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机械结构设计说明书doc

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  目录 一、概述 2 1.1课程设计的目的 2 1.2概述车床的规格参数 2 1.3课程设计的要求 3 1.4设计内容 3 1.5图纸要求 3 二、参数的确定 3 2.1确定转速范围 3 2.2选择主电机 3 三、传动设计 4 3.1主传动方案的拟定 4 3.2传动结构式、结构网的选择确定 4 3.2.1传动组及各传动组中传动副的数目 4 3.2.2确定变速组扩大顺序 5 3.2.3绘制结构网 6 3.2.4转速图的绘制 6 四、传动件估算 8 4.1三角带轮的传动计算 8 4.1.1确定V带的传动 8 4.2传动轴的估算(轴颈) 11 4.2.1确定计算转速 12 4.2.2轴和齿轮的传递功率 12 4.2.3估算传动轴的直径(查机械设计p403式19.3得) 12 4.3齿轮的齿数,确定及模数的计算. 13 4.3.1齿轮齿数的计算 13 4.3.2 计算齿轮的模数 15 4.3.3计算齿轮的齿顶圆,齿根圆,等参数 16 4.3.4绘制主传动图系统图 18 五、动力设计 18 5.1主轴刚度验算 18 5.1.1选定前端悬伸量c 18 5.1.2 主轴支撑跨距L的确定 19 5.1.3主轴的极惯性矩I 19 5.2齿轮的强度校核 20 六、结构设计与说明 22 6.1结构设计的内容,技术要求,方案 22 6.2齿轮的设计 22 6.3主轴组件的设计 23 七 24 八、参考文献 24 一、概述 1.1课程设计的目的 通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计,在拟定传动和变速的结构方案过程 中,得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件 和查阅技术资料等方面的综合训练,树立正确的设计思想,掌握基本的设计方法, 并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。掌握机床设计的过程和方法,使原有的知识有了进一步的加深。 课程设计属于机械系统设计课的延续,通过设计实 践,进一步学习掌握机械系统设计的一般方法; 培养综合运用机械制图、机械设 计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识,进行工程设 计的能力; 培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力; 提高技术 总结及编制技术文件的能力; 是毕业设计教学环节实施的技术准备。 1.2概述车床的规格参数 普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵循的基础。因此,对这些基本知识和资料作些简要介绍,本次设计的是普通车床主轴变速箱,只要应用于加工回转体。 车床的主参数(规格尺寸)和基本参数 小组 正转最低转速(r/min) 正传最高转速(r/min) 电机功率 N(kw) 公比 转速级数Z 5 30 1500 5.5 1.26 18 1.3课程设计的要求 设计普通车床主轴变速箱,要求手绘装备图A1,图纸,按照2:1的比例画出,2份零件图,装备图CAD图纸一份,说明书一份。 1.4设计内容 设计普通车床的主轴箱变速结构 1.5图纸要求 要求手绘装备图图纸采用1号图纸。 零件图CAD图纸采用3号图纸。 CAD装备图纸也采用1号图纸。 二、参数的确定 2.1确定转速范围 查金属切割机床表7-1得30r/min、 37.5r/min、47.5r/min、 60r/min、 75r/min、 118r/min、150r/min、 190r/min、 236r/min、 300r/min、375r/min、 475r/min、600r/min、750r/min、 950r/min、 1180r/min、1500r/min. 2.2选择主电机 合理的确定电机功率,是机床既能够充分发挥其性能,满足生产的需求,又不导致电机的经常的轻载而降低功率因数 选择电动机的原则主要有两点: 1)考虑电动机的主要性能(启动、超载及调速等)、额定功率大小、额定转速及结构型式等方面要满足生产机械的要求。 2)在以上前提下优先选用结构简单、运行可靠、维护方便又价格合理的电动机。 已知电机的功率是5.5KW,转速1440r/min,机械设计综合课程设计查表6-164可选择电机型号Y132S--4型额定转矩2.2N/m。 