插床的設計與分析

1、機械設計課程設計計算說明書 設計題目： 插床的設計與分析12機械 專業(yè) 10 班設計者： 孫占成指導教師： 田靜宜老師2015 年 6 月 26 日華北理工大學輕工學院目錄機械原理 插床機構(gòu)設計部分一、插床機構(gòu)設計要求 - - - - - - - - - - - - - - - - - 21.插床機構(gòu)簡介 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22.設計內(nèi)容 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2二、插床機構(gòu)的設計 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3連桿機構(gòu)的設計及運動分析 -

2、 - - - - - - - - - - - - 3三、飛輪設計 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5四、凸輪機構(gòu)設計 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5機械設計 二級減速器設計部分一、目的及要求 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7二、減速器結(jié)構(gòu)分析 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8三、傳動裝置的總體設計 - - - - - - - - - - - - - - - - 9 （一）選擇電動機 - - - - - - -

3、 - - - - - - - - - - 9 （二）傳動比分配 - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 （三）運動和動力參數(shù)分析計算 - - - - - - - - - - - 10 1.計算各軸轉(zhuǎn)速 - - - - - - - - - - - - - - - - 10 2.計算各軸輸入功率 - - - - - - - - - - - - - - 10 3.計算各軸輸入轉(zhuǎn)矩 - - - - - - - - - - - - - - 11四、傳動件的設計計算 - - - - - - - - - - - - - - - - 11 （一）帶傳動的設計 - - - -

4、- - - - - - - - - - - - 11 （二）高速軸齒輪的設計與校核 - - - - - - - - - - - 13 （三）低速軸齒輪的設計與校核 - - - - - - - - - - - 17 （四）聯(lián)軸器的選擇 - - - - - - - - - - - - - - - - 21 （五）軸的設計與校核 - - - - - - - - - - - - - - - 21 1.齒輪軸的設計 - - - - - - - - - - - - - - - 21 2.中間軸的設計 - - - - - - - - - - - - - - - 22 3.低速軸的設計與校核 - - - -

5、- - - - - - - - 22 （六）鍵的校核 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25（七）軸承的校核 - - - - - - - - - - - - - - - - - 27五、潤滑密封設計 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 28六、減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸表 - - - - - - - - - - - - - - 29七、主要參考文獻 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 30計 算 及 說 明主要結(jié)果 機械原理 插床機構(gòu)設計部分一、插床機構(gòu)設計要求1.插床機構(gòu)簡介圖96所示為插床

6、機構(gòu)簡圖。插床是用插刀加工工件表面的機床。常用于加工鍵槽，加工時，插刀往復運動為主運動，工件的間歇移動或間歇轉(zhuǎn)動為進給運動，直線運動(縱、橫向)和圓周運動的工作臺不允許三項同時進行。設計要求：原動機采用一臺電機，執(zhí)行機構(gòu)包括插削機構(gòu)及進給機構(gòu)，插削機構(gòu)實現(xiàn)插削加工，進給機構(gòu)實現(xiàn)工件的進給動作，這兩個機構(gòu)要求運動協(xié)調(diào)。2.設計內(nèi)容：（1）機構(gòu)的設計及運動分折已知：設計參數(shù)見表1, lBC=(0.50.6)lBO1 ,電動機軸與曲柄軸O2平行，導桿機構(gòu)的最小傳動角不得小于60。要求：1）采用圖解法或解析法設計平面連桿機構(gòu)各構(gòu)件尺寸，作機構(gòu)運動簡圖；2）按給定位置對機構(gòu)進行運動分析，作機構(gòu)的速度和加

7、速度多邊形；3）作滑塊的運動線圖（s-j，v-j，a-j畫在一個坐標系中）。2、給出實現(xiàn)插削要求的執(zhí)行機構(gòu)的其他運動方案簡圖，并進行對比分析。（2）給出實現(xiàn)插削要求的執(zhí)行機構(gòu)的其他運動方案簡圖，并進行對比分析。（3）導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析。 已知：滑塊所受工作阻力見圖1所示，結(jié)合連桿機構(gòu)設計和運動分析所得的結(jié)果。要求：1）按給定位置確定機構(gòu)各運動副中的反力；2）確定加于曲柄上的平衡力矩Mb，在坐標紙上作出平衡力矩曲線Mb-j。（4）飛輪設計 已知：機器運轉(zhuǎn)的許用速度不均勻系數(shù)=0.03，力分析所得平衡力矩Mb ，驅(qū)動力矩Med為常數(shù)，飛輪安裝在曲柄軸O2上。要求：確定所需飛輪的轉(zhuǎn)動慣量JF。（

