機(jī)械制造裝備課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械制造裝備課程設(shè)計(jì)某某大學(xué)光電信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院：機(jī)電工程分院專業(yè)：機(jī) 械設(shè)計(jì)制造及其自動化學(xué)生姓名：課程設(shè)計(jì)題目：普通機(jī)床主軸箱部件設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1普通車床(I型)主軸箱部件設(shè)計(jì)1. 1最大加工直徑為320mm的普通車床的主軸箱 部件設(shè)計(jì)1原始數(shù)據(jù)主軸技術(shù)數(shù)據(jù)題目6 (16-18)7 (19-21)8(22-24)9 (25-27)10 (28-30) 主電動機(jī)功率(kW) 44444 主電動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)14501450145014501450nma 某(r/min) 14001600180020002500nnim (r/min) 31.53

2、5.5404556 巾1.411.411.411.411.412 工藝要求(1)要 求主軸正反轉(zhuǎn)。加工工件的材料為鋼鐵。采用硬質(zhì)合金刀具。機(jī)床精度等級為普通級。2設(shè)計(jì)內(nèi)容1.運(yùn)動設(shè)計(jì)根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速主傳動的結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、 傳動系統(tǒng)圖、計(jì)算齒輪齒數(shù)。動力計(jì)算選擇電動機(jī)型號，對主要零件(如帶輪、齒輪、主軸、 傳動軸、軸承等)進(jìn)行計(jì)算(初算和驗(yàn)算)。繪制圖紙(1)機(jī)床主傳動系統(tǒng)圖(畫在說明書上)。主軸箱部件展開圖及主剖面圖。工件最大回轉(zhuǎn)直徑D(mm)正轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速Nma某()電機(jī)功率N (kw) 公比轉(zhuǎn)速級數(shù)Z320250041.4112表1車床的主參數(shù)(規(guī)格尺寸) 和基本參數(shù)1.3操作性能要求（1）

3、具有皮帶輪卸荷裝置（2）手動操作縱 雙向摩擦片離合器實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止運(yùn)動要求（3）主軸的變速由 變速手柄完成二、參數(shù)擬定2.1確定轉(zhuǎn)速范圍查金屬切削機(jī)床表得： 56r/min， 80r/min， 112r/min， 160r/min， 224r/min， 315r/min， 450r/min， 630r/min， 900r/min， 1250r/min， 1800r/min， 2500r/min。2.2主電機(jī)的選擇合理的確定電機(jī)功率，使機(jī)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(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。已知電動機(jī)的功率是4KW，根據(jù)車床設(shè)計(jì)手冊附錄表2選Y132S- 4，額定

4、功率5.5KW，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min，最大額定轉(zhuǎn)矩2.3N/m。三、傳動設(shè)計(jì)3.1主傳動方案擬定擬定傳動方案，包括傳動形式的選 擇以及開停、換向、制動、操作等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動形式指傳動 和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及組成、安排不同特點(diǎn)的傳動形式、變速類型。傳動方案和形式與結(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，確定傳動方案和形式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等方面統(tǒng)一考 慮。傳動方案有多種，傳動形式更是眾多，比如：傳動形式上有集中傳動、 分離傳動； 擴(kuò)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 動等形式； 變速箱上既可用多速電機(jī)，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公 用齒輪等。

5、顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計(jì)中， 我們采用集中傳動形式的主軸變速箱。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(shí)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。傳動副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和3 的因子：有以下三種方案：12=3某2某2.3.2.2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(jī)床主軸變速箱的 具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。主軸對

6、加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上的齒輪少些為 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=3某22。3.2.3結(jié)構(gòu)式的擬定傳動副應(yīng)前多后少的原則，故12=322傳動式， 有6種結(jié)構(gòu)式和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。又因?yàn)閭鲃禹樞驊?yīng)前密后疏，變速組的降 速要前慢后快，所以結(jié)構(gòu)式為：12=3223.3轉(zhuǎn)速圖的擬定電動機(jī) IIIIIIIV圖1正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圖圖2主傳動系圖四、傳動件的估算4.1三角帶 傳動的計(jì)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(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動。(1)選擇三角帶的型號

