《金屬切削機(jī)床》課程設(shè)計(jì)銑床主軸箱設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 目錄 1. 機(jī)床參數(shù)確定……………………………………………………………2 2. 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………2 2.1傳動(dòng)組、傳動(dòng)副地確定……………………………………………………2 2.2結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇……………………………………………………3 2.3擬定轉(zhuǎn)速圖………………………………………………………………4 2.4齒輪確定……………………………………………………………5 2.5傳動(dòng)系統(tǒng)圖………………………………………………………………7 2.6軸、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速………………………………………………………7 3

2、.傳動(dòng)零件的初步計(jì)算………………………………………………………8 3.1傳動(dòng)軸直徑設(shè)計(jì)…………………………………………………………8 3.2主軸軸頸直徑的確定……………………………………………………8 3.3齒輪模數(shù)的計(jì)算……………………………………………………9 4.驗(yàn)算……………………………………………………………9 4.1三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算……………………………………………9 4.2圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………10 4.3傳動(dòng)軸的驗(yàn)算……………………………………………………………13 4.4軸承的驗(yàn)算…………………………………………………………

3、16 5．感想………………………………………………………………………17 6．參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 1. 機(jī)床參數(shù)確定： 運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)的參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。其數(shù)列的公比φ應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)的公比值，取公比φ=1.58 Rn為主軸變速范圍：。 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)： 機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的變速組大多采用雙聯(lián)齒輪或三聯(lián)齒輪，因此轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)宜為2、3因子的乘積，即為宜，其中m、n為正整數(shù)。 全套圖紙，加153893706 動(dòng)力參數(shù)：由任務(wù)書設(shè)定電動(dòng)機(jī)功率：N=4KW。查表應(yīng)選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y112M-2（同步轉(zhuǎn)速3000r/m

4、in，50HZ，380V），轉(zhuǎn)速1440 r/min，效率85.5%。功率因素cosφ=0.87，額定轉(zhuǎn)矩2.2KNm。 2. 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)組、傳動(dòng)副的確定： 實(shí)現(xiàn)12級(jí)主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以寫成多種傳動(dòng)副組合： 1） 2） 3） 4） 5） 方案1）、2）可以省一根傳動(dòng)軸，但是其中一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副，果增大了該軸的軸向尺寸這種方案不宜采用。 根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目分配應(yīng)該“前多后少”的原則，取方案3）較合適。 2.2 結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇： 在的傳動(dòng)副組合中，其傳動(dòng)副的擴(kuò)大順序又有以下六種形式： 1） 2

5、） 3） 4） 5） 6） 根據(jù)級(jí)比指數(shù)分配要“前密后疏”的原則，即傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致，應(yīng)選用，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖所示： 圖1 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 檢驗(yàn)最大擴(kuò)大組的變速范圍：，符合設(shè)計(jì)原則要求。 2.3 擬定轉(zhuǎn)速圖： 上述所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組，變速機(jī)構(gòu)共需4軸，加上電動(dòng)機(jī)共5軸，故轉(zhuǎn)速圖需5條豎線，如下圖所示。主軸共12速，電動(dòng)機(jī)軸與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，故需12條橫線。 中間各軸的轉(zhuǎn)速可以從電動(dòng)機(jī)軸往后推，也可以從主軸開始往前推。通常以往前推比較方便，即先決

6、定軸三的轉(zhuǎn)速。 傳動(dòng)組c的變速范圍為可知兩個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為： 圖2 轉(zhuǎn)速圖 這樣就確定了軸Ⅲ的六種轉(zhuǎn)速只有一種可能，即為：800、500、315、200、125、80 r/min。 隨后決定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)組b的級(jí)比指數(shù)為3，在傳動(dòng)比極限范圍內(nèi)，軸Ⅰ的最高轉(zhuǎn)速可為：800、500、315r/min，最底轉(zhuǎn)速可為：315、400、500 r/min。為了避免升速，又不能使傳動(dòng)比太小，可?。?，。軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為315、500、800

