1、中华人民共和国教育部东北林业大学课程设计设计题目: MB106A 进给系统四级变速装置设计 学 生: 杨小慧 指导教师: 花 军 教授 学 院: 材料科学与工程学院 专 业: 木材科学与工程 2008 级 1 班 2011年 7月东北林业大学课程设计任务书设计题目 MB106A 进给系统四级变速装置设计 指导教师 花 军 教授 专 业 木材科学与工程 2008 级 1 班 学 生 杨 小 慧 2011年 7月 10日题目名称:MB106A 进给系统四级变速装置设计任务内容 内容: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。时间安排:木工机床课程设计的
2、时间为 1.5-2 周(每天 8 小时)(1) 分析题目,并拟定方案 8%(2) 初步计算零件 8%(3) 初步绘制部件装配图 40%(4) 验算主要零件 10%(5) 绘制主要零件工作图 10%(6) 修订装配图 4%(7) 编写说明书 10%(8) 考查 10%完成工作量:设计计算说明书一份,装配图(A0)一张,零件图(A3)一张具体要求:按照木工机床课程设计的要求,认真完成设计任务其中: 参考文献篇数: 10 篇以上图 纸 张 数: A0 图纸一张 A3 图纸一张 说明书字数: 5000 字以上目录1 概述11.1 设计目的和内容11.2 设计要求11.3 设计任务21.4 设计步骤22
3、 传动系统的运动设计 42.1 选择传动方案42.2 进给电动机功率确定42.3 拟定结构式、结构网、转速图42.4 确定齿轮齿数52.5 绘传动系统图63 主要零件的设计 73.1 带传动设计73.2 传动轴设计73.3 齿轮设计83.4 操纵机构设计93.5 链轮设计 104 主要零件的校核114.1 轴承选择及校核 114.2 轴的校核 115 润滑136 总结 14参考文献:东北林业大学课程设计说明书1MB106A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(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,
4、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
5、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
6、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)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
7、迹工整;篇幅不少于 5000 字,一律采用国家法定计东北林业大学课程设计说明书2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
8、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 8-24m/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 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
9、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。东北林业大学课程设计说明书3(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
10、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。东北林业大学课程设计说明书42、 传动系统的运动设计2.1 选择传动方案 2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,选用滑移齿轮变速机构。2.2
11、进给电机功率的确定选用电机型号:Y100L-6, 额定功率:1.5KW, 同步转速:1000r/min,满载转速:940r/min2.3 拟定结构式、结构网和转速图 3最小转速: min/25i/907minrr最大转速: 17.3ax变速范围: 4minR公 比: 取 =1.41352.1751znR 结构式:6=3 123, 6=2 132, 6=2 331, 6=3 221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” , 选择:结构式为:6=3 123结构网: 0123456 东北林业大学课程设计说明书5转速图:(1)确定总传动比:由电动机转
12、速 n0=940r/min,到主轴最小转速 n1 =25r/min,总传动比为:I 总 = 6.37194025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:i1= ;末端由于 MB106A 原系统采用链轮传动,其传动比为 1,所以本方案稍作4.改动,采用传动比为 i8= :。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:各级转速分配如下:09357268.4
13、2i1=1/2.41,i 2=1/1.412,i3=1/1.412,i4=1/1.41,i5=1,i6=1/1.413,i7=1,i8=1/1.412.4 确定齿轮齿数 4根据转速分布图进行计算各传动副齿轮的齿数:(见下表)东北林业大学课程设计说明书6ifg=fi+gi 求fi+gi最小公值kFmin 2z0=Fmink Zj Zj被动1/2 3 Z2=1/3*72=24 Z2=2/3*72=485/7 12 Z3=5/12*72=30Z3=7/12*72=421/1 21217(fi+gi)/kfi Fmin=17*4/(12*1)66*12=72Z4=1/2*72=36 Z4=1/2*72
