机床课程设计-机床主运动机械变速传动系统的结构设计

机床课程设计-机床主运动机械变速传动系统的结构设计

广西工学院鹿山学院前言机床课程设计，是在机械制造装置设计课程设计之后的实践性教学环节。其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定机构攒动和变速的机构方案过程中，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，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。本次课程设计的内容包括：一、运动设计。个别给定的机床用途，规格极限变速，转速数列（或转速级数），通过分析比较拟定传动结构方案（包括结构式或结构网，转速图）和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差；二、动力设计，根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，初步传动轴直径，齿轮模数；确定皮带型号及根数，摩擦片式离合器的尺寸和完成装配草图后，验算传动的应力，变形或寿命是否在允许范围内，还要验算传动件主轴组件的静刚度；三、结构设计，进行主运动传动轴系，变速机构，主轴组件等布置，绘制主轴组件装配图等。27\n广西工学院鹿山学院目录一、运动参数-----------------------------------------------------------31、确定个运动参数---------------------------------------------32、结构式的确定------------------------------------------------43、绘制转速图---------------------------------------------------44、各转速组齿轮传动副的确定------------------------------65、绘制18级传动副系统图----------------------------------8二、运动设计----------------------------------------------------------91、电机类型及功率的确定------------------------------------92、皮带轮的确定------------------------------------------------93、齿轮模数的确定--------------------------------------------124、确定各传动轴的直径--------------------------------------135、直齿圆柱齿轮的应力计算--------------------------------14三、结构设计----------------------------------------------------------181、设计主轴组件-----------------------------------------------182、计算主轴切削力--------------------------------------------183、主轴组件的验算--------------------------------------------194、挠度得倾角的验算-----------------------------------------23四、参考文献----------------------------------------------------------26五、结束语-------------------------------------------------------------2727\n广西工学院鹿山学院一运动设计1，确定各运动参数1）最大直径和最小直径的确定机床的并不是指加工的最大，最小直径，二是实际使用的情况，一般取，其中D是机床加工的最大直径，k是系数，卧式车床取k=0.5，若车床的主参数为400mm，则2）最大变速及最小速度的确定a由《切削用量简明手册》表1.10第15页，得知最高转速出现Y15硬质合金车到车削碳钢，铬钢，镍钢及铸钢的切削。故：外圆纵车得最大切削速度b由《切削用量简明手册》表1.18得最小切削速度故：车螺纹的最小切削速度（螺纹直径）3）最高转速和最低转速的确定由《机械制造装配设计》第13页公式（1-2）得：27\n广西工学院鹿山学院2，机构式的确定由《机械制造装备设计》第13页公式（1-2）得变速范围：因为此设计的机床为中型机床，所以公比ψ取1.26由第14页公式（1-3），得一般传动副P≤3，传动顺序按“前多后少”的原则但轴Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ之间的结构式2×3，而不是3×2，原则是轴Ⅰ上有摩擦片离合器，为了使轴Ⅰ不致太长，故轴Ⅰ-Ⅱ间用2个传动副，在轴Ⅱ-Ⅲ间用三个传动副，再由传动顺序“前密后疏”原则，得到结构式：18=2×3×（2×1×1+1）由表3-3标准数列，因为=1.26所以各级转速为：（单位r/min）2531.54050638010012516020025031540050063080010001250校核：（合适）3，绘制转速图因为摩擦离合器直径不能太小，故轴Ⅰ上的齿数不能太小，为了使轴Ⅰ-Ⅱ的中心距不致过大，轴Ⅱ的被动轮就得小些，这就是成为升速传动。