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普通车床主传动系统设计说明书


机械制造设计

课程设计说明书

设计题目:设计一台普通车床的主传动系 统

设计者: 班级: 学号: 指导教师:
时间:

西南交通大学 机械制造教研室

普通车床主传动系统设计说明书

一、设计题目
设计一台普通橱窗的主传动系统,完成变

速级数为 8 ~ 12 级。

二、设计目的
1、运用、巩固和扩大已学过的知识,特别是机床课程,提高理论联系实际的设计与计 算能力。 2、初步掌握机床主传动系统的设计方法与步骤,在拟定传动和变速的结构方案过程 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。 3、培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4、是毕业设计教学环节实施的技术准备。

三、设计内容与基本要求
(一)运动设计
1、传动方案设计 采用集中传动方案 2、转述调整范围 R

选第一组参数进行计算与设计

Rn ?

nmax 1000 ? ? 11.1 n min 90

3、公比 由已知条件知,该传动系统为单公比传动系统公比 ? ? 1.41
2

4、结构式采用

z ? 8 ? 30 ? 23 ? 21 ? 22 ? 24
(1)确定系数

? LR x0 ? n n ? Z ? 1 ? 7 ? 8 ? 1 ? 0 Ln?
(2)确定结构网和结构式 ①基本组传动副数一般取 P 0 ?2 ②基型传动系数的结构式为: 8 ? 21 ? 22 ? 24 ③因为系数 x0 ? 0 ,所以变形传动系统的结构式为: 8 ? 21 ? 22 ? 24 (3)验算原基本组的变速范围

?

? r2 ? ?1 ? 1.41 ? 8
(4)验算最末变速组的变速范围

r3 ? ? 4?( 2?1) ? 1.414?( 2?1) ? 3.95 ? 8
故所选结构式符合要求。 5、绘制转速图

1 1 ? 1000? u ?? ? ? ? 11.2 12 ? 90 ?

?1

结构网如下:

3

转速图:

6、三角带设计 由<<机械设计>>表 11.5 知 K A ? 1.2 (1)计算功率 P c ? K A P ? 1.2 ? 4.5 ? 5.4KW 。 (2)型号 由 P r / min 及表 11.8 知应选 A 型带。 c ? 5.4kw , n1 ? 1440 (3)带轮直径 D1 , D2 选 D1 ? 100mm,则 D2 ? (4)校核带速 V

1500 D1 ? 150 mm 1000

V?

?D1n1
6000

?

3.14 ?100 ? 1000 ? 5.23m / s 6000

Vmin ? 5m / s ; Vmax ? 25m / s
所以选的带型号符合要求。 (5)初定中心矩 A0

A0 ? (0.6 ~ 2)(D1 ? D2 )mm ? 150 ~ 500mm

4

取 A0 ? 400mm (6)计算胶带长 L0 (胶带截面重心层的长度)
2

L0 ? 2 A0 ?

?
2

?D1 ? D2 ? ? ?D2 ? D1 ?
4 A0

? 1425 .1563 mm

由表 11.4 知,选取与 L0 最接近的标准计算长度 L 及相应的内周长 Lm 得

L ? 1400 mm
(7)核算胶带的弯曲次数 U

U ? 1000 mv / L s ?1 ?
符合要求。 (8)实际中心矩 A

? ?

1000 ? 2 ? 5.23 ?1 s ? 7.47 ? 40 s ?1 1400

? ?

? ?

A?

? ? ? 2 ? 8?D2 ? D1 ?2
8

? 503.69mm

? ? 2L ? ? ?D1 ? D2 ? ? 2015
(9)核算计带轮的包角 ? 1 ?

?1 ? ? 180 ? ?

D2 ? D1 180 ? ? ? 174 .3? ? 120 ? A ?

(10)确定胶带的根数 Z 由表 11.8 知 P 0 ? 1.32KW , C1 ? 0.98

Z?

Pc 5.4 ? ? 2.86 P0C1 1.92? 0.98

取 Z=3 根

(11)大带轮结构如下图所示:

5

7、确定变速组齿轮传动副的齿数 Ⅰ-Ⅱ轴双联滑移齿轮组: 由查表法知: u1 ?

