機(jī)械制造裝備課程設(shè)計(jì)

1、沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙No 34緒 論12主傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)22.1 轉(zhuǎn)速圖的擬定22.2 齒輪齒數(shù)的確定42.3 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖52.4主軸及各傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定62.5估算各傳動(dòng)軸軸徑62.6 齒輪模數(shù)的估算83 皮帶輪的設(shè)計(jì)103.1 設(shè)計(jì)計(jì)算104.核算主軸轉(zhuǎn)速誤差135.機(jī)床零件的驗(yàn)算145.1 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算145.2齒輪的驗(yàn)算176.結(jié)束語(yǔ)20參考書目21 沈陽(yáng)理工大學(xué)緒 論 金屬切削機(jī)床是用刀具或磨具對(duì)金屬工件進(jìn)行切削加工的機(jī)器。在一般機(jī)械制造工廠中，機(jī)床約占機(jī)器設(shè)備總臺(tái)數(shù)的5070%，它所擔(dān)負(fù)的工作量約占總勞動(dòng)量的一半。 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)主要表現(xiàn)在生產(chǎn)總量的提高與先進(jìn)的技術(shù)指

2、標(biāo)兩方面，而這些則取決于機(jī)械制造工業(yè)提供的裝備的技術(shù)水平、機(jī)床工業(yè)是及其制造業(yè)的重要部門，擔(dān)負(fù)著為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、科學(xué)技術(shù)和國(guó)防等現(xiàn)代化提供技術(shù)裝備的任務(wù)，在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。一個(gè)國(guó)家機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平。機(jī)床的擁有量和現(xiàn)代化程度是這個(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)能力核技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。 我國(guó)機(jī)床工業(yè)從無(wú)到有，從小到大，從修配到制造，從紡織到自行設(shè)計(jì)，從沿海到內(nèi)地，從通用機(jī)床到專用機(jī)床，從單機(jī)到配套，不斷發(fā)展壯大。目前，我國(guó)的機(jī)床工業(yè)體系已經(jīng)基本形成，并設(shè)計(jì)和制造了一些具有先進(jìn)水平的機(jī)床，逐步掌握了精密、高效、簡(jiǎn)短、重型等機(jī)床品種。許多工廠已試制和生產(chǎn)了數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床以及加工中心。機(jī)關(guān)

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

4、轉(zhuǎn)速范圍在15r/min5069r/min，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為4700r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min，電動(dòng)機(jī)的額定功率P=15kW，確定主軸箱結(jié)構(gòu)（1）確定主軸的變速范圍 （2）確定主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 由于數(shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大，計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計(jì)算值高些，所以取計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=。（3）確定主軸的恒功率變速范圍 （4）確定電動(dòng)機(jī)所能夠提供的恒功率變速范圍 由于RnN>>RdN，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個(gè)無(wú)級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。 變速箱恒功率調(diào)速范圍：（5）確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)令，則 對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使

5、轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取。 回求（6） 驗(yàn)算變速組的變速范圍是否超過(guò)極限值： 滿足要求(7)擬定轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖2.1所示 圖2.1 轉(zhuǎn)速圖和主軸功率特性圖在設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要全面考慮，特別要注意結(jié)構(gòu)尺寸和傳動(dòng)性能的影響，以便擬定出更加完善合理的轉(zhuǎn)速圖方案。 2.2 齒輪齒數(shù)的確定 確定齒輪齒數(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題： 齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)大，以免加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的機(jī)構(gòu)龐大；同時(shí)，增加齒數(shù)和，還會(huì)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(yīng)過(guò)小，應(yīng)考慮：a.最小齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，一般取最小齒數(shù)。b.受結(jié)構(gòu)限制的各齒輪（尤其是最小齒輪），應(yīng)能可

6、靠地裝到軸上或進(jìn)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(qiáng)度，避免出現(xiàn)變形或斷裂現(xiàn)象。c.兩軸間最小中心距應(yīng)取得適宜。若齒數(shù)和太小，則中心距過(guò)小，將導(dǎo)致兩軸上的軸承及其他結(jié)構(gòu)之間的距離過(guò)近或相碰。確定齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動(dòng)比的要求。實(shí)際傳動(dòng)比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動(dòng)比（轉(zhuǎn)速圖上給定的傳動(dòng)比）之間允許有誤差，但不應(yīng)過(guò)大。由于確定齒輪齒數(shù)所造成的主軸轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差，一般于不允許超過(guò)。即。 式中 主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速； 主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速； 公比。 確定齒輪齒數(shù)（變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時(shí)齒輪齒數(shù)的定）： 確定齒輪齒數(shù)時(shí)，首先必須確定出各變速組內(nèi)齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)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(nèi)的齒輪可取相同的模數(shù)，也可取不同的模數(shù)。 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定的傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)圖根據(jù)上述求出的齒輪齒數(shù)繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖如下：2.4主軸及各傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定(1) 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定：根據(jù)轉(zhuǎn)速圖得中型車床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。(2) 各軸的

