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C6132普通车床主传动系统设计计算说明书
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更新于2023-03-03
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主传动系统设计是机床设计中非常重要的组成部分,本次设计主要由机床的级数入手,于结构式、结构网拟定,再到齿轮和轴的设计,再选择各种主传动配合件,对轴和齿轮及配合件进行校核,将主传动方案“结构化”,设计主轴变速箱装配图及零件图,侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计,完成设计任务。
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C6132 普通车床主传动系统设计
摘要
主传动系统设计是机床设计中非常重要的组成部分,本次设计主要由机床的
级数入手,于结构式、结构网拟定,再到齿轮和轴的设计,再选择各种主传动配
合件,对轴和齿轮及配合件进行校核,将主传动方案“结构化”,设计主轴变速
箱装配图及零件图,侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与
密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计,完成设计任务。
本次突出了结构设计的要求,在保证机床的基本要求下,根据机床设计的原
则,拟定机构式和结构网,对机床的机构进行精简,力求降低生产成本;主轴和
齿轮设计在满足强度需要的同时,材料的选择也是采用折中的原则,没有选择过
高强度的材料从而造成浪费。
【关键词】车床、主传动系统、结构式、电动机。
目录
绪论 ............................................ 错误!未定义书签。
1.主轴极限转速的确定 ............................................... 1
2. 主动参数的拟定 ................................................. 2
2.1 确定传动公比................................................. 2
2.2 主电动机的选择............................................... 3
3.普通车床的规格 ................................................... 4
4.变速结构的设计 ................................................... 4
4.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目........................... 4
4.2 结构式的拟定................................................. 5
4.3 结构网的拟定................................................. 7
4.4 各变速组的变速范围及极限传动比............................... 8
4.5 确定各轴的转速............................................... 8
4.6 绘制转速图................................................... 9
4.7 确定各变速组变速副齿数....................................... 9
4.8 绘制变速系统图.............................................. 11
5.传动件的设计 .................................................... 12
5.1 带轮的设计.................................................. 12
5.2 传动轴的直径估算............................................ 15
5.3 确定各轴转速................................................ 15
5.4 传动轴直径的估算:确定各轴最小直径.......................... 16
5.5 键的选择、传动轴、键的校核.................................. 17
6.各变速组齿轮模数的确定和校核 .................................... 19
6.1 齿轮模数的确定:............................................ 19
C6132 普通车床主传动系统设计
6.2 齿轮的设计.................................................. 23
7.齿轮校验 ........................................................ 25
7.1 齿轮强度校核................................................ 25
7.1.1 校核 a 组齿轮 .......................................... 25
7.1.2 校核 b 组齿轮.......................................... 27
7.1.3 校核 c 组齿轮.......................................... 28
8.主轴组件设计 .................................................... 30
8.1 主轴的基本尺寸确定.......................................... 30
8.1.1 外径尺寸 D............................................. 30
8.1.2 主轴孔径 d............................................. 30
8.1.3 主轴悬伸量 a........................................... 32
8.1.4 支撑跨距 L............................................. 32
