哈工大機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)指導(dǎo)書2013.doc

10機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)指導(dǎo)書2013年3月10 目 錄1.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)的目的12.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)的內(nèi)容12.1運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)12.2動(dòng)力設(shè)計(jì)13.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)的要求1（1）機(jī)床的規(guī)格及用途；1（2）運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)；1（3）動(dòng)力設(shè)計(jì)（包括零件及組件的初算）；1（4）畫傳動(dòng)系統(tǒng)圖；1（5）其它需要說明或論證的問題；1（6）參考文獻(xiàn)。14.進(jìn)行機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)的步驟和方法14.1明確題目要求、查閱有關(guān)資料14.2運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2（1）確定極限轉(zhuǎn)速2（2）確定公比2（3）求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)2（4）確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式2（5）繪制轉(zhuǎn)速圖2（6）繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖3（7）確定變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù)3（8）核算主軸轉(zhuǎn)速誤差44.3動(dòng)力設(shè)計(jì)41.傳動(dòng)軸直徑初定52.主軸軸頸直徑的確定53.齒輪模數(shù)的初步計(jì)算55.大作業(yè)題目7參考文獻(xiàn)101. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)的目的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè),是機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程進(jìn)行過程中的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的在于通過機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步理解設(shè)計(jì)理論，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案分析、零件計(jì)算、查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生具有初步機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。2. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)的內(nèi)容2.1 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)根據(jù)給定的機(jī)床用途、規(guī)格、極限速度、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比（或轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)），分析比較擬定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案（包括結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)，轉(zhuǎn)速圖）和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的相對(duì)誤差。2.2 動(dòng)力設(shè)計(jì)根據(jù)給定的電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，初步計(jì)算傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)；確定皮帶類型及根數(shù)、摩擦片式離合器的尺寸和摩擦片數(shù)及制動(dòng)器尺寸、選擇機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)尺寸。3. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)的要求（1） 機(jī)床的規(guī)格及用途；（2） 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)；（3） 動(dòng)力設(shè)計(jì)（包括零件及組件的初算）；（4） 畫傳動(dòng)系統(tǒng)圖；（5） 其它需要說明或論證的問題；（6） 參考文獻(xiàn)。機(jī)械裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)篇幅不少于四千字。要求論證充分、計(jì)算正確、敘述簡(jiǎn)明、條理清楚、合乎邏輯、詞句通順、標(biāo)點(diǎn)正確、文字工整、圖表清晰。大作業(yè)中所用公式應(yīng)注明出處，并注明式中符號(hào)所代表的意義和單位。單位一律采用法定單位，單位符號(hào)在公式、計(jì)算結(jié)果、圖表、數(shù)據(jù)、標(biāo)牌中應(yīng)優(yōu)先采用單位符號(hào)。大作業(yè)后須附有參考文獻(xiàn)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(xiàn)時(shí)，只在方括號(hào)里注明所列文獻(xiàn)序號(hào)即可。4. 