机械制造装备设计课程设计.doc

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安徽航空航天大学机械制造装备设计课 程 设 计姓 名: 班 级: 学 号: 指导老师: 目 录一、前 言 3二、运动设计1.确定各运动参数 4 2. 确定结构式 53. 确定转速图 64.确定齿轮齿数85.带传动的设计(V型) 96.计算转速 117.验算主轴的转速误差 118.传动系统图的绘制 12三、动力设计1.电机的选择 13 2.各轴的传递功率 133.确定各齿轮的模数 144.确定各轴直径 19四、结构设计1.设计主轴组件 202.主轴的验算 20五、结束语 22六、参考文献23机械制造装备设计课程设计任务书设计题目: C6135型普通车床主运动传动系统设计 专 业: 班 级: 学 号: 姓 名: 指 导 教 师: 教研室主任: 一、前言 1.设计目的 机床设计是学生在学完基础课,技术基础课及专业课的基础上,结合机床主传动部件(主轴变速箱)设计计算进行集合训练。(1).掌握机床主传动部件设计过程和方法,包括参数拟定,传动设计,零件计算,结构设计等,培养结构分析和设计的能力。(2).综合应用过去所学的理论知识,提高联系实际和综合分析的能力。(3).训练和提高设计的基本技能。如计算,制图,应用设计资料,标准和规范,编写技术文件等。2.完成的内容机床设计是学生在学完基础课,技术基础课及有关专业课的基础上,结合机床传动部件(主轴变速箱)设计进行的综合训练最大工件回转直径是 350 mm普通车床主轴变速箱设计一、运动设计 1确定各运动参数 2确定结构式 3绘制转速图 4确定齿轮齿数 5绘制传动系统图(转速图与传动系统图绘在同一张图纸)二、动力设计 1确定主电动机功率 2确定各轴的直径 3确定各齿轮的模数三、结构设计 1设计主轴组件 2主轴组件的验算 3绘制主轴组件装配图 (1号图纸)四、编写设计说明书(不少于20页)五、答辩。二、运动设计 1.确定各运动参数 (1)确定极限切削速度和。 根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要求考虑:工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。查机床设计指导 有,允许的切削速度参考值如下: 加工条件(m/min)(m/min)硬质合金刀具粗加工铸铁工件30-50硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150-300螺纹(丝杆等)加工和铰孔3-8 取=200 m/min ,=5 m/min。 (2)确定主轴的转速、公比及变速范围。 1)主轴的最大极限转速 = 式中,查机床设计指导 有,按经验公式(0.1-0.2)D取0.125D=0.125350=43.75mm; 求得,主轴的最大极限转速=1455 m/min。 2)主轴的最小极限转速= 式中,查机床设计指导 有,考虑车螺纹和铰孔时,其加工最大直径应根据实际加工情况选取0.1D和50mm左右;取=50mm;求得,主轴的最小转速=31.8 m/min。 3)车床的变速范围R R=45.7 4)确定公比。 取机床的变速级数为Z=12级, 由公式R=,得=1.4155,取标准值=1.41.5)主轴的各级转速 各级转速可直接从机床设计指导 的标准转速列表中查出,标准数列表给出了以=110000的数值,因为=1.41=,从表中找到=1500r/min,就可以每隔5个数值取出一个数,从而得出十二级转速分别为:1500 r/min、1060 r/min、750 r/min、530 r/min、375 r/min、265 r/min、190 r/min、132 r/min、95 r/min、67 r/min、47.5 r/min、33.5 r/min。 2. 确定结构式 (1)确定传动顺序1)此次设计的c6135车床为12级,故有以下几种传动方案: 2)对方案进行比较第、第种有四联滑移齿轮,如果采用四联滑移齿轮的话,话大大增大了主轴箱的轴向尺寸,故不采用第、第种方案; 也是从结构方面考虑,第种的轴向尺寸都会比第第种的大;下面就第第种方案进行比较,从而选取最终方案。 对于第种方案,严格遵循了“前多后少”的设计原则,把尽可能多的传动副置于前面,让尽可能多传动副处于较高速的状态,这样就可以尽量减轻它们的受力情况,从而可以减小其尺寸,从而减少整体尺寸; 对于第种方案,没有遵循了“前多后少”的设计原则,但是由于采用第种方案的话,会增大轴的轴向尺寸;为了使轴的轴向尺寸不至于太长,把二联滑移齿轮放在轴,三联滑移齿轮放在轴;这样的话可以使轴的尺寸不太大,又可以使较多的传动副放在相对高速的位置。 对于第第种方案都是相对其他几种比较好的方案,基于不同方面的考虑,可以选择其中一种;在本次设计中,选择第种方案进行计算。 3)最终确定的传动方案为。 (2)确定扩大顺序 传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致; 本设计扩大方案设计为。