《金屬切削機(jī)床》課程設(shè)計(jì)普通銑床主軸箱設(shè)計(jì)【單獨(dú)論文不含圖】

中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書目錄1. 確定機(jī)床參數(shù).22. 運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì).22.1確定傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù).22.2結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇.32.3轉(zhuǎn)速圖擬定.42.4確定齒輪齒數(shù).52.5確定傳動(dòng)系統(tǒng)圖.52.6計(jì)算軸、齒輪的轉(zhuǎn)速.63.初步計(jì)算傳動(dòng)零件.63.1初定傳動(dòng)軸直徑.63.2確定主軸軸頸直徑.73.3初步計(jì)算齒輪模數(shù).74.驗(yàn)算主要零件.84.1驗(yàn)算和選定三角膠帶傳動(dòng).84.2計(jì)算圓柱齒輪的強(qiáng)度114.3驗(yàn)算傳動(dòng)軸的強(qiáng)度，剛度 144.4 驗(yàn)算滾動(dòng)軸承.175.設(shè)計(jì)感想.186.參考文獻(xiàn).181. 確定機(jī)床參數(shù)：(1)運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。單獨(dú)論文不含圖，加153893706 最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速：=12.5rpm =2120rpm 分級變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列：機(jī)床的分級變速機(jī)構(gòu)共有12級， 。任意兩級轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系是：根據(jù)=11，得：=1.58。查表得：各軸轉(zhuǎn)速：12.5、20、31.5、50、80、125、200、315、500、800、1250、2120。(2)確定動(dòng)力參數(shù)：由任務(wù)書設(shè)定電動(dòng)機(jī)功率：N=3KW。查表得應(yīng)該選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y100L2-4（同步轉(zhuǎn)速1500r/min，50HZ，380V），轉(zhuǎn)速1420rpm，效率81%。功率因素cos=0.82，額定轉(zhuǎn)矩2.2KNm。2. 運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)：2.1確定傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)： 傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)的方案有： 12=4*3 12=3*4 12=3*2*2 12=2*3*2 12=2*2*3 在上列各方案中，前兩個(gè)有時(shí)可以省掉一根軸。缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副。如果用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪，則會增加軸向尺寸；如果用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個(gè)滑移齒輪同時(shí)嚙合。一般少用。后三個(gè)方案中可根據(jù)下述原則比較：從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。接近電動(dòng)機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如使傳動(dòng)副較多 的傳動(dòng)組放在接近電動(dòng)機(jī)處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可以少些，就省材料了。這就是“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮，以取12=3*2*2的方案為好。2.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇：在12=3*2*2中，又因基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同而有不同的方案?？赡艿牧N方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見圖1。在這些方案中，可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。圖1結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍 主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)的最大變速范圍一般為：816。 在檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌鼈鲃?dòng)組的變速范圍都比它小。在圖中，方案a,b,c,e的第二擴(kuò)大組x2=6;p2=2,則26*(2-1) 6。因1.58,則R2=1.586=15.5,是可行的。方案d,f是不可行的?；窘M和擴(kuò)大組的排列順序在可靠的四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案a,b,c,e中，還要進(jìn)行比較以選擇最佳方案。原則是選擇中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案。因?yàn)槿绻鞣桨竿杺鲃?dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速范圍小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小些。方案a的中間傳動(dòng)軸變速范圍最小，幫方案a最佳。