普通銑床主軸箱設計

普通銑床主軸箱設計,1.5,KW,普通,銑床,主軸,設計 設 計 任 務 書 1．設計目的： 通過本課程設計的訓練，使學生初步掌握機床的運動設計（包括主軸箱、變速箱傳動鏈），動力計算（包括確定電機型號，主軸、傳動軸、齒輪的計算轉速），以及關鍵零部件的強度校核，獲得工程師必備設計能力的初步訓練。同時鞏固《金屬切削機床》課程的基本理論和基本知識。 1）運用所學的理論及實踐知識，進行機床設計的初步訓練，培養(yǎng)學生的綜合設計能力； 2）掌握機床設計（主軸箱或變速箱）的方法和步驟； 3）掌握設計的基本技能，具備查閱和運用標準、手冊、圖冊等有關技術資料的能力； 4）基本掌握繪圖和編寫技術文件的能力 2．設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）： 1）機床的類型、用途及主要參數 銑床，工作時間：二班制，電動機功率：，主軸最高、最低轉速如下： ， 變速級數：z=12。 2）工件材料：45號鋼 刀具材料：YT15 3）設計部件名稱：主軸箱 3）設計工作任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕： 設計任務 1）運動設計：根據所給定的轉速范圍及變速級數，，確定公比，繪制結構網、轉速圖、計算齒輪齒數。 2）動力計算：選擇電動機型號及轉速，確定傳動件的計算轉速、對主要零件（如皮帶、齒輪、主軸、軸承等）進行計算（初算和驗算）。 設計工作量要求： 1）主軸箱展開圖、剖面圖各一張； 2）齒輪零件圖一張； 3）機床傳動系統(tǒng)圖一張； 4）編寫課程設計說明書一份。（A4>15頁） 課 程 設 計 任 務 書 4．主要參考文獻： 1）王愛玲.現(xiàn)代數控機床結構與設計.?北京:?兵器工業(yè)出版社,?1999.9 2）陳易新.金屬切削機床課程設計指導書. 哈爾濱工業(yè)大學 ,1987.7 3）戴曙.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，2007.8 4）范云漲.金屬切削機床設計簡明手冊. 北京:?機械工業(yè)出版社,1994.7 5．設計成果形式及要求： 主傳動系統(tǒng)裝配圖、剖面圖各一份； 主軸零件圖一張； 課程設計說明書一份。 6．工作計劃及進度： 2009年 12月21日 資料查閱階段 12月22日~12月26日 分析、設計、繪圖、編寫說明書 12月27日 答辯 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日 目 錄 1.題目要求及參數確定-------------------------------------------2 1.1設計要求--------------------------------------------------------------------2 1.2運動參數確定-------------------------------------------------------------2 1.3動力參數的確定------------------------------------------------------------2 2.運動設計 ------------------------------------------------------ 2 2.1傳動組的傳動副數的確定--------------------------------------2 2.2結構網和結構式各種方案的選擇-------------------------------3 2.3擬定轉速圖----------------------------------------------------4 2.4齒輪齒數確定--------------------------------------------------5 2.5傳動系統(tǒng)圖----------------------------------------------------5 3.傳動零件的初步計算---------------------------------------------6 3.1傳動軸直徑初定------------------------------------------------6 3.2齒輪模數的初步計算-------------------------------------------7 4.