机械制造装备设计课程设计

1、安 徽 航 空 航 天 大 学机械制造装备设计课程设计姓名：_班级：学号：指导老师：_目 录一、前 言 3二、运动设计 1.确定各运动参数 42 .确定结构式53 .确定转速图64 .确定齿轮齿数 85 .带传动的设计（V型）96 .计算转速 117 .验算主轴的转速误差15n 118 .传动系统图的绘制 12三、动力设计 1.电机的选择 132. 各轴的传递功率 133 .确定各齿轮的模数 144 .确定各轴直径 19四、结构设计 1.设计主轴组件205 .主轴的验算 2022五、结束语23六、参考文献机械制造装备设计课程设计任务书设计题目：C6135型普通车床主运动传动系统设计专业：班级：

2、学号：姓名：指导教师：教研室主任：一、前言1 .设计目的机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及专业课的基础上，结合机床主传动 部件（主轴变速箱）设计计算进行集合训练。（1） .掌握机床主传动部件设计过程和方法，包括参数拟定，传动设计，零件计 算，结构设计等，培养结构分析和设计的能力。（2） .综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力。（3） .训练和提高设计的基本技能。如计算，制图，应用设计资料，标准和规范, 编写技术文件等。2 .完成的内容机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及有关专业课的基础上，结合机床传 动部件（主轴变速箱）设计进行的综合训练最大工件回转直径是350

3、mm普通车床主轴变速箱设计一、运动设计1 .确定各运动参数2 .确定结构式3 .绘制转速图4 .确定齿轮齿数5 .绘制传动系统图（转速图与传动系统图绘在同一张图纸） 二、动力设计1 .确定主电动机功率2 .确定各轴的直径3 .确定各齿轮的模数三、结构设计1 .设计主轴组件2 .主轴组件的验算3 .绘制主轴组件装配图（1号图纸）四、编写设计说明书（不少于20页）五、答辩。二、运动设计1 .确定各运动参数（1）确定极限切削速度Vmax和Vmin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要求考虑：工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。查机床设计指导 有，允许的切削速度参考值如下:加工条件Vmax (

4、m/min)Vmin (m/min)硬质合金刀具粗加工铸铁工件30-50硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150-300螺纹（丝杆等）加工和钱孔3-8取 Vmax =200 m/min , Vmin =5 m/min。（2）确定主轴的转速、公比及变速范围1 ）主轴的最大极限转速1000Vmaxn max =二 dmin式中，查机床设计指导 有，dmin按经验公式（0.1-0.2 ） D取 0.125D=0.125 350=43.75mm求得，主轴的最大极限转速 nmax=1455 m/min。2 ）主轴的最小极限转速n min1000Vmin二 dmax式中，查机床设计指导 有，dmax考虑车螺

5、纹和较孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取 0.1D和50m也右；取dmax=50mm求得，主轴的最小转速nmin =31.8 m/min。3 ）车床的变速范围RR=nmax =45.7n min4 ）确定公比邛。取机床的变速级数为Z=12级，由公式R=PZ,，得平=1.4155,取标准值中=1.41.5）主轴的各级转速各级转速可直接从机床设计指导的标准转速列表中查出，标准数列表给出了以平=110000的数值，因为=1.41=1.066 ,从表中找到nmax=1500r/min ,就可以每隔5个数值取出一个数，从而得出十二级转速分别为：1500 r/min、1060 r/min、750r

6、/min、530 r/min、375 r/min、265 r/min、190 r/min、132 r/min、95 r/min、67 r/min、47.5 r/min 、33.5 r/min 。2.确定结构式（1）确定传动顺序1）此次设计的c6135车床为12级，故有以下几种传动方案：2 ）对方案进行比较第1 、第2】种有四联滑移齿轮，如果采用四联滑移齿轮的话，话大大增大了主轴箱的轴向尺寸，故不采用第 、第2种方案；也是从结构方面考虑，第5种的轴向尺寸都会比第b】第卜种的大；下面就第3第41种方案进行比较，从而选取最终方案。对于第3种方案，严格遵循了 “前多后少”的设计原则，把尽可能多的传动副

7、置于前面，让尽可能多传动副处于较高速的状态，这样就可以尽量减轻它们的受力情况， 从而可以减小其尺寸，从而减少整体尺寸；对于第41种方案，没有遵循了 “前多后少”的设计原则，但是由于采用第3种方案的话，会增大轴I的轴向尺寸；为了使轴I的轴向尺寸不至于太长，把二联滑移齿轮 放在轴I,三联滑移齿轮放在轴口；这样的话可以使轴I的尺寸不太大，又可以使较多 的传动副放在相对高速的位置。对于第31第4如方案都是相对其他几种比较好的方案，基于不同方面的考虑，可以选择其中一种；在本次设计中，选择第41种方案进行计算。3 )最终确定的传动方案为1412=2x3x2。(2)确定扩大顺序传动方案的扩大顺序与传动顺序可

