-设计320mm的轻型车床主传动系统

1、目录课程设计任务书0车床概述11主传动系统运动设计21.1确定公比2.1.2确定转数数列 2.1.3定比传动组数和副数 2.1.4绘制结构网3.2确定中间轴转速画转速图 42.1确定中间轴转速 4.2.2确定转速图 7.2.3齿数的方法及原则9.2.4确定齿轮齿数 1.02.5主轴转速误差 8.2.6其他轴转速误差9.2.7传动件计算转速的确定 9.2.8确定主轴的计算转速 9.2.9确定传动轴的计算转速102.10齿轮副的计算转速 .1.03传动系统设计113.1定比传动机构 1.13.2变速装置1.23.3开停装置1.23.4操纵机构1.23.5润滑与密封装置124普通车床的使用要求125

2、普通车床操作规程13致谢14参考文献14课程设计任务书学院机械工程班级2012031z02姓名设计起止日期设计题目设计申= 320mm的轻型车床主传动系统设计任务（主要技术参数）已知条件：转速范围 尺=451980r/min, Z=12,电机转速门电=1440r/min，N=4KW。设计要求：（1）设计计算说明书1份；（2）机床主运动系统传动系统图一张。指导教师评语成绩：签字： 年月日车床概述车床是主要用车刀对旋转的工件进行 车削加工的机床。在车床上还可用 钻头、扩孔钻、铰 刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床又称机床 ，主要用于加工轴、盘、套 和其他具有回转表面的工件，以圆柱体为主

3、，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机 床。铳床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。因为大多数机器零件都具有回转表面，车床通用性又较广，因此在一般机器制造厂中，车床的应用较广泛，在金属切削机床中所占的比重最大，约占金属切削机床总台数的 20%-30%机床种类很多，按其结构和用途的不同，主要有卧式车床，落地车床，立式 车床，仿形车床，多刀车床，自动车床，半自动车床及各种专门化车床。1主传动系统运动设计1.1确定公比©转速范围与最大最小转速有如下公式所示的关系:n max 半 zn 式中：nminR1 主轴转速级数；nmax主轴最高转速1980r/mi n；nmax 主轴最低转

4、速45r/min;© 公比；Z转速级数；Rn=198° =半 12_1 二半11 n 45所以，© =1.41是标准公比，选取公比 © =1.411.2确定转数数列5个数(因为因为公比 © =1.41为此在标注数列表中找到45r/min,然后每隔1.4仁1.0孑)取一个值，得出主轴的转数数列值如表1所示：表1转速数列表级数n1n2n3n4n5n6转数值(r/mi n )406390125180250级数n?n8n9n10n11n12转数值(r/min )3555007101000140020001.3定比传动组数和副数将主轴转数级数Z分解因子，

5、对于Z=12可能有的方案如下所示:(1) 12=4X3 (2) 12=3X4 (3) 12=3X2X2（4） 12=2X3>2 （5） 12=2X2X3对于方案（1）和方案（2）,表示传动系统由两个变数组（有七对传动副）串联而成，可 节省一根轴，但是有一个四联滑移齿轮，显然不合理，而且增加轴向尺寸，如果将四联 滑移齿轮变成两个滑移齿轮，则操作机构必须互锁，以防止两个滑移齿轮同时啮合，因 此方案（1）和方案（2） 一般不宜采用。传动件传动的扭矩 T取决于所传递的功率P（KW）和它的计算转速 nc（ r/min）（T=9550p/n c）。因为从电动机到主轴大多数为降速传动，靠近电动机的轴的

6、传动件转速高， 计算转速n也高，传递的转矩小，传动件的尺寸也小。如果将传动副数多的变速组放在 靠近电动机处，可使小尺寸的零件多，不仅节省材料，还可使变速箱的结构的紧凑。这 就是所谓的传动副“前多后少”原则。因此后三种方案中，以取方案（3）为好。它表示传动系统由3个变速组共七对传动副（不含定比传动副）组成。1.4绘制结构网主要是安排扩大顺序，分配三个变速组，确定哪个是基本组，第一扩大组，第二扩 大组，对于12=3X2X2的传动方案，可能有的传动结构式和结构网有6个如图1。对于这六种方案都应验算每个变速组的变速范围。如前述只验算最后一个扩大组即可。 如图1所示，在（a），（b），（c），（e）方案

