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目 錄 第1章 緒論 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 2 第2章 運動設(shè)計 3 2.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 3 2.2 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 6 第3章 動力計算 7 3.1 帶傳動設(shè)計 7 3.2 計算轉(zhuǎn)速的計算 8 3.3 齒輪模數(shù)計算及驗算 9 3.4 傳動軸最小軸徑的初定 12 3.5 主軸合理跨距的計算 13 第4章 主要部件的校核 14 4.1 主軸強度、剛度校核 14 4.2 軸的剛度校核 16 4.3 軸承壽命校核 17 總 結(jié) 18 參 考 文 獻 19 第1章 緒論 1.1 課程設(shè)計的目的 《機械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是在學(xué)完本課程后，進行一次學(xué)習設(shè)計的綜合性練習。通過課程設(shè)計，使學(xué)生能夠運用所學(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)實習等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學(xué)知識的目的。通過課程設(shè)計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型機構(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)主傳動設(shè)計，達到學(xué)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(xué)生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學(xué)生獲得機械系統(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，并為進行機械系統(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)容進行自我經(jīng)濟技術(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；電動機功率P=2.5/3.5KW；電機轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min （1）利用電動機完成換向和制動。 （2）各滑移齒輪塊采用單獨操縱機構(gòu)。 （3）進給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅(qū)動。 第2章 運動設(shè)計 2.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 2.1.1．轉(zhuǎn)速范圍 Rn===12.5 2.1.2．轉(zhuǎn)速數(shù)列 查[1]表 2.12，首先找到80r/min、然后每隔3個數(shù)取一個值，得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為80 r/min、100 r/min、125 r/min、160r/min、200 r/min、250 r/min，315 r/min，400 r/min，500 r/min、630 r/min、800r/min、1000 r/min共12級。 2.1.3．定傳動組數(shù) 對于Z=12，可分解為：12=2×3×2。 2.1.4．寫傳動結(jié)構(gòu)式 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=12=23×31×26。 2.1.5． 畫轉(zhuǎn)速圖 轉(zhuǎn)速圖如下圖2-1。 圖2-1 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖 2.1.6．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： 圖2-2 主傳動系統(tǒng)圖 2.1.7齒輪齒數(shù)的確定 變速組內(nèi)取模數(shù)相等，據(jù)設(shè)計要求Zmin≥17,齒數(shù)和Sz≤100～120，由【1】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2-1。 表2-1 齒輪齒數(shù) 傳動比 基本組 第一擴大組 1:1.58 1:1.26 1:1 1：2.51 1.58:1 代號 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 齒數(shù) 27 43 31 39 35 35 21 52 45 28 2.2 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 實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)％ 對Nmax=1000r/min，Nmax`=1420*125/280*35/35*45/38=1027r/min 則有 (1027-1000)/1000=2.7％ < 4.1％ 因此滿足要求. 各級轉(zhuǎn)速誤差 n 1000 800 630 500 400 315 250 200 160 125 100 80 n` 1027 816 645 513 408 322 258 205 162 129 103 81 誤差 2.04％ 2.04％ 2.36％ 2.59％ 2.01％ 2.36 ％ 2.22％ 2.56 % 1.27 % 2.22 % 2.56％ 1.25 ％ 沒有轉(zhuǎn)速誤差大于2.6％,因此合格，故不需要修改齒數(shù)。 