14、=365/14 19 Z5=5/19*76=20Z5=14/19*76=561/1 238 Fmin=17*5/(60*1)2 38*2=76Z6=1/2*76=38 Z6=1/2*76=382.5 绘传动系统图 5对齿轮进行布置与排列,按 GB4460-84 规定符号绘制传动系统图,应标注电动机的功率、转速、传动轴编号,带轮直径,齿轮齿数、模数、变位系数、螺旋角及旋向等。如下图: 东北林业大学课程设计说明书73 主要零件设计3.1 带传动设计 6已知:电动机功率 P=1.5kW,转速 n1=940r/min,变速器输入轴转速 n2=395r/min,载荷变动小,每天工作 8h,要求结构紧凑。
15、(1)确定 V 带截型工况系数 设计功率 P d =KA P=1.51.1=1.65kWV 带截型 (2)确定带轮直径小带轮基准直径 大带轮基准直径 d2=d1 =100 216.921n39540传动比 90412di(3)确定中心距及 V 带基准长度初定中心距 由 0.7(d1+d2)a 0 2(d 1+d2)知219.8a 0262初定 V 带基准长度L0=2a0+/2(d 1+d2)+(d2-d1)2/4a0 =1343.7V 带基准长度传动中心距 aa 0+(Ld-L0)/2=450+(1400-1462.279)/2小带轮包角 1=1800-(d 2-d1)/d*57.3 0 =1
16、63o(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+P 1)KakL1.99(5)带轮结构设计带轮宽度 B=(z-1)e+2f=(2-1)15+210=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 7(1)各轴的传递功率轴:P 2=P 1=1.50.96=1.44Kw轴:P3=P2 2 3=1.440.990.97=1.38Kw主要结果KA=1.1Pd=1.65Kw选取 A 型d1 选取 90mmd2=224mmi=2.49a0=420mm取 Ld=1400mma=448mm 1=1630P1=0.96P 1
17、=0.11Ka=0.95东北林业大学课程设计说明书8KL=0.96取 Z=2B=35mmP2=1.44KwP3=1.38Kw轴:P 4=P3 2 3=1.380.990.97=1.325Kw轴:P 5=P4 2 3=1.3250.990.97=1.27Kw(2)初估轴径:轴的材料均采用 45 钢调质处理由公式 3nPcd其中,根据轴的材料取 c=118,P 为各轴的输入功率,n 为各轴的相应计算转速。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 8以轴上的齿轮为依据进行计算1 闭式软齿面齿轮传动,
18、小齿轮选用 45 钢调质,齿面平均硬度 280HBS;大齿轮选用 45 钢调质,齿面平均硬度240HBS。(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= Slim(2)计算小齿轮分度圆直径:小齿轮转矩:T1=9.55106 =9.55106 =3.48104N mmnP13954.1齿宽系数:载荷系数:节点区域系数:弹性系数:小齿轮计算直径: 3121)(iKddHETZ=3 4223108.)5.89( =48.63mm2 确定几何尺寸: 9P4=1.325KwP5=1.27Kwd2=17mmd3=22.4mmd4=25mmd5=40mm
19、 Hlim1=632.6MPa Hlim2=589MPaSH =1.1 H1=567MPa H2=535MPa东北林业大学课程设计说明书9T1 =3.48104N mm=1dK=1.4ZH=2.5ZE=189.8 MPaZ1=26Z2 =i Z1 =226模数:m=d 1 / Z1 =48.63/26=2.42,取标准模数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。3 校核齿根弯曲疲劳强度 10(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 =(2KT
20、1/bd1m) YFS1 F2 = F1 YFS2 /YFS1 F1 2 齿轮模数符合要求3.4 操纵机构设计 12(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=84滑块高度 h=15滑块偏移量为 a=4.5摆杆长A=90mm Z2=52m=2.5 Flim1=471MPa Fim2 =443MPaSF =1.4东北林业大学课程设计说明书10 F1 =336MPa F2 =316MPaYFS1 =4.05YFS2 =4.00 F1 =158MPa F2=156MPaKA=1.1KFPnt =1.5KV =1.004KF =1.5KFa=1.0YFS
21、=4.24Y=0.57 m=10nc=390r/minZ1=26 FP =612MPamFa1.5L=84mmh=15mma=4.5A=90mm摆杆的摆角为 )(2sinALR操纵机构 2:滑移齿轮 2 的总移动量 L=42滑块高度h=10滑块偏移量为 a=2.5摆杆长 A=50摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离 AL 2/4.8h摆杆的摆角为 )(2sinLR(2) 操纵机构的定位采用钢球定位3.5 链轮设计 13链轮齿数确定:Z 1 取Z2=iZ1 =1.4113链条节距:初定中心距:a 0=40p计算链节数:Lp=( Z1 + Z2 )/2 +2a0/p +(p/a0) (Z2 + Z1 )/
