机械制造装备设计专业课程设计.doc

安徽航空航天大学
机械制造装备设计
课 程 设 计

姓 名：
班 级：
学 号：
指引教师：

目 录

一、前 言 ……………………………………………………………………3
二、运动设计
1.拟定各运动参数 …………………………………………………………4
2. 拟定构造式 ………………………………………………………………5
3. 拟定转速图 ………………………………………………………………6
4.拟定齿轮齿数………………………………………………………………8
5.带传动设计（V型） ……………………………………………………9
6.计算转速 …………………………………………………………………11
7.验算主轴转速误差 …………………………………………………11
8.传动系统图绘制 ………………………………………………………12
三、动力设计
1.电机选取 ………………………………………………………………13
2.各轴传递功率 …………………………………………………………13
3.拟定各齿轮模数 ………………………………………………………14
4.拟定各轴直径 ……………………………………………………………19
四、构造设计
1.设计主轴组件 ……………………………………………………………20
2.主轴验算 ………………………………………………………………20
五、结束语 ……………………………………………………………………22
六、参照文献…………………………………………………………………23

《机械制造装备设计》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：
教研室主任：

一、前言
1.设计目
机床设计是学生在学完基本课，技术基本课及专业课基本上，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办法，涉及参数拟定，传动设计，零件计算，构造设计等，培养构造分析和设计能力。
（2）.综合应用过去所学理论知识，提高联系实际和综合分析能力。
（3）.训练和提高设计基本技能。如计算，制图，应用设计资料，原则和规范，编写技术文献等。
2.完毕内容
机床设计是学生在学完基本课，技术基本课及关于专业课基本上，结合机床传动部件（主轴变速箱）设计进行综合训练
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．拟定各运动参数
2．拟定构造式
3．绘制转速图
4．拟定齿轮齿数
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．拟定主电动机功率
2．拟定各轴直径
3．拟定各齿轮模数
三、构造设计
1．设计主轴组件
2．主轴组件验算
3．绘制主轴组件装配图 (1号图纸)
四、编写设计阐明书(不少于20页)
五、答辩。

二、运动设计

1.拟定各运动参数
（1）拟定极限切削速度和。
依照典型和也许工艺选用极限切削速度规定考虑：工序种类、工艺规定、刀具和工件材料等因素。查《机床设计指引 》有，容许切削速度参照值如下：
加工条件
（m/min）
（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=200 m/min ，=5 m/min。
（2）拟定主轴转速、公比及变速范畴。
1）主轴最大极限转速
=
式中，查《机床设计指引 》有，按经验公式（0.1-0.2）D
取0.125D=0.125350=43.75mm；
求得，主轴最大极限转速=1455 m/min。
2）主轴最小极限转速
=
式中，查《机床设计指引 》有，考虑车螺纹和铰孔时，其加工最大直径应依照实际加工状况选用0.1D和50mm左右；取=50mm；
求得，主轴最小转速=31.8 m/min。
3）车床变速范畴R
R==45.7
4）拟定公比。
取机床变速级数为Z=12级，
由公式R=，得=1.4155，取原则值=1.41.
5）主轴各级转速
各级转速可直接从《机床设计指引 》原则转速列表中查出，原则数列表给出了以=1—10000数值，由于=1.41=，从表中找到=1500r/min，就可以每隔5个数值取出一种数，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. 拟定构造式
（1）拟定传动顺序
1）本次设计c6135车床为12级，故有如下几种传动方案：

