长春工业大学课程设计说明书课程设计名称《机械制造装备设计》课程设计专业机械制造及自动化班级100104班学生姓名闫迪指导教师姜振海2013年12月12目录1前言 (1)1.1设计任务 (1)1.1.1主要技术参数 (1)1.1.2工艺要求 (1)1.2设计内容 (1)1.2.1运动设计 (1)1.2.2动力计算 (1)1.2.3绘制图纸 (1)1.2.4编写设计说明书1份 (1)2传动方案的拟定及说明 (2)2.1车床主参数和基本参数 (2)2.2拟定参数的步骤和方法 (2)2.2.1主轴级数的拟定 (2)2.2.2主电机功率——动力参数的确定 (3)3运动设计 (4)3.1传动结构式、结构网的选择确定 (4)3.1.1传动组及各传动组中传动副的数目 (4)3.1.2传动系统扩大顺序的安排 (5)3.1.3绘制结构网 (6)3.1.4转速图的绘制 (6)3.2齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 (7)3.2.1齿轮齿数的确定的要求 (7)3.2.2 变速传动组中齿轮齿数的确定 (8)3.2.3验算主轴转速误差 (10)3.2.4绘制主传动系统图 (10)4传动件的设计 (11)4.1 带轮的设计 (11)4.2齿轮模数的估算和计算 (13)4.2.1确定计算转速 (13)4.2.2轴和齿轮的传递功率 (14)4.2.3计算齿轮模数 (14)4.2.4齿宽的确定 (15)4.2.5各轴间中心距的确定 (16)4.3传动轴直径的初算 (16)4.4主轴轴径的确定 (17)5验算主要零件 (17)5.1齿轮模数验算 (17)5.1.1齿面接触疲劳强度计算 (17)5.1.2齿根弯曲疲劳强度验算 (18)5.2传动轴刚度的验算 (18)5.2.1计算轴的平均直径，画出计算简图 (18)5.2.2计算该轴传递的扭矩T (18)n5.2.3求作用在装齿轮处B的力 (18)5.2.4求作用在装齿轮处C的力 (19)5.2.5计算装齿轮处的挠度 (19)5.2.6计算轴承处的倾角 (20)5.3轴承寿命验算 (22)6参考文献 (24)7心得体会 (24)1前言1.1设计任务最大加工直径为Ф400 mm的普通卧式车床的主传动系统的变速箱部件设计1.1.1主要技术参数1.1.2工艺要求（1）要求主轴正反转；（2）加工工件的材料为钢铁；（3）采用硬质合金刀具；（4）机床精度等级为普通级。
1.2设计内容1.2.1运动设计根据给定的转速主传动的结构网、转速图、传动系统图、计算齿轮齿数。
1.2.2动力计算选择电动机型号，对主要零件（如带轮、齿轮、主轴、传动轴、轴承等）进行计算（初算和验算）。
1.2.3绘制图纸（1）机床主传动系统图（画在说明书上）。
（2）主轴箱部件展开图及主剖面图。
（3）主轴零件图1.2.4编写设计说明书1份2传动方案的拟定及说明2.1车床主参数和基本参数普通机床的规格和类型有系列型号作为设计时应该遵照的基础。
因此，对这些基本知识和数据作些简要介绍。
本次设计的是普通型车床主轴变速箱。
主要用于加工回转体表2.1车床的主参数（规格尺寸）和基本参数表2.2拟定参数的步骤和方法2.2.1主轴级数的拟定由设计任务已知：机床主轴极限转速为max min 1250min 28min n r n r ==、公比： 1.41ϕ=转速范围max n min 1250=4528n R n == 转速范围1n =Z R ϕ-整理得lg lg 451112lg lg1.41n R Z ϕ=+=+= 最后得12Z =级数为12级因为：查表[1]p83表2-4得61.41 1.06=，查表[1]p83表2-5首先找到40，然后每跳过5个数取一个数，即可得到公比为1.41的数列：28、40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250共12级转速。
综合上述可得：主传动部件的运动参数max 1250/min n r =min 28/min n r =12Z = 1.41ϕ=2.2.2主电机功率——动力参数的确定合理地确定电机功率N ，使机床既能充分发挥其性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。
选择电动机的原则有两点：①考虑电动机的主要性能（启动、超载及调速等）、额定功率大小、额定转速及结构型式等方面要满足生产机械的要求。
②在以上前提下优先选用结构简单、运行可靠、维护方便又价格合理的电动机。
中型普通车床典型重切削条件下的用量刀具材料：硬质合金钢，工件材料45号钢，切削方式：车削外圆查表[2]p45表2-4可知：切深a p =3.5mm 进给量f(s)=0.35mm/r切削速度V=90m/min功率估算法用的计算公式a ：主切削力的计算c x c p 0.750.15a 9.81270 3.50.351000.920.953026F Fc Fc y n c F c Fc F C f v K N-==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=b ：切削功率的计算33103026 1.6710 2.705()C C c P F v kw --=⨯⨯=⨯⨯=c:估算主电机功率依照一般情况，取机床变速效率η=0.8.2.7053.38()0.8Z P kw == 根据[3]《机械设计师手册》Y 系列（IP44）封闭式三相异步电动机技术数据表，该系列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。
我们选取Y112M-4型三相异步电动机，额定功4kw,满载转速1450min r ，额定转矩2.3，品质47kg 。
3运动设计3.1传动结构式、结构网的选择确定3.1.1传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z 的主变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有1Z 、2Z ……个变速副。
