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机械制造装备设计课程设计题目：机床主传动系的设计（万能卧式中型铣床主传动系）课程名称：机械制造装备设计专 业：机械设计制造及其自动化姓名： 李纪飞学号：20078003019题目：万能卧式中型铣床主轴的转速范围为301500rmin，异步电动机的转速1440rmin，设计主传动系，两班制，一天运转16小时，工作年数10年一、设计步骤1、选择电动机2、拟定传动方案3、确定各传动副的齿数4、绘制传动系统图5、传动零件的计算6、主要零件的设计计算7、绘制图二、选择电动机1、选择电动机a、确定传动级数Zb、确定电动机型号 根据功率和转速确定电动机型号2、拟定传动方案A、初选结构式B、绘制结构网C、检查是否超过限制 在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比。在主传动链任一传动组的最大变速范围 。D、绘制转速图 分配降速传动比；确定各级转速并绘制转速图三、确定各传动副的齿数）如果变速组内所有齿轮的模数相同并是标准齿轮，则该组传动副的齿数和Sz应相等。2）齿轮副的齿数和Sz100120。3）为保证齿轮传动的平稳性，主传动中最小齿轮齿数zmin1820。4）齿轮可套装在轴上的条件是齿根圆到到键槽顶面的距离a 2m，以满足齿轮强度。5) 实际转速n与标准转速n的相对转速误差；6）变速组内各齿轮副的齿数和不相等时，齿数差不能大于3。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：最大和次大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移时，齿轮外圆不相碰。四、绘制传动系统图根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可绘制出系统图。要求注明齿轮齿数 五、传动零件的计算带传动的计算：确定功率、直径、中心距、根数等。验算转速误差 传动轴的计算： 1）确定计算转速，按表3-10公式计算 2）确定传动轴的最小直径 按扭转刚度估算，弯曲刚度验算 齿轮模数的初步确定目 录第一篇传动图确定一 选择电动机绘制传动关系图 1.1选择电动机型号。1 1.2拟定传动方案。11.3传动系图结构网。61.4结构简图。7第二篇 传动零件设计二.齿轮传动设计2.1传动带、带轮设计。72.2a组传动副齿轮设计。102.3b组传动副齿轮设计。152.4c组传动副齿轮设计。19三、轴传动设计3.1轴1设计。223.2轴2设计。273.0轴3设计。31第三篇 零件设计图纸四、带轮设计图五、装配简图六 参考书目。 一.选择电动机绘制传动关系图1.电动机选择电动机型号YH2M4 额定功率4KW 电流8.8安转速1440r/min 效率84.5% cos=0.82机座带底脚 端盖上有凸缘 选机座号160M凸缘号FF300轴径42+0.018-0.0022.拟定传动方案变速范围Rn=nmax /nmin=50由Rn=Z-1取=1.41Z=12 即传动西最终有12级转速可以有以下几种传动方案：12=312326 12=322126 12=342122 12=31262312=322621 12=342221依据传动副前多后少的原则及传动顺序与扩大顺序一致的原则选传动方案：12=3123263.确定齿数1.3.1对于a组Ua1=1，ua2=1/1.41,ua3=1/2取其倒数Ua1=1，sz可以取40，42，44，46，48，50，52，54，56，58，60，62，64，66，68，70，72，74，76，78Ua2=1.41，sz 可以取41，46，48，51，53，55，58，60，63，65，68，70，74，76，78Ua3=2，sz 可以取42，45，46，48，51，53，55，58，60，63，65，68，70，72，75，77，79sz可以选60或72若选取sz=60Ua1=1 齿轮齿数可以30：30Ua2=1.41 齿轮齿数可以25：35Ua3=2 