普通車床課程設(shè)計說明書

1、目 錄1緒論21.1金屬切削機床在國民經(jīng)濟中的地位21.2本課題研究目的22普通車床主軸箱的設(shè)計32.1 原始數(shù)據(jù)與技術(shù)條件32.2 機床主傳動系統(tǒng)運動設(shè)計32.2.1確定極限轉(zhuǎn)速32.2.2確定公比32.2.3 確定各主軸轉(zhuǎn)速42.2.4 主運動鏈轉(zhuǎn)速圖的擬定42.2.5齒輪齒數(shù)的確定62.2.6核算主軸轉(zhuǎn)速誤差73傳動零件的初步計算73.1計算各傳動件的計算轉(zhuǎn)速73.2傳動軸直徑的初定73.3主軸軸頸直徑的確定83.4齒輪模數(shù)的初步確定83.5選定軸承93.6 三角帶傳動的計算和選定93.7直齒圓柱齒輪的強度計算113.8.主軸剛度驗算134.總結(jié)165.致謝176.參考文獻181緒論1.

2、1金屬切削機床在國民經(jīng)濟中的地位金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，又稱為“工作母機”或“工具機”。在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，金屬切學機床是加工機器零件的主要設(shè)備，它所擔負的工作量，約占機器總制造工作量的40%60%。機床的技術(shù)水平直接影響機械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。機床的“母機”屬性決定了它在國民經(jīng)濟中的重要地位。機床工業(yè)為各種類型的機械制造廠提供先進的制造技術(shù)和優(yōu)質(zhì)高效的機床設(shè)備，促進機械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機械制造工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務，為適應現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機械制造工業(yè)。機械制造工業(yè)

3、是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。機床工業(yè)則是機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個國家機床工業(yè)的技術(shù)水平，在很大程度上標志著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學技術(shù)水平。顯然，金屬切削機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化建設(shè)中起著重大的作用。1.2本課題研究目的 課程設(shè)計是在學生學完相應課程及先行課程之后進行的實習性教學環(huán)節(jié)，是大學生的必修環(huán)節(jié)，不僅是鞏固學生大學所學知識的重要環(huán)節(jié)，而且也是在檢驗大學生綜合應用知識的能力、自學能力、獨立操作能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，是大學生參加工作前的一次實踐性鍛煉。 通過本課題設(shè)計可以達到以下目的： 1. 綜合運用學過的專業(yè)理論知識，能獨立分析和擬訂某機床主軸箱傳動結(jié)構(gòu)，裝配結(jié)構(gòu)和制造結(jié)構(gòu)的各種方案，

4、能在機械設(shè)計制圖，零件計算和編寫技術(shù)文件等方面得到綜合訓練，具備設(shè)計中等復雜零件的能力。2 通過本課程設(shè)計的訓練，能初步掌握機床的運動設(shè)計，動力計算以及關(guān)鍵零部件的強度校核，或得工程師必備設(shè)計能力的初步訓練，從而提高分析問題，解決問題，盡快適應工程實踐的能力。3. 熟悉和學會使用各種手冊，能善于使用網(wǎng)絡搜尋一些設(shè)計的相關(guān)資料，掌握一定的工藝制訂的方法和技巧。4. 進一步提高計算機操作的基本技能cad及pro/engineer軟件應用能力(造型設(shè)計與自動編程)仿真模擬軟件的應用。2普通車床主軸箱的設(shè)計2.1 原始數(shù)據(jù)與技術(shù)條件 主軸轉(zhuǎn)速范圍： nmax=4750rpm nmin=106rpm 變

5、速級數(shù) ：z=12 電動機功率：n=7.5kw 工件材料：45號鋼 刀具材料：yt15 2.2 機床主傳動系統(tǒng)運動設(shè)計2.2.1確定極限轉(zhuǎn)速 ， 轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍：2.2.2確定公比 機床分級變速機構(gòu)共有z=12級，其中，z級轉(zhuǎn)速分別為。任意兩級轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為，變速范圍 即 求得 按照標準公比取2.2.3 確定各主軸轉(zhuǎn)速查表確定（單位：） 2.2.4 主運動鏈轉(zhuǎn)速圖的擬定1 確定電動機轉(zhuǎn)速 查金屬切削機床設(shè)計簡明手冊可確定電動機的轉(zhuǎn)速 因所給電動機的功率n=7.5kw 故選電動機的型號為y132s2-2 滿載時轉(zhuǎn)速為nm=2900rpm2 傳動組和傳動副數(shù)的確定 傳動組和傳動副數(shù)可能的方案有：

