机械课程设计-机床主轴变速箱设计说明书.doc
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1、毕 业 设 计(论文)说 明 书洛阳理工学院国际教育学院 系(部)年级专业 机械设计与制造姓名 张震课程设计说明书设计题目:通用机床主轴变速箱传动系统的设计设 计 者:张震指导老师:学 院:国际教育学院班 级: 52学 号: Z目录序言- 2 -一、机床主传动运动设计- 3 -1.1 设计题目及已知条件- 3 -1.2 主运动参数拟定- 3 -1.3 动力参数的确定电机的选择- 3 -1.4 主传动系统设计.- 4 -1.5 齿轮齿数确定- 6 -1.6 主传动系统设计中应注意的问题- 6 -1.7 转速图和传动系统图的确定.- 7 -二、机床传动件的估算和验算- 9 -2.1 三角带传动计算
2、- 9 -2.2 传动轴的估算和验算- 13 -2.3 齿轮模数的初步计算和验算- 21 -2.4 片式摩擦离合器的选择和计算- 23 -三、结构设计及说明- 24 -3.1 结构设计的内容、技术要求和方案- 24 -3.2 展开图及其布置- 24 -3.3 I轴(输入轴)的设计- 25 -3.4 齿轮块设计- 25 -3.5 传动轴的设计- 26 -3.6 主轴组件设计- 26 -四、设计体会- 32 -五、主要参考资料- 33 -序言机床设计是学生在学完基础课、技术基础课及相关专业课的基础上,结合机床主传动部件(主轴变速箱)设计进行的综合训练。通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计,在拟
3、定传动和变速的结构方案的过程,得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算等方面的训练。对我来说,希望能通过这次课程设计,对自己的将来从事的工作,进行一次适应性训练,通过本次课程设计锻炼了自己分析问题、解决问题的能力,对今后工作能有更多帮助。由于实际实践经验不足、个人能力有限,设计中尚存在许多不足之处,请老师给予批评指正 一、机床主传动运动设计1.1 设计题目及已知条件以设计传动级数较少的中型通用车床的主传动部件为主。设计床身最大工件回转直径630mm普通车床的主轴变速箱,其条件为:1. 电动机功率 N=20kw;2. 级数 Z=18;3. 最大转速 ;4. 最小转速 ;5. 公比
4、;6. 变速范围 ;1.2 主运动参数拟定根据已知条件主轴的最低转速 ,由公比 ,级数 Z=18,则根据数控机床系统设计P45表2-2标准数列表取相应的转速数列,由18按相隔4级取值,即18、22、28、36、45、56、71、90、112、140、180、224、280、355、450、580、710、900,因此相应的得各级转速都确定了。1.3 动力参数的确定电机的选择合理地确定电动机功率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。根据已知条件给定电动机功率为N=20kw,转速为n=2800r/min,因此只需考虑电动机的选择。根据电动机选择表可得选
5、用Y180M-2电机较合适。1.4 主运动系统运动设计1) 确定变速组及各变速组中传动副的数目;级数为Z=18的传动系统由于若干个顺序的传动组组成,各传动组分别有、个传动副。即Z=传动副数由于结构的限制以2或者3位置合适,即变速级数Z应为2和3的因子:Z=由于已知条件已经给出方案传动副数分别为2、3、3的三个传动组方案。18级转速传动系统的传动组方案,可以安排成:,或,或。选择传动组安排方案时,要考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在轴如果安置换向摩擦离合器时,为减小轴向尺寸,第一传动组的传动副数不能多,以2为宜。有时甚至只用一个定比传动副。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响最大,因此主