進(jìn)行機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)的步驟和方法4.1 明確題目要求、查閱有關(guān)資料學(xué)生在獲得大作業(yè)的題目之后，首先應(yīng)明確設(shè)計(jì)任務(wù)，并閱讀械裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)指導(dǎo)書，了解大作業(yè)的目的、內(nèi)容、要求和進(jìn)行的步驟。然后在教師的指導(dǎo)下，擬定工作進(jìn)度計(jì)劃；查閱必要的圖書、雜志、手冊(cè)、圖冊(cè)、產(chǎn)品圖紙、同類型機(jī)床說明書和其它有關(guān)設(shè)計(jì)參考資料；熟悉機(jī)床專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，便于設(shè)計(jì)時(shí)采用。對(duì)機(jī)床的用途、特點(diǎn)、主要參數(shù)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、操縱結(jié)構(gòu)、零部件的功用及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，力求做到理解、消化并進(jìn)而能有所改進(jìn)。還應(yīng)到現(xiàn)場(chǎng)去了解同類型機(jī)床的實(shí)際情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思。4.2 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（1） 確定極限轉(zhuǎn)速確定（或按給定的）主軸極限轉(zhuǎn)速，求轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍。（2） 確定公比確定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比值，并按它確定出標(biāo)準(zhǔn)的或派生的轉(zhuǎn)速數(shù)列。（3） 求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) ，因兩軸間變速組的傳動(dòng)副數(shù)多采用2或3，在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單變速系統(tǒng)時(shí)，變速級(jí)數(shù)應(yīng)選擇的形式，、為正整數(shù)。（4） 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式 畫出合適的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，或按傳動(dòng)順序列寫合適的結(jié)構(gòu)式。驗(yàn)算結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式中的最末擴(kuò)大組（按擴(kuò)大順序的最末，非傳動(dòng)順序的最末）的調(diào)整下列條件：（主傳動(dòng)）。最末擴(kuò)大組的最大傳動(dòng)比和最小傳動(dòng)比在結(jié)構(gòu)網(wǎng)或轉(zhuǎn)速圖上所跨的格數(shù)的最大允許值為。淘汰超過限值的方案，再根據(jù)變速組的傳動(dòng)副數(shù)應(yīng)“前多后少”，變速組的級(jí)比應(yīng)為“前小后大”的原則，結(jié)合結(jié)構(gòu)上的需要，安排各變速組的傳動(dòng)順序。（5） 繪制轉(zhuǎn)速圖1) 選定電動(dòng)機(jī)一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)動(dòng)，如無特殊性能要求，多采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。Y系列電動(dòng)機(jī)高效、節(jié)能、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。其型號(hào)、額定功率及其它級(jí)數(shù)數(shù)據(jù)見附錄2，安裝尺寸見附錄3。根據(jù)所需功率選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及其同步轉(zhuǎn)速。2) 分配總降速傳動(dòng)比 總降速傳動(dòng)比為，為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比傳動(dòng)副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒數(shù)和及徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動(dòng)比，然后，將總降速傳動(dòng)比按著“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動(dòng)比。3) 確定傳動(dòng)軸的軸數(shù)傳動(dòng)軸數(shù)變速組數(shù)+定比傳動(dòng)副數(shù)+1。4) 繪制轉(zhuǎn)速圖先按傳動(dòng)軸數(shù)及主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)格距畫出網(wǎng)格，用以繪出轉(zhuǎn)速圖。在轉(zhuǎn)速圖上，先分配從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到主軸最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的雙軸傳動(dòng)間上畫上。再按結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的級(jí)比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動(dòng)比射線，從而確定了各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比。（6） 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖1) 因?yàn)榱慵膮?shù)尚未確定，一般是根據(jù)轉(zhuǎn)速圖，先按傳動(dòng)副的傳動(dòng)比擬定一個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)草圖。按傳動(dòng)順序畫出由電動(dòng)機(jī)經(jīng)各傳動(dòng)軸至主軸的傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)軸上的齒輪軸向位置大致展開圖相對(duì)應(yīng)，畫出軸承符號(hào)，標(biāo)上軸號(hào)、齒輪的齒數(shù)及模數(shù)、皮帶輪直徑、電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、功率和轉(zhuǎn)速。