6、方案（一）： 方案（二）： 在上例兩行方案中，第一行方案有時可以省掉一根軸。缺點是一個傳動組內(nèi)有四個傳動副。如果用一個四聯(lián)滑移齒輪，則會增加軸向尺寸；如果用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機構(gòu)必須互鎖以防止兩個滑移齒輪同時嚙合。所以一般少用。 第二行的三個方案可根據(jù)下述原則比較：從電動機到主軸，一般為降速傳動。接近電動機處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如果傳動副較多的傳動組放在接近電動機處，則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。這就是“前多后少”的原則。 從這個角度考慮，以取的方案較好。3 結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇 在中，又因基本組和擴大組排列順序的不同而有不

7、同的方案。可能有六種方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見圖8-4（1）傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍 在降速傳動時，為了防止被動齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動比。在升速時，為防止產(chǎn)生過大的振動和噪聲，常限制最大傳動比。如用斜齒齒輪傳動，則。因此主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍一般為 在檢查傳動組的變速范圍時只需檢查最后一個擴大組，因為其他組的變速范圍都比他小。根據(jù)時（8-2），應為圖中，方案a、b、c、e的第二擴大組則。其中，則，時可行的，其它兩個方案，不如第一個好。所以選擇第二個（2）基本組和擴大組的排列順序 在可行的四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式方案（a）,(b),(c),(e)中，還要

8、進行比較以選擇最佳方案。原則是選擇中間傳動軸變速范圍最小的方案。因為如果各方案同號傳動軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速范圍最小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動件的尺寸也就小些。比較上面四種方案，方案（a）的中間傳動軸變速范圍最小，故方案（a）最佳。即如果沒有別的要求，則應盡量使擴大順序與傳動順序一致。 （3） 擬定轉(zhuǎn)速圖 電動機和主軸的轉(zhuǎn)速是已經(jīng)給定的，當選定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式后，就可分配各傳動組的傳動比并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。中間軸的轉(zhuǎn)速如果高一些，傳動件的尺寸也就小一些，但中間軸如果轉(zhuǎn)速過高，將會引起過大的振動，發(fā)熱和噪聲。通常希望齒輪的線速度不超過。 對于該主軸箱，中間軸的最高轉(zhuǎn)速不應超過電動機的轉(zhuǎn)速。

9、本例所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個傳動組，變速機構(gòu)共需四軸，加上電動機共需五軸，故轉(zhuǎn)速圖共需五條豎線。主軸共12速，故需12條橫線。 中間各軸的轉(zhuǎn)速可以從主軸開始往前推，先確定軸iii的轉(zhuǎn)速。傳動組c的變速范圍為，可知兩個傳動副的傳動比必然是極限值： ， ，這樣就確定了軸iii的六種轉(zhuǎn)速只有一種可能,即為425，600，850，1180，1700，2360。 隨后確定軸ii的轉(zhuǎn)速：傳動組b的級比指數(shù)為3，在傳動比極限范圍內(nèi)，軸ii的轉(zhuǎn)速最高可為1180，1700，2360，最低轉(zhuǎn)速為425，600，850。為了避免升速，又不使傳動比太小，故可取ib1=12=12 ib2=1 軸ii的轉(zhuǎn)速可取為850，

10、1180，1700。 同理對于軸i，可取 故可確定軸i轉(zhuǎn)速為1700。轉(zhuǎn)速圖如下：2.2.5齒輪齒數(shù)的確定 當傳動比采用標準公比的整數(shù)次方時，齒數(shù)和以及小齒輪齒數(shù)可從表中查得。如傳動組a， 。查為 1，1.4和2的三行。有數(shù)字的即為可能方案。結(jié)果如下： =70,72,74,76, =70,72,73,75,77 =70,72,74,76, 從以上三行中可以挑出=70和72是共同適用的，如取=72，則從表中查出小齒輪齒數(shù)分別為36，30，24。即 。同理 ； 。2.2.6核算主軸轉(zhuǎn)速誤差實際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差一般不應超過，即： 主軸轉(zhuǎn)速合格。3傳動零件的初步計算3.1計算各傳動件的計算轉(zhuǎn)

