普通机床主传动系统的设计 【 Z＝12，P＝4KW，公比ψ=41】

桂林航天工业学院课程设计说明书 第 1 页 共 24 页 桂林航天工业学院 课程设计任务书 设计题目： 普通机床主传动系统的设计 学生姓名 学号 课程名称 机床课程设计 专业班级 地 点 起止时间 设计内容 1、 确定公比 、拟定转速图、绘制传动系统图 ； 2、计算齿轮齿数 ； 3、确定各传动件的计算转速 ； 4、传动轴系、主轴组件、箱体等的布置和结构设计 ； 5、传动件的计算载荷及其尺寸，验算主要传动件的应力 ； 6、 主轴零件图 1 张（ 齿轮零件图 1张（ 7 主轴箱 装配图 1 张 （ ； 8、设计计算说明书的编写（不少于 20 页） 。 设计参数 详看课程设计任务书（共分 7 组） 设计进度 设计阶段 设计内容 完成阶段设计的参考时间 1 设计准备：确定公比 、 2 拟定转速图、绘制传动系统图 3 计算齿轮齿数 1 天 4 确定各传动件的计算转速 1 天 5 轴 系、 箱体 等 结构设计 1 天 6 主轴箱 装配 图 5 天 7 编写设计计算说明书 1 天 设计成果 1、 绘制 主轴零件图 1 张（ 齿轮零件图 1 张（ 2、 绘制主轴箱 装配 图 1 张（ 纸） ； 2、设计说明书 1 份（不少于 20 页） 参考资料 1、 机械制造 装备设计 2、 机床设计手册 3、 机械零件手册 说明 1 本表应在每次实施前由指导教师填写一式 2 份，审批后所在系（部）和指导教师各留 1 份。 2 多名学生共用一题的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。 3 若填写内容较多可另纸附后。 系（部）分管领导： 教研室主任： 指导教师： 年 月 日桂林航天工业学院课程设计说明书 第 2 页 共 24 页 目 录 一、概 述 .计题目 . 4 计目的 . 4 二、机床规格及相关参数要求 . 4 床规格 . 4 要技术参数 . 4 定极限转速 . 4 电机选择 . 5 第三章 传动设计 . 5 传动方案拟定 . 5 动结构式、结构网的选择 . 5 速图的拟定 . 6 第四章 传动件的估算 . 7 角带传动的计算 . 7 动轴的估算 . 10 五、结构设计 . 11 轴直径的估算 . 11 轴的计算及校核 . 13 轮齿数的确定和模数的计算 . 14 宽的确定 . 19 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 3 页 共 24 页 轮参数 . 20 轮校 验 . 21 承的选择 . 22 承的校验 . 23 心距的计算 . 23 六、总结 . 24 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 4 页 共 24 页 一、概 述 计题目 设计一台普通车床的主传动系统。 计目的 通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。 二、机床规格及相关参数要求 床规格 产品规格： 3320 产品型号 要技术参数 1、转速范围： 28、转速级数： Z 12 3、电动机功率： P 4、公比： 定极限转速 由 1 因为 =林航天工业学院课程设计说明书 第 5 页 共 24 页 得 取4 232r/标准转速 1250 r/电机选择 给定参数电动机的功率为 4此选择 的三相异步电动机，其额定转速为 1440步转速为 50*60/4=1500定转差率 s=（ 15001500=定扭矩 T= M 第三章 传动设计 传动方案拟定 可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中传动型式的主轴变速箱。 动结构式、结构网的选择 结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。 （ 1）确定传动组及各传动组中传动副的数目 级数为 Z 的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有 Z 、Z 、个 传动副。即 321 传动副中由于结构的限制以 2或 3为合适，即变速级数 和 3的因子： ，可以有 3种方案： 12=3 2 2； 12=2 3 2； 12=2 2 3 （ 2）传动式的拟定 12级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速桂林航天工业学院课程设计说明书 第 6 页 共 24 页 箱的具体结构、装置和性能。 主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，最后一个传动组的传动副常选用2。 综上所述，传动式为 12=3 2 2。 （ 3）结构式的拟定 对于 12=2 3 2传 动式，有 6 种结构式和对应的结构网。分别为： 621 23212 613 23212 142 23212 241 23212 316 23212 126 23212 根据主变速传动系统设计的一般原则1 3 61 2 3 2 2 速图的拟定 各级转速可直接从标准转速列表中查出，标准数列表给出了以 =从1为 28就可以每隔 5个数值取出一个数，从而得出： 28r/40 r/56 r/80 r/112 r/60 r/224 r/315 r/450 r/630 r/900 r/1250 r/2级转速。 