机床主传动系统设计[转速71-710，Z6，公比1.58，P4，1440]【优秀机械课程毕业设计论文】
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- 关 键 词：
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机床
传动系统
设计
转速
71
z6
公比
p4
优秀
优良
机械
课程
毕业设计
论文
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份，26页。6200字。
任务书一份。
图纸共2张，如下所示
A0-箱体展开图.dwg
A1-主轴.dwg
- 内容简介：
-
机械系统 设计课程设计计算书 I 机械系统设计课程设计任务书 设计小组 第 3 组 班级 机械 11 专业 机械设计制造及其自动 化 小组成员 姓名 学号 任务分工 姓名 学号 任务分工 周承立 1130060333 绘图 李凯 1130060315 计算 赵彬杰 1130060331 绘图 刘明光 1130060317 计算 主要技术参数 技术参数： 1r/10r/Z=6 级； 动机功率 P=4机转速 n=1440r/导教师 丁艳艳 联系方式 设计内容： 1、运动设计：根据给定的极限转速、变速级数、及公比值，确定其转速范围、转速数列、结构式、结构网，绘制转速图和传动系统图，确定齿轮齿数，计算转速误差。 2、动力计算：根据给定的有关参数，确定各传动件的计算转速；确定各传动轴和主轴的轴径，确定并验算各传动齿轮的模数，计算主轴的合理跨距；对靠近主轴的传动轴进行刚度校核，并验算该轴上轴承的寿命。 3、绘制下列图纸：（ 1）主轴箱横剖面图 1 张（ （ 2）主轴零件工作图（ 并附在设计计算说明书内。 4、编写设计计算说明书 （约 8000 字左右）：设计计算说明书书写格式梗概 摘要；目录；课程设计的目的；课程设计题目、主要技术参数和技术要求 运动设计；动力计算；主要零部件的选择；校核；结束语；参考资料等 5、提交课程设计计算说明书及图纸打印稿和电子稿，并准备答辩。 课程设计时间： 2014 年 12 月 22 日 至 2015 年 01 月 02 日 答辩时间： 2015 年 1 月 2 日 主要参考文献、资料： 【 1】、赵韩 . 机械系统设计 【 2】、周堃敏 . 机械系统设计 【 3】、于惠力 主编 机械设计 科学 出版社 第一版 【 4】、戴 曙 主编 金属切削机床设计 机械工业出版社 【 5】、赵九江 主编 材料力学 哈尔滨工业大学出版社 第一版 【 6】、郑文经 主编 机械原理 高等教育出版社 第七版 【 7】、于惠力 主编 机械设计课程设计 科学出版社 机械系统 设计课程设计计算书 要 本说明书着重研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法，根据已确定的运动参数以变速箱展开图的总中心距最小为目标，拟定变速系统的变速方案，以获得最优方案以及较高的设计效率。在机床主传动系统中，为减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸，用齿轮 齿数的设计方法是试算，凑算法，计算麻烦且不易找出合理的设计方案。本文通过对主传动系统中三联滑移齿轮传动特点的分析与研究，绘制零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。 关键词 分级变速；传动系统设计；传动副；结构网；结构式；齿轮模数，传动比 机械系统 设计课程设计计算书 录 摘 要 . 1 章 绪论 . 1 程设计的目的 . 1 程设计的内容 . 1 论分析与设计计算 . 1 样技术设计 . 1 制技术文件 . 1 程设计题目、主要技术参数和技术要求 . 2 程设计题目和主要技术参数 . 2 术要求 . 2 第 2 章 运动设计 . 3 动参数及转速图的确定 . 3 速范围 . 3 速数列 . 3 定结构式 . 3 定结构网 . 3 制转速图和传动系统图 . 4 定各变速组此论传动副齿数 . 4 算主轴转速误差 . 5 第 3 章 动力计算 . 7 传动设计 . 7 算转速的计算 . 8 轮模数计算及验算 . 9 轴合理跨距的计算 . 13 第 4 章 主要零部件的 选择 . 15 动机的选择 . 15 承的选择 . 15 速操纵机构的选择 . 15 第 5 章 校核 . 16 的校核 . 16 承寿命校核 . 18 第 6 章 结构设计及说明 . 19 构设计的内容、技术要求和方案 . 19 开图及其布置 . 19 结论 . 21 参考文献 . 22 机械系统 设计课程设计计算书 谢 . 23 机械系统 设计课程设计计算书 1 第 1章 绪论 程设计的目的 机械系统设计课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。通过课程设计，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产 实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过课程设计，分析比较机械系统中的某些典型机构，进行选择和改进；结合结构设计，进行设计计算并编写技术文件；完成系统主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。 