12級主軸箱-車床主運動機械變速傳動系統(tǒng)設(shè)計N=16~710;公比1.41;Z=12；P=5.5KW含4張CAD圖.zip
12級主軸箱-車床主運動機械變速傳動系統(tǒng)設(shè)計N=16~710;公比1.41;Z=12；P=5.5KW含4張CAD圖.zip,12,主軸,車床,運動,機械,變速,傳動系統(tǒng),設(shè)計,16,710,公比,1.41,5.5,KW,CAD
目錄
一、設(shè)計目的 - 2 -
二、設(shè)計步驟 - 2 -
1.運動設(shè)計 - 2 -
1.1已知條件 - 2 -
1.2結(jié)構(gòu)分析式 - 2 -
1.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 - 3 -
1.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 - 5 -
2.動力設(shè)計 - 6 -
2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 - 6 -
2.2 帶傳動設(shè)計 - 6 -
2.3 各傳動組齒輪模數(shù)的確定和校核 - 8 -
3. 齒輪齒根彎曲疲勞強度校核 - 11 -
3.1校核a傳動組齒輪 - 11 -
3.2 校核b傳動組齒輪 - 13 -
3.3校核c傳動組齒輪 - 14 -
4. 各軸的設(shè)計及主軸的校核 - 16 -
4.1 確定各軸最小直徑 - 16 -
4.2主軸的計算及校核 - 17 -
4.3多片式摩擦離合器的設(shè)計計算 - 18 -
4.4各軸軸承選擇 - 20 -
三、總結(jié) - 20 -
四、參考文獻 - 21 -
一、設(shè)計目的
通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計，在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。
二、設(shè)計步驟
1.運動設(shè)計
1.1已知條件
[1]公比:φ=1.41
[2]主軸最小轉(zhuǎn)速:nmin=16r/min
變速級數(shù)：Z=12
[3]確定轉(zhuǎn)速范圍：
可得調(diào)速范圍：Rn=φZ-1=43.8
主軸最大轉(zhuǎn)速nmax=Rn*nmin=43.8*16=701
取標注轉(zhuǎn)速值nmax=710r/min
[4]電動機功率：參考現(xiàn)有車床功率P=5.5KW
1.2結(jié)構(gòu)分析式
⑴ ⑵ [3]
從電動機到主軸主要為降速傳動，若使傳動副較多的傳動組放在較接近電動機處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動副前多后少的原則，因此取方案。在降速傳動中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸常限制最小傳動比 ；在升速時為防止產(chǎn)生過大的噪音和震動常限制最大轉(zhuǎn)速比。在主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍。在設(shè)計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最小，
根據(jù)中間傳動軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下：
檢查傳動組的變速范圍時，只檢查最后一個擴大組：
R2=φX2*(P2-1) 其中φ=1.41，X2=6，P2=2
所以R2=1.416*(2-1)=8 ，合適。
1.3 繪制轉(zhuǎn)速圖
⑴選擇電動機
一般車床若無特殊要求，多采用Y系列封閉式三相異步電動機，根據(jù)原則條件選擇Y132S-4型Y系列籠式三相異步電動機。
其同步轉(zhuǎn)速1440r/min,額定功率5.5KW
⑵分配總降速傳動比
總降速傳動比 i=nminnd=161440=0.011
又電動機轉(zhuǎn)速nd=1440r/min不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標準，因而增加一定比傳動副。
[3]確定傳動軸軸數(shù)
傳動軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。
⑷確定各級轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖
由nmin= 16r/min, ?=1.41,Z=12確定各級轉(zhuǎn)速：
710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5、22.4、16r/min。
31.5
710
500
355
250
180
125
90
63
22.4
45
16
19:76
25:71
30:60
37:53
63:32
48:48
45:45
由此也可確定加在電動機與主軸之間的定傳動比i=1440/355=4.06 。下面畫出轉(zhuǎn)速圖（電動機轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）。
[5]確定各變速組傳動副齒數(shù)
①傳動組a:
ai1=1/φ2=1/2， ai2=1/φ=1/1.41， ai3=1/1
查《實用機床設(shè)計手冊》表2.3-4,
可取SZ=90,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：30、37、45。
可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：60、53、45。
②傳動組b:
bi1=1/φ3=1/2.82， bi2=1/1
查《實用機床設(shè)計手冊》表2.3-4,
可取 SZ=96，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：25、48。
于是得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：71、48。
③傳動組c:
ci1=1φ4=1/3.98, ci2=φ2=2
查《實用機床設(shè)計手冊》表2.3-4,
可取SZ=95,
ci1=1/3.98為降速傳動，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為19；
ci2=2為升速傳動，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為32。
得軸Ⅲ兩聯(lián)動齒輪的齒數(shù)分別為19，63；
得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為76,32。
1.4 繪制傳動系統(tǒng)圖
根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機等已知條件可有如下系統(tǒng)圖：
500
125
48
53
76
32
19
63
71
25
48
45
45
60
30
37
2.動力設(shè)計
2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴確定主軸計算轉(zhuǎn)速：主軸的計算轉(zhuǎn)速為
nIV=nminφz3-1=16*1.41123-1=45 r/min
⑵各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速：
軸Ⅲ可從主軸45 r/min按19/76的傳動副找上去，軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速