7、r/min。 同理，對(duì)于軸Ⅰ，可?。?，， ，。軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速：800 r/min。電動(dòng)機(jī)軸與軸Ⅰ之間為帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比接近。 2.4 齒輪齒數(shù)確定 利用查表法求出各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù)： 表1 各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù) 變速組 第一變速組 第二變速組 第三變速組 齒數(shù)和 86 92 98 齒輪 齒數(shù) 33 53 38 48 43 43 31 61 46 46 28 70 60 38 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差，主軸各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速值用下式計(jì)算： 式中，、分別為大、小帶輪的直徑；、、分

8、別為第一、二、三變速組的齒輪傳動(dòng)比。 表2 轉(zhuǎn)速誤差表 主軸轉(zhuǎn)速 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min 12.5 20 31.5 50 80 125 200 315 500 800 1250 2120 實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min 11.8 19.2 30.3 48.2 76.1 124 198 313 498 770.8 1246 2118 轉(zhuǎn)速誤差 0.8 0.96 0.38 2.35 0.68 0.55 2.1 0.4 0.4 3.65 2.0 0.97 轉(zhuǎn)速誤差用主軸

9、實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差的絕對(duì)值表示： ，計(jì)算值如表2。 2.5 傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖4所示： 圖3傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2.6 軸、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 主軸：根據(jù)教材表8-2，中型機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是第一個(gè)三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速，即為； 各傳動(dòng)軸：軸Ⅲ可從主軸為500r/min按28/70的傳動(dòng)副找上去，似應(yīng)為800r/min，但由于軸Ⅲ上的最底轉(zhuǎn)速250r/min經(jīng)傳動(dòng)組c可使主軸得到12.5和500r/min兩種轉(zhuǎn)速，400r/min要傳遞全部功率，所以軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速

10、應(yīng)為250r/min。軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速可按的傳動(dòng)副b推上去，得315r/min。 各齒輪：傳動(dòng)組c中，28/70只需計(jì)算z=28的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為500 r/min；60/38只需計(jì)算z=38，；z=28和z=38兩個(gè)齒輪哪一個(gè)的應(yīng)力更大一些，較難判斷，可同時(shí)計(jì)算，選擇模數(shù)較大的作為傳動(dòng)組c齒輪的模數(shù)；傳動(dòng)組b應(yīng)計(jì)算z=31，；傳動(dòng)組a應(yīng)計(jì)算z=33，。 3. 傳動(dòng)零件的初步計(jì)算： 3.1 傳動(dòng)軸直徑初定 按扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算： 式中，d-傳動(dòng)軸直徑（mm）； -該軸傳遞的額定扭矩（N﹒mm）； N-該軸傳遞的功率（Kw）； -該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r

11、pm）； []-該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角（deg/m），取=0.8。 軸Ⅲ： 軸Ⅱ： 軸Ⅰ： 3.2 主軸軸頸直徑的確定 由表3查得《機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》： 主軸前軸頸=60mm，后軸頸=（0.7-0.85）=42-51mm，取=45mm。 3.3 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化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行初算： 式中，-按接觸疲勞強(qiáng)度估算的齒輪模數(shù)（mm）； -驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（Kw）； -被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 （r/min）；

12、 μ-大小齒輪齒數(shù)之比，-小齒輪齒數(shù)； -齒寬系數(shù)，6-10，B為齒寬，m為模數(shù)，取8； -許用接觸應(yīng)力，查表26取。 傳動(dòng)組b：31/61 傳動(dòng)組a：33/53 傳動(dòng)組c：28/70 4. 主要零件的驗(yàn)算 4.1 三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定 確定計(jì)算功率：，選擇B型三角帶； 確定帶輪直徑、，由表11《機(jī)床設(shè)計(jì)制導(dǎo)書》查得： =140mm， 計(jì)算膠帶轉(zhuǎn)速： 初定中心距： 根

