机械制造装备设计课程设计.doc

安徽航空航天大学机械制造装备设计课 程 设 计姓 名： 班 级： 学 号： 指导老师： 目 录一、前 言 3二、运动设计1.确定各运动参数 4 2. 确定结构式 53. 确定转速图 64.确定齿轮齿数85.带传动的设计（V型） 96.计算转速 117.验算主轴的转速误差 118.传动系统图的绘制 12三、动力设计1.电机的选择 13 2.各轴的传递功率 133.确定各齿轮的模数 144.确定各轴直径 19四、结构设计1.设计主轴组件 202.主轴的验算 20五、结束语 22六、参考文献23机械制造装备设计课程设计任务书设计题目： C6135型普通车床主运动传动系统设计 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指 导 教 师： 教研室主任： 一、前言 1.设计目的 机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及专业课的基础上，结合机床主传动部件（主轴变速箱）设计计算进行集合训练。（1）.掌握机床主传动部件设计过程和方法，包括参数拟定，传动设计，零件计算，结构设计等，培养结构分析和设计的能力。（2）.综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力。（3）.训练和提高设计的基本技能。如计算，制图，应用设计资料，标准和规范，编写技术文件等。2.完成的内容机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及有关专业课的基础上，结合机床传动部件（主轴变速箱）设计进行的综合训练最大工件回转直径是 350 mm普通车床主轴变速箱设计一、运动设计 1确定各运动参数 2确定结构式 3绘制转速图 4确定齿轮齿数 5绘制传动系统图(转速图与传动系统图绘在同一张图纸)二、动力设计 1确定主电动机功率 2确定各轴的直径 3确定各齿轮的模数三、结构设计 1设计主轴组件 2主轴组件的验算 3绘制主轴组件装配图 (1号图纸)四、编写设计说明书(不少于20页)五、答辩。二、运动设计 1.确定各运动参数 （1）确定极限切削速度和。 根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要求考虑：工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。查机床设计指导 有，允许的切削速度参考值如下： 加工条件（m/min）（m/min）硬质合金刀具粗加工铸铁工件30-50硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150-300螺纹（丝杆等）加工和铰孔3-8 取=200 m/min ，=5 m/min。 （2）确定主轴的转速、公比及变速范围。 1）主轴的最大极限转速 = 式中，查机床设计指导 有，按经验公式（0.1-0.2）D取0.125D=0.125350=43.75mm； 求得，主轴的最大极限转速=1455 m/min。 2）主轴的最小极限转速= 式中，查机床设计指导 有，考虑车螺纹和铰孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取0.1D和50mm左右；取=50mm；求得，主轴的最小转速=31.8 m/min。 3）车床的变速范围R R=45.7 4）确定公比。 取机床的变速级数为Z=12级， 由公式R=，得=1.4155，取标准值=1.41.5）主轴的各级转速 各级转速可直接从机床设计指导 的标准转速列表中查出，标准数列表给出了以=110000的数值，因为=1.41=，从表中找到=1500r/min，就可以每隔5个数值取出一个数，从而得出十二级转速分别为：1500 r/min、1060 r/min、750 r/min、530 r/min、375 r/min、265 r/min、190 r/min、132 r/min、95 r/min、67 r/min、47.5 r/min、33.5 r/min。 2. 确定结构式 （1）确定传动顺序1）此次设计的c6135车床为12级，故有以下几种传动方案： 2）对方案进行比较第、第种有四联滑移齿轮，如果采用四联滑移齿轮的话，话大大增大了主轴箱的轴向尺寸，故不采用第、第种方案； 也是从结构方面考虑，第种的轴向尺寸都会比第第种的大；下面就第第种方案进行比较，从而选取最终方案。 对于第种方案，严格遵循了“前多后少”的设计原则，把尽可能多的传动副置于前面，让尽可能多传动副处于较高速的状态，这样就可以尽量减轻它们的受力情况，从而可以减小其尺寸，从而减少整体尺寸； 对于第种方案，没有遵循了“前多后少”的设计原则，但是由于采用第种方案的话，会增大轴的轴向尺寸；为了使轴的轴向尺寸不至于太长，把二联滑移齿轮放在轴，三联滑移齿轮放在轴；这样的话可以使轴的尺寸不太大，又可以使较多的传动副放在相对高速的位置。 对于第第种方案都是相对其他几种比较好的方案，基于不同方面的考虑，可以选择其中一种；在本次设计中，选择第种方案进行计算。 