7、中，最后一个扩大组是26，在（d），（f）方案 中，最后一个扩大组是34。对于26, r2="叫 八（2）6=8,故满足要求。对于34组,匕=：（P2）x2二（3）4 = 1.416胡6远远大于8。因此，只有在（a） （b） （c） （e）四个方案中选择一个最好的方案。其原则是，选择中间轴（U）（川）变速范围最小的方案。因为如果同轴号的最高转速相同，则变速范围小的方案最低转速高，可是传动件（轴和齿轮） 的尺寸减小，变速箱的结构紧凑，反之，如果同轴号的最低转速相同，则变速范围小者 最高转速低，可减小震动和噪声，提高变速箱的使用质量，或降低使用成本。通过比较， 四个方案中以（a）方案的轴

8、的变速范围最小。故以（a）方案最佳。该方案的特点 是扩大顺序与传动顺序一致。因此，在没有特殊要求的情况下，在安排扩大顺序（写结 构式或结构网）时应尽量与传动顺序一致。12级的6种结构式的结构网图112级的6种结构式和结构网2确定中间轴转速画转速图2.1确定中间轴转速这是在升速為乞2，降速也乞1/ 4（直齿轮传动）的条件下，分配各传动组的传动比， 以确定中间轴的转速。因为从电动机轴到主轴的总趋势是降速传动，如果中间轴的转速 定得高一些，会使传动件的尺寸小一些。因此，在分配传动比时，按传动顺序，前面变 速组的降速要慢些，后面变速组的降速要快一些，即所谓的降速要“前慢后快”。故要求lamin -Ib

9、min - Gmin -,但是，如果中间轴的转速过高，将会引起大的振动发热和噪声。通 常，希望齿轮的线速度不超过1215m/s。对于中型车、钻、铣等机床，中间轴的最高转速不宜超过电动机转速。对于小型机 床和精密机床，因为功率较小，传动件不会太大，这时振动发热和噪声是要考虑的主要 问题。因此，更要注意限制中间轴的转速不要过高。有时，从电动机到主轴是升速传动， 在分配变速组的传动比时，也应该采用“前慢后快”的原则。即按传动顺序，在前面的 变速组的传动比升的慢些（传动比小），后面的变速组升的快些（传动比大）。这样可压 低中间轴的最高转速，以降低中间轴传动件的精度等级。对于中间轴转速不是太高时， 基于

10、减小传动件尺寸的要求，则升速宜采用“前快后慢”的原则来分配传动组的传动比。本设计所定的传动结构式共有3个传动组.变速系统共需4根轴,加上电动机轴，故需 画5条间距相等的竖线来表示轴.主轴有12级转速,共需画12条间距相等的水平线表示 转速的对数坐标，在主轴与水平线交点上画12个圆点表示主轴的12级转速,并注明转速 值,在电动机轴（0轴）相应位置画一个圆点并注明1440r/mln。定中间各级转速时，可以从电动机轴开始往后推。通常一往前推比较方便，即可首先定 川轴的转速（首先分配第二扩大组 c的传动比）。因为传动组c的变速范围： r =：糾Pc环=：糾=8c 式中:r c c变数组的变数范围； P

11、c c变数组的传动副数； Xc c变数组的级比指数。第一种方法：根据“升2降4”原则：丄 1 “2乞25 _ 4于是:n 1=4， n2=2于是确定了 川轴的 6 级转速只能是： 180r/min;250r/min;355r/min;500r/min;710r/min;1000r/min ， 可 见川轴 的最低 转速是 180r/min。两对传动副的连线如图2中hj和hk。图2转速图的拟定然后确定U轴的转速，传动组 b为第一扩大组，级比指数为 3, 可知，U 轴的最低转速可以是 250r/min (imax=2,imin=1/ $ , 355r/min(imax=© min=1/ $

12、), 500r/mi n(i max=1 ,i min =1/ $),710r/min (imax=1/ $min=1/ $)为避免升速，同时不使最小传动比 太小，并满足降速符合递减原则，因此取3ibmin=i b1=1/ $ ；ibmax=ib2=1即最低转速定为500r/min，两对传动副的连线如图中fh和fg所示，所以此轴的三 级转速分别为：500r/min，710r/min,1000r/min。在I - U轴间的变速组为基本组，级比指数为1,根据升2降4原则，I轴的转速可以是： 500r/min (imax=2,imin=1)， 710r/min (imax= $ min =1/ $)

13、， 1000r/min (imax=1,imin=1/ $2)， 1400r/min (imax=1/ $ miin=1/ $3，2000r/min (imax=1/ $ 2i?iin=1/ $4)，基于同样理由， 确定此轴转速为1000r/min。三对传动的连线如图2中的mf，me md所示。2.2确定转速图电动机o轴与I轴之间可采用带传动，传动比为1.41 ： 1最后，分别在n m轴间， 过U轴转速点e，d分别画fh和fg的平行线。同样在IH W之间，过m轴转速点画hj和hk的平行线，并在转速图上写出电机轴和主轴的转速，传动比连线上写出传动比。这 样转速图最终完成，其结果如图3所示。W4i