180 r/min；軸Ⅱ的計算轉(zhuǎn)速為180r/min；軸Ⅰ的計算轉(zhuǎn)速為355r/min。
[3]各齒輪的計算轉(zhuǎn)速
傳動組c中， 只需計算z =19的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為45 *76/19=180 r/min；
傳動組b計算z = 25的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為180r/min；
傳動組a應(yīng)計算z = 30的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為355r/min。
[4]核算主軸轉(zhuǎn)速誤差
n實=1440*125500*4545*4848*6332=709 r/min
n標=710r/min
n實-n標n標=709 -710710=0.18%≤10φ-1=4.1%
所以合適。
2.2 帶傳動設(shè)計
電動機轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=5.5KW,傳動比i=1440/355=4.06 ，兩班制，
一天運轉(zhuǎn)16.1小時，工作年數(shù)10年。
1 定計算功率 取KA=1.1，則Pca=KAP=6.05KW
⑵選取V帶型
根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，選A型帶。
⑶確定帶輪直徑和驗算帶速
查表小帶輪基準直徑d1=125mm,d2=125*i=125*4.06 =500mm
驗算帶速成v=πd1n160*1000
其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速(r/min)；
-小帶輪直徑(mm)；
v=3.14*125*1440600*1000=9.42 m/s∈[4,25]，合適。
[4]確定帶傳動的中心距和帶的基準長度
設(shè)中心距為,則
0.55(d1+d2)≤a0≤2(d1+d2)
于是 343.75 ≤a0≤1250 ,初取中心距為a0=400mm。
帶長L0=2a0+π2d1+d2+d2-d124a0
=2*400+3.142125+500+500-12524*400=1869 mm
查表取相近的基準長度Ld，Ld=1800mm。
帶傳動實際中心距a=a0+Ld-L02=400+1800-1869 2=365 mm
[5]驗算小帶輪的包角
一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。
α1≈180-d2-d1a*57.3=126 °>120°, 合適
[6]確定帶的根數(shù)
Z=PcaP0+?P0kαkL
其中：
P0=1.93
P0為α1=180°，載荷平穩(wěn)，i=1，特定基準長度時單根V帶的額定功率，由《實用機床設(shè)計手冊》圖3.2-3，3.2-4得：
?P0=0.09
?P0 為時傳遞功率的增量，由《實用機床設(shè)計手冊》圖3.2-3，3.2-4得：
kα=0.84
kα為按小輪包角；由《實用機床設(shè)計手冊》表3.2-6查得
kL=1.01
kL為長度系數(shù)；由《實用機床設(shè)計手冊》表3.2-6查得
為避免V型帶工作時各根帶受力嚴重不均勻，限制根數(shù)不大于10。
Z=6.051.93+0.09*0.84*1.01 =3.53 取4
[7]計算帶的張緊力
F0=500pcavZ2.5-kαkα+qv2
其中： -帶的傳動功率,6.05KW；
v-帶速,9.42 m/s；
q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.1kg/m。
由《實用機床設(shè)計手冊》表3.2-1查得
F0=500*6.059.42 *4*2.5-0.840.84+0.1*9.42 2=167.52 N
[8]計算作用在軸上的壓軸力
FQ≈2ZF0sinα12≈2*4*167.52 *sin126 2 =1195.28 N
2.3 各傳動組齒輪模數(shù)的確定和校核
⑴模數(shù)的確定(按齒面接觸疲勞計算齒輪模數(shù))：
a傳動組：只需計算齒數(shù)最小齒輪模數(shù)
計算30齒齒輪的模數(shù)：
mj=163003(i+1)k1k2k3Pφmz12i nj[σj]2
其中: i-公比 ； i=2；
k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.95=5.225Kw
η=η帶η軸承=0.96*0.99=0.95
φm-齒寬系數(shù)；取8
z1-小齒輪齒數(shù)；取30
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；355r/min
[σj]-齒輪許用接觸應(yīng)力； 按45#整體淬火[σj]=1100MPa
mj=1630032+1*1.2*1.4*1.12*5.2258*302*2*355*11002=2.74
取m =3 mm。
于是傳動組a的齒輪模數(shù)取m =3 mm，b =24mm。
軸Ⅰ上齒輪的直徑：
da1=3 *45=135mm, da2=3 *37=111mm, da3=3 *30=90mm
軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：
da1'=3 *45=135mm, da2'=3 *53=159mm,da3'=3 *60=180mm
b傳動組：
按最小齒數(shù)25的齒輪計算：
mj=163003(i+1)k1k2k3Pφmz12i nj[σj]2
其中: i-公比 ； i=2.82；
k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.92=5.06Kw
η=η帶η軸承η軸承η齒輪=0.96*0.99*0.99*0.98=0.92
φm-齒寬系數(shù)；取8
z1-小齒輪齒數(shù)；取25
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；180 r/min
[σj]-齒輪許用接觸應(yīng)力； 按45#整體淬火[σj]=1100MPa
mj=1630032.82+1*1.2*1.4*1.12*5.068*252*2.82*180*11002=3.72
2.74
取m =4 mm。
于是傳動組b的齒輪模數(shù)取m =4 mm，b =32mm。
軸II上齒輪的直徑：
db1=4 *48=192mm, db2=4 *25=100mm
軸III上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：
db1'=4 *48=192mm, db2'=4 *71=284mm
c傳動組：
按最小齒數(shù)19的齒輪計算：
mj=163003(i+1)k1k2k3Pφmz12i nj[σj]2
其中: i-公比 ； i=3.98；
k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.89=4.895Kw
η=η帶η軸承3η齒輪2=0.96*0.993*0.982=0.89
φm-齒寬系數(shù)；取8
z1-小齒輪齒數(shù)；取19
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；180 r/min
[σj]-齒輪許用接觸應(yīng)力； 按45#整體淬火[σj]=1100MPa
mj=1630033.98+1*1.2*1.4*1.12*4.8958*192*3.98*180*11002=3.98
取m =4 mm。
于是傳動組c的齒輪模數(shù)取m =4 mm，b =32mm。
軸III上齒輪的直徑：
