動。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案，通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)。 總布置時需要考慮制動器的位置。制動器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動扭矩太大，是制動尺寸增大。 齒輪在軸上布置很重要，關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。 結(jié) 論 分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)及部分計算，到這里基本結(jié)束了，由于筆者水平有限，加之時間倉促，僅對分級變速主傳動系統(tǒng)主要部分進(jìn)行設(shè)計和校核，定有許多地方處理不夠妥當(dāng)，有些部分甚至可能存在錯誤，望老師多提寶貴意見。 經(jīng)過這次課程設(shè)計，使我對機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計這門課當(dāng)中許多原理公式有了進(jìn)一步的了解，并且對設(shè)計工作有了更深入的認(rèn)識。在設(shè)計過程中，得到XX老師的精心指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝。 參考文獻(xiàn) 【1】候珍秀.《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，修訂版； 【2】、于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計》 科學(xué)出版社 第一版 【3】、戴 曙 主編 《金屬切削機(jī)床設(shè)計》 機(jī)械工業(yè)出版社 【4】、戴 曙 主編 《金屬切削機(jī)床》 機(jī)械工業(yè)出版社 第一版 【4】、趙九江 主編 《材料力學(xué)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 第一版 【6】、鄭文經(jīng) 主編 《機(jī)械原理》 高等教育出版社 第七版 【7】、于惠力 主編 《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》 科學(xué)出版社 致 謝 在設(shè)計成過程中，感謝很多人的幫助和指點(diǎn)，首先我要感謝我的母校的辛勤培育，感謝院系各位老師四年來的諄諄教誨，感謝他們默默的栽培我。 本次設(shè)計是在我的導(dǎo)師XX教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此，謹(jǐn)向教師表示衷心的感謝和崇高的敬意！。 此外，在畢業(yè)設(shè)計過程中，也得到了其他老師和同學(xué)的幫助，設(shè)計任務(wù)一直在很好的氛圍中進(jìn)行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！ 再次向設(shè)計中所有提供過幫助的人表示感謝！ 一張主軸箱A0的 一張主軸箱剖面A1的 還有張主軸零件工作圖A1的 3張圖 +課程設(shè)計說明書一份 5號晚交貨 哈爾濱理工大學(xué)《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計指導(dǎo) 一、《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計任務(wù)書 1.1 課程設(shè)計的目的 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是在學(xué)完本課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計的綜合性練習(xí)。通過課程設(shè)計，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)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)實(shí)習(xí)等實(shí)踐技能，達(dá)到鞏固、加深和拓展所學(xué)知識的目的。通過課程設(shè)計，分析比較機(jī)械系統(tǒng)中的某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)；結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行設(shè)計計算并編寫技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主傳動設(shè)計，達(dá)到學(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達(dá)到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學(xué)生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學(xué)生獲得機(jī)械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。 1.2 課程設(shè)計的內(nèi)容 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計內(nèi)容由理論分析與設(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。 1.2.1 理論分析與設(shè)計計算： （1）機(jī)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(jìn)行傳動系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)行有關(guān)動力計算和校核。 