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 7 页 共 24 页 第四章 传动件的估算 角带传动的计算 三角 带传动中，轴间距 于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。 （ 1）选择三角带的型号 根据公式 4=W) 式中 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 8 页 共 24 页 因此选择 （ 2）确定带轮的计算直径 D ， D 带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带 的寿命，小带轮的直径 D 不宜过小， 即 。查机械设计表 88D =100 由公式 1212 )1( 得 60 3）确定三角带速度 按公式 V= =100 1440/(60 1000)=m/s)， 因为 5m/25 m/以选择合适。 （ 4）初步初定中心距 带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取：根据经验公式 )(2)(1021 即： 100+160） 0A 2（ 100+160） 156 0A 520 取0A=360桂林航天工业学院课程设计说明书 第 9 页 共 24 页 （ 5）三角带的计算基准 长度 L 02122100 422 2*360+ /(100+160)+（ 1602 /4*360=机械设计 整到标准的计算长度 L=1100 6）验算三角带的挠曲次数 1 0 0 0 m 式中 带入数据的 u=40次 /s （ 7）确定实际中心距 A A= 0A +2 0360+（ 2=照机械设计 8中心距的变化范围 393 8）验算小带轮包角 211 D - D 180180 A o 计算出 1=1200, 验算合格。 带根数 Z 得 : 00ca p p k k 传动比 : 44021 , ()=林航天工业学院课程设计说明书 第 10 页 共 24 页 所以取 根 （ 9）计算预紧力 查机械设计表 8q=m 所以 20 Q=) 动轴的估算 传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。 （ 1）主轴的计算转速 主轴的计算转速是低 速第一个三分之一变速范围的最高一级转速： 12 13m i 主轴的计算转速为：12 13m i =40 林航天工业学院课程设计说明书 第 11 页 共 24 页 （ 2）各传动轴的计算转速 轴可从主轴 112 r/8/7的传动副找上去，找到相应的转速为 450r/由于轴的最低转速为 160r/轴的最低转速能通过 0r/15r/能够传递全部功率，所以所以轴计算转速就为 160r/理可得到轴的计算转速 450r/的计算转速为900r/ 各轴的计算转速： 轴 主轴 计算转速 900r/50r/60r/12 r/ 3）核算主轴转速误差 =1440 100/160 36/36 38/38 60/30 = 1800 r/ 1800 r/ |(| 100 % 0 所以合适。 五、结构设计 轴直径的估算 （ 1）各轴直径 4 A m 其中： 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 12 页 共 24 页 该传动轴的计算转速。 计算转速 传动件能传递全部功率的最低转速 。各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定 1轴的直径 m 0 0,1 3900 2轴的直径 m i n/450,12 7450 3轴的直径 m 6 0,23 5160 4主轴的直径 m i n/40,34 040 （ 2）轴的校核 轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核 3 58)1060/(,228,33010200,36:2852922已知 0 0 0 2 163434943222222桂林航天工业学院课程设计说明书 第 13 页 共 24 页 所以合格, 。 轴、轴的校核同上。 轴的计算及校核 （ 1）选择主轴轴颈直径 ,轴承型号和最佳跨距 最大加工直径 400P=用机床设计手册表 ： 前轴颈应为 70初选 5后轴颈 1,取 5取主轴中空孔直径为 2前轴承为 轴承为 根据结构 ,初定悬伸长度 =75据经验，主轴的跨距 L= ，初定 l=350 2）主轴前端位移验算 为了保证机床的加工精度，必须限制主轴悬伸端处的位移不能超过允许值，近似计算中可不计轴承变形的影响。通过计算和实验可知，主轴端部由主轴变形引起的位移占总位移的 50%80%，一般可取 60%。由轴承变形引起的位移占 20%40%。 