臥式車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2[高等教育]

1、 臥式車(chē)床主主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué) 院、 系： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 ： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師姓名： 姚建明 職稱： 副教授 最終評(píng)定成績(jī)： 2015 年12月10日 至 2016 年 01月09日目錄1普通車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)2 參數(shù)的擬定3傳動(dòng)設(shè)計(jì)4傳動(dòng)件的估算5動(dòng)力的設(shè)計(jì)6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明7參考文獻(xiàn)8總結(jié)一、普通車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)1.1普通車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)： （a）主軸最低轉(zhuǎn)速15主軸最高轉(zhuǎn)速1500（b）公比=1.26； （c）電機(jī)功率為7.5KW； （d）電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min。 二、參數(shù)的擬定2.2 電機(jī)的選擇 已知異

2、步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有3000 、1500 、1000、750 ，已知=7.5KW，根據(jù)車(chē)床設(shè)計(jì)手冊(cè)附錄表2選Y132M-4，額定功率7.5,滿載轉(zhuǎn)速為1440 ，。 z=11 為了方便計(jì)算取z=12三、傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.1 主傳動(dòng)方案擬定 此次設(shè)計(jì)中，我們采用集中傳動(dòng)型式的主軸變速箱。3.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)由若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有、個(gè)傳動(dòng)副。即 傳動(dòng)副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子： ，可以有3種方案：12=322；12=232；12=223 傳動(dòng)式的擬定 12級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，選擇傳動(dòng)組

3、安排方式時(shí)，考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。 主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響很大，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副常選用2。綜上所述，選傳動(dòng)式為12=322。 結(jié)構(gòu)式的擬定 對(duì)于12=322傳動(dòng)式，有6種結(jié)構(gòu)式和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為： 12=32212612=312326 12=342221 12=34212212=312623 12=322621 根據(jù)主變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原則四 、傳動(dòng)件的估算4.1 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算三角帶傳動(dòng)中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸大，機(jī)床中常用作

4、電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。(1)選擇三角帶的型號(hào) 根據(jù)公式：式中P-電動(dòng)機(jī)額定功率，-工作情況系數(shù) 因此選擇A型帶。(2)確定帶輪的計(jì)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(guò)小，即。查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-3，8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=125mm。 由公式： 式中：-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，所，取整為250mm。(3)確定三角帶速度按公式： 因?yàn)?m/minV25 m/min,所以選擇合適。 (4)初步初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。?根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式即：262.5mm 750mm取=600mm.(5)三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度

5、由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 (6)驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù) 符合要求。 (7)確定實(shí)際中心距(8) 驗(yàn)算小帶輪包角，輪上包角合適(9)確定三角帶根數(shù)得: 傳動(dòng)比: 查表得= 0.40KW,= 3.16KW；=0.97；，=0.95 所以取 根(10)計(jì)算預(yù)緊力查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-4，q=0.18kg/m(11)計(jì)算壓軸力4.2 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)。D是軸承外徑，查機(jī)械零件手冊(cè)確定選用深溝球軸承6211，d=55mm,D=100mm。帶輪內(nèi)孔尺寸是軸承外徑尺寸100mm。齒機(jī)械設(shè)計(jì)表8-10確定參數(shù)得： 帶輪寬度： 分度圓直徑：， 4.3傳動(dòng)軸的估算傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求

6、，強(qiáng)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(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過(guò)大的變形。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 主軸 計(jì)算轉(zhuǎn)速為主軸從最低轉(zhuǎn)速算起，第一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高級(jí)轉(zhuǎn)速，即為。同理有公式可以得出各軸的計(jì)算速度：N=180rmin、N=335rmin、N=710rmin。 各軸直徑的估算 其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率 K-鍵槽系數(shù) A-系數(shù)-從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積；-該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功

7、率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定。軸：K=1.05，A=110 所以 ， 取40mm軸：K=1.05，A=110 , 取45mm軸：K=1.05，A=92 , 取45mm軸：K=1.05，A=92, 取54mm此軸徑為平均軸徑，設(shè)計(jì)時(shí)可相應(yīng)調(diào)整。44齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算 齒輪齒數(shù)的確定當(dāng)各變速組的傳動(dòng)比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對(duì)于定比傳動(dòng)的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的方法確定。對(duì)于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，變速組內(nèi)每對(duì)齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從表3-6（機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)）中選取。一般在主傳動(dòng)中，最小

