我的机床设计

机械制作装备设计之课程设计说明书 系别：机械工程系学号：8专业：机械制造与自动化名字：吴建颖 目录第一章 课程设计任务书2第二章 机床的主要参数的确定3第三章 主传动系统的拟定6第四章 传动系统图和转速图10第五章 齿轮的传动设计11第六章 轴的设计15第七章 带传动设计17第八章 轴承的选择19第九章 箱体的结构设计20第十章 润滑与密封22第十一章 设计优缺点、存在问题23第十二章 课程设计小结23第十三章 参考文献资料24第一章 机械制造装备设计课程设计任务书一、设计题目：设计一台加工直径最大范围是320的普通车床的主传动系统。主要技术参数1、转速范围： N=4018002、转速级数： Z=123、电动机功率： P=4KW 被加工零件的材料： 钢、 铸铁 刀具材料： 高速钢、硬质合金二、设计要求1、运动设计：确定公比 ，拟定转速图、绘制传动系统图、计算齿轮齿数。2、动力设计：确定各传动件的计算转速、对主要零件进行计算（初算和验算）。3、绘制图纸：主轴箱展开图1张（A1）.4、编制设计说明书。*车床用途* CA6132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。第二章 机床的主参数和其他主要技术要求主参数和基本参数主参数机床主参数系列通常是等比数列。普通车床和升降台铣床的主参数均采用公比为1.41的数列，该系列符合国际ISO标准中的优先系列。普通车床的主参数D的系列是：250、320、400、500、630、800、1000、1250mm。普通车床的基本参数1.刀架上最大工件回转直径（）由于刀架组件刚性一般较弱，为了提高生产效率，我国作为参数标准的值，基本上取,这样给设计留一定的余地，在刀架刚度允许的条件下能保证使用要求，可以取较大的值。所以查参考文献【一】（表2）得=160。2.主轴通孔直径d 普通车床主轴通孔径主要用于棒料加工。在机床结构允许的条件下，通孔直径尽量取大些。参数标准规定了通孔直径d的最小值。所以由参考文献一（表2）d=36mm。3.主轴头号根据机床主参数值大小采用不同号数的主轴头（415号），号值数等于法兰直径的1/25.4而取其整数值。所以由参考文献【一】（表2）可知主轴头号取4.54.装刀基面至主轴中心距离h()为了使用户，提高刀具的标准化程度，根据机械工业部成都工具研究所的刀具杆标准，规定了h=22。5.最大工件长度L （）最大工件长度L是指尾座在床身处于最后位置，尾座顶尖套退入尾座孔内时容纳的工件长度。为了有利组织生产，采用分段等差的长度数列。所以由参考文献【一】（表2）得L=900。2、运动参数 1） 公比的确定 主轴极限转速的确定后，根据机床的使用性能和结构要求，选择主轴转速数列的公比值，根据极限转速，按参考文献【一】中表21选出标准转速数列公比=1.41。 2） 主轴转速级数的确定 按任务书要求Z=12 由于十二级变速属于中小型机床，标准公比选取，因为1.41=.首先找到40，然后每跳过5个数取一个数，即可得到公比为的数列：40，56，80，112，160，224，315，450，630，900，1250，1800.3、动力参数动力参数包括机床驱动的各种电动机的功率转矩。因为机床各传动件的结构参数(轴或丝杠直径、齿轮或涡轮的数、传动带的类型及根等)都是根据动力参数设计计算的。主传动电动机功率的确定 电动机的额定功率为： = （取k=1.0） 所以， =由设计要求知，加工直径最大范围是320的普通车床常选用同步转速为r/min或r/min的电动机作为原动机。则由机械设计基础课程设计指导中表2-1、表2-3、表2-4知，应选取Y112M-4型号电动机。电动机型号额定功率/kw电动机转速（r/min）总传动比同步转速满载转速Y112M-44kw150014401.6第三章 主传动系统设计1. 主传动系统的传动方式采用集中传动方式2. 计算传动比如下： 第一变速组（），有三对齿轮组成，其传动比如下： = 1 =1/=0.71 =1/=0.5 第二变速组（），有两对齿轮组成，其传动比如下： =1 =1/=0.36 第二变速组（），有两对齿轮组成，其传动比如下： =1.99 =0.252. 