8、計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速確定后，就可以從轉(zhuǎn)速圖上得出各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，對(duì)于上述轉(zhuǎn)速圖可得各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：2.5估算各傳動(dòng)軸軸徑根據(jù)傳動(dòng)軸傳動(dòng)的功率大小，用扭轉(zhuǎn)剛度公式進(jìn)行初步的計(jì)算。 式中 d受扭部分的最小直徑（mm），計(jì)算值應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列； K鍵槽系數(shù)，按表選??； A根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù)，按表2.1選?。?d傳動(dòng)軸受扭部分的直徑（mm）； P電動(dòng)機(jī)額定功率 （kW）； 從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的軸的機(jī)械效率，見表2 被估算的傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（）。表2.1 估算軸徑時(shí)A和K值0.250.511.52A130110928377

9、K無(wú)鍵單鍵雙鍵花鍵軸內(nèi)徑11.041.051.071.10.93表2.2各傳動(dòng)機(jī)械效率的概略值類別傳動(dòng)件平均機(jī)械效率齒輪傳動(dòng)直齒圓柱齒輪，磨齒0.99帶傳動(dòng)V帶0.96滾動(dòng)軸承滾子軸承0.99由于各傳動(dòng)軸屬于一般傳動(dòng)軸，所以取，所對(duì)應(yīng)的，電動(dòng)機(jī)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?。?） 軸軸徑的估算由于軸為花鍵軸，所以取 圓整后?。?）軸軸徑的估算軸為主軸，其前軸徑的尺寸，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率，應(yīng)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(jì)算齒輪模數(shù)時(shí)，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行。一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪進(jìn)行計(jì)算。從等強(qiáng)度的觀點(diǎn)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(yīng)力或彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。這樣一來(lái)，還可以縮短該傳動(dòng)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(qiáng)度估算的齒輪模數(shù)（mm），應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值； P電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）； nj被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）； u大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u>1,外嚙合為“+”號(hào)，內(nèi)嚙合為“-”號(hào)； 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(yīng)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(yīng)力分別為、，取，由公式來(lái)確定各對(duì)齒輪的模數(shù)：（1）第一對(duì)齒輪： ； 取標(biāo)準(zhǔn)值 中心距（2）第二對(duì)齒輪： ； ； 取標(biāo)準(zhǔn)值 中心距（3） 第三對(duì)齒輪：20CrMnTi ；取標(biāo)準(zhǔn)值 中心距（4）第四對(duì)齒輪：20CrMnTi ； ； 取標(biāo)準(zhǔn)值 中心距（5）第五對(duì)齒輪：20CrMnTi ； ； 取標(biāo)準(zhǔn)值 中心距3 皮帶輪的設(shè)計(jì) 帶傳動(dòng)是由帶和帶輪組成傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)。摩擦帶傳動(dòng)是機(jī)床主要傳動(dòng)方式之一，常見的有平帶傳動(dòng)和V帶傳動(dòng)；嚙合傳動(dòng)只有同步帶一種。 普通V帶傳動(dòng)是常見的帶傳動(dòng)形

12、式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40°、相對(duì)高度進(jìn)似為0.7、梯形截面環(huán)行帶。其特點(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應(yīng)用于：帶速V2530m/s;傳動(dòng)功率P700kW;傳動(dòng)比i10軸間距小的傳動(dòng)。3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算 普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算見表。設(shè)計(jì)普通V帶傳動(dòng)的原始數(shù)據(jù)為：傳遞的功率P(KW）；小、大帶輪的轉(zhuǎn)速n1、n2(r/min)；傳動(dòng)對(duì)外廓尺寸的要求；傳動(dòng)的工作條件。已知、。普通V帶的計(jì)算： (1)設(shè)計(jì)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(dòng)比：根據(jù)轉(zhuǎn)速圖知,傳動(dòng)

