机械制造装备设计课程设计

机械制造装备设计 课程设计说明书

学生姓名：姜思成 学生学号：151134110 学科专业：机械设计 所在单位：白城师范学院

2016 年 6月19

一、概述........................................................................................................................ 2

1.1机床课程设计目的 .......................................................................................... 2

1.2车床的规格系列和用处 .................................................................................. 3 1.3操作性能要求 .................................................................................................. 4 二、参数的拟定............................................................................................................ 4

2.1主电机的选择 .................................................................................................. 4 三、设计步骤................................................................................................................ 4

3.1运动设计 .......................................................................................................... 4 3.2传动结构式拟定 .............................................................................................. 5 3.3绘制结构网 ...................................................................................................... 5 3.4绘制转速图 ...................................................................................................... 6 四、传动件估算............................................................................................................ 7

4.1齿轮齿数 .......................................................................................................... 7 4.2传动系统图 ...................................................................................................... 8 4.3带传动设计 ...................................................................................................... 8 4.4各传动组齿轮模数的确定和校核 ................................................................ 10 4.4 齿轮强度校核： ........................................................................................... 12 4.5校核第一组传动组齿轮 ................................................................................ 12 4.6校核第二传动组齿轮 .................................................................................... 14 4.7校核c传动组齿轮 ......................................................................................... 15 五、主轴挠度的校核.................................................................................................. 16

5.1确定各轴最小直径 ........................................................................................ 16 5.2轴的校核 ........................................................................................................ 17 六、主轴最佳跨距的确定.......................................................................................... 17

6.1选择轴颈直径,轴承型号和最佳跨距 ........................................................... 17 6.2 求轴承刚度 ................................................................................................... 18 七、各传动轴支承处轴承的选择.............................................................................. 19 八、主轴刚度的校核.................................................................................................. 19

8．1 主轴图: ....................................................................................................... 19 8.2 计算跨距 ....................................................................................................... 20 九、总结...................................................................................................................... 21

一、概述

1.1机床课程设计目的

通过本课程设计的训练，使学生初步掌握机床的运动设计（包括

主轴箱、变速箱传动链），动力计算（包括确定电机型号，主轴、传动轴、齿轮的计算转速），以及关键零部件的强度校核，获得工程师必备设计能力的初步训练。同时巩固《机械制造装备设计》课程的基本理论和基本知识。

1．运用所学的理论及实践知识，进行机床设计的初步训练，培养学力；

2．掌握机床设计（主轴箱或变速箱）的方法和步骤；

3．掌握设计的基本技能，具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；

4．基本掌握绘图和编写技术文件的能力；

1.2车床的规格系列和用处

普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通型车床主轴变速箱。主要用于加工回转体。

工件最大回正转最高电机功率 公比? 转直径 Dmax (mm) 320 转速 Nmax ( rmin) 1400 4 1.41 N（kw） 表1车床主参数和基本参数

1.3操作性能要求

1．具有皮带轮卸荷装置；

2．手动操作纵双向摩擦片离合器实现主轴的正反转及停止运动要求； 3．主轴的变速由变速手柄完成；

二、参数的拟定

2.1主电机的选择

合理的确定电机功率，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。

已知电动机的功率是4KW，根据《车床设计手册》附录表2选Y132S-4，额定功率5.5KW，满载转速1440r/min，最大额定转矩2.3N/m。

三、设计步骤

3.1运动设计

已知，nmax=1400 r/min,nmin=31.5 r/min, ?=1.14,可求得转速范围：

nmax

Rn= =44.4 nmin

根据转速范围、公比已知，可求得转速级数:

lgRnZ= +1 得Z=12 lg?3.2传动结构式拟定

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Z?、Z?、……个传动副。

传动副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z应为2和3的因子：Z??a??b有以下三种方案： 12=3×2×2，12=2×2×3，12=2×3×2

12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，因此主轴上的齿轮少些为好。最后一个传动组的传动副常选用2。

综上所述，传动式为12=3×2?2。

传动副应前多后少的原则，故12=3?2?2传动式，有6种结构式和对应的结构网。又因为传动顺序应前密后疏，变速组的降速要前慢后快，所以结构式为： 12=31?23?26

3.3绘制结构网

在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动1

比imin≥ ；升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比

4

imax≤2。在主传动链任一传动组的最大变速范围Rmax=(imax/imin)≤8～10。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小，根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下：

传动系统的结构网

3.4绘制转速图

确定传动轴转轴数：

传动轴轴数=变速组数+定比传动副+1=5 确定各级转速绘制转速图：

由nmin=31.5 r/min, ?=1.14,Z=12,得各级转速：

31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400。得转速图：

四、传动件估算

4.1齿轮齿数

第一传动组：

查《机械制造装备设计》表3-6，齿数和Sz取72，传动比u1=1/φ2=1/2,u2=1/φ=1/1.41,u3=1/1=1,于是得Ⅰ轴齿轮齿数分别为：24、30、36。于是i1=24/48,i2=30/42,i3=36/36,可得Ⅱ轴上三联齿轮齿数分别为：48、42、36。

第二传动组：

取????=84,传动比a1=1/φ3=1/2.8,a2=1/1,可得轴Ⅱ两联齿轮的齿数分别为：22、42。于是得ai1=22/62,ai2=42/42,得轴Ⅲ上两齿轮齿数分别为：62、42.

