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CW61100E型卧式车床主传动系统的结构设计【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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关键词：: cw61100e 卧式车床传动系统结构设计全套 cad 图纸毕业论文原创资料

资源描述：

摘要

数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种类的机床相比，车床在生产中使用最广。

本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状 ,并分析了其存在的问题 ;对数控机床的发展趋势进行了探讨；并对CW61100E数控车床主轴箱传动系统进行了设计与计算。

主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。

目前，数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围3—5，难以满足主轴变速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围。

本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构，使输入轴在带处只受转矩，将轴上的径向力传动到车床机体上,改善了输入轴的受力情况。

关键词：主轴箱，无级调速，传动系统

Abstract

CNC lathe can not only outside the circle can be used for boring, facing, drilling and reaming. Compared with other kinds of machine tools, lathe is the most widely used in production.

This paper introduces the process and current situation of the development of CNC machine tools in China, and analyzes its existing problems; the development trend of NC machine tool was discussed; and the CW61100E CNC lathe spindle box transmission system design and calculation.

The spindle box is composed of hollow spindle mounted in precision bearings and a set of transmission gears. Spindle CNC lathe can get any speed in speed range, to meet the machining requirements.

At present, the development trend of NC lathe is stepless speed change through the electrical and mechanical equipment. Variable frequency motor through the belt drive and gear to provide power for the spindle. Usually the frequency control of motor speed range of 3 - 5, to meet the requirements of spindle speed; series gear extends the range of gear transmission.

The design of the original belt wheel not unloading structure to belt wheel unloading structure, the input shaft with only by the shaft torque, radial force on the drive to the lathe body, improve the stress conditions of the input shaft.