2) 應(yīng)該注意的問題a) 如果車床主軸變速箱的軸（輸入軸）上裝有摩擦片式離合器時(shí)（圖2-1），軸是最好造成組件裝配。為了縮小軸向尺寸應(yīng)減少軸的齒輪數(shù)，并使軸上的零件外徑尺寸向右遞減排列（均小于箱體上的裝入孔徑），以便軸以組件的形式能夠后裝先拆。同時(shí)為了減少-軸的中心距，其間的變速組可采用升速傳動(dòng)。為要保證軸上的第二個(gè)變速組中的最大齒輪外徑（其齒數(shù)為模數(shù)為m）不碰軸上的離合器外徑D，則-軸的最小中心距為 （1）其最小齒數(shù)和為 （2）b) 要有利降低齒輪變速箱的噪聲主軸高轉(zhuǎn)速范圍的傳動(dòng)比排列，可采用先降速后升速的傳動(dòng)，使總轉(zhuǎn)速和減小，以期降低噪聲。這種高速傳動(dòng)采用先降后升，可使同一變速組的傳動(dòng)比有升速有降速，有利于減小齒數(shù)和、齒輪線速度及中心距。主軸高速傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)縮短傳動(dòng)鏈，以減少傳動(dòng)副數(shù)。不采用噪聲大的錐齒輪傳動(dòng)副、如立銑可全部采用垂直排列的傳動(dòng)軸。c) 前邊的變速組中的降速傳動(dòng)比不宜采用極限值 ，以避免增加徑向尺寸。最末變速組中可采用最小傳動(dòng)比、特別是銑床以增加主軸的飛輪效應(yīng)。（7） 確定變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù)可用計(jì)算法或查表法選定齒輪的齒數(shù)。多軸變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各變速組雙軸間的齒數(shù)和的確定 （3）式中 -同一變速組中的最小傳動(dòng)比； -同一變速組中最小齒輪齒數(shù)。為了縮小徑向尺寸及降低齒輪的線速度，應(yīng)取小些。由（3）式可知受下列條件限制。a) 受齒輪最小齒數(shù)的限制、機(jī)床主軸系統(tǒng)一般取，以避免產(chǎn)生根切現(xiàn)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(yīng)大于基圓齒厚、以防斷裂，則其最小齒數(shù)應(yīng)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(shù)（mm）；c) 還受最小傳動(dòng)比和允許的最大齒數(shù)和的約束，機(jī)床主傳動(dòng)的最小傳動(dòng)比取 。中型機(jī)床一般取 , ;d) 的選取不要使兩軸中心距過小，否則可能導(dǎo)致兩軸軸承過近，在等長(zhǎng)的的多軸變速系統(tǒng)中，還可能使前后變速組的齒輪頂圓與軸承相碰，即k軸上前一個(gè)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）軸上的后一個(gè)變速組中的最大主動(dòng)齒輪的齒頂圓與k軸外徑相碰，應(yīng)按（2）式檢查的確定，式中D應(yīng)為相應(yīng)的或 。（8） 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不超過，即 (5)4.3 動(dòng)力設(shè)計(jì)動(dòng)力設(shè)計(jì)根據(jù)給定的電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，初步計(jì)算傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)；確定皮帶類型及根數(shù)、摩擦片式離合器的尺寸和摩擦片數(shù)及制動(dòng)器尺寸、選擇機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)尺寸。動(dòng)力設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行初步計(jì)算。初步計(jì)算是為了大致確定傳動(dòng)零件的主要尺寸（如傳動(dòng)軸直徑和齒輪模數(shù)等），以便繪制主軸變速箱的軸系展開草圖。在繪制草圖布置零件的過程中，同時(shí)考慮零件結(jié)構(gòu)工藝性，進(jìn)一步確定零件的其它結(jié)構(gòu)參數(shù)，一些數(shù)據(jù)要按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取。由于結(jié)構(gòu)的某些參數(shù)未定以及方案可能修改，所以應(yīng)按簡(jiǎn)化公式進(jìn)行初步計(jì)算以加快計(jì)算速度。零件的計(jì)算，需要知道它們的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj,即參與傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速、傳遞全扭矩的最高轉(zhuǎn)速。各零件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可從轉(zhuǎn)速圖上按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速確定。1. 傳動(dòng)軸直徑初定傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用（6）或（7）式進(jìn)行概算 (6)或 (7)式中d傳動(dòng)軸直徑（mm）； Tn該軸傳遞的額定扭矩（N）,;N該軸傳遞的功率（kW）;nj該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）; 該軸每米長(zhǎng)度允許扭轉(zhuǎn)角（deg/m），一般傳動(dòng)軸取 0.51。對(duì)空心軸須將（6）、（7）式計(jì)算值再乘以系數(shù)，其值查參考書目 2上、第533頁(yè)表5.8-2。2. 主軸軸頸直徑的確定對(duì)通用機(jī)床的主軸尺寸參數(shù)，多由結(jié)構(gòu)上的需要而定，故主軸前軸頸D1尺寸，可按表5.7所列的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定。后軸頸的直徑D2，可按D2（0.70.85）D1（mm）酌定。盡量使主軸截面變化要小，外徑尺寸要緩減。近來車床主軸內(nèi)孔直徑d有增大趨勢(shì)。