普通銑床主軸箱設(shè)計

普通銑床主軸箱設(shè)計,1.5,KW,普通,銑床,主軸,設(shè)計 設(shè) 計 任 務(wù) 書 1．設(shè)計目的： 通過本課程設(shè)計的訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握機床的運動設(shè)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(zhuǎn)速），以及關(guān)鍵零部件的強度校核，獲得工程師必備設(shè)計能力的初步訓(xùn)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(xué)的理論及實踐知識，進行機床設(shè)計的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力； 2）掌握機床設(shè)計（主軸箱或變速箱）的方法和步驟； 3）掌握設(shè)計的基本技能，具備查閱和運用標(biāo)準(zhǔn)、手冊、圖冊等有關(guān)技術(shù)資料的能力； 4）基本掌握繪圖和編寫技術(shù)文件的能力 2．設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）： 1）機床的類型、用途及主要參數(shù) 銑床，工作時間：二班制，電動機功率：，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下： ， 變速級數(shù)：z=12。 2）工件材料：45號鋼 刀具材料：YT15 3）設(shè)計部件名稱：主軸箱 3）設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕： 設(shè)計任務(wù) 1）運動設(shè)計：根據(jù)所給定的轉(zhuǎn)速范圍及變速級數(shù)，，確定公比，繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、計算齒輪齒數(shù)。 2）動力計算：選擇電動機型號及轉(zhuǎn)速，確定傳動件的計算轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)計說明書一份。（A4>15頁） 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書 4．主要參考文獻： 1）王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與設(shè)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(shè)計指導(dǎo)書. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) ,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(shè)計簡明手冊. 北京:?機械工業(yè)出版社,1994.7 5．設(shè)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(shè)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(shè)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(shù)確定-------------------------------------------2 1.1設(shè)計要求--------------------------------------------------------------------2 1.2運動參數(shù)確定-------------------------------------------------------------2 1.3動力參數(shù)的確定------------------------------------------------------------2 2.運動設(shè)計 ------------------------------------------------------ 2 2.1傳動組的傳動副數(shù)的確定--------------------------------------2 2.2結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇-------------------------------3 2.3擬定轉(zhuǎn)速圖----------------------------------------------------4 2.4齒輪齒數(shù)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(shù)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(jié)-----------------------------------------------------------------------------17 6.參考文獻-------------------------------------------------------18 1. 題目要求及參數(shù)確定 1.1設(shè)計要求 1）機床的類型、用途及主要參數(shù) 銑床，工作時間：二班制，電動機功率：，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下： ， 變速級數(shù)：z=12。 2）工件材料：45號鋼 刀具材料：YT15 3）設(shè)計部件名稱：主軸箱 1.2運動參數(shù)確定 回轉(zhuǎn)主運動的機床，主運動的參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。 ① 最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速：=100rpm =1250rpm ② 分級變速時的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列：機床的分級變速機構(gòu)共有Z級。Z=12， 。任意兩級轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系應(yīng)為： 據(jù)=φ11，得：φ=1.26。查表得：各軸轉(zhuǎn)速：100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250。 1.3動力參數(shù)的確定 由任務(wù)書設(shè)定電動機功率：N=1.5KW。查表得應(yīng)該選擇Y系列三相異步電動機電動機的型號為Y90L-4，轉(zhuǎn)速為n=1400rpm。 2.運動設(shè)計 2.1 傳動組的傳動副數(shù)的確定 傳動組和傳動副數(shù)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(nèi)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(gòu)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(jù)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(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(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) 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(jié)構(gòu)網(wǎng)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(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(yīng)盡量使擴大順序與傳動順序一致。 2.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 電動機和主軸的轉(zhuǎn)速是已定的，當(dāng)選定了結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式后，就可分配和傳動級的傳動比并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。再加上定比傳動，就可畫出轉(zhuǎn)速圖。中間軸的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速不宜超過電動機的轉(zhuǎn)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(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 本機床所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個傳動組，變速機構(gòu)共需4軸。加上電動機軸共5個軸。故轉(zhuǎn)速圖共需5個豎線，主軸共12級轉(zhuǎn)速，電動機軸轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，幫需12條橫線?，F(xiàn)擬定轉(zhuǎn)速圖如：圖2 2.4 齒輪齒數(shù)的確定 因傳動比i采用標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方，齒數(shù)和S以及小齒輪齒數(shù)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(shù)字的即為可能方案。取S為68，則從表中查出小齒輪齒數(shù)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(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、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(shù)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(jù)傳動軸傳遞功率的大小,用簡化的扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速(r/min) [Φ]-該傳動軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角(deg/m)一般傳動軸取[Φ]=0.5～1 本設(shè)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(shù)的初步計算 初步計算齒輪模數(shù)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(shù),選擇負(fù)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(shù)（mm）; - 驅(qū)動電動機功率（mm）; - 被估算齒輪的計算轉(zhuǎn)速(r/min)； - 大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比, u＞1,外嚙合為+,內(nèi)嚙合為-; - 齒輪齒數(shù); -齒寬系數(shù), =6～10,B為齒寬,m為模數(shù)，本設(shè)計中取8； [σ]-許用接觸應(yīng)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(shù)KA=1.2,故: Kw=1.8Kw ② 選取V帶型號 根據(jù)、n1由圖8-8[5]確定選用A型普通V帶。 ③ 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由表8-3[5]和表8-7[5]取主動基準(zhǔn)直徑。 根據(jù)式（8-15），從動輪基準(zhǔn)直徑 根據(jù)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(zhǔn)長度和傳動中心距 根據(jù)＜＜,初步確定中心距。 根據(jù)式（8-20）計算帶所需的基準(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(shù)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(jù)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(yù)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(yīng)力時，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)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(shù)為22，模數(shù)為3，齒輪的接觸應(yīng)力的驗算公式為： 彎曲應(yīng)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(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，u≥1，“+”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——齒輪在機床工作期限（Ts）內(nèi)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(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為T=Ts/P,Po 變速組的傳動副數(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； ——材料強化系數(shù)，查表3-4； 的極限值，見表3-5，當(dāng)時，則取；當(dāng)時，則??； ——工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取K1=1.2～1.6； ——動載荷系數(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。 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(zhuǎn)速（160r/min）時齒輪的嚙合位置為計算時的位置。根據(jù)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(zhuǎn)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(jù)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(zhuǎn) 速 n r/ (min) 傳動 轉(zhuǎn)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(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)力計算： 表2 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計算 計算公式 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 72580 26 30 6 0.8 176 30 1.39 合格 4.4 滾動軸承的驗算 根據(jù)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(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(shè)計簡明手冊》； 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(shù)：。 則額定壽命： 經(jīng)驗算符合要求。 5.總結(jié) 在課程設(shè)計當(dāng)中，我也遇到了一些問題。設(shè)計過程也是培養(yǎng)我們認(rèn)真細(xì)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(xué)所學(xué)課程理解，綜合應(yīng)用，并得到進一步的鞏固，這對以后的學(xué)習(xí)和工作都有積極的意義。 總之，這次的課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多東西  6.參考文獻 [1] 陳易新主編. 機床課程設(shè)計指導(dǎo)書. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1981 [2] 范云漲、陳兆年主編.金屬切削機床設(shè)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(shè)計指導(dǎo). 東北工學(xué)院出版社，1989 [4] 任殿閣 、張佩勤主編. 機床設(shè)計指導(dǎo). 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1991 [5] 吳宗澤、羅圣國主編.機械設(shè)計課程設(shè)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(xué)院等主編. 機床設(shè)計圖冊.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979 18