8級(jí)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【Nmin=45~500；Z=8；公比為1.41；P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1430含三維及5張CAD圖】
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I分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要設(shè)計(jì)機(jī)床的主傳動(dòng)變速系統(tǒng)時(shí)首先利用傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法求出理想解和多個(gè)合理解。分級(jí)變速是指?jìng)鲃?dòng)鏈執(zhí)行件的輸出速度（或轉(zhuǎn)速）在一定的范圍內(nèi)分級(jí)變化，即在變速范圍內(nèi)輸出一組速度值。本設(shè)計(jì)中分級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)采用滑移齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)變速。根據(jù)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)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(jí)調(diào)速主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。從主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)入手，通過(guò)查詢(xún)有關(guān)工程手冊(cè)，確定最佳機(jī)床主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性匹配方案，計(jì)算和校核相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。本說(shuō)明書(shū)著重研究機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)方法，根據(jù)已確定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)并且以主軸箱展開(kāi)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(jì)效率。在機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，為減少齒輪數(shù)目，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，縮短軸向尺寸，所用齒輪齒數(shù)的設(shè)計(jì)方法是查表法，計(jì)算法麻煩且不易找出合理的設(shè)計(jì)方案。本文通過(guò)對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)中雙聯(lián)滑移齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)的分析與研究，繪制主要零件工作圖與主軸箱展開(kāi)圖及剖視圖。關(guān)鍵詞 主傳動(dòng)系統(tǒng) 分級(jí)變速 工程手冊(cè) 展開(kāi)圖 剖視圖II目 錄第 1 章 緒論 ........................................................................................................11.1 課程設(shè)計(jì)的目的 ...................................................................................11.2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 ....................................................................................11.2.1 理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................11.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計(jì) ............................................................................11.2.3 編制技術(shù)文件 .............................................................................11.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 .......................................21.3.1 課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù) .................................................21.3.2 技術(shù)要求 .....................................................................................2第 2 章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) ................................................................................................32.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 ....................................................................32.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 ....................................................................................32.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 ....................................................................................32.1.3 確定結(jié)構(gòu)式 .................................................................................32.1.4 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) .................................................................................32.1.5 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 .........................................................42.2 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù) ...........................................................42.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 ...............................................................................6第 3 章 動(dòng)力計(jì)算 ................................................................................................73.