卧式升降台铣床主传动系统计算说明书【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 目 录 第 1 章 机床的 规格及用途 . 1 第 2 章 运动设 计 . 1 确定极限转速 . 1 确定公比 . 1 求出主轴转速级数 . 1 确定结构网或结构式 . 2 绘制转速图 . 2 选用电动机 . 2 确定传动轴的轴数 . 2 绘制转速图 . 3 转速图 . 4 第 3 章 传动零 件的初步计算 . 5 传动轴直径初定 . 5 主轴轴颈直径的确定 . 6 齿轮模数计算 . 6 初算齿轮模数 . 6 对各种限制的讨论 . 7 其余验证 . 8 核算主轴转速误差 . 8 第 4 章 零件的 验算 . 9 第 2 变速组的验证计算 . 9 小齿轮的弯曲强度验算 . 9 大齿轮的接触强度验算 . 10 传动轴的验证计算 . 12 传动轴的载荷分析 . 12 传动轴的最大挠度计算 . 13 传动轴在支承处的倾角计算 . 16 主轴组件的静刚度验算 . 16 计算条件的确定 . 16 两支承主轴组件的静刚度验算 . 17 第 5 章 结构设 计的说明 . 20 第 6 章 参考文 献 . 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 1 章 机床的规格及用途 本 设 计 机 床 为 卧 式 升 降 台 铣 床 ， 其 级 数 Z 18 ， 最 小 转 数 28r / 转速公比为 驱动电动机功率 N 主 要用于加工钢以及铸铁有色金属，采用高速钢、硬质合金、陶瓷材 料做成的刀具。 第 2 章 运动设计 确定极限转速 由 已 知 最 小 转 数 28r / 级 数 18 ， 得 到 主 轴 极 限 转 速 1400r / 转速调整范围 50 。 确定公比 由设计任务书给定条件，转 速公比 由参考文献 1，查得其转速 数列为 28， 35。 5， 45， 56， 71， 90， 112， 140， 180， 224， 280， 355， 450， 560， 710， 900， 1120， 1400 (r / 。 求出主轴转速级数 由参考文献 1，转速级速 z n 1 (1 其中： R n 转速调整范围 转速公比 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 1 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 将 50 ， 入，得 z 18 。 确定结构网或结构式 在设计简单变速系统时，变速级数应选 为 z 3 2 1 2 的形式，其中 m, n 为正 整数。故 z 18 3 2 ，即选用 2 对三联齿轮， 1 对两联齿轮进行变速。 由参考文献 2，主变速传动系设计的一般原则是：传动副前多后少原则， 传动顺序与扩大顺序相一致的原则，变速组降速要前慢后快。 因此 ，确定其 变速结构式如下： 18 31 33 29 (1 其最末扩大组的调整范围 n 由于其调整范围已经达到最值，故其最大传动比与最小传动比均已确定， 即最大传动比： 2 (1 4 绘制转速图 选用电动机 由参考文献 1，选用 Y 系列封闭自扇冷式鼠笼式三相异步电动机，其级 数 P 4 级，同步转速 1440r / 电机型号 4 。 确定传动轴的轴数 传动轴数 = 变速组数 + 定比传动副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5 m n 9 9 r 8 8 ，满足要求。 1 最小传动比 u (1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 2 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 绘制转速图 图 2主传动系统转速图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 3 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 转速图 由参考文献 2，根据各级变速组传动比，在满足各传动比的各总齿数和中 选择，得各传动组各齿轮齿数由图 2示： 图 2传动示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 4 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 3 章 传动零 件的初步计算 传动轴直径初定 由参考文献 1，传动轴直径按扭转刚度用式 (3行计算： j 其中： d 传动轴直径 ( N 该轴传递的功率 ( n j 该轴的计算转速 ( r / (3 n j 该轴每米长度允许扭转角 ( m )，本例中，取 由图知，各轴的计算转速为： n j 90 r / n j 112r / n j 280r / n j 560r / 1440r / 由于本计算为初定，各轴传递功率为电机功率乘以其中的效率，故各轴取 电机功率可能造成传动轴直径较大，但是不会造成轴强度不够的情况。