銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、五邑大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)題 目：臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 （系） 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名 周勵(lì)信 學(xué) 號(hào) 3112003188 班 級(jí) 120902 完成日期 2015年4月20 設(shè)計(jì)任務(wù)書題目公比Nmin級(jí)數(shù)Z功率N（KW）銑床工作臺(tái)面積250mm1000mm臥式升降臺(tái)銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2625184表14.1 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì).1.1 確定極限轉(zhuǎn)速由任務(wù)書知 nmin=25，級(jí)數(shù)Z=18,公比=1.26，得 式（4-1）則轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍Rn為 式（4-2）.1.2 確定公比由任務(wù)書知 公比=1.26，由此查參考文獻(xiàn)1附錄1，得到各級(jí)轉(zhuǎn)速為n1=25, n2=31.5,

2、n3=40, n4=50, n5=63, n6=80, n7=100, n8=125, n9=160, n10=200, n11=250, n12=315, n13=400, n14=500, n15=630, n16=800, n17=1000, n18=1250。.1.3 確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)由任務(wù)書知 級(jí)數(shù)Z=18.1.4 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式根據(jù)“前多后少”以及“前小后大”的原則，確定結(jié)構(gòu)式為： 式（4-3）畫出結(jié)構(gòu)網(wǎng)（圖1）圖1 結(jié)構(gòu)網(wǎng).1.5繪制轉(zhuǎn)速圖.1.5.1 選定電機(jī)由任務(wù)書知 功率Nd=4KW，最高轉(zhuǎn)速nmax=1250(r/min)，由參考文獻(xiàn)1附錄2選定電機(jī)型號(hào)為Y112M-4，

3、同步轉(zhuǎn)速nd=1500(r/min）.1.5.2 分配總降速轉(zhuǎn)動(dòng)比總降速傳動(dòng)比式（4-4）根據(jù)“先緩后急”原則，確定各變速組最小傳動(dòng)比.1.5.3 確定傳動(dòng)軸的軸數(shù)傳動(dòng)軸數(shù)=變速組數(shù)+定比傳動(dòng)副數(shù)+1=3+1+1=5.1.5.4 繪制轉(zhuǎn)速圖根據(jù)上述結(jié)論，繪制轉(zhuǎn)速圖（圖2）圖2 轉(zhuǎn)速圖.1.6繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖.1.6.1 應(yīng)該注意的問題1 因?yàn)榱慵牟習(xí)形创_定，一般根據(jù)轉(zhuǎn)速圖，先按傳動(dòng)副的傳動(dòng)比擬定一個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)草圖。待裝配圖完成后再修改草圖為證實(shí)系統(tǒng)傳動(dòng)圖，傳動(dòng)軸上的出路軸向位置大致展開圖相對(duì)應(yīng)，畫出軸承符號(hào)，標(biāo)上軸號(hào)，齒輪齒數(shù)及模數(shù)，皮帶輪直徑，電動(dòng)機(jī)型號(hào)，功率和轉(zhuǎn)速。2.要有利降低齒輪變速

4、箱的噪聲（1）主軸高轉(zhuǎn)速范圍的傳動(dòng)比排列，可采用先降速后升速的傳動(dòng)，使總轉(zhuǎn)速和減小，以期降低噪聲。這種高速傳動(dòng)采用先降后升，可使同一變速組的傳動(dòng)比有升速有降速，有利于減小齒數(shù)和，齒輪線速度及中心距。（2）主軸高速傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)縮短傳動(dòng)鏈，以減小傳動(dòng)副數(shù)。（3）不采用噪聲大的錐齒輪傳動(dòng)副，如立銑可全部采用垂直排列的傳動(dòng)軸。（4）前邊的變速組中的降速傳動(dòng)比不宜采用極限值，以避免增加徑向尺寸。最末變速組中可采用最小傳動(dòng)比，特別是銑床以增加主軸的飛輪效應(yīng)。.1.7確定變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù)查機(jī)械裝備制造表5-1查得各齒輪齒數(shù).1.7確定變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù)實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不超過,即

5、主軸轉(zhuǎn)速誤差1440x12501440x10001440x8001440x6301440x5001440x4001440x3151440x2501440x2001440x1601440x1251440x1001440x801440x631440x501440x401440x31.51440x25表3.1.8各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速軸序號(hào)IIIIIIVV計(jì)算轉(zhuǎn)速(nj/r. min)63040010080表4齒輪代號(hào)Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16Z17Z18齒數(shù)7517241413646325045453060187270352184計(jì)算轉(zhuǎn)速14406306

