机械制造装备设计大作业设计讲解

1、五邑大学机床主传动系统设计专 业：机械工程及自动化 姓 名：余绍赞学 号： 3112003184 指导老师：崔敏2015 年 5 月设计题目 ： 无丝杠车床主传动系统运动和动力设计设计要求：（三相 4 极异步电机，同步转速 1500rpm）题目公比最低转速级数 Z功率 N（KW）车床最大加工直径 400mm 无丝杠车床主传动系统设计1.2635.5124设计任务 ：（1） 运动设计根据给定的机床用途、 规格、极限速度、转速数列公比（或转速级数）， 分析、比较、拟定传动结构方案 （包括结构式、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。

2、（2） 动力参数和结构参数设计 根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，初步计算传动轴直径、 齿轮模数；确定机床主轴结构尺寸。一、运动设计 41、确定极限转速 42、确定公比 43、求出主轴转速级数 Z 44、确定结构式 45、绘制转速图 56、绘制传动系统图 87、确定变速组齿轮传动副的齿数 98、校核主轴转速误差 11二、动力设计 121、传动轴的直径的确定 122、齿轮模数的初步计算 133、确定机床主轴结构尺寸 16参考文献 17、运动设计1、确定极限转速根据设计参数，主轴最低转速为 35.5r/min ，级数为 12，且公比 =1.26 。根据 机械制造装备设计表 2-5 标准数列知

3、：因为1.26=1.064 ，首先找到最小极限转速 35.5，再每跳过 3 个数（1.261.064） 取一个转速，即可得到公比为 1.26 的数列：35.5、45、56、71、90、112、140、180、224、280、355、450Rnnmaxnmin45035.512.682、确定公比 根据设计数据，公比 =1.263、求出主轴转速级数 Z根据设计数据，转速级数 Z=124、确定结构式 按照传动副前多后少原则，选用 12 3 2 2 的传动方案。 由前密后疏原则 （传动顺序与扩大顺序相一致） ，由设计时要使主轴的转速为 连续的等比数列，则必有一个变速组的级数比为 1，则基本组 X0 1

4、 ， 第一扩大 组的级 比指 数一般 为 X1 P0 3 ， 第二扩大 组的级 比指 数一 般是X2 P1P0 3 2 6 其中最后扩大组的变速范围 R2 X2（P2 1） 1.266（2 1） 4 8（主 传动各变速组的最大变速范围 810） 符合要求。因为最后扩大组的变速范围满 足要求，则其它变 速 组的变 速 范围也 一定符合要 求。即 最终结构式 为：12 31 22 265、绘制转速图选定电动机 根据设计要求，选择的电机型号： Y112M 4，鼠笼式三相 4 极异步电机，同步 转速 1500rpm，转速为 1440rpm。分配总降速传动比 U总降速传动比为 U Nmin 35.5 0

5、.02465 ，若每个变速组的最小传动比均取四Nd 1440分之一（为避免从动齿轮尺寸过大而增大箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比 u主 1/ 4 ），则三个变速组总的降速比可达 1 1 ， 看来似乎无须增 主 4 64加降速定比传动，但是为了中间两个变速组做到降速缓慢以利于减少变速箱的 径向尺寸，可大电机轴与 I 轴之间增加一降速比传动，用齿轮和皮带均可，为 了便于安装，维护方便，在此选用的是皮带。确定传动轴的轴数轴数=变速组数 +定比传动副数 +1=3+1+1=5合理分配传动比主轴共有 12 级转速，注明主轴各级转速， 电动机轴转速也应在电动机轴上注明， 如下图，转速图中的小圆圈表示该

6、轴具有的转速，即时转速点。 一般，降速传动遵循“前慢后快”原则。 因为确定中间各轴转速时，通常往前推比较方便，所以首先定 III 轴的转速。为避免从动齿轮尺寸过大而增大箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比u主 1/ 4 ，又为避免扩大传动误差， 减少振动噪声，限制最大升速比 umax 2 2。确定 III 轴的转速由于第二扩大组的变速范围为 4，级比指数是 6，故这两对传动副的降速传动比可以初步确定为 Xc1 1 5 ，升速传动比 Xc2 1.261 。c1 1.265c2于是可以确定 III 轴的六级转速是： 112， 140，180，224，280， 355r/min ，可见 III 轴