22、2 2计算额定功率:工况系数:小链轮齿数系数:东北林业大学课程设计说明书11链长系数:多排链系数: PLZAK0链节距:取 20A实际中心距:分度212121 )(8)()(4 ZZLpZLpa 圆直径: Zdo80sin齿顶圆直径:齿根圆直径:齿侧凸缘直径:其他尺寸参见机械零件设计手册=50 oL=42mmh=10mma=2.5mmA=50mm=40 oZ1=13Z2=17p=38.1Lp=95mmKA=1.0KZ=0.66KL=0.987KP=1P0=2.48Kwp=31.75mma=1270mmd=152mmda=162mmdf=140mmdg=130mm4 主要零件校核4.1 轴承的选
23、择与校核14各轴都选择深沟球轴承,采用的轴承代号如下:轴:6404 轴:6205 轴:6205 轴:6208以轴为依据进行计算:选择 6404 系列 该轴上的齿轮分度圆直径为:d 1=65mm传递功率 P=1.4Kw 转速 n=390r/min转距: 东北林业大学课程设计说明书129.551061.4/390=3.43104NmmnPT6105.9Fa=2T1/d1=1055NFr=Fatg=1055tg20 0=506.6N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 2rtPF=345832h)(601pthfCnL其中 C=22.410 3N ft=1.0 fp=1.5 =
24、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=2T 1/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:F AH=FBH=Ft/2水平面弯矩:M CH= FAH L1垂直面支反力:F BV= FrL1/LFAV=FBV- FrT1=3.43104NmmFa=1392NFr=506.6NFp=740.66NLh=345832hd1 =50mmT
25、1=3.57105 NmmFt=1.43104 NFr=0.52104 NFn=1.52104NFAH=FBH=0.715104N(L1=44.2mm)MCH =1.539106 NmmFBV=298N(L=442mm)FAV=-2062NMCV=-97945NmmMCV=97893Nmm合成弯矩:东北林业大学课程设计说明书132CVHCM2 CVH转矩计算:T= Ftd/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,此处绘图略。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)(aTMCe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
26、度 b=650MPa对称循环的许用弯曲应力 -1w=60MPa由公式 得31.0Wed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(40mm) ,故轴的强度符合要求。MC=1.824105NmmMC=1.824105NmmT=2.43105NmmMe=2.335105NmmMe=1.824105Nmmd33.89mmd35.25mm5 润滑 15齿轮采用齿轮溅油润滑,依靠轴和轴上的大齿轮浸油,来润滑各个齿轮。东北林业大学课程设计说明书13滚动轴承采用润滑脂润滑,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。6 总结
27、通过三个多星期的机械课程设计,明白了许多设计过程的细节性问题。首先,在课程设计的初始阶段我们遇到了很多问题,例如对零件设计与计算,其中应用诸多公式及东北林业大学课程设计说明书14定理这些都是要靠我们自己自学,尤其是方案比较,结构分析,CAD 辅助机械制图这些都是我们无从下手的问题,通过自己的努力和同学的帮助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,获得了宝贵的经验。本次课程设计是本科教学期间的一次实践教学环节,也是对我们自己的一次既严格又全面的综合素质考察。在整个课程设计的过程中,我们运用所学知识独立地进行思考与工作,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
28、料、分析问题和解决问题的能力。同时,指导老师也认真负责,审阅及时,指导耐心,对我们有很大的帮助。 东北林业大学课程设计说明书15参考文献:1 花军主编.现代木工机床设计.哈尔滨:东北林业大学出版社,2004.102 南京林业大学主编.木工机械.北京:中国林业出版社,1987.123 宋宝玉主编.机械设计基础.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002.84 林晓新主编.工程制图.北京:机械工业出版社,2001.75 任金泉主编.机械设计课程设计.西安:西安交通大学出版社,2002.126 吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京:高等教育出版社,2003.117 齐玉来 韩群生主编. 机械制图. 天津:
29、天津大学出版社 2004.98 蔡春源主编.简明机械零件手册D.北京:冶金工业出版社,1996.39 王大康 卢颂峰主编.机械设计课程设计D.北京:北京工业大学出版社,2000.210 黄劲枝主编.机械设计基础.北京:机械工业出版社,2001.711 涂发越主编.机械零件制造结构设计手册D.南京:广西科学技术出版社,2002.512 朱龙根主编.简明机械零件设计手册D.北京:机械工业出版社,1997.1113 徐灏主编.机械设计手册 第四卷D.北京:机械工业出版社,1998.314 张桂芳主编.机械设计便览D.天津:天津科学技术出版社,198615 吴宗泽 罗圣国主编.机械设计课程设计手册D.北京:高等教育出版社 1992.5