钻床课设-立式钻床有级变速主传动系统设计论文.doc

辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）
辽宁工业大学
专 业 课 程 设 计 说 明 书

题目：立式钻床有级变速主传动系统设计

院（系）：机械工程与自动化学院
专业班级： 机设121班
学 号： 120106083
学生姓名： 王晓龙
指导教师： 霍 绪 尧
教师职称 讲师
起止时间：2015年12月14日—1月15日

辽宁工业大学专业课程设计任务书
院（系）： 机械工程与自动化学院 教研室：机械设计教研室
学 号
120106083
学生姓名
王晓龙
专业（班级）
机设121
设计题目
立式钻床有级变速主传动系统设计
技
术
参
数
与
要
求
Nmin=63r/min；Nmax=630r/min；
Z=6级；公比为1.58；
电动机功率P=4Kw
电机转速n=1440r/min
工
作
量
1.总装配图一张，；
2.零件图两张#；
3.设计计算说明书一份
工
作
计
划
1.方案拟订 2天
2.设计计算 1天
3.绘制总装图 12天
4.绘制零件图 1天
5.编写设计计算说明书 1天
6.答辩 1天

成
绩
评

定
图面
(40％)
说明书
(20％)
答辩
(20％)
平时
(20％)
总分

成绩： 指导教师签字：

年 月 日

目 录
第一章 绪论 4
1.1 立钻的用途 5
1.2 立钻的现状 5
第二章 立钻的总体方案 5
2.1主要参数与数据 5
2.2变速装置的作用 5
第三章 立钻变速装置的设计计算 6
3.1主要参数 6
3.2电机选择 6
3.3转速图设计 6
3.4齿数选择 7
3.5模数选择 7
3.6变速装置的传动系统图 8
3.7变速方法选用及有关说明 9
3.8变速装置的结构设计 9
3.9齿轮的校核 10
3.10轴的校核 11
第四章 立钻变速装置装配图 13
4.1操作方法说明 13
4.2润滑方法说明 13
4.3装配与维修说明 13
第五章 结论 14
参考文献 15

第一章 绪论
1.1 立钻的用途
立钻用于钻孔外，还可以扩张、钻沉头、锪端面、铰孔、攻丝等
1.2 立钻的现状
立钻有方柱立钻和圆柱立钻两种，还有排式、多轴坐标和转塔等多种变型。①排式钻床：一般由2～6个立柱和主轴箱排列在一个公用底座上，各主轴顺次加工同一工件上的不同孔或分别进行各种孔加工工序，可节省更换刀具的时间，用于中小批量生产。②多轴立式钻床：机床的多个主轴可根据加工需要调整轴心位置，由主轴箱带动全部主轴转动,进行多孔同时加工，用于成批生产。③坐标立式钻床：在方柱立钻上加可纵、横移动的十字工作台而成，可按坐标尺寸进行钻削。④转塔立式钻床：多采用程序控制或数字控制，使装有不同刀具的转塔头自动转位、主轴自动改变转速和进给量,工件自动调整位置，实现多工序加工的自动化循环。
第二章 立钻的总体方案
2.1主要参数与数据
立式钻床参数
型号：Z5140
最大钻孔直径: (mm) 40
主轴中心线至导轨面距离:（mm）335
主轴行程:（mm）250
主轴箱行程（手动）:（mm）200
进给量（级）:（mm/rev）0.056-1.8/9
工作台行程：（mm）560×480
主轴端面至工作台距离:（mm）750
2.2变速装置的作用
变速装置是传动系统中非常重要的组成部分。其作用是改变动力机的输出转速和转矩以适应执行机构的需要。
有许多机械要求执行机构的运动速度能够改变。对变速装置的基本要求是：能够传递的功率和转矩，并且具有较高的传动效率；满足变速范围和变速级数的要求，且体积小，质量小；噪声在允许范围内；结构简单，制造，装配的工艺性好；润滑和密封良好，防止出现三漏现象。

第三章 立钻变速装置的设计计算
3.1主要参数
Nmin=63r/min；Nmax=630r/min；
Z=6级；公比为1.58；
3.2电机选择
因为电动机功率P=4kW；电机转速n=1440r/min所以选择Y112M-4，额定功率4Kw，同步转速1500r/min,满载转速1440rmin。
3.3转速图设计
由任务书可知转速的最大范围与最小范围，则可以确定转速范围：Rn== 630/63=10，查表可得出标准数列表，确定主轴的转速数列为63 r/min、100 r/min、160r/min、250 r/min、400 r/min、630r/min共6级，因为z=6.即：Z=6=31×23。根据“前多后少”原则,取传动方案 Z=31×23,可知第二扩大组的变速范围
r2=1.583×（2-1）3.95＜8 。

图3-1转速图
3.4齿数选择
根据设计要求Zmin≥17,原则，并且根据齿数和不宜过大原则一般推荐齿数和在100～ 之间原则。根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如
第一变速组：i1:i2:i3=1: Φ: Φ^2
选择传动比最大一对齿轮副的最小齿数和
Z1：Z2=20：50
Z3：Z4=35：35
Z5：Z6=27：43
第二变速组：i1:i2 =1: Φ^3
选择传动比最大一对齿轮副的最小齿数和
Z7：Z8=20：79
Z9：Z10=49：50
3.5模数选择
一般同一组变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最小的齿轮，按简化的接触疲劳强 度由文献[5]公式（8）进行计算：

