機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)設(shè)計(jì)講解

1、五邑大學(xué)機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化姓 名：余紹贊學(xué) 號(hào)：3112003184指導(dǎo)老師：崔敏2015年5月設(shè)計(jì)要求：（三相4極異步電機(jī)，同步轉(zhuǎn)速1500rpm）題目公比申最低轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z功率N (KW)車(chē)床最大加工直徑 ©400mm 無(wú)絲杠車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2635.5124設(shè)計(jì)任務(wù)：（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、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）動(dòng)力參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)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，

2、初步計(jì)算傳動(dòng)軸直徑、 齒輪模數(shù)；確定機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)尺寸。一、 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)41、確定極限轉(zhuǎn)速42、確定公比$43、求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z44、確定結(jié)構(gòu)式45、繪制轉(zhuǎn)速圖56、繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 87、確定變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù)9&校核主軸轉(zhuǎn)速誤差11二、 動(dòng)力設(shè)計(jì)121、傳動(dòng)軸的直徑的確定 122、齒輪模數(shù)的初步計(jì)算133、確定機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)尺寸16參考文獻(xiàn)17，、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1、確定極限轉(zhuǎn)速根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，主軸最低轉(zhuǎn)速為 35.5r/min，級(jí)數(shù)為12,且公比© =1.26。根據(jù) 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表2-5標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列知：因?yàn)?.26=1.064 ,首先找到最小極限轉(zhuǎn)速35.5,再每跳過(guò)3個(gè)數(shù)(1.2

3、6= 1.064) 取一個(gè)轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.26的數(shù)列：35.5、45、56、71、90、112、140、180、224、280、355、450nmaxnmin45035.5= 12.682、確定公比©根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，公比© =1.263、求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=124、確定結(jié)構(gòu)式 按照傳動(dòng)副前多后少原則，選用12 =3 2 2的傳動(dòng)方案。 由前密后疏原則(傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致)，由設(shè)計(jì)時(shí)要使主軸的轉(zhuǎn)速為連續(xù)的等比數(shù)列，則必有一個(gè)變速組的級(jí)數(shù)比為1,則基本組X0=1，第一擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)一般為X1 =匕=3，第二擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)一般是X2 = P

4、P。= 3況2 = 6其中最后擴(kuò)大組的變速范圍R2 =cpX2(P2= 1.266(2= 4c8 (主傳動(dòng)各變速組的最大變速范圍 810)符合要求。因?yàn)樽詈髷U(kuò)大組的變速范圍滿 足要求，則其它變 速組的變 速范圍也一定符合要 求。即最終結(jié)構(gòu)式 為：12 = 3 2> 25、繪制轉(zhuǎn)速圖選定電動(dòng)機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇的電機(jī)型號(hào)：丫112葉4,鼠籠式三相4極異步電機(jī)，同步轉(zhuǎn)速 1500rpm,轉(zhuǎn)速為 1440rpm。型號(hào)魅Wsms振動(dòng)1靈kWArftnm%cos®倍書(shū)dB|A)mm/sY112M448.31440B4.50.822.27.02.368741.847分配總降速傳動(dòng)比U總降速

5、傳動(dòng)比為u二乞匝二空 =0.02465，若每個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比均取四 Nd1440分之一（為避免從動(dòng)齒輪尺寸過(guò)大而增大箱體的徑向尺寸，一般限制降速最小 傳動(dòng)比u主蘭1/4），則三個(gè)變速組總的降速比可達(dá)'1 ）=丄，看來(lái)似乎無(wú)須增14 丿 64加降速定比傳動(dòng)，但是為了中間兩個(gè)變速組做到降速緩慢以利于減少變速箱的 徑向尺寸，可大電機(jī)軸與I軸之間增加一降速比傳動(dòng)，用齒輪和皮帶均可，為 了便于安裝，維護(hù)方便，在此選用的是皮帶。確定傳動(dòng)軸的軸數(shù)軸數(shù)=變速組數(shù)+定比傳動(dòng)副數(shù)+仁3+1+仁5合理分配傳動(dòng)比主軸共有12級(jí)轉(zhuǎn)速，注明主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速也應(yīng)在電動(dòng)機(jī)軸上注明, 如下圖，轉(zhuǎn)速圖中的小

