金属切削机床设计.doc

金属切削机床课程设计说明书题 目 卧式车床主运动变速系统设计 机械制造与自动化 专业 级 班姓 名 学号 指导老师 职称 年 月 日课程设计评语:课程设计答辩负责人签字： 年 月 日目 录一、设计课题二、参数拟定三、运动设计四、动力计算和结构草图设计五、传动轴的设计六、主轴变速箱装配设计七、设计小结八、参考文献一、设计课题设计说明及数据计算备 注设计最大加工直径400mm卧式车床的主运动变速系统加工材料：钢、铸铁；刀具材料：硬质合金、高速钢，轴使用摩擦片离合器，主运动电动机功率7.5kw，1450r/min。vmax = 200m/min;vmin = 610m/min.二、参数拟定设计说明及数据计算备 注由课题已知条件查切削用量简明手册，得知此车床的切削进给量为0.51.8mm/r。查卧式机床技术规格，据所设计机床型号，与CA6140对比，得知此机床最大加工棒料直径约为47mm，由已知条件得：取整数值得 nmax = 1360 r/min，nmin = 40 r/min，即此机床主轴的转速范围为401360r/min，得 34查标准公比表，考虑到适当减小相对速度损失，选定公比，得 ，取Z=16按标准转速数列为：40，50.5，64，81，102.5，129.5，164，207，262，332，419.5，531，671.5，849.5，1074.5，1360r/min.由主运动电机功率7.5KW，转速1450r/min，查机械设计手册，所选电动机型号为Y132M-4，其主要参数为额定功率7.5kW，同步转速1500r/min，满载转速1440r/min，满载电流7A，满载时效率87%，满载功率因数0.85，最大转矩/额定转矩=2.2，净重81kg。切削进给量参考切削用量简明手册第9页表1.4CA6140技术规格参考金属切削机床概论第23页表2-1所参考机械设计手册为软件版2.0三、运动设计设计说明及数据计算备 注 1.选择结构式1）确定变速组的数目和各变速组中传动副的数目由Z=16，决定采用四个变速组，即16=2222。2）确定变速组的扩大顺序根据“前密后疏”的原则，选择16=21222428的结构式。3）验算变速组的变速范围最后扩大组的变速范围,在允许的变速范围内。2确定是否需要增加降速的定比传动副该车床的主传动系统的总降速比为40/1440=1/36，因在此系统中采用四个变速组，平均降速比尚不足2.5，降速相对缓慢，因此无需另增加降速定比传动副。3分配各变速组的最小传动比，拟定转速图在本传动系统中共需要4根轴，加上电动机轴；16级转速，画转速图的格线如下：1）决定轴45 的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些，能起到飞轮的作用，所以最后一个变速组的最小降速传动比取1/4，公比，1.266 = 4，因此从5轴E点向上六格，在4轴找到D点，连结DE线即为45 轴的最小传动比。2）决定其余变速组的最小传动比根据“前缓后急”的原则，轴34 间变速组取 ,即从D点向上四格，在3轴上取C点；同理轴23 间取,即从C点向上数三格，在轴2上取B点，分别连结AB线，BC线，CD线，如上图所示。3）画出各变速组的传动比连线按基本组的级比指数x0=1，第一扩大组的级比指数x1=2，第二扩大组的级比指数x3=4，第三扩大组的级比指数x4=8，画出各变速组的传动比连线如下图所示：车床主传动系统转速图: 四、动力计算和结构草图设计设计说明及数据计算备 注 1选定齿轮传动类型、材料及轴的材料根课题要求，选用闭式直齿圆柱标准齿轮，材料选用45钢调质，齿面硬度为250HBS。轴选用45钢淬火处理。2确定传动系统中齿轮的齿数由主传动转速图可知在此传动系统中，最小齿数齿轮必在4轴上，由4轴到5轴的传动比分别为：， 最小齿轮必然在降速比最大的传动副u1中，即z1=zmin,取z1=20，则 齿数和 同理由3轴到4轴的传动比分别为： , 取z1=23，则 齿数和 同理由2轴到3轴的传动比分别为： , 取z1=25，则 齿数和 同理由1轴到2轴的传动比分别为： , 取z1=26，则 齿数和 3确定齿轮模数1）计算最小齿轮分度圆直径 确定各参数值:载荷系数 查载荷系数表取K=1.2；齿轮最大转矩 ；材料弹性系数 查材料弹性系数表，；取，,符合齿宽系数范围。区域系数 ZH = 2.5；重合度系数 因； ；许用应力 查接触疲劳极限图，取,查最小安全系数表按一般可靠要求取SH = 1；则 于是 = 78.5mm。2）确定模数计算模数 取标准值 m = 4mm。4验算主轴转速误差 主轴最高实际转速为 转速误差为 主轴最低实际转速为 转速误差为 总转速误差值均位于-2%+6%范围之内，符合设计要求。5确定各齿轮分度圆直径由模数m及齿数z，求得各轴上齿轮分度圆直径如下：1轴：104mm, 120mm；2轴：176mm，160mm，100mm，136mm；3轴：204mm，168mm，92mm，164mm；4轴：236mm，164mm，80mm，244mm；5轴：320mm，156mm。