普通機床主傳動系統(tǒng)的設計 【 Z＝12，P＝4KW，公比ψ=41】

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桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 1 頁 共 24 頁 桂林航天工業(yè)學院 課程設計任務書 設計題目： 普通機床主傳動系統(tǒng)的設計 學生姓名 學號 課程名稱 機床課程設計 專業(yè)班級 地 點 起止時間 設計內容 1、 確定公比 ψ、擬定轉速圖、繪制傳動系統(tǒng)圖 ； 2、計算齒輪齒數(shù) ； 3、確定各傳動件的計算轉速 ； 4、傳動軸系、主軸組件、箱體等的布置和結構設計 ； 5、傳動件的計算載荷及其尺寸，驗算主要傳動件的應力 ； 6、 主軸零件圖 1 張（ 齒輪零件圖 1張（ 7 主軸箱 裝配圖 1 張 （ ； 8、設計計算說明書的編寫（不少于 20 頁） 。 設計參數(shù) 詳看課程設計任務書（共分 7 組） 設計進度 設計階段 設計內容 完成階段設計的參考時間 1 設計準備：確定公比 ψ、 2 擬定轉速圖、繪制傳動系統(tǒng)圖 3 計算齒輪齒數(shù) 1 天 4 確定各傳動件的計算轉速 1 天 5 軸 系、 箱體 等 結構設計 1 天 6 主軸箱 裝配 圖 5 天 7 編寫設計計算說明書 1 天 設計成果 1、 繪制 主軸零件圖 1 張（ 齒輪零件圖 1 張（ 2、 繪制主軸箱 裝配 圖 1 張（ 紙） ； 2、設計說明書 1 份（不少于 20 頁） 參考資料 1、 《機械制造 裝備設計》 2、 《 機床設計手冊 》 3、 《機械零件手冊》 說明 1． 本表應在每次實施前由指導教師填寫一式 2 份，審批后所在系（部）和指導教師各留 1 份。 2． 多名學生共用一題的，在設計內容、參數(shù)、要求等方面應有所區(qū)別。 3． 若填寫內容較多可另紙附后。 系（部）分管領導： 教研室主任： 指導教師： 年 月 日桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 2 頁 共 24 頁 目 錄 一、概 述 ................................................計題目 ...................................................................................... 4 計目的 ...................................................................................... 4 二、機床規(guī)格及相關參數(shù)要求 ............................................................... 4 床規(guī)格 ...................................................................................... 4 要技術參數(shù) .............................................................................. 4 定極限轉速 .............................................................................. 4 電機選擇 .................................................................................. 5 第三章 傳動設計 .................................................................................. 5 傳動方案擬定 .......................................................................... 5 動結構式、結構網(wǎng)的選擇 ....................................................... 5 速圖的擬定 .............................................................................. 6 第四章 傳動件的估算 .......................................................................... 7 角帶傳動的計算 ...................................................................... 7 動軸的估算 ............................................................................ 10 五、結構設計 ........................................................................................ 11 軸直徑的估算 ........................................................................ 11 軸的計算及校核 .................................................................... 13 輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算 ................................................. 