机械制造装备设计课程设计.docx
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机械制造装备设计课程设计
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:
_
、刖
.言
二、运动设计
1.确定各运动参数4
2.确定结构式5
3.确定转速图6
4.确定齿轮齿数8
5.带传动的设计(V型)9
6.计算转速11
7.验算主轴的转速误差n11
8.传动系统图的绘制12
三、动力设计
1.电机的选择13
2.各轴的传递功率13
3.确定各齿轮的模数14
4.确定各轴直径19
四、结构设计
1.设计主轴组件20
2.主轴的验算20
五、结束语22
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:
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350mm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(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)加工和铰孔
3-8
取Vmax=200m/min,Vmin=5m/min。
(2)确定主轴的转速、公比及变速范围
1
1000Vmax
nmax
)主轴的最大极限转速
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=0.125350=43.75mm
求得,主轴的最大极限转速nmax=1455m/min。
2)主轴的最小极限转速
_〔OOOVmin
nmin=
dmax
式中,查《机床设计指导》有,dmax考虑车螺纹和铰孔时,其加工最大直径应根
据实际加工情况选取0.1D和50mn左右;取dmax=50mm
求得,主轴的最小转速nmin=31.8m/min。
3)车床的变速范围R
R=归=45.7
nmin
4)确定公比。
取机床的变速级数为Z=12级,
由公式R=Z1,得=1.4155,取标准值=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=1—10000的数值,因为=1.4仁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:
1500r/min、1060r/min、750r/min、
530r/min、375r/min、265r/min、190r/min、132r/min、95r/min、67r/min、47.5r/min、33.5r/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1、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3第4种的大;下面就第3第4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4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,会增大轴的轴向尺寸;为了使轴的轴向尺寸不至于太长,把二联滑移齿轮放在轴
,三联滑移齿轮放在轴;这样的话可以使轴的尺寸不太大,又可以使较多的传动副放
在相对高速的位置。
对于第3第4种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4种方案进行计算。
(2)确定扩大顺序
传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致;
本设计扩大方案设计为1223③26。
因为轴上有离合器,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
12233i26
(3)此次设计的车床的结构式为12233126。
(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,nmax=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)确定轴的转速
查《机床设计指导》有,车床的轴的转速一般取700--1000r/min左右比较合适,故在本设计车床中,取轴的转速n=750r/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Umax2,
最小传动比Umin丄传动比过大,引起振动和噪音,传动比过小,使动齿轮与传动齿轮
4
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:
——___
〜公
级比指数极限值~
1.41
X值imax_1t丄
4
4
‘1
X值imin-72
2
3)根据“前缓后急”原则,先确定各个变速组的最小传动线;从轴的750r/min转速传到主轴的33.5r/min,相差9格,相当于级比指数为9;
总共有3个变速组;93=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:
传动组
电机一
——
——
—V
传动比
•
i
i0132:
250
ia11:
2
ib119:
53
ic11:
4
ia27:
5
ib21:
2
ic22:
1
ib35:
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般推荐齿轮数和Sz为60〜100;
2)不产生根切最小齿轮Zmin18〜20;
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2mm—般取5mm
nt[2T
则Zmin6.5
m
4)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,
Z;ai
Zj+Zj=SZj,则传动比ij为ij==
Zjbj
Szj‘Szj
式中,a」、bj为互质数,设ajbjSojZjajZjbj
SojSoj
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So1、
So2、So3
所整除,换言之,Sz是So1、So2、So3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=kSo,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
已知ia11'ia27,则有
25
两对齿轮的齿数和分别为Sa1=3、Sa2=12;最小公倍数Sa=12;则齿数和为Sz=12k。
最
1
小齿数发生在ia1中,则乙“-12k4k17,k5;取k=6,得Sz=72,第一对齿轮的齿
3
‘7‘
数Zai24、Zal48,第二对齿轮的齿数Za2—Sz42、Za230。
12
(4)第二变速组
1915
已知ibi—、d-,ib3—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;则齿数和为
19
Sz=72k。
最小齿数发生在ib1中,则Zb1—72k19k17,k1;取k=1,得Sz=72,第
72
一对齿轮的齿数Zb119、Zb153,第二对齿轮的齿数Zb2-Sz24、~Zb248、
3
5‘
Zb3Sz30、Zb342o
12
(5)第三变速组
已知id->ic22,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=15ko最
1
小齿数发生在id中,则Zc115k3k17,k5.7;取k=7,得Sz=105,第一对齿轮的
5
2齿数Zc121、Zc184,第二对齿轮的齿数Zc2-Sz70、zC235。
3
5.带传动的设计(V型)
已知:
电机额定功率Pm7.5kw,额定转速nm1440r/m,轴的转速n750r/min,
两班制工作。
(1)确定计算功率Pca
公式PcaKAPm
查《机械设计》教程表8-7,得Ka=1.2,则PcaKaPm=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d2i0d1
(1)
i。
一电机到轴的传动比;
di—小带轮的基准直径;
—根据《机械设计》教程,取0.02;
计算结果为d2i°di
(1)=248mm查《机械设计》教程表8-8,取d2=250mm
(5)验算带速V
V带的速度V=dinm=9.9527m/s;
601000
由此得5V25m/s;验算合格;
(6)确定V带的基准长度Ld
1)初定两带轮的中心距a0
查《机械设计》教程,得a°=(0.7-2)(di+d2),取a°=500mm
2)计算初定中心距a。
相应的带长Lea
2
Lea2a0一(did?
