机械制造装备课程设计报告书

./１绪论12主传动的运动设计22.1转速图的拟定22.2齿轮齿数的确定42.3绘制传动系统图52.4主轴与各传动轴计算转速的确定62.5估算各传动轴轴径62.6齿轮模数的估算83皮带轮的设计103.1设计计算104.核算主轴转速误差135.机床零件的验算145.1传动轴的验算145.2齿轮的验算176.结束语20参考书目21.１绪论金属切削机床是用刀具或磨具对金属工件进行切削加工的机器。在一般机械制造工厂中,机床约占机器设备总台数的50—70%,它所担负的工作量约占总劳动量的一半。现代化工业生产主要表现在生产总量的提高与先进的技术指标两方面,而这些则取决于机械制造工业提供的装备的技术水平、机床工业是与其制造业的重要部门,担负着为农业、工业、科学技术和国防等现代化提供技术装备的任务,在整个国民经济中占有重要地位。一个国家机床工业的技术水平。机床的拥有量和现代化程度是这个国家工业生产能力核技术水平的重要标志之一。我国机床工业从无到有,从小到大,从修配到制造,从纺织到自行设计,从沿海到内地,从通用机床到专用机床,从单机到配套,不断发展壮大。目前,我国的机床工业体系已经基本形成,并设计和制造了一些具有先进水平的机床,逐步掌握了精密、高效、简短、重型等机床品种。许多工厂已试制和生产了数控车床、数控铣床、数控镗床以与加工中心。机关技术、静压技术、数显装置、电子计算机等也成功地用到机床上。虽然我国的机床工业取得了巨大的成就,但还不能满足国防建设和工业告诉发展的需要,特别是在质量和品种方面,在重型机床和高效机床方面,在基本理论和试验研究方面,与世界先进水平相比还存在一定的差距。2主传动的运动设计2.1转速图的拟定分析和设计主传动系统须应用一种特殊线图,称为转速图。转速图能够清楚的表达出：传动轴的数目,主轴与各传动轴的转速级数、转速值与其传动路线,变速组的个数、传动顺序与扩大顺序,各变速组的传动副数与其传动比数值,变速规律等。首先根据最高转速和最低转速确定变速X围,选择合适的公比后再确定转速级数,绘制转速图：已知机床的转速X围在15r/min~5069r/min,电动机的最高转速为4700r/min,额定转速为1500r/min,电动机的额定功率P=15kW,确定主轴箱结构．〔1〕确定主轴的变速X围〔2〕确定主轴的计算转速由于数控机床主轴的变速X围大,计算转速应比计算值高些,所以取计算转速nj=。〔3〕确定主轴的恒功率变速X围〔4〕确定电动机所能够提供的恒功率变速X围由于RnN>>RdN,电动机直接驱动主轴不能满足恒功率变速要求,因此需要串联一个无级变速箱,以满足主轴的恒功率调速X围。变速箱恒功率调速X围：〔5〕确定转速级数令,则对于数控车床,为了加工端面时满足恒线速度切削的要求,应使转速有一些重复,故取。回求验算变速组的变速X围是否超过极限值：满足要求<7>拟定转速图和功率特性图如图2.1所示图2.1转速图和主轴功率特性图在设计主传动系统结构时,需要全面考虑,特别要注意结构尺寸和传动性能的影响,以便拟定出更加完善合理的转速图方案。2.2齿轮齿数的确定⑴确定齿轮齿数应注意的问题：①齿轮的齿数和不应过大,以免加大两轴之间的中心距,使机床的机构庞大；同时,增加齿数和,还会提高齿轮的线速度而加大噪音。一般推荐齿数和。②齿轮的齿数和不应过小,应考虑：a.最小齿轮不产生根切现象,对于标准直齿圆柱齿轮,一般取最小齿数。b.受结构限制的各齿轮〔尤其是最小齿轮〕,应能可靠地装到轴上或进行套装；齿轮的齿槽到孔壁或键槽的厚度<为模数〕,以保证有足够的强度,避免出现变形或断裂现象。c.两轴间最小中心距应取得适宜。若齿数和太小,则中心距过小,将导致两轴上的轴承与其他结构之间的距离过近或相碰。③确定齿轮齿数时,应符合转速图上传动比的要求。实际传动比〔齿轮齿数之比〕与理论传动比〔转速图上给定的传动比〕之间允许有误差,但不应过大。由于确定齿轮齿数所造成的主轴转速相对误差,一般于不允许超过。即。式中——主轴的实际转速；——主轴的标准转速；——公比。⑵确定齿轮齿数〔变速组内齿轮模数相同时齿轮齿数的定〕：确定齿轮齿数时,首先必须确定出各变速组内齿轮副的模数,以便根据结构尺寸判断其最小齿轮齿数或齿数和是否适宜。