機(jī)床課程設(shè)計(jì)說明書

《1》、設(shè)計(jì)目的通過機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力?！?》、設(shè)計(jì)步驟一.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1.1已知條件[1]確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速nmin=22.4r/min。[2]確定公比：?=1.41[3]轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)：z=121.2結(jié)構(gòu)分析式⑴12=3?2?2⑵12=2?2?3[3]12=2?3?2從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速傳動(dòng)，若使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在較接近電動(dòng)機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動(dòng)副前多后少的原則，因此取12=2?3?2方案。1在降速傳動(dòng)中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸常限制最小傳動(dòng)比imin≥；在升速時(shí)為防止產(chǎn)生過4大的噪音和震動(dòng)常限制最大轉(zhuǎn)速比imax≤2。在主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)組的最大變速范圍Rmax=(imaximin)≤8~10。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間傳動(dòng)軸的變速范圍最小，1.3繪制轉(zhuǎn)速圖⑴選擇電動(dòng)機(jī)一般車床若無特殊要求，多采用Y系列封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)原則條件選擇Y-132S-4型Y系列籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。額定功率：5.5kw。⑵分配總降速傳動(dòng)比總降速傳動(dòng)比i=nmin/nd=22.4/1000=0.02電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nd=1440r/min[3]確定傳動(dòng)軸軸數(shù)-1-傳動(dòng)軸軸數(shù)=變速組數(shù)+定比傳動(dòng)副數(shù)+1=3+1+1=5。⑷確定各級(jí)轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖由nmim=22.4r/min?=1.41z=確定各級(jí)轉(zhuǎn)速：1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5、22.4r/min。在五根軸中，除去電動(dòng)機(jī)軸，其余四軸按傳動(dòng)順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的傳動(dòng)組分別設(shè)為a、b、c。現(xiàn)由Ⅳ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速：①先來確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速傳動(dòng)組c的變速范圍為?6=1.416=8=Rmax∈[8,10]，結(jié)合結(jié)構(gòu)式，Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速只有一和可能：90、125、180、250、355、500r/min。②確定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速傳動(dòng)組b的級(jí)比指數(shù)為3，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致傳動(dòng)比太小，可取bi1=1/?3=1/2.8，bi2=1/1軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：355、500r/min。③確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速對(duì)于軸Ⅰ，其級(jí)比指數(shù)為1,可取ai1=1/?2=1/2，ai2=1/?=1/1.41，ai3=1/1確定軸Ⅰ轉(zhuǎn)速為710r/min。由此也可確定加在電動(dòng)機(jī)與主軸之間的定傳動(dòng)比i=1440/710=144/71。下面畫出轉(zhuǎn)速圖（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）。電動(dòng)機(jī)ⅠⅡⅢⅥ[5]確定各變速組傳動(dòng)副齒數(shù)①傳動(dòng)組a:查表,ai1=1/?2=1/2，ai2=1/?=1/1.41。ai1=1/?2=1/2時(shí)：Sz=……57、60、63、66、69、72、75、78……-2-ai2=1/?=1/1.41時(shí)：Sz=……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……可取Sz=72,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：24、30于是ia1=24/48，ia2=30/42?？傻幂SⅡ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：48、42。②動(dòng)組b:查表,bi2=1/1bi1=1/?3=1/2，bi2=1/4bi1=1/1時(shí)：Sz=……90、92、94、96、98、100、102、104……bi2=1/2時(shí)：Sz=……81、84、87、89、90、92、93、95、96……可取Sz=90，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：45、30、18。于是bi1=45/45，bi2=30/60，bi3=18/72.得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：45、30、18。