《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要------------------------------------------------------------2</p><p>　　第1章 緒論-----------------------------------------------------3</p><p&

2、gt;　　第2章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)-----------------------------------------------4-7</p><p>　　第3章 動(dòng)力計(jì)算----------------------------------------------8-14</p><p>　　第4章 主要零部件的選擇---------------------------------------

3、-------------------15</p><p>　　第5章 校核 -----------------------------------------------------------------------16-17 </p><p>　　結(jié)論----------------------------

4、------------------------------18</p><p>　　參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------18</p><p>　　摘要 設(shè)計(jì)機(jī)床得主傳動(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，分析了機(jī)電關(guān)聯(lián)分級(jí)調(diào)速主傳動(dòng)系統(tǒng)

5、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，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)。本說明書著重研究機(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)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(jiǎn)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

6、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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：分級(jí)變速；主軸功率；滑移齒輪。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　?。ㄒ唬?課程設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　《機(jī)械系統(tǒng)課程設(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

7、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

8、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。</p><p>　　（二） 課程設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求</p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　題目：分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　技術(shù)參數(shù)：Nmin=35.5r/min；Nmax=800r/min；Z=8級(jí)

9、；公比為1.41；電動(dòng)機(jī)功率P=3KW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min</p><p><b>　　2 技術(shù)要求</b></p><p>　　1. 利用電動(dòng)機(jī)完成換向和制動(dòng)。</p><p>　　2. 各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。</p><p>　　3. 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p&g

10、t;<p><b>　　第二章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定</p><p>　?。?） 轉(zhuǎn)速范圍。Rn===22.54</p><p>　?。?） 轉(zhuǎn)速數(shù)列。查表 2.11，首先找到35.5r/min、然后每隔5個(gè)數(shù)取一個(gè)值（1.41=1.066），得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為35.5r/min、5

11、0r/min、75 r/min、100 r/min、140 r/min、200 r/min、280 r/min、400 r/min、560r/min、800r/min共10級(jí)。</p><p>　　（3）確定結(jié)構(gòu)式。對(duì)于Z=8可分解為：Z=21×22×24。</p><p><b>　　（4）確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)。</b></p><p&

12、gt;　　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=21×22×24,易知第二擴(kuò)大組的變速范圍r=φ(P3-1)x=1.414=3.95〈8 滿足要求，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖2-1。</p><p>　　圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng) Z=21×22×24</p><p>　?。?） 畫轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖如下圖2-2。</p&g

13、t;<p>　　圖2-2 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖 </p><p>　　（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2-3：</p><p>　　圖2-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖</p><p>　?。?）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Zmin≥18~20,齒數(shù)和Sz≤100～120，由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動(dòng)比

14、和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表2-2。</p><p>　　表2-2 齒輪齒數(shù)</p><p><b>　　2核算主軸轉(zhuǎn)速誤差</b></p><p>　　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</p><p>　　|實(shí)際轉(zhuǎn)速n`-標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n|</p><p>

15、　　------------------------------- 〈 10(-1)％</p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n</b></p><p>　　對(duì)Nmax=710r/min，Nmax`=1440*100/280*30/42*66/33=734.69r/min </p><p><b>　　則有</b>

16、</p><p>　　=3.47％〈4.1％</p><p><b>　　因此滿足要求。</b></p><p><b>　　各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差</b></p><p>　　只有一級(jí)轉(zhuǎn)速誤差大于4.1％，因此不需要修改齒數(shù)。</p><p><b>　　第三章 動(dòng)力計(jì)算&

17、lt;/b></p><p><b>　　1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　(1) 直徑計(jì)算</b></p><p>　　初取小帶輪直徑d； 取 d=100 mm</p><p>　　大帶輪直徑D； D===280mm 取D=280mm</p><

18、;p><b>　　（2）計(jì)算帶長(zhǎng)</b></p><p>　　求Dm Dm=(D+D)/2=(100+280)/2=190mm</p><p>　　求△ △=（D-D）/2=（280-100）/2=90mm</p><p>　　初取中心距 取a=500mm</p><

19、p>　　帶長(zhǎng) L=×Dm+2×a+△/a=1612.8 mm</p><p>　　基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由【2】圖11-4得：Ld=1600mm</p><p>　?。?） 求實(shí)際中心距和包角</p><p>　　中心距 a=(L-∏×Dm)/4+/4 =493.6mm<500mm </p&

