机械系统设计课程设计7级变速

哈尔滨理工大学课程设计题目：分级变速主传动系统设计学院：机械动力工程学院姓名：指导教师：段铁群系主任：段铁群2013年08月29日目录第一章运动计算1.1 课程设计的目的1.2 课程设计的内容1.3 课程设计的题目，主要技术参数和技术要求1.4 运动参数及转速图的确定1.5 核算主轴转速误差第二章动力计算2.1 带传动设计2.2 计算转速的计算2.3 齿轮模数计算及验算2.4 传动轴最小轴径初定2.5 执行轴合理跨距计算第三章主要部件的校核3.1 主轴强度，刚度校核3.2 传动轴刚度校核3.3 轴承寿命校核第四章总结第五章参考文献第1章运动计算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。

1.2.1 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）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。

1.3课程设计题目、主要技术参数和技术要求1.3.1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=75r/min；Nmax=600r/min；Z=7级；公比为1.41；电动机功率P=4KW；电机转速n=1440r/min1.3.2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。

1.4 运动参数及转速图的确定（1）转速范围。

Rn=minmaxN N =600/75=8 （2）转速数列。

查[1]表 2.12，首先找到75r/min 、然后每隔5个数取一个值，得出主轴的转速数列为75r/min 、106 r/min 、150 r/min 、212 r/min 、300 r/min 、425 r/min ，600r/min 共7级。

（3）定传动组数。

对于Z=7可分解为：7=2×2×2。

（4）写传动结构式。

根据“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,结构紧凑的原则,选取传动方案 Z=7=21×22×23。

（5） 画转速图。

转速图如下图2-2。

图2-2 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2-3：图2-3 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Zmi n≥22~24,齿数和Sz≤100～120，由【1】表4.1，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，(1)、齿数计算基本组传动比分别为1/1、1/1.41Sz= 58、75、84、87、96 ……取Sz=58,小齿轮齿数分别为:29, 24Z1 / Z1’ =29/29, Z2/Z2’ =24/34第二扩大组传动比分别为1/1、1/2Sz=66、72、78、84、90、96……取Sz=84,小齿轮齿数:42,28Z3/Z3’=42/42，Z4/Z4’=28/56第三扩大组传动比分别为1、1/2.8取Sz=114,小齿轮齿数:57,30 Z5/Z5’=57/57，Z6/Z6’=30/841.5 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(ϕ-1)％,即'n -nn实际转速标准转速标准转速〈 10(ϕ-1)％第2章 动力计算2.1 带传动设计1)确定计算功率Pd带式输送载荷变动小，查（机械设计）表 3.5得工况系数K A =1.1Pd= K A P=1.1×4=4.4 KW 2)选取V 带型号根据Pd ，n1参考图3.16及表3.3选带型及小带轮直径，选择A 型V 带，d1=125mm 。

3）确定带轮直径d1，d2 （1）选小带轮直径d1参考图3.16及表3.3选d1=125mm （2）验算带速v v=10006011⨯n d π=9.4 m/s(3)确定从动轮基准直径d2d2==253mm按表3.3取标准值 =250mm （4）计算实际传动比i当忽略滑动率时：i=/=2 （5）验算传动比相对误差： 题目理论传动比：=/=2.02 传动比相对误差：=1%<4%4)定中心距a 和基准带长Ld （1）初定中心距初定（2）计算带的计算基准长度求得=2277mm查表3.2取标准值=2500mm （3）计算实际中心距a求得：a=550（4）确定中心距调整范围得;5）验算包角求得：=合格6）确定V带根数z（1）确定额定功率由及查表3.6，得（2）确定各修正系数功率增量:查表3.7的得长度系数:查表3.9得（3）确定V带根数z求得：、取z=2根7）确定单根V带初拉力查表3.1得:单位长度质量q=0.1 根据公式：得：8）计算压轴力求得：9)带轮结构设计（1）小带轮，采用实心结构。