第3章 動力計算 3.1 帶傳動設(shè)計 3.1.1 直徑計算 初取小帶輪直徑d 取 d=125mm 大帶輪直徑D： D== =283mm 取D=280mm 3.1.2計算帶長 求Dm Dm=(D+D)/2=(125+280)/2=202.5mm 求△ △=（D-D）/2=（280-125）/2=77.5mm 初取中心距 取a=300mm 帶長 L=×Dm+2×a+△/a=920 mm 基準長度 由【1】表3.2得：Ld=900mm 3.1.3 求實際中心距和包角 中心距 a=(L-×Dm)/4+ /4 =290mm，取a=290mm 小輪包角 =180-（D-D）/a×57.3=154.24>120 3.1.4 求帶根數(shù) 帶速 =Dn/(60×1000)=3.14×125×1420/(60×1000)= 9.26m/s 傳動比i i=n/n=1420/630=2.25 帶根數(shù) 由【2】中表3.6，并用插值法得P=1.07KW； 由【2】中表3.7，并用插值法得△P=0.17KW； 由【2】中表3.8，得包角系數(shù)K=0.93； 由【2】中表3.9，得長度系數(shù)K=0.87； Z=P/[（P+△P）×K×K] =（3.5×1.1）/(1.07+0.17)×0.87×0.93=3.48 取Z=4根 3.2 計算轉(zhuǎn)速的計算 3.2.1 主軸的計算轉(zhuǎn)速nj 由公式n=n 得，主軸的計算轉(zhuǎn)速nj=160r/min。 3.2.2 確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 Ⅱ軸共有6級轉(zhuǎn)速：200r/min、250 r/min、315 r/min、400r/min、500r/min、630r/min。若經(jīng)傳動副Z/ Z傳動主軸，則全部傳遞全功率；若經(jīng)傳動副Z/ Z傳動主軸，全部傳遞全功率，其中200r/min是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速， 故其計算轉(zhuǎn)速nⅡj=200 r/min；Ⅰ 軸有2級轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計算轉(zhuǎn)速nⅠj=315 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 315 200 160 3.2.3 確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速 確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速。齒輪Z裝在主軸上并具有315-1000r/min共6級轉(zhuǎn)速，它們都傳遞全功率，故Zj=315 r/min。 齒輪Z裝在Ⅱ軸上，有200-630 r/min共6級轉(zhuǎn)速，但經(jīng)齒輪副Z/ Z傳動主軸，則全部傳遞全功率，故Zj=200r/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 單位：（r·min） 序號 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z n 315 200 315 250 315 315 200 80 200 315 3.3 齒輪模數(shù)計算及驗算 3.3.1模數(shù)計算 一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算， 即 mj=16338 由上面各軸的輸出功率計算可知，在電動機功率為P=3.5KW，轉(zhuǎn)速n=1420r/min時，傳動系統(tǒng)受力最大，則由此數(shù)據(jù)計算。 I—II軸： II—III軸： 取整后模數(shù)為：I—II軸：3mm；II—III軸：3mm。 3.3.2基本組齒輪計算 基本組齒輪幾何尺寸見表3-3。 表3-3 基本組齒輪幾何尺寸 齒輪 齒數(shù) 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒寬 Z 27 81 87 73.5 24 Z 43 129 135 121.5 24 Z 31 93 99 85.5 24 Z 39 117 123 109.5 24 Z 35 105 111 97.5 24 Z 35 105 111 97.5 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： 齒面接觸疲勞強度計算 接觸應(yīng)力驗算公式為 彎曲應(yīng)力驗算公式為： 式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動機功率，N=4kW; ----計算轉(zhuǎn)速（r/min）. =315（r/min）; m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）; B----齒寬（mm）;B=24（mm）; z----小齒輪齒數(shù)；z=27 u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=1.6; -----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）, =200（r/min） ----基準循環(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 3.3.3擴大組齒輪計算 擴大組齒輪幾何尺寸見表3-4。 按擴大組最小齒輪計算。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【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，=1，=1，m=3.5，=355； 可求得： =574.35 Mpa=650Mpa =118.77Mpa=275Mpa 表3-4 擴大組齒輪幾何尺寸 齒輪 Z Z Z Z 齒數(shù) 21 52 45 28 分度圓直徑 63 156 135 84 齒頂圓直徑 69 162 141 90 齒根圓直徑 55.5 149.5 127.5 76.5 齒寬 18 18 18 18 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，==。 I軸：P=3.33KW, 計算轉(zhuǎn)速為： 315r/min,所以可得： II軸：P=3.19KW, 計算轉(zhuǎn)速為： 200r/min,所以可得： 取整后各軸的軸徑為：I軸為30mm；II軸為35mm。 