题目1-分级变速主传动系统的设计 Nmin=53rmin;Nmax=600rmin;Z=8级;公比为1.41;电动机功率P=4kW;电机转速n=1440rmin
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哈尔滨理工大学课 程 设 计题 目:机械系统设计课程设计 院 、 系:机械动力工程学院 班 级:机械 姓 名: 学 号: 指导教师: 摘 要机械系统设计课程设计内容有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、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,进行有关动力计算与校核。2、图样技术设计:(1)选择系统中的主要组件。(2)图样的设计与绘制。3、编制技术文件:(1)对于课程设计内容进行自我技术经济评价。(2)编制设计计算说明书。关键词 分级变速;传动系统设计,传动副,结构网,结构式,齿轮模数,传动比,计算转速目录摘 要2目录3一、课程设计目的4二、课程设计题目,主要技术参数和技术要求分级、4三、运动设计41.确定极限转速,转速数列,结构网和结构式42.主传动转速图和传动系统图63.计算齿轮齿数7四、动力计算91.传动件的计算转速92.传动轴和主轴的轴径设计93.计算齿轮模数及尺宽,分度圆直径104.带轮设计11五、主要零部件选择131.轴承的选取132.键的选取13六、校核141.齿轮校核142 .主轴弯曲刚度校核163.轴承校核164.润滑与密封16七、结束语17八、参考文献17一、课程设计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结构,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;完成系统主转动设计,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。二、课程设计题目,主要技术参数和技术要求分级、分级变速主传动系统设计题目1:技术参数:Nmin=53r/min;Nmax=600r/min;Z=8级;公比为1.41;电动机功率P=4kW;电机转速n=1440r/min三、运动设计1.确定极限转速,转速数列,结构网和结构式(1)确定极限转速,公比、变速级数Nmin=53r/min;Nmax=600r/min;Z=8级;公比为1.41 (2) 转速数列: 53r/min,75r/min,106r/min,150r/min,212r/min,300r/min,425r/min,600r/min共8级(3)确定极限转速:Rn=Nmax/Nmin=600/53=11.32(4)确定结构网和结构式 (1)写传动结构式:主轴转速级数Z=8. 结构式8=212223(2)画结构网: Z=2122232.主传动转速图和传动系统图选择电动机:采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机绘制转速图。 8=212223传动系统图3.计算齿轮齿数(1)、齿数计算基本组传动比分别为1/1.41,1/2 Sz= 72 75 84 93 96 取Sz=72,小齿轮齿数分别为:30、24 Z1 / Z1 =30/42, Z2 / Z2 =24/48第二扩大组传动比分别为1/1.41,1/2.8 取Sz=87,小齿轮齿数:36、23 Z4/Z4=36/51,Z5/Z5=23/64第三扩大组传动比分别为1.41:1,1/2 取Sz=96,小齿轮齿数:40、25 Z4/Z4=40/56,Z5/Z5=25/71(2)校核各级转速的转速误差实际传动比所造成主轴转速误差 ,其中为实际转速,n为标准转速。N6003002121501067553n610.6310212.3150107.776.154.2误差值2.1%1.4%2.1%02.1%1.2%1.9%以上误差值均小于4.1% 故合格.四、动力计算4.1 带传动设计输出功率P=4kW,转速n1=1440r/min,n2=850r/min4.1.1计算设计功率Pd表4 工作情况系数工作机原动机类类一天工作时间/h10161016载荷平稳液体搅拌机;离心式水泵;通风机和鼓风机();离心式压缩机;轻型运输机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式运输机(运送砂石、谷物),通风机();发电机;旋转式水泵;金属切削机床;剪床;压力机;印刷机;振动筛1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式运输机;斗式上料机;往复式水泵和压缩机;锻锤;磨粉机;锯木机和木工机械;纺织机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机(旋转式、颚式等);球磨机;棒磨机;起重机;挖掘机;橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8根据V带的载荷平稳,两班工作制(16小时),查机械设计P296表4,取KA1.1。