《金屬切削機(jī)床》課程設(shè)計(jì)-銑床主軸箱設(shè)計(jì)【完整圖紙】

中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2009/2010 學(xué)年第 一 學(xué)期全套圖紙，加153893706學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 課程設(shè)計(jì)題目： 銑床主軸箱設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 12 月21 日 12月27日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 系 主 任： 下達(dá)任務(wù)書日期: 2009年12月21日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1 設(shè)計(jì)目的：通過本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握機(jī)床的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（包括主軸箱、變速箱傳動(dòng)鏈），動(dòng)力計(jì)算（包括確定電機(jī)型號(hào)，主軸、傳動(dòng)軸、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速），以及關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核，獲得工程師必備設(shè)計(jì)能力的初步訓(xùn)練。同時(shí)鞏固金屬切削機(jī)床課程的基本理論和基本知識(shí)。（1） 運(yùn)用所學(xué)的理論及實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力； （2） 掌握機(jī)床設(shè)計(jì)（主軸箱或變速箱）的方法和步驟，包括參數(shù)擬定、傳動(dòng)設(shè)計(jì)、零件計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的能力；（3） 掌握設(shè)計(jì)的基本技能，具備查閱和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊、圖冊等有關(guān)技術(shù)資料的能力；（4） 基本掌握設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖和編寫技術(shù)文件的能力。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：（1）機(jī)床的類型、用途及主要參數(shù)銑床，工作時(shí)間：二班制，電動(dòng)機(jī)功率：，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下：，變速級(jí)數(shù)：z=12。（2）工件材料：45號(hào)鋼 刀具材料：YT15（3）設(shè)計(jì)部件名稱：主軸箱3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、圖紙、實(shí)物樣品等：（1）設(shè)計(jì)任務(wù)l 傳動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)所給定的轉(zhuǎn)速范圍及變速級(jí)數(shù)，繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、計(jì)算齒輪齒數(shù)；l 動(dòng)力計(jì)算：選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)及轉(zhuǎn)速，確定傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速、對(duì)主要零件（如皮帶、齒輪、主軸、軸承等）進(jìn)行計(jì)算（估算和驗(yàn)算）。（2）設(shè)計(jì)工作量要求：l 主軸箱展開圖、軸系剖視圖A0號(hào)圖紙1張；l 主要零件工作圖A3號(hào)圖紙1張；l 編寫詳實(shí)課程設(shè)計(jì)說明書一份。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：1 曹金榜，易錫麟. 機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)M,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987.52 陳易新.金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1987.73 范云漲.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1994.7 4 任殿閣.機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.遼寧:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1991.15 翁世修.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.上海:上海交通大學(xué),1987.86 上海紡織工學(xué)院,哈爾濱工業(yè)大學(xué),天津大學(xué)主編,機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊M, 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1979.67 戴曙.金屬切削機(jī)床M,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.35設(shè)計(jì)成果形式及要求：（1） 車床主軸箱展開圖、軸系剖視圖A0號(hào)圖紙1張；（2） 主要零件工作圖A3號(hào)圖紙1張； （3） 課程設(shè)計(jì)說明書一份。6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2009年12月21-22日 明確課程設(shè)計(jì)的目的和要求,查閱相關(guān)資料,傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)12月 23日 結(jié)構(gòu)分析與選擇,計(jì)算主要部件 12 月24-25日 繪制主軸箱展開圖,傳動(dòng)件驗(yàn)算,繪制主要零件工作圖,編制設(shè)計(jì)說明書 12月26日 課程設(shè)計(jì)答辯 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄1. 機(jī)床參數(shù)確定52. 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)52.1傳動(dòng)組、傳動(dòng)副地確定52.2結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇62.3擬定轉(zhuǎn)速圖72.4齒輪齒數(shù)確定82.5傳動(dòng)系統(tǒng)圖92.6軸、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速93.傳動(dòng)零件的初步計(jì)算113.1傳動(dòng)軸直徑初定113.2主軸軸頸直徑的確定113.3齒輪模數(shù)的初步計(jì)算114.主要零件的驗(yàn)算124.1三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定124.2圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算134.3傳動(dòng)軸的驗(yàn)算164.4 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算19設(shè)計(jì)感想20參考文獻(xiàn)201. 