機床課程設計---銑床主軸箱設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　2012/2013 學年第 一 學期</p><p>　　學 院： 機械工程與自動化學院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　學 生

2、姓 名： 學 號： </p><p>　　課程設計題目： 《金屬切削機床》課程設計 </p><p>　?。ㄣ姶仓鬏S箱設計） </p><p>　　起 迄 日 期： 12 月 15 日～ 12月 19 日 </p><p>　

3、　下達任務書日期: 2012年12月17日</p><p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.概述………………………………………………………………………………………2</p><p>

4、;　　1.1 機床課程設計的目的………………………………………………………………2</p><p>　　1.2 銑床的規(guī)格系列和用處……………………………………………………………2</p><p>　　1.3 操作性能要求………………………………………………………………………2</p><p>　　2.參數(shù)的擬定………………………………………………………………………

5、………2</p><p>　　2.1 公比選擇……………………………………………………………………………2</p><p>　　2.2 求出轉速系列………………………………………………………………………2</p><p>　　2.3 主電機選擇…………………………………………………………………………2</p><p>　　3.傳動設計…………

6、………………………………………………………………………3</p><p>　　3.1 主傳動方案擬定……………………………………………………………………3</p><p>　　3.2 傳動結構式、結構網(wǎng)的選擇………………………………………………………3</p><p>　　3.3 計算傳動組與傳動副………………………………………………………………3</p>

7、;<p>　　3.4 結構式與結構網(wǎng)選定………………………………………………………………3</p><p>　　3.5 擬定轉速圖…………………………………………………………………………4</p><p>　　3.6 齒輪齒數(shù)確定………………………………………………………………………6</p><p>　　3.7 傳動系統(tǒng)圖的設計……………………………

8、……………………………………7</p><p>　　3.8 軸、齒輪的計算轉速的確定………………………………………………………8</p><p>　　4.計算傳動零件……………………………………………………………………………9</p><p>　　4.1 傳動軸直徑的計算…………………………………………………………………9</p><p>　

9、　4.2 主軸軸頸直徑的確定………………………………………………………………9</p><p>　　4.3 計算齒輪模數(shù)………………………………………………………………………9</p><p>　　5.驗算主要零件……………………………………………………………………………10</p><p>　　5.1 計算和選定三角膠帶傳動……………………………………………………

10、……10</p><p>　　5.2 計算圓柱齒輪的強度………………………………………………………………11</p><p>　　5.3 驗算滾動軸承………………………………………………………………………14</p><p>　　5.4 驗算傳動軸…………………………………………………………………………15</p><p>　　6.設計感想…

11、………………………………………………………………………………19</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………………20</p><p><b>　　1. 概述</b></p><p>　　1.1機床課程設計的目的</p><p>　　機床課程設計，是在金屬切削機床課程之后進行

12、的實踐性教學環(huán)節(jié)。其目的在于通過機床運動機械變速傳動系統(tǒng)的結構設計，使學生在擬定傳動和變速的結構的結構方案過程中，得到設計構思，方案分析，結構工藝性，機械制圖，零件計算，編寫技術文件和查閱技術資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，并培養(yǎng)學生具有初步的結構分析，結構設計和計算能力。</p><p>　　1.2銑床的規(guī)格系列和用處</p><p>　　普通機床的規(guī)格和類

13、型有系列型譜作為設計時應該遵照的基礎。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設計的是普通銑床主軸變速箱。</p><p>　　1.3 操作性能要求</p><p>　　1）具有皮帶輪卸荷裝置</p><p>　　2）主軸的變速由變速手柄，和滑移齒輪完成</p><p><b>　　2.參數(shù)的擬定</b></p

14、><p><b>　　2.1 公比選擇</b></p><p>　　已知最低轉速nmin=125rpm，最高轉速nmax=2120rpm，變速級數(shù)Z=12，轉速調整范圍：， </p><p>　　2.2 求出轉速系列</p><p>　　根據(jù)最低轉速nm

