机械制造装备设计课程设计说明书1

1、机械制造装备设计课程设计姓名：姜家恒班级：机自082班学号：200800101060指导老师:赵克政广西工学院机械工程系2012年1月10日c6135主轴箱的设计姜家恒目 录、八、刖.言二、运动设计1. 确定各运动参数 42. 确定结构式 53. 确定转速图64. 确定齿轮齿数 85. 带传动的设计（V型）96. 计算转速 117. 验算主轴的转速误差 118. 传动系统图的绘制 12三、动力设计1. 电机的选择 132. 各轴的传递功率 133. 确定各齿轮的模数 144. 确定各轴直径19四、结构设计1. 设计主轴组件202. 主轴的验算 20五、结束语22六、 参考文献 23机械制造装备

2、设计课程设计任务书设计题目：C6135型普通车床主运动传动系统设计专业：班级：学号：姓名：指导教师：肖学勤、赵克政教研室主任：李宝灵广西工学院机械系2011年1月10日3主轴箱的设计姜家恒一、前言1. 设计目的机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及专业课的基础上，结合机床 主传动部件（主轴变速箱）设计计算进行集合训练。（1）.掌握机床主传动部件设计过程和方法，包括参数拟定，传动设计，零 件计算，结构设计等，培养结构分析和设计的能力。（2）.综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力。（3）.训练和提高设计的基本技能。如计算，制图，应用设计资料，标准和 规范，编写技术文件等。2.

3、 完成的内容机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及有关专业课的基础上， 结合机 床传动部件（主轴变速箱）设计进行的综合训练最大工件回转直径是350 mm普通车床主轴变速箱设计一、运动设计1 确定各运动参数2 确定结构式3 绘制转速图4 确定齿轮齿数5 绘制传动系统图（转速图与传动系统图绘在同一张图纸）二、动力设计1 .确定主电动机功率2 .确定各轴的直径3 .确定各齿轮的模数三、结构设计1 .设计主轴组件2 .主轴组件的验算3 .绘制主轴组件装配图（1号图纸）四、编写设计说明书（不少于20页）五、答辩。#1.确定各运动参数（1）确定极限切削速度Vmax和Vmin根据典型的和可能的工艺选取极限

4、切削速度要求考虑：工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。查机床设计指导 有，允许的切削速度参考值如下:加工条件Vmax (m/min)Vmin (m/min)硬质合金刀具粗加工铸铁工件30-50硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150-300螺纹（丝杆等）加工和铰孔3-8取 Vmax =200 m/min ， Vmin =5 m/min。（2）确定主轴的转速、公比及变速范围1 ）主轴的最大极限转速1000Vmaxnmax =二 dmin式中，查机床设计指导 有，dmin按经验公式（0.1-0.2）Dnmax =1455 m/min。取 0.125D=0.125 350=43.75mm求得，主

5、轴的最大极限转速2 ）主轴的最小极限转速1000Vminnmin0VZ式中，查机床设计指导有，dmax考虑车螺纹和铰孔时，其加工最大5#直径应根据实际加工情况选取0.1D 和 50mn左右；取 dmax =50mm求得，主轴的最小转速 n min =31.8 m/min。3 ）车床的变速范围RR=仏=45.7nmin4 ）确定公比:0取机床的变速级数为Z=12级，由公式R="，得 =1.4155，取标准值 =1.41.各级转速可直接从机床设计指导的标准转速列表中查出，标准数列表给出了以 =110000的数值，因为 =1.41 = 1.066，从表中找到nmax=1500r/min ,

6、 就可以每隔5个数值取出一个数，从而得出十二级转速分别为：1500 r/min、1060 r/min、750 r/min、530 r/min、375 r/min、265 r/min、190 r/min、132 r/min、95 r/min、67 r/min、 47.5 r/min 、33.5 r/min 。2.确定结构式（1）确定传动顺序1）此次设计的c6135车床为12级，故有以下几种传动方案：112 =3 4212 =4 3312 =3 2 2412 = 2 3 2引2 = 2 2 32 ）对方案进行比较第1、第2种有四联滑移齿轮，如果采用四联滑移齿轮的话，话大大增大了主轴箱的轴向尺寸，故

