机械制造装备专业课程设计范文.doc

１绪 论 1
2主传动运动设计 2
2.1 转速图拟定 2
2.2 齿轮齿数拟定 4
2.3 绘制传动系统图 5
2.4主轴及各传动轴计算转速拟定 6
2.5估算各传动轴轴径 6
2.6 齿轮模数估算 8
3 皮带轮设计 10
3.1 设计计算 10
4.核算主轴转速误差 13
5.机床零件验算 14
5.1 传动轴验算 14
5.2　齿轮验算 17
6.结束语 20
参照书目 21

１绪 论
金属切削机床是用刀具或磨具对金属工件进行切削加工机器。在普通机械制造工厂中，机床约占机器设备总台数50—70%，它所肩负工作量约占总劳动量一半。
当代化工业生产重要体当前生产总量提高与先进技术指标两方面，而这些则取决于机械制造工业提供装备技术水平、机床工业是及其制造业重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防等当代化提供技术装备任务，在整个国民经济中占有重要地位。一种国家机床工业技术水平。机床拥有量和当代化限度是这个国家工业生产能力核技术水平重要标志之一。
国内机床工业从无到有，从小到大，从修配到制造，从纺织到自行设计，从沿海到内地，从通用机床到专用机床，从单机到配套，不断发展壮大。当前，国内机床工业体系已经基本形成，并设计和制造了某些具备先进水平机床，逐渐掌握了精密、高效、简短、重型等机床品种。许多工厂已试制和生产了数控车床、数控铣床、数控镗床以及加工中心。机关技术、静压技术、数显装置、电子计算机等也成功地用到机床上。
虽然国内机床工业获得了巨大成就，但还不能满足国防建设和工业告诉发展需要，特别是在质量和品种方面，在重型机床和高效机床方面，在基本理论和实验研究方面，与世界先进水平相比还存在一定差距。

2主传动运动设计

2.1 转速图拟定

分析和设计主传动系统须应用一种特殊线图，称为转速图。
　　转速图可以清晰表达出：传动轴数目，主轴及各传动轴转速级数、转速值及其传动路线，变速组个数、传动顺序及扩大顺序，各变速组传动副数及其传动比数值，变速规律等
　　一方面依照最高转速和最低转速拟定变速范畴，选取适当公比后再拟定转速级数，绘制转速图：
已知机床转速范畴在15r/min~5069r/min，电动机最高转速为4700r/min，额定转速为1500 r/min，电动机额定功率P=15kW，拟定主轴箱构造．
（1）拟定主轴变速范畴

（2）拟定主轴计算转速

由于数控机床主轴变速范畴大，计算转速应比计算值高些，因此取计算转速nj=。
（3）拟定主轴恒功率变速范畴

（4）拟定电动机所可以提供恒功率变速范畴

由于RnN>>RdN，电动机直接驱动主轴不能满足恒功率变速规定，因而需要串联一种无级变速箱，以满足主轴恒功率调速范畴。
变速箱恒功率调速范畴：
（5）拟定转速级数
令，则