6、圓圈表示該軸具有的轉(zhuǎn)速，即時(shí)轉(zhuǎn)速點(diǎn)。一般，降速傳動(dòng)遵循“前慢后快”原則。因?yàn)榇_定中間各軸轉(zhuǎn)速時(shí)，通常往前推比較方便，所以首先定III軸的轉(zhuǎn)速。為避免從動(dòng)齒輪尺寸過(guò)大而增大箱體的徑向尺寸，一般限制降速最小傳動(dòng)比U主_1/4，又為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差，減少振動(dòng)噪聲，限制最大升速比Umax冬二=2 o 確定III軸的轉(zhuǎn)速由于第二擴(kuò)大組的變速范圍為 4,級(jí)比指數(shù)是6,故這兩對(duì)傳動(dòng)副的降速傳動(dòng)比 可以初步確定為Xci I，升速傳動(dòng)比Xc2=1.26其中：傳送帶的降速比：，一級(jí)齒輪降速比: o1.26于是可以確定 山 軸的六級(jí)轉(zhuǎn)速是：112，140，180, 224，280, 355r/min，可 見(jiàn)III軸

7、的最低轉(zhuǎn)速為112r/min 。 確定II軸轉(zhuǎn)速第一擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)X1 =3。于是，II軸的最低轉(zhuǎn)速可能是140r/min2 1 1 1（%><=©,際飛）、180r/min（，Umin）、224r/min（ f，1 1 1umi = T3)、280r/min ( uma = , umi 74 ),為使 II 軸轉(zhuǎn)速不至于過(guò)低，造 ©<P<P1 1成II軸的轉(zhuǎn)矩較大，又避免了升速，取Umax二丄,Umin =-4，這樣，II軸的最 ©<P低轉(zhuǎn)速為280r/min，三級(jí)轉(zhuǎn)速分別為 280,355,450r/min 。 確定I軸轉(zhuǎn)速I(mǎi)軸

8、級(jí)比指數(shù)為X。=1，又因?yàn)閹鲃?dòng)的傳動(dòng)比為u，帶傳動(dòng)比可能比較1.26大，因?yàn)樵O(shè)計(jì)參數(shù)給出的電機(jī)轉(zhuǎn)速和和主軸的轉(zhuǎn)速相差很大，如果在不換電機(jī)的情況下，適當(dāng)?shù)脑黾咏邓俦染涂梢詽M足條件。最終確定I軸的轉(zhuǎn)速為450r/min其結(jié)構(gòu)式：12=3 22 26其降速比分配：111111=X：X：X14401.26161.265 1.26* 1.26 1.264 1.26512 ）1.26二級(jí)齒輪35.5降速比:11.264三級(jí)齒輪降速比:11.265根據(jù)以上計(jì)算，繪制轉(zhuǎn)速圖如下:圖1.轉(zhuǎn)速圖6、繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖eniE圖2傳動(dòng)系統(tǒng)圖7、確定變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù) 變速組a:變速組a有三個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是

9、Ual =1,Ua2二丄J ,山2 =22® 1.26 ®2 1.262后兩個(gè)傳動(dòng)比小于1,取其倒數(shù)，即按u=1,1.26 （ 1.25）,和1.58（ 1.60）查表。由機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表2 -8查得：在合適的齒數(shù)和Sz范圍內(nèi)，查出存在上述三個(gè)傳動(dòng)比的分別有：由Zmin - （1820）,為了方便表達(dá)只列出5070之間的Szua1 =1 時(shí)：Sz =50、52、5456、58、60、62、64、66、68701 1ua2時(shí)： Sz 二50、52、5456、5961、636566、68701.26Ua2：21.262時(shí):Sz =52、54、57、59、6062、6567、7

