金属切削机床课程设计

1、中北大学信息商务学院课程设计中北大学信息商务学院课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 刘杨鑫 学 号： 12020145X44 系： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 金属切削机床课程设计 铣床主轴箱设计 指导教师： 马维金 职称: 教授 刘中柱 讲师 2016年1月10日1中北大学信息商务学院课程设计目录1. 机床设定和参数确定11. 1机床各种参数确定2. 机构运动设计32.1传动组、传动副地确定2.2结构式、结构网的选择2.3传动系统图2.4轴、齿轮的计算转速2.5确定主轴支承轴颈尺寸3.估算传动件参数 确定其结构尺93.1传动轴直径初定3.2主轴轴颈直径的确定3.

2、3齿轮模数的初步计算4.传动件验算104.1三角胶带传动的计算和选定4.2圆柱齿轮的强度计算4.4 滚动轴承的验算5. 课程设计感想186. 参考文献191919中北大学信息商务学院课程设计1. 机床设定和参数确定. 1.1. 确定机床的各种参数：机床传动系统的变速组大多采用双联齿轮或三联齿轮。运动参数： 回转主运动的机床，主运动的参数是主轴转速。其数列的公比应选取标准的公比值，取公比=1.26。主轴转速级数： 式中Rn为主轴变速范围：。动力参数：由任务书设定电动机功率：N=4KW。查表应选用Y系列三相异步电动机Y112M-4（同步转速1500r/min，50HZ，380V），额定转矩2.2K

3、Nm，转速1440 r/min，效率84.5%。功率因素cos=0.82。为相邻两刀齿间的轴向距离。t的大小主要影响容屑槽的尺寸和同时工作齿数的多少。确定t时首先应满足容屑空间的需要，其次应使同时工作齿数多于3个。拉刀切削齿距t一般按下列经验公式求也：t=（1.31.6） 式中l拉削长度。精切齿可适当减小。变速组大多采用双联齿轮或三联齿轮，因此转速级数宜为2、3因子的乘积，即为宜，其中m、n为正整数2. 机构运动设计2.1 确定传动组和传动副：有以下几种传动副组合可以实现12级主轴转速变化的传动系统1） 2） 3）4） 5）方案1）、2）可以省一根传动轴，但是其中一个传动组内有四个传动副，果增

4、大了该轴的轴向尺寸这种方案不宜采用。因此，选取方案3比较合适。2.2 选择结构式和结构网：方案3中又有六种不同的情况：1） 2） 3）4） 5） 6）根据级比指数分配要“前密后疏”的原则，即传动顺序与扩大顺序相一致，应选用，其结构网如下图所示：图一 检验最大扩大组的变速范围：，符合设计原则要求。2.3 转速图的拟定：在其中的三种传动副中，变速机构共需4轴，加上电动机共5轴，故转速图需5条竖线，如下图所示。主轴共12速，电动机轴与主轴最高转速相近，故需12条横线。中间各轴的转速可以从电动机轴往后推，也可以从主轴开始往前推。通常以往前推比较方便，即先决定轴三的转速。 传动组c的变速范围为，可知两个

5、传动副的传动比为： 这样就确定了轴的六种转速只有一种可能，即为：250、315、400、500、630、800r/min。随后决定轴的转速，传动组b的级比指数为3，在传动比极限范围内，轴的最高转速可为：630、800、1000r/min，最底转速可为：315、400、500 r/min。为了避免升速，又不能使传动比太小，可取：，。轴的转速确定为500、630、800 r/min。同理，对于轴，可取：，。轴的转速：800 r/min。电动机轴与轴之间为带传动，传动比接近。 图二2.4 确定个传动组的齿轮齿数 验算主轴转速误差，主轴各级实际转速值用下式计算：式中，、分别为大、小带轮的直径；、分别为

6、第一、二、三变速组的齿轮传动比。表一：转速误差表主轴转速标准转速r/min10012516020025031540050063080010001250实际转速r/min99.2126.2159.4195.3248.3313.6391.7498629.1770.89801237.9转速误差0.80.960.382.350.680.552.10.40.43.652.00.97 转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示：，计算值如表二。：2.5 计算各种轴的转速：各传动轴：轴可从主轴为200r/min按28/70的传动副找上去，似应为500r/min，但由于轴上的最底转速250r/min

