轻型车床12级主传动系统设计.doc

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1、目录课程设计任务书1绪论21机床课程设计的目的32结构设计的内容和方案52.1 变速装置52.2开停装置52.3换向方式及其选择62.4操纵机构62.5 润滑装置63主传动系统运动设计73.1确定转速数列73.2定传动组数和传动副数73.3定传动结构式83.4定电动机转速n093.5定中间轴转速103.6带轮的确定113.7齿轮齿数的确定113.7.1确定齿轮齿数要注意的问题113.7.2变速组内模数相同时齿数确定123.8 确定小带轮直径143.9 计算转速误差143.10计算转速153.10.1计算转速的确定153.11普通车床的正常使用必须满足如下条件17总结19参考文献20课程设计任务

2、书学院班级姓名设 计 起 止 日 期设计题目： 轻型车床12级主传动系统设计设计任务设计=320的卧式主传动系统已知条件：转速范围 Rn=37.51700 r/min Z=12电机转速：N电=1430 r/min N=5 Kw设计内容1拟定结构式2绘制转速图3确定齿轮齿数4验算主轴转速误差5确定各传动件计算转速6绘制传动系统图课程设计要求1.方案的分析对比2.运动设计与结构的关系指导教师评语：成绩： 签字： 年 月 日绪 论机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响

3、其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满

4、足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。1 机床课程设计的目的车床的主传动系统设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，

5、其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，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，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支撑。轴上要安装齿轮、离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。首先传动轴应有足够的强度、刚度。如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大；两轴中心距误差和轴芯线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。传动轴可以是

6、光轴也可以是花键轴。成批生产中，有专门加工花键的铣床和磨床，工艺上并无困难。所以装滑移齿轮的轴都采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也常采用花键轴。花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。轴的部分长度上的花键，在终端有一段不是全高，不能和花键空配合。这是加工时的过滤部分。一般尺寸花键的滚刀直径为6585。机床传动轴常采用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升、空载功率和噪声等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支撑孔的加工精度要求都比较高。因此球轴承用的更多。但是滚锥轴承内外圈可以分开，装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选择轴承的型号和尺寸，首

7、先取决于承载能力，但也要考虑其他结构条件。同一轴心线的箱体支撑直径安排要充分考虑镗孔工艺。成批生产中，广泛采用定径镗刀和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工精度。还常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔的工艺。下面分析几种镗孔方式：对于支撑跨距长的箱体孔，要从两边同时进行加工；支撑跨距比较短的，可以从一边（丛大孔方面进刀）伸进镗杆，同时加工各孔；对中间孔径比两端大的箱体，镗中间孔必须在箱内调刀，设计时应尽可能避免。既要满足承载能力的要求，又要符合孔加工工艺，可以用轻、中或重系列轴承来达到支撑孔直径的安排要求。传动轴必须在箱体内保持准确位置，才能保证装在轴上各传动件的位置正

8、确性，不论轴是否转动，是否受轴向力，都必须有轴向定位。对受轴向力的轴，其轴向定位就更重要。回转的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位）在选择定位方式时应注意：1）轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。2）轴承的间隙是否需要调整。3）整个轴的轴向位置是否需要调整。4）在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。2.结构设计的内容和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以

9、下几个方面的问题：精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是：布置传动件及选择结构方案。检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。本车床选择集中传动式，通过带轮将电机的转速传给主轴箱。2.1 变速装置机床中的变速装置有齿轮变速

10、机构，机械无级变速机构以及液压无级变速装置等。其中最常见的是齿轮变速机构。车床的主传动系统中，第轴、第轴、各有一个滑移齿轮变速组，将它们串联起来，就会使主轴得到12级转速。2.2 开停装置用来改变车床的主运动执行件（如主轴）尽快地停止运动，通常采用离合器或直接开停电动机，此车床是通过直接开停电动机来尽快的停止运动，减少不必要的冲击，噪音等。开启电动机可以通过控制按钮来直接控制车床的运动与停止，方便与使用者的操作。2.3 换向方式及其选择换向方式一般分电动机换向和机械换向两种，电动机换向可使结构简化。车床制动方式一般有电机制动和机械制动2种。电机制动，是使电动机的转矩方向与其实际转向相反，使之减

