机械制造装备设计大作业设计

1五邑大学机床主传动系统设计专业：机械工程及自动化姓名：余绍赞学号：3112003184指导老师：崔敏2015年5月2设计题目：无丝杠车床主传动系统运动和动力设计设计要求：（三相4极异步电机，同步转速1500rpm）题目公比最低转速级数Z功率N（KW）车床最大加工直径ф400mm无丝杠车床主传动系统设计1.2635.5124设计任务：(1)运动设计根据给定的机床用途、规格、极限速度、转速数列公比（或转速级数），分析、比较、拟定传动结构方案（包括结构式、转速图和传动系统图），确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差。(2)动力参数和结构参数设计根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，初步计算传动轴直径、齿轮模数；确定机床主轴结构尺寸。3一、运动设计................................................................41、确定极限转速....................................................42、确定公比φ.......................................................43、求出主轴转速级数Z.........................................44、确定结构式..........................................................45、绘制转速图..........................................................56、绘制传动系统图..................................................87、确定变速组齿轮传动副的齿数..........................98、校核主轴转速误差............................................11二、动力设计..............................................................121、传动轴的直径的确定......................................122、齿轮模数的初步计算......................................133、确定机床主轴结构尺寸....................................16参考文献......................................................................174一、运动设计1、确定极限转速根据设计参数，主轴最低转速为35.5r/min，级数为12，且公比φ=1.26。根据《机械制造装备设计》表2-5标准数列知：因为41.26=1.06，首先找到最小极限转速35.5，再每跳过3个数（1.26＝41.06）取一个转速，即可得到公比为1.26的数列：35.5、45、56、71、90、112、140、180、224、280、355、450maxmin45012.6835.5nnRn2、确定公比φ根据设计数据，公比φ=1.263、求出主轴转速级数Z根据设计数据，转速级数Z=124、确定结构式①按照传动副前多后少原则，选用12322的传动方案。②由前密后疏原则（传动顺序与扩大顺序相一致），由设计时要使主轴的转速为连续的等比数列，则必有一个变速组的级数比为1，则基本组01X，第一扩大组的级比指数一般为013XP，第二扩大组的级比指数一般是210326XPP其中最后扩大组的变速范围22(1)6(21)21.2648XPR（主传动各变速组的最大变速范围8~10）符合要求。因为最后扩大组的变速范围满足要求，则其它变速组的变速范围也一定符合要求。即最终结构式为：1261232255、绘制转速图选定电动机根据设计要求，选择的电机型号：Y112M—4，鼠笼式三相4极异步电机，同步转速1500rpm，转速为1440rpm。分配总降速传动比U总降速传动比为min35.50.024651440dNUN，若每个变速组的最小传动比均取四分之一（为避免从动齿轮尺寸过大而增大箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比1/4u主），则三个变速组总的降速比可达311464，看来似乎无须增加降速定比传动，但是为了中间两个变速组做到降速缓慢以利于减少变速箱的径向尺寸，可大电机轴与I轴之间增加一降速比传动，用齿轮和皮带均可，为了便于安装，维护方便，在此选用的是皮带。确定传动轴的轴数轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+1+1=5合理分配传动比6主轴共有12级转速，注明主轴各级转速，电动机轴转速也应在电动机轴上注明，如下图，转速图中的小圆圈表示该轴具有的转速，即时转速点。一般，降速传动遵循“前慢后快”原则。因为确定中间各轴转速时，通常往前推比较方便，所以首先定III轴的转速。为避免从动齿轮尺寸过大而增大箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比1/4u主，又为避免扩大传动误差，减少振动噪声，限制最大升速比22maxu。①确定III轴的转速由于第二扩大组的变速范围为4，级比指数是6，故这两对传动副的降速传动比可以初步确定为1511.26cX，升速传动比121.26cX。于是可以确定III轴的六级转速是：112，140，180，224，280，355r/min，可见III轴的最低转速为112r/min。②确定II轴转速第一扩大组的级比指数31X。