因为轴上有离合器,为避免离合器干涉齿轮啮合,必须使其中一个齿轮的齿根圆直径大于离合器的最大直径。故采用此扩大顺序(3)此次设计的车床的结构式为。(4)绘制结构图 3. 确定转速图 (1)电动机转速的确定 根据本设计车床的12级转速,=1500r/min;要使电动机的转速与主轴的最高转速相近,以避免过大的升速或降速;根据电动机的转速标准,取电动机的额定转速=1440 r/min; (2)确定轴的转速 查机床设计指导 有,车床的轴的转速一般取700-1000 r/min左右比较合适,故在本设计车床中,取轴的转速=750 r/min; (3)分配传动比 1)分配降速比时,应注意传动比的取值范围:齿轮传动副中最大传动比2, 最小传动比 传动比过大 ,引起振动和噪音,传动比过小,使动齿轮与传动齿轮的直径相差太大,将导致结构庞大。2)由传动比限制原则,得出极限级比指数表:公比级比指数极限值1.41x值4值23)根据“前缓后急”原则,先确定各个变速组的最小传动线;从轴的750 r/min转速传到主轴的33.5 r/min,相差9格,相当于级比指数为9;总共有3个变速组;93=3;由“前缓后急”原则分配三格给中间变速组,分配两格给第一变速组,分配四格给第三变速组;然后,对于其他传动线,结合结构图可相应得出;4)综上所述,得出各传动线的传动比: 传动组传动比电机 i132:2501:27:519:531:25:71:42:1 (4)转速图的绘制: 4.确定齿轮齿数(1)确定齿轮齿数应该注意以下几类:1)齿轮的齿数和应过大,以免加大中心距使机床结构庞大一般推荐齿轮数和SZ为60100;2)不产生根切最小齿轮1820;3)保证强度和防止热处理变形过大齿轮齿根园到键槽的壁厚2mm一般取5mm 则 ;4)三联滑移齿轮的相领两轮的齿数差应大于4;避免齿轮右左移动时齿轮右相碰,能顺利通过。 (2)在一个变速组中,主动齿轮的齿数用表示,从动齿轮的齿数用表示,+=,则传动比为 = 式中,为互质数,设 由于是整数,必定能被所整除;如果各传动副的的齿数和皆为,则能被、所整除,换言之,是、的公倍数。所以确定齿轮的齿数时,应在允许的误差范围内,确定合理的,进而求得、,并尽量使、的最小公倍数为最小,最小公倍数用表示,则必定为的整数倍。设=k,k为整数系数。然后根据最小传动比或最大传动比中的小齿轮确定k值,确定各齿轮的齿数。 (3)第一变速组 已知、,则有 两对齿轮的齿数和分别为=3、=12;最小公倍数=12;则齿数和为=12k。最小齿数发生在中,则;取k=6,得=72,第一对齿轮的齿数、,第二对齿轮的齿数、。(4)第二变速组 已知、,则有 三对齿轮的齿数和分别为=72、=3、=12;最小公倍数=72;则齿数和为=72k。最小齿数发生在中,则;取k=1,得=72,第一对齿轮的齿数、,第二对齿轮的齿数、。(5)第三变速组 已知、,则有 两对齿轮的齿数和分别为=5、=3;最小公倍数=15;则齿数和为=15k。最小齿数发生在中,则;取k=7,得=105,第一对齿轮的齿数、,第二对齿轮的齿数、。5.带传动的设计(V型) 已知:电机额定功率,额定转速,轴的转速,两班制工作。 (1)确定计算功率 公式 查机械设计教程表8-7,得=1.2,则=9kw; (2)选择V带带型 查机械设计教程图8-11,选取B型 (3)选择小带轮的基准直径 根据V带的带型,参考机械设计教程表8-6和表8-8确定小带轮的基准直径=132mm; (4)确定大带轮的基准直径 公式 电机到轴的传动比; 小带轮的基准直径; 根据机械设计教程,取0.02; 计算结果为=248mm;查机械设计教程表8-8,取=250mm。 (5)验算带速V V带的速度V=9.9527m/s; 由此得;验算合格; (6)确定V带的基准长度 1)初定两带轮的中心距 查机械设计教程,得=(0.7-2)(+),取=500mm。 2)计算初定中心距相应的带长 =1607mm; 查机械设计教程表8-2,取=1600mm。 (7)确定两带轮的中心距 由公式a=计算出实际中心距a=496.5mm。 (8)验算小带轮上的包角 由公式计算出; 验算合格。 (9)计算V带的根数Z 公式 式中,单根V带的基本额定功率,查机械设计教程表8-4a取=2.5kw; 单根V带额定功率的增量,查机械设计教程表8-4b取=0.4; 包角修正系数,查机械设计教程表8-5取=0.96; 带长度系数,查机械设计教程表8-2取=0.92; 计算结果Z=3.57;取整Z=4;V带的根数为4根。6.计算转速 变速传动中传动件的计算转速,可根据主轴的计算转速和转速图确定。确定传动轴的计算转速时,先确定主轴的计算转速,再按传动顺序由后往前依次确定,最后确定各传动件的计算转速。(1)主轴的计算转速为公式 式中,第一级的转速; Z机床的转速级数; 计算出,主轴的计算转速为95r/min;(2)各传动轴的计算转速 主轴的计算转速是轴经21/84的传动副获得的,此时轴相应的转速为375r/min,但变速组c有两个传动副,轴转速为最低转速132r/min时,通过70/35的传动副可使主轴获得转速265 r/min95 r/min,则应能传递全部功率,所以轴的计算转速为132 r/min,轴的计算转速时通过轴最低转速375r/min获得,所以轴的计算转速为375r/min。