8、5） 凸輪機構(gòu)設計已知：凸輪與曲柄共軸，設計數(shù)據(jù)見表1。擺動從動件8的升、回程運動規(guī)律均為等加速等減速運動。要求：1）按許用壓力角確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸（基圓半徑ro、機架lo2o8和滾子半徑rr）。2）繪制凸輪實際廓線。二、插床機構(gòu)的設計連桿機構(gòu)的設計及運動分析根據(jù)行程速比系數(shù)求極位夾角得機架得擺桿長度得連桿得為滿足最小壓力角，到倒桿的距離 （1）機構(gòu)運動簡圖：（2）機構(gòu)運動速度分析：（3）機構(gòu)運動加速度分析：（4）機構(gòu)動態(tài)靜力分析 以上三步已作于A3圖紙上。（5）繪制滑塊位移、速度、加速度曲線（6）繪制力矩圖四、凸輪機構(gòu)設計1.基本參數(shù) a=162mm 2.位移的計算取5o為一個分段，分別

9、計算推程和回程的位移（1） 推程等加速段由公式得0o5o10o15o20o25o0o0.278o1.11o2. 5o4.45o6.94 o30o10 o推程等減速段由公式得35o40o45o50o55o60o13.05o15.56o17.5o18.89o19.72o20 o a=162mmmm2）回程等加速段由公式得0o5o10o15o20o25o20o19.72o18.89o17.5o15.56o13.05 o30o10 o回程等減速段由公式得35o40o45o50o55o60o6.94o4.45o2.5o1.11o0.278o0 o凸輪輪廓如下：機械設計 二級減速器設計部分一目的及要求（一

10、）課程設計的目的1、通過機械設計課程設計，綜合運用機械設計課程和其它有關(guān)選修課程的理論和生產(chǎn)實際知識去分析和解決機械設計問題，并使所學知識得到進一步地鞏固、深化和發(fā)展。2、學習機械設計的一般方法。通過設計培養(yǎng)正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力。3、進行機械設計基本技能的訓練，如計算、繪圖、查閱設計資料和手冊，熟悉標準和規(guī)范。（二）任務1.電機選型設計若傳動系統(tǒng)方案采用圖2方案，則考慮零件傳動效率，根據(jù)計算的平衡力矩，確定電機型號（參見機械設計課程設計指導書附錄），無特殊需要，可選用Y系列三相交流異步電動機，要求：給定電機的額定功率和滿載轉(zhuǎn)速。2.傳動裝置設計計算（參見機械設計課程設計指導

11、書）根據(jù)切削次數(shù)要求以及電機額定參數(shù)，設計V帶傳動和二級圓柱齒輪減速器。要求：1）V帶傳動設計計算。2）二級圓柱齒輪減速器設計計算（包括齒輪傳動設計及工作能力校核，軸的結(jié)構(gòu)設計及工作能力校核，軸承選型設計及壽命計算，平鍵連接選型設計計算）；繪制一對齒輪傳動的嚙合圖。3）聯(lián)軸器選型設計。4）繪制二級圓柱齒輪減速器裝配圖（0號圖紙）和關(guān)鍵零部件零件圖。3.編寫設計說明書一份。應包括綜合設計任務書、設計參數(shù)數(shù)據(jù)、設計計算過程等。二減速器結(jié)構(gòu)分析（一）分析傳動系統(tǒng)的工作情況1、傳動系統(tǒng)的作用：作用：介于機械中原動機與工作機之間，主要將原動機的運動和動力傳給工作機，在此起減速作用，并協(xié)調(diào)二者的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩

12、。2、傳動方案的特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單、效率高、容易制造、使用壽命長、維護方便。由于電動機、減速器與滾筒并列，導致橫向尺寸較大，機器不緊湊。但齒輪的位置不對稱，高速級齒輪布置在遠離轉(zhuǎn)矩輸入端，可使軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形部分地抵消，以減緩沿齒寬載荷分布有均勻的現(xiàn)象。3、電機和工作機的安裝位置：電機安裝在遠離高速軸齒輪的一端；工作機安裝在遠離低速軸齒輪的一段。初步確定傳動系統(tǒng)總體方案如:傳動裝置總體設計圖所示。三傳動裝置的總體設計（一）、選擇電動機1、選擇電動機系列按工作要求及工作條件，選用Y系列三相交流異步電動機。2、選電動機功率 （1）、工作機所需輸入功率 （