11、速而且立即停转。电机制动操纵方便省力，可简化机械结构，但在制动频烦繁的情况下，容易造成电动机发热甚至烧损。所以在选择电机时要选择性能好的电机。本设计采用电机反转制动。2.4 操纵机构车床的开停、变速、换向及制动等，都需要操纵机构来实现。车床设计一般把主传动系统的设计方案与操纵机构同时考虑，主要是为了避免齿轮之间的碰撞，使车床不能正常的使用。2.5 润滑装置为了保证主传动系统的正常工作，必须有良好的润滑与密封装置，防止出现三漏(油、气、水)现象。车床的冲击和振动很大，负荷较大，应而一般使用含极压添加剂的润滑油。需要注意的是如何防止主轴箱的热变形，冲击负荷较大的冲压或剪切机床的齿轮，应使用含抗磨剂

12、的齿轮油，用于循环润滑或油浴润滑的齿轮油，除了要考虑抗氧化性，还要顾及抗腐蚀、抗磨、防锈蚀及抗泡性。3 主传动系统运动设计3.1 确定转速数列确定公比之前需要计算出主轴的变速范围Rn；式中：主轴变速范围； 主轴最高转速，（r/min）；主轴最低转速，（r/min）； 公比；转速级数。Rn= =170037.5=45.5= 所以 =1.41查金属切削机床书 表7.1中，首先找到37.5r/min 每隔6个取一个转数，得到主轴的转速数列如表 1：表1 主轴转速表主轴转速系列（r/min）驱动电动机功率与同步转速37.5,53,75,106,150,212,300,425,600,850,1180,

13、17005KW,1430r/min3.2 定传动组数和传动副数确定传动组数是将主轴转速级数Z=分解因子。对于Z=12可能有的方案是： 12=4x3; 12=3x4；12=3x2x2;12=2x3x2;12=2x2x3。对于、方案，表示传动系统由两个变速组（有七对传动副）串联而成，可节省一根轴，但是有一个四联滑移齿轮，会增加轴向尺寸。如果将四联齿轮变成两个滑移齿轮，则操纵机构必须互锁，以防止两个滑移齿轮同时啮合。因此，、方案一般不宜采用。传动件传递的转矩T取决于所传递的功率P（kw）和它的计算转速 (r/min)。由于从电动机到主轴，大多数为降速传动，靠近电动机轴的传动件转速高，计算转速也高，传

14、递的转矩小，传动件的尺寸也小。如果将传动副数多的变速组放在靠近电动机处，可使小尺寸的零件多，不仅节省材料，还可使变速箱的结构紧凑。这就是所谓的传动副“前多后少”原则。因此，后三种方案中，以取方案为好。它表示传动系统由三个变速组共七对传动副（不含定比传动副）组成。3.3 定传动结构式定传动机构式主要是安排扩大顺序，即安排这三个变速组的哪个作为基本组，哪个作为第一个扩大组等。对于12=3x2x2的传动方案，可能有的传动结构式和结构网有六种。如图1 图2：图1 12=3x3x2 3种结构网图2 12=3x3x2 3种结构网对于上述六种方案都应验算每个变速组的变速范围。如前述，只验算每种方案的最后一个

15、扩大组即可。在（a）、（b）、（c）、（d）方案中，最后一个扩大组是26，在（e）、（f）方案中，最后一个扩大组是34。对于26， r2= (p2-1)x2=168，因此，只有在（a）、（b）、（c）、（d）四种方案中选择一个最好的方案。其原则是，选择中间轴（、）变速范围最小的方案。因为如果同轴号的最高转速相同，则变速范围小的方案最低转速高，可使传动件（轴和齿轮）尺寸减小，变速箱的结构紧凑；反之，如果同轴号的最低转速相同，则变速范围小者最高转速低，可减小振动和噪声，提高变速箱的使用质量，或降低制造成本。通过比较，四方案中以（a）方案的、轴的变速范围最小。故以（a）方案最佳。该方案的特点是扩大顺

