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1、哈理工大学课程设计（论文）无级变速主传动系统设计（题目35 ）所在学院 机械动力工程学院专业机械设计制造及其自动化班级XX学号指导老师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要求, 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。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
2、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。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，传动比目录摘要.3目录.4第1章绪论61.1课程设计的目的61.2课程设计的容71.2.1理论分析与设计计算71.2.2图样技术设计71.2.3编制技术文件81.3课程设计题目、主要技术参数和技术要求8第2章运动设计.82.1运动参数及转速图的确定8确定结构网9绘制转速图和传动系统图10第3章动力计计.123.1计算转速的计算.123.2齿轮模数计算及验算123.3主轴合理跨距的计算17第4章主要零部件的选择.194
3、.1电动机的选择194.2轴承的选择194.3变速操纵机构的选择19第5章校核.205.1轴的校核205.2轴承寿命校核23第6章结构设计及说明.256.1结构设计的容、技术要求和方案256.2展开图及其布置26结论.27参考文献28致30第1章绪论1.1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
4、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。1.2课程设计的容机械系统设计课程设计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。1.2.1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，进行有关动力计算和校核。1.2.2图样
5、技术设计（1）选择系统中的主要机件。（2）工程技术图样的设计与绘制。1.2.3编制技术文件(1) 对于课程设计容进行自我经济技术评价。(2) 编制设计计算说明书。1.3课程设计题目、主要技术参数和技术要求题目35：无级变速主传动系统设计技术参数：N.=67r/min； N =3500r/min； n=220r/min；电动机功率 P =2.2kW； n =3000r/min； n=1500r/min；maxmaxr第2章运动设计2.1运动参数及转速图的确定技术参数：N i =67r/min； N =3500r/min； n=220r/min；电动机功率 P =2.2kW； n =3000r/m
6、in； n=1500r/min；maxmaxr(1) 无级变速传动系统的恒功率调速围日:np3500220=15.91N maxRnp=nj(2)交流调速电动机的恒功率调速围r :npnmaxr = nnpr3000 2 -1500 =2(3)分级变速传动的转速级数Z：Z=lgRJlgr广4 取 Z=4则计算出各个恒功率段极限转速分别为：220 r/min 438 r/min875 r/min 1750 r/min 3000 r/min确定结构网图2-1结构网绘制转速图和传动系统图(1)绘制转速图：3Q00r/min150Qr/min转速图3E00r/min1750r/nin87 5 r/ m
7、in4G7.5r zmin220r/minGr/m i n(2) 主传动系统图图2-3主传动系统图(3) 齿轮齿数的确定。根据系统转速图及已知的技术参数1-2 轴最小中心距：Ai2min1/2(Zmaxm+2m+D)轴最小齿数和：Szmin(Zmax+2+D/m)据设计要求Zminm1820,由表4.1,根据各变速组公比，可得各传动比 和齿轮齿数，为增加轮毂强度和根切问题取Z1=24,各齿轮齿数如表2-2。齿轮Z0Z0Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4齿数37632496408060608040第3章动力计算3.1计算转速的计算传动件的计算转速主轴的计算转速n 220r /min3.2齿轮模数计
8、算及验算(1)、各轴的计算转速如下：轴序号电动机(0)I轴II轴计算转速r/min1500876220(2) 计算各传动轴的输出功率如下：七=P电 x n x nb = 2. 2 x 0. 96 x 0. 99 = 2. 1KWPjj = Pj x n x n = 2. 1 x 0. 97 x 0. 99 = 2. 02KW(3) 计算各轴的扭矩：T = 955 x 104 x L! = 23000(N mm)i 876T = 955 x 104 x 2. 02 = 88000(N mm)ii 220(4) 轴径的计算以及键的选择由公式=91叩-(注:P-该轴的传递功率;n -该轴的计算转速
9、j平分=0.5。1。1. 轴I :七=2.1KW；% = 876r/min;取0 = 0.5。代入公式得d = 91 /2.1 = 23. 95mm；圆整皿 =25mmI 4 0.5 * 876I2. 轴II ： * = 2. 03KW；n. = 220r / min;取 = 0.5。代入公式得dji = 91 j，：；?。= 33.46mm；圆整取d = 35mm(5) 、模数计算，一般同一变速组的齿轮取同一模数，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 m=163381)P 可得各组的模数。j 3 甲 z12” .2 n选 45 号钢，L j=580MPa按接触疲劳计算齿
10、轮模数m = 16338 ：(U 土 % mmj3 中 Z ub nNd -驱动电机的功率(KW )； nj -齿轮计算转速(r / min) u -大小齿轮齿数比；中m = 4 10;Z1 -小齿轮齿数 取中=8;Z = 24;n. = 220r / minm1 = 1. 67mm，取m = 2.0mmm2 = 2. 76mm；取m = 3.0mm(6) 基本组齿轮计算。0-1基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z0Z0齿数3763模数22分度圆直径74126齿顶圆直径76128齿根圆直径73.5127.5齿宽16161-2基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4齿数249640
11、8060608040模数33333333分度圆直径72288120240180180240120齿顶圆直径74290122242182182242122齿根圆直径73.5287.5119.5239.5179.5179.5239.5119.5齿宽2424242424242424按基本组最小齿轮验算。计算如下：齿面接触疲劳强度计算：接触应力验算公式为b = Z Z Z 血 土 1)2KT(MPa) t j E H e, bd2Uj弯曲应力验算公式为： t t = 2KT Y Y Y (MPa ) w 甲 m3Z2 Sa Fa e式中T-传递的额定功率（kW）,这里取N为电动机功率，N=4kW;n.
12、计算转速（r/min ） . n =220 （r/min）;m初算的齿轮模数（mm）, m=3（mm）;B齿宽（mm ） ;B=24 （mm）;d-齿轮分度圆直径；z小齿轮齿数；z=24;u小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=4;中m-齿宽系数ze-弹性系数zh -节点区域系数Zg-接触强度重合度系数Ysa-齿形系数YFa-应力修正系数Y-弯曲强度重合度系数k 1-许用接触应力（MPa）,查【4】，表4-7,取k580 Mpa； jjk一-许用弯曲应加MPa）,查【4】，表4-7,取k=215 Mpa；可求得：k . =324 Mp L .=580 Mpq 巧=6.18Mpa L )=215 Mp
13、满足要求。(7) 各个轴之间的中心距计算。0-1 轴 a=(mz0+mz1)/2=100mm1-2 轴 a=(mz1+mz2)/2=180mm3.3主轴合理跨距的计算由于电动机功率P=2.2KW，根据【1】表3.20，前轴径应为6090mm。初步选取d =80mm。后轴径的d =( 0.70.9)d，取d =60mm。根据设计 1212方案，前轴承为NN3016K型，后轴承为圆锥滚子轴承。定悬伸量a=120mm， 主轴孔径为30mm。轴承刚度，主轴最大输出转矩T=9550L =9550x22 =95.5N.mn 220假设该机床为车床的最大加工直径为300mm。床身上最常用的最大 加工直径，即经济加工直径约为最大回转直径的50%，这里取60%，即 180mm，故半径为0.09m；切削力(沿尸轴) F = 95.5 =1061.11Nc 0. 09背向力(沿 X 轴)Fp=0.5 Fc=530.56N总作用力F* 2 + F2 =1186.4N此力作用于工件上，主轴端受力为F=1186.4N。先假设l/a=2, l=3a=240mm。前后支承反力Ra和%分别为R =Fx 空=1186.4x120 + 240 =1779.6NA l240R=Fx a=1186.4x120 =
