無級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文VIP

哈理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)(論文)無級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（題目35）所在學(xué)院機(jī)械動(dòng)力工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)老師 2015 年 9 月 4 日摘 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。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，從主傳動(dòng)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(jì)算和校核相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。根據(jù)已確定的運(yùn)動(dòng)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(jì)效率。在機(jī)床主傳動(dòng)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(jì)方法是試算，湊算法，計(jì)算麻煩且不易找出合理的設(shè)計(jì)方案。本文通過對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)中三聯(lián)滑移齒輪傳動(dòng)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(jí)變速；傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),傳動(dòng)副，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式，齒輪模數(shù)，傳動(dòng)比目 錄摘 要.2目 錄.3第1章 緒論51.1 課程設(shè)計(jì)的目的51.2課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容61.2.1 理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算61.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)61.2.3編制技術(shù)文件61.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求6第2章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì).72.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定7確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)8繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖8第3章 動(dòng)力計(jì)計(jì).103.1 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算.103.2 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算103.3 主軸合理跨距的計(jì)算14第4章 主要零部件的選擇.164.1電動(dòng)機(jī)的選擇164.2 軸承的選擇164.3變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇16第5章 校核.175.1 軸的校核175.2 軸承壽命校核20第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明.226.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案226.2 展開圖及其布置23結(jié) 論.24參考文獻(xiàn)25致 謝26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)。通過課程設(shè)計(jì)，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(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)算說明書。1.3 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求題目35：無級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：Nmin=67r/min；Nmax=3500r/min；nj=220r/min；電動(dòng)機(jī)功率Pmax=2.2kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/min；第2章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定技術(shù)參數(shù)：Nmin=67r/min；Nmax=3500r/min；nj=220r/min；電動(dòng)機(jī)功率Pmax=2.2kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/min；(1) 無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的恒功率調(diào)速范圍Rnp:Rnp=15.91(2)交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍rnp:rnp=2(3)分級(jí)變速傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z： Z=lgRnp/lgrnp4 取Z=4則計(jì)算出各個(gè)恒功率段極限轉(zhuǎn)速分別為：220 r/min 438 r/min875 r/min 1750 r/min 3000 r/min確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng) 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖（1） 繪制轉(zhuǎn)速圖：轉(zhuǎn)速圖（2） 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 圖2-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖（3）齒輪齒數(shù)的確定。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)1-2軸最小中心距：A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和:Szmin(Zmax+2+D/m)據(jù)設(shè)計(jì)要求Zmin1820,由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù)，為增加輪轂強(qiáng)度和根切問題取Z1=24，各齒輪齒數(shù)如表2-2。齒輪Z0Z0Z1Z1 Z2Z2Z3Z3 Z4Z4齒數(shù)37632496408060608040第3章 動(dòng)力計(jì)算3.1 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 3.2 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算（1）、軸 序 號(hào)電動(dòng)機(jī)(0)I軸II軸計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min1500876220（5）、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)。選45號(hào)鋼， =580MPa按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)（6） 基本組齒輪計(jì)算。 0-1基本組齒輪幾何尺寸見下表齒輪Z0Z0齒數(shù)3763模數(shù)22分度圓直徑74126齒頂圓直徑76128齒根圓直徑73.5127.5 齒寬16161-2基本組齒輪幾何尺寸見下表齒輪Z1Z1 Z2Z2Z3Z3 Z4Z4齒數(shù)2496408060608040模數(shù)33333333分度圓直徑72288120240180180240120齒頂圓直徑74290122242182182242122齒根圓直徑73.5287.5119.5239.5179.5179.5239.5119.5 齒寬2424242424242424按基本組最小齒輪驗(yàn)算。