齿轮齿数可以20：401.3.2对于b组Ub1=1，Ub2=1/2.8取其倒数Ub1=1，Ub2=2.8Ub1=1，sz 可以取40，42，44，46，48，50，52，54，56，58，60，62，64，66，68，70，72，74，76，78，Ub2=2.8，sz 可以取61，65，68，69，72，73，76，77，齿数和可以选用68，72，76 选sz=72Ub1=1，齿轮齿数可以用36：36 Ub2=2.8，齿轮齿数可以用19：531.3.3对于c组Uc1=1/4，Uc2=1/2取其倒数Uc 1=4，Uc 2=2Uc1=4，sz 可以取80，81，84，85，86，90，91Uc2=2，sz 可以取81，84，86，87，89，90齿数和可以选用81，90选sz=90Uc1=1，齿轮齿数可以用18：72 Uc2=2.8，齿轮齿数可以用30：60结构网：电机 1440r/min r/min1400100071050035525018012590634531.530 20 25 36 19 60 30 40 35 18 36 53 30 72传动系统图二 传动零件的设计1. 传动带，带轮设计2.1.1传动带设计电动机额定公率 P=4KW计算功率Pca=KaP 由每天电机工作16小时 查表得Ka=1.6Pca=KaP=轴1转速为710r/min 传动比i=2.3 Pca=4.8kw n1=1440r/min可以选传动带类型为V带A型（机械设计图8-1）2.带论设计2.2.1小带轮设计 小带轮基准直径为90 mm（机械设计表8-8）为尽量发挥带传动的传动能力，应该使v接近20m/s,选带轮基准直径d1=100mm查表A型带轮d=103.2mm验算带速 v=6.79m/s30m/s 满足要求2.2.2大带轮直径d2=id1=209.31mm 查表得d2=205.5mm3确定中心距由公式0.7（d1+d2）=a0=2(d1+d2)初定中心距离a0=300mm带长ld0=2a0+（d1+d2）+/4a0=1097.4mm由机械设计表8-2可得基准长度ld0=1100mm计算中心距离实际中心距近似为a0= a0 +=301.3mm中心距变动范围amin =a-0.015ld=284.8mmamax=a+0.3ld=333mm验算包角（小带轮）a1=a1=1800-（d1-d2）=160.90带的根数计算Z=Pca/pr=3.67根 取Z=4根4.计算初拉力F0（min）=传动带的轴压力Fp=2ZF0sin()=1183.4N综上所述：传动带选v型A带 查表电动机带轮基准直径dd=105.5mm5.小带轮设计简图： 6.大带轮设计简图： 三齿轮的设计对于三个传动副，每个传动副里面都有多对齿轮传动。每对齿轮传递的扭矩都不同，齿数都不同。机床齿轮主要失效形式，齿轮折断。只需校核齿轮弯曲强度。同一齿轮组里面，若承受切向应力最大的齿轮满足强度条件，则同齿轮组里其他齿轮也一定满足。顾只需计算同一齿轮组里，承受切向应力最大的齿轮组。3.1.1对a组传动副齿数为20的齿轮承受切向应力最大。只需最20：40 齿轮组进行设计和校核即可。1齿轮精度等级、齿轮材料、齿轮类型、齿轮齿数 齿数已经确定分别为20：40 由机械设计表10-8知选7级精度材料 由机械设计表10-1小齿轮材料 为40Cr硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS硬度差为40HBS2按照齿面接触疲劳强度计算d1ta) 计算公式内个计算数值试选Kt=1.3确定a组传动副中传递的扭矩带传动效率为87%-92%取=90%T1=1由机械设计表10-6查得弹性影响系数ZE=189.8Mpa1/2由图10-21查得小齿轮疲劳极限Hlim1=600Mpa大齿轮疲劳极限Hlim1=550Mpa由计算式N1=60njLn计算应力循环次数N1=60njLn=607101（1636510）=2.448109次N2=N1/2=1.224109次取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90 