27\n广西工学院鹿山学院27\n广西工学院鹿山学院4．各变速组齿轮传动副的确定1）确定基本组个齿轮齿数,的最小公倍数最小齿数发生在中，，取k=5查齿轮数表，得：2）第一扩大组各齿轮的齿数，，,,最小齿数发生在中，查齿轮数表，得：3）高速组各齿轮齿数最小齿数发生在中，查齿轮齿数表，得。4）第二扩大组个齿轮的齿数27\n广西工学院鹿山学院既最小齿轮齿数发生在中，查齿轮齿数表得：3）固定组1齿轮齿数最小齿轮齿数发生在中，查齿轮齿数表，得：4）固定组2齿轮齿数：最小齿轮齿数发生在中，查齿轮齿数表得：主轴反转时，所传过的传动副齿轮也按来查，故主运动传动链的传动路线表达式如下：27\n广西工学院鹿山学院18级传动系统图27\n广西工学院鹿山学院二．动力设计1.电动机类型及功率的确定由《切削用量简明手册》第15页表1.10，得再根据《切削用量简明手册》第17页，公式（1—8），得由《机械设计课程设计指导书》第7页表2—4，得由《机械制造装备设计》第81页，公式（1—9）得由《金属切削机床课程设计指导书》第34页附录2，知选用额定功率为7.5KW，同步转速为1500r/min，4级电动机型号：Y132M-42.皮带轮的确定1）计算功率由《机械设计》第15页，得由《机械设计》第15页，表8—6工作情况系数，得=1.3P为电动机额定功率P=7.5KW27\n广西工学院鹿山学院2)选择带型由《机械设计》第152页，图8—8普通V带选型图，选择B型带，得3）确定带轮的基准直径由《机械设计》第153页表8—7及第145页表8—3，得，（主轴轮基准直径）再由《机械设计》第147页公式（8—15），得根据《机械设计》第153页，表8—7，取由第146页，公式（8—13），得4）确定中心距a和带的基准长度由《机械设计》第154页，公式（8—20），得由表8-2；选择的基准长度按154页，公式（8-21），计算实际中心距a27\n广西工学院鹿山学院5）验证主轴轮上的包角由《机械设计》第144页，公式（8-6）得：所以主动轮上的包角合适6）计算V带的根数由《机械设计》第154页公式（8-22），得Z=由第149页，表（8-5b）单根普通V带额定功率的增量由第148页，表（8-5a）单根普通V带的基本额定功率由第154页，表（8-8）包角系数由第142页，表（8-2）V带的基准长度系列及长度系数=0.90，取Z=57）确定带的预紧力由《机械设计》第155也，公式（8-23），得由第145也表（8-4）V带单位长度的质量，得q=0.17kg/m8）计算带传动作用在轴上的力（简称压轴力）由第155页，公式（8-24），得27\n广西工学院鹿山学院3.齿轮模数的确定由《金属切削机床课程设计指导书》第6页公式（8），得驱动电动机功率=7.5KW，齿宽系数，小齿轮齿数，由《机械设计手册》2零件设计第253页，表5.4-79，得1）由轴V-VI，计算转速，2）轴IV-V,计算转速，取m=43)轴Ⅲ-IV,计算转速=315r/min，=4，=19，取m=54)轴Ⅲ-VI，计算转速=400r/min,=1.26,=325)轴II-Ⅲ,计算转速=800r/min,=2.52,=26,取m=46）轴I-II，计算转速=800r/min,=1.26,40,取m=44.确定各传动轴的直径27\n广西工学院鹿山学院由《机械设计课程设计》第7页，表2-4机械传动的效率概略值，得V带传动效率：，滚动轴承效率：；圆柱齿轮效率：；各轴传递的功率N为：轴I：轴II：轴III：轴IV：轴V：由《金属切削机床课程设计指导书》第6页，公式（7），得轴I：轴II：轴III：轴IV：轴V：主轴轴径直径的确定：27\n广西工学院鹿山学院由《机械制造装备设计》表3-6，得前轴颈后轴颈5.支持圆柱齿轮的座力计算对于高速传动齿轮主要验算接触应力，对于底座齿轮主要验算弯曲座力1）告诉传动齿轮由参考资料《金属切削机床课程设计指导书》第8页，有，由《机械设计手册》2--零件设计，第253页，表5.4-79，=275Mpa上述公式中，—齿向载荷分布系数查《机床设计手册》2-零件设计，第259表5.4-86—动载荷系数，查《击穿设计手册》2-零件设计，第26页，表3.4-87—总做状况系数，取—寿命系数27\n广西工学院鹿山学院—齿轮的最低转速=800r/minT—齿轮总工作时间P—传动副数T=m=疲劳曲线指数m=3—转速变化系数查《机床设计手册》2-零件设计，第13页，表5.1-12得—功率利用系数查《机床设计手册》2-零件设计，第9页，表5.1-9=0.58—材料强化系数，查《机床设计手册》2-零件设计，第30页，表5.1-202）验算低速齿轮弯曲应力由《课程设计指导书》第8页27\n广西工学院鹿山学院式中m=5—齿向载荷分布系数，查《机床设计手册》2-零件设计，第259表5.