机床课程设计说明书资料.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date机床课程设计说明书资料目录目 录1.概述21.1机床课程设计的目的21.2机床主要参数22.参数的拟定22.1 确定极限转速22.2 主电机选择23.传动设计33.1 主传动方案拟定33.2 传动结构式、结构网的选择33.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目33.2.2 传动式的拟定33.2.3 结构式的拟定43.3转速图的拟定44. 传动件的估算54.1 三角
2、带传动的计算54.2 传动轴的估算74.2.1 传动轴直径的估算74.3 齿轮齿数的确定和模数的计算84.3.1 齿轮齿数的确定94.3.2 齿轮模数的计算104.4 带轮结构设计115. 动力设计115.1主轴刚度验算115.2 齿轮校验135.3轴承的校验146.结构设计及说明156.1 结构设计的内容、技术要求和方案156.2 展开图及其布置166.3 齿轮块设计166.4 传动轴的设计176.5 主轴组件设计18总结21参考文献211.概述1.1机床课程设计的目的机床课程设计,是在金属切削机床课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计,使学生在拟定传
3、动和变速的结构的结构方案过程中,得到设计构思,方案分析,结构工艺性,机械制图,零件计算,编写技术文件和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,并培养学生具有初步的结构分析,结构设计和计算能力1.2机床主要参数电动机功率:3.0KW 工件材料:45 2.参数的拟定2.1 确定极限转速 , =1.262.2 主电机选择合理的确定电机功率N,使机床既能充分发挥其使用性能,满足生产需要,又不致使电机经常轻载而降低功率因素。已知电动机的功率是2.2KW,根据金属切削机床设计简明手册选Y100L-2,额定功率3.0,满载转速2840 ,最大额定转距2.2。3.传动设计3.1
4、主传动方案拟定拟定传动方案,包括传动型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关,和工作性能也有关系。因此,确定传动方案和型式,要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。传动方案有多种,传动型式更是众多,比如:传动型式上有集中传动,分离传动;扩大变速范围可用增加传动组数,也可用背轮结构、分支传动等型式;变速箱上既可用多速电机,也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然,可能的方案有很多,优化的方案也因条件而异。此次设计中,我们采用集中传动型式的主轴变速箱。3.2
5、传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法,但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案,就并非十分有效。3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组组成,各传动组分别有、个传动副。即 传动副中由于结构的限制以2或3为合适,即变速级数Z应为2和3的因子: ,可以有三种方案: 12=322;12=232;12=223;3.2.2 传动式的拟定 12级转速传动系统的传动组,选择传动组安排方式时,考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能以及一个“前多后少”的原则。故离电动机近的传动组的传动副个数最好高于后面的传动组的
6、传动副数。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大,因此主轴上齿轮少些为好。最后一个传动组的传动副常选用2。综上所述,传动式为12=322。3.2.3 结构式、结构网的拟定对于12=322传动式,有6种结构式和对应的结构网。分别为: 根据(1)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围(2)基本组扩大组的排列顺序,初选的方案。根据级比指数分配使传动顺序与扩大顺序相一致,方案的结构网如下图所示: 图1 结构网3.2.4转速图的拟定上述所选定的结构式共有三个传动组,变速机构共需4轴,加上电动机共5轴,故转速图需5条竖线,如下图所示。主轴共12速,电动机轴与主轴最高转速相近,故需12条横线。中间各轴的转速
7、可以从电动机轴往后推,也可以从主轴开始往前推。通常以往前推比较方便,即先决定轴三的转速。 上图为主轴箱右视图4. 传动件的估算4.1 三角带传动的计算三角带传动中,轴间距A可以加大。由于是摩擦传递,带与轮槽间会有打滑,宜可缓和冲击及隔离振动,使传动平稳。带轮结构简单,但尺寸大,机床中常用作电机输出轴的定比传动。(1)选择三角带的型号 根据公式3.0=3.3KW 式中P-电动机额定功率,-工作情况系数 查机械设计图,因此选择A型带,尺寸参数为B=80mm,=11mm,h=10,。(2)确定带轮的计算直径,带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的寿命,小带轮的直径不宜过小,即。查机械设计表,取
8、主动轮基准直径=100。由公式 式中:-小带轮转速,-大带轮转速,-带的滑动系数,一般取0.02。由机械设计表,取园整为150mm。(3)确定三角带速度按公式 (4)初定中心距带轮的中心距,通常根据机床的总体布局初步选定,一般可在下列范围内选取: 根据经验公式 取,取=400mm. (5)三角带的计算基准长度 由机械设计表,圆整到标准的计算长度 (6)验算三角带的挠曲次数 ,符合要求。 (7)确定实际中心距(8)验算小带轮包角,主动轮上包角合适。(9)确定三角带根数根据机械设计得传动比查表得= 0.3KW,= 1.52KW查表,=0.98;查表,=0.96 所以取 根(10)计算预紧力查机械设