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) ...........................................................................................73.1.1 計(jì)算設(shè)計(jì)功率 Pd........................................................................73.1.2 選擇帶型 .....................................................................................83.1.3 驗(yàn)證帶速并確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 .............................................83.1.4 確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度并驗(yàn)算小輪包角 .....................93.1.5 確定帶的根數(shù) z ........................................................................103.1.6 確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 ...........................................................103.1.7 確定帶的張緊裝置 ...................................................................103.1.8 計(jì)算壓軸力 ...............................................................................103.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 .................................................................................113.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算 .........................................................................123.4 主軸合理跨距的計(jì)算 .........................................................................17第 4 章 主要零部件的選擇 ..............................................................................194.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 ......................................................................................194.2 軸承的選擇 .........................................................................................194.3 變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇 ..........................................................................19第 5 章 校核 ......................................................................................................20III5.1 軸的校核 .............................................................................................205.2 軸承壽命校核 .....................................................................................22第 6 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 ..................................................................................236.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 .................................................236.2 展開(kāi)圖及其布置 .................................................................................23總結(jié) ....................................................................................................................25致謝 ....................................................................................................................26參考文獻(xiàn) ............................................................................................................271第 1 章 緒論1.1 課程設(shè)計(jì)的目的《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完本課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的有關(guān)理論知識(shí)，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(shí)的目的。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，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(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并編寫(xiě)技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識(shí)和設(shè)計(jì)技巧，提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生獲得機(jī)械系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，并為進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。1.2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)內(nèi)容由理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算、圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)文件編制三部分組成。1.2.1 理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算（1）機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算。（3）根據(jù)設(shè)計(jì)方案和零部件選擇情況，進(jìn)行有關(guān)動(dòng)力計(jì)算和校核。1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)（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(jì)與繪制。1.2.3 編制技術(shù)文件（1）對(duì)于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)。