6离合器、制动器选择电动机轴即1轴转矩 根据机床要求及1轴转矩选择DLMO-6.3摩擦式电磁离合器，此离合器许用动转矩为50Nm，可作机床启动作用。机床主轴换向利用电路部分控制交流电动机的正反转来实现。制动器选择摩擦带式制动器，安装在传动系统高速轴(即1轴)上，这样需要的制动力矩小，制动器体积小，重量轻。7画传动系统结构简图根据上面计算结果，画得传动系统简图如下：载荷系数表参考机械设计基础第75页表6-6材料弹性系数表参考机械设计基础第76页表6-7齿宽系数参才机械设计基础第79页表6-9接触疲劳极限图参考机械设计基础第77页图6-21，最小安全系数表参考第78页表6-8离合器型号参考机械设计手册五、传动轴的设计设计说明及数据计算备 注1确定传动系统中轴的轴径由主传动转速图可知在此传动系统中，每轴的最小转速分别为1440r/min，849.5r/min，419.5r/min，164r/min，40r/min，由扭转强度条件计算公式求得各轴的最小直径分别为： 取整后，各轴最小直径分别为：d1=20mm，d2=25mm，d3=30mm，d4=40mm，d5=65mm。2验算最小齿轮壁厚由上面数据可知，最小齿轮在4轴上，此轴轴径为40mm，查普通平键键槽尺寸表知齿轮上所需键槽高度约为5mm。齿轮壁厚 符合设计要求。3轴承选择根据各轴轴径，选择各轴轴承如下：1轴：62042轴：62053轴：62064轴：6208，62105轴：6213，32014，320154主轴设计主轴设计为空心轴，中有48内腔用于穿插棒料。根据轴上零件定位要求设计轴如图所示:从轴左端起第一段上有螺纹，用于装双螺母，对轴承进行定位及预紧，螺纹长度为20mm，接下来装有双深沟球轴承，轴径取轴的最小轴径65mm，考虑整个传动系统结构设计需要，取第一段长度为280mm。第二段上装有一个圆锥滚子轴承及两个齿轮，齿轮径向定位使用键槽，各零件间轴向定位使用轴套，综合考虑传动系统中各零件的布置，取第二段长度为253mm，轴径为70mm。第三段上装有圆锥滚子轴承，在轴向上使用轴肩与轴套定位，其轴径为75mm，取第三段长度为50mm。第三段往右为与车床配合所需，各段轴径分别为85mm，115mm，各段长度分别为20mm，20mm。加上最右段顶尖，主轴总长度为623mm。主轴具体参数参考主轴零件图。5第5轴上轴承寿命校验查推荐轴承预期寿命表，机床轴承预期使用寿命约为2000030000h。第5轴所受转矩为 则第5轴受到的径向力为 因轴承主要承受径向力，所以忽略轴向力不计，轴承应有的径向基本额定动载荷为 查轴承基本参数，得知5轴所选轴承6013，32014，32015Cr值均大于C，故所选轴承符合要求，适用。在此式中C为与轴材料有关的系数，具体取值参考机械设计基础第205页表13-2键槽尺寸表参考机械设计基础第163页表10-6各轴承选择参考机械设计基础第178页表11-5滚动轴承基本参数机床轴承预期使用寿命参考机械设计基础第179页表11-8式中fd，ft分别参考机械设计基础第179页表11-6，11-7六、主轴变速箱装配设计设计说明及数据计算备 注车床传动系统设计为五轴，轴上主要以轴肩及轴套进行轴向定位，以键进行径向定位，在滑移齿轮部分轴上有花键，主轴上用双螺母对轴承进行预紧，其它轴上利用调整环进行预紧。由车床主传动系统简图及以上计算数据，画得主轴变速箱装配图如装配图所示。七、设计小结这次车床主轴变速箱课程设计，是我们第一次较全面的金属切削机床设计知识的综合运用，通过这次练习，使得我们对金属切削机床基础知识有了一个较为系统全面的认识，加深了对所学知识的理解和运用，将原来看来比较抽象的内容实现了具体化，初步掊养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用相关课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展了有关方面的知识。通过制订设计方案，合理选择各种参数，正确计算金属切削机床的各项数据，以及针对课程设计中出现的问题查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在本学科方面的兴趣及实际动手能力，对将来我们在此方面的发展起了一个重要的作用。本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在金属切削机床知识学习方面的一次有意义的实践。在本次课程设计中，我独立完成了自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些以前书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。在设计中，通过老师的指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了一次良好的训练。八、参考文献1 顾维邦主编. 金属切削机床概论. 北京