插床的设计与分析

1、机械设计课程设计 计算说明书设计题目：插床的设计与分析12机械专业10班设计者:孙占成指导教师：田静宜老师2015年6月26日华北理工大学轻工学院目录机械原理插床机构设计部分一、插床机构设计要求-21.插床机构简介22.设计内容2二、插床机构的设计-3连杆机构的设计及运动分析-3一、飞轮设计5四、凸轮机构设计5机械设计二级减速器设计部分一、目的及要求7一、减速器结构分析-8三、传动装置的总体设计9（一）选择电动机9（二）传动比分配10（三）运动和动力参数分析计算-101.计算各轴转速102.计算各轴输入功率-103.计算各轴输入转矩-11四、传动件的设计计算-11（一）带传动的设计11（二）高

2、速轴齿轮的设计与校核 13（三）低速轴齿轮的设计与校核 17（四）联轴器的选择21（五）轴的设计与校核 211. 齿轮轴的设计 212. 中间轴的设计223低速轴的设计与校核22（六）键的校核25（七）轴承的校核27五、润滑密封设计28六、 减速器箱体结构尺寸表29七、主要参考文献30计算及说明主要结果计算及说明主要结果机械原理插床机构设计部分一、插床机构设计要求1.插床机构简介图96所示为插床机构简图。插床是用插刀加工工件表面的机床。常用于加工键槽，加工时，插刀往复运动为主运动，工件的间歇移动或间歇转动为进给运动，直线运动（纵、横向）和圆周运动的工作台不允许三项同时进行。设计要求：原动机采用

3、一台电机，执行机构包括插削机构及进给机构，插削机构实现插削加工，进给机构实现工件的进给动作，这两个机构要求运动协调。2.设计内容：（1）机构的设计及运动分折已知：设计参数见表1,1 BC=IBO1,电动机轴与曲柄轴Q平行，导杆机构的最小传动角不得小于 60 。要求：1）采用图解法或解析法设计平面连杆机构各构件尺寸，作机构运动简图；2）按给疋位置对机构进仃运动分析，作机构的速度和加速度多边形；3）作滑块的运动线图（s- , v- , a-画在一个坐标系中）。2、给出实现插削要求的执行机构的其他运动方案简图，并进行对比分析。（2）给出实现插削要求的执行机构的其他运动方案简图，并进行对比分析。（3）

4、导杆机构的动态静力分析。已知：滑块所受工作阻力见图1所示，结合连杆机构设计和运动分析所得的结果。要求：1）按给疋位置确疋机构各运动副中的反力；2）确定加于曲柄上的平衡力矩 M,在坐标纸上作出平衡力矩曲线M-。（4）飞轮设计已知：机器运转的许用速度不均匀系数 S=力分析所得平衡力矩M,驱动力矩Md为常数，飞轮安装在曲柄轴 O上。要求：确定所需飞轮的转动惯量 Jf。（5）凸轮机构设计已知：凸轮与曲柄共轴，设计数据见表 1。摆动从动件8的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。要求：1) 按许用压力角a 确定凸轮机构的基本尺寸(基圆 半径r。、机架10208和滚子半径rj。2) 绘制凸轮实际廓线。二、

5、插床机构的设计连杆机构的设计及运动分析根据行程速比系数求极位夹角 得机架得摆杆长度得连得为满足最小压力角，Ol到倒杆的距离(1) 机构运动简图：(2) 机构运动速度分析：(3) 机构运动加速度分析：(4) 机构动态静力分析以上三步已作于A3图纸上。(5) 绘制滑块位移、速度、加速度曲线(6) 绘制力矩图计算及说明主要结果 主要结口果四、凸轮机构设计1基本参数ro 32mma=162mmrr 6.4 Qd 128mm2位移的计算取5。为一个分段，分别计算推程和回程的位移(1)推程等加速段由公式得a=162mmrr 6.4 mm0。5。10。15。20。25。0。30。10。推程等减速段由公式得3

6、5。40。45。50。55。60。20。2）回程等加速段由公式得0。5。10o15o20o25o20。30。10。回程等减速段由公式得35o40。45o50o55o60o0o凸轮轮廓如下:暮计算及说明主要结果机械设计二级减速器设计部分一. 目的及要求（一）课程设计的目的1、通过机械设计课程设计，综合运用机械设计课程和其它有 关选修课程的理论和生产实际知识去分析和解决机械设计问 题，并使所学知识得到进一步地巩固、深化和发展。2、学习机械设计的一般方法。通过设计培养正确的设计思想 和分析问题、解决问题的能力。3、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、查阅设计 资料和手册，熟悉标准和规范。（二）