1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計： （1）選擇系統(tǒng)中的主要機(jī)件。 （2）工程技術(shù)圖樣的設(shè)計與繪制。 1.2.3編制技術(shù)文件： （1）對于課程設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價。 （2）編制設(shè)計計算說明書。 1.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 1.3.1課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù) 題目01：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=53r/min；Nmax=600r/min； Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目02：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=45r/min；Nmax=710r/min； Z=9級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目03：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=63r/min；Nmax=500r/min； Z=7級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目04：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=45r/min；Nmax=500r/min； Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目05：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=40r/min；Nmax=630r/min； Z=9級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目06：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=50r/min；Nmax=400r/min； Z=7級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目07：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=63r/min；Nmax=710r/min； Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目08：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=50r/min；Nmax=800r/min； Z=9級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目09：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=75r/min；Nmax=600r/min； Z=7級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目10：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=40r/min；Nmax=450r/min； Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目11：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=35.5r/min；Nmax=560r/min； Z=9級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目12：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=40r/min；Nmax=315r/min； Z=7級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目13：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=71r/min；Nmax=710r/min； Z=6級；公比為1.58；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目14：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=40r/min；Nmax=400r/min； Z=6級；公比為1.58；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目15：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=63r/min；Nmax=630r/min； Z=6級；公比為1.58；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目16：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=45r/min；Nmax=450r/min； Z=6級；公比為1.58；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目17：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