机床运动机械变速传动系统的结构设计dfuj.docx

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1、中北大学课程设计说明书目 录1. 概概述和机机床参数数确定111.1机机床运动动参数的的确定11.2机机床动力力参数的的确定11. 33机床布布局12. 主主传动系系统运动动设计22.1确确定变速速组传动动副数目目22.2确确定变速速组的扩扩大顺序序22.3绘绘制转速速图32.4确确定齿轮轮齿数32.5确确定带轮轮直径32.6验验算主轴轴转速误误差42.7绘绘制传动动系统图图43估算算传动件件参数 确定其其结构尺尺寸53.1确确定传动动转速53.2确确定主轴轴支承轴轴颈尺寸寸63.3估估算传动动轴直径径63.4估估算传动动齿轮模模数63.5普普通V带带的选择择和计算算74结构构设计84.1带带

2、轮设计计84.2齿齿轮块设设计84.3轴轴承的选选择94.4主主轴组件件94.5操操纵机构构、滑系系统设计计、封装装置设计计94.6主主轴箱体体设计94.7主主轴换向向与制动动结构设设计95.传动动件验算算105.1齿齿轮的验验算1105.2传传动轴的的刚度验验算1125.3花花键键侧侧压溃应应力验算算1165.4滚滚动轴承承的验算算1165.5主主轴组件件验算.176. 主主轴位置置及传动动示意图图.2007.总结结2218.参考考文献2221.概述述1机床课课程设计计的目的的机床课程程设计，是是在金属属切削机机床课程程之后进进行的实实践性教教学环节节。其目目的在于于通过机机床运动动机械变变

3、速传动动系统的的结构设设计，使使学生在在拟定传传动和变变速的结结构的结结构方案案过程中中，得到到设计构构思，方方案分析析，结构构工艺性性，机械械制图，零零件计算算，编写写技术文文件和查查阅技术术资料等等方面的的综合训训练，树树立正确确的设计计思想，掌掌握基本本的设计计方法，并并培养学学生具有有初步的的结构分分析，结结构设计计和计算算能力。轻轻型车床床是根据据机械加加工业发发展需要要而设计计的一种种适应性性强，工工艺范围围广，结结构简单单，制造造成本低低的万能能型车床床。它被被广泛地地应用在在各种机机械加工工车间，维维修车间间。它能能完成多多种加工工工序；车削内内圆柱面面，圆锥锥面，成成形回转转

4、面，环环形槽，端端面及内内外螺纹纹，它可可以用来来钻孔，扩扩孔，铰铰孔等加加工。1.1 机床运运动参数数的确定定（1） 确定公公比及Rnn已知最低低转速nnminn=855r/mmin，最最高转速速nmaax=116000 r/minn，变速速级数ZZ=6，则公公比：= （nnmaxx/nmiin）1/（ZZ1） =（1600 r/min/85r/min）1/（61）1.41转速调整范围： Rn=nmax/nmin=45（2）求求出转速速系列根据最低低转速nnminn=477.5rrpm，最最高转速速nmaax=221200rpmm，公比比=1.41，按按机床床课程设设计指导导书（陈陈易新编编

5、）表55选出标标准转速速数列： 21220 115000 10060 7550 5330 3775 2655 1190 1332 95 667 447.551.2机机床动力力参数的的确定已知电动动机功率率为N=1.55kw，根根据金金属切削削机床课课程设计计指导书书（陈陈易新编编）附录录2选择择主电动动机为YY90LL-4，其其主要技技术数据据见下表表1：表1 Y900L-44技术参参数转速（rr/miin）额定功率率（kw）满载时堵转电流流堵转转矩矩最大转矩矩同步转速速（r/mmin）级数电流（A）效率（%）功率因数数额定电流流（倍）额定转矩矩（倍）额定转矩矩（倍）2120048.884.5