7、任务1. 电机选型设计若传动系统方案米用图2方案，则考虑零件传动效率，根据计 算的平衡力矩，确定电机型号（参见机械设计课程设计指 导书附录），无特殊需要，可选用 Y系列三相交流异步电 动机，要求：给定电机的额定功率和满载转速。2. 传动装置设计计算（参见机械设计课程设计指导书）根据切削次数要求以及电机额定参数，设计 V带传动和二级圆 柱齿轮减速器。要求：1）V带传动设计计算。2）二级圆柱齿轮减速器设计计算（包括齿轮传动设计及工作能 力校核，轴的结构设计及工作能力校核，轴承选型设计及寿 命计算，平键连接选型设计计算）；绘制一对齿轮传动的啮 合图。3）联轴器选型设计。4）绘制二级圆柱齿轮减速器装配

8、图（0号图纸）和关键零部件 零件图。3. 编写设计说明书一份。应包括综合设计任务书、设计参数数 据、设计计算过程等。二. 减速器结构分析（一）分析传动系统的工作情况1、传动系统的作用：作用：介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的 运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并协调一者的转速 和转矩。2、传动方案的特点：计算及说明主要结果特点：结构简单、效率咼、容易制造、使用寿命长、维护 方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大， 机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，咼速级齿轮布置在远离转 矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作 用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽

9、载何分布有均 匀的现象。3、电机和工作机的安装位置：电机安装在远离咼速轴齿轮的一端；工作机安装在远离低速轴齿轮的一段。初步确定传动系统总体方案如：传动装置总体设计图所 示。三.传动装置的总体设计nlI/n21X-In31、一X/ n5;t一 1 In 1 Pw 1Ii丨It =PdIn4IV-III(一)、选择电动机1、选择电动机系列按工作要求及工作条件，选用 丫系列三相交流异步电动 机。2、选电动机功率(1) 、工作机所需输入功率(2) 、电机的实际输出功率Pw计算及说明主要结果3、确定电动机转速所选电动机的额 定功率Ped应等于或稍大于电动机的实际 疋输出功率Pd，即Ped 1.378KW

10、，电动机的可选转速范围ndi带i减速器n选取电动机的型号为 Y90L-4，机座中心高H=90mm额定功率Ped 1.5KW，满载转速为1400r/min，轴伸长E=50mm伸出端直径D=48mm详细参数见表19-3.（二）、传动比分配n满 1400“，i 总30.4总传动比n46取i带2 ,i减速器152贝卩嘯高速级齿轮传动比为i1 J（1-31-5）i减速器1-4 15.2 4.61i2 空 3.3则低速级齿轮传动比为i1（三）、运动和动力参数分析计算1.计算各轴转速2.计算各轴输入功率计算及说明主要结果3.计算各轴输入转矩四传动件的设计计算（一）.带传动的设计计算1.确定V带截型工作情况系

11、数两班倒每天工作16小时，软启动，载荷变化较小，由机械设计教材表7-7得计算功率 P KP 1.1 1.5 1.65KW cAV带截型根据Pc和n.，由图7-12选取Z型V带C12、确定V带轮基准直径小带轮基准直径由图7-12及表7-4选取d1nm1400d. m 71 142 mmd2d1 n700大带轮基准直径n1d140mm由表7-5知，带轮基准直径中恰有此值，取d2dd1nn171 1400 ,v | n | 5.2m/s验算带速60 100060 10003.确定中心距及V带基准长度.7(dd1dd2)a02(dd1 dd2)及dd1、dd2初定中心距 得147.7mm 玄 420m

12、m,初定a0 285mm计算及说明主要结果2Ld 2ao(ddi dd2)(dd2 ddi)24a(140 71)22 285(71 140)905.45mm计算V带基准长度2 4 285V带基准长度由表7-2选取Ld 900mm实际中心距拟将带传动设计成中心 距可调的及结构，采用近似计算1180-dd2-dd1 57.3。验算小带轮包角140 71800-140-7! 57.3。165.98。2834.确定V带根数单根V带基本额定功率由表7-6 R 0.31 KW单根V带额定功率增量由表7-8 P 0.03KW小带轮包角修正系数由表7-9线性插值求得K 0.96带长修正系数由表7-2 Kl