故各轴 的 N 入： 得： 1440608012各轴最小轴径为 24 30 35 d 45N d914 ( n I 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 5 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 主轴轴颈直径的确定 由参考文献 3，功率为 卧式铣床选用前轴颈轴径为 90后轴 颈选用前轴颈的 70%85%，为了选用轴承的方便，主轴中部与圆锥滚子轴承 后轴颈配合测轴颈去 70为使主轴缓慢过渡，主轴后部与深沟球轴承轴承 配合处的轴颈 55 齿轮模数计算 初算齿轮模数 一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择各组负荷最重的小齿轮，由参 考文献 1，其计算得到的齿轮模数为： m z1 uj n j 其中： m j 按接触疲劳强度计算的齿轮模数； 驱动电动机功率 ( u 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比 u 1，外啮合取“ +”号，内啮 合取“ -”号； 小齿轮齿数； m 处，均选用 m 8 ； j 许用接触应力 ( ，查表可得 j 1370 对 于 基 本 组 ， 小 齿 轮 最 小 齿 数 是 24 ， u 2 ， 其 计 算 转 速 为 n j 560r / 入式 (3 824 21370 560 对于第一扩大组变速组，小齿轮最小齿数是 26 ， u 其计算转速 (u 1) N m 16338 3 (3 2 2 B 齿宽系数， ( B 为齿宽， m 为模数 )， 6 10 ，此 (2 1) 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 6 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 为 n j 280r / 入式 (3 826 (1)370 280 n j 对 于第二 扩大组 变速 组， 小齿轮 最小 齿数 是 355r / 入式 (3 2 2 19， u 4 ， 其计算 转速 为 19 各种限制的讨论 41370 355 对于第二扩大组变速组，由于主轴轴径是由标准查得，其值较大，前轴径 为 90后轴径为 55即安装齿轮处轴外径约为 80由参考文献 1， 轴上的小齿轮还考虑到齿根贺到它的键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚，以 防断裂，即其最小齿数 满足： m 其中 ： D 齿 轮花键孔的 外径 (单键 槽的取孔中 心至键槽槽 底的 尺寸两倍 m 齿轮模数 于已确定的最少齿数。若 m 4 ， 35 ，满足要求，故第二扩大 组变速组的模数取 4考虑到花键滑动与定位较容易， 除主轴外，其 余轴均选用花键连接。 对于第二扩大组变速组，在轴上，选用花键 8 46 50 9 ，将 D 50 带 入，若 m 则 大于已确定的最小齿数 26 。 若 m 3 ，则 小于 26。故取第二扩大组的齿轮模数 m 3 在本设计中，第一扩大组和第二扩大组之间选用了一个公用齿轮，由于相互啮 合 的 齿 轮 要 选 用 相 同 的 模 数 ， 故 第 一 扩 大 组 变 速 组 的 齿 轮 应 选 用 模 数 为 3 2 (4 1) D z (3 对于主轴，选用单键槽，查得 D 2 若 m 3 ， ， 的齿轮。验证第一扩大组变速组 ，第轴选用花键 8 32 36 6 ，将 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 7 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 D 36 代入，得 z 18 ，小于最小齿数 24。故满足要求。故第一扩大组变速 组选用模数 3。 对于电机轴 上的齿轮配合，选 D 2 5若 m 2 ，得 z 于最小齿轮 26，故选取 m 2足要求。 其余验证 小 1. 机床主传动系统最小齿数 18 20 ，所有齿轮均满足此条件。 u 2. 机 床 主 传动 的 最 小 极 限 传 动比 为 ， 中 型 机 床的 最 大 齿 数 和 S 120 ，以上设计均满足此要求。 核算主轴转速误差 由 参 考文 献 1 ， 实际 传 动 比所 造 成的 主 轴 转速 误 差 ，一 般 不应 超 过 (1)%，即 。经过核算， 18 级转速各设计转速的实际转速为： 67 48 65 76 67 44 65 76 67 40 65 76 67 48 51 76 67 44 51 76 67 40 51 76 67 48 35 76 67 40 35 76 1 26 24 26 19 14406 28 26 19 35。 