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：XXXXXXXXX20XX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R n=45~1980 r/min Z=12电机转速及功率：N电=1440 r/min N=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 (17)3.10绘制简式车床主传动系统图 (17)结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)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、1980451980141.12.11+Lg Lg 141.144+Lg Lg1.2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=122 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=3x2x212=2x3x212=2x2x32.有两个变速组12=3x412=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=3x2x23.2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=31262312=32212612=32262112=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2 12=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，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。

R 2=ϕX(P-1)其中ϕ=1.41，X 2=6,P 2=2R 2=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)=ϕ6 =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。

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 ∕ 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。