Z5140機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)題 目： 立式鉆床系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 09卓越 學(xué) 號(hào)： 09010137 學(xué)生姓名： 張桐 指導(dǎo)教師： 汪建中 2012年 6 月 19日目 錄緒 論錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.1立式鉆床概述31.2.機(jī)械系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的目的52立式鉆床的總體設(shè)計(jì)62.1 立式鉆床的主要技術(shù)參數(shù).6 2.2 立式鉆床功能原理設(shè)計(jì)72.3 主軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定. 82.4 確定切削用量9 2.5 主軸組件設(shè)計(jì).113立式鉆床的主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)12 3.1主電機(jī)的選定123.2轉(zhuǎn)速圖的擬定143.3確定主軸及各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速203.4畫(huà)主傳動(dòng)系

2、統(tǒng)圖203.5算主軸轉(zhuǎn)速誤差213.6齒輪的確定233.7齒輪參數(shù)的確定263.8齒輪模數(shù)的確定273.9齒輪的布置304傳動(dòng)件的驗(yàn)算與估算314.1傳動(dòng)軸的驗(yàn)算與估算314.2齒輪模數(shù)的驗(yàn)算與估算354.3軸承的選擇375致謝396參考文獻(xiàn)40附錄、主軸箱裝配圖，變速操縱機(jī)構(gòu)裝配圖、傳動(dòng)軸零件圖，齒輪零件圖 緒 論1.1立式鉆床的概述立式鉆床是主軸豎直布置且中心位置固定的鉆床，簡(jiǎn)稱立鉆。它主要分為方柱立鉆和圓柱立鉆兩種。也分為排式立鉆，多軸立式鉆床，坐標(biāo)立式鉆床，轉(zhuǎn)塔立式鉆等。立式鉆床的工作臺(tái)和主軸箱可沿立柱導(dǎo)軌調(diào)整位置，以適應(yīng)不同高度的工件。在加工工件前要調(diào)整工件在工作臺(tái)上的位置，使被加工

3、孔中心線對(duì)準(zhǔn)刀具軸線。加工時(shí)，工件固定不動(dòng)，主軸在套筒中旋轉(zhuǎn)并與套筒一起做軸向進(jìn)給。由于立式鉆床的主軸不能在垂直其軸線的平面內(nèi)移動(dòng)，轉(zhuǎn)孔時(shí)要使鉆頭與工件孔的中心重合，就必須移動(dòng)工件。因此，立式鉆床只適合加工中小型工件，常用在機(jī)械制造和修配工廠加工中、小型工件的孔。傳動(dòng)原理圖如下：鉆削加工的運(yùn)動(dòng)功能圖Z5140A鉆床（如圖1.1）是由遼寧省丹東市機(jī)床有限責(zé)任公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的立式鉆床，具有精度高，剛性好，扭矩大，噪聲低，變速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，操作集中，使用維修方便。機(jī)床具有攻絲自動(dòng)反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，主攻絲可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)正反轉(zhuǎn)，對(duì)于盲孔和定深孔攻絲極為方便。除用于鉆孔外，還可進(jìn)行擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔和攻螺紋

4、等，適用于機(jī)修車間、工具車間和小批量的生產(chǎn)車間，若配置其他鉆具，也適用于中批和大批生產(chǎn)。該機(jī)床采用合箱式布局，主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)均采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變速，并用單手柄集中操縱，機(jī)動(dòng)時(shí)可用手動(dòng)作超越進(jìn)給。在進(jìn)給傳動(dòng)中裝有保險(xiǎn)離合器，當(dāng)進(jìn)給過(guò)載或定程切削時(shí)，可自動(dòng)脫開(kāi)保險(xiǎn)離合器，停止進(jìn)給。主軸采用圓柱彈簧凸輪平衡裝置；主軸行程由限位鍵控制，防止機(jī)動(dòng)進(jìn)給超行程而卡壞主軸套和水平軸等。1.2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)完機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其它先行課程之后進(jìn)行的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是我校機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化品牌專業(yè)高級(jí)應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。其目的是通過(guò)典型機(jī)械系統(tǒng)如通用機(jī)床的主軸

