课程设计普通车床主轴变速箱设计

课 程 设 计 课程名称 机械设备制造基础 专业、班级 机械本 051 学生姓名 指导教师 日 期 2008.12.22 2008.12.31 - 1 - 课程设计成绩评定表 班级 机械本 051 学号 10 姓名 根师 设计题目：普通车床主轴变速箱设计 个人设计总结： 经过了为期 10 天的课程设计的课程设计。我觉得从中受益匪浅，在设计 过程中，遇到了很多难题，在分析的过程中，让我更深刻地了解了装备设计对 我们学习的重要性，同时也发现了自己的很多不足。通过查询有关手册和询问 老师，最终一一解决，从而收获颇丰。其次在设计的过程中我们捡回了许多以 前的机械知识，尤其是机械制图的应用，让我认识到仅仅了解书本上的东西是 远远不够的，只有在结合自己的实际情况，运用于实践，这样才能更深地了解 和学习好知识。同时我们要不断地向别人学习，尤其要多想老师请教，他们可 以让我们少走很多的弯路，同时也让我们知道很多优秀的设计方法和与众不同 的设计理念。最后就是在设计中我们在规定的时间内独立完成，也为我们今后 独立完成工作作了个铺垫。 成绩评定项目 A B C D E 完成设计任务情况 很好 好 比较好 一般 较差 设计内容 正确 基本正确 个别错误 多处错误 较大错误 图面质量 正确 基本正确 个别错误 多处错误 较大错误 说明书表达情况 （精炼、流畅、书写 工整） 很好 好 比较好 一般 不好 答辩回答问题情况 很好 好 比较好 一般 不好 纪律表现 （出勤、投入、进 度） 很好 好 比较好 一般 不好 最后成绩 优秀 A 5 C 0 良好 A3 C0 中等 B2 C4 及格 A=0 B=0 C3 不及格 A=0 B=0 C2 E1 负责指导教师：（签字） 指导教师：（签字） 注：指导教师签字处由指导教师亲笔签名。 - 2 - 目录 一、运动设 计3 二、动力计 算6 三、主轴组件的计算选取 11 四、主轴校核12 五、参考文献15 - 3 - 一、运动设计 (一) 确定变速级数: (1) 由本小组设计题目可知 公比1min1max i25,60rrn 41. (2) 主轴极限转速变速范围 .4.35inR (3) 主轴转速级数 Z 的确定 由 124.lg51lNRz (4) 转速级数结构式的确定: 1）确定变速组传动副数目： 实现 12 级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合： A12=3*4 B. 12=4*3 C。12=3*2*2 D12=2*3*2 E。12=2*2*3 方案 A、B 可节省一根传动轴。但是，其中一个传动组内有四个变 速传动副，增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。 根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案 C 是可取的。确定变 速组扩大顺序：12=3*2*2 的传动副组合，根据级比指数非陪要“前疏后 密”的原则，应选用第一种方案。然而，对于所设计的机构，将会出现两 个问题： 如果第一变速组采用升速传动（图 1b） ，则轴至主轴间的降速 1 传动只能由后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的极 - 4 - 限值，常常需要增加一个定比降速传动组，使系统结构复杂。这种 传动也不是理想的。 如果采用方案 12 =30*21*22，则可解决上述存在的问题（见图 1c） 。 其结构网如图 2 所示。 图 2 结构网 (5) 由机械工程及其自动化简明设计手册表 2-2 查得,选用额定电压为 4p/kw,满 载转速为 1400r/min.额定转距为 2.2,型号为 Y112M-4 型的电动机. (6) 确定是否需要增加降的定比传动副: 该机床的主传动系统的总降速比 u ，如每一组的最小降速比均65.103 - 5 - 取 0.25，则 3 个变速组的总降速比可达 ，故无需增加一个降速传动。但是，641 为使中间的 2 个变速组降速缓慢，以利于减少变速箱的径向尺寸，故在电动机 轴和 1 轴间增加一对降速的带传动 25 （7）由机械工程及其自动化简明设计手册（2） 查得。可得主轴转速系列为： 35.5，50，71，100，140，200，280，400，560，800，1120，1600。 (二) 转速图 (三) 确定齿轮齿数 1先计算第一扩大组的齿轮的齿数 (1) ua1=1,ua2= 82.1 (2) 查表在 u=2.82 中找出最小齿轮齿数 ,其最小齿数和2maxZ4minzs (3) 查教材表 2.1,同时满足传动比要求的齿数和有 84,88 等. (4) 在具体结构允许的情况下,选用齿数和较少的为宜,取 84zs - 6 - (5).确定各齿轮副齿数 由 u=1 一行找出 Za1=42. Za1=84-42=42 由 u=2.82 一行找出 Za2=22. Za2=84-22=62 2.基本组齿轮齿数 (1). ub1=1,ub2= ,41.21.3bu (2) 查表在 u=2 中找出最小齿轮齿数 ,其最小齿数和maxZ6minzs (3) 查教材表 2.1,同时满足传动比要求的齿数和有 72,84,90 等. (4) 考虑到减速器的尺寸,取 84zs (5).