机械课程设计-精密车床主传动系统设计（全套图纸）.pdf

机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 1 精密车床主传动系统设计说明书精密车床主传动系统设计说明书 一、一、 设计题目：设计一台精密车床的主传动系统，设计题目：设计一台精密车床的主传动系统，完成变速级数为完成变速级数为 8-12 级。级。 二、二、 设计目的：设计目的： 1：通过设计实践，掌握机床主传动系统的设计方法。：通过设计实践，掌握机床主传动系统的设计方法。 2：培养综合运用机械制图、机械设计基础、及结构工艺等相关知：培养综合运用机械制图、机械设计基础、及结构工艺等相关知 识，进行工程设计的能力。识，进行工程设计的能力。 3：培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。：培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4：提高技术总结及编制技术文件的能力。：提高技术总结及编制技术文件的能力。 5：是毕业设计教学环节实施的技术准备。：是毕业设计教学环节实施的技术准备。 三、设计三、设计内容与内容与基基本要求本要求： 设计设计内容内容： （一一）运动设计运动设计 （1）传动方传动方案案设计设计（集中（集中传动，传动，分离式分离式传动传动） （2）转）转速速调调速范速范围围 max min n Rn n = （3）公比）公比：大公比大公比，小公比和小公比和及及混混合合公比公比 （4）确定）确定结构结构网和网和结构结构式式： （1）传动传动副副：前多后少前多后少，前前密密后疏后疏， （2）超）超速速 级级解决解决方方案案：a:增加增加变速变速组组，b:采采用用分枝分枝传动传动和背轮和背轮机构机构 （5）绘）绘制制转转速图：速图： （1）降）降速：速：前缓后急（前缓后急（2）升）升速：速：前急后缓前急后缓 （6）三三角带角带设计设计:确定确定变速变速组齿轮齿组齿轮齿数数 （7）绘出）绘出传动系统图传动系统图 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 2 （二）动力设计（二）动力设计 （1）传动件的计传动件的计算转算转速速ni：各轴各轴，各齿轮各齿轮 （2）传动传动轴轴径轴轴径 （3）齿轮模）齿轮模数数 （4） 主主轴轴设计：设计： 轴径 （前径轴径 （前径， 后径）后径） ， 内孔直径内孔直径， 前端前伸量前端前伸量 a(粗选粗选： 100-120)， 支撑形式支撑形式，计，计算算合合理支撑跨距理支撑跨距 L 全套全套图图纸纸，加加 153893706 （三）结构设计（三）结构设计 （四）校核一个齿轮（最小的） ，校核主轴（弯矩，扭矩）（四）校核一个齿轮（最小的） ，校核主轴（弯矩，扭矩） 基本要求：基本要求： 1：根据设计任务书要求，合理的确定尺寸、运动及动力等有关参 数。 ：根据设计任务书要求，合理的确定尺寸、运动及动力等有关参 数。 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 3 2：正确利用结构式、转速图等设计工具，认真进行方案分析。：正确利用结构式、转速图等设计工具，认真进行方案分析。 3：正确的运用手册、标准，设计图样必须符合国家标准规定。说：正确的运用手册、标准，设计图样必须符合国家标准规定。说 明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整。明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整。 4：完成主传动系统图：完成主传动系统图 1 张和机床正反转控制电气原理图张和机床正反转控制电气原理图 1 张。张。 四四、设计、设计参参数：数： 序号序号 加工最大直径加工最大直径 主轴转速系列（主轴转速系列（r/min） 驱动电动机功率与驱动电动机功率与 同步转速同步转速 1 400mm 1000,710,500,355,250,180 ,125,90 4.5kw,1500r/min 2 400mm 1000,500,355,250,180 ,125,90,45 4kw,1500r/min 3 320mm 2000,1420,1000,710,500,360 ,250,180,125,90,63,42 4kw,1500r/min 4 320mm 2000,1000,710,500,360,250 ,180,125,90,63,45,22 3kw,1500r/min 5 320mm 2000,1260,1000,800,630,500 