③傳動(dòng)組c:查表8-1,ci1=1/4,ic2=2ci1=1/4時(shí)：Sz=……84、85、89、90、94、95……ic2=2時(shí)：Sz=……72、75、78、81、84、87、……可取Sz=90.ci1=1/4為降速傳動(dòng)，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為18；ic2=2為升速傳動(dòng)，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為30。于是得ci1=18/72,ic2=60/30得軸Ⅲ兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為18，60；得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為72，30。1.4繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖-3-二.動(dòng)力設(shè)計(jì)2.1確定各軸轉(zhuǎn)速⑴確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為z-1312-13nIV=nmin?=22.4?1.41=63r/min⑵各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸Ⅲ可從主軸63r/min按72/18的傳動(dòng)副找上去，軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速90r/min；軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min；軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。[3]各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速傳動(dòng)組c中，18/72只需計(jì)算z=18的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為250r/min；60/30只需計(jì)算z=30的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為180r/min；傳動(dòng)組b計(jì)算z=18的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min；傳動(dòng)組a應(yīng)計(jì)算z=24的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。[4]核算主軸轉(zhuǎn)速誤差n實(shí)=1440??126/?256?30/42?45/45?60/30=1012.5r/minn標(biāo)=1000r/min(n實(shí)-n標(biāo))n標(biāo)?100%=(1012.5-1000)?100%=1.25%<5%1000所以合適。2.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=5.5KW,傳動(dòng)比i=2.03，兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16.1小時(shí)，工作年數(shù)10年。⑴確定計(jì)算功率取KA=1.1，則Pca=KAP=1.1?5.5=6.05KW⑵選取V帶型根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率，查圖選B型帶。⑶確定帶輪直徑和驗(yàn)算帶速查表小帶輪基準(zhǔn)直徑d1=125mm,d2=[(n1/n2)?d1?(1-ε)]=203mm驗(yàn)算帶速成v=πd1n160?1000其中n1-小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；n2-小帶輪轉(zhuǎn)速，r/mind1-小帶輪直徑，mm；v=3.14?125?1440=9.42m/s∈[5,25]，合適。60?1000-4-[4]確定帶傳動(dòng)的中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度設(shè)中心距為a0,則0．6（d1+d2）≤a≤2（d1+d2）于是196.8≤a≤656,初取中心距為a0=400mm。帶長(zhǎng)L0=2a0+π2(d1+d2)+(d2-d1)4a0=2?400+3.14(203-125)?(125+203)+=1315.01mm24?400查表取相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld，Ld=1283mm。帶傳動(dòng)實(shí)際中心距a=a0+[5]驗(yàn)算小帶輪的包角一般小帶輪的包角不應(yīng)小于120。α1≈180-d2-d1?57.3=168.34120。合適。aLd-L0=384mm2[6]確定帶的根數(shù)Z=(N1/N0C1)=6.05/0.98?2.13=2.87其中：N1=電機(jī)的計(jì)算功率；N0=單根V帶在a1=180度、特定長(zhǎng)度、平穩(wěn)工作下傳遞的功率。為避免V型帶工作時(shí)各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于10。Z=3三、主軸撓度的校核3.1確定各軸最小直徑P=P電1/4[1]Ⅰ軸的直徑：d1=108×（5.5/710）=32..4mm又因?yàn)闊o鍵槽，所以取軸I直徑為d1=34mm。1/4[2]Ⅱ軸的直徑：d1=108×（5.5/355）=38.10mm又因?yàn)镮I軸是花鍵軸，所以花鍵內(nèi)徑d2=36mm。[3]Ⅲ軸的直徑：d1=108×（5.5/90）1/4=53.70又因?yàn)镮II軸有鍵槽，所以取d3=58mm。[4]主軸的直徑：通過主軸前段的尺寸往后面推，即可得出。-5-3.2軸的校核Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的兩對(duì)嚙合齒輪副中，中間的小齒輪對(duì)Ⅰ軸處的撓度影響最大，所以，選擇小齒輪嚙合來進(jìn)行校核T=9.55?106?P/n=9.55?106?5.5?0.96/710=71N?mF-3t=2?T/d=2?71/(96?10)=1479NP=F=F22t+Ft=2091N已知:d=36mm,E=200?109Pax=330mm,b=228mm,=ω=-F?b?x(l2-x2-b2Y)B6?E?I?l-(-2852)?228?330?