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哈 爾 濱 理 工 大 學(xué)
課 程 設(shè) 計
題 目: 機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計
院 、 系: 機械動力工程學(xué)院
班 級: 機械
姓 名:
學(xué) 號:
指導(dǎo)教師:
系 主 任:
摘 要
《機械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計內(nèi)容有理論分析與設(shè)計計算,圖樣技術(shù)設(shè)計和技術(shù)文件編制三部分組成。
1、理論分析與設(shè)計計算:
(1)機械系統(tǒng)的方案設(shè)計。設(shè)計方案的分析,最佳功能原理方案的確定。
(2)根據(jù)總體設(shè)計參數(shù),進行傳動系統(tǒng)運動設(shè)計和計算。
(3)根據(jù)設(shè)計方案和零部件選擇情況,進行有關(guān)動力計算與校核。
2、圖樣技術(shù)設(shè)計:
(1)選擇系統(tǒng)中的主要組件。
(2)圖樣的設(shè)計與繪制。
3、編制技術(shù)文件:
(1)對于課程設(shè)計內(nèi)容進行自我技術(shù)經(jīng)濟評價。
(2)編制設(shè)計計算說明書。
關(guān)鍵詞 分級變速;傳動系統(tǒng)設(shè)計,傳動副,結(jié)構(gòu)網(wǎng),結(jié)構(gòu)式,齒輪模數(shù),傳動比,計算轉(zhuǎn)速
目錄
一、課程設(shè)計目的.................................................................4
二、課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 ..................4
三、運動設(shè)計........................................................................4
1.確定極限轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速數(shù)列,結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式...............4
2.主傳動轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖..................................... 4
3.確定變速組齒輪齒數(shù),核算主軸轉(zhuǎn)速誤差...................6
四、動力計算 .................................... .........…………..…….7
1.傳動件的計算轉(zhuǎn)速.......................................................7
2.傳動軸和主軸的軸徑設(shè)計............................................7
3.計算齒輪模數(shù)..............................................................8
4.帶輪設(shè)計.....................................................................9
五、主要零部件選擇............................................................10
六、校核..............................................................................10
七、結(jié)束語 .........................................................................15
八、參考文獻.......................................................................15
一、課程設(shè)計目的
《機械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是在學(xué)完本課程后,進行一次學(xué)習(xí)設(shè)計的綜合性練習(xí)。通過課程設(shè)計,使學(xué)生能夠運用所學(xué)過的基礎(chǔ)課,技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的有關(guān)理論知識,及生產(chǎn)等實踐技能,達到鞏固,加深和拓展所學(xué)知識的目的。通過課程設(shè)計,分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型結(jié)構(gòu),進行選擇和改進;結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計,進行設(shè)計計算并編寫技術(shù)文件;完成系統(tǒng)主轉(zhuǎn)動設(shè)計,達到學(xué)習(xí)設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計,掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊,設(shè)計標準和資料的方法,達到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧,提高學(xué)生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計,使學(xué)生獲得機械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓(xùn)練,提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力,并為進行機械系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。
