四级变速箱设计说明书

1、mb106a进给系统四级变速装置设计1 概述1.1设计目的和内容（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）木工机床课程设计内容： 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

2、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、变速机构、操纵机构、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内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、机构工作原理、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

3、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机构，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）

4、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，其主要内容：概述（机床的用途使用范围、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、操纵机构、润滑及密封方式的说明）；其他（另需说明或谁的有关问题）；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六级有级变速装

5、置，并进行系统的设计与计算。1.3.2 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 8,12,16,24m/min主电机功率 5.5kw加工材种 软、硬杂木木材含水率 10%-15%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. 运动计算拟定结构图，转速图和传动系统c. 动力计算通过计算，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张或2

6、张），表明齿轮传动关系，操纵机构的装配关系和工作位置关系b. 绘制主要零件工作图1张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、内容、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

7、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

8、 选择分离传动式。（2）选择变速方式 有级变速，选用滑移齿轮变速机构1,2,3。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fu=fxcon+fysin+(fycon-fxsin) 5压刨加工深度一般为2-3mm，可认为是厚切削，则：4垂直分力：6（为推力，为拉力，其中13摩擦系数=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=550，=600，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：=1.20, h=

9、1.85,=1.03,x=0.45,e=3mm,b=600mm7端向切削时的单位切削力：=19.053mpa12纵向切削时的单位切削力:=10.774mpa12单位切削力=17.7mpa12切削功率p=fxv/1000kw=1279.8w=1.2798 kw12所以选用电机型号4：y100l-6， 额定功率：1.5kw， 同步转速：1000r/min，满载转速：940r/min的电机2.3 拟定结构式、结构网和转速图1,2,3最小转速: 9最大转速：11变速范围：11公比： 查表取=1.41结构式：4=2（1）2（2）， 4=2（2）2（1）。由降速“前慢后快”，级数排列“前多后少”，转速分布

10、“前密后疏”，转速变换“升早降晚”， 选择：结构式为：4=2（1）2（2）图一：结构网转速图：（1）确定总传动比：由电动机转速n0=940r/min，到主轴最小转速n1 =28.31r/min，总传动比为：i总 = 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（1000r/min），因此传动链始端采用三角皮带传动，传动比为：i1=；末端由于mb106a原系统采用链轮传动，采用传动比为i6=（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。图二：转速图

11、各级转速分配如下：i1=，i2=, i3=, i4=，i5=，i6=2.4 确定齿轮齿数1234567将传动比化为无公因子整数值的分数计算fj+gj之和求fj+gj的最小公倍数升速不大，而降速最大，应用下式求求齿数和2z0求主动轮齿数求被动轮齿数error! no bookmark name given.fj+gjk-1+2=31256020405/75+7=122535-i4=1/41+4=5156901872i5=1/21+2=33060根据转速分布图进行计算各传动副齿轮的齿数：（见下表）齿轮齿数计算表2.5 绘传动系统图根据变速箱在mb106a机床安装尺寸以及转速分配情况，选择两个变速组

12、交错排列，无公用齿轮，轴向尺寸为两个变速组轴向尺寸之和。（注：z3-z44且z1-z24）图三：传动系统图13 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n1=940r/min,变速器输入轴转速n2=442.3r/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 =ka p=1.51.1=1.65kw v带截型 (2)确定带轮直径 小带轮基准直径 验算带速 大带轮基准直径 d2=d1=100940/442.3212.5 传动比 i=d 2/d 1=224/100(3)确定中心距及v带基准长度 初定中心距 由0.7(d1+

13、d2)a0 2(d1+d2)知 226.8a0648 初定v带基准长度l0=2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0 =1417.22v带基准长度传动中心距 aa0+(ld-l0)/2=450+(1400-1417.22)/2小带轮包角 1=1800-（d2-d1）/a57.30 =163.9o(4)确定v带根数5 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+p1)kakl1.98(5)带轮结构设计 带轮宽度b=(z-1)e+2f=(2-1)15+211=37 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

14、闭式圆柱齿轮传动效率：0.960.98，v带传动效率：0.950.96，滚动轴承传动效率：0.980.99， 链传动效率：0.900.92轴：p2=p1=1.50.95=1.43kw轴：p3=p223=1.430.960.98=1.32kw轴：p4=p323=1.320.980.96=1.22kw轴：p5=p423=1.220.980.92=1.08kwp (kw)n(r/min)1.59401.43442.31.32313.671.22157.771.0879.36 (2)轴径计算：轴的材料采用45钢调质处理由公式8 其中:p为各轴的输入功率，n为各轴的相应计算转速。轴允许的扭转角，一般轴

15、一般情况下，开一个键槽，轴径应增大4%5%；花键轴可将估算的d值减少7%作为其小径。 由已知数据，求得各轴的轴径为：3.3 齿轮模数计算以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：hlim=0.87hbs+380 安全系数： 取 许用接触应力：h=6 (2)计算小齿轮分度圆直径： 小齿轮转矩：t1=9.55106=9.55106=3.09104n mm4小齿轮计算直径：2= =46.6mm52 确定几何尺寸： 齿数：取z1=20 z2 =i z1 =220模数

