最大加工直径250mm车床主传动系统设计【4-1400-63-1.41】.doc
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1、 一 、机的选择和参数计算1选择电动机1.1选择电动机的类型1、车床最大加工直径为250mm.2、主要技术参数:主电机功率P(kw)主电机转速n电(rmin-1)Nmax(rmin-1)Nmin(rmin-1)公比主轴最低转速nmin转速级数z414501400631.41100123加工工件材料为钢材;4刀具为硬质合金刀具;按工作要求和条件选取Y系列一般用途全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。电动机的功率4KW,电机转速为n=1450r/min,主轴最低转速Nmin=63 。公比=14.1转速级数Z=12,所以选择电动机型号Y112M-2。1.2 确定各级速度因为主轴的最低主轴最低转速Nmin
2、=63 。公比=14.1转速级数Z=12,查表标准系列(参考1-P83),可知确定转速的范围为Nr/min 100 140 200 280 400 560 800 1120 1600 2240 3150 4500全套图纸加扣扣 401339828二 传动设计2.1 主传动方案拟定 拟定传动方案,包括传动形式的选择以及开停、换向、制动、操作等整个传动系统的确定。传动形式指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动形式、变速类型。 传动方案和形式与结构的复杂程度密切相关,和工作性能也有关系。因此,确定传动方案和形式,要从结构、工艺、性能及经济等方面统一考虑。传动方案有多种,传动形式更是众多
3、,比如:传动形式上有集中传动、分离传动;扩大变速范围可用增加传动组数,也可用背轮结构、分支传动等形式;变速箱上既可用多速电机,也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然,可能的方案有很多,优化的方案也因条件而异。此次设计中,我们采用集中传动形式的主轴变速箱。2.2拟定转速图和结构式在12级转速传动形同的传动组,选择传动组,选择窗洞组安排方式时,考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。确定变速组传动副数目:实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合: A12=3*4 B. 12=4*3 C。12=3*2*2 D12=2*3*2 E。12=2*2*3方案A、B可节省一根传动轴。但是
4、,其中一个传动组内有四个变速传动副,增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。根据传动副数目分配应“前多后少”的原则,方案C是可取的。主轴换向采用双向离合器结构。2) 确定变速组扩大顺序: 12=3*2*2的传动副组合,其传动组的扩大顺序又可以有以下3种形式: A12=31*22*26 B。12=31*24*22 C. 12=322 因为传动顺序应前密后疏,变速组的降速要前慢后快,所以结构式为: 12=322 主变速传动系从电动机到主轴,通常为降速传动,接近电动机的传动转速较高, 传动的转矩较小,尺寸小一些,反之,靠近主轴的传动件转速较低,传递的转矩较大,尺寸就较大。因此在拟定主变速传动系时,应
5、尽可能将传动副较多的变速组安排在前面,传动副数少的变速组放在后面,使主变速传动系中更多的传动件在高速范围内工作,尺寸小一些,以节省变速箱的造价,减小变速箱的外形尺寸; 转速图的拟定三 参数计算3.1齿轮齿数和带轮直径的确定及传动系统图的绘制确定齿轮齿数时,选取合理的齿数和是很关键的。齿轮的中心距取决于传递的转矩。主变速传动系事降速传动系,越后面的变速组传递的转矩越大,因此中心距也越大。为简化工艺,1变速传动系内各变速组的齿轮模数最好一样,通常不超过23种模数。因此越后面的变速组的齿数和选额较大值,有助于实现上述要求。2 小齿轮应保证不产生根切现象,最小齿轮数173 齿轮可套装在轴上的条件为齿轮