KHN2=0.92计算接触疲劳需用应力取失效概率为1%，安全系数S=1H1=540MpaH2=506Mpa(2)计算计算小齿轮分度圆直径d=54.86mm计算圆周速度=2.04m/s齿宽b=d1t=54.86mm计算齿宽与齿高之比mt=2.73mmh=2.25mt=6.17mm =8.89计算载荷系数v=2.04m/s 7级精度 查表得 Kv=1.10 直齿轮 KHa= KFa=1 查表得KA=1用插值法查7级精度小齿轮对称分布时KHB=1.311由=8.89 KHB=1.311查表得 KFB=1.25K=KAKv KHa KHB=1.442用实际载荷系数校正分度圆直径d1=d1t=54.86=55.90mm计算模数m=2.80mm 取标准模数m=3d1=mZ1=60mmd2=mZ2=403=120mma=1/2(d1+d2)=90mm圆整并确定最终齿宽b=51.17mm圆整后b1=55mm b2=52mm（3）校核齿根弯曲疲劳强度确定弯曲强度载荷系数K= KAKv KFa KFB=11.1011.25=1.375查取齿形系数和应力校正系数YFa1=2.80 YSa1=1.55 YFa2=2.40 YSa2=1.68计算弯曲疲劳许用应力查得KFN1 =0.95 KFN2=0.98取安全系数SF=1.4=339.29Mpa=266Mpa按照对称循环应变应力确定许用弯曲应力=237.503Mpa=186.2Mpa校核弯曲强度=58.373Mpa=30.87Mpa满足弯曲强度齿轮组确定 m=3 b1=55mm d1=60mm b2=51mm d2=120mm中心距 a=90mm传动副中其他齿轮参数也相应确定30：30齿轮组 m=3 b=60mm d=90mm中心距a=90mm25:35齿轮组 m=3 b1=75mm d1=75mm b2=105mm d2=105mm3.1.2 b组传动副，同理只需计算19：53齿轮组对b组传动副，齿数为19的齿轮承受切向应力最大。只需最20：40 齿轮组进行设计和校核即可。1齿轮精度等级、齿轮材料、齿轮类型、齿轮齿数 齿数已经确定分别为19：53 由机械设计表10-8知选7级精度材料 由机械设计表10-1小齿轮材料 为40Cr硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS硬度差为40HBS2按照齿面接触疲劳强度计算d2t（1）计算公式内数值试选Kt=1.3确定a组传动副中传递的扭矩带传动效率为87%-92%取=90% 齿轮传动效率1=97%T2=1由机械设计表10-6查得弹性影响系数ZE=189.8Mpa1/2由图10-21查得小齿轮疲劳极限Hlim1=600Mpa大齿轮疲劳极限Hlim1=550Mpa由计算式N1=60njLn计算应力循环次数N1=60njLn=607101（1636510）=1.243109次N2=N1=0.446109次取接触疲劳寿命系数KHN1=0.88 KHN2=0.90计算接触疲劳需用应力取失效概率为1%，安全系数S=1H1=528MpaH2=495Mpa(2)计算计算小齿轮分度圆直径d=70.417mm1）计算圆周速度=1.31m/s齿宽b=d1t=70.417mm 计算齿宽与齿高之比mt=3.706mmh=2.25mt=8.34mm =8.44计算载荷系数v=1.31m/s 7级精度 查表得 Kv=1.05 直齿轮 KHa= KFa=1 查表得KA=1.25用插值法查7级精度小齿轮对称分布时KHB=1.424由=8.44 KHB=1.424查表得 KFB=1.6K=KAKv KHa KHB=1.495用实际载荷系数校正分度圆直径d1=d1t=70.417=73.775mm计算模数m=3.88mm 取标准模数m=4d1=mZ1=76mmd2=mZ2=453=212mma=1/2(d1+d2)=144mm圆整并确定最终齿宽b2=72.6mm圆整后b1=75mm b2=75mm（3）校核齿根弯曲疲劳强度确定弯曲强度载荷系数K= KAKv KFa KFB=1.251.0511.6=1.68查取齿形系数和应力校正系数YFa1=2.85 YSa1=1.54 YFa2=2.304 YSa2=1.709计算弯曲疲劳许用应力查得KFN1 =0.82 KFN2=0.86按照对称循环应变应力确定许用弯曲应力=196.80Mpa =193.5Mpa校核弯曲强度=69.66Mpa=25.7Mpa满足弯曲强度齿轮组确定 m=4 b1=75mm d1=76mm b2=75mm d2=212mm中心距 a=90mm传动副中其他齿轮参数也相应确定36：36齿轮组 m=4 b=76mm d=144mm中心距a=144mm3.1.3 c组传动副，同理只需计算18：72齿轮组对c组传动副，齿数为189的齿轮承受切向应力最大。