1、机械制造装备设计课程设计安徽航空航天大学机械制造装备设计课程设计姓名：_班级：学号：指导老师：_、刖.言二、 运动设计1.确定各运动参数 42.确定结构式 53.确定转速图 64.确定齿轮齿数 85.带传动的设计（V型） 96.计算转速 117.验算主轴的转速误差 n 118.传动系统图的绘制 12三、 动力设计1.电机的选择 132.各轴的传递功率 133.确定各齿轮的模数 144.确定各轴直径 19四、 结构设计1.设计主轴组件 202.主轴的验算 20五、 结束语 2223六、参考文献机械制造装备设计课程设计任务书设计题目：C6135型普通车床主运动传动系统设计专 业： 班 级： 学 号
2、： 姓 名： 指导教师： 教研室主任： 一、前言1.设计目的机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及专业课的基础上，结合机床主传动部 件（主轴变速箱）设计计算进行集合训练。（1） .掌握机床主传动部件设计过程和方法，包括参数拟定，传动设计，零件计算， 结构设计等，培养结构分析和设计的能力。（2） .综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力。（3） .训练和提高设计的基本技能。如计算，制图，应用设计资料，标准和规范，编 写技术文件等。2.完成的内容机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及有关专业课的基础上，结合机床传动部 件（主轴变速箱）设计进行的综合训练最大工件回转直径是350
3、 mm普通车床主轴变速箱设计一、运动设计1确定各运动参数2确定结构式3绘制转速图4确定齿轮齿数5绘制传动系统图（转速图与传动系统图绘在同一张图纸）二、 动力设计1.确定主电动机功率2.确定各轴的直径3.确定各齿轮的模数三、 结构设计1.设计主轴组件2.主轴组件的验算3.绘制主轴组件装配图（1号图纸）四、 编写设计说明书（不少于20页）五、 答辩。二、运动设计1.确定各运动参数（1）确定极限切削速度Vmax和Vmin。根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要求考虑：工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。查机床设计指导 有，允许的切削速度参考值如下:加工条件Vmax (m/min)Vmin (
4、m/min)硬质合金刀具粗加工铸铁工件30-50硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150-300螺纹（丝杆等）加工和铰孔3-8取 Vmax =200 m/min , Vmin =5 m/min。（2）确定主轴的转速、公比及变速范围11000Vmaxn max）主轴的最大极限转速dmin式中，查机床设计指导 有，dmin按经验公式（0.1-0.2 ） D取 0.125D=0.125 350=43.75mm求得，主轴的最大极限转速 n max=1455 m/min。2）主轴的最小极限转速_OOOVminn min =d max式中，查机床设计指导 有，dmax考虑车螺纹和铰孔时，其加工最大直径应根据
5、实际加工情况选取0.1D和50mn左右；取dmax=50mm求得，主轴的最小转速 n min =31.8 m/min。3）车床的变速范围RR= 归=45.7n min4）确定公比 。取机床的变速级数为Z=12级，由公式R= Z 1，得 =1.4155，取标准值 =1.41.5）主轴的各级转速各级转速可直接从机床设计指导 的标准转速列表中查出，标准数列表给出了以 =1 10000的数值，因为 =1.4仁1.066，从表中找到nmax=1500r/min，就可以每隔5个数值 取出一个数，从而得出十二级转速分别为： 1500 r/min、1060 r/min、750 r/min、530 r/min、