10、0如變速組內(nèi)所有齒輪的模數(shù)相同， 并是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則三對(duì)傳動(dòng)副的齒數(shù)和Sz應(yīng)該是相同的。符合上述條件的是，Sz = 54或70 , 方案1:選取Sz為54查表可得軸I主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別為：27, 24, 21。則可算出三個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)為：ua1 =27/27, ua2 =24/30因?yàn)樽兯俳Ma要采用三聯(lián)滑移齒輪，(三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒 數(shù)差應(yīng)大于或等于4)經(jīng)檢驗(yàn)：最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差 33- 30= 3,故方案1無(wú)法實(shí)現(xiàn)變速。方案2：選取Sz為70 同理，查表可得軸I主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別為：35, 31, 27。則可算出三個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)為：蟲(chóng)“ =35/35,蟲(chóng)2 =31

11、/39蟲(chóng)3 =27/43經(jīng)檢驗(yàn)：最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差變速組b:43- 39= 4,滿足變速要求變速組b有兩個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是Ub1 1.261 1Ub7=T1 1Ub1匸6時(shí),兩個(gè)傳動(dòng)均比小于1,取其倒數(shù)，即按u=1.26 (1.25 ),和2.52 (2.51 ) 同理，查表得：Sz 二50、52、54 56、59、61、6365、6668、701 1ub244 時(shí)，Sz 二5356、59、60、636667、704 1.264符合上述條件的是，Sz = 56或70方案1:選取Sz為56于是可得軸II上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別是：25、16 由Zmin -(18 20),齒數(shù)過(guò)小的齒輪傳

12、動(dòng)平穩(wěn)性差。方案2:選取Sz為70于是可得軸II上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別是：31, 20。 則可算出三個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)分別為：39，50。 變速組c:一 11變速組c有兩個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是uci = =1.26， uc255。® 1.26一個(gè)傳動(dòng)均比小于1,取其倒數(shù)，即按u=1.26 （ 1.25）,和3.17（ 3.16） 查表得：uc1 =1.26 時(shí)： Sz “66、870、72、74、7577、79、81、82、8384.1 1uc255Sz =666、7 70、71 7、79、80 83 8® 1.26可取Sz為83。1 1Uc255為降速傳動(dòng)，取軸III齒輪齒

13、數(shù)為20； Uc1二=1.26為升速傳動(dòng)，1 26°7 7取軸IV齒輪齒數(shù)為37。由對(duì)應(yīng)傳動(dòng)比，得軸III上兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別是 20,46 ;軸IV兩齒輪的齒數(shù)分別是63,37。8校核主軸轉(zhuǎn)速誤差實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，要求不超過(guò) （n- n） /n - 1 0 （1 = ） %1 0 -（。1下表為注軸轉(zhuǎn)速誤差與規(guī)定6 %值之間的比較：表1主軸轉(zhuǎn)速誤差與規(guī)定值之間的比較標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min實(shí)際轉(zhuǎn)速r/mi n主軸轉(zhuǎn)速誤差在標(biāo)準(zhǔn)值范圍之內(nèi)35.535.680.51%V4544.96-0.09%V5656.651.16%V7171.370.52%V9089.93-0.08%V

14、112113.311.16%V140142.781.98%V180179.90-0.05%V224226.671.19%V280285.612.0%V355359.861.37%V450453.430.76%V1、傳動(dòng)軸的直徑的確定由機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 按抗扭剛度估算軸的直徑:式中d _KAP 電動(dòng)機(jī)的額定功率nj 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速?gòu)碾姍C(jī)到所計(jì)算軸的傳動(dòng)效率因?yàn)橐话銈鲃?dòng)軸的每米長(zhǎng)允許扭轉(zhuǎn)角卜(0.51.0)，則這里不妨取=1.0,由表 2- 10 可知，A = 92, K = 1.041.05,則 AK = 95.6896.6,這里取 AK = 96, 則有：(1) 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是等

