资源描述
宁课程设计(论文)直径400mm普通车床主轴箱设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日5摘 要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以变速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，用齿轮齿数的设计方法是试算，凑算法，计算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，绘制零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。关键词 分级变速；传动系统设计,传动副，结构网，结构式，齿轮模数，传动比全套图纸加153893706目 录摘 要2目 录4第1章 绪论71.1 课程设计的目的71.2课程设计的内容71.2.1 理论分析与设计计算71.2.2 图样技术设计71.2.3编制技术文件71.3 课程设计题目、主要技术参数和技术要求71.3.1课程设计题目和主要技术参数71.3.2技术要求8第2章 运动设计92.1运动参数及转速图的确定92.1.1 转速范围92.1.2 转速数列92.1.3确定结构式102.1.4确定结构网102.1.5绘制转速图和传动系统图112.2 确定各变速组此论传动副齿数13第3章 动力计算153.1 带传动设计153.1.1计算设计功率Pd153.1.2选择带型163.1.3验证带速并确定带轮的基准直径163.1.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角173.1.5确定带的根数z183.1.6确定带轮的结构和尺寸183.1.7确定带的张紧装置183.1.8计算压轴力183.2 计算转速的计算203.3 齿轮模数计算及验算213.4 主轴合理跨距的计算25第4章 主要零部件的选择264.1电动机的选择264.2 轴承的选择264.3变速操纵机构的选择27第5章 校核275.1 轴的校核275.2 轴承寿命校核29第6章 结构设计及说明306.1 结构设计的内容、技术要求和方案306.2 展开图及其布置30结 论31参考文献31致 谢32 第1章 绪论1.1 课程设计的目的课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。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。1.2课程设计的内容课程设计内容由理论分析与设计计算、图样技术设计和技术文件编制三部分组成。1.2.1 理论分析与设计计算（1）机械系统的方案设计。设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。（2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。（3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。1.2.2 图样技术设计（1）选择系统中的主要机件。（2）工程技术图样的设计与绘制。1.2.3编制技术文件（1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。（2）编制设计计算说明书。1.3 课程设计题目、主要技术参数和技术要求1.3.1课程设计题目和主要技术参数（1）机床的类型、用途及主要参数工件最大回转直径D(mm)正转最高转速nmax( )正转最低转速nmin( )电机参数公比400170037.54/14401.41（2） 工件材料：45号钢；刀具材料：硬质合金 （3）设计部件名称：主轴箱1.3.2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。7第2章 运动设计2.1运动参数及转速图的确定2.1.1 转速范围（1）机床的类型、用途及主要参数工件最大回转直径D(mm)正转最高转速nmax( )正转最低转速nmin( )电机参数公比400170037.54/14401.41（3） 工件材料：45号钢；刀具材料：硬质合金 （3）设计部件名称：主轴箱3）设计部件名称：主轴箱 =44.4 ， ,=1.41 Z=12 满足题目要求(公比1.41，Z=12, 电机功率4KW，最低转速31.5 r/min，最高转速1400r/min)。2.1.2 转速数列转速数列。查表 2-9标准数列表，首先找到31.5r/min、然后每隔5个数取一个值（1.41=1.066），得出主轴的转速数列为根据机械制造装备设计查表标准数列即可得到公比为1.41的数列：37.5，53，75，106，150，212，300，425，600，850，1180，17002.1.3确定结构式对于Z=12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：1234 124312322 12232 1222312=232。在上列两行方案中，第一行的方案有时可以节省一根传动轴，缺点是有一个传动组内有四个传动副。如用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，操纵机构必须互锁以防止两个双联滑移齿轮同时啮合，所以少用。根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案12322是可取的。但是，由于主轴换向采用双向离合器结构，致使轴尺寸加大，此方案也不宜采用，而应选用方案12232。2.1.4确定结构网12=232的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有以下6种形式： A、12=213226 B、12=213422 C、12 =233126 D、12=263123 E、12=223421 F、12=263221根据“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,结构紧凑的原则,选取传动方案 Z=233126,易知第二扩大组的变速范围r=(P3-1)x=1.264=3.958 满足要求，其结构网如图2-1。 