三头钻床设计说明书.doc

201020111学年第二学期 机械设计课程设计设计计算说明书成 绩： 课程名称： 机械设计课程设计 学 分： 4.0 开课学院： 机械工程及自动化学院 任课教师： 毕树生 学 号： 38071117 姓 名： 张海波 专 业： 机械设计班 级： 390711 提交日期： 2012-6-8 目录一、设计任务书- 1 -1、设计题目- 1 -2、设计背景- 1 -3、设计参数- 1 -4、设计任务- 1 -二、机设装置总体方案设计- 1 -1、传动方案的拟定- 1 -2、电动机的选择- 1 -3、分配传动比- 2 -4、运动和动力参数计算- 3 -三、主要零部件的设计计算- 4 -1、锥齿轮设计- 4 -2、斜齿圆柱齿轮设计- 7 -3、轴的设计- 14 -4、轴承的校核- 26 -5、键的校核- 30 -四、减速器箱体及附件的设计- 32 -1、润滑和密封形式的选择，润滑油和润滑脂的选择- 32 -2、箱体设计：- 33 -3、技术要求- 33 -五、参考资料- 33 -一、 设计任务书1、 设计题目简易专用半自动三轴钻床传动装置设计2、 设计背景a、 题目简述：三个钻头以相同的切削速度作切削主运动，安装工件的工作台作进给运动。每个钻头的切削阻力矩为T，每个钻头轴向进给阻力为F，被加工零件上三孔直径均为D，每分钟加工两件。b、 使用状况：室内工作，生产批量为5台；动力源为三相交流电380/220V，电机单向转动，载荷较平稳；使用期限为10年，大修周期为3年，双班制工作。c、 生产状况：专业机械厂制造，可加工7、8级精度齿轮、蜗轮。3、 设计参数切削速度为0.23m/s，孔径D为6mm，总切削阻力矩T为100N.m。4、 设计任务a、 完成钻床总体传动方案的设计和论证，绘制总体设计原理方案图。b、 完成钻头主要传动装置的结构设计。c、 完成装配图1张（用A0或A1图纸），零件图2张（A3图纸）。d、 编写设计说明书1份。二、 机设装置总体方案设计1、 传动方案的拟定钻床的整个变速系数分为两部分，一部分是闭式的二级齿轮-蜗杆减速器，部分是由一对锥齿轮和一个三行星轮和一个结构的轮系构成的换向增速结构，用以最终向钻头提供动力。其结构简图如下：2、 电动机的选择a、 选择电动机类型 按工作条件和要求，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步卧式电动机，电压380V。b、 选择电动机容量由给定参数易得钻头所需功率各部分传动装置效率如下：V带传动效率 ，圆锥滚子轴承（一对）效率 凸轮传动效率 闭式油润滑8级圆柱齿轮传动效率 闭式油润滑8级圆锥齿轮传动效率 联轴器效率 蜗轮蜗杆效率传动装置的总效率为 所需电机功率为 因载荷较平稳，电动机额定功率 略大于即可。选电动机额定功率kW，电机型号为，最大转速为730r/min。3、 分配传动比 （1）下半部分a、 总传动比b、 分配传动装置各级传动比取第一级V带传动的传动比.，第二级，则减速器的传动比其中减速器高速级的传动比 则低速级的传动比。（2）上半部分a、总传动比b、分配传动装置各级传动比 第一级V带传动比i 第二级V带传动比，锥齿轮传动比，行星轮传动比 4、凸轮轮廓设计（1） 工作台不动，即预留工件装夹时间t1=5s,等加速上升t2=5s,匀速上升t3=7.5s,等减速上升t4=5s,等加速等减速下降t5=7.5s.（2） 选定匀速运动速度v=3mm/s,则匀速运动距离.（3） 上升阶段加速度a1=a2=v/t=3/5=0.6mm/s2.（4） 工作台最大行程。 （5）下降阶段加速度a3=a4=2.67mm/s2, 最大速度 （6）选择凸轮基圆半径,滚子半径。 作图如下： 5、运动和动力参数计算凸轮轴：低速轴：中间轴： 高速轴： 三、 传动件设计1、蜗轮蜗杆设计计算项目计算内容计算结果选择传动精度等级，材料考虑传动功率不大，转速也不高，选用ZA型蜗杆传动，精度等级为8级，蜗杆用45号钢淬火，表面硬度4550HRC，蜗轮轮缘材料用ZCuSn10P1砂模铸造。