13、2）、電機的實際輸出功率 3、確定電動機轉(zhuǎn)速所選電動機的額定功率應等于或稍大于電動機的實際輸出功率，即，電動機的可選轉(zhuǎn)速范圍 選取電動機的型號為Y90L-4，機座中心高H=90mm，額定功率，滿載轉(zhuǎn)速為1400r/min，軸伸長E=50mm，伸出端直徑D=48mm，詳細參數(shù)見表19-3.（二）、傳動比分配總傳動比 取 ，則 高速級齒輪傳動比為 則低速級齒輪傳動比為 （三）、運動和動力參數(shù)分析計算1.計算各軸轉(zhuǎn)速2.計算各軸輸入功率3.計算各軸輸入轉(zhuǎn)矩四傳動件的設計計算（一）.帶傳動的設計計算1.確定V帶截型工作情況系數(shù) 兩班倒每天工作16小時，軟啟動，載荷變化較小，由機械設計教材表7-7得 計

14、算功率 V帶截型 根據(jù)和，由圖7-12 選取Z型V帶2、確定V帶輪基準直徑小帶輪基準直徑 由圖7-12及表7-4 選取大帶輪基準直徑 由表7-5知，帶輪基準直徑中恰有此值，取 驗算帶速 3.確定中心距及V帶基準長度初定中心距計算V帶基準長度 V帶基準長度 由表7-2選取實際中心距 擬將帶傳動設計成中心距可調(diào)的及結(jié)構(gòu)，采用近似計算 驗算小帶輪包角 4.確定V帶根數(shù)單根V帶基本額定功率 由表7-6 單根V帶額定功率增量 由表7-8 小帶輪包角修正系數(shù) 由表7-9線性插值求得 帶長修正系數(shù) 由表7-2 V帶根數(shù) 取5.計算初拉力V帶單位長度質(zhì)量 由表7-1 單根V帶的初拉力作用在軸上的載荷 (二)高

15、速軸齒輪的設計與校核1.選擇齒輪材料并確定初步參數(shù)（1）選擇齒輪材料及其熱處理 由表8-1選取小齒輪：40Cr，調(diào)制處理，齒面硬度為260HBW大齒輪：45鋼，調(diào)制處理，齒面硬度為230HBW（2）初選齒輪 選取小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù) （3）選擇齒寬系數(shù)螺旋角和傳動精度等級初估小齒輪直徑 照表8-8選取齒寬系數(shù) 齒輪圓周速度 參照表8-9，齒輪精度選為8級（4）計算許用接觸應力1）計算兩齒輪許用循環(huán)次數(shù)N1，N22）壽命系數(shù) 由圖8-24得：（不允許有一定量點蝕）3） 接觸疲勞極限 由圖8-20a，查MQ線得=720MPa =580MPa4）安全系數(shù) 參照表8-11，取=15）許用接觸應力，

16、根據(jù)式8-14得 小齒輪40Cr調(diào)制小齒輪45鋼調(diào)制齒輪精度8級2.按齒面接觸疲勞強度設計齒輪的主要參數(shù)（1）確定各相關(guān)的參數(shù)值1）計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩 2)確定載荷系數(shù)K使用系數(shù) 按電動機驅(qū)動，輕微沖擊，查表8-4取=1.25動載系數(shù) 按8級精度和速度，查圖8-11，取=1.1齒間載荷分配系數(shù) 由表8-5，取齒向載荷分配系數(shù) 由圖8-14a，取=1.07載荷系數(shù) 3）確定彈性系數(shù) 由表8-6得4）確定節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由圖8-16得=2.55）確定重合度系數(shù) 由式8-8計算得重合度 重合度系數(shù) =2.5（2）求所需小齒輪直徑,由式8-21得 與初估大小基本相符（3） 確定模數(shù)，中心距a等主要幾何參數(shù)

17、 1）模數(shù) 由表8-7取標準模數(shù) =1.75 2）中心距 ，取=100mm， 3） 螺旋角 4）分度圓直徑 5）確定齒寬b 大齒輪齒寬 小齒輪齒寬 3.齒根彎曲疲勞強度校核(1)計算許用彎曲應力1）壽命系數(shù) 由圖8-29取2)極限應力 由圖8-25a取 =100mm3）尺寸系數(shù) 由圖8-30取 4）安全系數(shù) 參照表8-11，取=1.65）計算許用彎曲應力 由式8-16得 （2）計算齒根彎曲應力1）齒形系數(shù)當量齒數(shù) 由圖8-18取 2）應力修正系數(shù) 由圖8-19取 3）重合度系數(shù) 由式8-28 由式8-27 5）齒根彎曲應力 由式8-25得 結(jié)論：齒根彎曲疲勞強度足夠（三）低速軸齒輪的設計與校核