对于数控车床，为了加工端面时满足恒线速度切削规定，应使转速有某些重复，故取。
回求

（6） 验算变速组变速范畴与否超过极限值：
满足规定

(7)拟定转速图和功率特性图如图2.1所示

图2.1 转速图和主轴功率特性图

在设计主传动系统构造时，需要全面考虑，特别要注意构造尺寸和传动性能影响，以便拟定出更加完善合理转速图方案。
2.2 齿轮齿数拟定
⑴ 拟定齿轮齿数应注意问题：
① 齿轮齿数和不应过大，以免加大两轴之间中心距，使机床机构庞大；同步，增长齿数和，还会提高齿轮线速度而加大噪音。普通推荐齿数和。
②齿轮齿数和不应过小，应考虑：a.最小齿轮不产生根切现象，对于原则直齿圆柱齿轮，普通取最小齿数。b.受构造限制各齿轮（特别是最小齿轮），应能可靠地装到轴上或进行套装；齿轮齿槽到孔壁或键槽厚度 (为模数），以保证有足够强度，避免浮现变形或断裂现象。c.两轴间最小中心距应获得适当。若齿数和太小，则中心距过小，将导致两轴上轴承及其她构造之间距离过近或相碰。
③拟定齿轮齿数时，应符合转速图上传动比规定。实际传动比（齿轮齿数之比）与理论传动比（转速图上给定传动比）之间容许有误差但不应过大。由于拟定齿轮齿数所导致主轴转速相对误差，普通于不容许超过。即。
式中 ——主轴实际转速；
　　——主轴原则转速；
　　 ——公比。
⑵ 拟定齿轮齿数（变速组内齿轮模数相似时齿轮齿数定）：
拟定齿轮齿数时，一方面必要拟定出各变速组内齿轮副模数，以便依照构造尺寸判断其最小齿轮齿数或齿数和与否适当。在同一变速组内齿轮可取相似模数，也可取不同模数。
依照转速图拟定传动比可初步拟定各轴齿轮如下：
（1）Ⅰ轴与Ⅱ轴中间齿轮齿数
取
依照上式求得
且，因此满足规定。
（2）Ⅱ轴与Ⅲ轴之间齿轮齿数
取
依照上式求得
且，因此满足规定。
（3）Ⅲ轴与Ⅳ轴之间齿轮齿数
取 25
依照上式求得 80
且，因此满足规定。
（4）Ⅳ轴与Ⅴ轴之间齿轮齿数
取
依照式求得 66
且，因此满足规定。

联立上面两式求得：，。
2.3 绘制传动系统图
依照上述求出齿轮齿数绘制传动系统图如下：
2.4主轴及各传动轴计算转速拟定
(1) 主轴计算转速拟定：
依照转速图得中型车床主轴计算转速。
(2) 各轴计算转速拟定
主轴计算转速拟定后，就可以从转速图上得出各传动轴计算转速，对于上述转速图可得各传动轴计算转速如下：
Ⅰ轴计算转速：
Ⅱ轴计算转速：
Ⅲ轴计算转速：
Ⅳ轴计算转速：
2.5估算各传动轴轴径
依照传动轴传动功率大小，用扭转刚度公式进行初步计算。

式中 d——受扭某些最小直径（mm），计算值应圆整为原则直径系列；
K——键槽系数，按表选用；
A——依照许用扭转角拟定系数，按表2.1选用；
d——传动轴受扭某些直径（mm）；
P——电动机额定功率 （kW）；
η——从电动机到所计算轴机械效率，见表2
——被估算传动轴计算转速（）。
表2.1 估算轴径时A和K值
[]
0.25
0.5
1
1.5
2
A
130
110
92
83
77
K
无键
单键
双键
花键
轴内径
1
1.04~1.05
1.07~1.1
0.93
表2.2各传动机械效率概略值
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
由于各传动轴属于普通传动轴，因此取[]，所相应，电动机额定功率。
（1）Ⅰ轴轴径估算
由于Ⅰ轴为花键轴，因此取

且

圆整后取
（2）Ⅱ轴轴径估算
由于Ⅱ轴为花键轴，因此取

且

圆整后取
（3）Ⅲ轴轴径估算
由于Ⅲ轴为花键轴，因此取

且

圆整后取
（4） Ⅳ轴轴径估算
由于Ⅳ轴为花键轴，因此取

圆整后取
（5）Ⅴ轴轴径估算
Ⅴ轴为主轴，其前轴径尺寸，依照电动机额定功率，应在100～160之间，取。则后轴径为：

圆整后取

2.6 齿轮模数估算
初步计算齿轮模数时，按简化接触疲劳强度公式进行。普通同一变速组中齿轮取同一模数，选取负荷最重小齿轮进行计算。从等强度观点出发，可减小其他齿轮宽度，使齿轮基本上处在在相近接触应力或弯曲应力状态下工作。这样一来，还可以缩短该传动组轴向尺寸。模数估算公式如下：