式中：

为了不产生根切现象，并且考虑到轴的直径，防止在装配时干涉，对齿轮的模数作如下计算和选择：
第一变速组最小齿轮齿数20为准
第二变速组最小齿轮齿数20为准
m=16338×
3.6变速装置的传动系统图

图3-2 传动系统图

3.7变速方法选用及有关说明
选用左右摆动的操纵杆使其通过杆的推力来控制II轴上的三联滑移齿轮和二联滑移齿轮。
3.8变速装置的结构设计
（1）主轴轴径的确定
在设计初期，由于主轴的结构尚未确定，所以只能根据现有的资料初步确定主轴直径。由<<机械系统设计>>表4-9初选取前轴径 ，后轴颈的轴径为前轴径，所以。
（2）传动轴直径初定
传动轴直径按文献[5]公式（6）进行概算
d=
式中 d---传动轴直径（mm）
Tn---该轴传递的额定扭矩（N*mm） T=9550000；
N----该轴传递的功率（KW）
----该轴的计算转速
---该轴每米长度的允许扭转角，=~。
取=
=4Kw。
N1=P1=P0×0.95=3.8Kw
N2=P2=4×0.99×0.95×0.97=3.65Kw
N3=P3=4×0.99×0.95×0.97×0.99×0.97=3.50Kw
轴Ⅰ： =1440/2.29=628.82r/min
=91× =26.83mm 取30mm
轴Ⅱ： =1440/2.29=628.82r/min
=91× =26.56mm 取30mm
轴Ⅲ =1440/2.29×20/50=251.53r/min
=91× =33.05mm 取35mm
3.9齿轮的校核
基本组按最小齿轮计算。小齿轮用45钢，正火处理，硬度162HB～217HB，平均取180HB，大齿轮用45钢，正火处理，硬度取 180HB。计算如下：
① 齿面接触疲劳强度计算：
接触应力验算公式为

弯曲应力验算公式为：

高速传动齿轮取模数20的齿轮主要验算接触应力

查表5-3得：
KA=1.25
(VmZ1)/100 =(1.74×23)/100=0.40
查图得：
Kv=1.04 Kβ=1.08 Kα=1.2
K=KAKVKβKα=1.25×1.04×1.08×1.2=1.68

MPa< [бH] =667 MPa安全
低速速传动齿轮取模数20的齿轮主要验算弯曲应力

许用弯曲应力

K=KAKVKβKα=1.0×1.12×1.15×1.2=1.5456
安全
3.10轴的校核
（1）П轴挠度校核
单一载荷下，轴中心处的挠度采用文献【5】中的公式计算：:

L-----两支承的跨距；
D-----轴的平均直径；
X=/L；-----齿轮工作位置处距较近支承点的距离；
N-----轴传递的全功率；
校核合成挠度

-----输入扭距齿轮挠度；
-------输出扭距齿轮挠度
；
---被演算轴与前后轴连心线夹角；=144°
啮合角=20°，齿面摩擦角=5.72°。
代入数据计算得：=0.026；=0.084；=0.160；
=0.205；=0.088；=0.025。
合成挠度 =0.238
查文献【6】，带齿轮轴的许用挠度=5/10000*L
即=0.268。
因合成挠度小于许用挠度，故轴的挠度满足要求。
（2）П轴扭转角的校核
传动轴在支承点A，B处的倾角可按下式近似计算：

将上式计算的结果代入得：

由文献【6】，查得支承处的=0.001
因〈0.001，故轴的转角也满足要求。
第四章 立钻变速装置装配图
4.1操作方法说明
该变速箱采用滑移齿轮变速机构，通过拨叉移动滑动齿轮可以使主轴获得六级转速。
4.2润滑方法说明
主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留0.1～0.3的间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难）。还有一种是在轴承盖的孔内开一个或几个并列的沟槽（圆弧形或形），效果比上一种好些。在轴上增开了沟槽（矩形或锯齿形），效果又比前两种好。
在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。
4.3装配与维修说明
1. 移动滑移齿轮的拨动座要轻松，而不得在轴上卡死。齿轮的定位机构应保证齿轮在轴上每个位置的正确定位。相啮合的齿轮的错位置不允许大于其宽度的5%
2. 用于变速手柄的外力不得大于80N
3. 变速箱手柄位置必须符合铭牌上的标志
4. 各螺钉及定位销要紧固

第五章 结论
这段课程设计加深了我对机械的认识也使我充分了解到了机械中的钻床，使我能从整机的角度和系统的观点了解一般机械产品的设计的规律和特点，拓展了知识面，扩大了机械结构设计的知识，增强机械机械设计能力，掌握机械产品设计的方法和技术。
本次课设对我未来工作提供了很大的帮助，加深了对于设计的理解。因为在课设期间充分温习了以前学习到的知识，从制图，图册查询，设计计算这一系列的学习过程融合到了大学专业知识的各个方面。
课设期间同学和老师提供了很大的帮助，遇到不会的地方懂得和别人交流，增长了见识。

参考文献
1 段铁群.《机械系统设计》，科学出版社，第一版；
2 孙全颖.《机械精度设计与质量保证》哈尔滨工业大学出版社；
3 于惠力,向敬忠.《机械设计》.高等教育出版社，第四版；
4 于惠力,张春宜. 《机械设计课程设计》，科学出版社