普通车床主传动系统设计说明书.

1、金属切削机床课程设计说明书设计题目设计一台加工直径最大范围是320mm勺普通车床的主传动系统设计者：许未来专业：机械制造与自动化学号：2012036Z0220指导老师：吕勇设计日期：-2014年6月27日评定成绩：_目录一、设计题目二、设计目的三、设计内容与基本要求四、设计参数五、运动参数设计六、动力参数设计七、轴径设计及键的选取八、带轮设计九、计算齿轮模数十、各级转速校核 十一、齿轮校核十二、主轴校核 十三、轴承的选取十四、小结参考书籍普通车主传动系统设计说明书一、设计题目：设计一台加工直径最大范围是 320mm勺普通车床的主传动系统。主要参数：1、转速范围 :N=40-2000(r/min

2、)2、转速级数 :Z=123、电机功率： P=4KW被加工零件的材料：钢、铸铁刀具材料：高速钢、硬质合金二、设计目的：1 、培养学生综合运用和巩固扩大学过的知识，以提高理论联系实际的 设计与计算能力。2 、培养学生收集、阅读、分析和运用资料的能力，以提高能够独立工 作的综合素质和能力。3 、使学生初步掌握机床设计的步骤与方法，以提高结构设计和编制技 术文件的能力。4 、使学生熟练掌握计算机辅助设计、主轴组件优化设计和主轴刚度的 校核计算等，以提高运用现代设计方法的能力。三、设计内容与基本要求:设计内容: （一）运动设计（1）传动方案设计（集中传动，分离式传动）（2）转速调速范围nmax nmi

3、n ；（3）公比：大公比，小公比和及混合公比;（4）确定结构网和结构式: 传动副：前多后少，前密后疏， 超速级解决方案：a:增加变速组，b:采用分枝传动和背轮机构;（5）绘制转速图：降速：前缓后急升速：前急后缓；（6）三角带设计：确定变速组齿轮齿数；（7）绘出传动系统图；（二）动力设计（1）传动件的计算转速ni :各轴，各齿轮（2）传动轴轴径（3）齿轮模数（4 ）主轴设计：轴径（前径，后径），内孔直径，前端前伸量a（粗选：100-120），支撑形式，计算合理支撑跨距 L（三）结构设计（四）校核一个齿轮（最小的），校核主轴（弯矩，扭矩） 基本要求:1、根据设计任务书要求，合理的确定尺寸、运动及动

4、力等有关参数。2、正确利用结构式、转速图等设计工具，认真进行方案分析。3、正确的运用手册、标准，设计图样必须符合国家标准规定。说 明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整。4、绘制图纸，主轴箱展开图1张。四、设计参数：序号力口工最大直径主轴转速系列（r/min ）驱动电动机功率与同步转速1320mm1800,1250,900,630,450,315，224,160,112,80,56,404kw,1440r/mi n五、运动参数设计（1）传动方案设计（选择集中传动方案）（2）转速调速范围Rnmaxnmin180040（3）选用混合公比=1.41（4）确定结构网和结构式:12 = 322(5)

5、 绘制转速图： 如下图所示卑L W気、 塔、36：36.42:4 !、尸1 / /!4：48X?xJ 1x/八 >xV,r/X Xz vV<X !2：6S*I X VTl1| 虬 g i 18(72 «m1800112805S144<h1250900630450315224160(6) 确定变速组齿轮齿数1 .先计算第一扩大组的齿轮的齿数第一扩大组的降速比分别为：a = 1， u2 = %.4i u 0.5_ 1故齿数最小的齿轮在降速比为5=2之中，查表取 乙二 Zmin = 24，sz = 72，则 21= 48，则 z2 二 127 s 30，z2'二

6、42Z3Sz = 36 Z 361 U32.基本组的降速比分别是：U1 = 0.5 , u2二1.43故齿数最小的齿轮在降速比为 u 0.5之中，查表有z 22 ,Sz = 84，则乙=62，Z2 二 IJ42，Z2 二 421 U23.第二扩大组的降速比分别是U1 =0.25, U2 = 2故齿数最少的齿轮在Ui =0.25之中，查表有Zi = 18，s 90，Z= 72 Z2 二 60 则 Z2 = 30.(7) 传动系统图如下：六、动力参数设计(1)传动件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，即 nj=80r/min 。各轴的计算转速如下:轴序号电123主

7、计算转速1440900450160112(r/min)最小齿轮的计算转如下:轴序号及最小齿轮齿数1 (24)2(28)3(21)主(35)计算转速（r/mi n ）900450160112(2) 计算各传动轴的输出功率口 二p额nbn二 4.00.960.99 二3.80(kw)p2 二p1ngn厂 3.800.970.99 二3.65(kw)p3 二p2ngn厂 3.650.970.99 二3.51(kw)p主二p3ngnr 二 3.510.970.99 二3.37(kw)(3) 计算各传动轴的扭矩T 二 9550旦 二 57603(N - m)1nijT =9550旦2n2j-110659

