机械制造装备设计课程设计

目录
1.概述 (2)
1.1机床主轴箱设计的目的 (2)
1.2设计任务和主要技术要求 (2)
1.3操作性能要求 (2)
2.传动设计 (2)
2.1主传动方案拟定 (2)
2.2传动结构式、结构网的确定 (3)
2.2.1确定传动组及各传动组中各传动副的数目 (3)
2.2.2结构式的拟定 (3)
3.传动件的估算 (4)
3.1三角带传动的计算 (4)
3.1.2选择带型 (4)
3.1.6确定V带根数z (5)
3.2传动轴的估算 (6)
3.2.3各轴直径的估算 (6)
3.3齿轮齿数的确定和模数的计算 (7)
3.3.1齿轮齿数的确定 (7)
3.3.2齿轮模数的确定 (7)
3.3.3齿轮齿宽的确定 (8)
3.3.4齿轮结构设计 (8)
3.4带轮结构设计 (9)
3.5转动轴间的中心距 (9)
3.6轴承的选择 (9)
1.概述
1.1机床主轴箱设计的目的
机床课程设计，是在学习课程《机械制造装备设计》之后进行的实践性教学环节。

其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构过程方案中，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，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算的能力。

1.2设计任务和主要技术要求
本次设计的是普通型车床变速箱。

主要用于加工回转体。

车床的主要参数和基本参数：主轴9,26.1,50m in ===Z rpm n ϕ,功率4.5kw,rpm n 1440=电。

抗振性一般。

1.3操作性能要求 ⑴具有皮带轮卸荷装置
⑵手动操作双向摩擦片离合器实现主轴的正反装及停止运动要求 ⑶主轴的变速由变速手柄完成
2.传动设计
2.1主传动方案拟定
主传动方案拟定，包括传动形式的选择以及开停、换向、制动等整个传动系统的确定。

传动方案与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。

因此确定传动方案，要从结构、性能、工艺及经济性等多方面统一考虑。

机床选用的电机转速
为1440rpm ，先采用带传动将转速降低，同时在过载时保护电机，然后在采用集中式分级传动，使结构紧凑，便于实现集中操作，安装方便。

2.2传动结构式、结构网的确定
2.2.1确定传动组及各传动组中各传动副的数目
若采用传统的传动方案设计，可用两个传动组，每个传动组有3组可互相啮合的齿轮，但会导致齿轮尺寸太大，而且也不符合传动线前密后疏的原则，故不宜采用两个传动组；若增加一级传动组，用三个传动组，基本组三个传动副，二级传动组和三级传动组有两个传动副，这样虽然会使转速重合，但可以解决上一方案的问题，也符合传动的原则，故用此方案。

2.2.2结构式的拟定
主轴9,26.1,50m in ===Z rpm n ϕ
查表可获得各级转速为：50，63，80，100，125，160，200，250，315 拟定9级转速的结构式：
⑴31339⨯= ⑵13339⨯= ⑶()1-2239331⨯⨯= ⑷()1-2239113⨯⨯=
若采用⑴、⑵方案，则不符合传动副前多后少的原则，会使结构尺寸变大，增加成本，所以⑴⑵方案不符合要求，再根据扩大顺序要和传动顺序一致的原则，排除方案⑷，所以最后选择方案⑶()1-2239331⨯⨯=。

故画出如图1的结构网。

根据结构式画出如下转速图：
max 主u =1ϕ=1.26≤2 符合要求
min 主u =-3ϕ=1/2≥1/4 符合要求
最后扩大组的变速范围：()()4226.11231≤===--i i P x i R ϕ符合要求
3.传动件的估算
3.1三角带传动的计算 3.1.1确定计算功率c P
P K A c =P
查《机械设计》表5-8可得：2.1=A K （选I 类电动机，一天工作10-16h ）
kw kw c 4.55.42.1P =⨯= 3.1.2选择带型
根据计算转速kw c 4.5P =，小带轮转速rpm n 14401=，由《机械设计》图5-13初选带的型号为A 型。

