12级变速箱的设计

`机械制造装备课程设计题目名称 12级机床变速箱设计专业班级11机制本学生姓名学号***********指导教师王琳机械与电子工程系二○一五年一月六日目录一、设计要求： (3)二、设计目的 (1)三、设计步骤 (1)1.运动设计 (1)1.1已知条件 (1)1.2结构分析式 (2)1.3 绘制转速图 (3)1.4 绘制传动系统图 (6)2.动力设计 (6)3. 带传动设计 (8)4.齿轮传动设计 (10)<1>第一变速组齿轮的结构尺寸 (10)<2>第二变速组齿轮结构尺寸的设计 (14)5、轴的设计 (21)<1>Ⅰ轴的设计计算 (21)<2>Ⅱ轴结构设计 (23)<3>Ⅲ轴结构设计 (26)6、主轴结构设计 (29)7、轴承的校核 (32)<1>Ⅰ轴上的轴承校核 (32)<2>Ⅱ轴上的轴承校核 (32)<3>III轴上的轴承校核 (33)<4>主轴上的轴承校核 (34)7、键的选用和强度校核 (35)<1>Ⅰ轴上的键的选用和强度校核 (35)<2>II轴上的键的选用和强度校核 (35)<3>主轴上的键的选用和强度校核 (36)8、轴承端盖的设计 (37)四、箱体的结构设计 (39)五、润滑与密封 (40)1、润滑设计 (40)2、润滑油的选择 (40)七，参考文献 (41)蚌埠学院机械制造装备课程设计任务书层次：本科专业：11机械设计制造及其自动化本任务书审定日期年月日指导教师（签字）任务书下达日期年月日学生（签字）蚌埠学院本科课程设计评阅表机械与电子工程系2011级机械设计制造及其自动化专业（班级）：班一、设计要求：主电动机的功率4kw ，最高转速1400r/min,最低转速60r/min. 本次设计主要参考（1）规格选用型号 CA6140、规格 Φ400×1000（2）用途CA6140型卧式车床万能性大，适用于加工各种轴类、套筒类、轮盘类零件上的回转表面。

可车削外圆柱面、车削端面、切槽和切断、钻中心孔、钻孔、镗孔、铰孔、车削各种螺纹、车削内外圆锥面、车削特型面、滚花和盘绕弹簧等。

加工范围广、结构复杂、自动化程度不高，所以一般用于单件、小批生产。

二、设计目的通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。

三、设计步骤1.运动设计 1.1已知条件[1]确定转速范围：主轴最小转速m in /60min r n =。

[2]确定公比：331.1=ϕ [3]转速级数：12=z1.2结构分析式⑴ 22312⨯⨯= ⑵ 32212⨯⨯= [3] 23212⨯⨯=从电动机到主轴主要为降速传动，若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足传动副前多后少的原则，因此取22312⨯⨯=方案。

在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比41min ≥i ；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比2m ax ≤i 。

在主传动链任一传动组的最大变速范围()10~8min max max ≤=i i R 。

在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小，根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。

从而确定结构网如下：检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组：82/0.25/u u R min 主max 主max 主===56.5331.1)12(6)1(222===--P X R ϕ 其中331.1=ϕ，62=X ，22=Pmax 2主R R =值，符合要求，其他变速组的变速范围肯定也符合要求。

1.3 绘制转速图（1）选择电动机类型根据已知工作条件和要求，选择一般用途的Y 系列三相鼠笼式异步电动机，卧式封闭结构。

（2）机械传动效率 N ηηηηη⋅⋅⋅⋅⨯⨯=321的效率。

每对轴承和每个连轴器、带或者链传动等）、件传动副（齿轮、涡轮分别为传动装置中每一式中N ηηηη,,,,321⋅⋅⋅⋅根据以上公式可得33421ηηηη⨯⨯= 齿轮的效率分别为带传动、轴承、式中321,,ηηη传动副效率的概略值可按表2-3选取（参考《机械设计基础课程指导》主编林远艳、唐汉坤下面简称文献[1]）级精度）齿轮8(97.0,99.0,96.0321===ηηη于是 842.097.099.096.034=⨯⨯=η（3）电动机所需的输出功率为：ηwd P p =动装置的总效率。

电动机至工作机之间传；，工作机所需要输入功率；电动机工作功率，---ηkW P k w W P d 所以 kW p w 68.3842.04=⨯= （4）确定电动机的型号根据已知条件选择最低转速60r/min ，最高转速1400r/min,功率4kW ，所以选择Y112M-4的Y 系列三相鼠笼式异步电动机（5）分配总降速传动比总降速传动比 0416.01440/60/min ===d n n i又电动机转速min /1440r n d =不符合转速数列标准，因而增加一定比传动副。

<1>确定传动轴轴数传动轴轴数 = 变速组数 + 定比传动副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。