程设计的内容 机械系统设计课程设计内容由理论分析与设计计算、图 样技术设计和技术文件编制三部分组成。 论分析与设计计算 （ 1）机械系统的方案设计。设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。 （ 2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。 （ 3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。 样技术设计 （ 1）选择系统中的主要机件。 （ 2）工程技术图样的设计与绘制。 制技术文件 （ 1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。 （ 2）编制设计计算说明书。 机械系统 设计课程设计计算书 2 程设计题目、主要技术参数和技术要求 程设计题目和 主要技术参数 题目 22：分级变速主传动系统设计 技术参数： 1r/10r/ Z=6 级；公比为 动机功率 P=4机转速 n=1440r/ 技术要求 （ 1）利用电动机完成换向和制动。 （ 2）各滑移齿轮块采用单独操纵机构。 （ 3） 进给传动系统采用单独电动机驱动。机械系统 设计课程设计计算书 3 第 2章 运动设计 动参数及转速图的确定 速范围 Rn=1710=10 速数列 转速数列。查机械系统设计表 2准数列表 ， 首先找到71r/后每隔 7 个数取一个值 （ 得出主轴的转速数列为71r/112r/180r/280r/450r/710r/ 6 级。 定结构式 对于 Z=6 可分解为： Z=23 31。 定结构网 根据“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏 ,结构紧凑的原 则 ,选取传动方案 Z=31 23,易知第二扩大组的变速范围 r= (x=8，满足要求满足要求，其结构网如图 2 图 2构网 机械系统 设计课程设计计算书 4 制转速图和传动系统图 （ 1）选择电动机：采用 （ 2）绘制转速图，如图 2 图 2速图 （ 3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系 统图如图 2 1 (m+D) 轴最小 齿数和 :+D/m) 定各变速组此论传动副齿数 (1)100型机床 02)直齿圆柱齿轮 18械系统 设计课程设计计算书 5 图 2主传动系统图 （ 7） 齿轮齿数的确定。 据设计要求 18 20,由表 据各变速组公比，可得各传动比和 齿轮齿数，各齿轮齿数如表 2 表 2 齿轮齿数 传动比 基本组 第 1扩大组 1:1 1: 代号 1Z 1Z 2Z 2Z 3Z 3Z 4Z 4Z 5Z 5Z 齿数 17 43 30 30 23 37 54 34 25 63 算主轴转速误差 实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过 10( ,即 n 10( 对 10r/际转速 机械系统 设计课程设计计算书 6 m a x 1 0 0 3 0 5 41 4 4 0 7 2 63 1 5 3 0 3 4N 则有 7 2 6 7 1 0 2 . 2 5 % 5 . 8 %710 因此满足要求。 同理，根据计算得出其他各组的数据如下表： 因此满足要求。 各级转速误差 表 2速误差分析表 n 710 450 280 180 112 71 n 726 差 2 4 所有计算结果都小于 因此不需要修改齿数。 机械系统 设计课程设计计算书 7 第 3章 动力计算 传动设计 输出功率 P=4速 n=1440r/、确定计算功率 : 按最大的情况计算 P=4K 为工作情况系数，查 1表 取K=1.1 pd=4=、选择 V 带的型号 : 根据 440r/考 1图表 表 小带轮直径，查表选择 A 型 V 带 00、确定带轮直径 d1,带轮直径 00算带速 v = 60 1000)= 100 1440/(60 1000)=m/s 从动轮直径 15m 取 15算实际传动比 i=d2/、定中心矩 a 和基准带长 1初定中心距 .7(d1+ 2(d1+ 290 830 取 002带的计算基准长度 (d1+2+(2 700+ (100+315)/2+(315 700=2085 1表 0003计算实际中心距 a=2=700+(20006154确定中心距调整范围 a+15+2000=675mm 2000=585、验算包角 : 1=1800-（ 800-(31536156001200 6、确定 V 带根数： 确定额定功率： 查表并用线性插值得 1表 37 得功率增量 械系统 设计课程设计计算书 8 查 1表 38 得包角系数 = 1表 3 得长度系数 1=（ K K L =4/( Z=3 算转速的计算 1、 主轴的计算转速 由 机械系统设计表 3 71 错误 !未找到引用源。 )13/6( = 112r/取计算转速为 112r/、 传动轴的计算转速 I 轴： 450r/I 轴： 280r/： 112r/、 确定各传动轴的计算转速。 由机械设计知识可知，一对啮合齿轮只需要校核危险的小齿轮，因此只需求出危险小齿轮的计算转速，可求得其余两对啮合齿轮中危险齿轮的计算转速，各计算转速如表 3 3各轴计 算转速 4、 确定齿轮副的计算转速。 表 3齿轮副计算转速 序号 3 5 Z6 450 450 280 280 112 112 轴 号 轴 轴 轴 计算转速 r/ 450 280 112 机械系统 设计课程设计计算书 9 轮模数计算及验算 1、计算各传动轴的输出功率 额 主3、轴径设计及键的选取 轴一： p ，取 。