金属切削机床课程设计说明书.doc
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机械加工设备课程设计
金属切削机床课程设计
专业:
机械设计制造及其自动化
班级:
NN机自
姓名:
XXXXXX
学号:
XXXXXXXXX
指导教师:
XXXXXXXXX
20XX年X月XX日
课程设计任务书
学院
机械工程学院
班级
XX机自
姓名
XXXXXX
设计起止日期
XXXXXX~XXXXXX
设计题目:
轻型车床主传动系统
设计任务
设计最大加工直径轻型车床主传动系统
已知条件:
转速范围Rn=45~1980r/minZ=12
电机转速及功率:
N电=1440r/minN=4Kw
设计内容
1.拟定结构式
2.绘制转速图
3.确定齿轮齿数
4.验算主轴转速误差
5.确定各传动件计算转速
6.绘制传动系统图
课程设计要求
1.方案的分析对比
2.运动设计与结构的关系
3.计算过程与表格设计
4.笔记本与设计过程
5.参考资料
指导教师评语:
成绩:
签字:
年月日
目录
设计目的 1
设计步骤 2
1主运动参数的拟定 2
1.1确定传动公比 2
1.2简式车床的规格 3
2主传动方案选择 3
2.1传动布局 3
2.2变速方式 3
2.3开停方式 4
2.4采用机械制动方式 4
2.5机械换向方式 4
3.传动方案拟定 5
3.1确定变速组数及传动副数 5
3.2结构式的拟定 7
3.3各变速组的变速范围及极限传动比 8
3.4转速图的拟定 9
3.5绘制转速图 10
3.6确定齿轮齿数 11
3.7确定计算转速 14
3.8验算主轴转速误差 15
3.9确定带轮直径 16
3.10绘制简式车床主传动系统图 16
结论 18
致谢 19
参考文献 20
沈阳大学课程设计
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。
设计步骤
1主运动参数的拟定
1.1确定传动公比
根据《金属切削机床》
Rn== =44
,因此
Z= = =12
根据《金属切削机床》135页表7.1标准公比。
这里我们取标准公比系列=1.41.因为=1.41=1.06,根据《金属切削机床》表3-6标准数列。
首先找到最小极限转速45,再每跳过5个数(1.26=1.06)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、1980
1.2简式车床的规格
根据以上的计算和设计任务书可得到本次设计车床的基本参数:
车床的主参数(规格尺寸):
工件最大回转直径=320mm,最高转速=1980r∕min,最低转速=45r∕min,电机功率P=4KW,公比=1.41,转速级数Z=12
2主传动方案选择
2.1传动布局
机床主传动运动参数和动力参数确定以后,即可选择传动方案,其主要内容包括:
选择传动布局,选择变速、开停、制动及换向方式。
应根据机床的使用要求和结构性能综合考虑,通过调查研究,参考同类型机床,初拟出几个可行方案的主传动系统示意图,以备分析讨论。
传动方案对主传动系统设计、动力设计及结构设计有着重要影响。
对于有变速要求的主传动系统,其布局方式可分为集中传动式和分离传动式,应根据机床用途、类型和规格等加以合理选择。
本简式车床采用集中传动式,把主轴和主传动的全部变速机构集中装于同一个箱体内。
优点是:
结构紧凑,便于实现集中操纵:
箱体数少,在机床上安装调整方便。
缺点是传动件的振动和发热会直接影响主轴工作精度,降低加工质量。
2.2变速方式
机床变速方式可分为无级变速和有级变速两种变速方式。
本机床采用有级变速方式。
有级变速是指在若干固定转速级内不连续地变速。
这是目前国内外普通机床上应用最广泛的一种变速方式。
通常由齿轮等变速元件构
成的变速箱来实现变速,传递功率大,变速范围大,传动比准确,工作可靠。
但速度不能连续变化,有速度损失,传动不够平稳。
采用滑移齿轮变速方式:
这是应用最普遍的一种变速机构,其优点是:
变速范围大,得到的转速级数多;变速方便,可传递较大功率;非工作齿轮不啮合,空载功率损失小。
缺点是:
变速箱结构较复杂。
2.3开停方式
在电机不停止运转情况下,使主轴启动或停止。
采用锥式和片式摩擦离合器。
可用于高速运转中的离合,离合过程平稳,冲击小,特别适用于精加工和薄壁加工;容易控制主轴回到需要的位置上,以便于加工和调整。
离合器还能兼起过载保护作用。
2.4采用机械制动方式
在电机不停转情况下可以根据需要制动。
采用闸带式制动器。
结构简单、轴向尺寸小、能以较小的操纵力产生较大的制动力矩。
但径向尺寸较大,在制动时在制动轮上产生较大的单侧径向压力,对所在传动轴有不良影响,故用多于中小型机床、惯性不大的主传动。
2.5机械换向方式
采用多片摩擦离合器式换向装置。
此装置可用于高速运转中换向,换向较平稳,但结构复杂。
为了换向迅速而无冲击,减少换向的能量损失,换向装置与制动装置联动,即换向过程中先经制动,然后在接通另一转向。
3.传动方案拟定
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形式、变速类型。
变速方案和形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,变速形式更是众多,比如:
变速形式上有集中变速、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、分支变速等形式。
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。