9、计表,q=0.1kg/m4.2 传动轴的估算 传动轴除应满足强度要求外,还应满足刚度的要求,强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高,不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是主要矛盾,除了载荷很大的情况外,可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此,必须保证传动轴有足够的刚度。4.2.1 传动轴直径的估算 其中:P-电动机额定功率 K-键槽系数 A-系数-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积;-该传动轴的计算转速。计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动件的计算转速可以从转速图上,按主轴的计算转速和相应的传动关系确
10、定。查机械制造装备设计表取I,IV轴的K=1.05,A=100;II,III轴是花键轴,取K=1.06,A=2.0。所以 , 此轴径为平均轴径,设计时可相应调整。4.3 齿轮齿数的确定和模数的计算第一组齿轮:传动比: ,, 查表,齿数和取72=36,=36,=27,=45,=31,=41;第二组齿轮:传动比:, 齿数和取78:,=39,=39,=25,=53;第三组齿轮:传动比:,齿数和取81:=51,=30,=21,=60,4.3.1齿轮模数的计算式中:按接触疲劳强度计算的齿轮模数mm;驱动电机功率KW;该传动轴的计算转速i大齿轮齿数与小齿轮齿数之比i1;小齿轮齿数;齿宽系数,(B为齿宽,m
11、为模数),610;许用接触应力MPa,查表26。(1)- 齿轮弯曲疲劳的计算: 取m2(2) -齿轮弯曲疲劳的计算: 取m2 (3)- 齿轮弯曲疲劳的计算: 取m3 (4)标准齿轮:从机械原理 表10-2查得以下公式齿顶圆 齿根圆 分度圆 齿顶高 齿根高 齿轮的具体值见表齿轮尺寸表齿轮齿数z模数m分度圆d齿顶圆齿根圆齿顶高齿根高136272766722.5236272766722.5327254584922.5445290948522.5531262665722.5641282867722.5739278827322.5839278827322.5925250544522.5105321061
12、1099.523.7511513153159145.533.7512303909682.533.7513213636955.533.7514603180186172.533.754.3.2齿宽的确定由公式得:第一套啮合齿轮 第二套啮合齿轮 第三套啮合齿轮一对啮合齿轮,为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷,设计上,应主动轮比小齿轮齿宽大所以,4.4 带轮结构设计 查机械设计P156页,当。D是轴承外径,查机械零件手册确定选用深沟球轴承6211,d=55mm,D=100mm。带轮内孔尺寸是轴承外径尺寸100mm。齿机械设计表8-10确定参数得: 带轮宽度: 分度
13、圆直径:,5. 动力设计5.1主轴刚度验算 5.1.1 选定前端悬伸量C,参考机械装备设计P121,根据主轴端部的结构,前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸,这里选定C=120mm. 5.1.2 主轴支承跨距L的确定 一般最佳跨距 ,考虑到结构以及支承刚度因磨损会不断降低,应取跨距L比最佳支承跨距大一些,再考虑到结构需要,这里取L=600mm。5.1.3 计算C点挠度 1)周向切削力的计算其中,故,故。1) 驱动力Q的计算参考车床主轴箱指导书,其中所以 3)轴承刚度的计算 这里选用4382900系列双列圆柱子滚子轴承 根据求得: 4)确定弹性模量,惯性距I;和长度。 轴的材产选用40Cr,查简
14、明机械设计手册P6,有 主轴的惯性距I为: 主轴C段的惯性距Ic可近似地算: 切削力P的作用点到主轴前支承支承的距离S=C+W,对于普通车床,W=0.4H,(H是车床中心高,设H=200mm)。 则: 根据齿轮、轴承宽度以及结构需要,取b=60mm 计算切削力P作用在S点引起主轴前端C点的挠度 代入数据并计算得=0.1299mm。 计算驱动力Q作用在两支承之间时,主轴前端C点子的挠度 计算得:=-0.0026mm 求主轴前端C点的终合挠度水平坐标Y轴上的分量代数和为,计算得:=0.0297mm.。综合挠度。综合挠度方向角,又。因为,所以此轴满足要求。5.2 齿轮校验 在验算算速箱中的齿轮应力时
15、,选相同模数中承受载荷最大,齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮2,齿轮7,齿轮12这三个齿轮。 齿轮12的齿数为18,模数为4,齿轮的应力: 1)接触应力: u-大齿轮齿数与小齿轮齿数之比; -齿向载荷分布系数;-动载荷系数;-工况系数;-寿命系数查机械装备设计表10-4及图10-8及表10-2分布得假定齿轮工作寿命是48000h,故应力循环次数为查机械装备设计图10-18得,所以:2) 弯曲应力: 查金属切削手册有Y=0.378,代入公式求得:=158.5Mpa 查机械设计图10-21e,齿轮的材产选,大齿轮、小齿轮的硬度为60HRC,故有,从图10-21e读出。因
16、为:,故满足要求,另外两齿轮计算方法如上,均符合要求。5.3轴承的校验轴选用的是角接触轴承7206 其基本额定负荷为30.5KN 由于该轴的转速是定值所以齿轮越小越靠近轴承,对轴承的要求越高。根据设计要求,应该对轴未端的滚子轴承进行校核。 齿轮的直径 轴传递的转矩 Nm 齿轮受力 N 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为 N N 因轴承在运转中有中等冲击载荷,又由于不受轴向力,按机械设计表10-5查得为1.2到1.8,取,则有: N N轴承的寿命 因为,所以按轴承1的受力大小计算: h故该轴承能满足要求。6.结构设计及说明6.1 结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动
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