主要零件的驗算-------------------------------------------------8 4.1三角膠帶傳動的計算和選定------------------------------------8 4.2圓柱齒輪的強度計算------------------------------------------10 4.3傳動軸的驗算、強度驗算、彎曲剛度驗算---------------------14 4.4 滾動軸承的驗算----------------------------------------------16 5.總結-----------------------------------------------------------------------------17 6.參考文獻-------------------------------------------------------18 1. 題目要求及參數確定 1.1設計要求 1）機床的類型、用途及主要參數 銑床，工作時間：二班制，電動機功率：，主軸最高、最低轉速如下： ， 變速級數：z=12。 2）工件材料：45號鋼 刀具材料：YT15 3）設計部件名稱：主軸箱 1.2運動參數確定 回轉主運動的機床，主運動的參數是主軸轉速。 ① 最低轉速和最高轉速：=100rpm =1250rpm ② 分級變速時的主軸轉速數列：機床的分級變速機構共有Z級。Z=12， 。任意兩級轉速之間的關系應為： 據=φ11，得：φ=1.26。查表得：各軸轉速：100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250。 1.3動力參數的確定 由任務書設定電動機功率：N=1.5KW。查表得應該選擇Y系列三相異步電動機電動機的型號為Y90L-4，轉速為n=1400rpm。 2.運動設計 2.1 傳動組的傳動副數的確定 傳動組和傳動副數可能的方案有： 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，前兩個有時可以省掉一根軸。缺點是有一個傳動組內有四個傳動副。如果用一個四聯(lián)滑移齒輪，則會增加軸向尺寸；如果用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機構必須互鎖以防止兩個滑移齒輪同時嚙合。所以一般少用。 后三個方案中可根據下述原則比較：從電動機到主軸，一般為降速傳動。接近電動機處的零件，轉速較高，從而轉矩較小，尺寸也就較小。如使傳動副較多 的傳動組放在接近電動機處，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。從這個角度考慮，以取12=3*2*2的方案為好。 2.2 結構網和結構式各種方案的選擇 在12=3*2*2中，又因基本組和擴大組排列順序的不同而有不同的方案?？赡艿牧N方案，其結構網和結構式見圖1。在這些方案中，可根據下列原則選擇最佳方案。 圖1結構網 ⑴傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍 主傳動鏈任一傳動的最大變速范圍一般為：≤8～16。 在檢查傳動組的變速范圍時，只需檢查最后一個擴大組。因為其它傳動組的變速范圍都比它小。 　在圖１中，方案a,b,c,e是可行的。方案d,f是不可行的。 ⑵　基本組和擴大組的排列順序　　在可靠的四種結構網方案a,b,c,e中，還要進行比較以選擇最佳方案。原則是選擇中間傳動軸變速范圍最小的方案。因為如果各方案同號傳動軸的最高轉速相同，則變速范圍小的，最低轉速較高，轉矩較小，傳動件的尺寸也就可以小些。方案a的中間傳動軸變速范圍最小，幫方案a最佳。即如果沒有別的要求，則應盡量使擴大順序與傳動順序一致。 2.3 擬定轉速圖 電動機和主軸的轉速是已定的，當選定了結構網或結構式后，就可分配和傳動級的傳動比并確定中間軸的轉速。再加上定比傳動，就可畫出轉速圖。中間軸的轉速如果能高一些，傳動件的尺寸也就可以小一些。但是，中間軸如果轉速過高，將會引起過大的振動、發(fā)熱和噪聲。通常，希望齒輪的線速度不超過12～15m/s。對于中型車、鉆、銑等機床，中間軸的最高轉速不宜超過電動機的轉速。對于小型機床和精密機床，由于功率較小，傳動件不會過大。這時振動、發(fā)熱和噪聲是應該考慮的問題。因些更應該注意中間軸的轉速，不使過高。 圖2轉速圖 本機床所選定的結構式共有三個傳動組，變速機構共需4軸。加上電動機軸共5個軸。故轉速圖共需5個豎線，主軸共12級轉速，電動機軸轉速與主軸最高轉速相近，幫需12條橫線?