三、传动设计 3.1主传动方案的拟定 确定主传动部件的技术参数 拟定传动方案,包括传动形式的选自,以及开停,制动,操作等整个传动系统的确定,传动形式指的是传动和变速原件,结构以及组成,需要安排不同特点的传动形式,变速类型。 传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关,和工作性能也有关系,因此确定传动方案和形式,要从结构,工艺和性能及经济方面去考虑。 传动方案有多种,传动形式更是很多,比如:传动形式上有集中传动,分离传动,扩大变速范围也可用增加传动组数,也可以使用背轮结构,分离传动等形式,变速箱上既可以使用多速电机,也可以用交换齿轮,滑移齿轮,公用齿轮等等。 显然可以用的方案有很多,优化的方案也因条件而异,此次设计中,我们采用集中传动形式的主轴变速箱。 3.2传动结构式、结构网的选择确定 3.2.1传动组及各传动组中传动副的数目 级数为Z的主变速系统由若干个顺序的变速组成,各个变速组分别有个变速组,即 变速组中由于结构的限制以2和3 为合适,即以变速级数应为2和3的因子;,实现18级主轴变速变化的传动系统可以写成多种传动副的组合: 18级转速变速系统的变速组,选择变速组安排方式时,考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能,应该遵守以下四个原则: 传动副钱多后少原则 传动顺序与扩大顺序相一致原则 变速组的降速要前慢后快,中间轴的转速不宜超过电机的转速 传动线要先密后疏 以上原则,还需具体情况加一灵活运用。 根据传动副数目分配应“前多后少”的原则,方案1可取。 在设计机床传动时,为防止传动比过小造成从动齿轮太大,增加变速箱的尺寸, 一般限制最小传动比为Umax≥1/4,减少振动,提高传动精度,直齿轮的最大传动比Umax ≤2,斜齿轮圆柱齿轮Umax≤2.5。直齿轮变速组的极限变速范围是U=2×4=8,斜齿圆柱齿轮变速组的极限变速范围为U=2.5×4=10。为了限制其变速范围不超出极限值,在公比一定的情况下,级比指数和传动副数是影响变速范围的关键因素,只有控制的大小,才能使变速组的变速范围不超过允许值,因此,采用方案6种形式 ; 2) 3) 4) 5) 6) 根据级比指数分配应“前疏后密”的原则,二者均应选用第一种方案, 即。 检验最后扩大组的变速范围: ,合乎要求 故选择上述结构方案。 图3.1结构网 3.2.4转速图的绘制 定比传动 总降速比 主轴转速 ,,:30、 37.5、 47.5、 60、 75、 95、118、150、 190、 236、 300、 375、 475、 600、 750、 950、 1180、 1500共18级。 电机轴,传动轴,主轴依次为罗马数字1、2、3、4、5.1和2,2和3,3和4,4和5轴之间变速组为A、B、C、D。 降速比分配 D组,降速比取1/4, 即从E点向上数6格(),标D点,由前慢后快原则;c组向上数4格,B组向上数4格,依次标上C、B、A点。如下图3.2 3.2转速图 四、传动件估算 4.1三角带轮的传动计算 4.1.1确定V带的传动 1)初定轴1的转速 初定从动轴的转速r/min 2)计算功率 查询机械设计页,表11-3.得到1.1 =KW 3)选择V带的型号 根据机械设计页的图11.11,根据=5.5KW和r/min 选取普通V带A型号 4)计算传动比 5)确定小带轮的直径 查询机械设计的表11.4,得到mm 6)确定大带轮的直径 查询机械设计表11.4,去大带轮直径250mm。 实际传动比, 验算误差,在误差之内,可以使用。 一周的实际转速 r/min. 校核转速误差, 也在误差之内,可以使用。 7)验算带速V 在规定的之内, 符合要求! 8)初选中心距 所以取=500mm。 9)初选长度 查询机械设计,表11.10, 10)实际中心距 取506mm。 11)验算小带轮包角 包角合适 12)计算单根V带的基本额定功率 根据 和电机转速 用插值法 ,取A型V带的额定功率 13)额定功率的增量 根据电机转速 和 =0.17kw 14)计算V带的根数 因为,带轮的转速,传动比2, 由表11.8 ,查的 由表11.10,查的=0.965 由表11.11,查的 由式子(11.22)得。 根 取z=4根。 15)确定初拉力 由式子(11.23)得到单根普通V带的初拉力 16)计算带轮轴所受压力 由公式11.24得 17)带轮的工作图 带型号 带长/mm 带根数 带轮直径 mm 中心距/mm 轴的压力/n A 1600 4 250 125 506 1084.27 4.2传动轴的估算(轴颈) 传动轴除了应该满足强度要求之外,还应该满足刚度的要求,强度要求保证轴在反复载荷的作用下不发生疲劳破坏,机床主传动系统的精度要求较高,不允许有较大的变形,因此疲劳强度不失是主要矛盾,除了载荷很大的情况之外,可以不需要验算轴的强度,刚度要求保证轴在载荷下不发生变形,因此,必须保证传动轴有足够的刚度。 