机械制造装备专业课程设计.doc

长春理工大学光电信息学院课程设计任务书学 院：机电工程分院专 业：机械设计制造及其自动化学 生 姓 名：课程设计题目：普通机床主轴箱部件设计指 导 教 师：机械制造装备设计课程设计任务书1 普通车床（I型）主轴箱部件设计11 最大加工直径为320 mm普通车床主轴箱部件设计1 原始数据主轴技术数据题 目6（16-18）7（19-21）8（22-24）9（25-27）10（28-30）主电动机功率（kW）44444主电动机转速（r/min）14501450145014501450nmax（r/min）1400160018002500nnim（r/min）31.535.54045561.411.411.411.411.41 2工艺规定 （1）规定主轴正反转。（2）加工工件材料为钢铁。（3）采用硬质合金刀具。（4）机床精度级别为普通级。12 设计内容1运动设计依照给定转速主传动构造网、转速图、传动系统图、计算齿轮齿数。2动力计算选取电动机型号，对重要零件（如带轮、齿轮、主轴、传动轴、轴承等）进行计算（初算和验算）。3绘制图纸（1）机床主传动系统图（画在阐明书上）。（2）主轴箱部件展开图及主剖面图。（3）主轴零件图4编写设计阐明书1份课程设计阐明书 目录一、 概述1.1 机床课程设计目41.2 车床规格系列和用处.41.3 操作性能规定.4二、参数拟定 2.1 拟定转速范畴.5 2.2 主电机选取.5三、传动设计 3.1 主传动方案拟定.5 3.2 传动构造式、构造网选取.5 3.2.1 拟定传动组及各传动组中传动副数目.6 3.2.2 传动式拟定6 3.2.3 构造式拟定6 3.3 转速图拟定.7四、传动件估算 4.1 三角带传动计算.8 4.2 传动轴估算.10 4.2.1 传动轴直径估算11 4.3 齿轮齿数拟定和模数计算 4.3.1 齿轮齿数拟定13 4.3.2 齿轮模数计算13 4.3.3 齿宽拟定14 4.4 带轮构造设计15五、动力设计 5.1 主轴刚度验算 5.1.1 选定前端悬伸量C.16 5.1.2 主轴支承跨距L拟定16 5.1.3 计算C点挠度16 5.2 齿轮校验.19六、构造设计及阐明 6.1 构造设计内容、技术规定和方案.20 6.2 展开图及其布置.21 6.3 齿轮块设计.21 6.3.1 其她问题22 6.4 主轴组件设计.22七、总结23一、概述1.1机床课程设计目 课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行实习性教学环节，是大学生必修环节，其目在于通过机床运动机械变速传动系统构造设计，使学生在拟定传动和变速构造构造方案过程中，得到设计构思，方案分析，构造工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文献和查阅技术资料等方面综合训练，树立对的设计思想，掌握基本设计办法，并培养学生具备初步构造分析，构造设计和计算能力。1.2 车床规格系列和用处普通机床规格和类型有系列型谱作为设计时应当遵循基本。因而，对这些基本知识和资料作些简要简介。本次设计是普通型车床主轴变速箱。重要用于加工回转体。工件最大回转直径D(mm)正转最高转速Nmax( )电机功率N（kw）公比转速级数Z320250041.4112表1 车床主参数（规格尺寸）和基本参数1.3 操作性能规定（1）具备皮带轮卸荷装置（2）手动操作纵双向摩擦片离合器实现主轴正反转及停止运动规定（3）主轴变速由变速手柄完毕二、参数拟定2.1拟定转速范畴 查金属切削机床表得：56r/min，80r/min，112r/min，160r/min，224r/min，315r/min，450r/min，630r/min，900r/min，1250r/min，1800r/min， 2500r/min。2.2 主电机选取合理拟定电机功率，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而减少功率因素。已知电动机功率是4KW，依照车床设计手册附录表2选Y132S-4，额定功率5.5KW，满载转速1440r/min，最大额定转矩2.3N/m。三、传动设计3.1 主传动方案拟定 拟定传动方案，涉及传动形式选取以及开停、换向、制动、操作等整个传动系统拟定。传动形式指传动和变速元件、机构以及构成、安排不同特点传动形式、变速类型。 传动方案和形式与构造复杂限度密切有关，和工作性能也关于系。因而，拟定传动方案和形式，要从构造、工艺、性能及经济等方面统一考虑。