徐明亮课程设计设计一台加工直径最大范围是φ320的普通车床的主传动系统

1、金属切削机床课程设计 第 1 页 共 1 页 课程设计说明书设计题目:设计一台加工直径最大范围是直径 320的普通车 床的主传动系系别:机械工程系专业:机械制造与自动化一班姓名:徐明亮学号:2012036Z0122指导老师:陈宏丽金属切削机床课程设计 第 2 页 共 2 页 目 录第一章 课程设计任务 1 第二章 电机的选择及轴的传动比和变速转速图 3 第三章 带传动设计 6 第四章 齿轮传动设计 9 第五章 轴的设计 13 第六章 密封与润滑 16 第七章 课程设计小结 17 第八章 参考文献 19第一章 课程设计任务设计题目:设计一台加工直径最大范围是 320的普通车床的主 传动系统。主要

2、技术参数:1、转速范围:N=402000。2、转速级数:Z=12。3、电动机功率:P=4KW。4、确定公比:1.41被加工零件的材料:钢、铸铁。刀具材料:高速钢、硬质合金。设计要求 :1、运动设计:确定公比 ,拟定转速图、绘制传动系统图、计算 齿轮齿数。2、动力设计:确定各传动件的计算转速、对主要零件进行计算 (初算和验算 。3、绘制图纸:主轴箱展开图 1张(A1 。4、编制设计说明书。5、以上资料全部装入资料袋中。机床设计的目的和要求 :1、培养学生综合运用和巩固扩大已学过的知识,以提高理论联 系实际的设计与计算能力。2、培养学生收集、阅读、分析和运用资料的能力,以提高能够 独立工作的综合素

3、质能力。3、使学生初步掌握机床设计的步骤与方法,以提高结构设计和 编辑技术文件的能力。4、使学生熟练掌握计算机辅助设计、主轴组件优化设计和 主轴刚度的校核计算等,以提高运用现代设计方法的能力。 5、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。第二章、电机的选择及轴的传动比和变速转速图2.1 电机的选择选定电动机型号为 Y112M-4。其主要性能:额定功率 4KW , 满载转速

4、 1440r/min。 2.2 确定各变速组传动副齿数 传动组 a:2/1/121=i a , 41. 1/1/12=i a , 1/13=i a2/1/121=i a 时:=z S 57、 60、 63、 66、 69、 72、 75、7841. 1/1/12=i a 时:=z S 58、 60、 63、 65、 67、 68、 70、72、 73、 771/13=i a 时:=z S 58、 60、 62、 64、 66、 68、 70、 72、 74、76可取 =z S 72, 于是可得轴齿轮齿数分别为:24、 30、 36。于是 48/241=a i , 42/302=a i , 36

5、/363=a i可得轴上的三联齿轮齿数分别为:48、 42、 36。 传动组 b:8. 2/1/131=i b , 1/12=i b8. 2/1/131=i b 时:=z S 69、 72、 73、 76、 77、 80、 81、84、 871/12=i b 时:=z S 70、72、 74、 76、 78、 80、 82、 84、 86 可取 =z S 84,于是可得轴上两联齿轮的齿数分别为:22、 42。于是 62/221=i b , 42/422=i b ,得轴上两齿轮的齿数分别为:62、 42。传动组 c:4/11=i c , 22=c i4/11=i c 时:=z S 84、 85、

6、 89、 90、 94、 95 22=c i 时: =z S 72、 75、 78、 81、 84、 87、 89、 90可取 =z S 90.4/11=i c 为降速传动,取轴齿轮齿数为 18;22=c i 为升速传动,取轴齿轮齿数为30。于是得 72/181=i c , 30/602=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。2.3 绘制变速系统图 2.4参考文献 4表 2-1取公比 1.41因此转速可取 40, 56, 80, 112, 160, 224, 315, 450, 630, 900, 1250, 1800。 转速图: 第三章、带轮的

7、设计3.1 确定计算功率 c P 和选择 V 带型号 (1 确定计算功率 c P由参考文献 1机械设计基础 (以下简称文献 1的表 达式 5-9得 a K =1.2。由文献 1中式(5-11得 c P =a K P=1.2×3.84=4.61(KW。 (2 选择 V 带型号由文献 1的图 5-10得:选用 A 型 V 带。3.2 确定带轮基准直径并验算带速 (1 确定带轮的基准直径由文献 1的图 5-10得:推荐的小带轮的基准直径为 80 100mm ,并按文献 1中表 5-7,考虑带轮直径大对带的工作寿命 有利,取 1d d =100,则 2d d =0i 1d d =2×

