机械系统设计课程设计说明书

机械系统设计课程设计指导书

机械教研室

机械系统设计课程设计指导书(1) 车床主轴箱设计

车床主轴箱设计

一、课程设计的目的

1、课程设计属于机械系统设计课的延续，通过设计实践，进一步学习掌握机械系统

设计的一般方法。

2、培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及

结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。

3、培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。

4、提高技术总结及编制技术文件的能力。

5、是毕业设计教学环节实施的技术准备。

二、设计内容与基本要求

设计内容：独立完成变速级数为6-12级的机床主传动系统主轴变速箱设计，包括车削左右螺纹的换向机构及与进给联系的输出轴。

基本要求：

1、课程设计必须独立的进行，每人必须完成展开图、截面图图样设计各一张，能够较

清楚地表达各轴和传动件的空间位置及有关结构。

2、根据设计任务书要求，合理的确定尺寸、运动及动力等有关参数。

3、正确利用结构式、转速图等设计工具，认真进行方案分析。

4、正确的运用手册、标准，设计图样必须符合国家标准规定。说明书

力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整。

5、完成典型零件工作图图样设计2 张。

三、设计步骤

方案确定

1、确定有关尺寸参数、运动参数及动力参数。

2、据所求得的有关运动参数及给定的公比，写出结构式，校验转速范围，绘制转速

图。

3、确定各变速组传动副的传动比值，定齿轮齿数、带轮直径，校验三联滑移齿轮齿

顶是否相碰，校验各级转速的转速误差。

4、绘制传动系统图。

结构设计

1、草图设计——估计各轴及齿轮尺寸，确定视图比例，确定展开图及截面图的总体

布局；据各轴的受力条件，初选轴承，在有关支撑部位画出轴承轮廓。并检验各传动件运动过程中是否干涉。

2、结构图设计——确定齿轮、轴承及轴的固定方式；确定润滑、密封及轴承的调整

方式；确定主轴头部形状及尺寸，完成展开图及截面图的绘制。

3、加黑，注尺寸、公差配合，标注件号，填写明细表及装配图技术要求。

零件图设计

编写设计计算说明书

四、基本参数确定

1、基本参数

主参数D ——床身上最大加工直径（mm ）

刀架上最大工件回转直径 831.0326.1D d ?=(D ≤800mm 时) 或D d 2

1= 通过主轴孔最大奉料直径D d 10

1=

床身宽度 82.041.2D B = 序号 简 图 结 构 特 点

应用范围 1

前端短锥面定位，定心精度高； 法兰上的螺孔用于紧固卡盘，并有一沉孔，以安装端而键传递转矩。内孔为莫氏内锥孔，用以安装顶尖、心轴等；

头部悬伸较短，刚性好； 装卸卡盘方便

大多数车床、六角车床、多刀车床的主

轴

2

a,b 为定位面，与卡盘配合有间隙，定位面易磨损，定心精度低； 螺纹用于锁紧卡盘，内锥孔用于安装顶尖、心轴和弹簧夹头等； 轴端悬伸长，刚性差； 装拆卡盘较方便

车床、仪表机床（在新设计的机床上已逐渐淘汰）

3 长锥为定位面，定心精度高； 与卡盘连接时用套在主轴上的螺母拉紧，长锥上的键用以传递扭矩；

轴端悬伸较长，刚性较差；

装拆卡盘较方便

车床

4

7：24锥孔作定位面，供安装铣刀或铣刀心轴的尾椎，再用拉杆从主轴后端拉紧，四个螺孔供安装端铣刀用，两个长槽供安装端面键以传递扭矩

铣床

5 模氏锥孔作定位面并传递一定的转矩，锥孔内部的退锥槽，借助楔铁使刀具安装可靠，尾部的退锥槽便于拆卸刀具，并与刀具 扁尾一起传递扭矩。

钻床、镗床

2、尺寸参数

机床主轴端部结构形状：

主轴中心孔前段锥度，摩氏3-6度。

为装配方便，车床主轴直径通常是从前向后逐段递减。一般车、铣床主轴后轴颈的直径

d d )9.07.0(2-=，1d 为前轴颈尺寸。

主轴前轴颈尺寸应按所传递的功率确定，初选时可参照下表初定。

高主轴组件的刚度与抗振性有明显效果。主轴悬伸量的选择，可参照下表确定。

主轴悬申量与前轴颈直径之比

主轴最佳跨距可据下列经验公式初定

a L )53(0-= 式中 L 0——最佳跨距 a ——悬伸量 （悬伸量大的机床 ))21(0a L -=