Key Words: spindle box, stepless speed regulation, transmission system 目录

摘要2

Abstract3

1 绪论6

2 设计计算7

2.1机床的主参数7

2.2主运动参数7

1.3切削力的计算8

3 主动参数参数的拟定10

3.1主运动调速范围的确定、计算各轴计算转速、功率和转矩10

3.2 主电动机的选择11

4 变速结构的设计13

4.1 主变速方案拟定13

4.2 变速结构式、结构网的选择13

4.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目13

4.2.2 结构网的拟定14

4.2.3 结构式的拟定14

4.2.4 结构式的拟定14

4.2.5 确定各变速组变速副齿数15

5 传动件的设计16

5.1 带传动设计16

5.2选择带型17

5.3确定带轮的基准直径并验证带速17

5.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角18

5.5确定带的根数z19

5.6确定带轮的结构和尺寸19

5.7确定带的张紧装置20

5.8计算压轴力20

5.9 各变速组齿轮模数的确定和校核22

5.9.1 齿轮模数的确定22

5.9.2 齿宽的确定26

5.9.3 齿轮结构的设计26

5.10 传动轴的直径估算27

5.10.1 确定各轴转速27

5.10.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径28

5.10.3 键的选择29

5.11 传动轴的校核29

5.11.1 传动轴的校核29

5.11.2 键的校核30

5.12摩擦离合器的选择和计算30

5.13 齿轮校验33

5.13.1 校核a变速组齿轮34

5.13.2 校核b变速组齿轮35

5.13.3 校核c变速组齿轮36

5.14 轴承的选用与校核38

5.14.1 各轴轴承的选用38

5.14.2 各轴轴承的校核38

5.15主轴组件设计39

6 结构设计50

6.1 结构设计的内容、技术要求和方案50

6.2 展开图及其布置50

6.3 I轴（输入轴）的设计51

6.4 齿轮块设计52

6.5 传动轴的设计53

6.6 主轴组件设计54

6.6.1 各部分尺寸的选择54

6.6.2 主轴材料和热处理55

6.6.3 主轴轴承55

6.6.4 主轴与齿轮的连接57

6.6.5 润滑与密封57

6.6.6 其他问题58

7 总结和展望59

7.1本文工作总结59

7.2课题展望60

参考文献61

致谢63

1 绪论

机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。

通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。

机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。

内容简介：: 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）题目：卧式车床主传动系统的结构设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级 B100205 姓名黄仁奕学号 B10020509 导师姚慧 2014年 4 月 10日 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 2 页共 63 页摘要数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种类的机床相比，车床在生产中使用最广。本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状 ,并分析了其存在的问题 ;对数控机床的发展趋势进行了探讨；并对 CW61100E 数控车床主轴箱传动系统进行了设计与计算。主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。目前，数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围 3 5，难以满足主轴变速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围。本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构，使输入轴在带处只受转矩，将轴上的径向力传动到车床机体上 ,改善了输入轴的受力情况。关键词：主轴箱，无级调速，传动系统 ntsAbstract CNC lathe can not only outside the circle can be used for boring, facing, drilling and reaming. Compared with other kinds of machine tools, lathe is the most widely used in production. This paper introduces the process and current situation of the development of CNC machine tools in China, and analyzes its existing problems; the development trend of NC machine tool was discussed; and the CW61100E CNC lathe spindle box transmission system design and calculation. The spindle box is composed of hollow spindle mounted in precision bearings and a set of