四级变速箱设计说明书.docx
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四级变速箱设计说明书
MB106A进给系统四级变速装置设计
1概述
设计目的和内容
（1）木工机床课程设计目的：
木工机床课程设计是《木工机床设计》课程的一个实践教学环节，其目的在于，通过机床的传动设计，使学生受到方案比较、结构分析、零件计算、机械制图、技术条件编写及技术资料查阅等方面的综合训练，培养初步具有机床部件的设计能力。
（2）木工机床课程设计内容：
包括以下几项：
1）运动设计根据设计题目给定的设计原始数据确定其他有关运动参数，选定各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟订结构式或结构网，拟订转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。
2）动力设计根据设计题目给定的机床类型和电动机功率，确定各传动件的设计转速，初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的强度、刚度或寿命。
3）结构设计完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计进给变速箱装配图及零件工作图，侧重进行传动轴组件、变速机构、操纵机构、箱体、润滑与密封，以及传动轴和滑移齿轮零件的设计。
设计要求
木工机床课程设计的内容体现在设计图纸和设计计算说明书中，因此图纸和说明书的质量应并重，其具体要求如下：
（1）进给变速箱部件装配图。
它用以表明该部件的结构、机构工作原理、各零件的功用、形状、尺寸、位置、相互联接方法、配合及传动关系等。
进给变速箱的装配图通常由外观图、展开图和若干横向剖视图等组成。
如受学时所限，可绘制展开图和主要横向视图。
在装配图上，零件要标注件号、参数及数量，各轴要标注轴号。
展开图上要标注各传动轴组件的主要配合尺寸（如轴承、花键等），还要标注一个能影响轴向装配尺寸的轴向尺寸链，横向剖视图应完整表达出一个操纵机构，标注啮合齿轮的中心距及公差，标注主要轮廓尺寸、定位及联系尺寸等，装配图的方案和结构要合理，图面整洁清晰，尺寸标注正确，符合国家标准。
（2）零件工作图。
绘制若干个零件（如传动轴、滑行齿轮等）工作图，应能正确表达零件的结构形状、材料及热处理、尺寸公差和形位公差、表面粗糙度和技术条件等，符合有关标准规定。
（3）设计计算说明书，设计计算说明书是对所设计部件的性能、主要结构、系统等方面进行设计分析及理论计算的技术文件，应谁合理，依据充分，计算正确，条理清晰，文句通顺，标点正确，图表清晰，字迹工整；篇幅不少于5000字，一律采用国家法定计量单位，引用参考文献的有关结论及公式需用方括号标出，其主要内容：
概述（机床的用途使用范围、主要技术参数及特点等，同类型机床对比分析）；运动设计；动力设计（包括零件的初算及验算）结构设计（主要结构的分析、操纵机构、润滑及密封方式的说明）；其他（另需说明或谁的有关问题）；参考文献。
设计的任务
设计的题目
将MB106A进给系统中的无级调速装置改为六级有级变速装置，并进行系统的设计与计算。
设计原始数据
加工木料最大宽度600mm
加工木料最大厚度200mm
最小刨削长度290mm
最大刨削厚度5mm
刀头切削圆直径128mm
刀轴转速6000r/min
刀片数4片
进料辊筒直径90mm
进料速度8,12,16,24m/min
主电机功率
加工材种软、硬杂木
木材含水率10%-15%
1.3.2课程设计的工作量
（1）编写设计计算说明书
a.机床用途说明
b.运动计算——拟定结构图，转速图和传动系统
c.动力计算——通过计算，决定进给电机功率和主要零件的尺寸和材料
d.设计方案的分析比较
（2）设计图纸
