金属切削机床课程设计（CA6140机床含CAD图纸）

金属切削机床课程设计 1 目录目录 目录 1 一 设计目的 2 二 设计步骤 2 1 运动设计 2 1 1 已知条件 2 1 2 结构分析式 2 1 3 绘制转速图 3 1 4 绘制传动系统图 6 2 动力设计 6 2 1 确定各轴转速 6 2 2 带传动设计 7 2 3 各传动组齿轮模数的确定和校核 9 3 齿轮强度校核 10 3 1 校核 a 传动组齿轮 11 3 2 校核 b 传动组齿轮 12 3 3 校核 c 传动组齿轮 13 4 主轴挠度的校核 14 4 1 确定各轴最小直径 14 4 2 轴的校核 15 5 主轴最佳跨距的确定 15 5 1 选择轴颈直径 轴承型号和最佳跨距 15 5 2 求轴承刚度 15 6 各传动轴支承处轴承的选择 17 7 主轴刚度的校核 17 7 1 主轴图 17 金属切削机床课程设计 2 7 2 计算跨距 17 三 总结 19 四 参考文献 20 附录 主轴箱展开图 A0 主轴组件图 A1 金属切削机床课程设计 3 一 设计目的一 设计目的 通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计 在拟定传动和变速的结构 方案过程中 得到设计构思 方案分析 结构工艺性 机械制图 零件计算 编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练 树立正确的设计思想 掌握 基本的设计方法 并具有初步的结构分析 结构设计和计算能力 二 设计步骤二 设计步骤 1 1 运动设计运动设计 1 11 1 已知条件已知条件 1 确定转速范围 主轴最小转速 min 5 31 min rn 2 确定公比 41 1 3 转速级数 12 z 1 21 2 结构分析式结构分析式 3 22312 32212 23212 从电动机到主轴主要为降速传动 若使传动副较多的传动组放在较接近电 动机处可使小尺寸零件多些 大尺寸零件少些 节省材料 也就是满足传动副 前多后少的原则 因此取方案 在降速传动中 防止齿轮直径过大32212 而使径向尺寸常限制最小传动比 在升速时为防止产生过大的噪音和 4 1 min i 震动常限制最大转速比 在主传动链任一传动组的最大变速范围2 max i 在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小 10 8 minmaxmax iiR 根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网 从而确定结构网如下 金属切削机床课程设计 4 检查传动组的变速范围时 只检查最后一个扩大组 1 222 PXR 其中41 1 6 2 X2 2 P 所以 合适 10 846 8 1641 1 2 R 1 31 3 绘制转速图绘制转速图 选择电动机 一般车床若无特殊要求 多采用 Y 系列封闭式三相异步电动机 根据原则 条件选择 Y 132M 4 型 Y 系列笼式三相异步电动机 分配总降速传动比 总降速传动比 02 0 1440 5 31 min d nni 又电动机转速min 1440rnd 不符合转速数列标准 因而增加一定比传动副 3 确定传动轴轴数 传动轴轴数 变速组数 定比传动副数 1 3 1 1 5 金属切削机床课程设计 5 确定各级转速并绘制转速图 由min 5 31 rnmim z 12 确定各级转速 41 1 1400 1000 710 500 355 250 180 125 90 63 45 31 5r min 在五根轴中 除去电动机轴 其余四轴按传动顺序依次设为 与 与 与 轴之间的传动组分别设为 a b c 现由 主轴 开始 确定 轴的转速 先来确定 轴的转速 传动组 c 的变速范围为 10 8 841 1 max 66 R 结合结构式 轴的转速只有一和可能 125 180 250 355 500 710r min 确定轴 的转速 传动组 b 的级比指数为 3 希望中间轴转速较小 因而为了避免升速 又 不致传动比太小 可取 8 2 1 1 3 1 i b 1 1 2 i b 轴 的转速确定为 355 500 710r min 确定轴 的转速 对于轴 其级比指数为 1 可取 2 1 1 2 1 i a41 1 1 1 2 i a1 1 3 i a 确定轴 转速为 710r min 由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比71 144710 1440 i 下面画出转速图 电动机转速与主轴最高转速相近 传动系统的转速图 电动机 5 确定各变速组传动副齿数 传动组 a 查表 8 1 2 1 1 2 1 i a41 1 1 1 2 i a1 1 3 i a 时 57 60 63 66 69 72 75 78 2 1 1 2 1 i a z S 时 41 1 1 1 2 i a 金属切削机床课程设计 6 58 60 63 65 67 68 70 72 73 77 z S 时 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 1 1 3 i a z S 可取72 