16、序与传动顺序一致。3.4 定电动机转速n0在无特殊要求的情况下，应选择成本低、容易买到的二级或者四级电动机，尤为重要的是应使所选电动机的同步转速与主轴最高转速相接近。如果n0 远低于主轴最高转速nmax，则传动链太长，会使变速箱结构庞大，同时，增加了空载功率。故该传动设计选择转速为1500r/min的电动机。满载时的转速为1430 r/min。3.5 定中间轴转速在“升2降4”原则下，由于从电动机到主轴的总趋势是降速传动，如果中间轴的转速定得高一些，会使传动件的尺寸小一些。因此在分配传动比时，按传动顺序，前面变速组的降速要慢一些，后面的变速组的降速要快一些，即所谓的降速要“前慢后快”。对于中间

17、轴转速不太高时，基于减小传动件尺寸的要求，则升速宜采用“前快后慢”的原则来分配传动组的传动比。对于该传动结构式共有三个传动组，变速系统共需四根轴，加上电动机轴共五根。这样，在电动机轴到轴间可有一级定比传动。从轴开始往前推。通常以往前推比较方便，即首先定轴的转速（首先分配第二扩大组c的传动比）。由于传动组c的变速范围：rc =(Pc-1)xc =6 =8式中: rc c变数组的变数范围； c变数组的传动副数；c变数组的极比指数。故这两对传动副的传动比必然是ic1= 1 / 4 = 1/4 , ic2= 2/1=2于是确定了轴的六级转速只能是：150r/min，212r/min，300r/min，

18、425r/min，600r/min ，850r/min。 可见轴的最低转速是150r/min。然后确定轴的转速。传动组b是第一扩大组，级比指数x1=3,。可知，轴的最低转速可以是212r/min，300r/min，425r/min，600r/min,因为该设计有升速，又因为是轻型机床，在变速传动时应采用“前慢后快”的原则，同时不使传动比太小，故ibmax=1, ibmin=1/3。即轴的最低转速定为425r/min，轴的三个转速是425r/min，600r/min,850r/min。在-轴间的变速组a 是基本组，级比指数是1，根据升2降4 的原则，则轴的转速可以是300r/min，425r/m

19、in，600r/min，850r/min，1120r/min，1700r/min，基于同样理由，确定轴的转速为850r/min。电动机轴（O）与轴之间可以采用带传动，传动比i = 1430/850，最后，分别在-轴间，过轴转速点分别画转速点的平行线。同样在-轴间，过轴转速点画平行线，并在转速图上写出电机轴和主轴的转速、传动比连线上写出传动比。这样，转速图最终完成。3.6 带轮的确定电机到一轴采用带传动，其传动比为：i = 1430/850=1.68，采用B型带，小带轮的最小直径为125mm，确定大带轮直径为210mm。3.7 齿轮齿数的确定转速图拟定以后，要根据每对传动副的传动比，确定齿轮的齿

20、数和带轮的直径等。对于定比传动，满足传动比的要求即可。3.7.1 确定齿轮齿数要注意的问题应满足转速图上传动比的要求。所确定的齿轮齿数之比为实际传动比，它与理论传动比一般存在误差，因此造成主轴转速的误差，只要转速误差 不超过正负10（-1）%是允许的，即式中 ： 为主轴转速的相对误差,； 实际转速值,（r/min）； 理论转速值,（r/min）。齿数的确定：（1）在m一定时，大，中心距a=m/2也增大，箱体径向尺寸大； 根据经验，规定100-120（2）在m一定时，不宜过小。 70 故70 z2 z3，只要z2不与z1相碰，则z3必然顺利通过。该传动组齿轮模数相同，且是标准齿轮时，则将得z1