确定各齿轮副齿数 由 u=1 一行找出 Zb1=42. Zb1=84-42=42 由 u=2.82 一行找出 ZB2=35. Zb2=84-35=49 由 u=2.82 一行找出 Zb3=28. Zb3=84-28=56 3.第二扩大组的齿轮齿数 (1).已知 uc1=2. uc2= 41 (2).在 u=3.98 中找出最小齿轮齿数 ,其最小齿数和2maxZ109minzs (3). 查教材表 2.1,同时满足传动比要求的齿数和有 110,114 等. (4). 在具体结构允许的情况下,选用齿数和较少的为宜,取 zs (5).确定各齿轮副齿数. 由 u=2 一行找出 Zc1=37. Zc1=110-37=73. 由 u=3.98 一行中找出 Zc2=22. Zc2=110-22=88. (四) 传动系统图: - 7 - 二、动力计算 （一）传动件的计算 1.传动轴直径 d 的计算. (1)查表 2-4,可得电动机到轴间的传动效率 为 0.97.由设计要求知电动 机额定功率为 4KW. (2)查表 7-11,可得传动轴每米长度上允许的扭角为 0.50 10,取 =0.50. (3)传动轴 IV 的计算转数为 nIV=n1 =(35.5 1.413)r/min=100r/min3 Z (4)又转速图可知,I.II.III 轴的计算转速分别为 800,400,140. (5)计算各传动轴的输出功率 14.096.3.80()brpnkw额 2385gr - 8 - = = =3.51(KW)3prgn2 9.0765.313.7()r kw主 (6)估算传动轴直径 d =91 mm91d4jnp45.083 =91 =91241j4.6m4 =91 =913d41jnp45.03 =91 =9141j4.6m48 (7)修正各转动轴的直径 d1=(-0.07+1)x30=28mm d2=(-0.07+1)x34=32mm d3=(-0.07+1)x44=41mm d4=(0.05+1)x48=51mm (3)计算各传动轴的扭矩 T1=9550 =9550nijP1 ).(5436280.mn T2=9550 =9550ij2 ).(19. T1=9550 =9550nijP3 ).(4231405.mn T1=9550 =9550ij4 ).(87. (二) 设计齿轮模数 1 齿轮模数的估算 (1)由转速图可知 Z=22 和 Z=37 的计算转速为 280 - 9 - (2)齿轮弯曲疲劳强度 mnzpmjdw 27.8043232 (3)齿轮接触疲劳强度 的估算j 齿轮中心距 A=370 npjd63.13 (4)查机械设计基础表 6-1，取齿轮模数为 3mm 2.齿轮模数的验算。 （1）按接触疲劳强度计算齿轮模数 mj 1/查表 7-18.取 m=3,c0=107,n=140 则有 KT= = =2.93mm0c6n315028 2/查表 7-19.取 kn=0.93 3/ 查表 7-1 取 .p 4/ 查表 7-21 取 50q 5/ 87.093.28.93pntsk 6/ 查表 7-17 取6.s .sk 7/ 取 k kwpZMPj .,41,. 121 10m 8/ 查表 7-16 取5.01Zmd04.3k 9/ nupkjjmsj 65.280621737.16)(633231 (2)按弯曲疲劳强度计算齿轮模数 w 1/ 查表 7-23 取齿形系数 408.Y 2/ 查表 7-22 取 220wMP 3/ 7.105.367Tk 4.07.158.093sk 查表 7-17 取 4.sk - 10 - 4/ mn =275 =2.22mm313275wjmsnYzpk3 208140.24.37 (5) 宗上所述,查机械设计基础表 6-1,取齿轮模数为 3mm. (三) 齿轮几何尺寸的计算 齿 名 a1 a1 a2 a2 a3 a3 b1 b1 b2 b2 c1 c1 c2 c2 分度 圆直 径 126 126 105 147 84 168 126 147 66 186 110 219 66 264 齿顶 圆直 径 132 132 111 141 78 174 132 141 72 192 117 225 72 270 齿根 圆直 径 118.5 118. 5 97. 5 139. 5 70. 5 160. 5 118. 5 139. 5 58. 5 178. 5 103. 5 214. 5 58/. 5 256. 