二、課程設(shè)計題目,主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求分級、
分級變速主傳動系統(tǒng)的設(shè)計:技術(shù)參數(shù):Nmin=35.5r/min,Nmax=800r/min,
Z=8級,公比為1.41;電動機功率P=3KW,電機轉(zhuǎn)速n=710/1420r/min
三、運動設(shè)計
1.確定極限轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速數(shù)列,結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式
(1)確定極限轉(zhuǎn)速,公比、變速級數(shù)
Nmin=35.5r/min ,Nmax=800r/min; =1.41; z=8
(2) 轉(zhuǎn)速數(shù)列:
35.5r/min,50r/min,71r/min,100r/min,140r/min,200r/min,280r/min, 400r/min,560r/min,800r/min,共10級
(3)確定極限轉(zhuǎn)速:
Rn=Nmax/Nmin=800/35.5=22.54
(4)確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式
(1)寫傳動結(jié)構(gòu)式:主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=8. 結(jié)構(gòu)式8=22×23×24
(2)畫結(jié)構(gòu)網(wǎng):
2.主傳動轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖
選擇電動機:采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機繪制轉(zhuǎn)速圖。
3.計算齒輪齒數(shù)
(1)、齒數(shù)計算基本組:ib1=1/3=1/2.8,Sz=72,73,76,77,80,84,87,88……
ib2=1,Sz=72,76,78,80,82,84,86,88……
取Sz=80,小齒輪齒數(shù)分別為:21,24
ib1 = Z1 / Z1’ =21/59, ib2 = Z2 / Z2’ =40/40,
第二擴大組:ic1=1/3=1/2.8,Sz=80,84,87,88,91,92……
ic2==1.41,Sz=82,84,87,89,92……
取Sz=92,小齒輪齒數(shù):38,24, ic1=Z3/Z3’=24/68,ic2=Z4/Z4’=38/54
(2)校核各級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速誤差
實際傳動比所造成主軸轉(zhuǎn)速誤差
,其中為實際轉(zhuǎn)速,n為標準轉(zhuǎn)速。
n=710r/min:
n′=710×(40/40)×(54/38)×(280/710)=398.79 r/min
δ=|(398.79-400)/400|=0.31 %<4.1% 全部滿足要求
(3)傳動系統(tǒng)圖如下:
四、動力計算
1傳動件的計算轉(zhuǎn)速
軸 序 號
電動機(0)
I軸
II軸
III軸
計算轉(zhuǎn)速r/min
1420
710
280
100
100
最小齒輪的計算轉(zhuǎn)速如下:
齒輪序號
I
II
III
計算轉(zhuǎn)速
280r/min
100r/min
100r/min
選用齒輪精度為7級精度
2.傳動軸和主軸的軸徑設(shè)計
(1)傳動軸軸徑初定
Ⅰ軸:p=3kw,n=280r/min,=0.5帶入公式:
=43.82mm,圓整取d=44mm
Ⅱ軸:p=3kw,n=100r/min,=1,
=37.18mm,圓整取d=38mm
(2)主(Ⅲ)軸軸頸直徑確定:
查表選擇主軸前端直徑D1=90mm,后端直徑D2=62mm
材料:45鋼。熱處理:調(diào)治Hre22-28
主軸懸伸量:a/D1=1.25--2.5 a=(1.25—2.5)D1=(1.25—2.5)x(80+64/2)=90—180 取a=120mm
3.計算齒輪模數(shù)及尺寬,分度圓直徑
(1)計算齒輪模數(shù)
(2)計算齒輪分度圓及尺寬
d1=m1z1=4x21=84mm d1′=m1z1′=4x59=236mm
d2=m2z2=4x40=160mm d2′=m2z2′=4x40=160mm
d3=m3z3=5x24=120mm d3′=m3z3′=5x68=340mm
d4=m4z4=5x38=190mm d4′=m4z4′=5x54=270mm
B12=m=6x4=24mm h=4mm ; B34=m=6x5=30mm h=5mm
4.帶輪設(shè)計
(1)確定計算功率:
P=3kw,K為工作情況系數(shù),查表取K=1.2,pd=kAP=1.2x3=3.6kw
(2)選擇V帶的型號:
根據(jù)pd,n1=1420r/min查表選擇A型V帶 d1=90mm
(3)確定帶輪直徑d1,d2
小帶輪直徑d1=90mm
驗算帶速v=d1n1/(60x1000)=x90x1420/(60x1000)=6.69m/s
從動輪直徑d2=n1d1/n2=1420x90/800=159.75mm取d2=160mm
計算實際傳動比i=d2/d1=160/90=1.78
相對誤差:
︱i0-i/i0︱=︱(1470/800-1.78)/(1420/800)︱=0.28%<5% 合格
(4)定中心矩a和基準帶長Ld
[1]初定中心距a0
0.7(d1d2)a02(d1+d2))
175a0500取ao=340mm
[2]帶的計算基準長度
Ld0≈2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0