式中 mj——按接触疲劳强度估算齿轮模数（mm），应圆整为原则值；
P——电动机额定功率（kW）；
　　　 nj——被估算齿轮计算转速（r/min）；
　　　 u——大齿轮与小齿轮齿数之比，u>1,外啮合为“+”号，内啮合为“-”号；
　　　 Z——小齿轮齿数；
φm——齿宽系数， φm=B/m=6～10，B为齿宽m为模数；
　　　 [σj]——许用接触应力（MPa），依照材料查表得。
依照表选取钢（整体淬火）或20CrMnTi（S-C59），其接触应力分别为、，取，由公式来拟定各对齿轮模数：
（1）第一对齿轮：
；；；

取原则值 中心距
（2）第二对齿轮：
； ；；

取原则值 中心距
（3） 第三对齿轮：20CrMnTi
；；；

取原则值 中心距
（4）第四对齿轮：20CrMnTi
； ；；

取原则值 中心距
（5）第五对齿轮：20CrMnTi
； ；；

取原则值 中心距

3 皮带轮设计
带传动是由带和带轮构成传递运动和动力传动。依照工作原理可分为两类：摩擦带传动和啮合带传动。摩擦带传动是机床重要传动方式之一，常用有平带传动和V带传动；啮合传动只有同步带一种。
普通V带传动是常用带传动形式，其构造为：承载层为绳芯或胶帘布，楔角为40°、相对高度进似为0.7、梯形截面环行带。其特点为：当量摩擦系数大，工作面与轮槽粘附着好，容许包角小、传动比大、预紧力小。绳芯构造带体较柔软，曲挠疲劳性好。其应用于：带速V＜25～30m/s;传动功率P＜700kW;传动比i≤10轴间距小传动。

3.1 设计计算
普通V带传动设计计算见表。设计普通V带传动原始数据为：传递功率P(KW）；小、大带轮转速n1、n2(r/min)；传动对外廓尺寸规定；传动工作条件。已知、。
普通V带计算：
(1)设计功率拟定：
查得工况系数

(2) 选定带型：
依照和
拟定为B型。
(3)传动比：
依照转速图知,传动比为
(4)拟定小带轮基准直径：
参照表取
(5)拟定大带轮直径：

取原则值
(6) 验算带速：

由于在之间，因此经济耐用。
(7)初定带轮轴中心距：
得：
即：

初取
(8)拟定带基准长度：

选用基准长度
(9)计算实际轴间距：

圆整取。
安装时所需最小轴间距：

张紧或补偿伸长所需最大轴间距：

(10)验算小带轮包角：

因此小带轮包角适当。
(11)单根V带基本额定功率：
依照和查得B型V带基本额定功率。
(12)单根V带额定功率增量：
考虑到传动比影响，额定功率增量由表查得：

(13)计算带根数：

考虑到带数过多，更换带型为C型。重新求得，，，，，，
C型V带基本额定功率，额定功率增量；

取 根。
(14)单根V带预紧力：

新带取计算值1.5倍。
(15)作用在轴上力：

(16)带轮构造和尺寸：
由表可查得
， ，

4.核算主轴转速误差

因此适当。

5.机床零件验算
5.1 传动轴验算
对IV轴进行验算
1. 传动件受力分析
由知当轴传递功率一定期，随着分度圆d减小Ft增大，因此验算当小齿轮啮合时轴挠度和偏转角。
依照理论力学，IV轴受力分析如图5-1所示：