在同一变速组内的齿轮可取相同的模数,也可取不同的模数。根据转速图确定的传动比可初步确定各轴的齿轮如下：〔1〕Ⅰ轴与Ⅱ轴的中间齿轮的齿数取根据上式求得且,所以满足要求。〔2〕Ⅱ轴与Ⅲ轴之间齿轮的齿数取根据上式求得且,所以满足要求。〔3〕Ⅲ轴与Ⅳ轴之间齿轮的齿数取25根据上式求得80且,所以满足要求。〔4〕Ⅳ轴与Ⅴ轴之间齿轮的齿数取根据式求得66且,所以满足要求。联立上面两式求得：,。2.3绘制传动系统图根据上述求出的齿轮齿数绘制传动系统图如下：2.4主轴与各传动轴计算转速的确定<1>主轴计算转速的确定：根据转速图得中型车床主轴的计算转速。<2>各轴的计算转速的确定主轴计算转速确定后,就可以从转速图上得出各传动轴的计算转速,对于上述转速图可得各传动轴的计算转速如下：Ⅰ轴的计算转速：Ⅱ轴的计算转速：Ⅲ轴的计算转速：Ⅳ轴的计算转速：2.5估算各传动轴轴径根据传动轴传动的功率大小,用扭转刚度公式进行初步的计算。式中d——受扭部分的最小直径〔mm〕,计算值应圆整为标准直径系列；K——键槽系数,按表选取；A——根据许用扭转角确定的系数,按表2.1选取；d——传动轴受扭部分的直径〔mm〕；P——电动机额定功率〔kW〕；η——从电动机到所计算的轴的机械效率,见表2——被估算的传动轴的计算转速〔〕。表2.1估算轴径时A和K值[]0.250.511.52A130110928377K无键单键双键花键轴内径11.04~1.051.07~1.10.93表2.2各传动机械效率的概略值类别传动件平均机械效率齿轮传动直齿圆柱齿轮,磨齿0.99带传动V带0.96滚动轴承滚子轴承0.99由于各传动轴属于一般传动轴,所以取[],所对应的,电动机的额定功率。〔1〕Ⅰ轴轴径的估算由于Ⅰ轴为花键轴,所以取且圆整后取〔2〕Ⅱ轴轴径的估算由于Ⅱ轴为花键轴,所以取且圆整后取〔3〕Ⅲ轴轴径的估算由于Ⅲ轴为花键轴,所以取且圆整后取〔4〕Ⅳ轴轴径的估算由于Ⅳ轴为花键轴,所以取圆整后取〔5〕Ⅴ轴轴径的估算Ⅴ轴为主轴,其前轴径的尺寸,根据电动机的额定功率,应在100～160之间,取。则后轴径为：圆整后取2.6齿轮模数的估算初步计算齿轮模数时,按简化的接触疲劳强度公式进行。一般同一变速组中的齿轮取同一模数,选择负荷最重的小齿轮进行计算。从等强度的观点出发,可减小其它齿轮的宽度,使齿轮基本上处于在相近的接触应力或弯曲应力状态下工作。这样一来,还可以缩短该传动组的轴向尺寸。模数的估算公式如下：式中mj——按接触疲劳强度估算的齿轮模数〔mm〕,应圆整为标准值；P——电动机额定功率〔kW〕；nj——被估算齿轮的计算转速〔r/min〕；u——大齿轮与小齿轮齿数之比,u>1,外啮合为"+"号,内啮合为"-"号；Z——小齿轮齿数；φm——齿宽系数,φm=B/m=6～10,B为齿宽,m为模数；[σj]——许用接触应力〔MPa〕,根据材料查表得。根据表选择钢〔整体淬火〕或20CrMnTi〔S-C59〕,其接触应力分别为、,取,由公式来确定各对齿轮的模数：〔1〕第一对齿轮：；；；取标准值中心距〔2〕第二对齿轮：；；；取标准值中心距〔3〕第三对齿轮：20CrMnTi；；；取标准值中心距〔4〕第四对齿轮：20CrMnTi；；；取标准值中心距〔5〕第五对齿轮：20CrMnTi；；；取标准值中心距3皮带轮的设计带传动是由带和带轮组成传递运动和动力的传动。根据工作原理可分为两类：摩擦带传动和啮合带传动。摩擦带传动是机床主要传动方式之一,常见的有平带传动和V带传动；啮合传动只有同步带一种。普通V带传动是常见的带传动形式,其结构为：承载层为绳芯或胶帘布,楔角为40°、相对高度进似为0.7、梯形截面环行带。其特点为：当量摩擦系数大,工作面与轮槽粘附着好,允许包角小、传动比大、预紧力小。绳芯结构带体较柔软,曲挠疲劳性好。其应用于：带速V＜25～30m/s;传动功率P＜700kW;传动比i≤10轴间距小的传动。3.1设计计算普通V带传动的设计计算见表。设计普通V带传动的原始数据为：传递的功率P<KW〕；小、大带轮的转速n1、n2<r/min>；传动对外廓尺寸的要求；传动的工作条件。已知、。普通V带的计算：<1>设计功率的确定：查得工况系数<2>选定带型：根据和确定为B型。