5：1440 误差 26 32 26 19 45：1440 误差 26 24 40 19 56： 1440差 26 28 40 19 71： 1440差 26 32 40 19 14406 24 56 19 112： 1440 差 26 32 56 19 140： 1440 差 26 32 26 19 180： 1440差 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 67 40 65 76 第 8 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 224： 1440 280： 1440 355： 1440 450： 1440 560： 1440 710： 1440 900： 1440 26 67 26 67 26 67 26 67 26 67 26 67 26 67 24 48 28 44 32 40 24 48 28 44 32 40 24 48 26 65 26 65 26 65 40 51 40 51 40 51 56 35 63 32 63 32 63 32 63 32 63 32 63 32 63 32 差 差 差 差 差 差 差 1120： 1440 1400： 1440 26 67 26 67 28 48 32 40 56 35 56 35 63 32 63 32 差 差 可见，仅有设计转速450 的实际转速误差略超过允许值，但是考虑到差距 不大，故选用本设计结果进行绘制。 第 4 章 零件的验算 第 2 变速组的验证计算 第一扩大组变速组的最小齿轮齿数为 26 ，与之相啮合的大齿轮齿数为 65 。由 参考文献 1， 对于传递一定 速度和功率的一 般驱动用齿轮 ，基 本、第一扩大组级变速组选用 7 级齿轮，主轴选用 6 级齿轮 小齿轮的弯曲强度验算 由参考文献 4，对于直齿圆柱齿轮，弯曲应力需要满足下式： 中： F 齿轮的弯曲疲劳强度 ( (4 K 载荷系数， K K A K V K K 。对于平稳的原动机与工作机，有 Y Y Y F F s F 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 9 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 使 用系 数 K A 由 于 v 280 2 39 10 s ，查 表 601 000 60 得 K v 设 轴的刚性大，查 得齿向载荷分布系 数 K 则齿间 载荷 分配系数 K 载荷系数 K K A K V K K 齿轮所受切向力 ( N )，由于轴 最小转速为 2 80r / 代入 得到最大切向力 P v P r 0 2 3 0 N ； 80 60 3910 b 齿宽 (此处 b 24 ； 齿形系数，查图得 齿轮齿根应力修正系数，查图得 Y 重合度系数。 Y 1 1 ，其中 z 1 z 2 ) 代入得 Y N F 许用弯曲应力 ( ， F S F ，本齿轮采用 45钢 渗碳淬火，查表得弯曲疲劳极限应力： 350 1 350 Y N 取弯曲系 数 S F 代入，得 F 280 代入公式，得 24 3 3 F 满足齿根弯曲疲劳强度。 3 3 10 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 大齿轮的接触强度验算 由参考文献 4，对于直齿圆柱齿轮，接触疲劳强度的校核公式为： 第 10 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 H Z E Z H Z u 1 u H (4 式中： Z Z E 材料弹性系数，由表查得 Z E H 节点区域系数，查表得 Z 重 合 度 系 数 ， H 1 1 ，其 查 表 可 得 Z z 1 z 2 ) 0 . 8 8 u 传动比，由前可知 u 65 26 齿轮所受切向力 ( N )，由于该对齿轮进入啮合时，轴 速为 112r / 代入，得到最大切向力： 60 最小转 K 载荷系数， K K A K V K K 。对于 平稳的原动机 与工作机， 有使 用系数 K A 于 v 112 2 0 s ，查表得 601 000 60 K v 设轴 的刚性大，查得 齿向载荷分布系数 K 则齿间载 荷分 配系数 K 载荷系数 K K A K V K K H 许用接触应力， H H Z N ，其中 试验齿轮 的齿面 接触疲劳极限，由参考文献 4知 1200 Z N 为接触强度寿命 系数，取 Z N 余系数与前述相同，故 3 P P 0 F 0 N t 2 3 Z 12001260买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 11 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 代入计算得： H 满足接触疲劳强度的要求 10 24 65 3 3 H 传动轴的验证计算 齿轮传动轴的抗弯刚度验算，包括轴的最大挠度，滚动轴承处及齿轮安装 处的倾角验算。其值均应小于允许变形量 y 及 ，允许变形量见参考文献 3 上 910 页表 3。 10 y 360 由参考文献 1，对于传动轴 需要进行刚度计算，无须进行强度验 算。 传动轴的载荷分析 对传动轴的受力进行简化，得到下示载荷分布图： 56 80 80 79 30 35 其中 4轴的受力分析 是第一扩大组变速组的驱动力，且 3 个驱动力不能同时作 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 用； 第二扩大组变 速组的驱动阻力，且 3 个驱动阻力不能同 第 12 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 时作用。 