图5－1 受力分析

2.计算轴当量直径

式中　l——支点间距离，mm；
　　　　 li，di ——轴上第段长度和直径，mm；
c ——外伸端长度，mm。
3． 计算挠度

∵
∴
由公式得

由公式得

简化IV轴为简支梁如图5-2所示：

图5－2 等效简支梁

（1） 简支梁图如图5-2所示：
由图可知，a=163mm，b=50.5mm，l=213.5mm

∵轴许用挠度
而 ，因此轴挠度合格。
4．计算偏转角

由于装向心球轴承处偏转角许用值
而
因此A处偏转角合格。

由于装向心球轴承处偏转角许用值
而

因此C处偏转角合格。

5.2　齿轮验算

　　验算变速箱中齿轮强度，应选取相似模数承受载荷最大齿数最小齿轮，进行接触应力和弯曲应力验算。普通对高速传动齿轮验算齿面接触应力，对低速传动齿轮验算齿根弯曲应力。对硬齿面、软齿芯渗碳淬火齿轮，一定要验算齿根弯曲应力。
接触应力验算公式为

弯曲应力验算公式为：

　 　　　　　　　　　　　　 （MPa）
式中 P——齿轮传递功率（kW）；Ｐ＝Pd×η，
　　　 Pd——电动机额定功率（kW）；
　　 η——从电动机到所计算齿轮机械效率；
　　　　 nj——齿轮计算转速；
　　　　 m——初算齿轮模数；
　　 　　 b——齿宽(mm);
　　 　　 Z——小齿轮齿数;
　　　 　 U——大齿轮与小齿轮齿数之比，u≥1，“+”号用于外啮合，“-”号用于内啮合；
KS ——寿命系数；KS=KTKnKPKa
KT ——工作期限系数：
T ——齿轮在机床工作期限（TS）内总工作时间（ h ），对于中型机床齿轮取TS =15000～0h，同一变速组内齿轮总工作时间可近似地以为 T=TS/p ，p为变速组传动副数；
n1 ——齿轮最低转速(r/min)；
C0——基准循环次数，查表4-5；
m——疲劳曲线指数，查表4-5；
Kn——速度转化系数，查表4-6；
Kp——功率运用系数，查表4-7；
Ka——材料强化系数，查表4-8；
KS 极限值KSmax，KSmin见表4-9，当KS ≥ KSmax时，则取KS= KSmax；
当 KS ≤ KSmin 时，取KS = KSmin ；
KA ——工作状况系数，中档冲击主运动，取KA=1.2～1.6；
KV——动载荷系数，查表4-10；
——齿向载荷分布系数，查表4-11；
Y——原则齿轮齿形系数，查表4-12；
[σH ] ——许用接触应力（MPa），查表4-13；
[σF ] ——许用弯曲应力（MPa），查表 4-13。
如果验算成果和不合格时，可以变化初算时选定材料或热解决办法，如仍不满足时，就得采用调节齿宽或重新选取齿数及模数等办法。
例： 验算IV轴上Z=69，m=4mm齿轮
（1）齿轮接触应力计算
由公式 校核齿轮接触应力。
其中：，，，，，

由公式 来拟定
由表查得 ，
而
由转速图知

由表得 ，由表得，由表得

由表拟定，由表得 ，由表得 ，由表得 ，最后取 则：

因此，齿轮接触应力满足规定。
（2）齿轮弯曲应力验算
由公式 进和计算
其中：，，
由表可求得

由表可知，由表可知，由表可知

取 则：

因此，弯曲应力满足规定。

6.结束语

一方面，感谢张晓教师在这为期两个星期课程设计中对我辛勤指引，没有张晓教师指引，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。

参照书目
 《机械制造装备设计》，第3版，关慧贞、冯辛安主编，机械工业出版社出版，.01 
《机械设计》，第八版， 濮良贵主编，高等教诲出版社出版，.05
《机械原理》，第七版，孙恒主编，高等教诲出版社出版，.05
《机械制造装备设计 课程设计指引书》，许立福 张志军 宇宏 张晓主编 .11