3.1确定变速组数及传动副数
※传动副前多后少的原则:
主变速传动系从电动机到主轴,通常为降速传动,接近电动机的传动转速较高,传动的转矩较小,尺寸小一些,反之,靠近主轴的传动件转速较低,传递的转矩较大,尺寸就较大。
因此在拟定主变速传动系时,应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面,传动副数少的变速组放在后面,使主变速传动系中更多的传动件在高速范围内工作,尺寸小一些,以节省变速箱的造价,减小变速箱的外形尺寸。
在拟定结构网时,先确定变速组的数目和每组的传动副数目。
本简式轻型车床主传动系统主轴有12级转速,公比为的主传动系统结构网,传动方案可以有:
1.有三个变速组
12=3x2x2
12=2x3x2
12=2x2x3
2.有两个变速组
12=3x4
12=4x3
方案一中两个变速组的传动副数为2,一个变速组传动副数为3,采用滑移齿轮方式变速时,要求在一个变速组内传动副数目通常不超过3个。
此方案满足采用滑移齿轮时的要求。
但和方案二相比此方案径向尺寸大。
方案二减少了一个轴,可缩短变速箱径向尺寸,但变速组内传动副数目增加了,因此此变速箱轴向尺寸将有所增加。
并且采用滑移齿轮变速方式时在一个变速组内采用四个传动副时,为制造和滑移方便,常采用两个双联滑移齿轮。
在设计操纵机构时应使两者互锁,以免同时啮合而发生运动干涉。
如采用方案二又有两种情况,为使传动件有较小的几何尺寸,对主传动系统而言,应把传动副多的变速组排在前面高转速处。
因为主传动系统有恒功率的特性,传动件转速越高,所传递转矩越小,从而可使传动件有较小的几何尺寸。
这就是所谓拟定结构网的“前多后少”原则。
根据以上所述,可取方案一:
12=3x2x2
3.2结构式的拟定
对于12=3x2x2传动式,当基本组与扩大组的排列顺序不同则会有6种结构式和对应的结构网。
结构式分别为:
12=31232612=312623
12=32212612=322621
12=34212212=342221
这6种结构式的结构网分别如图1:
图1结构网图
根据“前密后疏”原则,可知满足此条件的结构式为
12=312326
所以其结构网如图2:
图212=312326结构网图
3.3各变速组的变速范围及极限传动比
传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围:
在降速传动时,为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸过大,常限制最小传动比,1/4,升速传动时,为防止产生过大的振动和噪音,常限制最大传动比,斜齿轮比较平稳,可取,故变速组的最大变速范围为/≤8~10。
主轴的变速范围应等于主变速传动系中各个变速组变速范围的乘积,即:
检查变速组的变速范围是否超过极限值时,只需检查最后一个扩大组。
因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小,只要最后扩大组的变速范围不超过极限值,其他变速组就不会超过极限值。
R2=X(P-1)
其中=1.41,X2=6,P2=2
R2=1.416(2-1)=8≤8~10
所以符合要求。
3.4转速图的拟定
定中间轴转速:
在“升2降4”原则下,由于从电动机到主轴的总趋势是降速传动,如果中间轴的转速定得高一些,会使传动件的尺寸小一些。
因此在分配传动比时,按传动顺序,前面变速组的降速要慢一些,后面的变速组的降速要快一些,即所谓的降速要“前慢后快”。
对于该传动结构式共有三个传动组,变速系统共需四根轴,加上电动机轴共五根。
这样,在电动机轴到Ⅰ轴间可有一级定比传动。
从Ⅳ轴开始往前推。
通常以往前推比较方便,即首先定Ⅲ轴的转速(首先分配第二扩大组c的传动比)。
由于传动组c的变速范围:
Rc=X(P-1)=6=8
式中:
Rc—变速组的变速范围;
P—变速组的传动副数;
X—变速组的级比指数。
故这两对传动副的传动比必然是
ic1=1∕4=1∕4,ic2=2∕1=2
于是确定了Ⅲ轴的六级转速只能是:
180r∕min,250r∕min,355r∕min,500r∕min,710r∕min,1000r∕min。
可见Ⅲ轴的最低转速是180r∕min。
然后确定Ⅱ轴的转速。
传动组b是第一扩大组,级比指数x1=3。
可知,Ⅱ轴的最低转速可以是250r∕min,355r∕min,500r∕min,710r∕min,因为该设计有升速,又因为是轻型机床,在变速传动时应采用“前慢后快”的原则,同时不使传动比太小,故ibmax=1,ibmin=1∕3。
即Ⅱ轴的最低转速定为500r∕min,所以Ⅱ轴的三个转速是500r∕min,710r∕min,1000r∕min。
在Ⅰ—Ⅱ轴间的变速组a是基本组,级比指数是1,根据“前慢后快”的原则,则Ⅰ轴的转速可以是500r∕min,710r∕min,1000r∕min,1400r∕min,基于同样理由,确定Ⅰ轴的转速为1000r∕min。
电动机轴0与Ⅰ轴之间可以采用带传动,传动比i=1000∕1440,最后,分别在Ⅱ—Ⅲ轴间,过Ⅱ轴转速点分别画转速点的平行线。
同样在Ⅲ—Ⅳ轴间,过Ⅲ轴转速点画平行线,并在转速图上写出电机轴和主轴的转速、传动比连线上写出传动比。
这样,转速图最终完成。
3.5绘制转速图
转速图见图3
图3转速图
3.6确定齿轮齿数
确定齿轮齿数的原则和要求:
(1)轮的齿数和Sz不应过大;齿轮的齿数和Sz过大会加大两轴间的中心距,使机床结构庞大,一般推荐Sz≤100~120.
