设计一台加工直径最大范围是φ320的普通车床的主传动系统.doc

目 录

第一章 课程设计任务……………………………………….2

第二章 电机的选择及轴的传动比和变速转速图………….4

第三章 带传动设计………………………………………….7

第四章 齿轮传动设计…………….………………………...10

第五章 轴的设计……………….…………………………...16

第六章 密封与润滑…………………………………………23

第七章 课程设计小结………….…………………………...24

第八章 参考文献……………………………………………26

第一章 课程设计任务

设计题目：设计一台加工直径最大范围是φ320的普通车床的主传动系统。

主要技术参数：
1、转速范围：N=40~2000。
2、转速级数：Z=12。
3、电动机功率：P=4KW。
4、确定公比：1.41
被加工零件的材料：钢、铸铁。
刀具材料：高速钢、硬质合金。

设计要求:
1、运动设计：确定公比 ，拟定转速图、绘制传动系统图、计算齿轮齿数。
2、动力设计：确定各传动件的计算转速、对主要零件进行计算（初算和验算）。
3、绘制图纸：主轴箱展开图1张（A1）。
4、编制设计说明书。
5、以上资料全部装入资料袋中。

机床设计的目的和要求:
1、培养学生综合运用和巩固扩大已学过的知识，以提高理论联系实际的设计与计算能力。
2、培养学生收集、阅读、分析和运用资料的能力，以提高能够独立工作的综合素质能力。
3、使学生初步掌握机床设计的步骤与方法，以提高结构设计和编辑技术文件的能力。
4、使学生熟练掌握计算机辅助设计、主轴组件优化设计和主轴刚度的校核计算等，以提高运用现代设计方法的能力。
5、通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。

第二章、电机的选择及轴的传动比和变速转速图

2.1 电机的选择
选定电动机型号为Y112M-4。其主要性能：额定功率4KW，满载转速1440r/min。

电动机型号
额定功率/KW
电动机转速（r/min）
V带传动比
同步转速
满载转速
Y112M-4
4
1500
1440
2

2.2 确定各变速组传动副齿数
①传动组a:
，，
时：……57、60、63、66、69、72、75、78……
时：……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……
时：……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……
可取72,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为：24、30、36。
于是，，
可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为：48、42、36。
②传动组b:
，
时：……69、72、73、76、77、80、81、84、87……
时：……70、72、74、76、78、80、82、84、86……
可取 84，于是可得轴Ⅱ上两联齿轮的齿数分别为：22、42。
于是 ，，得轴Ⅲ上两齿轮的齿数分别为：62、42。
③传动组c:
,
时：……84、85、89、90、94、95……
时： ……72、75、78、81、84、87、89、90……
可取 90.
为降速传动，取轴Ⅲ齿轮齿数为18；
为升速传动，取轴Ⅳ齿轮齿数为30。
于是得,
得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为18，60；
得轴Ⅳ两齿轮齿数分别为72，30。

2.3 绘制变速系统图与转速图为：

第三章、带轮的设计

3.1 确定计算功率和选择V带型号
(1) 确定计算功率
由参考文献[1]《机械设计基础》（以下简称文献[1]）的表达式5-9得 =1.2。
由文献[1]中式（5-11）得 =P=1.2×3.84=4.61(KW)。
(2) 选择V带型号
由文献[1]的图5-10得：选用A型V带。

3.2 确定带轮基准直径并验算带速
(1) 确定带轮的基准直径
由文献[1]的图5-10得：推荐的小带轮的基准直径为80—100mm，并按文献[1]中表5-7，考虑带轮直径大对带的工作寿命有利，取=100，则 ==2×100=200(mm)。
(2) 验算带速
V==3.14×100×1440/(60×1000)=7.54(m/s)，
在5~25 m/s范围内，合适。

3.3 确定带长和中心距
(1) 初定中心距
根据文献[1]中公式（5-14）得
0.7(+)≤≤2(+)，
0.7(100+200)≤≤2(100+200)，
得 210≤≤600，取=500mm。
(2) 确定V带的基准长度
由文献[1]中公式（5-15）得
=2+(+)+(+)
=2×500+1.57×(100+200)+ (200-100)/(4×500)
=1476(mm)
根据文献[1]的表5-6取=1400。
(3) 计算实际中心距
根据文献[1]中公式（5-16）得
a≈+(-)/2=500+(1400-1476)/2=462 (mm)，

