铣床传动系统课程设计.doc

绪论2第一节 机床设计的目的2第二节 机床课程设计的内容2第一章 机床的总体设计3第一节设计机床应满足的基本规定3第二节机床的设计环节4第三节重要技术参数4第二章 铣床主传动系统设计5第一节 主传动系统概述5第二节 主运动系统的参数6第三章 传动方案设计11第一节 机床传动选择11第二节变速形式的拟定12第三节主传动系统转速图的拟定14第四节 齿轮齿数的选择18第五节 齿轮齿数验算21第六节模数的选择23第七节 齿轮强度的验算25第四章 带传动设计28第五章 主传动系统结构设计30第一节 主传动系统的结构设计30第二节齿轮的布置30第三节 计算转速31第四节 传动轴的设计32课程设计总结36致谢词36参考文献37绪论第一节 机床设计的目的 机床课程设计是在学完机床课以后，进行一次学习设计的综合性练习。通过设计，运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达成巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计，分析比较机床主传动中某些典型机构，进行选择和改善，学习构造设计，进行设计计算和编写技术文献。完毕机床主传动设计，达成学习设计环节和方法的目的。通过机床课程设计，获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力。并为进行一般机械的设计发明一定的条件。第二节 机床课程设计的内容一、 机床的总体设计 机床设计，是设计人员根据使用部门的规定和制造部门的也许，运用有关的科学技术知识，所进行的发明性劳动。二、 运动设计根据设计题目给定的机床用途、规格、主轴极限转速，拟定转速图、传动系统图、计算带轮直径和齿轮齿数。三、 动力设计 根据设计题目给定的机床类型、规格及工作条件，拟定主电动机功率；拟定主轴及各传动件的计算转速；初定传动轴直径、齿轮模数，拟定传动带型号及带根数。在结构机构设计之后，再对机床重要传动件、零件，进行应力、变形和寿命的验算，并修改结构设计。四、 结构设计完毕运动设计和动力设计之后，还要将主传动方案“结构化”。要设计主轴变速箱装配图及零件工作图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、操纵机构、润滑与密封，以及主轴、传动轴、滑移齿轮、操纵元件、箱体等零件的设计。 第一章 机床的总体设计 机床设计，是设计人员根据使用部门的规定和制造部门的也许，运用有关的科学技术知识，所进行的发明性劳动。第一节设计机床应满足的基本规定评价机床性能的优劣，重要根据下述的技术-经济指标来判断的，这些指标也就是设计机床的具体规定。一 工艺可靠、也许性机床的工艺也许性是指机床适应不同生产规定的能力，大体涉及下列内容：（1）在机床上可以完毕的工序种类；（2）加工零件的类型、材料和尺寸范围；（3）毛坯种类二加工精度和表面光洁度机床的加工精度是指被加工零件在尺寸、形状和互相位置等方面所能达成的准确限度。三生产率机床的生产率是指在单位时间内机床所能加工的工件数量。四自动化限度为了提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度和更好的保证加工精度的稳定性，机床应尽量提高自动化限度。五结构制造与维修在满足使用规定的前提下，机床的结构应当尽量简朴，工艺性好，容易制造和装配，维修方便等。六、操作安全方便和工作可靠性机床应操纵方便、省力、容易掌握和不易发生故障和操作错误。这样不仅减少工人的疲劳，保证工人和机床的安全，还能提高机床的生产率。七效率、使用期限与成本机床的效率就是有效功率对输入功率之比。两者的差值就是摩擦损失。第二节机床的设计环节机床的设计工作大体可以分为四个环节：1. 调查研究学习有关机床设计的方针、政策、明确设计规定：收集相关资料2. 