主轴受力简图如下： 计算公式： 其中 ， 式中： 简化计算为 D=(2)/2=林航天工业学院课程设计说明书 第 14 页 共 24 页 7500=160=350查表 9=50m/f=r 时， ， 查表 9车削外圆式一般取 故： 可以看出，主轴的刚度是合格的。 （ 3）主轴内孔直径的确定 公式 d= 2D 查机械制造装备设计表 3 ，取整 60 （ 4）前锥孔尺寸的确定 查机床设计指导，取莫氏锥孔 6号。 轮齿数的确定和模数的计算 （ 1）齿轮齿数的确定 当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数桂林航天工业学院课程设计说明书 第 15 页 共 24 页 可依据机械设计手册推荐的方法确定。对 于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和 小齿轮的齿数可以从表3械制造装备设计）中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于 18 20。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于 4，以保证滑移齿轮外圆不相碰。 ,轴之间的传动副共有 3对，传动比为 1:1,1:2. 如果采用模数相同的标准齿轮，则三对传动副的齿轮和相同。 查表取 72 可以确定三个传动副的齿数为： A 1:1 传动副 1Z =36 2Z =36 1:3Z=30 2 1:2传动副 4 8 同理可确定轴的齿数和取 84 B 1:1传动副 2 2 1: 2 2 之间的传动副齿数和取 90 C 2:1传动副 0 0 1:4传动副 8 2 （ 2）各齿轮的计算转速 各变速组内一般只计算组内最小齿轮，也是最薄弱的齿轮，故也只需确定最小齿轮的计算转速。 变速组 18/72只需计算 z = 18 的齿轮，计算转速为 450r/ 变速组 z = 20的齿轮，计算转速为 450r/ 变速组 z = 24的齿轮，计算转速为 900r/ (3) 传动系统图的绘制 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 16 页 共 24 页 （ 4）各传动组齿轮模数的确定和校核 模数的确定 各轴功率 电机轴：0 4P ： 轴： 轴： 主轴： m 模数的确定 按弯曲疲劳计算齿轮模数的公式为 按接触疲劳计算齿轮模数的公式为 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 17 页 共 24 页 42 6 7 2 9 5 5 1 0 ； 23 8 9 5 5 1 0 0 . 4 1 816338s i n 4 0 o ； P 为所传递的额定功率（ 为齿轮的计算转速（ r/ m 齿宽系数，m ，取（ 610）本设计取 8m ； 1z 小齿轮的 齿数 i 大齿轮对小齿轮的齿数比 在变动工作量下，材料在弯曲和接触应力状态下的寿命系数，有极限值。 工作状态系数，中等冲击的主传动 1 1 动载荷系数；在机械制造装备设计课程设计指导书中的表 1 齿向载荷分布系数，在机械制造装备设计课程设计指导书中的表 1y 齿形系数，在机械制造装备设计课程设计指导书中的表 1 许用弯曲应力（ 在机械制造装备设计课程设计指导书中的表 1 许用接触应力（ 在机械制造装备设计课程设计指 导书中的表 1 第一变速组 对于 24/48 传动副模数计算 673 1=林航天工业学院课程设计说明书 第 18 页 共 24 页 213)1(16338 模数 m 均大于取 标准值 对于 传动副模数计算 673 1= 213)1(16338 模数 m 均大于取标准值 对于 传动副模数计算 673 1= 213)1(16338 模数 m 均大于取标准值 2m 综上所述 ； 第二变速组 对于 22/62 传动副模数计算 673 1= 213)1(16338 模数 m 均大于取标准值 对于 42/42传动副模数计算 673 1= 213)1(16338 林航天工业学院课程设计说明书 第 19 页 共 24 页 取模数 m 均大于取标准值 3m 综上所述 数 3m ； 第三变速组 对于 传动副模数计算 673 1= 213)1(16338 模数 m 均大于取标准值 4m 对于 传动副模数计算 673 1= 213)1(16338 =模数 m 均大于取标准值 3m 综 上所述 m 宽的确定 由公式 6 1 0 ,m m 为 模 数得： 第一套啮合齿轮 B =(6 10) 5 25二套啮合齿轮 B =(6 10) 3=18 30三套啮合齿轮 B =(6 10) 4=24 40对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，应主动轮比从动轮的齿轮齿宽大。 所以各个齿轮的齿宽为 000林航天工业学院课程设计说明书 第 20 页 共 24 页 5557=2448810=32266轮参数 标准齿轮： *2 0 h 1 c 0 . 