11、速3.1.1 主軸 根據(jù)表，中型機床的主軸計算轉(zhuǎn)速為第一個三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的 最高一級轉(zhuǎn)速， 即為。3.1.2各傳動軸 軸iii可以從主軸為按傳動副找上去，近似為，但是由于軸ii上最低轉(zhuǎn)速為經(jīng)傳動組c可以使主軸得到兩種轉(zhuǎn)速。要傳遞全部的功率，所以軸iii計算轉(zhuǎn)速，同理可得軸ii計算轉(zhuǎn)速。3.1.3 各齒輪 傳動組c中只需計算的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為；只需計算，。z=27兩個齒輪哪一個的應力更大一些，較難判斷，可同時計算，選擇模數(shù)較大的作為傳動組c齒輪的模數(shù)，傳動組b應計算，；傳動組a應計算，。3.2傳動軸直徑的初定 查2,傳動軸直徑按剛度用如下公式進行概算： mm 或 mm 其中d傳動軸直徑mm該

12、軸傳遞的額定扭矩， 該軸傳遞的功率該軸的計算轉(zhuǎn)速該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角 選取為軸 i： d1=91×47.351700×0.4mm=27.5,取為28mm 軸 ii：d2=91×47.28850×0.4mm=35.1,取為35mm 軸iii：d3=91×47.20425×0.4mm=41.8,取為42mm3.3主軸軸頸直徑的確定 查表 根據(jù)主軸驅(qū)動功率可確定車床主軸前軸頸的直徑范圍 故取80mm。后軸頸的直徑,取65mm.3.4齒輪模數(shù)的初步確定 一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最重的小齒輪按簡化的接觸疲勞強度公式計算 式中

13、：按疲勞接觸強度計算的齒輪模數(shù) 驅(qū)動電機功率 計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速 大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比小齒輪齒數(shù)齒寬系數(shù)，（b為齒寬，m為模數(shù)），許用接觸應力 傳動組c模數(shù)： 在一個傳動組中，按工作負荷最大的齒輪確定齒輪的模數(shù)，從等強度的觀點出發(fā)，可減薄其它齒輪的寬度，使各齒輪基本上處于在相近的接觸應力或彎曲應力狀態(tài)下工作，這樣一來還可以縮短該傳動組的軸向尺寸。 對于各個傳動軸，應選擇傳動組c的模數(shù)作為齒輪的模數(shù)。 故選取標準模數(shù)m=4. 3.5選定軸承查雙列圓柱滾子軸承和圓錐磙子軸承軸i： 6006 d=30 d=55 b=13 軸ii： 30207 d=35 d=72 b=16 軸iii： 3020

14、8 d=40 d=80 b=18 軸iv: 前端7013ac d=65 d=100 b=18 后端 3182118 d=90 d=140 b=37 3.6 三角帶傳動的計算和選定 三角帶的選用應保證有效地傳遞最大功率并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強度）。計算是按一定的已知條件-傳遞的功率、主、被動帶輪的轉(zhuǎn)速和工作情況-確定帶輪的直徑、中心距、膠帶型號、長度和根數(shù)及作用在支承軸上的徑向力。3.6.1確定計算功率式中：n 主動帶輪傳遞的功率k 工作情況系數(shù)查3表8-7有k=1.2 則=1.25.5=7.153.6.2選擇三角帶的型號 根據(jù)計算功率=7.15和小帶輪的轉(zhuǎn)速=2990有3圖8-11選定

15、 選擇三角帶的型號是a型3.6.3確定帶輪的直徑、 小袋輪的直徑應滿足： 為、三角帶帶輪的最小計算直徑，盡量選用較大的直徑，以減小膠帶的彎曲應力，從而提高膠帶的使用壽命。查3表8-6選擇膠帶帶輪的直徑=85mm大輪直徑=*85=1. 76*85=149.5，查3表8-8取整數(shù)有=150mm 其中、是小輪及大輪的轉(zhuǎn)速3.6.4計算膠帶速度v 滿足要求。3.6.5初定中心距 兩帶輪的中心距應在范圍內(nèi)選定，中心距過小時，膠帶短因而增加膠帶的單位時間的彎曲次數(shù)降低交代受命；反之，中心距過大，在帶速較高時易引起振動。 所以=1.28*（85+150）=300mm3.6.6 計算膠帶的長度 mm 由上式計