14 寬的確定 ................................................................................ 19 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 3 頁 共 24 頁 輪參數(shù) .................................................................................... 20 輪校 驗 .................................................................................... 21 承的選擇 ................................................................................ 22 承的校驗 ................................................................................ 23 心距的計算 ........................................................................... 23 六、總結 ............................................................................................... 24 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 4 頁 共 24 頁 一、概 述 計題目 設計一臺普通車床的主傳動系統(tǒng)。 計目的 通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)得結構設計，在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱技術資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，并具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。 二、機床規(guī)格及相關參數(shù)要求 床規(guī)格 產(chǎn)品規(guī)格：Φ 3320 產(chǎn)品型號 要技術參數(shù) 1、轉速范圍： 28、轉速級數(shù)： Z＝ 12 3、電動機功率： P＝ 4、公比ψ： 定極限轉速 由 1?? 因為 ? =林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 5 頁 共 24 頁 ∴得 取4 ∴ 232r/標準轉速 1250 r/電機選擇 給定參數(shù)電動機的功率為 4此選擇 的三相異步電動機，其額定轉速為 1440步轉速為 50*60/4=1500定轉差率 s=（ 15001500=定扭矩 T=≈ M 第三章 傳動設計 傳動方案擬定 可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設計中，我們采用集中傳動型式的主軸變速箱。 動結構式、結構網(wǎng)的選擇 結構式、結構網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復雜的傳動并想由此導出實際的方案，就并非十分有效。 （ 1）確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目 級數(shù)為 Z 的傳動系統(tǒng)由若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有 ?Z 、?Z 、……個 傳動副。即 ??321 傳動副中由于結構的限制以 2或 3為合適，即變速級數(shù) 和 3的因子：??? ，可以有 3種方案： 12=3× 2× 2； 12=2× 3× 2； 12=2× 2× 3 （ 2）傳動式的擬定 12級轉速傳動系統(tǒng)的傳動組，選擇傳動組安排方式時，考慮到機床主軸變速桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 6 頁 共 24 頁 箱的具體結構、裝置和性能。 主軸對加工精度、表面粗糙度的影響很大，最后一個傳動組的傳動副常選用2。 綜上所述，傳動式為 12=3× 2× 2。 （ 3）結構式的擬定 對于 12=2× 3× 2傳 動式，有 6 種結構式和對應的結構網(wǎng)。分別為： 621 23212 ???613 23212 ???142 23212 ??? 241 23212 ??? 316 23212 ???126 23212 ???根據(jù)主變速傳動系統(tǒng)設計的一般原則1 3 61 2 3 2 2? ? ? 速圖的擬定 各級轉速可直接從標準轉速列表中查出，標準數(shù)列表給出了以 ? =從1為Ψ＝ 28就可以每隔 5個數(shù)值取出一個數(shù)，從而得出： 28r/40 r/56 r/80 r/112 r/60 r/224 r/315 r/450 r/630 r/900 r/1250 r/2級轉速。 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 7 頁 共 24 頁 第四章 傳動件的估算 角帶傳動的計算 三角 帶傳動中，軸間距 于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結構簡單，但尺寸大，機床中常用作電機輸出軸的定比傳動。 （ 1）選擇三角帶的型號 根據(jù)公式 4=W) 式中 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 8 頁 共 24 頁 因此選擇 （ 2）確定帶輪的計算直徑 ?D ， ?D 帶輪的直徑越小帶的彎曲應力就越大。為提高帶 的壽命，小帶輪的直徑 ?D 不宜過小， 即 ? 。查《機械設計》表 88D =100 由公式 1212 )1( ?? 得 60 3）確定三角帶速度 按公式 V= =100× 1440/(60× 1000)=m/s)， 因為 5m/<25 m/以選擇合適。 （ 4）初步初定中心距 帶輪的中心距，通常根據(jù)機床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內選?。焊鶕?jù)經(jīng)驗公式 )(2)(1021 ??? 即： 100+160）≤ 0A ≤ 2（ 100+160） 156≤ 0A ≤ 520 取0A=360桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 9 頁 共 24 頁 （ 5）三角帶的計算基準 長度 ?L ? ? ? ?02122100 422 ???? ?2*360+π /(100+160)+（ 1602 /4*360=《機械設計》 整到標準的計算長度 L=1100 6）驗算三角帶的撓曲次數(shù) 1 0 0 0 m ?式中 帶入數(shù)據(jù)的 u=40次 /s （ 7）確定實際中心距 A A= 0A +2 0360+（ 2=照《機械設計》 8中心距的變化范圍 393 8）驗算小帶輪包角 ? 211 D - D 180180 A o? ?? ? ? ? 計算出α 1=1200, 驗算合格。 帶根數(shù) Z 得 : 00ca p p k k?? ?? 傳動比 : 44021 ??? ,???? ()=林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 10 頁 共 24 頁 所以取 根 （ 9）計算預緊力 查《機械設計》表 8q=m 所以 20 ?Q=) 動軸的估算 傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度的要求，強度要求保證軸在反復載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。 （ 1）主軸的計算轉速 主軸的計算轉速是低 速第一個三分之一變速范圍的最高一級轉速： 12 13m i ?? 主軸的計算轉速為：12 13m i ?? =40× 林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 11 頁 共 24 頁 （ 2）各傳動軸的計算轉速 軸Ⅲ可從主軸 112 r/8/7的傳動副找上去，找到相應的轉速為 450r/由于軸Ⅲ的最低轉速為 160r/軸Ⅲ的最低轉速能通過 0r/15r/能夠傳遞全部功率，所以所以軸Ⅲ計算轉速就為 160r/理可得到軸Ⅱ的計算轉速 450r/Ⅰ的計算轉速為900r/ 各軸的計算轉速： 軸 ? ?? ??? 主軸 計算轉速 900r/50r/60r/12 r/ 3）核算主軸轉速誤差 ∵ =1440× ?100/?160× 36/36× 38/38× 60/30 = 1800 r/ 1800 r/ |(|× 100 %＝ 0﹤ 所以合適。 五、結構設計 軸直徑的估算 （ 1）各軸直徑 4 A m 其中： 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 12 頁 共 24 頁 ? 該傳動軸的計算轉速。 計算轉速 傳動件能傳遞全部功率的最低轉速 。各傳動件的計算轉速可以從轉速圖上，按主軸的計算轉速和相應的傳動關系確定 [1]Ⅰ軸的直徑 m 0 0,1 ?? 3900 ??? ?[2]Ⅱ軸的直徑 m i n/450,12 ????? ?? 7450 ??? ? [3]Ⅲ軸的直徑 m 6 0,23 ???? ?? 5160 ??? ? [4]主軸的直徑 m i n/40,34 ????? ?? 040 ??? ? （ 2）軸的校核 Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對Ⅰ軸中點處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進行校核 3 58)1060/(??????????????,228,33010200,36:2852922???????已知 ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ?0 0 0 2 163434943222222????????????????????????????????桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 13 頁 共 24 頁 ? ? 所以合格, ? 。 Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。 軸的計算及校核 （ 1）選擇主軸軸頸直徑 ,軸承型號和最佳跨距 最大加工直徑 400P=用機床設計手冊》表 ： 前軸頸應為 70初選 5后軸頸 1,取 5取主軸中空孔直徑為 2前軸承為 軸承為 根據(jù)結構 ,初定懸伸長度 =75據(jù)經(jīng)驗，主軸的跨距 L= ，初定 l=350 2）主軸前端位移驗算 為了保證機床的加工精度，必須限制主軸懸伸端處的位移不能超過允許值，近似計算中可不計軸承變形的影響。通過計算和實驗可知，主軸端部由主軸變形引起的位移占總位移的 50%~80%，一般可取 60%。由軸承變形引起的位移占 20%~40%。 主軸受力簡圖如下： 計算公式： 其中 ， 式中： 簡化計算為 D=(2)/2=林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 14 頁 共 24 頁 7500=160=350查表 9=50m/f=r 時， ， 查表 9車削外圓式一般取 故： 可以看出，主軸的剛度是合格的。 （ 3）主軸內孔直徑的確定 公式 d= 2D? 查《機械制造裝備設計》表 3 ，取整 60 （ 4）前錐孔尺寸的確定 查《機床設計指導》，取莫氏錐孔 6號。 輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算 （ 1）齒輪齒數(shù)的確定 當各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪齒數(shù)桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 15 頁 共 24 頁 可依據(jù)機械設計手冊推薦的方法確定。對 于變速組內齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標準公比的整數(shù)次方時，變速組內每對齒輪的齒數(shù)和 小齒輪的齒數(shù)可以從表3械制造裝備設計）中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應大于 18～ 20。采用三聯(lián)滑移齒輪時，應檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應大于或等于 4，以保證滑移齒輪外圓不相碰。 Ⅰ ,Ⅱ軸之間的傳動副共有 3對，傳動比為 1:1,1::2. 如果采用模數(shù)相同的標準齒輪，則三對傳動副的齒輪和相同。 查表取 72 可以確定三個傳動副的齒數(shù)為： A 1:1 傳動副 1Z =36 2Z =36 1:3Z=30 2 1:2傳動副 4 8 同理可確定ⅡⅢ軸的齒數(shù)和取 84 B 1:1傳動副 2 2 1: 2 2 ⅢⅣ之間的傳動副齒數(shù)和取 90 C 2:1傳動副 0 0 1:4傳動副 8 2 （ 2）各齒輪的計算轉速 各變速組內一般只計算組內最小齒輪，也是最薄弱的齒輪，故也只需確定最小齒輪的計算轉速。 變速組 18/72只需計算 z = 18 的齒輪，計算轉速為 450r/ 變速組 z = 20的齒輪，計算轉速為 450r/ 變速組 z = 24的齒輪，計算轉速為 900r/ (3) 傳動系統(tǒng)圖的繪制 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 16 頁 共 24 頁 （ 4）各傳動組齒輪模數(shù)的確定和校核 模數(shù)的確定 ① 各軸功率 電機軸：0 4P Ⅰ： 軸Ⅱ： 軸Ⅲ： 主軸： ② m 模數(shù)的確定 按彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)的公式為 按接觸疲勞計算齒輪模數(shù)的公式為 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 17 頁 共 24 頁 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—— 為所傳遞的額定功率（ 為齒輪的計算轉速（ r/ m?—— 齒寬系數(shù)，m ?，?。?6~10）本設計取 8m? ?； 1z—— 小齒輪的 齒數(shù) i —— 大齒輪對小齒輪的齒數(shù)比 在變動工作量下，材料在彎曲和接觸應力狀態(tài)下的壽命系數(shù)，有極限值。 工作狀態(tài)系數(shù)，中等沖擊的主傳動 1 1 動載荷系數(shù)；在《機械制造裝備設計課程設計指導書》中的表 1 齒向載荷分布系數(shù)，在《機械制造裝備設計課程設計指導書》中的表 1y —— 齒形系數(shù)，在《機械制造裝備設計課程設計指導書》中的表 1? ?—— 許用彎曲應力（ 在《機械制造裝備設計課程設計指導書》中的表 1???—— 許用接觸應力（ 在《機械制造裝備設計課程設計指 導書》中的表 1㈠ 第一變速組 對于 24/48 傳動副模數(shù)計算 673 ? ??1=林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 18 頁 共 24 頁 ? ? ??? 213)1(16338 模數(shù) m 均大于取 標準值 對于 傳動副模數(shù)計算 673 ? ??1= ? ??? 213)1(16338 模數(shù) m 均大于取標準值 對于 傳動副模數(shù)計算 673 ? ??1= ? ??? 213)1(16338 模數(shù) m 均大于取標準值 2m? 綜上所述 ； 第二變速組 對于 22/62 傳動副模數(shù)計算 673 ? ??1= ? ??? 213)1(16338 模數(shù) m 均大于取標準值 對于 42/42傳動副模數(shù)計算 673 ? ??1= ? ??? 213)1(16338 林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 19 頁 共 24 頁 取模數(shù) m 均大于取標準值 3m? 綜上所述 數(shù) 3m? ； 第三變速組 對于 傳動副模數(shù)計算 673 ? ??1= ? ??? 213)1(16338 模數(shù) m 均大于取標準值 4m? 對于 傳動副模數(shù)計算 673 ? ??1= ? ??? 213)1(16338 =模數(shù) m 均大于取標準值 3m? 綜 上所述 m? 寬的確定 由公式 ? ?6 ~ 1 0 ,m m???? 為 模 數(shù)得： 第一套嚙合齒輪 BⅢ =(6 10) 5 25二套嚙合齒輪 BⅢ =(6 10) 3=18 30三套嚙合齒輪 BⅢ =(6 10) 4=24 40對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設計上，應主動輪比從動輪的齒輪齒寬大。 