Z1 ? ?0 ?1 Z3 Z2 1 1 ? ? Z 4 ? 1.41

取 Z1 ? Z3 ? 40 , SZ ? 80

u2 ?

取 Z 2 ? 33 , Z 4 ? 47

Ⅱ-Ⅲ轴双联滑移齿轮组:

u3 ? u4 ?

Z5 ? ?0 ?1 Z7 Z6 1 1 ? 2 ? Z8 ? 1.412

取 Z 5 ? Z 7 ? 45, SZ ? 90

取 Z6 ? 30 , Z8 ? 60

Ⅲ-Ⅳ轴双联滑移齿轮组:

u5 ? ? 0 ? 1

Z9 ? Z11 ? 50

S Z ? 100
6

u6 ?

Z10 1 1 ? 4 ? Z12 ? 4

Z10 ? 20

Z12 ? 80

各级转速校核: 各级实 际转速 r/min 各级标 准转速 r/min 误差 88 125 176 250 351 500 702 1000

90

125

180

250

355

500

710

1000

2.22%

0%

2.22%

0%

1.13%

0%

1.13%

0%

以上各级的转速误差全部满足:

实际转速 ? 标准转速 ? 10(? ? 1)% ? 10(1.41 ? 1)% ? 4.1% 标准转速

8、传动系统图

7

(二) 动力设计 1. 各传动零件的计算转速
① 主轴的计算转速 由<<机械制造装备设计>>第二版表 3-10 可知:主轴的计算转速是低速第 一个三分之一变速范围的最高一级转速。 nIV ? 180r / min ② 各转动轴的计算转速 1) 轴Ⅲ有 4 级转速,其最低转速 250 r / min 通过双联齿轮使主轴获得 两级转速:90 和 355 r / min 。 355 r / min 比主轴的计算转速高,需传 递全部功率,故轴Ⅲ的 250 r / min 转速也应能传递全部功率,是计算 转速。 2) 轴Ⅱ有 2 级转速,最低转速为 500 r / min 通过双联齿轮使轴Ⅲ获得 两级转速:250 和 500 r / min 。 500 r / min 比Ⅱ轴的计算转速高,需 传递全部功率,故轴Ⅱ的 500 r / min 转速也应能传递全部功率,是计 算转速。

8

3) 轴Ⅰ由电动机直接驱动,转速为 710 r / min 。 710 r / min 转速通过双 联齿轮使轴Ⅱ获得两级转速 500 和 710 r / min 。 710 r / min 比轴Ⅱ的 计算转速高,需传递全部功率,故轴Ⅰ的 710 r / min 转速也应能传递 全部功率,是计算转速。 故各轴的计算转速 轴序列号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

计算转速 n j ?r / min? ③ 各齿轮的计算转速

710

500

250

180

齿轴 计算转速 n j ?r / min?

Z2
710

Z6
500

Z10
355

Z11
250

2. 传动轴直径初定及键的选取 Ⅰ轴 N I ? N ??皮 ? 5.4 ? 0.98 ? 5.29KW

Ⅱ轴 NII ? NI ??轴 ??齿 ? 5.29? 0.982 ? 0.98 ? 4.98KW III 轴 NIII ? NII ??轴 ??齿 ? 4.98? 0.982 ? 0.98 ? 4.69KW IV 轴 NIV ? NIII ??轴 ??齿 ? 4.69? 0.982 ? 0.98 ? 4.42KW

9

d ? 91 ? 4

n j ?? ?

N



?? ? ? 0.5? ~ 1? ,取 ?? ? ? 8?

d1 ? 914
选花键:

5.29 ? 28.3m m ,取 d1 ? 28m m 710? 0.8

6 ? 28 ? 32 ? 7
4.98 ? 30.3mm ,取 d 2 500? 0.8

d 2 ? 914
选花键:

? 32mm

8 ? 32 ? 36 ? 6
4.69 ? 35.6mm ,取 d 3 250? 0.8

d3 ? 914
选花键:

? 36mm

8 ? 36 ? 40 ? 7

3. 齿轮模数的初步计算

m j ? 16338 3

? m Z12u[? j ]2 n j

?u ? 1?N d

?m ?

