普通机床主传动系统设计说明书.doc

机 床 主 传 动 设 计 说 明 书
普通车床主传动系统设计说明书

一、 设计题目：设计一台普通车床的主传动系统，设计参数：
序号
加工最大直径
主轴转速系列（r/min）
驱动电动机功率与同步转速
1
400mm
1000,710,500,355,250,180
,125,90
4.5kw,1500r/min
2
400mm
1000,500,355,250,180
,125,90,45
4kw,1500r/min
3
320mm
2000,1420,1000,710,500,360
,250,180,125,90,63,45
4kw,1500r/min
4
320mm
2000,1000,710,500,360,250
,180,125,90,63,45,22
3kw,1500r/min
5
320mm
2000,1260,1000,800,630,500
400,320,250,200,160,100
4kw,1500r/min
6
320mm
2000,1250,800,630,500,400,320
,250,200,160,100,63
3kw,1500r/min
(选择第三组参数作为设计数据)
二、运动设计
（1）传动方案设计（选择集中传动方案）
（2）转速调速范围
（3）根据《机械制造装备设计》公式（3-2）因为已知
∴ Z=+1 ∴===1.411
根据《机械制造装备设计》表3-5 标准公比。这里我们取标准公比系列=1.41，因为=1.41=1.06，根据《机械制造装备设计》表3-6标准数列。首先找到最小极限转速25，再每跳过5个数（1.26～1.06）取一个转速，即可得到公比为1.41的数列：45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400、2000。
（4）结构式采用：
1）确定系数

2）确定结构网和结构式：
确定基本组传动副数，一般取，在这里取
3）基型传动系统的结构式应为：
4）变型传动系统的结构式，应在原结构式的基础上，将元基本组基比指数加上而成，应为为0，故不发生改变。
根据“前多后少”，“前密后疏”的原则，取
5）验算原基本组变形后的变速范围

6）验算最末变速的组变速范围

根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下：

传动系的结构网
（5）绘制转速图：
1）分配总降速比

若每一个变速组最小降速比取则三个变速组为，则需增加定比传动副，故选用三角带传动来降低速比可以满足要求。
2）确定传动轴数
变速轴轴数=变速组数+定比变速副数+1=3+1+1=5。
如下图所示
3）绘制转速图

（6）确定变速组齿轮齿数
1）先计算基本组的齿轮的齿数
基本组的降速比分别为：， ，
故齿数最小的齿轮在降速比为之中，查表取最小齿轮数，， 找出可能采用的齿数和诸数值
=1 =……60、62……
=1.41 =……60、63……
=2 =……60、63……
在具体结构允许下，选用较小的 为宜，现确定=72，
确定各齿数副的齿数
u=2，找出=24， =-=72-24=48；
u=1.41，找出=30，=-=42；
u=1 ，找出=36，=36；
2）第一扩大组的齿数确定：
=1 =1/=1/2.82
故变速组中最小齿轮必在1/的齿轮副中，假设最小齿数为=22，=84，
同上，去=84，查得=22，=42；=62，=42。
3）第二扩大组的齿数确定
同上可得=30，=18，60，=72。
（7）传动系统图如下：

（8）带轮设计
1）确定计算功率:
,K为工作情况系数，可取工作8小时，取K=1.0

2）选择三角带的型号:
由和查表选择B型带
3）取，则，取
4）核算胶带速度V

5）初定中心矩
根据《机械设计》经验公式（11.20）

根据《机械设计》表（11.4）的

取.
6）计算胶带的长度
由《机械设计》公式（11.2）计算带轮的基准长度

由《机械设计》图11.4，圆整到标准的计算长度
7）核算胶带的弯曲次数

8）计算实际中心距

9）核算小带轮的包角

10）确定胶带的根数
由《机械设计》中的表11.8到11.12得
，
，取二根带。
11）大带轮结构如下图所示：

（12）计算带的张紧力作用在轴上的压轴力

-带的传动功率,KW；v-带速,m/s；
q-每米带的质量，kg/m；取q=0.17kg/m。v = 1450r/min = 9.49m/s。

三、动力设计
（1）传动件的计算转速
主轴的计算转速：，取主轴的计算转速为 125r/min。
各轴的计算转速如下：

轴序号
电
１
2
3
主
计算转速（r/min）
1450

1000
500
177
125
最小齿轮的计算转如下：

轴序号及最小齿轮齿数
1（24）
2(22)
3(18)
主(30)
计算转速（r/min）
1000
500
500
125
核算主轴转速误差
∵
∴
所以合适。
(2)计算各传动轴的输出功率