（2）編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。21.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求1.3.1 課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)題目 19：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：Nmin=45r/min；Nmax=500r/min；Z=8 級(jí)；公比為 1.41；電動(dòng)機(jī)功率 P=3kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1430r/min1.3.2 技術(shù)要求（1）利用電動(dòng)機(jī)完成換向和制動(dòng)。（2）各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。（3）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。3第 2 章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍Rn= = =11.11minaxN4502.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列轉(zhuǎn)速數(shù)列。查《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表 2-9 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，首先找到45r/min、然后每隔 5 個(gè)數(shù)取一個(gè)值（1.41=1.06 6），得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為 45r/min、63r/min、90r/min、125r/min、180r/min、250 r/min，355 r/min，500 r/min 共 8 級(jí)。2.1.3 確定結(jié)構(gòu)式對(duì)于 Z=8 可分解為：Z=22×21×2 4。2.1.4 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)根據(jù)“前多后少” , “先降后升” ,結(jié)構(gòu)緊湊的原則,選取傳動(dòng)方案 Z=22×21×24,易知第二擴(kuò)大組的變速范圍 r=φ (P3-1)x=1.414=3.95〈8，滿(mǎn)足要求，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖 2-1。圖 2-1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)42.1.5 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖（1）選擇電動(dòng)機(jī)：采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。（2）繪制轉(zhuǎn)速圖：圖 2-2 轉(zhuǎn)速圖（3）畫(huà)主傳動(dòng)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(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖 2-3：1-2 軸最小中心距：A 1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和:S zmin>(Zmax+2+D/m)2.2 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù)(1)Sz 100-120,中型機(jī)床 Sz=70-100?(2)直齒圓柱齒輪 Zmin 18-20?5圖 2-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖（3）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計(jì)要求 Zmin≥18—20,由表 4.1，根據(jù)各組公比，可得各傳動(dòng)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)62.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差實(shí) 際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過(guò)±10( -1)％,?即〈10( -1)％n標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速實(shí) 際 轉(zhuǎn) 速 ?對(duì) Nmax=500r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速Nmax=1430× × × × =503.4r/min 2014835296則有=0.68％〈4.1％0.?因此滿(mǎn)足要求。同理，根據(jù)計(jì)算得出其他各組的數(shù)據(jù)如下表：因此滿(mǎn)足要求。表 2-2 各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差所有計(jì)算結(jié)果都小于 4.1％，因此不需要修改齒數(shù)。n 500 350 250 180 125 90 63 45n` 507 357.5 253.5 183.4 126.75 91.7 71.35 45.63誤差 0.68％ 2.1％ 1.4％ 2.1％ 1.4％ 2.1％ 0.49％ 1.4％7第 3 章 動(dòng)力計(jì)算3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)輸出功率 P=3kW,轉(zhuǎn)速 n1=1430r/min,n2=710r/min3.1.1 計(jì)算設(shè)計(jì)功率 Pd edAdPK?表 3-3 工作情況系數(shù)8根據(jù) V 帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16 小時(shí)），查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P 296表 4。取 KA＝1.1。即 1.3.kWdAedPK???3.1.2 選擇帶型普通 V 帶的帶型根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率 Pd 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》P297 圖 13－11 選取。圖 3-1 轉(zhuǎn)速與功率關(guān)系圖根據(jù)算出的 Pd＝3.3kW 及小帶輪轉(zhuǎn)速 n1＝1430r/min ，查圖得：d d=80～100 可知應(yīng)選取 A 型 V 帶。3.1.3 驗(yàn)證帶速并確定帶輪的基準(zhǔn)直徑由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P 298表 13－7 查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為 80～100mm則取 dd1= 100mm> ddmin.=75 mm（d d1根據(jù) P295表 13-4 查得）。表 3-2 V 帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑 mind槽型 Y Z A B C D Emind20 50 75 125 200 355 500921 2430=.1,=10.421m7d di??所 以 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查“V 帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得 =200mmd① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （ 為 21 .04()(%)di????誤 ?彈性滑動(dòng)率）誤差 符合要求。1.04%2.52i????誤 ＜② 帶速 113v=7./6060dnms??滿(mǎn)足 5m/s300mm，所以宜選用 E 型輪輻式帶輪。總之，小帶輪選 H 型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇 E 型輪輻式結(jié)構(gòu)。帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。3.1.7 確定帶的張緊裝置選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。3.1.8 計(jì)算壓軸力由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P 303表 13－12 查得，A 型帶的初拉力 F0＝123.31N，上面已得到 =165.17o，z=3，則1a111a165.72sin=32.sinN=3.62ooFz???對(duì)帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡，對(duì)于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱(chēng)為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動(dòng)帶，制有梯形輪槽。由于普通 V 帶兩側(cè)面間的夾角是 40°，為了適應(yīng) V 帶在帶輪上彎曲時(shí)截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通 V 帶輪槽角 為 32°、34°、36°、38°（按帶的型號(hào)及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見(jiàn)表 7-3。裝在軸上的筒形部分稱(chēng)為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱(chēng)為輪幅（腹板），用來(lái)聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。V 帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式： （1） 實(shí)心帶輪：用于尺寸較小的帶輪( dd≤(2.5～3)d 時(shí))，如圖 3-2a。 （2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪( dd≤ 300mm 時(shí))，如圖 3-2b。 （3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪(( dd－d)＞ 100 mm 時(shí))，如圖 3-3c 。 （4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪( dd＞ 500mm 時(shí))，如圖 3-3d。圖 3-2 帶輪結(jié)構(gòu)類(lèi)型（a） （b） （c） （d） 圖根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實(shí)心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）。3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算（1）主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 由《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表3-2中的公式 ＝45 ＝79.8r/min )13/8(4.?12取計(jì)算轉(zhuǎn)速為90r/min(2) 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 在轉(zhuǎn)速圖上，軸IV在最低轉(zhuǎn)速45r/min時(shí)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)組傳動(dòng)副，得到主軸轉(zhuǎn)速為90 r/min。這個(gè)轉(zhuǎn)速高于主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速，在恒功率區(qū)間內(nèi)，因此軸Ⅲ的最低轉(zhuǎn)速為該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速即nⅢj=250/min,同理可求得軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 =250r/min、軸 Ⅰ計(jì)算轉(zhuǎn)速為 =500 r/min（3）確定各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。由機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)可知，一對(duì)嚙合齒輪只需要校核危險(xiǎn)的輪，因此只需要求出危險(xiǎn)的小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，可求的其余兩對(duì)嚙合齒輪中危險(xiǎn)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。即=90r/min， =90r/min28jzn36jzn各計(jì)算轉(zhuǎn)速入表 3-1。 表 3-6 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速（3） 確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪 Z 裝在主軸上轉(zhuǎn)速，其中只有'690r/min 傳遞全功率，故 Z j=90 r/min。依次可以得出其余齒輪的計(jì)算'6轉(zhuǎn)速，確定主軸轉(zhuǎn)速首先要從材料入手。材料的硬度越高，在加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速就越低。材料越粘，加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速越高。總的來(lái)說(shuō)，要根據(jù)材料，刀具直徑和輸出功率來(lái)確定主軸轉(zhuǎn)速。在確定主軸轉(zhuǎn)速時(shí)一定要根據(jù)自己的具體情況進(jìn)行分析，來(lái)最終決定主軸的轉(zhuǎn)速，不要死用建議參數(shù)。在確定主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，要注意保證主軸電機(jī)有一定的輸出功率。如表 3-2。表 3-7 齒輪副計(jì)算轉(zhuǎn)速序號(hào) Z1Z 2Z3Z `4Z5Z6n j710 500 500 250 90 903.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算1、計(jì)算各傳動(dòng)軸的輸出功率軸 號(hào) Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸 IV 軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min 710 500 250 90132.85(kw)?????9.06.3n1rbp額2.71(kw)78522g2.60(kw).1.3r2.50(kw)g主2、軸徑設(shè)計(jì)及鍵的選取軸一： ，取 帶入公式：kw85.21?p0.9??！?】 ＝有， ,圓整取49[]jPdn?23dm?24dm?選花鍵： 6軸二： ，取 帶入公式：k71.2?p0.9??！?】 ＝有， ,圓整取49[]jdn?273d?30d?選花鍵： 836軸三： ，取 帶入公式：kw60.23?p0.9??！?】 ＝有， ,圓整取491[]jPdn?347dm?35dm?選花鍵： 86主軸：選擇主軸前端直徑 ，后端直徑190D210.7.8DD:（ ）取 ，則平均直徑 。25m?7.5對(duì)于普通車(chē)床，主軸內(nèi)孔直徑 ,故本例之中，主(.6)d??軸內(nèi)孔直徑取為 45d支承形式選擇兩支撐，初取懸伸量 ，支撐跨距90am。選擇平鍵連接，520L?21,bhl?3、模數(shù)計(jì)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(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，即 mj=16338可得各組的模數(shù)，如表 3-3 所示。321][)(jjmnuzP???45 號(hào)鋼整體淬火， []10jMP?