6、的齿槽到孔壁或键槽底部的的壁厚a应大于或等于2m(m为齿轮模数),以保证齿轮具有足够强度。在轴-间的变速组a有三个传动副,其传动比为u=1200/1200=1 u=1200/2800=1.5 u=1200/560=2.1查(参考1-p100)各种常用传动比的适用齿数:60、62、64、66、68、70、72、74、60、65、67、68、72、75、7862、65、66、68、69、72、74、75可取72,于是可得轴齿轮齿数分别为:36、29、23,得轴上的三联齿轮齿数分别为:36、43、49。u=36/36 u=29/43 u=23/49在轴-间的变速组b有两个传动副,其传动比为u=120
7、0/1200=1 u=400/1200=2.1查参考1-p100各种常用传动比的适用齿数:80、82、84、86、88、90、92、94、80、83、84、87、88、91可取80,于是可得轴齿轮齿数分别为:40、20,得轴上的三联齿轮齿数分别为40、60。u=40/40 u=20/60 在轴-间的变速组c有两个传动副,其传动比为u=1200/4500=3.75u=200/100=2.查参考1-p100各种常用传动比的适用齿数:80、81、85、86、91、92、95、96、81、84、86、87、90、91可取90,于是可得轴齿轮齿数分别为:30、19,得轴上的两联齿轮齿数分别为60、71。
8、u=30/60 u=19/71绘制传动系统图根据轴数,齿轮副,电动机等已知条件可有如下系统图: 四 传动计算4.1带传动设计电动机转速n=1450r/min,传递功率P=3KW,传动比i=1.21,两班制,一天运转16.1小时,工作年数10年。确定计算功率 取1.1,则选取V带型 根据小带轮的转速和计算功率,选B型带。确定带轮直径和验算带速 查(参考6-P149)表8-3小带轮基准直径,-小带轮转速,r/min; -小带轮直径,mm; 验算带速成m/s因为5m/sV130m/s,故带速合适。4确定V带传动的中心距a和带的基准长度 设中心距为,则 055()a2() 于是 192.5a550,初
9、取中心距为400mm。 带长 查(参考6-P146)表8-2取相近的基准长度,。 带传动实际中心距5验算小带轮的包角 一般小带轮的包角不应小于。 。合适。6确定带的根数 其中: -时传递功率的增量; -按小轮包角,查得的包角系数; -长度系数;查(参考6-P152)表8-4a 得=2.19 查(参考6-P152)表8-4b 得=0.25 查(参考6-P155)表8-5 得=0.99 查(参考6-P146)表8-2 得=0.88=3.3kw 为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀,限制根数不大于10。 取Z=27计算单根V带的张紧力 其中: -带的传动功率,KW; v-带速,m/s; q-每米带
10、的质量,kg/m;查(参考6-P149)表8-3 得取q=0.18kg/m。 v = 9.49m/s。=0.99 =0.88 8计算作用在轴上的压轴力 4.2 确定各轴转速 确定主轴计算转速:主轴的计算转速为各传动轴的计算转速: 轴有6级转速,其最低转速200r/min通过双联齿轮使主轴获得两级转速800r/min,100r/min。800r/min比主轴的计算转速高,需传递全部功率,故轴的200r/min转速也应能传递全部功率,是计算转速。轴有3级转速,其最低转速560r/min通过双联齿轮使主轴获得两级转速560r/min,200r/min。560r/min比轴的计算转速高,需传递全部功率
11、,故轴的200r/min转速也应能传递全部功率,是计算转速。轴有电动机直接驱动,速度为1200r/min。1200r/min转速通过三联齿轮使轴有1200r/min、800r/min、560r/min,均需传递全部功率比,故轴的1200也应能传递全部功率,使计算转速。 3各齿轮的计算转速传动组c中,最小齿轮只需计算z = 19 的齿轮,经该齿轮传动,使主轴获得6级转速560r/min、400r/min、280r/min、200r/min、140r/min、100r/min,主轴的计算转速是280r/min、故z=19齿轮在560r/min时应传递全部功率,所以560r/min使计算转速。传动组