6、375 r/min、265 r/min、190 r/min、132 r/min、95 r/min、67 r/min、 47.5 r/min 、33.5 r/min 。2.确定结构式（1）确定传动顺序1）此次设计的c6135车床为12级，故有以下几种传动方案：2 ）对方案进行比较第1、第2种有四联滑移齿轮，如果采用四联滑移齿轮的话，话大大增大了主轴箱的轴向尺寸，故不采用第1、第2种方案；也是从结构方面考虑，第5种的轴向尺寸都会比第3第4种的大；下面就第3第4 种方案进行比较，从而选取最终方案。对于第3种方案，严格遵循了 “前多后少”的设计原则，把尽可能多的传动副置于前面，让尽可能多传动副处于较高
7、速的状态，这样就可以尽量减轻它们的受力情况，从而可 以减小其尺寸，从而减少整体尺寸；对于第4种方案，没有遵循了“前多后少”的设计原则，但是由于采用第 3种方案的话，会增大轴 的轴向尺寸；为了使轴 的轴向尺寸不至于太长，把二联滑移齿轮放在轴，三联滑移齿轮放在轴 ；这样的话可以使轴 的尺寸不太大，又可以使较多的传动副放在相对高速的位置。对于第3第4种方案都是相对其他几种比较好的方案，基于不同方面的考虑，可以选择其中一种；在本次设计中，选择第 4种方案进行计算。（2） 确定扩大顺序传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致；本设计扩大方案设计为12 2326。因为轴上有离合器，为避免离合器干涉
8、齿轮啮合，必须使其中一个齿轮的齿根圆直径大于离合器的最大直径。故采用此扩大顺序12 23 3i 26（3） 此次设计的车床的结构式为12 23 31 26。（4） 绘制结构图3.确定转速图（1）电动机转速的确定根据本设计车床的12级转速，nmax=1500r/min ;要使电动机的转速与主轴的最高转速相近，以避免过大的升速或降速；根据电动机的转速标准，取电动机的额定转速 nm=1440r/min ；（2） 确定轴的转速查机床设计指导 有，车床的 轴的转速一般取700-1000 r/min 左右比较合适， 故在本设计车床中，取 轴的转速n =750 r/min ;（3） 分配传动比1 ）分配降速
9、比时，应注意传动比的取值范围：齿轮传动副中最大传动比 Umax 2,最小传动比Umin丄传动比过大，引起振动和噪音，传动比过小，使动齿轮与传动齿轮4的直径相差太大，将导致结构庞大。2）由传动比限制原则，得出极限级比指数表:_ 公级比指数极限值 1.41X 值 i max _1t 丄44 1X 值 i min -7 223）根据“前缓后急”原则，先确定各个变速组的最小传动线；从 轴的750 r/min 转速传到主轴的33.5 r/min ，相差9格，相当于级比指数为9；总共有3个变速组；9 3=3；由“前缓后急”原则分配三格给中间变速组，分配两格 给第一变速组，分配四格给第三变速组；然后，对于其
10、他传动线，结合结构图可相应得出；4）综上所述，得出各传动线的传动比:传动组电机一V传动比ii0 132:250ia1 1:2ib1 19:53ic1 1:4ia2 7:5i b2 1:2ic2 2:1ib3 5:7(4)转速图的绘制:4.确定齿轮齿数(1)确定齿轮齿数应该注意以下几类：1)齿轮的齿数和应过大，以免加大中心距使机床结构庞大 般推荐齿轮数和Sz为60100;2)不产生根切最小齿轮Zmin 1820;3) 保证强度和防止热处理变形过大齿轮齿根园到键槽的壁厚 2mm般取 5mmnt 2T则 Zmin 6.5m4) 三联滑移齿轮的相领两轮的齿数差应大于 4;避免齿轮右左移动时齿轮右相碰，
11、 能顺利通过。(2)在一个变速组中，主动齿轮的齿数用 Zj表示，从动齿轮的齿数用 Zj表示，Z ； a iZj+Zj=SZj，则传动比 ij 为 ij = =Z j bjSzj Szj式中，a、bj为互质数，设 aj bj Soj Zj aj Z j bjSoj Soj由于Zj是整数，Szj必定能被Soj所整除；如果各传动副的的齿数和皆为Sz，则Sz能被So1、So2、 So3所整除，换言之，Sz是So1、So2、So3的公倍数。所以确定齿轮的齿数时，应在允许的误差范围内，确定合理的aj、bj，进而求得So1、So2、So3，并尽量使So1、So2、So3的最小公 倍数为最小，最小公倍数用So
