1、大连民族学院 大连民族学院 毕 业 设 计 (论 文 ) 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 班 级 ： 机械 104 姓 名 ： 董牧 学 号 ： 2010022402 课 题 ： 车床主传动系统设计 指导教师 ： 于善平 2014 年 6 月 10 日车床主传动系统设计 摘要 主传动系统设计是机床设计中非常重要的组成部分，本次设计主要由机床的级数入手，于结构式、结构网拟定，再到齿轮和轴的设计，再选择各种主传动配合件，对轴和齿轮及配合件进行校核，将主传动方案“结构化”，设计主轴变速箱装配图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件 、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计，完成设
2、计任务。 本次突出了结构设计的要求，在保证机床的基本要求下，根据机床设计的原则，拟定机构式和结构网，对机床的机构进行精简，力求降低生产成本；主轴和齿轮设计在满足强度需要的同时，材料的选择也是采用折中的原则，没有选择过高强度的材料从而造成浪费。 【关键词】车床、主传动系统、 结构式、电动机 。 车床主传动系统设计 Abstract Main drive system design is Very important part of the Machine Design,The design of the series to start primarily by machine,In the st
3、ructure, the structure network developed, to the design of gears and shafts,Choose a variety of main drive with the pieces of the shaft and gear, and checked with the parts ， design and motive of completion sport spread the lord to move the project“the structure turn“ , Design a principal axis to be
4、come soon a box assemble diagram and spare parts diagram and lay particular emphasis on to carry on spread to move stalk module, principal axis module and become soon organization, box a body, lubricate and seal completely, spread to move stalk and slippery move wheel gear spare parts of design to c
5、omplete design tasks. This highlights the structural design requirements,under the basic requirements for ensuring the machine ,According to the principles of machine tool design,Development of institutional and structural net,Streamlining of the machine tool sector,Strive to reduce production costs
6、,No choice of materials resulting in high strength waste. 【 Keywords】 lather, Main drive system,Structure , Electric motor. 车床主传动系统设计 目录 绪论 . 1 1.主轴极限转速的确定 . 3 2. 主动参数的拟定 . 4 2.1 确定传动公比 . 4 2.2 主电动机的选择 . 5 3.普通车床的规格 . 6 4.变速结构的设计 . 6 4.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目 . 6 4.2 结构式的拟定 . 7 4.3 结构网的拟定 . 9 4.4 各变速组的变
7、速范围及极限传动比 . 10 4.5 确定各轴的转速 . 11 4.6 绘制转速图 . 12 4.7 确定各变速组变速副齿数 . 12 4.8 绘制变速系统图 . 14 5.传动件的设计 . 14 5.1 带轮的设计 . 14 5.2 传动轴的直径估算 . 18 5.3 确定各 轴转速 . 18 5.4 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径 . 19 5.5 键的选择、传动轴、键的校核 . 20 6.各变速组齿轮模数的确定和校核 . 22 6.1 齿轮模数的确定： . 22 6.2 齿轮的设计 . 26 7.齿轮校验 . 28 7.1 齿轮强度校核 . 28 7.1.1 校核 a组齿轮 . 28
