机械制造装备课程设计

1、机械制造装备课程设计说明书题目：车床主轴箱课程设计学院：机械与动力工程学院专业：机械制造及其自动化班级：学号姓名：目录第一章 前言1.课程设计的目的和要求2.设计任务第二章 参数的拟定1.确定转速范围2.确定电动机型号第三章 传动设计1. 主传动方案拟定2. 传动结构式、结构网的选择3.传动式的拟定4.结构式的拟定5. 分配总降速传动比6. 确定传动轴的轴数7. 绘制转速图8. 齿轮齿数的确定9. 传动系统图的拟定10. 带传动的设计第四章 动力设计1. 确定计算转速2. 传动轴直径的估算3. 各传动组齿轮模数的确定4. 主轴组件设计5. 主轴组件设计第五章 结构设计1. 结构设计内容，技术要

2、求及方案2. 展开图及其布置3. 齿轮块设计4. 其他问题第六章 结束语前言一、课程设计的目的和要求1、通过课程设计实践，使学生巩固和加深理解机械制造方向专业课机械制造装备设计、机械制造工艺学和金属切削原理与刀具设计课程及有关基础课和技术基础课的知识；2、使学生比较系统地学习和掌握机械制造装备传动系统的设计方法；学习和掌握制订机械加工工艺规程的方法和步骤，掌握定位基准的概念，深入理解基准的选择原则和工序安排的原则，熟练运用尺寸链原理确定工序尺寸；进一步认识和学习各种金属切削刀具的功能、结构、几何要素及应用。3、使学生学会运用机床设计手册、机械制造工艺手册、刀具设计手册、机械设计手册等技术资料的

3、基本技能，培养学生分析、解决实际设计问题的能力；4、提高学生计算机应用和绘图表达能力；5、要求学生要发挥创造能力，独立完成设计任务。二、设计任务1、机械制造装备设计（1）每个学生在1.5周内必须完成对中等尺寸车床主传动系统的设计：（2）绘制车床主轴箱展开图和一个主要剖面图，原则上要求绘图比例采用1：1，但图幅不得小于A1；（3）设计计算说明书一份，必须按照设计过程分章节编写，插图要规范，并且必须有较为详细的转速图和传动系统图，篇幅约800010000字（按版面计算）。2、机械制造工艺学（1）每个学生在2周内必须完成给定零件（中等复杂程度）的机械加工工艺规程设计和一套（该工艺规程中所用到的，比较

4、复杂）的专用夹具设计。（生产规模给定）（2）绘制给定零件的工作图；（3）制订给定零件的机械加工工艺规程；（3）绘制专用夹具的装配图，和夹具中的两个主要零件图；（4）编写设计说明书一份。3、金属切削原理与刀具设计（1）每个学生在0.5周内必须完成对成型车刀和拉刀的设计：（2）画出刀具廓形计算图；，（3）绘制成形车刀和样板工作图，绘制拉刀工作图.对尺寸很小的刀具或尺寸很大的刀具，应采用放大或缩小的比例画出，但图幅不得小于A2；（4）编写设计计算说明书，内容包括设计的计算和分析等。必须按照设计过程分章节编写，插图要规范。必须有较为详细的计算过程，篇幅约60008000字（按版面计算）.三、设计内容与

5、步骤1、机械制造装备设计根据给定的设计条件，先进行动力参数计算、运动参数计算，然后进行结构设计，绘制传动系统展开图草图，再进行主要零件的强度或刚度计算，根据计算结果修改草图后，进行加深，最后编写设计计算说明书。（1）电动机的选择根据机床类型和给定的主要技术参数及设计条件，计算主电动机的功率，选定电动机的型号和转速；（2）运动参数计算根据使用条件，确定主轴的极限转速，进而确定传动系统的变速组数、各变速组的传动副数，设计结构式，绘制转速图并计算皮带轮的计算直径，齿轮的齿数，最后绘制传动系统图；（3）动力参数计算根据转速图和传动系统图，计算传动轴的直径，齿轮的模数，选择支承轴承的类型等；（4）结构设

