哈尔滨理工大学
课程设计
题目：分级变速主传动系统设计
院、系：机械动力工程学院
姓名：兰健
指导教师：戴野
系主任：段铁群
2016年9月1日
分级变速主传动系统设计
摘要
设计机床的主传动变速系统时首先利用传动系统设计方法求出理想解和多个合理解。分级变速是指传动链执行件的输出速度（或转速）在一定的范围内分级变化，即在变速范围内输出一组速度值。本设计中分级变速传动系统采用滑移齿轮实现传动变速。根据数控机床主传动系统及主轴功率与转矩特性要求，分析了机电关联分级调速主传动系统的设计原理和方法。从主传动系统结构网入手，通过查询有关工程手册，确定最佳机床主轴功率与转矩特性匹配方案，计算和校核相关运动参数和动力参数。本说明书着重研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法，根据已确定的运动参数并且以主轴箱展开图的总中心距最小为目标，拟定变速系统的变速方案，以获得最优方案以及较高的设计效率。在机床主传动系统中，为减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸，所用齿轮齿数的设计方法是查表法，计算法麻烦且不易找出合理的设计方案。本文通过对主传动系统中三联滑移齿轮传动特点的分析与研究，绘制主要零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。
关键词主传动系统；分级变速；工程手册；展开图；剖视图
目录
摘要 (Ⅰ)
一．课程设计的目的 (1)
二. 课程设计的题目、主要技术参数和技术要求 (2)
三.运动设计 (3)
四.动力计算 (7)
五. 主要零部件的选择 (16)
六.校核 (17)
结束语 (22)
参考文献 (23)
一．课程设计的目的
《机械系统课程设计》课程设计是在学完本课程后，进行的一次综合性练习。通过课程设计，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过课程设计，分析比较机械系统中的某些典型机构，进行选择和改进；结合结构设计，进行设计计算并编写技术文件；完成系统主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。
二．课程设计题目、主要技术参数和技术要求2.1 课程设计题目和主要技术参数
题目26：分级变速主传动系统设计
技术参数：
Nmin=35.5r/min；Nmax=560r/min；
Z=9级；公比为1.41；电动机功率P=3KW；电机转速n=1430r/min 2.2 技术要求
(1). 利用电动机完成换向和制动。
(2). 各滑移齿轮块采用单独操纵机构。
(3). 进给传动系统采用单独电动机驱动。
三．运动设计
3.1 运动参数及转速图的确定
（1）执行轴的转速范围。 Rn=
min max N N =5
.35560
=15.77 （2）确定转速数列。
首先找到35.5r/min 、然后每隔5个数取一个值（1.41=1.066），故得出主轴的转速数列为：
35.5 r/min 、50 r/min 、71 r/min 、100 r/min 、140 r/min 、200 r/min ，280 r/min ，400 r/min ，560r/min 共9级。
（3）确定结构式。
因为Z=9级，根据“前多后少” , “前慢后快” , “前密后疏”,“升2降4”的原则，可分解为：Z=31×33。这种结构式可以使传动组结构紧凑，再设计时不至于使整体结构过大。
（4）确定结构网。
根据“前多后少” , “前慢后快” , “前密后疏”,“升2降4”的原则,选取传动方案Z=31×33,对极限变速范围进行验算，易知第一扩大组的变速范围r 1ϕ
=X 1 (P 1-1)
=1.416
=7.85〈8，符合“升2降4”原则，其 结 构 网 如
图所示。
图1 9=31×33结构网
（5）绘制转速图。
根据“抓两端、连中间”的原则，先从输出轴向前设计，再从输入轴向后设计，最后设计和安排中间部分传动件的传动比，绘制转速图。
①由后向前设计，在第一扩大组中，根据“升2降4”原则有，降速传
动副的传动比i b1=41=441.11=4
1
ϕ,升速传动副的传动比i b2=12=2
1
41.1=2ϕ，即第一扩大组的变速范围r b =12b b i i =4
2/1ϕϕ=6
ϕ。因此Ⅲ轴的3级转速为固定值，分别为140r/min ，200r/min ，280r/min 。
②由前向后设计。先考虑选择电动机。在无特殊性能要求时，多采用Y 系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。根据所需功率选定电动机型号，由手册查得，电动机型号为Y100L 2-4，额定功率3KW ，同步转速n d =1500r/min 。电动机至轴Ⅰ采用皮带传动，由于电动机至轴Ⅰ之间的皮带传动副降速传动比i ≧1/2，如直接从电动机传至轴Ⅰ速度从1430r/min 降至400r/min ，降速传动比i ＞1/2，导致大带轮尺寸过大，不利于机械系统运动与动力的传递。故在轴Ⅰ与轴Ⅱ之间增加一级定比降速传动。故传动轴数为5根轴。
③连接中间环节。并且补充缺少的传动线，标注各传动副的传动比，检查轴号，转速值和单位，绘出完整的转速图。
图2 系统转速图
（6）绘制传动系统图。
根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图：
图3 主传动系统图
（7）齿轮齿数的确定。
变速组内取模数相等，据设计要求Zmi n≥17,以防产生根切现象，并且考虑到套装在轴上的小齿轮齿根圆到其轮毂键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚，以防止轮毂断裂。齿数和Sz≤100～120，通常选用S
=70～100齿。
Z
根据各变速组公比，查表可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表：
