1、課 程 設(shè) 計(jì)題 目： 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 院 、 系： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 目錄一、課程設(shè)計(jì)目的.4二、課程設(shè)計(jì)題目，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求.4三、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì).51.運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 . . 52.確定變速組齒輪齒數(shù)，核算主軸轉(zhuǎn)速誤差. . 7四、動(dòng)力計(jì)算.8 1.計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 . 92.帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) . 83.傳動(dòng)軸最小軸徑的初定 . 134.齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算 . . 105.主軸合理跨距的計(jì)算 . . 14 五、主要零部件選擇.15六、校核.16結(jié)束語.參考文獻(xiàn).一、課程設(shè)計(jì)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

2、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)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)中的某些典型結(jié)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)主轉(zhuǎn)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。二、課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求1課程設(shè)計(jì)題目和技術(shù)參數(shù)題目21：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：=80r

3、/min; =1000r/min; Z=12級(jí)；公比為1.26；電動(dòng)機(jī)功率P=2.5/3.5kw;n=710/1420r/min2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)。三、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1.運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定1.1 轉(zhuǎn)速范圍Rn=12.51.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列查表，首先找到80r/min、然后每隔3個(gè)數(shù)取一個(gè)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

4、、800r/min、1000 r/min共12級(jí)。1.3 定傳動(dòng)組數(shù) 對(duì)于Z=12，可分解為：12=2×3×2。1.4 寫傳動(dòng)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(dòng)方案 Z=12=23×31×26。1.5 畫轉(zhuǎn)速圖轉(zhuǎn)速圖如下圖3-1。 圖3-1 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖1.6 畫主傳動(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)，畫主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖3-2： 圖3-2 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖2.確定變速組齒輪齒數(shù)，核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 2.1 齒輪齒數(shù)的確定 變速組內(nèi)取模數(shù)相等，據(jù)設(shè)計(jì)要求Zmin17,齒數(shù)和Sz100120， 由查表，根據(jù)各變速組公

5、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)傳動(dòng)比基本組第一擴(kuò)大組1:1.581:1.261:11：2.511.58:1代號(hào)ZZZZZZZZZZ齒數(shù)27 43 31 39 35 3521 52 4528 2.2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±10(-1),即 10(-1)對(duì)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(jí)轉(zhuǎn)速誤差n 10008006305004003152502001601

6、2510080n102781664551340832225820516212910381誤差2.042.042.362.592.012.362.222.56%1.27%2.22%2.561.25沒有轉(zhuǎn)速誤差大于2.6,因此合格，故不需要修改齒數(shù)。 四.動(dòng)力計(jì)算1.計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算1.1 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj 由公式n=n 得，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=160r/min。1.2 確定各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸共有6級(jí)轉(zhuǎn)速：200r/min、250 r/min、315 r/min、400r/min、500r/min、630r/min。若經(jīng)傳動(dòng)副Z/ Z傳動(dòng)主軸，則全部傳遞全功率；若經(jīng)傳動(dòng)副Z/ Z傳動(dòng)主軸，全部

7、傳遞全功率，其中200r/min是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速， 故其計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=200 r/min； 軸有2級(jí)轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=315 r/min。各計(jì)算轉(zhuǎn)速入表3-2。表3-2 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速軸 號(hào) 軸 軸 軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min315200160 1.3 確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速 確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪Z裝在主軸上并具有315-1000r/min共6級(jí)轉(zhuǎn)速，它們都傳遞全功率，故Zj=315 r/min。 齒輪Z裝在軸上，有200-630 r/min共6級(jí)轉(zhuǎn)速，但經(jīng)齒輪副Z/ Z傳動(dòng)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(jì)算轉(zhuǎn)速，如表3-3

8、。 表3-3 齒輪副計(jì)算轉(zhuǎn)速 單位：（r·min） 序號(hào)ZZZ ZZZZZZZn 315200315250315315200802003152.帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1 直徑計(jì)算初取小帶輪直徑d 取 d=125mm大帶輪直徑D： D= =283mm取D=280mm 2.2計(jì)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(zhǔn)長度 由表查得：Ld=900mm2.3 求實(shí)際中心距和包角中心距 a=(L-×Dm)

9、/4+ /4 =290mm，取a=290mm 小輪包角 =180-（D-d）/a×57.3=154.24>1202.4 求帶根數(shù)帶速 =Dn/(60×1000)=3.14×125×1420/(60×1000)= 9.26m/s傳動(dòng)比i i=n/n=1420/630=2.25帶根數(shù) 查表，并用插值法得P=1.07KW； 查表，并用插值法得P=0.17KW； 查表，得包角系數(shù)K=0.93； 查表，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&#

10、215;0.93=3.48取Z=4根3.傳動(dòng)軸最小直徑的初定 傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計(jì)算： d=1.64（mm） 或 d=91（mm）式中 d-傳動(dòng)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(jì)算轉(zhuǎn)速 -該軸每米長度的允許扭轉(zhuǎn)角，=。I軸：P=3.33KW, 計(jì)算轉(zhuǎn)速為： 315r/min,所以可得：II軸：P=3.19KW, 計(jì)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。 4.齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算4.1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

