數(shù)控車床課程設(shè)計機床運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、目錄1. 概述11.1 機床課程設(shè)計的目的11.2 銑床的規(guī)格系列和用處11.3 操作性能要求12. 參數(shù)的擬定12.1 確定極限轉(zhuǎn)速12.2 主電機選擇13. 傳動設(shè)計23.1 主傳動方案擬定23.2 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇23.2.1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目23.2.2 傳動式的擬定23.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定34. 傳動件的估算44.1 三角帶傳動的計算44.2 傳動軸的估算64.2.1 傳動軸直徑的估算64.2.2 傳動軸以及主軸計算轉(zhuǎn)速74.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算74.3.1 齒輪齒數(shù)的確定74.3.2 齒輪模數(shù)的計算84.3.3 齒寬確定104.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計

2、115. 動力設(shè)計115.1 主軸剛度驗算115.1.1 選定前端懸伸量c115.1.2 主軸支承跨距l(xiāng)的確定125.1.3 計算當(dāng)量外徑125.1.4 主軸剛度的計算125.1.5 對于這種機床的剛度要求125.2 齒輪校驗135.3 軸承的校驗136. 系統(tǒng)傳動圖147. 心得體會168. 參考文獻(xiàn)171.概述1.1機床課程設(shè)計的目的機床課程設(shè)計，是在金屬切削機床課程之后進(jìn)行的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的在于通過機床運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使學(xué)生在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機械制圖，零件計算，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立

3、正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。1.2銑床的規(guī)格系列和用處普通機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計的是普通銑床主軸變速箱。1.3 操作性能要求1）具有皮帶輪卸荷裝置2）主軸的變速由滑移齒輪完成2.參數(shù)的擬定2.1 確定極限轉(zhuǎn)速 主軸最大轉(zhuǎn)速1400r/min，最低轉(zhuǎn)速31.5r/min。公比=1.412.2 主電機選擇合理的確定電機功率n，使機床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。已知電動機的功率是5.5kw，根據(jù)機床設(shè)計手冊3選y132s

4、1-2，額定功率5.5，滿載轉(zhuǎn)速2900 ，最大額定轉(zhuǎn)距2.2。3.傳動設(shè)計3.1 主傳動方案擬定擬定傳動方案，包括傳動型式的選擇以及開停、換向、制動、操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動型式則指傳動和變速的元件、機構(gòu)以及組成、安排不同特點的傳動型式、變速類型。傳動方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定傳動方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟等多方面統(tǒng)一考慮。傳動方案有多種，傳動型式更是眾多，比如：傳動型式上有集中傳動，分離傳動；擴大變速范圍可用增加傳動組數(shù)，也可用背輪結(jié)構(gòu)、分支傳動等型式；變速箱上既可用多速電機，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。顯然，可能的方案有

5、很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計中，我們采用集中傳動型式的主軸變速箱。3.2 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復(fù)雜的傳動并想由此導(dǎo)出實際的方案，就并非十分有效。3.2.1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目級數(shù)為z的傳動系統(tǒng)由若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有、個傳動副。即本設(shè)計中傳動級數(shù)為z=12。傳動副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，本課程設(shè)計選擇方案： 12=322；12232；122233.2.2 傳動式的擬定 12級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，選擇傳動組安排方式時，考慮到機床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能以及一個

6、“前多后少”的原則。故離電動機近的傳動組的傳動副個數(shù)最好高于后面的傳動組的傳動副數(shù)。主軸對加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個傳動組的傳動副常選用2。綜上所述，傳動式為12=232。3.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定對于12=232傳動式，有6種結(jié)構(gòu)式和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為： 根據(jù)(1)傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍（2）基本組擴大組的排列順序，初選的方案。轉(zhuǎn)速圖的擬定 圖1轉(zhuǎn)速圖4. 傳動件的估算4.1 三角帶傳動的計算三角帶傳動中，軸間距a可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，機床中常用作電機輸

7、出軸的定比傳動。(1) 選擇三角帶的型號根據(jù)機械設(shè)計4表8-6取=1.2 根據(jù)公式 式中p-電動機額定功率，-工作情況系數(shù) 查機械設(shè)計4圖8-8因此選擇a型帶，尺寸參數(shù)為b=80mm，=11mm，h=10，。(2)確定帶輪的計算直徑，帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即。查機械設(shè)計4表8-3，8-7取主動輪基準(zhǔn)直徑=125。由公式 式中：-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動系數(shù)，一般取0.02。所以 ，取值250mm，可以滿足傳動比的要求。(3) 確定三角帶速度 按公式 (4)初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選取

8、： 根據(jù)經(jīng)驗公式 取 ，取=500mm. (5)三角帶的計算基準(zhǔn)長度 由機械設(shè)計4表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計算長度 l=1600mm(6)確定實際中心距 (7)驗算小帶輪包角 ，主動輪上包角合適。(8)確定三角帶根數(shù)根據(jù)機械設(shè)計4式8-22得傳動比查表8-5c，8-5d 得= 0.34kw,= 2.05kw查表8-8，=0.96；查表8-2，=0.96z=2.98取 z=3 根4.2 傳動軸的估算 傳動軸除應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，強度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，

9、可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。4.2.1 傳動軸直徑的估算 其中：p-電動機額定功率 k-鍵槽系數(shù) a-系數(shù)-從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；-該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。計算轉(zhuǎn)速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系確定。查機械制造裝備設(shè)計1表3-8取i，iv軸的k=1.05，a=92；ii，iii軸是花鍵軸，取k=1.07，a=83。所以 此軸徑為平均軸徑，設(shè)計時可相應(yīng)調(diào)整。4.2.2 傳動軸以及主軸計算轉(zhuǎn)速 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖可判斷： 軸3可以從主軸90r/min