3）最终确定的传动方案为。 （2）确定扩大顺序 传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致； 本设计扩大方案设计为。因为轴上有离合器，为避免离合器干涉齿轮啮合，必须使其中一个齿轮的齿根圆直径大于离合器的最大直径。故采用此扩大顺序（3）此次设计的车床的结构式为。（4）绘制结构图 3. 确定转速图 （1）电动机转速的确定 根据本设计车床的12级转速，=1500r/min；要使电动机的转速与主轴的最高转速相近，以避免过大的升速或降速；根据电动机的转速标准，取电动机的额定转速=1440 r/min； （2）确定轴的转速 查机床设计指导 有，车床的轴的转速一般取700-1000 r/min左右比较合适，故在本设计车床中，取轴的转速=750 r/min； （3）分配传动比 1）分配降速比时，应注意传动比的取值范围：齿轮传动副中最大传动比2， 最小传动比 传动比过大 ，引起振动和噪音，传动比过小，使动齿轮与传动齿轮的直径相差太大，将导致结构庞大。2）由传动比限制原则，得出极限级比指数表：公比级比指数极限值1.41x值4值23）根据“前缓后急”原则，先确定各个变速组的最小传动线；从轴的750 r/min转速传到主轴的33.5 r/min，相差9格，相当于级比指数为9；总共有3个变速组；93=3；由“前缓后急”原则分配三格给中间变速组，分配两格给第一变速组，分配四格给第三变速组；然后，对于其他传动线，结合结构图可相应得出；4）综上所述，得出各传动线的传动比： 传动组传动比电机 i132:2501:27:519:531:25:71:42:1 （4）转速图的绘制： 4.确定齿轮齿数（1）确定齿轮齿数应该注意以下几类：1）齿轮的齿数和应过大，以免加大中心距使机床结构庞大一般推荐齿轮数和SZ为60100；2）不产生根切最小齿轮1820；3）保证强度和防止热处理变形过大齿轮齿根园到键槽的壁厚2mm一般取5mm 则 ；4）三联滑移齿轮的相领两轮的齿数差应大于4；避免齿轮右左移动时齿轮右相碰，能顺利通过。 （2）在一个变速组中，主动齿轮的齿数用表示，从动齿轮的齿数用表示，+=，则传动比为 = 式中，为互质数，设 由于是整数，必定能被所整除；如果各传动副的的齿数和皆为，则能被、所整除，换言之，是、的公倍数。所以确定齿轮的齿数时，应在允许的误差范围内，确定合理的，进而求得、，并尽量使、的最小公倍数为最小，最小公倍数用表示，则必定为的整数倍。设=k，k为整数系数。然后根据最小传动比或最大传动比中的小齿轮确定k值，确定各齿轮的齿数。 （3）第一变速组 已知、，则有 两对齿轮的齿数和分别为=3、=12；最小公倍数=12；则齿数和为=12k。最小齿数发生在中，则；取k=6，得=72，第一对齿轮的齿数、，第二对齿轮的齿数、。（4）第二变速组 已知、，则有 三对齿轮的齿数和分别为=72、=3、=12；最小公倍数=72；则齿数和为=72k。最小齿数发生在中，则；取k=1，得=72，第一对齿轮的齿数、，第二对齿轮的齿数、。（5）第三变速组 已知、，则有 两对齿轮的齿数和分别为=5、=3；最小公倍数=15；则齿数和为=15k。最小齿数发生在中，则；取k=7，得=105，第一对齿轮的齿数、，第二对齿轮的齿数、。5.带传动的设计（V型） 已知：电机额定功率，额定转速，轴的转速，两班制工作。 （1）确定计算功率 公式 查机械设计教程表8-7，得=1.2，则=9kw； （2）选择V带带型 查机械设计教程图8-11，选取B型 （3）选择小带轮的基准直径 根据V带的带型，参考机械设计教程表8-6和表8-8确定小带轮的基准直径=132mm； （4）确定大带轮的基准直径 公式 电机到轴的传动比； 小带轮的基准直径； 根据机械设计教程，取0.02； 计算结果为=248mm；查机械设计教程表8-8，取=250mm。 （5）验算带速V V带的速度V=9.9527m/s； 由此得；验算合格； （6）确定V带的基准长度 1）初定两带轮的中心距 查机械设计教程，得=（0.7-2）（+），取=500mm。 2）计算初定中心距相应的带长 =1607mm； 查机械设计教程表8-2，取=1600mm。 （7）确定两带轮的中心距 由公式a=计算出实际中心距a=496.5mm。 （8）验算小带轮上的包角 由公式计算出； 验算合格。 （9）计算V带的根数Z 公式 式中，单根V带的基本额定功率，查机械设计教程表8-4a取=2.5kw； 单根V带额定功率的增量，查机械设计教程表8-4b取=0.4； 包角修正系数，查机械设计教程表8-5取=0.96； 带长度系数，查机械设计教程表8-2取=0.92； 计算结果Z=3.57；取整Z=4；V带的根数为4根。6.计算转速 变速传动中传动件的计算转速，可根据主轴的计算转速和转速图确定。确定传动轴的计算转速时，先确定主轴的计算转速，再按传动顺序由后往前依次确定，最后确定各传动件的计算转速。