专业设计之牛头刨床

1、中国石油大学胜利学院专业综合设计说明书 学 院：机械与控制工程学院专业班级：樊婷婷 学 号：201108016101学 生：樊婷婷指导老师：刘晓 中国石油大学胜利学院教务处2015 年 月 日专业综合设计评阅书题目平面刨床减速系统学生姓名樊婷婷学号201108016101指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日评语及成绩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日摘要近年来，随着计算机技术水平的提高，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，特别是机械制造行业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所取代。牛头刨床从机械式和液压式逐渐变为数控牛头刨床

2、。数控牛头刨床除了拥有良好的自动化和高效率，而且它还有一套安全检测系统，能够较好地处理复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，是一种灵活的、高效率的自动化机床，特别是对于大约占机械加工总量80%的单件、小批量零件的加工，显出其特有的灵活性。本设计的任务是设计减速传动系统并绘制传动简图，设计减速系统中的齿轮传动并校核其强度。设计的总原则是牛头刨床原有的运动优点上，使其运动控制的更加完善。本次机械原理课程设计的主要特点是具有较高的工作独立性内容联系性，和能够通过此次课程设计将相关课程中的相关知识融会贯通，进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动

3、力学的分析和设计有一个比较完整的概念。关键词：牛头刨床；减速系统；齿轮传动目 录第一章 引 言11.1 课题的背景和意义11.2 牛头刨床国内外发展状况11.2.1 牛头刨床国内发展现状11.2.2 牛头刨床国外发展现状11.3 牛头刨床机构简介3第二章 减速系统设计42.1 牛头刨床变速箱齿轮传动系统分析42.1.1 牛头刨穿变速箱齿轮传动简图42.1.2 各齿轮参数表42.1.3变速箱齿轮传动系统特点分析42.1.4变速箱齿轮啮合简图、传动比及输出轴转速计算 52.2 齿轮类型、精度等级、材料及齿数62.2.1 按齿面接触强度设计62.2.2 按齿根弯曲强度设计82.2.3几何尺寸计算9总

4、 结10致谢11参考文献12第一章 引言1.1课题的背景和意义牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。牛头刨床是工程中最多用的加工机械之一, 为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。工程中往往会有这样一类设计问题:已知机构的行程速比系数、冲程、曲柄及刨头推杆的尺寸,要求确定滑杆与摆动导杆的距离。对这样的设计问题,传统的设计方法采用类比、试凑的办法,设计结果不能公认最优。牛头刨床由于刨刀的结构简单刃磨方便、刨削窄长表面时

5、也可得到高的生产率,所以这类机床在单件小批生产中, 特别是在工具机修以及某些军工部门中被广泛使用。近几年来, 我国联合设计并制造的机械传动牛头刨床的新产品, 无论是在外观和刚性或是在操作方便和加工性能等方面都已达到比较先进的水平。本设计目的在使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念，具备计算和使用查阅科技资料的能力。1.2牛头刨床国内外发展状况1.2.1牛头刨床国外发展状况在国外的刨削加工中，采用智能化数控牛头刨床，引进自适应控制技术，根据切削条件的改变，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最好工作状态，从而得到较高的加工精度和较好的表面粗糙度，同时也可以提高刀具的使用寿命

6、和设备的生产效率。数控牛头刨床除了拥有良好的自动化和高效率，它还有一套安全检测系统。虽然数控牛头刨床安全检测系统造价很高，它的安全系统价格比较昂贵，但质量方面要好一些，国内的数控系统虽然价格相对较低，在某些方面与国外还是有一些差距。1.2.2牛头刨床国内发展状况从中国有了牛头刨床以后，刨床的发展几乎总是停留在机械、液压和数控这几个阶段发展，整体的发展情况并不十分乐观，与国际市场上的差距还很大，国外机床的发展已经脱离了单一品种，向复合机床发展。像牛头刨床这种中小机床又单一功能的机床几乎没有什么发展计划和方向。牛头刨床是一种中小机床，它主要是粗加工机床，主要加工一些精度要求不太高的零部件。但像模具