4.2.1确定计算转速 查《机械制造装备制造》P103表2-9得 卧式车床 主轴最低转速算起,第二个三分之一转速范围内的最低一级转速。 即为,(四号轴) ,(三号轴) ,(二号轴) 齿轮计算转速 齿轮Z 计算转速r/min 750 300 750 300 750 300 300 118 齿轮 计算转速 300 118 300 118 150 150 118 118 4.2.2轴和齿轮的传递功率 查机械设计综合课程设计p20表2-5得 齿轮效率?=0.97 带轮效率?=0.96 二号轴转速 三号轴转速 四号轴转速4.98KW 主轴转速=4.82KW 4.2.3估算传动轴的直径(查机械设计p403式19.3得) 其中:p是点击的额定功率,KW。 A是系数,由机械设计p404表19.3,取A=110. 是电机到该传动轴之间的传动效率的乘积。 N是该轴的转速,r/min。 ,取0.7. 二号轴: 取30mm。 三号轴: 取35mm。 四号轴: 取40mm。 最大加工直径400mm 主轴前轴颈65~95mm,取90mm。 主轴后轴颈63~76.5mm,取70mm。 4.3齿轮的齿数,确定及模数的计算. 当个变速组的传动比确定后,可以确定齿轮的齿数,对于定比传动的齿轮的齿数,可 以依据机械设计手册的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数,如传动比是标准公比的整 数次方时,变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从表3-6(机械制造装备设计)中选取,一般在主传动中,最小齿数应该大于18-20,采用三联滑移齿轮时。应该检查滑移齿轮之间齿数的关系。 4.3.1齿轮齿数的计算 齿数和,一般取60~90;,一般取22~40。 模数相同时,最小齿轮一定在降速比最小这对齿轮副 第一变速组 时 查《机械制造装备设计》p28~p29,从z=22开始 , ...78.80.82.83.85.86.88.90.91.93.95.96.98.99... , ...78.82.84.86.87.89.90.92.93.95.96.98.99... , ...78.80.81.84.85.87.88.91.92.94.95.98.99... 可以取 于是轴1 的齿轮齿数比分别是37、 32、 27 第二变速组 时, 从z=22开始查的 =101合理 可以取 于是轴2上的齿轮齿数分别是45、39、29 于是 得知轴3上的齿轮齿数分别是56、 62、 72 第三变速组 时, ...110.111.113.114.116.119.120... 时, ...108.109.114.115.119.120... 可以取 为降速传动, 于是轴3上的齿轮齿数分别是37、22 根据 得知主轴上的齿轮齿数分别是63、88 4.3.2 计算齿轮的模数 1)第一变速组 其中载荷系数K= 查《机械设计》P193表9.11得使用系数,动载荷系数P193图9.44得,载荷分布系数p195表9.13得,进而查得,齿间载荷分配系数查p194表9.12得,。得K=1.474. 查p200,201图9.53,图9.54得齿形系数,, 应力修正系数,。 端面重合度系数,进而计算 重合度系数,螺旋角系数,轴向重合度系数, 齿轮传递扭矩, 小齿轮应力循环系数, 大齿轮应力循环系数 查p206图9.59得,,图9.60尺寸系数 计算弯曲应力, ,, 取,查p207表9.16得, 由以上计算模数m=2.55 取. 2)第二变速组 同理m=1.81 取 2)第三变速组 同理m=1.36 取 4.3.3计算齿轮的齿顶圆,齿根圆,等参数 根据公式,算出齿根圆 根据公式, 算出齿顶圆 根据公式, 算出分度圆直径 齿宽根据实际情况,统一确定为20mm 中心距为啮合齿轮分度圆半径相加 齿轮的具体值见下一页表格 齿轮号 齿数z 模数 2 分度圆直径 d 齿顶圆 齿根圆 中心距 齿宽 1 32 64 68 59 108 20 2 27 54 58 49 3 37 74 78 69 4 63 126 130 121 5 68 136 140 131 6 58 116 120 111 7 39 78 82 73 101 8 45 90 94 85 9 29 58 62 51 10 62 124 128 119 11 56 112 116 107 12 72 144 148 138 13 22 66 72 58.5 180 14 37 111 118 103.5 15 88 264 270 256.5 16 63 189 195 181.5 4.3.4绘制主传动图系统图 按照主传动转速图以及齿轮齿数绘制主传动系统图如下图4.3 图4.3 五、动力设计 5.1主轴刚度验算 5.1.1选定前端悬伸量c 参考《机械装备设计》P121页,根据主轴端部的结构前支撑轴轴承配置,和密封装置的形式和尺寸,这里选c=120mm。 