传动方案有各种，传动形式更是众多，例如：传动形式上有集中传动、分离传动；扩大变速范畴可用增长传动组数，也可用背轮构造、分支传动等形式；变速箱上既可用多速电机，也可用互换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然，也许方案有诸多，优化方案也因条件而异。本次设计中，咱们采用集中传动形式主轴变速箱。3.2 传动构造式、构造网选取构造式、构造网对于分析和选取简朴串联式传动不失为有用办法，但对于分析复杂传动并想由此导出实际方案，就并非十分有效。 3.2.1 拟定传动组及各传动组中传动副数目级数为Z传动系统由若干个顺序传动组构成，各传动组分别有、个传动副。传动副中由于构造限制以2或3为适当，即变速级数Z应为2和3因子：有如下三种方案：12=322. 3.2.2 传动式拟定12级转速传动系统传动组，选取传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱详细构造、装置和性能。主轴对加工精度、表面粗糙度影响很大，因而主轴上齿轮少些为好。最后一种传动组传动副常选用2。综上所述，传动式为12=322。 3.2.3 构造式拟定 传动副应前多后少原则，故12=322传动式，有6种构造式和相应构造网。又由于传动顺序应前密后疏，变速组降速要前慢后快，因此构造式为： 12=3223.3 转速图拟定电动机 I II III IV 图1正转转速图 图2主传动系图四、传动件估算4.1 三角带传动计算三角带传动中，轴间距A可以加大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮构造简朴，但尺寸大，机床中惯用作电机输出轴定比传动。(1)选取三角带型号 依照公式： 式中P-电动机额定功率，-工作状况系数 查机械设计图8-8因而选取A型带，尺寸参数为B=80mm，=11mm，h=10，。(2)拟定带轮计算直径，带轮直径越小带弯曲应力就越大。为提高带寿命，小带轮直径不适当过小，即。查机械设计表8-3，8-7取积极轮基准直径=100m由公式 式中：-小带轮转速，-大带轮转速，-带滑动系数，普通取0.02。因此，由机械设计A表8-7取园整为224mm。(3)拟定三角带速度按公式 (4)初定中心距带轮中心距，普通依照机床总体布局初步选定，普通可在下列范畴内选用： 依照经验公式 取，取=600mm. (5)三角带计算基准长度 由机械设计表8-2，圆整到原则计算长度 (6)验算三角带挠曲次数 ，符合规定。 (7)拟定实际中心距(8)验算小带轮包角，积极轮上包角适当。(9)拟定三角带根数依照机械设计式8-22得传动比查表8-5c，8-5d 得= 0.15KW,= 1.32KW查表8-8，=0.98；查表8-2，=0.96 因此取 根(10)计算预紧力查机械设计表8-4，q=0.1kg/m4.2 传动轴估算传动轴除应满足强度规定外，还应满足刚度规定，强度规定保证轴在重复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度规定较高，不容许有较大变形。因而疲劳强度普通不失是重要矛盾，除了载荷很大状况外，可以不必验算轴强度。刚度规定保证轴在载荷下不至发生过大变形。因而，必要保证传动轴有足够刚度。4.2.1 传动轴直径估算 其中：P-电动机额定功率 K-键槽系数 A-系数-从电机到该传动轴之间传动件传动效率乘积；-该传动轴计算转速。计算转速是传动件能传递所有功率最低转速。各传动件计算转速可以从转速图上，按主轴计算转速和相应传动关系拟定。查机械制造装备设计表3-8取I，IV轴K=1.05，A=100；II，III轴是花键轴，取K=1.06，A=2.0。因此 ， 取30mm， 取35mm ，取40mm此轴径为平均轴径，设计时可相应调节。4.3 齿轮齿数拟定和模数计算4.3.1 齿轮齿数拟定当各变速组传动比拟定后来，可拟定齿轮齿数。对于定比传动齿轮齿数可根据机械设计手册推荐办法拟定。对于变速组内齿轮齿数，如传动比是原则公比整多次方时，变速组内每对齿轮齿数和及小齿轮齿数可以从表3-6（机械制造装备设计）中选用。普通在主传动中，最小齿数应不不大于1820。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间齿数关系：三联滑移齿轮最大齿轮之间齿数差应不不大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。