6、3063063050063040040040050012540010010020031580表5.2 傳動(dòng)零件的初步計(jì)算初步計(jì)算是為了大致確定傳動(dòng)零件的主要尺寸（如傳動(dòng)軸直徑和齒輪模數(shù)等），以便繪制主軸變速箱的軸系展開草圖。在繪制草圖布置的過程中，同時(shí)考慮零件結(jié)構(gòu)工藝性，進(jìn)一步確定零件的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，一些數(shù)據(jù)要按有關(guān)規(guī)定選取。.2.1傳動(dòng)軸直徑初定d=91(mm) 式（4-7）式中 d-傳動(dòng)軸直徑（mm） -該軸傳遞的額定扭矩(Nmm)N-該軸傳遞的功率（kW）nj-該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）該軸每米長(zhǎng)允許扭轉(zhuǎn)角（deg/m），一般傳動(dòng)軸取。對(duì)空心軸須將（6）（7）式計(jì)算值再乘以系數(shù)。取：V

7、帶傳動(dòng)效率圓柱齒輪傳動(dòng)效率軸承傳動(dòng)效率(可上下圓整)II軸 dII=91=91III軸 dIII=91=91IV軸 dIV=91=91.2.2主軸軸徑的確定對(duì)通用機(jī)床的主軸尺寸參數(shù)，多由結(jié)構(gòu)上的需要而定，查相關(guān)手冊(cè)得，功率為4Kw的銑床主軸軸徑為6095mm。取D1 =80mm;由規(guī)定可知，后軸徑的軸徑D2=（0.750.85）D1(mm)，取D2=64mm。.2.3各軸軸徑的值軸序號(hào)IIIIIIV軸徑( mm)283240表6.2.3齒輪模數(shù)的初步計(jì)算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(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式計(jì)算： (mm) 式（4-8） 式中-按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪

8、模數(shù)（mm）;-驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率（Kw）；-計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）;-大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，1外嚙合取“+”號(hào)，內(nèi)嚙合取“-”號(hào)；-小齒輪齒數(shù)；-齒寬系數(shù)，(B為齒寬系數(shù)，m為模數(shù))，-許用接觸應(yīng)力（MPa）取 MPa第一組：選取II軸齒數(shù)為32的齒輪： =1.43(mm) 取 第二組：選取IV軸齒數(shù)為18的齒輪：取 第三組：選取V軸齒數(shù)為21的齒輪: =2.18(mm) 取 .2.4傳動(dòng)系統(tǒng)圖S圖3 傳動(dòng)系統(tǒng)圖.3 零件的驗(yàn)算在零件的尺寸和位置確定后，就具體的知道了他們的受力狀態(tài)，力的大小，作用點(diǎn)和方向，從而可以對(duì)零件進(jìn)行較精確的驗(yàn)算。.3.1 直齒圓柱齒輪的應(yīng)力計(jì)算在驗(yàn)算變速箱

9、中的齒輪應(yīng)力時(shí)，選相同模數(shù)中承受載荷最大的，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)齒輪主要驗(yàn)算接觸應(yīng)力，對(duì)低速傳動(dòng)齒輪主要驗(yàn)算彎曲應(yīng)力，對(duì)硬齒面軟芯的滲淬火齒輪，一定要驗(yàn)算彎曲應(yīng)力。接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為： 式4-9彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為： 式4-10式中： N-傳遞的額定功率（kw）N=m初算的齒輪模數(shù)(mm）B齒寬（mm）Z小齒輪齒數(shù)；u大齒輪與小齒輪齒數(shù)u壽命系數(shù) 式4-11 式4-12T齒輪在機(jī)床工作期限()內(nèi)的總工作時(shí)間（h）,對(duì)于中型機(jī)床的齒輪取=1500020000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可以近似的認(rèn)為T=，p為該變速組的傳動(dòng)副數(shù)；m疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷?。簃

