機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)大作業(yè)設(shè)計(jì)講解

1、五邑大學(xué)機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名：余紹贊學(xué) 號(hào)： 3112003184 指導(dǎo)老師：崔敏2015 年 5 月設(shè)計(jì)題目 ： 無(wú)絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：（三相 4 極異步電機(jī)，同步轉(zhuǎn)速 1500rpm）題目公比最低轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z功率 N（KW）車床最大加工直徑 400mm 無(wú)絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2635.5124設(shè)計(jì)任務(wù) ：（1） 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)根據(jù)給定的機(jī)床用途、 規(guī)格、極限速度、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比（或轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)）， 分析、比較、擬定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案 （包括結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖） ， 確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)， 并計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn) 速的相對(duì)誤差。

2、（2） 動(dòng)力參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，初步計(jì)算傳動(dòng)軸直徑、 齒輪模數(shù)；確定機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)尺寸。一、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 41、確定極限轉(zhuǎn)速 42、確定公比 43、求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z 44、確定結(jié)構(gòu)式 45、繪制轉(zhuǎn)速圖 56、繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 87、確定變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù) 98、校核主軸轉(zhuǎn)速誤差 11二、動(dòng)力設(shè)計(jì) 121、傳動(dòng)軸的直徑的確定 122、齒輪模數(shù)的初步計(jì)算 133、確定機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)尺寸 16參考文獻(xiàn) 17、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1、確定極限轉(zhuǎn)速根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，主軸最低轉(zhuǎn)速為 35.5r/min ，級(jí)數(shù)為 12，且公比 =1.26 。根據(jù) 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表 2-5 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列知

3、：因?yàn)?.26=1.064 ，首先找到最小極限轉(zhuǎn)速 35.5，再每跳過(guò) 3 個(gè)數(shù)（1.261.064） 取一個(gè)轉(zhuǎn)速，即可得到公比為 1.26 的數(shù)列：35.5、45、56、71、90、112、140、180、224、280、355、450Rnnmaxnmin45035.512.682、確定公比 根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，公比 =1.263、求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z=124、確定結(jié)構(gòu)式 按照傳動(dòng)副前多后少原則，選用 12 3 2 2 的傳動(dòng)方案。 由前密后疏原則 （傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致） ，由設(shè)計(jì)時(shí)要使主軸的轉(zhuǎn)速為 連續(xù)的等比數(shù)列，則必有一個(gè)變速組的級(jí)數(shù)比為 1，則基本組 X0 1

4、 ， 第一擴(kuò)大 組的級(jí) 比指 數(shù)一般 為 X1 P0 3 ， 第二擴(kuò)大 組的級(jí) 比指 數(shù)一 般是X2 P1P0 3 2 6 其中最后擴(kuò)大組的變速范圍 R2 X2（P2 1） 1.266（2 1） 4 8（主 傳動(dòng)各變速組的最大變速范圍 810） 符合要求。因?yàn)樽詈髷U(kuò)大組的變速范圍滿 足要求，則其它變 速 組的變 速 范圍也 一定符合要 求。即 最終結(jié)構(gòu)式 為：12 31 22 265、繪制轉(zhuǎn)速圖選定電動(dòng)機(jī) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇的電機(jī)型號(hào)： Y112M 4，鼠籠式三相 4 極異步電機(jī)，同步 轉(zhuǎn)速 1500rpm，轉(zhuǎn)速為 1440rpm。分配總降速傳動(dòng)比 U總降速傳動(dòng)比為 U Nmin 35.5 0