13、據(jù)機(jī)床的布局及結(jié)構(gòu)方案選 計(jì)算膠帶的長度： 選標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算長度 ，作為標(biāo)記的三角膠帶的內(nèi)周長度。 計(jì)算膠帶的彎曲次數(shù)： 式中，m-帶輪的個(gè)數(shù)； 計(jì)算實(shí)際中心距：，其中，， ，代入上式中，得 定小帶輪的包角： 確定三角膠帶的根數(shù)：，式中：單根三角膠帶能傳遞的功率（Kw），由表13查得=2.23；-帶輪包角系數(shù)，由表13查得=0.98； 則，取2。 4.2 圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算： 驗(yàn)算變速箱中齒輪強(qiáng)度應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力計(jì)算，一般

14、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)硬齒面軟齒心滲碳淬火的齒輪要驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。 接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式： 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式： 表3 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 傳動(dòng)組 第一傳動(dòng)組 第二傳動(dòng)組 第三傳動(dòng)組 齒輪傳遞功率N 3.76 3.80 3.84 齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 800 800 800 齒輪的模數(shù)m 2 2 2 齒寬B 16 16 16 小齒輪數(shù)Z 28 31 33 大齒輪與小齒輪齒數(shù)比u 70/

15、28 61/31 53/33 壽命系數(shù) 接觸疲勞 0.67 0.86 0.83 彎曲疲勞 0.90 0.90 0.90 速度轉(zhuǎn)化 系數(shù) 接觸疲勞 0.95 0.85 0.72 彎曲疲勞 0.93 0.93 0.90 功率利用 系數(shù) 接觸疲勞 0.58 0.58 0.58 彎曲疲勞 0.78 0.78 0.78 材料利用 系數(shù) 接觸疲勞 0.70 0.73 0.76 彎曲疲勞 0.72 0.75 0.77 工作情況系數(shù) 1.2 1.2 1.2 動(dòng)載荷系數(shù) 1.2 1.2 1.2 齒向載荷分布系數(shù)

16、 1 1 1.05 齒形系數(shù)Y 0.438 0.444 0.454 其中壽命系數(shù) 工作期限系數(shù) T-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 ，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為，P為該變速組的傳動(dòng)副數(shù)。 ； ； ； 的極限值、，當(dāng)時(shí)，則??；當(dāng)時(shí)，?。? -許用接觸應(yīng)力（），查表3-9，=1100； -許用彎曲應(yīng)力（），查表3-9，=320。 代入公式，得傳動(dòng)組c： 傳動(dòng)組b： 傳動(dòng)組c： 4.3 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 （強(qiáng)度驗(yàn)算、彎曲剛度驗(yàn)算） 受力分析：以Ⅱ軸為例進(jìn)行分析，Ⅱ軸

17、上的齒輪為滑移齒輪。通常，選擇主軸處于計(jì)算轉(zhuǎn)速（200r/min）時(shí)齒輪的嚙合位置為計(jì)算時(shí)的位置。根據(jù)本機(jī)床齒輪排列特點(diǎn)，主軸為250r/min時(shí)，Ⅱ軸受力變形大于前者，故采用此時(shí)的齒輪位置為計(jì)算位置。受力分析如下圖所示： 圖5 齒輪軸向位置 圖5中F1為齒輪Z4（齒數(shù)為48）上所受的切向力Ft1，徑向力Fr1的合力。F2為齒輪Z9（齒數(shù)46）上所受的切向力Ft2，徑向力Fr2的合力。 各傳動(dòng)力空間角度如圖4所示，根據(jù)下表的公式計(jì)算齒輪的受力。 圖4 齒輪軸向位置 圖5中F1為齒輪Z4（齒數(shù)為48）上所受的切向力Ft1，徑向力Fr1的合力。F2為齒輪Z