7、不采用第1】、第2 种方案；也是从结构方面考虑，第51种的轴向尺寸都会比第31第41种的大；下面就 第31第41种方案进行比较，从而选取最终方案。对于第31种方案，严格遵循了“前多后少”的设计原则，把尽可能多的传动副置于前面，让尽可能多传动副处于较高速的状态， 这样就可以尽量减轻它们 的受力情况，从而可以减小其尺寸，从而减少整体尺寸；对于第41种方案，没有遵循了 “前多后少”的设计原则，但是由于采用第31 种方案的话，会增大轴的轴向尺寸；为了使轴的轴向尺寸不至于太长，把二 联滑移齿轮放在轴，三联滑移齿轮放在轴二；这样的话可以使轴的尺寸不太 大，又可以使较多的传动副放在相对高速的位置。对于第31

8、第41种方案都是相对其他几种比较好的方案，基于不同方面的考虑，可以选择其中一种；在本次设计中，选择第41种方案进行计算。3 ）最终确定的传动方案为412 = 2 3 2。传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致；本设计扩大方案设计为12 = 23 3! 26。因为轴上有离合器，为避免离合 器干涉齿轮啮合，必须使其中一个齿轮的齿根圆直径大于离合器的最大直径。故采用此扩大顺序12 = 23 3,26（3）此次设计的车床的结构式为12 =23 3, 26。（4）绘制结构图IHIIIIV/一XX/V><x><一一一><><><ww3t

9、2 63. 确定转速图（1）电动机转速的确定根据本设计车床的12级转速，nmax=1500r/min ;要使电动机的转速与主轴的 最高转速相近，以避免过大的升速或降速；根据电动机的转速标准，取电动机的 额定转速 nm =1440 r/mi n ;（2）确定轴的转速查机床设计指导 有，车床的轴的转速一般取700-1000 r/min 左右 比较合适，故在本设计车床中，取轴的转速n =750 r/min ;1 ）分配降速比时，应注意传动比的取值范围：齿轮传动副中最大传动比 Umax乞2,最小传动比Umin _丄传动比过大，引起振动和噪音，传动比过小，4使动齿轮与传动齿轮的直径相差太大，将导致结构庞

10、大。2）由传动比限制原则，得出极限级比指数表:J''公比级比指数极限值一1.41X 值 imax 洛=44X 值min = £ = 223）根据“前缓后急”原则，先确定各个变速组的最小传动线；从 轴的750 r/min转速传到主轴的33.5 r/min ，相差9格，相当于级比指数为9； 总共有3个变速组；9“ 3=3;由“前缓后急”原则分配三格给中间变速组， 分配两格给第一变速组，分配四格给第三变速组；然后，对于其他传动线，结合结构图可相应得出;4）综上所述，得出各传动线的传动比：传动比一.传动组电机一II IIi inI N心= 19:53i a1 = 1:2G =

11、1:4iio = 132:25i b2 = 1:20ia2 =7:5G=5:7 2:1（4）转速图的绘制:9(1)确定齿轮齿数应该注意以下几类：1)齿轮的齿数和应过大，以免加大中心距使机床结构庞大 般推荐齿轮数和Sz为60100;2) 不产生根切最小齿轮Zmin -1820;3) 保证强度和防止热处理变形过大齿轮齿根园到键槽的壁厚:_2mm一般2T取:_5mm则 Zmin _ 6.5 m4) 三联滑移齿轮的相领两轮的齿数差应大于4;避免齿轮右左移动时齿轮 右相碰，能顺利通过。(2) 在一个变速组中，主动齿轮的齿数用乙表示，从动齿轮的齿数用Z j表Zi a；示，Zj+Zj=Szj，则传动比ij为