11、的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，即 mj=16338 由上面各軸的輸出功率計(jì)算可知，在電動(dòng)機(jī)功率為P=3.5KW，轉(zhuǎn)速n=1420r/min時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)受力最大，則由此數(shù)據(jù)計(jì)算。III軸：IIIII軸：取整后模數(shù)為：III軸：4mm；IIIII軸：4mm。 4.2基本組齒輪計(jì)算 基本組齒輪幾何尺寸見表3-4。表3-4 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Z271081169824Z4317218016224Z3112413211424Z3915616414624Z3514014813024Z3514014813024按基本組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度24

12、1HB286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB286HB，平均取240HB。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： 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）. =315（r/min）; m-初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=4（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）

13、 -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)，查表，取=0.60 -功率利用系數(shù)，查表，取=0.78 -材料強(qiáng)化系數(shù)，查表， =0.60 -工作狀況系數(shù)，取=1.1 -動(dòng)載荷系數(shù)，查表，取=1 -齒向載荷分布系數(shù)，查表，=1 Y-齒形系數(shù)，查表，Y=0.386；-許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表，取=650 Mpa；-許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表，取=275 Mpa；根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa =78 Mpa 4.3擴(kuò)大組齒輪計(jì)算擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見表3-5。按擴(kuò)大組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40Cr，調(diào)

14、質(zhì)處理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB286HB，平均取240HB。同理根據(jù)基本組的計(jì)算，查文獻(xiàn)，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3-5 擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸齒輪ZZZZ齒數(shù)21524528分度圓直徑84208180112齒頂圓直徑92216188120齒根圓直徑74198 170102齒寬181818185. 主軸合理跨距的計(jì)算由于電動(dòng)機(jī)功率P=4Kw，軸（主軸）的軸徑由文獻(xiàn)中的表3.2，選取前軸軸徑為60

15、mm，后軸直徑去前軸徑的0.5到0.65倍，所以取整后取50mm，平均直徑為55mm。對(duì)于普通機(jī)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(jì)：本車床的最大回轉(zhuǎn)直徑為200mm，經(jīng)濟(jì)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(xiàn)中公式3.3可得軸承的剛度：平均直徑為55mm，最后驗(yàn)算最佳跨距：由文獻(xiàn)中的圖3.38可知：，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=90×3.1=279mm

16、；合理跨距為（0.751.5），取合理跨距l(xiāng)=250mm。五.主要零部件的選擇選擇電動(dòng)機(jī)，軸承，鍵和操縱機(jī)構(gòu)（1） 電動(dòng)機(jī)的選擇： 轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min,功率P=3kw 選用Y系列三相異步雙速電動(dòng)機(jī)（2）軸承的選取帶輪：選用角接觸球軸承，型號(hào)：一軸：選用角接觸球軸承，型號(hào)：7010AC二軸：采用角接觸球軸承，型號(hào)：7010AC主軸：主軸是傳動(dòng)系統(tǒng)之中最為關(guān)鍵的部分，因此應(yīng)該合理的選擇軸承。從主軸末端到前端依次選擇軸承為圓錐滾子軸承，型號(hào)：30213;雙列圓柱滾子軸承，型號(hào)：NN3000K，（3）鍵的選取 1軸：d=26mm，選普通平鍵：10×8 GB1096-1990

17、3軸：選擇平鍵連接， bh=22 14，l=80mm（4） 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理來控制II軸上的二聯(lián)滑移齒輪。六.校核1.主軸強(qiáng)度、剛度校核 (一).軸的強(qiáng)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·mm2)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·mm3)確定軸的跨距=250，=120，=702軸的受力分析1）作軸的空間受力簡(jiǎn)圖，見圖6-1。圖6-12）作水平受力簡(jiǎn)

18、圖和彎矩圖，見圖6-2。=173N =3329N=44676N =-181872N 3）作垂直受力簡(jiǎn)圖和彎矩圖，見圖6-2。=268N =548N=71298N 圖424）作合成彎矩圖，見圖6-2。=138721N·mm=181872N·mm5）作轉(zhuǎn)矩圖=100.957×N·mm=100957N·mm6）作當(dāng)量彎矩圖，見圖6-2。=276580N·mm由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表7.5查得，對(duì)于45鋼，=600Mpa, =55Mpa,由公式=21.0Mpa<，故軸的強(qiáng)度足夠。(二).軸的剛度校核單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)中的公式計(jì)算

19、：: 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(jì)算得：=0.024；=0.078；=0.128； =0.203；=0.098；=0.044。 合成撓度 =0.224 查文獻(xiàn)，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(dòng)軸在支承點(diǎn)A，B處的傾角可按下式近似計(jì)算：將上式計(jì)算的結(jié)

20、果代入得：由文獻(xiàn)，查得支承處的=0.001因0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。傳動(dòng)軸在支承點(diǎn)A，B處的傾角可按下式近似計(jì)算：將上式計(jì)算的結(jié)果代入得：由文獻(xiàn)，查得支承處的=0.001因0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。2.軸承壽命校核由軸最小軸徑可取軸承為6016深溝球軸承,=3P=XFr+YFa；X=1，Y=0。對(duì)軸受力分析得：前支承的徑向力Fr=3054N。 由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 L10h=15000h L10h=×=×=55808hL10h=15000h 軸承壽命滿足要求。學(xué)習(xí)心得 兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，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)了運(yùn)籌帷幄，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。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)通過這次模具設(shè)計(jì)，本人