課程設(shè)計(jì)普通車床主軸變速箱設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱 機(jī)械設(shè)備制造基礎(chǔ) 專業(yè)、班級(jí) 機(jī)械本 051 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 日 期 2008.12.22 2008.12.31 - 1 - 課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表 班級(jí)機(jī)械本 051學(xué)號(hào) 10 姓名根師 設(shè)計(jì)題目：普通車床主軸變速箱設(shè)計(jì) 個(gè)人設(shè)計(jì)總結(jié)：個(gè)人設(shè)計(jì)總結(jié)： 經(jīng)過了為期 10 天的課程設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)。我覺得從中受益匪淺，在設(shè)計(jì) 過程中，遇到了很多難題，在分析的過程中，讓我更深刻地了解了裝備設(shè)計(jì)對(duì) 我們學(xué)習(xí)的重要性，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足。通過查詢有關(guān)手冊(cè)和詢問 老師，最終一一解決，從而收獲頗豐。其次在設(shè)計(jì)的過程中我們撿回了許多以 前的機(jī)械知識(shí)，尤其是

2、機(jī)械制圖的應(yīng)用，讓我認(rèn)識(shí)到僅僅了解書本上的東西是 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有在結(jié)合自己的實(shí)際情況，運(yùn)用于實(shí)踐，這樣才能更深地了解 和學(xué)習(xí)好知識(shí)。同時(shí)我們要不斷地向別人學(xué)習(xí)，尤其要多想老師請(qǐng)教，他們可 以讓我們少走很多的彎路，同時(shí)也讓我們知道很多優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法和與眾不同 的設(shè)計(jì)理念。最后就是在設(shè)計(jì)中我們?cè)谝?guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成，也為我們今后 獨(dú)立完成工作作了個(gè)鋪墊。 成績?cè)u(píng)定項(xiàng)目成績?cè)u(píng)定項(xiàng)目 a ab bc cd de e 完成設(shè)計(jì)任務(wù)情況很好好比較好一般較差 設(shè)計(jì)內(nèi)容正確基本正確個(gè)別錯(cuò)誤多處錯(cuò)誤較大錯(cuò)誤 圖面質(zhì)量正確基本正確個(gè)別錯(cuò)誤多處錯(cuò)誤較大錯(cuò)誤 說明書表達(dá)情況 （精煉、流暢、書寫 工整） 很好好比較好

3、一般不好 答辯回答問題情況很好好比較好一般不好 紀(jì)律表現(xiàn) （出勤、投入、進(jìn) 度） 很好好比較好一般不好 最后成績最后成績 優(yōu)秀優(yōu)秀 a a 5 5 c c 0 0 良好良好 a a3 3 c c0 0 中等中等 b b2 2 c c4 4 及格及格 a=0a=0 b=0b=0 c c3 3 不及格不及格 a=0a=0 b=0b=0 c c2 2 e e1 1 負(fù)責(zé)指導(dǎo)教師：（簽字）負(fù)責(zé)指導(dǎo)教師：（簽字）指導(dǎo)教師：（簽字）指導(dǎo)教師：（簽字） 注：指導(dǎo)教師簽字處由指導(dǎo)教師親筆簽名。注：指導(dǎo)教師簽字處由指導(dǎo)教師親筆簽名。 - 2 - 目錄目錄 一、運(yùn)動(dòng)設(shè)一、運(yùn)動(dòng)設(shè) 計(jì)計(jì)33 二、動(dòng)力計(jì)二、動(dòng)力計(jì) 算

4、算66 三、三、主軸組件的計(jì)算選取主軸組件的計(jì)算選取 11 四四、主軸校核主軸校核1212 五、參考文獻(xiàn)五、參考文獻(xiàn)1515 - 3 - 一、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)一、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) ( (一一) )確定變速級(jí)數(shù)確定變速級(jí)數(shù): (1) 由本小組設(shè)計(jì)題目可知 公比 1 min 1 max min25,min1600 rnrn41 . 1 (2) 主軸極限轉(zhuǎn)速變速范圍 1 . 45 5 . 35 1600 min max n n rn (3) 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) z 的確定 由121 41 . 1 lg 1 . 45lg 1 lg lg n r z (4) 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)結(jié)構(gòu)式的確定: 1）確定變速組傳動(dòng)副數(shù)目： 實(shí)現(xiàn) 12 級(jí)

