江科大机械制造装备设计大作业

江苏科技大学

机械制造装备设计

——机床主传动系统设计

班级：

姓名：余继平学号：24

引言 (1)

题目 (2)

1.运动设计 (3)

确定极限转速 (3)

确定公比 (4)

根据设计数据，公比φ=。 (4)

求出主轴转速级数Z (4)

确定结构式 (4)

绘制转速图 (5)

绘制传动系统图 (7)

确定变速组齿轮传动副的齿数 (7)

校核主轴转速误差 (8)

2.动力设计 (9)

传动轴的直径的确定 (9)

齿轮模数的初步计算 (10)

确定皮带类型及根数 (12)

主轴轴颈尺寸的确定 (13)

参考文献 (14)

机床主传动系统设计的运动设计和动力设计

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，完成设计任务。

关键词：机床、主传动系统、结构式。

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 structure, 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 become 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 complete design tasks.

【Keywords】lather, Main drive system,Structure.

引言

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。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。

题目

设计内容：机床主传动系统设计的运动设计和动力设计

已知条件：最大加工直径ф320mm，最低转速min，公比φ=，级数Z=11，切削功率N=4KW。

(1)运动设计根据给定的机床用途、规格、极限速度、转速数列公比（或转速级数），分析、比较、拟定传动结构方案（包括结构

式、转速图和传动系统图），确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差。

(2)动力设计根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，初步计算传动轴直径、齿轮模数；确定皮带类型及根数，确定机床主轴结构尺寸。

设计要求：

（1）机床的规格及用途；

（2）运动计算；

（3）动力设计（包括零件及组件的初算）；

（4）其它需要说明或论证的问题；

（5）参考文献。

1.运动设计

确定极限转速

已知最低转速为min，公比φ=，参考文献[1]表4-2标准转速系列的本系统转速系列如下：67 95 132 190 265 375 530

750 1060 r/min，则转速的调整范围max

min 1060

31.64 33.5

n n

R

n

===。

确定公比

根据设计数据，公比φ=。

求出主轴转速级数Z

根据设计数据，转速级数Z=11。

确定结构式

（1）确定传动组和传动副数

由于总级数为11，先按12设计再减掉一组。共有以下几种方案：

12=4×3 12=3×4 12=3×2×2 12=2×3×2 12=2×2×3根据传动副前多后少原则，以减少传动副结构尺寸选择第三组方案，即：

12=3×2×2

（2）确定结构式

按前疏后密原则设计结构式中的级比指数，得到：

12=31×23×26

减掉一组转速为：

12=31×23×25

对于该结构式中的第二扩大组x 2=5、p 2=2，而因此r 2=φ5×(2-1)==<8。该方案符合升二降四原则。

绘制转速图

（1）选定电动机

本题已经确定切削为4KW ，4极电机，参照相关手册选择Y112M-4型电机。Y112M-4型电机主参数如下： 额定功率 4KW ； 满载转速 1440r/min

（2）确定传动轴的轴数

传动轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+1=4。

（3）分配总降速传动比

按从主轴向电机分配传动比，并按照升二降四、先快后慢原则分配。因为确定中间各轴转速时，通常往前推比较方便，所以首先定III 轴的转速。

①确定III 轴的转速

由于第二扩大组的变速范围为φ5 ==，选取故这两对传动副的最小和最大传动比131

c u ?=，22c u ?=。

于是可以确定III 轴的六级转速只能是：95,132，190,265，375，530r/min ，可见III 轴的最低转速为95r/min 。

②确定II 轴转速

第一扩大组的级比指数31=X 。为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比4

1min ≥u ，又为避免扩大传动误差，减少振动噪声，限制最大升速比22max =≤φu 。可取131b u ?=，

21b u =。于是，II 轴的最低转速是265/min ，三级转速分别为530,375,265r/min 。

③确定I 轴转速

同理，轴I 可取121a u ?=，21a u ?=，31a u =。于是就确定了轴I

的转速为530r/min 。

最后可以确定电动机轴（0轴）与I 轴之间的传动比，采用带传动，传动比为05301440u =。 根据以上计算，绘制转速图如下：

图1. 转速图

绘制传动系统图

主电动机-mm mm 340125ΦΦ-Ⅰ-????

??????????????363642304824-Ⅱ-??????????40405921-Ⅲ-??????????29586423-Ⅳ（主轴）

确定变速组齿轮传动副的齿数

①变速组a ：

变速组a 有三个传动副，传动比分别是取12112a u ?=

=，2111.41a u ?