6、计根据计算结果，进行主传动系统的轴系、变速机构、主轴组件等的布置和设计并绘制展开图、主要剖面图和主要零件工作图。（5）主要零件的验算根据设计结构和载荷情况，验算最后一根传动轴的刚度和强度、最后一个传动组的齿轮模数、支承轴承的寿命（若系统比较复杂，此项内容可略去）。（6）根据验算结果，对车床主轴箱的展开图和主要剖面图进行修改加深，完成车床主轴箱的图纸绘制；（7）编写设计计算说明书。内容包括运动设计、动力设计和结构设计的计算和分析等2、机械制造工艺学（一）机械加工工艺规程制订（1）阅读图纸，对给定的零件进行工艺性审查1） 审查零件视图的和尺寸标注完整性和正确性；2） 审查零件的结构工艺性；3） 审

7、查技术要求和材料的合理性；4） 绘制正确的零件工作图。（2）选择定位基准选择精基准和粗基准，说明所符合的原则，并进行论证。（3）选择加工方法根据零件的结构特点，生产规模，经济加工精度选择加工方法。然后进行论证。（4）拟订工艺路线，划分工序，安排工序的顺序。（5）确定加工余量和工序尺寸。（6）选择机床设备和夹具。（7）制订机械加工工艺规程并论证其和合理性。（二）专用夹具设计（1）初步拟订定位方案，进行论证后确定其最终方案，进行结构设计。（2）定位误差分析，确定夹具的定位精度是否满足要求。（3）绘制夹具总装图和主要零件图。（三）、编写设计说明书包括机械工艺规程制订和夹具设计两部分，说明书要有内容简

8、介、目录、前言、基本内容、总结和参考文献。第二章 参数的拟定1.确定转速范围+ Z) W! o% f7 C8 e9 b- U; W大学生,毕业设计,课程设计,PDA,掌上电脑,软件,交友,小说, b& F" W1 j+ f7 x6 F终极大学生论坛已知公比1.41，转速级数8可得各级转速, 由ni=nmin×z-1、查标准数列表，主轴各级转速为30,42.5,60,85,118,170,236,335.由公式Rn=nmax/nmin,可知转速范围Rn=335/30=112. 确定电动机型号已知电动机功率P=4kw。电机转速n0=1450 r/min。一般金属切削机床

9、的驱动，如无特殊性能要求，多采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。Y系列电动机高效、节能、起动转矩大、噪声低、振动小、运行安全可靠。根据机床所需功率选择Y112M-4，其同步转速为。第三章 传动设计1. 主传动方案拟定拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、幻想、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。传动方案有多种，传动型式更是众多，比如：传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用

10、增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中传动型式的主轴变速箱。2. 传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。3. 传动式的拟定级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有、个传动副。即8级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好。

11、最后一个传动组的传动副常选用2。综上所述，传动式为8=2×2×2。4. 结构式的拟定对于8=2×2×2传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为：8=21×22×24 8=22×21×24 8=24×22×21 8=22×24×21 8=24×21×22 8=21×24×22进行比较以选择最佳方案，原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。因为如果方案同号传动轴的最高转速相同，则变速范围小的，最低转速较高，转矩较小，传动件的尺寸也就可以小

12、些。因此，选择第一种传动方案。5. 分配总降速传动比总降速传动比为u=nmin/nmax=30/335=0.09,为主轴最低转速，考虑是否需要增加定比传动副，以使转速数列符合标准或有利于减少齿轮及径向与轴向尺寸，并分担总降速传动比。然后，将总降速传动比按“先缓后急”的递减原则分配给串联的各变速组中的最小传动比。6. 确定传动轴的轴数传动轴数变速组数+定比传动副数+1=4。7. 绘制转速图先按传动轴数及主轴转速级数格距画出网格，用以绘制转速图。所选定的结构式共有三个传动组，变速机构共需4轴。加上电动机轴共5轴。故转速图需5条竖线，主轴共8速，电动机轴转速与主轴最高转速相近，故需要8条横线。注明主