即123Z Z Z Z =变速副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z 应为2和3的因子：23a b Z =⨯，实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副的组合:1) 12=3×4 2) 12=4×33) 12=3×2×2 4) 12=2×3×25) 12=2×2×312级转速变速系统的变速组，选择变速组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能，应该遵守以下四个原则：（1）传动副前多后少原则（2）传动顺序与扩大顺序相一致的原则（3）变速组的降速要前快后慢，中间轴的转速不宜超过电动机的转速（4）转速图中传动比的分配以上原则，还需根据具体情况加以灵活运用。
分析：方案1和方案2可省掉一根轴。
但有一个传动组有四个传动副。
若用一个四联滑移齿轮，则将大大增加其轴向尺寸；若用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。
将使得结构比较复杂。
故在此不予采用。
按照传动副“前多后少”的原则选择Z=3×2×2这一方案，但主轴换向采用双向片式摩擦离合器结构，致使Ⅰ轴的轴向尺寸过大，所以此方案不宜采用，加之主轴对加工精度、表面粗超度的影响最大。
因此在主轴的传动副不宜太多，故方案5）亦不采用。
而应先择12=2×3×2。
方案4，因为I 轴上装有双向摩擦片式离合器M ，轴向尺寸较长，为使结构紧凑第一变速组采用了双联齿轮，而不是按照前多后少的原则，采用三个传动副。
设计车床主变速传动系时，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 主≥u ；为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮最大升速比2max 主≤u 。
斜齿圆柱齿轮传动较平稳，可取5.2m a x 主≤u 。
因此在主变速链任一变速组的最大变速范围())10~8(25.0)5.2~2(min 主max 主max 主≤≤=u u R 。
在设计时必须保证中间变速轴的变速范围最小。
综上所述：方案采用12=2x3x23.1.2传动系统扩大顺序的安排12=2×3×2的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有6种形式：1) 12=21×32×26 2) 12=21×34×223) 12=23×31×26 4) 12=26×31×235) 12=22×34×21 6) 12=26×32×21根据级比指数分配要“前密后疏”的原则，应选用Z=12×23×62这一方案，然而对于我们所设计的结构将会出现两个问题：第一变速组采用降速传动时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，使得Ⅰ轴上的齿轮直径不能太小，Ⅱ轴上的齿轮则会成倍增大。
这样，不仅使Ⅰ-Ⅱ轴间中心距加大，而且Ⅰ-Ⅱ轴间的中心距也会辊大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。
这种传动不宜采用。
如果第一变速组采用升速传动，则Ⅰ轴至主轴间的降速传动只能同后两个变速组承担。
为了避免出现降速比小于允许的杉限值，常常需要增加一个定比降速传动组，使系统结构复杂。
这种传动也不是理想的。
如果采用316232Z =⨯⨯这一方案则可解决上述存在的问题。
3.1.3绘制结构网图3.1结构网3.1.4转速图的绘制（1） 选择Y112M-4型三相异步电动机。
（2） 分配总降速变速比 总降速变速比min 2814500.01931d n i n === （3）主轴转速 min 28/min n r = 1.41ϕ=12Z = 28、40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250共12级转速。
在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按变速顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（主轴）。
Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅲ与Ⅳ轴之间的变速组分别设为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轴的转速变速组c 的变速范围为66max 1.418[8,10]R φ===∈,结合结构式 Ⅲ轴的转速只有一种可能：21241, 1.411.41a a u u ==转速为80、112、160、224、315、450、630r/min2确定轴Ⅱ的转速变速组b 的级比指数为1，决定其余变速组的最小传动比根据“前慢后快”的原则。
12332111,,1.41 1.41 1.41a a a u u u ===转速为315、900r/min 3确定轴Ⅰ的转速对于轴Ⅰ，其级比指数为3,可得12211.41, 1.41a a u u == 900r/min绘制转速图如图3.2所示图3.2转速图3.2齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制3.2.1齿轮齿数的确定的要求确定齿轮齿数,用计算或查表法确定齿轮齿数.在确定齿数和z S 时应注意；1控制齿数和max 70100,120z z S S =≤，最小齿轮齿数min 1820Z ≥； 2小齿轮齿根和孔壁或键槽处的壁厚(1.52)a m ≥，或min 26.5TZ m≥+，m —为齿轮模数,T —轴线到键槽的高度.3保证两轴承孔之间有一定的壁厚23a m ≥，或12()22Z D D a S m ++>，D 1，D 2—分别为相邻两轴承外径。