第三传动组：

取????=90，传动比b1=1/4,b2=2,传动比为1/4为降速传动，取轴Ⅲ齿轮齿数为18，传动比为2升速传动，取轴Ⅳ齿轮齿数为30。于是得bi1=18/72, bi2=60/30,得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为18、60，得轴Ⅳ两齿轮齿数分别为72、30。

4.2传动系统图

根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下系统图：

4.3带传动设计

电动机转速n=1440r/min,传递功率P=7.5KW,传动比i=2.03，两班制，一天运转16.1小时，工作年数10年。

1.确定计算功率 取Ka=1.1,则Pca=KaP=1.1×7.5=8.25KW。

2.选取V带型 根据小齿轮的转速和计算功率，选B 型带。 3.确定带轮直径和验算带速。

查表小带轮基准直径d1=125mm, d2=125×i=125×2.03=254mm, 验算带速成ν=

πd1n1

60×1000

其中 n1-小带轮转速，r/min； d1-小带轮直径，mm； 带入数值ν=

3.14×125×1400

60×1000

=9.42m/s[5,25],合适。

4. 确定带传动的中心距和带的基准长度。

设中心距为a0,则：

0.55（d1+d2）≤a≤2(d1+d2),于是，208.45≤a≤758,取中心距为a0=400mm.

带长L0=2a0+(d1+d2)+

2π

(d2?d1)2

4a0

,得L0=1450mm,查表取相近

Ld?L0

2

的基准长度Ld, Ld=1400mm。带传动实际中心距a=a0+

=397.5。

5. 验算小带轮的包角。一般小带轮的包角不应于120 °。

α1≈180°?

d2?d1a

×57.3°=161.4°>120° 。合适。

6.确定带的根数。

Z=Z?pca

(p0??p0)k?kL其中： ?p0-i?1时传递功率的增量； k?-按小轮包角?，查得的包角系数； kL-长度系数；

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。

Z?8.25?4

(2.19?0.46)?0.95?0.907.计算带的张紧力F0

pca2.5?k? F0?500()?qv2

vZk?其中： pca-带的传动功率,KW； v-带速,m/s；

q-每米带的质量，kg/m；取q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。

F0?500?8.252.5?0.9?()?0.17?9.422?193.7N 9.42?40.958.计算作用在轴上的压轴力

161.4??1530N FQ?2ZF0sin?2?4?193.7?sin22?14.4各传动组齿轮模数的确定和校核

模数的确定：

第一传动组：分别计算各齿轮模数 先计算24齿齿轮的模数：

m1?163383(??1)Nd 22?mz?[?]nj其中: ?-公比 ； ? = 2； Nd-电动机功率；Nd = 7.5KW； ?m-齿宽系数； [?]-齿轮传动许允应力;

nj-计算齿轮计算转速。 [?]?KN?lim ， 取?lim= 600MPa,安全系数S = 1。 S 由应力循环次数选取KN?0.9 [?]?0.9?600?540MPa 1KN?0.90，取S=1，????KN?Hlim10.90?600?MPa?540MPa。 S13 m1?16338(2?1)?7.5?3.72mm 228?24?2?540?710 取m = 4mm。

按齿数30的计算，m2?3.13mm，可取m = 4mm； 按齿数36的计算，m3?3.39mm, 可取m = 4mm。 于是传动组a的齿轮模数取m = 4mm，b = 32mm。 轴Ⅰ上齿轮的直径：

da1?4?36?144mm；da2?4?30?120mm；da3?4?24?96mm。 轴Ⅱ上三联齿轮的直径分别为：

''' da?4?36?144mm；d?4?42?168mm；dmm 1a2a3?4?48?192 第二传动组：

确定轴Ⅱ上另两联齿轮的模数。 m?163383(??1)Nd

?mz2?[?]2nj 按22齿数的齿轮计算： ??2.8，nj?355r/min 可得m = 4.8mm；

取m = 5mm。

按42齿数的齿轮计算： 可得m = 3.55mm；

于是轴Ⅱ两联齿轮的模数统一取为m = 5mm。

于是轴Ⅱ两联齿轮的直径分别为： db1?5?22?110mm；db2?5?42?210mm

轴Ⅲ上与轴Ⅱ两联齿轮啮合的两齿轮直径分别为： db'1?5?62?310mm；db'2?5?42?210mm c传动组： 取m = 5mm。

轴Ⅲ上两联动齿轮的直径分别为： dc1?5?18?90mm；dc2?5?60?300mm 轴四上两齿轮的直径分别为： dc'1?5?72?360mm；dc'2?5?30?150mm。