a.绘制进给变速箱装配图（1张或2张），表明齿轮传动关系，操纵机构的装配关系和工作位置关系
b.绘制主要零件工作图1张
设计步骤
（1）设计准备工作。
根据给定的设计题目，应明确设计任务、内容、要求及步骤。
拟定工作计划；收集查阅技术资料；对1-2台同类型机床进给运动部件分析研究，做到理解、消化交流工作经验能有所改进，在此基础上进行设计构思。
（2）运动设计。
（3）传动件选择及初算。
绘制装配草图之前，需要初步定出各传动件的结构尺寸。
如传动轴直径、齿轮的模数及宽度、V带的型号及根数、摩擦片的尺寸及片数、滚动轴承的类型及配置等。
（4）绘制部件装配草图。
（5）零件验算。
零件在部件中的位置和尺寸确定之后，即可分析其受力状态，并进行较精确的验算，验算指定的零件及其项目，一般可验算传动轴弯曲刚度及抗振性，花键侧挤压应力，直齿圆柱齿轮疲劳强度、滚动轴承疲劳寿命等。
（6）加深部件装配图。
根据验算结果修改草图，进一步完善草图，经审查同意后，按制图标准加深装配图。
要先画展开图，后画横向剖视图，必要时还要交叉进行，并按要求完成部件装配图。
（7）绘制零件图。
（8）编写设计计算说明书，设计过程中的计算与分析要及时整理，待图纸完成后，要对说明书草稿进行认真修改抄清完成。
2传动系统的运动设计
选择传动方案
应根据机床的使用要求和结构性能综合考虑，参考同类机床，合理选择传动方案并加以论证，初步拟出传动系统示意图。
（1）选择传动布局选择分离传动式。
（2）选择变速方式有级变速，选用滑移齿轮变速机构[1,2,3]。
进给电机功率的确定
压刨床在加工的过程中，对木材的作用力有主切削力FX和垂直分力FY
进给力FU=FXconθ+FYsinθ+μ（FYconθ-FXsinθ）[5]
压刨加工深度一般为2-3mm，可认为是厚切削，则：
[4]
垂直分力：
[6]
（
为推力，
为拉力，其中
[1]
[3]
摩擦系数μ=，取；摩擦角
=150-170，取160
压刨床在加工的过程中，主要进行的是纵端向刨削，取切削角δ=550，φ=600，假设当时木材含水率为12%，刨削木材为松木，切削速度为40m/s,切削厚度为3mm,刀的工作小时数为4h,查表得：
=,
h=,
=,x=,e=3mm,b=600mm[7]
端向切削时的单位切削力：
=[12]
纵向切削时的单位切削力:
=[12]
单位切削力
=[12]
切削功率P=FXv/1000kW==kW[12]
所以选用电机型号[4]：
Y100L-6，额定功率：
，同步转速：
1000r/min，
满载转速：
940r/min的电机
拟定结构式、结构网和转速图[1,2,3]
最小转速:
[9]
最大转速：
[11]
变速范围：
[11]
公比：
查表取
=
结构式：
4=2
（1）×2
（2），4=2
（2）×2
（1）。
由降速“前慢后快”，级数排列“前多后少”，转速分布“前密后疏”，转速变换“升早降晚”，选择：
结构式为：
4=2
（1）×2
（2）
图一：
结构网
转速图：
（1）确定总传动比：
由电动机转速n0=940r/min，到主轴最小转速n1=min，总传动比为：
I总=
从电动机转速到主轴最小转速之间用虚线连接起来，这虚线斜率即表示总传动比变化趋势。
（2）由于电动机转速较高（1000r/min），因此传动链始端采用三角皮带传动，传动比为：
i1=
；末端由于MB106A原系统采用链轮传动，采用传动比为i6=
（3）中间各
轴之间的传动比根据速比拟定原则：
降速“前慢后快”，级数排列“前多后少”，转速分布“前密后疏”，转速变换“升早降晚”进行分配。
图二：
转速图
各级转速分配如下：
i1=
，I2=
i3=
i4=
，I5=
，i6=
确定齿轮齿数
1
2
3
4
5
6
7
将传动比化为无公因子整数值的分数
计算fj+gj之和
求fj+gj的最小公倍数
升速不大，而降速最大，应用下式求
