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普通车床主传动系统的设计


制造装备 课程设计任务书
(2015~2016 学年)

设 学 专 姓

计 院

题 名

目 称

普通车床主传动系统的设计
电气工程与自动化学院机械工程系 机械设计制造及自动化 Z41214054 XX

业 (班 级) 名 (学 号

) 日 教 期 师

起 讫 指 导

下发任务书日期

201X 年 X 月 X 日

安徽大学制造装备课程设计任务书
设计题目 XXXX 的设计(例:普通车床主传动系统的设计)
1. 装备传动系统的设计。 2. 计算传动系统的转速、速比、齿轮模数等参数。 3. 设计传动轴轴承支撑方式、带轮卸荷装置、传动系统换向等装置。 4.绘制所设计装备的装配图。 5.绘制两张零件图。 6.装备装配图及其中两张零件图 CAD 电子档一份。 7.编写设计说明书一份。 所设计装备的资料,课程设计指导书,以及与设计有关的参考资料。

主要内容

应收集的 资 料

设计进度 计 划

1.装备传动系统的设计 3 天。 2. 传 动 轴 轴 承 支 撑 方 式 、 带 轮 卸 荷 装 置 、 传 动 系 统 换 向 等 装 置 的 设 计 3天 3.绘制所设计装备的装配图 5天 4.绘制两张零件图 2天 5. 编写设计说明书一份 1天 6.准备及答辩 1天 1. 2. 3. 4. 5. 关慧贞,冯辛安。 《机械制造装备设计》 (第 3 版) 。机械工业出版社,2014。 于骏一,邹青。 《机械制造技术基础》 (第 2 版) 。机械工业出版社,2013。 赵家齐。机械制造工艺学课程设计指导书,机械工业出版社,1997,12。 戴曙。金属切削机床,机械工业出版社,2012。 黄鹤汀。机械制造装备。机械工业出版社,2012。

主要参考 文 献

请各位同学按照设计任务书要求的设计任务按时按质完成设计任务,并随时与指 导教师沟通其设计方案。

指导教师 意 见





安 徽 大 学
课 程 设 计 学生姓名 课题名称: 指导教师过程检查评语: 审 阅 答 辩 成 绩 评 定 书 学号

专业(班级)

指导教师签字: 年 指导教师评语: 月 日

建议成绩: 指导教师签字: 年 月 日


1、 参数的拟定 2、 运动的设计 3、 传动件的估算和验算 4、 展开图的设计 5、 总结



一、参数拟定
1、确定公比 φ 已知Z=8 级(采用集中传动) nmax =1250 nmin=40 Rn =φz-1 所以算得 φ≈1.26 2、确定电机功率 N 已知电机功率 N=4.4kw

二、运动的设计
1、列出结构式 8=2[2] 3[] 2[4] 因为:在 I 轴上如果安置换向摩擦离合器时,为减小轴向尺 寸,第一传动组的传动副数不能多,以 2 为宜。在机床设计中, 因要求的 R 较大,最后扩大组应取 2 更为合适。由于 I 轴装有摩 擦离合器,在结构上要求有一齿轮的齿根圆大于离合器的直径。

2、拟定转速图 1)主电机的选定 电动机功率 N:4.4KW 电机转速 nd:

因为 nmax =1250vr/min ,根据 N=4.4KW,由于要使电机 转速 nd 与主轴最高转速相近或相宜, 以免采用过大的升速或过 小 的 降 速 传 动 。 所 以 初 步 定 电 机 为 : Y132m-4 , 电机 转 速 1440r/min。 2)定比传动 在变速传动系统中采用定比传动,主要考虑传动、结构和 性能等方面要求,以及满足不同用户的使用要求。为使中间两 个变速组做到降速缓慢,以利于减少变速箱的径向尺寸,故在 Ⅰ-Ⅱ轴间增加一对降速传动齿轮。 3)分配降速比 8 级降速为:250 315 400 500 630 800 1000 315 1250 (r/min)

画出转速图 8=2[2]2[2]2[4]

1440r/min
100:180






2.52:1


1250 1000 800 630 500

1:1
1:1.26

1:1

1:1.49

400 315 250

结构大体示意图:
? 180 32 22



a

32

28

38



20

38

32

80

34



b
32



c

86

4kW 1440r/min ? 100

4、计算各传动副的传动比 见下述步骤 5、计算齿轮齿数 见下述步骤 6、带轮直径和齿轮齿数的确定 1)选择三角带型号 根据电机转速 1440 r/min 和功率 n=4.4 查图可确定三角带型 号为 Zt 型。 7、确定带轮的最小直径 Dmin 查表得 Dmin=100 8、计算大带轮直径 D 大 根据要求的传动比u和滑动率ξ 确定 D 大=D 小 ?
1 ? (1 ? ? ) u 1 =140 ? ? (1 ? 0.02) 900