B , ?m ? 6 ~ 10 ,取 ?m ? 8 m

I-II: m jZ2

40 )? 4 40 ? 16338 ? 1.27 3 40 2 2 8 ? 40 ? ? [1370 ] ? 710 40 ( 60 ? 1) ? 4 30 ? 16338 ? 1.57 3 60 8 ? 302 ? ? [1370 ]2 ? 500 30 ( 80 ? 1) ? 4 20 ? 16338 ? 1.94 3 80 2 2 8 ? 20 ? ? [1370 ] ? 500 20 (
10

II-III: m jZ6

III-IV: m jZ12

m jZ8

60 ? 1) ? 4 30 ? 16338 ? 1.25 3 60 2 2 8 ? 60 ? ? [1370 ] ? 250 30 ( 50 ? 1) ? 4 50 ? 16338 ? 1.52 3 50 2 2 8 ? 50 ? ? [1370 ] ?185 50 (

m jZ9

取全部齿轮的模数 m ? 2

齿轮校核:
轴及 齿数 模数 (mm ) 分度 圆直 径 (mm) 齿根 圆直 径 (mm) 87.5 63.5 77.5 91.5 87.5 57.5 87.5 97.5 117. 5 37. 5 97.5 157. 5 80 66 80 94 90 60 90 100 120 40 100 160 1 40 2 1 33 2 2 40 2 2 47 2 2 45 2 2 30 2 3 45 2 3 50 2 3 60 2 3 20 2 主轴 50 2 主轴 80 2

齿顶 圆直 径 (mm)

82

68

82

96

92

62

92

102

122

42

102

162

11

4. 主轴轴颈直径确定 1).主轴前轴颈 D1 由教材 P157 表 5-12 知, 选取 D1 为 70~105mm 则去 D1 ? 80mm后轴颈 D2 ? ?0.7 ~ 0.85?D1 ? 56 ~ 68mm。 取 D2 ? 60mm 2).主轴的内孔直径

一般 ? 4 ? ?

?d? ? ? 0.7 ,普通车条有选大的趋势则选 ? ? 0.5 , ?D? D ? D2 d? 1 ? ? 35mm 2

4

3).主轴前端悬伸量 a 初选 根据设计方案前后轴承都采用滚动轴承,则取

a ?1 D1



a ? 80mm

4)主轴支撑跨距 由图 5-57、174 查得前后轴承的刚度分别为:

c ? 710 N / u
1

c ? 600 N / u
2

c / c ? 1.183
1 2

平均直径:

D?

80 ? 70 ? 75mm 2

12

5.主轴弯曲刚度验算
主轴受力图:

T1 ? 9.55 ?10 6

P 4.42 ? 9.55 ?10 6 ? ? 234505 N ? mm n 180

Ft ?

2T1 ? 5863N d1
Ft tan? n ? 2170N , ?? n ? 20?,? ? 11?28?42??? cos ?

Fr ?

Fa ? Ft tan? ? 1190N

水平面反力:

13

?1 ? FR

1190?

25 ? 2170? 45 2 ? ?337N 157.5 25 ? 2170? 45 2 ? 903N 157.5

?2 ? FR

1190?

?? ??2 ? FR ? FR 1

5863 ? 2931 .5 N 2

水平受力图:

水平面弯矩图:

14

垂直受力图:

垂直弯矩图:

合成弯曲矩图:

M ? Mxy ? Mxz
2

2

15

轴材料选用 45 钢淍质

? B ? 650Mpa , ? S ? 360Mpa

主轴只需验算大齿轮处弯曲强度 由表 3.2 所列公式可求的疲劳极限

? ? 0.44? ? 0.44 ? 650 ? 286Mpa
?1b B

? ? 0.30? ? 0.30 ? 650 ? 195Mpa
? ?1
B

?2 ? ?22.5 ? 22.5? ? 903? 45 ? 40635 大齿轮截面截距 M ? FR N ? mm
弯曲应力幅 ? a ? ? ? 弯曲平均应力 ? m ? 0 扭转切应力 ? ?

M 40635 ? ? 9.48 MPa W 0.1? 35 3

T 234505 ? ? 27.35MPa WT 0.2 ? 353

扭转切应力和弯曲平均应力 有效应力集中系数:

?a ??m ?