400,320,250,200,160,100 4kw,1500r/min 6 320mm 2000,1250,800,630,500,400,320 ,250,200,160,100,63 3kw,1500r/min (选择第二组参数作为设计数据选择第二组参数作为设计数据) 五五、运动、运动参参数设计数设计 （1）传动方传动方案案设计设计（选（选择择集中集中传动方传动方案）案） （2）转）转速速调调速范速范围围 1000 max 22.2 45 min n Rn n = （3）选）选用用混混合合公比公比1.41 = （4）确定）确定结构结构网和网和结构结构式式： 234 8222= （5）绘）绘制制转转速图：速图： 如下如下图图所示所示 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 4 （6）确定变速组齿轮齿数）确定变速组齿轮齿数 1先计算第一扩大组的齿轮的齿数先计算第一扩大组的齿轮的齿数 第一扩大组的降速比分别为：第一扩大组的降速比分别为： 1 1 2 u =， 2 1u = 故故齿齿数数最小最小的的齿轮齿轮在在降降速速比比为为 1 1 2 u =之之中中，查表取查表取 1min 22zz=，66 z s =，则则 1 44z =，则则 2 2 2 33 1 z u zs u = + ， 2 33z = 2基基本组本组的的降降速速比分比分别别是：是： 1 1 2.8 u =， 2 1u = 故故齿齿数数最小最小的的齿轮齿轮在在降降速速比比为为 1 1 2.8 u =之之中中，查表查表有有 1min 22zz=，84 z s =，则则 1 62z =， 22 42zz= 3第第二二扩扩大组大组的的降降速速比分比分别别是是 1 1 4 u =， 2 1u = 故故齿齿数数最少最少的的齿轮齿轮在在 1 1 4 u =之之中中，查表查表有有 1min 20zz=，100 z s =， 2 50z =则则 1 80z =， 2 50z = （7）传动系统图传动系统图如下如下： 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 5 六、动力参数设计六、动力参数设计 （1）传动件的计传动件的计算转算转速速 主主轴轴的计的计算转算转速：速： 0.3 0.3 max min min 1000 45114 /min 45 n nnr n = ，取取主主轴轴的计的计算转算转速速 为为 125r/min。 各轴各轴的计的计算转算转速速如下如下： 轴轴序号序号 电电 2 3 主主 计计 算 转算 转 速速 （r/min） 1440 1000 500 177 125 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 6 最小齿轮的计算转如下：最小齿轮的计算转如下： 轴序号及最小齿轮齿数轴序号及最小齿轮齿数 1（22） 2(22) 3(20) 主主(50) 计算转速（计算转速（r/min） 1000 500 180 125 (2)计算各传动轴的输出功率计算各传动轴的输出功率 1 4.0 0.96 0.993.80() br ppnnkw= 额 21 3.80 0.97 0.993.65() gr ppnnkw= 32 3.65 0.97 0.993.51() gr ppnnkw= 3 3.51 0.97 0.993.37() gr ppnnkw= 主 (3)计算各传动轴的扭矩计算各传动轴的扭矩 1 1 955036290 j P n = 1 T（n.mm） 2 2 955069715 j P n = 2 T（n.mm） 3 3 9550189381 j P n = 3 T（n.mm） 9550257468 j P n = 主 主 主 T（n.mm） 七七、轴径轴径设计及设计及键键的的选选取取 轴轴一：一： 1 3.80pkw=， 1 1000 /min j nr=，取取0.9 。 【 】带带入入公式公式： 4 91 j P d n = 有，有，23.2dmm=,圆整取圆整取24dmm= 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 7 选花键：选花键：6 26 30 6 轴轴二：二： 2 3.65pkw=， 2 500 /min j nr=，取，取0.9 。 【 】带入公式：带入公式： 4 91 j P d n = 有，有，27.3dmm=,圆整取圆整取30dmm= 选选花键花键：8 32 36 6 轴轴三：三： 3 3.51pkw=， 3 177 /min j nr=，取取0.9 。 