所以各個齒輪的齒寬為 000林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 20 頁 共 24 頁 5557=2448810=32266輪參數(shù) 標準齒輪： **2 0 h 1 c 0 . 2 5?? ? ? ?度 ， ， 從《機械設計基礎》中查得以下公式 齒頂圓 2+(= *1 齒根圓 22( **1 ???分度圓 齒頂高 = 齒根高 +(= ** 齒輪的具體值見表 組別 齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) m 分度圓d 齒頂圓根高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 組 11 18 4 72 80 62 4 5 12 60 4 240 248 230 4 5 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 21 頁 共 24 頁 13 72 4 288 296 278 4 5 14 30 4 120 128 110 4 5 其中 8c 組齒輪 112 輪校驗 在驗算變速箱中的齒輪應力時，選相同模數(shù)中承受載荷最 大，齒數(shù)最小的齒輪進接觸 應力和彎曲應力的驗算。這里要驗算的是齒輪 2，齒輪 7，齒輪 12 這三個齒輪。 （ 1）接觸應力公式： ? ?4 12 0 8 8 1 0 v a k k k k m u B n???? k? 查《機 械裝備設計》表 10圖 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? ? ? ? 假定齒輪工作壽命是 48000h，故應力循環(huán)次數(shù)為 96 0 6 0 5 0 0 1 4 8 0 0 0 1 . 4 4 1 0hN n j L? ? ? ? ? ? ? 次 查《機械裝備設計》圖 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）彎曲應力： 521 9 1 1 0 v a k k k m B Y n??? 查《金屬切削手冊》有 Y=入公式求得：《機械設計》圖 10輪的材產(chǎn)選 ? ?40 碳 ，大齒輪、小齒輪的硬桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 22 頁 共 24 頁 度為 60有 1650f M P a??????，從圖 10出 ? ? 920w M ?。因為：? ?,f f w w? ? ? ??????? ，故滿足要求，另外兩齒輪計算方法如上，均符合要求。 承的選擇 考慮機械效率 主軸最大輸出轉距 6190 ??床身上最大加工直徑約為最大回轉直徑的 60%,取 50%即 200 切削力 ?背向力 8 0 53 6 1 ???故總的作用力 03622 ???次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半 , 故主軸軸端受力為 0182/ ? 主軸直徑的確定 查李《機械制造裝備設計課程設計指 導書》，取主軸的前軸承軸頸的直徑1 120D ； 后支撐軸承的軸頸的直徑 21( 0 . 7 ~ 0 . 8 5 ) 8 4 ~ 1 0 2D D m m?? 取 2 90D 支承跨距及懸伸長度 支承跨距 L 取 15 6 0 0L D m m?? ； 懸伸長度 1 2 0 ~ 2 0 03 ~ 5La m m?? ；取 130a 得 主軸 前支承： 7211)；中支承： 支承： Ⅰ軸 前支承： 6205； 中支承： 30205； 后支承： 30205； Ⅱ軸 前支承： 30206； 中支承： 后支承： 30206； 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 23 頁 共 24 頁 Ⅲ軸 前支承： 30208； 后支承： 30208； 承的校驗 Ⅰ軸選用的是角接觸軸承 7206 其基本額定負荷為 于該軸的轉速是定值 n=900r/以齒輪越小越靠近軸承，對 軸承的要求越高。根據(jù)設計要求，應該對Ⅰ軸未端的滾子軸承進行校核。 齒輪的直徑 2 4 2 . 5 6 0d m m? ? ? Ⅰ軸傳遞的轉矩 550?7 . 5 0 . 9 69 5 5 0 5 9 . 3710T ?? ? ? 輪受力 32 2 5 9 . 3 14126 0 1 0r TF d ?? ? ?? N 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 1 0 602111 ??? ll 5 21 0 6 01 4 1 22 ??? 因軸承在運轉中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按 《機械 設計》表 10 3.1?有： 1 3 7 81 0 6 ??? p N 73 5 ??? p N 軸承的壽命 因為 21 ，所以按軸承 1的受力大小計算： 37817200(85060 10)(6010 3616 ???? ?該軸承能滿足要求。 心距的計算 1從《機械設計基礎》中查得以下公式 桂林航天工業(yè)學院課程設計說明書 第 24 頁 共 24 頁 121 ()2A m z z??經(jīng)計算得出各軸之前的中心距 軸 ? -?? ?? -??? ??? 中心距 A 901480、總結 通過本次課程設計，對普通車床的數(shù)控經(jīng)濟型改造設計，培養(yǎng)了獨立分析問題和解決問題的能力，樹立系統(tǒng)設計的思想，提高了應用手冊和標準、 查閱文獻資料的能力。 總的來說，這次設計，讓我更深刻的理解了這門學科，在理論與實際的聯(lián)系中得到了一次有意義的訓練，對知識的掌握從枯燥的理論轉變?yōu)榱颂岣咚季S能力和動手能力的實踐中，提高了學習的效率，讓知識的掌握更加深刻。