即4.1.2选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械设计P297图1311选取。根据算出的Pd4.4kW及小带轮转速n11440r/min ,查图得:dd=80100可知应选取A型V带。4.1.3确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得,小带轮基准直径为80100mm则取dd1= 100mm ddmin.=75 mm(dd1根据P295表13-4查得)表3. V带带轮最小基准直径槽型YZABCDE205075125200355500由机械设计P295表13-4查“V带轮的基准直径”,得=160mm 误差验算传动比: (为弹性滑动率)误差 符合要求 带速 满足5m/sv300mm,所以宜选用E型轮辐式带轮。总之,小带轮选H型孔板式结构,大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料:选用灰铸铁,HT200。4.1.7确定带的张紧装置 选用结构简单,调整方便的定期调整中心距的张紧装置。4.1.8计算压轴力 由机械设计P303表1312查得,A型带的初拉力F0118.14N,上面已得到=171.81o,z=4,则对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高,以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡,对于铸造和焊接带轮的内应力要小, 带轮由轮缘、腹板(轮辐)和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘,轮缘是带轮的工作部分,用以安装传动带,制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40,为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小,故规定普通V带轮槽角 为32、34、36、38(按带的型号及带轮直径确定),轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂,是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅(腹板),用来联接轮缘与轮毂成一整体。表 普通V带轮的轮槽尺寸(摘自GB/T13575.1-92) 项目 符号 槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基准线下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽间距 e 8 0.3 12 0.3 15 0.3 19 0.4 25.5 0.5 37 0.6 44.5 0.7 第一槽对称面至端面的距离 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 带轮宽 B B =( z -1) e + 2 f z 轮槽数 外径 d a 轮 槽 角 32 对应的基准直径 d d 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 - 80 118 190 315 475 600 极限偏差 1 0.5 V带轮按腹板(轮辐)结构的不同分为以下几种型式: (1) 实心带轮:用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时),如图7 -6a。 (2) 腹板带轮:用于中小尺寸的带轮(dd 300mm 时),如图7-6b。 (3) 孔板带轮:用于尺寸较大的带轮(ddd) 100 mm 时),如图7 -6c 。 (4) 椭圆轮辐带轮:用于尺寸大的带轮(dd 500mm 时),如图7-6d。(a) (b) (c) (d)图7-6 带轮结构类型根据设计结果,可以得出结论:小带轮选择实心带轮,如图(a),大带轮选择腹板带轮如图(b)1.传动件的计算转速轴 序 号电动机(0)I轴II轴III轴IV轴计算转速r/min144085060021275最小齿轮的计算转速如下:Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z685060085060060021260021221275212752.传动轴和主轴的轴径设计(1)传动轴轴径初定轴:p=4kw,n=850r/min,=0.5带入公式:=29.6mm,圆整取d=30mm轴:p=4kw,n=355r/min,=0.5 =35.3mm,圆整取d=36mm III轴:p=4kw,n=125r/min,=0.5带入公式:=45.8mm,圆整取d=46mm(2)主(IV)轴轴颈直径确定:查表4-9选择主轴前端直径D1=80mm,后端直径D2=64mm轴承内径d/D小于0.7 则取d=50mm材料:45钢。