【 】带带入入公式公式： 4 91 j P d n = 有，有，34.7dmm=,圆整取圆整取35dmm= 选选花键花键：8 36 40 7 主主轴轴：选选择择主主轴前端直径轴前端直径 1 90Dmm=，后端直径后端直径 21 0.750.85DD=:（） 取取 2 D65mm=，则平均则平均直径直径77.5Dmm=。 对于对于精密车床，主精密车床，主轴内孔直径轴内孔直径(0.550.6)dD=,故故本本例之例之中中，主，主轴内孔直径轴内孔直径取取 为为45dmm= 支支承承形式选形式选择两择两支撑支撑，初取悬初取悬伸量伸量90amm=，支撑跨距支撑跨距520Lmm=。 选选择平键连接择平键连接，22 14,100bhlmm= 八八、带轮带轮设计设计 （1）确定）确定计计算算功率功率: P=4kw,K 为工为工作情况作情况系数，系数，可取可取工工作作 8 小小时时，取取 K=1.0 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 8 1.0 4.04.0 j PKPkw= （2）选择三角带的型号）选择三角带的型号: 由由4.0 j Pkw=和和1440r/minn= 额 查表选择查表选择 B 型带型带 （3）取）取 1 125Dmm=，则，则 1 111 2 1440 180 1000 n DDDmm n = （4）核算）核算胶胶带带速速度度 V 1 1 9.4/ 60000 Dn vm s = （5）初初定中定中心心矩矩 ()() 012 1.51.5 125 180457.5ADDmm=+=+=，圆整取圆整取 458mm。 （6）计计算算胶胶带带的的长度长度 ()() () 2 2 21 0012 0 180 125() 22 458125 1801396.5 2424 458 DD LADD A =+=+= 取取 0 1433Lmm= （7）核算）核算胶胶带带的的弯弯曲次曲次数数 1111 10001000 2 9.4 13.140 1433 mv Ussss L = oooooo （10）确定）确定胶胶带带的的根根数数 Z 0 1.92p =， 1 0.98c = 0 1 4 2.12 1.92 0.98 j p Z p c = ，取取三三根带根带。 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 9 （11）大带轮结构如下图所示：）大带轮结构如下图所示： 九九、计、计算齿轮模算齿轮模数数 45 号钢整体淬火，号钢整体淬火，1100 j MP= 按接触疲劳计算齿轮模数按接触疲劳计算齿轮模数 m,查表计算可得查表计算可得 123 1.04,1.3,1.3kkk= 1-2 轴轴 取取8 m =， 1 22Z =，2i =，1000 j n =，3.80 j p = 由公式由公式 3 123 2 1 (1) 16300 j j mjj ik k k p m Z in =可得可得2.2 j m =，m=2.5mm 2-3 轴轴 取取10 m =， 1 22Z =，2.82i =，500 j n =，3.65 j p = 由由公式公式 3 123 2 1 (1) 16300 j j mjj ik k k p m Z in =可得可得2.35 j m =，m=2.5mm 3-主主轴轴 取取8 m =， 1 20Z =，4.0i =，500 j n =，3.51 j p = 由由公式公式 3 123 2 1 (1) 16300 j j mjj ik k k p m Z in =可得可得2.6 j m =，m=3.0mm 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 10 十、各级转速校核十、各级转速校核 各各级实级实 际际转转速速 r/min 44 89 125 177 250 360 500 1000 各各级标级标 准准转转速速 r/min 45 90 125 180 250 355 500 1000 误差误差 2.2% 1.1% 0% 1.7% 0% 1.4% 0% 0% 以上以上各各级的级的转转速速误差误差全全部满足部满足 10(1)%10(1.41 1)%4.1% = 实际转速标准转速 标准转速 十十一、一、齿轮校核齿轮校核 轴 及轴 及 齿数齿数 1 22 1 33 2 44 2 33 2 42 2 22 3 42 3 62 3 50 3 20 主轴主轴 50 主轴主轴 80 模 数模 数 （mm） 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 分 度分 度 圆 直圆 直 径径 (mm) 55 82.5 110 82.5 105 55 105 155 150 60 150 240 齿 根齿 根 圆 直圆 直 径径 (mm) 48.7 5 76.2 5 103.7 5 76.2 5 98.7 5 48.7 5 98.7 5 148.7 5 142. 