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 -

2、 - - - - - - - - - - - - 3三、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 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7二、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 - - - - - - -

3、 - - - - - - - - - - 9 （二）传动比分配 - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 （三）运动和动力参数分析计算 - - - - - - - - - - - 10 1.计算各轴转速 - - - - - - - - - - - - - - - - 10 2.计算各轴输入功率 - - - - - - - - - - - - - - 10 3.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 - - - -

4、- - - - - - - - - - - - 11 （二）高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 - - - - - - - - - - - - - - - 21 1.齿轮轴的设计 - - - - - - - - - - - - - - - 21 2.中间轴的设计 - - - - - - - - - - - - - - - 22 3.低速轴的设计与校核 - - - -

5、- - - - - - - - 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 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

6、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, lBC=(0.50.6)lBO1 ,电动机轴与曲柄轴O2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）按给定位置对机构进行运动分析，作机

7、构的速度和加速度多边形；3）作滑块的运动线图（s-j，v-j，a-j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）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）按给定位置确定机构各运动副中的反力；2）确定加于曲柄上的平衡力矩Mb，在坐标纸上作出平衡力矩曲线Mb-j。（4）飞轮设计 已知：机器运转的许用速度不均匀系数=0.03，力分析所得平衡力矩Mb ，驱动力矩Med为常数，飞轮安装在曲柄轴O2上。要求：确定所需飞轮的转动

8、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）按许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸（基圆半径ro、机架lo2o8和滚子半径rr）。2）绘制凸轮实际廓线。二、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杆得为满足最小压力角，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）绘制力矩图四、凸轮机构设计1.基本参数 a=162mm 2.位移的计算取5o为一

9、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0o5o10o15o20o25o0o0.278o1.11o2. 5o4.45o6.94 o30o10 o推程等减速段由公式得35o40o45o50o55o60o13.05o15.56o17.5o18.89o19.72o20 o a=162mmmm2）回程等加速段由公式得0o5o10o15o20o25o20o19.72o18.89o17.5o15.56o13.05 o30o10 o回程等减速段由公式得35o40o45o50o55o60o6.94o4.45o2.5o1.11o0.278o0 o凸轮轮廓如下：机械设计 二级减速器设计部分一目

10、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）任务1.电机选型设计若传动系统方案采用图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

11、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，并协调二者

12、的转速和转矩。2、传动方案的特点：特点：结构简单、效率高、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，高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，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。3、电机和工作机的安装位置：电机安装在远离高速轴齿轮的一端；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（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Y系列三相交流异步电动机。2、选电动机功率 （1）、工作机所需

13、输入功率 （2）、电机的实际输出功率 3、确定电动机转速所选电动机的额定功率应等于或稍大于电动机的实际输出功率，即，电动机的可选转速范围 选取电动机的型号为Y90L-4，机座中心高H=90mm，额定功率，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）、传动比分配总传动比 取 ，则 高速级齿轮传动比为 则低速级齿轮传动比为 （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

14、7-7得 计算功率 V带截型 根据和，由图7-12 选取Z型V带2、确定V带轮基准直径小带轮基准直径 由图7-12及表7-4 选取大带轮基准直径 由表7-5知，带轮基准直径中恰有此值，取 验算带速 3.确定中心距及V带基准长度初定中心距计算V带基准长度 V带基准长度 由表7-2选取实际中心距 拟将带传动设计成中心距可调的及结构，采用近似计算 验算小带轮包角 4.确定V带根数单根V带基本额定功率 由表7-6 单根V带额定功率增量 由表7-8 小带轮包角修正系数 由表7-9线性插值求得 带长修正系数 由表7-2 V带根数 取5.计算初拉力V带单位长度质量 由表7-1 单根V带的初拉力作用在轴上的载

15、荷 (二)高速轴齿轮的设计与校核1.选择齿轮材料并确定初步参数（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 则大齿轮齿数 （3）选择齿宽系数螺旋角和传动精度等级初估小齿轮直径 照表8-8选取齿宽系数 齿轮圆周速度 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 由图8-24得：（不允许有一定量点蚀）3） 接触疲劳极限 由图8-20a，查MQ线得=720MPa =580MPa4）安全系数 参照表8-11，取=15）许

16、用接触应力，根据式8-14得 小齿轮40Cr调制小齿轮45钢调制齿轮精度8级2.按齿面接触疲劳强度设计齿轮的主要参数（1）确定各相关的参数值1）计算小齿轮的转矩 2)确定载荷系数K使用系数 按电动机驱动，轻微冲击，查表8-4取=1.25动载系数 按8级精度和速度，查图8-11，取=1.1齿间载荷分配系数 由表8-5，取齿向载荷分配系数 由图8-14a，取=1.07载荷系数 3）确定弹性系数 由表8-6得4）确定节点区域系数 由图8-16得=2.55）确定重合度系数 由式8-8计算得重合度 重合度系数 =2.5（2）求所需小齿轮直径,由式8-21得 与初估大小基本相符（3） 确定模数，中心距a等