15、公比傳動(dòng)，由機(jī)械制造裝 備設(shè)計(jì)表2 - 9中所述，Zjnj 二 n min 3=35.51.26 二 71.0171(2) 各個(gè)傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖知軸川有6級(jí)轉(zhuǎn)速，其最低轉(zhuǎn)速為112r/min,通過(guò)雙聯(lián)齒輪使主軸獲得 兩極轉(zhuǎn)速：140, 35.5。 140比主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速高，需傳遞全部功率，故軸川的140r/min轉(zhuǎn)速也能傳遞全部功率，則軸 川計(jì)算轉(zhuǎn)速為140r/min。同理，根據(jù)轉(zhuǎn) 速圖和主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以確定軸II、軸I的計(jì)算轉(zhuǎn)速分別為：280, 450。各傳動(dòng)軸直徑經(jīng)過(guò)網(wǎng)上查閱資料，知一般情況下，V帶傳動(dòng)效率1 =0.97,滾動(dòng)軸承的效率2 =0.98，齒輪畐寸的效率 3 =0.9

16、5。貝I軸:di _964 4.96 4 4 O'97 O'98,. 29.11nj450n軸:d2_964 4=96 4 4 0.970.982 侶nj280:32.19川軸:d3 =964 =96川竺叱竺45_ ®60nj140綜上,"軸:dJ434 797 998 295 “3.7771可取 di =30, d2 =35 , d 40, d452、齒輪模數(shù)的初步計(jì)算(1)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定只需計(jì)算變速組內(nèi)最小的也是強(qiáng)度最弱的齒輪即可。a變速組內(nèi)最小齒輪齒數(shù)是z=27,使n軸獲得3級(jí)轉(zhuǎn)速，n軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為280, 故z=27在r/min傳遞全部功率，450

17、r/min是計(jì)算轉(zhuǎn)速。b變速組內(nèi)最小齒輪齒數(shù)是z=20,使川軸獲得6級(jí)轉(zhuǎn)速，140r/min是川軸的計(jì)算 轉(zhuǎn)速，所以該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 355r/min。c變速組內(nèi)的最小齒輪齒數(shù)是 z=20，使主軸獲得12級(jí)轉(zhuǎn)速，71r/min是主軸的 計(jì)算轉(zhuǎn)速，所以該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速為224r/min 。(2)模數(shù)的計(jì)算原則：要求每個(gè)變速組的模數(shù)相同。 變速組a:1)由機(jī)械設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)計(jì)算公式(8 7)進(jìn)行齒輪尺寸的初步確定，即:試選荷載系數(shù)Kt =2.0。 I軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1:"9550蟲(chóng)=95504 阿 °98 "0.69N m 山450 齒寬系數(shù)；由表8 3選取d =

18、1 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：汕=60njjLh =60 450 12 8 250 10 =1.08 109N21.08 1091.2628= 6.8 10K HN 2- H Iim2Sh0.94 5801.002=545 N / mm 接觸疲勞壽命系數(shù)Khn ,由N1、N2查附圖8-6,得：Khn1 =0.92,Khn2 =0.94 接觸疲勞強(qiáng)度極限二Him，由附圖8- 7,分別按合金MQ線和調(diào)質(zhì)碳鋼MQ線的延長(zhǎng)線及齒面硬度查得：小齒輪匚Hlim1 =720N/mm2 ;大齒輪匚円阮=580N/mm2 接觸疲勞許用應(yīng)力l<H 1,由表8-4,取安全系數(shù)Sh =1.00 （一般可靠度）則:|_ K