dc1=4 *63=252mm, dc2=4 *19=76mm
軸IV上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：
dc1'=4 *32=128mm, dc2'=4 *76=304mm
3. 齒輪齒根彎曲疲勞強度校核：
3.1校核a傳動組齒輪
校核最小齒輪齒數(shù)為30的即可，確定各項參數(shù)
計算公式:mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]
mw≤m
式中，k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
ks-壽命系數(shù)；ks=kTknkpkq=2.00 *0.72*0.78*0.77=0.86
其中， kT=m60n1TC0=660*355*60002*106=2.00
n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速；經(jīng)前面計算，取355r/min
T-齒輪的平均工作時間；T=TSN ,查《金屬切削機床設(shè)計指導》表30，得T=18000/3=6000
C0-基準循環(huán)次數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31，得C0=2x106
m-疲勞曲線指數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表31得m=6
kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31得，kn=0.72
kp-功率利用系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表33得，kp=0.78
kq-材料強化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表34得，kq=0.77
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.95=5.225
η=η帶η軸承=0.96*0.99=0.95a
Z-小齒輪齒數(shù)；取最小齒輪齒數(shù)30
Y-齒形系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表27
得Y=0.444
B-齒寬；經(jīng)前面計算得B=24mm
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；355r/min
m-齒輪模數(shù)；經(jīng)前面計算得m=3
σw-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表37
得σw=320MPa
mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]=2751.2*1.4*1.12*0.86 *5.22530*0.444*8*355*320=0.23
mw≤m,故齒輪通過校核。
3.2 校核b傳動組齒輪
校核最小齒輪齒數(shù)為25的即可，確定各項參數(shù)
計算公式：mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]
mw≤m
式中，k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
ks-壽命系數(shù)；ks=kTknkpkq=1.79 *0.72*0.78*0.77=0.77
其中， kT=m60n1TC0=660*355*60002*106=1.79
n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速；經(jīng)前面計算，取180r/min
T-齒輪的平均工作時間；T=TSN ,查《金屬切削機床設(shè)計指導》表30，得T=18000/3=6000
C0-基準循環(huán)次數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31，得C0=2x106
m-疲勞曲線指數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表31得m=6
kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31得，kn=0.72
kp-功率利用系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表33得，kp=0.78
kq-材料強化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表34得，kq=0.77
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.92=5.06
η=η帶η軸承η軸承η齒輪=0.96*0.99*0.99*0.98=0.92
Z-小齒輪齒數(shù)；取最小齒輪齒數(shù)25
Y-齒形系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表27
得Y=0.42
B-齒寬；經(jīng)前面計算得B=32mm
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；180r/min
m-齒輪模數(shù)；經(jīng)前面計算得m=4
σw-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表37
得σw=320MPa
mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]=2751.2*1.4*1.12*0.77 *5.0625*0.42*8*180*320=0.34
mw≤m,故齒輪通過校核。
3.3校核c傳動組齒輪
校核齒數(shù)為19的即可，確定各項參數(shù)
計算公式：mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]
mw≤m
式中，k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
ks-壽命系數(shù)；ks=kTknkpkq=1.79 *0.72*0.78*0.77=0.77
其中， kT=m60n1TC0=660*355 *60002*106=1.79
n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速；經(jīng)前面計算，取180 r/min
T-齒輪的平均工作時間；T=TSN ,查《金屬切削機床設(shè)計指導》表30，得T=18000/3=6000
C0-基準循環(huán)次數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31，得C0=2x106
m-疲勞曲線指數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表31得m=6
kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31得，kn=0.72
kp-功率利用系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表33得，kp=0.78
kq-材料強化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表34得，kq=0.77
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.89=4.895