7、根據(jù)公式：式中P-電動機(jī)額定功率，一工 作情況系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-8因此選擇A型帶，尺寸參數(shù)為B=80mm，=11mm， h=10，。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小，即。查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-3，8- 7取主動輪基準(zhǔn)直徑二100m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，由機(jī)械設(shè)計(jì)A表8-7取園整為224mm。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(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。焊鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)公式取，取=600mm.(5)三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-2,圓整到標(biāo)準(zhǔn)

8、 的計(jì)算長度(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，主動輪上包角合適。(9)確定三角帶根數(shù)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)式8-22得傳動比查表8-5c， 8-5d 得=0.15KW,=1.32KW 查表 8-8，=0.98； 查表 8-2，=0.96 所以取根 (10)計(jì)算預(yù)緊力查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-4，q=0.1kg/m4.2傳動軸的估算傳動 軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，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

9、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(jī)額定功率K-鍵槽系數(shù)A-系 數(shù)-從電機(jī)到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；-該傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。計(jì)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(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)的傳動關(guān)系確定。查機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表3-8取I, IV軸的K=1.05, A=100； II, III軸是花鍵軸，取K=1.06，A=2.0。所以，取30mm,取35mm,取40mm此軸徑為平均軸徑，設(shè)計(jì)時可相應(yīng)調(diào) 整。4.3齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算4.3.1齒輪齒數(shù)的確定當(dāng)各變速組 的傳

10、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(jī) 械設(shè)計(jì)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)可以從表 3-6 （機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)）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。第一組齒輪：傳動比：，u2=1/1.26,u3=1/1.58查機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表 3-6，齒數(shù)和取 72=36，=42，=32,Z4=36,Z5=32,Z6=42； 第 二組齒輪： 傳動比：，u2

11、=1/2，齒數(shù)和取72：Z7=36，Z8=24，Z9=36,Z10=48；第三組齒輪：傳動比：u1=1.58,u2=1/2.52齒數(shù)和取 72：Z11=43，Z12=20，Z13=27，Z14=50;4.3. 2 齒輪模數(shù)的計(jì)算（1） 一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪按簡化的接觸 疲勞強(qiáng)度公式計(jì)算式中：一一按疲勞接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)一一驅(qū)動電 機(jī)功率一一計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速一一大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比一一小 齒輪齒數(shù)齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），許用接觸應(yīng)力傳動組a模數(shù)： 傳動組b模數(shù)： 傳動組c模數(shù)：故選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。（4）標(biāo)準(zhǔn)齒輪：從機(jī)械原理表10-2查得以下公式

12、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1362.5909583.752.53.1252402.510010593.752.53.1253322.5808573.752 .53.1254362.5909583.752.53.1255322.5808573.752.53.1256402.510010 593.752.53.1257362.5909583.752.53.1258242.5606553.752.53.1259362 .5909583.752.53.12510482.5120125113.752.53.1251143312

13、9132125.253 3.7512203606356.2533.7513273818487.2533.7514503150153146.2533.75 4.3.4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(jì)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(jì)查機(jī)械設(shè)計(jì)P156頁，當(dāng)。D是軸承外徑， 查機(jī)械零件手冊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：，五、動力設(shè)計(jì)5.

