机床设计计算

1、金属切削机床课程设计1 切削机床课程设计 设计题目 卧式车床主传动系统设计 系 别 机械工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班级学号 设计日期 2013 年 4 月 金属切削机床课程设计2 卧式车床设计任务书卧式车床设计任务书一、设计题目一、设计题目 卧式车床主传动系统设计 设计系数： 主轴最低转速100, minnmin/ rmin/1250maxrn 公比 =1.26= 406. 1 电机功率 P=7.5KW 二、确定结构式和结构网二、确定结构式和结构网1. 由公式得：Z=121 -minmaxznnnR2.结构式、传动组和传动副数的确定结构式、传动组和传动副数的确定 传动组

2、和传动副数可能的方案有：12 = 43 12 = = 34 12 = 322 12 = 232 12 = 223第一行方案有时可以省掉一根轴。缺点是有一个传动组内有四个传动副。如果用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。所以一般少用。第二行的三个方案可根据下述原则比较：从电动机到主轴，一般为降速传动。接近电动机处的零件，转速较高，从而转矩较小，尺寸也就较小。如使传动副较多的传动组放在接近电动机处，则可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可以少些，就省材料了。这就是“前多后少”的原则。从这个角度考虑，以取 12 = 3 x2x2

3、的方案为好。结构式或结构网的各种方案的确定金属切削机床课程设计3 由知方案有 a. b. c. 631223126122231216222312d. e. f.361223122142231212422312选择原则：I)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围降速传动中，主动齿轮的最少齿数受到限制；minu41避免被动齿轮的直径过大升速传动比最大值2（斜齿传动= 2.5）尽量maxumaxu减少振动和噪声；各变速组的变速范围=/8-10 之间；maxRmaxuminu对于进给传动链，由于转速通常较低，零件尺寸也较小，上述限制可放宽些。 。故8 . 251进imax进R14在检查传动组的变速范

4、围时，只需检查最后一个扩大组。因为其它传动组的变速范围都比它小。应为: max)1 -(pnRRnxnII)基本组与扩大组的排列顺序。 原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。综上所述，方案 a 较好631223123.结构网结构网 金属切削机床课程设计4 2、转速图、转速图1.因为 =1.26=1.064 所以每隔 4 个数取一个数查表 1-1 得各级转速分别为： 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 12502.根据已知参数，取电动机,额定功率 5.5KW，满载转速 1440。4132 sYmin/ r 本例所选定的结构式共有三个传动组，

5、变速机构共需 4 轴。加上电动机轴共5 轴。故转速图需 5 条竖线，主轴共 12 速，电动机轴转速与主轴最高转速相近，故需 12 条横线。 轴 12 级速度 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250轴 传动组变速 =8，所以俩个传动副传动比为极限值=，61ci4122ci轴 级比指数 3，取转速为 500,630,800min/ r轴 级比指数 1，取 211ai11ai13ai金属切削机床课程设计5金属切削机床课程设计6四、带轮直径与齿轮齿数的确定四、带轮直径与齿轮齿数的确定1.选择三角带类型选工况系数 X=1.1，则计算功率5 .

6、551 . 1 KNNj根据电机转速和计算功率，三角带取 A 型。2.确定带轮的计算直径2D B 型 取=90mmminD = ，其中=0.022D)-(121Dnn所以mm6012%-10980014402）（D3.确定三角带速度smnDv/78.6100060144090100060min4.确定中心距0A =(0.72)() 取=500mm0A21DD 0A5.确定三角带的计算长度及内周长0lnl =2+0l0A13934)(202min221ADDDD）（查表 8-2，得 Ld=1400mm7.确定实际中心距 A 5 .4962139314005002-00llAA8.验算最小包角金属

7、切削机床课程设计7000min201201723.57-180ADD9.确定三角带根数 由kw064. 1P4-8min,/1440,90011得查表arnmmdd根据 n1=1440r.min,i=1.8,和 A 型带，查表 8-4b 得kwP15. 00查表 8-5 得96. 0,98. 0lKK（+）=1.14kwrP0P0PKlK82. 414. 1/5 . 5rcaPPz用 5 根10.确定齿轮齿数I 轴： 11ai 26.112ai 226.113ai查机械制造装备设计表 2.1 得=72 Z3=28zS查表得 Z1=36 Z1=36 Z2=32 Z2=40 Z3=28 Z3=44

8、II 轴： 11ai 22ai查表得=72 Z2=24zSZ1=36 Z1=36 Z2=24 Z2=48III 轴：金属切削机床课程设计8 5 . 11ai 51.22ai查表得=80 zSZ1=23 Z1=57 Z2=31 Z2=491Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z353127374145362436484923315711.主轴转速系统的验算 主轴转速在使用上并不要求十分准确，转速稍低或稍高并无太大的影响，由确定的齿轮数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符，需要验算主轴各级转速，最大误差不超过 10%1- ）（1%. 4%1-10-）（理理实nnn金