21、- z2 4 即三联滑移齿轮中，最大和次大齿轮的齿顶圆直径取为负偏差。如果二者的齿数小于4，可适当增加齿数和来增加齿数或采用变位齿轮，避免两齿轮相撞，或者改变齿轮的排列方式，使不越过Z1,。3.7.2 变速组内模数相同时齿数确定在确定齿轮齿数之前，最好初步计算出各变速组内的齿轮副数的模数，以便根据结构要求判断所确定的最小齿轮齿数或齿数和是否恰当。在同一变速组内的齿轮可取相同的模数或者不同的模数。或者常用于最后一个扩大组或者背轮机构中，因为在这两种情况下，各齿轮副受力状况悬殊。在一般情况下，主传动链中所采用模数的种类应尽量可能少些，以便给设计、制造和管理提高方便。对于外联传动链，如果传动比i采用

22、标准公比的整数次方时，可用查表法来确定齿数和SZ及小齿轮齿数。对于该机床主传动系统来说，本组的传动比为：Ia1=1, ia2=1/2, ia3=1/1.41查传动比i为1.41 ，1，2的三行，有数字者及为可能的方案。出 SZ =60,72,是共同适用的 70SZ18SZ =724 满足要求。第一扩大组的传动比为ib传动比i为1.41 、根据上述所说 =84，7018即= = 第二扩大组：ic传动比i为, 1.41 Sz=90, 70Sz100120，取Sz=90。则从表中查出各对齿轮副中小齿轮的齿数分别为 30,18最小齿数18符合标准。即：ic1=,ic2=3.8 确定小带轮直径小带轮B型

23、带 ， 基准直径125mm ，大带轮210mm传动比 1430(r/min)/850(r/min)=1.68 根据上述所确定的参数可得转速图为 图3图3 车床12=31x23x26转速图3.9 计算转速误差主轴等实际转速运用如下公式计算：式中: 电动机的转速，（r/min）； 皮带打滑系数.该传动使用三角带 =0.02； 从电动机到主轴的总传动比。以n12为例，计算其转速误差。根据上述公式求得转速误差为-0.019 由计算结果可见，n12转速误差合格。以此类推，其它各级转速误差计算结果见表2。表2各级转速误差主轴理论转速(r/min)主轴实际转速(r/min)主轴转速误差是否合格1700166

24、7-0.019合格118011910.009合格850834-0.019合格600591-0.015合格425423-0.004合格300296-0.013合格212208-0.018合格150149-0.009合格106104-0.019合格7574-0.013合格5352-0.019合格37.5380.013合格3.10 计算转速3.10.1计算转速的确定传递全功率时最低转速，该转速的功率最大而转矩也达到最大，称为Nj为机床主轴的计算转速。机床主轴的计算转速因机床不同而异。对于大型机床，因其工艺范围大、变速范围宽，计算转速可以取得大一些。对于精密机床，钻床，滚齿机等，因为工艺范围较小，计算

25、转速可以取得小。确定主轴的计算转速：式中：传动件的计算转速，（r/min）； 最低转速，（r/min）。轴共有六级转速，150r/min，212r/min，300r/min，425r/min，600r/min，850r/min，主轴由37.5到1700r/min的12级转速都传递功率，轴若经传动副Z6/Z6传动主轴，则150到850r/min已经传递了全部功率，故轴的三个转速425r/min，600r/min，850r/min。无论经过那个对传动副都应传递全功率。因此，Nj=425r/min，nj=850r/min。表3传动轴计算转速传动轴轴轴轴轴N（r/min）850425150106齿轮副

26、的计算转速：齿轮Z7装在主轴上并具有300到1700r/min共六级转速，它们都传递全功率，故，=300r/min。齿轮Z7装在轴上并具有150到850r/min共六级，经由Z7/Z7传动主轴的转速都传递全功率，故n7j=150 r/min。齿轮Z6装在主轴上并具有37.5到212r/min共6级转速但有106r/min，150r/min，212r/min传递全功率，故nz6j =106r/min。齿轮Z6装在轴上并具有150到850r/min共6级转速，但经齿轮副Z6/Z6传动主轴的转速中，只有300r/min，600r/min，850r/min传递全功率，故Nz6j=300r/min。现将

