機械製造裝備設計
大作業指導書
2023年3月
目錄1. 機械製造裝備設計大作業的目的 1
2. 機械製造裝備設計大作業的內容 1
2.1 運動設計 1
2.2 動力設計 1
3. 機械製造裝備設計大作業的要求 1
（1） 工具機的規格及用途； 1
（2） 運動設計； 1
（3） 動力設計（包括零件及元件的初算）； 1
（4） 畫傳動系統圖； 1
（5） 其它需要說明或論證的問題； 1
（6） 參考文獻。 1
4. 進行機械製造裝備設計大作業的步驟和方法 1
4.1 明確題目要求、查閱有關資料 1
4.2 運動設計 2
（1） 確定極限轉速 2
（2） 確定公比 2
（3） 求出主軸轉速級數 2
（4） 確定結構網或結構式 2
（5） 繪製轉速圖 2
（6） 繪製傳動系統圖 3
（7） 確定變速組齒輪傳動副的齒數 3
（8） 核算主軸轉速誤差 4
4.3 動力設計 4
1. 傳動軸直徑初定 5
2. 主軸軸頸直徑的確定 5
3. 齒輪模數的初步計算 5
5. 大作業題目 7
參考文獻 10
1. 機械製造裝備設計大作業的目的
機械製造裝備設計大作業,是機械製造裝備設計課程進行過程中的乙個重要教學環節。其目的在於通過工具機主傳動系統設計，使學生進一步理解設計理論，得到設計構思、方案分析、零件計算、查閱技術資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，培養學生具有初步機械系統設計和計算能力。
2. 機械製造裝備設計大作業的內容
運動設計
根據給定的工具機用途、規格、極限速度、轉速數列公比（或轉速級數），分析比較擬定傳動結構方案（包括結構式和結構網，轉速圖）和傳動系統圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數，並計算主軸的實際轉速與標準轉速的相對誤差。
動力設計
根據給定的電動機功率和傳動件的計算轉速，初步計算傳動軸直徑、齒輪模數；確定皮帶型別及根數、摩擦片式離合器的尺寸和摩擦片數及制動器尺寸、選擇工具機主軸結構尺寸。
3. 機械製造裝備設計大作業的要求
（1） 工具機的規格及用途；
（2） 運動設計；
（3） 動力設計（包括零件及元件的初算）；
（4） 畫傳動系統圖；
（5） 其它需要說明或論證的問題；
（6） 參考文獻。
機械裝備設計大作業篇幅不少於四千字。要求論證充分、計算正確、敘述簡明、條理清楚、合乎邏輯、詞句通順、標點正確、文字工整、圖表清晰。
大作業中所用公式應註明出處，並註明式中符號所代表的意義和單位。單位一律採用法定單位，單位符號在公式、計算結果、圖表、資料、標牌中應優先採用單位符號。
大作業後須附有參考文獻目錄，包括作者、書刊名稱、出版社和出版年份。在說明書中引用所列的參考文獻時，只在方括號裡註明所列文獻序號即可。
4. 進行機械製造裝備設計大作業的步驟和方法
學生在獲得大作業的題目之後，首先應明確設計任務，並閱讀《械裝備設計大作業指導書》，了解大作業的目的、內容、要求和進行的步驟。然後在教師的指導下，擬定工作進度計畫；查閱必要的圖書、雜誌、手冊、圖冊、產品圖紙、同型別工具機說明書和其它有關設計參考資料；熟悉工具機專業標準，便於設計時採用。對工具機的用途、特點、主要引數、傳動結構、操縱結構、零部件的功用及其結構進行分析研究，力求做到理解、消化並進而能有所改進。
還應到現場去了解同型別工具機的實際情況，在此基礎上進行自己的設計構思。
（1） 確定極限轉速
確定（或按給定的）主軸極限轉速，，求轉速調整範圍。
（2） 確定公比
確定主軸轉速數列的公比值，並按它確定出標準的或派生的轉速數列。
（3） 求出主軸轉速級數
，因兩軸間變速組的傳動副數多採用2或3，在設計簡單變速系統時，變速級數應選擇的形式，、為正整數。
（4） 確定結構網或結構式
畫出合適的結構網，或按傳動順序列寫合適的結構式。
驗算結構網或結構式中的最末擴大組（按擴大順序的最末，非傳動順序的最末）的調整下列條件：（主傳動）。最末擴大組的最大傳動比和最小傳動比在結構網或轉速圖上所跨的格數的最大允許值為。