7、零部件也还是可以加工的，相比插床它有很大的价格优势，精度也差不多，所以选择牛头刨床来进行加工模具的厂家比较多。牛头刨床除了大家熟知的优点以外，它还有以下几个方面的情况大家可以了解一下：1、 一般的机床在走刀系统内装有过载安全机构，当由于操作不慎或者受到外力的影响，和切削超载时，走刀将自行打滑，不会损坏机件，而且保证机床的正常运转。2、牛头刨床滑枕和床身导轨间以及具有速度的齿轮副和主要的滑动导轨面，都有油泵打出的润滑油进行循环润滑，且可以根据大小进行调节油量大小3、机床内部装有离合器及制动停车机构，因此在变换速度，启动机床和停车时，可不需要切断电源，制动停车机构能使滑枕当离合器脱开时的惯性冲程量

8、小于10毫米。这是我们大家所熟知的牛头刨床，中国在这方面的发展从最初的机械式，早期的在机床性能及精度方面都不是太好，后来慢慢发展程有很多个档位很多个进刀量。机床的重量在不断增加。后来又发展出来液压牛头刨床，生产效率又进一步提高，但是由于受到温度影响比较大所以在全国并没有推广开来。到了21世纪，尤其是最近两年牛头刨床有向数控方面发展，进一步提高加工效率，还解放了人力。这就是国内的现状，下一步应该在精度方面进一步缩小与发达国家的差距。1.3牛头刨床机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。电动机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构23456带

9、动刨头6刨刀7作往复运动。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构191011与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距离，见图b），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速转动，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。(a) (b) 图 1-1第二章 减速系统2.1牛头刨床变速箱齿轮

10、传动系统分析2.1.1牛头刨床变速箱齿轮传动简图： 图 2-12.1.2各齿轮参数表： 主传动路线齿轮表2-1名称变速箱齿轮斜齿轮序号1234567891011齿数24363048253642487122112 2.1.3 变速箱齿轮传动系统特点分析变速原理： 通过两组滑移齿轮在轴上滑动与不同的齿轮啮合获得不同的传动比，从而改变转速和挠性传动相比较： 挠性传动:结构简单，成本低廉，两轴距离大，传动比不恒定。 齿轮传动：传递运动准确可靠，瞬时传动比 恒定，效率搞，寿命长，结构紧凑， 但制造、安装成本较高，不适合两轴间距过大的传动 。 2.1.4 变速箱各档齿轮啮合简图、传动比及输出轴转速计算 表

11、 2-2档位齿轮传动示意图啮合关系线图传动比n中心距a（mm）1i14=z4/z1=48/24=2 i59=z9/z5=71/25=2.84i= i14i19=2×2.84=5.6876rma14= m（z1+z4）/2=2.5(24+48)/2=90mm a59= m（z5+z9）/2=2.5(25+71)/2=120mm2i26=z6/z2=36/36=1i59=z9/z5=71/25=2.84i26×i59=1×2.84=2.84153rma26= m（z2+z6）/2=2.5(36+36)/2=90mm a59= m（z5+z9）/2=2.5(25+71)

12、/2=120mm3i37=z7/z3=42/30=1.4i59=z9/z5=71/25=2.84i39= i37×i59=1.4×2.84=3.976109rma37= m（z3+z7）/2=2.5(30+42)/2=90mm a59= m（z5+z9）/2=2.5(25+71)/2=120mm4i14=z4/z1=48/24=2i48=z8/z4=48/48=1i18= i14×i48=2×1=2218rma14= m（z1+z4）/2=2.5(24+48)/2=90mm a48= m（z4+z8）/2=2.5(48+48)/2=120mm5i26=z

13、6/z2=36/36=1i48=z8/z4=48/48=1i28= i26i48=1×1=1436rma26= m（z2+z6）/2=2.5(36+36)/2=90mm a48= m（z4+z8）/2=2.5(48+48)/2=120mm2.2齿轮类型、精度等级、材料及齿数 按所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 插床为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。 材料选择由表101选择小齿轮材料为40Cr（调质），小齿轮40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数Z1=24，大齿轮齿数Z2=3.7×2488.

