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1、1 1.项目背景分析 本项目旨在设计一款无丝杠车床。车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削 加工的机床。车床又称机床,使用车床的工人称为“车工”，在机械加工行业中 车床被认为是所有设备的工作“母机”。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具 有回转表面的工件，以圆柱体为主,是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机 床。 铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。普通车床是车床中应 用最广泛的一种，约占车床类总数的 65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式 车床。 在现代机械制造工业中，金属切削机床是加工机器零件的主要设备，它所担 负的工作量约占机器总制造工作量的 40%到 60%。机床的技术水平直
2、接影响机械 制造工业的产品质量和劳动生产率。 在机械制造及其自动化专业的整个教学计划中， “综合课程设计 II”是一个 极其重要的实践教学环节，其脱胎于“机床课程设计” ，目的是为了锻炼学生机 械“结构”的设计能力，这是机械类学生最重要的设计能力；同时，机床为制造 工业“母机” ，结构典型，非常适合作为课程设计内容。 2 2.研究计划要点与执行情况 2.1 设计任务 机械制造及其自动化专业的“综合课程设计 II”，是以车床和铣床主传动系统 设计为内容，每个学生设计参数不同，完成展开图和截面图各一张及相关计算和 文件和项目结题报告。 （1）设计内容要求 图纸工作量：画两张图。其中： 开展图（A0
3、） ：轴系展开图。其中摩擦离合器、制动和润滑不要求画，但要 求掌握；操纵机构只画一个变速手柄。 截面图（A1） ：画剖面轴系布置示意图（包括截面外型及尺寸、车床标中心 高） 。 （2）标注： 中心距、 配合尺寸、定位尺寸、中心高（车床） 、外型尺寸。 （3）标题栏和明细栏 不设明细表，件号采用流水号（1，2，3，）标注，标准件的标准直接标 在图纸上（件号下面） ； 标题栏采用标准装配图的标题栏（18056） ，其中，图号：KS01（表示：课 设 01 号图纸） ；单位：哈尔滨工业大学；图名：主传动系统装配图。 （4）主轴端部结构要按标准画。 （5）按模板编写项目总结报告 ，相关设计计算内容，写
4、到“具体研究内 容与技术实现”项中。要求验算：一对齿轮，小齿轮验算接触弯曲强度，大齿轮 验算接触弯曲强度，一根传动轴，主轴按两支撑计算。 2.2 进度安排 对运动设计，根据给定设备的用途规格、调速范围、极限转速的、公比和功 率要求，拟定传动方案，确定传动系统图和转速图。 对动力设计，根据功率和速度，选择电机型号，确定各传动件计算转速，初 算传动件尺寸、绘制装配图草图，验算传动件的应力、刚度、寿命等参数。 对结构设计，绘制主传动系统展开图和截面图，完成传动件、箱体、操纵机 构零部件结构设计。 完成相关技术文档，形成项目总结报告。 相应时间安排如下表 2-1。 表 2-1“综合课程设计 II”基本
5、流程和进度安排 第一周第二周第三周 星期12、3451、234512、3、45 阶段 项目 准备初算展开草图 截面 草图 验算 加 粗 标 注 计算 说明书 结题报 告、 PPT、答 辩准备 答辩 3 内 容 要 求 学 生 上午： (1)图板、 图纸、手 册、指导 书、图册 等； (2) 布 置 教室。 (1)运动设 计： 转速图， 传动系统 图 (2)动力设 计： 齿 轮 模 数，主轴 和传动轴 直径。 轴 和 齿 轮 布 置 图。 细 化 展 开 图。 轴 系 空 间布 置 ， 操 纵机 构 ， 箱 体结 构。 验 算 一 对 齿轮； 一 根 传 动 轴 和 主轴。 不 合 格 修 改
6、设 计。 验 算 完 成 后， 加 粗。 按 要 求 和 标 准 标 注。 按 规 范 （ 见 指 导书） 编 写 计 算 说 明 书。 按 模 板 编 写 结 题 报 告 （ 模 板 见附 件 ） ； 准 备 5 分钟 PPT。 图纸； PPT； 项 目 总 结 报告。 4 3.项目关键技术的解决 减速箱内各级减速比分配、转速图的选取、传动系统齿轮的排布、齿轮模数 齿数齿宽的选取为本次设计应首要解决的内容， 解决以上问题可以使机床主轴箱 大体分布得到解决。主轴箱内传动件的空间布置是极其重要的问题，变速箱内各 传动轴的空间布置首先要满足机床总体布局对变速箱的形状和尺寸的限制， 还要 考虑各轴受
7、力情况，装配调整和操纵维修的方便。其中齿轮的布置与排列是否合 理将直接影响主轴箱的尺寸大小、结构实现的可能性以及变速操纵的方便性。主 轴传动件的合理布置也很重要。合理布置传动件在主轴上的轴向位置，可以改善 主轴的受力情况，减小主轴变形，提高主轴的抗振性。 5 4.具体研究内容与技术实现 4.1 机床的规格及用途 本设计机床为卧式车床，其级数11Z，最小转数 min 26.5 / minnr，转速公 比为41. 1，驱动电动机功率5.5Pkw。主要用于加工钢以及铸铁有色金属； 采用高速钢、硬质合金、陶瓷材料做成的刀具。 4.2 运动设计 1.1.确定极限转速确定极限转速 由已知最小转数 min
8、26.5 / minnr，级数11Z ，得到主轴极限转速 max 850 / minnr，转速调整范围 11 110 m ax m in (1.41)31.06 n n RZ n 。 2.2.确定公比确定公比 由题给条件，转速公比1.41，由参考文献 1，查得其转速数列为 30， 42.5,60,85,118,170,236,335,475,670,950( / min)r。 3.3.求出主轴转速级数求出主轴转速级数 由参考文献 1，转速级速为 lg 1 lg n R z (4-1) 其中： n R转速调整范围 转速公比 将06.31 n R，41. 1代入，得11Z。 4.4.确定结构式确定