?
2

?

27.35 ? 13.7 MPa 2

16



D 75 ? ? 2.14 和 ? B ? 650Mpa 从《机械设计》附录表 1 中查出 d 35 K? ? 1.45 , K? ? 1.15

表面状态系数由从《机械设计》附录表 5 得 ? ? 0.92 尺寸系数 从《机械设计》附录表 6 得 ?? ? 0.88 , ? r ? 0.81 安全系数: 弯曲安全系数 设为无限寿命 K N ? 1 由式 16.5 得

S? ?

K?
N

?1b

??

K?
?

? ?? ?
a

?
m

1? 286 1.45 ? 9.48 ? 20.5 0.92 ? 0.88
? 1?195 ? 5.74 1.15? 9.48 ? 20.5 0.92? 0.88

? 7.62

?

扭转安全系数 S r ?

K N ? ? ?1

? ??
复合安全系数 S ?

K?

? a ?? ?? m

S? S? S? ? S?
2 2

?

7.62? 5.74 7.622 ? 5.742

? 4.89 ? 1.5?s?

所以 符合要求

6.齿轮刚度校核计算
经分析知,传动度刚度只需对齿轮为 20 的齿轮校核,若满足条件要求 ,则其 它齿轮也满足条件要求。齿轮长期工作后,受拉侧先产生疲劳裂纹,因此齿根 弯曲疲劳强度计算应以受拉侧为计算依据。 齿根的最大弯曲力矩:

M ? Fn cos? F ? l ?

Ft 2T l cos? F l cos? F ? 1 ? cos? d1 cos?

齿根弯曲强度校核公式

? F ? ?b ?

KFt M KYS a ? Y? ? YF YS Y? ? ?? F ? W bm a a
17

?? F ? ?

? F YN ? YX
lim

S Fmin

?

600? 0.95?1 ? 456NPa 1.25

(由图 12.21 知 YFa ? 2.46 , YSa ? 1.65 , Y? ? 0.68 )

?F ?

KFt 2 ? 5863 YFa YS a Y? ? ? 2.46 ?1.65 ? 0.68 ? 404 MPa ? 456 MPa bm 40 ? 2

传动无严重过载 刚度符合要求。

7、轴承的选取
(1)带轮:因于带轮不承受轴向力,故选用深沟球轴承,型号:210。 (2)一轴:一轴的前后端与箱体外壁配合,配合处传动轴的轴径是 25mm,同时一 轴也不会承受轴向力故也选用深沟球轴承,型号:205。 (3)二轴:二轴与一轴相似,但是由于工作过程之中传动可能右误差,二轴会承 受轴向力,因此二轴与外壁配合处采用深沟球轴承,型号:7206E。 (4)三轴:三轴与外壁配合处采用深沟球轴承,型号:7207E。 (5)主轴:主轴是传动系统之中最为关键的部分,因此应该合理的选择轴承。 从主轴末端到前端依次选择轴承为圆锥滚子轴承,型号:7214E;圆柱滚子轴承, 型号:3182113,其示意图如:

18

(三)正反转控制电路设计

(1) FU1,FU2,FU3,FU4,FU5 为熔断器,起短路保护。 (2) FR 为热继电器。起过载保护。 (3) KM1,KM2 为主电机 M 的正转和反转的接触器。 (4) SB 为停止开关。 (5) SB1 为电机正转开关。 (6) SB2 为电机反转开关。 (7) HL1,HL2 分别为电机正转和反转的指示灯。 (8) EL 为照明灯。

19

参考书籍:
【1】.金属切削机床课程设计指导书 【2】.金属切削机床设计指导 【3】.机床设计手册 【4】.机床设计图册 【5】.金属切削机床设计 【6】.机械课程设计 【7】.机械设计(第二版) 【8】.机械制造装备 【9】.机械制图 【10】.机床电力拖动与控制 【11】.机械原理 哈尔滨工业大学出版社 上海交通大学出版社 机械工业出版社 上海科学技术出版社 上海科学技术出版社 浙江大学出版社 高等教育出版社 中国铁道出版社 高等教育出版社

西南交通大学出版社
高等教育出版社

20


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