機械制造裝備課程設計

1、沈陽理工大學課程設計專用紙No 34緒 論12主傳動的運動設計22.1 轉速圖的擬定22.2 齒輪齒數(shù)的確定42.3 繪制傳動系統(tǒng)圖52.4主軸及各傳動軸計算轉速的確定62.5估算各傳動軸軸徑62.6 齒輪模數(shù)的估算83 皮帶輪的設計103.1 設計計算104.核算主軸轉速誤差135.機床零件的驗算145.1 傳動軸的驗算145.2齒輪的驗算176.結束語20參考書目21 沈陽理工大學緒 論 金屬切削機床是用刀具或磨具對金屬工件進行切削加工的機器。在一般機械制造工廠中，機床約占機器設備總臺數(shù)的5070%，它所擔負的工作量約占總勞動量的一半。 現(xiàn)代化工業(yè)生產主要表現(xiàn)在生產總量的提高與先進的技術指

2、標兩方面，而這些則取決于機械制造工業(yè)提供的裝備的技術水平、機床工業(yè)是及其制造業(yè)的重要部門，擔負著為農業(yè)、工業(yè)、科學技術和國防等現(xiàn)代化提供技術裝備的任務，在整個國民經(jīng)濟中占有重要地位。一個國家機床工業(yè)的技術水平。機床的擁有量和現(xiàn)代化程度是這個國家工業(yè)生產能力核技術水平的重要標志之一。 我國機床工業(yè)從無到有，從小到大，從修配到制造，從紡織到自行設計，從沿海到內地，從通用機床到專用機床，從單機到配套，不斷發(fā)展壯大。目前，我國的機床工業(yè)體系已經(jīng)基本形成，并設計和制造了一些具有先進水平的機床，逐步掌握了精密、高效、簡短、重型等機床品種。許多工廠已試制和生產了數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床以及加工中心。機關

3、技術、靜壓技術、數(shù)顯裝置、電子計算機等也成功地用到機床上。 雖然我國的機床工業(yè)取得了巨大的成就，但還不能滿足國防建設和工業(yè)告訴發(fā)展的需要，特別是在質量和品種方面，在重型機床和高效機床方面，在基本理論和試驗研究方面，與世界先進水平相比還存在一定的差距。2主傳動的運動設計2.1 轉速圖的擬定 分析和設計主傳動系統(tǒng)須應用一種特殊線圖，稱為轉速圖。轉速圖能夠清楚的表達出：傳動軸的數(shù)目，主軸及各傳動軸的轉速級數(shù)、轉速值及其傳動路線，變速組的個數(shù)、傳動順序及擴大順序，各變速組的傳動副數(shù)及其傳動比數(shù)值，變速規(guī)律等。首先根據(jù)最高轉速和最低轉速確定變速范圍，選擇合適的公比后再確定轉速級數(shù)，繪制轉速圖：已知機床的

4、轉速范圍在15r/min5069r/min，電動機的最高轉速為4700r/min，額定轉速為1500 r/min，電動機的額定功率P=15kW，確定主軸箱結構（1）確定主軸的變速范圍 （2）確定主軸的計算轉速 由于數(shù)控機床主軸的變速范圍大，計算轉速應比計算值高些，所以取計算轉速nj=。（3）確定主軸的恒功率變速范圍 （4）確定電動機所能夠提供的恒功率變速范圍 由于RnN>>RdN，電動機直接驅動主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個無級變速箱，以滿足主軸的恒功率調速范圍。 變速箱恒功率調速范圍：（5）確定轉速級數(shù)令，則 對于數(shù)控車床，為了加工端面時滿足恒線速度切削的要求，應使