即如果沒有別的要求，則應(yīng)盡量使擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致。2.3 轉(zhuǎn)速圖擬定 電動(dòng)機(jī)和主軸的轉(zhuǎn)速是已定的，當(dāng)選定了結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式后，就可分配和傳動(dòng)級的傳動(dòng)比并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。再加上定比傳動(dòng)，就可畫出轉(zhuǎn)速圖。中間軸的轉(zhuǎn)速如果能高一些，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小一些。但是，中間軸如果轉(zhuǎn)速過高，將會引起過大的振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲。通常，希望齒輪的線速度不超過1215m/s。對于中型車、鉆、銑等機(jī)床，中間軸的最高轉(zhuǎn)速不宜超過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。對于小型機(jī)床和精密機(jī)床，由于功率較小，傳動(dòng)件不會過大。這時(shí)振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲是應(yīng)該考慮的問題。因些更應(yīng)該注意中間軸的轉(zhuǎn)速，不使過高。圖2轉(zhuǎn)速圖本機(jī)床所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組，變速機(jī)構(gòu)共需4軸。加上電動(dòng)機(jī)軸共5個(gè)軸。故轉(zhuǎn)速圖共需5個(gè)豎線，主軸共12級轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，共需12條橫線。現(xiàn)擬定轉(zhuǎn)速圖如圖22.4 確定齒輪齒數(shù)因傳動(dòng)比i采用標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方，齒數(shù)和以及小齒輪齒數(shù)可以從表8-1中查得。在傳動(dòng)組a中，ia1=1,ia2=1/1.58,ia3=1/2.5。則，查I 為1，1.6，2的三行。有數(shù)字的即為可能方案。取S為72，則從表中查出小齒輪齒數(shù)為36、28、24。即ia1=36/36,ia2=28/44,ia3=24/48。在傳動(dòng)組b中，ib1=1,ib2=1/4則查I 為1，4的兩行。有數(shù)字的即為可能方案。取為110，則從表中查出小齒輪齒數(shù)為55、22。即ib1=55/55,ib2=22/88。在傳動(dòng)組c中，ic1=4/1,ic2=1/4則查I 為4這一行。取S為100，則從表中查出小齒輪齒數(shù)為20。即ic1=80/20,ic2=20/80。2.5 確定傳動(dòng)系統(tǒng)圖 圖3傳動(dòng)系統(tǒng)圖2.6 計(jì)算軸、齒輪的轉(zhuǎn)速主軸根據(jù)表8-2，中型銑床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是第一個(gè)三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速，即為n4=50r/min。各傳動(dòng)軸軸可從主軸為50r/min按8020的傳動(dòng)副找上去，應(yīng)為200r/min。但由于軸最低轉(zhuǎn)速50r/min，經(jīng)傳動(dòng)組可使主軸得到12.5和200r/min兩轉(zhuǎn)速。200r/min要傳遞全部功率，所以軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)為50r/min。軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速可按傳動(dòng)副b推上去,為200r/min. (3)各齒輪 傳動(dòng)組c中各齒輪：傳動(dòng)組c中，20/80只需計(jì)算z=20的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為200 r/min；80/20只需計(jì)算z=20，；選擇模數(shù)較大的作為傳動(dòng)組c齒輪的模數(shù)；傳動(dòng)組a、b模數(shù)相同應(yīng)計(jì)算z=21，。3.初步計(jì)算傳動(dòng)零件 3.1初定傳動(dòng)軸直徑根據(jù)傳動(dòng)軸傳遞功率的大小,用簡化的扭轉(zhuǎn)剛度公式計(jì)算:d ()式中 -傳動(dòng)軸受扭部分直徑(mm) -該軸傳遞的功率(kw) -電動(dòng)機(jī)的功率(kw) -電動(dòng)機(jī)到該傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率 -被估算的傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min) -該傳動(dòng)軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角(deg/m)一般傳動(dòng)軸取=0.51 本設(shè)計(jì)取0.7則軸,N= d4=45.6 取d4=46，在此軸上有鍵槽故取d4=50。則軸,N= =2.21 d3 =45.6 取d3=46。則軸,N= =2.28 d2 =31.4 取d2=32，將此軸做成花鍵軸。則軸,N= =2.33 d1 =25.7 取d1=26，將此軸做成花鍵軸并取d1=30。3.2確定主軸軸頸直徑由表3查得機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書：主軸前軸頸=70mm，后軸頸=（0.7-0.85），取=50mm。3.3初步計(jì)算齒輪模數(shù)初步計(jì)算齒輪模數(shù)時(shí),按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行.一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù),選擇負(fù)荷最重的小齒輪進(jìn)行計(jì)算. 