机床课程设计

北华航天工业学院《金属切削机床概论与设计》课程设计报告报告题目：通用机床主传动系统设计作者所在系部：机械工程系作者所在专业：机械设计与制造作者所在班级：12111作者姓名：沈鑫指导教师姓名：丁红军完成时间：2014年6月20日摘要主传动系统设计是机床设计中非常重要的组成部分，本设计从下达任务起，经过查阅文献资料入手，历经两周的时间完成。在设计中，首先根据课程设计所要求的技术参数确定机床设计中所需要的参数，即原动机的功率、机床主轴箱的转速数列公比；然后确定机床主轴箱的主传动系统结构，拟订机床的结构网和转速图；查阅资料，根据转速图确定机床内的各个主要零件的计算转速，根据计算转速确定各级传动的传动比，根据传动比来确定各级传动的齿轮配合的齿轮齿数。根据机床主轴箱的传动链来计算各级转速的实际值与理论值之间的误差。在设计中主要是要计算主轴箱里各个零件的选用是否满足要求以及原动机与主轴箱间的动力传递装置的计算。主轴箱的计算包括摩擦离合器的校核、齿轮的校核、轴的校核、轴承的校核、键的校核、主轴的校核计算等。原动机与主轴箱的动力传递采用的是带传动装置。最后根据资料和参考同类机床来设计该车床的主传动系统，并绘制其装配图。关键词：车床主传动系统结构网目录一、《机床传递与结构》课程设计任务书…………………………………………1页二、概述……………………………………………………………………………2页三、运动设计………………………………………………………………………2页1.确定极限转速……………………………………………………………………2页2.确定数列级数……………………………………………………………………3页3.结构网与结构式…………………………………………………………………3页4.拟定转速图………………………………………………………………………6页5.确定各变速组齿轮传动副齿数…………………………………………………9页6.转速误差计算……………………………………………………………………9页7.绘制传动系统图…………………………………………………………………11页四、动力计算及传动零件的计算…………………………………………………11页1.确定机床主驱动功率……………………………………………………………11页2.带传动的计算和验算……………………………………………………………11页3.传动零件计算转速的计算………………………………………………………13页4.传动轴直径的估算………………………………………………………………14页5.齿轮模数的计算…………………………………………………………………14页6.齿轮几何尺寸的计算……………………………………………………………16页7.主轴尺寸参数的确定……………………………………………………………18页五、技术设计………………………………………………………………………18页1.绘制装配图（见A0图纸）2.切削力的确定……………………………………………………………………18页3.主轴的当量直径…………………………………………………………………20页4.主轴的刚度校核…………………………………………………………………20页六、结束语…………………………………………………………………………24页七、参考文献………………………………………………………………………25页八、评语……………………………………………………………………………26页1一、《机床传动与结构》课程设计任务书课题名称机床传动与课程设计完成时间2周指导教师丁红军职称学生姓名沈鑫班级12111总体设计要求和技术要点1.运动设计根据已知条件确定机床的运动参数：设计计算机床的极限转速、转速系列等运动参数，拟定转速图，确定各传动副传动比及带轮直径、齿轮的齿数，并计算转速误差，绘制传动系统图。2.动力设计选择电机型号及转速，确定主传动系统中个传动件的计算载荷及其尺寸和材料，并对主要零件进行必要的强度和刚度的验算。3.结构设计对有关传动结构、变速机构、主轴部件、润滑装置等进行结构设计。4.学会会运用各种设计资料、手册、国家标准。工作内容及时间进度安排参考进度1.熟悉资料，明确任务数的要求；2.运动参数的计算，传动副的结构计算和材料选择；3.绘制主轴箱部件展开图草图，校核各项技术条件；4.完成正式图，标注技术要求等；5.整理、书写计算说明书；6.答辩。课程设计成果上交材料部件装配图（展开图），比例1：1设计计算说明书2二、概述金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器，又称为“工作母机”。在现代机械制造工业中，金属切削机床是加工机械零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%至60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。此次课程设计的主要组成部件是机床主传动系统。机床主传动系统因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。本文设计的为普通车床的传动系统，根据不同的加工条件，对传动系统的要求也不尽相同，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，从而获得最优的参数，使机床设计的最为合理。三、运动设计主要参数：1.加工直径最大范围是mmD3202.最小转速:min/25minrnmin/25nminr3.转速级数:12Z4.转速公比41.15.切削功率：kw3p1.确定极限转速转速范围：minmaxnnR(1)考虑到设计的结构复杂程度要适中，故采用常规的扩大传动分级变速，并选取级3数12Z,其转速公比为41.1。则由式：1zR(2)现以已知min/25nminr、12Z和41.1代入上式（1）和（2）得：44R、min/1120nmaxr。2.