<3>传动比：根据转速图知,传动比为<4>确定小带轮基准直径：参考表取<5>确定大带轮直径：取标准值<6>验算带速：因为在之间,所以经济耐用。<7>初定带轮轴中心距：得：即：初取<8>确定带基准长度： 选取基准长度<9>计算实际轴间距：圆整取。安装时所需最小轴间距：X紧或补偿伸长所需最大轴间距：<10>验算小带轮包角：所以小带轮包角合适。<11>单根V带的基本额定功率：根据和查得B型V带的基本额定功率。<12>单根V带的额定功率增量：考虑到传动比的影响,额定功率的增量由表查得：<13>计算带的根数：考虑到带数过多,更换带型为C型。重新求得,,,,,,C型V带的基本额定功率,额定功率增量；取根。<14>单根V带的预紧力：新带取计算值的1.5倍。<15>作用在轴上的力：<16>带轮的结构和尺寸：由表可查得,,4.核算主轴转速误差所以合适。5.机床零件的验算5.1传动轴的验算对IV轴进行验算传动件的受力分析由知当轴传递的功率一定时,随着分度圆d减小Ft增大,所以验算当小齿轮啮合时轴的挠度和偏转角。根据理论力学,IV轴受力分析如图5-1所示：图5－1受力分析2.计算轴的当量直径式中l——支点间的距离,mm；li,di——轴上第段的长度和直径,mm；c——外伸端长度,mm。计算挠度∵∴由公式得由公式得简化IV轴为简支梁如图5-2所示：图5－2等效简支梁简支梁图如图5-2所示：由图可知,a=163mm,b=50.5mm,l=213.5mm∵轴的许用挠度而,所以轴的挠度合格。4．计算偏转角因为装向心球轴承处的偏转角许用值而所以A处偏转角合格。因为装向心球轴承处的偏转角许用值而所以C处偏转角合格。5.2齿轮的验算验算变速箱中的齿轮强度,应选择相同模数承受载荷最大的齿数最小的齿轮,进行接触应力和弯曲应力验算。一般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、软齿芯渗碳淬火的齿轮,一定要验算齿根弯曲应力。接触应力的验算公式为弯曲应力的验算公式为：〔MPa〕式中P——齿轮传递的功率〔kW〕；Ｐ＝Pd×η,Pd——电动机的额定功率〔kW〕；η——从电动机到所计算齿轮的机械效率；nj——齿轮的计算转速；m——初算的齿轮模数；b——齿宽<mm>;Z——小齿轮齿数;U——大齿轮与小齿轮齿数之比,u≥1,"+"号用于外啮合,"-"号用于内啮合；KS——寿命系数；KS=KTKnKPKaKT——工作期限系数：T——齿轮在机床工作期限〔TS〕内的总工作时间〔h〕,对于中型机床的齿轮取TS=15000～20000h,同一变速组内的齿轮总工作时间可近似地认为T=TS/p,p为变速组的传动副数；n1——齿轮的最低转速<r/min>；C0——基准循环次数,查表4-5；m——疲劳曲线指数,查表4-5；Kn——速度转化系数,查表4-6；Kp——功率利用系数,查表4-7；Ka——材料强化系数,查表4-8；KS的极限值KSmax,KSmin见表4-9,当KS≥KSmax时,则取KS=KSmax；当KS≤KSmin时,取KS=KSmin；KA——工作情况系数,中等冲击的主运动,取KA=1.2～1.6；KV——动载荷系数,查表4-10；——齿向载荷分布系数,查表4-11；Y——标准齿轮齿形系数,查表4-12；[σH]——许用接触应力〔MPa〕,查表4-13；[σF]——许用弯曲应力〔MPa〕,查表4-13。如果验算结果和不合格时,可以改变初算时选定的材料或热处理方法,如仍不满足时,就得采取调整齿宽或重新选择齿数与模数等措施。例：验算IV轴上Z=69,m=4mm的齿轮〔1〕齿轮接触应力的计算由公式校核齿轮的接触应力。其中：,,,,,由公式来确定由表查得,而由转速图知由表得,由表得,由表得由表确定,由表得,由表得,由表得,最后取则：所以,齿轮的接触应力满足要求。〔2〕齿轮弯曲应力的验算由公式进和计算其中：,,由表可求得由表可知,由表可知,由表可知取则：所以,弯曲应力满足要求。6.结束语首先,感谢X晓老师在这为期两个星期的课程设计中对我的辛勤指导,没有X晓老师的指导,我不会这么容易快速很好的完成本次设计任务。其次,在这次设计中我学到了以下几点：〔1〕掌握机床主传动部件设计过程和方法,包括参数拟定,传动设计,零件计算,结构设计等,培养