金属切削机床设计

目录

一、设计目的 (1)

二、设计步骤 (1)

1.运动设计 (1)

1.1已知条件 (1)

1.2结构分析式 (1)

1.3 绘制转速图 (2)

1.4 绘制传动系统图 (5)

2.动力设计 (5)

2.1 确定各轴转速 (5)

2.2 带传动设计 (6)

2.3 各传动组齿轮模数的确定和校核 (7)

3. 齿轮强度校核 (9)

3.1校核a传动组齿轮 (9)

3.2 校核b传动组齿轮 (10)

3.3校核c传动组齿轮 (11)

4. 主轴挠度的校核 (13)

4.1 确定各轴最小直径 (13)

4.2轴的校核 (13)

5. 主轴最佳跨距的确定 (14)

5.1 选择轴颈直径,轴承型号和最佳跨距 (14)

5.2 求轴承刚度 (14)

6. 各传动轴支承处轴承的选择 (15)

7. 主轴刚度的校核 (15)

7.1 主轴图 (15)

7.2 计算跨距 (16)

三、总结 (17)

四、参考文献 (18)

一、设计目的

通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，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，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。

二、设计步骤

1.运动设计

1.1已知条件

[1]确定转速范围：主轴最小转速min /5.31min r n =。

[2]确定公比：41.1=?

[3]转速级数：12=z

1.2结构分析式

⑴ 22312??= ⑵ 32212??= [3] 23212??=

从电动机到主轴主要为降速传动，若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足传动副前多后少的原则，因此取32212??=方案。在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比4

1min ≥i ；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比2m a x ≤i 。在主传动链任一传动组的最大变速范围()10~8min max max ≤=i i R 。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小，

根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下：

检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组：

()1222-??=P X R ? 其中41.1=?，62=X ，22=P

所以 10~846.81641.12≤=??=R ，合适。

1.3 绘制转速图

⑴选择电动机

一般车床若无特殊要求，多采用Y 系列封闭式三相异步电动机，根据原则条件选择Y-132M-4型Y 系列笼式三相异步电动机。

⑵分配总降速传动比

总降速传动比 02.01440/5.31/min ===d n n i

又电动机转速min /1440

r n d =不符合转速数列标准，因而增加一定比传动副。

[3]确定传动轴轴数

传动轴轴数 = 变速组数 + 定比传动副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。

⑷确定各级转速并绘制转速图

由min /5.31r n m im = 41.1=? z = 12确定各级转速：

1400、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5r/min 。

在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按传动顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅲ与Ⅳ轴之间的传动组分别设为a 、b 、c 。现由Ⅳ（主轴）开始，确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的转速：

① 先来确定Ⅲ轴的转速

传动组c 的变速范围为]10,8[841.1max 66∈===R ?，结合结构式，

Ⅲ轴的转速只有一和可能：

125、180、250、355、500、710r/min 。

② 确定轴Ⅱ的转速

传动组b 的级比指数为3，希望中间轴转速较小，因而为了避免升速，又不致传动比太小，可取

8.2/1/131==?i b ，1/12=i b

轴Ⅱ的转速确定为：355、500、710r/min 。

③确定轴Ⅰ的转速

对于轴Ⅰ，其级比指数为1,可取

2/1/121==?i a ，41.1/1/12==?i a ，1/13=i a

确定轴Ⅰ转速为710r/min 。

由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比71/144710/1440==i 。下面画出转速图（电动机转速与主轴最高转速相近）。

[5]确定各变速组传动副齿数

①传动组a:

查表8-1, 2/1/121==?i a ，41.1/1/12==?i a ，1/13=i a

2/1/121==?i a 时：=z S ……57、60、63、66、69、72、75、78……

41.1/1/12==?i a 时：=z S ……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77…… 1/13=i a 时：=z S ……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……

可取=z S 72,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为：24、30、36。

于是48/241=a i ，42/302=a i ，36/363=a i

可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为：48、42、36。

②传动组b:

查表8-1, 8.2/1/131==?i b ，1/12=i b

8.2/1/131==?i b 时：=z S ……69、72、73、76、77、80、81、84、87…… 1/12=i b 时：=z S ……70、72、74、76、78、80、82、84、86……

可取 =z S 84，于是可得轴Ⅱ上两联齿轮的齿数分别为：22、42。

于是 62/221=i b ，42/422=i b ，得轴Ⅲ上两齿轮的齿数分别为：62、42。 ③传动组c:

查表8-1,4/11=i c ,22=c i

4/11=i c 时：=z S ……84、85、89、90、94、95……

22=c i 时： =z S ……72、75、78、81、84、87、89、90……

可取 =z S 90.