18、9（齒數(shù)46）上所受的切向力Ft2，徑向力Fr2的合力。 各傳動(dòng)力空間角度如圖6所示，根據(jù)下表的公式計(jì)算齒輪的受力。 圖5 Ⅱ軸各傳動(dòng)力角度關(guān)系 表4 齒輪的受力計(jì)算 傳遞功率 P kw 轉(zhuǎn) 速 n r/ min 傳動(dòng) 轉(zhuǎn)矩 T Nmm 齒輪壓力角 α 齒面摩擦角 γ 齒輪Z4 齒輪Z9 切向力 Ft1 N F1 在 X 軸投影Fz1 N F1 在 Z 軸投影Fz1 N 分度圓直徑d1 mm 切向力 Ft2 N F1 在 X 軸投影Fz2 N F1 在 Z

19、軸投影Fz2 N 分度圓直徑d2 mm 3．80 630 57603.2 20 6 -1200.1 -1200.1 585.3 96 1252.2 1252.2 -610.7 92 撓度、傾角的計(jì)算： 分別計(jì)算出各平面撓度、傾角，然后進(jìn)行合成。如下圖所示：其中 a=120, b=156, c=150, f=126, l=276, , n=159.35, 圖6計(jì)算簡圖 xoy平面內(nèi)撓度： 代入數(shù)據(jù)

20、，求得 zoy平面內(nèi)撓度： 代入數(shù)據(jù)，求得 撓度的合成：，符合要求。 左支撐傾角計(jì)算和分析： xoy平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 zoy平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 傾角的合成：，符合要求； 右支承傾角計(jì)算和分析： xoy平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 zoy平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 傾角的合成：，符合要求。 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算： 表5 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算

21、 計(jì)算公式 最大轉(zhuǎn)矩 花鍵軸小徑 花鍵軸大徑 花鍵數(shù) 載荷系數(shù) 工作長度 許用應(yīng)力 許用應(yīng)力 結(jié)論 72580 28 34 8 0.8 176 30 1.39 合格 4.4 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算 根據(jù)前面所示的Ⅱ軸受力狀態(tài)，分別計(jì)算出左（A）、右（B）兩支承端支反力。 在xoy平面內(nèi)： 在zoy平面內(nèi)： 左、端支反力為： 兩支承軸承受力狀態(tài)相同，但右端受力大，所以只驗(yàn)算右端軸承。 滾動(dòng)軸承的疲勞壽

22、命驗(yàn)算： 其中：額定動(dòng)載荷：C=11000N，《機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)》； 速度系數(shù)：； 使用系數(shù)：； 功率利用系數(shù)：，表3-3《床設(shè)計(jì)制導(dǎo)》； 轉(zhuǎn)速變化系數(shù)：，表3-2； 齒輪輪換工作系數(shù)： 當(dāng)量動(dòng)載荷：F=176.7N，已計(jì)算求得； 許用壽命：T，一般機(jī)床取10000-15000h； 壽命指數(shù)：。 則額定壽命： 經(jīng)驗(yàn)算符合要求。 5設(shè)計(jì)感想

23、 時(shí)光如梭，短短的兩周課程設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，設(shè)計(jì)的過程讓我學(xué)到了不少東西：首先學(xué)會(huì)了檢索文獻(xiàn)、資料的過程，而且清楚了一般機(jī)床的結(jié)構(gòu)和布局；其次通過繪圖，使自己更加熟練了AutoCAD軟件及Word的各種功能。這些都為自己以后的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 雖然在設(shè)計(jì)過程中遇到了不少的困難，但是都在指導(dǎo)老師的耐心指點(diǎn)和同學(xué)的共同探討下克服了。由于時(shí)間比較倉促，水平有限，設(shè)計(jì)中難免存在一些缺陷與不足，望老師在審閱過程中批評(píng)指正。 6參考文獻(xiàn) [1] 陳易新主編. 機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1981 [2] 范云漲、陳兆年主編.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1994 [3] 李洪主編. 機(jī)械制造工藝、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo). 東北工學(xué)院出版社，1989 [4] 任殿閣 、張佩勤主編. 機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo). 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1991 [5] 吳宗澤、羅圣國主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).高等教育出版社，1992 [6] 戴曙主編. 金屬切削機(jī)床. 機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [7] 上海紡織工學(xué)院等主編. 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè).上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979 17