5、轉速有一些重復，故取。 回求（6） 驗算變速組的變速范圍是否超過極限值： 滿足要求(7)擬定轉速圖和功率特性圖如圖2.1所示 圖2.1 轉速圖和主軸功率特性圖在設計主傳動系統(tǒng)結構時，需要全面考慮，特別要注意結構尺寸和傳動性能的影響，以便擬定出更加完善合理的轉速圖方案。 2.2 齒輪齒數(shù)的確定 確定齒輪齒數(shù)應注意的問題： 齒輪的齒數(shù)和不應過大，以免加大兩軸之間的中心距，使機床的機構龐大；同時，增加齒數(shù)和，還會提高齒輪的線速度而加大噪音。一般推薦齒數(shù)和。 齒輪的齒數(shù)和不應過小，應考慮：a.最小齒輪不產生根切現(xiàn)象，對于標準直齒圓柱齒輪，一般取最小齒數(shù)。b.受結構限制的各齒輪（尤其是最小齒輪），應能可

6、靠地裝到軸上或進行套裝；齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的厚度 (為模數(shù)），以保證有足夠的強度，避免出現(xiàn)變形或斷裂現(xiàn)象。c.兩軸間最小中心距應取得適宜。若齒數(shù)和太小，則中心距過小，將導致兩軸上的軸承及其他結構之間的距離過近或相碰。確定齒輪齒數(shù)時，應符合轉速圖上傳動比的要求。實際傳動比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動比（轉速圖上給定的傳動比）之間允許有誤差，但不應過大。由于確定齒輪齒數(shù)所造成的主軸轉速相對誤差，一般于不允許超過。即。 式中 主軸的實際轉速； 主軸的標準轉速； 公比。 確定齒輪齒數(shù)（變速組內齒輪模數(shù)相同時齒輪齒數(shù)的定）： 確定齒輪齒數(shù)時，首先必須確定出各變速組內齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結構尺寸判斷其

7、最小齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。在同一變速組內的齒輪可取相同的模數(shù)，也可取不同的模數(shù)。 根據(jù)轉速圖確定的傳動比可初步確定各軸的齒輪如下：（1）軸與軸的中間齒輪的齒數(shù)取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。（2）軸與軸之間齒輪的齒數(shù)取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。（3）軸與軸之間齒輪的齒數(shù)取 25 根據(jù)上式求得 80且，所以滿足要求。（4）軸與軸之間齒輪的齒數(shù) 取 根據(jù)式求得 66且，所以滿足要求。 聯(lián)立上面兩式求得：, 。2.3 繪制傳動系統(tǒng)圖根據(jù)上述求出的齒輪齒數(shù)繪制傳動系統(tǒng)圖如下：2.4主軸及各傳動軸計算轉速的確定(1) 主軸計算轉速的確定：根據(jù)轉速圖得中型車床主軸的計算轉速。(2) 各軸的

8、計算轉速的確定主軸計算轉速確定后，就可以從轉速圖上得出各傳動軸的計算轉速，對于上述轉速圖可得各傳動軸的計算轉速如下：軸的計算轉速：軸的計算轉速：軸的計算轉速：軸的計算轉速：2.5估算各傳動軸軸徑根據(jù)傳動軸傳動的功率大小，用扭轉剛度公式進行初步的計算。 式中 d受扭部分的最小直徑（mm），計算值應圓整為標準直徑系列； K鍵槽系數(shù)，按表選?。?A根據(jù)許用扭轉角確定的系數(shù)，按表2.1選取； d傳動軸受扭部分的直徑（mm）； P電動機額定功率 （kW）； 從電動機到所計算的軸的機械效率，見表2 被估算的傳動軸的計算轉速（）。表2.1 估算軸徑時A和K值0.250.511.52A130110928377