12、 ij = =jZ j bjS Sz*式中，aj、bj为互质数，设引6二SojZj二a丄Z bjSojSoj由于Zj是整数，SZj必定能被Soj所整除；如果各传动副的的齿数和皆为Sz，则Sz 能被 So1、So2、So3所整除，换言之，Sz是So1、So2、S03的公倍数。所以确定齿轮的齿数时，应在 允许的误差范围内，确定合理的aj、bj，进而求得So1、So2、So3，并尽量使So1、 So2、S03的最小公倍数为最小，最小公倍数用 So表示，则Sz必定为So的整数倍。 设Sz=kSo，k为整数系数。然后根据最小传动比或最大传动比中的小齿轮确定k值，确定各齿轮的齿数。(3) 第一变速组1 7

13、已知ia1 )、ia2二7，则有2 5两对齿轮的齿数和分别为 Sa1 =3、Sa2=12；最小公倍数Sa =12；则齿数和为1Sz=12k。最小齿数发生在ia1中，则Za1 12k=4k_17, k5 ;取k=6，得3Sz =72，第一对齿轮的齿数Za1=24、Z a1 =48，第二对齿轮的齿数7Za2 = X Sz = 42、Z a2 = 30。1915已知咕=53、ib2 -，ib"7则有三对齿轮的齿数和分别为Sbi=72、Sb2=3、Sb3=12;最小公倍数Sb =72;则齿 数和为Sz=72k。最小齿数发生在 心中，则Zbi二19 72k=19k_17, k_1 ;取72k=

14、1，得Sz =72，第一对齿轮的齿数Zb1 =19、Z b1 = 53，第二对齿轮的齿数15 cc cZb2Sz = 24、Z b2 = 48、 Z b3Sz 二 30、Z b3 = 42312（5）第三变速组1已知ic1 =、i2c2二，则有41两对齿轮的齿数和分别为 Sc1 =5、Sc2 =3 ；最小公倍数Sc =15;则齿数和为1Sz=15k。最小齿数发生在id中，则Zd15k =3k _17，k 一5.7 ；取k=7，得5Sz =105，第一对齿轮的齿数Zd =21、Z c1 =84，第二对齿轮的齿数2Zc2Sz =70、 Z c2 =35。35. 带传动的设计（V型）已知：电机额定功

15、率Pm二7.5kw，额定转速nm二1440r/m，轴的转速n - =750r/min，两班制工作。（1）确定计算功率Pca公式比二心卩皿查机械设计教程表 8-7，得Ka=1.2，则Pca二K A Pm =9kw;（2）选择V带带型查机械设计教程图8-11，选取B型（3）选择小带轮的基准直径d1根据V带的带型，参考机械设计教程表8-6和表8-8确定小带轮的基准直径 d1=132mm11C6135主轴箱的设计姜家恒（4）确定大带轮的基准直径d2 公式d2 9赵（1 - ；）io 电机到轴的传动比；di 小带轮的基准直径；8-8，取；根据机械设计教程，取 0.02 ；计算结果为 d2日就山-呂）=2

16、48mm查机械设计教程表d2 =250mm（5）验算带速VV 带的速度 V= dinm =9.9527m/s ；60X000由此得5乞V乞25m/s ;验算合格；（6）确定V带的基准长度Ld1 ）初定两带轮的中心距a0查机械设计教程，得 a°=（ 0.7-2）（ di + d2）,取a°=500mm2 ）计算初定中心距a。相应的带长LeaLca =2a° （di d2）（=1607mm24a°查机械设计教程表8-2，取Ld =1600mm（7）确定两带轮的中心距aL, - L由公式a=a0 ea计算出实际中心距 a=496.5mm2（8）验算小带轮上的包