2）对方案进行比较
第、第种有四联滑移齿轮，如果采用四联滑移齿轮话，话大大增大了主轴箱轴向尺寸，故不采用第、第种方案；
也是从构造方面考虑，第种轴向尺寸都会比第第种大；下面就第第种方案进行比较，从而选用最后方案。
对于第种方案，严格遵循了“前多后少”设计原则，把尽量多传动副置于前面，让尽量多传动副处在较高速状态，这样就可以尽量减轻它们受力状况，从而可以减小其尺寸，从而减少整体尺寸；
对于第种方案，没有遵循了“前多后少”设计原则，但是由于采用第种方案话，会增大轴轴向尺寸；为了使轴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；这样话可以使轴尺寸不太大，又可以使较多传动副放在相对高速位置。
对于第第种方案都是相对其她几种比较好方案，基于不同方面考虑，可以选取其中一种；在本次设计中，选取第种方案进行计算。
3）最后拟定传动方案为。

（2）拟定扩大顺序
传动方案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。由于轴上有离合器，为避免离合器干涉齿轮啮合，必要使其中一种齿轮齿根圆直径不不大于离合器最大直径。故采用此扩大顺序
（3）本次设计车床构造式为。
（4）绘制构造图

3. 拟定转速图
（1）电动机转速拟定
依照本设计车床12级转速，=1500r/min；要使电动机转速与主轴最高转速相近，以避免过大升速或降速；依照电动机转速原则，取电动机额定转速=1440 r/min；
（2）拟定轴转速
查《机床设计指引 》有，车床轴转速普通取700--1000 r/min左右比较适当，故在本设计车床中，取轴转速=750 r/min；

（3）分派传动比
1）分派降速比时，应注意传动比取值范畴：齿轮传动副中最大传动比2， 最小传动比 传动比过大 ，引起振动和噪音，传动比过小，使动齿轮与传动齿轮直径相差太大，将导致构造庞大。
2）由传动比限制原则，得出极限级比指数表：
公比

级比指数极限值
1.41
x值

4
值

2
3）依照“前缓后急”原则，先拟定各个变速组最小传动线；从轴750 r/min转速传到主轴33.5 r/min，相差9格，相称于级比指数为9；
总共有3个变速组；93=3；由“前缓后急”原则分派三格给中间变速组，分派两格给第一变速组，分派四格给第三变速组；
然后，对于其她传动线，结合构造图可相应得出；
4）综上所述，得出各传动线传动比

：
传动组
传动比
电机—
—
—
—

i

132:250

1:2
7:5
19:53
1:2
5:7

1:4
2:1
（4）转速图绘制：

4.拟定齿轮齿数
（1）拟定齿轮齿数应当注意如下几类：
1）齿轮齿数和应过大，以免加大中心距使机床构造庞大
普通推荐齿轮数和SZ为60～100；
2）不产生根切最小齿轮18～20；
3）保证强度和防止热解决变形过大齿轮齿根园到键槽壁厚2mm普通取5mm 则 ；
4）三联滑移齿轮相领两轮齿数差应不不大于4；避免齿轮右左移动时齿轮右相碰，能顺利通过。
（2）在一种变速组中，积极齿轮齿数用表达，从动齿轮齿数用表达，+=，则传动比为 ==
式中，为互质数，设
由于是整数，必然能被所整除；如果各传动副齿数和皆为，则能被、、
所整除，换言之，是、、公倍数。因此拟定齿轮齿数时，应在容许误差范畴内，拟定合理，进而求得、、，并尽量使、、最小公倍数为最小，最小公倍数用表达，则必然为整数倍。设=k，k为整数系数。然后依照最小传动比或最大传动比中小齿轮拟定k值，拟定各齿轮齿数。
（3）第一变速组
已知、，则有
两对齿轮齿数和分别为=3、=12；最小公倍数=12；则齿数和为=12k。最小齿数发生在中，则；取k=6，得=72，第一对齿轮齿数、，第二对齿轮齿数、。
（4）第二变速组
已知、，则有
三对齿轮齿数和分别为=72、=3、=12；最小公倍数=72；则齿数和为=72k。最小齿数发生在中，则；取k=1，得=72，第一对齿轮齿数、，第二对齿轮齿数、、、。
（5）第三变速组
已知、，则有
两对齿轮齿数和分别为=5、=3；最小公倍数=15；则齿数和为=15k。最小齿数发生在中，则；取k=7，得=105，第一对齿轮齿数、，第二对齿轮齿数、。
5.带传动设计（V型）
已知：电机额定功率，额定转速，轴转速，两班制工作。
（1）拟定计算功率
公式
查《机械设计》教程表8-7，得=1.2，则=9kw；
（2）选取V带带型
查《机械设计》教程图8-11，选用B型
（3）选取小带轮基准直径
依照V带带型，参照《机械设计》教程表8-6和表8-8拟定小带轮基准直径=132mm；