8、以一致也可以不一致；本设计扩大方案设计为12=2331x 26 0因为轴I上有离合器，为避免离合器干涉 齿轮啮合，必须使其中一个齿轮的齿根圆直径大于离合器的最大直径。故采用此扩大 顺序 12 =23 3i 26(3)此次设计的车床的结构式为12 =23 M 31M 26。(4)绘制结构图3.确定转速图(1)电动机转速的确定根据本设计车床的12级转速，n max=1500r/min ;要使电动机的转速与主轴的最高 转速相近，以避免过大的升速或降速；根据电动机的转速标准，取电动机的额定转速 nm =1440 r/min ;(2)确定I轴的转速查机床设计指导 有，车床的I轴的转速一般取700-100

9、0 r/min 左右比较合 适，故在本设计车床中，取I轴的转速n750 r/min ;(3)分配传动比1 )分配降速比时，应注意传动比的取值范围：齿轮传动副中最大传动比umax<2,最小传动比umin >-传动比过大，引起振动和噪音，传动比过小，使动齿轮与传动齿4轮的直径相差太大，将导致结构庞大。2)由传动比限制原则，得出极限级比指数表:级比指数极限值一_1.41X值i =工=1mi max 中 x 44x 值 i min =17 =223)根据“前缓后急”原则，先确定各个变速组的最小传动线；从I轴的750 r/min 转速传到主轴的33.5 r/min ,相差9格，相当于级比指数

10、为9;总共有3个变速组；9 + 3=3;由“前缓后急”原则分配三格给中间变速组，分配 两格给第一变速组，分配四格给第三变速组；然后，对于其他传动线，结合结构图可相应得出;4)综上所述，得出各传动线的传动比：传动比、约动组电机一Ii _ n1 皿I Niig =132:250ia1=1：2ib1 =19:53ic1 =1:4ia2=7：5G =1:2G=2:1i b3 = 5:7(4)转速图的绘制：4.确定齿轮齿数(1)确定齿轮齿数应该注意以下几类：1)齿轮的齿数和应过大，以免加大中心距使机床结构庞大 一般推荐齿轮数和Sz为60100;2)不产生根切最小齿轮Zmin >18-20；、一 2

11、mm一般取3)保证强度和防止热处理变形过大齿轮齿根园到键槽的壁厚2T6 2 5mm则 Zmin 之 6.5 +；m4)三联滑移齿轮的相领两轮的齿数差应大于 4;避免齿轮右左移动时齿轮右相碰, 能顺利通过。(2)在一个变速组中，主动齿轮的齿数用 Zj表示，从动齿轮的齿数用 Z j表示, Zi a：Z j + Z j =Szj ,则传动比 ij为"二-L = 一Z j bj式中，aj、bj为互质数，设 aj +电=S°j7SzjZj - aj T-SojSzjZ j = bj jSoj由于Zj是整数，Szj必定能被Soj所整除；如果各传动副的的齿数和皆为 Sz,则Sz能被Sol

12、、So2、So3所整除，换言之，Sz是S°i、S°2、S03的公倍数。所以确定齿轮的齿数时，应在允许 的误差范围内，确定合理的aj、bj,进而求得So1、So2、So3,并尽量使So1、So2、So3 的最小公倍数为最小，最小公倍数用 So表示，则Sz必定为So的整数倍。设Sz=kS。，k为整数系数。然后根据最小传动比或最大传动比中的小齿轮确定k值，确定各齿轮的齿数。(3)第一变速组一一 17已知i al = 、i a2 =,则有 25两对齿轮的齿数和分别为Sai=3、Sa2=12；最小公倍数Sa=12；则齿数和为Sz=12k。1最小齿数发生在ia1中，WJ Za1 =-x

13、12k =4k217, k >5 ;取k=6,得Sz=72,第一对齿 3轮的齿数 Za1=24、Z a1 =48,第二对齿轮的齿数 Za2=，xSz=42、Z a2 = 30。12(4)第二变速组已知 i b1 =坦、i b2 = y i b3 = 9 则有5327三对齿轮的齿数和分别为 Sb1=72、Sb2=3、Sb3=12;最小公倍数Sb =72;则齿数和19为Sz=72k。最小齿数发生在 ib1 中，WjZb1 = x72k =19k > 17, k 之1;取 k=1,得Sz=72,72第一对齿轮的齿数Zb1=19、Z b1 =53 ,第二对齿轮的齿数Zb2 =mSz =24