≈160 9、确定齿轮齿数

1)第一变速组内有两对齿轮,其传动比为
z1 =1:1 z2 z3 U2= =1:1.26 z4

U1=

初步定出最小齿轮齿数 Zmin 和 Smin: 根据结构条件,由表得
Z 3 ? Sz ? Z 4 =64-32=32

Z1=32

Z 2 ? Sz ? Z 1 =54-32=22

2)第二变速组有二对传动副 u1:u2=1:1 u3:u4=1.49 确定最小齿轮的齿数 Zmin 和 Smin Z5=32 Z7=38 Z6=20 Z8=32

3)第三变速组有两对齿轮

Z9=80 Z11=32

Z10=34 Z12=86

10、主轴转速系列的验算 n -n ? n ?| 实 理 |? 10 ? (? ? 1)% ? 4.1% n理 D ZI ? II ZII ? III ZIII ? IV ? ? ? D Z ' I ? II Z ' II ? III Z ' III ? IV 140 24 21 21 n '1 ? 1440 ? ? ? ? ? 41.26 220 48 59 83 n1' ? n理 41.26 ? 40 ? n1 ?| |?| |? 3.15% ? 4.1% n理 40 n实 ? n ? 同理
? n2 =3.15%<4.1% ? n3 =1.7%<4.1% ? n4 =3.2%<4.1% ? n5 =1.4%<4.1% ? n6 =1.7%<4.1% ? n7 =2%<4.1% ? n8 =0.4%<4.1% ? n9 =0.6%<4.1% ? n10 =0.02%<4.1% ? n11 =1.17%<4.1% ? n12 =1.34%<4.1%

合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格

Z1
齿数
32

Z2
22

Z3
32

Z4
28

Z5
38

Z6
20

Z7
38

Z8
32

Z9
80

Z10
34

Z11
32

Z12
86

摸数
3

分 度 圆 直 径 齿 根 高 hf 齿 顶 高 ha 齿高

96

66

96

84

152

80

152

128

240

102

96

256

( ha * ?c * )m=1.25 ? 3=3.75

ha * m=1 ? 3=3

6.75

齿 顶 圆 直 径 da 齿 根 圆 直 径df 中 心 距 齿宽

96

132

78

150

105

147

87

168

69

183

111

213

82.5

118.5

64.5

136.5

91.5

133.5

73.5

154.5

55.5

169.5

97.5

99.5

108

120

156

24

11 片式摩擦离合器的选择和计算 1)外摩擦片的内径 d d=23.4+4=27.4mm= D2 2)摩擦片的尺寸 因为 II 轴直径为 23.4mm

m j ? k ? 9330 ? 1.2 ? 9550 ? 91.68 Nm
3)摩擦面对 Z

N ?? Nm nj

7.5 ? 0.96 900

Z?

120mn ? k ? k z ? f ( ? )( D3 ? d 3 )kv km

查表得 Z=17 静扭距 m j ? 91.68N ? m 取 100 N ? m d=30mm B=30mm D=98mm b=10mm
D1 =90mm

三.传动件的估算和验算
1.三角带传动的计算 1)选择三角带的型号 根据计算功率

N J ? KW Nd ? 101? 7.5 ? 8.25KW N J ? 8.25KW
小带轮的转速 1441r/min 选择带的型号为 Z 型 2)确定带轮的计算直径 D1.D2 由前面计算结果得
D1 =100mm D2 =160mm

3)确定三角带速度 V V=3.14Xd1Xn1/60000=7.536m/s 4)初定中心距 A0

A0 ? (0.6 ~ 2)( D1 ? D2 )mm ? 216 ~ 720mm
取 A0 =280mm 5)确定三角带的计算长度 L0 及内周长 LN L0=1004.77 L=1650mm
LN =1025mm

6)验算三角带的扰曲次数 u

u?

1000mv ? 40次 / S L 1000 ? Z ?10.56 ? 1600 ? 13.2 ? 40次 / S

7)确定实际中心距 A
L ? L0 mm 2 1600 ? 1597.5 ? 500 ? 2 ? 502mm A ? A0 ?

8)验算小带轮的包角 ?1

?1 ? 1800 ?

