机械课程设计说明书四级变速箱.docx

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机械课程设计说明书四级变速箱

MB106A进给系统有级变速装置设计

1概述

1.1设计目的和容

（1）木工机床课程设计目的：

木工机床课程设计是《木工机床设计》课程的一个实践教学环节，其目的在于，通过机床的传动设计，使学生受到方案比较、结构分析、零件计算、机械制图、技术条件编写及技术资料查阅等方面的综合训练，培养初步具有机床部件的设计能力。

（2）木工机床课程设计容：

包括以下几项：

1）运动设计根据设计题目给定的设计原始数据确定其他有关运动参数，选定各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟订结构式或结构网，拟订转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。

2）动力设计根据设计题目给定的机床类型和电动机功率，确定各传动件的设计转速，初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的强度、刚度或寿命。

3）结构设计完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计进给变速箱装配图及零件工作图，侧重进行传动轴组件、变速、操纵、箱体、润滑与密封，以及传动轴和滑移齿轮零件的设计。

1.2设计要求

木工机床课程设计的容体现在设计图纸和设计计算说明书中，因此图纸和说明书的质量应并重，其具体要求如下：

（1）进给变速箱部件装配图。

它用以表明该部件的结构、工作原理、各零件的功用、形状、尺寸、位置、相互联接方法、配合及传动关系等。

进给变速箱的装配图通常由外观图、展开图和若干横向剖视图等组成。

如受学时所限，可绘制展开图和主要横向视图。

在装配图上，零件要标注件号、参数及数量，各轴要标注轴号。

展开图上要标注各传动轴组件的主要配合尺寸（如轴承、花键等），还要标注一个能影响轴向装配尺寸的轴向尺寸链，横向剖视图应完整表达出一个操纵，标注啮合齿轮的中心距及公差，标注主要轮廓尺寸、定位及联系尺寸等，装配图的方案和结构要合理，图面整洁清晰，尺寸标注正确，符合国家标准。