9、结构式 在设计简单变速系统时，变速级数应选为3 2 mn z 的形式,其中,m n为正整 数。故123 2 2z ，即选用 1 对三联齿轮，2 对两联齿轮进行变速。 由参考文献2，主变速传动系设计的一般原则是：传动副前多后少原则， 传动顺序与扩大顺序相一致的原则，变速组降速要前慢后快。因此，确定其变速 结构式如下： 136 123221(4-2) 其最末扩大组的调整范围 6 15 1.415.578 n r ，满足要求。 由于其调整范围已经达到最值，故其最大传动比与最小传动比均已确定，即 最大传动比： max 1.41u(4-3) 最小传动比： min 1 4 u(4-4) 5.5. 绘制转速
10、图绘制转速图 6 （1）选定电动机 由参考文献1，选用 Y 系列封闭自扇冷式鼠笼式三相异步电动机,其额定功 率5.5Pkw，同步转速1000 / min d nr，额定转速 n=960r/min 电机型号 13226YM。 （2）确定传动轴的轴数 传动轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+1+1=5。 （3）绘制转速图 选取传动组 c 的两个传动比分别为 12 1 ,1.41 4 cc uu。传动组 b 的级比指数 为 3，为了避免升速，又不使传动比太小，可取 12 1 ,1 2.82 bb uu。同理，轴 I 可取 123 11 ,1 21.41 aaa uuu。 转速图如图 4-1 所示。
11、 图 4-1 转速图 6.6. 绘制传动系统图绘制传动系统图 （1）确定变速组齿轮传动副的齿数 变速组 a 有三个传动副，其传动比分别是 123 11 1, 1.412 aaa uuu。取其倒 数，即按1,1.41,2u 查常用传动比适用齿数表。取72 z S ，则主动齿轮齿数分 别为 36、30、24，则三个传动副齿轮齿数为 123 36/36,30/ 42,24/ 48 aaa uuu。 7 同理，变速组 b80 z S ， 12 40/ 40,21/59 bb uu。变速组 c99 z S ， 12 20/79,58/ 41 bb uu。 （2）核算主轴转速误差 实际传动比所造成的主轴转
12、速误差，一般不超过101 %，即4.1%。带 传动的传动比为 112 0.622 180 ，则通过齿轮齿数计算的实际主轴转速误差如表 4-1。 表 4-1 转速误差 （3）画传动系统图 如图 4-2 所示。 标准转速 r/min 实际转速计算式 实际转速 r/min 转速误差% 在标准 范围内 26.5 112 24 21 20 960 180 48 59 79 26.911.56是 37.5 112 30 21 20 960 180 42 59 79 38.452.52是 53 112 36 21 20 960 180 36 59 79 53.821.56是 75 112 24 40 20
13、960 180 48 40 79 75.720.96是 106 112 30 40 20 960 180 42 40 79 108.021.9是 150 112 36 40 20 960 180 36 40 79 151.440.96是 150 112 24 21 58 960 180 48 59 41 150.380.26是 212 112 30 21 58 960 180 42 59 41 214.831.33是 300 112 36 21 58 960 180 36 59 41 300.760.25是 425 112 24 40 58 960 180 48 40 41 422.50.59
14、是 600 112 30 40 58 960 180 42 40 41 603.570.6是 850 112 36 40 58 960 180 36 40 41 8450.59是 8 图 4-2 传动系统图 4.3 传动零件初步计算 1.1. 传动轴直径初定传动轴直径初定 由参考文献 1,传动轴直径按扭转刚度用式(3.1)进行计算: 491 j N d n (4-5) 其中:d传动轴直径(mm) N该轴传递的功率(kW) j n该轴的计算转速(/ minr) 该轴每米长度允许扭转角(deg/ m),取 1。 由图 4-1 知,各轴的计算转速为: 75 / min j nr 主 ,106 / m
15、in jIII nr,300 / min jII nr,600 / min jI nr。 初算各轴轴颈： 4 5.5 9128.16 6001 I dmm 4 5.5 9133.49 3001 II dmm 4 5.5 9143.43 1061 III dmm 取各轴最小轴径为，30 I dmm，35 II dmm，45 III dmm。 2.2.主轴轴颈直径的确定主轴轴颈直径的确定 9 由参考文献 3，功率为 5.5kW 的卧式车床选用前轴颈轴径为 70-105mm,选定 为 100mm，后轴颈选用前轴颈的 7085%，取 80mm。 3.3.齿轮模数的初步计算齿轮模数的初步计算 同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮，第一变速组选择 齿轮齿数 24 的齿轮计算，计算转速为 600r/min;第二变速组选择齿轮齿数 21 的 齿轮计算，计算转速为 300r/min;第三变速组选择齿轮齿数 20 的齿轮计算,计算 转速为 300r/min。按简化的接触疲劳强度公式进行计算： 3 2 2 1 1 16338 d j mj uN mmm z un 式中 j m 按接触疲劳强度计算的齿轮模数（mm） ； d N驱动电动机功率（kW） ； j n计算齿轮的计算转速（r/min） u大齿轮齿数与小齿轮齿数之比1u 1 z小齿轮齿数； m 齿宽系数， m B m （B 为齿