6、50.8227.02.22.21500041.3机机床布局局确定结构构方案1）主轴轴传动系系统采用用V带，齿齿轮传动动。2）传传动型采采用集中中传动。33）制动动采用式式摩擦离离合器和和带式制制动器。44）变速速系统采采用多联联划移齿齿轮变速速。5）润润滑系统统采用飞飞溅油润润滑。2）布局局采用卧式式铣床常常规的布布局形式式。机床床主要由由主轴箱箱，皮鞍鞍，刀架架，尾架架，进给给箱，溜溜扳箱，车车身等66个部件件组成。主轴的空空间位子子布局图图2 主传动系系统运动动设计2.1确确定变速速组传动动副数目目实现122级主轴轴转速变变化的传传动系统统可以写写成多种种传动副副组合：1）122=3 22

7、）122=433 3）122=3 44）122=25)122=2方案中11）和22）可省省一根轴轴。但是是有一个个传动组组内有四四个变速速传动副副，会增增加轴向向尺寸。这这种方案案不宜采采用。根据传动动副数目目分配应应“前多后后少”的原则则，方案案3）是是可取的的。可以以使传动动副传动动组放在在接近电电动机处处，则可可使小尺尺寸的零零件多些些，大尺尺寸的零零件少些些，这样样节省了了材料。2.2确确定变速速组的扩扩大顺序序12=2232的传传动副组组合，其其传动组组的顺序序又可有有以下六六种形式式：1） 112=3312326 2） 12=3126233） 112=3322126 4） 12=3

8、421225） 112=3322621 6） 12=342221 选着中中间轴的的变速范范围最小小的方案案，变速速范围小小，转速速高，转转矩较小小，传动动件的尺尺寸九可可以小些些，尽量量使扩大大组的顺顺序要与与传动顺顺序一致致的原则则。所以以选择方方案1）较较为合理理。结构构网图如如下：图2变速速组扩大大顺序2.3绘绘制转速速图图3转速速图2.4确确定齿轮轮齿数利用查表表法由机机床课程程设计指指导书（陈陈易新编编）表99，求出出各传动动组齿轮轮齿数表2 各各传动组组齿轮齿齿数变速组第一变速速组第二变速速组第三变速速组齿数和728490齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z

9、13Z14齿数36362448303049352856603018722.5确确定带轮轮直径确定计算算功率 K-工作作情况系系数 工作作时间为为一班制制 查表表的k=1.11N-主动动带轮传传动的功功率计算功率率为Njj=1.1x44=4.4kww根据计算算功率和和小带轮轮的转速速选用的的三角带带型号为为A ， 查表的的小带轮轮直径推推荐植为为80mmm ，大带带轮直径径 2.6绘绘制传动动系统图图图4传动动系统图图3 估算传动动件参数数 确定定其结构构尺寸3.1确确定传动动转速表4计算算转速图图传动件轴齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14算转速7503751

10、9047.55530750106007503752752653751923756713237547.553.2确确定主轴轴支承轴轴颈尺寸寸根据机机床课程程设计指指导书主主轴的驱驱动功率率为1.5kww选取前前支承轴轴颈直径径为 DD=700-900，后支支承轴颈颈直径：，选取。3.3估估算传动动轴直径径表5估算算传动轴轴直径计算公式式轴号计算转速速电机至该该轴传动动效率输入功率率允许扭转转角传动轴长长度mm估计轴的的直径mm 花键轴轴尺寸I7500.9881.4771.582035II3750.9881.4661.545042III47.550.9881.4551.5660463.4估估算传动

11、动齿轮模模数根据计算算公式计计算各传传动组最最小齿轮轮的模数数表6估算算齿轮模模数估算公式式传动组小齿轮齿数比齿宽系数数传递功率率P载荷系数数K 系数数系数许用接触应力许用齿根应力计算转速速系数模数模数选取模数数m按齿轮接接触疲劳劳强度按齿轮弯弯曲疲劳劳强度第一变速速组241.871.4771611110005187104.3661.21.12.5第二变速速组28391.4661611110005183554.4771.5221.4443第三变速速组18471.4551611110005183554.72.82.543.5普普通V带带的选择择和计算算设计功率率 （kkw） 皮带选择择的型号号为