=80r/min；Nmax=450r/min； Z=4級；公比為1.78；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目18：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=63r/min；Nmax=355r/min； Z=4級；公比為1.78；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目19：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=50r/min；Nmax=280r/min； Z=4級；公比為1.78；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min 題目20：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=40r/min；Nmax=224r/min； Z=4級；公比為1.78；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430r/min 題目21：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=80r/min；Nmax=1000r/min； Z=12級；公比為1.26；電動機(jī)功率P=2.5/3.5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 題目22：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=71r/min；Nmax=900r/min； Z=12級；公比為1.26；電動機(jī)功率P=3.5/5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 題目23：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=90r/min；Nmax=900r/min； Z=11級；公比為1.26；電動機(jī)功率P=2.5/3.5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 題目24：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=75r/min；Nmax=750r/min； Z=11級；公比為1.26；電動機(jī)功率P=3.5/5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 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(jī)功率P=3.5/5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 題目26：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=80r/min；Nmax=630r/min； Z=10級；公比為1.26；電動機(jī)功率P=2.5/3.5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 題目27：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=40r/min；Nmax=900r/min； Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=2.5/3.5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 題目28：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=45r/min；Nmax=1000r/min； Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=3.5/5kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 題目29：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=35.5r/min；Nmax=800r/min； Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 題目30：分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=50r/min；Nmax=1120r/min； Z=8級；公比為1.41；電動機(jī)功率P=4kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min 題目31：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=120r/min；Nmax=2400r/min；nj=300r/min； 電動機(jī)功率：Pmax=3.0kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/min； 題目32：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=35r/min；Nmax=4000r/min；nj=145r/min； 電動機(jī)功率：Pmax=3kW；nmax=4500r/min；nr=1500r/min； 題目33：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=100r/min；Nmax=2000r/min；nj=250r/min； 