方案拟定在调查研究和科学实验的基础上，通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案所涉及的内容有：工艺分析、重要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、电气系统、重要部件的结构草图、实验结果等。3. 工作图设计一方面，绘制机床总图和各部件装配图；另一方面，绘制机床的所有零件图；然后，整理机床有关部件与重要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文献；最后，多有关图纸进行工艺审查和标准化审查。第三节重要技术参数机床重要技术参数涉及主参数和基本参数，基本参数又涉及尺寸参数、运动参数、动力参数等。其重要参数又称重要规格，表达机床的加工范围，对于通用机床和专门化机床，我国统一规定重要参数内容。机床重要参数：工作台尺寸（长X宽）：1250*400 毫米工作台最大行程：纵向800毫米横向300毫米垂直400毫米主轴转速范围:（18级）31.5-1600转/分主轴孔径 : 29毫米主轴到工作台面间距离： 30-430毫米主轴中心线到悬梁间距离155毫米床身垂直导轨到工作台面中心距离 215-515毫米刀杆直径： （三种）22、27、32毫米主电机：功率 5.5千瓦转速 1450转/分第二章 铣床主传动系统设计第一节 主传动系统概述 一主传动的功用机床主传动是实现机床主运动的传动，属于外联系传动链，其功用是：将一定的动力由动力源传递给执行件（如主轴或工作台）；保证执行件具有一定的转速（或速度）和足够的转速范围；可以实现运动的开停、变速、换向和制动等。二主传动的组成主传动一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机够等组成部分。动力源给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向；变速装置传递动力以及变换运动速度；执行件执行机床所需的运动，完毕旋转或直线运动。开停机构用来实现机床主轴的启动和停止的装置；换向机构用来变换机床主轴旋转方向的装置；制动机构用来控制机床主轴迅速停转的装置，以减少辅助时间。三主传动系统的设计规定1.具有适当的调速范围铣床为了保证加工时能选用合理的切削用量，充足发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有适当的调速范围。 2.具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低铣床加工精度与主传动系统的刚度密切相关。为此，应提高传动件的制造精度与刚度，齿轮齿面进行高频感应加热淬火增长耐磨性；3.良好的抗振性和热稳定性铣机床上一般既要进行粗加工，又要进行精加工；加工时也许由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等因素引起的冲击力或交变力的干扰。因此在主传动系统中各重要零部件不仅要具有一定的 静刚度，并且规定具有足够的克制各种干扰力引起振动的能力抗振性。机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度导致的加工误差，为此，规定主轴部件具有较高的热稳定性，通过保持合适的配合间隙，并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。 4.操纵要轻便灵活、迅速、安全可靠，并必须便于调整和维修。第二节 主运动系统的参数机床主传动系统的参数有动力参数和运动参数。动力参数是指主运动驱动电机的功率，运动参数是指主运动的变速范围。