（2）零件工作图。

绘制若干个零件（如传动轴、滑行齿轮等）工作图，应能正确表达零件的结构形状、材料及热处理、尺寸公差和形位公差、表面粗糙度和技术条件等，符合有关标准规定。

（3）设计计算说明书。

设计计算说明书是对所设计部件的性能、主要结构、系统等方面进行设计分析及理论计算的技术文件，应谁合理，依据充分，计算正确，条理清晰，

文句通顺，标点正确，图表清晰，字迹工整；篇幅不少于5000字，一律采用国家法定计

量单位，引用参考文献的有关结论及公式需用方括号标出，其主要容：

概述（机床的用途

使用围、主要技术参数及特点等，同类型机床对比分析）；运动设计；动力设计（包括零件的初算及验算）结构设计（主要结构的分析、操纵、润滑及密封方式的说明）；其他（另

需说明或谁的有关冋题）；参考文献

1.3设计的任务

1.3.1设计的题目

将MB106A进给系统中的无级调速装置改为四级有级变速装置，并进行系统的设计与计算

132设计原始数据

加工木料最大宽度

600mm

加工木料最大厚度

200mm

最小刨削长度

290mm

最大刨削厚度

5mm

刀头切削圆直径

128mm

刀轴转速

6000r/min

刀片数

4片

进料辊筒直径

90mm

进料速度

8、

主电机功率

5.5kw

加工材种

软、

木材含水率

10%-15%

变速箱长

26cm

变速箱高

30cm

变速箱宽

16cm-18cm

12、16、24m/min

硬杂木

1.3.2课程设计的工作量

（1）编写设计计算说明书

a.机床用途说明

b.运动计算一一拟定结构图，转速图和传动系统

c.动力计算一一通过计算，决定进给电机功率和主要零件的尺寸和材料

d.设计方案的分析比较

（2）设计图纸

a.绘制进给变速箱装配图（1或2）,表明齿轮传动关系，操纵的装配关系和工作位置关系

b.绘制主要零件工作图1

1.4设计步骤

（1）设计准备工作。

根据给定的设计题目，应明确设计任务、容、要求及步骤。

拟定工作计划；收集查阅技术资料；对1-2台同类型机床进给运动部件分析研究，做到理解、消化交流工作经验能有所改进，在此基础上进行设计构思。

（2）运动设计。

（3）传动件选择及初算。

绘制装配草图之前，需要初步定出各传动件的结构尺寸。

如传动轴直径、齿轮的模数及宽度、V带的型号及根数、摩擦片的尺寸及片数、滚动轴承的类型及配置等。

（4）绘制部件装配草图。

（5）零件验算。

零件在部件中的位置和尺寸确定之后，即可分析其受力状态，并进行较精确的验算，验算指定的零件及其项目，一般可验算传动轴弯曲刚度及抗振性，花键侧挤压应力，直齿圆柱齿轮疲劳强度、滚动轴承疲劳寿命等。

（6）加深部件装配图。

根据验算结果修改草图，进一步完善草图，经审查同意后，按制图标准加深装配图。

要先画展开图，后画横向剖视图，必要时还要交叉进行，并按要求完成部件装配图。

（7）绘制零件图。

（8）编写设计计算说明书，设计过程中的计算与分析要及时整理，待图纸完成后，要对说明书草稿进行认真修改抄清完成。

2传动系统的运动设计

2.1选择传动方案

应根据机床的使用要求和结构性能综合考虑，参考同类机床，合理选择传动方案并加

以论证，初步拟出传动系统示意图。

（1）选择传动布局选择分离传动式。

（2）选择变速方式有级变速，选用滑移齿轮变速。

2.2进给电机功率的确定

压刨床在加工的过程中，对木材的作用力有主切削力Fx和垂直分力Fy

进给力FuFXcosFysin（fycosFxsin）

压刨加工深度一般为2-3mm可认为是厚切削，贝U：

awanHbhxUz

Fx9.807（awaqq）

Uzsinpt

垂直分力：

Fyf2F2

（f2为推力，F2为拉力。

其中f29.807（1x）H限伽）

F29.807（3w3qqaw3nHx）bhxU^tan（90）

Uzsinpt

摩擦系数卩=0.2-0.3，取0.3;摩擦角=150-170,取160）

压刨床在加工的过程中，主要进行的是纵端向刨削，取切削角S=55°,©=60°,假设

当时木材含水率为12%刨削木材为松木，切削速度为40m/s,切削厚度为3mm刀的工作

小时数为4h,查表得：

aq=1.20,ah=1.85,aw=1.03,x=0.45,e=3mm,b=600mm

端向切削时的单位切削力：

Kawaq（ABvC）色=19.053MPa

e

纵向切削时的单位切削力：

K〃awaq（A〃B〃vC）“出”=10.774MPa

e

单位切削力KK〃（KK〃）sin1.251=17.7MPa

切削功率P=F

贝U:

选用电机型号：

Y100L-6,额定功率：

1.5KW同步转速：

1000r/min，满载转速：

940r/min

2.3拟定结构式、结构网和转速图

最小转速：

8000/.OQ,-nminr/min28.r/min

90

最大转速：

nmaxr/min85r/min

90

变速围：

Rn£mx243

nmin8

级数：

Z=4

图i结构网

结构式：

4=2X22,4=22X2i

由降速“前慢后快”，级数排列“前多后少”，转速分布“前密后疏”，转速变换“升

早降晚”，

结构网：

选择：

结构式为：

4=2X22

转速图：

（1）确定总传动比：

由电动机转速no=94Or/min，到主轴最小转速ni=28r/min，总传动

281

比为：

I总=一

94033.6

从电动机转速到主轴最小转速之间用虚线连接起来，这虚线斜率即表示总传动比变化趋势。

（2）由于电动机转速较高（940r/min），因此传动链始端采用三角皮带传动，传动比为：

9401一一1

i1=————；末端由于MB106A原系统采用链轮传动，采用传动比为i6=——。

4372.151.41

（3）中间各轴之间的传动比根据速比拟定原则：

降速“前慢后快”，级数排列“前多后少”，转速分布“前密后疏”，转速变换“升早降晚”进行分配。

转速图如下：

（4）

图2转速图

各级转速分配如下：

3222

i1=1/2.13,i2=1/1.41,i3=1/1.41,i4=1/1.41,i5=1/1.41,i6=1/1.41

2.4确定齿轮齿数

根据转速分布图进行计算各传动副齿轮的齿数：

（见下表）

表1齿轮齿数计算表

1

2

3

4

5

6

7

［将传

计算

求

升速不大，而降

求齿

求主动轮齿

求被动轮齿

动比

fj+g

fj+

速最大，应用下

数和

数Zj

数乙

化为

之和

g

式求Emin

2Z0

无公

的

因子

最

整数

小

值的

公

分数

倍

数

fj

K

Emin

2Z。

Zj

1

Zj

ijgj

fj+g

Zmin（fjgj）

EminK

fj2Z

gj2Z

Kfj

2Z0

2Z0

fjgj

r0

fjgj

1

10

10+2

20

58

‘23

9=39

n

1.413

29

-

1

1

1+2=

39

2

78

i32

1.41

2

3

26

52

1

1

4+1=

18

72

i44

1.41

4

5

15

6

90

1+2=

-

1

1

V

3

30

60

51.412

2

2.5绘传动系统图

对齿轮进行布置与排列，根据变速箱在MB106A中的安装尺寸，选择两个变速组并列排列，无公用齿轮，轴向尺寸为两个变速组轴向尺寸之和。

（L>8B+2A）

D=224m

z=20z=26

出齿轮传动

52

z=18

Fi

v链传动

z=3o

1隠传动

D=100m

940r/min

图3传动系统图

3主要零件的设计计算

3.1带传动设计

已知：

电动机功率P=1.5kW,转速ni=940r/min,变速器输入轴转速n2=437r/min，载荷变动小，每天工作8h,要求结构紧凑。

（1）确定V带截型

工况系数

设计功率Pd=KaP=1.5X1.1=1.65kW

V带截型根据Pd和小带轮的转速m来选择

（2）确定带轮直径

小带轮基准直径

验算带速dd1n13.141009404.95m/s

601000601000

大带轮基准直径dd2=d1n1=100X940/437〜215mm

r）2

传动比i=dd2//dd1=224/100

⑶确定中心距及V带基准长度

初定中心距由0.7（dd1+ck）

226.8

要求结构紧凑

初定V带基准长度

2

Lo=2a：

）+n/2（dd1+dd2）+（dd1-dd2）/4a0=1318.29mm

V带基准长度

传动中心距a~a0+（Ld-Lo）/2=400+（1250-1277.25）/2

小带轮包角a1=180"—（dd2-dd1）/aX57.30=163.88°

（4）确定V带根数

单根V带的基本额定功率

额定功率增量

包角修正系数

带长修正系数

V带根数Z=Pd/[（P1+AP1）KaXkL]〜1.77根

（5）带轮结构设计

带轮宽度B=（z-1）e+2f=（2-1）X15+2X10=35

其他结构尺寸的确定参见机械零件设计手册。

3.2传动轴设计

（1）各轴的传递功率

V带传动效率1:

0.95~0.96;滚动轴承传动效率n2:

0.98~0.99

闭式圆柱齿轮传动效率3:

0.96~0.98;开式链传动效率4:

0.90~0.92

I轴：

R=Pn1=1.5X0.96=1.44kW

主要结果

Ka=1.1

Pd=1.65kW

选取A型

dd1选取100mm

在允许围

dd2=224mm

i=2.24

ao=400mm

取Ld=1400mma=440.855mma1=163.88°

P1=0.97

AP1=0.11

Ka=0.95

Kl=0.96取Z=2根

B=35mm

P1=1.44kW

II轴:

R=Pn2=1.44X0.98=1.41kW

川轴：

R=F2n3=1.41X0.98=1.38kW

IV轴:

P4=Pn4=1.38X0.96=1.33kW

V轴:

F5=F4n5=1.33X0.97=1.29kW

（2）初估轴径：

轴的材料均采用45钢调质处理

由公式dc3一

\n

其中，根据轴的材料取c=118，

一为各轴的输入功率，n为各轴的相应计算转速。

轴上有一键槽时，d值相应增大4%--5%花键轴可将估算值的d值减少7%乍为花键轴小径

由已知数据，求得各轴的轴径为：

3.3齿轮模数计算

以I轴上的齿轮为依据进行计算

1闭式软齿面齿轮传动，小齿轮选用45钢调质，齿面平均硬度240HBS

大齿轮选用45钢正火，齿面平均硬度200HBS

（1）许用接触应力：

极限应力：

cHiim=0.87HBS+380

安全系数：

取

许用接触应力：

[门h=Hlim

Sh

（2）计算小齿轮分度圆直径：

小齿轮转矩：

P141

「=9.55X106X—=9.55X106X1.41=3.08X104Nmmn1437.5

齿宽系数：

非对称布置

载荷系数：

工作平稳，软齿面齿轮

节点区域系数：

标准直齿圆柱齿轮传动

弹性系数：

材料为钢

小齿轮计算直径：

d13!