5、.02465 ，若每個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比均取四Nd 1440分之一（為避免從動(dòng)齒輪尺寸過(guò)大而增大箱體的徑向尺寸，一般限制降速最小傳動(dòng)比 u主 1/ 4 ），則三個(gè)變速組總的降速比可達(dá) 1 1 ， 看來(lái)似乎無(wú)須增 主 4 64加降速定比傳動(dòng)，但是為了中間兩個(gè)變速組做到降速緩慢以利于減少變速箱的 徑向尺寸，可大電機(jī)軸與 I 軸之間增加一降速比傳動(dòng)，用齒輪和皮帶均可，為 了便于安裝，維護(hù)方便，在此選用的是皮帶。確定傳動(dòng)軸的軸數(shù)軸數(shù)=變速組數(shù) +定比傳動(dòng)副數(shù) +1=3+1+1=5合理分配傳動(dòng)比主軸共有 12 級(jí)轉(zhuǎn)速，注明主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速， 電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速也應(yīng)在電動(dòng)機(jī)軸上注明， 如下圖，轉(zhuǎn)速圖中的小圓圈表示該

6、軸具有的轉(zhuǎn)速，即時(shí)轉(zhuǎn)速點(diǎn)。 一般，降速傳動(dòng)遵循“前慢后快”原則。 因?yàn)榇_定中間各軸轉(zhuǎn)速時(shí)，通常往前推比較方便，所以首先定 III 軸的轉(zhuǎn)速。為避免從動(dòng)齒輪尺寸過(guò)大而增大箱體的徑向尺寸，一般限制降速最小傳動(dòng)比u主 1/ 4 ，又為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差， 減少振動(dòng)噪聲，限制最大升速比 umax 2 2。確定 III 軸的轉(zhuǎn)速由于第二擴(kuò)大組的變速范圍為 4，級(jí)比指數(shù)是 6，故這兩對(duì)傳動(dòng)副的降速傳動(dòng)比可以初步確定為 Xc1 1 5 ，升速傳動(dòng)比 Xc2 1.261 。c1 1.265c2于是可以確定 III 軸的六級(jí)轉(zhuǎn)速是： 112， 140，180，224，280， 355r/min ，可見(jiàn) III 軸

7、的最低轉(zhuǎn)速為 112r/min 。確定 II 軸轉(zhuǎn)速第一擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù) X1 3 。于是， II 軸的最低轉(zhuǎn)速可能是 140r/min2 1 1 1umax，umin）、180r/min （umax，umin2 ）、224r/min （umax 1，1 1 1umin3 ）、280r/min （ umax， umin 4 ），為使 II 軸轉(zhuǎn)速不至于過(guò)低，造11成II 軸的轉(zhuǎn)矩較大，又避免了升速，取 umax 1，umin 14 ，這樣， II 軸的最 低轉(zhuǎn)速為 280r/min ，三級(jí)轉(zhuǎn)速分別為 280,355,450r/min 。 確定 I 軸轉(zhuǎn)速I 軸級(jí)比指數(shù)為 X0 1，又因?yàn)閹鲃?dòng)

8、的傳動(dòng)比為 u 1 5 ，帶傳動(dòng)比可能比較 01.265大，因?yàn)樵O(shè)計(jì)參數(shù)給出的電機(jī)轉(zhuǎn)速和和主軸的轉(zhuǎn)速相差很大，如果在不換電機(jī)的情況下，適當(dāng)?shù)脑黾咏邓俦染涂梢詽M足條件。 最終確定 I 軸的轉(zhuǎn)速為 450r/min其結(jié)構(gòu)式： 12 31 22 26其降速比分配：1 1 1 1 1 1 1440 1.2616 1.265 1.262 1.264 1.265 35.51，21.262二級(jí)齒輪其中：傳送帶的降速比： 1 5 ，一級(jí)齒輪降速比：1.265降速比：11.264三級(jí)齒輪降速比：11.265根據(jù)以上計(jì)算，繪制轉(zhuǎn)速圖如下：圖 1. 轉(zhuǎn)速圖6、繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖圖 2. 傳動(dòng)系統(tǒng)圖7、確定變速組齒輪傳動(dòng)

9、副的齒數(shù) 變速組 a：變速組 a 有三個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是ua11,ua21 1 ,ua212 1 2a1 a2 1.26 a221.262后兩個(gè)傳動(dòng)比小于 1，取其倒數(shù)，即按 u=1,1.26 （1.25 ）,和 1.58（ 1.60 ）查表。 由機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表 28 查得：在合適的齒數(shù)和 Sz范圍內(nèi)，查出存在上述三個(gè)傳動(dòng)比的 分別有 ：由Zmin （1820），為了方便表達(dá)只列出 50 70之間的 Szua1 1時(shí)： Sz50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、7011ua2時(shí)： Sz50、52、54、56、59、61、63、65、66、68、70a2 1.26