15、in=125rpm，最高轉速nmax=2120rpm，公比φ=1.26，按《機床課程設計指導書》（陳易新編）表5選出標準轉速數(shù)列：舍去最低轉速125rpm</p><p>　　2000 1600 1250 1000 800 630 </p><p>　　500 400 315 250 200 160 (125)</p>

16、;<p><b>　　實際調速范圍：</b></p><p>　　2.3 主電機選擇</p><p>　　合理的確定電機功率N，使機床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。</p><p>　　已知電動機的功率是4KW，根據(jù)《機床設計手冊》選Y112M-4，額定功率4，滿載轉速1440 ，最大

17、額定轉距2.2KN。</p><p><b>　　3.傳動設計</b></p><p>　　3.1 主傳動方案擬定</p><p>　　擬定傳動方案，包括傳動型式的選擇以及開停、換向、制動、操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動型式則指傳動和變速的元件、機構以及組成、安排不同特點的傳動型式、變速類型。</p><p>　　傳動

18、方案和型式與結構的復雜程度密切相關，和工作性能也有關系。因此，確定傳動方案和型式，要從結構、工藝、性能及經(jīng)濟等多方面統(tǒng)一考慮。</p><p>　　傳動方案有多種，傳動型式更是眾多，比如：傳動型式上有集中傳動，分離傳動；擴大變速范圍可用增加傳動組數(shù)，也可用背輪結構、分支傳動等型式；變速箱上既可用多速電機，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。</p><p>　　顯然，可能的方案有很多，優(yōu)

19、化的方案也因條件而異。此次設計中，我們采用集中傳動型式的主軸變速箱。</p><p>　　3.2 傳動結構式、結構網(wǎng)的選擇</p><p>　　結構式、結構網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復雜的傳動并想由此導出實際的方案，就并非十分有效。 3.3 計算傳動組與傳動副：</p><p&g

20、t;　　實現(xiàn)本方案的12級主軸轉速變化的傳動系統(tǒng)可以采用多種傳動副組合,比如：</p><p>　　a） b） c）</p><p><b>　　d） e）</b></p><p>　　方案a）、b）可以省一根傳動軸，但是其中一個傳動組內(nèi)有四個傳動副，增大了該軸的軸向尺寸這種方案不宜采用。</p>

21、<p>　　根據(jù)傳動副數(shù)目分配應該“前多后少”的原則，取方案3）較合適。</p><p>　　3.4 結構式與結構網(wǎng)選定：</p><p>　　在的傳動副組合中，其傳動副的擴大順序又有以下六種形式：</p><p>　　a） b） c）</p><p>　　d） e） f）</p

22、><p>　　根據(jù)級比指數(shù)分配要傳動順序與擴大順序相一致既“前密后疏”的原則，即傳動順序與擴大順序相一致，應選用，其結構網(wǎng)如下圖所示：</p><p><b>　　圖1 結構網(wǎng)簡圖</b></p><p>　　檢驗最大擴大組的變速范圍：，符合設計原則要求。</p><p>　　3.5 擬定轉速圖：</p>&

23、lt;p>　　上述所選定的結構式共有三個傳動組，變速機構共需4軸，加上電動機共5軸，故轉速圖需5條豎線，如下圖所示。主軸共12速，電動機軸與主軸最高轉速相近，故需12條橫線。</p><p>　　中間各軸的轉速可以從電動機軸往后推，也可以從主軸開始往前推。通常以往前推比較方便，即先決定軸三的轉速。</p><p><b>　　圖2 轉速圖</b></p&

24、gt;<p>　　傳動組c的變速范圍為，可知兩個傳動副的傳動比為：</p><p>　　這樣就確定了軸Ⅲ的六種轉速只有一種可能，即為：400、500、630、800、1000、1250r/min。</p><p>　　隨后決定軸Ⅱ的轉速，傳動組b的級比指數(shù)為3，在傳動比極限范圍內(nèi)，軸Ⅰ的最高轉速可為：1000、1250、1600r/min，最底轉速可為：500、630、800