12、A型型两带轮的的中心距距范围内内选择。中中心距过过小时，胶胶带短因因而增加加胶带的的单位时时间弯曲曲次数降降低胶带带寿命；反之，中中心距过过大，在在带速较较高时易易引起震震动。计算胶胶带速度度初定中中心距计算带带的基准准长度：按上式计计算所得得的值查查表选取取计算长长度L及及作为标标记的三三角带的的内圆长长度标准的计计算长度度为实际中中心距 AA=A=为了张紧紧和装拆拆胶带的的需要，中中心距的的最小调调整范围围为A0022L是为为了张紧紧调节量量为222.788 ( hh+0.01LL) 是为装装拆调节节量为胶胶带厚度度.定小带带轮包角角求得合格格.带的挠挠曲次数数: 合格带的根根数 单根三角

13、角带能传传递的功功率小带轮的的包角系系数 取55根三角角胶带。4结构构设计4.1带带轮设计计根据V带带计算，选选用3根根O型VV带。由由于I轴轴安装了了摩擦离离合器，为为了改善善它们的的工作条条件，保保证加工工精度，采采用了卸卸荷带轮轮结构。4.2齿齿轮块设设计机床的变变速系统统采用了了滑移齿齿轮变速速机构。根根据各传传动组的的工作特特点，基基本组的的齿轮采采用了销销钉联结结装配式式结构。第第二扩大大组，由由于传递递的转矩矩较大，则则采用了了整体式式齿轮。所所有滑移移出论与与传动轴轴间均采采用了花花键联结结。从工艺的的角度考考虑，其其他固定定齿轮也也采用花花键联结结。由于于主轴直直径较大大，为

14、了了降低加加工成本本而采用用了单键键联结。4.3轴轴承的选选择为了安装装方便II轴上传传动件的的外径均均小于箱箱体左侧侧支承孔孔直径并并采用000000型向心心球轴承承为了便便于装配配和轴承承间隙III IIII IV轴轴均采用用乐27700EE型圆锥锥滚子轴轴承。VV轴上的的齿轮受受力小线线速度较较低采用用了衬套套式滚动动轴承。滚动轴承承均采用用E级精精度。4.4主主轴组件件本铣床为为普通精精度级的的轻型机机床，为为了简化化结构，主主轴采用用了轴向向后端定定位的两两支承主主轴主件件。前轴轴承采用用了31180000型双双列圆柱柱滚子轴轴承，后后支承采采用了4460000型角角接触球球轴承和和

15、80000型单单向推力力球轴承承。为了了保证主主轴的回回转精度度，主轴轴前后轴轴承均用用压块式式防松螺螺母调整整轴承的的间隙。主主轴前端端采用了了圆锥定定心结构构型式。前轴承为为C级精精度，后后轴承为为D级精精度。4.5操操纵机构构 、滑滑系统设设计 、封封装置设设计为了适应应不同的的加工状状态，主主轴的转转速经常常需要调调整。根根据各滑滑依齿轮轮变速传传动组的的特点，分分别采用用了集中中变速操操纵机构构和单独独操纵机机构。主轴箱采采用飞溅溅式润滑滑。油面面高度为为65mmm左右右，甩油油轮浸油油深度为为10mmm左右右。润滑滑油型号号为：HHJ300。I轴轴颈颈较小，线线速度较较低，为为了保

16、证证密封效效果，采采用了皮皮碗式接接触密封封。而主主轴直径径大，线线速度较较高，则则采用了了非接触触式 密密封。卸卸荷皮带带轮的润润滑采用用毛毡式式密封，以以防止外外界杂物物进入。4.6主主轴箱体体设计箱体外形形采取了了各面间间直角连连接方式式，使箱箱体线条条简单，明明快。并采用了了箱体底底面和两两个导向向块为定定位安装装面，并并用螺钉钉和压板板固定。安安装简单单，定位位可靠。4.7制制动结构构设计本机床属属于卧式式铣床，适适用于机机械加工工车间和和维修车车间。制制动器采采用了带带式制动动器，并并根据制制动器设设计原则则，将其其放置在在靠近主主轴的较较高转速速的IIII轴上上。为了了保证离离合