确定蜗杆，涡轮齿数传动比涡轮转速为：确定蜗轮许用接触应力蜗杆材料为锡青铜，则, 由表28.10查得, 接触强度设计 载荷系数蜗轮转矩：由表28.8，估取蜗杆传动效率主要几何尺寸计算蜗轮分度圆直径：蜗杆导程角蜗轮齿宽为计算蜗轮的圆周速度和传动效率蜗轮圆周速度， 由表28-7查出当量摩擦角 由式28.5由式28.4 搅油效率滚动轴承效率 与估取值近似校核接触强度蜗轮转矩由式28.11由表28.12可查弹性系数由表28.13使用系数 取动载荷系数载荷分布系数轮齿弯曲强度校核由式28.13 确定许用弯曲应力由表28.10查出由图28.11查出弯曲强度寿命系数确定涡轮的复合齿形系数涡轮当量齿数涡轮无变位查图27.20，27.21得导程角 蜗杆轴刚度验算由式28.14 蜗杆所受圆周力蜗杆所受径向力蜗杆两支撑间距离L取蜗杆危险及面惯性矩许用最大变形蜗杆传动热平衡计算由式28.15 蜗杆传动效率导热率取为）K工作环境温度 传动装置散热的计算面积为 2、齿轮设计计算项目计算内容计算结果选材精度选用斜齿轮，批量较小，小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度为2 29HB286HB，平均取240HB。8级精度。初步计算小齿轮直径因为采用闭式软齿面传动,按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径,由附录B,由表B-1初取,动载荷系数，转矩，由表27-14,查取接触疲劳极限考虑轴的设计，齿轮的直径不应过小取确定基本参数圆周速度精度等级取8级精度合理取,确定模数,查表27-4取后设计为b=30mm校核传动比误差：。8级精度合理取校核齿面接触疲劳强度1计算齿面接触应力节点区域系数:查图27-18非变位斜齿轮弹性系数:查表27.15重合度系数:端面重合度螺旋角系数 齿间载荷分配系数 齿面接触应力2计算许用接触应力总工作时间接触寿命系数由图27-27查出 （单向运转取）齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数由表27.18查得润滑油膜影响系数取为由表27.17取最小安全系数许用接触应力:3验算: 接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整确定主要传动尺寸小齿轮直径大齿轮直径齿宽， , 齿根弯曲疲劳强度验算1由式27.11, , 齿形系数 ,应力修正系数 ,螺旋角系数齿根弯曲应力:2计算许用弯曲应力由式27.17实验齿轮的齿根弯曲疲劳极限查图27-30得，另外取由图27-33确定尺寸系数=由表27.17查最小安全系数3弯曲疲劳强度验算=合格静强度校核静强度校核,因传动无严重过载,故不作静强度校核3、轴的设计校核a) 高速轴的设计校核设计项目计算公式或说明材料的选择材料选择45钢，正火处理，硬度HB=170217。选取材料系数查表取C=112初步设计轴的结构初选深沟球轴承6004，轴承尺寸为外径D=42mm，宽度B=12mm。轴的结构如图所示。轴的空间受力分析该轴所受的外载荷为转矩和小齿轮上的作用力，空间受力如图所示。轴的受力分析如下：1) 输入转矩为 。2) 小齿轮圆周力为3) 小齿轮径向力为4) 小齿轮轴向力为校核轴的强度1) 垂直面（YZ平面）支反力及弯矩计算如下：其受力弯矩图如图所示2) 水平面（XZ平面）支反力及弯矩计算如下：其受力弯矩图如图所示校核轴的强度3) 计算并绘制合成弯矩图4) 计算并绘制当量转矩图校核轴的强度5) 按弯扭合成应力校核轴的强度危险截面处的弯曲应力为，安全。b) 蜗杆轴的设计设计项目计算公式或说明材料的选择材料选择40Cr，调质处理，硬度HB=241286。选取材料系数查表取C=112初步设计轴的结构初选深沟球轴承6005，轴承尺寸为外径D=47mm，宽度B=12mm，角接触轴承7007C,轴承尺寸为外径D=62mm，宽度B=14mm。轴的结构如图所示。轴的空间受力分析该轴所受的外载荷为蜗杆和大斜齿轮上的作用力，空间受力如图所示。轴的受力分析如下：1) 输入转矩为 。2)校核轴的强度1) 垂直面（YZ平面）支反力及弯矩计算如下： 其受力弯矩图如图所示2) 水平面（XZ平面）支反力及弯矩计算如下：校核轴的强度其受力弯矩图如图所示3) 计算并绘制合成弯矩图校核轴的强度4) 计算当量弯矩转矩按脉动循环考虑，取由公式求出危险截面A处当量弯矩为5) 按弯扭合成应力校核轴的强度危险截面A处的弯曲应力为，安全。