transmission gears. Spindle CNC lathe can get any speed in speed range, to meet the machining requirements. At present, the development trend of NC lathe is stepless speed change through the electrical and mechanical equipment. Variable frequency motor through the belt drive and gear to provide power for the spindle. Usually the frequency control of motor speed range of 3 - 5, to meet the requirements of spindle speed; series gear extends the range of gear transmission. The design of the original belt wheel not unloading structure to belt wheel unloading structure, the input shaft with only by the shaft torque, radial force on the drive to the lathe body, improve the stress conditions of the input shaft. Key Words: spindle box, stepless speed regulation, transmission system nts卧式车床主传动系统的结构设计第 4 页共 63 页目录摘要 . 2 ABSTRACT . 3 1 绪论 . 6 2 设计计算 . 7 2.1机床的主参数 . 7 2.2主运动参数 . 7 1.3切削力的计算 . 8 3 主动参数参数的拟定 . 10 3.1主运动调速范围的确定、计算各轴计算转速、功率和转矩 . 10 3.2 主电动机的选择 . 11 4 变速结构的设计 . 13 4.1 主变速方案拟定 . 13 4.2 变速结构式、结构网的选择 . 13 4.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目 . 13 4.2.2 结构网的拟定 . 14 4.2.3 结构式的拟定 . 14 4.2.4 结构式的拟定 . 15 4.2.5 确定各变速组变速副齿数 . 15 5 传动件的设计 . 16 5.1 带传动设计 . 16 5.2选择带型 . 17 5.3确定带轮的基准直径并验证带速 . 17 5.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 . 18 5.5确定带的根数 Z . 19 5.6确定带轮的结构和尺寸 . 19 5.7确定带的张紧装置 . 20 5.8计算压轴力 . 20 5.9 各变速组齿轮模数的确定和校核 . 22 5.9.1 齿轮模数的确定 . 22 5.9.2 齿宽的确定 . 26 5.9.3 齿轮结构的设计 . 26 5.10 传动轴的直径估算 . 27 5.10.1 确定各轴转速 . 27 5.10.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径 . 28 5.10.3 键的选择 . 29 5.11 传动轴的校核 . 29 5.11.1 传动轴的校核 . 29 5.11.2 键的校核 . 30 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 5 页共 63 页 5.12摩擦离合器的选择和计算 . 30 5.13 齿轮校验 . 33 5.13.1 校核 a变速组齿轮 . 34 5.13.2 校核 b变速组齿轮 . 35 5.13.3 校核 c变速组齿轮 . 36 5.14 轴承的选用与校核 . 38 5.14.1 各轴轴承的选用 . 38 5.14.2 各轴轴承的校核 . 38 5.15主轴组件设计 . 39 6 结构设计 . 50 6.1 结构设计的内容、技术要求和方案 . 50 6.2 展开图及其布置 . 50 6.3 I轴（输入轴）的设计 . 51 6.4 齿轮块设计 . 52 6.5 传动轴的设计 . 53 6.6 主轴组件设计 . 54 6.6.1 各部分尺寸的选择 . 54 6.6.2 主轴材料和热处理 . 55 6.6.3 主轴轴承 . 55 6.6.4 主轴与齿轮的连接 . 57 6.6.5 润滑与密封 . 57 6.6.6 其他问题 . 58 7 总结和展望 . 59 7.1本文工作总结 . 59 7.2课题展望 . 60 参考文献 . 61 致谢 . 63 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 6 页共 63 页 1 绪论机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 7 页共 63 页 2 设计计算 2.1机床的主参数如表 1所示：床身最大回转直径 1000mm 最小加工工件直径 100mm 顶尖间最大工件长度 1500-16000mm 刀架上最大回转直径 630mm 顶尖间最大工件重量 6000kg 表 1 2.2主运动参数据机床设计手册典型加工条件，当工件直径为 800 1000mm时，极限切削速度取 200m/s。最小切削速度按典型加工的两种情况取不同的数值 : 高速钢车刀精车丝杠 =1.5m/s; 高速钢车刀低速车削盘类零件， =8m/s 。主轴转速确定 : 由以上典型加工条件 , 确定本机床主要加工直径范围为 100 600mm。主轴转速与切削速度的关系 : m a x 1 0 0 0 m a x= d m i nVn , m i n 1 0 0 0 m i n= d m a xVn v 为切削速度式中的或，不是该机床可能加工的最小或最大直径，而是机床全部工艺范围内可以用最大切削速度来加工时的最小工件直径和用最小切削速度来加工时的最大工件直径 , 这样才能得出合理的极限转速值。 