（4）拟定大带轮基准直径
公式
—电机到轴传动比；
—小带轮基准直径；
—依照《机械设计》教程，取0.02；
计算成果为=248mm；查《机械设计》教程表8-8，取=250mm。
（5）验算带速V
V带速度V==9.9527m/s；
由此得；验算合格；
（6）拟定V带基准长度
1）初定两带轮中心距
查《机械设计》教程，得=（0.7-2）（+），取=500mm。
2）计算初定中心距相应带长
=1607mm；
查《机械设计》教程表8-2，取=1600mm。
（7）拟定两带轮中心距
由公式a=计算出实际中心距a=496.5mm。
（8）验算小带轮上包角
由公式计算出；
验算合格。

（9）计算V带根数Z
公式
式中，—单根V带基本额定功率，查《机械设计》教程表8-4a取=2.5kw；
—单根V带额定功率增量，查《机械设计》教程表8-4b取=0.4；
—包角修正系数，查《机械设计》教程表8-5取=0.96；
—带长度系数，查《机械设计》教程表8-2取=0.92；
计算成果Z=3.57；取整Z=4；V带根数为4根。
6.计算转速
变速传动中传动件计算转速，可依照主轴计算转速和转速图拟定。拟定传动轴计算转速时，先拟定主轴计算转速，再按传动顺序由后往前依次拟定，最后拟定各传动件计算转速。
（1）主轴计算转速为公式
式中，—第一级转速；
Z—机床转速级数；
计算出，主轴计算转速为95r/min；
（2）各传动轴计算转速
主轴计算转速是轴经21/84传动副获得，此时轴相应转速为375r/min，但变速组c有两个传动副，轴转速为最低转速132r/min时，通过70/35传动副可使主轴获得转速265 r/min>95 r/min，则应能传递所有功率，因此轴计算转速为132 r/min，轴计算转速时通过轴最低转速375r/min获得，因此轴计算转速为375r/min。同样，轴计算转速为750r/min。
轴

主轴
计算转速
750r/min
375r/min
132 r/min
95r/min
7.验算主轴转速误差
（1）已知：
传动组
传动比
电机—
—
—
—

i

=0.51744

0.5
1.4
0.3585
0.5
0.7143

0.25
2
（2）计算误差
=（-）=0.33%
=（-）=2%
=（-）=0.7%
=（-）=1.6%
=（-）=1.2%
=（-）=2%
=（-）=0.8%
=（-）=0.65%
=（-）=0.42%
=（-）=0.28%
=（-）=1.6%
=（-）=0.67%
（3）转速误差容许值为
本设计机床十二级转速误差均在误差容许值范畴内；
转速验算合格。
8.传动系统图绘制

三、动力设计
1.电机选取
合理拟定电动机功率，使车床既能充分发挥其使用性能，满足生产规定，又不致使电动机经常轻载而减少功率因素。
本设计车床典型重切削条件下用量：
刀具材料：YT15
工件材料：45号钢
切削方式：车削外圆
参照《机床设计指引》选用：切削深度=3.5mm；进给量f=0.375mm/r；
切削速度v=95m/min。
1）主切削力：=3187N
2）切削功率：=4.95kw
3）电动机功率：
=0.73
计算得：=6.78kw；
4）查《机械设计手册》，取电机型号为：Y132M-4；电机额定功率=7.5kw；
电机额定转速=1440r/min。
2.各轴传递功率
对于轴，
对于轴，
对于轴，
对于轴，