19、hn1；- H lim1Sh0.92 720 = 662 N / mm21.00則:=7663 2.080f91-11(545)1.2622）試算d1，取許用接觸疲勞強(qiáng)度l；-H 2 =545N/mm2，為計(jì)算許用應(yīng)力,-44.88mm在此選d1 = 50mm3）計(jì)算齒輪模數(shù)m,則:m =蟲(chóng) $ haz, 27根據(jù)附表8 8,確定變速級(jí)a齒輪模數(shù)為m = 2 變速組b: 試選荷載系數(shù)Kt =2.0。 II軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T2:2T2 =9550 丄=9550-95.23N m4 0.97 0.980.95355 齒寬系數(shù)d由表8 3選取d =1 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：8汕=60n2jLh =60

20、 355 12 8 250 10 =8.52 10N, 8.52 x1088N2143.38 10u 1.26 接觸疲勞壽命系數(shù)Khn ,由N1、N2查附圖8-6,得：Khn1 =0.93,Khn2 =0.95 接觸疲勞強(qiáng)度極限二Him，由附圖8- 7,分別按合金MQ線和調(diào)質(zhì)碳鋼MQ線的延長(zhǎng)線及齒面硬度查得：小齒輪匚Hlim1 =720N/mm2 ;大齒輪匚円阮=580N/mm2 接觸疲勞許用應(yīng)力l<H 1,由表8-4,取安全系數(shù)Sh =1.00 （一般可靠度）貝|_ Khn1；- H lim1Sh0.93 720 = 670 “ / mm2K HN 2- H Iim2Sh0.95 58

21、01.002=551N / mm1.00則:= 7663匡率吞V 仆（551）21.262Z255.2.75202）試算d1，取許用接觸疲勞強(qiáng)度l；-H 2 =551N/mmi，為計(jì)算許用應(yīng)力,=50.85mm在此選d1 = 55mm3）計(jì)算齒輪模數(shù)m,則:根據(jù)附表8-8第二系列，確定變速級(jí)b齒輪模數(shù)為m=2.75 變速組c 試選荷載系數(shù)Kt =2.0。 III軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T3 :P1"1T3 =9550 亠32=95504 °97 °98°95224=140.51N m 齒寬系數(shù)d由表8 3選取d =1 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：汕=60n3jLh =6

22、0 224 12 8 250 10 = 5.38 108N2Ni5.38 1081.2658= 1.69 10K HN 2- H Iim2Sh0.97 5801.002=563 N / mm 接觸疲勞壽命系數(shù)Khn ,由N1、N2查附圖8-6,得：Khn1 =0.95,Khn2 =0.97 接觸疲勞強(qiáng)度極限二Him，由附圖8- 7,分別按合金MQ線和調(diào)質(zhì)碳鋼MQ線的延長(zhǎng)線及齒面硬度查得：小齒輪匚Hlim1 =720N/mm2 ;大齒輪匚円阮=580N/mm2 接觸疲勞許用應(yīng)力l<H 1,由表8-4,取安全系數(shù)Sh =1.00 （一般可靠度）則:|_ Khn1；- H lim1Sh0.95

23、 720 = 684 N / mm21.002）試算a，取許用接觸疲勞強(qiáng)度I；h -H 2 =563N/mm2，為計(jì)算許用應(yīng)力,則:112.140.511.26-1二 76632 2仆（556）1.26=53.27mm在此選d1 = 58mm3）計(jì)算齒輪模數(shù)m,則:m=2.9Z320根據(jù)附表8 8,確定變速級(jí)c齒輪模數(shù)為m = 3 綜上：變帶組a,b, c的模數(shù)分別是2, 2.75, 3.3、確定機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)尺寸主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸前、后軸頸 D1和D2，主軸內(nèi)孔直徑d,主軸前端 懸伸量a和主軸主要支撐間的跨距L。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸的 剛度. 主軸前軸頸直徑D1的選取Di 一般按機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑，由表 3- 1選?。河晒β史秶?.7