8、;100=200(mm。 (2 验算带速V=1601000d d n=3.14×100×1440/(60×1000=7.54(m/s,在 525 m/s范围内,合适。3.3 确定带长和中心距 (1 初定中心距根据文献 1中公式(5-14得 0.7(1d d +2d d 0a 2(1d d +2d d ,0.7(100+200 0a 2(100+200,得 210 0a 600,取 0a =500mm。(2 确定 V 带的基准长度由文献 1中公式(5-15得0d L =20a +2(1d d +2d d +014a (1d d +2d d 2=2×500+

9、1.57×(100+200+ (200-1002/(4×500 =1476(mm根据文献 1的表 5-6取 d L =1400。 (3 计算实际中心距根据文献 1中公式(5-16得a 0a +(d L -0d L /2=500+(1400-1476/2=462 (mm,(4 验算小带轮包角由文献 1中式(5-17得 =180o-21d d d d a-×57.3o=180o-(200-100/462×57.3o =167.6o >120o ,合适3.4 确定 V 带的根数由文献 1中表 5-6查取 1P =1.32KW, 1P =0.17KW; 从

10、文献 1中表 5-7查取 K =0.96,表 5-8查取 l K =0.96;由文献 1中式 (5-12得Z=cP /(1P +1P K lK =4.61/(1.32+0.17x0.96x0.96=3.36,由文献 1中表 5-2,取 Z=4。3.5 计算 V 带的预拉力和轴向拉力(1 由文献 1表 5-1查得 q=0.1kg/m,由式(5-18得0F =500(2.5K -1 c P ZV+qV2=500×(2.5/0.96-1 ×4.61/(4×7.54+0.1×7.542=128.71(N。(2 计算 V 带作用在轴上的压力 Q F由文献 1中式(

11、5-19得Q F =2Z0F sin2=2×4×120.71sin(167.6o /2=960.03(N。第四章、齿轮传动设计4.1 选择齿轮材料及精度等级(1 根据文献 1中表 6-10,考虑到变速箱传递功率不大,所以 采用软齿面。小齿轮选用 45号钢,调质处理,齿面硬度为 229286HBS,取 1HB =260HBS;大齿轮选用 45号钢,正火处理, 齿面硬度 169217HBS,取 2HB =210HBS。(2 根据文献 1中表 6-11及表 6-12选取 8级精度。齿面粗糙 度a R 1.63.2µm。(3小齿轮轴的功率 P1=3.76KW、转速 n1=

12、900r/min 4.2 按齿面接触疲劳强度计算设计由文献 1中式(6-45得 1D 76.57 ×参数选择说明如下: (1 传动比 U=3a i =1 (2 转矩 1T 取1T =9550×103×1P /1n =9550×103×3.76/900=39897.8(N·mm(3 载荷系数 K 由文献 1中 P135取 K=1.5 (4 由文献 1中表 6-10齿宽系数取 d =0.8 (5 许用接触应力 H =H /lim NHZS 由文献 1中图 6-33查得H 1lim =650(N/mm2 , H 2lim =560(N/mm

13、2 。 计算应力循环次数 N ,确定接触疲劳的寿命系数 N Z1N =601n jLh=60×900×1×(16×300×8=2.07×1010,2N =1N i=2.07×1010/2=1.04×1010。 由文献 1中图 6-34查得接触疲劳的寿命系数1N Z =1, 2N Z =1.08。 通用齿轮和一般工业齿轮,按一般可靠度要求选取取安全系 数 H S =1。 许用接触应力1H =650×1/1=650(N/mm2 ,2H =560×1/1=560(N/mm2 ,取较小值。 计算分度圆直

14、径1D 76.57×。 4.3 模数 mm=1d /1Z =59.8/24=2.49(mm根据文献 1中表 6-1取 m=2.5(mm,则1d =m1Z =2,5×24=60(mm, 2d =m2Z =2.5×48=120(mm, 3d =m3Z =2.5×36=90(mm, 4d =m4Z =2.5×36=90(mm, 5d =m5Z =2.5×30=75(mm, 6d =m6Z =2.5×42=105(mm, 7d =m7Z =2.5×42=105(mm, 8d =m8Z =2.5×42=105(mm