只需最18：72 齿轮组进行设计和校核即可。1齿轮精度等级、齿轮材料、齿轮类型、齿轮齿数 齿数已经确定分别为18：72 由机械设计表10-8知选7级精度材料 由机械设计表10-1小齿轮材料 为40Cr硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS硬度差为40HBS2按照齿面接触疲劳强度计算d2t（1）计算公式内数值试选Kt=1.3确定a组传动副中传递的扭矩带传动效率为87%-92%取=90% 齿轮传动效率1=97%T3=1由机械设计表10-6查得弹性影响系数ZE=189.8Mpa1/2由图10-21查得小齿轮疲劳极限Hlim1=500Mpa大齿轮疲劳极限Hlim1=480Mpa由计算式N1=60njLn计算应力循环次数N1=60njLn=601251（1636510）=4.38108次N2=N1=1.095108次取接触疲劳寿命系数KHN1=0.94 KHN2=0.96计算接触疲劳需用应力取失效概率为1%，安全系数S=1H1=470MpaH2=460.8Mpa(2)计算计算小齿轮分度圆直径d1t=95.39mm1）计算圆周速度=0.63m/s齿宽b=d1t=95.39mm计算齿宽与齿高之比 =8计算载荷系数v=0.67m/s 7级精度 查表得 Kv=1.08 直齿轮 KHa= KFa=1 查表得KA=1.25用插值法查7级精度小齿轮对称分布时KHB=1.44由=8 KHB=1.424查表得 KFB=1.45K=KAKv KHa KHB=1.944用实际载荷系数校正分度圆直径d1=d1t=95.39=99.13mm计算模数m=5.5mm 取标准模数m=6d1=mZ1=108mmd2=mZ2=672=432mma=1/2(d1+d2)=270mm圆整并确定最终齿宽b=99.20mm圆整后b1=100mm b2=102mm（3）校核齿根弯曲疲劳强度确定弯曲强度载荷系数K= KAKv KFa KFB=1.251.0811.45=1.96查取齿形系数和应力校正系数YFa1=2.91 YSa1=1.53 YFa2=2.236 YSa2=1.754计算弯曲疲劳许用应力查得KFN1 =0.88 KFN2=0.9按照对称循环应变应力确定许用弯曲应力=314.3Mpa =307.14Mpa校核弯曲强度=60.5Mpa=53.27Mpa满足弯曲强度齿轮组确定 m=6 b1=102mm d1=108mm b2=100mm d2=432mm中心距 a=270mm传动副中其他齿轮参数也相应确定60：30齿轮组 m=6 b1=102mm d1=360mm b2=100mm d2=180mm中心距a=270mm3.2机床轴设计3.2.1对轴1的设计1.求轴1上传递的功率P1计算轴1的计算转速n1转矩T1查表得带传动的效率=89%92% 取=90%P1=P=490%=3.6KW由转速图得n1=710r/minT1=4.842104Nmm2.求作用于齿轮上的力已知小齿轮的分度圆直径d20=60mmFt=1614N Fr= Fttan= Ft=587.44N3.初步确定最小直径 、选择轴材料查机械设计课本表可得轴常用材料45钢。选择材料为45钢，调质。