D2 ? D1 ? 57.30 A 220 ? 140 ? 1800 ? ? 57.30 502 ? 170.87 0 ? 1200

9)确定三角带根数 Z

Z?

Nj N0C1

?

6.05 ? 2.28 2.71? 0.98

取 Z=3 2.齿轮模数的估算和计算 各轴计算转速 由图可知 N1=800r/min N2=630 r/min3 N3=400

估算 第三变速组,按齿轮弯曲疲劳的估算

mw ? 32 3

N mm Zn

3 3 7.5 ? (0.98) ? 0.99 ? 0.96 ? 32 3 ? 2.85 21? 450 ?1 ? 0.98(齿轮)

?2=0.99(轴承) ?3=0.96(带)

按齿面点蚀的估算
N 7.5 ? 0.983 ? 0.993 ? 0.96 3 A ? 370 3 mm ? 370 ? 90.5 nj 450 mj ? 2A 2 ? 90.5 ? ? 1.74 Z1 ? Z 2 104

根据mw , m j , 选m ? 3(标准值)

4)计算(验算) 根据接触疲劳齿轮模数

m j ? 16300 3

(i ? 1) k1k 2 k3 k s N mm 2 ? m Z1 i[? j ]2 n

N ? 7.5 ? 0.983 ? 0.993 ? 0.96 ? 6.6 KW n j ? 112 r / min Z1 ? 83 i ? Ks 83 ? 3.95 21 ? Kr Kn Kw Kq
m

KT ?

60nT ? C0

3

60 ? 112 ? 17500 ? 2.27 107

K n ? 0.89 K N ? 0.58 K q ? 0.55 K s ? 2.27 ? 0.89 ? 0.58 ? 0.55 ? 0.64 K 2 ? 1.5 K 3 ? 1.04 K1 ? 1.4 [? j ] ? 650 算出m j ? 2.62 K s ? 0.6

?m ? 8

根据弯曲疲劳计算齿轮模数

Y ? (0.408 ? 0.395) / 2 ? 0.395 ? 0.4015 K1 ? 1.4 K 2 ? 1.5 K 3 ? 1.04 60 ? 112 ? 17500 ? 0.94 2 ? 108 K n ? 0.89 K? ?
6

K N ? 0.78 K q ? 0.77 K s ? K r ?K n ?K n ?K q ? 0.94 ? 0.89 ? 0.78 ? 0.77 ? 0.5 Z1 ? 83 n j ? 112r / min [? w ] ? 275mPa

?m ? 8
mw 275 3 K1 K 2 K 3 K s N ? 2.62 Z1Y? m n j [? w ]

3、传动轴的估算和验算 1)传动轴直径的估算

d ? 91 4
V 轴:

N n j [? ] mm

N ? N d? ? 7.5 ? (0.98)3 ? (0.99)3 ? 0.9 ? 6.16 KW n j ? 112r / min [? ] ? 0.75deg/ m d v ? 914 6.16 ? 47.36mm 112 ? 0.75

IV 轴:
N ? N d? ? 7.5 ? (0.98) 2 ? (0.99) 2 ? 0.9 ? 6.4 KW n j ? 160r / min [? ] ? 1.25deg/ m d IV ? 914 6.4 ? 38.49mm 160 ?1.25

III 轴

N ? N d? ? 7.5 ? 0.98 ? 0.99 ? 0.9 ? 6.55 KW n j ? 450r / min [? ] ? 1.25deg/ m d III ? 914
II 轴:
N ? N d? ? 7.5 ? 0.99 ? 0.9 ? 6.68 KW n j ? 900r / min [? ] ? 1.75 deg/ m d ? 914 6.68 ? 23.4mm 900 ? 1.75

6.55 ? 29.9mm 450 ?1.25

2)传动轴强度的验算 选第 II 轴进行验算
d 大齿轮=mz ? 3 ? 48 ? 144mm T ? P ? 955000 ? 329436 N ? mm n 2T Ft ? ? 2.29 ? 103 d Fr ? Ft tg ? ? 833 N F? ? 0 FNH 2 ? FNH 1 FNV 1 Ft ? 97 ? 889 N 300 F? 203 ? t ? 1861N 300 Fr ? 203 ? ? 677 N 300

FNH 2 ?