12、表示，则Sz必定为So的整数倍。设Sz=kSo，k为整数系数。然后根据最小传动比或最大传动比中的小齿轮确定 k值，确定各齿轮的齿数。(3)第一变速组已知i a1 1 i a2 7，则有2 5两对齿轮的齿数和分别为Sa1=3、Sa2 =12；最小公倍数Sa =12；则齿数和为Sz=12k。最1小齿数发生在ia1中，则乙“ -12k 4k 17，k 5 ;取k=6，得Sz=72，第一对齿轮的齿3 7 数 Zai 24、Z al 48，第二对齿轮的齿数 Za2 Sz 42、Z a2 30。12(4)第二变速组19 1 5已知ibi 、d - , ib3 则有53 2 7三对齿轮的齿数和分别为 Sb1
13、=72、Sb2 =3、Sb3=12;最小公倍数Sb =72;则齿数和为19Sz=72k。最小齿数发生在 ib1 中，则 Zb1 72k 19k 17，k 1 ;取 k=1，得 Sz=72,第72一对齿轮的齿数 Zb1 19、Z b1 53，第二对齿轮的齿数 Zb2 - Sz 24、Z b2 48、35 Z b3 Sz 30、 Z b3 42 o12(5)第三变速组已知id - ic2 2，则有41两对齿轮的齿数和分别为Sc1 =5、Sc2=3;最小公倍数Sc =15;则齿数和为Sz =15ko最1小齿数发生在id中，则Zc1 15k 3k 17，k 5.7 ;取k=7，得Sz=105，第一对齿
14、轮的52 齿数 Zc1 21、Z c1 84，第二对齿轮的齿数 Zc2 - Sz 70、z C2 35。35.带传动的设计(V型)已知：电机额定功率 Pm 7.5kw，额定转速nm 1440r/m， 轴的转速n 750r/min ，两班制工作。(1)确定计算功率Pca公式 Pca K A Pm查机械设计教程表8-7，得K a =1.2，则Pca K a Pm =9kw;(2)选择V带带型查机械设计教程图8-11，选取B型(3)选择小带轮的基准直径d1根据V带的带型，参考机械设计教程表 8-6和表8-8确定小带轮的基准直径d1=132mm(4)确定大带轮的基准直径d2公式 d2 i0d1(1 )
15、i。一电机到轴的传动比;di 小带轮的基准直径；根据机械设计教程，取 0.02 ;计算结果为d2 idi（1 ）=248mm查机械设计教程表8-8，取d2=250mm（5）验算带速VV 带的速度 V= dinm =9.9527m/s；60 1000由此得5 V 25m/s;验算合格；（6） 确定V带的基准长度Ld1）初定两带轮的中心距a0查机械设计教程，得 a=（0.7-2）（ di+d2），取a=500mm2）计算初定中心距a。相应的带长Lea2L ea 2a0 一（ di d?） =1607mm2 4a查机械设计教程表8-2，取L d =1600mm（7） 确定两带轮的中心距aL, - L
16、由公式a=a0 ea计算出实际中心距 a=496.5mm2（8）验算小带轮上的包角 1-J由公式 1 180 57.3 2 - 1 计算出 1 166 120 ；a验算合格（9）计算V带的根数Z公式Z 耳（P0 P0）K Kl式中，P。一单根V带的基本额定功率，查机械设计教程表 8-4a取P=2.5kw;P。一单根V带额定功率的增量，查机械设计教程表 8-4b取P0 =0.4 ；K 包角修正系数，查机械设计教程表 8-5取K =0.96 ；Kl 带长度系数，查机械设计教程表 8-2取Kl =0.92 ;计算结果Z=3.57;取整Z=4; V带的根数为4根。6.计算转速变速传动中传动件的计算转速
17、，可根据主轴的计算转速和转速图确定。确定传动轴的 计算转速时，先确定主轴的计算转速，再按传动顺序由后往前依次确定，最后确定各传动 件的计算转速。式中，ni 第一级的转速;Z 机床的转速级数；计算出，主轴的计算转速为95r/min ；(2)各传动轴的计算转速主轴的计算转速是轴 经21/84的传动副获得的，此时轴 相应的转速为375r/min ，但变速组c有两个传动副，轴 转速为最低转速132r/min时，通过70/35的传动副可使主轴获得转速265 r/mi n95 r/mi n ，则应能传递全部功率，所以轴 的计算转速为132r/min，轴 的计算转速时通过轴 最低转速375r/min获得，所