5、主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以寫成多種傳動(dòng)副組合： a12=3*4 b. 12=4*3 c。12=3*2*2 d12=2*3*2 e。12=2*2*3 方案 a、b 可節(jié)省一根傳動(dòng)軸。但是，其中一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)變 速傳動(dòng)副，增大了該軸的軸向尺寸。這種方案不宜采用。 根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案 c 是可取的。確定變 速組擴(kuò)大順序：12=3*2*2 的傳動(dòng)副組合，根據(jù)級(jí)比指數(shù)非陪要“前疏后 密”的原則，應(yīng)選用第一種方案。然而，對(duì)于所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)，將會(huì)出現(xiàn)兩 個(gè)問題： 如果第一變速組采用升速傳動(dòng)（圖 1b） ，則軸至主軸間的降速 1 傳動(dòng)只能由后兩個(gè)變速組承擔(dān)。為了避免出現(xiàn)降速比小于允

6、許的極 - 4 - 限值，常常需要增加一個(gè)定比降速傳動(dòng)組，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這種 傳動(dòng)也不是理想的。 如果采用方案 12 =30*21*22，則可解決上述存在的問題（見圖 1c） 。 其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖 2 所示。 圖 2 結(jié)構(gòu)網(wǎng) (5) 由機(jī)械工程及其自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2-2 查得,選用額定電壓為 4p/kw,滿 載轉(zhuǎn)速為 1400r/min.額定轉(zhuǎn)距為 2.2,型號(hào)為 y112m-4 型的電動(dòng)機(jī). (6) 確定是否需要增加降的定比傳動(dòng)副: 該機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的總降速比 u，如每一組的最小降速比均 64 5 . 1 1600 5 . 35 u - 5 - 取 0.25，則 3 個(gè)變速組的總降速比

7、可達(dá)，故無需增加一個(gè)降速傳動(dòng)。但是， 64 1 為使中間的 2 個(gè)變速組降速緩慢，以利于減少變速箱的徑向尺寸，故在電動(dòng)機(jī) 軸和 1 軸間增加一對(duì)降速的帶傳動(dòng) 225 125 （7）由機(jī)械工程及其自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)（2） 查得?？傻弥鬏S轉(zhuǎn)速系列為： 35.5，50，71，100，140，200，280，400，560，800，1120，1600。 (二二) 轉(zhuǎn)速圖轉(zhuǎn)速圖 (三三) 確定齒輪齒數(shù)確定齒輪齒數(shù) 1 1先計(jì)算第一擴(kuò)大組的齒輪的齒數(shù)先計(jì)算第一擴(kuò)大組的齒輪的齒數(shù) (1) ua1=1,ua2= = 82 . 2 1 (2) 查表在 u=2.82 中找出最小齒輪齒數(shù),其最小齒數(shù)和22 max

8、z 84 min z s (3) 查教材表 2.1,同時(shí)滿足傳動(dòng)比要求的齒數(shù)和有 84,88 等. (4) 在具體結(jié)構(gòu)允許的情況下,選用齒數(shù)和較少的為宜,取84 z s - 6 - (5).確定各齒輪副齒數(shù) 由 u=1 一行找出 za1=42. za1=84-42=42 由 u=2.82 一行找出 za2=22. za2=84-22=62 2.2.基本組齒輪齒數(shù)基本組齒輪齒數(shù) (1). ub1=1,ub2= =, , 41 . 1 1 2 1 41. 1 1 2 3 b u (2) 查表在 u=2 中找出最小齒輪齒數(shù),其最小齒數(shù)和22 max z66 min z s (3) 查教材表 2.1,