【 】 带入公式： 491 有， ,圆整取 24d 选花键： 6 26 30 6 轴二： p ，取 。【 】 带入公式： 491 有， ,圆整取 30d 选花键： 8 32 36 6 轴三： p ，取 。【 】 带入公式： 491 有， ,圆整取 35d 选花键： 8 36 40 7 主轴：选择主轴前端直径 1 90D ，后端直径 210 . 7 5 0 . 8 5 ） 取 2D 65，则平均直径 。 d 0+64/2)= d=45承形式选择两支撑 ,初取悬伸量 90a ,支撑跨距 520L 。 选择平键连接， 2 2 1 4 , 1 0 0b h l m m 4、 模数计算， 一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小 齿 轮 ， 按 简 化 的 接 触 疲 劳 强 度 公 式 进 行 计 算 ， 即 6338 3 221 )1(可得各组的模数，如表 3示。 45号钢整体淬火， 1 1 0 0j 按接触疲劳计算齿轮模数 m 机械系统 设计课程设计计算书 10 轴由公式 6338 3 221 )1(可得 m=3 由公式 63383 221 )1(可得 ， m=36338 3 221 )1(可得 ， m=般同一变速组内的齿轮取同一模数，所以根据情况都取一样的模数。 表 3模数 （ 2） 基本组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 1 2 齿数 17 43 30 30 分度圆直径 51 129 90 108 齿顶圆直径 57 135 66 120 齿根圆直径 宽 24 24 24 24 按基本组最小齿轮计算 。 小齿轮用 40质处理，硬度 24186均取 260齿轮用 45 钢，调质处理，硬度 22986均取 240 算如下： 齿面接触疲劳强度计算： 接触应力验算公式为 组号 基本组 第一扩大组 模数 3 3 机械系统 设计课程设计计算书 11 P n )()1(102088 3218弯曲应力验算公式为： P )(101 9 1 2 3215式中 这里取 N=4r/. ; , m=3（ ; ;B=24（ ; z=17; u=2; TK K 里取 T=15000h.; 1n r/, 1n =500（ r/ 0C 准循环次数，接触载荷取 0C = 710 ，弯曲载荷取0C = 6102 触载荷取 m=3；弯曲载荷取 m=6; 【 5】 2 上，取 K 【 5】 2 上，取 【 5】 2 上， 械系统 设计课程设计计算书 12 3K 【 5】，取 12 K 1K 【 5】， 11 K =1 数，查 【 5表 ， Y= j ,查 【 5】，表 4 j =650 w 查 【 4】，表 4 w =275 根据上述公式，可求得及查取值可 求得： 635 78 （ 3） 扩大组齿轮计算 。 第 一 扩大组齿轮几何尺寸见下表 齿轮 3 4 齿数 54 34 25 63 分度圆直径 162 102 75 189 齿顶圆直径 168 108 81 195 齿根圆直径 宽 24 24 24 24 按扩大组最小齿轮计 算 。 小齿轮用 40质处理，硬度 24186均取 260齿轮用 45 钢，调质处理，硬度 22986均取 240 机械系统 设计课程设计计算书 13 同理根据基本组的计算， 查文献 【 6】， 可得 62.0 K， 60.0K， 12 K ， 11 K ， m=355 可求得： p a 6 1 9 p a 轴合理跨距的计算 由于电动机功率 P=4根据【 1 】表 前轴径应为70100初步选取 0后轴径的 取0据设计方案，前轴承为 ，后轴承为圆锥滚子轴承。定悬伸量 a=120轴孔径为 30 主轴最大输出转矩 T=9550 5 09 5 5 0假设该机床为车床的最大加工直径为 300床身上最常用的最大加工直径，即经济加工直径约为最大回转直径的 50%，这里取 60%，即180半径为 切削力（沿 y 轴） 7 1 8 背向力（沿 x 轴） c=2358N 总作用力 F= 22 F =力作用于工件上，主轴端受力为 F= 先假设 l/a=2， l=3a=240后支承反力 B 分别为 =240240120 =B=F 240120 =据 文献 【 1】式 得： iz 前 支承的刚度： 8980+60)/2=70惯性矩为 机械系统 设计课程设计计算书 14 64 )4 =10 查 【 1 】图 3 与 原 假 设 接 近 ， 所 以 最 佳 跨 距 4 00 合理跨距为（ 0l ，取合理跨距 l=360 根据 结构的需要，主轴的实际跨距大于合理跨距，因此需要采取措施 增加主轴的刚度，增大轴径：前轴径 D=100轴径 d=80轴承 采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用背对背安装的角接触球轴承。 机械系统 设计课程设计计算书 15 第 4章 主要零部件的选择 动机的选择 转速 n 1440r/率 P 4用 承的选择 带轮靠近段安装深沟球轴承 6007，另一端安装深沟球轴承6006 近带轮一侧安装深沟球轴承 6007，中间安装深 沟球轴承6007，后端安装深沟球轴承 61908 装深沟球轴承 6007,两个。 速操纵机构的选择 选用左右摆动的操纵杆使其通过杆的推力来控制 机械系统 设计课程设计计算书 16 第 5 章 校核 的校核 （ a） 主轴的前端部挠度 0 . 