第一组齿轮：传动比：，u2=1/1.26,u3=1/1.58查机械制造装备设计表3-6，齿数和取72=36，=42，=32,Z4=36,Z5=32,Z6=42；第二组齿轮：传动比：,u2=1/2， 齿数和取72： Z7=36，Z8 =24，Z9=36,Z10=48；第三组齿轮：传动比：u1=1.58,u2=1/2.52 齿数和取72： Z11=43，Z12 =20，Z13=27，Z14=50;4.3.2 齿轮模数计算(1) 普通同一变速组中齿轮取同一模数，选取负荷最重小齿轮按简化接触疲劳强度公式计算 式中：按疲劳接触强度计算齿轮模数 驱动电机功率 计算齿轮计算转速 大齿轮齿数和小齿轮齿数之比 小齿轮齿数齿宽系数，（B为齿宽，m为模数），许用接触应力 传动组a模数： 传动组b模数： 传动组c模数： 故选用原则模数。 (4)原则齿轮：从机械原理 表10-2查得如下公式齿顶圆 齿根圆 分度圆 齿顶高 齿根高 齿轮详细值见表齿轮尺寸表齿轮齿数z模数m分度圆d齿顶圆齿根圆齿顶高齿根高1362.5909583.752.53.1252402.510010593.752.53.1253322.5808573.752.53.1254362.5909583.752.53.1255322.5808573.752.53.1256402.510010593.752.53.1257362.5909583.752.53.1258242.5606553.752.53.1259362.5909583.752.53.12510482.5120125113.752.53.12511433129132125.2533.7512203606356.2533.7513273818487.2533.7514503150153146.2533.754.3.4齿宽拟定 由公式得：第一套啮合齿轮 第二套啮合齿轮 第三套啮合齿轮 一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿载荷，设计上，应积极轮比小齿轮齿宽敞因此，4.4 带轮构造设计 查机械设计P156页，当。D是轴承外径，查机械零件手册拟定选用深沟球轴承6211，d=55mm,D=100mm。带轮内孔尺寸是轴承外径尺寸100mm。齿机械设计表8-10拟定参数得： 带轮宽度： 分度圆直径：，五、动力设计5.1主轴刚度验算 5.1.1 选定前端悬伸量C参照机械装备设计P121，依照主轴端部构造，前支承轴承配备和密封装置型式和尺寸，这里选定C=120mm. 5.1.2 主轴支承跨距L拟定 普通最佳跨距 ，考虑到构造以及支承刚度因磨损会不断减少，应取跨距L比最佳支承跨距大某些，再考虑到构造需要，这里取L=600mm。5.1.3 计算C点挠度 1）周向切削力计算其中,故，故。1） 驱动力Q计算参照车床主轴箱指引书，其中因此 3）轴承刚度计算 这里选用4382900系列双列圆柱子滚子轴承 依照求得： 4）拟定弹性模量，惯性距I；和长度。 轴材产选用40Cr，查简要机械设计手册P6，有 主轴惯性距I为： 主轴C段惯性距Ic可近似地算： 切削力P作用点到主轴前支承支承距离S=C+W，对于普通车床，W=0.4H，（H是车床中心高，设H=200mm)。 则： 依照齿轮、轴承宽度以及构造需要，取b=60mm 计算切削力P作用在S点引起主轴前端C点挠度 代入数据并计算得=0.1299mm。 计算驱动力Q作用在两支承之间时，主轴前端C点子挠度 计算得：=-0.0026mm 求主轴前端C点终合挠度水平坐标Y轴上分量代数和为，计算得：=0.0297mm.。综合挠度。综合挠度方向角，又。由于，因此此轴满足规定。5.2 齿轮校验 在验算算速箱中齿轮应力时，选相似模数中承受载荷最大，齿数最小齿轮进接触应力和弯曲应力验算。这里要验算是齿轮2，齿轮7，齿轮12这三个齿轮。齿轮12齿数为18，模数为4，齿轮应力： 1）接触应力： u-大齿轮齿数与小齿轮齿数之比； -齿向载荷分布系数；-动载荷系数；-工况系数；-寿命系数查机械装备设计表10-4及图10-8及表10-2分布得假定齿轮工作寿命是48000h，故应力循环次数为查机械装备设计图10-18得，因此：2） 弯曲应力： 查金属切削手册有Y=0.378，代入公式求得：=158.5Mpa 查机械设计图10-21e,齿轮材产选，大齿轮、小齿轮硬度为60HRC，故有，从图10-21e读出。由于：，故满足规定，此外两齿轮计算办法如上，均符合规定。六、构造设计及阐明6.1 构造设计内容、技术规定和方案设计主轴变速箱构造涉及传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件构造设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表达。