17、角冷由公式：i -180 -57.3 “ -di 计算出i =166 一120 ；a验算合格。（9）计算V带的根数Z么式 Z =( Po:Po) K. Kl式中，Po 单根V带的基本额定功率，查机械设计教程表8-4a取F0=2.5kw;.-：Po 单根V带额定功率的增量，查机械设计教程表8-4b取.Po=o.4 ；K :包角修正系数，查机械设计教程表 8-5取K.=o.96 ；Kl 带长度系数，查机械设计教程表 8-2取Kl =0.92 ；计算结果Z=3.57;取整Z=4； V带的根数为4根。6. 计算转速变速传动中传动件的计算转速，可根据主轴的计算转速和转速图确定。确定 传动轴的计算转速时，

18、先确定主轴的计算转速，再按传动顺序由后往前依次确定, 最后确定各传动件的计算转速。（1）主轴的计算转速为公式 nV =n：3式中，n,第一级的转速;Z机床的转速级数；计算出，主轴的计算转速为95r/min ；（2）各传动轴的计算转速主轴的计算转速是轴II经21/84的传动副获得的，此时轴ill相应的转速为 375r/min，但变速组c有两个传动副，轴ill转速为最低转速132r/min时，通过 7O/35的传动副可使主轴获得转速 265 r/min>95 r/min，则应能传递全部功率，所以轴山的计算转速为 132 r/min，轴川的计算转速时通过轴最低转速375r/min获得，所以轴.

19、的计算转速为 375r/min。同样，轴的计算转速为 75Or/mi n 。轴Inin主轴计算转速75Or/mi n375r/mi n132 r/min95r/min7. 验算主轴的转速误差n（1）已知:传动比传动组电机一II nI HiI IVio =ia1 =O.5i b1 = O.3585i c1 = O.25id1 -名）i b2 =O.5d2i a2 =匸4i c2 = 2=O.51744G=O.714315C6135主轴箱的设计姜家恒#C6135主轴箱的设计姜家恒#C6135主轴箱的设计姜家恒-n1 =(m-n mi°ia1ib1id ) n1 100% =0.33%：讣

20、2 :=(n2-nm i° ia1 ib2 ic1) n2100% =2%-n3：=(n3-nmi°ia1ib3ic1)"门3 100% =0.7%-n4=( n 4- nm i° ia2 ib1 ic1 ) F 100% =1.6%n5=(门5 - nm i° ia2*2 i c1)：'门5100%=1.2%-56100% =2%“n7 100% =0.8%-n6 = ( n 6 - n m i 0 i a2 i b3 i c1)、：n7=( n7- n m i 0 i a1 *1 i c2)；n8 = ( n8 - n m i 0

21、i a1 i b 2 i c2)“n8 100% =0.65%''n9 = ( n 9 - n m i 0 i a1 i b3 i c2)-59 100% =0.42%#C6135主轴箱的设计姜家恒#C6135主轴箱的设计姜家恒、n10=( n10- nm i° ia2 G ic2门10100% =0.28%'n11 = ( g - n m i 0 i a2 i b2 i c2 )100% =1.6%n12=( n12 -n mi°ia12ib3ic2)"门伐 100% =0.67%(3) 转速误差允许值为( -1) 10% = 4.1%本

22、设计机床的十二级转速误差均在误差允许值范围内; 转速验算合格。传动系统图的绘制#C6135主轴箱的设计姜家恒7iskw1国斗Q广/角InO#C6135主轴箱的设计姜家恒三、动1. 电机的选择合理的确定电动机的功率，使车床既能充分发挥其使用性能，满足生产要 求，又不致使电动机经常轻载而降低功率因素。本设计车床典型重切削条件下的用量：刀具材料：YT15工件材料：45号钢 切削方式：车削外圆参照机床设计指导选取：切削深度 ap=3.5mm进给量f=0.375mm/r ；切削速度v=95m/min。1 ）主切削力：Fc =1900apf 0.75=3187N2 ）切削功率：P切2J=4.95kw612