14、8，取Z2=89。2.2.1按齿面接触强度设计由设计计算公式（109a）进行试算，即 d1t2.321 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数Kt=1.3。 计算小齿轮传递的转矩。i. T1=2392935（Nmm） 由表107选取齿宽系数=1。 由表106查得材料的弹性影响系数=189.8MPa。 由图1021d按齿面硬度差的小齿轮的接触疲劳强度极限i. =600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa。 由式1013计算应力循环次数。i. N1=60n1jLh =60×462.05×1×10×300×8×16.65×

15、10ii. N2=1.8×10 由图1019取接触疲劳寿命系数=0.95;=0.97。i. 计算接触疲劳许用应力。取失效率为1，安全系数S=1，由式（1012）得=MPa570Mpa=MPa533.5MP（2） 计算计算小齿轮分度圆直径d1t ，代入中较小的值。1t2.322.32·mm37.43mm 计算圆周速度。 =m/s=0.906m/s 计算齿宽b。 b=·d1t =1×37.43mm=37.43mm 计算齿宽与齿高之比。模数 mt=1.5（mm）齿高 h2.25mt=2.25×1.56mm3.51mm =10.66 计算载荷系数。根据

16、=0.906m/s，7级精度，由图108查得动载系数=1.05；直齿轮，1;由表102查得使用系数=1.25;由表104用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，1.416；由=10.66，1.416查图1013得1.32；故载荷系数 1.25×1.05×1×1.4161.8585 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（1010a）得 37.43×mm=42.166mm 计算模数m。 =mm=1.757mm2.2.2按齿根弯曲强度设计m2 确定公式内的各计算数值 由图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限500Mpa；大齿轮的弯曲强度极限

17、380MPa 由图1018取弯曲疲劳强度寿命系数=0.91,=0.93 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（1012）得MPa=325MPaMPa=252.43MPa 计算载荷系数K。1.25×1.05×1×1.32=1.7325 查取齿形系数。由表105查得 2.65，2.20 查取应力校正系数。由表105查得 1.58,1.78 计算大、小齿轮的并加以比较。=0.012883=0.0155133 设计计算。mmm=1.31mm对比计算结果是由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲强

18、度的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数和齿数的乘积）有关，可取弯曲强度算得的模数1.31并就近圆整为标准值m = 1.5 mm，按接触强度算得的分度圆直径d1 = 42.166 mm，算出小齿轮齿数。Z1 = = 28 大齿轮齿数 Z2 = u×Z1 = 3.7×28 = 103.6；取Z2=1042.2.3几何尺寸计算（1）计算分度圆直径d1 = Z1× m = 28×1.5 mm= 42 mmd2 = Z2× m = 104×1.5 mm= 156 mm（2）计算中心距 a = mm= 99mm(3

19、) 计算齿轮宽度b = = 1×42= 42（mm），可取B1 = 42mm ； B2 = 47 mm 总结本次机械原理课程设计的主要特点是具有较高的工作独立性内容联系性，和能够通过此次课程设计将相关课程中的相关知识融会贯通，进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念。这次减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过三个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础.1、机械设计是

20、机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、CAD实用软件、机械工程材料、机械设计手册等于一体。2、 这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想；训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力；巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。3、 在这次的课程设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚

21、实的基础。4、 本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助。5、 设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。致谢通过这一个月的忙碌和学习，本次设计已接近尾声。此次毕业设计历时三个月，是我大学学习中遇到过的涉及内容最广、工作量最大的一次设计。用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就不难了。虽说老师说的话让此次的毕业设计看起来不是那么的可怕，但是当我真的开始着手时，还的确是困难重重。这次机械设计由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，在这里衷心感谢指导老师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，让我按时完成了这次专业设计。在专业设计过程中，我遇到了许多困难，在此感谢我的指导教师刘晓老师，本