课程设计由于时间限制，普通只画展开图。主轴变速箱是机床重要部件。设计时除考虑普通机械传动关于规定外，着重考虑如下几种方面问题。精度方面规定，刚度和抗震性规定，传动效率规定，主轴前轴承处温度和温升控制，构造工艺性，操作以便、安全、可靠原则，遵循原则化和通用化原则。主轴变速箱构造设计时整个机床设计重点，由于构造复杂，设计中不可避免要通过重复思考和多次修改。在正式画图前应当先画草图。6.2 展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一种平面上。I轴上装摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮直径受到离合器内径约束，齿根圆直径必要不不大于离合器外径，负责齿轮无法加工。这样轴间距加大。另一种布置方案是离合器左右某些分别装在同轴线轴上，左边某些接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。咱们采用第一种方案，通过空心轴中拉杆来操纵离合器构造。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱轴向尺寸，减少轴向尺寸有助于提高刚度和减小体积。6.3 齿轮块设计齿轮是变速箱中重要元件。齿轮同步啮合齿数是周期性变化。也就是说，作用在一种齿轮上载荷是变化。同步由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱重要噪声源，并影响主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。齿轮块构造形式诸多，取决于下列关于因素：1） 是固定齿轮还是滑移齿轮；2） 移动滑移齿轮办法；3） 齿轮精度和加工办法；变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它精度选取重要取决于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，依照实际成果得知，圆周速度会增长一倍，噪声约增大6dB。工作平稳性和接触误差对振动和噪声影响比运动误差要大，因此这两项精度应选高一级。不同精度级别齿轮，要采用不同加工办法，对构造规定也有所不同。6.3.1其她问题滑移齿轮进出啮合一端要圆齿，有规定形状和尺寸。圆齿和倒角性质不同，加工办法和画法也不同样，应予注意。选取齿轮块构造要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时安装和定位基面。尽量做到省工、省料又易于保证精度。齿轮磨齿时，规定有较大空刀（砂轮）距离，因而多联齿轮不便于做成整体，普通都做成组合齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮。6.4 主轴组件设计主轴组件构造复杂，技术规定高。安装工件（车床）或者刀具（车床、钻床等）主轴参予切削成形运动，因而它精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度），设计时重要环绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几种方面考虑。主轴形状与各某些尺寸不但和强度、刚度关于，并且涉及多方面因素。1） 内孔直径车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘操纵机构及通过卸顶尖顶杆，必要是空心轴。为了扩大使用范畴，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大趋势。2） 轴颈直径设计时，普通先估算或拟定一种尺寸，构造拟定后再进行核算。3） 前锥孔直径前锥孔用来装顶尖或其她工具锥柄，规定能自锁，当前采用莫氏锥孔。4） 支撑跨距及悬伸长度为了提高刚度，应尽量缩短主轴外伸长度。选取恰当支撑跨距，普通推荐取： =35，跨距小时，轴承变形对轴端变形影响大。因此，轴承刚度小时，应选大值，轴刚度差时，则取小值。七、总结在课程设计当中，我也遇到了某些问题。设计过程也是培养咱们认真细心态度。在此过程中不断发现问题和解决问题，使我加深了对大学所学课程理解，综合应用，并得到进一步巩固，这对后来学习和工作均有积极意义。总之，这次课程设计让我学到了诸多东西。