1、分級變速主傳動系統設計摘 要本說明書著重研究機床主傳動系統的設計步驟和設計方法，根據已確定的運動參數以變速箱展開圖的總中心距最小為目標，擬定變速系統的變速方案，以獲得最優方案以及較高的設計效率。在機床主傳動系統中，為減少齒輪數目，簡化結構，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數的設計方法是試算，湊算法，計算麻煩且不易找出合理的設計方案。本文通過對主傳動系統中兩聯滑移齒輪傳動特點的分析與研究，繪制零件工作圖與主軸箱展開圖及剖視圖。關鍵詞 分級變速；傳動系統設計；傳動副；結構網；結構式；齒輪模數，傳動比目 錄摘 要I第1章 緒論11.1 課程設計的目的11.2課程設計的內容11.2.1理論分析與設計計算11.2

2、.2圖樣技術設計11.2.3編制技術文件11.3 課程設計題目、主要技術參數和技術要求21.3.1課程設計題目和主要技術參數21.3.2技術要求2第2章 運動設計32.1 運動參數及轉速圖的確定32.1.1 轉速范圍32.1.2 轉速數列32.1.3確定結構式32.1.4確定結構網32.1.5繪制轉速圖和傳動系統圖42.2 確定各變速組此論傳動副齒數42.3 核算主軸轉速誤差5第3章 動力計算73.1 帶傳動設計73.2 計算轉速的計算83.3 齒輪模數計算及驗算93.5 主軸合理跨距的計算13第4章 主要零部件的選擇154.1電動機的選擇154.2 軸承的選擇154.3變速操縱機構的選擇15

3、第5章 校核165.1 軸的校核165.2 軸承壽命校核18第6章 結構設計及說明196.1 結構設計的內容、技術要求和方案196.2 展開圖及其布置19結論20參考文獻21致謝22第1章 緒論1.1 課程設計的目的機械系統設計課程設計是在學完本課程后，進行一次學習設計的綜合性練習。通過課程設計，使學生能夠運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業課的有關理論知識，及生產實習等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學知識的目的。通過課程設計，分析比較機械系統中的某些典型機構，進行選擇和改進；結合結構設計，進行設計計算并編寫技術文件；完成系統主傳動設計，達到學習設計步驟和方法的目的。通過設計，掌握查閱相關工

4、程設計手冊、設計標準和資料的方法，達到積累設計知識和設計技巧，提高學生設計能力的目的。通過設計，使學生獲得機械系統基本設計技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行機械系統設計創造一定的條件。1.2課程設計的內容機械系統設計課程設計內容由理論分析與設計計算、圖樣技術設計和技術文件編制三部分組成。1.2.1 理論分析與設計計算（1）機械系統的方案設計。設計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。（2）根據總體設計參數，進行傳動系統運動設計和計算。（3）根據設計方案和零部件選擇情況，進行有關動力計算和校核。1.2.2 圖樣技術設計（1）選擇系統中的主要機件。（2）工程技術圖樣的設計與繪制。

5、1.2.3編制技術文件（1）對于課程設計內容進行自我經濟技術評價。（2）編制設計計算說明書。1.3 課程設計題目、主要技術參數和技術要求1.3.1課程設計題目和主要技術參數題目01：分級變速主傳動系統設計技術參數：Nmin=50r/min；Nmax=400r/min；Z=7級；公比為1.41；電動機功率P=3kW；電機轉速n0=1430r/min1.3.2技術要求（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。（3）進給傳動系統采用單獨電動機驅動。第2章 運動設計2.1 運動參數及轉速圖的確定2.1.1 轉速范圍Rn=82.1.2 轉速數列轉速數列。查機械系統設計表2-9標

6、準數列表，首先找到50r/min、然后每隔5個數取一個值（1.41=1.066），得出主軸的轉速數列為50r/min、71r/min、100r/min、140r/min、200r/min、280 r/min，400 r/min共7級。2.1.3確定結構式對于Z=7可分解為：Z=212223。2.1.4確定結構網根據“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結構緊湊的原則,選取傳動方案 Z=212223,易知第二擴大組的變速范圍r=(P3-1)x=1.414=3.958，滿足要求滿足要求，其結構網如圖2-1。圖2-1結構網 2.1.5繪制轉速圖和傳動系統圖（1）選擇電動機：采用Y系列封閉自扇