（ZeZ^）2经工111

1\[]hdi

14

T89.825）22X3.0810—36.71mm

b50413

2确定几何尺寸：

齿数：

取

P2=1.41kW

Pa=1.38kW

P4=1.33kW

P5=1.29kW

d2=22mm

da=25mm

d4=40mm

（THlim1=589MPa

（THlim2=554MPa

Sh=1.1

[er]H1=535MPa

[e]H2=504MPa

T1=3.08X104Nmm

=1d1

K=1.4

Zh=2.5

Ze=189.8JMPa

乙=26

乙=26

2

Z2=iZ1=1.41X26

Z2=52

模数：

m=d/Zi=36.71/26=1.38,取标准模数

m=1.5

分度圆直径d=mz

d1=39mm

d2=78mm

根据模数计算所有齿轮的相关尺寸参数。

其中，为减小相体尺寸，齿宽采用20mm3校核齿根弯曲疲劳强度

b=20mm

（1）许用齿根应力

fFlim1=443MPa

极限应力（TFiim=0.7HBS+275

fFim2=415MPa

安全系数取

Sf=1.4

许用齿根应力[

[f]F1=316MPa

（2）验算齿根应力

[f]f2=296MPa

复合齿形系数

齿根应力fF1=（2K「/bd1m）Yfs1

Yfs1=4.05

fF2=fF1YfS2/YFS1

Yfs2=4.00

fF1<[f]F1fF2<[f]F2

fF1=117MPa

弯曲疲劳强度足够

fF2=115MPa

4齿轮模数验算按弯曲疲劳强度验算

使用系数

Ka=1.1

变量工作系数：

KFPnt=K^pXKFnXKFt=0.79X0.97X0.4=0.31

KFPnt=0.31

动载系数：

KV=1+（K1+K2）XJu2=1.004

FtKA/b100\1u2

K=1.0269

齿向载荷分配系数：

届=1+4+0=1+0.106+0.12=1.226

絹=1.226

齿间载荷分配系数：

KFa=1.0

复合齿形分布系数：

YfS=4.24

重合度及螺旋角系数：

丫行=0.57

齿宽系数：

m=10

齿轮转速：

nc=437r/min

齿数：

乙=20

许用齿根应力：

Sfp=415X1.3=539.5MPa贝U

Sfp=539.5MPa

1.10311.02691.2261.01414.240.57

mF皋2673j—

\1043738539.5

mFa^0.6774

=0.6774

m=1.5>0.6774齿轮模数符合要求

3.4操纵设计

（1）单独操纵

本变速箱米用两个单独的操纵

操纵1:

滑移齿轮1的总移动量L=2b+b+2K+b=60mm

L=60mm

滑块高度

滑块偏移量为a

h=15mm

52

⑵操纵的定位采用钢球定位

3.5链轮设计

链轮齿数确定：

设链速•=0.6~3m/s取

Z2=iZ1=1.411x18

链条节距：

初定中心距：

a°=40p

计算链节数：

乙=18乙=26p=25.40mmao=1016mm

Lp=103.2mm

Lp=（Z1+Z2）/2+2a0/p+（p/a。

）[（Z2+乙）/2n]计算额定功率：

工况系数：

小链轮齿数系数：

Kz（一1）"08（设链板疲劳）

19

链长系数：

Kl（P）026（设链板疲劳）

100

多排链系数：

单排链

额定功率PoKAP

KzKlKp

链节距：

取16A

实际中心距：

Pr/1Z1Z2、!