8.1.5 主轴最佳跨距的确定 .................................... 32
8.2 主轴刚度验算................................................ 34
8.3 主轴刚度验算................................................ 35
8.4 各轴轴承的选用的型号........................................ 37
谢辞 .............................................................. 37
小结 .............................................................. 37
参考文献 .......................................................... 38
C6132 普通车床主传动系统设计
第 1 页 共 40 页
1.主轴极限转速的确定
确定主轴的最高转速和最低转速,应该在分析所设计机床几种典型加工方式
的切削用量和参考现有同类型机床的技术性能的基础上,并按照“技术上先进,
经济上合理”的原则进行。
由于通用性机床加工对象很广,不同工序所采用的切削用量相差悬殊,而且
加工零件的尺寸变换也很大,所以要合理地确定其极限转速是一个复杂的任务,
必须对有关加工工序和切削用量进行分析,在分析切削用量的过程中,应特别注
意下列几点:
1.考虑先进加工方法,但所选的切削用量不应该是个别记录,而应该具有
普遍性。
2.应考虑刀具材料的发展趋势。例如普通车到在大多数情况下已经采用硬
质合金,目前陶瓷刀具也已开始应用等情况。
3.最高和最低转速不能仅用计算方法来确定。还应该和先进的同类机床比
较,因为过大的转速范围不仅不能充分发挥其性能,而且还可能使结构无法实现。
在传动系统拟定好以后,验算各主要传动件的最大圆周速度应不超过允许值。
主轴最高和最低转速可按下列计算:
max
n
=
min
max
1000
d
v
(rpm)
min
n
=
max
min
1000
d
v
(rpm)
其中:
max
n
、
min
n
——主轴最高、最低转速(m/min);
max
v
、
min
v
——典型工序的最大、最小切削速度(m/min);
max
d
、
min
d
——最大、最小计算直径。
普通车床采用最大速度
max
v
的典型工序一般为用硬质合金车刀精车或半
精车钢质轴类工件的外圆,取
max
v
=200r/min。
采用最小速度
min
v
的典型工序又以下几种情况:
1.在低速光车,要求获得粗糙度小于 R3.2μ m;
C6132 普通车床主传动系统设计
第 2 页 共 40 页
2.精铰孔
3.加工各种螺纹及多头螺纹;
4. 用 高 速 钢 车 刀 , 对 铸 铁 材 料 的 盘 类 工 件 进 行 粗 车 端 面 工 作 , 取
min
v
=25r/min。
一般取计算直径:
max
d
=0.5D
min
d
=(0.2~0.25)
max
d
式中 D 为最大工件回转直径,即主参数(mm)。
当典型工序为铰孔或加工螺纹时,应按在车床上常用最大铰孔直径或经常加
工的最大螺纹直径作为最大计算直径
max
d
,根据调研可推荐:
max
d
0.2
1
D
,(
1
D
为刀架上最大工件回转直径)
故
max
n
=
min
max
1000
d
v
=
32
2001000
=1990 r/min,取
max
n
=2000 r/min;
min
n
max
min
1000
d
v
=
160
251000
=49.65 r/min, 取
min
n
=45 r/min;
与本次设计给定的参数相差不大,取计算值。
2. 主动参数的拟定
2.1 确定传动公比
根据《机械制造装备设计》
78
P
公式(3-2)因为已知
z
n
R
∴ Z=
lg
lg
n
R
+1
∴
=
)1( Z
n
R
=
11
4.44
=1.411
根据《机械制造装备设计》
77
P
表 3-5 标准公比
。这里我们取标准公比系
列
=1.41.
因为
=1.41=1.06
6
,根据《机械制造装备设计》
77
P
表 3-6 标准数列。首先找到
最小极限转速 25,再每跳过 5 个数(1.26~1.06
6
)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、
C6132 普通车床主传动系统设计
第 3 页 共 40 页
2000。
2.2 主电动机的选择
合理的确定电机功率 P,使机床既能充分发挥其使用性能,满足生产需要,
又不致使电机经常轻载而降低功率因素。
现在以常见的中碳钢为工件材料,取 45 号钢,正火处理,车削外圆,表面
粗糙度
a
R
=3.2mm。采用车刀具,可转位外圆车刀,刀杆尺寸:16mm
25mm。刀具
几何参数:
0
=15
o
,
0
=6
o
,
r
=75
o
,
r
=15
o
,
=0
o
,
01
=-10
o
,b
1r
=0.3mm,
r
e
=1mm。
现以确定粗车是的切削用量为设计:
① 确定背吃刀量
p
a
和进给量 f,根据《切削加工简明实用手册》
444
P
表 8-50,
p
a
取 4mm,f 取 1
rmm
。
② 确定切削速度,参《切削加工简明实用手册》
448
P
表 8-57,取 V
c
=2
sm
。
③ 机床功率的计算,
主切削力的计算 根据《切削加工简明实用手册》
449
P
-
450
P
表 8-59 和表 8-60,
主切削力的计算公式及有关参数:
F
Z
=9.81
Fc
n
60
Fc
C
Fc
Z
a
Fc
Z
f
Fc
Z
v
Fc
K
=9.81
15.0
60
270
4
75.0
1
15.0
2
0.92
0.95
=4495.4(N)
切削功率的计算
c
P
=
c
F
c
v
3
10
=4495.4×2×
3
10
=9kw;
取机床的效率为 0.85,
)(57.10
85.0
9
kw
p
P
z
Z
根据《机械设计课程设计手册》
167
P
表 12-1 Y 系列(IP44)电动机的
技术数据,Y 系列(IP44)电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机,
具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点,B 级绝缘,工业环境
温度不超过+40℃,相对湿度不超过 95%,海拔高度不超过 1000m,额定电压
380V,频率 50Hz。适用于无特殊要求的机械上,如机床,泵,风机,搅拌机,
运输机,农业机械等。
根据以上要求,选取 Y160M-4 型三相异步电动机,额定功率 11kW,满载转
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