23、003 ）电动机功率：P =%总二4V 3齿轮6轴承=0.73计算得：p =?切 =6.78kw；口总4 ）查机械设计手册，取电机型号为：丫132M-4电机额定功率Pm =7.5kw；电机的额定转速n m=1440r/min。2. 各轴的传递功率对于.轴，P. = Pm * 4V =7.5 0.964 =6.37kw对于 11轴，P，Pm 4v 齿轮 2 轴承二 7.5 0.964 0.97 0.99 6.06kw对于 川轴，P二 Pm4v2齿轮 4轴承=7.5 0.9640.9720.994 = 5.76kw对于 V 轴，Pv 二 Pm4v3齿轮 6轴承=7.5 0.9640.9730.99

24、 5.47kw17采用8级精度的圆柱直齿轮；大齿轮用 45号钢（调质），硬度为240HBS 40Cr （调质），硬度为280HBS.（1）估算模数1）按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。齿轮弯曲疲劳的估算：“ =32 zn式中，P-小齿轮所在轴的传递功率，kw；z 小齿轮的模数，mrpn小齿轮的计算转速，r/min。齿轮齿面点蚀的估算：740 3Sz式中，P-小齿轮所在轴的传递功率，kw； z小齿轮的模数，mmn小齿轮的计算转速，r/min ；Sz 小齿轮所在传动副的齿数和求出m.、mj后，取的模数要比两者大。mj

25、=2.1“32 ； 306 W60=1.82）对于44的传动副，齿轮弯曲疲劳的估算："32 .2冗0=2.3齿轮齿面点蚀的估算:对于42的传动副，30齿轮弯曲疲劳的估算：#齿轮齿面点蚀的估算:mj=1.82442取一和一的传动副的齿轮的模数m=3483019齿轮弯曲疲劳的估算:m =32CuSO6 =319 3757406.06齿轮齿面点蚀的估算:对于竺的传动副，48齿轮弯曲疲劳的估算：mjm, 了：二 3272=2.66.06.24 375=2.8#mj=2.6齿轮齿面点蚀的估算:对于30的传动副，42齿轮弯曲疲劳的估算:J6.06740 3 丫 37572m =326.06 =2

26、.6 30汽375#齿轮齿面点蚀的估算:#m=4取19、24和30的传动副的齿轮的模数5348424）对于21的传动副，84齿轮弯曲疲劳的估算：卄32掳驚皿21#7405.76齿轮齿面点蚀的估算:mj105=2.5#35#齿轮弯曲疲劳的估算：叫七雪爲毛8齿轮齿面点蚀的估算:mj740逼105=2.7#取21和70的传动副的齿轮的模数 m=58435（2）齿数的验算1 ）根据接触疲劳计算齿轮模数公式为：mj =16300(i" K1K2K3KSP；mZ2H-j 2n根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:m75 3 KEGKs： 灼V ZYPmnbo式中，P计算齿轮（小齿轮）的传递的额定功率，

27、kw；n计算齿轮的计算转速，r/mi n ；m 齿轮系数，常取6-10，这里取8；Z计算齿轮的齿数；i大齿轮与小齿轮的齿数比；“ +”用于外啮合，“-”用于内啮合;Ks 寿命系数，Ks 二 OKnKNKq ；当 K Kmax 时，取 K K max当 Ks 乞 Kmin 时，取 KKminKt 工作期限系数，心禅°。；齿轮在接触和弯曲父变载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数C。查机床设计指导表3;预定的齿轮工作 期限T,中型机床取 T=15000-20000h,这里取20000;n齿轮的最低转速，r/min ；Kn 转速变化系数，查机床设计指导表 4；Kn 功率利用系数，查机床设计指