Z=2331262.1.5绘制转速图和传动系统图（1）选择电动机：采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（2）绘制转速图：（3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图2-3：1-2轴最小中心距：A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D) 轴最小齿数和:Szmin(Zmax+2+D/m) 图2-3 主传动系统图2.2 确定各变速组此论传动副齿数(1)Sz100-120,中型机床Sz=70-100(2)直齿圆柱齿轮Zmin18-20,m4（7）齿轮齿数的确定。变速组内取模数相等，据设计要求Zmin1820,齿数和Sz100120，由表4.1，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表2-2。 表2-2 齿轮齿数传动比基本组第一扩大组1:11:2.81：11:1.411：2代号ZZZZZZZZZ5Z5齿数4444 2365 454537533060第二扩大组2：11：4ZZZ7Z63321976第3章 动力计算3.1 带传动设计输出功率P=4kW,转速n1=1440r/min,n2=850r/min3.1.1计算设计功率Pd表3-3 工作情况系数工作机原动机类类一天工作时间/h10161016载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（）；离心式压缩机；轻型运输机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查机械设计P296表4，取KA1.1。即3.1.2选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械设计P297图1311选取。图3-2根据算出的Pd4.4kW及小带轮转速n11440r/min ，查图得：d d=80100可知应选取A型V带。3.1.3验证带速并确定带轮的基准直径由机械设计P298表137查得，小带轮基准直径为80100mm则取dd1= 100mm ddmin.=75 mm（dd1根据P295表13-4查得）表3-4 V带带轮最小基准直径槽型YZABCDE205075125200355500由机械设计查“V带轮的基准直径”，得=170mm 误差验算传动比： （为弹性滑动率）误差 符合要求 带速 满足5m/sv300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料：选用灰铸铁，HT200。3.1.7确定带的张紧装置 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。3.1.8计算压轴力 由机械设计P303表1312查得，A型带的初拉力F0123.31N，上面已得到=165.17o，z=3，则对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小, 带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角 为32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表3-7 普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）项目 符号 槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基准线下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.1 槽间距 e 8 0.3 12 0.3 15 0.3 19 0.4 25.5 0.5 37 0.6 44.5 0.7 第一槽对称面至端面的距离 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 带轮宽 B B =( z -1) e + 2 f z 轮槽数 外径 d a 轮 槽 角 32 对应的基准直径 d d 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 - 80 118 190 315 475 600 极限偏差 1 0.5 V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式： （1） 实心带轮：用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时)，如图3-2a。 （2） 腹板带轮：用于中小尺寸的带轮(dd 300mm 时)，如图3-2b。 （3） 孔板带轮：用于尺寸较大的带轮(ddd) 100 mm 时)，如图3-3c 。 （4） 椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd 500mm 时)，如图3-3d。（a） （b） （c） （d）图3-3 带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（a）,大带轮选择腹板带轮如图（b）3.2 计算转速的计算（1）主轴的计算转速nj，由公式n=n得，主轴的计算转速nj=105r/min，取106r/min。 (2). 传动轴的计算转速 在转速图上，轴在最低转速90r/min时经过传动组传动副，。这个转速高于主轴计算转速，在恒功率区间内，因此轴的最低转速为该轴的计算转速即nj=335min,轴计算转速为=335 r/min（2）确定各传动轴的计算转速 由机械设计知识可知，一对啮合齿轮只需要校核危险的小齿轮，因此只需求出危险小齿轮的计算转速这转速都在恒功率区间内，即都要求传递最大功率所以齿轮Z38的计算转速为这3转速的最小值即=710/min各计算转速入表3-1。表3-1 各轴计算转速轴 号 轴 轴 轴计算转速 r/min 710710335（3） 确定齿轮副的计算转速。齿轮装在主轴其中只有90r/min传递全功率，故Zj=90r/min。依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表3-2。 表3-2 齿轮副计算转速序号ZZZZn710710335903.3 齿轮模数计算及验算模数计算，一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即mj=16338可得各组的模数，如表3-3所示。45号钢整体淬火， 按接触疲劳计算齿轮模数m 1轴由公式mj=16338可得mj=2.34mm，取m=2.5mm2轴由公式mj=16338可得mj=2.31mm，取m=2.5mm3轴由公式mj=16338可得mj=2.86mm，取m=3mm由于一般同一变速组内的齿轮尽量取同一模数，所以为了统一和方便如下取：表3-3 模数组号基本组第一扩大组第二扩大组模数 mm 2.52.53（2）基本组齿轮计算。 