5 52. 5 142. 5 232. 5 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 11 齿 顶 圆 直 径 齿 顶 圆 直 径 (mm) 60 87.5 115 87.5 110 60 110 160 156 66 156 246 （1） 一一轴轴到到二二轴轴的的小齿轮小齿轮从从上表可上表可知为知为齿齿数为数为 22 查查设计手册设计手册可得以下可得以下数数据据： 123 22,2,2.5,8 2.520,1000 /min,1.04,1.3,1.3 j ZumBnrKKK= = /18000/29000 S TTP= 接触接触应应力：力： 3 1 7 0 6060 1000 9000 3.78 10 m T nT K C = 0.83,0.58,0.64 nNq KKK=，1.16 STnNq KK K K K= 123 (1)2088 1000 () s j j uK K K K N MPa ZmuBn + =N为传为传递递的的额额定定功率功率（KW）3.8N = 将将以上以上数数据据代代入入公式公式可得可得10061100() j MpaMpa PASS = 弯弯曲曲应应力：力： 6 1 6 0 6060 1000 9000 2.54 2 10 m T nT K C = 0.83,0.78,0.77 nNq KKK=，1.27 STnNq KK K K K=，0.395Y = 5 123 2 191 10 () S w j K K K K N MPa Zm BYn = 将将以上以上数数据据代代入入公式公式可得可得164320() w MpaMpa PASS = （2）二二轴轴到到三三轴轴的的小齿轮小齿轮从从上表可上表可知为知为齿齿数为数为 22 查查设计手册设计手册可得以下可得以下数数据据： 123 22,2.82,2.5,10 2.525,500 /min,1.04,1.3,1.3 j ZumBnrKKK= /18000/29000 S TTP= 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 12 接触应力：接触应力： 3 1 7 0 6060 500 9000 3 10 m T nT K C = 0.85,0.58,0.60 nNq KKK=，0.89 STnNq KK K K K= 123 (1)2088 1000 () s j j uK K K K N MPa ZmuBn + =N为传为传递递的的额额定定功率功率 （KW） 3.65N = 将将以上以上数数据据代代入入公式公式可得可得9461100() j MpaMpa PASS = 弯弯曲曲应应力：力： 6 1 6 0 6060 500 9000 2.26 2 10 m T nT K C = 0.85,0.78,0.75 nNq KKK=，1.12 STnNq KK K K K= 5 123 2 191 10 () S w j K K K K N MPa Zm Bn = 将将以上以上数数据据代代入入公式公式可得可得197320() w MpaMpa PASS = （3）三三轴轴到到主主轴轴的的小齿轮小齿轮从从上表可上表可知为知为齿齿数为数为 20 查查设计手册设计手册可得以下可得以下数数据据： 123 20,4,3,8 324,500 /min,1.04,1.3,1.3 j ZumBnrKKK= = /18000/29000 S TTP= 接触接触应应力：力： 3 1 7 0 6060 500 9000 3 10 m T nT K C = 0.95,0.58,0.60 nNq KKK=，0.99 STnNq KK K K K= 123 (1)2088 1000 () s j j uK K K K N MPa ZmuBn + =N为传为传递递的的额额定定功率功率 （KW） 3.51N = 将将以上以上数数据据代代入入公式公式可得可得8921100() j MpaMpa PASS = 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 13 弯曲应力：弯曲应力： 6 1 6 0 6060 500 9000 2.26 2 10 m T nT K C = 0.95,0.78,0.75 nNq KKK=，1.26 STnNq KK