電動機(jī)功率Pmax=3.0kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/min； 題目34：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=75r/min；Nmax=4000r/min；nj=250r/min； 電動機(jī)功率Pmax=2.8kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/min； 題目35：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=67r/min；Nmax=3500r/min；nj=220r/min； 電動機(jī)功率Pmax=2.2kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/min； 題目36：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=86r/min；Nmax=3000r/min；nj=250r/min； 電動機(jī)功率Pmax=3kW；nmax=3000r/min；nr=1300r/min； 題目37：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=78r/min；Nmax=2700r/min；nj=225r/min； 電動機(jī)功率Pmax=2.8kW；nmax=3000r/min；nr=1300r/min； 題目38：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=86r/min；Nmax=3000r/min；nj=250r/min； 電動機(jī)功率Pmax=2.2kW；nmax=3000r/min；nr=1300r/min； 題目39：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=110r/min；Nmax=2200r/min；nj=275r/min； 電動機(jī)功率Pmax=3 kW；nmax=2000r/min；nr=1000r/min； 題目40：無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)參數(shù)： Nmin=46r/min；Nmax=2400r/min；nj=150r/min； 電動機(jī)功率Pmax=2.8 kW；nmax=2000r/min；nr=1000r/min； 1.3.2技術(shù)要求： （1）利用電動機(jī)完成換向和制動。 （2）各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。 （3）進(jìn)給傳動系統(tǒng)采用單獨(dú)電動機(jī)驅(qū)動。 1.4 機(jī)械系統(tǒng)課程設(shè)計內(nèi)容： 1.4.1 運(yùn)動設(shè)計：根據(jù)給定的極限轉(zhuǎn)速、變速級數(shù)、及公比值，確定其轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速數(shù)列、結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)，繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖，確定齒輪齒數(shù)，計算轉(zhuǎn)速誤差。 1.4.2.動力計算：根據(jù)給定的有關(guān)參數(shù)，確定各傳動件的計算轉(zhuǎn)速；確定各傳動軸和主軸的軸徑，確定并驗(yàn)算各傳動齒輪的模數(shù)，計算主軸的合理跨距；對靠近主軸的傳動軸進(jìn)行剛度校核，并驗(yàn)算該軸上軸承的壽命。 1.4.3繪制下列圖紙： （1）主軸箱展開圖1張（A1）。 （2）主軸箱橫剖面圖1張（A1），要求完整反映1套操縱機(jī)構(gòu)。 （3）主軸零件工作圖（選作），附在設(shè)計計算說明書內(nèi)。 1.4.4編寫設(shè)計計算說明書（約8000字左右）。 注：設(shè)計計算說明書書寫格式梗概 摘要 目錄 課程設(shè)計的目的 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 運(yùn)動設(shè)計 動力計算 主要零部件的選擇 校核 結(jié)束語 參考資料 二、《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計的步驟與方法 2.1 明確題目要求，查閱有關(guān)資料 學(xué)生在獲得課程設(shè)計的題目之后，首先應(yīng)明確設(shè)計任務(wù)，并閱讀《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計提綱，了解課程設(shè)計的目的、內(nèi)容、技術(shù)要求和設(shè)計步驟。然后在教師的指導(dǎo)下，擬訂工作進(jìn)度計劃；查閱必要的圖書、雜志、手冊、產(chǎn)品圖紙、同類型機(jī)械系統(tǒng)（或機(jī)床）說明書和其它有關(guān)設(shè)計參考資料；熟悉專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，便于設(shè)計時采用。對機(jī)械系統(tǒng)（或機(jī)床）的用途、特點(diǎn)，主要參數(shù)、傳動結(jié)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、零部件的功用及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，力求做到理解、消化并進(jìn)而能有所改進(jìn)。 2.2. 運(yùn)動設(shè)計 1.