25、 r/min。為了避免升速，又不能使傳動比太小，可?。?，。軸Ⅱ的轉速確定為800、1000、1250r/min。</p><p>　　同理，對于軸Ⅰ，可?。海?，。軸Ⅰ的轉速：800 r/min。電動機軸與軸Ⅰ之間為帶傳動，傳動比接近。補足各連線，得到如下所示轉速圖：</p><p><b>　　圖3 轉速圖</b></p><p>　　3.6

26、 齒輪齒數(shù)確定</p><p>　　利用查表法求出各傳動組齒輪齒數(shù)：</p><p>　　表1 各傳動組齒輪齒數(shù)</p><p>　　驗算主軸轉速誤差，主軸各級實際轉速值用下式計算：</p><p>　　式中，、分別為大、小帶輪的直徑；、、分別為第一、二、三變速組的齒輪傳動比。</p><p>　　表2 轉速誤

27、差表</p><p>　　轉速誤差用主軸實際轉速與標準轉速相對誤差的絕對值表示：</p><p><b>　　，計算值如表2。</b></p><p>　　3.7 傳動系統(tǒng)圖的設計</p><p>　　傳動系統(tǒng)如圖4所示：</p><p><b>　　圖4傳動系統(tǒng)圖</b>&

28、lt;/p><p>　　3.8 軸、齒輪的計算轉速的確定：</p><p>　　主軸的計算,根據(jù)教材表8-2，中型機床主軸的計算轉速是第一個三分之一轉速范圍內(nèi)的最高一級轉速，即為；</p><p>　　各傳動軸的計算：軸Ⅲ可從主軸為315r/min按28/70的傳動副找上去，似應為800r/min，但由</p><p>　　于軸Ⅲ上的最底轉速40

29、0r/min經(jīng)傳動組c可使主軸得到160和630r/min兩種轉速，630r/min要傳遞全部功率，所以軸Ⅲ的計算轉速應為400r/min。軸Ⅱ的計算轉速可按的傳動副b推上去，得800 r/min；同理軸Ⅰ為1250r/min。</p><p>　　各齒輪的計算：傳動組c中，28/70只需計算z=28的齒輪，計算轉速為800 r/min；60/38只需計算z=38，；z=28和z=38兩個齒輪哪一個的應力更大一些

30、，較難判斷，可同時計算，選擇模數(shù)較大的作為傳動組c齒輪的模數(shù)；傳動組b應計算z=31，；傳動組a應計算z=33，。</p><p><b>　　4.計算傳動零件：</b></p><p>　　4.1 傳動軸直徑的計算</p><p><b>　　按扭轉剛度計算：</b></p><p>　　上式中，

31、d-傳動軸直徑（mm）；</p><p>　　-該軸傳遞的額定扭矩（N﹒mm）；</p><p>　　N-該軸傳遞的功率（Kw）；</p><p>　　-該軸的計算轉速（rpm）；</p><p>　　[]-該軸每米長度允許扭轉角（deg/m），取=0.8。</p><p><b>　　軸Ⅲ： </b&

32、gt;</p><p>　　取35mm 軸承30207</p><p><b>　　軸Ⅱ：</b></p><p>　　取30mm 軸承30206</p><p><b>　　軸Ⅰ：</b></p><p>　　取25mm 軸承6005</p>

33、<p>　　軸承6005 30206 30207</p><p>　　D=47 D=62 D=72</p><p>　　d=25 d=30 d=35</p><

34、p>　　B=12 B=16 B=17</p><p>　　4.2 主軸軸頸直徑的確定</p><p>　　由表3查得《機床課程設計指導書》：</p><p>　　主軸前軸頸=100mm，后軸頸=（0.7-0.85）=95-130mm，取=80mm。</p><p>　　

35、4.3 計算齒輪模數(shù)</p><p>　　同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最重的小齒輪按簡化的接觸疲勞強度公式進行初算： </p><p>　　式中，-按接觸疲勞強度估算的齒輪模數(shù)（mm）；</p><p>　　-驅動電動機功率（Kw）；</p><p>　　-被估算齒輪的計算轉速 （r/min）；</p><