(2)最小齿轮的齿数要尽可能少,但同时要考虑:
最小齿轮不产生根切,机床变速箱中标准直圆柱齿轮,一般最小齿数Zmin≥18;
受结构限制的最小齿轮最小齿数应大于18~20;
齿轮齿数应符合转速图上传动比的要求:
实际传动比(齿数之比)与理论传动比(转速图上要求的传动比)之间又误差,但不能过大,确定齿轮数所造成的转速误差,一般不应超过10%(-1)%,即%
式中:
n理——要求的主轴转速;
n实——齿轮传动实现的主轴转速;
齿轮齿数的确定,当各变速组的传动比确定以后,可确定齿轮齿数。
对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。
对于变速组内齿轮的齿数,如传动比是标准公比的整数次方时,变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从《金属切削机床》表3-9中选取。
一般在主传动中,最小齿数应大于18~20。
采用三联滑移齿轮时,应检查滑移齿轮之间的齿数关系:
三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4,以保证滑移是齿轮外圆不相碰。
根据《金属切削机床》,查表3-9各种常用传动比的使用齿数。
(1)变速组a:
u1=u2=u3=
确定最小齿轮的齿数Zmin及最小齿数和Szmin
u1=Sz=……60、62……
u1=Sz=……60、63……
u2=Sz=……60、63……
在具体结构允许下,选用较小的Sz为宜,现确定Sz=72,确定各齿轮副的齿数
u1=1,找出Z1=36,Z2=36;
u2=1.41,找出Z3=30,Z4=Sz-Z2=42;
u3=2,找出Z5=24,Z6=48。
(2)变速组b:
同理Sz=80最为合适,确定各齿轮副的齿数
u1=1,找出Z7=40,Z8=40;
u2=2.8,找出Z9=21,Z10=59。
(3)变速组c的齿数确定:
由于最后扩大组的最大转速差为1980-250=1730,在这种情况,各齿轮受力情况可能悬殊,因此不能像变速组a、b那样在同一变速组取相同的齿轮模数。
参照《机床设计图册》中P90页,X6132万能升降铣床,其最后扩大组的转速误差为1500-190=1310.根据《金属切削机床》中P158页的公式:
m1/m2=Sz2/Sz1=E算出X6132万能升降铣床最后扩大组:
Sz2/Sz1=m1/m2=(80+40)/(18+71)=1.35
类比后最后扩大组取Sz4/Sz3=m3/m4=1.53
确定最小齿轮的齿数Zmin及最小齿数和Szmin,找出可能采用的齿数和:
u4=Sz=……60、62……
u3=Sz=……60、63……
在具体结构允许下,选用较小的Sz为宜,现确定Sz3=75,确定各齿数副的齿数
Sz4=115
u3=2,找出Z11=25,Z12=Sz-Z11=50;
u4=,找出Z13=23,Z14=92;
3.7确定计算转速
(1)确定主轴计算转速:
计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速。
各传动件的计算转速可以从转速图上,按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。
主轴的计算转速为:
(2)确定传动轴的计算转速:
Ⅲ轴共有6级转速:
180r∕min,250r∕min,355r∕min,500r∕min,710r∕min,1000r∕min。
主轴由125至1980r∕min的9级转速都在传递全功率。
Ⅲ轴若经传动副Z13:
Z14传动主轴,则只有500r∕min,710r∕min,1000r∕min才能传递全功率;若经传动副Z12:
Z11传递主轴,则180至1000r∕min都传递全功率,其中180r∕min是传递全功率的最低转速,故n[Ⅲ]j=180r∕min。
因为180r∕min已传递了全功率,故Ⅱ轴的三个转速500r∕min,710r∕min,1000r∕min无论经过哪对传动副都应传递全功率。
因此,n[Ⅱ]j=500r∕min。
同理,n[Ⅰ]j=1000r∕min
各轴计算转速如表1
表1各轴计算转速
传动轴序号
n[Ⅰ]
n[Ⅱ]
n[Ⅲ]
n[Ⅳ]
nj∕(r·min-1)
1000
500
180
125
(3)确定齿轮副的计算转速
齿轮Z11装在主轴上并具有355至1980r∕min共6级转速,它们都传递全功率,故nz11j=355r∕min。