20、gt;<p>　　小輪包角 =180-（D-D）/a×57.3=159>120</p><p>　?。?） 求 帶根數(shù)</p><p>　　帶速 =∏Dn/60×1000=3.14×100×1440/(60×1000)= 7.53m/s</p><p>　　傳動(dòng)比i i=n

21、/n=1440/500=2.8</p><p>　　帶根數(shù) 由【2】表11.8，P=1.32KW；由表11.7，K=0.95；</p><p>　　由表11.12，K=0.99；由表11.10，△P=0.17KW；</p><p>　　Z=P/｛（P+△P）×K×K｝</p><p>　　=（4.0×

22、1.2）/(1.32+0.17)×0.95×0.99=3.42</p><p><b>　　取Z=4根</b></p><p><b>　　計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算</b></p><p>　　（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=90r/min。</p><p>

23、;　?。?） 確定各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。Ⅱ軸共有3級(jí)轉(zhuǎn)速：180 r/min、250 r/min、355 r/min。若經(jīng)傳動(dòng)副Z/ Z傳動(dòng)主軸，則只有355r/min傳遞全功率；若經(jīng)傳動(dòng)副Z/ Z傳動(dòng)主軸，全部傳遞全功率，其中180r/min是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速， 故其計(jì)算轉(zhuǎn)速nⅡj=180 r/min；Ⅰ 軸有1級(jí)轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計(jì)算轉(zhuǎn)速nⅠj=500 r/min。各計(jì)算轉(zhuǎn)速入表3-1。</p><

24、p>　　表3-1 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速</p><p>　?。?） 確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪Z裝在主軸上并具有45-90r/min共3級(jí)轉(zhuǎn)速，其中只有90r/min傳遞全功率，故Zj=90 r/min。</p><p>　　齒輪Z裝在Ⅱ軸上，有180-355 r/min共4級(jí)轉(zhuǎn)速，但經(jīng)齒輪副Z/ Z傳動(dòng)主軸，則只有355r/min傳遞全功率，故Zj=355r/min。依次可以得出其余齒輪

25、的計(jì)算轉(zhuǎn)速，如表3-2。</p><p>　　表3-2 齒輪副計(jì)算轉(zhuǎn)速</p><p>　　2 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算</p><p>　?。?）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。</p><p><b>　　表3-3

26、 模數(shù)</b></p><p>　?。?）基本組齒輪計(jì)算。</p><p>　　基本組齒輪幾何尺寸見下表</p><p>　　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：</p><p>　?、?齒

27、面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：</p><p><b>　　接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為</b></p><p>　　彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為：</p><p>　　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;</p><p>　　-----計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）. =500（r/min）;</p>

28、<p>　　m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3.5（mm）;</p><p>　　B----齒寬（mm）;B=24.5（mm）;</p><p>　　z----小齒輪齒數(shù)；z=19;</p><p>　　u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2.79;</p><p>　　-----壽命系數(shù)；</p>&

29、lt;p><b>　　=</b></p><p>　　----工作期限系數(shù)；</p><p>　　T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.;</p><p>　　-----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =500（r/min）</p><p>　　----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取=<

30、/p><p>　　m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6;</p><p>　　----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2上，取=0.60</p><p>　　----功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78</p><p>　　-----材料強(qiáng)化系數(shù)，查【5】2上， =0.60</p><p>　　-----工

31、作狀況系數(shù)，取=1.1</p><p>　　-----動(dòng)載荷系數(shù)，查【5】2上，取=1</p><p>　　------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1 </p><p>　　Y------齒形系數(shù)，查【5】2上，Y=0.386；</p><p>　　----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa；<

32、/p><p>　　---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；</p><p>　　根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：</p><p>　　=635 Mpa </p><p><b>　　=78 Mpa</b></p><p>　　（3）擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。</p>

33、;<p>　　擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見下表 </p><p>　　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。</p><p>　　同理根據(jù)基本組的計(jì)算，</p><p>　　查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.