17、主要几何参数 1）模数 由表8-7取标准模数 =1.75 2）中心距 ，取=100mm， 3） 螺旋角 4）分度圆直径 5）确定齿宽b 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 3.齿根弯曲疲劳强度校核(1)计算许用弯曲应力1）寿命系数 由图8-29取2)极限应力 由图8-25a取 =100mm3）尺寸系数 由图8-30取 4）安全系数 参照表8-11，取=1.65）计算许用弯曲应力 由式8-16得 （2）计算齿根弯曲应力1）齿形系数当量齿数 由图8-18取 2）应力修正系数 由图8-19取 3）重合度系数 由式8-28 由式8-27 5）齿根弯曲应力 由式8-25得 结论：齿根弯曲疲劳强度足够（三）低速轴齿轮

18、的设计与校核1.选择齿轮材料并确定初步参数（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 则大齿轮齿数 （3）选择齿宽系数螺旋角和传动精度等级初估小齿轮直径，照表8-8选取齿宽系数 =15齿轮圆周速度 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 由图8-24得：（不允许有一定量点蚀）3） 接触疲劳极限 由图8-20a，查MQ线得=720MPa =580MPa4）安全系数 参照表8-11，取=1.255）许用接触应

19、力，根据式8-14得 小齿轮40Cr调制小齿轮45钢调制=15齿轮精度8级2.按齿面接触疲劳强度设计齿轮的主要参数（1）确定各相关的参数值1）计算小齿轮的转矩T2 2)确定载荷系数K使用系数 按电动机驱动，轻微冲击，查表8-4取=1.25动载系数 按8级精度和速度，查图8-11，取=1.06齿间载荷分配系数 由表8-5，取齿向载荷分配系数 由图8-14a，取=1.07载荷系数 3）确定弹性系数 由表8-6得4）确定节点区域系数 由图8-16得=2.55）确定重合度系数 由式8-8计算得 重合度 重合度系数 6) 螺旋角系数 =2.5（2）求所需小齿轮直径,由式8-21得 与初估大小基本相符（3

20、）确定模数，中心距a等主要几何参数 1）模数 由表8-7取标准模数 =1.75 2）中心距 ，取=115mm3）螺旋角4）分度圆直径 5）确定齿宽b 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 3.齿根弯曲疲劳强度校核(1)计算许用弯曲应力1）寿命系数 由图8-29取2)极限应力 由图8-25a取 3）尺寸系数 由图8-30取 4）安全系数 参照表8-11，取=1.6=115mm5）计算许用弯曲应力 由式8-16得 （2）计算齿根弯曲应力1）齿形系数当量齿数 由图8-18取 2）应力修正系数 由图8-19取 3）重合度系数 4）螺旋角系数 5）齿根弯曲应力 由式8-9得 结论：齿根弯曲疲劳强度足够（四）联轴器的选

21、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%，取根据表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mm 有键槽轴径加大4%，取 ，取，取根据齿轮分度圆的大小，选取齿轮轴段的直径轴径确定后，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B1=14。根据箱体的尺寸，确定各轴段的长度。L1=64mm L2=50mm L3=28mm L4=75mm L5=45mm L6=35mm B1=142.中间轴的设计初估齿轮轴受扭

22、段的最小轴径 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mm 取，取，取，取轴径确定后，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B2=15mm根据箱体的尺寸，确定各轴段的长度。L1=39mm L2=66mm L3=8mm L4=58mm L5=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，取 取轴径确定后，初定轴承型号，采用角接触球轴承，型号为7208,从而查得轴承宽度B3=18mmB2=15mmB3=18mm轴径确定后，初定轴承型号，采用角接触球轴承，型号为7208,从而查得轴承宽度B3=18mm根据箱体的尺寸，确定各轴段的长度

23、。L1=60mm L2=40mm L3=40.5mm L4=49mm L5=58mm L6=40.5mm （2）低速轴的校核（六）键的校核对低速轴上的键进行校核1.齿轮处键的校核1）选择键的类型为A型普通平键2）确定键的尺寸 由表5-1查得：键宽b=12mm，键高h=9mm， 键长L=50mm3）校核挤压强度 由表5-2查得，许用挤压应力转矩T3=250530 N.mm键工作长度 l=L-b=38mm键与键槽的工作高度 k=h/2=4.5mm挤压应力 由式5-1得结论：键连接满足强度要求2.联轴器处键的校核1）选择键的类型为A型普通平键2）确定键的尺寸 由表5-1查得：键宽b=8mm，键高h=7mm， 键长L=56mm3）校核挤压强