12、b中,最小齿轮只需计算z =20 的齿轮,经该齿轮传动,使主轴获得3级转速400r/min、280r/min、200r/min,轴的计算转速是200r/min、故z=20齿轮在560r/min时应传递全部功率,所以560r/min使计算转速。传动组a中,最小齿轮只需计算z =23 的齿轮,经该齿轮传动,使轴获得3级转速1200r/min、800r/min、560r/min,轴的计算转速是200r/min、故z=23齿轮在560r/min时应传递全部功率,所以1200r/min使计算转速。 4核算主轴转速误差 所以合适。4.3 各传动组齿轮模数的确定和校核直齿圆柱齿轮的强度计算:在验算主轴箱中的
13、齿轮强度时,选择相同模数中承受载荷最大的、齿数最小的齿轮进行接触和弯曲疲劳强度验算。一般对高速传动齿轮主要验算接触疲劳强度,对低速传动齿轮主要验算弯曲疲劳强度。根据以上分析,现在对轴上齿数为29的齿轮验算接触疲劳强度,对轴上齿数为30的齿轮验算弯曲疲劳强度。对于齿数为29的齿轮按接触疲劳强度计算齿轮模数mj: mj = 16338* mm 式中:N 传递的额定功率KWN=3KW(此处忽略齿轮的传递效率); 计算转速;=1200r/min 齿宽系数 ,此处值为1 ;(参考6-P205)表10-7 z1 为齿轮齿数;z=29 i 大齿轮与小齿轮齿数之比i=1.48,“+”用于外啮合,“”用于内啮合
14、,此处为外啮合,故取“+”; 寿命系数: = KTK nKNKq=0.76 KT 工作期限系数: KT = =2.73 T 齿轮在机床工作期限内的总工作时间,同一变速组内的齿轮总工作时间近似的为Ts / P,P=3为该变速组的传动副数;查机床课程设计指导书表17得Ts = 18000,故得T = 6000h; n1 齿轮的最低转速,此处为560r/min; c0 基准循环次数,得c0 = ; m 疲劳曲线指数,得m = 3; K n 转速变化系数,得K n = 0.71; KN 功率利用系数,得KN = 0.58; Kq 材料强化系数,得Kq = 0.64; Kc 工作状况系数,考虑载荷冲击的
15、影响,(参考6-P194)取Kc = 1.2; Kd 动载荷系数,(参考6-P194)表图10-8得 = 1.2; Kb 齿向载荷分布系数,由(参考6-P194)表10-6得Kb = 1 ; 许用接触应力,由(参考6-P209)图10-21d得 = 1100MPa;mj = 16338*=3.16 代入以上各数据计算得 mj = 3.16mm ,故所选模数3.5 mm 满足设计要求。 对于轴和轴的齿轮通过同样的方法求的取整后m=3.5对于轴齿数为30的齿轮按弯曲疲劳强度计算齿轮模数mw mw = 267 其中 Y 齿形系数,从(参考6-P200)表10-5查得2.53; 许用弯曲应力,由表26
16、得 = 320;mw = 267=3.4代入数据计算得 mw =3.4,所选模数为3.5,符合设计要求。用相同方法验算其他齿轮均符合设计要求。求出模数后,根据公式分度圆D=mz 齿定高齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径用以上公式求的齿轮参数齿轮的具体值见下表:齿轮尺寸表 (单位:mm)齿轮齿数z模数分度圆直径d齿顶圆直径齿根圆直径齿顶高齿根高363.5126133117.253.54.375233.580.587.571.753.54.375293.5101.5108.592.723.54.375363.5126133117.253.54.375493.5171.5178.5162.753.54.
17、375433.5150.5157.5141.253.54.375403.5140147131.253.54.375203.5707761.253.54.375403.5140147131.253.54.375603.5210217201.253.54.375603.5210217201.253.54.375193.586.593.577.753.54.375303.510511296.253.54.375713.5248.5285.5239.723.54.375五 齿轮强度校核计算公式5.1校核a传动组齿轮校核齿数为23的即可,确定各项参数 P=3KW,n=1200r/min,确定动载系数:齿
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