若实际跨距L 实与最佳跨距L 0不能相等时，可取合理跨距0)5.175.0(L L -=合。 若L 实〉L 0时，应适当加强主轴刚度；反之，L 实

可通过类比、试验和计算等方法综合确定，课程设计中可参照下列经验公式及数据初定。

max min

min 1000d v n π=

， m ax n =m in

m ax 1000d v π

式中，v min 、v max 、d max 、d min 为经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。n min 、

n max ——机床的最低、最高转速

其中常用经济加工切削速度。硬质合金刀具精车中碳钢min /220200m v -=;或min /150m v =。高速钢刀具粗车铸铁端面，min /15m v =。高速钢刀具精车丝杠min /5.1m v =。

经济合理的工件或刀具直径可按照以下几种经验公式估定。 ○

1普通车床 d max =（0.5- 0.7）D d min =(0.08-0.12)D 式中D ——主参数（床身上最大加工直径） 或取R d =d min /d max =4-6

○

2普通车床 d max =0.5D R d = d max /d min =0.2-0.5 ○

3车螺纹可取 Ф≈0.1D 国内外现有Ф400mm 卧式车床主轴最高、最低转速统计如下表

对Ф400mm 普通车床加工典型工件时常用转速统计如下

○

1加工轴类零件常用min,/900400r n -=个别高速达1600min;/r ○

2加工盘形零件常用min;/300150r n -= ○

3修理工作常用min,/15080r n -=个别低速达min /7r ； ○

4车大导程螺纹为min /4010r n -=。 标准转速可参照《机床与数控》P15表1-4标准转速系列选取。 4、动力参数

电机功率可按下式估算

P=P C /η总（KW ） P C ——消耗于切削的功率 η总——总效率

对于主运动为回转运动的机床 η总=0.7-0.85

主运动为直线运动的机床 η总=0.6-0.7

车、镗、磨等工序的切削功率 P c =F Z ·V/60000 (kw) 钻、扩等工序的切削功率 P c =T ·n/9550 (kw) F Z ——切削力的切向分力（N ）(查切削用量手册) V ——切削速度（m/min ） T ——主轴最大扭矩（N ·m ） n ——主轴计算转速（r/min ）

或据下列公式及数据估算电机功率P （数据较陈旧） F Z =f ·t ·s （公斤力）

f ——单位切削面积上的切削力

硬质合金刀具加工中碳钢 f= 200（公斤力/mm 2） 硬质合金刀具加工铸铁 f= 180（公斤力/mm 2） t ——切削深度（mm ） s ——进给量（mm ）

车、镗、磨 P c = F Z ·V/6120 （kw ）

对于间断工作的机床，允许电机短时超载，则电机额定功率可按下式计算：P r =P/K (kw)

式中，P r ——额定功率 P ——算得的功率

K ——超载系数 连续工作的电机 K=1.0

间断工作的电机 K=1.1-1.25

五、结构式及转速图的拟定

据所给定的公比及算得的极限转速，计算转速级数，为简化结构，确保在三周内完

成设计任务，对于公比Ф=2和Ф=1.78者，转速级数限制在8级以内（Z ≤8）；Ф=1.58和Ф=1.41者，转速级数限制在12级以内（Z ≤12）。 结构式拟定后据式8)

1(≤=-j j p x j φ

γ ，绘制转速图。

确定各传动组内传动副的传动比值。按下式确定齿轮齿数。

Z j

j i S i i Z ?+=

1 j

z

i i S Z +=

1/ Z i 、Z i '——第i 对齿轮副的主、从齿轮齿数; I j ——第j 对齿轮副的传动比 S z ——主从动轮齿数和

确定齿轮齿数。或查教材第150页表4.1定齿轮齿数。三联齿轮滑块校验滑移时齿顶是否相碰 Z 3-Z 2>4

校验各级转速的转速误差

)%1(10'-±<-φn

n

n 'n ——主轴实际转速（r/min ） n ——主轴标准转速（r/min ）

——公比

绘制传动系统图。

六、草图设计

要求绘制展开图、截面图各一张，以表达所设计主轴变速箱的基本结构。两图应并行绘制。其中展开图以将各轴展开到同一平面的展开形势绘制，所表达的是各轴及轴上所有零件的实际形状，及轴向位置及尺寸。截面图则反映各轴的空间关系及经向尺寸。