一主传动功率 机床主传动的功率可根据切削功率与主传动传动链的总效率 由下式拟定： 数控机床的加工范围一般都比较大，切削功率可根据有代表性的加工情况，由其主切削抗力按下式拟定： 式中 主切削力的切向分力() 切削速度()； 切削扭矩()； 主轴转速()。主传动的总效率一般取，铣床的主传动多用有级变速传动来实现，传动链较短，因此，效率可取适中，即=0.75 。二运动参数运动参数是指机床执行件如主轴、工件安装部件（工作台、刀架）的运动速度。1 主轴转速的拟定主运动为旋转运动的机床，主轴转速n 由切削速度v 和工件或刀具的直径 d 来拟定： n=（转/分）公式中： v选定的切削速度（米/分） d刀具直径、或工体直径（毫米）2 主轴极限转速： 公式中： 分别为主轴最高、最低转速（转/分） 分别为最高、最低切削转速（米/分） 分别为最大、最小计算直径（毫米）应当指出，通用机床的 并不是机床上也许加工的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径。对于通用机床，一般取： =k*D 公式中： D也许加工的最大直径（毫米） K 系数、根据对现有同类型机床使用情况的调查拟定。（普通车床k=0.5） 计算直径范围（=0.200.25）查表vmax=250、dmin=40;vmin=15、dmax=125通过参考同类型机床的极限转速最终拟定： =2023 转/分用上述方法求得的主轴极限转速有时由于典型工序选择不妥或者原始数据有偏差，也许与实际需要相差较远。因此还应到生产现场调查研究探讨合理的主轴转速，也可以对用户进行调查访问，记录同类型的机床的主轴极限转速，进行分析比较后加以拟定。 所以本次设计的主轴转速范围为402023 转/分3 主运动电动机功率的拟定电动机功率是计算机床零件和决定结构尺寸的重要依据。电动机功率取得太大，则机床零件、部件的尺寸也会随之不必要的增大，不仅浪费材料，并且是电动机经常处在低负荷情况下工作，功率因数太小，假如电动机功率取得太小，则机床的技术性能达不到设计规定，且电动机将经常处在长负荷情况下工作，容易烧坏电机和电器元件方法。机床电动机的功率通常用计算法、实测法或调查研究现有机床的方法，加以确认。一般来说，现有的同类型的专用机床较少，调查研究的方法将受到限制，而通用机床的工序多变，计算和实测的条件也变化不定，因此调查研究现有机床的电动机功率有时则成为拟定电动机功率的重要方法。通过查阅部分机床电动机功率，选用交流异步电动机5.5KW 1440 r/min主传动功率的拟定：动力参数涉及电动机的功率，液压缸的牵动，液压马达的伺服电动机或异步电动机的额定转矩等。个传动的参数都是根据动力参数、设计计算的，假如动力参数过大，将使机床过于笨重，浪费材料和电力，假如定的太小，又将影响机床的性能，动参数可以通过调查、实验和计算的方法进行拟定。机床主运动的功率分为：切削功率、空转功率损失和复合机械摩擦损失三种。进行切削加工时，要消耗切削功率，它与刀具材料和所先用的切削用量的大小有关，假如是专用机床，则工作条件比较固定也就是道具与工件的材料和切削用量的变化范围较小，这时计算值也就较接近实际情况。若是普通机床，则道具与工件的材料和切削用量的变化都相称大，通常可根据机床检查时所规定的重负荷切削条件拟定。机床主运动空载时要消耗电动机的部分功率，这部分被称为空在功率损失，用表达，机床的空转功率损失只随主轴和其他各轴转速度的变化而改变，引起空转损失的重要因素是各传动件在空转时候的摩擦，由于加工和装配误差而加大的摩擦以及搅油，空气阻力和其他载荷等中型传动链的空转功率损失可以用以下的实验公式进行计算：=（3.5）公式中：主运动链中除主轴外，所有传动轴轴颈的平均直径，假如主运动链的结构尺寸尚未拟定则初步可按电动机功率P选取：当 1.5P2.8 KW 时： =30 mm2.5P7.5 KW 时： =35 mm7.5P14 KW 时： =40 mm主轴前后轴颈的平均值（mm）当主轴转速为时，传动链内除主轴处各传动轴的转速之和，如传动链内有不传递载荷但也随之做空转动的轴时，此轴的转速也应计入（r/min）主轴转速（r/min）润滑油粘度影响的修正系数，用N46号机械油时=1，用N32号机械油时=0.9；用M5号机械油时=0.75系数，主轴用两支承的滚动轴承或滑动轴承=0.85，三支承滚动轴承=10机床在切削时齿轮、轴承等零件上的正压力加大了，功率损耗加大了，比多余来的那部分功率损耗称为附加机械摩擦损失功率，切削功率越大，这部分损失也越大。