14、、Z b2 = 48、 3_5,Z b3 = MSz =30、 Z b3 =42。12(5)第三变速组一， 12.已知ic1 =、G =,则有41两对齿轮的齿数和分别为Sc1=5、Sc2=3;最小公倍数Sc=15;则齿数和为Sz=15k。1最小齿数发生在ic1中，则Zc1 = - M15k =3k之17, k之5.7;取k=7,得Sz=105,第一对 5齿轮的齿数Zc1=21、Z c1 =84 ,第二对齿轮的齿数Zc2=3mSz=70、Z c2 = 35。 ccz35.带传动的设计(V型)已知：电机额定功率Pm =7.5kw ,额定转速nm =1440r/m , I轴的转速n = 750r/m

15、in ,两班制工作。(1)确定计算功率PcaPca =KAPm查机械设计教程表 8-7 ,得KA =1.2 ,贝U Pca = KAPm=9kw;(2)选择V带带型查机械设计教程图8-11 ,选取B型(3)选择小带轮的基准直径d1根据V带的带型，参考机械设计教程表 8-6和表8-8确定小带轮的基准直径d1=132mm(4)确定大带轮的基准直径d2公式 d2 = i0d 1(1 ；)i0 一电机到I轴的传动比；di一小带轮的基准直径；名一根据机械设计教程，取 0.02 ;计算结果为d2 =i0d 1(1 - s) =248mm查机械设计教程表8-8 ,取d2=250mm (5)验算带速VV 带的

16、速度 V= 7Td1nm =9.9527m/s；60 1000由此得5<V < 25m/s;验算合格；(6)确定V带的基准长度Ld1 )初定两带轮的中心距a0查机械设计教程，得 a0= (0.7-2 ) (d1+d2),取a0=500mm2 )计算初定中心距a。相应的带长LcaLca =2a° 一 (d1 d2)"2 -d' =1607mm24a0查机械设计教程表8-2 ,取Ld=1600mm(7)确定两带轮的中心距a-L- - L” 一由公式a=a0 +计算出头际中心距 a=496.5mm2(8)验算小带轮上的包角巴由公式 % =180©-5

17、7.3©/2 -d1 计算出 % =166*120。；a验算合格。(9)计算V带的根数Z公式Z =Pca(PoPo)K.Kl式中，Po单根V带的基本额定功率，查机械设计教程表 8-4a取Po=2.5kw;Po一单根V带额定功率的增量，查机械设计教程表 8-4b取APo=O.4 ;心一包角修正系数，查机械设计教程表 8-5取K口 =0.96 ;Kl 一带长度系数，查机械设计教程表 8-2取K l =0.92 ;计算结果Z=3.57;取整Z=4; V带的根数为4根。6 .计算转速变速传动中传动件的计算转速，可根据主轴的计算转速和转速图确定。确定传动轴 的计算转速时，先确定主轴的计算转速，

18、再按传动顺序由后往前依次确定，最后确定 各传动件的计算转速。(1)主轴的计算转速为公式 n, =n1中3式中，n1一第一级的转速;Z一机床的转速级数；计算出，主轴的计算转速为95r/min ；(2)各传动轴的计算转速主轴的计算转速是轴III经21/84的传动副获得的，此时轴 III相应的转速为375r/min，但变速组c有两个传动副，轴III转速为最低转速132r/min时，通过70/35 的传动副可使主轴获得转速 265 r/min>95 r/min ,则应能传递全部功率，所以轴1H的 计算转速为132 r/min ,轴IH的计算转速时通过轴II最低转速375r/min获得,所以轴 I

19、I的计算转速为375r/min。同样，轴I的计算转速为750r/min。轴主轴计舁转速750r/min375r/min132 r/min95r/min7 .验算主轴的转速误差6n(1)已知:传动比传动组电机一II- III HIIIVi=0.51744ia1 =0.5i b1 = 0.3585ic1 =0.25ia2=1.4ib2 =0.5ic2 =2ib3 =0.7143(2)计算误差6n尸(ni- nm io iai ibi ici) +> 父100%=0.33%6n2 = ( n2- nm io iai ib2 %1 ) n 门2 父100%=2%6n3 = ( n 3 n m i