14、1主軸剛度驗(yàn)算 5.1.1選定前端懸伸量C參考機(jī)械裝備設(shè)計(jì)P121，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的確定一般最佳跨距，考慮到結(jié)構(gòu)以及支承剛度因磨損會 不斷降低，應(yīng)取跨距L比最佳支承跨距大一些，再考慮到結(jié)構(gòu)需要，這里 取 L=600mm。5.1.3計(jì)算C點(diǎn)撓度1)周向切削力的計(jì)算其中，故，故。驅(qū)動力Q的計(jì)算參考車床主軸箱指導(dǎo)書，其中所以3)軸 承剛度的計(jì)算這里選用4382900系列雙列圓柱子滾子軸承根據(jù)求得：4) 確定彈性模量，慣性距I；和長度。軸的材產(chǎn)選用40Cr，查簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊P6，有主軸的慣 性距I為：主軸

15、C段的慣性距Ic可近似地算： 切削力P的作用點(diǎn) 到主軸前支承支承的距離S=C+W,對于普通車床，W=0.4H,（H是車床中 心高，設(shè) H=200mm）。貝上根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，取b=60mm計(jì)算切削 力P作用在S點(diǎn)引起主軸前端C點(diǎn)的撓度代入數(shù)據(jù)并計(jì)算得=0.1299mm。計(jì)算驅(qū)動力Q作用在兩支承之間時，主軸前端C點(diǎn)子的撓度計(jì)算得: =-0.0026mm求主軸前端C點(diǎn)的終合撓度水平坐標(biāo)Y軸上的分量代數(shù)和為， 計(jì)算得：=0.0297mm.。綜合撓度。綜合撓度方向角，又。因?yàn)椋源溯S 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，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)

16、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這三個齒輪。齒輪12的齒數(shù)為18，模數(shù)為4,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；-齒向載荷分布系數(shù)； 一一動載荷系數(shù)；一一工況系數(shù)；一一壽命系數(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： 查金屬切削手冊有Y=0.378，代入公式求得：二158.5Mpa查機(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?，故滿足要求，另外兩齒輪計(jì)算方法如

17、上，均符 合要求。六、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明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)包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器 等）、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計(jì)由于時間的限制， 一般只畫展開圖。主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時除考慮一般機(jī)械傳動的有關(guān)要 求外，著重考慮以下幾個方面的問題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，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)時整個機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)中

18、 不可避免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。6.2展開圖及其布置展開圖就是按照傳動軸傳遞運(yùn)動的先后順序，假 想將各軸沿其軸線剖開并將這些剖切面平整展開在同一個平面上。I軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級變 速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內(nèi)徑的約束，齒根圓的 直徑必須大于離合器的外徑，負(fù)責(zé)齒輪無法加工。這樣軸的間距加大。另 一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左邊部分接通， 得到一級反向轉(zhuǎn)動，右邊接通得到三級反向轉(zhuǎn)動。這種齒輪尺寸小但軸向 尺寸大。我們采用第一種方案，通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)。齒輪在軸上布置很重要，

19、關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有 利于提高剛度和減小體積。6.3齒輪塊設(shè)計(jì)齒輪是變速箱中的重要元件。齒輪同時嚙合的齒數(shù)是 周期性變化的。也就是說，作用在一個齒輪上的載荷是變化的。同時由于 齒輪制造及安裝誤差等，不可避免要產(chǎn)生動載荷而引起振動和噪音，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，應(yīng)充 分考慮這些問題。齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式很多，取決于下列有關(guān)因素：1） 是固定齒輪還是滑移齒輪； 2） 移動滑移齒輪的方法； 3） 齒輪精度和加 工方法； 變速箱中齒輪用于傳遞動力和運(yùn)動。它的精度選擇主要取決 于圓周速度。采用同一精度時，圓周速度越高，振動和噪聲越大，根據(jù)實(shí) 際結(jié)果得知，圓周速度會增加一倍，噪聲約增大6dB。工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪聲的影響比運(yùn)動誤差要大，所以這 兩項(xiàng)精度應(yīng)選高一級。不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構(gòu)要求也有所不 同。6.3.1其他問題滑移齒輪進(jìn)出嚙合的一端要圓齒，有規(guī)定的形狀和尺 寸。圓齒和倒角性質(zhì)不同，加工方法和畫法也不一樣，應(yīng)予注意。選擇齒輪塊的結(jié)構(gòu)要考慮