28、导表 5；Kq 材料强化系数，查机床设计指导表 6；主轴箱的设计姜家恒Ki 工作情况系数，中等冲击的主运动，Ki=1.2 1.6，这里取1.25 ;K 2 动载荷系数，查机床设计指导表 8；K3 齿向载荷分布系数，查机床设计指导表 9；丫一齿形系数，查机床设计指导表 10；4灼1£ 许用弯曲、接触应力，Mpa查机床设计指导表11；24一2）对于的传动副，48根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:mj=163003 (2 1) 1.25 1.3 1 0.6 6.37V8汇242 x2x6502 x750=323#根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:=2.2275 3 依3 1°.8 6

29、3724x0.42x8x750x27542一对于的传动副，30根据接触疲劳计算齿轮模数公式为：(1.4 -1) 1.25 1.5 1 0.6 6.06mj =16300 322=1.5j8 302 1.4 6002 1060根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:m 二2751.25 1.5 1 0.8 6.06330 0.444 8 1060 220=2#2442经过验算，取传动副24和42的齿轮的模数为3。483019一3）对于一的传动副，53根据接触疲劳计算齿轮模数公式为：（2.8 1） 1.25 1.3 1 0.6 6.06 mj =16300 322=4.2j8 192 2.8 6502 3

30、75根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：m =275=33 1.25 1.3 1 0.8 6.0619 0.386 8 375 2752548根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:#8 242 2 6502 375mj =16300 3(2 1 伽3 l。6 6.06 =2根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:m =275 3 1.25 1.3 1 0.8 6.06 =2.7°24x0.42x8x375x275对于30的传动副，42根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:mj =16300 3441 依=3 10.6 6.°6=3.48 302 1.4 6502 375#根据弯曲疲劳计算齿轮模数公

31、式为:m =275 3 1.25 1.3 1 0.8 6.06 =2.5° P 20x0.444x8x375x275经过验算，取传动副19、24和色的齿轮的模数为4.5 o534842mj =16300 3：(4+1)汉 1.25汉 1 汉1 汉 0.6汉 5.76 =4Q旳对于|1的传动副'根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:8 212 4 6502 132根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：m3=275x 斗依 1 1 0.8 5.76 =3.721 0.4 8 132 275对于35的传动副根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:mj =16300 3(2 1) 1.25 1 1 0.

32、6 5.47 2 2=3.88 352 2 6002 265根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：m =275 3 1.25 1 1°8 547 =3.1Y 30 汉 0.46 汇 8 汇 265 汇 2202170经过验算'取传动副-和-的齿轮的模数为5。27（1 ）对于一般传动轴的直径的估算一般轴的材料选取45号钢；#公式d=91俑式中，P该轴的输入功率，kw；n 该轴的计算转速，n/min ；】一允许扭转角，查机床设计指导P32的表选取，本设计取：1=1.25 ；1）对于轴,o Q"7 d =91".=26mm 最小轴段直径 dmin =32mm ；V 7

33、50x1.25取轴轴承处的轴颈的直径d=40mm2 ）对于轴，d =91 46.06 “ =30mm375 1.25取.轴轴承处的轴颈的直径d=35mm 3）对于山轴，5.76 d =91 4=39mmV132X1.25取轴轴承处的轴颈的直径d=45mm（2）主轴直径的确定查李庆余主编的机械制造装备设计，取主轴的前轴承轴颈的直径D1=90mm后支撑轴承的轴颈的直径 D2 =（0.7-0.9） D1，取D2=70mm#1. 设计主轴组件（1）主轴上的轴承的选择 在配置轴承时，应注意以下几点：1）每个支撑点都要能承受径向力；2）两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受；3）径向力和两个方向的轴向力都应该传递到箱体上；4）前轴承的精度要比后轴承的精度高一级；对于主轴，采用后端定位；选取双向角接触球轴承3182113和3182118承受轴向力；选取双列圆柱滚子轴承 2268116+承受径向力；前轴承用P4级精度，后轴承采用P5级精度；（2）主轴尺寸的确定1 ）主轴内孔直径的确定公式d= D2查机械制造装备设计表 3-7，取怕=0.55，计算得主轴内孔的直径 d=38.5mm 取整 40mm2 ）前锥孔尺寸的确定