二．课程设计目的
《机械系统设计》课程设计是在学生学完机械系统设计及其它先行课程之后进行的实践性教学环节，即进行一次学习设计的综合性练习。是我校机械设计及其自动化品牌专业高级应用型工程技术人才培养的重要环节，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过典型机械系统如通用机床的主轴变速传动系统的计算与设计、或者是通过数控机床进给传动系统的选型与设计，使学生在拟定传动结构方案、结构设计，和数字控制等先进制造技术，以及设计计算说明书等技术文件编写等方面的基本技能和实际运用能力得到比较系统的训练。通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。
三．课程设计题目，主要设计参数和技术要求
3.1 课程设计题目和主要技术参数
题目：摇臂钻床主轴变速箱设计
主参数：最大钻削直径Dmax=40mm,刀具材料：高速钢或硬质合金，工件材料：钢或铸
技术参数：Nmin=25r/min；Nmax=2000r/min；Z=16级；公比为1.26（混合公比为1.58）；电动机功率P=3KW；电机转速n=1430r/min
为满足使用性能要求，可采用混合公比，求出的各级转速有：25r/min.40r/min.63r/min.80r/min.100r/min125r/min.160r/min.200r/min.250r/min.320r/min.400r/min.500r/min.630r/min.800r/min.1250r/min.2000r/min
3.2 技术要求
1. 利用电动机完成换向和制动。
2. 各滑移齿轮块采用单独操纵机构。 3. 进给传动系统采用单独电动机驱动。
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四．运动设计
4.1 运动参数及转速图的确定
4.1.1 按典型工序，最高最低转速的确定
根据摇臂钻床某些特征，采用高速钢刀具钻削的Vc一般为20~32r/m 经济加工最大、最小直径dmax、dmin,对于通用机床，一般取：
dmax=K3D,Rd=dmax/dmin
式中：D—床身上能加工的最大直径（单位：mm）
K—系数，根据其对现有同类机床使用情况的调查确定（摇臂钻床K=1.0）
Rd—计算直径范围Rd=（0.20~0.25） 故 dmax=K3D=1340mm=40mm
Dmin= Rd3dmax=（0.20~0.25）340mm=(8~10)mm.dmin取8mm
nmax=10003Vmax/л3dmin=1000332r/m/л38mm=1273.24r/min nmin=10003Vmin/л3dmax= 1000320r/m/л340mm=159.15r/min Rn=
NmaxNmin=1273.24r/m/159.15r/m=8
由于设计的转速范围为（25~2000）r/min,比计算出的
范围大，满足要求
nmax、nmin
4.1.2 根据nmax、nmin、dmax、dmin等值，初步确定钻削速度范围
即：Vcmax=л3dmin3nmax/1000=л3832000/1000=50.26r/min Vcmin=л3dmax3nmin/1000=л340325/1000=3.14r/min Vc=л3dmax3nj/1000=л340380/1000=10.05r/min
故要使机床传递全部功率，则Vc大于10.05r/min即可，又根据加工材料（钢或铸铁）、刀具材料（高速钢），查机械系统设计手册得：
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Vc=25r/min;ap=20mm;f=0.4mm/r
4.1.3 计算主切削力、切削功率和初步估计电机功率
根据钻削力的实验公式：
进给力：Ff=CFf3d3 f 3kFf
ZFf
yFf
扭矩：Mc= Cmc3d3 f 3kMc
ZMcyMc
一般估计时，可取kFf。kMc为1；d取最大值 刀具材料：高速钢；加工材料：钢σb=650Mpa
查手册得：CFf=600，ZFf=1.0，yFf=0.7,CMc=0.305, ZMc=2.0, yMc=0.8 进给力：Ff=CFf3d3 f 3kFf =6003403 0.4 31=12637.27 主切削力：Fc=0.4Ff=0.4312637.27N=5055N
扭矩：Mc=Cmc3d3f3kMc=0.30534030.431=234.46N2mm 故切削功率为：Pc=Fc2Vc/60000=5055N225m/min/60000=2.1kw
根据《实用金属切削加工工艺手册》知,切削功率只消耗在切削工件上，但机床功率必须大于切削功率。因为电机功率除了提供切削用的动力外，动力还要消耗在轴承导轨和齿轮等摩擦上，因此，切削功率只能占电动机功率的70%~85%，即0.7~0.85，这个数字称为效率。所以说，切削功率应该比电动机功率小，否则就会超载
故P电=Pc/(0.7~0.85)kw=(2.47~3)kw 电机的额定功率Ped=3kw. 计算电机功率：
根据传动副效率表： 传动机构 传动效率 传动机构 传动效率 三角皮带 0.96 滚动轴承 0.995 圆柱齿轮（磨齿） 0.99 滑动轴承 0.98~0.985 圆柱齿轮（未磨 0.98 齿） η总=η
8轴承
ZMc
yMc
2.0
0.8
ZFf
yFf
1.0
0.7
3η
6齿轮
=0.99530.98=0.85
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实际计算电动机所需工作功率为：P0=P切/η总=2.1kw/0.85=2.47kw 选电机功率为3kw.
4.1.4 转速范围
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Rn=
NmaxNmin=2000r/min/25r/min=80
4.1.5 转速数列
首先找到25r/min、首先采用混合公比1.58，然后每隔3个数取一个
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值（1.26=1.06）,，得出主轴的转速数列为25r/min、40r/min
63r/min、80r/min、100r/min、125r/min、160r/min、200r/min、250r/min、320r/min、400r/min、500r/min、630r/min、800r/min、1250r/min、2000r/min共16级。
4.1.6 定传动组数
对于Z=16可分解为：Z=22325324328。
4.1.7写传动结构式,画结构图
根据“前多后少” , “先降后升” , “前密后疏”,“结构紧凑”的原则,选取传动方案 Z=22325324328,易知第三扩大组的变速范围r=φ
(P3-1)x
=1.26=6.35〈8满足要求，其结构网如图
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