5、變速傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)、或者是通過(guò)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的選行與設(shè)計(jì)，使學(xué)生在擬定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，和數(shù)字控制等先進(jìn)制造技術(shù)，以及設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)等技術(shù)文件編寫(xiě)等方面的基本技能和實(shí)際運(yùn)用能力得到比較系統(tǒng)的訓(xùn)練。課程設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)：題目：搖臂鉆床主軸變速箱設(shè)計(jì)主參數(shù)：最大鉆削直徑Dmax=40mm,刀具材料：高速鋼或硬質(zhì)合金，工件材料：鋼或鑄技術(shù)參數(shù)：Nmin=31.5r/min；Nmax=1400r/min；Z=12級(jí)；公比為1.41；電動(dòng)機(jī)功率P=4KW；電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min2立式鉆床總體設(shè)計(jì)2.1 立式鉆床主要技術(shù)參數(shù)最大鉆孔直徑40毫米最大進(jìn)給抗力1800公斤力主軸

6、允許最大扭轉(zhuǎn)力矩 .35公斤力·米主軸中心線至導(dǎo)軌面距離 .335毫米主軸行程250毫米主軸前端錐孔度 .莫氏4號(hào) 主軸轉(zhuǎn)速范圍（12級(jí)）.31.51400轉(zhuǎn)/分 主軸箱行程（手動(dòng)） 200毫米進(jìn)給量范圍（9級(jí)）.0.0561.80毫米/轉(zhuǎn) 工作臺(tái)尺寸 .450*550毫米工作臺(tái)行程 300毫米刻度盤每轉(zhuǎn)鉆孔深度 .250毫米主軸端面至工作臺(tái)面最大距離 . 750毫米主電機(jī)：功率 4千瓦轉(zhuǎn)速 .1430轉(zhuǎn)/分冷卻泵： 功率 .0.09千瓦流量 22升/分機(jī)床重量 約1280公斤機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng)*寬*高） 1150*880*2508毫米2.2鉆床功能原理設(shè)計(jì)： 1. 利用電動(dòng)機(jī)完成換向

7、和制動(dòng)。2. 各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。3. 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。鉆削加工傳動(dòng)原理圖2.3主軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定dmax=K*D ; Rd=dmin/dmaxD-床身上能加工的最大直徑（即其主參數(shù)，單位為mm）K-系數(shù)，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有同類機(jī)床使用情況的調(diào)查確定（搖臂鉆床K=1.0；普通車床K=1.5）；Rd -計(jì)算直徑范圍（Rd =0.200.25）dmax -通用機(jī)床經(jīng)濟(jì)加工的最大直徑dmin -通用機(jī)床經(jīng)濟(jì)加工的最小直徑得dmax=40 ，dmin=40*0.2=8nmax=1000*vmax/3.14* dmin nmin=1000*vmin/3.14* dmaxv=2032m/

8、minnmax=1273.88 r/min nmin=159.24 r/min擬定=1.41，Z=12，nmin=31.5 r/min，則主軸各檔轉(zhuǎn)速為31.5 r/min 45 r/min 63 r/min 90 r/min 125 r/min 180 r/min 250 r/min 355 r/min 500 r/min 710 r/min 1000 r/min 1400 r/min2.4確定切削用量鉆削用量包括背吃刀量（鉆削深度）ap、進(jìn)刀量f、切削速度vc三要素，由于鉆頭有兩條切削刃，所以：鉆削深度：ap = d/2; 單位mm每刃進(jìn)刀量: fz = f/2; 單位mm/z鉆削速度：v

9、c =3.14 dn / 100 單位m/min刀具材料為高速鋼，工件材料為鋼時(shí)查表知：進(jìn)給量f=0.20.8 mm/z 切削速度vc =2032m/min所以取 ap =20mm fz = 0.4 vc =3.14 dn / 100=24m/min進(jìn)給力 Ff=CFf dzFf fyFf KFf扭矩 Mc=CMcdzMcfyMcKMC刀具材料為高速鋼，工件材料為鋼時(shí)查表知：CFf =600 , zFf =1.0 , yFf =0.7CMc =0.305 , zMc=2.0 , yMc=0.8得到軸向進(jìn)給力Ff = 20118.7N切削力Fc=0.4 Ff =8047.48N切削消耗功率pc=