(3)计算各传动轴的扭矩
（n.mm）
（n.mm）
（n.mm）
（n.mm）
（4）轴径设计及键的选取（查《机械设计》公式16.9和表16.4得）
轴一：，，取带入公式：
有，,圆整取
选花键：
轴二：，，取带入公式：
有，,圆整取
选花键：
轴三：，，取带入公式：
有，,圆整取
选花键：

主轴：查及《机械制造装备设计》中表3-13选择主轴前端直径， 后端直径
取，则平均直径。
对于普通车床，主轴内孔直径,故本例之中，主轴内孔直径取 为
支承形式选择两支撑，初取主轴前端的悬伸量，支撑跨距 实际取取。

选择平键连接，
（5）计算齿轮模数
45号钢整体淬火，
按接触疲劳计算齿轮模数m,查表计算可得
1-2轴 取，，，，
由公式可得，m=2mm
2-3轴 取，，，，
由公式可得，m=2.5mm
3-主轴 取，，，，
由公式可得，m=3.0mm
（6）齿轮校核

表6.1齿轮尺寸表 （单位：mm）
齿轮

齿数
z
模数

分度圆直径d
齿顶圆直径
齿根圆直径
齿顶高

齿根高

⒈
24
2
48
52
43
2
2.5
⒉
30
2
60
64
55
2
2.5
⒊
36
2
72
76
67
2
2.5
⒋
48
2
96
100
91
2
2.5
⒌
42
2
84
88
79
2
2.5
⒍
36
2
72
76
67
2
2.5
⒎
22
2.5
55
60
48.75
2.5
3.125
⒏
42
2.5
105
110
98.75
2.5
3.125
⒐
42
2.5
105
110
98.75
2.5
3.125
⒑
62
2.5
155
160
148.75
2.5
3.125
⒒
18
3
54
60
46.5
3
3.75
⒓
60
3
180
186
172.5
3
3.75
⒔
72
3
216
222
208.5
3
3.75
⒕
30
3
90
96
82.5
3
3.75

（1）一轴到二轴的小齿轮从上表可知为齿数为24
查设计手册可得以下数据：

接触应力：
，

[为传递的额定功率（KW）]
将以上数据代入公式可得
弯曲应力：
，，

将以上数据代入公式可得（符合要求，合适）
（2）二轴到三轴的小齿轮从上表可知为齿数为22
查设计手册可得以下数据：

接触应力：
，

[为传递的额定功率（KW）]
将以上数据代入公式可得
弯曲应力：
，

将以上数据代入公式可得（符合要求，合适）

（3）三轴到主轴的小齿轮从上表可知为齿数为18
查设计手册可得以下数据：

接触应力：
，

[为传递的额定功率（KW）]
将以上数据代入公式可得
弯曲应力：
，

将以上数据代入公式可得（符合要求，合适）
（7）主轴校核
（a） 主轴的前端部挠度
（b） 主轴在前轴承处的倾角
（c） 在安装齿轮处的倾角

E取为，

，
由于小齿轮的传动力大，这里以小齿轮来进行计算

将其分解为垂直分力和水平分力
由公式
可得

主轴载荷图如下所示：

由上图可知如下数据：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm
1）计算（在垂直平面）
,,

，，

，，

2）计算（在水平面）
,,

，，

，，

3）合成：

（8）轴承的选取
1) 带轮：因于带轮不承受轴向力，故选用深沟球轴承，型号：210。
2) 一轴：一轴的前后端与箱体外壁配合，配合处传动轴的轴径是25mm，同时一轴也不会承受轴向力故也选用深沟球轴承，型号：205。
3) 二轴：二轴与一轴相似，但是由于工作过程之中传动可能右误差，二轴会承受轴向力，因此二轴与外壁配合处采用圆锥滚子轴承，型号：7206E。
4) 三轴：三轴与外壁配合处采用圆锥滚子轴承，型号：7207E。
5) 主轴：主轴是传动系统之中最为关键的部分，因此应该合理的选择轴承。
从主轴末端到前端依次选择轴承为圆锥滚子轴承，型号：7214E;推力球轴承，型号：38215；圆柱滚子轴承，型号：3182113

四．参考书籍：
【1】.机床设计手册（两册共四本） 机械工业出版社
【2】.机床设计图册 上海科学技术出版社
【3】.机械设计（第四版） 高等教育出版社
【4】.机械制造装备设计 机械工业出版社
【5】.机械制图 高等教育出版社
【6】.机床电力拖动与控制 西南交通大学出版社
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