(4) 验算小带轮包角
由文献[1]中式（5-17）得
α=180-×57.3=180-（200-100)/462×57.3=167.6>120，合适

3.4 确定V带的根数
由文献[1]中表5-6查取=1.32KW,△=0.17KW；从文献[1]中表5-7查取=0.96，表5-8查取=0.96；由文献[1]中式（5-12）得
Z=/(+△)=4.61/((1.32+0.17) x0.96x0.96=3.36，
由文献[1]中表5-2，取Z=4。

3.5 计算V带的预拉力和轴向拉力
(1) 由文献[1]表5-1查得q=0.1kg/m，由式（5-18）得
=500(-1) +qV
=500×(2.5/0.96-1) ×4.61/(4×7.54)+0.1×7.54=128.71(N)。
(2) 计算V带作用在轴上的压力
由文献[1]中式（5-19）得
=2Z =2×4×120.71sin(167.6/2)=960.03(N)。

第四章、齿轮传动设计
4.1 选择齿轮材料及精度等级
(1) 根据文献[1]中表6-10，考虑到变速箱传递功率不大，所以采用软齿面。小齿轮选用45号钢，调质处理，齿面硬度为229~286HBS，取=260HBS；大齿轮选用45号钢，正火处理，齿面硬度169~217HBS，取=210HBS。
(2) 根据文献[1]中表6-11及表6-12选取8级精度。齿面粗糙度
≤1.6~3.2µm。
（3）小齿轮轴的功率P1=3.76KW、转速n1=900r/min
4.2 按齿面接触疲劳强度计算设计
由文献[1]中式（6-45）得 76.57×
参数选择说明如下：
(1) 传动比 U==1
(2) 转矩取
=9550×10×/=9550×10×3.76/900=39897.8(N·mm)
(3) 载荷系数K由文献[1]中P135取 K=1.5
(4) 由文献[1]中表6-10齿宽系数取 =0.8
(5) 许用接触应力 []=
① 由文献[1]中图6-33查得
=650(N/mm)，=560(N/mm)。
② 计算应力循环次数N，确定接触疲劳的寿命系数
=60jLh=60×900×1×(16×300×8)=2.07×10，
==2.07×10/2=1.04×10。
由文献[1]中图6-34查得接触疲劳的寿命系数
=1，=1.08。
③ 通用齿轮和一般工业齿轮，按一般可靠度要求选取取安全系数=1。
④ 许用接触应力
=650×1/1=650(N/mm)，
=560×1/1=560(N/mm)，取较小值。
⑤ 计算分度圆直径
76.57×=59.8(mm)。

4.3 模数m
m=/=59.8/24=2.49(mm)
根据文献[1]中表6-1取m=2.5(mm)，则
=m=2,5×24=60(mm)，=m=2.5×48=120(mm)，
=m=2.5×36=90(mm)，=m=2.5×36=90(mm)，
=m=2.5×30=75(mm)，=m=2.5×42=105(mm)，
=m=2.5×42=105(mm)，=m=2.5×42=105(mm)，
=m=2.5×22=55(mm)，=m=2.5×62=155(mm)，
=m=2.5×60=150(mm)，=m=2.5×30=75(mm)，
=m=2.5×18=45(mm)，=m=2.5×72=180(mm)。

4.4 计算齿轮传动的中心矩A
=m(+)/2=2.5×(24+48)/2=90(mm)，
=m (+)/2=2.5×(42+42)/2=105(mm)，
=m(+)/2=2.5×(30+60)/2=112.5(mm)。

4.5 计算齿轮的圆周速度v
v==3.14×60×900/(60×1000)=2.83(m/s)<5m/s，合适。
齿轮的宽度统一选30
4.6 校核齿根弯曲疲劳强度
(1) 由文献[1]中式（6-49）得
=[]。
(2) 齿形系数和应力修正系数
根据齿数=24，=48，由文献[1]中表6-9得
=2.65，=1.58，=2.32, =1.7。
(3) 许用弯曲应力由文献[1]中式（6-53）得
=/=220/1.3=169.23(N/mm)，
=/=210/1.3=161.54(N/mm)。
参数选择说明：
① 由文献[1]中图6-35查得：=220(N/mm)。
② 由文献[1]中图6-35查得：=210(N/mm)。
③ 由文献[1]中图6-36，可靠度选取安全系数=1.6。