10、 FcVc /60000 =3.2KW切削功率只消耗在切削工件上，但機(jī)床功率必須大于切削功率。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)除了提供切削用動(dòng)力外，動(dòng)力還要消耗在軸承、導(dǎo)軌和齒輪等的摩擦上，因此切削功率只能占用電動(dòng)機(jī)功率的70% 80%，即0.70.8,所以電動(dòng)機(jī)額定功率Ped=3.2/0.8 KW =4 KW計(jì)算電機(jī)功率：根據(jù)傳動(dòng)副效率表：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率 三角皮帶 0.96 滾動(dòng)軸承 0.995圓柱齒輪（磨齒） 0.99 滑動(dòng)軸承 0.980.985圓柱齒輪（未磨齒） 0.98總=8軸承×6齒輪=0.9958×0.986=0.85實(shí)際計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需工作功率為：P0=P切/總=

11、3.2kw/0.85=3.76kw選電機(jī)功率為4kw.計(jì)算轉(zhuǎn)速nj取主軸第一個(gè)（低的）四分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速，所以nj=63 r/min2.5主軸組件設(shè)計(jì)查表得C=106135，考慮軸端承受較大轉(zhuǎn)矩，故取C=120，則取齒輪采用軸間定位，軸肩高度，取D=(D1+D2)/2=(45+53)/2mm=49mm由于鉆床主要用于孔加工，需要有長(zhǎng)的旋伸刀桿，因此a/D1=2.5所以a=2.5D1=2.5x45mm=112.5mm 取a=113mm對(duì)懸伸量較大的機(jī)床則取l0=(12)a=113226mm,取l0=200mm。合理跨距l(xiāng)合=（0.751.5）l0=150300mm,取l合=240m

12、m3立式鉆床主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)3.1主電機(jī)的選定由總體設(shè)計(jì)方案可知：Z5140鉆床的總功率為4kW,轉(zhuǎn)速為1450 r/min，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手選取電機(jī)為JO2-32,其外型見(jiàn)下圖，其安裝尺寸見(jiàn)下表： 機(jī)座號(hào)DEMNPRJO2-3228602151802505412014415其螺栓直徑為12mm。3.2轉(zhuǎn)速圖的擬定擬定立式鉆床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖，由總體設(shè)計(jì)方按可知：主軸的轉(zhuǎn)速范圍為31.51400 r/min，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1450 r/min。1 選定公比中型通用機(jī)床，常用的公比為1.26或1.41，考慮到適當(dāng)減小本鉆床的相對(duì)速度損失，選定=1.41。 取Rn =46 取Z=12 按標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)

13、速數(shù)列為：31.5，45，63，90，125，180，1250，355，500，710，1000，1400r/min。2 選擇結(jié)構(gòu)式1）確定變速組的數(shù)目和各變速組中傳動(dòng)副的數(shù)目 大多數(shù)的機(jī)床廣泛應(yīng)用滑移齒輪的變速方式，為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操縱方便的要求，通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪。該機(jī)床的變速范圍較大，必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的傳動(dòng)鏈減速才能把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速，故主軸轉(zhuǎn)速為12級(jí)的變速系統(tǒng)需要2個(gè)或3個(gè)變速組，即Z=12=4×3，或Z=12=4×2×2-4,或Z=12=3×2×2。為了結(jié)構(gòu)緊湊和主軸箱不過(guò)分的大，故選取Z=12=4×2

14、×2-4.2）確定不同傳動(dòng)副數(shù)的各變速組的排列次序按著傳動(dòng)順序，各變速組排列方案有： 12=4×2×2-4 12=2×2×4-4 12=2×4×2-4因本鉆床在結(jié)構(gòu)上有特殊要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，應(yīng)遵守“前多后少”的原則，選擇12=4×2×2-4的方案。3）確定變速組的擴(kuò)大順序根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇12=的結(jié)構(gòu)式。對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)為：12=4）驗(yàn)算變速組的變速范圍最后擴(kuò)大組的變速范圍,在允許的變速范圍之內(nèi)。3 確定是否需要增加降速的定比傳動(dòng)副該銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的總降速比為30/1400=1/48，三個(gè)變速組

