《机械制造装备设计》课程设计.doc

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1、广西科技大学（筹）机械制造装备设计课程设计任务书设计题目： C61 60型普通车床主运动传动系统设计专 业： 机械工程及自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 教研室主任： 广西科技大学机械工程学院2013年1月16日目录一、设计任务书2二、运动设计3 1确定各运动参数3 2确定结构式4 3绘制转速图5 4确定齿轮齿数6 5. 带传动的设计8 6. 计算转速9 7.验算主轴的转速误差10 8绘制传动系统图11三、动力设计11 1.确定主电动机功率11 2.确定各齿轮的模数12 3.确定各轴的直径17四、结构设计18 1.设计主轴组件18 2.主轴组件的验算19 五、 总结 20六、

2、参考资料 20一、设计任务书1、设计目的：课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。2、 设计内容： （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上） （二）、动力设计1 确定主电动机功率2 确定

3、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）二、运动设计 1.确定各运动参数 （1）确定极限切削速度和。 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。允许的切削速度参考值如下： 加工条件（m/min）（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=225 m/min ，=4 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 = 式中，查机床设计指导有，按经验公式

4、可取（0.1-0.2）D：= =995r/min 2）主轴的最小极限转速= 式中，查机床设计指导 有，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50mm左右；=21.2r/min 3）车床的变速范围R R= 4）确定公比。 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，并选级数Z=12.今以=1.26和1.41代入式，的R=12.7和43.8，因此取=1.41更为合适。5） 主轴的各级转速 各级转速可直接从机床主轴变速箱设计指导的标准转速列表中查出，标准数列表给出了以=1.06的从1-10000的数值，因为=1.41=，从表中找到=1000r/min，就可以每隔

5、5个数值取出一个数，从而得出：1000r/min、710 r/min、500 r/min、355 r/min、250 r/min、180r/min、125 r/min、90 r/min、63 r/min、45 r/min、31.5 r/min、22.4 r/min共12级转速。2. 确定结构式 （1）确定传动顺序1）此次设计的c6160车床为12级，故有以下几种传动方案： 2）对方案进行比较第、第种有四联滑移齿轮，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、第种方案； 对于其余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

6、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； 在本次设计中，选择第 方案进行计算。（2）确定扩大顺序 根据级比指数的前密后疏的关系，选取 这种方案。（3） 此次设计的车床的结构式为。（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，=1000r/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=960 r/min； （2）确定轴的转速 在本设计车床中，取轴的转速=500 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

7、最大传动比2， 最小传动比 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：公比级比指数极限值1.41x值4值23）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500 r/min转速传到主轴的22.4 r/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： 传动组传动比电机 i1:11:21:19:251:42:1 （

8、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1820；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一般取5mm 则 ；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，主动齿轮的齿数用表示，从动齿轮的齿数用表示，+=，则传动比为 = 式中，为互质数，设 由于是整数，必定能被所整除；如果各传动副的的齿数和皆为，则能被、所整除，换言之，是、的公倍数。所以确定齿轮的齿数时，应在允许的误差范围

9、内，确定合理的，进而求得、，并尽量使、的最小公倍数为最小，最小公倍数用表示，则必定为的整数倍。设=k，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、，则有 两对齿轮的齿数和分别为=2、=12、=3；最小公倍数=12；则齿数和为=12k。最小齿数发生在中，则；取k=6，得=72，第一对齿轮的齿数、，第二对齿轮的齿数、，第三对齿轮的齿数、。（4）第二变速组 已知、，则有 二对齿轮的齿数和分别为=2、=34；最小公倍数=34；则齿数和为=34k。最小齿数发生在中，则；取k=2，得=68，第一对齿轮的齿数、，第二对齿轮的齿数、。（5）第三变

