机械制造装备大作业

Harbin Institute of Technology 机械制造装备设计 大作业

题 目：无丝杠车床主传动系统设计 学 院： 机电工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 设计要求：

©哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学 机械制造装备设计大作业

题目： 无丝杠车床主传动系统设计 机床主参数 公比 φ 最低转速 级数 Z 功率（kW） 最大加工直径 ф320mm 无丝杠车床 1.41 33.5 11 4 目 录 一、 运动设计………………………………………………………………………3 1 确定极限转速………………………………………………………………3 2 确定公比……………………………………………………………………3 3 求出主轴转速级数…………………………………………………………3 4 确定结构式…………………………………………………………………3 5 绘制转速图…………………………………………………………………4 6 绘制传动系统图……………………………………………………………5 7 确定变速组齿轮传动副的齿数……………………………………………6 8 校核主轴转速误差…………………………………………………………6 2、 动力设计………………………………………………………………………7 1 传动轴的直径确定…………………………………………………………7 2 齿轮模数的初步计算………………………………………………………7 参考文献……………………………………………………………………………9  31.64 。

设计任务 设计题目：无丝杠车床主传动系统设计 已知条件：最大加工直径 ф320mm，最低转速 33.5r/min，公比 φ=1.41，级数 Z=11， 切削功率 N=4KW。 设计任务： 1.运动设计：确定系统的转速系列；分析比较拟定传动结构方案；确定传动副 的传动比和齿轮的齿数；画出传动系统图；计算主轴的实际转速与标准转速的 相对误差。 2.动力设计：确定各传动件的计算转速；初定传动轴直径、齿轮模数；选择机 床主轴结构尺寸。 一、运动设计 1. 确定极限转速 已知最低转速为 33.5r/min，公比 φ=1.41，参考文献[1]表 4-2 标准转速 系列的本系统转速系列如下：33.5 42.5 67 95 132 190 265 375 530

750 1060 r/min，则转速的调整范围 R

n 

nmax

nmin 1060 33.5

2. 确定公比 根据设计数据，公比 φ=1.41。 3. 求出主轴转速级数Z 根据设计数据，转速级数Z=11。 4. 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 x2=5、p2=2，而因此 r2=φ5×(2-1)

=1.415=5.57<8。该方案符合升二降四原则。 5. 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 =1.415=5.57，选取故这两对传动副的最

小和最大传动比 uc1  1  3 ， uc2   2 。

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 X1  3 。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 u

min 

1

4 ，又为避免扩大传动误差，减少振动

噪声，限制最大升速比 u

max   2  2 。可取 ub1  1  3 ， ub2 

1 。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 ua1  1  2 ， ua2  1  ， ua3  1 。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

u0 

530

1440 。 根据以上计算，绘制转速图如下： 图1. 转速图 6. 绘制传动系统图 表1 主轴转速误差与规定值之间的比较

 ua2  

   2.82

7. 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 u

a1 

1 1 ， ua3  1 。  1.41

1 1  2 2

，

由参考文献[1]表5-1查得：符合条件 SZ  60, 72 的可取 SZ  72 ，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 ub1  1 1  3 2.82 ， ub2  1 。

查表得：可取 SZ  80 ，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 u7  1 1 3 ， u8   2  2 。查表得：

可取 SZ  87 ，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。 8. 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  (1.411)%  4.1% 。

标准转速r/min 实际转速r/min 主轴转速误差 在标准值范围之内 33.5 33.9 1.19% √ 47.5 48.4 1.89% √ 67 67.8 1.19% √ 95 95.2 0.21% √ 132 136.0 3.03% √ 190 190.5 0.26% √ 265 269.5 1.70% √ 375 377.3 0.61% √ 530 530.0 0.00% √ 1 I

2、动力设计 1. 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： d  914

P

n j[ ]

式中 d ——传动轴直径

P ——该轴传递的功率 n j ——该轴的计算转速

[ ] ——该轴每米长度允许扭转角，取值为 0.6 / m （1）主轴的计算转速 Z 由参考文献[1]表5-2中所述， n  nmin 3  95r / min 。

（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： dI  914 P nI [ ]  91 4 4 530  0.6 mm  30.47mm 取 d

I =35mm

II轴： dII  914 PII nII [ ]  91 4 4 265 0.6 mm  36.24mm 取 d

II =40mm

III轴： dIII  91

4

PIII

nIII [ ]  91 4 4 95 0.6 mm  46.84mm

取 d

III =50mm

（4）主轴轴颈尺寸的确定 主轴前轴轴颈范围为70105mm,取 D1  80mm ，后轴颈直径 D2  (0.75 ~ 0.85)D1  60 ~ 68mm ，取 D2  65mm 。 2、 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

750 757.1 0.95% √ 1060 1060.0 0.00% √