15、的最小降速比都為1/4，則總降速比為1/64，這樣是無(wú)需增加降速的定比傳動(dòng)副，為使中間的二個(gè)變速組降速緩慢，有利于變型機(jī)床的設(shè)計(jì)，改變降速齒輪副的傳動(dòng)比，就可以將主軸12級(jí)轉(zhuǎn)速一起提高或降低。4 分配各變速組的最小傳動(dòng)比，擬定轉(zhuǎn)速圖鉆床的電機(jī)和輸入軸之間齒輪傳動(dòng)， 運(yùn)動(dòng)由電機(jī)經(jīng)彈性聯(lián)軸節(jié)和一對(duì)齒輪傳動(dòng)軸I，再由傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)齒輪傳至軸IV，使主軸獲得12級(jí)轉(zhuǎn)速。畫(huà)出轉(zhuǎn)速圖的格線如圖所示。 在軸I上標(biāo)出12級(jí)轉(zhuǎn)速：301500r/min,在第軸上用A點(diǎn)代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；最低轉(zhuǎn)速用E點(diǎn)標(biāo)出，因此A、E兩點(diǎn)連線相距約17格，即代表總的降速傳動(dòng)比。 決定III軸和軸之間的最小降速傳動(dòng)比：為了提高主

16、軸運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，主軸上齒輪應(yīng)大一些，能起到飛輪的作用，所以最后一個(gè)變速組的降速傳動(dòng)比取1/3。按公比=1.41，查表可知，即從E點(diǎn)向上數(shù)3.5格（3lg），在III軸上找出D點(diǎn)，DE傳動(dòng)線表示-軸間變速組（第二擴(kuò)大組）的降速傳動(dòng)比。 決定其余變速組的最小傳動(dòng)比：根據(jù)降速前慢后快的原則，-軸間變速組（第一擴(kuò)速前慢后快的原則，II-軸間變速組（第一擴(kuò)大組），取u=,即從D點(diǎn)向上數(shù)四格（3lg）,在II軸上找出C點(diǎn)，用CD傳動(dòng)線表示；同理，I-軸見(jiàn)取u=，用BC傳動(dòng)線表示；0-軸間取u=,用AB線表示。畫(huà)出各變速組其他傳動(dòng)線（圖五），-I軸間有一對(duì)齒輪傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速圖上為一條AB傳動(dòng)線。I-軸間為基本組

17、，有四對(duì)齒輪傳動(dòng)，級(jí)比指數(shù)，故四條傳動(dòng)線在轉(zhuǎn)速圖上各相距一格，從C點(diǎn)向上每隔一格取、點(diǎn)，連結(jié)、B和B得基本組四條傳動(dòng)線，它們的傳動(dòng)比分別為、，。II-軸間為第一擴(kuò)大組也有二對(duì)齒輪傳動(dòng)，級(jí)比指數(shù)=2，二條傳動(dòng)線轉(zhuǎn)速圖上各相距一格，即和CD,它們的傳比分別為，。III-軸間為第二擴(kuò)大組，有三對(duì)齒輪傳動(dòng)，級(jí)比指數(shù)，兩條傳動(dòng)線在轉(zhuǎn)速圖上應(yīng)相距4格，即D,DE,它們的傳動(dòng)比分別為和。 畫(huà)出全部傳動(dòng)線，即鉆床的主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖。如前所述，轉(zhuǎn)速圖兩軸之間的平行線代表同一對(duì)齒輪傳動(dòng)，所以畫(huà)II-軸間的傳動(dòng)線時(shí)，應(yīng)從、兩點(diǎn)分別畫(huà)CD、C、的平行線，使III軸得到8種轉(zhuǎn)速。由于特殊理由，畫(huà)III-軸間的傳動(dòng)線時(shí)，應(yīng)畫(huà)

18、4條與DE平行的線，8條與D平行的線，使主軸得到12種轉(zhuǎn)速。校驗(yàn)變速組的變速范圍：基本組：第一擴(kuò)大組：第二擴(kuò)大組：滿足直齒圓柱齒輪極限傳動(dòng)比的要求3.3確定主軸和各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：Nj=nmin(z/4-1)= 31.5*1.41*(12/4-1)r/min=63r/minNj=90 r/minNj= 125r/minNj=180r/min3.4畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖：Z5140傳動(dòng)系統(tǒng)圖3.5算主軸轉(zhuǎn)速誤差實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過(guò)±10(-1),即 對(duì)于搖臂鉆床Z3040的16級(jí)轉(zhuǎn)速圖知Nmax=2000r/min有，