K K K= 5 123 2 191 10 () S w j K K K K N MPa Zm Bn = 将将以上以上数数据据代代入入公式公式可得可得177320() w MpaMpa PASS = 十十二、主二、主轴校核轴校核 （a） 主主轴轴的的前端前端部部挠挠度度 0.0002 5250.105 s yy= （b） 主主轴轴在在前轴前轴承承处处的的倾倾角角 0.001rad容许值轴承 （c） 在在安装安装齿轮齿轮处处的的倾倾角角 0.001rad容许值齿 65 1670 7875 5080 23685 16090 150 D1.0787 690 Dili mm L + = 平均 总 E 取为 5 2.1 10EMPa=， 44 4 0 8745 (1)(1)1356904() 646487 dd Imm d = 43 43 2 955 100.9952 955 103.37 0.995 1268 400 125 z p FN dn = 主 计件 （ ） 0.4507() yz FFN=，0.25217() xz FFN= 由于由于小齿轮小齿轮的传动力的传动力大大，这里这里以以小齿轮小齿轮来来进行计进行计算算 4 4 2 955 102 955 103.37 8582) 3 20 125 Q P FN m z n = 主 计主主 （ 将其将其分解分解为为垂垂直分直分力力和和水水平平分分力力 由由公式公式 , tantan QyQynQQzQyn FFF FF+= 可得可得2105(),6477() QzQy FNFN= 22 1268 160135253() 33 ZZ MF lN mm=g 件 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 14 22 507 16054080() 33 yy MF lN mm=g 件 11 317 13020605() 22 xx MF dN mm=g 件 主主轴轴载荷载荷图图如下所示如下所示： 由上由上图图可可知知如下如下数数据据：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm 计计算（算（在在垂垂直直平平面面） 1 () 6 QZ F abc la y EIl + =, 2 2 () 3 Z F c ylc EIl =+, 3 (23 ) 6 z M c ylc EI =+ 123 0.00173 sz yyyy=+= () 3 QZ F ab ba EIl = 齿1 ，(23 ) 6 Z F lc EI =+ 齿2 ，(3 ) 3 Z M lc EI =+ 齿3 5 6.9 10 =+= 齿Z齿1齿2齿3 机 床 主 传 动 设 计 说 明 书 15 () 6 QZ F ab la EIl + = 轴承1 ， 3 z F cl EI = 轴承2 ， 3 Z M l EI = 轴承3 5 2.9 10 =+= 轴承Z轴承1轴承2轴承3 计计算（算（在在水水平平面面） 1 () 6 Qy F abc la y EIl + =, 2 2 () 3 y F c ylc EIl =+, 3 () (23 ) 6 yx MMc ylc EI =+ 123 0.017 sy yyyy=+= () 3 Qy F ab ba EIl = 齿1 ，(23 ) 6 y F lc EI =+ 齿2 ， () (3 ) 3 yx MM lc EI =+ 齿3 5 13.86 10 =+= 齿y齿1齿2齿3 () 6 Qy F ab la EIl + = 轴承1 ， 3 y F cl EI = 轴承2 ， () 3 yx MMl EI = 轴承3 5 32.8 10 =+= 轴承y轴承1轴承2轴承3 合成：合成： 22 0.0180.105 sszsy yyy=+= 22 0.000150.001=+= 齿齿y齿y 22 0.000330.001=+= 轴承轴承Z轴承Y 十十三、三、轴轴承承的的选选取取 （1） 带轮带轮：因因于于带轮带轮不不承承受受轴轴向向力，力，故故选选用用深沟球深沟球轴轴承承，型号型号：210。 （2） 一一轴轴：一：一轴轴的的前后端与前后端与箱箱体体外壁配外壁配合，合，配配合合处处传动传动轴轴的的轴径轴径是是 25mm，同同时时 一一轴轴也不会也不会承承受受轴轴向向力力故故也也选选用用深沟球深沟球轴轴承承，型号型号：205。 （3） 二二轴轴：二：二轴与轴与一一轴轴相相似似，但但是是由于由于工工作作过程过程之之中中传动传动可可能能右右误差误差，二，二轴轴会会承承 受受轴轴向向力，力，因此因此二二轴与轴与外壁配外壁配合合处处采采用用圆圆锥滚子锥滚子轴轴承承，型号型