机械系统课程设计摇臂钻床z3040设计说明学士学位论文.doc

目录一概述31.1 Z3040摇臂钻床运动功能原理图及传动原理图31.2 Z3040摇臂钻床适用范围及主要技术参数4二. 课程设计的目的5三. 课程设计题目，主要设计参数和技术要求63.1 课程设计题目和主要技术参数93.2 技术要求9四. 运动设计 104.1 运动参数及转速图的确定10 4.1.1 按典型工序，最高最低转速的确定.10 4.1.2根据nmax、nmin、dmax、dmin等值，初步确定钻削速度范围10 4.1.3 计算主切削力、切削功率和初步估计电机功率11 4.1.4 转速范围11 4.1.5 转速数列12 4.1.6 定传动组数12 4.1.7 写传动结构式，画结构图12 4.1.8 转速图13 4.1.9 传动系统图144.2 齿轮模数初步估算14 4.2.1 模数计算14 4.2.2 齿轮齿数的确定154.3 基本组齿轮计算164.4 齿轮模数的确定174.5 齿轮模数的验算194.6 主轴转速误差21五. 动力计算25 5.1 计算转速计算25 5.2 扩大组齿轮计算26 5.3 传动轴最小轴径的确定28六. 主要零部件的选择31 6.1 摆动式操纵机构的设计31 6.2 电动机的选择31七. 校核32 7.1 组轴组件刚度的验算32 7.1.1 主轴弯曲刚度的验算33 7.1.2 主轴扭转度的验算33 7.2 轴组件的刚度验算33 7.2.1 轴刚度校核34 7.2.2 轴扭转的校核34 7.3 轴承寿命校核34八结论与致谢35九参考文献.36一 概述1.1 Z3040摇臂钻床运动功能原理图及传动原理图摇臂钻床钻削加工的传动原理1.7 Z3040摇臂钻床适用范围及主要技术参数 该机床适用于加工中、小型零件。它可以进行钻孔、扩孔、铰孔和攻螺纹等工作。装置其他工艺装备时，还可以进行镗孔。 该机床主轴转速和进给量变换时采用液压预选变速机构；主轴箱、 摇臂、内外立柱夹紧是采用液压-菱形块夹紧机构，夹紧力大，夹紧前后主轴偏心量小；摇臂升降有保险螺母和电器保险机构，进给有钢珠安全离合器等保护装置。 主要技术参数最大钻孔直径 40毫米主轴中心线到立柱母线距离 350-1250毫米主轴箱水平移动距离 900毫米主轴端面到底座面间距离 350-1250毫米主轴前端孔锥度 莫氏4号主轴转速范围（16级） 25-2000转/分主轴行程 315毫米刻度盘每转钻孔深度 122.5毫米主轴允许最大扭矩 40公斤力*米主轴允许最大进给抗力 1600公斤力 主电机 功率 7.5千瓦转速 1450转/分 二课程设计目的 机械系统设计课程设计是在学生学完机械系统设计及其它先行课程之后进行的实践性教学环节，即进行一次学习设计的综合性练习。是我校机械设计及其自动化品牌专业高级应用型工程技术人才培养的重要环节，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过典型机械系统如通用机床的主轴变速传动系统的计算与设计、或者是通过数控机床进给传动系统的选型与设计，使学生在拟定传动结构方案、结构设计，和数字控制等先进制造技术，以及设计计算说明书等技术文件编写等方面的基本技能和实际运用能力得到比较系统的训练。通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。三课程设计题目，主要设计参数和技术要求3.1 课程设计题目和主要技术参数题目：摇臂钻床主轴变速箱设计主参数：最大钻削直径Dmax=40mm,刀具材料：高速钢或硬质合金，工件材料：钢或铸技术参数：Nmin=40r/min；Nmax=2000r/min；Z=16级；公比为1.26（混合公比为1.41）；电动机功率P=7.5KW；电机转速n=1450r/min为满足使用性能要求，可采用混合公比，求出的各级转速有：40r/min.56r/min.80r/min.100r/min125r/min.160r/min.200r/min.250r/min.315r/min.400r/min.500r/min.630r/min.800r/min.1000r/min.1400r/min.2000r/min3.2 技术要求 1. 利用电动机完成换向和制动。2. 各滑移齿轮块采用单独操纵机构。 四运动设计4.1 运动参数及转速图的确定4.1.1 按典型工序，最高最低转速的确定 Rd计算直径范围Rd=（0.200.25）故 dmax=K×D=1×40mm=40mm dmin= Rd×dmax=（0.200.25）×40mm=(810)mm.dmin取8mm nmax=1000×Vmax/×dmin=1000×32r/m/×8mm=1273.24r/min nmin=1000×Vmin/×dmax= 1000×20r/m/×40mm=159.15r/minRn=1273.24r/m/159.15r/m=8由于设计的转速范围为（402000）r/min,比计算出的nmax、nmin范围大，满足要求4.1.3 转速范围Rn=2000r/min/40r/min=504.1.4 转速数列首先找到40r/min、首先采用混合公比1.41，然后每隔2个数取一个值（1.26=1.064）,，得出主轴的转速数列为40r/min56r/min、80r/min、100r/min、125r/min、160r/min、200r/min、250r/min、315r/min、400r/min、500r/min、630r/min、800r/min、1000r/min、1400r/min、2000r/min共16级。