7、的最低转速为 112r/min 。确定 II 轴转速第一扩大组的级比指数 X1 3 。于是， II 轴的最低转速可能是 140r/min2 1 1 1umax，umin）、180r/min （umax，umin2 ）、224r/min （umax 1，1 1 1umin3 ）、280r/min （ umax， umin 4 ），为使 II 轴转速不至于过低，造11成II 轴的转矩较大，又避免了升速，取 umax 1，umin 14 ，这样， II 轴的最 低转速为 280r/min ，三级转速分别为 280,355,450r/min 。 确定 I 轴转速I 轴级比指数为 X0 1，又因为带传动

8、的传动比为 u 1 5 ，带传动比可能比较 01.265大，因为设计参数给出的电机转速和和主轴的转速相差很大，如果在不换电机的情况下，适当的增加降速比就可以满足条件。 最终确定 I 轴的转速为 450r/min其结构式： 12 31 22 26其降速比分配：1 1 1 1 1 1 1440 1.2616 1.265 1.262 1.264 1.265 35.51，21.262二级齿轮其中：传送带的降速比： 1 5 ，一级齿轮降速比：1.265降速比：11.264三级齿轮降速比：11.265根据以上计算，绘制转速图如下：图 1. 转速图6、绘制传动系统图图 2. 传动系统图7、确定变速组齿轮传动

9、副的齿数 变速组 a：变速组 a 有三个传动副，传动比分别是ua11,ua21 1 ,ua212 1 2a1 a2 1.26 a221.262后两个传动比小于 1，取其倒数，即按 u=1,1.26 （1.25 ）,和 1.58（ 1.60 ）查表。 由机械制造装备设计表 28 查得：在合适的齿数和 Sz范围内，查出存在上述三个传动比的 分别有 ：由Zmin （1820），为了方便表达只列出 50 70之间的 Szua1 1时： Sz50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、7011ua2时： Sz50、52、54、56、59、61、63、65、66、68、70a2 1.26

10、zua21.262时：Sz52、54、57、59、60、62、65、67、70如变速组内所有齿轮的模数相同， 并是标准齿轮， 则三对传动副的齿数和 Sz 应该 是相同的。符合上述条件的是， Sz 54或70， 方案 1：选取 Sz 为 54 查表可得轴 I 主动齿轮齿数分别为： 27，24， 21。 则可算出三个传动副的齿轮齿数为： ua1 27/27， ua2 24/30 因为变速组 a 要采用三联滑移齿轮， （三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿 数差应大于或等于 4）经检验：最大和次大齿轮之间的齿数差 33303，故方案 1 无法实现变速。 方案 2：选取Sz为 70同理，查表可得轴 I

11、 主动齿轮齿数分别为： 35，31，27。 则可算出三个传动副的齿轮齿数为： ua1 35/35，ua2 31/ 39 ua3 27/ 4343394，满足变速要求经检验：最大和次大齿轮之间的齿数差 变速组 b：变速组 b 有两个传动副，传动比分别是11ub11.26u11 ub24 1.26411ub1 1 1.126 时，两个传动均比小于 1，取其倒数，即按 u=1.26 （1.25）,和 2.52 （2.51 ） 同理，查表得：Sz50、52、54、56、59、61、63、65、66、68、7011ub24 4 时， Sz53、56、59、60、63、66、67、70b24 1.264z

12、符合上述条件的是， Sz 56或70 方案 1：选取 Sz 为 56于是可得轴 II 上两联齿轮的齿数分别是： 25、16 由 Zmin （18 20） ，齿数过小的齿轮传动平稳性差。10方案 2：选取Sz为 70于是可得轴 II 上两联齿轮的齿数分别是： 31， 20。 则可算出三个传动副的齿轮齿数分别为： 39， 50。 变速组 c ：11 变速组 c 有两个传动副，传动比分别是 uc11.26 ， uc25 5 。5 1.265 一个传动均比小于 1，取其倒数，即按 u=1.26 （1.25）,和 3.17 （3.16 ） 查表得：uc11.26 时： Sz66、68、70、72、74、