10、速组 已知、，则有 两对齿轮的齿数和分别为=5、=3；最小公倍数=15；则齿数和为=15k。最小齿数发生在中，则；取k=6，得=90，第一对齿轮的齿数、，第二对齿轮的齿数、。5.带传动的设计 已知：电机额定功率，额定转速，轴的转速，两班制工作。 （1）确定计算功率 公式 查机械设计教程表5-6，得=1.2，则=6.6kw； （2）选择V带带型 查机械设计教程图5-8，选取B型 （3）选择小带轮的基准直径 根据V带的带型，参考机械设计教程表5-2确定小带轮的基准直径=140mm；（4）确定大带轮的基准直径 公式 电机到轴的传动比； 小带轮的基准直径； 根据机械设计教程，取0.02； 计算结果为=

11、248mm；查机械设计教程表5-4，取=265mm。 （5）验算带速V V带的速度V=7.03m/s； 由此得；验算合格； （6）初定中心距= （7）确定三角带的计算长度及内周长 得出=2260.67 查机床主轴变速箱设计指导的L=2273mm=L-Y=2240mm （8）验算三角带的挠曲次数uu= 式中m-带轮的个数 带入数据的u=12.3740 次/s （9）确定实际中心距A （10）验算小带轮包角 由公式计算出；验算合格。 （11）确定三角带带的根数Z 公式 式中和查查机床主轴变速箱设计指导 可得，为计算功率。 计算结果Z=3.22；取整Z=4；V带的根数为4根。6.计算转速 变速传动中

12、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。（1）主轴的计算转速为公式 式中，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63r/min；（2）各传动轴的计算转速 主轴的计算转速是轴经18/72的传动副获得的，此时轴相应的转速为250r/min，但变速组c有两个传动副，轴转速为最低转速90r/min时，通过60/30的传动副可使主轴获得转速180 r/min63 r/min，则应能传递全部功率，所以轴的计算转速为90 r/min，轴的计算转速时通过轴最低转速250r/

13、min获得，所以轴的计算转速为250r/min。同样，轴的计算转速为500r/min。轴主轴计算转速500r/min250r/min90 r/min63r/min7.验算主轴的转速误差 （1）已知： 传动组传动比电机 i =0.51970.50.7110.3610.252（2）计算误差 =（-）=0.23% =（-）=1.21% =（-）=0.22% =（-）=1.01% =（-）=1.60% =（-）=0.22% =（-）=0.22% =（-）=2.02% =（-）=1.19% =（-）=0.22% =（-）=0.22% =（-）=0.22%（3）转速误差允许值为 本设计机床的十二级转速误差

14、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.确定主电动机功率 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=1.4mm；进给量f=0.97mm/r；切削速度v=97m/min。 1）主切削力：=2600N 2）切削功率：=4.12kw 3）电动机功率： 计算得：=5.15kw； 4）查机械设计手册，取电机型号为：Y132M2-6；电机额定功率=5.5kw； 电机的额定转速=96

15、0r/min。 对于轴， 对于轴， 对于轴， 对于轴，2.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；40（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： 由上两式可得： 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； 小齿轮所在传动副的齿数和

16、。 求出后，取的模数要比两者大。 2）对于的传动副： 齿轮弯曲疲劳的估算： 齿轮齿面点蚀的估算： 对于的传动副： 齿轮弯曲疲劳的估算： =2.3 齿轮齿面点蚀的估算： =2.3 对于的传动副： 齿轮弯曲疲劳的估算： 齿轮齿面点蚀的估算： 取、和的传动副的齿轮的模数m=3。 3）对于的传动副： 齿轮弯曲疲劳的估算： 齿轮齿面点蚀的估算： 对于的传动副： 齿轮弯曲疲劳的估算： 齿轮齿面点蚀的估算： =3.0取和的传动副的齿轮的模数m=4。 4）对于的传动副： 齿轮弯曲疲劳的估算： 齿轮齿面点蚀的估算： 对于的传动副： 齿轮弯曲疲劳的估算： 齿轮齿面点蚀的估算： =3.5取和的传动副的齿轮的模数m=

17、5。（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，P计算齿轮（小齿轮）的传递的额定功率，kw； n计算齿轮的计算转速，r/min； 齿轮系数，常取6-10，这里取8； Z计算齿轮的齿数； i大齿轮与小齿轮的齿数比；“+”用于外啮合，“-”用于内啮合； 寿命系数，；当时，取； 当时，取； 工作期限系数，；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18000； n齿轮的最低转速，r/min； 转速变化系数，查机床设计指导表4； 功率利用系数，查机床