（2）大带轮，采用腹板式结构。

（1） 主轴的计算转速n j ，由公式n j =n m in (/31)z -Φ得，主轴的计算转速n j =125r/min 。

（2） 确定各传动轴的计算转速。

Ⅲ轴共有4级转速：212r/min 、300 r/min 、425 r/min 、600 r/min 。

若经传动组中的传动副46：46，得到的转速均不低于主轴的计算转速， 故其计算转速n Ⅱj =180 r/min ；同理可得Ⅰ轴、Ⅱ 轴的计算转速。

表3.1 各轴计算转速（3） 确定齿轮副的计算转速。

齿轮装在主轴上并具有150-600r/min 共4级转速，均可传递传递全功率，故Z '6j=150 r/min 。

齿轮Z 6装在Ⅲ轴上，有150~600 r/min 共4级转速，经齿轮副Z 6/ Z '6传动主轴，只有425r/min 、600r/min 可传递全功率，故Z 6j=425r/min 。

依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表3-2。

表3-2 齿轮副计算转速序号 Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5n j 600 600 425 425 425 2.3 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m j 3221(1)[]m j ju Pz u n ϕσ±3-3所示。

表3-3 模数轴号 Ⅰ轴 Ⅱ 轴 Ⅲ 轴 主轴 计算转速r/min600 425 212 150（2）基本组齿轮计算。

基本组齿轮几何尺寸见下表按基本组最小齿轮计算。

小齿轮用40Cr ，调质处理，硬度241H B ～286HB ，平均取260HB ，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229H B ～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 )j E H j Z Z Z MPa εσσ⎡⎤=≤⎣⎦ 弯曲应力验算公式为： []112()Fa Sa w w KTY Y Y MPa mbd εσσ=≤式中 N----传递的额定功率（kW ），这里取N 为电动机功率，N=3.5kW;j n ----计算转速（r/min ）. j n =600（r/min ）; m-----初算的齿轮模数（mm ）, m=3.7（mm ）; B----齿宽（mm ）;B=20（mm ）; z----小齿轮齿数；z=24;u----小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u =2.0; s K -----寿命系数；s K T K n K N K q K T K ----工作期限系数；mT C Tn K 0160=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 ）0C ----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;n K ----转速变化系数，查【5】2上，取n K =0.60 N K ----功率利用系数，查【5】2上，取N K =0.78 q K -----材料强化系数，查【5】2上， q K =0.60 3K -----工作状况系数，取3K =1.12K -----动载荷系数，查【5】2上，取2K =11K ------齿向载荷分布系数，查【5】2上，1K =1Y------齿形系数，查【5】2上，Y=0.386； []j σ----许用接触应力（MPa ）,查【4】，表4-7，取[]jσ=650 Mpa ；[]w σ---许用弯曲应力（MPa ），查【4】，表4-7，取[]w σ=275 Mpa ；根据上述公式，可求得及查取值可求得：j σ=)E H Z Z Z MPa ε=635 Mpa ≤[]j σ w σ=78 Mpa ≤w σ（3）扩大组齿轮计算。

按扩大组最小齿轮计算。

小齿轮用40Cr ，调质处理，硬度241H B ～286HB ，平均取260HB ，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229H B ～286HB ，平均取240HB 。

同理根据基本组的计算， 查文献【6】，可得 n K =0.62， N K =0.77，q K =0.60，3K =1.1，2K =1，1K =1，m=3.5，j n =355；可求得：j σ=574.35 Mpa ≤[]j σ=650Mpa ； w σ=118.77Mpa ≤[]w σ=275Mpa 。

2.4 传动轴最小轴径的初定由【5】式6，传动轴直径按扭转刚度用下式计算： d=1.64[]4ϕTn（mm ）或 d=91[]4njNϕ（mm ） 式中 d---传动轴直径（mm ）Tn---该轴传递的额定扭矩（N*mm ） T=9550000Jn N ⨯； N----该轴传递的功率（KW ） j n ----该轴的计算转速[]ϕ---该轴每米长度的允许扭转角，[]ϕ==01。