13、75、77、79、81、82、83、8411uc25 5 Sz6 6、6、7 7、0、7 1、7、5 7、9、8 0 83 85 1.265可取 Sz为 83。11uc25 5 为降速传动，取轴 III 齿轮齿数为 20；uc11.26 为升速传动，5 1.265取轴 IV 齿轮齿数为 37。由对应传动比，得轴 III 上两联动齿轮的齿数分别是 20,46 ；轴 IV 两齿轮的齿数分别是 63,37 。8、校核主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差，要求不超过（n n） /n 1 0 （ 1 ） % 1 0 （ 。1下. 表2为6主轴1转）速%误差与规2定. 6 % 值之间的比较：表 1

14、主轴转速误差与规定值之间的比较标准转速 r/min实际转速 r/min主轴转速误差在标准值范围之内35.535.680.51%4544.96-0.09%5656.651.16%7171.370.52%9089.93-0.08%112113.311.16%140142.781.98%180179.90-0.05%224226.671.19%280285.612.0%355359.861.37%450453.430.76%11、动力设计1、 传动轴的直径的确定由机械制造装备设计 按抗扭刚度估算轴的直径：d KAP 电动机的额定功率式中nj 传动轴的计算转速 从电机到所计算轴的传动效率因为一般传动轴

15、的每米长允许扭转角（0.5 1.0） ， 则这里不妨取 1.0 ，由表 210 可知，A92，K1.041.05，则 AK 95.6896.6，这里取 AK 96， 则有：（1）主轴的计算转速因为设计的是等公 比传动， 由机械制造装 备设计 表 29 中所 述， Z 1 3nj nmi n 3 35.5 1.26371.01 71（2）各个传动轴的计算转速由转速图知轴有 6 级转速， 其最低转速为 112r/min, 通过双联齿轮使主轴获得 两极转速： 140，35.5 。140 比主轴的计算转速高，需传递全部功率，故轴 的 140r/min 转速也能传递全部功率，则轴 计算转速为 140r/

16、min 。同理，根据转 速图和主轴的计算转速可以确定轴 II 、轴 I 的计算转速分别为： 280， 450。 各传动轴直径经过网上查阅资料，知一般情况下， V 带传动效率 1 0.97， 滚动轴承的效率2 0.98，齿轮副的效率 3 0.95 。则：12I 轴：d1 964 4 96 4 4 0.97 0.98 29.11 nj450轴：d2 964 4 96 4 4 0.97 0.982 0.95 nj28032.19轴：d3 964 4 96 4 4 0.97 0.983 0.952 37.60 nj140综上 ，轴：d434 0.97 0.984 0.953 43.7771可取 d1

17、30， d2 35，d3 40， d4 452、 齿轮模数的初步计算1）齿轮计算转速的确定只需计算变速组内最小的也是强度最弱的齿轮即可。a变速组内最小齿轮齿数是 z=27，使轴获得 3 级转速， 轴计算转速为 280， 故 z=27 在 r/min 传递全部功率， 450r/min 是计算转速。b变速组内最小齿轮齿数是 z=20，使轴获得 6 级转速，140r/min 是轴的计算 转速，所以该齿轮的计算转速为 355r/min 。c 变速组内的最小齿轮齿数是 z=20，使主轴获得 12 级转速， 71r/min 是主轴的 计算转速，所以该齿轮的计算转速为 224r/min 。2）模数的计算原则

18、：要求每个变速组的模数相同。 变速组 a:1）由机械设计中设计计算公式（87）进行齿轮尺寸的初步确定，即：试选荷载系数 Kt 2.0 。 I 轴上小齿轮传递的转矩 T1 ：T1 9550 P19550 4 0.97 0.98 80.69N mn1450 齿宽系数 d 由表 83 选取 d 1 应力循环次数为：139N1 60n1 jLh 60 450 1 2 8 250 10 1.08 109N2N1u1.08 1091.26286.8 108 接触疲劳寿命系数 KHN ，由 N1 、N2查附图 86，得： K HN 1 0.92,K HN 2 0.94 接触疲劳强度极限 H lim ，由附图