13、比為(4)確定小帶輪基準(zhǔn)直徑：參考表取(5)確定大帶輪直徑：取標(biāo)準(zhǔn)值 (6) 驗(yàn)算帶速：因?yàn)樵谥g，所以經(jīng)濟(jì)耐用。 (7)初定帶輪軸中心距：得： 即： 初取 (8)確定帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度： 選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度 (9)計(jì)算實(shí)際軸間距：圓整取。安裝時(shí)所需最小軸間距：張緊或補(bǔ)償伸長(zhǎng)所需最大軸間距： (10)驗(yàn)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(dòng)比的影響，額定功率的增量由表查得： (13)計(jì)算帶的根數(shù)： 考慮到帶數(shù)過(guò)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(yù)緊力： 新帶取計(jì)算值的1.5倍。 (15)作用在軸上的力： (16)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸：由表可查得， ， 4.核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 所以合適。5.機(jī)床零件的驗(yàn)算 5.1 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算對(duì)IV軸進(jìn)行驗(yàn)算1. 傳動(dòng)件的受力分析 由知當(dāng)軸傳遞的功率一定時(shí)，隨著分度圓d減小Ft增大，所以驗(yàn)算當(dāng)小齒輪嚙合時(shí)軸的撓度和偏轉(zhuǎn)角。根據(jù)理論力學(xué)，IV軸受力分析如圖5-1所示：圖51 受力分析2.計(jì)算軸的當(dāng)量直徑 式中l(wèi)支點(diǎn)間的距離，mm； li，di 軸上第段的長(zhǎng)度和直徑，mm； c 外伸端長(zhǎng)度，mm。3 計(jì)算撓度 由公式得由公式得簡(jiǎn)化IV軸為簡(jiǎn)支梁如圖5-2所示： 圖52 等效簡(jiǎn)支梁（1） 簡(jiǎn)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(jì)算偏轉(zhuǎn)角因?yàn)檠b向心球軸承處的偏轉(zhuǎn)角許用值 而所以A處偏轉(zhuǎn)角合格。 因?yàn)檠b向心球軸承處的偏轉(zhuǎn)角許用值 而所以C處偏轉(zhuǎn)角合格。5.2齒輪的驗(yàn)算驗(yàn)算變速箱中的齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗(yàn)算。一般對(duì)高速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力，對(duì)低速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。對(duì)硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為： （MPa）式中 P齒輪傳遞的功率（kW）；Pd×, Pd電動(dòng)機(jī)的額定功率

16、（kW）； 從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算齒輪的機(jī)械效率； nj齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)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(hào)用于外嚙合，“-”號(hào)用于內(nèi)嚙合； KS 壽命系數(shù)；KS=KTKnKPKa KT 工作期限系數(shù)： T 齒輪在機(jī)床工作期限（TS）內(nèi)的總工作時(shí)間（ h ），對(duì)于中型機(jī)床的齒輪取TS =1500020000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為 T=TS/p ，p為變速組的傳動(dòng)副數(shù)； n1 齒輪的最低轉(zhuǎn)速(r/min)； C0基準(zhǔn)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(zhuǎn)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(qiáng)化系數(shù)，查表4-8； KS 的極限值KSmax，KSmin見表4-9，當(dāng)KS KSmax時(shí)，則取KS= KSmax；當(dāng) KS KSmin 時(shí)，取KS = KSmin ； KA 工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)，取KA=1.21.6； KV動(dòng)載荷系數(shù)，查表4-10； 齒向載荷分布系數(shù)，查表4-11； Y標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表4-12； H 許用接觸應(yīng)力（MPa），查表4-13； F 許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表 4-13。 如果驗(yàn)算結(jié)果和不合格時(shí)，可以改變初算時(shí)選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時(shí)，就得采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。例： 驗(yàn)算IV軸上Z=69，m=4

18、mm的齒輪（1）齒輪接觸應(yīng)力的計(jì)算由公式 校核齒輪的接觸應(yīng)力。其中：，由公式 來(lái)確定由表查得 ，而 由轉(zhuǎn)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(yīng)力滿足要求。（2）齒輪彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算由公式 進(jìn)和計(jì)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(yīng)力滿足要求。6.結(jié)束語(yǔ)首先，感謝張曉老師在這為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)中對(duì)我的辛勤指導(dǎo)，沒有張曉老師的指導(dǎo)，我不會(huì)這么容易快速很好的完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。其次，在這次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了以下幾點(diǎn)：（1）掌握機(jī)床主傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)過(guò)程和方法，包括參數(shù)擬定，傳動(dòng)設(shè)計(jì)，零件計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的能力。（2）綜合應(yīng)用過(guò)去所學(xué)