9、同時(shí)滿足傳動(dòng)比要求的齒數(shù)和有 72,84,90 等. (4) 考慮到減速器的尺寸,取84 z s (5).確定各齒輪副齒數(shù) 由 u=1 一行找出 zb1=42. zb1=84-42=42 由 u=2.82 一行找出 zb2=35. zb2=84-35=49 由 u=2.82 一行找出 zb3=28. zb3=84-28=56 3.3.第二擴(kuò)大組的齒輪齒數(shù)第二擴(kuò)大組的齒輪齒數(shù) (1).已知 uc1=2. uc2= = 4 1 (2).在 u=3.98 中找出最小齒輪齒數(shù),其最小齒數(shù)和22 max z109 min z s (3). 查教材表 2.1,同時(shí)滿足傳動(dòng)比要求的齒數(shù)和有 110,114

10、等. (4). 在具體結(jié)構(gòu)允許的情況下,選用齒數(shù)和較少的為宜,取110 z s (5).確定各齒輪副齒數(shù). 由 u=2 一行找出 zc1=37. zc1=110-37=73. 由 u=3.98 一行中找出 zc2=22. zc2=110-22=88. ( (四四) ) 傳動(dòng)系統(tǒng)圖傳動(dòng)系統(tǒng)圖: : - 7 - 二、動(dòng)力計(jì)算二、動(dòng)力計(jì)算 （一）傳動(dòng)件的計(jì)算（一）傳動(dòng)件的計(jì)算 1.1.傳動(dòng)軸直徑傳動(dòng)軸直徑 d d 的計(jì)算的計(jì)算. . (1)查表 2-4,可得電動(dòng)機(jī)到軸間的傳動(dòng)效率為 0.97.由設(shè)計(jì)要求知電動(dòng) 機(jī)額定功率為 4kw. (2)查表 7-11,可得傳動(dòng)軸每米長度上允許的扭角為 0.50

11、10,取 =0.50. (3)傳動(dòng)軸 iv 的計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)為 niv=n1=(35.5 1.413)r/min=100r/min 1 3 z (4)又轉(zhuǎn)速圖可知,i.ii.iii 軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速分別為 800,400,140. (5)計(jì)算各傳動(dòng)軸的輸出功率 1 4.0 0.96 0.993.80() br ppnnkw 額 21 3.80 0.97 0.993.65() gr ppnnkw - 8 - = = = =3.51(kw)3prgnnp299 . 0 97. 065. 3 3 3.51 0.97 0.993.37() gr ppnnkw 主 (6)估算傳動(dòng)軸直徑 d = =91mm911d

12、 4 1 1 jn p 4 5 . 0800 8 . 3 30 = =91=912d 4 1 1 jn p 4 5 . 0400 65 . 3 mm34 = =91=913d 4 1 1 jn p 4 5 . 0140 65 . 3 mm44 =91=914d 4 1 1 jn p 4 5 . 0100 65 . 3 mm48 (7)修正各轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑 d1=(-0.07+1)x30=28mm d2=(-0.07+1)x34=32mm d3=(-0.07+1)x44=41mm d4=(0.05+1)x48=51mm (3)計(jì)算各傳動(dòng)軸的扭矩 t1= =9550=9550 nij p 1 ).(

13、 5 . 45362 800 8 . 3 mmn t2= =9550=9550 nij p2 ).( 1 .124491 280 65 . 3 mmn t1= =9550=9550 nij p3 ).(14.239432 140 51 . 3 mmn t1= =9550=9550 nij p4 ).(321835 100 37 . 3 mmn ( (二二) ) 設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)設(shè)計(jì)齒輪模數(shù) 1 1 齒輪模數(shù)的估算齒輪模數(shù)的估算 (1)由轉(zhuǎn)速圖可知 z=22 和 z=37 的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 280 - 9 - (2)齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度mm nz p m j d w 27 . 2 28022 4 3232