16、：m=d1 / z1 =46.6/20=2.33,取标准模数分度圆直径 d=mz 根据模数计算所有齿轮的相关尺寸参数。 其中，为减小箱体尺寸，齿宽采用20mm和35mm。3 校核齿根弯曲疲劳强度（1）许用齿根应力 极限应力 flim =0.7hbs+275安全系数 取许用齿根应力 f =flim /sf（2）验算齿根应力 复合齿形系数 齿根应力f1 =(2kt1/bd1m) yfs11 f2 =f1 yfs2 /yfs1f1 f1 f21.5 齿轮模数符合要求3.4 操纵机构设计(1) 单独操纵机构本变速箱采用两个单独的操纵机构操纵机构1：滑移齿轮1的总移动量l=2b+2+10+32=64滑块

17、高度滑块偏移量为a为使滑块不脱离齿轮的环形槽而正常工作，一般要求a0.3h 取a=3mma=60mm摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离al2/4.8h摆杆的摆角为 操纵机构2：滑移齿轮2的总移动量 滑块高度滑块偏移量为a 摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离al2/4.8h摆杆的摆角为 7(2) 操纵机构的定位 采用钢球定位图四：操纵机构图3.5链轮设计链轮齿数确定：小带轮转速0.6m/s,z113 取 z2=iz1 =1.41213链条节距： 初定中心距：a0=3050p，a0=40p 计算链长：lp=( z1 + z2 )/2 +2a0/p +(p/a0) (z2 - z1 )/225计算额定功率：工况

18、系数ka：查表 中等冲击电动机小链轮齿数系数：kz=()1.08链长系数：0.26多排链系数kp：查表 链排数为1链节距：取20a p=31.75mm实际中心距： 6分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：其他尺寸参见机械零件设计手册64 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：轴：6205 轴：6205 轴：6206 以轴为依据进行计算：选择 6205系列 该轴上的齿轮分度圆直径为：d1=50mm传递功率p=1.43kw 转速n=442.3r/min转距: 9.551061.43/442.3=3.09104nmmfa=2t1/d1=1236nfr=fatg=

19、1236tg200=449.9n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=345832h4其中 c=22.4103n ft=1.0 fp=1.5 =3mb106a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=2t1/d1 径向力：fr=ft tga 法向力：fn=ft/cosa (其中 a=20o )轴的材料采用45钢调质水平支反力：fah=fbh=ft/2水平面弯矩：mch= fah l1垂直面支反力

20、：fbv= (frl1+fn)/l9 fav= fr- fbv垂直面弯矩：mcv=favl1 mcv=fbvl2合成弯矩：9 转矩计算：t= ftd/2 根据弯矩图可知齿轮对称中面处的轴截面为危险截面，应计算其当量弯矩。 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b=650mpa对称循环的许用弯曲应力-1w=60mpa由公式 9 得考虑键槽的影响，该截面轴径应加大4%，则，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（25mm），故轴的强度符合要求。5润滑齿轮润滑：v=3.1418056.2860000=0.53m/s12m/s通用的闭式齿轮传动，其润滑

21、方法根据齿轮的圆周速度大小而定。当齿轮的圆周速度v12ms时，常将大齿轮的轮齿浸入油地中进行浸油润滑。这样，齿轮在传动时，就把润滑油带到啮合的齿面上，同时也将油甩到箱壁上，借以散热。用l-fc3工业齿轮油，适用于主轴承，轻载工业齿轮。滚动轴承润滑：采用润滑脂润滑，通过挡油环阻止机箱内的油进入轴承腔内，以免污染润滑脂，降低轴承寿命，用通用锂基润滑脂，其适用于-20到120摄氏度的各种机械设备的滚动轴承，滑动轴承等。6总结本次课程设计对mb106a木工机床无级变速装置的改进设计，我们对设计方案进行比较，结构进行分析，零件设计与计算，autocad辅助机械制图，可以说，将变速箱的设计过程进行了一遍。

22、通过本次课程设计加强了我们综合分析能力，明白了许多设计过程的细节性问题，经历了从遇到问题到思考问题，及最终解决问题的设计过程；通过运用autocad绘图，对计算机软件的应用有了初步的认识、了解与掌握，对未来的设计绘图积累了宝贵的经验。在整个课程设计的过程中，我们将课堂学过的知识结合设计内容结合在一起，学会独立地进行思考与设计，充分发挥了我们的主动性，启发了我们独立思考、认真主动地查阅文献资料、分析问题和解决问题的能力。同时，指导老师非常认真负责，指导耐心，给予了我们很大的帮助。最后，感谢老师的精心指导。主要结果ka=1.1pd=1.65kw选取a型d1选取 100mm在允许范围选取d2=224

23、mmi=2.24a0=450mm取ld=1400mma=442mm1=163.90p1=0.94kwp1=0.107ka=0.96kl=0.96取z=2b=37mmp2=1.43kwp3=1.32kwp4=1.22kwp5=1.08kw轴径增大5%根据结果查标准取得：d2=25mmd3=25mmd4=30mmhlim1=589mpa hlim2=554mpash =1.1h1=535mpa h2=504mpat1 =3.09104n mm齿宽系数：=1载荷系数：k=1.4节点区域系数：zh=2.5弹性系数：ze=189.8z2=40m=2.5d1=50mmd2=100mmflim1=443mpafim2 =415mpasf =1.4f1 =316mpaf2 =296mpayfs1 =4.05yfs2 =4.00f1 =140mpaf2=138mpaka=1.1kfpnt =1.5kv =1.004kf =1.5kfa=1.0yfs=4.24y=0.57m=10nc=395r/minz1=20fp =612mpamfa1.5=4mml=64mmh=15mm=62l=64mmh=10mma=2.5mma=86mm=59z1=13z2=27查图表p=25.4mma0=1016mmlp=100.12mmka=1.3kz=0.66kl=1.04kp=1p