哈工大-机械制造装备设计大作业-卧式升降台铣床23377.pdf

Harbin Institute of Technology 课程大作业说明书 课程名称：机械制造装备设计 设计题目：卧式升降台铣床 院 系：班 级：设 计 者：学 号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学 目 录 一、设计任务3 机械制造装备设计大作业的目的 3 机械制造装备设计大作业的内容 3 设计任务书 3 二、运动设计3 确定转速系列 3 绘制转速图 4 确定定比传动副带轮直径 7 三、动力设计8 传动轴直径初定 9 主轴轴颈直径的确定 9 齿轮模数的初步计算 9 对各种限制的讨论10 选择带轮传动带型及根数12 离合器与制动器12 参考文献 12 一、设计任务 机械制造装备设计大作业的目的 机械制造装备设计大作业,是机械制造装备设计课程进行过程中的一个重要教学环节。其目的在于通过机床主传动系统设计，使学生进一步理解设计理论，得到设计构思、方案分析、零件计算、查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养学生具有初步机械系统设计和计算能力。机械制造装备设计大作业的内容 1、运动设计 根据给定的机床用途、规格、极限速度、转速数列公比（或转速级数），分析比较拟定传动结构方案（包括结构式和结构网，转速图）和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差。2、动力设计 根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，初步计算传动轴直径、齿轮模数；确定皮带类型及根数、摩擦片式离合器的尺寸和摩擦片数及制动器尺寸、选择机床主轴结构尺寸。设计任务书 设计题目：卧式升降台铣床主传动系统设计 铣床 机床主参数 公比 最低转速 级数 Z 功率（kW）工作台面积 32012500mm2 卧式升降台铣床主传动系统设计 11 4 二、运动设计 1 确定转速系列 已知设计参数为：电机额定功率4 wPK额，铣床最低转速min/5.37minrN，级数Z=11，公比=1.41。由铣床的最低转速min/5.37minrN、公比=1.41、级数Z=11，可知转速调整范围110n=1.4132ZR，主轴的极限转速min/12005.3732minmaxrNRNn，查文献1表3-6可知主轴实际最大转速1180maxN/minr，且主轴的转速数列为、53、75、106、150、212、300、425、600、850、1180 因两轴间变速组的传动副数多采用 2 或 3，在设计简单变速系统时，变速级数应选择mnz=3 2的形式，mn、均为正整数，即选用三联齿轮和两联齿轮进行变速。由参考文献1，主变速传动系设计的一般原则是：传动副前多后少原则，传动顺序与扩大顺序相一致原则和变速组降速前慢后快原则，确定变速结构式如下：13511=322，其最末扩大组的调速范围 5-52=1.41=5.68R（21），满足要求。设计机床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比min14u主；为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比max2u主，由于铣床箱体尺寸较大，可选择最后扩大组的最小降速比min14u主，最大升速比max1u主。绘制转速图 1、选定电动机 根据机床主轴最大转速，由参考文献2表，选用Y系列封闭自扇冷式鼠笼式三相异步电动机，电机型号1124YM，其级数4P，同步转速1500/minr，满载转速为1440/minr。2、分配总降速传动比 总降速传动比为mindnun=0318.011805.37，又电动机转速为1440/minr，在所要求标准转速数列当中，因而需用到带轮传动。3、确定传动轴的轴数 传动轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+1+1=5。4、齿轮齿数确定 由传动结构式可知，变速组a有3个传动副，其传动比分别是 1aU、2aU、3aU。