機(jī)床參數(shù)確定：運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)的參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。其數(shù)列的公比應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)的公比值，取公比=1.26。主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)： 式中Rn為主軸變速范圍：。機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的變速組大多采用雙聯(lián)齒輪或三聯(lián)齒輪，因此轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)宜為2、3因子的乘積，即為宜，其中m、n為正整數(shù)。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)設(shè)計(jì)2.1 傳動(dòng)組、傳動(dòng)副的確定：實(shí)現(xiàn)12級(jí)主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以寫成多種傳動(dòng)副組合：1） 2） 3）4） 5）方案1）、2）可以省一根傳動(dòng)軸，但是其中一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副，果增大了該軸的軸向尺寸這種方案不宜采用。根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目分配應(yīng)該“前多后少”的原則，取方案3）較合適。2.2 結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇：在的傳動(dòng)副組合中，其傳動(dòng)副的擴(kuò)大順序又有以下六種形式：1） 2） 3）4） 5） 6）根據(jù)級(jí)比指數(shù)分配要“前密后疏”的原則，即傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致，應(yīng)選用，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖所示：圖一 檢驗(yàn)最大擴(kuò)大組的變速范圍：，符合設(shè)計(jì)原則要求。2.3 擬定轉(zhuǎn)速圖：上述所選定的結(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)共5軸，故轉(zhuǎn)速圖需5條豎線，如下圖所示。主軸共12速，電動(dòng)機(jī)軸與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，故需12條橫線。中間各軸的轉(zhuǎn)速可以從電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)速。 圖二 傳動(dòng)組c的變速范圍為，可知兩個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為： 這樣就確定了軸的六種轉(zhuǎn)速只有一種可能，即為：315、400、500、630、800、1000r/min。隨后決定軸的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)組b的級(jí)比指數(shù)為3，在傳動(dòng)比極限范圍內(nèi)，軸的最高轉(zhuǎn)速可為：630、800、1000r/min，最底轉(zhuǎn)速可為：315、400、500 r/min。為了避免升速，又不能使傳動(dòng)比太小，可?。?，。軸的轉(zhuǎn)速確定為500、630、800 r/min。同理，對(duì)于軸，可取：，。軸的轉(zhuǎn)速：800 r/min。電動(dòng)機(jī)軸與軸之間為帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比接近。補(bǔ)足各連線，得到如下所示轉(zhuǎn)速圖： 圖三2.4 齒輪齒數(shù)確定 利用查表法求出各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù)：表一：各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù)變速組第一變速組第二變速組第三變速組齒數(shù)和869298齒輪齒數(shù)3353384843433161464628706038 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差，主軸各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速值用下式計(jì)算：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(dòng)比。表二：轉(zhuǎn)速誤差表主軸轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min125160200250315400500630800100012501600實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min126.2159.4195.3248.3313.6391.7498629.1770.89801237.91584.5轉(zhuǎn)速誤差0.960.382.350.680.552.10.40.43.652.00.970.97 轉(zhuǎn)速誤差用主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差的絕對(duì)值表示：，計(jì)算值如表二。2.5 傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖四所示：2.6 軸、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸：根據(jù)教材表8-2，中型機(jī)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(jí)轉(zhuǎn)速，即為；各傳動(dòng)軸：軸可從主軸為250r/min按28/70的傳動(dòng)副找上去，似應(yīng)為630r/min，但由于軸上的最底轉(zhuǎn)速315r/min經(jīng)傳動(dòng)組c可使主軸得到125和500r/min兩種轉(zhuǎn)速，500r/min 圖4 要傳遞全部功率，所以軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)為315r/min。軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速可按的傳動(dòng)副b推上去，得630 r/min；同理軸為1000r/min。各齒輪：傳動(dòng)組c中，28/70只需計(jì)算z=28的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為630 r/min；60/38只需計(jì)算z=38，；z=28和z=38兩個(gè)齒輪哪一個(gè)的應(yīng)力更大一些，較難判斷，可同時(shí)計(jì)算，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b應(yīng)計(jì)算z=31，；傳動(dòng)組a應(yīng)計(jì)算z=33，。3. 傳動(dòng)零件的初步計(jì)算：3.1 傳動(dòng)軸直徑初定按扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算：式中，d-傳動(dòng)軸直徑（mm）； -該軸傳遞的額定扭矩（Nmm）； N-該軸傳遞的功率（Kw）； -該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（rpm）； -該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角（deg/m），取=0.8。