14、Vr/?W7M他t&O90&34。IIIIIIV图312=3iX 23X 26的转速图对应于12=3i &3&6的结构式还可以有别的转速图，如图m刖5沁3S5剤图412=3i X 2sX 26转速图图4是将I和U轴的转速都降低一个公比，这样比上面的转速图最高转速降低了大约20%有利于降低噪声和减少发热。缺点是因为轴之间的转速降低了一个公比，所以轴的 直径和两组齿轮模数都要增大，同时被动轮的直径也要增大。2.3齿数的方法及原则在传动系统中，传动比u采用的是标准公比的整数次幕，故齿数和Sz以及小齿轮 齿数均可从表中直接查到相应的标准齿数。选齿轮时应当注意：(1) 齿

15、数和Sz不宜过大，以便限制齿轮的线速度而减少噪声，同时避免中心距增加而使机床机构庞大，一般满 70空Sz乞100120。(2) 齿数和Sz不宜过小选择齿数和时，不应使小齿轮发生根切，为使运动平稳， 对于支持圆柱齿轮一般要求最小齿 Zmin -1820。a组中有两个传动副，对应应该有6个齿，乙、Z1'、Z2、Z2'、Z3、Z3'。其中，比1=：:=1.41，对b变速组，在传动系统中靠前，故转速高，传递的扭矩相对 较小，轴径相对也比较小，故此轴上齿轮应当满足：Zmin -1820；70 岂 SZ 乞 100 120的条件下，为了减小成本，可适当取稍小一点，通过查各种常用传动

16、比的适当齿数 可得Z1=30, SZb =72故Z1 =42为保证最小齿轮能够可靠地装在轴上或进行套装以及两轴上的轴承能与其他结构不至相碰，要保证齿轮的齿根到孔壁或键槽的壁厚a一 2m，以保证该处(薄弱环节)的强度。齿轮的壁厚，如图5可知：1aDi-T_2m(1)标准圆柱齿轮的齿根圆直径 Dj = m(Zmin =2.5)代入(1)式得：Z.A65+互minm式中：Zmin 齿轮的最小齿数；m齿轮的模数；T齿轮键槽顶面到轴心线的距离(可由齿轮孔径在手册中查询)oi>2r图5齿轮的壁厚2.4确定齿轮齿数采用相同的方法，可依次在表中查出各传动轴上齿轮的齿数，但要注意的是因为主轴传 递扭矩(M

17、大，轴径较大，故在主轴上的小齿轮应该考虑安装结构， 齿数应选的大一些,整理得各轴上齿轮齿数如表2所示 表2齿轮齿数表齿轮号乙乙Z2乙齿数30422448齿轮号Z3Z3乙乙齿数36364242齿轮号Z5Z5'Z6Z6齿数2262'7035齿轮号Z7Z7'齿数21842.5主轴转速误差主轴等实际转速运用如下公式计算:N主=n电(1- £) U总式中:n电一电动机的转速；& 皮带打滑系数该传动使用三角带& =0.02 ;主轴转速误差用下式IM =式中：U总一从电动机到主轴的总传动比。口 卜 100% < 10(® -1) %、n丿、n

18、为主轴转速的相对误差；n'实际转速值;n理论转速值242221486284n 主=1000x x X =44.35dn =丿匕 LlOO%Il n丿44.35 45=|x100%|45=1.4%2.6其他轴转速误差其他各级主轴的实际转速及转速误差的计算方法与其相同，整理如表3示表3转数误差主轴理论转速(r/min)主轴实际转速(r/min)主轴转速误差是否合格4544.351.4合格6363.390.6合格9088.751.3合格125124.250.6合格180177.51.3合格250248.50.6合格3553550合格500507.11.42合格7107100合格1000994

19、0.6合格140014201.43合格200019880.6合格2.7传动件计算转速的确定主轴从计算转速nj到最高转速之间的全部转速都传递全部功率。因此，使主轴获得上述 转速传动件的转速也应该传递全部功率。传动件的这些转速中的最低转速，就是传动件 的计算转速。当主轴的计算转速确定后，就可以从转速图上确定各传动件的计算转速。 确定的方法，一般是确定主轴前一轴或前一轴上的传动件的计算转速。再按顺序往前推,逐步确定其余传动轴和传动件的计算转速。再确定传动件的计算转速的操作中，可以先 找出该传动件有几级转速，再找出哪几级转速传递了全功率，最后找出传递全功率的最 低转速就是该传动件的计算转速。2.8确定