10、=3;彎曲載荷時(shí)，對(duì)正火，調(diào)質(zhì)以及整體淬硬件取m=6.對(duì)表面淬硬件取m=9;；齒向載荷分布系數(shù)；Y齒形系數(shù)；許用接觸應(yīng)力；1650Mpa297Mpa選取齒數(shù)為21和84的一對(duì)齒輪進(jìn)行驗(yàn)算，小齒輪驗(yàn)算彎曲強(qiáng)度，大齒輪驗(yàn)算接觸強(qiáng)度系數(shù)K1YK2K3KTKNKnZ1=2110.41.11.41.580.880.961Z2=8410.511.11.41.440.80.961表6小齒輪彎曲應(yīng)力：109.9MPa大齒輪接觸應(yīng)力：=544.08MPa綜上，大小齒輪均符合要求。.3.2 齒輪精度的確定根據(jù)齒輪的用途，圓周速度，載荷狀況，對(duì)噪聲，振動(dòng)，使用壽命等方面的要求，確定齒輪選用7級(jí)精度。.3.3傳動(dòng)軸的

11、彎曲剛度驗(yàn)算.3.3.1傳動(dòng)軸上的彎曲載荷齒輪傳動(dòng)軸同時(shí)受輸入扭矩的齒輪驅(qū)動(dòng)Qa和輸出扭矩的齒輪驅(qū)動(dòng)阻力Qb的作用而產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)齒輪為直齒圓柱齒輪，其嚙合角a=20,齒面摩擦角=5.72時(shí)，則Qa(或Qb)=2.12 式4-13式中N該齒輪傳遞的全功率（KW） m,z該齒輪的模數(shù)，齒數(shù)；n該傳動(dòng)軸的計(jì)算工況轉(zhuǎn)速（r/min）(n=);該軸輸入扭矩的齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）;該軸輸出扭矩的齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）;.3.3.2驗(yàn)算兩支承傳動(dòng)軸的彎曲變形機(jī)床齒輪變速箱里的傳動(dòng)軸，如果抗彎曲強(qiáng)度不足，講破壞軸及齒輪，軸承的正常工作條件，引起軸的橫向振動(dòng)，齒輪的輪齒偏載，軸承內(nèi)，外圈相互傾斜，

12、加劇零件的磨損，降低壽命。齒輪傳動(dòng)軸的抗彎剛度驗(yàn)算，包括軸的最大撓度，滾動(dòng)軸承處及齒輪安裝處的傾角驗(yàn)算。其值均應(yīng)小于允許變形量y及為了計(jì)算方便，可以近似的以該軸的重點(diǎn)撓度帶（即在0.5l處）代替最大撓度。圖 傳動(dòng)軸剛度驗(yàn)算簡(jiǎn)圖若兩支撐的齒輪傳動(dòng)軸為實(shí)心的圓形鋼軸，忽略其支撐變形，在單一彎曲載荷作用下，其中點(diǎn)撓度為： 式4-14式中： l兩支承間的跨距；（mm）D該軸的平均直徑(mm);X=,的工作位置至較近支點(diǎn)的距離；即N,m,z,n同式2-13計(jì)算在驅(qū)動(dòng)力Qa和Qb 同時(shí)作用下，傳動(dòng)軸中點(diǎn)的合成撓度yb ,可按余弦定理計(jì)算：yh=-2(mm) 式（4-15）式中yh被驗(yàn)算軸的合成撓度（mm）

13、 輸入扭矩的齒輪在軸的中點(diǎn)引起的撓度（mm）輸出扭矩的齒輪在軸的中點(diǎn)引起的撓度（mm） 式（4-16）按如圖四所示嚙合情況，計(jì)算該軸的撓度計(jì)算過程如下：輸入：=315Na=4m=3z=60n=500輸出:xb=180Nb=4=3.5m=3z=70n=500=0.093合成后yh=-2=0.23(mm)查表知，許用的撓度對(duì)一般傳動(dòng)軸為0.00030.0005l；計(jì)算得：0.0005即：0.23撓度符合要求。傳動(dòng)軸在支承點(diǎn)A,B處的傾角，可按下式計(jì)算：式（4-17）查表得：安裝軸承處的許用角度為：0.001rad因此驗(yàn)算后滿足要求?！咀ⅰ慨?dāng)支承處（A,B），軸的傾角小于安裝齒輪處的傾角允許值時(shí)，則