13、1.03V带根数取Z 55.计算初拉力V带单位长度质量由表7-1 q 0.06kg/m单根V带的初拉力 作用在轴上的载何计算及说明主要结果（二）高速轴齿轮的设计与校核小齿轮40Cr调制1.选择齿轮材料并确疋初步参数小齿轮45钢调制（1）选择齿轮材料及其热处理由表8-1选取齿轮精度8级小齿轮：40Cr,调制处理，齿面硬度为 260HBW大齿轮：45钢，调制处理，齿面硬度为230HBW（2）初选齿轮选取小齿轮齿数Zi 20则大齿轮齿数Z2 站 4.61 20 92（3）选择齿宽系数 d螺旋角和传动精度等级初估小齿轮直径d1估30mm照表8-8选取齿宽系数d 1则b估dd估30mmd1 n30 70

14、0 , “c ,v 估1.099 m/s齿轮圆周速度60 100060 1000参照表8-9，齿轮精度选为8级（4）计算许用接触应力1）计算两齿轮许用循环次数N1, N22）寿命系数Zn由图8-24得：Zn1 1,Zn2 1 （不允许有一定量点蚀）3）接触疲劳极限Hlim由图 8-20a，查 MC线得 H lim =720MPa H lim 2 =580MPa4）安全系数Sh参照表8-11，取Sh=15）许用接触应力h，根据式8-14得计算及说明主要结果 主要结口果2.按齿面接触疲劳强度设计齿轮的主要参数7（1）确定各相关的参数值ZH =1）计算小齿轮的转矩Ti2）确定载荷系数K使用系数KA按

15、电动机驱动，轻微冲击，查表 8-4取KA =动载系数Kv按8级精度和速度，查图8-11，取Kv =齿间载荷分配系数K由表 8-5，取 K 1.2齿向载荷分配系数K由图8-14a，取K =载荷系数 K KaKvK K 1.25 1.1 1.2 1.07 1.773）确定弹性系数ZE由表8-6得Ze 19oJMPa4）确定节点区域系数ZH由图8-16得ZH =5）确定重合度系数Z由式8-8计算得1 11.88 3.2 cos0.97重合度Z1 Z2重合度系数计算及说明主要结果(2)求所需小齿轮直径di,由式8-21得a =100mm与初估大小基本相符(3)确定模数m,中心距a等主要几何参数1)模数

16、由表8-7取标准模数m=2)中心距amn z-i z21.752092an 12i0i 46mmCl1 w 1 . Twl 1 II 1 12cos2cos，取 a =100mm，3)螺旋角4)分度圆直径d2匚、询上弄 Kbd d1 1 36.23 36.23mm5)确疋齿宽bd 1大齿轮齿宽b2 b 36.23mm小齿轮齿宽b b2 6 42.23mm3.齿根弯曲疲劳强度校核(1)计算许用弯曲应力1)寿命系数Yn由图8-29取Yn1 Yn212）极限应力 Flim 由图 8-25a 取 Flim1 300MPa FHm2 220MPa计算及说明主要结果3） 尺寸系数Ya由图8-30取Yai

17、Ya214）安全系数Sf参照表8-11，取Sf =5） 计算许用弯曲应力F由式8-16得（2）计算齿根弯曲应力1 ）齿形系数YFaZ/iZ12021 25V133_厶 1 .厶u出卓上粉coscos 11.48当里齿数由图8-18取2）应力修正系数YSa由图8-19取Ysa11.55 Ysa21.753）重合度系数Y1 72n21 . 72由式 8-28cos b、/c CL 0.75 c CL 0.75 c CCY0.25 0.25 0.69由式 8-27n1.725）齿根弯曲应力由式8-25得 结论：齿根弯曲疲劳强度足够计算及说明主要结果 主要结口果（三）低速轴齿轮的设计与校核小齿轮40C

18、r调制1.选择齿轮材料并确疋初步参数小齿轮45钢调制（1）选择齿轮材料及其热处理由表8-1选取小齿轮：40Cr,调制处理，齿面硬度为 260HBW15大齿轮：45钢，调制处理，齿面硬度为230HBW齿轮精度8级（2）初选齿轮选取小齿轮齿数Zi 30则大齿轮齿数Z2 i1Z1 3-3 30 100（3）选择齿宽系数 d螺旋角和传动精度等级初估小齿轮直径估60mm，照表8-8选取齿宽系数d 1 则 b估dd1估 60mm =15d1n160 151.84 门，v 估0.477 m/s齿轮圆周速度60 100060 1000参照表8-9，齿轮精度选为8级（4）计算许用接触应力1）计算两齿轮许用循环次

