1、四级变速箱设计说明书MB106A进给系统四级变速装置设计1 概述设计目的和内容（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
2、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。 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
3、。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
4、。（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。 设计的任务 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
5、行系统的设计与计算。 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 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
6、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，并进行较精确的验算，验算指定的零件及其
7、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
8、级变速，选用滑移齿轮变速机构1,2,3。 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=，取；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：=, h=,=,x=,e=3mm,b=600mm7端向切削时的单位切削力：=12纵向
9、切削时的单位切削力:=12单位切削力=12切削功率P=FXv/1000kW= kW12所以选用电机型号4：Y100L-6， 额定功率：， 同步转速：1000r/min，满载转速：940r/min的电机 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=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“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 =min，总传动比为：I总
10、= 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：转速图各级转速分配如下：i1=，I2=, i3=, i4=，I5=，i6= 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2
11、Z0求主动轮齿数求被动轮齿数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 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3 主要零件的设计计算 带传动设计已知：电动机功率P=,转速n1=940r/min,变速器输入轴转速n2=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
12、系数 设计功率 Pd =KA P= 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/ 传动比 i=d/d=224/100(3)确定中心距及V带基准长度 初定中心距 由(d1+d2)a0 2(d1+d2)知 a0648 初定V带基准长度L0=2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0 =V带基准长度传动中心距 aa0+(Ld-L0)/2=450+/2小带轮包角 1=1800-（d2-d1）/a =(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)KakL(5)带轮结构设计
13、 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。 传动轴设计(1)各轴的传递功率闭式圆柱齿轮传动效率：，V带传动效率：，滚动轴承传动效率：， 链传动效率：轴：P2=P1=轴：P3=P223=轴：P4=P323=轴：P5=P423=P (kw)N(r/min)940 (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 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： 齿轮模数计算以轴上的齿轮为依据进行
14、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=+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=106=106=104N mm4小齿轮计算直径：2= =52 确定几何尺寸： 齿数：取Z1=20 Z2 =i Z1 =220模数：m=d1 / Z1 =20=,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 F
15、lim =+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 F2 齿轮模数符合要求 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a 取a=3mmA=60mm摆杆轴线与齿轮轴线之间的距离AL2/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/摆杆的摆角为
16、7(2) 操纵机构的定位 采用钢球定位图四：操纵机构图链轮设计链轮齿数确定：小带轮转速s,Z113 取 Z2=iZ1 =13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：工况系数KA：查表 中等冲击电动机小链轮齿数系数：kz=()链长系数：多排链系数KP：查表 链排数为1链节距：取20A p=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 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：62
17、05 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= 转速n=min转距: 106=104NmmFa=2T1/d1=1236NFr=Fatg=1236tg200=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=103N ft= fp= =3MB106A变速箱用轴承的额定寿命为：h 计算实际使用寿命远大于额定寿命，完全符合要求。 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
18、=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：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
19、直径（25mm），故轴的强度符合要求。5润滑齿轮润滑：v=18060000=s12m/s通用的闭式齿轮传动，其润滑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
20、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。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
21、，感谢老师的精心指导。主要结果KA=Pd=选取A型d1选取 100mm在允许范围选取d2=224mmi=a0=450mm取Ld=1400mma=442mm1=P1=P1=Ka=KL=取Z=2B=37mmP2=P3=P4=P5=轴径增大5%根据结果查标准取得：d2=25mmd3=25mmd4=30mmHlim1=589MPa Hlim2=554MPaSH =H1=535MPa H2=504MPaT1 =104N mm齿宽系数：=1载荷系数：K=节点区域系数：ZH=弹性系数：ZE=Z2=40m=d1=50mmd2=100mmFlim1=443MPaFim2 =415MPaSF =F1 =316MP
22、aF2 =296MPaYFS1 =YFS2 =F1 =140MPaF2=138MPaKA=KFPnt =KV =KF =KFa=YFS=Y=m=10nc=395r/minZ1=20FP =612MPamFa=4mmL=64mmh=15mm=62L=64mmh=10mma=A=86mm=59Z1=13Z2=27查图表p=a0=1016mmLp=KA=KZ=KL=KP=1P0=p=a=d=132mmda=142mmdf=120mmT1=104NmmFa=1236NFr=Fp=Lh=d1 =50mmT1=104NmmFt=103 NFr= NFn=103NFAH=FBH=618N(L1=82mm)M
23、CH =5.104NmmFBV=234NFAV=(L=298mm)(L2=216mm)MCV=-1.104NmmMCV=5.104NmmMC=104NmmMC=104NmmT=104Nmm()Me=104Nmmd23mmd24mm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， 2 李秀珍 曲玉峰主编. 机械设计基础.北京：机械工业出版社，20053 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，4 吴宗泽主编. 机械设计实用手册. 北京：高等教育出版社，5 机械设计手册编委会编著. 机械设计手册-3版. 北京：机械工业出版社，6 孙开元 许夏芬主编. 机械制图与工差测量速查手册. 北京：化工工业出版社，7 成大先主编. 机械设计手册. 单行本. 联接与紧固. 北京：化工工业出版社，8 成大先主编. 机械设计手册. 单行本. 机械传动. 北京：化工工业出版社，9 机械设计手册编委会编著. 机械设计手册. 单行本. 减速器和变速器. 北京：机械工业出版社，10 机械设计手册编委会编著. 机械设计手册. 单行本. 滚动轴承. 北京：机械工业出版社，