（1）主轴的计算转速为公式 式中，第一级的转速； Z机床的转速级数； 计算出，主轴的计算转速为95r/min；（2）各传动轴的计算转速 主轴的计算转速是轴经21/84的传动副获得的，此时轴相应的转速为375r/min，但变速组c有两个传动副，轴转速为最低转速132r/min时，通过70/35的传动副可使主轴获得转速265 r/min95 r/min，则应能传递全部功率，所以轴的计算转速为132 r/min，轴的计算转速时通过轴最低转速375r/min获得，所以轴的计算转速为375r/min。同样，轴的计算转速为750r/min。轴主轴计算转速750r/min375r/min132 r/min95r/min7.验算主轴的转速误差 （1）已知： 传动组传动比电机 i =0.517440.51.40.35850.50.71430.252（2）计算误差 =（-）=0.33% =（-）=2%=（-）=0.7%=（-）=1.6%=（-）=1.2%=（-）=2%=（-）=0.8%=（-）=0.65%=（-）=0.42%=（-）=0.28%=（-）=1.6%=（-）=0.67%（3）转速误差允许值为 本设计机床的十二级转速误差均在误差允许值范围内； 转速验算合格。8.传动系统图的绘制三、动力设计1.电机的选择 合理的确定电动机的功率，使车床既能充分发挥其使用性能，满足生产要求，又不致使电动机经常轻载而降低功率因素。 本设计车床典型重切削条件下的用量： 刀具材料：YT15 工件材料：45号钢 切削方式：车削外圆 参照机床设计指导选取：切削深度=3.5mm；进给量f=0.375mm/r；切削速度v=95m/min。 1）主切削力：=3187N 2）切削功率：=4.95kw 3）电动机功率： =0.73 计算得：=6.78kw； 4）查机械设计手册，取电机型号为：Y132M-4；电机额定功率=7.5kw； 电机的额定转速=1440r/min。 2.各轴的传递功率 对于轴， 对于轴， 对于轴， 对于轴，3.确定各齿轮的模数 采用8级精度的圆柱直齿轮；大齿轮用45号钢（调质），硬度为240HBS；40（调质），硬度为280HBS.（1）估算模数 1）按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。 齿轮弯曲疲劳的估算： 式中，P小齿轮所在轴的传递功率，kw； Z小齿轮的模数，mm； n小齿轮的计算转速，r/min。 齿轮齿面点蚀的估算： 式中，P小齿轮所在轴的传递功率，kw； Z小齿轮的模数，mm； n小齿轮的计算转速，r/min； 小齿轮所在传动副的齿数和。 求出后，取的模数要比两者大。 2）对于的传动副， 齿轮弯曲疲劳的估算： =2.3 齿轮齿面点蚀的估算： =2.1 对于的传动副， 齿轮弯曲疲劳的估算： =1.8 齿轮齿面点蚀的估算： =1.8 取和的传动副的齿轮的模数m=3。3）对于的传动副， 齿轮弯曲疲劳的估算： =3 齿轮齿面点蚀的估算： =2.6 对于的传动副， 齿轮弯曲疲劳的估算： =2.8 齿轮齿面点蚀的估算： =2.6对于的传动副， 齿轮弯曲疲劳的估算： =2.6 齿轮齿面点蚀的估算： =2.6 取、和的传动副的齿轮的模数m=4。4）对于的传动副， 齿轮弯曲疲劳的估算： =4.1 齿轮齿面点蚀的估算： =2.5 对于的传动副， 齿轮弯曲疲劳的估算： =3.8 齿轮齿面点蚀的估算： =2.7 取和的传动副的齿轮的模数m=5。（2）齿数的验算 1）根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： 式中，P计算齿轮（小齿轮）的传递的额定功率，kw； n计算齿轮的计算转速，r/min； 齿轮系数，常取6-10，这里取8； Z计算齿轮的齿数； i大齿轮与小齿轮的齿数比；“+”用于外啮合，“-”用于内啮合； 寿命系数，；当时，取； 当时，取； 工作期限系数，；齿轮在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数查机床设计指导表3；预定的齿轮工作期限T，中型机床取T=15000-20000h，这里取20000； n齿轮的最低转速，r/min； 转速变化系数，查机床设计指导表4； 功率利用系数，查机床设计指导表5； 材料强化系数，查机床设计指导表6； 工作情况系数，中等冲击的主运动，=1.21.6，这里取1.25； 动载荷系数，查机床设计指导表8；齿向载荷分布系数，查机床设计指导表9； Y齿形系数，查机床设计指导表10； 许用弯曲、接触应力，Mpa；查机床设计指导表11；2）对于的传动副，根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =3 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =2.2 对于的传动副， 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =1.5 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =2经过验算，取传动副和的齿轮的模数为3。