4.1.5 定传动组数对于Z=16可分解为：Z=22×25×24×28。4.1.6写传动结构式,画结构图根据“前多后少” , “先降后升” , “前密后疏”,“结构紧凑”的原则,选取传动方案 Z=22×25×24×28,易知第三扩大组的变速范围r=(P3-1)x=1.268=6.358 结构网 Z=22×25×24×284.1.8 画转速图根据转速主轴最大转速为2000r/min确定电动机的同步转速为1450r/min。分配各传动比，转速图如下图4.1.9 画主传动系统图根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图： 主传动系统图4.2齿轮模数初步估算4.2.1模数计算一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即mj=16338可得各组的模数式中 mj按接触疲劳强度计算的齿轮模数（mm）；驱动电动机功率（kW）；被计算齿轮的计算转速（r/min）； 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，外啮合取“+”，内啮合取“-”； 小齿轮的齿数（齿）； 齿宽系数，（B为齿宽，m为模数），；材料的许用接触应力（）。得：基本组的模数mj=2.5以同样的方法计算其它几组的模数，如下： 第一扩大组的模数mj=2.5 第二扩大组mj=3第三扩大组mj=2.54.2.2 齿轮齿数的确定根据摇臂钻床的某些特征，传动中 轴2采用特殊齿轮机构，所以模数不一样；据设计要求Zmin17,齿数和Sz100120，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数：i5-1=1.41,SZ=···8,82,83,84,86,88,90,91,92,93,95,97,99,100,101,102,104,106,107,108,109···i5-2=1/4, SZ=···80,84,85,89,90,94,95,99,100,104,105,109···所以确定SZ=100，得到Z7=60,Z7=40,Z8=20,Z8=80同上分别计算其它齿轮齿数，除轴2查资料得出来，得到的各齿轮齿数如下表：传动比第一扩大组 基本组11：1.411.26:11:2.5代号Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4齿数3838294749396325传动比 第二扩大组 第三扩大组1.26：11：21.41：11：4代号Z5Z5Z6Z6Z7Z7Z8Z8齿数5040306060402080 4.3基本组齿轮计算。根据公式：分度圆直径 d=mz 齿顶高 ha=ha*m 齿根高 hf=(ha*+c*)m 全齿高 h=ha+hf 顶隙 c=c*mn 齿顶圆直径da=d+2ha 齿根圆直径df=d-2hf其中ha*=1,c*=0.25 得基本组齿轮尺寸如下表齿轮Z1Z1 Z2Z2齿数49396325分度圆直径97.577.550125齿顶圆直径102.582.555130齿根圆直径91.2571.37543.875118.875 齿宽13.513.513.513.5五动力计算5.1计算转速的计算（1）由于是混合公比，且设计的是摇臂钻床，查公式得：nj=Nmin()0.25 故nj=113r/min（2）确定各传动轴的计算转速。并由此知道80r/min向上各级转速都将传递全部功率，所以得到的各传动轴的计算转速为nj=228r/min,nj=374r/min,nj=707r/min,nj=800r/min, nj=910r/min各计算转速入表。各轴计算转速轴 号轴 轴 轴计算转速 r/min 228374707所以各轴功率： N0=N电=2.47kw N1=N电·轴承=2.47×0.995=2.46kw N2=N1·轴承·齿轮=2.47×0.995×0.98=2.40kw N3=N2·轴承·齿轮=2.40×0.995×0.98=2.34kw N4=N3·轴承·齿轮=2.34×0.995×0.98=2.28kwN5=N4·轴承·齿轮=2.28×0.995×0.98=2.23kwN6=N5·轴承·齿轮=2.23×0.995×0.98=2.16kwN7=N6·轴承·齿轮=2.16×0.995×0.98=2.11kw各轴转矩：根据：知： 5.2扩大组齿轮计算。