设计展开图时，应考虑主轴的悬伸量、合理跨距；各传动轴上齿轮宽度、滑移齿轮必须保证一对齿轮彻底脱开、另一对齿轮才能进入啮合、并留有1-2mm间隙，不相邻轴上的齿轮在滑动中不干涉等需要，轴承布置，皮带轮的位置等因素综合确定轴向尺寸。

据各轴的轴间距及传动件径向尺寸，合理的布置展开图的位置。

在截面图上须注意，主轴必须在两导轨中央，主轴距导轨面高度应等于主参数之半。带轮一般在主轴箱后上方，要便于防护。布置各传动轴位置时应注意检查不相邻轴之间齿轮或轴是否干涉。

运动件与相壁之间距离不小于15mm。

结构草图确定后，对有关轴及齿轮进行校验计算。

七、结构图设计

箱壁各安装轴承处可适当设凸缘，加筋条。主轴箱应留有在床身上安装定位的基准面。

主传动系统应设有刹车制动装置，安放位置最好在接近执行件，转速较高且变速范围较小的传动轴上。

在向进给系统输出的部位有加工左右螺纹的换向装置，一般采用介轮换向，而且介轮放在反向传动中。

主轴轴承可采用滚动轴承，亦可采用滑动轴承，配置形式可以是两支撑，亦可以是三支撑。常见的主轴滚动轴承配置形式及工作性能见表。

为提高角接触球轴承的刚度，角接触球轴承的组配形式以背对背使用为好。主轴轴承精度选择：

主轴轴承精度

序号轴承配置前支承后支承前支

承承

载能

力

刚度振摆温升极

限

转

速

热

变

形

前

端

位

移径向轴向径向轴

向

径

向

轴

向

径

向

轴

向

径

向

轴

向

总

的

前

支

承

1 3182100 2268000 3182100 - 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

2 3182100 8000 3182100 - 1.0 1.00.9 3.0 1.0 1.0 1.15 1.2 .65

3 3182100 - 46000 - 1.00.60.8 0.7 1.0 1.00.60.5 1.0 3.0

4 7000

(30000)

- 7000 - 0.8 1.00.7 1.0 1.0 1.00.8.750.60.8

5 2697000 - 7000 - 1.5 1.0 1.13 1.0 1.0 1.4 1.40.60.80.8

6 46000 - 46000 - 0.

7 0.7 .45 1.0 1.0 1.00.7 0.5 1.20.8

7 46000 - 46000 - 0.7 1.0.35 2.0 1.0 1.00.70.5 1.20.8

8 46000 8000 0000 8000 0.7 1.0.35 1.5 1.0 1.0 1.00.7.750.8

9 84000 800084000 8000 0.6 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.00.50.9

主轴轴承必须能进行预紧和间隙调整。

因机床工作属于轻载，故各轴的轴承通常可按轻系列和特轻系列选择。

各轴承及固定的传动件，必须有可靠的轴向定位环节，其方式可采用轴肩、套筒、

螺母、螺钉、弹簧卡圈、楔形键块等等。参照有关图册设计。

标注尺寸、配合；加黑;编制件号；编制明细表。标注装配技术条件。

八、零件工作图设计

由指导教师指定零件，一般设计一个轴一个齿轮。图幅A3.