4.4 齿轮强度校核：

计算公式?F?2KT1YFaYSa bm4.5校核第一组传动组齿轮

校核齿数为24的即可，确定各项参数 1. P=8.25KW,n=710r/min,

T?9.55?106?P/n?9.55?106?8.25/710?1.1?105N?mm

2.确定动载系数：v??dn60?1000???96?71060?1000?3.57m/s

齿轮精度为7级，由《机械设计》查得使用系数Kv?1.05 3.b??m?m?8?4?32mm

4.确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数?d?1

非对称KH??1.12?0.18?1?0.6?d2??d2?0.23?10?3b ?1.12?0.18(1?0.6)?0.23?10?3?32?1.42

b/h?32/(4?2)?4,查《机械设计》得KF??1.27

2T2?1.1?105??2290N 5.确定齿间载荷分配系数: Ft?d96KAFt1.0?2290??71.56?100N/m由《机械设计》查得 b32KH??KF??1.2

6.确定动载系数: K?KAKvKF?KH??1.0?1.05?1.2?1.27?1.6 7.查表 10-5

YFa?2.65 FSa?1.58

8.计算弯曲疲劳许用应力

由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限?FE?540Mpa。

图10-18查得 KN?0.9,S = 1.3

[?F]?0.9?540?374Mpa 1.3[?F]374??89.3， YFaYSa2.65?1.58KFt1.6?2290??28.6?89.3 故合适。 bm32?44.6校核第二传动组齿轮

1.校核齿数为22的即可，确定各项参数 P=8.25KW,n=355r/min,

T?9.55?106?P/n?9.55?106?8.25/355?2.22?105N?mm

2.确定动载系数：v??dn60?1000???110?35560?1000?2.04m/s

齿轮精度为7级，由《机械设计》查得使用系数Kv?1.0 3.b??m?m?8?5?40mm

4.确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数?d?1

非对称KH??1.12?0.18?1?0.6?d2??d2?0.23?10?3b ?1.12?0.18(1?0.6)?0.23?10?3?40?1.42

b/h?40/(5?2.8)?2.9,查《机械设计》得KF??1.27

2T2?2.22?105??4040N 5.确定齿间载荷分配系数: Ft?d110KAFt1.0?4040??101?100N/m由《机械设计》查得 b40KF??KH??1.1

6.确定动载系数: K?KAKvKF?KH??1.0?1.0?1.1?1.27?1.397 7.查表 10-5

YFa?2.72 FSa?1.57

8.计算弯曲疲劳许用应力

由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限?FE?540Mpa。 图10-18查得 KN?0.9,S = 1.3

[?F]?0.9?540?374Mpa 1.3[?F]374??87.5， YFaYSa2.72?1.57KFt1.397?4040??28.2?87.5 故合适。 bm40?54.7校核c传动组齿轮

1.校核齿数为18的即可，确定各项参数

P=8.25KW,n=355r/min,

T?9.55?106?P/n?9.55?106?8.25/355?2.22?105N?mm

2.确定动载系数：v??dn60?1000???90?35560?1000?1.67m/s

齿轮精度为7级，由《机械设计》查得使用系数Kv?0.9 3.b??m?m?8?5?40mm

4.确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数?d?1

非对称KH??1.12?0.18?1?0.6?d2??d2?0.23?10?3b

?1.12?0.18(1?0.6)?0.23?10?3?40?1.42

b/h?40/(5?4)?2,查《机械设计》得KF??1.27

2T2?2.22?105??4930N 5.确定齿间载荷分配系数: Ft?d90KAFt1.0?4930??123?100N/m由《机械设计》查得 b40KF??KH??1.1

6.确定动载系数: K?KAKvKF?KH??1.0?0.9?1.1?1.27?1.2573 7.查表 10-5

九、总结

对于这次实习，开始真的是不知道从哪里下手，设计也是比较繁琐的，用到的知识也是几乎涵盖了所学所有与本专业相关的知识，但是在老师的细心与耐心的引导下，渐渐的我开始投入了这次设计工作中去，开始有了初步设想，也开始一点一点的从 最初做起。

我认为这次实训对我们是非常有意义的，它不但帮助了我们巩固和深化了课堂理论教学的内容，同时也帮助了我们提高了动手和动脑的能力，培养了我们如何学以致用，把理论与实际相结合，提高了我们独立思考和解决问题的能力。

我取得成果不仅仅是完成了这次课程设计，而是以上我说这些点，我觉得对我以后的生活和工作是有很大帮助的。

最后感谢老师和同学在这次实训中对我的莫大帮助。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nd92.html