10、zua21.262時(shí)：Sz52、54、57、59、60、62、65、67、70如變速組內(nèi)所有齒輪的模數(shù)相同， 并是標(biāo)準(zhǔn)齒輪， 則三對(duì)傳動(dòng)副的齒數(shù)和 Sz 應(yīng)該 是相同的。符合上述條件的是， Sz 54或70， 方案 1：選取 Sz 為 54 查表可得軸 I 主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別為： 27，24， 21。 則可算出三個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)為： ua1 27/27， ua2 24/30 因?yàn)樽兯俳M a 要采用三聯(lián)滑移齒輪， （三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒 數(shù)差應(yīng)大于或等于 4）經(jīng)檢驗(yàn)：最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差 33303，故方案 1 無(wú)法實(shí)現(xiàn)變速。 方案 2：選取Sz為 70同理，查表可得軸 I

11、 主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別為： 35，31，27。 則可算出三個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)為： ua1 35/35，ua2 31/ 39 ua3 27/ 4343394，滿足變速要求經(jīng)檢驗(yàn)：最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差 變速組 b：變速組 b 有兩個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是11ub11.26u11 ub24 1.26411ub1 1 1.126 時(shí)，兩個(gè)傳動(dòng)均比小于 1，取其倒數(shù)，即按 u=1.26 （1.25）,和 2.52 （2.51 ） 同理，查表得：Sz50、52、54、56、59、61、63、65、66、68、7011ub24 4 時(shí)， Sz53、56、59、60、63、66、67、70b24 1.264z

12、符合上述條件的是， Sz 56或70 方案 1：選取 Sz 為 56于是可得軸 II 上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別是： 25、16 由 Zmin （18 20） ，齒數(shù)過(guò)小的齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性差。10方案 2：選取Sz為 70于是可得軸 II 上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別是： 31， 20。 則可算出三個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)分別為： 39， 50。 變速組 c ：11 變速組 c 有兩個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是 uc11.26 ， uc25 5 。5 1.265 一個(gè)傳動(dòng)均比小于 1，取其倒數(shù)，即按 u=1.26 （1.25）,和 3.17 （3.16 ） 查表得：uc11.26 時(shí)： Sz66、68、70、72、74、

13、75、77、79、81、82、83、8411uc25 5 Sz6 6、6、7 7、0、7 1、7、5 7、9、8 0 83 85 1.265可取 Sz為 83。11uc25 5 為降速傳動(dòng)，取軸 III 齒輪齒數(shù)為 20；uc11.26 為升速傳動(dòng)，5 1.265取軸 IV 齒輪齒數(shù)為 37。由對(duì)應(yīng)傳動(dòng)比，得軸 III 上兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別是 20,46 ；軸 IV 兩齒輪的齒數(shù)分別是 63,37 。8、校核主軸轉(zhuǎn)速誤差實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，要求不超過(guò)（n n） /n 1 0 （ 1 ） % 1 0 （ 。1下. 表2為6主軸1轉(zhuǎn)）速%誤差與規(guī)2定. 6 % 值之間的比較：表 1

14、主軸轉(zhuǎn)速誤差與規(guī)定值之間的比較標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 r/min實(shí)際轉(zhuǎn)速 r/min主軸轉(zhuǎn)速誤差在標(biāo)準(zhǔn)值范圍之內(nèi)35.535.680.51%4544.96-0.09%5656.651.16%7171.370.52%9089.93-0.08%112113.311.16%140142.781.98%180179.90-0.05%224226.671.19%280285.612.0%355359.861.37%450453.430.76%11、動(dòng)力設(shè)計(jì)1、 傳動(dòng)軸的直徑的確定由機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 按抗扭剛度估算軸的直徑：d KAP 電動(dòng)機(jī)的額定功率式中nj 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 從電機(jī)到所計(jì)算軸的傳動(dòng)效率因?yàn)橐话銈鲃?dòng)軸