7、经传动组c可使主轴得到100和400r/min两种转速，400r/min主轴：根据教材表8-2，中型机床主轴的计算转速是第一个三分之一转速范围内的最高一级转速，即为；动力参数：由任务书设定电动机功率：N=4KW。查表应选用Y系列三相异步电动机Y112M-4（同步转速1500r/min，50HZ，380V），额定转矩2.2KNm，转速1440 r/min，效率84.5%。功率因素cos=0.82。变速组大多采用双联齿轮或三联齿轮，因此转速级数宜为2、3因子的乘积，即为宜，其中m、n为正整数为使拉刀在拉削过程中不致受拉削力的作用而断裂，必须对拉刀进行强度校验。即在拉力作用下，拉刀上产生的拉应力小于

8、拉刀材料的许用应力，即： = 式中：在拉刀上强度最薄弱位置的截面积。例如在柄部、颈部或第一齿槽底部的截面积。在柄部缩颈处截面积。 图三要传递全部功率，所以轴的计算转速应为250r/min。轴的计算转速可按的传动副b推上去，得500 r/min；同理轴为800r/min。各齿轮：传动组c中，28/70只需计算z=28的齿轮，计算转速为500 r/min；60/38只需计算z=38，；z=28和z=38两个齿轮哪一个的应力更大一些，传动组b应计算z=31，；传动组a应计算z=33，。较难判断，可同时计算，选择模数较大的作为传动组c齿轮的模数；传动组b应计算z=31，；传动组a应计算z=33，。3.

9、 传动零件的计算：3.1 确定传动轴直径按扭转刚度计算：式中，d-传动轴直径（mm）； -该轴传递的额定扭矩（Nmm）； N-该轴传递的功率（Kw）； -该轴的计算转速（rpm）； -该轴每米长度允许扭转角（deg/m），取=0.8。轴：轴：轴：3.2 主轴的轴颈直径 由表3查得机床课程设计指导书：主轴前轴颈=60mm，后轴颈=（0.7-0.85）=42-51mm，取=45mm。3.3 圆柱齿轮模数的计算 对于同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮按简化的接触疲劳强度公式进行初算： 式中，-按接触疲劳强度估算的齿轮模数（mm）； -驱动电动机功率（Kw）； -被估算齿轮的计算转速

10、（r/min）； -大小齿轮齿数之比，-小齿轮齿数； -齿宽系数，6-10，B为齿宽，m为模数，取8； -许用接触应力，查表26取。 传动组b：31/61 传动组a：33/53 传动组c：28/70 4. 验算其中的各种零件4.1 计算和选定带传动 确定计算功率：，选择B型三角带； 确定带轮直径、，由表11机床设计制导书查得： =140mm， 计算胶带转速： 初定中心距： 根据机床的布局及结构方案选 计算胶带的长度： 选标准计算长度 ，作为标记的三角胶带的内周长度。 计算胶带的弯曲次数： 式中，m-带轮的个数计算实际中心距：，其中，代入上式中，得 定小带轮的包角： 确定三角胶带的根数：，式中：

11、单根三角胶带能传递的功率（Kw），由表13查得=2.23；-带轮包角系数，由表13查得=0.98； 则，取2。4.2 齿轮的强度计算： 一般对高速传动的齿轮验算齿面接触应力，验算变速箱中齿轮强度应选择相同模数承受载荷最大齿数最小的齿轮进行接触应力和弯曲应力计算，对高速传动的齿轮验算齿面接触应力，对低速传动的齿轮验算齿根弯曲应力，对硬齿面软齿心渗碳淬火的齿轮要验算齿根弯曲应力进行计算。接触应力的验算公式： 弯曲应力的验算公式： 表二传动组第一传动组第二传动组第三传动组工作情况系数1.21.21.2动载荷系数1.21.21.2齿向载荷分布系数111.05齿形系数Y0.4380.4440.454齿轮

12、传递功率N3.763.803.84齿轮计算转速500500800材料利用系数接触疲劳0.670.86材料利用系数弯曲疲劳0.900.90速度转化系数接触疲劳0.950.85速度转化系数弯曲疲劳0.930.93寿命系数接触疲劳0.580.58寿命系数弯曲疲劳0.780.78材料利用系数接触疲劳0.700.73材料利用系数弯曲疲劳0.720.75齿轮的模数m 222齿宽B161616小齿轮数Z283133大齿轮与小齿轮齿数比u70/2861/3153/33其中寿命系数 工作期限系数 T-齿轮在机床工作期限内的总工作时间h ，对于中型机床的齿轮取 ，同一变速组内的齿轮总工作时间可近似地认为，P为该变