)=1607mm
24a°
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
由公式a=a0ea计算出实际中心距a=496.5mm
2
(8)验算小带轮上的包角1
-J
由公式118057.32-1计算出1166120;
a
验算合格
(9)计算V带的根数Z
公式Z耳
(P0P0)KKl
式中,P。
一单根V带的基本额定功率,查《机械设计》教程表8-4a取P°=2.5kw;
P。
一单根V带额定功率的增量,查《机械设计》教程表8-4b取P0=0.4;
K—包角修正系数,查《机械设计》教程表8-5取K=0.96;
Kl—带长度系数,查《机械设计》教程表8-2取Kl=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,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。
式中,ni—第一级的转速;
Z—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经21/84的传动副获得的,此时轴相应的转速为375r/min,
但变速组c有两个传动副,轴转速为最低转速132r/min时,通过70/35的传动副可使
主轴获得转速265r/min>95r/min,则应能传递全部功率,所以轴的计算转速为132
r/min,轴的计算转速时通过轴最低转速375r/min获得,所以轴的计算转速为
375r/min。
同样,轴的计算转速为750r/min。
轴
主轴
计算转速
750r/min
375r/min
132r/min
95r/min
7.
验算主轴的转速误差
传动比
传动组
电机一
—
—
—V
i
=0.51744
ia10.5
ib10.3585
ic10.25
ia21.4
ib20.5
ic22
ib30.7143
(1)已知:
(2)计算误差
n1
i0ia1ib1ic1)
na100%=0.7%
n3=(n3-nmi0ia1ib3ic1)
n4=(n4-n皿订「82*1匚1)n4100%=1.6%
n7=
(n?
-
nmi0ia1ib1ic2)
n?
100%=0.8%
n8=
(n8-
nmi0ia1ib2ic2
)
n8
100%=0.65%
n9=
(ng-
nm101a1ib3ic2
J
ng
100%=0.42%
n10=
:
(n10
-nmi0ia2ib1i(
c2)
n10
100%=0.28%
n11=
:
(nn
-nmi0ia2ib2i
c2)
nn
100%=1.6%
n12=
:
(n12
-nmi0ia12ib3
ic2)
n12100%=0.67%
(3)
转速误差允许值为
(
D
10%4.1%
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进给量f=0.375mm/r;
切削速度v=95m/min。
1)主切削力:
Fc1900apf0.75=3187N
电机的额定转速nm=1440r/min。
2.各轴的传递功率
对于轴,PPm?
4v7.50.9646.37kw
对于轴,
P
P?
4V?
m
齿轮
?
2
轴承
7.5
0.964
0.97
0.992
6.06kw
对于
轴,
P
P?
4v?
m■
2齿轮
?
4
轴承
7.5
0.964
0.972
0.994
5.76kw
对于
V轴,
Pv
P?
4v?
m
3齿轮
?