m a x 1 0 0 0 m a x 1 0 0 0 2 0 0= 6 3 7 / m i nd m i n 1 0 0Vnr取m a x 6 4 0 / m i nnr主轴最低转速：情况时，m i n 1 0 0 0 m i n 1 0 0 0 1 . 5= 4 . 8 / m i nd m a x 1 0 0V m i n 1 0 0 0 m i n 1 0 0 0 8= 4 . 2 / m i nd m a x 6 3 0Vnrnts卧式车床主传动系统的结构设计第 8 页共 63 页取 m i n 1 0 0 0 m i n= 4 . 2 / m i nd m a xVnr 主轴的转速范围为 4-640r/min 变速范围，符合普通车床 Rn 为 40 200 的变速范围 , 且 Rn 值较大 , 表明本机床有良好的加工工艺性能。 1.3切削力的计算由于切削过程的复杂性，并且影响它的因素又多，因此目前尚未导出简便计算进给力、径向力、切削力的理论公式，一般都是通过大量实验，由测力仪得到切削力后进行数据处理，建立经验公式。在建立经验公式时，大多数都是将背吃刀量、进给量及切削速度这三个主要因素作为可变因素，而其它影响因素则用修正系数间接计算，从而得出、三个分力的计算公式 : FX=P afkfvr kvFz krFz kaFz kvbFz khFz kuFz kbr1Fz Fy =P fkfFy kvFy krFy kaFy kvbFy khFy kuFy kbr1Fy Fz =P fkfFx kvFx krFx kaFx kvbFx khFx kuFx kbr1Fx 式中及下列各参数均是以实验条件得出 , 切削深度、进给量、切削速度以实验条件中最大值计算 , 而不是本机床实际所加工最大允许量 , 详见机床设计手册 : P 单位切削力 ( kgf /mm2) , 取 P=210kgf /mm2; 切削深度 , 1 5mm, 取 p=5mm; F 进给量 , 0.1 0.5mm/r, 取 f=0.5mm/r; v 切削速度 , 90 105m/min, 取 v=105m/min。以上取值及各修正系数源于机床设计手册。经计算： =586.3kgf 据手册， =0.35 0.5，取 =0.43 =0.35 0.5，取 =0.43 则 =252kgf; =252kgf 总切削 F=+=1090.5kgf=10697.8N 机床切削总功率 : V/1000=10697.8 105 /(60 1000)=18.7kW 按上面所列式求得切削功率后 , 还需考虑机床的传动效率 , 机床的电机功率为 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 9 页共 63 页 Pc/ m, 式中 m 为机床的传动效率 , 一般取为 0.75 0.85, 取 0.85 计算 , 计算得 =22kW。查机械设计课程设计指导书 P178可得，选择电动机型号为 Y180L-4，满载时，其转速为 1470r/min。 nts3 主动参数参数的拟定 3.1主运动调速范围的确定、计算各轴计算转速、功率和转矩主运动调速范围的确定（本小节公式除非特别说明，均出自资料 12）数控车床主轴转速范围 4 640r/min 则数控车床总变速范围 m a xm i n160n nR n 估算主轴的计算转速，由于采用的是无级调速，所以采用以下的公式： 0 . 3 0 . 3m a xm i nm i n640n n ( ) 4 ) 2 0 r / m i n4nn 计（(2.3) 因为数控机床主轴的变速范围大于计算转速的实际值同时为了便于计算故取： n 2 0 r / m in计主轴的恒功率变速范围m a x 640 3220np nR n 计电机的恒功率变速范围d 2880R21440p 由于 RnpRdp，电动机直接驱动主轴不能满足恒功率变速要求，因此需要串联一个有级变速箱，以满足主轴的恒功率调速范围。取 6f dpR，则 77.1lgRglZ np f对于数控车床，为了加工端面时满足恒线速度切削的要求，应使转速有一些重复，故取 Z=4 故前面传动比分配可取。取 Z=4, 4d1a , zfpzfp RR ，计算出变速齿轮箱公比 25.2 ff ，取，则变速箱有四种传动比：；1/81.21/21/41.1 ；2/41.12/11/41.1 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 11 页共 63 页；81.2/12/141.1/1 ；41.1/21/241.1/1 由图 2主轴功率特性图中可以看出，当主轴在 640 40r/min的转速范围内，功率段 abcde恒功率输出，可以实现恒功率不停车无级调速，故此车床用于加工盘类零件时，可以恒线速度切削，严格保证加工质量，但以上设计没有考虑系统内传动元件造成的功率损失。 3.2 主电动机的选择根据前面的切削计算，选择 22KW的 Y180L-4型三相异步电动机，参数如下图表 Y180L-4型三相异步电动机产品型号： Y180L-4型 Y180L-4型三相异步电动机使用条件：环境温度： -15 40 海拔：不超过 1000m 额定电压： 380V，可选 220-760V之间任何电压值额定频率： 50Hz、 60Hz 防护等级： IP44、 IP54、 IP55 绝缘等级： B级、 F 级、 H级冷却方式： ICO141 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 12 页共 63 页工作方式： S1 连接方式： 3KW及以下 Y接法、 4KW及以上为接法 Y180L-4型三相异步电动机特点 Y180L-4型三相异步电动机功率： 11KW 电压： 380V 电流： 21.8A 绝缘： B 噪音：87 dB(A) 转速 2900 r/min 是全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，是全国统一设计的基本系列，它同时是符合 JB/T9616-1999和 IEC34-1标准的有关规定，具有国际互换的特点。 