3.拟定各齿轮模数
采用8级精度圆柱直齿轮；大齿轮用45号钢（调质），硬度为240HBS；40（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，并且有些系数只有在齿轮各参数都已知后方可拟定，因此只在草图画完之后校核用。
齿轮弯曲疲劳估算：

式中，P—小齿轮所在轴传递功率，kw；
Z—小齿轮模数，mm；
n—小齿轮计算转速，r/min。
齿轮齿面点蚀估算：

式中，P—小齿轮所在轴传递功率，kw；
Z—小齿轮模数，mm；
n—小齿轮计算转速，r/min；
—小齿轮所在传动副齿数和。
求出后，取模数要比两者大。
2）对于传动副， 齿轮弯曲疲劳估算： =2.3
齿轮齿面点蚀估算： =2.1
对于传动副，
齿轮弯曲疲劳估算： =1.8
齿轮齿面点蚀估算： =1.8
取和传动副齿轮模数m=3。
3）对于传动副，
齿轮弯曲疲劳估算： =3
齿轮齿面点蚀估算： =2.6
对于传动副，
齿轮弯曲疲劳估算： =2.8
齿轮齿面点蚀估算： =2.6
对于传动副，
齿轮弯曲疲劳估算： =2.6
齿轮齿面点蚀估算： =2.6

取、和传动副齿轮模数m=4。
4）对于传动副，
齿轮弯曲疲劳估算： =4.1
齿轮齿面点蚀估算： =2.5

对于传动副，
齿轮弯曲疲劳估算： =3.8
齿轮齿面点蚀估算： =2.7

取和传动副齿轮模数m=5。
（2）齿数验算
1）依照接触疲劳计算齿轮模数公式为：

依照弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：

式中，P—计算齿轮（小齿轮）传递额定功率，kw；
n—计算齿轮计算转速，r/min；
—齿轮系数，常取6-10，这里取8；
Z—计算齿轮齿数；
i—大齿轮与小齿轮齿数比；“+”用于外啮合，“-”用于内啮合；
—寿命系数，；当时，取；
当时，取；
—工作期限系数，；齿轮在接触和弯曲交变载荷下疲劳曲线指数m和基准循环次数查《机床设计指引》表3；预定齿轮工作期限T，中型机床取T=15000-0h，这里取0；
n—齿轮最低转速，r/min；
—转速变化系数，查《机床设计指引》表4；
—功率运用系数，查《机床设计指引》表5；
—材料强化系数，查《机床设计指引》表6；
—工作状况系数，中档冲击主运动，=1.2—1.6，这里取1.25；
—动载荷系数，查《机床设计指引》表8；
—齿向载荷分布系数，查《机床设计指引》表9；
Y—齿形系数，查《机床设计指引》表10；
—许用弯曲、接触应力，Mpa；查《机床设计指引》表11；
2）对于传动副，
依照接触疲劳计算齿轮模数公式为：
=3
依照弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：
=2.2
对于传动副，
依照接触疲劳计算齿轮模数公式为：
=1.5
依照弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：
=2
通过验算，取传动副和齿轮模数为3。
3）对于传动副，
依照接触疲劳计算齿轮模数公式为：
=4.2
依照弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：
=3

对于传动副，
依照接触疲劳计算齿轮模数公式为：
=2
依照弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：
=2.7
对于传动副，
依照接触疲劳计算齿轮模数公式为：
=3.4
依照弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：
=2.5
通过验算，取传动副、和齿轮模数为4.5。
4）对于传动副， 依照接触疲劳计算齿轮模数公式为：
=4.9
依照弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：
=3.7
对于传动副，
依照接触疲劳计算齿轮模数公式为：
=3.8
依照弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：
=3.1
通过验算，取传动副和齿轮模数为5。
4.拟定各轴直径
（1）对于普通传动轴直径估算
普通轴材料选用45号钢；
公式
式中，P—该轴输入功率，kw；
n—该轴计算转速，n/min；
—容许扭转角，查《机床设计指引》表选用，本设计取=1.25；
1）对于轴，
=26mm；最小轴段直径；
取轴轴承处轴颈直径d=40mm；
2）对于轴，
=30mm；
取轴轴承处轴颈直径d=35mm；
3）对于轴，
=39mm；
取轴轴承处轴颈直径d=45mm；
（2）主轴直径拟定
查李庆余主编《机械制造装备设计》，取主轴前轴承轴颈直径=90mm；
后支撑轴承轴颈直径，取=70mm