综上所述主电动机功率（KW）为：=+=其中： 公式中： 为主运动链中各传动副的机械效率OB主运动所消耗电动机各项功率之间关系图图中表达主运动链在某一转速下所消耗的各项功率之间的关系，当开动机床尚未切削（=0）时就需要消耗部分功率（图中）随着的增长沿着上升到A点，这时机床满载=+=/公式中为主运动传动链的总功率。图中连线与水平轴夹角为的余切=ctg,当从0上升届时，是沿着OAB折线上升的，因此，反对满载时有效，当时，根据算出的电动机功率将小于实际值。在主传动链为拟定之前可以根据和总效率来拟定主传动链的电动机功率=0.650.80，即=5751，机构比较简朴和主轴转速较低时取值大，反之取值小。=0.75综上所述=+=7.5kw类别传动件平均机械效率齿轮传动直齿圆柱齿轮 磨齿未磨齿斜齿圆柱齿轮锥齿轮0.990.980.9850.97带传动平胶带 无压紧轮有压紧轮V带同步齿形带0.980.970.960.98某国产机床的运动参数如下表：机床类型主轴转速公比主电机功率(kw)升降台铣床X613230_15001.267.5第三章 传动方案设计第一节 机床传动选择机床传动系统中重要应用带传动、链传动、渐开线圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、涡轮蜗杆传动、丝杠螺母传动。其中带传动的优点是：（1）结构简朴制造容易成本低，特别合用中心距较大的两轴之间传动（2）胶带有弹性可缓和冲击和隔离振动传动平稳噪声小适宜于高速传动（3）在过载时能打滑起过载保护作用其缺陷是：（1）由于有滑动速比不能固定不变，不能用于速比规定准确的场合（2）产生摩擦力所需的张紧力较大，所以对轴和轴承的压力较大。（3）它是以胶带传递负荷的间接传动规定有较大的中心距，空间位置不及齿轮传动紧凑。链传动的优点是（1）传动装置的尺寸不大，但能传递的动力较大（2）可实现较大的传动比（3）它是一种无滑动的挠性传动，平均传动比不变（4）不怕油可用在难以防护而不便使用带传动的地方其重要缺陷是（1）瞬时传动比波动，与齿轮传动相比传动部够均匀。故一般不用于规定精确传动的传动链中。 （2）磨损后链条易拉长，出现松边过大的现象，在无张紧装置时，不宜于传动方向常变的传动中。齿轮传动在机床上用于传递扭矩和改变运动的速度与方向其优点是：能保证恒定的瞬时传动速比传递运动准确可靠，这对于齿轮和螺纹加工机床尤为重要。两轴间配以几对齿数不同的齿轮时可改变从动轴的转速也可以用互换齿轮变速。传递功率较高，可达98%以上，使用寿命长。传递效率和速度的范围较宽。结构紧凑，体积较小。其缺陷是高速时平稳性较差噪声较大对冲击比较敏感，不宜用在中心距较大的传动中，制造复杂成本较高。机床中的锥齿轮重要用于传递相交轴的运动，有时也运用锥齿轮组成差动机构，以进行同轴差动运动，并且锥齿轮的加工比较复杂。综合各类传动的优缺陷选用圆柱直齿轮传动作为主传动的传动形式。第二节变速形式的拟定主轴计算转速是主轴传递所有功率（此时电动机为满载）时的最低转速，小，此为恒功率工作范围，从这一转速起至主轴最高转速都能传递所有功率，而扭矩则随转速的增长而减低于主轴计算转速的各级转速所能传递的扭矩与计算转速下的扭矩相等，它是该机床的最大传动扭矩，而功率则随转速的减小而减小此为恒扭矩工作范围。N通用机床主传动功率和扭矩随转速变化情况图大多数普通机床采用分级变速进行转速分级，本次也采用串联分级变速箱的形式进行分级变速分级变速时的主轴转速数列。