確定極限轉(zhuǎn)速 確定（或按給定的）執(zhí)行軸（或主軸）的極限轉(zhuǎn)速nmax和nmin，求出執(zhí)行軸（或主軸）的轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍Rn。 2.確定公比 選定（或按給定的）執(zhí)行軸（或主軸）轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比值，并根據(jù)公比確定出標(biāo)準(zhǔn)的（或派生的）轉(zhuǎn)速數(shù)列（參見教材表2.12）。 3.求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z 由于，因兩軸間變速組的傳動副數(shù)多采用2或3，在設(shè)計簡單變速系統(tǒng)時，變速級數(shù)應(yīng)選為的形式，式中m、n為正整數(shù)。 4.確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式 依據(jù)設(shè)計原則按傳動順序列寫出合適的結(jié)構(gòu)式，并繪制出結(jié)構(gòu)網(wǎng)。利用計算式：=xn (pn-1) 驗(yàn)算結(jié)構(gòu)網(wǎng)（或結(jié)構(gòu)式）中最大傳動組（按擴(kuò)大順序的最末，非傳動順序的最末）的調(diào)整范圍，是否符合條件：（主運(yùn)動傳動鏈）。 最末擴(kuò)大組的最大傳動比和最小傳動比在結(jié)構(gòu)網(wǎng)或轉(zhuǎn)速圖上所跨的格數(shù)的最大允許值為。 淘汰超過極限值的方案，再根據(jù)變速的各傳動副數(shù)p應(yīng)滿足“前多后少”，變速組的級比x 應(yīng)“前密后疏”和“前密后疏”的原則，結(jié)合結(jié)構(gòu)上的需要，安排各變速組的傳動順序。 5.繪制轉(zhuǎn)速圖 (1)選定電動機(jī) 一般機(jī)械系統(tǒng)（或機(jī)床）的驅(qū)動，在如無特殊性能要求時，多采用系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)，系列電動機(jī)高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運(yùn)行安全可靠。其型號、額定功率及其它技術(shù)數(shù)據(jù)和安裝尺寸參見有關(guān)設(shè)計手冊。根據(jù)所需功率選定電動機(jī)的型號及其同步轉(zhuǎn)速。 (2)分配總降速傳動比 總降速傳動比為un = nmin / nd，式中nmin為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比轉(zhuǎn)動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒數(shù)和徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動比。然后，將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的變速組中的最小傳動比。 (3)確定傳動軸的軸數(shù) 傳動軸數(shù)=變速組數(shù)+定比傳動副數(shù)+1。 (4)繪制轉(zhuǎn)速圖 先按傳動軸數(shù)及執(zhí)行軸（或主軸）轉(zhuǎn)速級數(shù)格距畫出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。在繪制轉(zhuǎn)速圖中，應(yīng)先分配從電動機(jī)轉(zhuǎn)速到執(zhí)行軸（或主軸）最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的兩軸之間畫。再按結(jié)構(gòu)網(wǎng)（或結(jié)構(gòu)式）的級比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動比射線，從而確定了各傳動副的傳動比。 6.繪制傳動系統(tǒng)圖 (1)因?yàn)楦髁慵膮?shù)尚未確定，因此一般應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速圖，先按各傳動副的傳動比擬訂出主傳動系統(tǒng)的草圖。待裝配圖完成后，再修改草圖成為正式的傳動系統(tǒng)圖。傳動系統(tǒng)圖應(yīng)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械制圖》中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（GB4460-84）進(jìn)行繪制，按傳動順序畫出由電動機(jī)經(jīng)各傳動軸至執(zhí)行軸（或主軸）的傳動系統(tǒng)。傳動軸上的齒輪軸向位置大致與展開圖相對應(yīng)，畫出軸承符號，標(biāo)上軸號、齒輪的齒數(shù)及模數(shù)、皮帶輪直徑、電動機(jī)的型號、功率和轉(zhuǎn)速等。 (2)應(yīng)注意的問題 (a)如果變速箱（如車床主軸變速箱）的I軸（輸入軸）上裝有摩擦片式離合器時（見圖2-1），I軸最好設(shè)計成組件裝配形式。為了縮小軸向尺寸，應(yīng)減少I軸的齒輪個數(shù)，并使I軸上的零件外徑尺寸向右遞減排列（均小于箱體上的裝入孔徑），以便使I軸能以組件形式整體拆裝。同時為了減小I軸至II軸的中心距，其間的變速組可采用升速傳動。為保證II軸上的第二個變速組中最大主動齒輪的外徑（其齒數(shù)為模數(shù)為m）不碰I軸上的離合器外徑D，則最小中心距為 （1） 其最小齒數(shù)和為 （2） (b)要有利于降低齒輪變速箱的傳動噪聲 ①執(zhí)行軸（或主軸）高轉(zhuǎn)速范圍的轉(zhuǎn)動比排列，可采用先降速后升速的傳動，使總轉(zhuǎn)速和減小，以期降低噪聲。