结构式 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，因此取确定结构式方案。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 ；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。在主传动链任一传动组的最大变速范围。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小。 *卧式车床主变传动系统图和转速图的拟定*1.确定变速组的数目和各变速组中传动副的数目该机床的变速范围较大，必须经过较长的传动链减速才能把电动机的转速降到主轴所需的转速，通常采用p=2或3，因此，共需三个变速组。2.确定不同传动副数的各变速组的排列顺序。根据“前多后少”的原则，选择的方案。3.确定变速组的扩大顺序。根据“前密后疏”原则，选择 的结构式。4.验算变速组的变速范围。最后扩大组的变速范围，在允许的变速范围内。（最后扩大组的变速范围限制在5.计算各轴转速 由于公比=1.41是标准公比，转速范围是N=401800 r/min，转速级数Z=12，因此转速数列可从文献（1）表2-6中直接查出，各轴标准转速如下：轴号转速 （r/min）I900II900, 630, 450III900, 630, 450, 315, 224, 160IV1800, 1250, 900, 630, 450, 315, 224, 160, 112, 80, 56, 40 6.计算各轴的输入功率及输出转矩电动机额定功率p=4kw，电机及各轴的传动效率都取=0.96。由公式、 得：轴号输出功率 （kw）最大输出转矩 （NM）I3.8340.7II3.6876.4III3.53208.9IV3.40811.77. 齿轮齿数的确定为了便于设计和制造，主传动系统中所采用的齿轮模数的种类尽可能少一些。在同一变速组内一般都采用相同的模数，这是因为各齿轮副的速度变化不大，受力情况差别不大当各对齿轮模数相同时，且不采用变位齿轮的齿数和也必然相等。参考文献【一】表2-2中横行表示一对齿轮的齿数和，纵列表示一对齿轮的传动比，表中间的数值表示一对齿轮副的小齿轮齿数。当时，表示升速传动，所以小齿轮为从动轮。当时，表示降速传动，所以小齿轮为主动轮，这是要用传动比的倒数查表。查出小齿轮的齿数后，将齿数和减去小齿轮的齿数。表中空白格，表示没有合适的齿数采用查表法确定齿轮齿数：据参考文献【一】表2-2确定齿轮齿数如下：轴轴-轴-轴各齿轮齿数Z1=36Z2=24Z3=30Z4=34Z5=18Z6=60Z7=18Z1=36Z2=48Z3=42Z4=34Z5=50Z6=30Z7=72第四章 传动系统图和转速图根据数据绘制出两图如上，上图为卧式车床变速传动系统图 下图为转速图第五章 齿轮的传动设计1.各速组齿轮的结构尺寸： 第一变速组齿轮结构尺寸的计算：电动机功率，V带效率为,轴承(对)效率为传递功率，主动轮转速n1=625r/min，最大传动比2，载荷平稳，单向回转，单班制工作，工作期限10年，每年按300天计，原动机为电动机。1.材料、热处理方法。可选一般齿轮材料如下：小齿轮选用45号钢，调制处理，；大齿轮选用45号钢，正火处理，硬质差40,在规定的3050范围内。2.选择精度等级。减速器为一般齿轮传动，估计圆周速度不大于6，根据参考文献【二】中的表8-4，初选7 级精度。 3. 按齿面接触疲劳强度设计齿轮，齿轮承载能力应由齿面接触疲劳强度决定。 a) 载荷系数K：查参考文献【二】中表8-5，取K=1.2.b) 转矩：=（）c) 接触疲劳许用应力: 由参考文献【二】的图8-12查得： 950 ，850。接触疲劳寿命系数:由公式N=得 查参考文献【二】的图8-11，得 按一般可靠性要求，查参考文献【二】的表8-8，取=1.1,则 d) 计算小齿轮分度圆直径： 查参考文献【二】中的表8-10，取d=0.4 =107.56mm 取d1=108mm.e) 计算圆周速度： 因，故所取的7级精度合适。 