9、属切削机床课程设计9金属切削机床课程设计1012.传动系统图 五、传动轴计算及其组件的设计五、传动轴计算及其组件的设计传动轴直径的估算与验算金属切削机床课程设计11传动轴直径的估算传动轴直径按扭转刚度用下列公式估算传动轴直径)(114cmnNdj其中 N-电动机功率，nj-该传动轴的计算转速 r/minminn800500250100P5.395.235.074.92mind22253142因为轴上要开键槽所以每个轴相应增加 10%，轴的直径依次为 26mm 28mm 36mm 46mm。考虑到轴是花键轴所以轴直径作为花键轴小径,查表得花键规格 NdDB(键数小径大径键宽)，分别是， ，。63

10、0268732288740368950468轴IIIIIIIV直径26283646花键630268732288740368950468验算最小齿轮壁厚由上面数据可知，最小齿轮在 III 轴上，此轴径为 35mm，查普通平键键槽尺寸表可知齿轮上所需键槽高度为 5mm，齿轮壁厚82185518465-2-2mhddaf轴齿轮符合设计要求。金属切削机床课程设计12六、齿轮模数六、齿轮模数的估算与计算的估算与计算1.弯曲疲劳（根据齿轮最多的齿轮进行计算与计算）齿轮弯曲疲劳的估算332jxwnZNm Z6：. 2500455 . 5323wmZ10：47. 2250*485 . 5323wmZ14：16

11、. 3100575 . 5323wm2.齿面点蚀估算3370jnNA2jjjZZAmZ6：29.825005 . 53703A29. 245272*29.82jmZ10：68.1032507553703A88. 248242*68.103jmZ14：71.1401005 . 53703A51. 357232*71.140jm齿数模数第一变速组第二变速组第三变速组mw23.473.16mj2.292.883.52取 m444核对齿轮中心距=4*(35+37)/2+4*(36+36)/2+4*(49+31)/2=448mm 小于带轮中心距496.5mm金属切削机床课程设计13分度圆直径d1d2d

12、3d 4d 5 d 6 d7d8d9d10d11d12d13d141401241081481641801449614419219692124228a)齿宽由齿宽计算公式（齿宽系数，d1为小齿轮直径）1dBdjd=0.2-1.4d两支乘相对小齿轮作对称布置最大两支乘相对小齿轮作不对称布置取中等d小齿轮作悬臂布置最小d 取 经过计算元整及考虑到小齿轮齿宽要比大齿轮齿宽大 5-10mm,所以，最终5 . 0d各齿轮齿宽如下：B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B13B147065556560507550704570556550 。b)中心距由中心距公式得2/ )(21ZZma144

13、mm2/ )(4112ZZma144mm2/ )(9723ZZma160mm2/ )(131134ZZma八轴承的选择以及寿命校核八轴承的选择以及寿命校核1.选择轴承根据两支承主轴轴承选用的一般原则：1）当载荷较大、转速较高时，采用双列圆柱滚子轴承和接触角为的双向推60力角接触球轴承组合；中、低速时，采用双列圆柱滚子轴承和推力球轴承或圆锥滚子轴承的组合。金属切削机床课程设计142）当载荷中等、转速较高时，采用双列圆柱滚子轴承和角接触球轴承的组合或采用前后支承都是角接触球轴承的组合；中、低速时，可采用两个圆锥滚子作前后支承轴承。3）当载荷较小、转速较高时，可采用前后支承都是单列角接触球轴承的组合

14、，如果要提高轴向刚度可每个支承并列两个轴承；中、低速时，可采用深沟球轴承和推力球轴承的组合。III主轴所需要传递的功率为=5.07kW，最高转速为 800r/min，所以选用 2）中P的前后支承都是角接触球轴承的组合。为便于安装传动件及支承件，主轴通常为阶梯形，各段直径向尾部逐渐减小。各段中最重要的，并对主轴结构尺寸有决定性影响的是同主轴前轴承相配合的轴颈直径。之前算出主轴的最小直径1D为 50mm，则前支承轴的轴颈=50mm 选择角接触球轴承1D7010AC：dDB=508016。，取=40mm 选择12)85. 07 . 0(DD 2D7008AC：dDB=4068152.轴承寿命校核当齿

15、数为 36 与 36 齿轮啮合时，主轴输出最小转速为=500r/min，此时主轴传1n递的最大扭矩：=96837Nmm1max9550nPT=1344.96N9max12dTFt=627.16Ntan11trFF当齿数为 24 与 48 齿轮啮合时，主轴输出的最小转速为=250r/min，此时主轴7n传递的最大扭矩：=193674Nmm71max9550nPT=2017.44N101max22dTFt=940.75Ntan22trFF金属切削机床课程设计15因为，所以取计算2rF1rF2rF此组合的轴承只承受径向载荷所以主轴的当量动载荷2rpFfP 取=1.5 则当量动载荷=1411.125N