根据接触应力验算公式：弯曲应力验算公式： 可求得：=619 Mpa =135Mpa 5.3传动轴最小轴径的初定传动轴直径按扭转刚度用下式计算： 以上进行概算后，圆整值如下表： 各轴轴径轴号轴轴轴轴轴轴轴轴径25mm25mm30mm30mm35mm45mm45mm根据轴径选取轴承：由于Z3040摇臂钻床的传动轴及主轴基本上采用花键轴，所以有村套，故查表的各轴轴承的型号为： 轴承轴号轴轴轴轴轴轴轴轴承7209C7209C7206C7206C7206C7206C7210C 5.4 计算主轴的结构参数 摇臂钻床属孔加工机床，专用加工细长深孔的机床，由于技术决定，需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动，因切削较重而不适用于有高精度要求的机床 所以：所以：初定:主轴最大输出转矩：切削力：背向力：总作用力：此力作用于顶在顶尖的工件上，主轴和尾架各承受一半，故主轴端受力为在估计时，先假设初值前支承的支反力:根据点接触的球轴承知：所以得出=331.48N/um;=213.36N/um 所以 初步计算时，可假定主轴的当量外径de（与实际主轴具有相同抗弯刚度的等值径轴的直径）为前、后轴颈的平均值，de=40mm,故惯性矩为：查线图,计算出的与原假定不符。可根据=1.3在计算支反力和支承刚度，再求最佳跨距。这时计算出的=350.1N/um,=225.81N/um, ,仍接近于1.2.可以看出，这是一个迭代过程，很快收敛于正确值。最佳跨距。六主要零部件的选择 6.1 摆杆式操作机构的设计 （1）几何条件； （2）不自锁条件。 七校核7.1主轴组件刚度验算. 7.1.1主轴弯曲刚度的验算Z3040摇臂钻床弯曲刚度为、主轴轴承之间的当量外径和主轴内孔直径。那么，对于Z3040摇臂钻床，要求，那么主轴的弯曲刚度满足要求。 7.1.2主轴扭转刚度的验算 式中：扭矩N·cm； G剪切弹性模量N/cm2 ，取； 截面极惯性矩，实心轴； D、L轴的直径和工作长度，D=45mm=4.5cm，L=329mm=32.9cm； N主轴传递功率，N=3KW； 主轴计算转速，=。则 按要求，主轴扭转角不超过,而，则满足要求。7.2 轴组件刚度验算7.2.1 轴刚度校核单一载荷下，轴中心处的挠度采用文献【5】中的公式计算：: L-两支承的跨距；D-轴的平均直径；X=/L；-齿轮工作位置处距较近支承点的距离；N-轴传递的全功率； 校核合成挠度 -输入扭距齿轮挠度； -输出扭距齿轮挠度 ； -被演算轴与前后轴连心线夹角；=144° 啮合角=20°，齿面摩擦角=5.72°。代入数据计算得：=0.025；=0.082；=0.130； =0.206；=0.098；=0.045。 合成挠度 =0.248 查文献6，带齿轮轴的许用挠度=5/10000*L即=0.268。 因合成挠度小于许用挠度，故轴的挠度满足要求。7.2.2 轴扭转角的校核传动轴在支承点A，B处的倾角可按下式近似计算： 将上式计算的结果代入得： 由文献6，查得支承处的=0.001因0.001，故轴的转角也满足要求。7.3轴承寿命校核由轴最小轴径可取轴承为6208深沟球轴承,=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。对轴受力分析得：前支承的径向力Fr=2238.38N。 由轴承寿命的计算公式：预期的使用寿命 L10h=15000h L10h=×=×=97872.6hL10h=15000h 轴承寿命满足要求。八结论与致谢 两周的课程设计结束了，经过这次课程设计，使我对金属切削机床这门课当中许多原理公式有了进一步的了解，并且对设计工作有了更深入的认识。懂得了理论和实践同等重要。理论能指导实践，使你能事半功倍，实践能上升成为理论，为以后的设计打下基础从校门走出后,一定要重视实践经验的积累,要多学多问。把学校学习的专业知识综合的应用起来，这非常重要。体会到把技术搞好就必须安心的学习，虚心向别人请教，耐心的对待每一个问题，不放过任何一个自己遇到的问题，要善于发现问题。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础在此感谢我们的房晓东、赵庆志老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次机械系统设计的每个图，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。 由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。九参考文献1.机械系统设计课程设计指导书，机械制造及其自动化系主编2.机床设计图册，上海工学院等主编，1979.63金属切削机床设计简明手册，范云涨主编4.金属切削机床设计指导，翁世修主编5.实用机床设计手册，李洪主编6.机械工程自动化简明设计手册，叶伟昌主编7.切削用量手册，艾兴等编8金属切削机床概论教材，第二版，吉林大学 贾亚洲主编 2010.99.金属切削机床设计教材10.机械设计教材，徐锦康主编，2004.411.机械系统设计教材，哈尔滨工业大学 侯珍秀主编 2003.412.金属切削原理与刀具教材，上海理工大学陆剑中、孙家宁主编 2005.113.同类型机床说明书、图纸样本等有关资料14.金属切削手册第二版，上海市金属切削技术协会编，1984.115.机床设计手册3，1986.1216.实用金属切削加工工艺手册第二版，陈家芳主编 2005.1 21