(6852-2282-3302)?(10-3=)46?200?109?π?364?(10-3)4?685?10-364=0.98?10-3mmYB<[y],所以合格。Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。四、齒輪的確定與校核4.1各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核⑴模數(shù)的確定：a傳動(dòng)組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)先計(jì)算24齒齒輪的模數(shù)：m()N1=μ+1d?2[σ]2mzμnj其中:μ-公比；μ=2；Nd-電動(dòng)機(jī)功率；Nd=5.5KW；?m-齒寬系數(shù)；?m=b/m，常取6—10,此處取8.[σ]-齒輪傳動(dòng)許允應(yīng)力;nj-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速。[σ]=KNσlimS，取σlim=600MPa,安全系數(shù)S=1。由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選取KN=0.9-6-[y]=0.03?4=0.12mm[σ]==540MPa1KN=0.90，取S=1，[σ]=KNσHlim10.90?600=MPa=540MPa。S1m1=(2+1)?5.5=3.63mm228?24?2?540?710取m=4mm。按齒數(shù)30的計(jì)算，m2=3.13mm，可取m=4mm；于是傳動(dòng)組a的齒輪模數(shù)取m=4mm，b=32mm。軸Ⅰ上齒輪的直徑：da2=4?30=120mm；da3=4?24=96mm;。軸Ⅱ上雙聯(lián)齒輪的直徑分別為：''damm；damm;2=4?42=1683=4?48=192b傳動(dòng)組：確定軸Ⅱ上另三聯(lián)齒輪的模數(shù)。m=3(μ+1)Nd?mz2μ[σ]2nj按18齒數(shù)的齒輪計(jì)算：μ=4，nj=355r/min可得m=4.8mm；取m=5mm。按30齒數(shù)的齒輪計(jì)算：可得m=3.55mm；于是軸Ⅱ三聯(lián)齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取為m=5mm。于是軸Ⅱ三聯(lián)齒輪的直徑分別為：db1=5?18=90mm；db2=5?30=150mm;db3=5?45=225mm軸Ⅲ上與軸Ⅱ三聯(lián)齒輪嚙合的三齒輪直徑分別為：'''dbmm；dbmm;dbmm1=5?60=3002=5?45=2253=5?72=360c傳動(dòng)組：取m=5mm。軸Ⅲ上兩聯(lián)動(dòng)齒輪的直徑分別為：dc1=5?18=90mm；dc2=5?60=300mm軸IV上兩齒輪的直徑分別為：-7-dc'1=5?72=360mm；dc'2=5?30=150mm。4.2.齒輪強(qiáng)度校核：計(jì)算公式σF1.校核a傳動(dòng)組齒輪=2KT1YFaYSabm校核齒數(shù)為24的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)⑴P=6.05KW,n=710r/min,T=9.55?106?P/n=9.55?106?6.05/710=0.81?105N?mm⑵確定動(dòng)載系數(shù)：v=πdn60?1000=π?96?71060?1000=3.57m/s齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù)Kv=1.05⑶b=?m?m=8?4=32mm⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)?d=1非對(duì)稱KHβ=1.12+0.18(1+0.6φd2)φd2+0.23?10-3b=1.12+0.18(1+0.6)+0.23?10-3?32=1.42b/h=32/(4?2)=4,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得KFβ=1.272T2?0.81?105==1687N⑸確定齒間載荷分配系數(shù):Ft=d96KAFt1.0?1687==52.72100N/m由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得b32KHβ=KFα=1.2⑹確定動(dòng)載系數(shù):K=KAKvKFαKHα=1.0?1.05?1.2?1.27=1.6⑺查表10-5YFa=2.65FSa=1.58⑻計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE=540Mpa。圖10-18查得KN=0.9,S=1.3[σF]=0.9?540=374Mpa1.3-8-[σF]374==89.3，YFaYSa2.65?1.58KFt1.6?2290==28.6<89.3故合適。bm32?42.校核b傳動(dòng)組齒輪校核齒數(shù)為18的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)⑴P=6.05KW,n=355r/min,T=9.55?106?P/n=9.55?106?6.05/355=1.63?105N?mm⑵確定動(dòng)載系數(shù)：v=πdn60?1000=π?90?35560?1000=1.67m/s齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù)Kv=1.0⑶b=?m?m=8?5=40mm⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)?d=1非對(duì)稱KHβ=1.12+0.18(1+0.6φd2)φd2+0.23?10-3b=1.12+0.18(1+0.6)+0.23?10-3?40=1.42b/h=40/(5?2.8)=2.9,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得KFβ=1.272T2?1.63?105==2964N⑸確定齒間載荷分配系數(shù):Ft=d110KAFt1.0?2964==74.1<100N/m由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得b40KFα=KHα=1.1⑹確定動(dòng)載系數(shù):K=KAKvKFαKHα=1.0?1.0?1.1?1.27=1.397⑺查表10-5YFa=2.72FSa=1.57⑻計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE=540Mpa。