η=η帶η軸承3η齒輪2=0.96*0.993*0.982=0.89
Z-小齒輪齒數(shù)；取最小齒輪齒數(shù)19
Y-齒形系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表27
得Y=0.386
B-齒寬；經(jīng)前面計算得B=32mm
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；180 r/min
m-齒輪模數(shù)；經(jīng)前面計算得m=4
σw-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表37
得σw=320MPa
mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]=2751.2*1.4*1.12*0.77 *4.89519*0.42*8*180 *320=0.40
mw≤m,故齒輪通過校核。
4. 各軸的設(shè)計及主軸的校核
4.1 確定各軸最小直徑
計算公式：d≥914Pnj
式中：d—軸的危險斷面處的直徑（mm），當軸上有一個鍵槽時，
d值應(yīng)增大4%-5%；當同一斷面上有兩個鍵槽時，d值應(yīng)增大7%-10%。當軸為花鍵時，則軸的內(nèi)徑可比
d值減小7%。
P—該軸傳遞的額定功率（KW）。
nj—該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）。
取傳遞效率，η帶=0.96，η軸承=0.99，η齒=0.98
（1）I軸的直徑：
I軸傳遞功率PI=Pdη帶η軸承=5.5*0.96*0.99=5.23 KW
d≥914PInj=9145.23 355=31.70 mm，
考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=35mm
（2）II軸的直徑：
II軸傳遞功率PII=PIη齒η軸承=5.23 *0.98*0.99=5.07 KW
d≥914PIInj=9145.07 180=37.28 mm，
考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=40mm
（3）III軸的直徑：
III軸傳遞功率PIII=PIη齒η軸承=5.07 *0.98*0.99=4.92 KW
d≥914PIIInj=9144.92 180 =37.00 mm，
考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=40mm
（4）IV軸（主軸）的直徑：
IV軸傳遞功率PIV=PIIIη齒η軸承=4.92 *0.96*0.99=4.77 KW
d≥914PIVnj=9144.77 45 =51.93 mm，
圓整取d=56mm
4.2主軸的計算及校核
（1）選擇主軸軸頸直徑,軸承型號和最佳跨距
最大加工直徑400mm，P=5.5KW.經(jīng)查《實用機床設(shè)計手冊》表3.11-6：得：
前軸頸應(yīng)為70-105mm,
初選D1=85mm,
后軸頸D2=(0.7-0.85)D1,取D2=65mm,
取主軸中空孔直徑為0.5D2=32mm,
前軸承為NN3017K,后軸承為NN3013K,
根據(jù)結(jié)構(gòu),初定懸伸長度a1=75mm
根據(jù)經(jīng)驗，主軸的跨距L=3~5a1，初定l=350mm
（2）主軸前端位移驗算：
為了保證機床的加工精度，必須限制主軸懸伸端處的位移不能超過允許值，近似計算中可不計軸承變形的影響。通過計算和實驗可知，主軸端部由主軸變形引起的位移占總位移的50%~80%，一般可取60%。由軸承變形引起的位移占20%~40%。
主軸受力簡圖如下：
計算公式：KS'≥1.66KA
其中 KS'=300D4aA2(L+aA) ，KA=KB0.6aB2aA2+0.4(1+aBL)2(1+aAL)2
式中：D-主軸當量外徑,簡化計算為D=(D1+D2)/2=7.5mm
aA=75mm
aB=0.4Dmax=0.4*400=160mm
L=350mm
KB=Kcbblim2ξ(1+ξ)cosβcosα
查表9-8取當V=50m/min,f=0.1mm/r時，Kcb=2.46N/μm.mm,
β=68.8°，blim=0.015Dmax=6mm。
查表9-9取ξ=0.03
車削外圓式一般取α=45°
故：KB=Kcbblim2ξ(1+ξ)cosβcosα=2.46*62*0.025（1+0.025）cos68.8*cos45=55.98 N/μm
KS'=300D4aA2(L+aA)=300*7.547.52*(35+7.5)=397.06 N/μm
KA=KB0.6aB2aA2+0.4(1+aBL)2(1+aAL)2=55.98 *0.6*1602752+0.4*1+16035021+753502=185.12 N/μm
KS'≥1.66KA
可以看出，主軸的剛度是合格的。
4.3多片式摩擦離合器的設(shè)計計算
查取教材10.6，選用材料為銅-銅基粉末冶金材料，并選擇干式型離合器。
（1）確定外離合器的直徑D1
對于軸裝式，D1=d+2-6mm=85+(2-6)=87-91
最終取D1=88mm
（2）確定內(nèi)摩擦片的外徑D2
D2=D1φ
其中φ取0.57-0.75，此處取0.6
則D2=D10.6=880.6=117.33 mm
圓整取D2=118mm
（3）計算摩擦面中徑Dm及摩擦面平均線速度Vm
Dm=D1+D22=88+1182=103mm
v=πnDm60000=3.14*355*10360000=1.91 m/s
（4）計算摩擦片對數(shù)Z
KZZ=12MnK103πf[p]（D23-D13)KvKm
式中K-安全系數(shù)，取1.3-1.5，此處取1.4
f-摩擦系數(shù)，查表10.6，取0.28
p-材料的許用壓強，查表10.6，取1
Kv-速度修正系數(shù)，查表10.7得：1.08
Km-每小時結(jié)合數(shù)修正系數(shù)，對于干式型離合器，取1
KZ-摩擦面對數(shù)修正系數(shù)
Mn-離合器傳遞的扭矩。
Mn=9550*Pn=9550*5.5355=147.96 N.m
KZZ=12MnK103πf[p]（D23-D13)KvKm=12*147.96 *1.4*1033.14*0.28*1*1183-883*1.08*1=2.72
查表10.9取Z=3
（5）計算主動片數(shù)i1和被動片數(shù)i2
i1=Z2+1=32+1=2.5，取3
i2=Z2=32=1.5，取2
總片數(shù)i=i1+i2=3+2=5
（6）計算軸向壓力
Q=π4(D22-D12)[p] Kv=3.144*1182-882*1* 1.08=5239.40 N
4.4各軸軸承選擇
主軸：根據(jù)外徑D1=85，D2=65
前端選擇雙列圓柱滾子軸承NN3017K,其內(nèi)徑為85，外徑為130
后端選擇雙列圓柱滾子軸承NN3013K,其內(nèi)徑為65，外徑為100
I軸：根據(jù)計算I軸外徑為35
選擇圓錐滾子軸承30207,其內(nèi)徑為35，外徑為72
II軸：根據(jù)計算II軸外徑為40
選擇圓錐滾子軸承30208,其內(nèi)徑為40，外徑為80
III軸：根據(jù)計算III軸外徑為40
選擇圓錐滾子軸承30208,其內(nèi)徑為40，外徑為80
三、總結(jié)
金屬切削機床的課程設(shè)計任務(wù)完成了，雖然設(shè)計的過程比較繁瑣，而且剛開始還有些不知所措，但是在同學們的共同努力下，再加上老師的悉心指導，我終于順利地完成了這次設(shè)計任務(wù)。本次設(shè)計鞏固和深化了課堂理論教學的內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運用所學過的知識和理論的能力，是我獨立分析、解決問題的能力得到了強化.
四、參考文獻
［1］工程學院機械制造教研室 主編.金屬切削機床指導書.