8、齒數(shù)應(yīng)在1721。采用三聯(lián)滑移齒輪時(shí)，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。第一組齒輪：傳動(dòng)比：, ， 齒數(shù)和取72=24，=30，=36，=48，=42，=36；第二組齒輪：傳動(dòng)比：,， 齒數(shù)和取84：=22，=42，=62，=42；第三組齒輪：傳動(dòng)比：,齒數(shù)和取90：=18，=60，=72，=30；各齒輪齒數(shù)表：2430364842362242624218607230 齒輪模數(shù)的計(jì)算(1) 彎曲疲勞（根據(jù)齒輪最多的齒輪進(jìn)行計(jì)算與計(jì)算）齒輪彎曲疲勞的估算Z4：Z9：Z13：（2）齒面點(diǎn)蝕估算Z4：Z9：Z13：齒數(shù)模數(shù)：第

9、一變速組第二變速組第三變速組mw2.433.173.36mj2.843.453.59取m444(3)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：從機(jī)械原理 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(jiàn)表齒輪尺寸表：齒輪齒數(shù)Z模數(shù)M分度圓D齒頂圓12449610423041201283364144152448419220054241681766364144152722488968424168176962424825610424168176111847280126042402481372428829614304120128齒輪齒根圓齒頂高齒根高1106452130453154454202455178

10、45615445798458178459258451017845118245122504513298451413045 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 一對(duì)嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計(jì)上，應(yīng)主動(dòng)輪比小齒輪齒寬大所以；， 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 當(dāng)時(shí)，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問(wèn)題，現(xiàn)敲定把齒輪14做成腹板式結(jié)構(gòu)。其余做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。齒輪14計(jì)算如下： ， ， 4.5 傳動(dòng)軸間的中心距4.6軸承的選擇軸： 6208 D=80 B=18 深溝球軸承軸： 7207C D=72 B=17 圓錐滾子軸承軸： 720

11、7C D=72 B=17 圓錐滾子軸承軸： 7208C D=80 B=18 圓錐滾子軸承五、動(dòng)力設(shè)計(jì)5.1傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 由于變速箱各軸的應(yīng)力都比較小，驗(yàn)算時(shí)，通常都是用復(fù)合應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算： （MPa）為復(fù)合應(yīng)力（MPa）為許用應(yīng)力（MPa）W為軸危險(xiǎn)斷面的抗彎斷面模數(shù) 實(shí)心軸： 空心軸： 花鍵軸：d為空心軸直徑，花鍵軸內(nèi)徑D為空心軸外徑，花鍵軸外徑d0為空心軸內(nèi)徑b為花鍵軸的鍵寬Z為花鍵軸的鍵數(shù)M為在危險(xiǎn)斷面的最大彎矩 NmmT為在危險(xiǎn)斷面的最大扭矩N為該軸傳遞的最大功率Nj為該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速齒輪的圓周力：齒輪的徑向力： 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸： 作用在齒輪上的力的計(jì)算 已知大齒輪的分度圓直徑：d=m

12、z=484=192mm圓角力： 徑向力：軸向力：方向如圖所示：由受力平衡：=1759.2N=N所以=（1759.2+）=2148.41N以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，由彎矩平衡得：105+（105+40）（300+40+105）=0所以：=1635.65N =512.76N在V面內(nèi)的受力情況和彎矩圖如下：受力平衡：即：1759.2+778.420以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，由彎矩平衡：105（105+40）+（30010540）=0所以=2989.32N =451.7N 主軸抗震性的驗(yàn)算（1）支撐剛度，包括軸承的彈性變形和坐圈接觸變形。向心推力球軸承：=（0.70.002）d圓錐孔雙列向力短圓柱滾子軸承：=（mm）前軸

13、承處d=100，R=5400kgf，所以：=0.0108mm =0.0251mm坐圓外變形：對(duì)于向心球軸承：D=150，d=100，b=60，取k=0.01所以：對(duì)于短圓柱滾子軸承：D=150，d=100，b=37，取k=0.01，R=12500kgf所以：所以軸承的徑向變形：=+=0.05+0.053=0.103mm支撐徑向剛度：k=（2）量主要支撐的剛度折算到切削點(diǎn)的變形其中L=419mm，KA=121359.2kg/mm所以：（3）主軸本身引起的切削點(diǎn)的變形其中：P=2940N，a=125mm，L=419mm，E=2107N/cm，D=91mmI=0.05（D4-d4）=0.05（914

