设计320mm的轻型车床主传动系统.docx

沈阳大学课程设计说明书目 录1主传动系统运动设计31.1确定公比31.2确定转数数列31.3定比传动组数和副数31.4绘制结构网42确定中间轴转速画转速图62.1 确定中间轴转速62.2 确定转速图72.3齿数的方法及原则92.4确定齿轮齿数102.5主轴转速误差102.6 其他轴转速误差112.7传动件计算转速的确定112.8 确定主轴的计算转速122.9确定传动轴的计算转速122.10 齿轮副的计算转速133传动系统设计153.1定比传动机构153.2 变速装置153.3 开停装置153.4 操纵机构153.5 润滑与密封装置15参考文献191 主传动系统运动设计1.1确定公比 转速范围与最大最小转速有如下公式所示的关系：Rn=nmax/nmin=z-1式中：Rn主轴转速级数；nmax主轴最高转速1980r/min；nmin主轴最低转速45r/min； 公比；z转速级数；lg=lgRn/z-1计算=1.410602953，选取公比=1.41。1.2确定转数数列由于公比=1.41,查表7.1在标准数列表中找到45r/min,然后每隔5个数（因为1.41=1.066）取一个值，得出主轴的转数数列值如表1所示：表1 转速数列表级 数n1n2n3n4n5n6n7n8n9n10n11n12转速r/min4563901251802503555007101000140020001.3定比传动组数和副数 将主轴转数级数z分解因子，对于z=12可能有的方案是：（1）12=43 ；（2）12=34 ；（3）12=322 ；（4）12=232 ；（5）12=223对于方案（1）和方案（2），表示传动系统由两个变数组（有七对传动副）串联而成，可节省一根轴，但是有一个四联滑移齿轮，显然不合理，而且增加轴向尺寸，如果将四联滑移齿轮变成两个滑移齿轮，则操作机构必须互锁，以防止两个滑移齿轮同时啮合，因此方案(1)和方案(2)一般不宜采用。传动件传动的扭矩T取决于所传递的功率P(KW)和它的计算转速nc（r/min）(T=9550p/nc)。由于从电动机到主轴大多数为降速传动，靠近电动机的轴的传动件转速高，计算转速nc也高，传递的转矩小，传动件的尺寸也小。如果将传动副数多的变速组放在靠近电动机处，可使小尺寸的零件多，不仅节省材料，还可使变速箱的结构的紧凑。这就是所谓的传动副“前多后少”原则。因此后三种方案中，以取方案（3）为好。它表示传动系统由3个变速组共七对传动副（不含定比传动副）组成。1.4绘制结构网安排扩大顺序，分配三个变速组，确定基本组，第一扩大组，第二扩大组，对于12=322的传动方案，可能有的传动结构式和结构网有6个如图1-1。 对于这六种方案都应验算每个变速组的变速范围。如前述只验算最后一个扩大组即可。如图1-1所示，在（a），(b)，(c)，(e)方案中，最后一个扩大组是26 ，在（d），（f）方案中，最后一个扩大组是34 。对于26 ，r2=,故满足要求。对于34组，r2=远远大于8。因此，只有在（a）（b）（c）（e）四个方案中选择一个最好的方案。其原则是，选择中间轴（）（）变速范围最小的方案。因为如果同轴号的最高转速相同，则变速范围小的方案最低转速高，可是传动件（轴和齿轮）的尺寸减小，变速箱的结构紧凑，反之，如果同轴号的最低转速相同，则变速范围小者最高转速低，可减小震动和噪声，提高变速箱的使用质量，或降低使用成本。通过比较，四个方案中以（a）方案的轴的变速范围最小。故以（a）方案最佳。该方案的特点是扩大顺序与传动顺序一致。因此，在没有特殊要求的情况下，在安排扩大顺序（写结构式或结构网）时应尽量与传动顺序一致。图1-1 12级的6种结构式和结构网2 确定中间轴转速画转速图2.1 确定中间轴转速在升速imin2,降速imax1/4(直齿轮传动)的条件下，分配各传动组的传动比，以确定中间轴的转速。由于从电动机轴到主轴的总趋势是降速传动，如果中间轴的转速定得高一些，会使传动件的尺寸小一些。