按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù) m 1-2 軸由公式 mj=16338 可得 =2.6，取 m=3mm321][)(jjnuz???2.jm?142-3 軸由公式 mj=16338 可得 ，m=3mm321][)(jjmnuzP???2.35jm?3-4 主軸由公式 mj=16338 可得 ，m=3.0mm321jj .6j（1）一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，所以根據(jù)情況都取一樣模數(shù)。見(jiàn)下表 3-8表 3-8 模數(shù)（2）基本組齒輪計(jì)算。d 分度圓，模數(shù):m=P/π，對(duì)斜齒輪有法向模數(shù)mn，端向模數(shù) mt，壓力角 α 標(biāo)準(zhǔn)的一般取 20o，傳動(dòng)比:i=w1/w2=n1/n2=Z2/Z1=d2/d1，w1 小齒輪角速度，w2 大齒輪角速度，n1小齒輪轉(zhuǎn)速，n2 大齒輪轉(zhuǎn)速 Z1 小齒輪的齒數(shù)，Z2 大齒輪的齒數(shù)，分度圓d=mz，中心距:a= (d2+d1)/2，齒頂高 ha=ha*xm=m,一般取 ha* 為 1，齒根高 hf=( ha*+c* )m=1.25，mc*=0.25，ha* =1。見(jiàn)下表 3-9 表 3-9 基本組齒輪幾何尺寸齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2`齒數(shù) 28 40 18 50分度圓直徑 84 120 54 150齒頂圓直徑 90 126 60 156齒根圓直徑 76.5 112.5 46.5 142.5齒寬 24 24 24 24按基本組最小齒輪計(jì)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(jì)算如下：組號(hào) 基本組 第一擴(kuò)大組 第二擴(kuò)大組模數(shù) mm 3 3 3 15① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為??jfsj MPauBnNKzm??????)()1(02832彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為：??wswaYnz)(109235式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取 N 為電動(dòng)機(jī)功率，N=4kW;-----計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）. =500（r/min）;jnjm-----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=18;u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2;-----壽命系數(shù)；sK=sKTnNq----工作期限系數(shù)；T mTC016?T------齒輪工作期限，這里取 T=15000h.;-----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =500（r/min）1n 1n----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取 = ，彎曲載荷取 =0C070C612?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 =0.60nKnK----功率利用系數(shù)，查【5】2 上，取 =0.78N N-----材料強(qiáng)化系數(shù)，查【5】2 上， =0.60q q16-----工作狀況系數(shù)，取 =1.13K3K-----動(dòng)載荷系數(shù)，查【5】2 上，取 =12 2------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2 上， =1 1 1KY------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；??j? ??j?---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表 4-7，取 =275 Mpa；w w根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa j????j=78 Mpaww（3）擴(kuò)大組齒輪計(jì)算 見(jiàn)表 3-10表 3-10 第一擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸齒輪 Z3 Z3` Z4 Z4`齒數(shù) 25 35 20 40分度圓直徑 75 105 60 120齒頂圓直徑 81 111 66 126齒根圓直徑 67.5 97.5 52.5 112.5齒寬 24 24 24 24表 3-11 第二擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸齒輪 Z5 Z5` Z6 Z6`齒數(shù) 69 49 31 87分度圓直徑 207 147 93 261齒頂圓直徑 213 153 99 26717齒根圓直徑 199.5 139.5 85.5 253.5齒寬 24 24 24 24按擴(kuò)大組最小齒輪計(jì)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(jì)算，查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77， =0.60， =1.1，nKNqK3=1， =1，m=3.5， =355；21jn可求得：=619 Mpa j????j?=135Mpaww3.4 主軸合理跨距的計(jì)算由于電動(dòng)機(jī)功率 P=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）d 1，取 d2=60mm。根據(jù)設(shè)計(jì)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× =318.3N.mnP903假設(shè)該機(jī)床為車(chē)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） F c= =4716N09.318背向力（沿 x 軸） F p=0.5 Fc=2358N總作用力 F= =5272.65N2pC?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× =7908.97Nla?240118RB=F× =5272.65× =2636.325Nla2401根據(jù) 文獻(xiàn)【1】 式 3.7 得：Kr=3.39 得前支承的1.0Fr8.La9.0)(iza.1cos剛度：K A= 1689.69 N/ ；K B= 785.57 N/ ； = =2.15m?m?BAK57.6主軸的當(dāng)量外徑 de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為I= =113.8×10-8m464)03.7.(???η= = =0.143aKEA6381.98.2??查【1】圖 3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距al0=120×2.0=240mm0l合理跨距為（0.75-1.5） ，取合理跨距 l=360mm。0l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(duì)背安裝的角接觸球軸承。1920第 4 章 主要零部件的選擇 4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇轉(zhuǎn)速n＝1430r/min，功率P＝3kW選用Y系列三相異步電動(dòng)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(hào)7007C 另一安裝深溝球軸承6012II軸： 對(duì)稱(chēng)布置深溝球軸承6009III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號(hào)7010C中間布置角接觸球軸承代號(hào)7012C4.3 變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇選用左右擺動(dòng)的操縱桿使其通過(guò)桿的推力來(lái)控制II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。21第 5 章 校核5.1 軸的校核（a） 主軸的前端部撓度 []0.250.1sy????（b） 主軸在前軸承處的傾角 []rad??容 許 值 軸 承（c） 在安裝齒輪處的傾角 .