這種高速傳動采用先降后升，可使同一變速組的傳動比有升速有降速，有利于減小齒數(shù)和、齒輪線速度及中心距。 ②執(zhí)行軸（或主軸）高速傳動時，應(yīng)縮短傳動鏈，盡量減少傳動副數(shù)。 圖2-1 帶摩擦片離合器的軸組件裝配 ③不采用噪聲大的錐齒輪傳動副（如立式銑床可全部采用垂直排列的傳動軸）。 (c)前級變速組的降速傳動比不宜采用極限值，以避免增加徑向尺寸；最末級變速組可采用最小傳動比（即極限值umin）、特別是對于銑床可以增加主軸的飛輪效應(yīng)。 7.確定各變速組齒輪傳動副的齒數(shù) 可采用計算法或查表法（參見教材表4.1）確定各傳動副齒輪的齒數(shù)。 多軸變速傳動機(jī)構(gòu)各變速組（即兩軸之間）的齒數(shù)和可表示為 （3） 式中 umin——同一變速組中的最小傳動比； zmin——同一變速組中最小齒輪齒數(shù)。 為了縮小徑向尺寸及降低齒輪的線速度，應(yīng)小些。由式（3）可知受下列條件限制： (1)受齒輪最小齒數(shù)的限制，在主傳動系統(tǒng)中一般取18-20齒，以避免產(chǎn)生根切現(xiàn)象。 (2)套裝在軸上的小齒輪還應(yīng)考慮到齒根圓到其輪轂鍵槽深處的最小尺寸應(yīng)大于基圓齒厚（或不小于2m，m為齒輪模數(shù)），以防止輪轂斷裂，則其最小齒數(shù)應(yīng)為 式中 D ——齒輪花鍵孔的外徑（mm），單鍵槽的取其孔中心至鍵槽槽底尺寸的兩倍； m ——齒輪模數(shù)（mm）。 (3)還受最小傳動比和允許的最大齒數(shù)和的約束，主傳動系統(tǒng)的最小極限傳動比取。一般在機(jī)械系統(tǒng)中取=70~100齒，取=120齒。 (4)選取時，不要使兩軸中心距過小，否則可能導(dǎo)致兩軸軸承過近，甚至發(fā)生軸承安裝干涉。在多軸變速系統(tǒng)中，還可能使相鄰變速組的齒頂圓與軸相碰，即k軸 上前一個變速組中的最大被動齒輪的齒頂圓與(k+1)軸的外徑相碰，或(k+1)軸上的后一個變速組中的最大主動齒輪的齒頂圓與k軸外徑相碰，應(yīng)按式（2）檢查的確定，式中D應(yīng)為相應(yīng)得或。 8.驗(yàn)算執(zhí)行軸的轉(zhuǎn)速誤差 實(shí)際傳動比所造成的執(zhí)行軸（或主軸）轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過10（-1）%，即 （5） 2.3.傳動零件的初步計算 初步計算是為了大致確定各傳動零件的主要尺寸（如傳動軸的直徑和齒輪的模數(shù)等），以便繪制傳動系統(tǒng)變速箱的軸系展開草圖。在繪制草圖布置各零件的過程中，同時應(yīng)考慮零件結(jié)構(gòu)的工藝性，進(jìn)一步確定各零件的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，一些數(shù)據(jù)要按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取。由于結(jié)構(gòu)的某些參數(shù)未定以及方案可能修改，所以應(yīng)按簡化公式進(jìn)行初步計算以加快計算速度。 零件在計算時，首先需要知道其計算轉(zhuǎn)速值nj（即參與傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速，或傳遞全扭矩的最高轉(zhuǎn)速）。各零件的計算轉(zhuǎn)速可根據(jù)已確定的轉(zhuǎn)速圖，可按執(zhí)行軸的計算轉(zhuǎn)速、傳動齒輪的計算轉(zhuǎn)速和傳動軸的計算轉(zhuǎn)速分別進(jìn)行確定（參見教材第四章4.2）。 1.傳動軸的直徑初定 傳動軸的直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用式（6）或式（7）計算 （6） （7） 式中 d ——傳動軸的直徑（mm）； ——該軸傳遞的額定扭矩（MPa）； N ——該軸傳遞的功率（kW）； ——該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）； []——該軸每米長度允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），一般傳動軸取[]=0.5o~1 o。 2.執(zhí)行軸軸頸直徑的確定 對于機(jī)械系統(tǒng)執(zhí)行軸的尺寸參數(shù)，多根據(jù)其結(jié)構(gòu)上的需要而定。執(zhí)行軸的前軸頸D1尺寸可參考教材表3.20所列出的統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定。后軸頸D2可按D2=（0.7~0.85）D1確定。設(shè)計時應(yīng)盡量使執(zhí)行軸的截面變化量小，即執(zhí)行軸的外徑尺寸在滿足要求的條件下變化要小。執(zhí)行軸一般應(yīng)選用階梯狀中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)孔直徑d與當(dāng)量外徑D之比以不大于0.7為宜，以保證執(zhí)行軸的慣性矩。執(zhí)行軸的端部結(jié)構(gòu)參見教材表3.5。 3.齒輪模數(shù)的初步計算 一般在同一變速組中的齒輪取相同模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計算 （8） 式中 mj——按接觸疲勞強(qiáng)度計算的齒輪模數(shù)（mm）； ——驅(qū)動電動機(jī)功率（kW）； ——被計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速（r/min）； ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“+”，內(nèi)嚙合取“-”； ——小齒輪的齒數(shù)（齒）； ——齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），； ——材料的許用接觸應(yīng)力（）。 