19、 則有 因此滿足要求。以同樣的方法來(lái)計(jì)算其它各轉(zhuǎn)速各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差都都小于2.6，因此不需要修改齒數(shù)。3.6齒輪的確定 1齒輪齒數(shù)的確定應(yīng)注意以下問(wèn)題：1）.不產(chǎn)生根切。一般要求20。2）.保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過(guò)大，齒輪齒根圓到鍵槽的厚度，一般取，則。3）.同一傳動(dòng)組的各對(duì)齒輪副的中心距應(yīng)當(dāng)相等。若模數(shù)相等時(shí)，則齒數(shù)和亦應(yīng)當(dāng)相等。但由于傳動(dòng)比的要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求。機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過(guò)34個(gè)齒。4）.防止各種碰撞和干涉。5）.應(yīng)保證最小齒輪裝到軸上或套筒上具有足夠的強(qiáng)度。6）.保證主軸的轉(zhuǎn)

20、速誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。2齒數(shù)的計(jì)算1）.同一變速組內(nèi)模數(shù)相同的齒數(shù)的確定為了便于設(shè)計(jì)和制造，主傳動(dòng)系統(tǒng)中所采用的齒輪模數(shù)的種類盡可能少一些。在同一個(gè)變速組內(nèi)一般都采用相同的模數(shù)，這是因?yàn)楦鼾X輪副的速度變化不一樣，受力情況差別不大。當(dāng)各對(duì)齒輪模數(shù)相同，且不采用變位齒輪時(shí)，則各對(duì)齒輪的齒數(shù)和也必須相等，其間的關(guān)系是： （3-1）式中 主動(dòng)齒輪的齒數(shù) 被動(dòng)齒輪的齒數(shù) 一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比 一對(duì)齒輪的齒數(shù)和 為了保證不產(chǎn)生根切，必須先找出具有最少齒數(shù)的傳動(dòng)副（一般出現(xiàn)在最高升速或最低降速的傳動(dòng)副上），確定最小齒數(shù)，然后確定最合適的齒數(shù)和，再根據(jù)傳動(dòng)比確定其它齒輪的齒數(shù)。由上面兩個(gè)公式得： （3-2） 一般

21、=1730,初選=18,參考有關(guān)資料選取m為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3。 由a=()和選取的=1.41，查表2-1金屬切削機(jī)床，得=76故=-=76-18=58所以=(18+58)=114=0.31=0.31=31.5÷0.31=101.6r/minIII軸的最高轉(zhuǎn)速 =×=101.6×1.41=1125.r/minU=1400÷1125.7=1.24Z=×S=42Z=S-Z=76-42=343.7 齒輪參數(shù)的確定分度圓直徑 d=mZ=3×42=126mm d=mZ=3×34=102mm齒頂高 h=m=3mm齒根高 h=1.25m全齒高

22、 h= h+ h頂隙 C= h- h=0.25m=0.75mm齒頂圓直徑 d= d+2 h=126+2×3=132mm d= d+2 h=108mm齒根圓直徑d= d-2 h=118.5mm d= d-2 h=94.5mm齒寬 B=13mm B=18mm3.8 齒輪模數(shù)的確定：齒輪模數(shù)的估算。通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時(shí)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行估算模數(shù)和，并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為簡(jiǎn)化工藝變速傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過(guò)23種模數(shù)。先計(jì)算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪

23、傳動(dòng)，查手冊(cè)齒輪精度選用7級(jí)精度，選擇小齒輪材料為45鋼 (調(diào)質(zhì))，硬度為220HBS和260HBS：a變速組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)Z1=18,Z2=58的齒輪。初步計(jì)算傳動(dòng)的主要尺寸根據(jù)公式：d12.323KT2u±1du(ZEH)2 小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩為 因v值未知，kv值不能確定，可初步選載荷系數(shù)kt=1.11.8,初選kt=1.5。 非對(duì)稱安裝，取齒寬系數(shù)d=0.3。 查得彈性系數(shù)ZE=189.8MPa。 齒數(shù)比u=58/18=3.22 按齒面硬度查圖，的Hlim1=600MPa, Hlim2=560MPa 大齒輪和小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為：假設(shè)該機(jī)床工作壽命10