四、构造设计
1.设计主轴组件
（1）主轴上轴承选取
在配备轴承时，应注意如下几点：
1） 每个支撑点都要能承受径向力；
2） 两个方向轴向力应分别有相应轴承承受；
3） 径向力和两个方向轴向力都应当传递到箱体上；
4） 前轴承精度要比后轴承精度高一级；
对于主轴，采用后端定位；
选用双向角接触球轴承3182113和3182118承受轴向力；
选用双列圆柱滚子轴承2268116+承受径向力；
前轴承用P4级精度，后轴承采用P5级精度；
（2）主轴尺寸拟定
1）主轴内孔直径拟定
公式d=
查《机械制造装备设计》表3-7，取，计算得主轴内孔直径d=38.5mm，取整40mm。
2）前锥孔尺寸拟定
查《机床设计指引》，取莫氏锥孔5号。
3）支承跨距及悬伸长度
支承跨距L取L=5=450mm；
悬伸长度a=90-150mm；取a=90mm。
5） 主轴头部类型选取
参照《机床设计指引》选用普通构造主轴头B型。
2.主轴验算
（1）跨距L=450mm
（2）当量外径D=80mm
（3）主轴刚度
由于，参照《金属切削机床设计》取公式

式中，—主轴刚度，；
D—当量直径，cm；
L—支承跨距，cm；
a—主轴悬伸量，cm；
计算得成果得，=280。
（4）对这种车床主轴刚度规定
由于这种机床属于通用机床，主轴刚度规定可依照自激振动稳定性决定。
查《金属切削机床设计》表3-5，取阻尼比=0.03.
查《金属切削机床设计》表3-4，当V=100m/s，s=0.2时，
取
这种机床规定切削稳定性良好，取
依照《金属切削机床设计》公式

计算得，
依照《金属切削机床设计》公式

计算得，=163
1.66=280
由此，验算合格。

五、结束语

一方面，感谢赵克政教师在这为期两个星期课程设计中对我辛勤指引，没有赵克政教师指引，我不会这样容易迅速较好完毕本次设计任务。
另一方面，在这次设计中我学到了如下几点：
（1）掌握机床主传动部件设计过程和办法，涉及参数拟定，传动设计，零件计算，构造设计等，培养构造分析和设计能力。
（2）综合应用过去所学理论知识，提高联系实际和综合分析能力。
（3）训练和提高设计基本技能。如计算，制图，应用设计资料，原则和规范，编写技术文献等。
（4）巩固了在《机械制造装备设计》课程中学到知识，使我较好把所学知识应用到了实际设计中，为后来设计打下了坚实基本。

六、参照文献
【1】《机床设计指引》 曹金榜等主编 机械工业出版社
【2】《金属切削机床设计》 戴曙主编 机械工业出版社
【3】《机械制造装备设计》 王启义主编 冶金工业出版社
【4】《机械设计手册》 成大先主编 化学工业出版社
【5】《机械制造装备设计》 李庆余、孟广耀主编 机械工业出版社
【6】《机械设计》濮良贵、纪名刚主编 高等教诲出版社
【7】《机械设计课程设计》 杨光、席伟光主编 高等教诲出版社
【8】《机械制造技术基本》 华楚生主编 重庆大学出版社
【9】《机械原理》 孙桓等主编 高等教诲出版社