9、K無鍵單鍵雙鍵花鍵軸內徑11.041.051.071.10.93表2.2各傳動機械效率的概略值類別傳動件平均機械效率齒輪傳動直齒圓柱齒輪，磨齒0.99帶傳動V帶0.96滾動軸承滾子軸承0.99由于各傳動軸屬于一般傳動軸，所以取，所對應的，電動機的額定功率。（1）軸軸徑的估算由于軸為花鍵軸，所以取且 圓整后?。?）軸軸徑的估算由于軸為花鍵軸，所以取 且 圓整后?。?）軸軸徑的估算由于軸為花鍵軸，所以取 且 圓整后取（4） 軸軸徑的估算由于軸為花鍵軸，所以取 圓整后取（5）軸軸徑的估算軸為主軸，其前軸徑的尺寸，根據(jù)電動機的額定功率，應在100160之間，取。則后軸徑為：圓整后取2.6 齒輪模數(shù)的估

10、算 初步計算齒輪模數(shù)時，按簡化的接觸疲勞強度公式進行。一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最重的小齒輪進行計算。從等強度的觀點出發(fā)，可減小其它齒輪的寬度，使齒輪基本上處于在相近的接觸應力或彎曲應力狀態(tài)下工作。這樣一來，還可以縮短該傳動組的軸向尺寸。模數(shù)的估算公式如下： 式中 mj按接觸疲勞強度估算的齒輪模數(shù)（mm），應圓整為標準值； P電動機額定功率（kW）； nj被估算齒輪的計算轉速（r/min）； u大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u>1,外嚙合為“+”號，內嚙合為“-”號； Z小齒輪齒數(shù)； m齒寬系數(shù)， m=B/m=610，B為齒寬，m為模數(shù)； j許用接觸應力（MPa），根據(jù)材料查表

11、得。根據(jù)表選擇鋼（整體淬火）或20CrMnTi（S-C59），其接觸應力分別為、，取，由公式來確定各對齒輪的模數(shù)：（1）第一對齒輪： ； 取標準值 中心距（2）第二對齒輪： ； ； 取標準值 中心距（3） 第三對齒輪：20CrMnTi ；取標準值 中心距（4）第四對齒輪：20CrMnTi ； ； 取標準值 中心距（5）第五對齒輪：20CrMnTi ； ； 取標準值 中心距3 皮帶輪的設計 帶傳動是由帶和帶輪組成傳遞運動和動力的傳動。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動和嚙合帶傳動。摩擦帶傳動是機床主要傳動方式之一，常見的有平帶傳動和V帶傳動；嚙合傳動只有同步帶一種。 普通V帶傳動是常見的帶傳動形

12、式，其結構為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40°、相對高度進似為0.7、梯形截面環(huán)行帶。其特點為：當量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動比大、預緊力小。繩芯結構帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應用于：帶速V2530m/s;傳動功率P700kW;傳動比i10軸間距小的傳動。3.1 設計計算 普通V帶傳動的設計計算見表。設計普通V帶傳動的原始數(shù)據(jù)為：傳遞的功率P(KW）；小、大帶輪的轉速n1、n2(r/min)；傳動對外廓尺寸的要求；傳動的工作條件。已知、。普通V帶的計算： (1)設計功率的確定：查得工況系數(shù)(2) 選定帶型：根據(jù)和確定為B型。(3)傳動比：根據(jù)轉速圖知,傳動

13、比為(4)確定小帶輪基準直徑：參考表取(5)確定大帶輪直徑：取標準值 (6) 驗算帶速：因為在之間，所以經(jīng)濟耐用。 (7)初定帶輪軸中心距：得： 即： 初取 (8)確定帶基準長度： 選取基準長度 (9)計算實際軸間距：圓整取。安裝時所需最小軸間距：張緊或補償伸長所需最大軸間距： (10)驗算小帶輪包角：所以小帶輪包角合適。 (11)單根V帶的基本額定功率：根據(jù)和查得B型V帶的基本額定功率。 (12)單根V帶的額定功率增量：考慮到傳動比的影響，額定功率的增量由表查得： (13)計算帶的根數(shù)： 考慮到帶數(shù)過多，更換帶型為C型。重新求得，C型V帶的基本額定功率，額定功率增量； 取 根。 (14)單根