取A0=112 dmin=A0=112=19.24mm4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件得装配方案 （2）根据轴向定位的要求确定州的各段直径及长度为满足带轮安装1 2轴端需要一轴肩，故d12=30mm左端用挡圈定位取D=30mm带轮长度B=65mm为保证带轮与轴结合的紧密型1 2端应比带轮端些取L12=63mm（3）初步选择滚动轴承轴上只有径向力作用故选用深沟球轴承参照工作要求并根据d23=30mm及工作的径向载荷选深沟球轴承61806尺寸为d30377d45=35mm 而L45=7mm查表得定位轴肩d56=34mm 安装齿轮1处轴径d01=34mm安装齿轮2 、3轴径d02=34吗，d03=34mm（4）轴承端盖总的宽度为20mm，根据轴承端盖得装拆及便于对轴的添加润滑要求取L23=63mm L45=12mm（5）轴向零件得周向定位齿轮均采用平键连接。查表可得齿轮1得平键截面bh=108 mm 长l=56mm齿轮2的平键截面bh=108 mm 长l=50mm齿轮3平键截面bh=108mm长l=70mm（6）确定轴端圆角和倒角尺寸参考机械设计课本表3-2得轴端倒角为1.2450圆角R=1.25求轴上的载荷由轴的结构简图画出轴的计算简图如下：计算所得结果如下：载荷水平面竖直平面支反力FNH！=798N FNH2=815NFNV1=1105N FNV2=-509N弯矩MH=152706NmmMV=98282.8Nmm总弯矩M=181600 Nmm扭矩T=4.8422104 Nmm弯矩图和扭矩图如下：6按照弯扭合成应力校核轴强度进行校核是通常只计算承受的最大弯矩和最大扭距的截面扭转且盈利为脉动循环变应力取=0.6轴的计算应力ca= =46.79Mpas=1.5故可知安全 刚度计算查材料力学课本得挠度曲线方程= 查表得E=200Gpa Fr=587.44N I=13119448 4mm计算得 最大挠度max=0.06370.03m=0.09 轴最大截面转角=0.00020.0025可知刚度满足要求。3.2.2轴2的设计计算1.求轴2上传递的功率P2计算轴2的计算转速n2转矩T2查表得带传动的效率=89%92% 取=90% 取齿轮传动的效率=97%P2=P=490%97%=3.57KW由转速图得n2=355r/minT2=96038Nmm2.求作用于齿轮上的力已知小齿轮的分度圆直径d20=60mmFt=1600N Fr= Fttan= Ft=582.6N3.初步确定最小直径 、选择轴材料查机械设计课本表可得轴常用材料45钢。选择材料为45钢，调质。取A0=112 dmin=A0=112=24.174mm4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件得装配方案 根据轴上齿轮定位及相互配合要求各段长度确定如图。根据弯扭组合确定最小直径当三联滑移齿轮中40齿与20齿配合，两联滑移齿轮中19与53齿轮配合时。根据结构简图画出计算简图，画出弯矩图和扭矩图。求出危险截面的载荷如下：载荷水平面H垂直面支反力FNH！=836.76NFNH2=763.8NFNV1=304.5N FNV2=287.07N弯矩MH=157729.26NmmMV=57398.25Nmm总弯矩M=167848.34 Nmm扭矩T=96038 Nmmca= =29.93mm 取d=40mm刚度计算对于中间段轴由材料力学公式得挠度曲线方程及截面转角方程=- +得最大挠度max=-=0.008870.03m=0.12max=+=0.0160.025可知刚度满足要求（5）初步选择滚动轴承轴上只有径向力作用故选用深沟球轴承参照工作要求并根据d23=30mm及工作的径向载荷选深沟球轴承61806尺寸为d30377d45=35mm 而L45=7mm（4）轴承端盖总的宽度为20mm，根据轴承端盖得装拆及便于对轴的添加润滑要求取L23=63mm L45=12mm（5）轴向零件得周向定位齿轮均采用平键连接。查表可得三联滑移齿轮滑键截面bh=108 mm 长l=355mm两联滑移齿轮滑键截面bh=108 mm 长l=205mm（6）确定轴端圆角和倒角尺寸参考机械设计课本表3-2得轴端倒角为1.2450圆角R=1.23.2.3对轴3的设计3.2.2轴的设计计算1.求轴2上传递的功率P2计算轴2的计算转速n2转矩T2查表得带传动的效率=89%92% 取=90% 取齿轮传动的效率=97%P2=P2=490%97%97%=3.46KW由转速图得n2=125r/minT3=258750Nmm2.