确定主要参数，计算主要几何尺寸1) 齿数：，2) 模数: m=d/z=3 3) 分度圆直径： d1=mxz=3x36=108 d2=mxz=3x36=1084）中心距: a=(d1+d2)/2=108mm 5)齿根圆直径： =3x(36-2-0.25x2)=100.5mm df2=m(Z2-2h-2c)=3x(36-2-0.5)=100.5mm 7）齿宽：b=0.3xd1=31.6 经处理后取b2=30，取b1也为30mm. 按齿根弯曲疲劳强度校核。由参考文献【二】的式（8-5）得出，若则校核合格。（a） 齿形系数：查参考文献【二】的表8-6得： ，（b） 应力修正系数:查参考文献【二】的表8-7得： ，（c） 许用弯曲应力： 由参考文献【二】的图8-8查得，由参考文献【二】的表8-8查得由参考文献【二】的图8-9查得,由参考文献【二】的式8-5可得： 故齿根弯曲疲劳强度校核合格。2、各组齿轮结构尺寸列表如上述方法计算各齿轮结构尺寸，如下表所示：齿轮Z1=36Z1=36Z2=30Z2=42Z3=24Z3=48Z4=34Z4=34Z5=18Z5=50Z6=30Z6=60Z7=18Z7=72模数3 3 3 3 3 3 3分度圆直径1089072102549054108126144102150180216中心距 108108108102102 135 135齿宽3030303030353530303030303535第六章 轴的设计选择主轴的材料 由于主轴承受的扭矩较大并且是空心轴，由文献【二】中的表11-1和表11-3所以选用调质处理，硬度，。在主轴箱的设计中，、轴为光轴，不作特殊要求，这里仅对主轴进行设计和校核。（1）选择主轴的材料 由于主轴承受的扭矩较大并且是空心轴，由文献【二】中的表11-1和表11-3所以选用调质处理，硬度，。（2）按扭矩初算轴的直径 ，齿轮效率，轴承效率，根据文献【二】中式（11-2），并查表11-2，取C=100，则考虑有键槽并且是空心轴故取d=65mm.（3）轴的结构设计 段：d1=60mm 段：d2=64mm 段：采用圆锥滚子轴承结构， d=60mm 段：考虑轴肩取d4=80mm； 轴的总长。（4）验算轴的疲劳强度a) 画出轴的受力简图（a）已知小齿轮， T=xP/n=(nm)求圆周力，径向力b) 画水平面的弯矩图（b）轴承支反力，水平面弯矩c) 画垂直平面弯矩图（C）轴承支反力，垂直面弯矩d) 画合成弯矩图（d）e) 画转矩图（e）f) 画当量弯矩图（f）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取，截面C处的当量弯矩校核危险截面C的强度，该轴强度足够。第七章 带传动设计 已知：电动机功率，转速，传动比i=2.3，每天工作16小时。1、确定计算功率和选择带型号 （1）确定计算功率 由参考文献【二】的表10-4得：Ka=1.3 由参考文献【二】中式（10-10）得：Pc=Ka X p=1.3x4=5.2 kw(2)选择带型号由文献【二】的图10-9得：选用A型V带2、确定带轮基准直径，并验算带速（1） 确定带轮基准直径 由文献【二】的图10-9得，推荐的小带轮基准直径为80100，并按文献【二】中表10-6，考虑带轮直径大对带的工作寿命有利，取=100。则 d2=ixd1=2.3x100=230mm根据文献【二】的表10-6取标准值d2=250mm（2）验算带速 在范围内，合适。3、确定带长和中心距（1） 初定中心距 根据题意取a=700mm（2） 确定V带的基准长度 由文献【二】中公式（10-12）得 Ld0=2a0+#/2(d1+d2)+(d1-d2)x(d1-d2)/4a0=1626.8mm根据文献【二】的表10-2取Ld=2000mm（3） 确定实际中心距根据文献【二】中公式（10-13）得 a=a0+(Ld-Ld0)/2=886.8mm中心距变动范围为862mm935.6mm（4） 验算小带轮包角 由文献【二】中式（10-14）得 ，合适。4、确定V带的根数 由文献【二】中表10-7查取，；从文献【二】中表10-5查取，查表10-2取；由文献【二】中式（10-15）得参照文献【二】中表10-3，取。5、计算V带的预拉力和轴向压力 （1）单根V带的初拉力 由文献【二】中表10-1查得，由式（10-16）得（2） 计算V带作用在轴上的压力由文献【二】中式（10-17）得 第八章 轴承的选择1. 