36、p>　　μ-大小齒輪齒數(shù)之比，-小齒輪齒數(shù)；</p><p>　　-齒寬系數(shù)，6-10，B為齒寬，m為模數(shù)，取8；</p><p>　　-許用接觸應力，查表26取。</p><p>　　傳動組b：31/61 </p><p>　　傳動組a：33/53 </p><p>　　傳動組c：28/70 </p

37、><p><b>　　5.驗算主要零件</b></p><p>　　5.1 計算和選定三角膠帶傳動</p><p><b>　?、?確定計算功率</b></p><p>　　由表8-6[5]查得工作情況系數(shù)KA=1.2,故: Kw=4.8Kw</p><p>　?、?選取V帶型號

38、 </p><p>　　根據(jù)、n1由圖8-8[5]確定選用A型普通V帶。</p><p>　?、?確定帶輪基準直徑 </p><p>　　由表8-3[5]和表8-7[5]取主動基準直徑。</p><p>　　根據(jù)式（8-15），從動輪基準直徑</p><p>　　根據(jù)表8-7[5]，取=118。</p>

39、<p>　　按式（8-20）驗算帶的速度 </p><p><b>　　帶的速度合適。</b></p><p>　　④ 確定A帶的基準長度和傳動中心距</p><p>　　根據(jù)＜＜,初步確定中心距。</p><p>　　根據(jù)式（8-20）計算帶所需的基準長度 </p><p>

40、;　　由表8-2選帶的基準長度。</p><p>　　按式（8-21）計算實際中心距a </p><p>　?、?驗算主動輪上的包角α1 </p><p>　　由式（8-6）得： 主動輪上的包角合適。</p><p>　?、?/p>

41、 計算A帶的根數(shù)z</p><p>　　計算單根V帶的額定功率</p><p>　　由dd1=100mm和n1=1440r/min，查表8-4a得=1.32kw。</p><p>　　根據(jù)n1=1440r/min,i=1.152和A型帶，查表8－4b得</p><p>　　查表8－5得＝0.99，表8－2得＝0.91，于是</p>

42、<p><b>　　==1.26</b></p><p><b>　　=3.8 取4</b></p><p><b>　　⑦計算預緊力F0</b></p><p>　　由式(8-23)知 </p><p>　　查表8-4得q=0.1kg/m，故：

43、 </p><p>　　計算作用在軸上的壓軸力 由式（8-4）得 </p><p>　　5.2 計算圓柱齒輪的強度：</p><p>　　驗算變速箱中齒輪強度應選擇相同模數(shù)承受載荷最大齒數(shù)最小的齒輪進行接觸應力和彎曲應力計算，一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應力，對硬齒面軟齒心滲碳淬火的

44、齒輪要驗算齒根彎曲應力。</p><p>　　接觸應力的驗算公式：</p><p>　　彎曲應力的驗算公式：</p><p>　　表3 齒輪的強度計算</p><p><b>　　其中壽命系數(shù) </b></p><p>　　工作期限系數(shù) </p><p&g

45、t;　　T-齒輪在機床工作期限內(nèi)的總工作時間h ，對于中型機床的齒輪取 </p><p>　　，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認為，P為該變速組的傳動副數(shù)。</p><p><b>　??；</b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　；</b&

46、gt;</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　的極限值、，當時，則??；當時，取 ；</p><p>　　-許用接觸應力（），查表3-9，=1100；</p><p>　　-許用彎曲應力（），查表3-9，=320

47、。</p><p>　　代入公式，得傳動組c： </p><p><b>　　傳動組b：</b></p><p><b>　　傳動組c：</b></p><p>　　5.3 驗算滾動軸承</p><p>　　由前面所示的Ⅱ軸受力狀態(tài)可以分別計算出左,右兩支承端支反力。<

48、/p><p><b>　　在xoy平面內(nèi)：</b></p><p><b>　　在zoy平面內(nèi)：</b></p><p><b>　　左、端支反力為：</b></p><p>　　兩支承軸承受力狀態(tài)相同，但右端受力大，所以只驗算右端軸承。</p><p>　