求齿数和2Z0
求主动轮齿数
求被动轮齿数
fj+gj
K
Ⅱ-Ⅲ
1+2=3
12
5
60
20
40
5/7
5+7=12
25
35
Ⅲ
-
Ⅳ
i4=
1/4
1+4=5
15
6
90
18
72
I5=
1/2
1+2=3
30
60
根据转速分布图进行计算各传动副齿轮的齿数：
（见下表）
齿轮齿数计算表
绘传动系统图
根据变速箱在MB106A机床安装尺寸以及转速分配情况，选择两个变速组交错排列，无公用齿轮，轴向尺寸为两个变速组轴向尺寸之和。
（注：
Z3-Z4>4且Z1-Z2>4）
图三：
传动系统图
3主要零件的设计计算
带传动设计
已知：
电动机功率P=,转速n1=940r/min,变速器输入轴转速n2=min，载荷变动小，每天工作8h，要求结构紧凑。
（1）确定V带截型
工况系数
设计功率Pd=KAP=×=
V带截型
（2）确定带轮直径
小带轮基准直径
验算带速
大带轮基准直径d2=d1
=100×940/≈
传动比i=d/d=224/100
（3）确定中心距及V带基准长度
初定中心距由（d1+d2）≤a0≤2（d1+d2）知
≤a0≤648
初定V带基准长度
L0=2a0+π/2（d1+d2）+（d2-d1）2/4a0=
V带基准长度
传动中心距a≈a0+（Ld-L0）/2=450+/2
小带轮包角α1=1800-（d2-d1）/a×=
（4）确定V带根数[5]
单根V带的基本额定功率
额定功率增量
包角修正系数
带长修正系数
V带根数Z=Pd/[（P1+ΔP1）Ka×kL]≈
（5）带轮结构设计
带轮宽度B=（z-1）e+2f=（2-1）×15+2×11=37
其他结构尺寸的确定参见机械零件设计手册。
传动轴设计
（1）各轴的传递功率
闭式圆柱齿轮传动效率：
~，V带传动效率：
~，
滚动轴承传动效率：
~，链传动效率：
~
Ⅱ轴：
P2=Pη1=×=
Ⅲ轴：
P3=P2η2η3=×ײ=
Ⅳ轴：
P4=P3η2η3=ײ×=
Ⅴ轴：
P5=P4η2η3=ײ×=
P（kw）
N（r/min）
Ⅰ
940
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
（2）轴径计算：
轴的材料采用45钢调质处理
由公式
[8]
其中:
P为各轴的输入功率，n为各轴的相应计算转速。
轴允许的扭转角，一般轴
一般情况下，开一个键槽，轴径应增大4%~5%；花键轴可将估算的d值减少7%作为其小径。
由已知数据，求得各轴的轴径为：
齿轮模数计算
以Ⅱ轴上的齿轮为依据进行计算
1闭式软齿面齿轮传动，小齿轮选用45钢调质，齿面平均硬度240HBS；大齿轮选用45钢正火，齿面平均硬度200HBS。
（1）许用接触应力：
极限应力：
σHlim=+380
安全系数：
取
许用接触应力：
[σ]H=
[6]
（2）计算小齿轮分度圆直径：
小齿轮转矩：
T1=×106×
=×106×
=×104Nmm[4]
小齿轮计算直径：
[2]
=
=[5]
2确定几何尺寸：
齿数：
取
Z1=20
Z2=iZ1=2×20
模数：
m=d1/Z1=20=,取标准模数
分度圆直径d=mz
根据模数计算所有齿轮的相关尺寸参数。
其中，为减小箱体尺寸，齿宽采用20mm和35mm。
3校核齿根弯曲疲劳强度
（1）许用齿根应力
极限应力σFlim=+275
安全系数取
许用齿根应力[σ]F=σFlim/SF
（2）验算齿根应力
复合齿形系数
齿根应力σF1=（2KT1/bd1m）YFS1[1]
σF2=σF1YFS2/YFS1
σF1<[σ]F1σF2<[σ]F2
弯曲疲劳强度足够
4齿轮模数验算
按弯曲疲劳强度验算
使用系数
变量工作系数：
KFPnt=KFP×KFn×KFt=××=
动载系数：
KV=1+（
+K2）×
=[6]
齿向载荷分配系数：
KFβ=1+KβS+KβM=1++=
齿间载荷分配系数：