-86得，=1.07—动载荷系数，查同上参考资料，第260页，表5.4-87，得，=1.0_工作寿状况系数=1.4—寿命系数—齿轮的最低转速，=80r/minT=—基准循环次数=m—疲劳曲线指数m=6查《机床设计手册》2-零件设计表5.10-13，得：—转速变化系数，=0.86—功率利用系数，查表5.1-9=0.58—材料强化系数，查表5.1-20=0.72查《设计指导书》表1，得27\n广西工学院鹿山学院Y—齿形系数Y=0.3953)告诉传动齿轮由于：式中，N=5.89KW，m=5,B=查《机床设计手册》2零件设计，第259页，表5.4-36，取=1.02第360页，表5.4-89，取=1.0查《指导书》，第8页，得,=400r/min，T=，=m=6查《机床设计手册》2-零件设计表5.1-13，表5.1-9，表5.1-20，27\n广西工学院鹿山学院三，结构设计1、设计主轴组件一般使用三只承来代替两支承能够提高刚度和抗振性。使用前，后支承为主支承，中间支承为辅助支承。前支承采用型和型组合，中间为圆柱滚子轴承，后支承为型。前支承为：双列圆柱滚子轴承和K双向推力角接触球轴承；中间辅助支承为：32214圆柱滚子轴承后支承为：双列圆柱滚子轴承而主轴上一般轴尺寸取6-10mm的直径差，而两段轴领邻，直径仅为3零件拆装方便，或区分家公平面对，两直径的差取1~5mm即可。2、计算主轴切削力：1）由《切削用量手册》表1.29，表1.29-1和表1.29-2可知：，2）背向力：查《切削用量手册》表1.29，得27\n广西工学院鹿山学院3）轴向切削力其中，=28803.主轴组件的验算1）滚子轴承的验算由《机械设计》，第313，式（13-6a）,得：a、计算P由因此对于z=64的齿轮：如下图所示，忽略辅助支承其中：，，27\n广西工学院鹿山学院在V面上：有：对于H面上：有：27\n广西工学院鹿山学院b、确定式中各参数n—计算转速n=80r/min[c]—额定动载荷，查《金属切削机床设计简明手册》第375页，表6—15，得[c]=56.3KNc、C的确定故符合要求。2）当高速传动时，滚动轴承验算a.计算P此时，z=32，27\n广西工学院鹿山学院受力如图所示：其中：在V面上：、。在H面上：27\n广西工学院鹿山学院由于，故6.确定式中参数其中系数与上面的z=64时一致C的确定及校核∴满足要求4.挠度与倾角的验证1）挠度的验算由《金属切削机床设计》第165页，公式（15—17）得。其主轴计算图为：27\n广西工学院鹿山学院式中：a、Q由《金属切削机床课程设计指导书》第9页，公式（13）得N—齿轮传递的全功率N=5.89kwM=5,z=20,n=250r/minE——主轴材料的弹性磨具L=650cm，a=12.8cm，b=20cm，c=45cm（I—主轴截面惯性矩）D—轴直径D=80mmD—内孔直径d=42mmP主要用的主切削力查《金属切削机床设计》第174页，图5—57，得当时，y最大27\n广西工学院鹿山学院对于普通机床，故符合要求6.倾角由《金属切割机床设计》，第165，公式5—18：式中：当x=0时为最大而中：c为5—15，取c=10故：由于故倾角也满足要求参考文献27\n广西工学院鹿山学院1.《机械制造装备设计》李庆余机械工业出版社2003.82.《机械制造技术基础》华楚生重庆大学出版社2000.73.《机械设计手册》第三版第3卷成大先化学工业出版社1993.124.《金属切削机床设计》戴曙机械工业出版社1985.125.《机械制造工艺课程设计指导书》（第二版）赵家齐机械工业出版社2004.26.《材料力学》第四版刘鸿文高等教育出版社2004.97《机床设计手册》2零件设计机械工业出版社8.《切削用量简明手册》艾兴机械工业出版社2003.39.《机械原理》孙恒高等教育出版社2000.810《实用机械加工工艺手册》陈宏钧机械工艺出版社2005.911.《金属切削机床设计简手册》范云涨机械工业出版社12.《金属切削机床课程设计指导书》陈易新机械工业出版社1987.713.《机械设计》濮良贵高等教育出版社200114.《机械制造工艺设计简明手册》李益民机械工业出版社2004.215《金属切削机床设计》黄鹤订上海科学技术出版社结束语27\n广西工学院鹿山学院经过这次的机床课程设计，使我加深了对机床主轴的了解，巩固了自己的专业知识。能够进行设计构思，方案分析，结构工艺性分析，机械制图，零件设计，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，培养了我具有初步的结构分析，设计及计算能力。在李书平老师及同学们的帮助下，克服了设计中碰到的问题，以至于顺利完成本次设计。感谢李书平老师，老师您辛苦了！由于时间有限，设计中仍然有很多不足之处，望老师能够谅解，我会在以后的设计中更好的取长补短，做得更好。27