金属切削机床课程设计-设计320mm的轻型车床主传动系统.doc

目 录 课程设计任务书.1 车床概述.2 1 主传动系统运动设计.3 1.1 确定公比.3 1.2 确定转数数列.3 1.3 定比传动组数和副数.3 1.4 绘制结构网.4 2 确定中间轴转速画转速图.6 2.1 确定中间轴转速.6 2.2 确定转速图.7 2.3 齿数的方法及原则.9 2.4 确定齿轮齿数.10 2.5 主轴转速误差.10 2.6 其他轴转速误差.11 2.7 传动件计算转速的确定.11 2.8 确定主轴的计算转速.12 2.9 确定传动轴的计算转速.12 2.10 齿轮副的计算转速.13 3 传动系统设计.15 3.1 定比传动机构.15 3.2 变速装置.15 3.3 开停装置.15 3.4 操纵机构.15 3.5 润滑与密封装置.15 4 普通车床的使用要求.16 5 普通车床操作规程.17 致谢.18 参考文献.19 沈阳大学课程设计说明书1 课程设计任务书 学院机械工程班级11 机自专升本姓名 设计起止日期2012.06.18-2012.06.29 设 计 题 目设计mm 的轻型车床主传动系统320 max 设计任务（主要技术参数） 已知条件： 转速范围,Z=12,电机转速，min/098145rRnmin/0414rn 电 N=4KW。 设计要求： （1）设计计算说明书 1 份； （2）机床主运动系统传动系统图一张。 指导教师评语 成绩： 签字： 年 月 日 沈阳大学课程设计说明书2 车床概述 车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、 铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床又称机床,主要用于加工轴、盘、 套和其他具有回转表面的工件，以圆柱体为主,是机械制造和修配工厂中使用最广的一类 机床。铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。 由于大多数机器零件都具有回转表面，车床通用性又较广，因此在一般机器制造厂 中，车床的应用较广泛，在金属切削机床中所占的比重最大，约占金属切削机床总台数 的 20%30%。机床种类很多，按其结构和用途的不同，主要有卧式车床，落地车床，立 式车床，仿形车床，多刀车床，自动车床，半自动车床及各种专门化车床。 沈阳大学课程设计说明书3 1 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： 1 min max z n n n R 式中：主轴转速级数； n R 主轴最高转速 1980r/min； max n 主轴最低转速 45r/min； max n 公比； Z转速级数； 11112 45 1980 n R 所以，=1.41，是标准公比，选取公比 =1.41。 1.2 确定转数数列 由于公比 =1.41 为此在标注数列表中找到 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 1.3 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 可能有的方案如下所示： （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， 级 数n1n2n3n4n5n6 转数值（r/min）456390125180250 级 数n7n8n9n10n11n12 转数值（r/min） 355500710100014002000 沈阳大学课程设计说明书4 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 n 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 主要是安排扩大顺序，分配三个变速组，确定哪个是基本组，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。 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 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8 66)12()1( 22 xp 求。对于 34组，r2=远远大于 8。因此，只有在（a） （b） （c）1641 . 1 64)13()1( 22 xp （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。 沈阳大学课程设计说明书5 12 级的 6 种结构式的结构网 图 1 12 级的 6 种结构式和结构网 沈阳大学课程设计说明书6 2 确定中间轴转速画转速图 2.1 确定中间轴转速 这是在升速,降速 (直齿轮传动)的条件下，分配各传动组的传动比， max 2i min 1/ 4i 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,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。 minminmincba iii 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： =8 6)1( cc xp c r 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。 第一种方法：根据“升 2 降 4”原则: 4 11 1 n 2 2 n 于是 : n1=4，n2=2 沈阳大学课程设计说明书7 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 中 hj 和 hk。 图 2 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 沈阳大学课程设计说明书8 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 3 所示。 图 3 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 4。 