求作用于齿轮上的力已知小齿轮的分度圆直径d20=144mmFt=3593.75N Fr= Fttan= Ft=1308N3.初步确定最小直径 、选择轴材料查机械设计课本表可得轴常用材料45钢。选择材料为45钢，调质。取A0=112 dmin=A0=112=33.8mm4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件得装配方案根据3轴上齿轮与轴2轴四的配合关系设计各段轴长如下：根据弯扭组合确定最小直径根据右段计算得如下：载荷水平面H垂直面支反力FNH！=1796NFNH2=1796NFNV1=654N FNV2=654N弯矩MH=307116NmmMV=111834mm总弯矩M=326844Nmm扭矩T=258750 Nmmca= =29.93mm 取d=50mm刚度计算对于右段轴由材料力学公式得挠度曲线方程及截面转角方程= 得最大挠度max=0.0690.03m=0.18max=0.0003010.025可知刚度满足要求（5）初步选择滚动轴承轴上只有径向力作用故选用深沟球轴承参照工作要求并根据d23=40mm及工作的径向载荷选深沟球轴承61808尺寸为d40377d45=35mm 而L45=7mm（4）轴向零件得周向定位齿轮均采用平键连接。查表可得两联滑移齿轮滑键截面bh=108 mm 长l=314mm左侧齿数为19齿轮用平键连接bh=108 mm 长l=40mm左侧齿数为53齿轮用平键连接bh=108 mm 长l=70mm（6）确定轴端圆角和倒角尺寸参考机械设计课本表3-2得轴端倒角为1.2450圆角R=1.23.2.4对主轴设计1.求主轴轴上传递的功率P4计算轴4的计算转速n4转矩T4查表得带传动的效率=89%92% 取=90% 取齿轮传动的效率=97%P4=P3=490%97%2=3.35KW由转速图得n4=31.5r/minT4=9.96106Nmm2.求作用于齿轮上的力已知小齿轮的分度圆直径d20=180mmFt=110666N Fr= Fttan= Ft=40279N3.初步确定最小直径 、选择轴材料查机械设计课本表可得轴常用材料45钢。选择材料为45钢，调质。取A0=112 dmin=A0=112=53.06mm取轴径d=60mm4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件得装配方案 根据轴上齿轮定位及相互配合要求各段长度确定如图。根据结构简图画出计算简图，画出弯矩图和扭矩图。求出危险截面的载荷如下：载荷水平面H垂直面支反力FNH！=25196NFNH2=15082NFNV1=89236N FNV2=21430N弯矩MH=1688132NmmMV=5978812Nmm总弯矩M=6212566 Nmm扭矩T=906845 Nmmca= =65.2mm 取d=70mm刚度计算对于中间段轴由材料力学公式得挠度曲线方程及截面转角方程=- +得最大挠度max=-=0.008870.03m=0.12max=+=0.0160.025可知刚度满足要求（2）初步选择滚动轴承轴上只有径向力作用故选用深沟球轴承参照工作要求并根据d23=30mm及工作的径向载荷选深沟球轴承61812尺寸为d60377（5）轴向零件得周向定位齿轮均采用平键连接。齿数为30的齿轮平键截面积bh=108 mm 长l=100mm齿数为72的齿轮平键截面积bh=108 mm 长l=100mm（3）确定轴端圆角和倒角尺寸参考机械设计课本表3-2得轴端倒角为1.2450圆角R=1.2以上为铣床传动系的设计计算过程其中标准件为齿轮、平键、滑键、轴承。轴为自己设计。对于三联滑移齿轮可用标准齿轮加工后经焊接制成，由于时间及能力所限，对于焊接不再描述。参考文献机械制造装配设计 第2版 主编 冯辛安 机械工业出版社机械设计 第八版 主编 濮良贵 纪名刚 高等教育出版社材料力学 第四版 主编 刘鸿文 高等教育出版社机械零部件选用与设计 主编 杨黎明 杨志勤 国防工业出版社机械设计手册 第四版 主编成大先化学工业出版社机械标准图样AUTOCAD精确画法即技巧 主编 孙开元 李长娜 化学工业出版社40