机械制造装备大作业.docx
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机械制造装备大作业
Harbin Institute of Technology
机械制造装备设计
大作业
题目：
无丝杠车床主传动系统设计
学院：
机电工程学院
班级：
姓名：
学号：
机床主参数
公比 φ
最低转速
级数 Z
功率（kW）
最大加工直径 ф320mm 无丝杠车床
1.41
33.5
11
4
设计要求：
©哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学
机械制造装备设计大作业
题目：
无丝杠车床主传动系统设计
一、 运动设计………………………………………………………………………3
1确定极限转速………………………………………………………………3
2确定公比……………………………………………………………………3
3求出主轴转速级数…………………………………………………………3
4确定结构式…………………………………………………………………3
5绘制转速图…………………………………………………………………4
6绘制传动系统图……………………………………………………………5
7确定变速组齿轮传动副的齿数……………………………………………6
8校核主轴转速误差…………………………………………………………6
2、 动力设计………………………………………………………………………7
1传动轴的直径确定…………………………………………………………7
2齿轮模数的初步计算………………………………………………………7
参考文献……………………………………………………………………………9
设计任务
设计题目：
无丝杠车床主传动系统设计
已知条件：
最大加工直径 ф320mm，最低转速 33.5r/min，公比 φ=1.41，级数
Z=11，
切削功率 N=4KW。
设计任务：
1.运动设计：
确定系统的转速系列；分析比较拟定传动结构方案；确定传动副
的传动比和齿轮的齿数；画出传动系统图；计算主轴的实际转速与标准转速的
相对误差。
2.动力设计：
确定各传动件的计算转速；初定传动轴直径、齿轮模数；选择机
床主轴结构尺寸。
一、运动设计
1. 确定极限转速
已知最低转速为 33.5r/min，公比 φ=1.41，参考文献[1]表 4-2 标准转速
系列的本系统转速系列如下：
33.542.56795132190265375530
7501060 r/min，则转速的调整范围 Rn =
nmax
nmin
1060
33.5
2. 确定公比
根据设计数据，公比 φ=1.41。
3. 求出主轴转速级数Z
根据设计数据，转速级数Z=11。
4. 确定结构式
（1）确定传动组和传动副数
由于总级数为 11，先按 12 设计再减掉一组。
共有以下几种方案：
12=4×312=3×412=3×2×212=2×3×212=2×2×3
根据传动副前多后少原则，以减少传动副结构尺寸选择第三组方案，即：
12=3×2×2
（2）确定结构式
按前疏后密原则设计结构式中的级比指数，得到：
12=31×23×26
减掉一组转速为：
12=31×23×25
对于该结构式中的第二扩大组 x2=5、p2=2，而因此 r2=φ5×（2-1）
=1.415=5.57<8。
该方案符合升二降四原则。
5. 绘制转速图
（1）选定电动机
本题已经确定切削为 4KW，4 极电机，参照相关手册选择 Y112M-4 型电机。
Y112M-4 型电机主参数如下：
额定功率 4KW； 满载转速 1440r/min
（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=4。
（3）分配总降速传动比
按从主轴向电机分配传动比，并按照升二降四、先快后慢原则分配。
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。
①确定III轴的转速
由于第二扩大组的变速范围为φ5=1.415=5.57，选取故这两对传动副的最
小和最大传动比 uc1 =
1
ϕ 3
， uc2 = ϕ 2 。
于是可以确定III轴的六级转速只能是：
95,132，190,265，375，530r/min，可见III轴的最低转速为95r/min。
②确定II轴转速
第一扩大组的级比指数 X1 = 3 。
为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径
向尺寸，一般限制降速最小传动比 umin ≥
1
4
，又为避免扩大传动误差，减少振动
噪声，限制最大升速比 umax
≤ φ 2 = 2 。
可取 ub1 =
1
ϕ 3
， ub2 = 1 。
于是，II轴的
最低转速是265/min，三级转速分别为530,375,265r/min。
③确定I轴转速
同理，轴I可取 ua1 =
1
ϕ 2
， ua2 =
1
ϕ
， ua3 = 1 。
于是就确定了轴I的转速
为530r/min。
最后可以确定电动机轴（0轴）与I轴之间的传动比，采用带传动，传动比为
u0 =
530
1440
。