c) 蜗轮轴的设计校核设计项目计算公式或说明材料的选择材料选择45钢，正火处理，硬度HB=170217。选取材料系数查表取C=112初估轴径初步设计轴的结构初选02系列圆锥滚子轴承30206，轴承尺寸为外径D=62mm，宽度B=16mm。初步设计轴的结构如图所示。轴的空间受力分析该轴所受的外载荷为大斜齿轮上的作用力。轴的受力分析如下：1) 输入转矩为 。2) 大斜齿轮圆周力为轴的空间受力分析3) 大斜齿轮径向力为4) 大斜齿轮轴向力为校核轴的强度1) 垂直面（YZ平面）支反力及弯矩计算如下：其受力弯矩图如图所示2) 水平面（XZ平面）支反力及弯矩计算如下：其受力弯矩图如图所示校核轴的强度3) 计算并绘制合成弯矩图4) 计算并绘制转矩图5) 计算并绘制当量转矩图转矩按脉动循环考虑，取。查表得，则。由公式求出危险截面C处当量弯矩为校核轴的强度绘制当量弯矩图如图所示6) 按弯扭合成应力校核轴的强度危险截面C处的弯曲应力为，安全。4、 轴承的校核(a)高速轴轴承6004的校核设计项目计算公式或说明计算轴承支反力轴承轴向载荷当量动载荷计算1) 由，查得，并查得则轴承A的当量动载荷轴承B的当量动载荷必然小于轴承A取轴承寿命校核1) 轴承预计使用寿命2) 查得此轴承额定动载何为3) 此轴承寿命为满足使用寿命要求(b)中间轴轴承6005、圆锥滚子轴承30206的校核设计项目计算公式或说明计算轴承支反力轴承轴向载荷当量动载荷计算1) 由，查得，并查得则轴承A的当量动载荷2) 由，查得，则轴承B的当量动载荷轴承寿命校核4) 轴承预计使用寿命5) 查得此轴承额定动载何为6) 轴承寿命为满足使用寿命要求(c)低速轴轴承7009C校核设计项目计算公式或说明计算轴承支反力轴承轴向载荷当量动载荷计算3) 由，查得，并查得则轴承A的当量动载荷4) 由，查得，则轴承B的当量动载荷5) 取轴承寿命校核7) 轴承预计使用寿命8) 查得此轴承额定动载何为9) 此轴承寿命为满足使用寿命要求5、 键的校核(a)小齿轮轴外伸端键的校核设计项目计算公式或说明键的选择和参数静连接，选用普通平键，圆头。选用键接触高度查得。轴上转矩键的强度校核1) 查表得，钢的许用挤压应力为2) 对键进行强度校核该键使用安全。(b)蜗轮轴外伸端键的校核设计项目计算公式或说明键的选择和参数静连接，选用普通平键，圆头。选用键接触长度，接触高度查得。轴上转矩键的强度校核1) 查表得，钢的许用挤压应力为2) 对键进行强度校核该键使用安全。(c)中间轴与大齿轮配合键的校核设计项目计算公式或说明键的选择和参数静连接，选用普通平键，圆头。选用键接触长度，接触高度查得。轴上转矩键的强度校核1) 查表得，钢的许用挤压应力为2) 对键进行强度校核该键使用安全。(d)低速轴与蜗轮配合键的校核设计项目计算公式或说明键的选择和参数静连接，选用普通平键，选用键接触长度，接触高度查得。轴上转矩键的强度校核3) 查表得，钢的许用挤压应力为4) 对键进行强度校核该键使用安全。四、减速器箱体及附件的设计（a）箱体设计：计算项目计算内容计算结果箱座厚度箱盖厚度箱座凸缘厚度箱盖凸缘厚度箱座底凸缘厚度地角螺钉直径地角螺钉数目轴承旁连接螺钉直径机盖与机座连接螺栓直径轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径连接螺栓d2的间距定位销直径大齿轮顶圆与内机壁距离蜗轮轮毂端面与内机壁距离轴承端盖外径轴承端盖突缘厚度机盖肋厚机座肋厚=0.04a+381=0.85=8.5b=1.5b1=1.51b2=2.5df=0.036a+12d1=0.75 df =15d2=(0.50.6) dfd3=(0.40.5) dfd4=(0.30.4) dfl=(120200)mmd=(0.70.8)d211.22D2=1.25D+10t=(1.11.2)d3m1=0.851m=0.85取=8mm取1=8mmb=12mmb1=12mmb2=20mmdf =16.5mmn=4取d1=12.375mm取d2=8.75mm取d3=8mm取d4=6mm取l=150mm取d=6mm取1=10mm取2=10mm取m1=7mm取m=7mm(b)技术要求1. 装配前，所有零件用煤油清洗，不允许有任何杂物存在。内壁涂上不被机油腐蚀的涂料两次。2. 啮合侧隙用铅丝检验，圆