13、轴的各级转速。电动机轴转速也应在电动机轴上注明。8.齿轮齿数的确定传动组a如图所示的传动组a,ia1= /1.41,ia2=1/2。查参考文献表8-1，取i为1.41,和2的三行。结果如下： ，60，63，65，67，68，70，72，73，75 ，60，63，66，69，72，75，从以上各行中可挑出，60和72是共同适用的。可取72，从表中查出小齿轮齿数分别为30、24。即30/42，24/48。可得轴上的两联齿轮齿数分别为：42、48。传动组b同上可得轴上两联齿轮的齿数分别为：22、30。于是，可得轴上两齿轮的齿数分别为：62、42。传动组c查表, ,时：84、86、88、90、92、9

14、4时：84、85、89、90、94、95可取 90.于是得=45/45, =18/72得轴两联动齿轮的齿数分别为18，45；得轴两齿轮齿数分别为72，45。9. 传动系统图的拟定根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下传动系统图：10.带传动的设计电动机转速n=1450r/min,传递功率P=4KW,电动机轴与轴之间的降速比为1440/670=2.2，即带传动的传动比为。（1）确定计算功率 由参考文献机械设计表8-7查得工作情况系数取1.3，故（2）选取V带型根据小带轮的转速和计算功率，由参考文献机械设计图8-10选A型带。（3）验算带速和确定带轮直径初选小带轮的基准直径由参考文献机械设计表

15、8-6和表8-8，取小带轮基准直径验算带速按参考文献机械设计式（8-13） 验算带速（4-2）其中 -小带轮转速，r/min； -小带轮直径，mm；V=3.14×125×1450/60×1000=9.48m/s因为，故带速合适。计算大带轮的直径根据参考文献机械设计式（8-15a），计算大带轮直径dd2=idd1=2.2×125=275根据参考文献表8-8，圆整为280。（4）确定带传动的中心距和带的基准长度设中心距为,则（4-3）于是283.5a810,初取中心距为。带长 （4-4）=2×500+3.14（125+280）/2+（280-125

16、）2/4×500=1647.86查参考文献3表8-2取相近的基准长度，。带传动实际中心距（4-5）（5）验算小带轮的包角一般小带轮的包角不应小于。（4-6）合适。（6）确定带的根数计算单根V带的额定功率由=125mm和n=1450r/min,查参考文献表8-4a得。根据n=1450r/min，和A型带，查参考文献表8-4b得。查参考文献表8-5得，表8-2得，于是其中： 时传递功率的增量； 按小轮包角，查得的包角系数； 长度系数；计算V带的根数z（4-7）为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于10，取计算单根V带初拉力的最小值由参考文献表8-3得A型带的单位长度质量,

17、所以（4-8）其中： -带的传动功率,KW； v-带速,m/s； q-每米带的质量，kg/m； 计算压轴力（4-9）带轮的结构小带轮采用腹板式结构，结构见附图。大带轮采用孔板式结构，具体结构略。第四章 动力设计1.确定计算转速（1）主轴的计算转速由机械制造装备设计书表3-16可知：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=60r/min。(2)各传动轴的计算转速轴有四级转速，其最低转速118r/min通过双联滑移齿轮 使主轴获得两级转速：30和118r/min。118r/min比主轴的计算转速高，需传递全部功率，故轴的118r/min转速也应能传递全部功率，是计算转速。

18、轴有两级转速，其最低转速335r/min通过双联滑移齿轮使轴获得两级转速：118和235r/min，均需传递全部功率。故轴的335r/min也能传递全部功率，是计算转速。轴有一级转速670r/min通过双联滑移齿轮使轴获得两级转速335和475r/min均需传递全部功率，故轴的670r/min是计算转速。（3）各齿轮的计算转速轴-之间变速组的最小齿轮是z=18，经该齿轮传动，使主轴获得四级转速：30、42.5、60、85r/min。主轴的计算转速是60r/min,故z=18的齿轮在236r/min时应能传递全部功率，是计算转速。轴-之间变速组的最小齿轮是z=22，经该齿轮传动，使轴获得两级转速

19、：118和170r/min。轴的计算转速是118r/min，故z=22的齿轮在335r/min时应能传递全部功率，是计算转速。轴-之间变速组的最小齿轮使z=24，经该齿轮传动，使轴获得一级转速335r/min轴的计算转速是335r/min，故z=24的齿轮在670r/min时应能传递全部功率，是计算转速。（4）核算主轴转速误差n实=1450×125/280×30/42×30/42×42/42=330r/minn标=335r/min|n实-n标/n标|×100%= 1.4%<5%，所以合适。2. 传动轴直径的估算轴的直径4.4.2 轴的直径