于是可得轴 齿轮齿数分别为 24 30 36 z S 于是 48 24 1 a i42 30 2 a i36 36 3 a i 可得轴 上的三联齿轮齿数分别为 48 42 36 传动组 b 查表 8 1 8 2 1 1 3 1 i b1 1 2 i b 时 8 2 1 1 3 1 i b 69 72 73 76 77 80 81 84 87 z S 时 70 72 74 76 78 80 82 84 86 1 1 2 i b z S 可取 84 于是可得轴 上两联齿轮的齿数分别为 22 42 z S 于是 得轴 上两齿轮的齿数分别为 62 42 62 22 1 i b42 42 2 i b 传动组 c 查表 8 1 4 1 1 i c2 2 c i 时 84 85 89 90 94 95 4 1 1 i c z S 时 72 75 78 81 84 87 89 90 2 2 c i z S 可取 90 z S 为降速传动 取轴 齿轮齿数为 18 4 1 1 i c 为升速传动 取轴 齿轮齿数为 30 2 2 c i 于是得 72 18 1 i c30 60 2 c i 得轴 两联动齿轮的齿数分别为 18 60 得轴 两齿轮齿数分别为 72 30 金属切削机床课程设计 7 1 41 4 绘制传动系统图绘制传动系统图 根据轴数 齿轮副 电动机等已知条件可有如下系统图 2 2 动力设计动力设计 2 12 1 确定各轴转速确定各轴转速 确定主轴计算转速 主轴的计算转速为 min 90r41 1 31 5nn 1 3 12 1 3 z min IV 图表 1 各传动轴的计算转速 轴 可从主轴 90r min 按 72 18 的传动副找上去 轴 的计算转速 125r min 轴 的计算转速为 355r min 轴 的计算转速为 710r min 3 各齿轮的计算转速 传动组 c 中 18 72 只需计算 z 18 的齿轮 计算转速为 355r min 60 30 只需计算 z 30 的齿轮 计算转速为 250r min 传动组 b 计 算 z 22 的齿轮 计算转速为 355r min 传动组 a 应计算 z 24 的齿轮 计 算转速为 710r min 4 核算主轴转速误差 min 5 141730 6042 4236 36256 1261440rn 实 金属切削机床课程设计 8 min 1400rn 标 5 25 1 100 1400 1400 5 1417 100 标 标实 n nn 所以合适 2 22 2 带传动设计带传动设计 电动机转速 n 1440r min 传递功率 P 7 5KW 传动比 i 2 03 两班制 一天运转 16 1 小时 工作年数 10 年 确定计算功率 取1 1 则 A K25KW 8 5 71 1PKP Aca 选取 V 带型 根据小带轮的转速和计算功率 选 B 型带 确定带轮直径和验算带速 查表小带轮基准直径mmd125 1 mmid25403 2 125125 2 验算带速成 100060 11 nd v 其中 小带轮转速 r min 1 n 小带轮直径 mm 1 d 合适 25 5 42 9 100060 144012514 3 smv 4 确定带传动的中心距和带的基准长度 设中心距为 则 0 a 0 55 a2 21 dd 21 dd 于是 208 45a758 初取中心距为400mm 0 a 带长 0 2 12 2100 4 2 2 a dd ddaL 金属切削机床课程设计 9 mm1405 4004 125254 254125 2 14 3 4002 2 查表取相近的基准长度 d LmmLd1400 带传动实际中心距mm LL aa d 5 397 2 0 0 5 验算小带轮的包角 一般小带轮的包角不应小于 120 合适 120 4 161 3 57180 12 1 a dd 6 确定带的根数 L ca kkpp p Z 00 其中 时传递功率的增量 0 p 1 i 按小轮包角 查得的包角系数 k 长度系数 L k 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 4 90 0 95 0 46 019 2 25 8 Z 7 计算带的张紧力 0 F 2 0 5 2 500qv k k vZ p F ca 其中 带的传动功率 KW ca p v 带速 m s q 每米带的质量 kg m 取 q 0 17kg m v 1440r min 9 42m s NF 7 19342 9 17 0 95 0 9 05 2 442 9 25 8 500 2 0 8 计算作用在轴上的压轴力 金属切削机床课程设计 10 NZFFQ1530 2 4 161 sin 7 19342 2 sin2 1 0 2 32 3 各传动组齿轮模数的确定和校核各传动组齿轮模数的确定和校核 模数的确定 a 传动组 分别计算各齿轮模数 先计算 24 齿齿轮的模数 3 22 1 1 16338 jm d nz N m 其中 公比 2 电动机功率 7 5KW d N d N 齿宽系数 m 齿轮传动许允应力 计算齿轮计算转速 j n 取 600MPa 安全系数 S 1 S KN lim lim 由应力循环次数选取9 0 N K 取 S 1 