［2］濮良貴 紀名剛主編.機械設(shè)計(第七版).北京:高等教育出版社,2001年6月
[3］毛謙德 李振清主編.《袖珍機械設(shè)計師手冊》第二版.機械工業(yè)出版社,2002年5月
［4］《減速器實用技術(shù)手冊》編輯委員會編.減速器實用技術(shù)手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1992年
［5］戴曙 主編.金屬切削機床.北京:機械工業(yè)出版社,2005年1月
[6]《機床設(shè)計手冊》編寫組 主編.機床設(shè)計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1980年8月
［7］華東紡織工學院 哈爾濱工業(yè)大學 天津大學主編.機床設(shè)計圖冊.上海:上海科學技術(shù)出版社,1979年6月
- 23 -
目錄
一、設(shè)計目的 - 2 -
二、設(shè)計步驟 - 2 -
1.運動設(shè)計 - 2 -
1.1已知條件 - 2 -
1.2結(jié)構(gòu)分析式 - 2 -
1.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 - 3 -
1.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 - 5 -
2.動力設(shè)計 - 6 -
2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 - 6 -
2.2 帶傳動設(shè)計 - 6 -
2.3 各傳動組齒輪模數(shù)的確定和校核 - 8 -
3. 齒輪齒根彎曲疲勞強度校核 - 11 -
3.1校核a傳動組齒輪 - 11 -
3.2 校核b傳動組齒輪 - 13 -
3.3校核c傳動組齒輪 - 14 -
4. 各軸的設(shè)計及主軸的校核 - 16 -
4.1 確定各軸最小直徑 - 16 -
4.2主軸的計算及校核 - 17 -
4.3多片式摩擦離合器的設(shè)計計算 - 18 -
4.4各軸軸承選擇 - 20 -
三、總結(jié) - 20 -
四、參考文獻 - 21 -
一、設(shè)計目的
通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計，在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。
二、設(shè)計步驟
1.運動設(shè)計
1.1已知條件
[1]公比:φ=1.41
[2]主軸最小轉(zhuǎn)速:nmin=16r/min
變速級數(shù)：Z=12
[3]確定轉(zhuǎn)速范圍：
可得調(diào)速范圍：Rn=φZ-1=43.8
主軸最大轉(zhuǎn)速nmax=Rn*nmin=43.8*16=701
取標注轉(zhuǎn)速值nmax=710r/min
[4]電動機功率：參考現(xiàn)有車床功率P=5.5KW
1.2結(jié)構(gòu)分析式
⑴ ⑵ [3]
從電動機到主軸主要為降速傳動，若使傳動副較多的傳動組放在較接近電動機處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動副前多后少的原則，因此取方案。在降速傳動中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸常限制最小傳動比 ；在升速時為防止產(chǎn)生過大的噪音和震動常限制最大轉(zhuǎn)速比。在主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍。在設(shè)計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最小，
根據(jù)中間傳動軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下：
檢查傳動組的變速范圍時，只檢查最后一個擴大組：
R2=φX2*(P2-1) 其中φ=1.41，X2=6，P2=2
所以R2=1.416*(2-1)=8 ，合適。
1.3 繪制轉(zhuǎn)速圖
⑴選擇電動機
一般車床若無特殊要求，多采用Y系列封閉式三相異步電動機，根據(jù)原則條件選擇Y132S-4型Y系列籠式三相異步電動機。
其同步轉(zhuǎn)速1440r/min,額定功率5.5KW
⑵分配總降速傳動比
總降速傳動比 i=nminnd=161440=0.011
又電動機轉(zhuǎn)速nd=1440r/min不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標準，因而增加一定比傳動副。
[3]確定傳動軸軸數(shù)
傳動軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。
⑷確定各級轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖
由nmin= 16r/min, ?=1.41,Z=12確定各級轉(zhuǎn)速：
710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5、22.4、16r/min。
31.5
710
500
355
250
180
125
90
63
22.4
45
16
19:76
25:71
30:60
37:53
63:32
48:48
45:45
由此也可確定加在電動機與主軸之間的定傳動比i=1440/355=4.06 。下面畫出轉(zhuǎn)速圖（電動機轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）。
[5]確定各變速組傳動副齒數(shù)
①傳動組a:
ai1=1/φ2=1/2， ai2=1/φ=1/1.41， ai3=1/1
查《實用機床設(shè)計手冊》表2.3-4,
可取SZ=90,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：30、37、45。
可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：60、53、45。
②傳動組b:
bi1=1/φ3=1/2.82， bi2=1/1
查《實用機床設(shè)計手冊》表2.3-4,
可取 SZ=96，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：25、48。
于是得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：71、48。
③傳動組c:
ci1=1φ4=1/3.98, ci2=φ2=2
查《實用機床設(shè)計手冊》表2.3-4,
可取SZ=95,
ci1=1/3.98為降速傳動，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為19；
ci2=2為升速傳動，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為32。
得軸Ⅲ兩聯(lián)動齒輪的齒數(shù)分別為19，63；
得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為76,32。
1.4 繪制傳動系統(tǒng)圖
根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機等已知條件可有如下系統(tǒng)圖：
500
125
48
53
76
32
19
63
71
25
48
45
45
60
30
37
2.動力設(shè)計
2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴確定主軸計算轉(zhuǎn)速：主軸的計算轉(zhuǎn)速為
nIV=nminφz3-1=16*1.41123-1=45 r/min
⑵各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速：
軸Ⅲ可從主軸45 r/min按19/76的傳動副找上去，軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速