因此，在分配传动比时，按传动顺序，前面变速组的降速要慢些，后面变速组的降速要快一些，即所谓的降速要“前慢后快”。故要求iaminibminicmin,但是，如果中间轴的转速过高，将会引起大的振动 发热和噪声。通常，希望齿轮的线速度不超过1215m/s。对于中型车、钻、铣等机床，中间轴的最高转速不宜超过电动机转速。对于小型机床和精密机床，由于功率较小，传动件不会太大，这时振动 发热和噪声是要考虑的主要问题。因此，更要注意限制中间轴的转速不要过高。有时，从电动机到主轴是升速传动，在分配变速组的传动比时，也应该采用“前慢后快”的原则。即按传动顺序，在前面的变速组的传动比升的慢些（传动比小），后面的变速组升的快些（传动比大）。这样可压低中间轴的最高转速，以降低中间轴传动件的精度等级。对于中间轴转速不是太高时，基于减小传动件尺寸的 要求，则升速宜采用“前快后慢”的原则来分配传动组的传动比。本设计所定的传动结构式共有3个传动组.变速系统共需4根轴,加上电动机轴,故需画5条间距相等的竖线来表示轴.主轴有12级转速,共需画12条间距相等的水平线表示转速的对数坐标,在主轴与水平线交点上画12个圆点表示主轴的12级转速,并注明转速值,在电动机轴（O轴）相应位置画一个圆点并注明1440r/min。定中间各级转速时，可以从电动机轴开始往后推。通常一往前推比较方便，即可首先定轴的转速（首先分配第二扩大组c的传动比）。由于传动组c的变速范围：rc= (Pc-1)Xc =6=8式中: rcc变数组的变数范围； Pcc变数组的传动副数；Xcc变数组的级比指数。故这两对传动副的传动比必然是:1/ n11/4 ; n22于是 : n1=4，n2=2于是确定了轴的6级转速只能是：180r/min ; 250r/min; 355r/min; 500r/min; 710r/min; 1000r/min ，可见轴的最低转速是180r/min。两对传动副的连线如图2-1中hj和hk。图2-1转速图的拟定然后确定轴的转速，传动组b为第一扩大组，级比指数为3，可知，轴的最低转速可以是250r/min（imax=2,imin=1/），355r/min(imax=,imin=1/2)，500r/min (imax=1,imin=1/3),710 r/min（imax=1/,imin=1/4）为避免升速，同时不使最小传动比太小，并满足降速符合递减原则，因此取ib min=ib1=1/3 ; ib max =ib2=1即最低转速定为500r/min，两对传动副的连线如图中fh和fg所示，所以此轴的三级转速分别为：500r/min ；710r/min ；1000r/min。在-轴间的变速组为基本组，级比指数为1，根据升2降4原则，轴的转速可以是：500r/min（imax=2,imin=1），710r/min（imax=,imin=1/），1000r/min（imax=1,imin=1/2），1400r/min（imax=1/,imin=1/3），2000r/min（imax=1/2,imin=1/4），基于同样理由，确定此轴转速为1000r/min。三对传动的连线如图2中的mf，me，md所示。2.2 确定转速图电动机O轴与轴之间可采用带传动，传动比为1.41：1 最后，分别在 轴间，过轴转速点e，d分别画fh和fg的平行线。同样在 之间，过轴转速点画hj和hk的平行线，并在转速图上写出电机轴和主轴的转速，传动比连线上写出传动比。这样转速图最终完成，其结果如图2-2所示。 图2-2 12=312326的转速图对应于12=312326的结构式还可以有别的转速图，如图2-3。图2-3 12=312326转速图图2-3是将和轴的转速都降低一个公比，这样比上面的转速图最高转速降低了大约20%，有利于降低噪声和减少发热。缺点是由于轴之间的转速降低了一个公比，所以轴的直径和两组齿轮模数都要增大，同时被动轮的直径也要增大。2.3齿数的方法及原则在传动系统中,传动比u采用的是标准公比的整数次幂,故齿数和Sz以及小齿轮齿数均可从表中直接查到相应的标准齿数。