7、冷式鼠籠型三相異步電動機。（2）繪制轉速圖，如圖2-2所示：圖2-2轉速圖（3）畫主傳動系統圖。根據系統轉速圖及已知的技術參數，畫主傳動系統圖如圖2-3： 1-2軸最小中心距：A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數和:Szmin(Zmax+2+D/m)2.2 確定各變速組齒輪傳動副齒數(1)Sz100-120,中型機床Sz=70-100(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20 圖2-3 主傳動系統圖（7）齒輪齒數的確定。據設計要求Zmin1820,根據各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數，各齒輪齒數如表2-1。 表2-1 齒輪齒數傳動比基本組第1擴大組第2擴大組1:1.411:21

8、:1.411：2.81.41：11:2代號Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6齒數3141244836512364564032642.3 核算主軸轉速誤差實際傳動比所造成的主軸轉速誤差，一般不應超過10(-1),即 10(-1)對Nmax=400r/min，實際轉速Nmax=1430 =416r/min 則有 =3.251200 6、確定V帶根數：確定額定功率：P0由查表并用線性插值得P0=0.15kw查1表3-7得功率增量P0=0.13kw查1表3-8得包角系數K=0.99查1表3得長度系數Kl=0.81確定帶根數：Z=P/（P+P）KK=3.85/(1.05+0.13)0.99

9、0.81=4.07取Z=53.2 計算轉速的計算 1、主軸的計算轉速 由機械系統設計表3-2中的公式 取計算轉速為90r/min 2、傳動軸的計算轉速 在轉速圖上，軸IV在最低轉速50r/min時經過傳動組傳動副，得到主軸轉速為100r/min。這個轉速高于主軸計算轉速，在恒功率區間內，因此軸的最低轉速為該軸的計算轉速即nj=100r/min,同理可求得軸的計算轉速為nIIj=280r/min、軸計算轉速為nIj=560 r/min 3、確定各傳動軸的計算轉速。 由機械設計知識可知，一對嚙合齒輪只需要校核危險的小齒輪，因此只需求出危險小齒輪的計算轉速。可求得其余兩對嚙合齒輪中危險齒輪的計算轉速

10、即 =100r/min，=100r/min各計算轉速入表3-1。表3-1 各軸計算轉速軸 號 軸 軸 軸IV 軸計算轉速 r/min5602801001004、 確定齒輪副的計算轉速。齒輪Z裝在主軸上轉速，其中只有100r/min傳遞全功率，故Zj=100r/min。依次可以得出其余齒輪的計算轉速，如表3-2。表3-2 齒輪副計算轉速序號Z1Z2Z3Z4Z5Z6n5602801002001001003.3 齒輪模數計算及驗算1、計算各傳動軸的輸出功率3、軸徑設計及鍵的選取軸一：，取帶入公式： 有，,圓整取選花鍵：軸二：，取帶入公式： 有，,圓整取 選花鍵：軸三：，取帶入公式： 有，,圓整取選花

11、鍵：主軸：選擇主軸前端直徑，后端直徑取，則平均直徑。對于普通車床，主軸內孔直徑,故本例之中，主軸內孔直徑取為支承形式選擇兩支撐，初取懸伸量，支撐跨距。 選擇平鍵連接，因為=0.501.0所以取值較大，計算的軸的直徑為最小直徑，也是危險直徑，所以實際裝配時可選用軸徑更大的軸。4、模數計算，一般同一變速組內的齒輪取同一模數，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可得各組的模數，如表3-3所示。45號鋼整體淬火， 按接觸疲勞計算齒輪模數m 1-2軸由公式mj=16338可得=2.6，取m=3mm2-3軸由公式mj=16338可得，m=3mm3-主軸由公式mj=16

12、338可得，m=3.0mm一般同一變速組內的齒輪取同一模數，所以根據情況都取一樣的模數。表3-3 模數組號基本組第一擴大組第二擴大組模數 mm333（2）基本組齒輪計算。表3-4 基本組齒輪幾何尺寸見下表齒輪Z1Z1Z2Z2齒數31412448分度圓直徑9312372144齒頂圓直徑9912978150齒根圓直徑85.5115.564.5136.5齒寬24242424按基本組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調質處理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調質處理，硬度229HB286HB，平均取240HB。計算如下： 齒面接觸疲勞強度計算： 接觸應力驗算公式為 彎曲應力驗