2 5 度 ， ， 从机械设计基础中查得以下公式 齿顶圆 2+(= *1 齿根圆 22( *1 分度圆 齿顶高 = 齿根高 +(= * 齿轮的具体值见表 组别 齿轮 齿数 z 模数 m 分度圆d 齿顶圆根高hf 1 24 0 65 30 5 80 36 0 95 48 20 125 42 05 110 36 0 95 7 22 3 66 72 42 3 126 132 62 3 186 192 0 42 3 126 72 组 11 18 4 72 80 62 4 5 12 60 4 240 248 230 4 5 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 21 页 共 24 页 13 72 4 288 296 278 4 5 14 30 4 120 128 110 4 5 其中 8c 组齿轮 112 轮校验 在验算变速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最 大，齿数最小的齿轮进接触 应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮 2，齿轮 7，齿轮 12 这三个齿轮。 （ 1）接触应力公式： 4 12 0 8 8 1 0 v a k k k k m u B n k 查机 械装备设计表 10图 10表 10布得1 . 1 5 , 1 . 2 0 ; 1 . 0 5 , 1 . 2 5H B F B v Ak k k k 假定齿轮工作寿命是 48000h，故应力循环次数为 96 0 6 0 5 0 0 1 4 8 0 0 0 1 . 4 4 1 0hN n j L 次 查机械装备设计图 10 . 9 , 0 . 9F N H ，所以： 23372 1 1 . 1 5 1 . 0 5 1 . 2 5 0 . 9 7 . 5 0 . 9 6 0 . 9 82 0 8 8 1 0 18 1 . 0 2 4 1 0721 8 4 2 1 5 0 018f M P a （ 2）弯曲应力： 521 9 1 1 0 v a k k k m B Y n 查金属切削手册有 Y=入公式求得：机械设计图 10轮的材产选 40 碳 ，大齿轮、小齿轮的硬桂林航天工业学院课程设计说明书 第 22 页 共 24 页 度为 60有 1650f M P a，从图 10出 920w M 。因为： ,f f w w ，故满足要求，另外两齿轮计算方法如上，均符合要求。 承的选择 考虑机械效率 主轴最大输出转距 6190 床身上最大加工直径约为最大回转直径的 60%,取 50%即 200 切削力 背向力 8 0 53 6 1 故总的作用力 03622 次力作用于顶在顶尖间的工件上主轴尾架各承受一半 , 故主轴轴端受力为 0182/ 主轴直径的确定 查李机械制造装备设计课程设计指 导书，取主轴的前轴承轴颈的直径1 120D ； 后支撑轴承的轴颈的直径 21( 0 . 7 0 . 8 5 ) 8 4 1 0 2D D m m 取 2 90D 支承跨距及悬伸长度 支承跨距 L 取 15 6 0 0L D m m ； 悬伸长度 1 2 0 2 0 03 5La m m ；取 130a 得 主轴 前支承： 7211)；中支承： 支承： 轴 前支承： 6205； 中支承： 30205； 后支承： 30205； 轴 前支承： 30206； 中支承： 后支承： 30206； 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 23 页 共 24 页 轴 前支承： 30208； 后支承： 30208； 承的校验 轴选用的是角接触轴承 7206 其基本额定负荷为 于该轴的转速是定值 n=900r/以齿轮越小越靠近轴承，对 轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。 齿轮的直径 2 4 2 . 5 6 0d m m 轴传递的转矩 5507 . 5 0 . 9 69 5 5 0 5 9 . 3710T 轮受力 32 2 5 9 . 3 14126 0 1 0r TF d N 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为 1 0 602111 ll 5 21 0 6 01 4 1 22 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，按 机械 设计表 10 3.1有： 1 3 7 81 0 6 p N 73 5 p N 轴承的寿命 因为 21 ，所以按轴承 1的受力大小计算： 37817200(85060 10)(6010 3616 该轴承能满足要求。 心距的计算 1从机械设计基础中查得以下公式 桂林航天工业学院课程设计说明书 第 24 页 共 24 页 121 ()2A m z z经计算得出各轴之前的中心距 轴 - - 中心距 A 901480、总结 通过本次课程设计，对普通车床的数控经济型改造设计，培养了独立分析问题和解决问题的能力，树立系统设计的思想，提高了应用手册和标准、 查阅文献资料的能力。 总的来说，这次设计，让我更深刻的理解了这门学科，在理论与实际的联系中得到了一次有意义的训练，对知识的掌握从枯燥的理论转变为了提高思维能力和动手能力的实践中，提高了学习的效率，让知识的掌握更加深刻。