17、器与与制动器器的联锁锁运动，采采用一个个操纵手手柄控制制。5. 传动件验验算以II轴轴为例，验验算轴的的弯曲刚刚度，花花键的挤挤压应力力，齿轮轮模数及及轴承寿寿命。5.1齿齿轮的验验算验算变速速箱中齿齿轮强度度应选择择相同模模数承受受载荷最最大齿数数最小的的齿轮进进行接触触压力和和弯曲压压力计算算，一般般对高速速传动的的齿轮验验算齿面面接触压压力，对对低速传传动的齿齿轮验算算齿根弯弯曲压力力对硬齿齿面软齿齿心渗碳碳淬火的的齿轮要要验算齿齿根弯曲曲压力。接触压力力的验算算公式： 弯曲应应力的验验算公式式：表7齿轮轮验算参参数第一传动动组第二传动动组第三传动动组齿轮传递递功率NN3.9003.84

18、43.8齿轮计算算转速75037547.55齿轮的模模数m2.534齿宽B141624小齿轮数数Z242218大齿轮与与小齿轮轮齿数比比u224寿命系数数111速度转化化系数(接触载载荷)弯曲载荷荷0.7440.7880.9550.90.9220.888功率利用用系数（接接触载荷荷）弯曲载荷荷0.5880.5880.5880.7880.7880.788材料利用用系数（接接触载荷荷）弯曲载荷荷0.7660.7330.7330.7770.7550.755工作情况况系数1.51.51.5动载荷系系数111齿向载荷荷分布系系数1.0551.0551.055齿形系数数Y0.4550.42250.3778

19、其中寿命命系数工作期限限系数 T-齿轮轮在机床床工作期期限（的的总工作作时间hh ，同同一变速速组内的的齿轮总总工作时时间可近近似地认认为，PP为该变变速组的的传动副副数。稳定工作作用量载载荷下的的极限值值=1。高高速传动动件可能能存在情情况，此此时取，载荷低速速传动件件可能存存在时取取计算值值。5.2传传动轴的的刚度验验算对于一般般传动轴轴要进行行刚度的的验算，轴轴的刚度度验算包包括滚动动轴承处处的倾角角验算和和齿轮的的齿向交交角的验验算。如如果是花花键还要要进行键键侧压溃溃应力计计算。以轴为为例，验验算轴的的弯曲刚刚度、花花键的挤挤压应力力图5 轴轴受力分分析图 图5中FF1为齿轮轮Z4（

20、齿数数为355）上所所受的切切向力FFt1，径径向力FFr1的合合力。FF2为齿轮轮Z9（齿数数40）上上所受的的切向力力Ft22，径向向力Frr2的合合力。各传动力力空间角角度如图图6所示示，根据据表111的公式式计算齿齿轮的受受力。图6 轴空间受受力分析析表8 齿轮的的受力计计算传递功率率Pkw转速nr/miin传动转矩TNmmm齿轮压力力角齿面摩擦擦角齿轮355齿轮400切向力Ft1N合力F1NF1在X轴投影FFz1NF1在Z轴投影FFz1N分度圆直直径d11mm切向力Ft2N合力F2NF1在X轴投影FFz2NF1在Z轴投影FFz2N分度圆直直径d22mm1.46610000139446

21、206398.4443.360.33439.270348.6387.8214.632380从表8计计算结果果看出，轴在X、Z两个平面上均受到两个方向相反力的作用。根据图7所示的轴向位置，分别计算出各平面挠度、倾角，然后进行合成。根据机械制造工艺、金属切削机床设计指导（李洪主编）书中的表2.4-14,表2.4-15计算结果如下:a=1000 b=2300 c=1300 f=2000 l=3300 E=2.11105MPaa n=l-xx=1550图7轴挠度、倾倾角分析析图 （1）xxoy平平面内挠挠度（2）zzoy平平面内挠挠度（3）挠挠度合成成查表得其其许用应应力为00.000033300=0