其弯曲载荷由下式计算： ) 10 7 N N ) (4 式中：N 该齿轮传递的全功率 ( ，如前述原因，此处均取 N m, z 该齿轮的模数 (齿数； n 该传动轴的计算工况转速 ( r / ， ( n n aj 该轴输出扭矩的齿轮计算转速 ( r / 将六种驱动力 /驱动阻力分别带入式 (4可 得到各驱动力为： 348 280 3 40 450 344 355 对于输出驱动阻力，由于各种情况转速不定，故应在选定校核用轴速度 以后计算。 传动轴的最大挠度计算 为了计算上的简便，可以近似地以该轴的中点挠度代替最大挠度，其最大 误差不超过 3%。 由参考文献 1，若两支承的齿轮传动轴为实心的圆形钢轴， 忽略其支承 变形，在单在弯曲载荷作用下，其中点挠度为： D 中： l 两支承间的跨距 (对于轴， l 360 D 该轴的平均直径 (本轴的平均直径 D 38 l 输入扭矩的齿轮在轴的中点引起的挠度 ( n 该轴输入扭矩的齿轮计算转速 ( r / 10 2892 N 10 2159N 10 2488 N 3 3 l N(x x ) y (/y ) ( (4 4 a x， 齿轮 的工作位置至较近支承点的距离 ( i i 输出扭矩的齿轮在轴的中点引起的挠度 ( 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 b 第 13 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 y a 其余各符号定义与之前一致。 对于输入的三个驱动力，计算其分别作用时对于轴中点的挠度值 360 38 3 48 280 360 38 340 450 360 38 3 44 355 a 行计算。此时轴转速为 450r / 此时对之前计算的输出驱动阻力进行计算，各力为 3 40 450 3 26 450 356 450 带入式(4， 对于输 出的三 个驱动阻力，计算 其分别作用时对于 轴中点 的挠度值。 360 38 340 280 b2 144故 x 144 360 56 对于Q ，其输入位置 a 56故 x 3 3 360 ( y 4 136 对于Q ，其输入位置 a 136故 x 3 3 360 ( y 17 4 75 对于Q ，其输入位置 a 75故 x 3 3 360 ( y 4 故 引 起 的 中 点 挠 度 最 大 ， 在 计 算 合 成 挠 度 时 使 用 136 x 3 360 ( y 4 对于 Q ，其输入位置 a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 14 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 y 60 3 (8 3 26 280 35 3 ) 对于 其输入位置 35故 x 360 3 y 60 ( 8 3 56 280 ) 故 起 的 中 点 挠 度 最 大 ， 在 计 算 合 成 挠 度 时 使 用 y 行计算。 由参考文献 1，中点的合成挠度 yh 2 按余弦定理计算 ，即： yb (4 式中： 被验算轴的中点合成挠度 ( 驱动力 2() 阻力 横 剖面上， 两向量合 成时的夹 角 (， 在横剖面上，被验算的轴与其前、后 传动轴连心线的夹角 ( 按被验 算的轴的旋转方向计 量，由剖面图上可 得 值。啮合角 20 ，齿面 磨擦角 ，得 2() 0 2(20 代入计算，得： 2 ) 说明：虽然 计算结果： 大于需用值： y 但在 计算过程中所采用的计算公式所选参数都是偏安全考虑取得略大，例如： N 该 齿轮传递 的全功率 ( 在计 算过程中 都取了 5.5 而 电机功率只 是 5.5 在传递功率过程中有各 种磨损，从而使功率损耗，所以齿轮传递的功 率必定会小于 5.5 所以计算结果略大于需用 值也是允许的，满足设计要 求。 4 4 2 2 2 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 第 15 页，共 22 页 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩必过 传动轴在支承处的倾角计算 由参考文献 1，传动轴在支承点 A， B 处的倾角 行近似计算： 3 , B 时，可按下式进 A B l ( (4 3 入 y h l 360得 A B 360 计算结果虽略小于许用值 但都是偏安全考虑设计的，虽然 略小于许用值，但基本满足设计要求。 主轴组件的静刚度验算 计算条件的确定 1. 变形量的允许值 (1) 验算主轴轴端的挠度 ，目前广泛采用的经验数据为： (4 式中： l 两支承间 的距离，在本主轴中， l 310故取 (2) 由参考文献 1，对于工作台宽度为 320卧式铣床，其主轴前端 静刚度为 120N / m 。 (3) 根据不产生切削自激振动的条件来确定主轴组件的刚度。 由参考文献 1， (1)、 (2)、 (3)可以任选一种，进 行判定。此处，选用验算主 c 2. 切削力的确定 最大圆周切削力 按主轴输出全功率和最大扭矩确定，其计算公式为： Dj 中： 电动