基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮Z1Z1 Z2Z2齿数44442365分度圆直径11011057.5162.5齿顶圆直径11511562.5167.5齿根圆直径103.75103.7551.25156.25 齿宽17171717按基本组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。计算如下： 齿面接触疲劳强度计算： 接触应力验算公式为 弯曲应力验算公式为： 式中 N-传递的额定功率（kW），这里取N为电动机功率; -计算转速（r/min）.; m-初算的齿轮模数（mm） B-齿宽（mm） z-小齿轮齿数; u-小齿轮齿数与大齿轮齿数之比 -寿命系数； = -工作期限系数； T-齿轮工作期限，这里取T=15000h.; -齿轮的最低转速（r/min） -基准循环次数，接触载荷取=，弯曲载荷取= m-疲劳曲线指数，接触载荷取m=3；弯曲载荷取m=6; -转速变化系数，查【5】2上，取=0.60 -功率利用系数，查【5】2上，取=0.78 -材料强化系数，查【5】2上， =0.60 -工作状况系数，取=1.1 -动载荷系数，查【5】2上，取=1 -齿向载荷分布系数，查【5】2上，=1 Y-齿形系数，查【5】2上，Y=0.386；-许用接触应力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa；-许用弯曲应力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；根据上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa =78 Mpa（3）第一扩大组齿轮计算。 第一扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮Z3Z3Z4Z4Z5Z5齿数454537473060分度圆直径112.5112.592.5117.575150齿顶圆直径117.5117.597.5122.580155齿根圆直径106.25106.2586.25111.2568.75143.75齿宽242424242424按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。 同理根据基本组的计算，查文献【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，=1，=1，m=3，=355；可求得：=619 Mpa =135Mpa （3）第二扩大组齿轮计算。 第二扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮Z6Z6Z7Z7齿数633219 76分度圆直径1899657228齿顶圆直径19510263234齿根圆直径181.588.549.5220.5齿宽24242424按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。 同理根据基本组的计算，查文献【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，=1，=1，m=3，=355；可求得：=619 Mpa =135Mpa 3.4 主轴合理跨距的计算由于电动机功率P=4KW，根据【1】表3.20，前轴径应为6090mm。初步选取d1=80mm。后轴径的d2=（0.70.9）d1，取d2=60mm。根据设计方案，前轴承为NN3016K型，后轴承为圆锥滚子轴承。定悬伸量a=120mm，主轴孔径为30mm。轴承刚度，主轴最大输出转矩T=9550=9550=583.6N.m假设该机床为车床的最大加工直径为400mm。床身上最常用的最大加工直径，即经济加工直径约为最大回转直径的50%，这里取60%，即180mm，故半径为0.09m；切削力（沿y轴） Fc=6484.6N背向力（沿x轴） Fp=0.5 Fc=3242N总作用力 F=5272.65N此力作用于工件上，主轴端受力为F=5272.65N。先假设l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分别为RA=F=5272.65=7908.97NRB=F=5272.65=2636.325N根据 文献【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的刚度：KA= 1689.69 N/ ；KB= 785.57 N/；=2.15 主轴的当量外径de=(80+60)/2=70mm，故惯性矩为 I=113.810-8m4 =0.14查【1】图3-38 得 =2.0，与原假设接近，所以最佳跨距=1202.0=240mm合理跨距为（0.75-1.5），取合理跨距l=360mm。 根据结构的需要，主轴的实际跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主轴的刚度，增大轴径：前轴径D=100mm，后轴径d=80mm。前轴承采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用背对背安装的角接触球轴承。第4章 主要零部件的选择 4.1电动机的选择转速n1440r/min，功率P5.5kW选用Y系列三相异步电动机 4.2 轴承的选择I轴：与带轮靠近段安装双列角接触球轴承代号7007C 另一安装深沟球轴承6012II轴：对称布置深沟球轴承6009III轴：后端安装双列角接触球轴承代号7015C 另一安装端角接触球轴承代号7010C中间布置角接触球轴承代号7012C4.3变速操纵机构的选择选用左右摆动的操纵杆使其通过杆的推力来控制II轴上的三联滑移齿轮和二联滑移齿轮。第5章 校核5.1 轴的校核（a） 主轴的前端部挠度（b） 主轴在前轴承处的倾角（c） 在安装齿轮处的倾角E取为，由于小齿轮的传动力大，这里以小齿轮来进行计算将其分解为垂直分力和水平分力由公式可得主轴载荷图如下所示：由上图可知如下数据：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm计算（在垂直平面）,，计算（在水平面）,，合成：5.2 轴承寿命校核
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