(4) 齿根弯曲疲劳强度
=2×1.6×39897.8×2.65×1.58(35×2.5×24)
=101.82(N/mm)<=384.6(N/mm)，
=×2.32×1.7/(2.651.58)
=95.91(N/mm)<=346.2(N/mm)，
故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。

第五章轴的设计

5.1确定各轴最小直径
[1]Ⅰ轴的直径：

[2]Ⅱ轴的直径：

[3]Ⅲ轴的直径：

[4]主轴的直径：

5.2轴的校核
Ⅰ轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对Ⅰ轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核

。
Ⅱ轴、Ⅲ轴的校核同上。
5.3选择轴颈直径,轴承型号和最佳跨距
前轴颈应为75-100mm,初选=100mm,后轴颈取,前轴承为NN3020K,后轴承为NN3016K,根据结构,定悬伸长度
5.4求轴承刚度
考虑机械效率
主轴最大输出转距
床身上最大加工直径约为最大回转直径的60%,取50%即200,故半径为0.1.
切削力
背向力
故总的作用力
次力作用于顶在顶尖间的工件上主轴尾架各承受一半,
故主轴轴端受力为
5.5 各传动轴支承处轴承的选择
主轴 前支承：NN3020K;中支承：N219E;后支承：NN3016K
Ⅰ轴 前支承：30207;后支承：30207
Ⅱ轴 前支承：30207;中支承：NN3009;后支承：30207
Ⅲ轴 前支承：30208;后支承：30208

第六章 润滑与密封

1、轴承的润滑
采用飞溅润滑在箱座凸缘面上开设导油沟，并设挡油盘，以防止轴承旁齿轮啮合时，所挤出的热油溅入轴承内部，增加轴承的阻力。
2、润滑油的选择
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备选用L-AN15润滑油。
3、密封方式选取
选用凸缘式端盖，易于调整轴承间隙，采用端盖安装毡圈油封实现密封。
轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承外径决定。

第七章 课程设计小结

7.1 设计的优点
主轴箱采用分离式传动方式，其特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接给或少传给主轴，从而减少对主轴的振动和热变形，有利于提高机床的工作精度。在分离传动式的主轴箱中采用的背轮机构，齿轮传动的作用是：当主轴作高速运转时，运动由传动带经齿轮离合器直接传动，主轴传动链接短，使主轴在高速动转时比较平稳，空载损失小；当主轴需作低速动转时，运动则由带轮经背轮机构的两对降速齿轮传动，显著降低转速，达到扩大变速范围的目的。

7.2 传动副前多后少原则
主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近电动机的传动转速较高，传递的转矩较小，尺寸小一些；反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸就较大。因此在拟定主变速转动系时，应尽可能将传动较多的变速安排在前面，传动副数少的变速组放在后面，即Pa>Pb>Pc...>Pj,合主变速传动系传动件在高速范围内工作，尺寸小一些，以便节省变速箱的造价，减小变速箱的外形尺寸。

7.3 设计体会
通过这次课程设计，在急促的时间内提高自我能力的基础上，我对自己所学的课程以及自己将来从事的职业有了更深刻的了解，也对我们这个课程设计的意义有了更多的认识，我相信这个经历都会对我们以后的工作或是生活中产生积极的影响。

第八章 参考文献

[1]《机械设计基础》第二版、主编：邓昭铭、张莹（高等教育出版社）
[2]《机械设计基础课程设计指导》主编：林远艳、唐汉坤（华南理工大学出版社，2008）
[3]《机械零件手册》主编：周开勤（高等教育出版社，2001）
[4]《金属切削机床课程设计指导书》主编：梁玮、王斌武（桂林航天工业学院）
[5]《机械制造装备设计》第二版主编：李庆余、孟广耀（机械工业出版社）