轴：一轴的前后端与箱体外壁配合，配合处传动轴的轴径是30mm，同时一轴也不会承受轴向力故也选用深沟球轴承，型号：6206。 2. 轴：轴径:30mm,采用深沟球轴承，型号：6206。3. 轴：轴径:35mm,采用深沟球轴承, 型号：6207。4. 主轴：主轴是传动系统之中最为关键的部分，因此应该合理的选择轴承。末端轴径: 80mm，从主轴末端到前端依次选择轴承为角接触球轴承，型号：7216c 轴径:60mm,角接触球轴承，型号：7212c。第九章 箱体的结构设计1 、箱体材料 箱体多采用铸造方法获得，也有用钢板焊接而成。铸造箱体常用材料为HT15-33,强度要求较高的箱体用HT20-40，只有热变形要求小的情况下才采用合金铸铁，采用HT20-40。与床身做成一体的箱体材料应根据床身或导轨的要求而定。箱体要进行时效处理。2 、箱体结构1、箱体结构设计要点（1） 根据齿轮传动的中心距、齿顶圆直径、齿宽 等几何尺寸，确定减速器的箱体的内部大小。由中心距确定箱体的长度，由齿顶圆直径确定箱体的高度。由齿宽来确定箱体的宽度。（2） 依据铸造（或焊接）箱体的结构尺寸、工艺要求，确定箱体的结构尺寸，绘制箱体。如箱盖，箱座及螺栓的尺寸。（3） 根据齿轮的转速确定轴承润滑的方法与装置，选择轴承端盖的类型。（4） 附件设计与选择。同时，可以进行轴系的结构设计，选择轴承和联轴器。 箱体的尺寸名称符号尺寸关系箱座壁厚25mm箱盖壁厚12mm箱盖凸缘厚27箱座凸缘厚27箱座底凸缘厚45地脚螺钉数目6轴承旁凸台半径外箱壁至轴承端面距离铸造过渡尺寸X 见“一般标准”中的“铸造过渡斜度”齿轮顶圆与内箱壁距离齿轮端面与内箱壁距离箱盖、箱座肋厚 2、铸造工艺性要求 为了便于铸造以及防止铸件冷却时产生缩孔或裂纹，箱体的结构应有良好的铸造工艺性。3、加工工艺性对结构的要求 由于生产批量和加工方法不同，对零件结构有不同要求，因此设计时要充分注意加工工艺对结构的要求。4、装配工艺对结构的要求 为了更快更省力地装配机器，必须充分注意装配工艺对接否设计的要求。第十章 润滑与密封：1、齿轮的润滑：采用浸油润滑，由于低速级大齿轮的速度为：查课程设计P19表3-3大齿轮浸油深度为六分之一大齿轮半径，所以取浸油深度为30mm。2、轴承的润滑采用飞溅润滑在箱座凸缘面上开设导油沟，并设挡油盘，以防止轴承旁齿轮啮合时，所挤出的热油溅入轴承内部，增加轴承的阻力。3、润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备选用L-AN15润滑油4、密封方式选取：选用凸缘式端盖，易于调整轴承间隙，采用端盖安装毡圈油封实现密封。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承外径决定。第十一章 设计优缺点、存在问题主轴箱采用分离式传动方式，其特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接给或少传给主轴，从而减少对主轴的振动和热变形，有利于提高机床的工作精度。在分离传动式的主轴箱中采用的背轮机构，如下图中27/63X17/58齿轮传动的作用是：当主轴作高速运转时，运动由传动带经齿轮离合器直接传动，主轴传动链接短，使主轴在高速动转时比较平稳，空载损失小；当主轴需作低速动转时，运动则由带轮经背轮机构的两对降速齿轮传动，显著降低转速，达到扩大变速范围的目的。第十二章 课程设计小结这次课程设计的题目终于历时两周完成了，本次课程设计比之前的深入，意味着我们要以更好的心态去完成，因此我的到巩固和深化了课堂理论教学的内容，锻炼和培养了我综合运用所学过的知识和理论的能力，在不懂的时候，请教了老师和同学，使我少走了不少弯路，总之，这次课程设计很有意义。第十三章 参考文献资料 1. 梁伟主编，机械制造装备设计.桂林航专机械工程系.2011 2.梁玮，王斌武主编.金属切削机床课程设计指导书.桂林航专.2008 3.刘孝民，黄卫萍主编.机械设计基础.华南理工大学出版社.2006 4.周开勤主编.机械零件手册（第五版）.高等教育出版社.20015.聂建武主编.金属切削与机床.西安电子科技大学出版社.2006 6. 金大鹰主编.机械制图.机械工业出版社.2001 7.龚溎义主编.机械设计课程设计图册（第三版）.高等教育出版社.1987