24、年，每年工作300天，兩班制，工作平穩(wěn)，齒輪轉(zhuǎn)向不變N1=60n1jLh=60×910×1×1.0×300×16=2.62×108 N2=60n1jLh=60×800×1×1.0×300×16=2.3×108查資料的kHN1=0.95, kHN2=1.09 取安全系數(shù)SH=1 H1=kHN1Hlim1SH=0.95×6001=570MPa H2=kHN2Hlim2SH=1.09×5601=610.4MPa取H=H1計(jì)算模數(shù) 計(jì)算載荷系數(shù) 查得使用系數(shù)KA=

25、1.0 因，查得動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.11，由表查得齒向載荷分布系數(shù)K=1.15，則載荷系數(shù)為K=KAKvK=1.0×1.11×1.15=1.28 對(duì)d1t進(jìn)行修正 因K與kt有較大的差異，故需對(duì)由kt計(jì)算出的d1t進(jìn)行修正，即： 確定模數(shù)： 取mn=2.5 傳動(dòng)尺寸： 兩分度圓直徑 : 中心距齒寬b =dd2 =0.3×50=15mm b1、b2盡可能圓整為5的倍數(shù)，取b1=15mm、b2=15mm尺高h(yuǎn)=2.25mn=2.25×2.5=5.625mm為了便于設(shè)計(jì)和制造，同一傳動(dòng)組內(nèi)的齒輪的模數(shù)常取相同，此時(shí)，各傳動(dòng)齒輪副的齒輪齒數(shù)和相同。則在變速箱職中

26、，每根傳動(dòng)軸上各齒輪的模數(shù)均為mn=2.5mm。而在主軸箱中，用上述方法也取得第一對(duì)傳動(dòng)副齒輪的模數(shù)mn=2.5mm，而在傳動(dòng)鏈中，最后一個(gè)背輪機(jī)構(gòu)中，變速范圍較大，各傳動(dòng)副對(duì)應(yīng)傳動(dòng)的扭矩的差別也較大，為合理利用材料，常采用不同的模數(shù)，且在同一傳動(dòng)組內(nèi)正常只限用于用兩種模數(shù)。由于傳動(dòng)副軸心線距離必須相等，即m1Sz1=m2Sz2 m1、m2分別為兩種模數(shù)； Sz1、Sz2分別為m1、m2兩傳動(dòng)副的齒數(shù)和。 則得m2=33.9齒輪的布置為了使變速箱結(jié)構(gòu)緊湊，必須合理布置齒輪。因?yàn)樗苯佑绊懙阶兯傧涞某叽纾兯俨倏v的方便性和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可能性等問(wèn)題。在考慮主軸適當(dāng)?shù)闹С芯嗪蜕釛l件下，一般應(yīng)盡可能減

27、少變速箱尺寸，但是變速箱的軸向尺寸和徑向尺寸經(jīng)常不可能同時(shí)縮小。為了防止一對(duì)齒輪尚未完全脫開(kāi)，另一對(duì)齒輪就開(kāi)始進(jìn)入嚙合狀態(tài)，如圖七所示。尺寸L應(yīng)比2B大24mm,其中B為齒寬，這是設(shè)計(jì)是排列齒輪首先要注意的問(wèn)題。4.傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算傳動(dòng)方案確定之后，要進(jìn)行方案的機(jī)構(gòu)化，確定各零件的實(shí)際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對(duì)傳動(dòng)件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動(dòng)軸的軸徑等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫(huà)出草圖，得到初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行主要零件的驗(yàn)算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強(qiáng)度等，必要時(shí)做結(jié)構(gòu)和方案上的修改，從新驗(yàn)算，知道滿足要求。4.1.傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度

28、要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)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，不允許有較大的變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾。除了載荷很大的情況外，可不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下（彎曲、軸向、扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過(guò)大的變形（彎曲、失穩(wěn)、轉(zhuǎn)角）。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過(guò)大而不能正常工作，或者產(chǎn)生震動(dòng)和噪聲、發(fā)熱、過(guò)早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸具有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫(huà)出草圖之后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。1） 傳動(dòng)軸直徑的估算傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動(dòng)軸直徑：d=91mm其中： N