則 式中 - 按接觸疲勞強(qiáng)度估算的齒輪模數(shù)（mm）; - 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（mm）; - 被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min)； - 大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比, u1,外嚙合為+,內(nèi)嚙合為-; - 齒輪齒數(shù); -齒寬系數(shù), =610,B為齒寬,m為模數(shù)，本設(shè)計(jì)中取8； -許用接觸應(yīng)力(),查表3-9，取45鋼，整淬，=1100。 則C傳動(dòng)組， =4.3 取=4.5。則B傳動(dòng)組=2.58 取=3。則A傳動(dòng)組， =1.27 取=1.5。4.驗(yàn)算主要零件4.1計(jì)算和選定三角膠帶傳動(dòng) 確定計(jì)算功率由表8-6查得工作情況系數(shù)KA=1.1,故: Kw=3.3Kw 選取V帶型號 根據(jù)、n1由圖8-8確定選用Z型普通V帶。 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由表8-3和表8-7取主動(dòng)基準(zhǔn)直徑。 根據(jù)式（8-15），從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 根據(jù)表8-7，取。 按式（8-20）驗(yàn)算帶的速度 25 帶的速度合適。 確定窄V帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距 根據(jù),初步確定中心距。 根據(jù)式（8-20）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度 由表8-2選帶的基準(zhǔn)長度。 按式（8-21）計(jì)算實(shí)際中心距a 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角1 由式（8-6）得： 主動(dòng)輪上的包角合適。 計(jì)算窄V帶的根數(shù)z由式（8-22）知 由n1=1420r/min、dd1=100mm、i=1420/500，查表8-5c和表8-5d得： 查表8-8得，查表8-2得則： 取z=2根。 計(jì)算預(yù)緊力F0由式(8-23)知 查表8-4得q=0.1kg/m，故： 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 由式（8-4）得 4.2計(jì)算圓柱齒輪的強(qiáng)度驗(yàn)算變速箱中齒輪強(qiáng)度,應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪,進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗(yàn)算。一般對高速運(yùn)動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力，對低速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為： 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為： 式中：齒輪傳遞的功率（KW），( ) 電動(dòng)機(jī)的額定功率（KW）； 從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算齒輪的機(jī)械效率； 齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）; m初算的齒輪模數(shù)； B齒寬（mm）; Z小齒輪齒數(shù)； u大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合； 壽命系數(shù)； KT工作期限系數(shù)：KT=m 60n1T/C0 T齒輪在機(jī)床工作期限（Ts）內(nèi)的總工作時(shí)間（h），對于中型機(jī)床的齒輪取Ts=1500020000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為T=Ts/P,Po 變速組的傳動(dòng)副數(shù)； n1齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）; C0基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，查表3-1； m疲勞曲線指數(shù)，查表3-1； 速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2； 功率利用系數(shù)，查表3-3； 材料強(qiáng)化系數(shù)，查表3-4； 的極限值，見表3-5，當(dāng)時(shí)，則?。划?dāng)時(shí)，則??； 工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)，取K1=1.21.6； 動(dòng)載荷系數(shù)，查表3-6； 齒向載荷分布系數(shù)，查表3-7； 標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8； 許用接觸應(yīng)力（），查表3-9； 許用彎曲應(yīng)力（），查表3-9。 本設(shè)計(jì)對傳動(dòng)組C20/80只需計(jì)算Z=20的齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速為200r/min，應(yīng)驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力。 80/20中只需計(jì)算Z=20計(jì)算轉(zhuǎn)速為125r/min。應(yīng)驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。查得： =200r/min m=4 B=38 Z=20 u=4.5 = 1.75 K1=1.2 K2=1.3 K3=1 故： =763.5<1100所以合格。 (N=1.62 K1=1.2 K2=1.3 K3=1)故合格 因驗(yàn)算變速箱中齒輪強(qiáng)度選模數(shù)相同承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算 故，對于m=2時(shí)，需驗(yàn)算Z=22時(shí)齒輪的接觸應(yīng)力彎曲應(yīng)力=500r/min 齒面接觸應(yīng)力： 故不合格?，F(xiàn)將模數(shù)增大，m=2.5 則： 合格 齒根彎曲應(yīng)力： 故合格。4.3 驗(yàn)算傳動(dòng)軸強(qiáng)度驗(yàn)算、彎曲剛度驗(yàn)算受力分析：以軸為例進(jìn)行分析，軸上的齒輪為滑移齒輪。通常，選擇主軸處于計(jì)算轉(zhuǎn)速（200r/min）時(shí)齒輪的嚙合位置為計(jì)算時(shí)的位置。根據(jù)本機(jī)床齒輪排列特點(diǎn)，主軸為250r/min時(shí)，軸受力變形大于前者，故采用此時(shí)的齒輪位置為計(jì)算位置。受力分析如下圖所示： 圖4受力分析圖圖4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)30）上所受的切向力Ft2，徑向力Fr2的合力。各傳動(dòng)力空間角度如圖5所示，根據(jù)下表的公式計(jì)算齒輪的受力。圖5 各傳動(dòng)力空間角度表1 齒輪的受力計(jì)算傳遞功率P(kw)轉(zhuǎn)速nr/(min)傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩TN(mm)齒輪壓力角齒面摩擦角齒輪Z4齒輪Z9切向力Ft1NF1在X軸投影Fz1NF1在Z軸投影Fz1N分度圓直徑d1mm切向力Ft2NF1在X軸投影Fz2NF1在Z軸投影Fz2N分度圓直徑d2Mm2.2500 57603.2206-11040.7-1140.7585.31201052.21052.2-610.775撓度、傾角的計(jì)算：分別計(jì)算出各平面撓度、傾角，然后進(jìn)行合成。如下圖所示：其中a=120, b=156, c=150, f=126, l=276, n=159.35, 圖6 撓度、傾角合成XOY平面內(nèi)撓度： 代入數(shù)據(jù)，求得 ZOY平面內(nèi)撓度： 代入數(shù)據(jù)，求得 撓度的合成：，符合要求。 左支撐傾角計(jì)算和分析：XOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得ZOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得傾角的合成：，符合要求；右支承傾角計(jì)算和分析： XOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得ZOY平面力作用下的傾角：代入數(shù)據(jù)，解得傾角的合成：，符合要求。鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算： 表2 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算計(jì)算公式最大轉(zhuǎn)矩花鍵軸小徑花鍵軸大徑花鍵數(shù)載荷系數(shù)工作長度許用應(yīng)力許用應(yīng)力結(jié)論72580263060.8176301.39合格 4.4 驗(yàn)算滾動(dòng)軸承根據(jù)前面所示的軸受力狀態(tài)，分別計(jì)算出左（A）、右（B）兩支承端支反力。在XOY平面內(nèi)： 在ZOY平面內(nèi)： 左、端支反力為： 兩支承軸承受力狀態(tài)相同，但右端受力大，所以只驗(yàn)算右端軸承。滾動(dòng)軸承的疲勞壽命驗(yàn)算： 其中：額定動(dòng)載荷：C=11000N，機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊； 速度系數(shù)：； 使用系數(shù)：； 功率利用系數(shù)：，表3-3床設(shè)計(jì)制導(dǎo)；轉(zhuǎn)速變化系數(shù)：，表3-2； 齒輪輪換工作系數(shù)： 當(dāng)量動(dòng)載荷：F=142.3N，已計(jì)算求得； 許用壽命：T，一般機(jī)床取10000-15000h； 壽命指數(shù)：。 則額定壽命： 經(jīng)驗(yàn)算符合要求。5.設(shè)計(jì)感想通過自己的努力和老師同學(xué)的幫助，我完成了機(jī)床課程設(shè)計(jì)。在剛開始設(shè)計(jì)時(shí)，我遇到了很多困難，曾經(jīng)想過退縮，但是在老師同學(xué)的鼓勵(lì)下，我堅(jiān)持了下來，最終完成了這次任務(wù)。通過這個(gè)設(shè)計(jì)過程，我的CAD水平有很大提高，機(jī)械制圖的知識也得到了鞏固。 我發(fā)現(xiàn)我現(xiàn)在的水平距離一個(gè)優(yōu)秀的機(jī)械專業(yè)大學(xué)畢業(yè)生還有很大差距，在將來的一段時(shí)期，我必須加倍努力，迎頭趕上，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。6.參考文獻(xiàn)1 陳易新主編. 機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，19812 范云漲、陳兆年主編.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊.機(jī)械工業(yè)出版社，19943 李洪主編. 機(jī)械制造工藝、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo). 東北工學(xué)院出版社，19894 任殿閣 、張佩勤主編. 機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo). 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，19915 吳宗澤、羅圣國主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊.高等教育出版社，1992 6 戴曙主編. 金屬切削機(jī)床. 機(jī)械工業(yè)出版社，19937 上海紡織工學(xué)院等主編. 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，197918