沈阳大学课程设计说明书9 图 4 12=312326转速图 图 4 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,故齿数和以及小齿轮 z S 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 z S 加而使机床机构庞大，一般满 70100120。 z S （2）齿数和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， z S 对于支持圆柱齿轮一般要求最小齿1820。 min Z 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： 1820； min Z 70100120 Z S 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,故 Z1=42。为保证最小齿轮能够可靠地装在轴上或进行套装72 Zb S 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 ，以保证该处（薄弱环节）的强度。 ma2 齿轮的壁厚，如图 5 可知： (1)mTDa i 2 2 1 标准圆柱齿轮的齿根圆直径代入(1)式得：)5 . 2( min ZmDi m T Z 2 5 . 6 min 式中: 齿轮的最小齿数； min Z 沈阳大学课程设计说明书10 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 5 齿轮的壁厚 2.4 确定齿轮齿数 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 2 所示 表 2 齿轮齿数表 齿轮号 Z1Z1Z2Z2 齿数 30422448 齿轮号 Z3Z3Z4Z4 齿数 36364242 齿轮号 Z5Z5Z6Z6 齿数 22627035 齿轮号 Z7Z7 齿数 2184 2.5 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 沈阳大学课程设计说明书11 =10（-1）% n %100 n nn 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=1000=44.35 48 24 62 22 84 21 = n %100 n nn =|x100%| 45 4535.44 =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 3 示 表 3 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 沈阳大学课程设计说明书12 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： 1 3 min z i nn 式中：传动件的计算转数； i n 最低转速； min n 公比； Z转数级数。 = 1 4 min z i nnmin/12541 . 1 45 )1 3 12 ( r 2.9 确定传动轴的计算转速 轴共有 12 级转速如表 4 示 表 4 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 5 所示 表 5 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。 沈阳大学课程设计说明书13 同理轴的三级转速如表 6 所示 表 6 轴 3 级转速 转速（r/min）5007101000 因此， ，。1000r/min Ij n500r/min IIj n180r/min IIIj n125r/min Ivj n 整理得如表 7 所示 表 7 各轴的计算转速 轴号 转速 r/min1000500180125 2.10 齿轮副的计算转速 齿轮 Z6装在主轴上并且有如图表 8 所示 表 8 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 齿轮装在轴上转速如表 10 所示 4 Z 表 10 所在轴的计算转速 4 Z 转速（r/min）5007101000 沈阳大学课程设计说明书14 所以 Z4计算转速为 500r/min 齿轮 Z4装在轴上转速如表 11 所示 表 11 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 12 所示 表 12 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） 500180180355180125 沈阳大学课程设计说明书15 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。 沈阳大学课程设计说明书16 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。 沈阳大学课程设计说明书17 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 调到与底座平齐，以防底座碰到卡盘。(16) 切断大、重工件或材料时，应留有足够的 加工余量。 c.停车操作 (1)切断电源、卸下工件(2) 各部手柄打倒零位，清点工器具，打扫清洁。 (3) 检 查各部保护装置的情况。 d .运行中的注意事项 (1) 严禁非工作人员操作机床。 (2) 严禁运行中手摸刀具，机床的转动部分或转动 工件。 (3) 不准使用紧急停车，如遇紧急情况用该按钮停车后，应按机床的启动前规 定，重新检查一遍。 (4) 不许脚踏车床的导轨面，丝杆、光杆等，除规定外不准用脚 代替手操作手柄。 (5) 内壁具有砂眼，缩孔或有键槽的零件、不准用三角刮刮削内孔。 (6) 气动后液压卡盘的压缩空气或液体的压力必须达到规定值，方可使用。 (7) 车削 沈阳大学课程设计说明书18 细长工件，在床头前两面伸出长度超过直径 4 倍以上时，应按工艺规定用顶尖。中心架 或跟刀架支扶。在床头后面伸出时，应加防护装置和警告标志。(8) 操作人要戴防护眼 镜。 致谢 两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养 了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又