14、V帶的預緊力： 新帶取計算值的1.5倍。 (15)作用在軸上的力： (16)帶輪的結構和尺寸：由表可查得， ， 4.核算主軸轉速誤差 所以合適。5.機床零件的驗算 5.1 傳動軸的驗算對IV軸進行驗算1. 傳動件的受力分析 由知當軸傳遞的功率一定時，隨著分度圓d減小Ft增大，所以驗算當小齒輪嚙合時軸的撓度和偏轉角。根據(jù)理論力學，IV軸受力分析如圖5-1所示：圖51 受力分析2.計算軸的當量直徑 式中l(wèi)支點間的距離，mm； li，di 軸上第段的長度和直徑，mm； c 外伸端長度，mm。3 計算撓度 由公式得由公式得簡化IV軸為簡支梁如圖5-2所示： 圖52 等效簡支梁（1） 簡支梁圖如圖5-2

15、所示：由圖可知，a=163mm，b=50.5mm，l=213.5mm 軸的許用撓度 而 ，所以軸的撓度合格。4計算偏轉角因為裝向心球軸承處的偏轉角許用值 而所以A處偏轉角合格。 因為裝向心球軸承處的偏轉角許用值 而所以C處偏轉角合格。5.2齒輪的驗算驗算變速箱中的齒輪強度，應選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進行接觸應力和彎曲應力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應力。對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應力。接觸應力的驗算公式為彎曲應力的驗算公式為： （MPa）式中 P齒輪傳遞的功率（kW）；Pd×, Pd電動機的額定功率

16、（kW）； 從電動機到所計算齒輪的機械效率； nj齒輪的計算轉速； m初算的齒輪模數(shù)； b齒寬(mm); Z小齒輪齒數(shù); U大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內嚙合； KS 壽命系數(shù)；KS=KTKnKPKa KT 工作期限系數(shù)： T 齒輪在機床工作期限（TS）內的總工作時間（ h ），對于中型機床的齒輪取TS =1500020000h，同一變速組內的齒輪總工作時間可近似地認為 T=TS/p ，p為變速組的傳動副數(shù)； n1 齒輪的最低轉速(r/min)； C0基準循環(huán)次數(shù)，查表4-5； m疲勞曲線指數(shù)，查表4-5； Kn速度轉化系數(shù)，查表4-6； Kp功率利用系數(shù)，查

17、表4-7； Ka材料強化系數(shù)，查表4-8； KS 的極限值KSmax，KSmin見表4-9，當KS KSmax時，則取KS= KSmax；當 KS KSmin 時，取KS = KSmin ； KA 工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取KA=1.21.6； KV動載荷系數(shù)，查表4-10； 齒向載荷分布系數(shù)，查表4-11； Y標準齒輪齒形系數(shù)，查表4-12； H 許用接觸應力（MPa），查表4-13； F 許用彎曲應力（MPa），查表 4-13。 如果驗算結果和不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。例： 驗算IV軸上Z=69，m=4

18、mm的齒輪（1）齒輪接觸應力的計算由公式 校核齒輪的接觸應力。其中：，由公式 來確定由表查得 ，而 由轉速圖知 由表得 ，由表得，由表得 由表確定，由表得 ，由表得 ，由表得 ，最后取 則： 所以，齒輪的接觸應力滿足要求。（2）齒輪彎曲應力的驗算由公式 進和計算其中：，由表可求得由表可知，由表可知，由表可知取 則： 所以，彎曲應力滿足要求。6.結束語首先，感謝張曉老師在這為期兩個星期的課程設計中對我的辛勤指導，沒有張曉老師的指導，我不會這么容易快速很好的完成本次設計任務。其次，在這次設計中我學到了以下幾點：（1）掌握機床主傳動部件設計過程和方法，包括參數(shù)擬定，傳動設計，零件計算，結構設計等，培養(yǎng)結構分析和設計的能力。（2）綜合應用過去所學