20、主轴的计算转速输出全部功率的最小转速公式如下所示:式中：ni 传动件的计算转数; n min 最低转速；一公比；Z转数级数。niz 1= nmin 4 =45 1.41（訂）=125r /min2.9确定传动轴的计算转速W轴共有12级转速如表4示 表4W轴12级转速转速（r/min ）456390125转速（r/min ）180250355500转速（r/min ）710100014002000主轴由125r/min2000r/min9级转速都传递全功率，川轴若经传动副 乙亿6传动 主轴，则1801000r/min皆传递全部功率，其中180r/min是传递全部功率的最低转速。 如表5所示表5川

21、轴6级转速转速（r/min ）180250355转速（r/min ）5007101000表5中转速能传递全部功率。由此可知180r/min是川轴传给主轴传递全功率最低的转速，因此川轴计算转速为180r/min 。同理U轴的三级转速如表6所示表6 "轴3级转速转速（r/min ）5007101000因此 nij =1000r/min，n 町=500r/min ， n 册=180r/min，n 期=125r/min 。 整理得如表7所示表7各轴的计算转速轴号In出IV转速r/min10005001801252.10齿轮副的计算转速齿轮Z6装在主轴上并且有如图表8所示表8Z6 所在主轴的转

22、速转速（r/min ）200014001000710转速（r/min ）500355共6级转速，它们都全部可以传递全功率故：nz6 =355nin齿轮乙在主轴上转速如表9所示表9乙所在主轴的转速转速（r/min ）456390转速（r/min ）125180250共6级转速，只有125,180,250能传递全部功率。故：Zj =125r/min齿轮乙/装在川轴上转速如表10所示表10Z4 '所在川轴的计算转速转速（r/min ）|5007101000所以Z4计算转速为500r/min齿轮乙装在n轴上转速如表11所示 表11Z4所在n轴的计算转速转速（r/min ）5007101000所

23、以Z4计算转速为500r/min同理所有的齿轮计算转速整理如表 12所示表12各齿轮的计算转速齿轮号Z1Z1'Z2Z2'Z3Z3Z4Z4计算转速（r/min ）1000710100050010001000500500齿轮号Z5Z5Z6Z6Z7Z7计算转速（r/min ）5001801803551801253传动系统设计3.1定比传动机构普通车床有2个固定的传动比的传动机构，通常机床采用齿轮、皮带及链传动等, 有时候也可以采用联轴节直接传动。但是本车床的主电机与第I轴，第I轴与第n轴的 定比传动，就是通过齿轮来实现的。3.2变速装置机床中的变速装置有齿轮变速机构，机械无级变速机构

24、以及液压无级变速装置等。其中最常见的是齿轮变速机构。本车床的主传动系统中，第I轴、第u轴、第川轴、之间各有一个滑移齿轮变速组，将它们串联起来，就会使主轴得到12级转速。3.3开停装置用来改变车床的主运动执行件(如主轴)尽快地停止运动，通常采用离合器或直接 开停电动机，此车床是通过直接开停电动机来尽快的停止运动，开启电动机可以通过控 制按钮来直接控制车床的运动与停止，方便与使用者的操作。3.4操纵机构车床的开停、变速、换向及制动等，都需要操纵机构来实现。车床设计一般把主传 动系统的设计方案与操纵机构同时考虑，主要是为了避免齿轮之间的碰撞，使钻床不能 正常的使用。3.5润滑与密封装置4 为了保证主

25、传动系统的正常工作，必须有良好的润滑与密封装置，防止出现三漏(油、 气、水)现象。车床的冲击和振动很大，负荷较大，应而一般使用含极压添加剂的润 滑油。需要注意的是如何防止主轴箱的热变形，冲击负荷较大的冲压或剪切机床的 齿轮，应使用含抗磨剂的齿轮油，用于循环润滑或油浴润滑的齿轮油，除了要考虑 抗氧化性，还要顾及抗腐蚀、抗磨、防锈蚀及抗泡性。5普通车床的使用要求普通车床的正常使用必须满足如下条件：(1) 机床所处位置的电源电压波动小，环境温度低于 30摄示度，相对湿度小于80%(2) 机床位置环境要求。(3) 机床的位置应远离振源、应避免阳光直接照射和热辐射的影响，避免潮湿和气流 的影响。如机床附