6
轴承
7.5
0.964
0.973
0.996
5.47kw
3.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240HBS40Cr(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—小齿轮所在轴的传递功率,kw;
Z—小齿轮的模数,mm
n—小齿轮的计算转速,r/min。
齿轮齿面点蚀的估算:
式中,P—小齿轮所在轴的传递功率,kw;
Z—小齿轮的模数,mm
n—小齿轮的计算转速,r/min;
Sz—小齿轮所在传动副的齿数和。
求出m、mj后,取的模数要比两者大。
2)对于4i的传动副,
齿轮弯曲疲劳的估算:
m32抚寫=2.3
740
6.37
齿轮齿面点蚀的估算:
对于42的传动副,
30
齿轮弯曲疲劳的估算:
齿轮齿面点蚀的估算:
mj
72
=2.1
32
6.06
301060
=1.8
mj
36.06
\1060
=1.8
m=3
取兰和42的传动副的齿轮的模数
4830
3)对于19的传动副,
53
齿轮弯曲疲劳的估算:
32
6.06=3
19375
6.06
齿轮齿面点蚀的估算:
mj
740\375
72=2・6
对于48的传动副,
对于42的传动副,
齿轮弯曲疲劳的估算:
32、6.06=2.6
V30375
齿轮齿面点蚀的估算:
mj
740鶯=2.6
72
m=4
取匹、24和30的传动副的齿轮的模数
534842
4)对于21的传动副,
84
齿轮弯曲疲劳的估算:
32
576=4.1
21132
5.76
齿轮齿面点蚀的估算:
mj
7403
血=2.5
对于35的传动副,
齿轮弯曲疲劳的估算:
32
以=3^
5.47
齿轮齿面点蚀的估算:
mj
740195
=2.7
105
取21和70的传动副的齿轮的模数m=5
8435
(2)齿数的验算
P—计算齿轮(小齿轮)的传递的额定功率,kw;—计算齿轮的计算转速,r/min;
m—齿轮系数,常取6-10,这里取8;
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,
n
—计算齿轮的齿数;
—大齿轮与小齿轮的齿数比;“+”用于外啮合,“-”用于内啮合;
Ks—寿命系数,Ks心心心心;当KsKmax时,取KsKmax;
Kt—工作期限系数,Ktm60nT;齿轮在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲
VC0
线指数m和基准循环次数C。
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—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—功率利用系数,查《机床设计指导》表5;
Kq—材料强化系数,查《机床设计指导》表6;
K1—工作情况系数,中等冲击的主运动,K1=1.2—1.6,这里取1.25;
K2—动载荷系数,查《机床设计指导》表8;
K3—齿向载荷分布系数,查《机床设计指导》表9;
丫一齿形系数,查《机床设计指导》表10;
、j—许用弯曲、接触应力,Mpa查《机床设计指导》表11;
2)对于24的传动副,
48
根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:
mj163003
(21依「310.6GJ
22
8242650750
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
mj
m2753
对于42的传动副,
30
根据接触疲劳计算齿轮模数公式为
对于30的传动副,
42
根据接触疲劳计算齿轮模数公式为
对于24的传动副,
48
根据接触疲劳计算齿轮模数公式为
3)对于19的传动副
53
1.251.310.86.06_
=2.7
0.428375275
'1.251.310.86.37=22
240.428750275
mj163003
m27531.25「31086.06=3
V190.3868375275
m275324
m27531.25—1.5——0.8—6.06=2
\300.44481060220
163003(2・81!
25「3120.66.06=4.2
V8192.8650375
1(1.41)1.251.510.66.06‘厂
mj163003'22=1.5
V8301.46001060
根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:
:
(1.41)1.251.310.66.06=34
83021.46502375
3(211.251.310.66.06o
m,16300322=2
\8242650375
根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:
经过验算,取传动副24和丝的齿轮的模数为3。
4830
根据弯曲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:
275
1.251.310.86.06
200.4448375275
=2.5
经过验算,取传动副匹、空和30的齿轮的模数为4.5
534842
4)对于21的传动副,根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:
84
mj
16300
浮m匹互=4.9
821246502132
根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:
275
卩.25110.85.76=37
210.48132275=.
对于35的传动副,
根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:
(21)1.25110.65.47_
223・8
8352600265
根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:
mj163003
275
31.25110.85.47
\300.468265220
=3.1
经过验算,取传动副
2170
勺和70的齿轮的模数为5
8435
4.确定各轴直径
(1