选齿轮时应当注意：（1）齿数和Sz不宜过大，以便限制齿轮的线速度而减少噪声，同时避免中心距增加而使机床机构庞大，一般满70Sz100120。（2）齿数和Sz不宜过小选择齿数和时，不应使小齿轮发生根切，为使运动平稳，对于支持圆柱齿轮一般要求最小齿Zmin1820。a组中有两个传动副,对应应该有6个齿,Z1、Z1、Z2、Z2、Z3、Z3。其中，ub1=1.41，对b变速组，在传动系统中靠前，故转速高，传递的扭矩相对较小，轴径相对也比较小，故此轴上齿轮应当满足：Zmin1820 ； 70Sz100120的条件下，为了减小成本，可适当取稍小一点，通过查各种常用传动比的适当齿数可得Z1=30,Sz=72故Z1=42。为保证最小齿轮能够可靠地装在轴上或进行套装以及两轴上的轴承能与其他结构不至相碰，要保证齿轮的齿根到孔壁或键槽的壁厚a2m，以保证该处（薄弱环节）的强度。齿轮的壁厚，如图2-4可知：a=1/2Di-T2m (1)标准圆柱齿轮的齿根圆直径Di=m(Zmin-2.5)代入(1)式得：Zmin6.5+2T/m式中: Zmin 齿轮的最小齿数； m 齿轮的模数； T 齿轮键槽顶面到轴心线的距离（可由齿轮孔径在手册中查询）。 图2-4齿轮的壁厚2.4确定齿轮齿数对于外联传动链，如果传动比i 采用标准公比的整数次方时，可用查表法（表8.1）来确定齿数和Sz及小齿轮齿数传动组a如2-2图所示的传动组a： ia1=1 , ia2=1/1.41 , ia3=1/2。查参考文献1表8-1，取i为1,1.4,和2的三行。结果如下：ia1=1 S z =，60，62，64，66，68，70，72，74，ia2=1/1.41 S z =，60，63，65，67，68，70，72，73，75ia3=1/2 S z =，60，63，66，69，72，75，从以上各行中可挑出，S z =60和72是共同适用的。可取S z =72，从表中查出小齿轮齿数分别为36、30、24。即ia1=36/36，ia2=30/42，ia3=24/48；48-42=64；72100120；2417可得轴上的三联齿轮齿数分别为：36、42、48。传动组b同上可得轴上两联齿轮的齿数分别为：22、42。于是 : ib1=22/62 ； ib2=42/42 ；可得轴上两齿轮的齿数分别为：62、42。传动组cic2=1/4为降速传动，取轴齿轮齿数为21；ic2=2为升速传动，取轴齿轮齿数为35。可取 Sz =105.于是 , ic1=21/84 ； ic2=70/35得轴两联动齿轮的齿数分别为21，70；得轴两齿轮齿数分别为84，35。采用相同的方法，可依次在表中查出各传动轴上齿轮的齿数，但要注意的是由于主轴传递扭矩（M）大，轴径较大，故在主轴上的小齿轮应该考虑安装结构，齿数应选的大一些，整理得各轴上齿轮齿数如表所示齿轮号Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6Z7Z7齿数36362448304242422262703521842.5主轴转速误差主轴等实际转速运用如下公式计算：N主=n电（1-） U总式中: n电电动机的转速；皮带打滑系数.该传动使用三角带 =0.02；U总从电动机到主轴的总传动比。主轴转速误差用下式|n|=|(n-n)/n|100（-1）式中 ： n为主轴转速的相对误差；n实际转速值；n理论转速值。n主=100024/4822/6221/84=44.35|n|=|(n-n)/n|100=|(44.35-45)/45|100%=1.4%2.6 其他轴转速误差其他各级主轴的实际转速及转速误差的计算方法与其相同,整理如表2-5示表2-5 转数误差主轴理论转速(r/min)主轴实际转速(r/min)主轴转速误差是否合格4544.351.4合格6363.390.6合格9088.751.3合格125124.250.6合格180177.51.3合格250248.50.6合格3553550合格500507.11.42合格7107100合格1000994 0.6合格140014201.43合格200019880.6合格2.7传动件计算转速的确定主轴从计算转速nj到最高转速之间的全部转速都传递全部功率。