20、轴的直径主轴的直径3.各传动组齿轮模数的确定传动组a计算a传动组各齿轮模数先计算24齿齿轮的模数：（4-12）其中: ； ； -电动机功率； -齿宽系数； -齿轮传动许允应力; -计算齿轮计算转速；取 ， 取,安全系数。由应力循环次数选取，取，。取m=4。于是传动组a的齿轮模数取m=4。传动组b计算b传动组各齿轮模数确定轴上另两联齿轮的模数。 按22齿数的齿轮计算：u=2.8 ,nj=335r/min 可得取m=4。传动组c计算c传动组各齿轮模数,u=4,nj=118r/min,z=18取m =5。4.各齿轮的具体值标准齿轮：从机械原理 表10-2查得以下公式齿顶圆 齿根圆df=mz-2.5m

21、分度圆 齿顶高 齿根高 齿轮的具体值见表齿轮尺寸表齿轮齿数z模数m分度圆d齿顶圆齿根圆齿顶高齿根高13041201281104524241681761584532449610486454484192200182455304120128110456424168176158457224889678458624248256238459425210220197.55510425210220197.55511185809067.55512725360370347.5555. 主轴组件设计主轴直径的初选根据机床主电动机功率查参考文表5-12，可以确定主轴前轴颈应为,初选,后轴颈取。故选前轴承为NN3020

22、K,后轴承为NN3016K。据统计，对于卧式车床内孔直径与外径之比约为，选内孔直径。主轴组件的前悬伸和跨距根据结构,参照参考文献表5-14定悬伸长度。主轴组件最佳跨距选择考虑机械效率主轴最大输出转距（4-13）床身上最大加工直径约为最大回转直径的,取即,故半径为。切削力 （4-14）背向力 （4-15）故总的作用力 （4-16）总作用力作用于顶在顶尖间的工件上主轴尾架各承受一半,故主轴轴端受力为 先假设 前后支撑分别为根据（4-17）由参考文献1图10-24主轴最佳跨距图查。主轴组件的选择轴承的选用选用轴承时，首先要选择轴承类型，合理选用轴承类型所应考虑的因素主要有一下几点：轴承的载荷轴承承受

23、载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。轴承的转速在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。轴承的调心性能当轴的中心线和轴承座中心线不重合而有角度误差时，或因轴受力而弯曲或倾斜时，会造成轴承的内外圈轴线发生偏斜。轴承的安装和拆卸便于安装，便于拆卸也是在选择轴承类型时应该考虑的一个因素。轴承尺寸的选择，选择轴承尺寸时主要注意以下几点动轴承的额定动载荷动轴承的寿命动轴承的当量动载荷接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷与轴向载荷综合以上因素，经过分析和计算得出以下结果：主轴采用三支承 前支承：NN3020K;中支承：N219E;后支承：NN3

24、016K6.齿轮校验 在验算算速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大，齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮3，齿轮8，齿轮11这三个齿轮。齿轮11的齿数为18，模数为5，齿轮的应力： 1）接触应力： u-大齿轮齿数与小齿轮齿数之比； -齿向载荷分布系数；-动载荷系数；-工况系数；-寿命系数查机械设计表10-4及图10-8及表10-2分布得假定齿轮工作寿命是48000h，故应力循环次数为N=60njLh=60×236×1×48000=6.79×108查机械设计图10-18得，所以：2） 弯曲应力： 查金属切削手册有Y=0.37

25、8，代入公式求得：=158.5Mpa 查机械设计图10-21e,齿轮的材产选，大齿轮、小齿轮的硬度为60HRC，故有，从图10-21e读出。因为：，故满足要求，另外两齿轮计算方法如上，均符合要求。第五章 结构设计1.结构设计内容，技术要求及方案设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计由于时间的限制，一般只画展开图。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题。精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率

26、要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。2.展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。I轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，负责齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。3.齿轮块