8、(N m)P3I 二 9550二 209503(N - m)n3jT主二 9550旦 二 402294(N m)n主j七、轴径设计及键的选取轴一：选择轴的材料根据主要技术要求知，被加工零件的材料为：钢和铸铁，故轴材料选45号钢，正火，查文献3中表11-2取C=11Q 轴I采用光轴加单键联接，按扭转刚度估算轴的直径d>C(P1/n1j)1/4=110 X (3.80/900) 1/4=31.5 mm因轴与齿轮采用单键联接，故有键槽，可将轴径加大5%即 d=31.5 X 1.05=33.075，取 d=35选平键：10 8轴二： 轴H采用光轴加花键联接，按扭转刚度估算轴的直径d>C(P

9、2/n2j)1/4=110 X (3.69/450) 1/4=22.3 m因轴与齿轮采用花键联接，花键轴内径比d值减少7%即 d=33.10 X 0.93=30.78，取 d=30轴三： 轴皿采用光轴加弹性挡圈和花键联接，按扭转刚度估算轴的直径：d > C(P3/n3j)1/4=110 X (3.58/160) 1/4=42.57 m因轴与齿轮采用花键联接，花键轴内径比d值减少7%即d=42.57 X 0.93=39.59，取 d=40主轴：选择主轴前端直径D厂72mm ,后端直径D2(0.75 0.85)Di取D2 = 55mm，则平均直径 D 55mm。对于普通车床，主轴内孔直径d=

10、 (0.55 - 0.6)D,考虑为增强主轴的弯矩适当缩小内孔径故本例之中，主轴内孔直径取为d 15mm支承形式选择两支撑，初取悬伸量 80mm，支撑跨距L = 348mm。选择平键连接，b h = 22 14,1二75mm。主轴图：F 1 L丄hftl1o八、带轮设计(1)确定计算功率：P=4kw,K为工作情况系数，可取工作 8小时，取K=1.0八、带轮设计(1)确定计算功率：P=4kw,K为工作情况系数，可取工作 8小时，取K=1.0P = KP = 1.0江 4.0= 4.0kw(2)选择三角带的型号：由R -4.0kw和n额=1440r/min查表选择B型带(3)取 D 100mm，则

11、絆11440D630二 228.6mm(4) 核算胶带速度600007.54m/s(5) 初定中心矩0.7(DD2厂代辽 2(D1 D2)得 230mm 乞 & 匚 657mm'圆整取500mm(6) 计算胶带的长度L0A0 盲 D1D2(D2 - D4 A。1)22 100228-32228.6 - 1004 乂 500二 25001524 mm取 L0 二 1550mm(7) 计算实际中心距AAo* 500 1550 一 15242=513mm圆整取520mm.(8) 核算小带轮的包角.180 - D2D1 180 - 120JI80 竺3 空 166520120JI(9)

12、 确定胶带的根数Po =匸92 , C1= 0.981.92 0.98 0.99二 2.12取三根带。九、计算齿轮模数模数的确定:a传动组：计算最小齿轮分度圆直径其中:d 一 76.573 (J 1)KTJ 打山J -公比；"二 4 ；Nd-电动机功率； 肌=4KW;；：m-齿宽系数；二-齿轮传动许允应力；nj-计算齿轮计算转速 = Zn；t i mS ，2取匚 lim = 605 N / mm ,安全系数S = 1。由应力循环次数选取K=1.2分度圆直径=49.01mm工 76.57(ATF 任 57603V 0.9 沃 4 沢 605汉 605模数 m二d/z=49.01/2仁2

13、.3,取m=3十、各级转速校核各级实际转速r/min78.9157.9315.9631.6各级标准80160315630转速r/min误差1.3%1.3%0.3%0.3%以上各级的转速误差全部满足实际转速-标准转速标准转速10( T)% = 10(1.41-1)%= 4.1%1一、齿轮校核轴及111222223333主主齿数302436424836424222626018轴轴3072模数33333333333333（mr）分度90721012141010106016180549021圆86486686直径(mm)齿顶33333333333333高(mm)(1) 一轴到二轴的小齿轮从上表可知为齿

14、数为24查设计手册可得以下数据：Z - 24, u = 2,m = 3,B = 8 3 = 24,比二 630r / min, 二 1.04,K - 1.3,K 1.3T 二 TS/P = 18000/2 = 9000m3接触应力:60mTCT60 630 9000107二 3.24Kn 二 0.83,心二 0.58,Kq 二 0.64,2088 1000ZmW_1)KiK2K3KsNy uBnj(MPa)m3m3n为传递的额定功率(KW N = 3.8将以上数据代入公式可得5 "838.6Mpa 1100Mpa(PASS)弯曲应力：Kt60一630一9000 彳2述1062.35m