5.1.2 主轴支撑跨距L的确定 一般最佳跨距,考虑到结构以及支撑刚度,因为磨损会不断降低,应该取跨距L比最佳跨距L0大一些,在考虑到结构装备的需要,在这里我们取跨距为600mmmm 5.1.3主轴的极惯性矩I 1)主轴C段的极惯性矩可以近似计算 2)计算主轴前段C的挠度 S=200mm 带入数据计算得0.13mm 3)计算切削力P作用在S 点的引起的C端的挠度 带入数据计算得-0.00254,mm 4)求主轴的前端C点的终极挠度 水平坐标Y轴上的分量带速合为 其中 计算得 , 综合挠度 方向角 因为, 所以符合。 轴满足要求 5.2齿轮的强度校核 在验算变速箱的所有齿轮中,只需要选择在相同模数的情况下,齿数最小的,承受载荷最大的齿轮进行校核接触应力和玩去应力,所以我们进行验算齿轮1,齿轮7和齿轮11. 接触应力的计算 U-是大带轮和小带轮的齿数之比 是齿向载荷分布系数 是动载荷系数 是工况系数 是寿命系数 查《机械装备设计》 表10-4及图10-8及表10-2的分布得出 查《装备装备设计》图10-18,得 齿轮1 计算得 齿轮7 计算得 齿轮11 计算得 弯曲应力 查《金属切削手册》,得到Y=0.378,带入公式得 齿轮1,齿轮7和齿轮11的弯曲应力分别是,,。 ,所有齿轮均满足此要求。 六、结构设计与说明 6.1结构设计的内容,技术要求,方案 设计主轴变速箱的结构包括传动件(传动轴,轴承,带轮,齿轮,离合器和制动器等等)主轴组件,操作机构,润滑封闭系统和箱体及其连接件,的结构设计与布置,用一张展开图和若干张截面图表示,课程设计由于时间的限制这个原因,所以只能画出一张展开图。 主轴变速箱是机床的最重要的部分,设计时候除了要考虑一般机械传动有关要求外,着重考虑以下几个方面的重要问题: 精度方面的要求,刚度和抗震性方面的要求,传动效率的要求,主轴前轴承温度和升温的控制,结构的工艺性要求,操作方便,安全,可靠原则。遵循标准化,通过化的原则。 主轴变速箱是整个机床的设计重点,由于结构复杂。设计中不可避免的需要反复的计算,思考和修改。在正式画图前应该先画草图。 6.2齿轮的设计 齿轮是变速箱中的重要原件,齿轮同时啮合的齿数是有周期性变化的,也就是说作用在一个齿轮上的载荷是有变化的,同时在齿轮的制造和齿轮得安装时存在误差,不可避免的要产生动载荷而引起噪音和振动,常常成为变速箱的主要噪音来源,并影响主轴回转的均匀性,在齿轮设计时,应该充分考虑以下问题: 齿轮得结构形式有很多,取决以下几个因素。 (1)是固定齿轮还是滑移齿轮。 (2)移动滑移齿轮的画法。 (3)齿轮精度和加工画法。 变速箱中齿轮用于传递力和运动,他的精度选择主要取决于圆周速度,采用统一精度时,圆周速度越高,振动和噪音就越大,根据实际结果得知,圆周速度回增加一倍,噪音增加6dB。 工作平稳性,和接触误差对振动和噪声的影响比振动误差要大,所以这两项精度要选择高一级的。 不同精度等级的齿轮,要采用不同的加工方法,对结构要求也有所不同。 滑移齿轮进入啮合的一端,需要有圆齿,圆齿是有本身特定的结构和特定的形状,圆齿和倒角的性质是不同的,在加工方法和画法也是有所不同,应该注意。 选择齿轮块的结构应该考虑到毛培的形状(棒料,自由端和模锻),和机械加工时的安装和定位基面,尽量做到省功,省料又易于保证精度。 齿轮磨齿时,要求有较大的空刀(砂轮)的距离,因此多联齿轮不便于做成一个整体, 一般都做成组合的齿轮块,有时候为了缩短轴向尺寸,也有用组合齿轮的。 6.3主轴组件的设计 主轴组件结构复杂,技术要求高,安装工件(铣床)和刀具(铣床,钻床)的主轴参 切削成形运动,因此他的精度和性能会直接影响加工质量(加工精度和表面粗糙度),但是车床主轴的精度会比铣床要求低一点,设计时候主要围绕保证其的刚度,精度和抗震性,减少温升和热变形的几个方面考虑。 密封装置 I轴轴颈较小,线速度较低,为了保证密封效果,采用皮碗式接触密封。 而主轴直 径大、线速度较高,则采用了非接触式密封。卸荷皮带轮的润滑采用毛 毡式密封,以 免杂质进入。 轴承的选择 为了方便安装,I轴上传动件的外径均小于箱体左侧支承孔直径,均采用深沟球轴承. 为了便于装配和轴承间隙调整,II、III轴也均采用深沟球轴承。而主轴上会承受径向 力和轴向力两个方向的力,所以单单使用深沟球轴承是不幸的,因此需要使用角接触球 轴承 八、参考文献 东南大学成贤学院课程设计说明书 24 24

  

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