MPa540 1 6009 0 90 0 N K MPaMPa S K HN 540 1 60090 0 1lim mmm72 3 7105402248 5 7 12 163383 22 1 取 m 4mm 按齿数 30 的计算 可取 m 4mm mmm13 3 2 按齿数 36 的计算 可取 m 4mm mmm39 3 3 于是传动组 a 的齿轮模数取 m 4mm b 32mm 轴 上齿轮的直径 mmdmmdmmd aaa 96244120304144364 321 金属切削机床课程设计 11 轴 上三联齿轮的直径分别为 mmdmmdmmd aaa 192484168424144364 3 2 1 b 传动组 确定轴 上另两联齿轮的模数 3 22 1 16338 jm d nz N m 按 22 齿数的齿轮计算 min 3558 2rnj 可得 m 4 8mm 取 m 5mm 按 42 齿数的齿轮计算 可得 m 3 55mm 于是轴 两联齿轮的模数统一取为 m 5mm 于是轴 两联齿轮的直径分别为 mmdmmd bb 210425110225 21 轴 上与轴 两联齿轮啮合的两齿轮直径分别为 mmdmmd bb 210425310625 2 1 c 传动组 取 m 5mm 轴 上两联动齿轮的直径分别为 mmdmmd cc 30060590185 21 轴四上两齿轮的直径分别为 mmdmmd cc 150305360725 2 1 3 3 齿轮强度校核齿轮强度校核 计算公式 bm YYKT SaFa F 1 2 3 13 1 校核校核 a a 传动组齿轮传动组齿轮 校核齿数为 24 的即可 确定各项参数 P 8 25KW n 710r min 金属切削机床课程设计 12 mmNnPT 566 101 1710 25 8 1055 9 1055 9 确定动载系数 sm dn v 57 3 100060 71096 100060 齿轮精度为 7 级 由 机械设计 查得使用系数05 1 v K mmmb m 3248 确定齿向载荷分配系数 取齿宽系数1 d 非对称 223 1 120 18 1 0 60 23 10 Hdd Kb 42 1 321023 0 6 01 18 0 12 1 3 查 机械设计 得4 24 32 hb27 1 F K 确定齿间载荷分配系数 N d T Ft2290 96 101 122 5 由 机械设计 查得mN b FK tA 10056 71 32 22900 1 1 2 HF KK 确定动载系数 6 127 1 2 105 1 0 1 HFvA KKKKK 查表 10 5 65 2 Fa Y58 1 Sa F 计算弯曲疲劳许用应力 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 aFE Mp540 图 10 18 查得 S 1 39 0 N K aF Mp374 3 1 5409 0 3 89 58 1 65 2 374 SaFa F YY 故合适 3 89 6 28 432 22906 1 bm KFt 金属切削机床课程设计 13 3 23 2 校核校核 b b 传动组齿轮传动组齿轮 校核齿数为 22 的即可 确定各项参数 P 8 25KW n 355r min mmNnPT 566 1022 2 355 25 8 1055 9 1055 9 确定动载系数 sm dn v 04 2 100060 355110 100060 齿轮精度为 7 级 由 机械设计 查得使用系数0 1 v K mmmb m 4058 确定齿向载荷分配系数 取齿宽系数1 d 非对称 223 1 120 18 1 0 60 23 10 Hdd Kb 42 1 401023 0 6 01 18 0 12 1 3 查 机械设计 得9 2 8 25 40 hb27 1 F K 确定齿间载荷分配系数 N d T Ft4040 110 1022 2 22 5 mN b FK tA 100101 40 40400 1 由 机械设计 查得 1 1 HF KK 确定动载系数 397 1 27 1 1 10 10 1 HFvA KKKKK 查表 10 5 72 2 Fa Y57 1 Sa F 计算弯曲疲劳许用应力 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 aFE Mp540 金属切削机床课程设计 14 图 10 18 查得 S 1 39 0 N K aF Mp374 3 1 5409 0 5 87 57 1 72 2 374 SaFa F YY 故合适 5 87 2 28 540 4040397 1 bm KFt 3 33 3 校核校核 c c 传动组齿轮传动组齿轮 校核齿数为 18 的即可 确定各项参数 P 8 25KW n 355r min mmNnPT 566 1022 2 355 25 8 1055 9 1055 9 确定动载系数 sm dn v 67 1 100060 35590 100060 齿轮精度为 7 级 由 机械设计 查得使用系数9 0 v K mmmb m 4058 确定齿向载荷分配系数 取齿宽系数1 d 非对称 223 1 120 18 1 0 60 23 10 