29、該傳動(dòng)軸的輸入功率 N=kW 電機(jī)額定功率 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)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min 計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(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)系而確定，而中型車、鉆床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為： （主）= 每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）,可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。 估算是應(yīng)該注意： 值為每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角，而估算的傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度往往不足一米，因此在計(jì)算時(shí)應(yīng)按軸的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行折算和修正。 效率對(duì)估算軸徑d影響不大，可以不計(jì)，也可以用有關(guān)傳動(dòng)件效率的概略值的積求出。 如使用花鍵時(shí)，可根據(jù)估算的軸徑d選取相近的標(biāo)準(zhǔn)花鍵軸的

30、規(guī)格。主軸前徑可參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定。2） 傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算 軸的彎曲變形的條件和允許值機(jī)床主傳動(dòng)軸的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承處的撓度y和傾角。各類軸的撓度y和裝齒輪和軸承處的傾角，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值Y和值，即：yY; 軸的彎曲變形計(jì)算公式當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時(shí)，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑（）來(lái)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算花鍵軸的剛度時(shí)可采用平均直徑（）或當(dāng)量直徑（）。計(jì)算公式為：圓軸：平均直徑= 慣性矩I=矩形花鍵軸：平均直徑= 當(dāng)量直徑= 慣性矩I= 軸的力分解和變形合成對(duì)于復(fù)雜受力軸的變形，先將受力分解成三個(gè)垂直平面上的分力，應(yīng)用彎曲變形的公式求出所

31、要求截面的兩個(gè)垂直平面內(nèi)的y和值，然后進(jìn)行疊加：在同一平面內(nèi)的可進(jìn)行代數(shù)疊加，在兩垂直平面內(nèi)的按幾何向量合成，求出該截面的總撓度和總傾角。 危險(xiǎn)工作條件的判斷主軸變速箱傳動(dòng)軸的工作條件有多種，驗(yàn)算剛度時(shí)應(yīng)選擇最危險(xiǎn)的工作條件進(jìn)行。一般是：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速低，傳動(dòng)齒輪的直徑小且位于軸的中央，這時(shí)，軸受力將總變形劇增。如果對(duì)二、三種工作條件難以判斷是那一種最危險(xiǎn)，就應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算，找到最大彎曲變形值y和。 提高軸剛度的一些措施 加大軸的直徑；減少軸的跨距或增加第三支承；從新安排齒輪在軸上的位置；改變軸間的布置方式等。加大軸徑有時(shí)受到軸上小齒輪體厚的限制，增加第三支承使軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，都不是最有效和最理

32、想的措施，應(yīng)首先從齒輪在軸上的布置、軸的相互方位關(guān)系來(lái)改善受力狀態(tài)，看是否在不加大軸徑、不改變軸的基本形式的前提下，提高軸的剛度。為了提高軸的剛度，有時(shí)寧愿多增加一對(duì)固定傳動(dòng)齒輪，增加一根軸，從傳動(dòng)方案上保證中間軸不會(huì)太長(zhǎng)。4.2.齒輪模數(shù)的估算和計(jì)算 估算按接觸疲勞和彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知道后就可確定，所以只在草圖畫(huà)完之后效核用。在畫(huà)草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞的估算： 齒面點(diǎn)蝕的估算： 其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，為齒輪中心距。 由中心距及齒數(shù)，求出齒數(shù)： 根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 計(jì)算 結(jié)構(gòu)確定以后，齒輪

33、的工作條件，空間安排，材料和精度等級(jí)都已確定，才肯能核驗(yàn)齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿足要求。根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為： 根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為： 式中：N計(jì)算齒輪傳遞的額定功率N=kW； 計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min； 齒寬系數(shù)=b/m, 常取610； 計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小齒輪的齒數(shù)；i-大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比， i=; 壽命系數(shù)，；工作期限系數(shù)，=；齒輪等傳動(dòng)件在接觸和彎曲交變載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；功率利用系數(shù)；n齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min;材料強(qiáng)化系數(shù)。幅值低的交邊載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化，起到阻止疲勞細(xì)縫擴(kuò)散的作用。4.3·軸承的選擇根據(jù)軸的數(shù)據(jù),從參考書(shū)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第二版）查的推力球軸承，軸承型號(hào)51305。其尺寸參數(shù)為：d=30mm，D=52mm，B =16mm。技術(shù)參數(shù)為：C=21500N =43200N 計(jì)算軸承動(dòng)負(fù)荷C： （3.