8、 7.1.2 校核 b组齿轮 . 30 7.1.3 校核 c组齿轮 . 31 8.主轴组件设计 . 32 8.1 主轴的基本尺寸确定 . 33 8.1.1 外径尺寸 D. 33 8.1.2 主轴孔径 d. 33 8.1.3 主轴悬伸量 a. 34 8.1.4 支撑跨距 L. 35 8.1.5 主轴最佳跨距的确定 . 35 8.2 主轴刚度验算 . 37 8.3 主轴刚度验算 . 37 8.4 各轴轴承的选用的型号 . 39 谢辞 . 40 小结 . 40 参考文献 . 41C6132 普通车床主传动系统设计 第 1 页 共 40 页 绪论 机床的主传动系统的布局可分成集中传动和分离传动两种类型
9、。主传动系统的全部变速结构和主轴组件集中装在同一个箱体内，称为集中传动布局；传 动件和主轴组件分别装在两个箱体内，中间采用带或链传动，称为分离传动布局。 集中传动式布局的机床结构紧凑，便于实现集中操控，且只用一个箱体，但传动结构运转中的振动和热变形。当采用背轮传动时，皮带将高速直接传给主轴，运转平稳，加工质量好，低速时经背轮机构传动，转矩大，适应粗加工要求。因为机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。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
10、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。 本文设计的为普通车床的传动系统，根据不同的加工条件，对传动系统的要求也不尽相同，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，从而获得最优的参数，使机床设计的最为合理。 1、 主传动系分类和传动方式 主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制 动机构等部分组成。动力源给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向；变速装置传递动力以及变换运动速度；执行件执行机床所需的运动，完成旋转或
11、直线运动。 （一） 主传动系可按照不同的特征来分类： （ 1） 按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。调速交流电动机驱动又有多速交流电动机和无极调速交流电动机驱动。无极调速交流电动机通常采用变频调速的原理。 （ 2） 按传动装置类型可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合。 （ 3） 按变速的连续性可分 为分级变速传动和无级变速传动。 C6132 普通车床主传动系统设计 第 2 页 共 40 页 2、 2、变速机构 变速方式分为有级变速和无级变速。有级变速机构有下列几种： 交换齿轮变速机构 这
12、种变速机构的变速简单，结构紧凑，主要用于大批量生产的自动或半自动机床，专用机床及组合机床等； 滑移齿轮变速机构 这种变速机构广泛应用于通用机床和一部分专用机床中； 离合器变速运动 在离合器变速机构中应用较多的有牙嵌式离合器，齿轮式离合器和摩擦片式离合器。 2、齿轮的布置与排列 变速组的滑移齿轮一般布置在主轴 上，为了避免同一滑移齿轮变速组内两对齿轮同时啮合，两个固定齿轮的间距应大于滑移齿轮的总宽度，即留有一定的间隙（ 1-2mm), 如无特殊情况，应尽量缩小齿轮轴向排列尺寸。滑移齿轮的轴向位置排列通常有窄式和宽式两种，一般窄式排列轴向长度较小； 为了减小变速箱的尺寸，既需缩短轴向尺寸，又要缩短
13、径向尺寸，它们之间往往是相互联系的，应该根据具体情况考虑全局，恰当地解决齿轮布置题目； 在强度答应的条件下，尽量选取较小的齿数和并使齿轮的降速传动比大于 1/4。这样，既缩小了本变速组的轴间间隔，又不妨碍其 它变速组的轴间间隔。 3、主传动的开停、制动装置 开停装置 开停装置是用来控制主轴的启动与停止的机构，开停方式有直接开、停电动机和离合器开、停两种。当电动机功率较少时，可直接开停电动机，当电动机功率较大时，可以用离合器实现主轴的启动和停止。 制动装置 在装卸工件、丈量被加工面尺寸、更换刀具及调整机床时，常希看机床主运动执行件尽快停止运动。所以主传动系统必须安装制动装置，一般可采用电机反接制
14、动，闸带制动，闸瓦制动。 C6132 普通车床主传动系统设计 第 3 页 共 40 页 1.主轴极限转速的确定 确定 主轴的最高转速和最低转速，应该在分析所设计机床几种典型加工方式的切削用量和参考现有同类型机床的技术性能的基础上，并按照“技术上先进，经济上合理”的原则进行。 由于通用性机床加工对象很广，不同工序所采用的切削用量相差悬殊，而且加工零件的尺寸变换也很大，所以要合理地确定其极限转速是一个复杂的任务，必须对有关加工工序和切削用量进行分析，在分析切削用量的过程中，应特别注意下列几点： 1.考虑先进加工方法，但所选的切削用量不应该是个别记录，而应该具有普遍性。 2.应考虑刀具材料的发展趋势
15、。 例如普通车到在大多数情况下已经采用硬质合金，目前陶瓷刀具也已开始应用等情况。 3.最高和最低转速不能仅用计算方法来确定。还应该和先进的同类机床比较，因为过大的转速范围不仅不能充分发挥其性能，而且还可能使结构无法实现。在传动系统拟定好以后，验算各主要传动件的最大圆周速度应不超过允许值。 主轴最高和最低转速可按下列计算： maxn =minmax1000dv (rpm) minn =maxmin1000dv (rpm) 其中： maxn 、 minn 主轴最高、最低转速（ m/min）； maxv 、 minv 典型工序的最大、最小切削速度（ m/min）； C6132 普通车床主传动系统设计