同样,轴的计算转速为750r/min。轴主轴计算转速750r/min375r/min132 r/min95r/min7.验算主轴的转速误差 (1)已知: 传动组传动比电机 i =0.517440.51.40.35850.50.71430.252(2)计算误差 =(-)=0.33% =(-)=2%=(-)=0.7%=(-)=1.6%=(-)=1.2%=(-)=2%=(-)=0.8%=(-)=0.65%=(-)=0.42%=(-)=0.28%=(-)=1.6%=(-)=0.67%(3)转速误差允许值为 本设计机床的十二级转速误差均在误差允许值范围内; 转速验算合格。8.传动系统图的绘制三、动力设计1.电机的选择 合理的确定电动机的功率,使车床既能充分发挥其使用性能,满足生产要求,又不致使电动机经常轻载而降低功率因素。 本设计车床典型重切削条件下的用量: 刀具材料:YT15 工件材料:45号钢 切削方式:车削外圆 参照机床设计指导选取:切削深度=3.5mm;进给量f=0.375mm/r;切削速度v=95m/min。 1)主切削力:=3187N 2)切削功率:=4.95kw 3)电动机功率: =0.73 计算得:=6.78kw; 4)查机械设计手册,取电机型号为:Y132M-4;电机额定功率=7.5kw; 电机的额定转速=1440r/min。 2.各轴的传递功率 对于轴, 对于轴, 对于轴, 对于轴,3.确定各齿轮的模数 采用8级精度的圆柱直齿轮;大齿轮用45号钢(调质),硬度为240HBS;40(调质),硬度为280HBS.(1)估算模数 1)按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂,而且有些系数只有在齿轮各参数都已知后方可确定,所以只在草图画完之后校核用。 齿轮弯曲疲劳的估算: 式中,P小齿轮所在轴的传递功率,kw; Z小齿轮的模数,mm; n小齿轮的计算转速,r/min。 齿轮齿面点蚀的估算: 式中,P小齿轮所在轴的传递功率,kw; Z小齿轮的模数,mm; n小齿轮的计算转速,r/min; 小齿轮所在传动副的齿数和。 求出后,取的模数要比两者大。 2)对于的传动副, 齿轮弯曲疲劳的估算: =2.3 齿轮齿面点蚀的估算: =2.1 对于的传动副, 齿轮弯曲疲劳的估算: =1.8 齿轮齿面点蚀的估算: =1.8 取和的传动副的齿轮的模数m=3。3)对于的传动副, 齿轮弯曲疲劳的估算: =3 齿轮齿面点蚀的估算: =2.6 对于的传动副, 齿轮弯曲疲劳的估算: =2.8 齿轮齿面点蚀的估算: =2.6对于的传动副, 齿轮弯曲疲劳的估算: =2.6 齿轮齿面点蚀的估算: =2.6 取、和的传动副的齿轮的模数m=4。4)对于的传动副, 齿轮弯曲疲劳的估算: =4.1 齿轮齿面点蚀的估算: =2.5 对于的传动副, 齿轮弯曲疲劳的估算: =3.8 齿轮齿面点蚀的估算: =2.7 取和的传动副的齿轮的模数m=5。(2)齿数的验算 1)根据接触疲劳计算齿轮模数公式为: 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为: 式中,P计算齿轮(小齿轮)的传递的额定功率,kw; n计算齿轮的计算转速,r/min; 齿轮系数,常取6-10,这里取8; Z计算齿轮的齿数; i大齿轮与小齿轮的齿数比;“+”用于外啮合,“-”用于内啮合; 寿命系数,;当时,取; 当时,取; 工作期限系数,;齿轮在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数查机床设计指导表3;预定的齿轮工作期限T,中型机床取T=15000-20000h,这里取20000; n齿轮的最低转速,r/min; 转速变化系数,查机床设计指导表4; 功率利用系数,查机床设计指导表5; 材料强化系数,查机床设计指导表6; 工作情况系数,中等冲击的主运动,=1.21.6,这里取1.25; 动载荷系数,查机床设计指导表8;齿向载荷分布系数,查机床设计指导表9; Y齿形系数,查机床设计指导表10; 许用弯曲、接触应力,Mpa;查机床设计指导表11;2)对于的传动副,根据接触疲劳计算齿轮模数公式为: =3 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为: =2.2 对于的传动副, 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为: =1.5 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为: =2经过验算,取传动副和的齿轮的模数为3。