分级变速主传动系统.doc
《分级变速主传动系统.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《分级变速主传动系统.doc(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
哈尔滨理工大学机械系统设计课程设计
哈尔滨理工大学
课程设计
题目:
分级变速主传动系统
院系:
机械设计制造及其自动化
姓名:
指导教师:
陈涛
2012年8月31日
目录
摘要 I
第1章课程设计的目的 1
第2章课程设计题目,主要设计参数和技术要求 2
2.1课程设计题目和主要技术参数 2
2.2技术要求 2
第3章运动设计 3
3.1运动参数及转速图的确定 3
3.2核算主轴转速误差 5
第4章动力计算 6
4.1带传动设计 6
4.2计算转速的计算 7
4.3齿轮模数计算及验算 8
4.4传动轴最小轴径的初定 11
4.5执行轴轴颈直径的确定:
12
4.6轴承的选择:
12
4.7花键的选择:
12
第5章主要零部件的选择 13
5.1摆杆式操作机构的设计 13
5.2电动机的选择 13
第6章校核 14
6.1Ⅳ轴刚度校核 14
6.2轴承寿命校核 15
第7章润滑与密封 16
第8章设计结论 17
参考文献 18
摘要
设计机床得主传动变速系统时,首先利用传动系统设计方法求出理想解和多个合理解。
根据数控机床主传动系统及主轴功率与转矩特性要求,分析了机电关联分级调速主传动系统的设计原理和方法。
从主传动系统结构网入手,确定最佳机床主轴功率与转矩特性匹配方案,计算和校核相关运动参数和动力参数。
这次说明书着重研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法,根据已确定的运动参数以变速箱展开图的总中心距最小为目标,拟定变速系统的变速方案,以获得最优方案以及较高的设计效率。
在机床主传动系统中,为减少齿轮数目,简化结构,缩短轴向尺寸,用齿轮齿数的设计方法是试算,凑算法,计算麻烦且不易找出合理的设计方案。
本文通过对主传动系统中三联滑移齿轮传动特点的分析与研究,绘制零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。
I
第1章课程设计的目的
(1)、课程设计属于机械系统设计课的延续,通过设计实践,进一步学习掌握机械系统设计的一般方法。
(2)、培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识,进行工程设计的能力。
(3)、培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。
(4)、提高技术总结及编制技术文件的能力。
(5)、是毕业设计教学环节实施的技术准备。
18
第2章课程设计题目,主要设计参数和技术要求
2.1课程设计题目和主要技术参数
题目:
分级变速主传动系统设计
技术参数:
Nmin=40r/min;Nmax=450r/min;Z=8级;公比为1.41;电动机功率P=3KW;电机转速n=1430r/min
2.2技术要求
1.利用电动机完成换向和制动。
2.各滑移齿轮块采用单独操纵机构。
3.进给传动系统采用单独电动机驱动。
第3章运动设计
3.1运动参数及转速图的确定
(1)转速范围。
Rn===11.25
(2)转速数列。
首先找到40r/min、然后每隔5个数取一个值(1.41=1.066),故得出主轴的转速数列为:
40r/min、56r/min、80r/min、112r/min、160r/min、224r/min,315r/min,450r/min,共9级。
(3)确定传动组数和传动副数。
因为Z=8,可分解为:
Z=21×22×24。
这种结构式可以使传动组结构紧凑,再设计时不至于使整体结构过大。
(4)写传动结构式,画结构图。
根据“前多后少”,“先降后升”,“前密后疏”,“升2降4”的原则,选取传动方案Z=21×22×24,易知第一扩大组的变速范围r=φp1(x1-1)=1.414=3.95〈8符合“升2降4”原则,其结构网如图
结构网Z=21×22×24
(5)画转速图。
转速图如下图
系统转速图
(6)画主传动系统图。
根据系统转速图及已知的技术参数,画主传动系统图如图:
主传动系统图
(7)齿轮齿数的确定。
变速组内取模数相等,据设计要求Zmin≥17,齿数和Sz≤100~120,根据各变速组公比,可得各传动比和齿轮齿数,各齿轮齿数如表:
齿轮齿数
传动比
基本组
第一扩大组
第二扩大组
1:
1.41
1:
2
1:
1.41
1:
2.80
1:
1
1:
4
代号
Z1
Z1ˋ
Z2
Z2ˋ
Z3
Z3ˋ
Z4
Z4ˋ
Z5
Z5ˋ
Z6
Z6ˋ
齿数
30
42
24
48
35
49
22
62
45
45
18
72
3.2核算主轴转速误差
实际传动比所造成的主轴转速误差,一般不应超过±10(-1)%,即
对Nmax=450r/min,Nmax`=1430*95/150*30/42*45/453=462.1r/min
则有
=2.68%〈4.1%
因此满足要求。
各级转速误差
n
450
315
224
160
112
80
56
40
n`
462.02
323.45
229.55
160.68
115.52
80.86
57.39
40.17
误差