/[乙Z2、2o/Z2乙、2

aq（Lp—-一）（Lp—-一）8（——）

42\22

分度圆直径：

dPo

180o

sin

Z

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

其他尺寸参见机械零件设计手册

4主要零件校核

4.1轴承的选择与校核

各轴都选择深沟球轴承，采用的轴承代号如下：

U轴：

6304川轴：

6304W轴：

6205V轴：

6208

以轴U为依据进行计算：

选择6304系列

该轴上的齿轮分度圆直径为：

d1=39mm

传递功率P=1.41kW转速n=437r/min

转距：

T19.55106P9.55X1（fx1.41/437=3.08X104N-mm

n

Fa=2T/d1=1080.7N

R=Fatga=1080.7Xtg20°=393.3N

由于轴承只承受径向载荷，故当量动载荷即为轴承承受的径向载荷：

F7Ft2Fr2

Fp2

温度系数：

载荷系数：

寿命指数：

球轴承

基本额疋动载何：

Ka=1.3

Kz=0.94

Kl=1.008

Kp=1

P0>1.77kWp=25.40mm

a=1030.7mm

d=146mm

da=158mm

df=130mm

「=3.08X104N-mm

Fa=1080.7N

Fr=393.3N

Fp=575N

ft=1.0

fp=1.5

£=3

C=16X103N

Lh=163107h

Lh10（ftC）=163107h

60nfpFp

MB106A变速箱用轴承的额定寿命为：

14000-30000h。

计算实际使用寿命远大于额定寿命，完全符合要求。

4.2轴的校核

以II轴为计算依据，对轴的强度进行校核

该轴上的小齿轮分度圆直径：

传递的转矩为：

作用在齿轮上的切向力：

Ft=2「/d1

径向力：

Fr=Fttga法向力：

Fx=Ft/cosa

（其中a=20o）

轴的材料采用45钢调质

水平支反力：

FAb=FBH=Ft/2

水平面弯矩：

Mh=FahL1

垂直面弯矩：

MCv=FaV_1

Mcv=FbVL2

合成弯矩：

Me.mChmCv

Me应MCv

转矩计算：

T=FtXd/2

由以上数据绘制轴的各面弯矩图和转矩图，并确定危险截面。

Me=6.46X104Nmm

（;,二：

.：

）

d>17.4mm

d>18.1mm

由转矩图和弯矩图确定齿轮对称中面处的轴截面为危险截面，应计算其当量弯矩。

!

22

Me皿（aT）2

或Me=Mc

取两者中大者计算轴径：

根据轴的材料，查得轴的抗拉强度（Tb=640MPa

对称循环的许用弯曲应力[（T-<|w=60MPa由公式dJMe得

\'0.1[i]w

考虑键槽的影响，该截面轴径应加大4%贝U,

经与结构设计比较，该截面的计算直径小于其结构设计确定的直径（22mrh,故轴的强度符合要求。

5润滑

主轴转速在300~1000r/min围，传递功率v15kW因此齿轮采用齿轮溅油润滑，选用L—AN100全损耗系统油，依靠U轴和川轴上的大齿轮浸油，来润滑各个齿轮。

验算：

U轴：

V2

dn

3.14

174

220

2.003m/s>2m/s

60000

60000

川轴：

V2

dn

3.14

104

437

2.38m/s>2m/s

60000

60000

因此可以采用齿轮溅油润滑。

链传动Pnv160kWr/min,采用手工加油润滑。

滚动轴承采用润滑脂润滑，通过挡油环阻止机箱的油进入轴承腔，以免污染润滑脂,降低轴承寿命。

6总结

通过两个多星期的机械课程设计，我明白了机械设计的过程，弄懂了许多设计过程的细节性问题，帮助我解决了课堂上没有掌握好的机械知识。

这次课程设计一开始我就遇到了很多问题，首先是设计说明书的编写格式，各零件的设计与计算，许多公式都是我们没有见过的，需要自己去查找，分析。

其次在课程设计的

过程中需要大量查阅资料，查找参数，这其实是一个非常艰巨的过程。

最后AutoCAD辅助机械制图，虽然有学过CAD制图，但用来机械制图却是第一次，很多东西都感觉无从下手。

好在有花老师时常为我们解疑，遇到实在不明白的地方，花老师都会给我们仔细讲解，给我们提供了很大的帮助。

本次课程设计通过对MB106A木工机床无