27、各齿轮的计算转速列于下表：表4各齿轮计算转速齿轮Z1Z2Z3Z4Nj（r/min）850850850425表5各齿轮计算转速齿轮Z1Z2Z3Z4Nj（r/min）425600850150表6各齿轮计算转速齿轮Z5Z6Z7Nj（r/min）425150150表7各齿轮计算转速齿轮Z5Z6Z7Nj（r/min）4251063003.11普通车床的正常使用必须满足如下条件机床所处位置的电源电压波动小，环境温度低于30摄示度，相对湿度小于80%。2机床位置环境要求 3机床的位置应远离振源、应避免阳光直接照射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响。如机床附近有振源，则机床四周应设置防振沟。否则将直接影响机

28、床的加工精度及稳定性，将使电子元件接触不良，发生故障，影响机床的可靠性。4电源要求：一般普通车床安装在机加工车间，不仅环境温度变化大，使用条件差，而且各种机电设备多，致使电网波动大。因此，安装普通车床的位置，需要电源电压有严格控制。电源电压波动必须在允许范围内，并且保持相对稳定。否则会影响数控系统的正常工作。5温度条件：普通车床的环境温度低于30摄示度，相对温度小于80%。6按说明书的规定使用机床用户在使用机床时，不允许随意改变控制系统内制造厂设定的参数。这些参数的设定直接关系到机床各部件动态特征。只有间隙补偿参数数值可根据实际情况予以调整。用户不能随意更换机床附件，如使用超出说明书规定的液压

29、卡盘。制造厂在设置附件时，充分考虑各项环节参数的匹配。盲目更换造成各项环节参数的不匹配，甚至造成估计不到的事故。使用液压卡盘、液压刀架、液压尾座、液压油缸的压力，都应在许用应力范围内，不允许任意提高。总 结在这里我要感谢那些所有曾经寄予我关心和帮助的人，这篇论文的完成和他们中的任何一位都是分不开的。首先，我要向我的指导老师叶老师致以由衷的感谢和诚挚的敬意，他的指导为我们提供了设计的主题思想，在设计过程中，他在自己的繁忙工作之余指导我们，检查并排除了我们设计过程中的诸多漏洞。无论是理论的运用，还是零部件的设计计算，都给我们解惑答疑，我都有很大的收获。在论文的编写过程中，他给我提出宝贵的意见，并且

30、给与细致的指导，不断地完善和改进。最重要的是叶老师教会我们许多分析、解决问题的方法，这在书本中无法学到的，他的教诲培养了我科学的思维方法和一丝不苟的工作态度，渊博的学识更使我受益匪浅。其次，我要感谢的是我的同伴们同设计组的所有同学。在整个设计过程中，我们配合的非常默契，遇到不清楚地地方一起讨论、翻阅资料，共同克服困难，出谋划策寻求最简洁最佳的解决方案。正是由于我们的努力整个设计才能进行的那么顺利。参考文献1范云涨，陈兆年. 金属切削机床设计简明手册M. 北京：机械工业出版社.1994.7 2王启义,蔡群礼，胡宝珍.金属切削机床设计M. 北京: 东北工学院出版社, 1989.103戴曙 .金属切削机床设计M. 北京: 机械工业出版社, 1985.124华东纺织工业学院，哈尔滨工业大学，天津大学.机械设计图册M.上海: 上海科学技术文献出版社,1979. 125黄开榜, 张庆春，那海涛.金属切削机床M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.第二版，2008.76金属切削机床设计编写组。金属切削机床设计 上海科学技术出版社出版，1979.68华东纺织工业学院，哈尔滨工业大学，天津大学.机床设计图册 上海科学技术出版社 1979.620沈阳大学课程设计说明书