參考書目表5.7中車床主軸前軸頸尺寸下限有些偏低，選用時(shí)請(qǐng)注意。銑床主軸內(nèi)孔直徑按銑床主軸端部尺寸標(biāo)準(zhǔn)選取。3. 齒輪模數(shù)的初步計(jì)算一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式（8）進(jìn)行計(jì)算： (8)式中按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)（mm）；驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（）；計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（）大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“”號(hào)，內(nèi)嚙合取“”號(hào)；小齒輪齒數(shù)；齒寬系數(shù)，（為齒寬，為模數(shù)），；許用接觸應(yīng)力（）。其他傳動(dòng)件按機(jī)械零件或有關(guān)資料進(jìn)行選擇或計(jì)算。各個(gè)傳動(dòng)件的基本尺寸確定后，便可繪制部件裝配圖。為了節(jié)約合金鋼材，初算時(shí)對(duì)大多數(shù)鋼制傳動(dòng)零件可采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。?duì)個(gè)別工作條件較重的傳動(dòng)零件，當(dāng)驗(yàn)算使發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力超過許用值，可改用較好的合金鋼，考慮到我國(guó)資源情況盡可能用錳硼鋼代替鉻鋼。參考文獻(xiàn)1. 陳易新金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，機(jī)械工業(yè)出版社，19872. 黃開榜金屬切削機(jī)床，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20063. 馮辛安機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，20034. 戴曙金屬切削機(jī)床，機(jī)械工業(yè)出版社，20055. 張進(jìn)生機(jī)械工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，機(jī)械工業(yè)出版社 20036. 范云漲金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社1994.75. 大作業(yè)題目XX機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)（三相4極異步電機(jī)，同步轉(zhuǎn)速1500rpm）題目公比nmin級(jí)數(shù)Z功率N（KW）學(xué)生銑床工作臺(tái)面積2501000mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.26251845.526.51745.5工作臺(tái)面積32012500mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.41281245.5301145.5車床最大加工直徑400mm無絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4137.51245.5401145.5最大加工直徑320mm無絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.41401245.542.51145.5銑床工作臺(tái)面積2501000mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2626.51845.5281745.5工作臺(tái)面積32012500mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.41301245.531.51145.5車床最大加工直徑400mm無絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4135.51245.537.51145.5最大加工直徑320mm無絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4137.51245.5401145.5題目公比nmin級(jí)數(shù)Z功率N（KW）學(xué)生銑床工作臺(tái)面積2501000mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.26281845.5301745.5工作臺(tái)面積32012500mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4131.51245.533.51145.5車床最大加工直徑400mm無絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4133.51245.535.51145.5最大加工直徑320mm無絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4135.51245.537.51145.5銑床工作臺(tái)面積2501000mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.26301845.531.51745.5工作臺(tái)面積32012500mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4133.51245.535.51145.5車床最大加工直徑400mm無絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4131.51245.533.51145.5最大加工直徑320mm無絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4133.51245.535.51145.5題目公比nmin級(jí)數(shù)Z功率N（KW）學(xué)生銑床工作臺(tái)面積2501000mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2631.51845.533.51745.5工作臺(tái)面積32012500mm2 臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4135.51245.537.51145.5車床最大加工直徑400