因此，使主轴获得上述转速传动件的转速也应该传递全部功率。传动件的这些转速中的最低转速，就是传动件的计算转速。当主轴的计算转速确定后，就可以从转速图上确定各传动件的计算转速。确定的方法，一般是确定主轴前一轴或前一轴上的传动件的计算转速。再按顺序往前推，逐步确定其余传动轴和传动件的计算转速。再确定传动件的计算转速的操作中，可以先找出该传动件有几级转速，再找出哪几级转速传递了全功率，最后找出传递全功率的最低转速就是该传动件的计算转速。2.8 确定主轴的计算转速输出全部功率的最小转速公式如下所示：nj=nminZ/3-1式中：nj传动件的计算转数； nmin最低转速； 公比； Z转数级数。nj=nminZ/3-1 = 451.4112/3-1125r/min2.9确定传动轴的计算转速轴共有12级转速如表示轴12级转速转速（r/min）456390125转速（r/min）180250355500转速（r/min）710100014002000主轴由125 r/min2000 r/min 9级转速都传递全功率，轴若经传动副Z6/Z6传动主轴，则1801000r/min皆传递全部功率，其中180r/min是传递全部功率的最低转速。如表所示轴6级转速转速（r/min）180250355转速（r/min）5007101000表5中转速能传递全部功率。 由此可知180r/min是轴传给主轴传递全功率最低的转速，因此轴计算转速为180r/min。同理轴的三级转速如表所示轴3级转速转速（r/min）5007101000因此nIj=500r/min，nIIj=180r/min ，nIIIj=125r/min整理得如表所示各轴的计算转速 轴号转速r/min10005001801252.10 齿轮副的计算转速齿轮Z6装在主轴上并且有如图表所示Z6所在主轴的转速转速（r/min）200014001000710转速（r/min）500355共6级转速，它们都全部可以传递全功率。故： nz6=355r/min齿轮Z7在主轴上转速如表9所示表9 Z7所在主轴的转速转速（r/min）456390转速（r/min）125180250共6级转速， 只有125,180,250 能传递全部功率。故：Z7 j=125r/min 齿轮Z4装在轴上转速如表10所示表10 Z4所在轴的计算转速转速（r/min）5007101000所以Z4计算转速为500r/min齿轮Z4装在轴上转速如表所示Z4所在轴的计算转速转速（r/min）5007101000所以Z4计算转速为500r/min同理所有的齿轮计算转速整理如表所示各齿轮的计算转速齿轮号Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4计算转速（r/min）1000710100050010001000500500齿轮号Z5Z5Z6Z6Z7Z7计算转速（r/min）5001801803551801254.1 带传动设计电动机转速n=1440r/min,传递功率P=4KW,电动机轴与轴之间的降速比为1440/800=1.8，即带传动的传动比为。两班制工作，一天运转16小时，工作年数10年。4.1.1 确定计算功率 由参考文献3表8-7查得工作情况系数取1.3，故（4-1）4.1.2 选取V带型根据小带轮的转速和计算功率，由参考文献3图8-10选A型带。4.1.3 验算带速和确定带轮直径4.1.3.1 初选小带轮的基准直径由参考文献3表8-6和表8-8，取小带轮基准直径。4.1.3.2 验算带速按参考文献3式（8-13） 验算带速（4-2）其中 -小带轮转速，r/min； -小带轮直径，mm；因为，故带速合适。