180 r/min；軸Ⅱ的計算轉(zhuǎn)速為180r/min；軸Ⅰ的計算轉(zhuǎn)速為355r/min。
[3]各齒輪的計算轉(zhuǎn)速
傳動組c中， 只需計算z =19的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為45 *76/19=180 r/min；
傳動組b計算z = 25的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為180r/min；
傳動組a應(yīng)計算z = 30的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為355r/min。
[4]核算主軸轉(zhuǎn)速誤差
n實=1440*125500*4545*4848*6332=709 r/min
n標=710r/min
n實-n標n標=709 -710710=0.18%≤10φ-1=4.1%
所以合適。
2.2 帶傳動設(shè)計
電動機轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=5.5KW,傳動比i=1440/355=4.06 ，兩班制，
一天運轉(zhuǎn)16.1小時，工作年數(shù)10年。
1 定計算功率 取KA=1.1，則Pca=KAP=6.05KW
⑵選取V帶型
根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，選A型帶。
⑶確定帶輪直徑和驗算帶速
查表小帶輪基準直徑d1=125mm,d2=125*i=125*4.06 =500mm
驗算帶速成v=πd1n160*1000
其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速(r/min)；
-小帶輪直徑(mm)；
v=3.14*125*1440600*1000=9.42 m/s∈[4,25]，合適。
[4]確定帶傳動的中心距和帶的基準長度
設(shè)中心距為,則
0.55(d1+d2)≤a0≤2(d1+d2)
于是 343.75 ≤a0≤1250 ,初取中心距為a0=400mm。
帶長L0=2a0+π2d1+d2+d2-d124a0
=2*400+3.142125+500+500-12524*400=1869 mm
查表取相近的基準長度Ld，Ld=1800mm。
帶傳動實際中心距a=a0+Ld-L02=400+1800-1869 2=365 mm
[5]驗算小帶輪的包角
一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。
α1≈180-d2-d1a*57.3=126 °>120°, 合適
[6]確定帶的根數(shù)
Z=PcaP0+?P0kαkL
其中：
P0=1.93
P0為α1=180°，載荷平穩(wěn)，i=1，特定基準長度時單根V帶的額定功率，由《實用機床設(shè)計手冊》圖3.2-3，3.2-4得：
?P0=0.09
?P0 為時傳遞功率的增量，由《實用機床設(shè)計手冊》圖3.2-3，3.2-4得：
kα=0.84
kα為按小輪包角；由《實用機床設(shè)計手冊》表3.2-6查得
kL=1.01
kL為長度系數(shù)；由《實用機床設(shè)計手冊》表3.2-6查得
為避免V型帶工作時各根帶受力嚴重不均勻，限制根數(shù)不大于10。
Z=6.051.93+0.09*0.84*1.01 =3.53 取4
[7]計算帶的張緊力
F0=500pcavZ2.5-kαkα+qv2
其中： -帶的傳動功率,6.05KW；
v-帶速,9.42 m/s；
q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.1kg/m。
由《實用機床設(shè)計手冊》表3.2-1查得
F0=500*6.059.42 *4*2.5-0.840.84+0.1*9.42 2=167.52 N
[8]計算作用在軸上的壓軸力
FQ≈2ZF0sinα12≈2*4*167.52 *sin126 2 =1195.28 N
2.3 各傳動組齒輪模數(shù)的確定和校核
⑴模數(shù)的確定(按齒面接觸疲勞計算齒輪模數(shù))：
a傳動組：只需計算齒數(shù)最小齒輪模數(shù)
計算30齒齒輪的模數(shù)：
mj=163003(i+1)k1k2k3Pφmz12i nj[σj]2
其中: i-公比 ； i=2；
k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.95=5.225Kw
η=η帶η軸承=0.96*0.99=0.95
φm-齒寬系數(shù)；取8
z1-小齒輪齒數(shù)；取30
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；355r/min
[σj]-齒輪許用接觸應(yīng)力； 按45#整體淬火[σj]=1100MPa
mj=1630032+1*1.2*1.4*1.12*5.2258*302*2*355*11002=2.74
取m =3 mm。
于是傳動組a的齒輪模數(shù)取m =3 mm，b =24mm。
軸Ⅰ上齒輪的直徑：
da1=3 *45=135mm, da2=3 *37=111mm, da3=3 *30=90mm
軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：
da1'=3 *45=135mm, da2'=3 *53=159mm,da3'=3 *60=180mm
b傳動組：
按最小齒數(shù)25的齒輪計算：
mj=163003(i+1)k1k2k3Pφmz12i nj[σj]2
其中: i-公比 ； i=2.82；
k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.92=5.06Kw
η=η帶η軸承η軸承η齒輪=0.96*0.99*0.99*0.98=0.92
φm-齒寬系數(shù)；取8
z1-小齒輪齒數(shù)；取25
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；180 r/min
[σj]-齒輪許用接觸應(yīng)力； 按45#整體淬火[σj]=1100MPa
mj=1630032.82+1*1.2*1.4*1.12*5.068*252*2.82*180*11002=3.72
2.74
取m =4 mm。
于是傳動組b的齒輪模數(shù)取m =4 mm，b =32mm。
軸II上齒輪的直徑：
db1=4 *48=192mm, db2=4 *25=100mm
軸III上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：
db1'=4 *48=192mm, db2'=4 *71=284mm
c傳動組：
按最小齒數(shù)19的齒輪計算：
mj=163003(i+1)k1k2k3Pφmz12i nj[σj]2
其中: i-公比 ； i=3.98；
k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.89=4.895Kw
η=η帶η軸承3η齒輪2=0.96*0.993*0.982=0.89
φm-齒寬系數(shù)；取8
z1-小齒輪齒數(shù)；取19
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；180 r/min
[σj]-齒輪許用接觸應(yīng)力； 按45#整體淬火[σj]=1100MPa
mj=1630033.98+1*1.2*1.4*1.12*4.8958*192*3.98*180*11002=3.98
取m =4 mm。
于是傳動組c的齒輪模數(shù)取m =4 mm，b =32mm。
軸III上齒輪的直徑：
dc1=4 *63=252mm, dc2=4 *19=76mm
軸IV上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：
dc1'=4 *32=128mm, dc2'=4 *76=304mm
3. 齒輪齒根彎曲疲勞強度校核：
3.1校核a傳動組齒輪
校核最小齒輪齒數(shù)為30的即可，確定各項參數(shù)