13、速组的传动副数。；的极限值、，当时，则取；当时，取；-许用接触应力（），查表3-9，=1100；-许用弯曲应力（），查表3-9，=320。代入公式，得传动组c： 传动组b：传动组c：4.3 传动轴的强度和弯曲刚度的验算受力分析：以轴为例进行分析，轴上的齿轮为滑移齿轮。通常，选择主轴处于计算转速（200r/min）时齿轮的啮合位置为计算时的位置。根据本机床齿轮排列特点，主轴为250r/min时，轴受力变形大于前者，故采用此时的齿轮位置为计算位置。受力分析如下图所示： 图四图5中F1为齿轮Z4（齿数为48）上所受的切向力Ft1，径向力Fr1的合力。F2为齿轮Z9（齿数46）上所受的切向力Ft2，径

14、向力Fr2的合力。各传动力空间角度如图6所示，根据下表的公式计算齿轮的受力。图五 表4 齿轮的受力计算传递功率Pkw转速nr/min传动转矩TN·mm齿轮压力角°齿面摩擦角°齿轮Z4齿轮Z9切向力Ft1NF1在X轴投影Fz1NF1在Z轴投影Fz1N分度圆直径d1mm切向力Ft2NF1在X轴投影Fz2NF1在Z轴投影Fz2N分度圆直径d2Mm380630 57603.2206-1200.1-1200.1585.3961252.21252.2-610.792挠度、倾角的计算：分别计算出各平面挠度、倾角，然后进行合成。如下图所示：其中a=120, b=156, c=15

15、0, f=126, l=276, n=159.35, xoy平面内挠度： 代入数据，求得 zoy平面内挠度： 代入数据，求得 挠度的合成：，符合要求。 左支撑倾角计算和分析：xoy平面力作用下的倾角： 代入数据，解得zoy平面力作用下的倾角： 代入数据，解得倾角的合成：，符合要求；右支承倾角计算和分析： xoy平面力作用下的倾角： 代入数据，解得zoy平面力作用下的倾角：代入数据，解得倾角的合成：，符合要求。键侧挤压应力计算： 表四计算公式花键数载荷系数花键轴大径花键轴小径最大转矩工作长度许用应力许用应力结论80.834287258176301.39合格4.4 验算滚动轴承分别计算出左（A）、

16、右（B）两支承端支反力。在xoy平面内： 在zoy平面内： 左、端支反力为： 两支承轴承受力状态相同，但右端受力大，所以只验算右端轴承。滚动轴承的疲劳寿命验算： 其中：额定动载荷：C=11000N，机床设计简明手册； 速度系数：； 使用系数：； 功率利用系数：，表3-3床设计制导；转速变化系数：，表3-2； 齿轮轮换工作系数： 当量动载荷：F=176.7N，已计算求得； 许用寿命：T，一般机床取10000-15000h； 寿命指数：。 则额定寿命： 经验算以上的数据符合要求。5. 课程设计感想经过了为期两周的课程设计，我发现光靠平时的书本学习是远远不够的，即使是考试成绩也不能完全说明我们的对这

17、门课的掌握情况。课程设计使我们有了更深刻的认识，而且也发现了平时不曾了解的问题。在老师的帮助下，我们克服了各种各样的困难和难题。而且也远远比我所想的要困难许多，之前我们都还对这样的课程设计不放在心上，觉得没有什么难的，但是，等开始做的时候，才发现原来自己有好多不懂的地方，都不知道该从哪下手。这使我明白了，原来这也不是那么简单就可以做到的，必须要下工夫，才可以按时完成任务。这次课程对我们以后的学习有了很大的帮助，尤其是对于我们即将走上工作岗位的毕业生来说，其意义更加的重要，它使我们能更加的了解我们从事的工作内容，也能在以后的工作岗位上做出更加出色的成绩。在这里，首先要感谢成老师在这次课程设计中给与的帮助和支持，否则我们是做不出来的。然后感谢学校给了我们这次难得的机会。所以。我们立志在以后的学习和工作中，做出更好的成绩来回报你们，争取做一个对社会有用的人。6. 参考文献1.任殿阁，张佩勤主编设计手册辽宁科学技术