齿轮Z12装在Ⅲ轴上并具有180至1000r∕min共6级转速,由于经Z12:
Z11传动主轴的转速都传递全功率,故nz12j=180r∕min。
齿轮Z14装在主轴上并具有45至250r∕min共6级转速,但只有125r∕min,180r∕min,250r∕min传递全功率,故nz14j=125r∕min。
齿轮Z13装在Ⅲ轴上并具有180至1000r∕min共6级转速,但经齿轮副Z13:
Z14传动主轴的转速中,只有500r∕min,710r∕min,1000r∕min传递全功率,故nz13j=500r∕min。
其余齿轮的计算转速可用上述方法得出。
现将各齿轮的计算转速列于表2中
表2各齿轮计算转速
齿轮序号
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Z7
nj∕(r·min-1)
1000
1000
1000
710
1000
500
500
齿轮序号
Z8
Z9
Z10
Z11
Z12
Z13
Z14
nj∕(r·min-1)
500
500
180
355
180
500
125
3.8验算主轴转速误差
转速误差公式:
(n实-n标)/n标≤10(-1)%
式中:
n标------为主轴标准转速
n实------为主轴计算转速
--------选用的公比
最高一级转速误差为:
所以合适
同理可得其余转速误差,见下表3:
表3主轴转速误差
n实
n标
转速误差(O/0)
允许转速误差值(O/0)
n12=1960
1980
1.01
4.1
n11=1400
1400
0
4.1
n10=980
1000
2
4.1
n9=698
710
1.74
4.1
n8=498
500
0.33
4.1
n7=349
355
1.74
4.1
n6=245
250
2
4.1
n5=175
180
2.78
4.1
n4=123
125
2
4.1
n3=87
90
3.1
4.1
n2=62
63
1.13
4.1
n1=44
45
3.1
4.1
3.9确定带轮直径
小带轮基准直径125mm,大带轮基准直径125×1440∕1000=180mm
3.10绘制简式车床主传动系统图
简式车床主传动系统图
结论
两周的课程设计结束了,在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一件事情。
在设计过程中,与同学分工设计,和同学们相互探讨,相互学习,相互监督。
学会了合作,学会了运筹帷幄,学会了宽容,学会了理解,也学会了做人与处世。
最后,虽然自己很多不懂很多不会,但是在老师和同学们的帮助下,最终完成了此项设计。
致谢
首先我要感谢我的指导教师XXXXXX对我的悉心教导,在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
参考文献
[1]黄开榜,张庆春,那海涛.《金属切削机床》[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2006.7
[2]华东纺织工学院,哈尔滨工业大学,天津大学.《机床设计图册》[M].上海:
上海科学技术出版社,1979.6
[3]罗玉福,王少岩.《机械设计基础》[M].第3版大连:
大连理工大学出版社,2009.1
[4]谢宋和,甘勇.单片机模糊控制系统设计与应用实例[M].北京:
电子工业出版社,1999.5:
20-25
[5] 黄河汀, 俞光. 金属切削机床设计[M]. 上海:
上海科学技术文献出版社, 1986.7
[6] 王启义,蔡群礼,胡宝珍.金属切削机床设计[M]. 北京:
东北工学院出版社, 1989.10
[7] 戴曙 .金属切削机床设计[M]. 北京:
机械工业出版社, 1985.12
[8] 华东纺织工业学院,哈尔滨工业大学,天津大学.机械设计图册[M].上海:
上海科学技术文献出版社,1979. 12
[9] 范云涨,陈兆年. 金属切削机床设计简明手册M]. 北京:
机械工业出版社.1994年7月
[10] 《金属切削机床设计》编写组。
金属切削机床设计 上海科学技术出版社出版,1979.6
[11] 华东纺织工业学院,哈尔滨工业大学,天津大学.机床设计图册 上海科学技术出版社 1979.6
[12] 吉林工业大学 吴圣庄 金属切削机床概论 机械工业出版社1984.7
20
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