5 齿 宽 20 20 21 20 22 20 20 22 22 22 22 20 32 30 (四) 轴承的选取 (五) 带轮的设计计算 (1)确定计算功率 p=4kw,k 为工作情况系数 ,去 K=1.0 PJ=KP=1.0X4.0=4.0KW (2)选择三角带的型号 由 PJ=4.0KW 和 n 额 =1440r/min 查表选择 B 型带 (3)取 D1=125mm,则 D1= 1=180 D2= =225mm0415804型号 d D B T 类型带轮 6014 70 110 20 深沟球轴承一轴 6207 35 72 17 深沟球轴承二轴 30207 35 72 17 18.25 圆锥滚子轴承三轴 30209 45 85 19 20.75 圆锥滚子轴承主轴末端 30211 55 100 21 22.75 圆锥滚子轴承主轴中端 51212 60 95 10 26 推力球轴承主轴前端 NN3018 90 140 37 双列圆柱滚子轴承 - 11 - (4)核算胶带速度 V ,smnDv/4.9601 (6) 初定中心距 A52)(5.10 (7) 计算胶带的长度 3.16045230214.54)()(201210 ADL 取 m80 (8) 核算胶带的弯曲次数 40.1804.9211 1 SSLvU (9) 计算实际中心距 mA9.6235200 圆整取 623m (10)核算小带轮的包角 01201 128.714.30625808 AD (10)确定胶带的根数 1.98.02140cpPZj 取整 Z=3 B mfez 635.2)( e=19 f=12.5 (查机械设计表 8-10) (11)大带轮结构如下图 : - 12 - 225 三、主轴组件的计算选取: (一) I 轴与 IV 轴平键的选取 （1）IV 轴：L=60 bXh=14X9 (2 ) I 轴: L=80 bXh=25X14 (二) 离合器的设计计算: 1.离合器的选用及要求 一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩 M 和额定动扭矩 M 满足工作要j d 求。只需按其结合后的静负载扭矩来选，即 M KM =kX9550XjnjP P离合器需传递的功率，单位为 KW； n 离合器所在的轴的计算转速，单位为 r/min;j 电动机至装离合器的轴的传动效率， M 按离合器传动功率求得的扭矩，单位为 N。Mn K安全系数，一般取 1.5-1.7 M KM =kX9550X =1.6X9550X =70.4jnjP97.083 - 13 - 2.片式摩擦离合器的计算 1）决定外摩擦片的内径 轴装式：D =d+（26） =51+4=55mm1 2）选定系数 值 确定内摩擦片外径 D ,单位为 mm；系数 =0.550.77，通常取 0.72 D = D / =55/0.7=7921 3)计算摩擦面中径 D 及摩擦面平均线速度 Vp p 4）计算摩擦面对数 Z =0 zmvnKfM)(1023 式中 f摩擦片的摩擦因数，查表 7-13 p许用压强，单位为 MPa，查表 7-13 D ，D 内 外摩擦片的外径和内径,单位为 mm21 速度修正系数,结合次数修正系数.KmV 摩擦面对数修正系数，查表 7-14Z 安全系数。 离合器需要传递的扭矩，单位为 N.m。nM （5）确定摩擦片片数: Z = =0 zmvnKDpf)(1023 1384.06.)579(3.014123 总片数= +1=120 取摩擦片厚度为 2mm 四、主轴校核 （a） 主轴的前端部挠度 =0.0002 430=0.082sy （b） 主轴在前轴承处的倾角 0.1rad容 许 值 轴 承 - 14 - （c） 在安装齿轮处的倾角 0.1rad容 许 值 齿 D = =79mm平 均 658095871070542 E 取为 ，I= （1- ）= （1- ）=768329mm5.1MPa4d064.374 ）（计件 主 N58190.71529.092 3434 ndpFz N6F.,N63.0zxzy 由于小齿轮的传动力大，这里以小齿轮来进行计算 N9401237.0951095244 主主主 主nzmpFQ 将其分解为垂直分力和水平分力 由公式 ,tatanQynQzyF 可得 NFYZ7152,289)(257601392364)063mNlFMlxxyyzz 件件件 （ （ 主轴载荷图如下所示： - 15 - 由上图可知如下数据：a=420mm,b=170mm,l=590mm,c=85mm 计算（在垂直平面） , ,1()6QZFabclyEI2()3ZFcylEI3(23)6zMcylEI07.321sz ， ，()QZabIl齿 (23)6ZlcI齿 2 (3)ZlcI齿 3432110.齿齿齿齿 z ， ，()6QZFablEI轴 承 zFclEI轴 承 23ZMlI轴 承4321 105.轴 承轴 承轴 承轴 承 z 计算（在水平面） , ,1()6QyFabclEI2()yFclEI3()(23)6yxclEI015.32sy ， ，()QabIl齿 1 (23)6ylcI齿 2()(3yxMlcI齿 30.532齿齿齿齿 y - 16 - ， ，()6QyFablEI轴 承 1 3yFclEI轴 承 2()3yxMlEI轴 承0.6572y轴 承轴 承轴 承轴 承 合成： 01.7.03.1.222yzsyszs轴 承轴 承轴 承 齿齿齿 五、参考文献 【1】机械工程及自动化简明设计手册（上册第一版） 叶伟昌主编。 北京： 机械工业出版社，2001 【2】机械工程及自动化简明设计手册（上册第二版） 叶伟昌主编。 北京： 机械工业出版社，2001 【3】机械制造装备设计课程设计 陈立德主编。 北京：高等教育出版社， 2007 【4】机械设计课程设计 王大康 卢颂峰主编。 北京：北京工业大学出版 社，2000 【5】机械制图 何铭新 钱可强主编。 北京：高等教育出版社，2004 【6】机械设计（第七版） 濮良贵 纪名刚主编. 北京: 高等教育出版社, 2001