==，31a u =。 由参考文献[1]表5-1查得：符合条件60,72Z S =的可取72Z S =，查表可得轴I 主动齿轮齿数分别为：24、30、36。根据相应的传动比，可得轴II 上的三联齿轮齿数分别为：48、42、36。

②变速组b ：

变速组b 有两个传动副，传动比分别是可取13

112.82b u ?==，21b u =。查表得：可取80Z S =，于是可得轴II 上主动齿轮齿数分别是：21,40。于是根据相应传动比，得轴III 上三齿轮的齿数分别是：59,40。 ③变速组c ：

变速组c 有两个传动副，传动比分别是73

112.82u ?=

=，282u ?==。查表得：

可取87Z S =，于是可得轴III 上主动齿轮齿数分别是：23,58。于是根据相应传动比，得轴Ⅳ上两齿轮的齿数分别是：64,29。

校核主轴转速误差 下表为主轴转速误差与规定值之间的比较：实际传动比所造成的主轴转速误差，要求不超过10(1)%10(1.411)% 4.1%?±-=±?-=±。

表1 主轴转速误差与规定值之间的比较

2.动力设计

传动轴的直径的确定

传动轴的直径可以按照扭转刚度进行初步计算：

4]

[91?j n P d = 式中 d ——传动轴直径

P ——该轴传递的功率

j n ——该轴的计算转速

][?——该轴每米长度允许扭转角，取值为m /6.0?

（1）主轴的计算转速

由参考文献[1]表5-2中所述，13min 95/min Z n n r ?

-==。 （2）各个传动轴的计算转速

由转速图可以得到I 、II 、III 轴的计算转速分别为530, 265,95r/min 。

（3）各传动轴直径

I

轴：9130.47I d mm === 取I d =35mm II

轴：9136.24II d mm === 取II d =40mm III

轴：9146.84III d mm === 取III d =50mm 齿轮模数的初步计算

（1）齿轮计算转速的确定

只需计算变速组内最小的也是强度最弱的齿轮即可。

a 变速组内最小齿轮齿数是z=24，只有一个转速530r/min ，取为计算转速

b 变速组内最小齿轮齿数是z=21，95r/min 是III 轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为265r/min 。

c 变速组内的最小齿轮齿数是z=23，使主轴获得6级转速，95r/min 是主轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为265r/min 。

（2）模数的计算

要求每个变速组的模数相同。

根据：

其中： j m ——按接触疲劳强度计算的齿轮模数

u ——大小齿轮的齿数比

d N ——电动机功率kW ，4d N KW =

m φ——齿宽系数，取8=m φ

1z ——小齿轮齿数

][j σ——齿轮传动许用接触应力，取[]1370j MPa σ= j n ——计算齿轮计算转速（r/min ）

变速组a ：

16338 1.79a m mm ===

，j m =

取2a m mm =

变速组b ：

16338 2.34b m mm ===，

取 2.5b m mm =

变速组c ：

16338 2.24c m mm ===，

取 2.5c m mm =

确定皮带类型及根数

设一天运转时间=8-10小时（按小带轮计算）

1.确定计算功率ca P

由机械设计第四版表查得工作情况系数A K =，故 计算功率ca P =A K ?P =×=

2.根据ca P 和n 选V 带型号为：A 型

3.确定带轮的直径d d 并验算带速V 和包角α

1）选小带轮直径1d =125mm

则大带轮直径2d =1d /0u =125/

1440

530=340mm 2)验算带速V ：

=?=100060d 1n V πs

3)包角α： 由机械设计第四版

初定中心距a=500mm

由公式计算基准长度Ld=a

a D m 22?++π=1730mm 选带的基准长度Ld=2000mm 小带轮包角α=?=??-?2.15460d -

18012a

d 4. 确定皮带根数Z

L K K P P α）（00c p z ?+=(机械设计第四版公式 查相关数据得：82.00=P ,06.00=?P ,94.0=αk ，03.1=L K 即 z=

取 z=8根

主轴轴颈尺寸的确定

主轴前轴轴颈范围为70105mm,取180D mm =，后轴颈直径21(0.75~0.85)60~68D D mm ==，取265D mm =。

参考文献

[1]邱宣怀主编.机械设计（第四版）[M].高等教育出版社，1996

[2]齐继阳、唐文献主编.机械制造装备设计[M].江苏科技大学

[3]成大先主编.机械设计手册[S].化学工业出版社，2002

[4]李洪主编.实用机床设计手册[M].辽宁科学技术出版社，1999

[5]姚振浦主编.实用机械传动设计手册[S].科学技术出版社，2003