34、60，=1.1，</p><p>　　=1，=1，m=3.5，=355；</p><p><b>　　可求得：</b></p><p>　　=619 Mpa </p><p><b>　　=135Mpa </b></p><p>　　3傳動(dòng)軸最小軸徑的初定</p>

35、;<p>　　由【5】式6，傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計(jì)算：</p><p>　　d=1.64（mm）</p><p>　　或 d=91（mm）</p><p>　　式中 d---傳動(dòng)軸直徑（mm）</p><p>　　Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000；</p>

36、;<p>　　N----該軸傳遞的功率（KW）</p><p>　　----該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速</p><p>　　---該軸每米長(zhǎng)度的允許扭轉(zhuǎn)角，==。</p><p>　　各軸最小軸徑如表3-3。</p><p>　　表3-3 最小軸徑</p><p>　　4 主軸合理跨距的計(jì)算</p>

37、<p>　　由于電動(dòng)機(jī)功率P=4Kw，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）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。</p><p>　　軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩T=9550=9550×=424.44N.m</p><

38、p>　　設(shè)該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；</p><p>　　切削力（沿y軸） Fc==4716N</p><p>　　背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=2358N</p><p>　　總作用力

39、 F==5272.65N</p><p>　　此力作用于工件上，主軸端受力為F=5272.65N。</p><p>　　先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為</p><p>　　RA=F×=5272.65×=7908.97N</p><p>　　RB=F×=5272.

40、65×=2636.325N</p><p>　　根據(jù) 文獻(xiàn)【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</p><p>　　主軸的當(dāng)量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為</p><p>　　I==113.8×10-8m4</p>&

41、lt;p><b>　　η===0.14</b></p><p>　　查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=120×2.0=240mm</p><p>　　合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=360mm。</p><p>　　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</p

42、><p>　　增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑D=100mm，后軸徑d=80mm。前軸承</p><p>　　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。</p><p>　　第四章 主要零部件的選擇 </p><p>　　一 擺桿式操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　（1）幾何條件

43、；</b></p><p><b>　　（2）不自鎖條件。</b></p><p>　　二 電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　選擇Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　由文獻(xiàn)【3】附錄2得：電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-4，額定功率40KW。</p><p>　

44、　由附錄3得：安裝尺寸A=190mm，AB=245mm，HD=265mm。</p><p><b>　　校核</b></p><p>　　一 Ⅱ軸剛度校核</p><p><b>　?。?）П軸撓度校核</b></p><p>　　單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計(jì)算：:<

45、/p><p>　　L-----兩支承的跨距；</p><p>　　D-----軸的平均直徑；</p><p>　　X=/L；-----齒輪工作位置處距較近支承點(diǎn)的距離；</p><p>　　N-----軸傳遞的全功率；</p><p><b>　　校核合成撓度</b></p><p

46、>　　-----輸入扭距齒輪撓度；</p><p>　　-------輸出扭距齒輪撓度</p><p><b>　??；</b></p><p>　　---被演算軸與前后軸連心線夾角；=144°</p><p>　　嚙合角=20°，齒面摩擦角=5.72°。</p><

47、p>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：=0.025；=0.082；=0.130；</p><p>　　=0.206；=0.098；=0.045。</p><p>　　合成撓度 =0.248</p><p>　　查文獻(xiàn)【6】，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000*L</p><p><b>　　即=0.268。</b></p&

48、gt;<p>　　因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。</p><p>　?。?） П軸扭轉(zhuǎn)角的校核</p><p>　　傳動(dòng)軸在支承點(diǎn)A，B處的傾角可按下式近似計(jì)算：</p><p>　　將上式計(jì)算的結(jié)果代入得：</p><p>　　由文獻(xiàn)【6】，查得支承處的=0.001</p><p>　　因

49、〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。</p><p>　　二 軸承壽命校核。</p><p>　　由П軸最小軸徑可取軸承為6208深溝球軸承,ε=3；P=XFr+YFa</p><p><b>　　X=1，Y=0。</b></p><p><b>　　對(duì)Ⅱ軸受力分析</b></p>

50、<p>　　得：前支承的徑向力Fr=2238.38N。</p><p>　　由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h</p><p>　　L10h=×=×=97872.57h≥[L10h]=15000h</p><p><b>　　軸承壽命滿足要求。</b></p><p

51、><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　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(cāng)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。</p><p>　　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)

52、工作有了更深入的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中，得到崔思海老師的精心指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】候珍秀.《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，修訂版；</p><p>　　【2】邱宣懷.《機(jī)械設(shè)計(jì)》.高等教育出版社，第四版；</p><p>　　【3】潘承