16、pfP轴承寿命公式： )(60106PCnLh对于球轴承取 3，为轴承的基本额定动载荷为 25.2kWC则 =379676.66h)(60106PCnLhhL所以轴承符合要求。九轴的校核九轴的校核主轴的设计主轴设计为空心轴，主轴内孔直径的确定：44-1-1）（实空实空DdIIKK取 0.6，得 d=21mm。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，

17、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。金属切削机床课程设计16.1 轴径直径主轴功率 P=4.92kw，查表，估算主轴前轴径，mmD901。mmDDD70,)85. 07 . 0(212取后轴径选取。.99, 1 . 11mmaDa则悬伸梁支承跨距 L0=（23

18、.5)a=347mm。但实际 L 大于 L0，所以取 L=400mm。3.6.2 主轴轴承的选择主轴轴承的选择主轴轴承的选择主轴轴承的选择 为提高刚度，主轴采用三支承，前支承和中支承为主要支承，后支承为辅助支承。是因为主轴上的传动齿轮集中在前部；容易满足主轴的最佳跨距要求；箱体上前、中支承的同轴度加工容易保证，尺寸公差也易控制。 前轴承选用一个型号为 30218 的圆锥滚子轴承，中轴承选一个用型号为 30216 的圆锥滚子轴承，后轴承选用一个型号为 6314 深沟球轴承。前轴承 D 级精度，中轴承 E 级精度，后轴承 E 级精度。前轴承内圈配合为 k5，外圈配合为 M6；中轴承内圈配合为 js

19、5，外圈配合为 K6；后轴承内圈配合为 js6，外圈配合为H7。七、齿根圆验算七、齿根圆验算1.、轴上齿轮使用花键周向定位金属切削机床课程设计17小径 d规格 NdDB26626306286283273663640746646509由上表得齿根圆强度校核估算轴径2531轴直径 d2836花键（Z-dDB)8-283278-36407齿根圆 d1=mz-2.5mZ8=424-2.54=86Z12=423-2.54=8221Dd (86-32)/22m合格(82-40)/2=13.572m合格2.、轴上齿轮使用平键周向定位金属切削机床课程设计18主轴直径46t15.4齿根圆 d1Z13=430-2

20、.54=110d1/2-（d/2+t1）110/2-(83/2+5.4)=8.172m合格八八 齿轮的尺寸计算齿轮的尺寸计算尺宽的计算齿宽计算公式（齿宽系数，d1为小齿轮直径）1dBdjd=0.2-1.4d两支乘相对小齿轮作对称布置最大齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14齿数3624303642484222426260183072分度圆d144961201441681921688816824824072120288金属切削机床课程设计19两支乘相对小齿轮作不对称布置取中等d小齿轮作悬臂布置最小d轴 Zmin=24 =0.5 Bj1=0.596=48 圆整取 4

21、8d轴 Zmin=22 =0.5 Bj2=0.588=44 圆整取 44d轴 Zmin=30 =0.5 Bj4=0.5120=60d轴 Zmin=18 =0.5 Bj3=0.572=36.0 圆整取 36d在设计上，相啮合齿轮的一对齿轮，小齿轮比大齿轮宽 5-10mmB1=72 B4=72 B2=48 B6=40 B3=60 B5=53B8=44 B10=37 B9=B7=84 B12=36 B14=29 B13=60 B11=53九、参考文献九、参考文献戴曙主编. 金属切削机床. 北京：机械工业出版社. 2011孙桓，陈作模，葛文杰主编. 机械原理第七版. 北京：高等教育出版社. 2006陆

22、凤仪，钟守炎主编. 机械设计第二版. 北京：机械工业出版社. 2010唐增宝，常建娥主编. 机械设计课程设计第三版. 武汉：华中科技大学出版社. 200610、小结小结 通过本次的课程设计，感慨颇多，收获也很多。从中学到很多东西，做课程设计要按照一定的步骤完成设计的任务，设计中既是对课本内容的认识与深化了解，也要靠自己去理解分析问题，对于一次设计来说，总体布局很重要，既要有逻辑联系，又要分类排版，在做课程设计中，感觉学习很充实。金属切削机床课程设计20七、齿根圆验算七、齿根圆验算1.、轴上齿轮使用花键周向定位小径 d规格 NdDB236232662662630628628327306303510326323510366363810由上表得金属切削机床课程设计21齿根圆强度校核估算轴径21.9328.47轴直径 d3030花键（Z-dDB)6-3035106-303510齿根圆 d1=mz-2.5mZ8=422-2.54=78Z12=418-2.54=6221Dd (78-35)/22m合格(62-35)/2=13.572m合格2.、轴上齿轮使用平键周向定位主轴直径83t15.4齿根圆 d1Z13=430-2.54=110d1/2-（d/2+t1）110/2-(83/2+5.4)=8.172m合格金属切削机床课程设计22八八 齿轮的尺寸