淘汰超過限值的方案，再根據變速組的傳動副數應「前多後少」，變速組的級比應為「前小後大」的原則，結合結構上的需要，安排各變速組的傳動順序。
（5） 繪製轉速圖
1) 選定電動機
一般金屬切削工具機的驅動，如無特殊效能要求，多採用y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相非同步電動機。y系列電動機高效、節能、啟動轉矩大、雜訊低、振動小、執行安全可靠。其型號、額定功率及其它級數資料見附錄2，安裝尺寸見附錄3。
根據所需功率選定電動機的型號及其同步轉速。
2) 分配總降速傳動比
總降速傳動比為，為主軸最低轉速，考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉速數列符合標準或有利於減少齒數和及徑向與軸向尺寸，並分擔總降速傳動比，然後，將總降速傳動比按著「先緩後急」的遞減原則分配給串聯的各變速組中的最小傳動比。
3) 確定傳動軸的軸數
傳動軸數變速組數+定比傳動副數+1。
4) 繪製轉速圖
先按傳動軸數及主動軸轉速級數格距畫出網格，用以繪出轉速圖。在轉速圖上，先分配從電動機轉速到主軸最低轉速的總降速比，在串聯的雙軸傳動間上畫上。再按結構式或結構網的級比分配規律畫上各變速組的傳動比射線，從而確定了各傳動副的傳動比。
（6） 繪製傳動系統圖
1) 因為零件的引數尚未確定，一般是根據轉速圖，先按傳動副的傳動比擬定乙個主傳動系統草圖。按傳動順序畫出由電動機經各傳動軸至主軸的傳動系統。傳動軸上的齒輪軸向位置大致展開圖相對應，畫出軸承符號，標上軸號、齒輪的齒數及模數、皮帶輪直徑、電動機的型號、功率和轉速。
2) 應該注意的問題
a) 如果車床主軸變速箱的ⅰ軸（輸入軸）上裝有摩擦片式離合器時（圖2-1），ⅰ軸是最好造成元件裝配。為了縮小軸向尺寸應減少ⅰ軸的齒輪數，並使ⅰ軸上的零件外徑尺寸向右遞減排列（均小於箱體上的裝入孔徑），以便ⅰ軸以元件的形式能夠後裝先拆。同時為了減少ⅰ-ⅱ軸的中心距，其間的變速組可採用公升速傳動。
為要保證ⅱ軸上的第二個變速組中的最大齒輪外徑（其齒數為模數為m）不碰ⅰ軸上的離合器外徑d，則ⅰ-ⅱ軸的最小中心距為
1）其最小齒數和為
2）b) 要有利降低齒輪變速箱的雜訊
主軸高轉速範圍的傳動比排列，可採用先降速後公升速的傳動，使總轉速和減小，以期降低雜訊。這種高速傳動採用先降後公升，可使同一變速組的傳動比有公升速有降速，有利於減小齒數和、齒輪線速度及中心距。
主軸高速傳動時，應縮短傳動鏈，以減少傳動副數。
不採用雜訊大的錐齒輪傳動副、如立銑可全部採用垂直排列的傳動軸。
c) 前邊的變速組中的降速傳動比不宜採用極限值 ，以避免增加徑向尺寸。最末變速組中可採用最小傳動比、特別是銑床以增加主軸的飛輪效應。
（7） 確定變速組齒輪傳動副的齒數
可用計算法或查表法選定齒輪的齒數。多軸變速傳動機構的各變速組雙軸間的齒數和的確定
3）式中 ----同一變速組中的最小傳動比；
----同一變速組中最小齒輪齒數。
為了縮小徑向尺寸及降低齒輪的線速度，應取小些。由（3）式可知受下列條件限制。
a) 受齒輪最小齒數的限制、工具機主軸系統一般取，以避免產生根切現象；
b) 套裝在軸上的小齒輪還考慮到齒根圓到它的鍵槽深處的最小尺寸應大於基圓齒厚、以防斷裂，則其最小齒數應為
4）式中 d----齒輪花鍵孔的外徑（mm），單鍵槽的取其孔中心至鍵槽槽底的尺寸兩倍；
m----齒輪模數（mm）；
c) 還受最小傳動比和允許的最大齒數和的約束，工具機主傳動的最小傳動比取 。中型工具機一般取 , ;
d) 的選取不要使兩軸中心距過小，否則可能導致兩軸軸承過近，在等長的的多軸變速系統中，還可能使前後變速組的齒輪頂圓與軸承相碰，即k軸上前乙個變速組中的最大變速齒輪的齒頂圓與（k+1）軸的外徑相碰或（k+1）軸上的後乙個變速組中的最大主動齒輪的齒頂圓與k軸外徑相碰，應按（2）式檢查的確定，式中d應為相應的或 。
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