16、算出的值查3表8-2選擇標準長度=1000mm3.6.7計算實際中心距a 考慮到安裝調(diào)整和補償張緊力的需要，帶傳動的中心距一般設(shè)計成可調(diào)整的，其調(diào)整范圍 3.6.8驗算小帶輪包角 小帶輪包角 所以小帶輪包角合適。3.6.9確定v帶根數(shù) 單跟v帶的基本功率1.63kw 單跟三角膠帶能傳遞的功率 查表13得=0.53 小帶輪包角系數(shù) 查表14得=1 則z= 所以取z=53.6.10作用在支承軸上的徑向力q 則3.7直齒圓柱齒輪的強度計算 在驗算變速箱中的齒輪強度時，選用模數(shù)中承載最大的，齒數(shù)最小的齒輪進行接觸和彎曲疲勞強度驗算。一般對高速傳動齒輪主要驗算接觸疲勞強度，對于低速傳動齒輪主要驗算彎曲疲

17、勞強度，對硬齒面軟齒芯淬火齒輪，一定要驗算彎曲疲勞強度。在此例中應ii軸的齒數(shù)為24的齒輪按接觸疲勞強度計算齒輪模數(shù)式中：n 傳遞的額定功率 =7.5×0.96×0.97=6.984 計算轉(zhuǎn)速 =1700 齒寬系數(shù)： ，b 齒寬，m 模數(shù)=610 取=10 z小齒輪齒輪; 大齒輪與小齒輪的齒數(shù)之比，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合 =2 轉(zhuǎn)速變化系數(shù)查表19 =0.58 許用接觸應力 從表26選取 =1100 齒向載荷分布系數(shù)查表24得=1.04 材料強化系數(shù) 查表20 =0.55 m 疲勞曲線指數(shù) 查表16 m=3 基準循環(huán)次數(shù) 查表16 = 工作情況系數(shù)，考慮沖擊

18、的影響：主運動（中等沖擊）取=1.2 動載荷系數(shù)，從表23選取 則=1.2 齒輪的最低轉(zhuǎn)速 =160 t 齒輪在機床工作期限（）內(nèi)的總工作時間h見表17，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似為，p為該變速組的傳動副數(shù)；p=2 =20000則t=20000/2=10000 工作期限系數(shù) 壽命系數(shù) = 則= 符合要求。3.8.主軸剛度驗算3.8.1選定前端懸伸量c，根據(jù)主軸端部的結(jié)構(gòu)，前支承軸承配置和密封裝置的型式和尺寸，這里選定c=120mm.3.8.2 主軸支承跨距l(xiāng)的確定 一般最佳跨距 ，考慮到結(jié)構(gòu)以及支承剛度因磨損會不斷降低，應取跨距l(xiāng)比最佳支承跨距大一些，再考慮到結(jié)構(gòu)需要，這里取l=600

19、mm。3.8.3 計算c點撓度 1 周向切削力的計算其中:nd=7.5kw,=0.96×0.983=0.90 故，故。 2 驅(qū)動力q的計算其中n=nd=7.5×0.96×0.983=6.78kw所以 3 軸承剛度的計算 這里選用3182118系列雙列圓柱滾子軸承 根據(jù)求得： <117.0 所以 符合要求 4 確定彈性模量，慣性距i；和長度。 1) 軸的材產(chǎn)選用40cr，查簡明機械設(shè)計手冊p6，有 2) 主軸的慣性距i為： 主軸c段的慣性距ic可近似地算： 3) 切削力p的作用點到主軸前支承支承的距離s=c+w，對于普通銑床，w=0.4h， （h是車床中心高，設(shè)h=200mm)。 則： 4) 根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，取b=60mm 5) 計算切削力p作用在s點引起主軸前端c點的撓度 代入數(shù)據(jù)并計算得=0.1299mm。 6) 計算驅(qū)動力q作用在兩支承之間時，主軸前端c點子的撓度 計算得：=-0.0026mm 5 求主軸前端c點的終合撓度 水平坐標y軸上的分量代數(shù)和為，計算得：=0.