复合齿形分布系数：
重合度及螺旋角系数：
齿宽系数：
齿轮转速：
齿数：
许用齿根应力：
δFP=471×=612MPa则
mFa≥267
=
m=>齿轮模数符合要求
操纵机构设计
（1）单独操纵机构
本变速箱采用两个单独的操纵机构
操纵机构1：
滑移齿轮1的总移动量L=2b+2Δ+10+3×2=64
滑块高度
滑块偏移量为a
为使滑块不脱离齿轮的环形槽而正常工作，一般要求
a≤取a=3mm
A=60mm
摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离A≥L2/
摆杆的摆角为
操纵机构2：
滑移齿轮2的总移动量
滑块高度
滑块偏移量为a
摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离A≥L2/
摆杆的摆角为
[7]
（2）操纵机构的定位
采用钢球定位
图四：
操纵机构图
链轮设计
链轮齿数确定：
小带轮转速Z2=iZ1=×13
链条节距：
初定中心距：
a0=30~50p，a0=40p
计算链长：
Lp=（Z1+Z2）/2+2a0/p+（p/a0）[（Z2-Z1）/2π]2[5]
计算额定功率：
工况系数KA：
查表中等冲击电动机
小链轮齿数系数：
kz=（
）
链长系数：
多排链系数KP：
查表链排数为1
链节距：
取20Ap=
实际中心距：
[6]
分度圆直径：
齿顶圆直径：
齿根圆直径：
其他尺寸参见机械零件设计手册[6]
4主要零件校核
轴承的选择与校核
各轴都选择深沟球轴承，采用的轴承代号如下：
Ⅱ轴：
6205Ⅲ轴：
6205Ⅳ轴：
6206
以轴Ⅱ为依据进行计算：
选择6205系列
该轴上的齿轮分度圆直径为：
d1=50mm
传递功率P=转速n=min
转距:
×106×=×104Nmm
Fa=2T1/d1=1236N
Fr=Fatgα=1236×tg200=
由于轴承只承受径向载荷，故当量动载荷即为轴承承受的径向载荷
=345832h[4]
其中C=×103Nft=fp=ε=3
MB106A变速箱用轴承的额定寿命为：
h计算实际使用寿命远大于额定寿命，完全符合要求。
轴的校核
以II轴为计算依据，对轴的强度进行校核
该轴上的小齿轮分度圆直径：
传递的转矩为：
作用在齿轮上的切向力：
Ft=2T1/d1
径向力：
Fr=Fttga
法向力：
Fn=Ft/cosa
（其中a=20o）
轴的材料采用45钢调质
水平支反力：
FAH=FBH=Ft/2
水平面弯矩：
MCH=FAHL1
垂直面支反力：
FBV=（FrL1+Fn
）/L[9]
FAV=Fr-FBV
垂直面弯矩：
MCV=FAVL1
M’CV=FBVL2
合成弯矩：
[9]
转矩计算：
T=Ft×d/2
根据弯矩图可知齿轮对称中面处的轴截面为危险截面，应计算其当量弯矩。
或Me=M’C
取两者中大者计算轴径：
根据轴的材料，查得轴的抗拉强度σb=650MPa
对称循环的许用弯曲应力[σ-1]w=60MPa
由公式
[9]得
考虑键槽的影响，该截面轴径应加大4%，则，
经与结构设计比较，该截面的计算直径小于其结构设计确定的直径（25mm），故轴的强度符合要求。
5润滑
齿轮润滑：
v=×180×÷60000=s<12m/s
通用的闭式齿轮传动，其润滑方法根据齿轮的圆周速度大小而定。
当齿轮的圆周速度V＜12m／s时，常将大齿轮的轮齿浸入油地中进行浸油润滑。
这样，齿轮在传动时，就把润滑油带到啮合的齿面上，同时也将油甩到箱壁上，借以散热。
用L-FC3工业齿轮油，适用于主轴承，轻载工业齿轮。
滚动轴承润滑：
采用润滑脂润滑，通过挡油环阻止机箱内的油进入轴承腔内，以免污染润滑脂，降低轴承寿命，用通用锂基润滑脂，其适用于-20到120摄氏度的各种机械设备的滚动轴承，滑动轴承等。
6总结