26、近有振源，则机床四周应设置防振沟。否则将直接影响机床的加工精 度及稳定性，将使电子元件接触不良，发生故障，影响机床的可靠性。(4) 电源要求：一般普通车床安装在机加工车间，不仅环境温度变化大，使用条件差， 而且各种机电设备多，致使电网波动大。因此，安装普通车床的位置，需要电源电压有 严格控制。电源电压波动必须在允许范围内，并且保持相对稳定。否则会影响数控系统 的正常工作。(5) 温度条件：普通车床的环境温度低于 30摄示度，相对温度小于80%(6) 按说明书的规定使用机床用户在使用机床时，不允许随意改变控制系统内制造厂设定的参数。这些参数的设定直接关系到机床各部件动态特征。只有间隙补偿参数数值

27、可根 据实际情况予以调整。用户不能随意更换机床附件，如使用超出说明书规定的液压卡盘。 制造厂在设置附件时，充分考虑各项环节参数的匹配。盲目更换造成各项环节参数的不匹配，甚至造成估计不到的事故。使用液压卡盘、液压刀架、液压尾座、液压油缸的压 力，都应在许用应力范围内，不允许任意提高。5普通车床操作规程a. 开车前的检查根据机床润滑图表加注合适的润滑油脂。(2)检查各部电气设施，手柄、传动部位、防护、 限位装置齐全可靠、灵活。(3)各档应在零位，皮带松紧应符合要求。(4)床面不准直接 存放金属物件，以免损坏床面。(5)被加工的工件、无泥砂、防止泥砂掉入拖板内、磨坏 导轨。(6)夹工件前必须进行空车

28、试运转，确认一切正常后，方能装上工件。b. 操作程序(1) 上好工件，先起动润滑油泵，使油压达到机床的规定，方可开动。(2)调整交换齿轮架，调挂轮时，必须切断电源，调好后，所有螺栓必须紧固，扳手应及时取下，并脱开 工件试运转。(3)装卸工件后，应立即取下卡盘扳手和工件的浮动物件。(4)机床的尾架、摇柄等按加工需要调整到适当位置， 并紧固或夹紧。(5)工件、刀具、夹具必须装卡牢固。 浮动力具必须将引刀部分伸入工件，方可启动机床。(6)使用中心架或跟刀架时，必须调好中心，并有良好的润滑和支承接触面。(7)加工长料时，主轴后面伸出的部份不宜过长， 若过长应装上托料架，并挂危险标记。(8)进刀时，刀要

29、缓慢接近工作，避免碰击；拖板 来回的速度要均匀。换刀时，刀具与工件必须保持适当距离。(9)切削车刀必须紧固，车刀伸出长度一般不超过刀厚度的 2.5倍。(10)加工偏心件时，必须有适当的配重，使卡 盘重心平衡，车速要适当。(11)盘卡超出机身以外的工件，必须有防护措施。(12)对刀调整必须缓慢，当刀光离工件加工部位 40-60毫米时，应改用手动或工作进给，不准快 速进给直接吃刀。(13)用锉刀打光工件时，应将刀架退至安全位置，操作者应面向卡盘， 右手在前，左手在后。表面有键槽，方孔的工件禁止用锉刀加工。(14)用砂布打光工件外圆时，操作者按上条规定的姿势，两手拉着砂布两头进行打光。禁止用手指夹持

30、砂布 打磨内孔。(15)自动走刀时，应将小刀架调到与底座平齐，以防底座碰到卡盘。(16)切断大、重工件或材料时，应留有足够的加工余量。c. 停车操作(1)切断电源、卸下工件 各部手柄打倒零位，清点工器具，打扫清洁。(3)检查各部保护装置的情况。d. 运行中的注意事项(1)严禁非工作人员操作机床。(2)严禁运行中手摸刀具，机床的转动部分或转动工件。(3) 不准使用紧急停车，如遇紧急情况用该按钮停车后，应按机床的启动前规定，重新检 查一遍。(4)不许脚踏车床的导轨面，丝杆、光杆等，除规定外不准用脚代替手操作手柄。(5)内壁具有砂眼，缩孔或有键槽的零件、不准用三角刮刮削内孔。(6)气动后液压卡盘的压缩空气或液体的压力必须达到规定值，方可使用。 (7)车削细长工件，在床头前两面 伸出长度超过直径4倍以上时，应按工艺规定用顶尖。中心架或跟刀架支扶。在床头后 面伸出时，应加防护装置和警告标志。（8）操作人要戴防护眼镜。致谢两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我 如何去把握一件事情，如何