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
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
33.5
33.9
1.19%
√
47.5
48.4
1.89%
√
67
67.8
1.19%
√
95
95.2
0.21%
√
132
136.0
3.03%
√
190
190.5
0.26%
√
265
269.5
1.70%
√
375
377.3
0.61%
√
530
530.0
0.00%
√
表1 主轴转速误差与规定值之间的比较
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，传动比分别是取 ua1 =
11
， ua3 = 1 。
ϕ1.41
1 1
ϕ 2 2
，
由参考文献[1]表5-1查得：
符合条件 SZ = 60, 72 的可取 SZ = 72 ，查表可得
轴I主动齿轮齿数分别为：
24、30、36。
根据相应的传动比，可得轴II上的三联
齿轮齿数分别为：
48、42、36。
②变速组b：
变速组b有两个传动副，传动比分别是可取 ub1 =
1 1
ϕ 3 2.82
， ub2 = 1 。
查表得：
可取 SZ = 80 ，于是可得轴II上主动齿轮齿数分别是：
21,40。
于是根
据相应传动比，得轴III上三齿轮的齿数分别是：
59,40。
③变速组c：
变速组c有两个传动副，传动比分别是 u7 =
1 1
3
， u8 = ϕ 2 = 2 。
查表得：
可取 SZ = 87 ，于是可得轴III上主动齿轮齿数分别是：
23,58。
于是根据相应传
动比，得轴Ⅳ上两齿轮的齿数分别是：
64,29。
8. 校核主轴转速误差
下表为主轴转速误差与规定值之间的比较：
实际传动比所造成的主轴转速
误差，要求不超过 ±10（ϕ -1）% = ±10 ⨯ （1.41-1）% = ±4.1% 。
750
757.1
0.95%
√
1060
1060.0
0.00%
√
2、动力设计
1. 传动轴的直径的确定
传动轴的直径可以按照扭转刚度进行初步计算：
d = 914
P
n j[ϕ ]
式中
d ——传动轴直径
P ——该轴传递的功率
n j ——该轴的计算转速
[ϕ ] ——该轴每米长度允许扭转角，取值为 0.6︒ / m
（1）主轴的计算转速
Z
由参考文献[1]表5-2中所述， n = nminϕ 3= 95r / min 。
（2）各个传动轴的计算转速
由转速图可以得到I、II、III轴的计算转速分别为530, 265,95r/min。
（3）各传动轴直径
I轴：
dI = 914
P
nI [φ ]
= 91⨯ 4
4
530 ⨯ 0.6
mm = 30.47mm
取 dI =35mm
II轴：
dII = 914
PII
nII [φ ]
= 91⨯ 4
4
265⨯ 0.6
mm = 36.24mm
取 dII =40mm
III轴：
dIII = 914
PIII
nIII [φ ]
= 91⨯ 4
4
95⨯ 0.6
mm = 46.84mm
取 dIII =50mm
（4）主轴轴颈尺寸的确定
主轴前轴轴颈范围为70105mm,取 D1 = 80mm ，后轴颈直径
D2 = （0.75 ~ 0.85）D1 = 60 ~ 68mm ，取 D2 = 65mm 。
2、 齿轮模数的初步计算
（1）齿轮计算转速的确定
只需计算变速组内最小的也是强度最弱的齿轮即可。
a变速组内最小齿轮齿数是z=24，只有一个转速530r/min，取为计算转速
b变速组内最小齿轮齿数是z=21，95r/min是III轴的计算转速，所以该齿轮
的计算转速为265r/min。
c变速组内的最小齿轮齿数是z=23，使主轴获得6级转速，95r/min是主轴的
计算转速，所以该齿轮的计算转速为265r/min。
（2）模数的计算
要求每个变速组的模数相同。
根据：
m j = 163383
（u +1）Nd
ϕm z1 u[σ j ]2 n j
其中：
m j ——按接触疲劳强度计算的齿轮模数
u ——大小齿轮的齿数比
Nd ——电动机功率kW， Nd = 4KW
φm ——齿宽系数，取φm = 8
z1 ——小齿轮齿数
[σ j ] ——齿轮传动许用接触应力，取[σ j ] = 1370MPa
n j ——计算齿轮计算转速（r/min）
变速组 a：
ma = 163383
（u +1）Nd
2 2
= 16338⨯ 3
2
（2 +1） ⨯ 4
mm = 1.79mm ，
取 ma = 2mm
变速组 b：
mb = 163383
（u +1）Nd
2 2
= 16338⨯ 3
2
（2.82 +1） ⨯ 4
mm = 2.34mm ，
取 mb = 2.5mm
变速组 c：
mc = 163383
（u +1）Nd
2 2
= 16338⨯ 3
2
（2.82 +1） ⨯ 4
mm = 2.24mm
，取 mc = 2.5mm
参考文献
[1] 机械制造装备设计. 哈尔滨工业大学出版社
[2] 宋宝玉主编.机械设计课程设计. 哈尔滨工业大学出版社. 2008
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