确定数列级数各级转速数列由查《机床课程设计指导书》表2-6标准数列，因606.141.1，首先找到最小转速25，再每跳过5个数取一个转速，即可得到公比为1.41的转速数列:25、35.5、50、71、100、140、200、280、400、560、800、1120共12级转速。3.结构网与结构式拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。变速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，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；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。确定变速组及各变速组中变速副的数目级数为Z的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有Z、Z……个变速副。即321ZZZZ变速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：baZ32，可以有三种方案：223122321232212结构式的拟定对于传动式22312，有6种结构式和对应的结构网。分别为：6312231236122312612223124214223122622231212422312根据主变速系统设计的一般原则：传动副前多后少的原则；主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近电动机的传动转速较高，传动的转矩较小，尺寸小一些，反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸就较大。因此在拟定主变速传动系时，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副数少的变速组放在后面，使主变速传动系中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小一些，以节省变速箱的造价，减小变速箱的外形尺寸；传动顺序与扩大顺序相一致的原则；比较两组变速方案63122312和61222312结构图如下：63122312561222312通过两种方案的比较，后一种方案因第一扩大组在最前面，Ⅱ轴的转速范围比前种方案大，如两种方案Ⅱ轴的最高转速一样，后一种方案Ⅱ轴的最低转速较低，在传递相等功率的情况下，受的转矩较大，传动件的尺寸也就比前种方案大。变速组的降速要前慢后快，中间轴的速度不易超过电动机的转速；6根据以上的原则我们最终确定的传动方案是：63122312；根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下：传动系的结构网4.拟定转速图1）主电动机的选择合理地确定电机功率N，使机床既能充分发挥其性能，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：切削功率：kw3p估算主电机功率：kw床切主NN式中切N——消耗于切削的功率（kw）；床——主运动传动链的总效率。对于车床、铣床、钻床等主运动为回转运动的通用机床，一般可取85.0~7.0床7由上式知主电动机功率为kwN2.4~5.3主选用时，要使电机转速dn与主轴最高转速maxn和I轴转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。min/960drn查《机床课程设计指导书》表2-9，可选取电机为：Y132M1—6额定功率为4KW，满载转速为960r∕min。2）各变速组的变速范围及极限传动比传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围：在降速传动时，为防止被动齿轮的直径过大而使进径向尺寸过大，常限制最小传动比，mini1/4，升速传动时，为防止产生过大的振动和噪音，常限制最大传动比2maxi，斜齿轮比较平稳，可取5.2maxi，故变速组的最大变速范围为maxRmaxi/mini≤8～10。主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即：inRRRRR210检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。1222PXR其中，41.162X，22P所以)10~8(46.81641.12R，符合要求3）确定各轴的转速分配总降速变速比总降速变速比：026.096025imindnn又电动机转速min/960ndr不符合转速数列标准，因而增加一定比变速副。②确定变速轴轴数变速轴轴数=变速组数+定比变速副数+1=3+1+1=5。③在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按变速顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（主轴）。现由Ⅳ（主轴）开始，确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的转速。⑴来确定Ⅲ轴的转速8第二扩大组的变速范围为]10,8[841.1max66R，故两个传动副的传动比必然是两个极限值：41141CI、11222CI结合结构式，Ⅲ轴的转速只有一种可能：100、140、200、280、400、560⑵定轴Ⅱ的转速第一扩大组的级比指数为3，希望中间轴转速较小，因而为了避免升速，又不致变速比太小，可取8.21131bi112bi轴Ⅱ的转速确定为：280、400、560。⑶定轴Ⅰ的转速对于轴Ⅰ，其级比指数为1,可取：1ai=21=212ai=1=41.113ai=11确定轴Ⅰ转速为560，电动机于轴Ⅰ的定变传动比为960/560=1.714）绘制转速图转速图95.确定各变速组齿轮传动副齿数确定齿轮齿数11aizS=...,60、62、64、66、68、70、72、74...41.112