热处理:调质Hre22-28主轴悬伸量:a/D1=1.25-2.5 a=(1.252.5)D1=(1.252.5)x(80+64/2)=90180 取a=120mm最佳跨距 3.计算齿轮模数及尺宽,分度圆直径(1)计算齿轮模数40Gr整体淬火 =650mpamj=16338 3Nd驱动电动机功率u-大齿轮与小齿轮齿数比Z1-小齿轮齿数m-齿宽系数m=B/m=6-10 取m=8nj-计算齿轮的计算转速-许用接触应力 a).u=z1/z1=24/48,nj =850r/minmj=16338 3=1.85 取m1=2b).u=z2/z2=23/64,nj =300r/minmj=16338 3=2.6 取m2=3c).u=z3/z3=25/71,nj =125r/minmj=16338 3=2.72取m3=3(2)计算齿轮分度圆及尺宽 d1=m1z1=232=64mm d1=m1z1=242=84mm d2=m2z2=224=48mm d2=m2z2=248=96mm d3=m3z3=336=108mm d3=m3z3=351=153mm d4=m4z4=323=69mm d4=m4z4=364=192mm d5=m5z5=340=120mm d5=m5z5=356=168mm d6=m6z6=325=75mm d6=m6z6=371=213mmB12=m=82=16mm B34=m=83=24mm B56=m=83=24mm五、主要零部件选择1.轴承的选取(1)带轮:选用深沟球轴承,型号:6205(2)一轴:选用深沟球轴承,型号:6205(3)二轴:采用深沟球轴承,型号:6206(4)三轴:采用深沟球轴承,型号:6208(5)主轴:主轴是传动系统之中最为关键的部分,因此应该合理的选择轴承。从主轴末端到前端依次选择轴承为角接触轴承,型号:7012C;深沟球轴承,型号:6210双列圆柱滚子轴承,型号:NN3000K,2.键的选取 (1)带轮:选平键:87 (2)1轴:选平键:87 花键:626606(3)2轴:选平键:108 花键:832366(4)3轴:选平键:108 花键:842468(5)4轴:选花键:8626812六、校核1.齿轮校核齿轮参数如下:轴序号IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIV齿轮齿数Z302442483623516456254071模数M222233333333分度圆d644884961086915319216875120213齿根圆直径df55437991100.561.5145.5184.5160.567.5112.5205.5齿顶圆直径da6452881001147515919817481126219(1)一轴到二轴的小齿轮从上表可知为齿数为29 查设计手册可得以下数据: 接触应力: , 为传递的额定功率(KW)将以上数据代入公式可得弯曲应力: , 将以上数据代入公式可得 (2)二轴到三轴的小齿轮从上表可知为齿数为20 查设计手册可得以下数据: 接触应力: ,为传递的额定功率(KW)将以上数据代入公式可得弯曲应力: , 将以上数据代入公式可得2 .主轴弯曲刚度校核(1)主轴刚度符合要求的条件如下:a主轴的前端部挠度b主轴在前轴承处的倾角c在安装齿轮处的倾角(2)计算如下:前支撑为双列圆柱滚子轴承,后支撑为角接触轴承架立放圆柱滚子轴承跨距L=450mm.当量外径 de=主轴刚度:因为di/de=25/285=0.0880.7,所以孔对刚度的影响可忽略;ks=2kN/mm刚度要求:主轴的刚度可根据机床的稳定性和精度要求来评定3.轴承校核 4.润滑与密封 主轴转速高,必须保证充分润滑,一般常用单独的油管将油引到轴承处。 主轴是两端外伸的轴,防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种: 1)密封圈加密封装置防止油外流。 2)疏导在适当的地方做出回油路,使油能顺利地流回到油箱。七、结束语1、本次课程设计是针对机械系统设计专业课程基础知识的一次综合性应用设计,设计过程应用了机械制图、机械原理、工程力学等。2、本次课程设计充分应用了以前所学习的知识,并应用这些知识来分析和解决实际问题。3、本次课程设计进一步掌握了一般设计的设计思路和设计切入点,同时对机械部件的传动设计和动力计算也提高了应用各种资料和实际动手的能力。4、本次课程设计进一步规范了制图要求,掌握了机械设计的基本技能。5、本次课程设计由于学习知识面的狭窄和对一些概念的理解不够深刻,以及缺乏实际设计经验,使得设计党中出现了许多不妥和错误之处,诚请老师给予指正和教导。八、参考文献【1】、段铁群 主编 机械系统设计 科学出版社 第一版【2】、于惠力 主编 机械设计 科学出版社 第一版【3】、戴 曙 主编 金属切削机床设计 机械工业出版社【4】、戴 曙 主编 金属切削机床 机械工业出版社 第一版【4】、赵九江 主编 材料力学 哈尔滨工业大学出版社 第一版【6】、郑文经 主编 机械原理 高等教育出版社 第七版【7】、于惠力 主编 机械设计课程设计 科学出版社
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