22、.0999，即00.000480.0099，则则挠度合合格。（4）左左支承倾倾角计算算和分析析 a. xooy平面面力作用用下的倾倾角 b. zooy平面面力作用用下的倾倾角c. 倾倾角合成成查表得其其许用倾倾角值为为0.000066，则左左支承倾倾角合格格。（5）右右支承倾倾角计算算和分析析 a. xooy平面面力作用用下的倾倾角 b. zooy平面面力作用用下的倾倾角c. 倾倾角合成成查表得其其许用倾倾角值为为0.000066，则右右支承倾倾角合格格。5.3花花键键侧侧压溃应应力验算算花键键侧侧工作表表面的挤挤压应力力为：经过验算算合格。5.4滚滚动轴承承的验算算机床的一一般传动动轴用的的

23、轴承，主主要是因因为疲劳劳破坏而而失效，故故进行疲疲劳寿命命验算。滚动轴承承的疲劳劳寿命验验算根据表111所示示的轴受力力状态，分分别计算算出左（AA端）、右右（B端端）两支支承端支支反力。在xoyy平面内内：在zoyy平面内内：左、端支支反力为为：两支承轴轴承受力力状态相相同，但但左端受受力大，所所以只验验算左端端轴承。轴承寿命命经过计算算F=1155.5 合格格。5.5主主轴组件件验算前轴承轴轴径，后后轴承轴轴径，求求主轴最最大输出出转矩：根据主电电动机功功利为11.5，则则床身上上最大回回转直径径D=3320mmm刀架架上最大大回转直直径主轴轴通孔直直径d,最大工工件长度度10000mm

24、m。床身身上最大大加工直直径为最最大回转转直径的的60%也就是是1922mm故故半径为为0.0096mmm。切削力（沿沿y轴）背向力（沿沿x轴） 故总的作作用力此力作用用于顶尖尖间的工工件上，主主轴和尾尾架各承承受一半半，故主主轴端受受力为FF/2=9266.855主轴孔径径初选为为40 根据结结构选悬悬伸长度度a=1120mmm在计算时时，先假假定初值值l/aa=3 l=33前后支承承的支反反力轴承的刚刚度：iiz=552, Laa=9, Fr=C/110=99.422KN 初步计计算时，可可假定主主轴的当当量外径径为前后后轴承的的轴径的的平均值值。 故惯性性矩为：I=前轴承为为轴承代代号为

25、3318221166后轴承为为轴承代代号为4462111和型型号为882122最佳跨距距6.主轴轴位置及及传动示示意图7总结结通过机床床主轴传传动系统统的机械械变速机机构的设设计，使使我在拟拟定攒动动机构、装装配结构构和制造造结构的的各种方方案以及及在机械械设计制制图、零零件计算算和编写写技术文文件等方方面得到到了综合合训练，培培养了我我的初步步的结构构分析与与结构设设计计算算能力。 虽然只只有一周周的时间间，在很很仓促的的情况下下完成了了这次技技术切削削机床的的课程设设计，但但收获却却很大，使使我初步步具备了了设计的的能力，并并且我相相信我在在这方面面的设计计能力会会逐渐成成熟起来来。 再次

26、感感谢老师师耐心指指导帮助助！8参考考文献1 金属切切削机床床设计简简明手册册 范云涨涨 机械工工业出版版社 19994年年2 金属切切削机床床 戴戴曙 机械械工业出出版社 19993年3 机床课课程设计计指导书书 陈易新新 机机械工业业出版社社 19887年 4 机械械制造工工艺、金金属切削削机床设设计指导导 李李洪 东北北工学院院出版社社 119899年5 机床设设计指导导 任殿殿阁 张佩勤勤 辽辽宁科学学技术出出版社 19991年年6 机床课课程设计计指导书书 陈易新新 哈哈尔滨工工业大学学 119811年7 机械设设计课程程设计手手册 吴宗宗泽 罗圣国国 高等教教育出版版社 19992年年30