<2>确定各级转速并绘制转速图 由m in /60r n mim = 331.1=ϕz = 12确定各级转速：1400、1060、800、600、450、335、250、190、140、106、80、60r/min 。

在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按传动顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅲ与Ⅳ轴之间的传动组分别设为a 、b 、c 。

现由Ⅳ（主轴）开始，确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的转速：① 先来确定Ⅲ轴的转速传动组c 的变速范围为]10,8[8331.1max 66∈===R ϕ，结合结构式， Ⅲ轴的转速只有一种可能：140、190、250、335、450、600r/min 。

② 确定轴Ⅱ的转速传动组b 的级比指数为3，希望中间轴转速较小，因而为了避免升速，又不致传动比太小，可取8.2/1/131==ϕi b ，1/12=i b 轴Ⅱ的转速确定为：355、450、600r/min 。

③确定轴Ⅰ的转速对于轴Ⅰ，其级比指数为1,可取2/1/121==ϕi a ，331.1/1/12==ϕi a ，1/13=i a 确定轴Ⅰ转速为600r/min 。

由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比60/144600/1440==i 。

下面画出转速图（电动机转速与主轴最高转速相近）。

<3>确定各变速组传动副齿数根据表2-8（《机械制造装备设计》主编关慧贞、冯辛安）查得 ①传动组a:2/1/121==ϕi a ，41.1/1/12==ϕi a ，1/13=i a2/1/121==ϕi a 时：=z S ……57、60、63、66、69、72、75、78……41.1/1/12==ϕi a 时：=z S ……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77…… 1/13=i a 时：=z S ……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……可取=z S 72,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为：24、30、36。

于是48/241=a i ，42/302=a i ，36/363=a i 可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为：48、42、36。

②传动组b:查表8-1, 8.2/1/131==ϕi b ，1/12=i b8.2/1/131==ϕi b 时：=z S ……69、72、73、76、77、80、81、84、87……1/12=i b 时：=z S ……70、72、74、76、78、80、82、84、86……可取 =z S 84，于是可得轴Ⅱ上双联齿轮的齿数分别为：22、42。

于是 62/221=i b ，42/422=i b ，得轴Ⅲ上两齿轮的齿数分别为：62、42。

③传动组c:查表8-1,4/11=i c ,22=c i4/11=i c 时：=z S ……84、85、89、90、94、95……22=c i 时： =z S ……72、75、78、81、84、87、89、90…… 可取 =z S 90.4/11=i c 为降速传动，取轴Ⅲ齿轮齿数为18；22=c i 为升速传动，取轴Ⅳ齿轮齿数为30。

于是得72/181=i c ,30/602=c i得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为18，60； 得轴Ⅳ两齿轮齿数分别为72，30。

1.4 绘制传动系统图根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下系统图：2.动力设计2.1 确定各轴转速⑴确定主轴计算转速由转速图可知：主轴的计算转速是低速第一个三分之一变速范围的最高以转速，即min /90r n V =I⑵各传动轴的计算转速：轴Ⅲ可从主轴90r/min 按72/18的传动副找上去，轴Ⅲ的计算转速 140r/min ；轴Ⅱ的计算转速为335r/min ；轴Ⅰ的计算转速为600r/min 。

[3]各齿轮的计算转速传动组c 中，18/72只需计算z = 18 的齿轮，计算转速为335r/min ；60/30只需计算z = 30的齿轮，计算转速为250r/min ；传动组b 计算z = 22的齿轮，计算转速为335r/min ；传动组a 应计算z = 24的齿轮，计算转速为600r/min 。

[4]核算主轴转速误差min /5.141730/6042/4236/36256/1261440r n =⨯⨯⨯⨯=ϕϕ实 min /1400r n =标%5%25.1%1001400)14005.1417(%100)(<=⨯-=⨯-标标实n n n所以合适。

[5]各轴的功率kW P p d 80.321==I ηηkW P p d 65.33212==I I ηηη kW P p d 51.323132==I I I ηηη kW P p d 37.3341V 32==I ηηη[6]计算各轴的输入转矩)(53.261440495509550m N n P T m d d ⋅=⨯=⨯= )(13.5171099.096.049550955021m N n P T m d ⋅=⨯⨯⨯=⨯=I ηη )(21.9835597.099.096.049550955023212m N n P T md ⋅=⨯⨯⨯⨯=⨯=I I ηηη)(84.26712597.099.096.04955095502323132m N n P T md ⋅=⨯⨯⨯⨯=⨯=I I I ηηη)(23.3579097.099.096.049550955034341V 32m N n P T md ⋅=⨯⨯⨯⨯=⨯=I ηηη3. 带传动设计电动机转速n=1440r/min,传递功率P=3.68kW,传动比i=2.03，两班制， 一天运转16.1小时，工作年数10年。