，F(xiàn)擬定轉速圖如：圖2 2.4 齒輪齒數的確定 因傳動比i采用標準公比的整數次方，齒數和S以及小齒輪齒數可以從表8-1中查得。①在傳動組a中，ia1=1,ia2=1/1.26,ia3=1/1.59。則，查I 為1，1.26，1.59的三行。有數字的即為可能方案。取S為68，則從表中查出小齒輪齒數為34、30、27。即ia1=34/34,ia2=30/38,ia3=27/41。②在傳動組b中，ib1=1,ib2=1/2則查I 為1，2的兩行。有數字的即為可能方案。取S為72，則從表中查出小齒輪齒數為36、24。即ib1=36/36,ib2=24/48。③在傳動組c中，ic1=1.59/1,ic2=1/2.5則查I 為4這一行。取S為78，則從表中查出小齒輪齒數為31、22。即ic1=47/31,ic2=22/56。 2.5 傳動系統(tǒng)圖的確定 圖3傳動系統(tǒng)圖 3.傳動零件的初步計算 3.1傳動軸直徑的初定 根據傳動軸傳遞功率的大小,用簡化的扭轉剛度公式計算:d≥ () 式中 -傳動軸受扭部分直徑(mm) -該軸傳遞的功率(kw) -電動機的功率(kw) η -電動機到該傳動軸的傳動效率 -被估算的傳動軸的計算轉速(r/min) [Φ]-該傳動軸每米長度允許扭轉角(deg/m)一般傳動軸取[Φ]=0.5～1 本設計取0.8 則軸d≥ 取d4=32 取d3=22 取d2=18 取d1=16 3.2齒輪模數的初步計算 初步計算齒輪模數時,按簡化的接觸疲勞強度公式進行.一般同一變速組中的齒輪取同一模數,選擇負荷最重的小齒輪進行計算. 則 式中 - 按接觸疲勞強度估算的齒輪模數（mm）; - 驅動電動機功率（mm）; - 被估算齒輪的計算轉速(r/min)； - 大齒輪與小齒輪齒數之比, u＞1,外嚙合為+,內嚙合為-; - 齒輪齒數; -齒寬系數, =6～10,B為齒寬,m為模數，本設計中取8； [σ]-許用接觸應力(),查表3-9，取45鋼，整淬，σ=1100。 則C傳動組取=3。 則B傳動組取=3。 則A傳動組取=3。 4.主要零件的驗算 4.1三角膠帶傳動的計算和選定 ① 確定計算功率 由表8-6[5]查得工作情況系數KA=1.2,故: Kw=1.8Kw ② 選取V帶型號 根據、n1由圖8-8[5]確定選用A型普通V帶。 ③ 確定帶輪基準直徑 由表8-3[5]和表8-7[5]取主動基準直徑。 根據式（8-15），從動輪基準直徑 根據表8-7[5]，取=169。 按式（8-20）驗算帶的速度 帶的速度合適。 ④ 確定A帶的基準長度和傳動中心距 根據＜＜,初步確定中心距。 根據式（8-20）計算帶所需的基準長度 由表8-2選帶的基準長度。 按式（8-21）計算實際中心距a ⑤ 驗算主動輪上的包角α1 由式（8-6）得： 主動輪上的包角合適。 ⑥ 計算A帶的根數z 計算單根V帶的額定功率 由dd1=100mm和n1=2880r/min，查表8-4a得=2.05kw。 根據n1=2880r/min,i=1.69和A型帶，查表8－4b得 查表8－5得＝0.98，表8－2得＝0.96，于是 ＝＝2.21 =1.63 取2 ⑦ 計算預緊力F0 由式(8-23)知 查表8-4得q=0.1kg/m，故： 計算作用在軸上的壓軸力 由式（8-4）得 4.2圓柱齒輪的強度計算 在驗算算速箱中的齒輪應力時，選相同模數中承受載荷最大，齒數最小的齒輪進接觸應力和彎曲應力的驗算。這里要驗算的是齒輪5，齒輪9，齒輪13這三個齒輪 齒輪13的齒數為22，模數為3，齒輪的接觸應力的驗算公式為： 彎曲應力的驗算公式為： 式中：——齒輪傳遞的功率（KW），( ) ——電動機的額定功率（KW）； η——從電動機到所計算齒輪的機械效率； ——齒輪的計算轉速（r/min）; m——初算的齒輪模數； B——齒寬（mm）; Z——小齒輪齒數； u——大齒輪與小齒輪齒數之比，u≥1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內嚙合； ——壽命系數； KT——工作期限系數：KT=m 60n1T/C0 T——齒輪在機床工作期限（Ts）內的總工作時間（h），對于中型機床的齒輪取Ts=15000～20000h，同一變速組內的齒輪總工作時間可近似地認為T=Ts/P,Po 變速組的傳動副數； n1——齒輪的最低轉速（r/min）; C0——基準循環(huán)次數，查表3-1； m——疲勞曲線指數，查表3-1； ——速度轉化系數，查表3-2； ——功率利用系數，查表3-3； ——材料強化系數，查表3-4； 的極限值，見表3-5，當時，則取；當時，則??