4.1.3.3 计算大带轮的直径根据参考文献3式（8-15a），计算大带轮直径根据参考文献3表8-8，圆整为224。4.1.4 确定带传动的中心距和带的基准长度设中心距为,则（4-3）于是244.3a698,初取中心距为。带长 （4-4）查参考文献3表8-2取相近的基准长度，。带传动实际中心距（4-5）4.1.5 验算小带轮的包角一般小带轮的包角不应小于。（4-6）合适。4.1.6 确定带的根数4.1.6.1 计算单根V带的额定功率由=125mm和n=1440r/min,查参考文献3表8-4a得。根据n=1440r/min，和A型带，查参考文献3表8-4b得。查参考文献3表8-5得，表8-2得，于是其中： 时传递功率的增量； 按小轮包角，查得的包角系数； 长度系数；4.1.6.2 计算V带的根数z（4-7）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，取4.1.7 计算单根V带初拉力的最小值由参考文献3表8-3得A型带的单位长度质量,所以（4-8）其中： -带的传动功率,KW； v-带速,m/s； q-每米带的质量，kg/m； v = 1440r/min = 9.42m/s。4.1.8 计算压轴力（4-9）4.1.9 带轮的结构小带轮采用腹板式结构，结构见附图。大带轮采用孔板式结构，具体结构略。4.2 确定计算转速 4.2.1 主轴主轴的计算转速为主轴从最低转速算起，第一个1/3转速范围内的最高一级转速，即：（4-10）4.2.2 各传动轴 轴可从主轴按的传动副找上去，似应为。但由于轴上的最低转速经传动组c可使主轴得到37和两种转速。要传递全部功率，所以轴的计算转速应为；轴的计算转速可按传动副b推上去，得；轴的计算转速为。4.2.3 各齿轮传动组c中，只需计算的齿轮，计算转速为； 只需计算的齿轮，计算转速为；传动组b计算的齿轮，计算转速为；传动组a应计算的齿轮，计算转速为。4.2.4 核算主轴转速误差（4-11）所以合适。4.3 各传动组齿轮模数的确定4.3.1 传动组a4.3.1.1 计算a传动组各齿轮模数先计算24齿齿轮的模数：（4-12）其中: ； ； -电动机功率； -齿宽系数； -齿轮传动许允应力; -计算齿轮计算转速；取 ， 取,安全系数。由应力循环次数选取，取，。取。按齿数30的计算，可取m =3；按齿数36的计算，, 可取m =3。于是传动组a的齿轮模数取，。4.3.1.2 计算a传动组各齿轮直径轴上齿轮的直径：。 轴上三联齿轮的直径分别为：4.3.2 传动组b4.3.2.1 计算b传动组各齿轮模数确定轴上另两联齿轮的模数。 按22齿数的齿轮计算： 可得取。按42齿数的齿轮计算：可得；于是轴两联齿轮的模数统一取为。4.3.2.2 计算b传动组各齿轮直径 轴两联齿轮的直径分别为：轴上与轴两联齿轮啮合的两齿轮直径分别为：4.3.3 传动组c4.3.3.1 计算c传动组各齿轮模数取m =4。4.3.3.2 计算c传动组各齿轮直径轴上两联动齿轮的直径分别为：轴上两齿轮的直径分别为：4.3.4 换向齿轮4.3.4.1 换向齿轮各齿轮模数取。4.3.4.2 换向齿轮各齿轮直径4.4 确定各轴最小直径4.4.1 轴的直径4.4.2 轴的直径4.4.3 轴的直径4.4.4 主轴的直径3 传动系统设计3.1定比传动机构普通车床有2个固定的传动比的传动机构，通常机床采用齿轮、皮带及链传动等，有时候也可以采用联轴节直接传动。但是本车床的主电机与第轴，第轴与第轴的定比传动，就是通过齿轮来实现的。3.2 变速装置机床中的变速装置有齿轮变速机构，机械无级变速机构以及液压无级变速装置等。其中最常见的是齿轮变速机构。本车床的主传动系统中，第I轴、第轴、第轴、之间各有一个滑移齿轮变速组，将它们串联起来，就会使主轴得到12级转速。3.3 开停装置用来改变车床的主运动执行件（如主轴）尽快地停止运动，通常采用离合器或直接开停电动机，此车床是通过直接开停电动机来尽快的停止运动，开启电动机可以通过控制按钮来直接控制车床的运动与停止，方便与使用者的操作。