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
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