如机床的分级变速机构共有Z级，其中= = Z级转速分别为 、.、.假如加工某一工件所需要的有利的切削速度为v ，则相应的转速为n，通常分级变速机构不能恰好得到这个转速，而是n处在某两级转速nj与nj+1之间n+1假如采用较高的转速必将提高切削速度，刀具的耐用度将要减少，为了不减少刀具的耐用度，采用较低的转速nj为宜，这时转速的损失为n相对转速损失率为A=最大的相对损失率是当所需的转速n趋近于nj+1时也就是=1- 在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转速的损失就反映了生产率的损失，对于普通机床假如认为每个转速的使用的机会相等那么应使为一定值。 =1-=const或=const=最大相对转速损失率为：（）x100%=一般希望50% 即1-50% 11,外啮合为“+”号，内啮合为“-”号； Z小齿轮齿数； m齿宽系数， m=B/m=610，B为齿宽，m为模数； j许用接触应力（MPa）。查表2.3。表.许用接触应力j根据表2.3选择45钢（高频感应加热淬火），其接触应力，取，由公式来拟定各对齿轮的模数：（1）第一组齿轮组齿轮组： ； 取标准值（2）第二组齿轮组： ； ； 取标准值（3） 第三组齿轮组： ；取标准值 作图后模数太大，根据实际情况取：m3=4齿宽系数 齿宽中心距轴与轴中心距，轴与轴中心距，轴与轴中心距，第七节 齿轮强度的验算 验算齿轮传动的接触疲劳强度。根据齿轮传动规定，齿轮选用45钢，高频感应加热淬火，齿面硬度5257HRC ，小齿轮采用45钢淬火和回火齿面硬度4045HRC，。查安全系数，取=1.2吃面接触强度验算公式为： u大齿轮与小齿轮齿数之比，u1,外啮合为“+”号，内啮合为“-”号；b齿轮的齿宽a中心距 轴和轴传动时：= 安全轴与轴传动时： 安全轴与轴传动时： 安全同理轴与轴、轴与轴通过验算所有处在安全。各齿轮参数如下：齿轮齿数分度圆d=mz齿顶高h*m齿根高（h*+c*)mZ1226633.75Z1/5616833.75Z2267833.75Z2/5215633.75Z3309033.75Z3/4814433.75Z420703.54.375Z4/501753.54.375Z531108.53.54.375Z5/39136.53.54.375Z643150.53.54.375Z6/2794.53.54.375Z7197645Z7/7630445Z86325245Z8/3212845第四章 带传动设计 1.V带型号的选择 拟定计算功率 （k为工作参数）机床启动载荷轻，工作载荷稳定，而铣床工作载荷有轻微波动， 根据计算功率和小带轮转速查V带选型图得：该V带型号为B型。2.拟定带轮基准直径小带轮基准直径应大于或等于该型号带轮的最小基准直径以免带的弯曲应力过大导致其寿命减少。查表得： 3.验算带速一般V应在725m/s范围内。4.计算中心距和带长 取408带长:根据初定查找相近基准长度，取传动的实际中心距近似拟定为：4) 验算小带轮包角5.对于V带一般规定，至少应使6.拟定V带根数 查表得： 取整为了使每根V带受力均匀，带的根数大多通常7.计算初拉力 查表得： 第五章 主传动系统结构设计第一节 主传动系统的结构设计1.主传动系统的布局传动系统的布局形式取决于机床的用途，类型和尺寸等因素，通常，传动系统的所有变速机构和主轴组件装在同一个箱体内，传动系统的重要变速机构和主轴组件分别装在变速箱和主轴箱两个箱体内，中间用皮带轮，链条等方式传动，这种布局形式的优点是：结构紧凑，便于实现集中操纵，也便于调整与维修，此外箱体数目少，便于加工和装配，减少了制导致本，缺陷是：传动机构运转中的振动和发热会直接影响主轴工作精度。2.变速机构的类型大多数机床的主传动系统都需要进行变速，变速方式可以是有级的，也可以是无级的，目前应用较广的还是有级变速机构，常用的有级变速机构有：（1）互换齿轮变速机构：这种变速机构造简朴，机构紧凑，重要用于大批量身产中的自动或半自动机床，专用机床及组合机床等。