19、数N1, N22）寿命系数Zn由图8-24得：Zn1 1,Zn2 1 （不允许有一定量点蚀）3）接触疲劳极限Hlim由图 8-20a，查 MC线得 H lim =720MPa H lim 2 =580MPa4）安全系数Sh参照表8-11，取Sh =5）许用接触应力h，根据式8-14得计算及说明主要结果 主要结口果2.按齿面接触疲劳强度设计齿轮的主要参数7（1）确定各相关的参数值Zh =1）计算小齿轮的转矩T22）确定载荷系数K使用系数Ka按电动机驱动，轻微冲击，查表 8-4取Ka =动载系数Kv按8级精度和速度，查图8-11，取Kv =齿间载荷分配系数K由表 8-5，取 K 1.2齿向载荷分配

20、系数K由图8-14a，取K =载荷系数 KKaKvK K 1.25 1.06 1.2 1.07 1.73）确定弹性系数Ze由表8-6得ZE 190 J MPa4）确定节点区域系数Zh由图8-16得Zh =5）确定重合度系数Z由式8-8计算得1 11.88-3.2 cos1.68重合度Z1 Z2重合度系数6）螺旋角系数z “cos0.98计算及说明主要结果(2)求所需小齿轮直径d1,由式8-21得a =115mm与初估大小基本相符(3)确定模数m,中心距a等主要几何参数d- cos55.48cos15 “m 11.791）模数zi30由表8-7取标准模数m=2)中心距am z z21.75 30

21、 100. . _a115mm2cos2cos15，取 a=115mmm Z1Z2 c “3）螺旋角arccos 2a8.464)分度圆直径d25）确定齿宽 bbdd1 1 60 60mm大齿轮齿宽b2 b 60mm小齿轮齿宽b1 b26 66mm3.齿根弯曲疲劳强度校核(1)计算许用弯曲应力1)寿命系数Yn由图8-29取Yn1 Yn212）极限应力 Flim 由图 8-25a 取 Flim1 300MPa FHm2 220MPa3)尺寸系数Ya由图8-30取Ya1Ya214)安全系数SF参照表8-11，取SF =计算及说明主要结果5）计算许用弯曲应力F由式8-16得（2）计算齿根弯曲应力1

22、）齿形系数Ypa当量齿数由图 8-18 取Ypai2.53 YFa2 2.252）应力修正系数Ysa由图8-19取Ysa11.625Ysa2 1.753）重合度系数Y4）螺旋角系数丫 0.985）齿根弯曲应力由式8-9得结论：齿根弯曲疲劳强度足够主要结果B = 14计算及说明(四) 联轴器的选择初估低速轴的最小直径低速轴的材料为45钢，C值根据课程设计指导书表3-1选取 有键槽轴径加大4%rp207d3 C3 107 31.79mm di 31.79 1.04 33mm，取3 卫,46，d1 32mm根据表17-2，选择HL2型弹性柱销联轴器(五) 轴的设计与校核1.齿轮轴的设计初估齿轮轴受扭

23、段的最小轴径齿轮轴的材料为40Cr, C值根据课程设计指导书表3-1选取d1 C3ilp1 107 可104514.1 mm；n1： 455有键槽轴径加大 4% d1 14.1 1.04 14.66mm,取 d1 20mmd2 取小22(2070.1冋d3 d2 (1 3),须0或5结尾，取 d3 25mm根据齿轮分度圆的大小，选取齿轮轴段的直 径d4 30mm 轴径确定后，初定轴承型号，采用角接触球轴承，型号为 7204,从而查得轴承宽度B=14。根据箱体的尺寸，确定各轴 段的长度。L1=64mm2=50mm3=28mmL4=75mm5=45mm6=35mm计算及说明主要结果 主要结口果2.

24、中间轴的设计B2=15mm初估齿轮轴受扭段的最小轴径B3=18mm齿轮轴的材料为45钢，C值根据课程设计指导书表3-1选取di C3i巴 1181.004 23.3 mn取 di 25mm科2 130d2 d12(0.07 0.1)d1，取 d2 40mmd3 d2 (1 3),须0或5结尾，取 d3 35mmd4 d12(0.07 。.冋 ，取 d4 30mm轴径确定后，初定轴承型号，采用角接触球轴承，型号为7205,从而查得轴承宽度B=15mm根据箱体的尺寸，确定各轴段的长度。L1=39mm2=66mmL=8mmL4=58mm5=37mm3.低速轴的设计与校核（1）低速轴的设计根据联轴器的型号，确定d1 30mmd2 d12(0.07 0.1)d1，取 d2 35mmd3 d2(1 3),须