本次课程设计对MB106A木工机床无级变速装置的改进设计，我们对设计方案进行比较，结构进行分析，零件设计与计算，AutoCAD辅助机械制图，可以说，将变速箱的设计过程进行了一遍。
通过本次课程设计加强了我们综合分析能力，明白了许多设计过程的细节性问题，经历了从遇到问题到思考问题，及最终解决问题的设计过程；通过运用AutoCAD绘图，对计算机软件的应用有了初步的认识、了解与掌握，对未来的设计绘图积累了宝贵的经验。
在整个课程设计的过程中，我们将课堂学过的知识结合设计内容结合在一起，学会独立地进行思考与设计，充分发挥了我们的主动性，启发了我们独立思考、认真主动地查阅文献资料、分析问题和解决问题的能力。
同时，指导老师非常认真负责，指导耐心，给予了我们很大的帮助。
最后，感谢老师的精心指导。
主要结果
KA=
Pd=
选取A型
d1选取100mm
在允许范围
选取d2=224mm
i=
a0=450mm
取Ld=1400mm
a=442mm
α1=
P1=
ΔP1=
Ka=
KL=
取Z=2
B=37mm
P2=
P3=
P4=
P5=
轴径增大5%
根据结果查标准取得：
d2=25mm
d3=25mm
d4=30mm
σHlim1=589MPa
σHlim2=554MPa
SH=
[σ]H1=535MPa
[σ]H2=504MPa
T1=×104Nmm
齿宽系数：
=1
载荷系数：
K=
节点区域系数：
ZH=
弹性系数：
ZE=
Z2=40
m=
d1=50mm
d2=100mm
σFlim1=443MPa
σFim2=415MPa
SF=
[σ]F1=316MPa
[σ]F2=296MPa
YFS1=
YFS2=
σF1=140MPa
σF2=138MPa
KA=
KFPnt=
KV=
KFβ=
KFa=
YFS=
Yεβ=
φm=10
nc=395r/min
Z1=20
δFP=612MPa
mFa≥
Δ=4mm
L=64mm
h=15mm
α=62°
L=64mm
h=10mm
a=
A=86mm
α=59°
Z1=13
Z2=27
查图表p=
a0=1016mm
Lp=
KA=
KZ=
KL=
KP=1
P0=
p=
a=
d=132mm
da=142mm
df=120mm
T1=×104Nmm
Fa=1236N
Fr=
Fp=
Lh=
d1=50mm
T1=×104Nmm
Ft=×103N
Fr=N
Fn=×103N
FAH=FBH=618N
（L1=82mm）
MCH=5.×104Nmm
FBV=234N
FAV=
（L=298mm）
（L2=216mm）
MCV=-1.×104Nmm
M’CV=5.×104Nmm
MC=×104Nmm
M’C=×104Nmm
T=×104Nmm
（
）
Me=×104Nmm
d≥23mm
d≥24mm
参考文献：
[1]花军主编.现代木工机床设计.哈尔滨：
东北林业大学出版社，
[2]李秀珍曲玉峰主编.机械设计基础.北京：
机械工业出版社，2005
[3]涂发越主编.机械零件制造结构设计手册[D].南京：
广西科学技术出版社，
[4]吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京：
高等教育出版社，
[5]机械设计手册编委会编著.机械设计手册-3版.北京：
机械工业出版社，
[6]孙开元许夏芬主编.机械制图与工差测量速查手册.北京：
化工工业出版社，
[7]成大先主编.机械设计手册.单行本.联接与紧固.北京：
化工工业出版社，
[8]成大先主编.机械设计手册.单行本.机械传动.北京：
化工工业出版社，
[9]机械设计手册编委会编著.机械设计手册.单行本.减速器和变速器.北京：
机械工业出版社，
[10]机械设计手册编委会编著.机械设计手册.单行本.滚动轴承.北京：
机械工业出版社，
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