无级变速主传动机械系统设计说明书

哈尔滨理工大学课程设计题目机械系统课程设计院、系机械动力制造及其自动化姓名曹家齐学号1301010601指导教师解宝成2016年8月28日机械系统课程设计II摘要设计机床的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匹配方案，计算和校核相关运动参数和动力参数。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双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。关键词无级变速；传动系统设计,传动副，结构网，结构式，齿轮模数，传动比机械系统课程设计III目录摘要....................................................II目录......................................错误!未定义书签。第一章课程设计的目的......................................11.1课程设计的内容.........................................11.2理论分析与设计计算.....................................11.3图样技术设计...........................................11.4编制技术文件...........................................2第二章课程设计题目、主要技术参数和技术要求................32.1课程设计题目和主要技术参数.............................32.2技术要求...............................................3第三章运动设计............................................43.1运动参数及转速图的确定.................................43.1.1确定结构网.........................................43.1.1绘制转速图和传动系统图.............................53.2确定各变速组此传动副齿数...............................6第四章动力计算............................................74.1计算转速的计算.........................................74.2齿轮模数计算及验算.....................................74.3主轴合理跨距的计算....................................12机械系统课程设计IV第五章主要零部件的选择...................................145.1电动机的选择..........................................145.2轴承的选择............................................145.3变速操纵机构的选择....................................14第六章校核...............................................156.1轴的校核..............................................156.2轴承寿命校核..........................................186.3结构设计及说明........................................196.3.1结构设计的内容、技术要求和方案...................196.3.2展开图及其布置...................................20结论.....................................................21参考文献..................................................22致谢....................................................23第一章课程设计的目的《机械系统设计》课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。通过课程设计，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过课程设计，分析比较机械系统中的某些典型机构，进行选择和改进；结合结构设计，进行设计计算并编写技术文件；完成系统主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。1.1课程设计的内容《机械系统设计》课程设计内容由理论分析与设计计算、图样技术设计和技术文件编制三部分组成。1.2理论分析与设计计算（1）机械系统的方案设计。设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。（2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。（3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。1.3图样技术设计（1）选择系统中的主要机件。机械系统课程设计2（2）工程技术图样的设计与绘制。1.4编制技术文件（1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。（2）编制设计计算说明书。机械系统课程设计3第二章课程设计题目、主要技术参数和技术要求2.1课程设计题目和主要技术参数题目35：无级变速主传动系统设计技术参数：Nmin=67r/min；Nmax=3500r/min；nj=220r/min；电动机功率Pmax=2.2kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/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。机械系统课程设计4第三章运动设计3.1运动参数及转速图的确定技术参数：Nmin=67r/min；Nmax=3500r/min；nj=220r/min；电动机功率Pmax=2.2kW；nmax=3000r/min；nr=1500r/min；(1)无级变速传动系统的恒功率调速范围Rnp:Rnp=jNnmax=2203500=15.91(2)交流调速电动机的恒功率调速范围rwp:rwp=rnnmax=15003000=2(3)分级变速传动的转速级数Z：Z=lgRnp/lgrwp≈4取Z=43.1.1确定结构网主轴的计算转速为220r/min由转速得,选用齿轮精度为8级精度机械系统课程设计5图3-1结构网3.1.1绘制转速图和传动系统图（1）绘制转速图：图3-2转速图（2）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数Ⅰ-Ⅱ轴最小中心距：A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)机械系统课程设计6轴最小齿数和:Szmin(Zmax+2+D/m)3.2确定各变速组此传动副齿数(1)Sz100-120,中型机床Sz=70-100(2)直齿圆柱齿轮Zmin18-20图3-3主传动系统图齿轮齿数的确定。据设计要求Zmin≥18—20,查表取Z=20，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如下。齿轮Z0Z0`Z1Z1`Z2Z2`Z3Z3`Z4Z4`齿数20347236218754543672表3-1机械系统课程设计7第四章动力计算4.1计算转速的计算1、主轴的计算转速传动件的计算转速min/220rn主轴的计算转速,:各轴的计算转速如下表4-14.2齿轮模数计算及验算)(8769022003.2109550)(228908751.2109550:.203.299.097.08.31.299.096.02.2:.133mmNTmmNTKWnnPPKWnnPPIIIgrIIIbrI计算各轴的扭矩率如下计算各传动轴的输出功电轴序号电动机(0)I轴II轴计算转速r/min1500875220机械系统课程设计8mmdmmdrnKWPIImmdmmdrnKWPIIIIIjIIIIjI35;6.335.088000×64.11][min;/220;03.2:).225;02.245.023000×64.11][min;/876;2.1:).144圆整取代入公式得取轴圆整取代入公式得取轴4．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=163383221][)1(jjmnuzPu可得各组的模数。材料选用45号钢整体淬火，[]1100jMP按接触疲劳计算齿轮模数mmmmmrnuZIIIZurnKWNjjd.03m取;5.6222011002208.22)12(16338mmin/220;2;20;10:轴小齿轮齿数;10~4;大小齿轮齿数比min)/(齿轮计算转速);(驱动电机的功率322j1m1m5．基本组齿轮计算。0-1基本组齿轮几何尺寸见下表1~5.0][;:(][913.4·该轴的计算转速）该轴的传递功率注由公式择轴径的计算以及键的选jjnPnPd机械系统课程设计9齿轮Z0Z0`齿数2034模数33分度圆直径6081齿顶圆直径6687齿根圆直径52.573.5齿宽2424表4-21-2基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z1Z1`Z2Z2`Z3Z3`Z4Z4`齿数7236218754543672模数33333333分度圆直径21610863261162162108216齿顶圆直径22211469267168168114222齿根圆直径208.5100.555.5253.5154.5154.5100.5208.5齿宽2424242424242424表4-3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：机械系统课程设计10①齿面接触疲劳强度计算：接触应力验算公式为jfsjMPauBnNKKKKuzm)()1(1020883218弯曲应力验算公式为：wswMPaBYnzmNKKKK)(1019123215式中N----传递的额定功率（kW），这里取N为电动机功率，N=2.2kW;jn-----计算转速（r/min）.jn=500（r/min）;m-----初算的齿轮模数（mm）,m=3（mm）;B----齿宽（mm）;B=24（mm）;z----小齿轮齿数；z=20;u----小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=2;sK-----寿命系数；sK=TKnKNKqKTK----工作期限系数；mTCTnK0160T------齿轮工作期限，这里取T=15000h.;1n-----齿轮的最低转速（r/min），1n=500（r/min）机械系统课程设计110C----基准循环次数，接触载荷取0C=710，弯曲载荷取0C=6102m----疲劳曲线指数，接触载荷取m=3；弯曲载荷取m=6;nK----转速变化系数，查【5】2