3)对于的传动副, 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为: =4.2 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为: =3 对于的传动副, 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为: =2 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为: =2.7对于的传动副,根据接触疲劳计算齿轮模数公式为: =3.4 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为: =2.5 经过验算,取传动副、和的齿轮的模数为4.5。4)对于的传动副, 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为: =4.9 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为: =3.7对于的传动副, 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为: =3.8 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为: =3.1 经过验算,取传动副和的齿轮的模数为5。4.确定各轴直径(1)对于一般传动轴的直径的估算 一般轴的材料选取45号钢; 公式式中,P该轴的输入功率,kw; n该轴的计算转速,n/min; 允许扭转角,查机床设计指导的表选取,本设计取=1.25; 1)对于轴, =26mm;最小轴段直径; 取轴轴承处的轴颈的直径d=40mm; 2)对于轴, =30mm; 取轴轴承处的轴颈的直径d=35mm;3)对于轴, =39mm; 取轴轴承处的轴颈的直径d=45mm; (2)主轴直径的确定 查李庆余主编的机械制造装备设计,取主轴的前轴承轴颈的直径=90mm; 后支撑轴承的轴颈的直径,取=70mm四、结构设计 1.设计主轴组件 (1)主轴上的轴承的选择 在配置轴承时,应注意以下几点:1) 每个支撑点都要能承受径向力;2) 两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受;3) 径向力和两个方向的轴向力都应该传递到箱体上;4) 前轴承的精度要比后轴承的精度高一级; 对于主轴,采用后端定位;选取双向角接触球轴承3182113和3182118承受轴向力;选取双列圆柱滚子轴承2268116+承受径向力;前轴承用P4级精度,后轴承采用P5级精度; (2)主轴尺寸的确定 1)主轴内孔直径的确定 公式d=查机械制造装备设计表3-7,取,计算得主轴内孔的直径d=38.5mm,取整40mm。 2)前锥孔尺寸的确定 查机床设计指导,取莫氏锥孔5号。 3)支承跨距及悬伸长度 支承跨距L取L=5=450mm; 悬伸长度a=90-150mm;取a=90mm。5) 主轴头部类型的选择参照机床设计指导选取一般结构的主轴头B型。 2.主轴的验算 (1)跨距L=450mm (2)当量外径D=80mm (3)主轴的刚度 由于,参照金属切削机床设计取公式 式中,主轴刚度,;D当量直径,cm; L支承跨距,cm; a主轴悬伸量,cm; 计算得结果得,=280。 (4)对这种车床主轴的刚度要求 由于这种机床属于通用机床,主轴的刚度要求可根据自激振动稳定性决定。 查金属切削机床设计表3-5,取阻尼比=0.03.查金属切削机床设计表3-4,当V=100m/s,s=0.2时,取 这种机床要求切削稳定性良好,取根据金属切削机床设计公式 计算得,根据金属切削机床设计公式 计算得,=163 1.66=280由此,验算合格。五、结束语首先,感谢赵克政老师在这为期两个星期的课程设计中对我的辛勤指导,没有赵克政老师的指导,我不会这么容易快速很好的完成本次设计任务。其次,在这次设计中我学到了以下几点:(1)掌握机床主传动部件设计过程和方法,包括参数拟定,传动设计,零件计算,结构设计等,培养结构分析和设计的能力。(2)综合应用过去所学的理论知识,提高联系实际和综合分析的能力。(3)训练和提高设计的基本技能。如计算,制图,应用设计资料,标准和规范,编写技术文件等。(4)巩固了在机械制造装备设计课程中学到的知识,使我很好的把所学的知识应用到了实际设计中,为以后的设计打下了坚实的基础。六、参考文献【1】机床设计指导 曹金榜等主编 机械工业出版社【2】金属切削机床设计 戴曙主编 机械工业出版社【3】机械制造装备设计 王启义主编 冶金工业出版社【4】机械设计手册 成大先主编 化学工业出版社【5】机械制造装备设计 李庆余、孟广耀主编 机械工业出版社【6】机械设计濮良贵、纪名刚主编 高等教育出版社【7】机械设计课程设计 杨光、席伟光主编 高等教育出版社【8】机械制造技术基础 华楚生主编 重庆大学出版社【9】机械原理 孙桓等主编 高等教育出版社
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