0 0 0 2 5 2 5 0 . 1 0 5 （ b） 主轴在前轴承处的倾角 0 . 0 0 1 r a d容 许 值 轴 承 （ c） 在安装齿轮处的倾角 0 . 0 0 1 r a d容 许 值 齿 6 5 1 6 7 0 7 8 7 5 5 0 8 0 2 3 6 8 5 1 6 0 9 0 1 5 0D 1 . 0 7 8 7690D i l 平 均总44 40 8 7 4 5( 1 ) ( 1 ) 1 3 5 6 9 0 4 ( )6 4 6 4 8 7m 43 432 9 5 5 1 0 0 . 9 9 5 2 9 5 5 1 0 3 . 3 7 0 . 9 9 5 12684 0 0 1 2 5 主 计件 （ ） 0 . 4 5 0 7 ( ) N， 0 . 2 5 2 1 7 ( ) N 由于小齿轮的传动力大，这里以小齿轮来进行 计算 4 42 9 5 5 1 0 2 9 5 5 1 0 3 . 3 7 8 5 8 2 )3 2 0 1 2 5z n 主计主 主 （ 将其分解为垂直分力和水平分力 由公式 ,t a n t a nQ y Q y n Q Q z Q y F F F 可得 2 1 0 5 ( ) , 6 4 7 7 ( )Q z Q F N 22 1 2 6 8 1 6 0 1 3 5 2 5 3 ( )33 l N m m 件 22 5 0 7 1 6 0 5 4 0 8 0 ( )33 l N m m 件 11 3 1 7 1 3 0 2 0 6 0 5 ( )22 d N m m 件 主轴载荷图如图 5 机械系统 设计课程设计计算书 17 图 5轴载荷图 由上图可知如下数据： a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87算（在垂直平面） 1()6a b c l l , 22 ()3 l l,3 ( 2 3 )6 l 1 2 3 0 . 0 0 1 7 3y y y ()3a b l 齿 1 ， ( 2 3 )6 ZF 齿 2 ， ( 3 )3 ZM 齿 3 56 . 9 1 0 齿 Z 齿 1 齿 2 齿 3 ()6a b l l轴 承 1 ， 3 zF 轴 承 2 ， 3 轴 承 3 52 . 9 1 0 轴 承 Z 轴 承 1 轴 承 2 轴 承 3 计算（在水平面） 1()6a b c l l , 22 ()3 l l, 3() ( 2 3 )6 cy l 机械系统 设计课程设计计算书 18 1 2 3 0 . 0 1 7y y y ()3a b l 齿 1 ， ( 2 3 )6 yF 齿 2 ， ()( 3 )3齿 3 51 3 . 8 6 1 0 齿 y 齿 1 齿 2 齿 3 ()6a b l l轴 承 1 ， 3 yF 轴 承 2 ，()3 轴 承 3 53 2 . 8 1 0 轴 承 y 轴 承 1 轴 承 2 轴 承 3 合成： 22 0 . 0 1 8 0 . 1 0 5s s z s yy y y 22 0 . 0 0 0 1 5 0 . 0 0 1 齿 齿 y 齿 y 22 0 . 0 0 0 3 3 0 . 0 0 1 轴 承 轴 承 Z 轴 承 Y 承寿命校核 由 轴 最小轴径可取轴承为 7008C 角接触球轴承 ,=3；P=， Y=0。 对轴受力分析如图 5示。 图 5轴受力分析 图 得：前支承的径向力 由轴承寿命的计算公式：预期的使用寿命 15000h )= 18016670 3) = 31 6 6 7 0 3 6 . 3 1 0 0 0( ) 2 8 8 1 4 2 . 9 41 5 0 2 6 4 2 . 3 2h 15000h 轴承寿命满足要求。 机械系统 设计课程设计计算书 19 第 6 章 结构设计及说明 构设计的内容、技术要求和方案 设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、 主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计由于时间的限制，一般只画展开图。 主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题。 精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。 主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是： 1 布置传动件及选择结构方案。 2 检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。 3 确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确 定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。 开图及其布置 展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。 轴上装 的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，负 责齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮
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