3）对于的传动副， 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =4.2 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =3 对于的传动副， 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =2 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =2.7对于的传动副，根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =3.4 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =2.5 经过验算，取传动副、和的齿轮的模数为4.5。4）对于的传动副， 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =4.9 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =3.7对于的传动副， 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =3.8 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =3.1 经过验算，取传动副和的齿轮的模数为5。4.确定各轴直径（1）对于一般传动轴的直径的估算 一般轴的材料选取45号钢； 公式式中，P该轴的输入功率，kw； n该轴的计算转速，n/min； 允许扭转角，查机床设计指导的表选取，本设计取=1.25； 1）对于轴， =26mm；最小轴段直径； 取轴轴承处的轴颈的直径d=40mm； 2）对于轴， =30mm； 取轴轴承处的轴颈的直径d=35mm；3）对于轴， =39mm； 取轴轴承处的轴颈的直径d=45mm； （2）主轴直径的确定 查李庆余主编的机械制造装备设计，取主轴的前轴承轴颈的直径=90mm； 后支撑轴承的轴颈的直径，取=70mm四、结构设计 1.设计主轴组件 （1）主轴上的轴承的选择 在配置轴承时，应注意以下几点：1） 每个支撑点都要能承受径向力；2） 两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受；3） 径向力和两个方向的轴向力都应该传递到箱体上；4） 前轴承的精度要比后轴承的精度高一级； 对于主轴，采用后端定位；选取双向角接触球轴承3182113和3182118承受轴向力；选取双列圆柱滚子轴承2268116+承受径向力；前轴承用P4级精度，后轴承采用P5级精度； （2）主轴尺寸的确定 1）主轴内孔直径的确定 公式d=查机械制造装备设计表3-7，取，计算得主轴内孔的直径d=38.5mm，取整40mm。 2）前锥孔尺寸的确定 查机床设计指导，取莫氏锥孔5号。 3）支承跨距及悬伸长度 支承跨距L取L=5=450mm； 悬伸长度a=90-150mm；取a=90mm。5） 主轴头部类型的选择参照机床设计指导选取一般结构的主轴头B型。 2.主轴的验算 （1）跨距L=450mm （2）当量外径D=80mm （3）主轴的刚度 由于，参照金属切削机床设计取公式 式中，主轴刚度，；D当量直径，cm； L支承跨距，cm； a主轴悬伸量，cm； 计算得结果得，=280。 （4）对这种车床主轴的刚度要求 由于这种机床属于通用机床，主轴的刚度要求可根据自激振动稳定性决定。 查金属切削机床设计表3-5，取阻尼比=0.03.查金属切削机床设计表3-4，当V=100m/s，s=0.2时，取 这种机床要求切削稳定性良好，取根据金属切削机床设计公式 计算得，根据金属切削机床设计公式 计算得，=163 1.66=280由此，验算合格。五、结束语首先，感谢赵克政老师在这为期两个星期的课程设计中对我的辛勤指导，没有赵克政老师的指导，我不会这么容易快速很好的完成本次设计任务。其次，在这次设计中我学到了以下几点：（1）掌握机床主传动部件设计过程和方法，包括参数拟定，传动设计，零件计算，结构设计等，培养结构分析和设计的能力。（2）综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力。（3）训练和提高设计的基本技能。如计算，制图，应用设计资料，标准和规范，编写技术文件等。（4）巩固了在机械制造装备设计课程中学到的知识，使我很好的把所学的知识应用到了实际设计中，为以后的设计打下了坚实的基础。六、参考文献【1】机床设计指导 曹金榜等主编 机械工业出版社【2】金属切削机床设计 戴曙主编 机械工业出版社【3】机械制造装备设计 王启义主编 冶金工业出版社【4】机械设计手册 成大先主编 化学工业出版社【5】机械制造装备设计 李庆余、孟广耀主编 机械工业出版社【6】机械设计濮良贵、纪名刚主编 高等教育出版社【7】机械设计课程设计 杨光、席伟光主编 高等教育出版社【8】机械制造技术基础 华楚生主编 重庆大学出版社【9】机械原理 孙桓等主编 高等教育出版社