16、 第 4 页 共 40 页 maxd 、 mind 最大、最小计算直径。 普通车床采用最大速度 maxv 的典型工序一般为用硬质合金车刀 精车或半精车钢质轴类工件的外圆，取 maxv =200r/min。 采用最小速度 minv 的典型工序又以下几种情况： 1.在低速光车，要求获得粗糙度小于 R3.2 m； 2.精铰孔 3.加工各种螺纹及多头螺纹； 4.用高速钢车刀，对铸铁材料的盘类工件进行粗车端面工作，取minv =25r/min。 一般取计算直径： maxd =0.5D mind =(0.20.25) maxd 式中 D 为最大工件回转直径，即主参数 (mm)。 当典型工序为铰孔或加工螺纹
17、 时，应按在车床上常用最大铰孔直径或经常加工 的 最 大 螺 纹 直 径 作 为 最 大 计 算 直 径 maxd ， 根 据 调 研 可 推 荐 ：maxd 0.2 1D ,( 1D为刀架上最大工件回转直径） 故 maxn =minmax1000dv = 322001000 =1990 r/min， 取 maxn =2000 r/min； minnmaxmin1000dv = 160251000 =49.65 r/min， 取 minn =45 r/min； 与本次设计给定的参数相差不大，取计算值。 2. 主动参数的拟定 2.1 确定传动公比 根据机械制造装备设计 78P 公式（ 3-2）因
18、为已知 znR Z=lglgnR+1 = )1( Z nR =11 4.44 =1.411 C6132 普通车床主传动系统设计 第 5 页 共 40 页 根据机械制造装备设计 77P 表 3-5 标准公比 。这里我们取标准公比系列 =1.41. 因为 =1.41=1.066 ，根据机械制造装备设计 77P 表 3-6标准数列。首先找到最小极限转速 25，再每跳过 5 个数（ 1.26 1.066 ）取一个转速，即可得到公比为 1.41 的数列： 45、 63、 90、 125、 180、 250、 355、 500、 710、 1000、 1400、2000。 2.2 主电动机的选择 合理的确
19、定 电机功率 P，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。 现在以常见的中碳钢为工件材料，取 45 号钢，正火处理，车削外圆，表面粗糙度 aR =3.2mm。采用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸： 16mm 25mm。刀具几何参数： 0 =15o ， 0 =6o ， r =75o ， r =15o ， =0o ， 01 =-10o ， b1r =0.3mm，re =1mm。 现以确定粗车是的切削用量为设计： 确定背吃刀量 pa 和进给量 f，根据切削加工简明实用手册 44P 表 8-50， pa 取 4mm， f取 1 rmm 。 确定切削速度，参切削加
20、工简明实用手册 48P 表 8-57，取 Vc =2 sm 。 机床功率的计算， 主切削力的计算 根据切削加工简明实用手册 49P - 450P 表 8-59和表 8-60，主切削力的计算公式及有关参数： FZ =9.81 Fcn60 FcC FcZa FcZf FcZv FcK =9.81 15.060 270 4 75.01 15.02 0.92 0.95 =4495.4（ N） 切削功率的计算 cP = cF cv 310 =4495.4 2 310 =9kw； 取机床的效率为 0.85， )(57.1085.0 9 kwpP zZ C6132 普通车床主传动系统设计 第 6 页 共 4
21、0 页 根据机械设计课程设计手册 167P 表 12-1 Y 系列（ IP44）电动机的技术数据 ,Y 系列（ IP44）电动机为一般用途全封闭自 扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点， B 级绝缘，工业环境温度不超过 +40，相对湿度不超过 95%，海拔高度不超过 1000m，额定电压380V，频率 50Hz。适用于无特殊要求的机械上，如机床，泵，风机，搅拌机，运输机，农业机械等。 根据以上要求，选取 Y160M-4型三相异步电动机，额定功率 11kW,满载转速 1460 minr ，质量 123kg。 3.普通车床的规格 根据以上的计算和设计任务书可得到本次
22、设计车床的基本参数： 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数表 工件最大回转直径 maxD (mm) 最高转速 maxn ( minr ) 最低转速 minn ( minr ) 电机功率 P（ kW） 公比 转速级数Z 320 2000 45 11 1.41 12 4.变速结构的设计 拟定变速方案，包括变速型 式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。 变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。 变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。 显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而 异。 4.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目 级数为 Z的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有 Z 、