（2）滑移齿轮变速机构目前广泛用于一般通用机床，其优点是：变速范围大，变速级数也较多，变速方便又节省时间；在较大的变速范围内可传递较大的功率和扭矩；不工作时，齿轮不啮合，因而空载功率损失小等，其缺陷：变速箱的结构较复杂，不能再运转中变速，为使滑移齿轮容易进入啮合，多用直齿圆柱齿轮传动，但传动平稳性不如斜齿轮。第二节齿轮的布置变速组中的滑移齿轮最佳布置在积极轴上，因其转速一般比被动轴的转速高，因此，可使滑移齿轮的尺寸小，重量轻，操纵省力，但由于具体机构规定，有时则须将滑移齿轮放在被动轴，为了变速操纵方便，还可以将两个相邻变速组的滑动齿轮放在同一根轴上。在一个变速组内，须注意当一对齿轮完全脱开啮合后，另一对齿轮才干开始进入啮合，为了变速就是说两个固定齿轮的间距，应大于滑移齿轮的宽度。滑移齿轮轴向布置（X=14）双联滑移齿轮轴向排列第三节 计算转速对于旋转运动的传动件，其额定扭矩公式：=974=974公式中：传动件的计算转速（转/分） N传动件所传递的功率（千瓦） n从主电动机到该传动件之间传动效率主轴的计算转速：=31.5*1.26=31.5*3.16=100 转/分传动轴的计算转速如下：轴序号电机 计算转速1450 800 315 125 100齿轮的计算转速：齿轮序号计算转速1450800790500790400790315315500315250315125125250400100 第四节 传动轴的设计 1.根据传动轴传动的功率大小，用扭转刚度公式进行初步的计算。 式中 d受扭部分的最小直径（mm），计算值应圆整为标准直径系列； K键槽系数，按表选取； A根据许用扭转角拟定的系数，按表2.1选取； d传动轴受扭部分的直径（mm）； P电动机额定功率 （kW）； 从电动机到所计算的轴的机械效率,见表2.2 被估算的传动轴的计算转速（）。表2.1 估算轴径时A和K值0.250.511.52A130110928377K无键单键双键花键轴内径11.041.051.071.10.93表2.2各传动机械效率的概略值类别传动件平均机械效率齿轮传动直齿圆柱齿轮，磨齿0.99带传动V带0.96滚动轴承滚子轴承0.99由于各传动轴属于一般传动轴，所以取，所相应的，电动机的额定功率。（1）轴轴径的估算由于轴上一花键，所以取且 由于轴段上是有键槽的，应把直径增大3% 查机械设计课程设计手册表6-1圆整到标准直径 （2）轴轴径的估算由于轴上一平键，所以取且 轴上单键直径增大3%圆整到标准直径为40（3）轴轴径的估算由于轴为花键轴，所以取且 轴上单键直径增大3%圆整到标准直径为45（4） 轴轴径的估算查金属切削机床设计表5-7轴为主轴，其前轴径的尺寸，根据电动机的额定功率，应在75110之间，取。则后轴径为：圆整后取2.轴的空间布置轴系布置的一般程序是先拟定主轴在变速箱中的位置，再拟定传动主轴的轴以及主轴上的齿轮油啮合关系的轴，第三步拟定电动机轴的位置，最后拟定其他各传动轴的位置。轴的位置轴上往往装有摩擦离合器等机构，这些部件的位置安排应便于装卸。摩擦离合器或摩擦式制动器需要考虑便于冷却与润滑，离主轴部件要远一些，以减少由于摩擦发热对主轴部件所引起的热变形。轴的轴端常装有皮带轮，而主轴尾端外伸，有也许装有自动卡盘的操作气缸或油缸，布置轴的位置时，须保证两者不会相碰，轴上带轮外缘不能高出箱体，以免影响外观。中间轴的布置主轴和轴位置即定中间各传动轴位置，即可按传动顺序进行安排，应考虑满足以下规定：装有离合器的轴，要便于装调，维修和润滑。装有制动装置的轴，要便于调装，维修，该轴应布置在靠近箱盖或箱壁处，同时还应考虑与起停装置互锁。装有润滑油泵的轴，要有足够的空间安装油泵。与相关部件有联系的轴应布置在主轴前下方靠近进给箱处。课程设计总结本次课程设计是我们即将面临毕业的最