18、1.選擇齒輪材料并確定初步參數(shù)（1）選擇齒輪材料及其熱處理 由表8-1選取小齒輪：40Cr，調(diào)制處理，齒面硬度為260HBW大齒輪：45鋼，調(diào)制處理，齒面硬度為230HBW（2）初選齒輪 選取小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù) （3）選擇齒寬系數(shù)螺旋角和傳動精度等級初估小齒輪直徑，照表8-8選取齒寬系數(shù) =15齒輪圓周速度 參照表8-9，齒輪精度選為8級（4）計算許用接觸應力1）計算兩齒輪許用循環(huán)次數(shù)N1，N22）壽命系數(shù) 由圖8-24得：（不允許有一定量點蝕）3） 接觸疲勞極限 由圖8-20a，查MQ線得=720MPa =580MPa4）安全系數(shù) 參照表8-11，取=1.255）許用接觸應力，根據(jù)式8

19、-14得 小齒輪40Cr調(diào)制小齒輪45鋼調(diào)制=15齒輪精度8級2.按齒面接觸疲勞強度設計齒輪的主要參數(shù)（1）確定各相關(guān)的參數(shù)值1）計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩T2 2)確定載荷系數(shù)K使用系數(shù) 按電動機驅(qū)動，輕微沖擊，查表8-4取=1.25動載系數(shù) 按8級精度和速度，查圖8-11，取=1.06齒間載荷分配系數(shù) 由表8-5，取齒向載荷分配系數(shù) 由圖8-14a，取=1.07載荷系數(shù) 3）確定彈性系數(shù) 由表8-6得4）確定節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由圖8-16得=2.55）確定重合度系數(shù) 由式8-8計算得 重合度 重合度系數(shù) 6) 螺旋角系數(shù) =2.5（2）求所需小齒輪直徑,由式8-21得 與初估大小基本相符（3）確定模數(shù)，

20、中心距a等主要幾何參數(shù) 1）模數(shù) 由表8-7取標準模數(shù) =1.75 2）中心距 ，取=115mm3）螺旋角4）分度圓直徑 5）確定齒寬b 大齒輪齒寬 小齒輪齒寬 3.齒根彎曲疲勞強度校核(1)計算許用彎曲應力1）壽命系數(shù) 由圖8-29取2)極限應力 由圖8-25a取 3）尺寸系數(shù) 由圖8-30取 4）安全系數(shù) 參照表8-11，取=1.6=115mm5）計算許用彎曲應力 由式8-16得 （2）計算齒根彎曲應力1）齒形系數(shù)當量齒數(shù) 由圖8-18取 2）應力修正系數(shù) 由圖8-19取 3）重合度系數(shù) 4）螺旋角系數(shù) 5）齒根彎曲應力 由式8-9得 結(jié)論：齒根彎曲疲勞強度足夠（四）聯(lián)軸器的選擇初估低速軸

21、的最小直徑低速軸的材料為45鋼，C值根據(jù)課程設計指導書表3-1選取有鍵槽軸徑加大4%，取根據(jù)表17-2，選擇HL2型彈性柱銷聯(lián)軸器（五）軸的設計與校核1.齒輪軸的設計初估齒輪軸受扭段的最小軸徑 齒輪軸的材料為40Cr，C值根據(jù)課程設計指導書表3-1選取mm 有鍵槽軸徑加大4%，取 ，取，取根據(jù)齒輪分度圓的大小，選取齒輪軸段的直徑軸徑確定后，初定軸承型號，采用角接觸球軸承，型號為7204,從而查得軸承寬度B1=14。根據(jù)箱體的尺寸，確定各軸段的長度。L1=64mm L2=50mm L3=28mm L4=75mm L5=45mm L6=35mm B1=142.中間軸的設計初估齒輪軸受扭段的最小軸徑 齒輪軸的材料為45鋼，C值根據(jù)課程設計指導書表3-1選取mm 取，取，取，取軸徑確定后，初定軸承型號，采用角接觸球軸承，型號為7205,從而查得軸承寬度B2=15mm根據(jù)箱體的尺寸，確定各軸段的長度。L1=39mm L2=66mm L3=8mm L4=58mm L5=37mm3.低速軸的設計與校核（1）低速軸的設計根據(jù)聯(lián)軸器的型號，確定，取 取軸徑確定后，初定軸承型號，采用角接觸球軸承，型號為7208,從而查得軸承寬度B3=18mmB2=15mmB3=18mm軸徑確定后，初