18、设计指导表5； 材料强化系数，查机床设计指导表6； 工作情况系数，中等冲击的主运动，=1.21.6，这里取1.25； 动载荷系数，查机床设计指导表8；齿向载荷分布系数，查机床设计指导表9； Y齿形系数，查机床设计指导表10； 许用弯曲、接触应力，Mpa；查机床设计指导表11；2）对于的传动副：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： 对于的传动副： 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： 对于的传动副： 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： 经过验算，取传动副、和的齿轮的模数为4。3）对于的传动副： 根据接触疲

19、劳计算齿轮模数公式为： =5.2 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =2.8 对于的传动副： 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =3.9 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =2.1经过验算，取传动副和的齿轮的模数为6。4） 对于的传动副： 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =5.9 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =3.5对于的传动副： 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： =3.7 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： =2.4 经过验算，取传动副和的齿轮的模数为6。3.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； 公式式中，P该轴的输入功率，kw； n该轴的计算转速，

20、n/min； 允许扭转角，查机床设计指导的表选取，本设计取=1.25； 1）对于轴： =27.6mm； 取轴轴承处的轴颈的直径d=40mm； 2）对于轴： =32.5mm； 取轴轴承处的轴颈的直径d=35mm； 3）对于轴： =41.5mm； 取轴轴承处的轴颈的直径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=110mm； 后支撑轴承的轴颈的直径，取=90mm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

21、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和承受轴向力；选取双列圆柱滚子轴承+承受径向力；前轴承用P4级精度，后轴承采用P5级精度； （2）主轴尺寸的确定 1）主轴内孔直径的确定 公式d=查机械制造装备设计表3-7，取，取整50mm。 2）前锥孔尺寸的确定 查机床设计指导，取莫氏锥孔6号。 3）支承跨距及悬伸长度 支承跨距L取L=5=550mm； 悬伸长度a=90-150mm；取a=115mm。5） 主轴头部类型的选择参照机床设计指导选取一般结构的主轴头B型6号。 2.主轴的验算 （1）跨距L=550mm （2）当量外

22、径D=100mm （3）主轴的刚度 由于，参照金属切削机床设计取公式 式中，主轴刚度，；D当量直径，cm； L支承跨距，cm； a主轴悬伸量，cm； 计算得结果得，=461.5。（4）对这种车床主轴的刚度要求 由于这种机床属于通用机床，主轴的刚度要求可根据自激振动稳定性决定。 查金属切削机床设计表3-5，取阻尼比=0.03.查金属切削机床设计表3-4，当V=100m/s，s=0.4时，取 这种机床要求切削稳定性良好，取， 取根据金属切削机床设计公式 计算得，根据金属切削机床设计公式 计算得，=246.6 1.66=280由此，验算合格。五、总结首先，感谢肖老师在这为期两个星期的课程设计中对我们

23、的辛勤指导，在这次设计中我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。而且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。除此之外我觉得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。最后就是巩固了在机械制造装备设计课程中学到的知识，使我很好的把所学的知识应用到了实际设计中，为以后的设计打下了坚实的基础。六、参考文献1机械制造装备设计 李庆余 机械工业出版社 200382机械设计 蒲良贵 高教出版社 20013机械设计、机械设计基础课程设计 王昆 高教出版社 19964机械制造技术基础 华楚生 重大出版社5切削用量简明手册 艾兴 机械工业出版社 200336金属切削机床设计 戴日署7金属切削机床设计 黄鹤汀 上海科学技术出版社8机械设计手册2 机械工业出版社9机械设计手册3 机械工业出版社10金属切削机床课程设计指导书 陈易新 机械工业出版社11机械原理 孙恒 高教出版社 199612机械制造装备设计 冯辛安 机械工业出版社2003813金属切削机床设计手册14金属切削机床设计简明手册 范云涨 机械工业出版社