20、 0 i ai i b3 i ci ) *n3Mi00%=0.7%6n4= ( n4 - nm i。ia2 ibi ici) *n4 Mi00%=i.6%Sn5= (n5-nmi0ia2ib2ici) +n5 Mi00%=i.2%6n6= (n6- nm i°ia2ib3ici)得门6 Mi00%=2%6n7= (n7- nm i 0 i ai i bi ic2)+n7 Mi00%=0.8%6n8= ( n8-nm i0 i ai ib2 ic2)+ n8 Mi00%=0.65%6n9 = ( n9- nm i° iai i b3 ic2) * n9 Mi00%=0.42%

21、6ni0= ( ni0- nm i°ia2ibiic2)2ni0 Mi00%=0.28%6nii = ( nii- nm i° ia2 ib2 ic2)+ nii m100%=1.6%,ni2 = ( ni2 - n m i 0 i a12 i b3 i c2 )ni2 100% =0.67%(3)转速误差允许值为±(甲-1)父10% =邛.1%本设计机床的十二级转速误差均在误差允许值范围内；转速验算合格。8 .传动系统图的绘制三、动力设计1 .电机的选择合理的确定电动机的功率，使车床既能充分发挥其使用性能，满足生产要求，又 不致使电动机经常轻载而降低功率因素。本

22、设计车床典型重切削条件下的用量：刀具材料：YT15工件材料：45号钢切削方式：车削外圆参照机床设计指导选取：切削深度 ap=3.5mm进2&量f=0.375mm/r ;切削速度v=95m/min。1 )主切削力：Fc =i900apf0.75 =3187N2 ）切削功率：P切=-FcV-=4.95kw612003 ）电动机功率：P =总刈总=刈4丫”3齿轮刈6轴承=0.73计算得：p =也=6.78kw;总4 ）查机械设计手册，取电机型号为：Y132M-4;电机额定功率Pm=7.5kw;电机的额定转速nm=1440r/min。2 .各轴的传递功率对于 I轴，P=Pm "4V

23、=7.5X0.964 =6.37kw对于 II 轴，Pn= Pm力齿轮，”2轴承=7.5x0.964 x 0.97 M0.992 =6.06kw对于 III 轴，Pin= Pm *n4v ,”2齿轮力4轴承=7.5父0.964 M0.972 父 0.994 =5.76kw对于 V 轴，Pv =Pm *n4V ,”3齿轮力6轴承=7.5乂0.964乂 0.973乂 0.996 =5.47kw3 .确定各齿轮的模数采用8级精度的圆柱直齿轮；大齿轮用45号钢（调质），硬度为240HBs 40Cr （调 质），硬度为280HBS.（1）估算模数1 ）按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系

24、数只有在齿轮各参 数都已知后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。齿轮弯曲疲劳的估算：式中，P一小齿轮所在轴的传递功率，kw;Z一小齿轮的模数，mmn一小齿轮的计算转速，r/min 。齿轮齿面点蚀的估算：式中，P一小齿轮所在轴的传递功率，kw;Z一小齿轮的模数，mmn一小齿轮的计算转速，r/min ；Sz 一小齿轮所在传动副的齿数和。求出m噎mj后，取的模数要比两者大。2 ）对于24的传动副，齿轮弯曲疲劳的估算：m486.37=32父,24 750=2.3齿轮齿面点蚀的估算:mj740 3 6.37 50=2.172对于42的传动副, 30齿轮弯曲疲劳的估算:m =32 ,6.06=1.830

25、 1060齿轮齿面点蚀的估算:mj, 6.06740 3 _«=1.872m=3取24和丝的传动副的齿轮的模数48303）对于19的传动副，53齿轮弯曲疲劳的估算：m. = 32196嘘=3齿轮齿面点蚀的估算:mj6.06740 3 37572=2.6,24对于一的传动副, 48齿轮弯曲疲劳的估算:m二32 已黑二2.8齿轮齿面点蚀的估算:740mj ':6.06-=2.672对于洲传动副,6.06。齿轮弯曲疲劳的估算:m = 32 '、 =2.6，30 375齿轮齿面点蚀的估算：mj。6.06740 3 37572=2.6取19、24和30的传动副的齿轮的模数 m=

26、45348424）对于21的传动副，84齿轮弯曲疲劳的估算：m. =32,5.76 =4.1,21 132齿轮齿面点蚀的估算:mj5.76740 3 132105=2.5对于75的传动副,齿轮弯曲疲劳的估算:5.47m = 32 1- =3.835 95齿轮齿面点蚀的估算:mj740 3 5.47 =2.7105取21和70的传动副的齿轮的模数m=58435（2）齿数的验算1 ）根据接触疲劳计算齿轮模数公式为: 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：式中,nP计算齿轮（小齿轮）的传递的额定功率，kw； 一计算齿轮的计算转速，r/min ;，一齿轮系数，常取6-10,这里取8;Z一计算齿轮的齿数；i一