Y180L-4型三相异步电动机广泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械和食品机械等。 nts4 变速结构的设计 4.1 主变速方案拟定拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中变速型式的主轴变速箱。 4.2 变速结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的变速不失为有用的方法，但对于分析复杂的变速并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。 4.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目数为 Z 的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有 Z 、Z 个变速副。即 321 ZZZZ 取 Z=4, 4d1a , zfpzfp RR ，计算出变速齿轮箱公比 25.2 ff ，取，则变速箱有四种传动比：；1/81.21/21/41.1 ；2/41.12/11/41.1 ；81.2/12/141.1/1 ；41.1/21/241.1/1 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 14 页共 63 页由图 2主轴功率特性图中可以看出，当主轴在 640 40r/min的转速范围内，功率段 abcde恒功率输出，可以实现恒功率不停车无级调速，故此车床用于加工盘类零件时，可以恒线速度切削，严格保证加工质量，但以上设计没有考虑系统内传动元件造成的功率损失。 4.2.2 结构网的拟定根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下： 4.2.3 结构式的拟定主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即： in RRRRR 210检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。 1222 PXR nts卧式车床主传动系统的结构设计第 15 页共 63 页 4.2.4 结构式的拟定绘制转速图、选择 Y132S-4型 Y系列笼式三相异步电动机。、分配总降速变速比 4.2.5 确定各变速组变速副齿数齿轮齿数的确定，当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和 zS 及小齿轮的齿数可以从【 1】表 3-9中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于 18 20。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于 4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。根据【 1】94P,查表 3-9各种常用变速比的使用齿数。 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 16 页共 63 页 5 传动件的设计 5.1 带传动设计输出功率 P=22kW,转速 n1=1470r/min,n2=900r/min 计算设计功率 Pd edAd PKP 表 4 工作情况系数AK工作机原动机类类一天工作时间 /h 10 1016 16 10 1016 16 载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（ 7.5kW ）；离心式压缩机；轻型运输机 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（ 7.5kW ）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 载荷变动较大螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 根据 V带的载荷平稳，两班工作制（ 16 小时），查机械设计 P296表 4， nts卧式车床主传动系统的结构设计第 17 页共 63 页取 KA 1.1。即 1 . 1 2 2 2 4 . 2 k Wd A e dP K P k W 5.2选择带型普通 V带的带型根据传动的设计功率 Pd和小带轮的转速 n1按机械设计 P297图 13 11选取。根据算出的 Pd 24.2kW及小带轮转速 n1 1470r/min ，查图得： dd=80 100可知应选取 A型 V 带。 5.3确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计 P298表 13 7查得，小带轮基准直径为 80 100mm 则取 dd1=100mm ddmin.=75 mm（ dd1根据 P295表 13-4查得）表 3 V带带轮最小基准直径mindd槽型 Y Z A B C D E mindd20 50 75 125 200 355 500 21211470 = 1 . 6 3 3 3 3 , = 1 0 0 1 . 6 3 3 3 3 = 1 6 3 . 3 m m900ddddidd 所以由机械设计 P295表 13-4查“ V带轮的基准直径”，得2dd=160mm nts卧式车床主传动系统的结构设计第 18 页共 63 页误差验算传动比：21160= 1 . 6 3 2 6 5(1 ) 1 0 0 (1 2 % )dddi d 误（为弹性滑动率）误差111 . 6 3 2 6 5 1 . 6 3 3 31 0 0 % 1 0 0 % 1 . 5 8 % 5 %1 . 6 3 3 3 3iiii 误符合要求带速 1 1 0 0 1 4 7 0v = 7 . 4 3 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0ddn ms 满足 5m/s300mm，所以宜选用 E型轮辐式带轮。