14、齒輪處的傾角就不必再進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)軸的各段直徑相差不大而且計(jì)算精度要求不高時(shí)，可按平均直徑的等徑進(jìn)行計(jì)算。.3.4兩軸承主軸組件的靜剛度驗(yàn)算機(jī)床主軸組件的靜剛度是指它在力的作用下抵抗變形的能力。1.主軸軸段撓度的允許值:選用驗(yàn)算主軸軸端的撓度為依據(jù)，主軸軸端的撓度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為:式中：兩支承間的距離,在本主軸中,.故取2.切削力的確定最大圓周切削力須按主軸輸出全功率和最大扭矩確定,其計(jì)算公式為： 式（4-18）式中：電動(dòng)機(jī)額定功率(kW),此處.主傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率,為各傳動(dòng)副、軸承的效率,總效率,此處,為方便起見,起主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速),由前知,主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為.計(jì)算直徑,對(duì)于銑床,為最大端銑刀計(jì)算直

15、徑,對(duì)于升降臺(tái)寬度為的臥式銑床,其端銑刀的計(jì)算直徑及寬度分別為,.得驗(yàn)算主軸組件剛度時(shí),須求出作用在垂直于主軸軸線的平面內(nèi)的最大切削合力.對(duì)于升降臺(tái)式銑床的銑削力,一般按端銑計(jì)算,不妨設(shè)本銑床進(jìn)給系統(tǒng)的末端傳動(dòng)副有消隙機(jī)構(gòu),應(yīng)采用不對(duì)稱順銑,則各切削分力與的比值可大致認(rèn)為,.則,即與水平面成角,在水平面的投影與成角.3切削力的作用點(diǎn)設(shè)切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承的距離為,則 式（4-19） 式中：主軸前端的懸伸長(zhǎng)度,此處 對(duì)于普通升降臺(tái)銑床代入,切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承的距離為4.受力分析及計(jì)算：由于主軸上的大齒輪比小齒輪對(duì)主軸的剛度影響較大,故僅對(duì)大齒輪進(jìn)行計(jì)算.圖5主軸縱向視圖力的分布圖6

16、主軸部件橫向視圖力的分布為了計(jì)算上的簡(jiǎn)便,主軸部件前端撓度可將各載荷單獨(dú)作用下所引起的變形值按線性進(jìn)行向量迭加,其計(jì)算公式為：(1) 計(jì)算切削力作用在點(diǎn)引起主軸前端占的撓度 式(4-20)對(duì)圓錐滾子軸承：i滾動(dòng)體的列數(shù)z每列中的滾動(dòng)體數(shù) zA=16.zB=20l0滾子的有效長(zhǎng)度 l0A=26; l0B=35a軸承的接觸角 a=15R軸承的徑向負(fù)荷 RA=210000;RB=440000式中：抗拉彈性模量,鋼的為段慣性矩,對(duì)于主軸前端,有為AB段慣性矩,有、其余各參數(shù)定義與之前保持一致.代入計(jì)算,得其方向如圖4-3所示,沿方向,.(2)計(jì)算力偶矩作用在主軸前端點(diǎn)產(chǎn)生的撓度 式(4-21)式中各參

17、數(shù)定義與之前保持一致.力偶矩代入,得：其方向在H平面內(nèi),如圖4-3所示,.(3)計(jì)算驅(qū)動(dòng)力作用在兩支承之間時(shí),主軸前端點(diǎn)的撓度 式(4-22)式中各參數(shù)定義與之前保持一致.驅(qū)動(dòng)力代入得,其方向如圖4-3所示,角度(1) 求主軸前端點(diǎn)的綜合撓度H軸上的分量代數(shù)和為： 式(4-23)代入,得：V軸上的分量代數(shù)和為： 式 (4-24)代入,得：綜合撓度為：(mm)=0.002 =21.3故滿足對(duì)主軸的剛度要求。5技術(shù)指標(biāo)分析經(jīng)驗(yàn)算：一對(duì)齒輪中，小齒輪彎曲強(qiáng)度，大齒輪接觸強(qiáng)度，傳動(dòng)軸撓度，主軸撓度（靜剛度）均合參考文獻(xiàn)【1】 哈爾濱工業(yè)大學(xué) . 綜合課程設(shè)計(jì)II課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 【2】 機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 機(jī)械設(shè)計(jì)出版社【3】 高等教育出版社 機(jī)械設(shè)計(jì) 宋寶玉主編【4】馮辛安主編 . 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 第二版 .