15、,9d =m9Z =2.5×22=55(mm, 10d =m10Z =2.5×62=155(mm, 11d =m11Z =2.5×60=150(mm, 12d =m12Z =2.5×30=75(mm, 13d =m13Z =2.5×18=45(mm, 14d =m14Z =2.5×72=180(mm。4.4 计算齿轮传动的中心矩 AA - =m(1Z +2Z /2=2.5×(24+48/2=90(mm,A - =m (7Z +8Z /2=2.5×(42+42/2=105(mm,A - =m(11Z +12Z /2=

16、2.5×(30+60/2=112.5(mm。4.5 计算齿轮的圆周速度 vv=1601000d n=3.14×60×900/(60×1000=2.83(m/s<5m/s,合适。齿轮的宽度统一选 30 4.6 校核齿根弯曲疲劳强度 (1 由文献 1中式(6-49得F =1212KT bm Z F Y S Y F 。 (2 齿形系数 F Y 和应力修正系数 S Y根据齿数 1Z =24, 2Z =48,由文献 1中表 6-9得1F Y =2.65, 1S Y =1.58, 2F Y =2.32, 2S Y =1.7。(3 许用弯曲应力由文献 1中式(6

17、-53得1F =1N Y F 1lim /F S =220/1.3=169.23(N/mm2 ,2F =2N Y F 2lim /F S =210/1.3=161.54(N/mm2 。参数选择说明: 由文献 1中图 6-35查得:F1lim =220(N/mm2 。 由文献 1中图 6-35查得:F 2lim =210(N/mm2 。 由文献 1中图 6-36,可靠度选取安全系数 F S =1.6。(4 齿根弯曲疲劳强度1F =2×1.6×39897.8×2.65×1.58(35×2.52×24=101.82(N/mm2<1F

18、=384.6(N/mm2 ,2F =1F ×2.32×1.7/(2.651.58=95.91(N/mm2<2F =346.2(N/mm2 , 故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。第五章轴的设计5.1确定各轴最小直径1轴的直径:min /900, 96. 011r n =mm nd 2390096. 049144=2轴的直径:min /450, 922. 099. 099. 098. 0212r n =mm nd 27450922. 049144=3轴的直径:min /160, 89. 099. 098. 0323r n =mm nd 3516089. 049144=4主轴的直

19、径:min /40, 85. 098. 098. 099. 0434r n =mm nd 504085. 049144=5.2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N d T F m N n P T t 1358 1060/(75. 402/275. 40900/96. 041055. 9/1055. 9366=-, 228, 33010200, 36:2852922mm b mm x Pa E mm d N F F F P t t =+=已知 mmy 12. 0403. 0=(m mlI E

20、b x l x b F Y B 0007. 01068510643610200610330228685330228192163434943222222=-=-=-所以合格 , y Y B <。轴、轴的校核同上。 5.3选择轴颈直径 , 轴承型号和最佳跨距前轴颈应为 75-100mm, 初选 1d =100mm,后轴颈 12 9. 07. 0(d d -=取 mm d 702=, 前轴承为 NN3020K, 后轴承为 NN3016K, 根据结构 , 定 悬伸长度 mm a 751= 5.4求轴承刚度考虑机械效率主轴最大输出转距 N P T 3619085. 09550= 床身上最大加工直径

21、约为最大回转直径的 60%,取 50%即 200mm , 故半径为 0.1m .切削力 N F C 36101. 0361=背向力 N F F C P 180536105. 05. 0= 故总的作用力 N F F F C P 403622=+=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 NF 20182/5.5 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第六章 润滑与密封1、轴承的润滑采用飞溅润滑在箱座凸缘面上开设导油沟, 并设挡油盘, 以 防止轴承旁齿轮啮合时, 所挤出的热油溅入轴承内部, 增加轴承 的阻力。2、润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利, 考虑到该装置用于小型 设备选用 L-AN15润滑油。3、密封方式选取选用凸缘式端盖, 易于调整轴承间隙, 采用端盖安装毡圈油 封实现密封。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承外径决定。第七章 课程设计小结7.1 设计的优点主轴箱采用分离式传动方式, 其特点是变速箱各传动件所产 生的振动和热量不能直接给或少传给主轴, 从而减少对主轴的振 动和热变形, 有利于提高机床的工作精度。 在分离