計(jì)算如下： 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算： 接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為 彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為： =YSaYFaY式中 T-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）. =220（r/min）; m-初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）; B-齒寬（mm）;B=24（mm）; d-齒輪分度圓直徑； z-小齒輪齒數(shù)；z=24; u-小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=4; -齒寬系數(shù) ZE-彈性系數(shù) -節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Z-接觸強(qiáng)度重合度系數(shù) YSa-齒形系數(shù)YFa-應(yīng)力修正系數(shù) Y-彎曲強(qiáng)度重合度系數(shù)-許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=580 Mpa；-許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=215 Mpa；可求得：=324 Mp =580 Mp =6.18Mpa =215 Mp 滿足要求。（7）各個(gè)軸之間的中心距計(jì)算。 0-1軸 a=(mz0+mz1)/2=100mm 1-2軸 a=(mz1+mz2)/2=180mm3.3 主軸合理跨距的計(jì)算由于電動(dòng)機(jī)功率P=2.2KW，根據(jù)【1】表3.20，前軸徑應(yīng)為6090mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.70.9）d1，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=95.5N.m假設(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=1061.11N背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=530.56N總作用力 F=1186.4N此力作用于工件上，主軸端受力為F=1186.4N。先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為RA=F=1186.4=1779.6NRB=F=1186.4=593.18N根據(jù)文獻(xiàn)【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 1489.6 N/；KB= 702.6 N/；=2.12 主軸的當(dāng)量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為 I=113.810-8m4 =0.1查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=1202.0=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(duì)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(dòng)機(jī)的選擇轉(zhuǎn)速n3000r/min，功率P2.2kW選用調(diào)速電動(dòng)機(jī) 4.2 軸承的選擇0軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7006C 另一安裝深溝球軸承6012I軸：對(duì)稱布置深溝球軸承6007II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)的操縱桿使其通過桿的推力來控制II軸上的二聯(lián)滑移齒輪。第5章 校核5.1 軸的校核（1）主軸剛度符合要求的條件如下：（a） 主軸的前端部撓度（b） 主軸在前軸承處的傾角（c） 在安裝齒輪處的傾角E取為，由于小齒輪的傳動(dòng)力大，這里以小齒輪來進(jìn)行計(jì)算將其分解為垂直分力和水平分力由公式可得主軸載荷圖如下所示：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）,，計(jì)算（在水平面）,，合成：5.2 軸承壽命校核軸選用的是深溝球軸承軸承6007,其基本額定負(fù)荷為13.0KN由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值n=1120r/min,所以齒輪越小越靠近軸承，對(duì)軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對(duì)軸未端的軸承進(jìn)行校核。軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=9550 =23 N.m齒輪受力 N 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 N N 因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得為1.0到1.2，取，則有：N N故該軸承能滿足要求。由軸最小軸徑可取軸承為7008C角接觸球軸承。取=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。對(duì)軸受力分析得：前支承的徑向力Fr=1278N。 當(dāng)量動(dòng)載荷：P=715.68N。 由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 L10h=15000hL10h=L10h=15000h 軸承壽命滿足要求。第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明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，一般只畫展開圖。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(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)。4 精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，軸承溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)公藝性，操作方便，安全，可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化原則。6.2 展開圖及其布置展開圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開并將這些剖切面平整展開在同一個(gè)平面上。1軸上安裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種安裝布置方案，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直徑的約束，否則齒輪無法加工，這樣軸的間距加大。另一種方案是將離合器的左右部分分別同軸線的軸上，這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們選擇第一種方案?？偛贾脮r(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。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) 論經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課當(dāng)中許多原理公式有了進(jìn)一步的了解，并且對(duì)設(shè)計(jì)工作有了更深入的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中，得到老師的精心指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝。本次課程設(shè)計(jì)充分應(yīng)用了以前學(xué)習(xí)的知識(shí)來分析和解決實(shí)際問題，了解了機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)切入點(diǎn)同時(shí)得到了對(duì)機(jī)械零部件的傳動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力計(jì)算能力以及應(yīng)用資料和實(shí)際動(dòng)手能力的提高。分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及部分計(jì)算，到這里基本結(jié)束了，由于筆者水平有限，加之時(shí)間倉促，僅對(duì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)主要部分進(jìn)行設(shè)計(jì)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(cuò)誤，望老師多提寶貴意見。參考文獻(xiàn)【1】.機(jī)械設(shè)計(jì) 科學(xué)出版社【2】.機(jī)械課程設(shè)計(jì) 科學(xué)出版社【3】.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社【4】.機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 【5】.機(jī)械設(shè)計(jì)（