传动比小于1时取其倒数，由参考文献1表3-9可得到以下数据：011aU 74,72,70,68,66,64,62,60ZS 121.41aU 60,63,65,67,68,70,72,73ZS 232aU 78,75,72,69,66,63,60ZS 取72ZS 同理，在变速组 b 中，可以得到：011bU 74,76,78,80,82,84,86ZS 322.82bU 72,73,76,77,80,81,84,87ZS 取80ZS 在变速组 c 中，可以得到：11/1/1.41cU 100,102,104,106,108,110ZS 423.98cU 100,101,103,104,105,106,108,109,110,111ZS 取104ZS 一般变速组内所有齿轮的模数相同，并是标准齿轮，因而三对传动副的齿数和ZS是相同的。由此可以确定各传动之间的齿数，如下所示：基本组 72ZS 123636ZZ 343042ZZ 562448ZZ 第一扩大组 80zS 784040ZZ 9102159ZZ 第二扩大组 104zS 11126143ZZ 13142183ZZ 5、绘制转速图 如下图（图 1）所示：图 1 转速图 6、绘制传动系统图 由参考文献1，根据各级变速组传动比，可绘制出一种合理的传动系统图，如下图（图 2）所示。图 2 传动系统图 7、核算主轴转速误差 齿轮齿数确定后，主轴的各级实际转速即确定，实际传动比所造成的主轴转速误差，应满足：10(1)%4.1%nnn实标标 所得结果如下表（表1）所示：标号 实n 标n 误差 结论 1 1180%合格 2 850 850 0 合格 3 600%合格 4 425%合格 5 300%合格 6 212%合格 7 150%合格 8 106%合格 9 75%合格 10 53%合格 11%合格 表 1 主轴转速误差 确定定比传动副带轮直径 根据电机功率为7.5KW，电机类型为 Y 型电机，执行机构类型为金属切削机床，设每天工作 8-16 小时。可得设计功率为：.KWdAPK P1 2 44 8 式中：AK为工况系数，由参考文献 2 取.AK 1 2 P为电机功率，KWP 4 根据dP和n选择带型和小带轮直径，由参考文献 2，普通 V 带直径优选系列选择 A型带，小带轮直径120mm。则大带轮直径为：22.199)02.01(8501440120)1(21nndD 取 D=200mm 式中，为转速损失率，取.20 0。综上，mmd 120，D=200mm。三、动力设计 传动轴直径初定 由参考文献1，按扭转刚度估算轴的直径 491jinNd 式中 d传动轴直径（mm）iN该轴传递的功率（KW）jn该轴的计算转矩（r/min）该轴每米长度允许扭转角（deg/m），取10/75.0m 由图 1 可知各轴的计算转速为：Nj1=850r/min，nj2=425r/min，nj3=150r/min，nj4=106r/min 本次计算中，各州传递功率为点击功率与传递过程中的效率的乘积，效率值可由参考文献2表查得，如下所示：*=0.99联轴器，=0.99轴承，=0.98齿轮，=0.98滚子轴承代入各数据得到以下结果：404 0.99 0.999122.111500 0.75dmm 轴 2414 0.99 0.990.989126.8670 0.75dmm 取128mmd；轴 32424 0.99 0.990.989131.68335 0.75dmm 取232mmd；轴 43434 0.99 0.990.989140.8118 0.75dmm 取342mmd。*主轴轴颈直径的确定 没有特殊要求的时候，主轴材料优先选用价格低廉的优质结构钢，如 45 号钢，调质到 220250HB，在端部锥孔，定心轴颈或定心锥面等部位，采用高频淬火至 5055HRC。由参考文献3表，功率为4KW的卧式升降台铣床选用前轴颈直径160 95mmD，取180mmD。后轴颈为前轴颈的70%85%，即为42 80.75mm。为了选用轴承的方便，由参考文献2轴承型号，主轴中部与圆锥滚子轴承配合处轴颈直径取60mm，为使主轴缓慢过度，主轴后部与深沟球轴承配合处轴颈直径取45mm。