計算公式:mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]
mw≤m
式中，k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
ks-壽命系數(shù)；ks=kTknkpkq=2.00 *0.72*0.78*0.77=0.86
其中， kT=m60n1TC0=660*355*60002*106=2.00
n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速；經(jīng)前面計算，取355r/min
T-齒輪的平均工作時間；T=TSN ,查《金屬切削機床設(shè)計指導》表30，得T=18000/3=6000
C0-基準循環(huán)次數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31，得C0=2x106
m-疲勞曲線指數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表31得m=6
kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31得，kn=0.72
kp-功率利用系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表33得，kp=0.78
kq-材料強化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表34得，kq=0.77
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.95=5.225
η=η帶η軸承=0.96*0.99=0.95a
Z-小齒輪齒數(shù)；取最小齒輪齒數(shù)30
Y-齒形系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表27
得Y=0.444
B-齒寬；經(jīng)前面計算得B=24mm
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；355r/min
m-齒輪模數(shù)；經(jīng)前面計算得m=3
σw-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表37
得σw=320MPa
mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]=2751.2*1.4*1.12*0.86 *5.22530*0.444*8*355*320=0.23
mw≤m,故齒輪通過校核。
3.2 校核b傳動組齒輪
校核最小齒輪齒數(shù)為25的即可，確定各項參數(shù)
計算公式：mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]
mw≤m
式中，k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
ks-壽命系數(shù)；ks=kTknkpkq=1.79 *0.72*0.78*0.77=0.77
其中， kT=m60n1TC0=660*355*60002*106=1.79
n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速；經(jīng)前面計算，取180r/min
T-齒輪的平均工作時間；T=TSN ,查《金屬切削機床設(shè)計指導》表30，得T=18000/3=6000
C0-基準循環(huán)次數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31，得C0=2x106
m-疲勞曲線指數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表31得m=6
kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31得，kn=0.72
kp-功率利用系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表33得，kp=0.78
kq-材料強化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表34得，kq=0.77
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.92=5.06
η=η帶η軸承η軸承η齒輪=0.96*0.99*0.99*0.98=0.92
Z-小齒輪齒數(shù)；取最小齒輪齒數(shù)25
Y-齒形系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表27
得Y=0.42
B-齒寬；經(jīng)前面計算得B=32mm
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；180r/min
m-齒輪模數(shù)；經(jīng)前面計算得m=4
σw-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表37
得σw=320MPa
mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]=2751.2*1.4*1.12*0.77 *5.0625*0.42*8*180*320=0.34
mw≤m,故齒輪通過校核。
3.3校核c傳動組齒輪
校核齒數(shù)為19的即可，確定各項參數(shù)
計算公式：mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]
mw≤m
式中，k1-工況系數(shù)；取1.2
k2-動載荷系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表28
按精度等級7，≤HB350,取k2=1.4
k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表29
取k3=1.12
ks-壽命系數(shù)；ks=kTknkpkq=1.79 *0.72*0.78*0.77=0.77
其中， kT=m60n1TC0=660*355 *60002*106=1.79
n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速；經(jīng)前面計算，取180 r/min
T-齒輪的平均工作時間；T=TSN ,查《金屬切削機床設(shè)計指導》表30，得T=18000/3=6000
C0-基準循環(huán)次數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31，得C0=2x106
m-疲勞曲線指數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表31得m=6
kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表31得，kn=0.72
kp-功率利用系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表33得，kp=0.78
kq-材料強化系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》
表34得，kq=0.77
P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=5.5*0.89=4.895
η=η帶η軸承3η齒輪2=0.96*0.993*0.982=0.89
Z-小齒輪齒數(shù)；取最小齒輪齒數(shù)19
Y-齒形系數(shù)；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表27
得Y=0.386
B-齒寬；經(jīng)前面計算得B=32mm
nj-齒輪計算轉(zhuǎn)速；180 r/min
m-齒輪模數(shù)；經(jīng)前面計算得m=4
σw-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力；查《金屬切削機床設(shè)計指導》表37