容 許 值 齒6517085023685109D1.07 879il mL?????? ??平 均 總E 取為 ，52.MPa44 4087(1)(1)35690()66dI m????????39.921.79512682zpF Nn???主 計(jì)件 （ ），0.457()yzN.()xzFN由于小齒輪的傳動(dòng)力大，這里以小齒輪來(lái)進(jìn)行計(jì)算 44291295103.785)QPmzn?????主計(jì)主 主 （將其分解為垂直分力和水平分力由公式 ,tatanyQnQzyFF????可得 2105(),647()zyN801352)3ZMl Nm???:件 (yy件176)2xxFd件主軸載荷圖如下所示：22圖 5-1 主軸載荷圖由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm計(jì)算（在垂直平面）, ,1()6QZFabclyEI???2()3ZFcylEI??3(23)6zMcylEI??230.17sz， ，()ZIl?齒 1 ()6ZlcI?齒 2 ()ZlcI?齒 35.9?????齒 齒 齒 2齒 3， ，()6QZFabEIl?軸 承 1 zFlEI軸 承 2ZlI?軸 承 35.10???軸 承 軸 承 軸 承 2軸 承 3計(jì)算（在水平面）23, ,1()6QyFabclEI???2()3yFclEI??3()(23)6yxMclEI???230.17sy， ，()Il?齒 1 (2)6ylcI?齒 2()(yxlcI?齒 35.8?????齒 y齒 齒 2齒 3， ，()6QyFabEIl?軸 承 1 yFlEI軸 承 2()yxlEI??軸 承 35.10???軸 承 軸 承 軸 承 2軸 承 3合成： 20.18.sszyy???25?齒 齒 齒 .30.1??軸 承 軸 承 Z軸 承 Y5.2 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=XF r+YFaX=1，Y=0。對(duì)Ⅱ軸受力分析得：前支承的徑向力 Fr=2642.32N。由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 [L 10h]=15000hL10h= × = × =n670?)PC(180673)28.10(?h≥[L 10h]=15000h3.)4954??軸承壽命滿(mǎn)足要求。24第 6 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動(dòng)器等）、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開(kāi)圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計(jì)由于時(shí)間的限制，一 0 般只畫(huà)展開(kāi)圖。主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動(dòng)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(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)中不可避免要經(jīng)過(guò)反復(fù)思考和多次修改。在正式畫(huà)圖前應(yīng)該先畫(huà)草圖。目的是：1 布置傳動(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案。2 檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時(shí)改正。3 確定傳動(dòng)軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對(duì)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(kāi)圖及其布置展開(kāi)圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開(kāi)并將這些剖切面平整展開(kāi)在同一個(gè)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(jí)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(wú)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(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊接通得到三級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案，通過(guò)空心軸中的拉桿來(lái)操縱離合器的結(jié)構(gòu)。總布置時(shí)需要考慮制動(dòng)器的位置。制動(dòng)器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動(dòng)器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動(dòng)扭矩太大，是制動(dòng)尺寸增大。25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。26總結(jié)經(jīng)過(guò)了兩周的課程設(shè)計(jì)，使我們對(duì)課本的知識(shí)有了更深一步的了解，以前不懂的知識(shí)也在這次課程設(shè)計(jì)中加深了鞏固。尤其對(duì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的一系列設(shè)計(jì)過(guò)程有很深的感觸。我的題目是 8 級(jí)的，在一開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)看書(shū)和問(wèn)老師已經(jīng)得到了解決。主軸箱展開(kāi)圖、橫剖圖、零件圖都是由 CAD 一點(diǎn)點(diǎn)畫(huà)出來(lái)的，經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的制圖已對(duì)制圖掌握的很好。出現(xiàn)的問(wèn)題也在老師和同學(xué)的幫助下解決了。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工合作，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。課設(shè)是我們專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這次課設(shè)不僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一種綜合檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己動(dòng)手能力的一種提高，增強(qiáng)了自己實(shí)踐能力。通過(guò)這次課設(shè)使我明白了自己知識(shí)還比較欠缺，只是學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，自己不會(huì)的東西還有太多，學(xué)習(xí)需要自己長(zhǎng)期的積累，在以后的學(xué)習(xí)中應(yīng)該不斷的進(jìn)取，將課本的理論與實(shí)際相結(jié)合，不斷提高自己文化知識(shí)和實(shí)踐能力。27致謝這次的課程設(shè)計(jì)是在王仲文老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。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，感謝院系各位老師多年來(lái)的諄諄教誨，感謝他們默默的栽培我。謹(jǐn)向王老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！此外，在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，也得到了其他同學(xué)的幫助，有關(guān)軟件方面的一些技能不足得到了同學(xué)的大力幫助，設(shè)計(jì)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(chéng)的感謝！再次向此次課程設(shè)計(jì)中所有幫助過(guò)我的人表示感謝！28參考文獻(xiàn)[1] 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