6、轴上齿轮少些为好。最后一个传动组的传动副常选2,或者用一个定比传动副。根据上述原则,经过比较方案,或者都是可取的。2) 结构网或者结构式各种方案的选择;对于,或者等传动,均有6种可能排列,亦有6种结构式和对应的结构网,根据实现传动的可能结构和综合效果的分析根据以下原则选择最佳方案。 传动副的极限传动比和变速组的极限变速范围。 若用齿轮传动,在降速时为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸过大,常限制最小传动比 。在升速时,为防止产生过大的振动和噪声,常限制最大传动比 。如用斜齿轮传动,则 。因此,主传动链任一变速组的最大变速范围一般为 。 基本组和扩大组的排列顺序。 选择中间轴传动轴变速范围最小的
7、方案。因为如果各方案同一传动轴的最高转速相同,则变速范围小的,最低转速较高,转矩较小,传动件的尺寸也就可以小些。如果没别的要求,则应尽量是扩大组顺序与传动顺序一致。 分配传动比,绘制转速图。电动机和主轴的转速时已定的,当选定了结构网或者结构式后,就可以分配各传动副的传动比并确定中间轴的转速,再加上定比传动,就可以画出转速图。1.5 齿轮齿数确定为了便于设计和制造,同一传动组内各齿轮的模数常取为相同。此时,各传动副的齿轮齿数和相同。显然,齿数和太小,则小齿轮的齿数少,将会发生根切,或造成其加工齿轮中心孔的尺寸不够(与传动轴直径有关),或造成加工键槽(传递运动需要)时切穿齿根;若齿数和太大,则齿轮
8、结构尺寸大,造成主传动系统结构庞大。因此,应根据传动轴直径等适当选取。通常用计算法或者查表法确定齿轮齿数,后者更为简便。根据要求的传动比Z和初步定出的传动齿轮副齿数和S查表即可求出小齿轮齿数。常用传动比的适用齿数(小齿轮)见机床主轴变速箱设计指导书 P20表。1.6 主传动系统设计中应注意的问题(1)、轴设置摩擦离合器时,应注意一下的问题a、为避免轴的轴向尺寸过长,、轴之间采用两对齿轮副。为便于装拆,轴组件设计成可组装的独立单元,轴上所有零件的外径尺寸均小于箱体上的装入孔径。b、为减小、轴的中心距和加大主动齿轮的外径,该变速组可选定为第一扩大组和升速传动,并使主动齿轮根圆直径大于离合器外毂。但
9、应注意中心距不宜过小,以防止轴上的第二变速组中最大主动齿轮齿顶与轴上离合器相碰。(2)、传动比选用 选用极限传动比和,可获得最大的变速范围和减少传动件数。但会导致齿轮和箱体尺寸加大,齿轮线速度增大,容易产生振动和噪声,使精度要求提高。因此,应谨慎选用极限传动比。1.7 转速图和传动系统图的确定综上拟定转速图如下:综上拟定传动系统图如下:根据机床主传动系统图,可知其传动路线表达式如下:二、机床传动件的估算和验算在传动方案确定后,要进行方案的结构化,确定各零件的实际尺寸和有关布置。为此常对传动件的尺寸先进行估算,如传动轴的直径、齿轮模数、离合器、制动器、带轮的根数和型号等。在这些尺寸的基础上,画出
10、草图,得出初步结构化的有关布置与尺寸,然后按结构尺寸进行主要零件的验算,如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等。必要时做结构和方案上的修改,重新验算,直到满足要求,最后才能画出正式装配图。对主要零件进行验算时,主要验算内容有:1. 主轴前一传动轴的刚度及其轴承寿命;2. 小齿轮的模数。2.1 三角带传动计算三角带传动中,轴间距A可以铰大。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。电动机转速n电=2800r/min,功率P电=20kw,传动比i=2.243,两班制,一天运转16小时,载荷变动小,工作年数10年。1、选择
11、三角带的型号(1)确定计算功率根据公式查机械设计课本P100页,表6-7,取工作情况系数KA=1.1,则计算功率为:Pc=KA P=1.120=22kw(2)选取V带型号根据小带轮的转速和计算功率,查机械设计课本P101图6-10,选取V带的型号为B型。2、确定带轮的计算直径、(1)、小带轮计算直径查机械设计课本P93页表6-3,小带轮最小基准直径=75mm ,再参考课本图6-10,取小带轮基准直径=156mm。(2)、大带轮计算直径由公式式中:小带轮转速,大带轮,所以,根据机械设计表6-3中基准直径系列,取标准值=350mm。3、确定V带的速度按照机械设计课本式(6-25)验算V带的速度按公