13、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=3kW; -計算轉速（r/min）. =400（r/min）; m-初算的齒輪模數（mm）, m=3（mm）; B-齒寬（mm）;B=24（mm）; z-小齒輪齒數；z=18; u-小齒輪齒數與大齒輪齒數之比,u=2; -壽命系數； = -工作期限系數； T-齒輪工作期限，這里取T=15000h.; -齒輪的最低轉速（r/min）, =400（r/min） -基準循環次數，接觸載荷取=，彎曲載荷取= m-疲勞曲線指數，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6; -轉速變化系數，查【5】2上，取=0.60 -功率利用系數，查【5】

14、2上，取=0.78 -材料強化系數，查【5】2上， =0.60 -工作狀況系數，取=1.1 -動載荷系數，查【5】2上，取=1 -齒向載荷分布系數，查【5】2上，=1 Y-齒形系數，查【5】2上，Y=0.386；-許用接觸應力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa；-許用彎曲應力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；根據上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa =78 Mpa（3）擴大組齒輪計算。表3-5 第一擴大組齒輪幾何尺寸見下表齒輪Z3Z3Z4Z4齒數23643651分度圓直徑69192108153齒頂圓直徑75198114159齒根圓直徑61.5184

15、.5100.5145.5齒寬24242424表3-6 第二擴大組齒輪幾何尺寸見下表齒輪Z5Z5Z6Z6齒數56403264分度圓直徑16812096192齒頂圓直徑174126102198齒根圓直徑160.5112.588.5184.5齒寬24242424按擴大組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調質處理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調質處理，硬度229HB286HB，平均取240HB。 同理根據基本組的計算，查文獻【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，=1，=1，m=3.5，=355；可求得：=619Mpa =135Mpa 3.5 主軸合

16、理跨距的計算由于電動機功率P=3kW，根據【1】表3.20，前軸徑應為6090mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.70.9）d1，取d2=60mm。根據設計方案，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，主軸最大輸出轉矩T=9550=9550=286.5N.m假設該機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，即經濟加工直徑約為最大回轉直徑的50%，這里取60%，即180mm，故半徑為0.09m；切削力（沿y軸） Fc=3183N背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=1592N總作用力 F=3558.

17、93N此力作用于工件上，主軸端受力為F=3558.93N。先假設l/a=2，l=2a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為RA=F=3558.93=5338.4NRB=F=3558.93=1779.5N根據 文獻【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主軸的當量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為 I=113.810-8m4 =0.14查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設接近，所以最佳跨距=1202.0=240mm合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l=360mm。 根據結構的需要，主

18、軸的實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電動機的選擇轉速n1430r/min，功率P3kW選用Y系列三相異步電動機 4.2 軸承的選擇 I軸：與帶輪靠近段安裝深溝球軸承6007，另一端安裝深溝球軸承6006。 II軸：靠近帶輪一側安裝深溝球軸承6007，中間安裝深溝球軸承6007，后端安裝深溝球軸承61908。 III軸：安裝深溝球軸承6007,兩個。4.3變速操縱機構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軸上的二聯滑

19、移齒輪。第5章 校核5.1 軸的校核（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，由于小齒輪的傳動力大，這里以小齒輪來進行計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圖5-1所示：圖5-1 主軸載荷圖 由上圖可知如下數據：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm計算（在垂直平面）,，計算（在水平面）,，合成：5.2 軸承壽命校核由軸最小軸徑可取軸承為7008C角接觸球軸承,=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。對軸受力分析如圖5-2所示。圖5-2 軸受力分析圖得：前支承的徑向力Fr=2642.32N。 由軸承壽命的計算公式

20、：預期的使用壽命 L10h=15000hL10h=hL10h=15000h 軸承壽命滿足要求。第6章 結構設計及說明6.1 結構設計的內容、技術要求和方案設計主軸變速箱的結構包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等）、主軸組件、操縱機構、潤滑密封系統和箱體及其聯結件的結構設計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設計由于時間的限制，一般只畫展開圖。主軸變速箱是機床的重要部件。設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，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，結構工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標準化和通用

21、化的原則。主軸變速箱結構設計時整個機床設計的重點，由于結構復雜，設計中不可避免要經過反復思考和多次修改。在正式畫圖前應該先畫草圖。目的是：1 布置傳動件及選擇結構方案。2 檢驗傳動設計的結果中有無干涉、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和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數據。6.2 展開圖及其布置展開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，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。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徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負責齒輪無法加工。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，得到一級反向轉動，右邊接通得到三級反向轉動。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構。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，關系到變速箱的軸向尺寸，減