总之，小带轮选 H型孔板式结构，大带轮选择 E型轮辐式结构。带轮的材料：选用灰铸铁， HT200。 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 20 页共 63 页 5.7确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。 5.8计算压轴力由机械设计 P303表 13 12 查得， A型带的初拉力 F0 130.59N，上面已得到 1a =153.36o ， z=6 ，则1a 1 5 3 . 72 s i n = 2 6 1 3 0 . 5 9 s i n N = 1 5 2 6 N22 ooF z F 对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小 , 带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通 V 带两侧面间的夹角是 40 ，为了适应 V 带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通 V带轮槽角为 32 、 34 、 36 、 38 （按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表 7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表普通 V带轮的轮槽尺寸（摘自 GB/T13575.1-92）项目符号槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 nts卧式车床主传动系统的结构设计第 21 页共 63 页基准线下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽间距 e 8 0.3 12 0.3 15 0.3 19 0.4 25.5 0.5 37 0.6 44.5 0.7 第一槽对称面至端面的距离 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 带轮宽 B B =( z -1) e + 2 f z 轮槽数外径 d a 轮槽角 32 对应的基准直径 d d 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 - 80 118 190 315 475 600 极限偏差 1 0.5 V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式：（ 1）实心带轮：用于尺寸较小的带轮 (dd (2.5 3)d时 )，如图 7 -6a。（ 2）腹板带轮：用于中小尺寸的带轮 (dd 300mm 时 )，如图 7-6b。（ 3）孔板带轮：用于尺寸较大的带轮 (dd d) 100 mm 时 )，如图 7 -6c 。（ 4）椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮 (dd 500mm 时 )，如图 7-6d。（ a）（ b）（ c）（ d） nts卧式车床主传动系统的结构设计第 22 页共 63 页图 7-6 带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（ a） ,大带轮选择腹板带轮如图（ b） 5.9 各变速组齿轮模数的确定和校核 5.9.1 齿轮模数的确定齿轮模数的估算。通常同一变速组内的齿轮取相同的模数，如齿轮材料相同时，选择负荷最重的小齿轮，根据齿面接触疲劳强度和齿轮弯曲疲劳强度条件按【 5】表 7-17进行估算模数 Hm 和 Fm ，并按其中较大者选取相近的标准模数，为简化工艺变速传动系统内各变速组的齿轮模数最好一样，通常不超过 2 3 种模数。先计算最小齿数齿轮的模数，齿轮选用直齿圆柱齿轮及斜齿轮传动，查【 4】表 10-8 齿轮精度选用 7 级精度，再由【 4】表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr (调质 )，硬度为 280HBS：根据【 5】表 7-17；有公式：齿面接触疲劳强度：3 22)1(1 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）中期报告题目：卧式车床主传动系统的结构设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级 B100205 姓名黄仁奕学号 B10020509 导师姚慧 2014年 3 月 10日 nts1.设计（论文）进展状况本设计已经完成以下内容：（ 1）对于在开题答辩中，老师对我的主传动系统的设计方案和整体结构，开题报告中提出的相关问题，我修改了部分设计，并通过了指导老师的检查；完善了开题报告的内容和格式。（ 2）根据结构布置的相关规定、规范和原则，确定该主传动系统的设计方案和整体结构，完成了总体设计。（ 3）完成了传动部分的计算。 1.1机床的主参数如表 1所示：床身最大回转直径 1000mm 最小加工工件直径 100mm 顶尖间最大工件长度 1500-16000mm 刀架上最大回转直径 630mm 顶尖间最大工件重量 6000kg 表 1 1.2主运动参数 : 据机床设计手册典型加工条件，当工件直径为 800 1000mm时，极限切削速度取100m/s。最小切削速度按典型加工的两种情况取不同的数值 : 高速钢车刀精车丝杠 =1.5m/s; 高速钢车刀低速车削盘类零件， =8m/s 。主轴转速确定 : 由以上典型加工条件 , 确定本机床主要加工直径范围为 100 600mm。主轴转速与切削速度的关系 : , v 为切削速度式中的或，不是该机床可能加工的最小或最大直径，而是机床全部工艺范围内可以用最大切削速度来加工时的最小工件直径和用最小切削速度来加工时的最大工件直径 , 这样才能得出合理的极限转速值。取主轴最低转速：取变速范围，符合普通车床 Rn 为 40 200 的变速范围 , 且 Rn 值较大 , 表明本机床有良好的加工工艺性能。 