九、撰写设计计算说明书

要求：说明简要，计算合理、准确，表达清晰，文字简练通顺。

内容：1、设计任务；2、主要规格参数；3、工作性能及范围；4、各有关参数的计算与

确定；5、方案论证（可结合结构式及转速图进行）；6、转速图、传动系统图，转速误

差计算；7、各轴及齿轮的计算转速;8、有关校验计算；9、轴承选择使用及有关结构说

明。

十、工作进程安排

方案设计：包括参数确定、转速图拟定、传动系统图拟定。 2天

结构草图设计： 3天

校验计算： 1天

结构设计：包括完善草图，注尺寸、公差配合，加黑，

编制件号，明细及技术要求等。 4天

零件工作图设计： 1天

编写说明书： 2天

机动： 1天

答辩： 1天

十一、课程设计选题

C6125型、C6128型、C6132型、C6136型、C6140型普通车床

在每种型号车床中限定公比Ф=1.41、1.58、1.78和Ф=2的各一种。

为保证顺利地完成设计任务，转速级数均限制在12级以内。

机械系统设计课程设计指导书（2）和面机设计

一、机械系统设计课程设计的目的及内容

1、目的

机械系统设计课程设计是专业课最后一个实践性教学环节，是机械零件课程设计的延伸，是机械系统设计的一次全面训练，为毕业设计打下良好基础，其目的是：

（1）联系生产实际，运用所学过的知识，培养独立的分析问题、解决问题的能力。

（2）利用“机械系统设计”、“食品机械”及“机械设计”等前序课的知识，学会并掌握机械系统设计的特点及方法，学会并掌握机械系统设计中“参数设计”、“方案设计”

及“结构设计”的方法。

（3）加强机械设计中基本技能的训练。加强计算能力，加强运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力，加强机械绘图的能力。