15、3m3Kn 二 0.83,心=0.78,Kq 二 0.77，K KTKnKNK 1.25，Y = 0.395191 105心仆34Zm2 BYnj(MPa)将以上数据代入公式可得w "162Mpa 320Mpa(PASS)(2)二轴到三轴的小齿轮从上表可知为齿数为 20 查设计手册可得以下数据：Z= 20,u = 2,m = 3,B = 1030,nj 二 315r/min, K 1.04,K 1.3,2 1.3T = Ts/P8000/2 二 9000接触应力:60 315 90001072.6心二 0.85,心二 0.58,Kq 二 0.60,2心心心“二0.962088&quo

16、t;000匡丞亘区K(MPa)JZm uBnjN为传递的额定功率(KVy N 二 3.65将以上数据代入公式可得= 504Mpa 1100Mpa(PASS)m660门汀_C。_弯曲应力：Kt60 315 警=2.12 10心二 0.85,Kn 二 0.78,Kq 二 0.75，心二 KtKaKnK1.17191 105KiK2K3KsN(MPa)CJ wZm2B nj将以上数据代入公式可得r 二 29.1Mpa 320Mpa(PASS)(3)三轴到主轴的小齿轮从上表可知为齿数为18查设计手册可得以下数据:60 160 900060n"2 106弯曲应力：©Ks二心匚心叫=1

17、.24CJ w=4沁皿3）Zm2BnjZ=18,u=4,m = 3,B = 8 3 = 24,比=160r / min, K 1.04, K2 = 1.3,K3 = 1.3T = TS/P 二 18000/ 2 = 9000m 360n1T/60X60江 9000 o ,接触应力：j W 1107=2.1Kn 二 0.95, KN = 0.58, Kq 二 0.60 ,Ks 二 KTKnKNK 0.96匚= 2088_1000(匚叩徑心心“側羽)j Zm uBnjn为传递的额定功率(Kvy N = 3.51将以上数据代入公式可得八 1012.34Mpa 1100Mpa(PASS)二 1.87K

18、n0.95,Kn 二 0.78,Kq 二 0.75，将以上数据代入公式可得"83.5Mpa 320Mpa(PASS)十二、主轴校核（a）主轴的前端部挠度ys “y = 0.0002 525=0.105(b) 主轴在前轴承处的倾角二 < 容许值戸轴承乞0.001rad(c) 在安装齿轮处的倾角二乞容许值J齿乞0.001radD平均二1.07' Dili65 16 70 78 75 50 80 236 85 160 90 15069087mmE取为 E = 2.1 105MPa ,(1 - 虫) 企(1 - 生)=1356904(mm4)6487Fz2 955 104p主

19、0.9953d件 n计2 955 104 3.37 0.9953400X25=126 &N)F厂 0.4Fz 二 507(N)，F 0.25Fz 二 217(N)由于小齿轮的传动力大，这里以小齿轮来进行计算2 9 55 1 04P主2 955 104 3.373 30 125二 529& N)将其分解为垂直分力和水平分力由公式 FQyFQytan n = Fq,Fqz 二 Fqtan：可得Fqz = 1589(N),Fq厂 3842(N)22MZFZI件1268 16035253( N mm)3 322M yFyl件507 160 二 54080( N mm)334Fxd 件3

20、17 130 =20605(N mm)主轴载荷图如下所示:(Q垂直平面内RAy(V水平平面内由上图可知如下资料：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm计算(在垂直平面)%Ta)1 y , y 3eii ，6EIIFzcMzC(2I3c)6EIYsz = *% 出二 0.00173FQZab二齿 1 二(b - a)，二齿23EIIMz (I 3c)3EI二齿Z = 71 齿 1 r齿2二齿3 二 6.9 10二轴承1-FQzab(l a)6EII* 2严MzI3EIT轴承Z二T轴承1 T轴承2二 2.9 10计算（在水平面）-FQyabc(Ia)y1 二6EIIFy 苗 3Eii2c(M y - M x) c(I c), y3y6E"(2I 3c)ys厂 丫2 丫3 二0.017申b-a),3EII'齿 2=菩(2I 3c)花3二妙亠3EI3c)=寸齿1 丁齿2 寸齿3= 13.86 10 犬- FQyab(l a)6EII ，0轴承y=6轴承1+ 0轴承2FyClr轴承2,二 3EI3EI讪承 3 二 32.8 105(My - Mx)l轴承3合成：ys