18、以轴 的计算转速为375r/min。同样，轴 的计算转速为750r/min 。轴主轴计算转速750r/mi n375r/mi n132 r/mi n95r/min7.验算主轴的转速误差传动比传动组电机一Vi=0.51744ia1 0.5i b1 0.3585ic1 0.25i a2 1.4i b2 0.5ic2 2ib3 0.7143(1)已知：(2)计算误差n1i 0 i a1 i b1 i c1)na 100% =0.7%n3 = ( n 3- n m i 0 i a1 i b3 i c1)n4 = ( n4-n 皿订82*1匚1) n4 100% = 1.6%n7 =(n?-nm i 0
19、 i a1 i b1 i c2 )n?100%=0.8%n8 =(n8-n m i 0 i a1 i b2 i c2)n8100%=0.65%n9 =(ng-n m 1 0 1 a1 i b3 i c2Jng100%=0.42%n10 =:(n10-n m i 0 i a2 ib1 i(c2 )n 10100%=0.28%n11 =:(nn-n m i 0 i a2 i b2 ic2 )nn100%=1.6%n12 =:(n12-n m i 0 i a12 i b3i c2 )n12 100%=0.67%(3)转速误差允许值为（D10% 4.1%本设计机床的十二级转速误差均在误差允许值范围内；
20、转速验算合格。8传动系统图的绘制三、动力设计1.电机的选择合理的确定电动机的功率，使车床既能充分发挥其使用性能，满足生产要求，又不 致使电动机经常轻载而降低功率因素。本设计车床典型重切削条件下的用量：刀具材料：YT15工件材料：45号钢 切削方式：车削外圆参照机床设计指导选取：切削深度 ap=3.5mm进给量f=0.375mm/r ；切削速度v=95m/min。1）主切削力：Fc 1900apf 0.75 =3187N电机的额定转速n m=1440r/min。2.各轴的传递功率对于轴，P Pm? 4v 7.5 0.964 6.37kw对于轴,PP ? 4V ?m齿轮?2轴承7.50.9640.
21、970.9926.06kw对于轴，PP ? 4v ? m 2齿轮?4轴承7.50.9640.9720.9945.76kw对于V轴，PvP ? 4v ?m3齿轮?6轴承7.50.9640.9730.9965.47kw3.确定各齿轮的模数采用8级精度的圆柱直齿轮；大齿轮用 45号钢（调质），硬度为240HBS 40Cr （调 质），硬度为280HBS.（1）估算模数1 ）按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都 已知后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。齿轮弯曲疲劳的估算：式中，P小齿轮所在轴的传递功率，kw；Z 小齿轮的模数，mmn 小齿轮的计算转速，r/min
22、 。齿轮齿面点蚀的估算：式中，P小齿轮所在轴的传递功率，kw；Z 小齿轮的模数，mmn 小齿轮的计算转速，r/min ；Sz 小齿轮所在传动副的齿数和。求出m、mj后，取的模数要比两者大。2）对于4i的传动副,齿轮弯曲疲劳的估算：m 32抚寫=2.37406.37齿轮齿面点蚀的估算:对于42的传动副，30齿轮弯曲疲劳的估算：齿轮齿面点蚀的估算：mj72=2.1326.0630 1060=1.8mj3 6.06 1060=1.8m=3取兰和42的传动副的齿轮的模数48 303）对于19的传动副，53齿轮弯曲疲劳的估算:326.06 =319 3756.06齿轮齿面点蚀的估算:mj740 3757
23、2 =26对于48的传动副，对于42的传动副,齿轮弯曲疲劳的估算:32、6.06 =2.6V30 375齿轮齿面点蚀的估算:mj740 鶯=2.672m=4取匹、24和30的传动副的齿轮的模数53 48 424）对于21的传动副，84齿轮弯曲疲劳的估算:32576 =4.121 1325.76齿轮齿面点蚀的估算:mj740 3血=2.5对于35的传动副,齿轮弯曲疲劳的估算:32以=35.47齿轮齿面点蚀的估算： mj740 1 95=2.7105取21和70的传动副的齿轮的模数m=584 35（2）齿数的验算P计算齿轮（小齿轮）的传递的额定功率，kw； 计算齿轮的计算转速，r/min ；m 齿