； ——工作情況系數，中等沖擊的主運動，取K1=1.2～1.6； ——動載荷系數，查表3-6； ——齒向載荷分布系數，查表3-7； ——標準齒輪齒形系數，查表3-8； [] ——許用接觸應力（），查表3-9； [] ——許用彎曲應力（），查表3-9。 查得： =400r/min m=3 B=32 Z=20 u=2.5 = 1.75 K1=1.2 K2=1.3 K3=1 故： =881.5<1100 所以合格。 (N=1.62 K1=1.2 K2=1.3 K3=1) 故合格 另外兩齒輪計算方法如上，均符合要求。 4.3 傳動軸的驗算 受力分析：以IV軸為例進行分析，IV軸上的齒輪為滑移齒輪。通常，選擇主軸處于計算轉速（160r/min）時齒輪的嚙合位置為計算時的位置。根據本機床齒輪排列特點，主軸為160r/min時，IV軸受力變形大于前者。 強度驗算 軸的扭轉強度校核 P=2.6 n＝160rpm 外力偶矩M＝(9549X2.6/160)=155.2N·m T=M D=32mm 彎曲剛度驗算 各傳動力空間角度如圖5所示，根據下表的公式計算齒輪的受力。 圖5各傳動力空間角度 表1 齒輪的受力計算 傳遞功率 P (kw) 轉 速 n r/ (min) 傳動 轉矩 T N (mm) 齒輪壓力角 α° 齒面摩擦角 γ ° 齒輪Z4 齒輪Z9 切向力 Ft1 N F1 在 X 軸投影Fz1 N F1 在 Z 軸投影Fz1 N 分度圓直徑d1 mm 切向力 Ft2 N F1 在 X 軸投影Fz2 N F1 在 Z 軸投影Fz2 N 分度圓直徑d2 Mm 5.5 500 57603.2 20 6 -1200.1 -1200.1 585.3 120 1252.2 1252.2 -610.7 75 撓度、傾角的計算： 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 a=120, b=156, c=150, f=126, l=276, , n=159.35, 圖6各平面撓度、傾角合成 XOY平面內撓度： 代入數據，求得 ZOY平面內撓度： 代入數據，求得 撓度的合成：，符合要求。 左支撐傾角計算和分析： XOY平面力作用下的傾角： 代入數據，解得 ZOY平面力作用下的傾角： 代入數據，解得 傾角的合成：，符合要求； 右支承傾角計算和分析： XOY平面力作用下的傾角： 代入數據，解得 ZOY平面力作用下的傾角： 代入數據，解得 傾角的合成：，符合要求。 鍵側擠壓應力計算： 表2 鍵側擠壓應力計算 計算公式 最大轉矩 花鍵軸小徑 花鍵軸大徑 花鍵數 載荷系數 工作長度 許用應力 許用應力 結論 72580 26 30 6 0.8 176 30 1.39 合格 4.4 滾動軸承的驗算 根據前面所示的Ⅱ軸受力狀態(tài)，分別計算出左（A）、右（B）兩支承端支反力。 在XOY平面內： 在ZOY平面內： 左、端支反力為： 兩支承軸承受力狀態(tài)相同，但右端受力大，所以只驗算右端軸承。 滾動軸承的疲勞壽命驗算： 其中：額定動載荷：C=11000N，《機床設計簡明手冊》； 速度系數：； 使用系數：； 功率利用系數：，表3-3《床設計制導》； 轉速變化系數：，表3-2； 齒輪輪換工作系數： 當量動載荷：F=176.7N，已計算求得； 許用壽命：T，一般機床取10000-15000h； 壽命指數：。 則額定壽命： 經驗算符合要求。 5.總結 在課程設計當中，我也遇到了一些問題。設計過程也是培養(yǎng)我們認真細心的態(tài)度。 在此過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，使我加深了對大學所學課程理解，綜合應用，并得到進一步的鞏固，這對以后的學習和工作都有積極的意義。 總之，這次的課程設計讓我學到了很多東西  6.參考文獻 [1] 陳易新主編. 機床課程設計指導書. 哈爾濱工業(yè)大學，1981 [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 [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，1989 [4] 任殿閣 、張佩勤主編. 機床設計指導. 遼寧科學技術出版社，1991 [5] 吳宗澤、羅圣國主編.機械設計課程設計手冊.高等教育出版社，1992 [6] 戴曙主編. 金屬切削機床. 機械工業(yè)出版社，1993 [7] 上海紡織工學院等主編. 機床設計圖冊.上海科學技術出版社，1979 18