齿轮模数的初步计算 一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择各组负荷最重的小齿轮，由参考文献2，其计算得到的齿轮模数为：32)1(16338jjimdjniZNim 式中：jm按接触疲劳强度计算的齿轮模数(mm)；dN驱动电机的功率(kW)；jn计算尺轮的计算转速(r/min)；i 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，1i，外啮合取“”号，内啮合取“”号；iZ小齿轮的齿数；m齿宽系数，mBm（B为齿宽，m为模数），一般为610，此处均选用8m；j许用接触应力()MPa，由参考文献4表 13-16，齿轮材料训勇20rC，渗碳处理，可得1370jMPa。可以得到：基本组 3122(48/24 1)4163381.158 2448/24 1370670jm 按标准模数表取3m；第一扩大组 3222(59/21 1)4163382.28 2159/21 1370335jm 按标准模数表取3m；第二扩大组 3322(83/21 1)4163383.048 2183/21 1370118jm 按标准模数表取4m。由于取齿轮厚度系数8m，则由公式mmB可得各齿轮厚度。对各种限制的讨论 对于第二扩大组变速组，由于主轴轴径是由标准查得，其值较大，前轴径为80mm，后轴径为45mm，即安装齿轮处轴外径约为70mm，由参考文献1，轴上的小齿轮还要考虑到齿根和到它的键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚，以防断裂，即其最小齿数minZ应满足：min1.035.6DZm 式中：D齿轮花键孔的外径mm()，单键槽的取孔中心至键槽底的尺寸两倍 m齿轮模数 对于主轴VI，选用单键槽，查得(354.9)279.8mmD，若m=3，min33Z，小于已确定的最小齿数43，在主轴VI上该模数满足要求。考虑到花键滑动与定位较容易，除主轴VI和电机轴O外，其余轴均选用花键连接。又注意到第二扩大组变速组在轴III上最小齿轮齿数为min21Z，选用花键8 42 46 8，将46mmD 代入，若4m，则min17.4421Z，在轴III上该模数满足要求。故第二扩大组变速组的模数取4cm。对于第一扩大组，在轴II上的最小齿数min21Z，选用花键6 32 36 6，将36mmD 代入，若3m，则min17.9621Z，在轴II上该模数满足要求。下面验算在轴III是否满足要求，轴III上的最小齿数min40Z，若3m，则min21.440Z，在轴III上该模数满足要求。故第一扩大组变速组的模数取3bm。对于基本组，在本设计中基本组和第一扩大组之间选用了一个公用齿轮48，由于相互啮合的齿轮要选用相同的模数，故基本组的齿轮应选用模数为3m 的齿轮。下 面 验 算 在 轴II上 是 否 满 足 要 求，轴II上 的 最 小 齿 数min21Z，而min17.9621Z，在轴III上该模数满足要求。下面验算在轴I上是否满足要求，轴I上的最小齿数min24Z，选用花键6 26 30 6，将30mmD 代入，min15.924Z，在轴I上该模数满足要求。故基本组的模数3am。对于电机轴O上的齿轮配合，选单键槽，查得(123.3)230.6mmD。若3m，得min16.124Z，电机轴O上该模数满足要求。故电机轴的模数3om。选择带轮传动带型及根数 根据前文所述已选择 A 型带，皮带根数由下列公式确定：dLPzPP K K11 式中:z皮带根数 dP设计功率，.KWdP 4 8 P1单根 V 带的基本额定功率，按 GB/选择.KW1 75 P1传动比导致的额定功率补偿，按 GB/选择.KW0 2 K小带轮包角的修正，由于中心距未定，无法计算小带轮包角，故忽略此项。KL皮带长度导致的修正，由于中心距未定，无法计算皮带长度，故忽略此项 计算得z.2 46，取为3。离合器与制动器 节约空间选择机械设计手册规定的双锥摩擦离合器，额定扭矩选择79.8N m，详细尺寸及性能参见机械设计手册双锥摩擦离合器的主要尺寸及特性参数。制动器选择带式制动器，按经验公式制动鼓直径选择100mm，带宽选择30mm，详细设计参见相关手册。参考文献 1机械制造装备设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 2王连明，宋宝玉.机械设计课程设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，3陈易新.金属切削机床课程设计指导书.机械工业出版社，1987 4吴宗泽，卢颂峰，冼键生.简明机械零件设计手册.北京：中国电力出版社，2010.