12、式因为5m/sV25 m/s,带速合适。 4、初定带传动的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:得:初取中心距为=800mm。5、三角带的计算基准长度(1)、根据机械设计课本式(6-26)初步计算V带的基准长度 查机械设计课本表6-2,选取V带的基准长度 。(2)、计算带传动的实际中心距根据机械设计课本课本式(6-27),带传动实际中心距 中心距的变化范围为: 6、验算小带轮包角 一般情况下,小带轮的包角不应小于120o 。所以,小带轮包角合适。7、确定V带的根数根据机械设计课本式(6-28)得:查表6-4用内插法得 基本额定功率查表6-5
13、用内插法得 额定功率的增量 查表6-6用内插法得 包角修正系数 查表6-2得 V带基准长度的修正系数 为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀,限制根数不大于10根 。所以,取z=4根。8、计算带的张紧力(初拉力) 由机械设计课本式(6-29)得: 查机械设计课本表6-1得A型V带 ,所以9、计算作用在轴上的压力按机械设计课本式(6-30)得: 2.2 传动轴的估算和验算1. 确定计算转速变速箱圆柱齿轮传动选取8级精度,主轴箱精度要求高,选取7级精度。设计机床主传动系统时,为了使传动件工作可靠、结构紧凑,必须对传动件进行动力计算。主轴及其他传动件的结构尺寸主要根据它所传递的转矩大小来决定,即与传
14、递的功率和转速两个因素有关。因而要计算主轴所能传递全功率的最低转速即主轴的计算转速。各传动件的计算转速可根据主轴的计算转速和转速图确定。确定的顺序通常是先定出主轴的计算转速,再顺次由后向前,定出各传动轴的计算转速,然后再确定齿轮的计算转速。1) 主轴的计算转速主轴的计算转速是低速第一个三分之一变速范围的最高一级转速:2) 各传动轴的计算转速轴序号计算转速/ r/min 12501120580180224562. 各轴直径的估算一般按照扭转刚度初算传动轴直径:mm 其中:;为该传动轴的传递功率;为电动机的输出功率;-该传动轴的计算转速;为从电动机到传动轴之间传动件的传动效率的乘积;(deg/m)
15、为每米长度上允许的扭转角,可查机械设计手册,各传动的效率为:联轴器 ,带传动,齿轮传动,轴承(可忽略不计)。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定。(1)、轴的直径:处于结构的考虑,I轴设计为套在主轴后端的轴套。内径为80mm,外径为100mm。 (2)、轴的直径:, ,取。(3)、轴的直径:,相应花键轴取。(4)、轴的直径:,,相应花键轴取(5)、轴的直径:,相应花键轴取。(6)、VI轴(主轴)的直径:机床主轴结构图主轴直径直接影响主轴部件的刚度。直径越粗,刚度越高,但同时与它相配的轴承等零件的尺寸也越大。由主轴所传递
16、的功率查数控机床系统设计课本表4-4,取主轴前轴颈的直径。主轴直径常是自前往后逐步减小的,前轴颈直径大于后轴颈直径 。一般,取。主轴孔径取主轴平均直径的55%65%,取d=50mm。(7)允许扭转角的确定 一般,机床各轴的允许扭转角参考值见下表3: 表3.机床各轴允许扭转角 本次设计,中间传动轴允许扭转角均取1deg3.传动轴的验算由于变速箱各轴的应力都比较小,验算时,通常都是用复合应力公式进行计算: (MPa)为复合应力(MPa)为许用应力(MPa)W为轴危险断面的抗弯断面模数 实心轴: 空心轴: 花键轴:d为空心轴直径,花键轴内径D为空心轴外径,花键轴外径d0为空心轴内径b为花键轴的键宽Z
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