14、3 3 (3)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的估算 j m 齒輪中心距 a=370mm n p j d 63. 13 (4)查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表 6-1，取齒輪模數(shù)為 3mm 2.齒輪模數(shù)的驗(yàn)算。齒輪模數(shù)的驗(yàn)算。 （1）按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù) mj 1/查表 7-18.取 m=3,c0=107,n=140 則有 kt=2.93mm m 0c 60nt 3 107 1500028060 2/查表 7-19.取 kn=0.93 3/ 查表 7-1 取58 . 0 p k 4/ 查表 7-21 取55 . 0 q k 5/ 87 . 0 93 . 2 55 . 0 58 . 0 93. 0 qpnts kkkkk

15、 6/ 查表 7-17 取6 . 069 . 0 s k6 . 0 s k 7/ 取 k kwpzmpkk j 37 . 3 ,37,600 , 4 . 1, 4 . 1 121 10 m 8/ 查表 7-16 取45 . 0 22 10 1 z m d 04 . 1 3 k 9/ mm nuz pkkkku m jjm s j 65. 2 28060021037 6 . 037. 314 . 14 . 13 16300 ) 1( 16300 3 22 3 22 321 (2)按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù) w m 1/ 查表 7-23 取齒形系數(shù)408 . 0 y 2/ 查表 7-22 取220

16、 w mp 3/ 47 . 1 10 1500 5 . 3560 3 7 t k44 . 0 47 . 1 55 . 0 58 . 0 93 . 0 s k 查表 7-17 取44 . 0 s k - 10 - 4/ mn=275=2.22mm 3 1 321 275 wjm s nyz pkkkk 3 22028010408 . 0 22 44 . 0 37 . 3 14 . 14 . 1 (5) 宗上所述,查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表 6-1,取齒輪模數(shù)為 3mm. (三三)齒輪幾何尺寸的計(jì)算齒輪幾何尺寸的計(jì)算 齒 名 a1a1a2a2a3a3b1b1b2b2c1c1c2c2 分度 圓直 徑 1261

17、26105147841681261476618611021966264 齒頂 圓直 徑 132132111141781741321417219211722572270 齒根 圓直 徑 118.5118. 5 97. 5 139. 5 70. 5 160. 5 118. 5 139. 5 58. 5 178. 5 103. 5 214. 5 58/. 5 256. 5 齒 寬 2020212022202022222222203230 (四四)軸承的選取軸承的選取 (五五)帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1)確定計(jì)算功率 p=4kw,k 為工作情況系數(shù),去 k=1.0 pj=kp=1.0x4.0=

18、4.0kw (2)選擇三角帶的型號(hào) 由 pj=4.0kw 和 n額=1440r/min 查表選擇 b 型帶 (3)取 d1=125mm,則 d1= 1=180 d2= =225mmd 1000 1440 125 800 1440 型號(hào)ddbt類型 帶輪60147011020深溝球軸承 一軸6207357217深溝球軸承 二軸3020735721718.25圓錐滾子軸承 三軸3020945851920.75圓錐滾子軸承 主軸末端30211551002122.75圓錐滾子軸承 主軸中端5121260951026推力球軸承 主軸前端nn30189014037雙列圓柱滾子軸承 - 11 - (4)核算

19、膠帶速度 v ,sm nd v/4 . 9 60000 11 (6) 初定中心距 mmdda525)(5 . 1 210 (7) 計(jì)算膠帶的長度 3 . 1604 5254 100 350 2 14 . 3 5252 4 )( )( 2 2 2 0 12 2100 a dd ddal 取mml1800 0 (8) 核算膠帶的彎曲次數(shù) 40 4 .10 1800 4 . 921000 1000 111 sss l mv u (9) 計(jì)算實(shí)際中心距 mm ll aa 9 . 622 3 . 16041800 525 2 0 0 圓整取 623mm (10)核算小帶輪的包角 00120 0 1 12

20、0 8 . 170 14 . 3 180 623 125225 180 180 108 a dd (10)確定膠帶的根數(shù) 12 . 2 98 . 0 92 . 1 4 10 cp p z j 取整 z=3 bmmfez63 5 . 1221922) 1( e=19 f=12.5 (查機(jī)械設(shè)計(jì)表 8-10) (11)大帶輪結(jié)構(gòu)如下圖: - 12 - 225 三、主軸組件的計(jì)算選取三、主軸組件的計(jì)算選取: (一一) i 軸與軸與 iv 軸平鍵的選取軸平鍵的選取 （1）iv 軸：l=60 bxh=14x9 (2 ) i 軸: l=80 bxh=25x14 (二二)離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算:

21、1.離合器的選用及要求離合器的選用及要求 一般應(yīng)使選用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭矩 m 和額定動(dòng)扭矩 m 滿足工作要 jd 求。只需按其結(jié)合后的靜負(fù)載扭矩來選，即 mkm =kx9550x j n j n p p離合器需傳遞的功率，單位為 kw； n 離合器所在的軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，單位為 r/min; j 電動(dòng)機(jī)至裝離合器的軸的傳動(dòng)效率， m 按離合器傳動(dòng)功率求得的扭矩，單位為 n。m n k安全系數(shù)，一般取 1.5-1.7 mkm =kx9550x=1.6x9550x=70.4 j n j n p 97 . 0 800 8 . 3 - 13 - 2.片式摩擦離合器的計(jì)算片式摩擦離合器的計(jì)算 1）決

22、定外摩擦片的內(nèi)徑 軸裝式：d =d+（26）=51+4=55mm 1 2）選定系數(shù)值 確定內(nèi)摩擦片外徑 d ,單位為 mm；系數(shù)=0.550.77，通常取 0.7 2 d = d /=55/0.7=79 21 3)計(jì)算摩擦面中徑 d 及摩擦面平均線速度 v pp 4）計(jì)算摩擦面對(duì)數(shù) z = 0 zmv n kkkddpf km )( 1012 3 1 3 2 3 式中 f摩擦片的摩擦因數(shù)，查表 7-13 p許用壓強(qiáng)，單位為 mpa，查表 7-13 d ，d 內(nèi) 外摩擦片的外徑和內(nèi)徑,單位為 mm 21 速度修正系數(shù),結(jié)合次數(shù)修正系數(shù).kmkv 摩擦面對(duì)數(shù)修正系數(shù)，查表 7-14 z k 安全系

23、數(shù)。k 離合器需要傳遞的扭矩，單位為 n.m。 n m （5）確定摩擦片片數(shù): z = 0 zmv n kkkddpf km )( 1012 3 1 3 2 3 13 84 . 0 88 . 0 86 . 0 )5579(3 . 03 . 0 104 . 14412 33 3 總片數(shù)=+1=12 0 z 取摩擦片厚度為 2mm 四、主軸校核四、主軸校核 （a） 主軸的前端部撓度=0.0002 430=0.082 s y y （b） 主軸在前軸承處的傾角 0.001rad容許值軸承 - 14 - （c） 在安裝齒輪處的傾角 0.001rad容許值齒 d=79mm 平均 650 180909580

24、557515070706570554052 e 取為，i= （1-）=（1-）=768329mm 5 2.1 10empa 64 4 d d d0 64 7914. 3 4 79 45 4 ）（ 計(jì)件 主 n5851 90400 955 . 0 37 . 3 109552995 . 0 109552 34 34 nd p fz n39625f . 0 f,n6344f . 0 f zxzy 由于小齒輪的傳動(dòng)力大，這里以小齒輪來進(jìn)行計(jì)算 n9440 100223 37 . 3 109552109552 4 4 主主主 主 nzm p fq 將其分解為垂直分力和水平分力 由公式 , tantan

25、qyqynqqzqyn fff ff 可得nfnf qyqz 7152,2289 )(25760130396 3 2 3 2 )67627160634 3 2 3 2 )n440661601585 3 2 3 2 mmnlfm mmnlfm mmlfm xx yy zz 件 件 件 （ （ 主軸載荷圖如下所示： - 15 - 由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=420mm,b=170mm,l=590mm,c=85mm 計(jì)算（在垂直平面） , , , 1 () 6 qz f abc la y eil 2 2 () 3 z f c ylc eil 3 (23 ) 6 z m c ylc ei 007 . 0 321 yy