2.68%
2.68%
2.48%
0.43%
3.14%
1.08%
2.48%
0.43%
各级转速误差都都小于4.1%,因此不需要修改齿数。
第4章动力计算
4.1带传动设计
(1)直径计算
计算功率Pd=Ka*P=1.1*3=3.3KW
查普通V带选型图,可得d=80~100mm
初取小带轮直径d:
取d=100mmA型V带
大带轮直径D;D===158.9mm
根据V带带轮基准直径系列,取D=160mm
(2)计算带长
求DmDm=(D+D)/2=(95+150)/2=122.5mm
求△△=(D-D)/2=(160-100)/2=30mm
根据0.7(D1+D2)≤a≤2(D1+D2)
即,182≤a0≤520mm
初取中心距,a0=450mm
带长L=×Dm+2×a0+△/a0=1286.84mm
由《机械设计》表3.2选取标准Ld得:
Ld=1250mm
(3)求实际中心距和包角
实际中心距a≈a0+(Ld-L)/2=450-18.42=431.58mm
中心距调整范围amax=a+0.03Ld=469.08mm
amin=a-0.015Ld=412.83mm
小轮包角=180-(D-D)/a×57.3=172>120
(4)求带根数
验算带速:
=∏Dn/60×1000=3.14×100×1430/(60×1000)=7.49m/s
5≤≤25,合格
计算传动比i并验算传动比相对误差:
理论传动比i0=3.575
实际传动比i=n/n=160/100=1.60
确定V带根数Z:
由《机械设计》表3.6,P=1.30KW;由表3.8,K=0.98;
由表3.9,K=0.95;由表3.7,△P=0.15KW;
所以Z≥P/{(P+△P)×K×K}
=3.3/(1.30+0.15)×0.98×0.95=2.44
取Z=3根
4.2计算转速的计算
(1)主轴的计算转速nj,由公式n=n得,主轴的计算转速nj=70.92r/min,取主轴的计算转速nj=80r/min。
(2)确定各传动轴的计算转速。
Ⅲ轴共有4级转速:
160r/min、224r/min、315r/min、450r/min。
若经传动副传动主轴,全部传递全功率,其中160/min是传递全功率的最低转速,故其计算转速nⅢj=160r/min;Ⅱ轴共有2级转速:
450r/min、630r/min。
若经转动副转动主轴,全部传递全功率,其中450/min是传递全功率的最低转速,故其计算转速nⅡj=450r/min;Ⅰ轴有1级转速,且都传递全功率,所以其计算转速nⅠj=900r/min。
各计算转速入表。
各轴计算转速
轴号
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
Ⅳ轴
计算转速r/min
900
450
160
80
(3)确定齿轮副的计算转速。
齿轮Z装在主轴上并具有40、56、80、112r/min共4级转速,其中有80、112r/min传递全功率,故Zj=80r/min。
齿轮Z装在Ⅲ轴上,有160、224、315、450r/min共4级转速,经齿轮副Z/Z传动主轴,则4个转速都传递全功率,故Zj=160r/min。
依次可以得出其余齿轮的计算转速,如表
齿轮副计算转速
序号
Z1
Z1`
Z2
Z2`
Z3
Z3`
Z4`
Z4`
Z5
Z5`
Z6
Z6`
900
630
900
450
450
315
450
160
160
160
315
80
4.3齿轮模数计算及验算
(1)模数计算。
一般同一变速组内的齿轮取同一模数,选取负荷最重的小齿轮,按简化的接触疲劳强度公式进行计算,即mj=16338可得各组的模数
式中mj——按接触疲劳强度计算的齿轮模数(mm);
——驱动电动机功率(kW);
——被计算齿轮的计算转速(r/min);
——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比,外啮合取“+”,内啮合取“-”;
——小齿轮的齿数(齿);
——齿宽系数,(B为齿宽,m为模数),;
——材料的许用接触应力()。
得:
基本组的模数mj=3第一扩大组的模数mj=3第二扩大组的模数mj=4
(2)基本组齿轮计算。
基本组齿轮几何尺寸见下表
齿轮
Z1
Z1`
Z2
Z2`
齿数
30
42
24
48
分度圆直径
90
126
92
144
齿顶圆直径
96
132
98
150
齿根圆直径
82.5
118.5
84.5
136.5
齿宽
15
15
15
15
按基本组最小齿轮计算。
小齿轮用40Cr,调质处理,硬度241HB~286HB,平均取260HB,大齿轮用45钢,调质处理,硬度229HB~286HB,平均取240HB。
计算如下:
①齿面接触疲劳强度计算:
接触应力验算公式为
弯曲应力验算公式为:
式中N----传递的额定功率(kW),这里取N为电动机功率,N=3kW;
-----计算转速(r/min).=400(r/min);
m-----初算的齿轮模数(mm),m=3.5(mm);
B----齿宽(mm);B=24.5(mm);
z----小齿轮齿数;z=19;
u----小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=2.79;
-----寿命系数;
=
----工作期限系数;
T------齿轮工作期限,这里取T=15000h.;
--