其它傳動件按《機(jī)械零件》或有關(guān)資料進(jìn)行選擇或計算。各個傳動件的基本尺寸確定后，便可繪制部件裝配圖。 為了節(jié)約合金鋼材，對大多數(shù)鋼質(zhì)傳動零件均可采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼（常用45或50鋼）進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ㄕ?，調(diào)質(zhì)或表面淬火等）。對個別工作條件較重的傳動零件，當(dāng)驗(yàn)算時發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力超過許用值時，可采用較好的合金鋼（參見教材表3.6）。 2.4. 繪制部件裝配草圖 零件的初步計算為繪制草圖提供了必要的尺寸。手工繪制裝配草圖時，可用較輕的細(xì)線條繪制，以便于修改。在繪制軸系展開圖時，首先根據(jù)各傳動軸的軸間距離，按傳動順序依次畫出各軸線位置，按計算的軸頸尺寸和工作要求選擇合適的軸承。參考同類機(jī)械系統(tǒng)的裝配圖，布置各齒輪的軸向位置，研究齒輪的排列方式。如果軸向尺寸過長時，應(yīng)采取必要的縮短軸向尺寸的措施（參見教材第四章4.2，齒輪的布置與排列），可采用公用齒輪，或采取相鄰兩變速組交錯排列布置的方式，或增加定比傳動副等形式。在設(shè)計時應(yīng)注意軸上的滑移齒輪、齒爪式離合器等的移動性，要留有足夠的軸向滑移空間，以保證各移動件在完全脫開嚙合后才能進(jìn)入新的嚙合（參考教材圖4-33），避免滑移干涉。傳動軸及軸上零件應(yīng)軸向雙方向定位，避免欠定位和過定位，其定位方式既要簡單可靠又要便于拆裝和調(diào)整。 根據(jù)執(zhí)行軸組件的設(shè)計知識，參考結(jié)構(gòu)圖冊選擇合理的執(zhí)行軸組件結(jié)構(gòu)，包括軸承類型、配置與調(diào)整，軸端結(jié)構(gòu)（參見教材表3.5），執(zhí)行軸的軸向定位方式等。對于各種執(zhí)行軸結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行工作能力比較，并在概算后，決定是否需要修改草圖。 畫裝配圖時要全面考慮所必需的各種機(jī)構(gòu)、裝置、原件（如離合器、制動器、潤滑與密封裝置等）的型式與安裝位置。繪制變速系統(tǒng)（變速箱）橫剖圖時，應(yīng)力求縮小變速箱的徑向尺寸，除了要減小其齒數(shù)和外，一般不采用極限降速比（umin=1/4），可采用重合轉(zhuǎn)速（增加傳動組）的辦法來增大降速的傳動比，或增加定比傳動副以分擔(dān)總的降速比。畫橫剖圖應(yīng)先確定主軸的位置，然后考慮受力、拆卸和調(diào)整等方面情況，確定其它各軸的空間位置（為減小其徑向尺寸，各傳動軸中心之間多采用三角形布置形式）。要特別注意各零件，包括該剖面沒有標(biāo)示出來的徑向尺寸和位置是否相互干涉、碰撞。設(shè)計所涉及的各構(gòu)件相關(guān)結(jié)構(gòu)參見附錄中各圖。 2.5. 零件的驗(yàn)算 在零件的尺寸和位置確定后，就具體地知道了它們的受力狀態(tài)、力的大小、作用點(diǎn)和方向，從而可以對零件進(jìn)行較精確的驗(yàn)算。 為了節(jié)省時間應(yīng)減少重復(fù)的計算工作量，可依據(jù)課程設(shè)計提綱要求（或由指導(dǎo)教師指定）驗(yàn)算的零件及驗(yàn)算的項(xiàng)目，應(yīng)按著零件在重載工作條件下進(jìn)行驗(yàn)算，校核零件的承載能力、應(yīng)力、變形和壽命是否允許，材料選用是否恰當(dāng)。 1.三角膠帶傳動的計算和選定 在三角帶的選用時，應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑），并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強(qiáng)度）。計算應(yīng)按已知條件：傳遞的功率、（主、被動）帶輪的轉(zhuǎn)速和工作情況確定帶輪直徑、中心距、膠帶型號、長度和根數(shù)及作用在支承軸上的徑向力。其計算公式與步驟參見《機(jī)械設(shè)計手冊》或有關(guān)教材進(jìn)行計算。 2.直齒圓柱齒輪的應(yīng)力驗(yàn)算 在驗(yàn)算變速箱中的齒輪應(yīng)力時，選相同模數(shù)中承受載荷最大的，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗(yàn)算。一般對高速傳動齒輪主要驗(yàn)算接觸應(yīng)力，對低速傳動齒輪主要驗(yàn)算彎曲應(yīng)力，對硬齒面軟齒芯的表面滲碳淬硬齒輪，一定要驗(yàn)算彎曲應(yīng)力。 接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為 （9） 彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為 （10） 式中 T1 ——主動軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nmm）； K ——載荷系數(shù)，K= KA Kv Ka Kb； u ——傳動比，u≥1，“＋”用于外嚙合，“－”用于內(nèi)嚙合； d 1——齒輪分度圓直徑（mm）； b ——齒寬（mm）； m ——齒輪模數(shù)（mm）； yd——齒寬系數(shù)，yd=b/ d 1； z1——齒輪齒數(shù)； ZE——彈性系數(shù)； ZH——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)； Ze——接觸強(qiáng)度重合度系數(shù)； YFa ——齒形系數(shù)； Ysa ——應(yīng)力修正系數(shù)； Ye——彎曲強(qiáng)度重合度系數(shù)； [σH] ——許用接觸應(yīng)力（MPa）； [σF]——許用彎曲應(yīng)力（MPa）。 