（4）巩固和加强机械零件的设计及制造工艺方向的知识。

2、内容

本课程设计的内容，选择具有代表性的中小型和面机作为设计课题。使学生能在比较少的时间内（三周），完成和面机整机设计全部过程的基本训练。

（1）参数设计

根据课题所确定的和面机种类、用途及生产能力来确定和面机主要构件（例如浆叶、容器）结构形式和尺寸参数、运动参数（例如浆叶转数）及动力参数（电机功率）。

（2）方案设计

根据和面机主要构件（例如浆叶）的形式、性质及运动参数，拟定整机的机械传动链和传动系统图。计算并确定各级传动的传动比，皮带传动、齿轮传动、蜗杆传动

等传动构件的结构参数及尺寸，拟定机器的结构方案图。

（3）结构设计

根据结构的方案图，在正式图纸上拟定传动构件与执行构件的位置，然后依次进行执行构件及传动系统设计机体，操纵机构设计，密封及润滑的结构设计。

二、基本要求

1、设计题目：

（1）和面机生产能力，以每次调和面粉的重量为准。

12 ㎏/次、25 ㎏/次、50 ㎏/次三种

（2）机型：卧式和面机

（3）搅拌浆形式：

滚笼式、浆叶式、椭圆式、花环式、叶片式五种

（4）工艺要求：

调和面团分别为：水面团、韧性面团、酥性面团三种

（5）根据学生人数，用不同的生产能力，工艺要求及搅拌浆形式不同进行搭配，做到每人一个设计课题，不重复。

2、图样设计要求

（1）图量

①完成0 ﹟图纸一张，进行和面机总装配图设计。

②完成3 号图二张，进行（二个零件的）零件图设计。

（2）要求

①方案设计必须合理

②装配图必须标明机器的全部结构、原理；标明每个机械零件的功能、形状、尺寸、

位置及相互联接的方法，相互配合的性质及运动关系。

③必须标明所有配合尺寸，定位及联结尺寸、总体尺寸

④必须由视图及剖视图组成，视图完整，投影关系准确，线条及画法，尺寸及配合

的标注必须符合国家标准，技术条件齐全。

⑤零件图必须标清零件的形状、大小及结构，尺寸精度，表面粗糙度；形状及位置

公差，按国家标准绘制，技术条件齐全

3、设计说明书要求。

设计说明书是设计的主要依据，内容必须详尽准确，其中包括：

（1）设计题目：和面机的用途、规格（生产能力）

（2）运动参数、动力参数及主要结构尺寸的确定。

（3）整机结构形式、传动方式、传动系统的拟定，进行方案许证，画结构（方案）草图。

（4）机构及主要零部件的设计、选用。

（5）主要零件、部件的强度、刚度设计计算或验算。

（6）操纵机构及润滑方式的设计计算，

（7）说明书中的理论及计算公式要注明出处。

（8）注明资料来源、参考文献及资料的目录。

（9）总的文字不少于5000 字。

三、设计方法及步骤

（一）、总体方案设计

1、搅拌浆形式

根据设计课题给定形式或根据给定面团的性质来确定搅拌浆形式：

（1）水面团：依次采用滚笼式、花环式、椭圆式、叶片式

（2）韧性面团：顺序同上

（3）酥性面团：浆叶式

2、搅拌容器的总体尺寸及翻缸形式

（1）宽度（B ）

B = 2 ( R+δ) 式中R = 搅拌浆半径R的大小取决于面团性质及生产能力

δ= 浆叶与容器的间隙

δ= 10~20 毫米，δ大小取决与R

(2) 高度（H ）

H = h +2 R 式中h=(0.5~1)R

（3）长度（L ）

L = (2~2.5)R 推荐值

4

①保证面缸放倒后低于水平面15 °~20 °。

②保证机座上安装电机有足够的尺寸及空间。

（3）初步拟定传动方式，主要传动件位置。

（二）、运动参数设计

1、传动系统中传动链的设计及各传动比的分配设计

（1）搅拌浆转速n浆=20~50 rpm

水面团的转速低些，酥性面团的转速高些

（2）电机转速n电=1500 rpm (同步转速) 四级电机

(3) 传动链总传动比i总=n电/n浆= i皮* i齿1*i齿2*i……

(4)传动比分配：

①高速级：推荐采用皮带传动（减速）

i皮≤3

②低速级：推荐采用齿轮传动

单级圆柱齿轮i单≤6

蜗杆传动i杆≤40

2、设计计算各传动轴的转速

（三）、动力参数设计

1、电机功率的确定

和面机的动力参数计算时，电机功率的确定均采用经验公式，即类比法主要取决于和面机

2、计算各转动轴的扭矩（参考机械零件设计）。

3、行各传动轴的轴上传动件，支撑件（轴承等）的受力分析，强度计算（粗算）。

4、各传动轴的受力分析，强度计算粗算。

（四）、结构设计

当方案设计结束后，经审定方案设计合理，进行结构设计。图样的绘制与相关的设计、计算交替进行，相辅相成。

1、传动系统设计

传动系统设计在《机械零件设计》的基础上完成，各传动件的设计计算，主要包括：

（1）皮带传动设计

设计计算：皮带轮中心距、皮带轮直径、皮带型号数、长度、带轮结构尺寸（2）齿轮传动设计

设计计算：直齿、斜齿、圆柱齿轮传动、蜗杆传动的中心距、模数、齿数及各传动件的结构尺寸（如分度圆、顶圆、根圆、齿宽等）

（3）根据各传动轴上各零件的结构尺寸，轴承的尺寸，确定各轴的结构尺寸。

（4）对各轴的轴承润滑及密封进行设计。

（5）对主要传动轴画出受力分析图，进行强度校核。

（6）对主要传动轴的轴承进行受力分析，强度及寿命演算（校核）。

2、执行件（浆叶容器）及机体的总体结构设计

（1）完成搅拌器（面缸）结构设计。

其中包括：容器的结构设计、支撑结构及密封结构设计。

①结构设计

整体式结构：V 型板槽一件，与两个端板焊接而成，这种结构一般为小型容器（12

㎏/次）采用。

组合式结构：V 型板槽一件（板槽较厚δ≥1），两个端板最小壁厚

（δ≥5）采用铸铁，内层用不锈钢薄板（δ = 0.5）衬在里面。V 型板槽

与二个端板用螺钉联接成容器。

②材质

整体式：中小型容器采用不锈钢板（1 Cr18Ni9Ti ）焊接而成。

组合式：中小型容器V 型板槽及端板内衬用不锈钢（ 1 Cr18Ni9Ti ），端板用灰

口铸铁。

（2）搅拌容器（面缸）与输出口的结构设计

①搅拌器结构、尺寸设计。

②搅拌器与输出轴的联结形式。

③搅拌器（浆叶支撑端）与容器端板间的动密封结构。

④容器的翻转、定位、结构设计。

（3）搅拌容器的支承结构设计

（4）传动系统与机体（或机座）的联结，容器支承结构与机体定位联结

（5）参见附图1 ，2

（五）、零件工作图设计

1、零件形式：轴类零件一件、传动零件一件

为防止学生之间有重复，零件的确定必须经指导教师指定。

2、要求

（1）零件工作图视图完整，必须标明零件的结构、形状、大小。

（2）注明零件所有表面的尺寸、尺寸公差、表面粗糙度、形状及位置公差。

（3）技术条件齐全。

四、日程安排

1、时间总计为三周（15 天）

2、方案设计3 天（其中调研1 天）

3、结构设计9天

4、零件工作图设计1天

5、编写设计说明书1天

6、答辩1天