軸：軸：軸：3.2 主軸軸頸直徑的確定 由表3查得機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書：主軸前軸頸=60mm，后軸頸=（0.7-0.85）=42-51mm，取=45mm。3.3 齒輪模數(shù)的初步計(jì)算 一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行初算： 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（Kw）； -被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 （r/min）； -大小齒輪齒數(shù)之比，-小齒輪齒數(shù)； -齒寬系數(shù)，6-10，B為齒寬，m為模數(shù)，取8； -許用接觸應(yīng)力，查表26取。 傳動(dòng)組b：31/61 傳動(dòng)組a：33/53 傳動(dòng)組c：28/70 4. 主要零件的驗(yàn)算4.1 三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定 確定計(jì)算功率：，選擇B型三角帶； 確定帶輪直徑、，由表11機(jī)床設(shè)計(jì)制導(dǎo)書查得： =140mm， 計(jì)算膠帶轉(zhuǎn)速： 初定中心距： 根據(jù)機(jī)床的布局及結(jié)構(gòu)方案選 計(jì)算膠帶的長度： 選標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算長度 ，作為標(biāo)記的三角膠帶的內(nèi)周長度。 計(jì)算膠帶的彎曲次數(shù)： 式中，m-帶輪的個(gè)數(shù)計(jì)算實(shí)際中心距：，其中，代入上式中，得 定小帶輪的包角： 確定三角膠帶的根數(shù)：，式中：單根三角膠帶能傳遞的功率（Kw），由表13查得=2.23；-帶輪包角系數(shù)，由表13查得=0.98； 則，取2。4.2 圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算： 驗(yàn)算變速箱中齒輪強(qiáng)度應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力計(jì)算，一般對(duì)高速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力，對(duì)低速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力，對(duì)硬齒面軟齒心滲碳淬火的齒輪要驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式： 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式： 表三傳動(dòng)組第一傳動(dòng)組第二傳動(dòng)組第三傳動(dòng)組齒輪傳遞功率N3.763.803.84齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速6306301000齒輪的模數(shù)m 222齒寬B161616小齒輪數(shù)Z283133大齒輪與小齒輪齒數(shù)比u70/2861/3153/33壽命系數(shù)接觸疲勞0.670.860.83彎曲疲勞0.900.900.90速度轉(zhuǎn)化系數(shù)接觸疲勞0.950.850.72彎曲疲勞0.930.930.90功率利用系數(shù)接觸疲勞0.580.580.58彎曲疲勞0.780.780.78材料利用系數(shù)接觸疲勞0.700.730.76彎曲疲勞0.720.750.77工作情況系數(shù)1.21.21.2動(dòng)載荷系數(shù)1.21.21.2齒向載荷分布系數(shù)111.05齒形系數(shù)Y0.4380.4440.454其中壽命系數(shù) 工作期限系數(shù) T-齒輪在機(jī)床工作期限內(nèi)的總工作時(shí)間h ，對(duì)于中型機(jī)床的齒輪取 ，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為，P為該變速組的傳動(dòng)副數(shù)。；的極限值、，當(dāng)時(shí)，則??；當(dāng)時(shí)，??；-許用接觸應(yīng)力（），查表3-9，=1100；-許用彎曲應(yīng)力（），查表3-9，=320。代入公式，得傳動(dòng)組c： 傳動(dòng)組b：傳動(dòng)組c：4.3 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算強(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5 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。各傳動(dòng)力空間角度如圖6所示，根據(jù)下表的公式計(jì)算齒輪的受力。圖6 表4 齒輪的受力計(jì)算傳遞功率Pkw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d2Mm380630 57603.2206-1200.1-1200.1585.3961252.21252.2-610.792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7xoy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： 表五計(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72580283480.8176301.39合格4.4 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算根據(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=176.7N，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。設(shè)計(jì)感想時(shí)光如梭，短短的兩周課程設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，設(shè)計(jì)的過程讓我學(xué)到了不少東西：首先學(xué)會(huì)了檢索文獻(xiàn)、資料的過程，而且清楚了一般機(jī)床的結(jié)構(gòu)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。雖然在設(shè)計(jì)過程中遇到了不少的困難，但是都在指導(dǎo)老師的耐心指點(diǎn)和同學(xué)的共同探討下克服了。由于時(shí)間比較倉促，水平有限，設(shè)計(jì)中難免存在一些缺陷與不足，望老師在審閱過程中批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1 曹金榜，易錫麟. 機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)M,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987.52 陳易新.金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1987.73 范云漲.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1994.7 4 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 翁世修.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.上海:上海交通大學(xué),1987.86 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，197920