nts 1.3切削力的计算由于切削过程的复杂性，并且影响它的因素又多，因此目前尚未导出简便计算进给力、径向力、切削力的理论公式，一般都是通过大量实验，由测力仪得到切削力后进行数据处理，建立经验公式。在建立经验公式时，大多数都是将背吃刀量、进给量及切削速度这三个主要因素作为可变因素，而其它影响因素则用修正系数间接计算，从而得出、三个分力的计算公式 : =P afkfvr kvFz krFz kaFz kvbFz khFz kuFz kbr1Fz =P fkfFy kvFy krFy kaFy kvbFy khFy kuFy kbr1Fy =P fkfFx kvFx krFx kaFx kvbFx khFx kuFx kbr1Fx 式中及下列各参数均是以实验条件得出 , 切削深度、进给量、切削速度以实验条件中最大值计算 , 而不是本机床实际所加工最大允许量 , 详见机床设计手册 : P 单位切削力 ( kgf /mm2) , 取 P=210kgf /mm2; 切削深度 , 1 5mm, 取 p=5mm; F 进给量 , 0.1 0.5mm/r, 取 f=0.5mm/r; v 切削速度 , 90 105m/min, 取 v=105m/min。以上取值及各修正系数源于机床设计手册。经计算： =586.3kgf 据手册， =0.35 0.5，取 =0.43 =0.35 0.5，取 =0.43 则 =252kgf; =252kgf 总切削 F=+=1090.5kgf=10697.8N 机床切削总功率 : V/1000=10697.8 105 /(60 1000)=18.7kW 按上面所列式求得切削功率后 , 还需考虑机床的传动效率 , 机床的电机功率为 Pc/ m, 式中 m 为机床的传动效率 , 一般取为 0.75 0.85, 取 0.85 计算 , 计算得 =22kW。查机械设计课程设计指导书 P178 可得，选择电动机型号为 Y200L2-6，满载时，其转速为 970r/min。 2.存在问题及解决措施存在的问题：在选择变速组中方案，拟定转速图中还有所欠缺，在本设计里选用了一部分非标准件，在综合考虑结构和经济等方面还是有所欠缺。我会认真的参考资料积极地和同学讨论，向老师请教。还有就是绘图时不能完全按照设计计算结果画出nts 相一致的图。解决措施：继续完善设计方案，从图中改进，优化设计，以求更加精确。 3.后期工作安排对传动系统的结构进行优化改进，改进中期设计中存在的缺点，如合理地分配各传动副的传动比，采用合理的齿轮块结构。第 6-7 周：初步完成传动系统的结构设计和外文翻译；准备中期检查报告，并进行中期答辩；第 8-15周：完成主传动系统的总体设计，完成装配图及零件图；第 16-18周：完成论文撰写，准备答辩。指导教师签字：年月日 nts毕业设计（论文）任务书院（系）专业班姓名学号 1.毕业设计（论文）题目：卧式车床主传动系统的结构设计 2.题目背景和意义：现代卧式车床主传动系统设计不但要满足动力参数和运动参数的要求，还要尽量设计出结构简单、工艺性好、工作平稳的传动系统。天水星火机床有限责任公司生产的 CW61100E型卧式车床是国内该系列的代表性产品 ,其结构和功能都已经比较完善。但是随着科学技术的迅猛发展 ,产品在某些功能方面已经不能适应市场的需求，因此对其进行改进势在必行。 3.设计 (论文 )的主要内容（理工科含技术指标）：（ 1）针对 CW61100E 型卧式车床主传动系统的要求，分析其功能和原理，设计其主传动系统，并进行相应的计算和分析；（ 2）绘制该传动系统的装配图和关键零部件图。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：（ 1） 1 3 周：调研并收集资料；（ 2） 3 6 周：确定该主传动系统的设计方案和整体结构；（ 3） 7 11 周：完成该主传动系统的结构设计计算；（ 4） 12 15 周：完成该主传动系统的装配图（ 5） 16-18 周：完成论文撰写，准备答辩。 5.毕业设计（论文）的工作量要求毕业设计论文一篇，不少于 10000 字；实验（时数） *或实习（天数）： 2 周图纸（幅面和张数） *：机构装配图， A0 图纸（折合） 2 张；其他要求：外文翻译不少于 1000 字，参考文献不少于 15 篇。指导教师签名：年月日学生签名：年月日系（教研室）主任审批：年月日说明： 1 本表一式二份，一份由学生装订入附件册，一份教师自留。 2 带 *项可根据学科特点选填。毕 I-2 nts 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 (论文 )开题报告题目：卧式车床主传动系统的结构设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级 B100205 姓名黄仁奕学号 B10020509 导师姚慧 2013 年 12 月 3 日 nts- 1 - 1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 1.1 题目背景、研究意义现代卧式车床主传动系统设计不但要满足动力参数和运动参数的要求，还要尽量设计出结构简单、工艺性好、工作平稳的传动系统。天水星火机床有限责任公司生产的 CW61100E 型卧式车床是国内该系列的代表性产品，其结构和功能都已经比较完善。但是随着科学技术的迅猛发展，产品在某些功能方面已经不能适应市场的需求，因此对其进行改进势在必行。 1 1.2 国内外相关研究情况 1.2.1 国内外数控机床现状：近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以 FMS 模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2 与国外的数控机床相比，我国数控机床还存在以下几方面的问题：产品质量、可靠性及服务等能力不强。国产机床在质量、交货期和服务等方面与国外著名品牌相比存在较大的差距。在质量方面，国产数控系统的可靠性指标 MTBF与国际先进数控系统相差较大。国产数控车床、加工中心的 MTBF 与国际上先进水平也有较大差距。自主创新能力不足。长期以来，我国机床制造业的基础、共性技术研究工作主要在行业性的研究院所进行。