圖10-18查得KN=0.9,S=1.3-9-[σF]==374Mpa1.3[σF]374==87.5，YFaYSa2.72?1.57KFt1.397?4040==28.2<87.5故合適。bm40?53校核c傳動(dòng)組齒輪校核齒數(shù)為18的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)⑴P=6.05KW,n=250r/min,T=9.55?106?P/n=9.55?106?6.05/250=2.31?105N?mm⑵確定動(dòng)載系數(shù)：v=πdn60?1000=π?90?25060?1000=1.18m/s齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù)Kv=0.9⑶b=?m?m=8?5=40mm⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)?d=1非對(duì)稱KHβ=1.12+0.18(1+0.6φd2)φd2+0.23?10-3b=1.12+0.18(1+0.6)+0.23?10-3?40=1.42b/h=40/(5?4)=2,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得KFβ=1.272T2?2.31?105==5133N⑸確定齒間載荷分配系數(shù):Ft=d90KAFt1.0?5133==128100N/m由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得b40KFα=KHα=1.1⑹確定動(dòng)載系數(shù):K=KAKvKFαKHα=1.0?0.9?1.1?1.27=1.2573⑺查表10-5YFa=2.91FSa=1.53⑻計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE=540Mpa。圖10-18查得KN=0.9,S=1.3-10-[σF]==374Mpa1.3[σF]374==84，YFaYSa2.91?1.53KFt1.2573?4930==30.99<84故合適。bm40?5五.主軸最佳跨距的確定400mm車床，P=5.5KW.5.1選擇軸頸直徑,軸承型號(hào)和最佳跨距前軸頸應(yīng)為75-100mm,初選d1=100mm,后軸頸d2=(0.7-0.9)d1取d2=70mm,前軸承為NN3020K,后軸承為圓錐滾子軸承32213,根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長(zhǎng)度a1=75mm5.2求軸承剛度考慮機(jī)械效率P?0.85=496.1N63床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的60%,取50%即200mm,故半徑為0.1m.496.1=4961N切削力FC=0.1主軸最大輸出轉(zhuǎn)距T=9550背向力FP=0.5FC=0.5?4961=2480N故總的作用力F=FP2+FC2=5547N次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半,故主軸軸端受力為F/2=2773.3N先假設(shè)l/a=3,l=3?75=225mm前后支撐RARB分別為Fl+a225+75?=2773.3?=3698N2l225Fa75RB=?=2773.3?=924N2l225RA=-11-FvA=5039N,FvB=1260NlaA=8.8mm,laB=10.8,zB=17,iB=1,iA=2,zA=300.9I=0.05?0.0854-0.0464=2.39?10-6m4EI2.1?1011?2.39?10-6η==0.658336KAa1809?0.075?10()查線圖l0/a=3,與原假設(shè)相符l=75?3=225mm。六.各傳動(dòng)軸支承處軸承的選擇主軸前支承：NN3000；中間支撐：6200；后支承：NN3000；Ⅰ軸前支承：6200；后支承：6200；Ⅱ軸前支承：30200；后支承：30200；Ⅲ軸前支承：30200；中間支撐：6200；后支承：30200；七.主軸剛度的校核7.1主軸圖:7.2計(jì)算跨距前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為圓錐滾子軸承l(wèi)=332+374+12.5-31.5=687mm=0.687m當(dāng)量外徑-12-4444468?22+72?54+80?756+100?35+104?8de==80.56mm887主軸剛度：由于di/de=45/80.56=0.5586>0.5故根據(jù)式（10-8）3?104?de4-di43?104?80.564-454?10-12ks===149.3N/μm22-9aAl+aA75?887+75?10對(duì)于機(jī)床的剛度要求，取阻尼比ζ=0.035當(dāng)v=50m/min,s=0.1mm/r時(shí),kcb=2.46N/μm?m,β=68.8,取blim=0.02Dmax=0.02?687?50%=6.87mmKB=2.46?6.87?cos68.8=84.36Nμm2?0.035?1+0.035()()計(jì)算KAL=0.3Dmax=206.1mm,加上懸伸量共長(zhǎng)281.1mm22???aB???281.1??1+??1+????22a281.1l687???=84.36??0.6???=76.5N/μmKA=KB?0.6B+0.4+0.4222?aA?75275???aA?????1+??1+??l???687?????Ks=1.66KA=1.66?76.5=127.0N/μm<152.3N/μm可以看出，該機(jī)床主軸是合格的.八.片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算1）外摩擦片的內(nèi)徑d因?yàn)镮I軸直徑為38mmd=38+4=42mm=D22)摩擦片的尺寸Nmj≥k?9330?ηNm=55nj3）摩擦面對(duì)Z120mn?k?kzZ=πf(ρ)(D3-d3)kvkm查表得Z=17靜扭距-13-mj＜55取100Nmd=30mmD=98mmD1=90mmB=30mmb=10mm九.展開圖設(shè)計(jì)1．反向機(jī)構(gòu)利用機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)需要