19、 87，分别按合金 MQ线和调质碳钢 MQ线 的延长线及齿面硬度查得：小齿轮 Hlim1 720N / mm2 ；大齿轮 Hlim2 580N / mm2 接触疲劳许用应力 H ，由表 84，取安全系数 SH 1.00（一般可靠度）则：H2K HN1 H lim1SHKHN 2 H lim2SH0.92 720 662N /mm21.000.94 5801.002545N / mm2则：7663 2.0 80.2691.262 2 11 545 2 1.2622）试算 d1 ，取许用接触疲劳强度 H H 2 545N / mm2 ，为计算许用应力，44.88mm在此选 d1 50mm3） 计算

20、齿轮模数 m,则：m d1 50 1.85 z1 27根据附表 8 8，确定变速级 a 齿轮模数为 m 2 变速组 b: 试选荷载系数 Kt 2.0 。 II 轴上小齿轮传递的转矩 T2 ：PT2 9550 1 9550n2295.23N m4 0.97 0.982 0.95355 齿宽系数 d 由表 8 3 选取 d 1 应力循环次数为：148N1 60n2 jLh 60 355 1 2 8 250 10 8.52 108N1 8.52 108 8N2 1 4 3.38 1082 u 1.264 接触疲劳寿命系数 KHN ，由 N1 、N2查附图 86，得： K HN 1 0.93,K HN

21、 2 0.95 接触疲劳强度极限 Hlim ，由附图 87，分别按合金 MQ 线和调质碳钢 MQ 线 的延长线及齿面硬度查得：小齿轮 Hlim1 720N / mm2 ；大齿轮 Hlim2 580N / mm2 接触疲劳许用应力 H ，由表 84，取安全系数 SH 1.00（一般可靠度）则：H2K HN1 H lim1SHKHN 2 H lim2SH0.93 720 670N /mm21.000.95 5801.002551N / mm2则：7663 2.0 95.2231.262 2 11 551 2 1.262z255 2.75202）试算 d1 ，取许用接触疲劳强度 H H 2 551N

22、 / mm2 ，为计算许用应力，50.85mm在此选 d1 55mm3） 计算齿轮模数 m,则：根据附表 88 第二系列，确定变速级 b齿轮模数为 m 2.75 变速组 c 试选荷载系数 Kt 2.0 。 III 轴上小齿轮传递的转矩 T3 ：PT3 9550 1n33295504 0.97 0.983 0.952224140.51N m 齿宽系数 d 由表 8 3 选取 d 1 应力循环次数为：15N1 60n3 jLh 60 224 1 2 8 250 10 5.38 108N2N15.38 1081.26581.69 108 接触疲劳寿命系数 KHN ，由 N1 、N2查附图 86，得：

23、 K HN 1 0.95,K HN 2 0.97 接触疲劳强度极限 Hlim ，由附图 87，分别按合金 MQ 线和调质碳钢 MQ 线 的延长线及齿面硬度查得：小齿轮 Hlim1 720N / mm2 ；大齿轮 Hlim2 580N / mm2 接触疲劳许用应力 H ，由表 84，取安全系数 SH 1.00（一般可靠度）则：H2K HN1 H lim1SHKHN 2 H lim2SH0.95 720 684N /mm21.000.97 5801.002563N / mm22）试算 d1 ，取许用接触疲劳强度 H H 2 563N / mm2 ，为计算许用应力，则：2.0 140.511.262

24、 17663221 556 2 1.26253.27mm在此选 d1 58mm3） 计算齿轮模数 m,则：m d1 58 2.9z3 20根据附表 8 8，确定变速级 c 齿轮模数为 m 3综上：变带组 a,b, c 的模数分别是 2，2.75，3.3、确定机床主轴结构尺寸主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈 D1和 D2 ，主轴内孔直径 d，主轴前端 悬伸量 a 和主轴主要支撑间的跨距 L。这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴的 刚度.主轴前轴颈直径 D1 的选取16D1一般按机床类型、主轴传递的功率或最大加工直径，由表31 选取：由功率范围在 3.7 5.5，则本车床的前轴颈直径 D1 70