27、大齿轮与小齿轮的齿数比；“十”用于外啮合，“-”用于内啮合;Ks一寿命系数，Ks =KTKnKNKq；当 Ks 之 K max 时，取 K s = K max当 Ks EKmin 时，取 Ks =KminKt一工作期限系数,Kt60nT二 m Co齿轮在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数Co查机床设计指导表3;预定的齿轮工作期限T,中型机床取T=15000-20000h,这里取20000;n一齿轮的最低转速，r/min ;Kn转速变化系数，查机床设计指导表 4;Kn一功率利用系数，查机床设计指导表 5;Kq 一材料强化系数，查机床设计指导表 6;Ki一工作情况系数，中等冲击的主

28、运动，Ki=1.2 1.6,这里取1.25;K 2一动载荷系数，查机床设计指导表 8;K3一齿向载荷分布系数，查机床设计指导表 9;Y一齿形系数，查机床设计指导表 10;h®Ikj匚许用弯曲、接触应力，Mpa查机床设计指导表11;242）对于一的传动副，48根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:（2 1）1.25 1.3 1 0.6 6.37 °mj =16300 3 22=3j.8 242 2 6502 750根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:m =275M3运王运1三=2224 0.42 8 750 275,42对于一的传动副，30根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:mj =163

29、00 3=1.5（1.4 1）1.25 1.5 1 0.6 6.06一 一 2一 2 一8 301.4 6001060根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:1.25 1.5 1 0.8 6.06 o =230 0.444 8 1060 220，.一 一,2442 经过验算，取传动副24和生的齿轮的模数为3。48303）对于19的传动副, 53根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:mj =16300 3(2.8 1) 1.25 1.3 1 0.6 6.06_2_28 192.8 650375=4.2二33二21.25 1.3 1 0.8 6.061.25 1.3 1 0.6 6.0684的传动副，根据接触疲

30、劳计算齿轮模数公式为70的传动副，35根据接触疲劳计算齿轮模数公式为mj =16300 330,对于30的传动副，42根据接触疲劳计算齿轮模数公式为_2_28 242 6503751.25 1.3 1 0.8 6.06 寸=2.520 0.444 8 375 275m . = 275 3mj =16300 3m，尸 275J25 1.3 1 0.8 6.06 m = 275 父 3，=2 7,24 0.42 8 375 275mj =16300 3mj =16300 3，一 一 ,.192430 经过验算，取传动副19、a和30的齿轮的模数为4.553484224的传动副，48根据接触疲劳计算

31、齿轮模数公式为3 1.25 1 1 0.8 5.76 _嗔1m 275 -,i=3.7, 21 0.4 8 132 2751) 1.25 1 1 0.6 5.7622=4.98 212 4 6502 1324 1) 1.25 1.3 1 0.6 6.0622=3.48 302 1.4 6502 375根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:1) 1.25 1 1 0.6 5.47 八门22=3.88 352 2 6002 265根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:1 1.25 1 1 0.8 5.47 m =275 3 =3.1,30 0.46 8 265 220经过验算，取传动副目和70的齿轮的模数为5

32、。 84354.确定各轴直径(1)对于一般传动轴的直径的估算一般轴的材料选取45号钢;公式d =91 4nP：式中，P该轴的输入功率，kw；n 该轴的计算转速，n/min ;b】一允许扭转角，查机床设计指导P32的表选取，本设计取 协=1.25;1 ）对于I轴，d =91 式4,一637 =26mm 最小轴段直径 dmin =32mm ;,750 1.25取I轴轴承处的轴颈的直径d=40mm2)对于II轴，=30mm,6.06d =91 4 ,375 1.25取II轴轴承处的轴颈的直径d=35mm3)对于III轴，,5.76d = 91 4=39mm,132 1.25取II轴轴承处的轴颈的直径

33、d=45mm(2)主轴直径的确定查李庆余主编的机械制造装备设计,取主轴的前轴承轴颈的直径 D1=90mm后支撑轴承的轴颈的直径 D2 = (0.7-0.9) D1, MD2=70mm四、结构设计1 .设计主轴组件(1)主轴上的轴承的选择在配置轴承时，应注意以下几点：1)每个支撑点都要能承受径向力；2)两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受；3)径向力和两个方向的轴向力都应该传递到箱体上；4)前轴承的精度要比后轴承的精度高一级；对于主轴，采用后端定位；选取双向角接触球轴承3182113和3182118承受轴向力；选取双列圆柱滚子轴承2268116”受径向力；前轴承用P4级精度，后轴承采用P5级精