≈2x340+/2(90+160)+(160-90)2 /4x340
≈1469mm
查[1]表3.2取Ld0=1400mm
[3]計算實際中心距
a≈a0+(Ld-Ld0)/2=340+(1400-1469)/2=305.5mm
[4]確定中心距調(diào)整范圍
amax=a+0.03Ld=305.5+0.03x1400=347.5mm
amin=a-0.015Ld=305.5+0.015x1300=284.5mm
(5)驗算包角:
1=1800-(d2-d1)/ax57.30=180-(160-90)/3055x57.30=166.8>170
(6)確定V帶根數(shù):
確定額定功率:P0
由查表并用線性插值得P0=0.15kw
查表得功率增量P0=0.13kw
查表得包角系數(shù)K=0.99
查表得長度系數(shù)Kl=0.81
確定帶根數(shù):ZPd/(P0+P0)KKl=3.6/(1.07+0.15)x0.96x0.90=3.2取Z=3
五、主要零部件選擇
1.軸承的選取
(1)帶輪:選用深溝球軸承,型號:6007
(2)一軸:選用深溝球軸承,型號:6007
(3)二軸:采用深溝球軸承,型號:6006
(4)主軸:主軸是傳動系統(tǒng)之中最為關(guān)鍵的部分,因此應(yīng)該合理的選擇軸承。
從主軸末端到前端依次選擇軸承為角接觸軸承,型號:7012C;
雙列圓柱滾子軸承,型號:NN3000K,
深溝球軸承,型號:6004
2.鍵的選取
(1)帶輪:選平鍵:10x8
(2)1軸:選平鍵:12x8
(3)2軸:選平鍵:12x8,12x8
(4)3軸:選平鍵:12x8,25x14
六、校核
1齒輪校核
直角圓柱齒輪的應(yīng)力驗算公式:
軸序號
I
I
II
II
II
II
III
III
齒輪齒數(shù)Z
21
40
59
40
54
24
38
68
模數(shù)M(mm)
4
4
4
4
5
5
5
5
分度圓d(mm)
84
160
236
160
374
190
132
270
齒根圓直徑df(mm)
80
156
232
.156
369
185
127
265
齒頂圓直徑da(mm)
88
164
240
164
379
195
137
275
2 、主軸彎曲剛度校核
(1)主軸剛度符合要求的條件如下:
a主軸的前端部撓度
b主軸在前軸承處的傾角
c在安裝齒輪處的傾角
(2)計算如下:
前支撐為雙列圓柱滾子軸承,后支撐為角接觸軸承架立放圓柱滾子軸承跨距L=450mm.
當(dāng)量外徑 de==
主軸剛度:
因為di/de=25/285=0.088<0.7,所以孔對剛度的影響可忽略;
ks==2kN/mm
剛度要求:主軸的剛度可根據(jù)機床的穩(wěn)定性和精度要求來評定
3、軸承校核
I軸選用的是深溝球軸承軸承6006 其基本額定負荷為13.0KN
由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值n=100r/min,所以齒輪越小越靠近軸承,對軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計要求,應(yīng)該對Ⅰ軸未端的軸承進行校核。
齒輪的直徑 d=84
Ⅰ軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
T=9550 =341Nm
齒輪受力 N
根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為
因軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷,又由于不受軸向力,按《機械設(shè)計》查表得
為1.0到1.2,取,則有:
N
軸承的壽命 因為,所以按軸承1的受力大小計算:
故該軸承能滿足要求。
4 .潤滑與密封
主軸轉(zhuǎn)速高,必須保證充分潤滑,一般常用單獨的油管將油引到軸承處。
主軸是兩端外伸的軸,防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種:
1)密封圈——加密封裝置防止油外流。。
2)疏導(dǎo)——在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐?,使油能順利地流回到油箱?
七、結(jié)束語
1、本次課程設(shè)計是針對《機械系統(tǒng)設(shè)計》專業(yè)課程基礎(chǔ)知識的一次綜合性應(yīng)
用設(shè)計,設(shè)計過程應(yīng)用了《機械制圖》、《機械原理》、《工程力學(xué)》等。
2、本次課程設(shè)計充分應(yīng)用了以前所學(xué)習(xí)的知識,并應(yīng)用這些知識來分析和解決實際問題。
3、本次課程設(shè)計進一步掌握了一般設(shè)計的設(shè)計思路和設(shè)計切入點,同時對機械部件的傳動設(shè)計和動力計算也提高了應(yīng)用各種資料和實際動手的能力。
4、本次課程設(shè)計進一步規(guī)范了制圖要求,掌握了機械設(shè)計的基本技能。
5、本次課程設(shè)計由于學(xué)習(xí)知識面的狹窄和對一些概念的理解不夠深刻,以及缺乏實際設(shè)計經(jīng)驗,使得設(shè)計黨中出現(xiàn)了許多不妥和錯誤之處,誠請老師給予指正和教導(dǎo)。
八、參考文獻
【1】、段鐵群 主編 《機械系統(tǒng)設(shè)計》 科學(xué)出版社 第一版
【2】、于惠力 主編 《機械設(shè)計》 科學(xué)出版社 第一版
【3】、戴 曙 主編 《金屬切削機床設(shè)計》 機械工業(yè)出版社
【4】、戴 曙 主編 《金屬切削機床》 機械工業(yè)出版社 第一版
【4】、趙九江 主編 《材料力學(xué)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 第一版
【6】、鄭文經(jīng) 主編 《機械原理》 高等教育出版社 第七版
【7】、于惠力 主編 《機械設(shè)計課程設(shè)計》 科學(xué)出版社
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