以上各系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計》教材。 如果驗(yàn)算的應(yīng)力σH、σF大于初算時選定的材料及熱處理方式之許用應(yīng)力[σH]、[σF]，可增加齒寬b值，或改變熱處理方式，以及另選具有較大的許用應(yīng)力值的材料。 表1 標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒形系數(shù)YFa 齒數(shù)z 系數(shù)Y 齒數(shù)z 系數(shù)Y 齒數(shù)z 系數(shù)Y 14 15 16 17 18 19 20 0.345 0.355 0.362 0.370 0.378 0.386 0.395 22 24 26 28 30 33 36 0.408 0.420 0.430 0.438 0.444 0.454 0.463 39 42 45 50 65 80 ＞100 0.470 0.475 0.481 0.488 0.502 0.510 0.513 3.齒輪精度的確定 齒輪精度等級的選擇應(yīng)根據(jù)它的用途、圓周速度、載荷狀況和對振動、噪聲、使用壽命等方面的要求確定。對于漸開線圓柱齒輪的精度等級應(yīng)按GB10095-88和GB11365-89新標(biāo)準(zhǔn)選定，齒輪副最小側(cè)隙采用基中心距制，中心距極限偏差按7級精度確定。 4.傳動軸的彎曲剛度驗(yàn)算 (1)傳動軸上的彎曲載荷 齒輪傳動軸同時受輸入扭矩的齒輪驅(qū)動力Qa和輸出扭矩的齒輪驅(qū)動阻力Qb的作用而產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)齒輪為直齒圓柱齒輪時，其嚙合角α=20°，齒面摩擦角β≈5.72°，則 （11） 式中 N——該齒輪傳遞的全功率（kW）； m ——該齒輪的模數(shù)（mm）； z ——該齒輪的齒數(shù)（齒）； n ——該傳動軸的計算工況轉(zhuǎn)速（r/min），n=naj≥nbj或n=nbj≥naj ，其中naj（或nbj）為該軸輸入扭矩齒輪的計算轉(zhuǎn)速。 (2)傳動軸的剛度驗(yàn)算 等直徑軸的撓度y和轉(zhuǎn)角θ的計算公式見表3。對于階梯軸，如軸的各段直徑相差不大，可按平均（或當(dāng)量）直徑計算。傳動軸彎曲剛度的允許值見表4。如驗(yàn)算出的軸的彎曲剛度不合格，則應(yīng)加粗軸的直徑或縮短軸的長度。由于各種鋼材的彈性模量幾乎相同，因此改變軸的材料不能夠提高軸的剛度。 表3 簡單載荷下簡支梁的變形 簡圖 傾角? 撓度y 表4 軸剛度的允許值 許用撓度 [y] / mm 許用轉(zhuǎn)角 [θ] / rad 一般傳動軸(0.0003~0.0005)l 裝齒輪處0.001 剛度要求較高的軸0.0002l 裝滑動軸承處0.001 安裝齒輪的軸(0.01~0.03)m 裝向心球軸承處0.0025 安裝蝸輪的軸(0.02~0.05)m 裝向心球面球軸承處0.005 注：l ——跨距（mm）； m ——模數(shù)（mm）。 裝單列短圓柱滾子軸承處0.001 裝單列圓錐滾子軸承處0.0006 5.軸承壽命的驗(yàn)算 一般傳動軸用的滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命驗(yàn)算。其額定壽命Lh的計算公式為 或按計算動負(fù)荷Cj的計算公式 式中 L10h——軸承的基本額定壽命（h）； Cj——計算動負(fù)荷（N）； T——工作期限（h）； n——軸承的轉(zhuǎn)速（r/min）； C或[C]——滾動軸承的基本額定動負(fù)荷（N）； f t——溫度系數(shù)，低于100°C時，f t=1； e——壽命指數(shù)，對球軸承取e=3，對滾子軸承取e=10/3； P——軸承的當(dāng)量動載荷（N）。 滾動軸承若同時承受徑向載荷和軸向載荷，為了計算軸承壽命時在相同條件下比較，需將實(shí)際工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動載荷。在當(dāng)量動載荷作用下，軸承壽命與實(shí)際聯(lián)合載荷下軸承壽命相同。 當(dāng)量動載荷P的計算公式如下： 式中 fp ——載荷系數(shù)； Fr——徑向載荷（N）； Fa——軸向載荷（N）； X，Y——徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)，可參考《機(jī)械設(shè)計》教材的表9.8查取。 2.6附錄： 圖5 傳動系統(tǒng)圖與轉(zhuǎn)速圖 圖6 檢查齒輪的干涉 圖7 整體滑移齒輪 圖8 拼裝多聯(lián)齒輪 圖9 滑移齒輪的倒角 圖10 齒輪在軸上的定位 圖11 心軸在箱體上的固定方式 圖12 擺動式操縱機(jī)構(gòu) 圖 移動式操縱機(jī)構(gòu)  目 錄 一、《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計任務(wù)書 1 1.1 課程設(shè)計的目的 1 1.2 課程設(shè)計的內(nèi)容 1 1.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 1 1.4 機(jī)械系統(tǒng)課程設(shè)計內(nèi)容： 6 二、《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計的步驟與方法 7 2.1 明確題目要求，查閱有關(guān)資料 7 2.2. 運(yùn)動設(shè)計 7 2.3.傳動零件的初步計算 10 2.4. 繪制部件裝配草圖 12 2.5. 零件的驗(yàn)算 12 2.6附錄： 16 22