能力薄弱，技术创新投入不足，引进消化吸收能力差，低水平生产能力过剩，自主创新能力不高，缺乏优秀技术人才。虽然国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对基础共性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，企业的市场响应速度慢。功能部件发展滞后。机床是由各种功能部件（主轴单元及主轴头、滚珠丝杠副、回转工作台和数控伺服系统等）在床身、立柱等基础机架上集装而成的，功能部件是数控机床的重要组成部分。数控机床整体技术与数控机床功能部件的发展是相互依赖、共同发展的，所以功能部件的创新也深深地影响着数控机床的发展。我国数控机床功能部件已有一定规模，电主轴、主轴单元、数控系统等也有专门的制造厂家，其中个别产品的制造水平接近国际先进水平。但整体上，我国机床功能部件发展缓慢、品种少、产业化程度低，精度指标和性能指标的综合情况还不过硬。目前，滚珠丝杠、数控刀架、电主轴等功能部件仅能满足中低档数控机床的配套需要。衡量数控机床水平的高档数控系统、高速精密电主轴、高速滚动功能部件等还依赖进口。 3 1.2.2 数控机床发展趋势：高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势。 4主要表现在： nts- 2 - 1. 机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟；被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。 2.智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。 3.机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。 4.精密加工技术已从原来的丝级（ 0.01mm）提升到目前的微米级（ 0.001mm），有些品种已达到 0.05m 左右；从这些事实技术可以看出整个机加工进入亚微米、纳米级超精加工时代。 5.功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。 5 2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.1 本课题研究的主要内容（ 1）针对 CW61100E 型卧式车床主传动系统的要求，分析其功能和原理，设计其主传动系统，并进行相应的计算和分析；（ 2）绘制该传动系统的装配图和关键零部件图。 2.2 研究方案机床的主传动系统用于实现机床的主运动，在机床传动中实现主运动变速的方法有电气传动和液压传动的变速运动，还有机械变速等多种形式。机械传动在机械工程中应用非常广泛，主要是指利用机械方式传递动力和运动的传递。图 1 所示为机械传动形式。图 1 机械传动形式 1-交流电动机； 2-变速机构； 3-主轴机械传动主要由以下几部分组成 : (l)定比传动机构 :具有固定传动比或固定传动关系的传功机构，如带传动、齿轮传动、蜗杆传动、齿轮齿条传动、螺杆传动。 (2)变速机构：改变机床部件运动的机构。如滑动齿轮变速机构、离合器式齿轮nts- 3 - 变速机构等。 (3)换向机构：变换机床部件运动方向的机构。为了满足加工的不同需要 (例如车螺纹时刀具的进给和返回，车右旋螺纹和左旋螺纹等 )。机床的主传动部件和进给传动部件往往需要正、反向的运动。可以直接利用电动机反转，也可以利用齿轮换向机构等。 (4)操纵机构：用来实现机床运动部件变速、换向、启动、停止、制动及调整的机构。常见的操纵机构包括乎柄、手轮、杠杆、凸轮、齿轮齿条、拨叉、滑块及按钮等。 (5)箱体及其他装置箱体用以支承和连接各机构，并保证它们相互位置的精度。为了保证传动机构的正常工作，还要设有开停装置、制动装置、润滑与密封装置等。液压传动是以液体作为工作介质来进行能量传递的一种传动形式，它通过能量转换装置（液压泵），将原动机（电动机）的机械能转变为液体的压力能，然后通过封闭管道、控制元件等，由另一能量装置（液压缸、液压马达）将液体的压力能转变为机械能，以驱动负载和实现执行机构所需的直线或旋转运动。图 2 所示为液压传动形式。图 2 液压传动形式 1-交流电动机； 2-油泵； 3-油箱； 4-液压控制装置； 5-液动机； 6-主轴液压传动主要由以下几部分组成 : (1)动力元件油泵。其作用是将电动机输入的机械能转换为液体的压力能，是能量转换装置 (能源 )。 (2)执行机构油缸或油马达。其作用是把油泵输人的液体压力能转变为工作部件的机械能 .它也是一种能量转换装置 (液动机 )。 (3)控制元件各种阀。其作用是控制和调节油液的压力、流量 (速度 )及流动方向。 (4)辅助装置油箱、油管、滤油器、压力表等。其作用是创造必要的条件，以保证液压系统正常工作。 (5)工作介质矿物油。它是传递能量的介质。 nts- 4 - 机械传动与液压传动相比较，其主要优点如下 : (l)传动比准确，适用于定比传动 ; (2)实现回转运动的结构简单。能传递较大的扭矩 ; (3)故障容易发现，便于维修。因此，机械传动主要用于速度不太高的有级变速传动中。根据 CW61100E 卧式机床的要求，选择机械传动方式。传动简图如图 3 所示。图 3 传动简图 1-交流电动机； 2-带传动； 3-齿轮变速机构； I、 II、 III-传动轴； IV-主轴机床的动力由交流电动机提供，经过 V 带传动至变速箱内，箱内变速机构由多根传动轴及多组齿轮副组成，动力经过变速机构传递至主轴输出。 2.3 研究方法与措施 1.参数拟定：根据机床类型，规格和其他特点，了解典型工艺的切削用量，结合世界条件和情况，并与同类机床对比分析后确定：极限转速 maxn 和 minn ，公比（或级数 Z），主传动电机功率 N。 2.传动设计：根据拟定的参数，通过结构网和转速图的分析，确定转动结构方案和转动系统图，计算各转动副的传动比及齿轮的齿数，并验算主轴的转速误差。 3.动力计算和结构草图设计：估算齿输模数 m 和直径 d，选择和计算反向离合器，制动器。将各传动件及其

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