10、 按22/88的傳動副找上去,軸3的計算轉(zhuǎn)速125r/min;軸2的計算轉(zhuǎn)速為500r/min;軸1的計算轉(zhuǎn)速為710r/min。4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算4.3.1 齒輪齒數(shù)的確定當(dāng)各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機械設(shè)計手冊推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從1表3-6（機械制造裝備設(shè)計）中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應(yīng)大于1820。采用三聯(lián)滑移齒輪時，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。第一

11、組齒輪： 傳動比： ，查表，齒數(shù)和取84 =42，=42，=35，=49，第二組齒輪： 傳動比： 齒數(shù)和取90 第三組齒輪： 傳動比： 齒數(shù)和取110： =73，=37，=22，=88，4.3.2 齒輪模數(shù)的計算(1)- 齒輪彎曲疲勞的計算： （機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)3p36，為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，可根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定）齒面點蝕的計算： 取a=81，由中心距a及齒數(shù)計算出模數(shù)： 根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取(2) -齒輪彎曲疲勞的計算： 齒面點蝕的計算： 取a=127，由中心距a及齒數(shù)計算出模數(shù)： 根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取(3)- 齒輪

12、彎曲疲勞的計算： 齒面點蝕的計算： 取a=140，由中心距a及齒數(shù)計算出模數(shù)： 根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取(4)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：從機械原理9 表10-2查得以下公式齒頂圓 齒根圓 分度圓 齒頂高 齒根高 齒輪的具體值見表齒輪尺寸表齒輪齒數(shù)z模數(shù)m分度圓d齒頂圓齒根圓齒頂高齒根高1423126132118.533.752423126132118.533.75335310511197.533.754493147153139.533.755183546046.533.756723216222198.533.757453135141127.533.75845313514112

13、7.533.759303909682.533.7510603180186172.533.7511733219225211.533.7512373111117103.533.7513223667258.533.7514883264270256.533.754.3.3齒寬確定 由公式得：第一套嚙合齒輪 第二套嚙合齒輪 第三套嚙合齒輪 反轉(zhuǎn)嚙合齒輪一對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計上，應(yīng)主動輪比小齒輪齒寬大所以， 4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 查機械設(shè)計4p156頁，當(dāng)。d是軸承外徑，查機械零件手冊2確定選用深溝球軸承6211，d=55mm,d=10

14、0mm。帶輪內(nèi)孔尺寸是軸承外徑尺寸100mm。齒機械設(shè)計4表8-10確定參數(shù)得： 帶輪寬度： 分度圓直徑： ， 5. 動力設(shè)計5.1主軸剛度驗算 5.1.1 選定前端懸伸量c，參考機械裝備設(shè)計1p121，根據(jù)主軸端部的結(jié)構(gòu)，前支承軸承配置和密封裝置的型式和尺寸，這里選定c=120mm. 5.1.2 主軸支承跨距l(xiāng)的確定 后支撐是圓錐滾子軸承。 l=600mm5.1.3 計算當(dāng)量外徑 64.17mm 5.1.4主軸剛度的計算 由于，故根據(jù)式金屬切削機床5（1018）： 5.1.5 對于這種機床的剛度要求 由于這種機床屬高效通用機床，主軸的剛度可根據(jù)自激振動穩(wěn)定性決定。取阻尼比；當(dāng),時，。這種機床

15、要求切削穩(wěn)定性良好，取 代入式（1016）， 根據(jù)穩(wěn)定性指標(biāo)的規(guī)定，工件長度，加上卡盤，共長。根據(jù)式（1018）， 根據(jù)式（1019）， 可以看出，該機床主軸是合格的。5.2 齒輪校驗 在驗算算速箱中的齒輪應(yīng)力時，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗算。這里要驗算的是齒輪5，齒輪9，齒輪12這三個齒輪。 齒輪5的齒數(shù)為28，模數(shù)為3，齒輪的應(yīng)力：1）接觸應(yīng)力： u-大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比；-區(qū)域系數(shù)； -彈性影響系數(shù)； k-載荷系數(shù)；圓周力。查機械設(shè)計4表10-4及圖10-8及表10-2分布得假定齒輪工作壽命是48000h。最終確定 ：接觸應(yīng)力 830.0mpa

16、 接觸疲勞強度校核滿足2） 彎曲應(yīng)力： 齒型系數(shù)；應(yīng)力校正系數(shù).查機械設(shè)計4有，求得： =105mpa 彎曲疲勞強度校核滿足另外兩齒輪計算方法如上，均符合要求。5.3軸承的校驗一般機床傳動軸的滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命驗算。機床主軸通常有較高的剛度要求。主軸軸徑的尺寸較大，按軸徑尺寸所選定的軸承，其疲勞壽命是足夠的，所以對主軸軸承主要進(jìn)行精度和剛度的校核。對于轉(zhuǎn)速很低的滾動軸承，主要因滾動體接觸面的永久變形而失效，故應(yīng)驗算其靜載荷。45#鋼 調(diào)質(zhì) 毛土坯直徑 硬度 抗拉強度極限 屈服強度極限彎曲疲勞極限剪切疲勞極限許用彎曲應(yīng)力按扭轉(zhuǎn)強度校驗n=160p=3.13kwd=70mm故軸符合，軸選用45#鋼調(diào)質(zhì)處理。6.系統(tǒng)傳動圖7.心得體會在課程設(shè)計當(dāng)中，對銑床主軸箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了相當(dāng)?shù)睦斫?。設(shè)計的過程中遇到很多問題，認(rèn)識到自己對金屬切削機床以及其他相關(guān)課程的學(xué)習(xí)還