49、　滾動軸承的疲勞壽命驗算： </p><p>　　其中：額定動載荷：C=11000N，《機床設計簡明手冊》；</p><p><b>　　速度系數(shù)：；</b></p><p><b>　　使用系數(shù)：；</b></p><p>　　功率利用系數(shù)：，表3-3《床設計制導》；</p>

50、<p>　　轉速變化系數(shù)：，表3-2；</p><p><b>　　齒輪輪換工作系數(shù)：</b></p><p>　　當量動載荷：F=176.7N，已計算求得；</p><p>　　許用壽命：T，一般機床取10000-15000h；</p><p><b>　　壽命指數(shù)：。</b><

51、;/p><p>　　則額定壽命： </p><p><b>　　5.4 驗算傳動軸</b></p><p>　?、購姸闰炈闩c彎曲剛度驗算</p><p>　　受力分析：以Ⅱ軸為例進行分析，Ⅱ軸上的齒輪為滑移齒輪。通常，選擇主軸處于計算轉速（200r/min）時齒輪的嚙合位置為計算時的位置。根據(jù)本機床齒輪

52、排列特點，主軸為250r/min時，Ⅱ軸受力變形大于前者，故采用此時的齒輪位置為計算位置。受力分析如下圖所示：</p><p>　　圖5 齒輪軸向位置</p><p>　　圖5中F1為齒輪Z4（齒數(shù)為48）上所受的切向力Ft1，徑向力Fr1的合力。F2為齒輪Z9（齒數(shù)46）上所受的切向力Ft2，徑向力Fr2的合力。</p><p>　　各傳動力空間角度如圖6所示，

53、根據(jù)下表的公式計算齒輪的受力。</p><p>　　圖6 Ⅱ軸各傳動力角度關系</p><p>　　表4 齒輪的受力計算</p><p>　?、趽隙取A角的計算：</p><p>　　分別計算出各平面撓度、傾角，然后進行合成。如下圖所示：其中</p><p>　　a=120, b=156, c=1

54、50, f=126, l=276,</p><p>　　, n=159.35, </p><p><b>　　圖7 計算簡圖</b></p><p><b>　　xoy平面內(nèi)撓度：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，求得</b>&

55、lt;/p><p><b>　　zoy平面內(nèi)撓度：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，求得</b></p><p>　　撓度的合成：，符合要求。</p><p>　　左支撐傾角計算和分析：</p><p>　　xoy平面力作用下的傾角：</p><

56、p><b>　　代入數(shù)據(jù)，解得</b></p><p>　　zoy平面力作用下的傾角：</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，解得</b></p><p>　　傾角的合成：，符合要求；</p><p>　　右支承傾角計算和分析：</p><p>　　xoy平面力作用下的

57、傾角：</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，解得</b></p><p>　　zoy平面力作用下的傾角：</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，解得</b></p><p>　　傾角的合成：，符合要求。</p><p><b>　　鍵側擠壓應力計算：</b&

58、gt;</p><p>　　表5 鍵側擠壓應力計算</p><p>　　通過上面的演算證明設計符合要求。</p><p><b>　　6.設計感想</b></p><p>　　通過一周的課程設計我最大的感受就是比以前塌實多了，起初學的理論知識總覺得掌握的不牢，而本次設計正好是對知識的梳理．使得知識更加系統(tǒng)．其次還學到了

59、好多與本課程相關的東西：首先學會了檢索文獻、資料的過程，而且清楚了一般機床的結構和布局；其次通過繪圖，使自己更加熟練了AutoCAD軟件及Word的各種功能。這些都為自己以后的工作奠定了堅實的基礎。</p><p>　　在設計計算過程中遇到了許多的困難，但是都在指導老師的耐心指點和同學的共同幫助下克服了。由于時間比較倉促，水平有限，設計中難免存在一些缺陷與不足，望老師在審閱過程中批評指正。</p>

60、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳易新主編. 機床課程設計指導書. 哈爾濱工業(yè)大學，1981</p><p>　　[2] 范云漲、陳兆年主編.金屬切削機床設計簡明手冊.機械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　[3] 李洪主編. 機械制造工藝、金屬切削機床設計指導. 東北工學院出版社，198