Hdd Kb 42 1 401023 0 6 01 18 0 12 1 3 查 机械设计 得2 45 40 hb27 1 F K 确定齿间载荷分配系数 N d T Ft4930 90 1022 2 22 5 mN b FK tA 100123 40 49300 1 由 机械设计 查得 1 1 HF KK 金属切削机床课程设计 15 确定动载系数 2573 1 27 1 1 19 00 1 HFvA KKKKK 查表 10 5 91 2 Fa Y53 1 Sa F 计算弯曲疲劳许用应力 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 aFE Mp540 图 10 18 查得 S 1 39 0 N K aF Mp374 3 1 5409 0 84 53 1 91 2 374 SaFa F YY 故合适 8499 30 540 49302573 1 bm KFt 4 4 主轴挠度的校核主轴挠度的校核 4 14 1 确定各轴最小直径确定各轴最小直径 1 轴的直径 min 710 96 0 11 rn mm n d29 710 96 0 5 7 91 5 7 91 4 4 2 轴的直径 min 355 922 0 99 0 99 0 98 0 212 rn mm n d34 355 922 0 5 7 91 5 7 91 4 4 3 轴的直径 min 125 89 0 99 098 0 323 rn mm n d44 125 89 0 5 7 91 5 7 91 4 4 4 主轴的直径 min 5 31 85 0 98 0 98 0 99 0 434 rn 金属切削机床课程设计 16 mm n d61 5 31 85 0 5 7 91 5 7 91 4 4 4 24 2 轴的校核轴的校核 轴的校核 通过受力分析 在一轴的三对啮合齿轮副中 中间的两对齿 轮对 轴中点处的挠度影响最大 所以 选择中间齿轮啮合来进行校核 NdTF mNnPT t 2017 1096 8 962 2 8 96710 96 05 71055 9 1055 9 3 66 228 330 10200 36 2852 9 22 mmbmmx PaEmmd NFFFP tt 已知 mmy12 0 403 0 mm lIE bxlxbF YB 3 3 4 3 4 9 4 3222 222 1098 0 1068510 64 36 102006 103302286853302282852 6 所以合格 yYB 轴 轴的校核同上 5 5 主轴最佳跨距的确定主轴最佳跨距的确定 400mm 车床 P 7 5KW 5 15 1 选择轴颈直径选择轴颈直径 轴承型号和最佳跨距轴承型号和最佳跨距 前轴颈应为 75 100mm 初选 100mm 后轴颈 1 d 12 9 07 0 dd 取 前轴承为 NN3020K 后轴承为 NN3016K 根据结构 定悬伸长度mmd70 2 mma75 1 5 25 2 求轴承刚度求轴承刚度 考虑机械效率 金属切削机床课程设计 17 主轴最大输出转距N P T676 90 85 0 9550 床身上最大加工直径约为最大回转直径的 60 取 50 即 200 故半径为mm 0 1 m 切削力 NFC6760 1 0 676 背向力 NFF CP 338067605 05 0 故总的作用力 NFFF CP 7558 22 次力作用于顶在顶尖间的工件上主轴尾架各承受一半 故主轴轴端受力为 NF37792 先假设 mmlal225753 3 前后支撑分别为 BAR R N l aF R N l alF R B A 1260 225 75 3779 2 5039 225 75225 3779 2 根据 9 19 08 01 0 cos 39 3 izlF d dF K ar r r v 30 2 1 17 8 10 8 8 1260 5039 AABBaBaA vBvA ziizlmml NFNF NK NK B A 11070cos172 8 10126039 3 18090cos3028 8503939 3 9 1 9 0 8 01 0 9 1 9 0 8 01 0 658 0 10075 0 1809 1039 2 101 2 1039 2 046 0 085 0 05 0 852 70100 63 1 1107 1809 6 3 611 3 4644 aK EI mI mmd KK A e BA mmlal225375 3 0 与原假设相符查线图 金属切削机床课程设计 18 6 6 各传动轴支承处轴承的选择各传动轴支承处轴承的选择 主轴 前支承 NN3020K 中支承 N219E 后支承 NN3016K 轴 前支承 30207 后支承 30207 轴 前支承 30207 中支承 NN3009 后支承 30207 轴 前支承 30208 后支承 30208 7 7 主轴刚度的校核主轴刚度的校核 7 17 1 主轴图主轴图 7 27 2 计算跨距计算跨距 前支承为双列圆柱滚子轴承 后支承为双列圆柱滚子轴承 mmml687 0 687 5 31 5 12374332 当量外径 mmde56 80 887 8104351007568054722268 4 44444 主轴