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1、 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设计 院、 系： 机械动力工程学院 姓 名： 兰健 指导教师： 戴野 系 主 任： 段铁群 2016年 9月 1日分级变速主传动系统设计摘 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。分级变速是指传动链执行件的输出速度（或转速）在一定的范围内分级变化，即在变速范围内输出一组速度值。本设计中分级变速传动系统采用滑移齿轮实现传动变速。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，通过查
2、询有关工程手册，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。本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并且以主轴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，所用齿轮齿数的设计方法是查表法，计算法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，绘制主要零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。关键词 主传动系统；分级变速；工程手册；展开图；剖视图目 录摘要 一课程设计的目的 .1二. 课程设计的题目、主要
3、技术参数和技术要求.2三.运动设计.3四.动力计算.7五. 主要零部件的选择.16六.校核.17结束语.22参考文献.23I一课程设计的目的机械系统课程设计课程设计是在学完本课程后，进行的一次综合性练习。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
4、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2.1 课程设计题目和主要技术参数题目26：分级变速主传动系统设计技术参数：Nmin=35.5r/min；Nmax=560r/min；Z=9级；公比为1.41；电动机功率P=3KW；电机转速n=1430r/min2.2 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。三运动设计3.1 运动参数及转速图的确定（1）执行轴的转速范围。Rn=15.77（2）确定
5、转速数列。首先找到35.5r/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：35.5 r/min、50 r/min、71 r/min、100 r/min、140 r/min、200 r/min，280 r/min，400 r/min，560r/min共9级。（3）确定结构式。因为Z=9级，根据“前多后少” , “前慢后快” , “前密后疏”,“升2降4”的原则，可分解为：Z=3133。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）确定结构网。根据“前多后少” , “前慢后快” , “前密后疏”,“升2降4”的原则,选取传动方案Z=3133
6、,对极限变速范围进行验算，易知第一扩大组的变速范围r1X1 (P1-1)=1.416=7.858，符合“升2降4”原则，其 结 构 网 如图所示。 图1 9=3133结构网（5）绘制转速图。根据“抓两端、连中间”的原则，先从输出轴向前设计，再从输入轴向后设计，最后设计和安排中间部分传动件的传动比，绘制转速图。由后向前设计，在第一扩大组中，根据“升2降4”原则有，降速传动副的传动比ib1=,升速传动副的传动比ib2=，即第一扩大组的变速范围rb=。因此轴的3级转速为固定值，分别为140r/min，200r/min，280r/min。由前向后设计。先考虑选择电动机。在无特殊性能要求时，多采用Y系列
7、封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。根据所需功率选定电动机型号，由手册查得，电动机型号为Y100L2-4，额定功率3KW，同步转速nd=1500r/min。电动机至轴采用皮带传动，由于电动机至轴之间的皮带传动副降速传动比1/2，如直接从电动机传至轴速度从1430r/min降至400r/min，降速传动比i1/2，导致大带轮尺寸过大，不利于机械系统运动与动力的传递。故在轴与轴之间增加一级定比降速传动。故传动轴数为5根轴。连接中间环节。并且补充缺少的传动线，标注各传动副的传动比，检查轴号，转速值和单位，绘出完整的转速图。 图2 系统转速图 （6） 绘制传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主
8、传动系统图如图： 图3 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Zmin17,以防产生根切现象，并且考虑到套装在轴上的小齿轮齿根圆到其轮毂键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚，以防止轮毂断裂。齿数和Sz100120，通常选用SZ=70100齿。根据各变速组公比，查表可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表：表1 齿轮齿数传动比基本组第一扩大组定比组1:1.411:21:2.792：11:1.411：41：1.8齿数30 42 24 48 19 5366 33 4158 20792646图4 配齿后的转速图 (8)验算执行轴的转速误差。实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应
9、超过10(-1),即 对Nmax=560r/min，Nmax=1430100/20026/4630/4266/33=567r/min 则有=1.254.1 因此满足要求。四动力计算4.1带传动设计 1.确定计算功率Pd 查得工况系数Ka=1.1 计算功率Pd=KaP=1.13=3.3KW2. 选取V带型号 根据Pd，n1查普通V带选型图，可得d=80100mm 初取小带轮直径d1： 取 d1=100mm A型V带3.确定带轮直径d1、d2 (1)验算带速v =7.49m/s，满足要求。 (2)确定大带轮基准直径d2 d2=200mm (3)计算实际传动比 当忽略滑动率时：=2 (4)验算传动比
10、相对误差 题目的理论传动比：=2 传动比相对误差：%120，合格。 6.确定V带根数Z (1)确定额定功率P0 由机械设计表3.6，并用线性插值法求得P=1.30KW (2)确定各修正系数 由表3.8，得包角系数K=0.98； 由表3.9，得长度系数K=0.99； 由表3.7，得功率增量P0=0.17KW； (3)确定V带根数Z =2.3根 取Z=3根7.确定单根V带初拉力F0 查表3.1得单位长度质量q=-0.10kg/m F0=500=120N8. 计算压轴力 FQ=717N9.带轮材料 灰铸铁，牌号HT2004.2计算转速的计算 1.确定主轴的计算转速nj，由公式n=n得，主轴的计算转速
11、nj=71r/min。 2.确定各传动轴的计算转速。轴共有3级转速：140 r/min、200r/min、280 r/min。轴在最低转速140r/min时，经传动组b中的66/33齿轮副传动至主轴，得到主轴转速为280r/min。这个转速高于主轴的计算转速nj，在恒功率区间内，因此轴的最低转速为该轴的计算转速，即nj=140r/min。同理，可以求得轴和轴的计算转速分别为nj=400r/min；轴有1级转速，且都传递全功率，所以其计算转速nj=715r/min。将各轴计算转速入表。 表2 各轴计算转速轴 号 轴 轴 轴轴计算转速 r/min 715400140713. 确定传动齿轮的计算转速。由机械设计知识可知，一对啮合齿轮只需要校核危险的小齿轮,因此只需求取每个传动组内，危险小齿轮的计算转速。传动组a中的危险齿轮为Z19,传动组b中的危险齿轮为Z,定比组中的危险齿轮为Z26。Z装在轴上并具有140、200、280r/min共3级转速，其中只有280r/min传递最大功率，故Z=280 r/min。Z19装在轴上，只有400r/min传递最大功率，故Z=400r/min。依次可以得出齿轮Z26的计算转速，如表所示。表3 齿轮副计算转速序号Z19ZZ26计算转速r/min4002807154.4传动轴直径的初定 1.传动轴输出功率的计算。
