金属切削机床课程设计说明书

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
=45~1980 r/min Z=12
已知条件：转速范围 R
n
电机转速及功率：N
=1440 r/min N=4Kw
电
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 (17)
结论 (18)
致谢 (19)
参考文献 (20)
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.
1
2
设计步骤
1 主运动参数的拟定
1。

1确定传动公比ϕ
根据《金属切削机床》
R n =
=
=44
，因此
Z=
= =12
根据《金属切削机床》135页表7。

1 标准公比ϕ。

这里我们取标准公比系列ϕ=1。

41.因为ϕ=1。

41=1.066
，根据《金属切削机床》77P 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。

066
）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
45
1980
141.12.11+Lg Lg 141
.144
+Lg Lg
3
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m ax D =320mm ，最高转速max n =1980r ∕min ，最低转速
m in n =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
4
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，
5
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
6
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=312326 12=312623
12=322126 12=322621
12=342122 12=342221
这6种结构式的结构网分别如图1：
7
8
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=31
23
26
所以其结构网如图2：
图2 12=31
23
26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，min i ≥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2max ≤i ,斜齿轮比较平稳，可取5.2max ≤i ，故变速组的最大变速范围为=max R max i /min i ≤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=ϕX（P—1）
其中ϕ=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:
R c=ϕX(P-1)=ϕ 6 =8
式中： R c—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。

9
故这两对传动副的传动比必然是
i c1 = 1∕4 = 1∕ϕ4 , i c2 = 2∕1 = ϕ2
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i bmax=1，i bmin=1 ∕ϕ3。

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
10
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S z不应过大；齿轮的齿数和S z过大会加大两轴间的中心距,使机床结构庞大，一般推荐S z≤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Z min ≥18;
受结构限制的最小齿轮最小齿数应大于18～20；
11
12
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%(ϕ-1）%,即）
（理
实
理110n n -〈±-ϕn % 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z S 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》94P ，查表3—9各种常用传动比的使用齿数. (1）变速组a ：
u 1=11
u 2=41
.111=ϕ u 3=2
1
确定最小齿轮的齿数Z min 及最小齿数和S zmin
u 1=1
1S z =……60、62…… u 1=41
.111=ϕ
S z =……60、63……
u 2=2
1
S z =……60、63……
在具体结构允许下，选用较小的S z 为宜，现确定S z =72，确定各齿轮副的齿数
u 1=1 ，找出Z 1=36，Z 2=36； u 2=1.41，找出Z 3=30，Z 4=S z -Z 2=42；
13
u 3=2 ，找出Z 5 =24,Z 6=48 。

（2)变速组b ：
同理S z =80最为合适，确定各齿轮副的齿数 u 1=1， 找出 Z 7 =40，Z 8=40； u 2=2.8，找出 Z 9 =21，Z 10 =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：m 1/m 2=S z2/S z1=E 算出X6132万能升降铣床最后扩大组:
S z2/S z1= m 1/m 2=（80+40)/(18+71）=1。

35
类比后最后扩大组取S z4/S z3 = m 3/m 4=1.53
确定最小齿轮的齿数Z min 及最小齿数和S zmin ，找出可能采用的齿数和:
u 4=4
11=ϕ
S z =……60、62……
u 3=1
2
S z =……60、63……
在具体结构允许下，选用较小的S z 为宜，现确定S z3=75，确定各齿数副的齿数
S z 4=115 u 3=2，找出Z 11=25,Z 12 =S z —Z 11=50；
14
u 4=4
11=ϕ
,找出Z 13=23，Z 14=92;
3.7确定计算转速
（1)确定主轴计算转速:
计算转速j n 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：
min /125r 41
.145n n 13
1213
z min =⨯==--ϕ
j
（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Z 13 ：Z 14 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Z 12 ：Z 11 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 =180 r ∕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
(3)确定齿轮副的计算转速
齿轮Z 11 装在主轴上并具有355至1980r ∕min 共6级转速，它们都传递全功
15
率，故n z11j =355r ∕min.
齿轮Z 12 装在Ⅲ轴上并具有180至1000 r ∕min 共6级转速，由于经Z 12 ：Z 11 传动主轴的转速都传递全功率，故n z12j =180r ∕min 。

齿轮Z 14 装在主轴上并具有45至250 r ∕min 共6级转速,但只有125r ∕min ，180r ∕min ，250r ∕min 传递全功率，故n z14j =125r ∕min 。

齿轮Z 13 装在Ⅲ轴上并具有180至1000 r ∕min 共6级转速，但经齿轮副Z 13 :Z 14 传动主轴的转速中，只有500r ∕min ，710r ∕min ，1000r ∕min 传递全功率，故n z13j =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
3。

8验算主轴转速误差
转速误差公式:
（n 实- n 标）/ n 标≤10（ϕ—1)％
式中：n 标-—--—-为主轴标准转速 n 实-—-—-—为主轴计算转速
ϕ-————-——选用的公比
最高一级转速误差为：
min
/196025/5040/4036/36180/125)02.01(1440实r n =⨯⨯⨯⨯-⨯=φφmin /1980标r n =
16
%1.4%01.1%1001980
)
19801960(%100)
(标
标实<=⨯-=
⨯-n n n
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
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
17
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。

18
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。

19
参考文献
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金属切削机床设计[M]。

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20。