电 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 1440rpm 315 250 200 160 125 100 80 63 50
3.1.3选取带轮基准直径1d 和2d ，验算带速ν
查《机械设计》表5-13可知1d 的最小值为75mm ，为使结构紧凑，即选1d 为75mm ，再根据公式
()ε-=112
12d n n
d
选取0.015=ε，计算可得mm d 7.3372=，再查标准带轮直径系列，选取2d 为355mm 。

根据公式
1000
601
1⨯=n d v π m/s
计算得ν为11.3m/s 在5-25m/s 范围内，符合要求。

3.1.4确定中心距a 和V 带的基准长度d L
根据传动需求，按下式初定中心距0a ，即 ()()2102120.7d d a d d +≤≤+
得8603010≤≤a ，故选0a 为最小值301mm ，再初算基准长度0L 根据公式 ()()0
2
122
100422a d d d d a L -+
++
=π
计算得0L 为1342.6mm ，再按《机械设计》表5-3选取接近的标准长度d L =1400mm ，最后根据下式确定中心距a
2
0L L a a d -+≈
确定中心距a 为329.5mm 。

3.1.5验算小带轮包角1α
1α可由下式计算。

为保证传动能力，1α应大于120°。

︒⨯-︒=3.57-180121a
d
d α︒>120
计算得1α为131.3°︒>120符合要求。

3.1.6确定V 带根数z
[]()L
A c K K P P P K P P z α△+=≥
00 计算得z ≥7.16,取整得z 为8≤10，符合要求。

3.1.7确定初拉力0F 按下式计算初拉力
2
015.2500νναq K z P F c +⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-= 得0F 为851.1N 。

3.1.8计算压轴力Q F
忽略带两边的拉力差，可近似地按下式计算Q F
2
sin
21
0αzF F Q =
计算得Q F 为12396.4N 。

3.2传动轴的估算
3.2.1主轴的计算转速j n
13m in
-=Z
j n n ϕ
所以主轴的计算转速为80rpm 。

3.2.2各传动轴的计算转速i n
轴Ⅲ有6级转速，其最低转速为100rpm 通过双联滑移齿轮向主轴传递两级
转速：100rpm,50rpm.其中100rpm 大于主轴的计算转速80rpm ，需传递全功率，所以轴Ⅲ的计算转速为100rpm 。

轴Ⅱ有3级转速，最低转速为为200rpm 通过双联滑移齿轮向轴Ⅲ传递两级转速：200rpm,100rpm ，均需传递全功率，所以轴Ⅱ的计算转速为200rpm 。

3.2.3各轴直径的估算 按抗扭刚度估算轴的直径
4
j
n P KA d η
≥ 轴Ⅰ：η=0.95,j n =315rpm,查
《机械制造装备设计》表2-10得A=110，K=1.04,计算得d =40mm .
轴Ⅱ：0.960.95⨯=η,j n =200rpm,查《机械制造装备设计》表2-10得A=110，K=1.04,计算得d =44mm .
轴Ⅲ：0.960.960.95⨯⨯=η,j n =100rpm,查《机械制造装备设计》表2-10得A=110，K=1.04,计算得d =51mm .
轴Ⅳ：0.960.960.960.95⨯⨯⨯=η,j n =80rpm,查
《机械制造装备设计》表2-10得A=110，K=1.04,计算得d =54mm .
3.3齿轮齿数的确定和模数的计算 3.3.1齿轮齿数的确定
各变速组的传动比确定后，可确定齿轮齿数。

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 及小齿轮的齿数可从《机械制造装备设计》表2-8中选取。

轴Ⅰ与轴Ⅱ间：
传动比：58.1:1,26.1:1,1:1321===u u u
齿数和z s 取70，取各主动齿轮的齿数27,31,35312111===z z z ，各从动
轮的齿数43,93,35322212===z z z
轴Ⅱ与轴Ⅲ间：
传动比：2:1,1:154==u u
齿数和z s 取72，取各主动齿轮的齿数24,362524==z z ，各从动轮的齿
数48,363534==z z
轴Ⅲ与轴Ⅳ间：
传动比：2:1,1:176==u u
齿数和z s 取78，取各主动齿轮的齿数26,393736==z z ，各从动轮的齿
数52,394746==z z
3.3.2齿轮模数的确定 齿轮模数可按下式计算
()[]
3
221116338j
j m d
n u z N u m σϕ±=
式中u 为传动比；d N 为驱动电动机功率，4.5kw ；m ϕ为宽度系数，取8；1
z 为小齿轮齿数，[]
j σ为许用接触应力，取650a Mp ，j n 为计算转速。