24、轮系数，常取6-10，这里取8；1 ）根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： 式中，n计算齿轮的齿数；大齿轮与小齿轮的齿数比；“ +”用于外啮合，“-”用于内啮合；Ks 寿命系数，Ks 心心心心；当Ks K max时，取Ks K max ；Kt 工作期限系数，Kt m60nT ;齿轮在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲V C0线指数m和基准循环次数C。查机床设计指导表3;预定的齿轮工作期限T,中型机床取 T=15000-20000h,这里取 20000；n 齿轮的最低转速，r/min ；Kn 转速变化系数，查机床设计指导表 4；Kn 功率利用系数，查机床设计指导表 5；K
25、q 材料强化系数，查机床设计指导表 6；K1 工作情况系数，中等冲击的主运动， K1=1.2 1.6，这里取1.25 ；K 2 动载荷系数，查机床设计指导表 8 ；K3 齿向载荷分布系数，查机床设计指导表 9；丫 一齿形系数，查机床设计指导表 10；、j 许用弯曲、接触应力，Mpa查机床设计指导表11；2）对于24的传动副，48根据接触疲劳计算齿轮模数公式为：mj 16300 3(2 1 依3 1 0.6 GJ2 28 24 2 650 750根据接触疲劳计算齿轮模数公式为根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为mjm 275 3对于42的传动副，30根据接触疲劳计算齿轮模数公式为对于30的传动副，42
26、根据接触疲劳计算齿轮模数公式为对于24的传动副，48根据接触疲劳计算齿轮模数公式为3）对于19的传动副531.25 1.3 1 0.8 6.06 _=2.70.42 8 375 275,1.25 1.3 1 0.8 6.37 =2 224 0.42 8 750 275mj 16300 3m 275 3 1.253 1 08 6.06 =3V19 0.386 8 375 275m 275 3 24m 275 3 1.251.50.86.06 =230 0.444 8 1060 22016300 3(28 1 !253 12 0.6 6.06 =4.2V 8 19 2.8 650 3751(1.4
27、 1) 1.25 1.5 1 0.6 6.06 厂mj 16300 3 2 2 =1.5V 8 30 1.4 600 1060根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：(1.4 1)1.25 1.3 1 0.6 6.06 =3 48 302 1.4 6502 3753(2 1 1.25 1.3 1 0.6 6.06 om, 16300 3 2 2 =2 8 24 2 650 375根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：经过验算，取传动副24和丝的齿轮的模数为3。48 30根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:2751.25 1.3 1 0.8 6.0620 0.444 8 375 2
28、75=2.5经过验算，取传动副 匹、空和30的齿轮的模数为4.553 48 424）对于21的传动副，根据接触疲劳计算齿轮模数公式为：84mj16300浮m匹互=4.98 212 4 6502 132根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为:275卩.25 1 1 0.8 5.76=3721 0.4 8 132 275 =.对于35的传动副,根据接触疲劳计算齿轮模数公式为:（2 1） 1.25 1 1 0.6 5.47 _2 2 388 35 2 600 265根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：mj 16300 32753 1.25 1 1 0.8 5.47 30 0.46 8 265 220=3.1经过验算，取传动副21 70勺和70的齿轮的模数为584 354.确定各轴直径（1