4/11=i c 为降速传动，取轴Ⅲ齿轮齿数为18；

22=c i 为升速传动，取轴Ⅳ齿轮齿数为30。

于是得72/181=i c ,30/602=c i

得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为18，60；

得轴Ⅳ两齿轮齿数分别为72，30。

1.4 绘制传动系统图

根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下系统图：

2.动力设计

2.1 确定各轴转速

⑴确定主轴计算转速：主轴的计算转速为

min /90r 41.131.5n n 131213z min =?==--?IV

⑵各传动轴的计算转速：

轴Ⅲ可从主轴90r/min 按72/18的传动副找上去，轴Ⅲ的计算转速

125r/min ；轴Ⅱ的计算转速为355r/min ；轴Ⅰ的计算转速为710r/min 。

[3]各齿轮的计算转速

传动组c 中，18/72只需计算z = 18 的齿轮，计算转速为355r/min ；60/30只需计算z = 30的齿轮，计算转速为250r/min ；传动组b 计算z = 22的齿轮，计算转速为355r/min ；传动组a 应计算z = 24的齿轮，计算转速为710r/min 。

[4]核算主轴转速误差

min /5.1417

30/6042/4236/36256/1261440r n =????=??实 min /1400

r n =标

%5%25.1%1001400

)14005.1417(%100)

(<=?-=?-标标实n n n 所以合适。

2.2 带传动设计

电动机转速n=1440r/min,传递功率P=7.5KW,传动比i=2.03，两班制， 一天运转16.1小时，工作年数10年。

⑴确定计算功率 取=A K 1.1，则25KW .85.71.1P K P A ca =?==

⑵选取V 带型

根据小带轮的转速和计算功率，选B 型带。

⑶确定带轮直径和验算带速

查表小带轮基准直径mm d 1251=,mm i d 25403.21251252=?=?= 验算带速成1000601

1?=n d v π

其中 1n -小带轮转速，r/min ；

1d -小带轮直径，mm ； ]25,5[/42.91000

60144012514.3∈=???=s m v ，合适。 [4]确定带传动的中心距和带的基准长度

设中心距为0a ,则

0．55（21d d +）≤a ≤2（21d d +）

于是 208.45≤a ≤758,初取中心距为=0a 400mm 。

带长02

1221004)()(22a d d d d a L -+++=π

mm 1405400

4)125254()254125(214.340022

=?-++?+?= 查表取相近的基准长度d L ，mm L d 1400=。

带传动实际中心距mm L L a a d 5.3972

00=-+=

[5]验算小带轮的包角

一般小带轮的包角不应小于 120。 1204.1613.57180121=?--≈a

d d α。合适。 [6]确定带的根数 L

ca k k p p p Z α)(00?+= 其中： 0p ?-1≠i 时传递功率的增量；

αk -按小轮包角α，查得的包角系数；

L k -长度系数；

为避免V 型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于10。 490

.095.0)46.019.2(25.8=??+=Z [7]计算带的张紧力0F 20)5.2(500qv k k vZ p F ca +-=α

α 其中： ca p -带的传动功率,KW ；

v-带速,m/s ；

q-每米带的质量，kg/m ；取q=0.17kg/m 。

v = 1440r/min = 9.42m/s 。 N F 7.19342.917.0)95

.09.05.2(442.925.850020=?+-???= [8]计算作用在轴上的压轴力 N ZF F Q 153024.161sin 7.193422sin 21

0=???≈≈

α 2.3 各传动组齿轮模数的确定和校核

⑴模数的确定：

a 传动组：分别计算各齿轮模数

先计算24齿齿轮的模数：

3221][)1(16338j

m d n z N m σμ?μ+= 其中: μ-公比 ； μ = 2；

d N -电动机功率；d N = 7.5KW ；

m ?-齿宽系数；

][σ-齿轮传动许允应力;

j n -计算齿轮计算转速。 S

K N lim ][σσ= ， 取lim σ= 600MPa,安全系数S = 1。 由应力循环次数选取9.0=N K MPa 5401

6009.0][=?=σ 90.0=N K ，取S=1，[]MPa MPa S K H N 5401

60090.01lim =?==σσ。 mm m 72.3710

54022485.7)12(163383221=?????+= 取m = 4mm 。

按齿数30的计算，mm m 13.32=，可取m = 4mm ； 按齿数36的计算，mm m 39.33=, 可取m = 4mm 。 于是传动组a 的齿轮模数取m = 4mm ，b = 32mm 。 轴Ⅰ上齿轮的直径：

mm d mm d mm d a a a 96244120304144364321=?==?==?=；；。 轴Ⅱ上三联齿轮的直径分别为：

mm d mm d mm d a a a 192484168424144364'3'2'1=?==?==?=；； b 传动组：

确定轴Ⅱ上另两联齿轮的模数。 322][)1(16338j

m d n z N m σμ?μ+=