轴Ⅰ与轴Ⅱ间： () 3.1315
6501358 4.5
11163383
2
2
1=⨯⨯⨯⨯⨯+=m
()7.6315
6500.79318 4.5
10.79163383
2
2
2=⨯⨯⨯⨯⨯+=m () 4.0315
6500.63278 4.5
10.63163383
2
2
3=⨯⨯⨯⨯⨯+=m
故取8123=m
轴Ⅱ与轴Ⅲ间：
() 3.52006501368 4.5
111633832
24=⨯⨯⨯⨯⨯+=m () 5.3200
6500.5248 4.5
10.5163383
2
2
5=⨯⨯⨯⨯⨯+=m
故取645=m
轴Ⅲ与轴Ⅳ间： () 4.2100
6501398 4.5
111633832
2
6=⨯⨯⨯⨯⨯+=m () 6.4100
6500.5268 4.5
10.5163383
2
2
7=⨯⨯⨯⨯⨯+=m
故取767=m 3.3.3齿轮齿宽的确定
齿轮齿宽可按下式计算
)35.025.0(-==d d mz b φφ
计算得mm b 7011=，mm b 6212=，mm b 5413=，
mm b 7021=，mm b 7822=，mm b 8623=， mm b 5424=，mm b 3625=， mm b 5434=，mm b 7235=， mm b 6936=，mm b 4537=， mm b 6946=，mm b 9147=。

3.3.4齿轮结构设计
当齿顶圆直径小于160mm 时，可考虑做成实心式结构的齿轮，当齿顶圆直径大于160mm 小于450mm 时，可以做成腹板式结构。

各个齿轮的分度圆直径计算公式为：
mz d =
计算的各个齿轮的分度圆直径为：mm d 28011=，mm d 24812=，mm d 21613= mm d 28021=，mm d 31222=，mm d 34423= mm d 21624=，mm d 14425=， mm d 21634=，mm d 28845=，
mm d 27336=，mm d 18237=， mm d 27346=，mm d 36447=。

因此除轴Ⅱ上在第五组的齿轮做成实心式结构，其余齿轮均做成腹盘式结构。

3.4带轮结构设计
对带轮的要求是：质量少、工艺性好、质量分布均匀、轮槽工作表面要精加工。

对于铸造和焊接带轮，内应力要小。

⑴带轮材料的选用
带轮的材料主要采用铸铁HT150或HT200。

v>25m/s 时，宜采用铸钢；小功率时可采用铸铝或塑料。

本带轮的速度v=11.3m/s ，但功率较小，所以采用铸铝。

⑵带轮结构形式
带轮宽度B=(z-1)e+2f=(8-1)15+2×9=123mm 。

小带轮直径为75mm,选用实心式结构；大带轮直径为355mm ，选用腹板式结构。

⑶带轮的轮槽
查《机械设计》表5-11可得，小带轮直径75mm<118mm ，选取楔角为34°，大带轮直径为355mm>118mm ，选取楔角为38°。

V 带绕在带轮上发生弯曲变形，会使V 带工作面夹角变化。

为使V 带工作面与带轮轮槽工作面保持紧密贴合，将带轮轮槽工作面的夹角做成小于40°。

⑷带轮的技术要求
铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐、轮毂上不允许有裂缝、缩孔及气泡；铸造在不提高内应力的前提下，可以对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之做动平衡。

3.5转动轴间的中心距
轴I 和轴II 的中心距：mm d d d 280221
11=+=。

轴II 和轴III 的中心距：mm d
d d 16223424=+=。

轴III 和轴IV 的中心距：mm d d d 7322
46
36=+=。

3.6轴承的选择
轴I 的轴承：6208 D=80 B=18 深沟球轴承 轴II 的轴承：7209B D=85 B=19 角接触球轴承 轴III 的轴承：7012C D=95 B=18 角接触球轴承
主轴的轴承：前支承采用NN3020双列圆柱滚子轴承，后支撑采用推力轴承51218，及单列圆锥滚子轴承30217。

传动系统图：
图1（结构网）：。