3.5 主軸合理跨距的計算 由于電動機功率P=4Kw，Ⅲ軸（主軸）的軸徑由文獻【1】中的表3.2，選取前軸軸徑為60mm，后軸直徑去前軸徑的0.7到0.85倍，所以取整后取50mm，平均直徑為55mm。對于普通機床主軸內(nèi)孔徑為0.5到0.65倍的平均直徑，取30mm；懸伸量取90mm。 理想跨距的設(shè)計：本車床的最大回轉(zhuǎn)直徑為200mm，經(jīng)濟加工直徑取最大回轉(zhuǎn)直徑的60%，故半徑為60mm，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩在前面可知。 切削力和被切削力，總力為： 主軸軸端受力為F/2=1707N，設(shè)l/a=3，所以l=270mm，可求得前后支反力為： 初選主軸采用滾子軸承，由文獻【1】中公式3.3可得軸承的剛度： 平均直徑為55mm，最后驗算最佳跨距： 由文獻【1】中的圖3.38可知：，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=90×3.1=279mm；合理跨距為（0.75~1.5），取合理跨距l(xiāng)=250mm。 第4章 主要部件的校核 4.1 主軸強度、剛度校核 4.1.1軸的強度校核 1．軸的受力分析 1）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=9.55×=9.55××=100957N·mm 2)求軸上的作用力 齒輪上的圓周力 = = =2243N·mm 齒輪上的徑向力 =tan= 2243·tan20°=817N·mm 3)確定軸的跨距 =250，=120，=70 2．軸的受力分析 1）作軸的空間受力簡圖，見圖4-1。 圖4-1 2）作水平受力簡圖和彎矩圖，見圖4-2。 =173N =3329N =44676N =-181872N 3）作垂直受力簡圖和彎矩圖，見圖4-2。 =268N =548N =71298N 圖4—2 4）作合成彎矩圖，見圖4-2。 ==138721N·mm ==181872N·mm 5）作轉(zhuǎn)矩圖 =100.957×N·mm=100957N·mm 6）作當量彎矩圖，見圖4-2。 ==276580N·mm 由《機械設(shè)計》教材表7.5查得，對于45鋼，=600Mpa, =55Mpa,由公式 ===21.0Mpa<，故軸的強度足夠。 4.2 軸的剛度校核 單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻【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：=0.024；=0.078；=0.128； =0.203；=0.098；=0.044。 合成撓度 =0.224 查文獻【6】，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000 L 即=0.2325。 因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。 （2）扭轉(zhuǎn)角的校核 傳動軸在支承點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【6】，查得支承處的=0.001 因〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。 傳動軸在支承點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【6】，查得支承處的=0.001 因〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。 4.3 軸承壽命校核 由П軸最小軸徑可取軸承為6016深溝球軸承,ε=3P=XFr+YFa；X=1，Y=0。 對Ⅱ軸受力分析 得：前支承的徑向力Fr=3054N。 由軸承壽命的計算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h L10h=×=×=55808h≥[L10h]=15000h 軸承壽命滿足要求。 總 結(jié) 為期二周的機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計即將結(jié)束了，二周的時間雖然短暫，但對我們來說是受益匪淺，收獲頗豐的。通過這二周的設(shè)計使我們不再只是胸中空有理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結(jié)合，進行實實在在的設(shè)計。這使得我們不但鞏固了理論知識，而且掌握了設(shè)計的步驟和要領(lǐng)，使我們更好的利用圖書館的圖書資料和網(wǎng)絡(luò)信息資源，更熟練的使用我們手中的各種設(shè)計手冊以及AutoCAD等繪圖軟件，為我們的畢業(yè)設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)。 課程設(shè)計使我們認識到了只是努力的學(xué)好書本上的知識是不夠的，還應(yīng)該更好的做到理論聯(lián)系實踐，理論運用到實際。這無論對我們大學(xué)學(xué)習，還是日后工作都是很有幫助的。在此，學(xué)生也非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo)，使我們學(xué)到了好多，也非常珍惜學(xué)院給我們的這次設(shè)計的機會，它將是我們畢業(yè)設(shè)計完成的更出色的關(guān)鍵一步。 最后，衷心的感謝XXX老師以及其他幾位幫助過我的老師，感謝你們的精心指導(dǎo)和悉心幫助，使我順利的完成此次設(shè)計。謝謝！ 參 考 文 獻 1 侯珍秀主編.機械系統(tǒng)設(shè)計.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社. 2000 2 戴曙主編．金屬切削機床．機械工業(yè)出版社，1994 3 機床設(shè)計手冊編寫組.機床設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版 社.1986 4 戴曙主編．金屬切削機床設(shè)計，第2版．機械工業(yè)出版 社，1995 5 于惠力主編.機械設(shè)計.科學(xué)出版社.2006 6 于惠力主編.機械設(shè)計課程設(shè)計.科學(xué)出版社.2006 附：展開圖 20