于是，II轴的最低转速可能是140r/min7（2maxu，1minu）、180r/min（1maxu，2min1u）、224r/min（1maxu，3min1u）、280r/min（1maxu，4min1u），为使II轴转速不至于过低，造成II轴的转矩较大，又避免了升速，取1maxu，4min1u，这样，II轴的最低转速为280r/min，三级转速分别为280,355,450r/min。③确定I轴转速I轴级比指数为10X，又因为带传动的传动比为511.26u，带传动比可能比较大，因为设计参数给出的电机转速和和主轴的转速相差很大，如果在不换电机的情况下，适当的增加降速比就可以满足条件。最终确定I轴的转速为450r/min。其结构式：12612322其降速比分配：16524511111114401.261.261.261.261.2635.5其中：传送带的降速比：511.26，一级齿轮降速比：211.26，二级齿轮降速比：411.26三级齿轮降速比：511.268根据以上计算，绘制转速图如下：图1.转速图6、绘制传动系统图9图2.传动系统图7、确定变速组齿轮传动副的齿数①变速组a：变速组a有三个传动副，传动比分别是11au,2111.26au,222111.26au后两个传动比小于1，取其倒数，即按u=1,1.26（1.25）,和1.58（1.60）查表。由《机械制造装备设计》表2－8查得：在合适的齿数和zS范围内，查出存在上述三个传动比的分别有：由minZ(18~20)，为了方便表达只列出50~70之间的zS11au时：5052545658606264666870zS、、、、、、、、、、102111.26au时：5052545659616365666870zS、、、、、、、、、、222111.26au时：525457596062656770zS、、、、、、、、如变速组内所有齿轮的模数相同，并是标准齿轮，则三对传动副的齿数和zS应该是相同的。符合上述条件的是，zS＝54或70，方案1：选取zS为54查表可得轴I主动齿轮齿数分别为：27，24，21。则可算出三个传动副的齿轮齿数为：127/27au，224/30au因为变速组a要采用三联滑移齿轮，（三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于或等于4）经检验：最大和次大齿轮之间的齿数差33－30＝3，故方案1无法实现变速。方案2：选取zS为70同理，查表可得轴I主动齿轮齿数分别为：35，31，27。则可算出三个传动副的齿轮齿数为：135/35au，231/39au327/43au经检验：最大和次大齿轮之间的齿数差43－39＝4，满足变速要求。②变速组b：变速组b有两个传动副，传动比分别是1111.26bu，244111.26bu。两个传动均比小于1，取其倒数，即按u=1.26（1.25）,和2.52（2.51）同理，查表得：1111.26bu时，5052545659616365666870zS、、、、、、、、、、244111.26bu时，5356596063666770zS、、、、、、、符合上述条件的是，zS＝56或70方案1：选取zS为56于是可得轴II上两联齿轮的齿数分别是：25、16。由minZ(18~20)，齿数过小的齿轮传动平稳性差。11方案2：选取zS为70于是可得轴II上两联齿轮的齿数分别是：31，20。则可算出三个传动副的齿轮齿数分别为：39，50。③变速组c：变速组c有两个传动副，传动比分别是11.26cu，255111.26cu。一个传动均比小于1，取其倒数，即按u=1.26（1.25）,和3.17（3.16）查表得：11.26cu时：666870727475777981828384zS、、、、、、、、、、、255111.26cu666770717579808384zS、、、、、、、、可取zS为83。255111.26cu为降速传动，取轴III齿轮齿数为20；11.26cu为升速传动，取轴IV齿轮齿数为37。由对应传动比，得轴III上两联动齿轮的齿数分别是20,46；轴IV两齿轮的齿数分别是63,37。8、校核主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差，要求不超过'()/10(1)%10(1.261)%2.6%nnn。下表为主轴转速误差与规定值之间的比较：表1主轴转速误差与规定值之间的比较标准转速r/min实际转速r/min主轴转速误差在标准值范围之内35.535.680.51%√4544.96-0.09%√5656.651.16%√7171.370.52%√9089.93-0.08%√112113.311.16%√140142.781.98%√180179.90-0.05%√224226.671.19%√280285.612.0%√355359.861.37%√450453.430.76%√12二、动力设计1、传动轴的直径的确定由《机械制造装备设计》按抗扭刚度估算轴的直径：4jPdKAn式中d——传动轴直径P——电动机的额定功率jn——传动轴的计算转速——从电机到所计算轴的传动效率因为一般传动轴的每米长允许扭转角(0.5~1.0)，则这里不妨取1.0，由表2－10可知，A＝92，K＝1.04~1.05，则AK＝95.68~96.6，这里取AK＝96，则有：4496jdn（1）主轴的计算转速因为设计的是等公比传动，由《机械制造装备设计》表2－9中所述，133min35.51.2671.0171Zjnn（2）各个传动轴的计算转速由转速图知轴Ⅲ有6级转速，其最低转速为112r/min,通过双联齿轮使主轴获得两极转速：140，35.5。140比主轴的计算转速高，需传递全部功率，故轴Ⅲ的140r/min转速也能传递全部功率，则轴Ⅲ计算转速为140r/min。同理，根据转速图和主轴的计算转速可以确定轴II、轴I的计算转速分别为：280，450。各传动轴直径经过网上