14、-464）=3163377.25mm2所以：（4） 主軸部件剛度（5） 驗(yàn)算抗振性則：所以：所以主軸抗振性滿足要求。5.2齒輪校驗(yàn)在驗(yàn)算算速箱中的齒輪應(yīng)力時(shí)，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(yàn)算。這里要驗(yàn)算的是齒輪2，齒輪7，齒輪12這三個(gè)齒輪。（1）接觸應(yīng)力公式： u-大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比； -齒向載荷分布系數(shù)；-動(dòng)載荷系數(shù)；-工況系數(shù)；-壽命系數(shù)查機(jī)械裝備設(shè)計(jì)表10-4及圖10-8及表10-2分布得假定齒輪工作壽命是48000h，故應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為查機(jī)械裝備設(shè)計(jì)圖10-18得，所以：（2）彎曲應(yīng)力： Y=0.378，代入公式求得： =158.5Mpa 查

15、機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21e,齒輪的材產(chǎn)選，大齒輪、小齒輪的硬度為60HRC，故有，從圖10-21e讀出。因?yàn)椋海蕽M足要求，另外兩齒輪計(jì)算方法如上，均符合要求。5.3軸承的校驗(yàn)軸選用的是角接觸軸承7206 其基本額定負(fù)荷為30.5KN 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值所以齒輪越小越靠近軸承，對(duì)軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對(duì)軸未端的滾子軸承進(jìn)行校核。 齒輪的直徑 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 Nm 齒輪受力 N 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 N N 因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得為1.2到1.8，取，則有： N N軸承的壽命 因?yàn)椋园摧S承1的受力大小計(jì)算： h故

16、該軸承能滿足要求。六、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明6.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、軸承、帶輪和齒輪等）、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開(kāi)圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計(jì)由于時(shí)間的限制，一般只畫(huà)展開(kāi)圖。主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動(dòng)效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)中不可避免要經(jīng)過(guò)反復(fù)思考和多次

17、修改。在正式畫(huà)圖前應(yīng)該先畫(huà)草圖。目的是： 布置傳動(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案。 檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時(shí)正。 確定傳動(dòng)軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對(duì)位置，以確定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。6.2 I軸（輸入軸）的設(shè)計(jì)將運(yùn)動(dòng)帶入變速箱的帶輪一般都安裝在軸端，軸變形較大，結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意加強(qiáng)軸的剛度或使軸部受帶的拉力（采用卸荷裝置）。我們采用的卸荷裝置一般是把軸承裝載法蘭盤(pán)上，通過(guò)法蘭盤(pán)將帶輪的拉力傳遞到箱壁上。齒輪與軸之間的軸承可以用滾動(dòng)軸承也可以用滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承在一些性能和維修上不如滾動(dòng)軸承，但它的徑向尺寸小?？仗X輪需要有

18、軸向定位，軸承需要潤(rùn)滑。6.3齒輪塊設(shè)計(jì)齒輪是變速箱中的重要元件。齒輪同時(shí)嚙合的齒數(shù)是周期性變化的。也就是說(shuō)，作用在一個(gè)齒輪上的載荷是變化的。同時(shí)由于齒輪制造及安裝誤差等，不可避免要產(chǎn)生動(dòng)載荷而引起振動(dòng)和噪音，常成為變速箱的主要噪聲源，并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性。在齒輪塊設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮這些問(wèn)題。齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式很多，取決于下列有關(guān)因素： 是固定齒輪還是滑移齒輪。 移動(dòng)滑移齒輪的方法。 齒輪精度和加工方法。6.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)機(jī)床傳動(dòng)軸，廣泛采用滾動(dòng)軸承作支撐。軸上要安裝齒輪、離合器和制動(dòng)器等。傳動(dòng)軸應(yīng)保證這些傳動(dòng)件或機(jī)構(gòu)能正常工作。 首先傳動(dòng)軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。如撓度和傾角過(guò)大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動(dòng)、噪聲、空載功率、磨損和發(fā)熱增大；兩軸中心距誤差和軸芯線間的平行度等裝配及加工誤差也會(huì)引起上述問(wèn)題。傳動(dòng)軸可以是光軸也可以是花鍵軸。成批生產(chǎn)中，有專門(mén)加工花鍵的銑床和磨床，工藝上并無(wú)困難。所以裝滑移齒輪的軸都采用花鍵軸，不裝滑移齒輪的軸也常采用花鍵軸?；ㄦI軸承載能力高，加工和裝配也比帶單鍵的光軸方便。軸的部分長(zhǎng)度上的花鍵，在終端有一段不是全高，不能和花鍵空配合。這是加工時(shí)的過(guò)濾部分。一般尺寸花鍵的滾刀直徑為6585。機(jī)床傳動(dòng)軸常采用的滾動(dòng)軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升、空載功率和噪聲等方面，球軸承都比滾錐軸承優(yōu)越。而且滾錐軸承對(duì)軸的剛度、支撐