Ft ? 97 ? 324 N 300

mH ? FNH 1 ? 97 ? 1861? 97 ? 180517 N ?mm mV ? mNV 2 ? 65772 N ?mm m? mH 2 ? mV 2 ? 192126 N ?mm m ?T 2 ? ( ) 2 ? 4( ) ? w 2w m 2 ? (2T ) 2 ? 59 ? [?1 ] w w ? 3500取?=0.3

? ca


1. 反向机构

展开图设计

利用机械传动实现主轴反转需要一个惰轮, 将惰轮装在有两 个支承的传动轴上,轴的刚性较好,有利于降低噪音。 2 输入轴 1) 2) 带轮装在轴端。 卸荷装置 将带轮装在轴承上,轴承装在套筒上,传给轴的只是扭矩, 径向力由固定在箱体上的套筒承受。 本设计采用将带轮支在轴承 外圈上,扭矩从端头传入。 3) 2. 1) 2) 空套齿轮结构 齿轮块设计 选用 7 级精度 采用焊接连接,工艺简单,连接后齿轮能 达到一定的定

心精度。 4 冲动轴设计 1) I 轴:深沟球轴承

II 轴:深沟球轴承 III 轴:深沟球轴承,圆锥滚子轴承 IV 轴:双列圆柱滚子轴承,圆锥滚子轴承 2)采用轴肩,轴承盖等定位 5.主轴组件的设计

1)内孔直径 43mm 2)轴颈直径 47.3mm 3)前锥孔采用莫氏锥孔,选莫氏锥度号为 6 号。 4)支承跨距 L 和外伸长度 a L/a=3 5)头部尺寸:选 B 型 5 号 6)轴承的配置 双列矩圆柱滚子轴承:种轴承承载能力大,内孔有 1/12 锥 度,摩擦系数小,温升低,但不能承受轴向力,必须和能承受轴 向力的轴承配合使用。 圆锥滚子轴承:载能力大,可同时承受径向力和轴向力,结 构比较简单,但允许的极限转速低一点。 配置轴承时,应注意:每个支承点都要能承受径向力,两个 方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。 径向力和两个方向的轴 向力都应传递到箱体上,即负荷都有机床支承承受,主轴采用两 个支承,机构简单,制造方便。

主轴刚度的验算:
Dmax ? 360mm D1 ? 0.25 Dmax ? 15mm ? 75 ~ 105mm 取D1 ? 75mm D1 ? (1.1 ~ 1.5) D ? D ? 取D ? 68mm D2 ? (0.7 ~ 0.8) D1 ? 52.5 ~ 60mm 取D2 ? 60mm ?? ? d ? 0.55 ~ 0.6 ? d ? (0.55 ~ 0.6) D ? 31.4 ~ 40.8mm D 取d ? 38mm 计算伸长量a ? D1 (1.25 ~ 2.5) ? 93.5 ~ 181.5mm 取a ? 100mm 取支承跨距l ? 300mm, 验算 D1 ? 68.50 1.1 ~ 1.5

总位数

y=y1 ? y2

计算y1 ? yb ? ys 取弹性模量E ? 2 ? 108 I? ? ? 946722 64 64 ? ( D 2 ? d 2 ) ? (682 ? 382 ) A? ? ? 2496.3mm 4 4 x ? 4.61mm Fa 3 3026 ? 1003 300 yb ? (1 ? l / a ) ? ? (1 ? ) ? 0.026 5 3EI 3 ? 2 ? 10 ? 946722 100 Fa 3026 ? 100 100 ys ? X (1 ? a / l ) ? 4.61? ? (1 ? ) ? 0.004 5 EA 2 ? 10 ? 2496.3 300

? (D4 ? d 4 )

? (684 ? 384 )

1.4 K1 ? 1.4 ? 2.21? D1 ? 13.05 ? 105 N / mm 1.4 K 2 ? 1.4 ?1.70 ? D2 ? 6.5 ?105 N / mm

y2 ?

F a F (1 ? ) 2 ? (a / l ) 2 ? 0.0045 K1 l K2

y ? y1 ? y2 ? yD ? yS ? y2 ? 0.0295 ? 0.0002l ? 0.06 合格







这次课程设计是大学期间的第二次的独立的课程设计, 回想起 来,自己有很多不足,有很多需要改进的地方,在这次课程设计 中,我不更熟练的掌握了绘图工具的使用,有些细节我没有好好 把握。感觉对不起老师的良苦用心。另外生活中的一些问题让我 的情绪产生了很大的波动,所以虽然有很多不足,我也只好提前 结束。 另外谢峰老师的认真负责让我尊敬, 不过对于自己没能完成 期望的目标,令老师失望感觉很愧疚。不过能学习到老师的态度 也是没有辜负这段时间。 2015 年 12 月 27 日


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