3.4 操纵机构车床的开停、变速、换向及制动等，都需要操纵机构来实现。车床设计一般把主传动系统的设计方案与操纵机构同时考虑，主要是为了避免齿轮之间的碰撞，使钻床不能正常的使用。3.5 润滑与密封装置 为了保证主传动系统的正常工作，必须有良好的润滑与密封装置，防止出现三漏(油、气、水)现象。车床的冲击和振动很大，负荷较大，应而一般使用含极压添加剂的润滑油。需要注意的是如何防止主轴箱的热变形，冲击负荷较大的冲压或剪切机床的齿轮，应使用含抗磨剂的齿轮油，用于循环润滑或油浴润滑的齿轮油，除了要考虑抗氧化性，还要顾及抗腐蚀、抗磨、防锈蚀及抗泡性。4 普通车床的使用要求 普通车床的正常使用必须满足如下条件: (1)机床所处位置的电源电压波动小，环境温度低于30摄示度，相对湿度小于80%。(2)机床位置环境要求 。(3)机床的位置应远离振源、应避免阳光直接照射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响。如机床附近有振源，则机床四周应设置防振沟。否则将直接影响机床的加工精度及稳定性，将使电子元件接触不良，发生故障，影响机床的可靠性。 (4)电源要求：一般普通车床安装在机加工车间，不仅环境温度变化大，使用条件差，而且各种机电设备多，致使电网波动大。因此，安装普通车床的位置，需要电源电压有严格控制。电源电压波动必须在允许范围内，并且保持相对稳定。否则会影响数控系统的正常工作。 (5)温度条件：普通车床的环境温度低于30摄示度，相对温度小于80%。(6)按说明书的规定使用机床用户在使用机床时，不允许随意改变控制系统内制造厂设定的参数。这些参数的设定直接关系到机床各部件动态特征。只有间隙补偿参数数值可根据实际情况予以调整。 用户不能随意更换机床附件，如使用超出说明书规定的液压卡盘。制造厂在设置附件时，充分考虑各项环节参数的匹配。盲目更换造成各项环节参数的不匹配，甚至造成估计不到的事故。 使用液压卡盘、液压刀架、液压尾座、液压油缸的压力，都应在许用应力范围内，不允许任意提高。5 普通车床操作规程a.开车前的检查 根据机床润滑图表加注合适的润滑油脂。(2) 检查各部电气设施，手柄、传动部位、防护、限位装置齐全可靠、灵活。 (3) 各档应在零位，皮带松紧应符合要求。(4) 床面不准直接存放金属物件，以免损坏床面。(5) 被加工的工件、无泥砂、防止泥砂掉入拖板内、磨坏导轨。(6) 夹工件前必须进行空车试运转，确认一切正常后，方能装上工件。 b.操作程序 (1) 上好工件，先起动润滑油泵，使油压达到机床的规定，方可开动。 (2) 调整交换齿轮架，调挂轮时，必须切断电源，调好后，所有螺栓必须紧固，扳手应及时取下，并脱开工件试运转。 (3) 装卸工件后，应立即取下卡盘扳手和工件的浮动物件。(4) 机床的尾架、摇柄等按加工需要调整到适当位置，并紧固或夹紧。 (5) 工件、刀具、夹具必须装卡牢固。浮动力具必须将引刀部分伸入工件，方可启动机床。(6) 使用中心架或跟刀架时，必须调好中心，并有良好的润滑和支承接触面。(7) 加工长料时，主轴后面伸出的部份不宜过长，若过长应装上托料架，并挂危险标记。(8) 进刀时，刀要缓慢接近工作，避免碰击；拖板来回的速度要均匀。换刀时，刀具与工件必须保持适当距离。(9) 切削车刀必须紧固，车刀伸出长度一般不超过刀厚度的2.5倍。(10) 加工偏心件时，必须有适当的配重，使卡盘重心平衡，车速要适当。 (11) 盘卡超出机身以外的工件，必须有防护措施。 (12) 对刀调整必须缓慢，当刀光离工件加工部位4060毫米时，应改用手动或工作进给，不准快速进给直接吃刀。(13) 用锉刀打光工件时，应将刀架退至安全位置，操作者应面向卡盘，右手在前，左手在后。表面有键槽，方孔的工件禁止用锉刀加工。(14) 用砂布打光工件外圆时，操作者按上条规定的姿势，两手拉着砂布两头进行打光。禁止用手指夹持砂布打磨内孔。(15) 自动走刀时，应将小刀架调