得σw=320MPa
mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]=2751.2*1.4*1.12*0.77 *4.89519*0.42*8*180 *320=0.40
mw≤m,故齒輪通過校核。
4. 各軸的設(shè)計及主軸的校核
4.1 確定各軸最小直徑
計算公式：d≥914Pnj
式中：d—軸的危險斷面處的直徑（mm），當軸上有一個鍵槽時，
d值應(yīng)增大4%-5%；當同一斷面上有兩個鍵槽時，d值應(yīng)增大7%-10%。當軸為花鍵時，則軸的內(nèi)徑可比
d值減小7%。
P—該軸傳遞的額定功率（KW）。
nj—該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）。
取傳遞效率，η帶=0.96，η軸承=0.99，η齒=0.98
（1）I軸的直徑：
I軸傳遞功率PI=Pdη帶η軸承=5.5*0.96*0.99=5.23 KW
d≥914PInj=9145.23 355=31.70 mm，
考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=35mm
（2）II軸的直徑：
II軸傳遞功率PII=PIη齒η軸承=5.23 *0.98*0.99=5.07 KW
d≥914PIInj=9145.07 180=37.28 mm，
考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=40mm
（3）III軸的直徑：
III軸傳遞功率PIII=PIη齒η軸承=5.07 *0.98*0.99=4.92 KW
d≥914PIIInj=9144.92 180 =37.00 mm，
考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=40mm
（4）IV軸（主軸）的直徑：
IV軸傳遞功率PIV=PIIIη齒η軸承=4.92 *0.96*0.99=4.77 KW
d≥914PIVnj=9144.77 45 =51.93 mm，
圓整取d=56mm
4.2主軸的計算及校核
（1）選擇主軸軸頸直徑,軸承型號和最佳跨距
最大加工直徑400mm，P=5.5KW.經(jīng)查《實用機床設(shè)計手冊》表3.11-6：得：
前軸頸應(yīng)為70-105mm,
初選D1=85mm,
后軸頸D2=(0.7-0.85)D1,取D2=65mm,
取主軸中空孔直徑為0.5D2=32mm,
前軸承為NN3017K,后軸承為NN3013K,
根據(jù)結(jié)構(gòu),初定懸伸長度a1=75mm
根據(jù)經(jīng)驗，主軸的跨距L=3~5a1，初定l=350mm
（2）主軸前端位移驗算：
為了保證機床的加工精度，必須限制主軸懸伸端處的位移不能超過允許值，近似計算中可不計軸承變形的影響。通過計算和實驗可知，主軸端部由主軸變形引起的位移占總位移的50%~80%，一般可取60%。由軸承變形引起的位移占20%~40%。
主軸受力簡圖如下：
計算公式：KS'≥1.66KA
其中 KS'=300D4aA2(L+aA) ，KA=KB0.6aB2aA2+0.4(1+aBL)2(1+aAL)2
式中：D-主軸當量外徑,簡化計算為D=(D1+D2)/2=7.5mm
aA=75mm
aB=0.4Dmax=0.4*400=160mm
L=350mm
KB=Kcbblim2ξ(1+ξ)cosβcosα
查表9-8取當V=50m/min,f=0.1mm/r時，Kcb=2.46N/μm.mm,
β=68.8°，blim=0.015Dmax=6mm。
查表9-9取ξ=0.03
車削外圓式一般取α=45°
故：KB=Kcbblim2ξ(1+ξ)cosβcosα=2.46*62*0.025（1+0.025）cos68.8*cos45=55.98 N/μm
KS'=300D4aA2(L+aA)=300*7.547.52*(35+7.5)=397.06 N/μm
KA=KB0.6aB2aA2+0.4(1+aBL)2(1+aAL)2=55.98 *0.6*1602752+0.4*1+16035021+753502=185.12 N/μm
KS'≥1.66KA
可以看出，主軸的剛度是合格的。
4.3多片式摩擦離合器的設(shè)計計算
查取教材10.6，選用材料為銅-銅基粉末冶金材料，并選擇干式型離合器。
（1）確定外離合器的直徑D1
對于軸裝式，D1=d+2-6mm=85+(2-6)=87-91
最終取D1=88mm
（2）確定內(nèi)摩擦片的外徑D2
D2=D1φ
其中φ取0.57-0.75，此處取0.6
則D2=D10.6=880.6=117.33 mm
圓整取D2=118mm
（3）計算摩擦面中徑Dm及摩擦面平均線速度Vm
Dm=D1+D22=88+1182=103mm
v=πnDm60000=3.14*355*10360000=1.91 m/s
（4）計算摩擦片對數(shù)Z
KZZ=12MnK103πf[p]（D23-D13)KvKm
式中K-安全系數(shù)，取1.3-1.5，此處取1.4
f-摩擦系數(shù)，查表10.6，取0.28
p-材料的許用壓強，查表10.6，取1
Kv-速度修正系數(shù)，查表10.7得：1.08
Km-每小時結(jié)合數(shù)修正系數(shù)，對于干式型離合器，取1
KZ-摩擦面對數(shù)修正系數(shù)
Mn-離合器傳遞的扭矩。
Mn=9550*Pn=9550*5.5355=147.96 N.m
KZZ=12MnK103πf[p]（D23-D13)KvKm=12*147.96 *1.4*1033.14*0.28*1*1183-883*1.08*1=2.72
查表10.9取Z=3
（5）計算主動片數(shù)i1和被動片數(shù)i2
i1=Z2+1=32+1=2.5，取3
i2=Z2=32=1.5，取2
總片數(shù)i=i1+i2=3+2=5
（6）計算軸向壓力
Q=π4(D22-D12)[p] Kv=3.144*1182-882*1* 1.08=5239.40 N
4.4各軸軸承選擇
主軸：根據(jù)外徑D1=85，D2=65
前端選擇雙列圓柱滾子軸承NN3017K,其內(nèi)徑為85，外徑為130
后端選擇雙列圓柱滾子軸承NN3013K,其內(nèi)徑為65，外徑為100
I軸：根據(jù)計算I軸外徑為35
選擇圓錐滾子軸承30207,其內(nèi)徑為35，外徑為72
II軸：根據(jù)計算II軸外徑為40
選擇圓錐滾子軸承30208,其內(nèi)徑為40，外徑為80
III軸：根據(jù)計算III軸外徑為40
選擇圓錐滾子軸承30208,其內(nèi)徑為40，外徑為80
三、總結(jié)
金屬切削機床的課程設(shè)計任務(wù)完成了，雖然設(shè)計的過程比較繁瑣，而且剛開始還有些不知所措，但是在同學們的共同努力下，再加上老師的悉心指導，我終于順利地完成了這次設(shè)計任務(wù)。本次設(shè)計鞏固和深化了課堂理論教學的內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運用所學過的知識和理論的能力，是我獨立分析、解決問題的能力得到了強化.
四、參考文獻
［1］工程學院機械制造教研室 主編.金屬切削機床指導書.
［2］濮良貴 紀名剛主編.機械設(shè)計(第七版).北京:高等教育出版社,2001年6月
[3］毛謙德 李振清主編.《袖珍機械設(shè)計師手冊》第二版.機械工業(yè)出版社,2002年5月
［4］《減速器實用技術(shù)手冊》編輯委員會編.減速器實用技術(shù)手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1992年
［5］戴曙 主編.金屬切削機床.北京:機械工業(yè)出版社,2005年1月
[6]《機床設(shè)計手冊》編寫組 主編.機床設(shè)計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1980年8月
［7］華東紡織工學院 哈爾濱工業(yè)大學 天津大學主編.機床設(shè)計圖冊.上海:上?？茖W技術(shù)出版社,1979年6月
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