15、的每米長(zhǎng)允許扭轉(zhuǎn)角（0.5 1.0） ， 則這里不妨取 1.0 ，由表 210 可知，A92，K1.041.05，則 AK 95.6896.6，這里取 AK 96， 則有：（1）主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是等公 比傳動(dòng)， 由機(jī)械制造裝 備設(shè)計(jì) 表 29 中所 述， Z 1 3nj nmi n 3 35.5 1.26371.01 71（2）各個(gè)傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖知軸有 6 級(jí)轉(zhuǎn)速， 其最低轉(zhuǎn)速為 112r/min, 通過(guò)雙聯(lián)齒輪使主軸獲得 兩極轉(zhuǎn)速： 140，35.5 。140 比主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速高，需傳遞全部功率，故軸 的 140r/min 轉(zhuǎn)速也能傳遞全部功率，則軸 計(jì)算轉(zhuǎn)速為 140r/

16、min 。同理，根據(jù)轉(zhuǎn) 速圖和主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以確定軸 II 、軸 I 的計(jì)算轉(zhuǎn)速分別為： 280， 450。 各傳動(dòng)軸直徑經(jīng)過(guò)網(wǎng)上查閱資料，知一般情況下， V 帶傳動(dòng)效率 1 0.97， 滾動(dòng)軸承的效率2 0.98，齒輪副的效率 3 0.95 。則：12I 軸：d1 964 4 96 4 4 0.97 0.98 29.11 nj450軸：d2 964 4 96 4 4 0.97 0.982 0.95 nj28032.19軸：d3 964 4 96 4 4 0.97 0.983 0.952 37.60 nj140綜上 ，軸：d434 0.97 0.984 0.953 43.7771可取 d1

17、30， d2 35，d3 40， d4 452、 齒輪模數(shù)的初步計(jì)算1）齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定只需計(jì)算變速組內(nèi)最小的也是強(qiáng)度最弱的齒輪即可。a變速組內(nèi)最小齒輪齒數(shù)是 z=27，使軸獲得 3 級(jí)轉(zhuǎn)速， 軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為 280， 故 z=27 在 r/min 傳遞全部功率， 450r/min 是計(jì)算轉(zhuǎn)速。b變速組內(nèi)最小齒輪齒數(shù)是 z=20，使軸獲得 6 級(jí)轉(zhuǎn)速，140r/min 是軸的計(jì)算 轉(zhuǎn)速，所以該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 355r/min 。c 變速組內(nèi)的最小齒輪齒數(shù)是 z=20，使主軸獲得 12 級(jí)轉(zhuǎn)速， 71r/min 是主軸的 計(jì)算轉(zhuǎn)速，所以該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 224r/min 。2）模數(shù)的計(jì)算原則

18、：要求每個(gè)變速組的模數(shù)相同。 變速組 a:1）由機(jī)械設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)計(jì)算公式（87）進(jìn)行齒輪尺寸的初步確定，即：試選荷載系數(shù) Kt 2.0 。 I 軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1 ：T1 9550 P19550 4 0.97 0.98 80.69N mn1450 齒寬系數(shù) d 由表 83 選取 d 1 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：139N1 60n1 jLh 60 450 1 2 8 250 10 1.08 109N2N1u1.08 1091.26286.8 108 接觸疲勞壽命系數(shù) KHN ，由 N1 、N2查附圖 86，得： K HN 1 0.92,K HN 2 0.94 接觸疲勞強(qiáng)度極限 H lim ，由附圖

19、 87，分別按合金 MQ線和調(diào)質(zhì)碳鋼 MQ線 的延長(zhǎng)線及齒面硬度查得：小齒輪 Hlim1 720N / mm2 ；大齒輪 Hlim2 580N / mm2 接觸疲勞許用應(yīng)力 H ，由表 84，取安全系數(shù) SH 1.00（一般可靠度）則：H2K HN1 H lim1SHKHN 2 H lim2SH0.92 720 662N /mm21.000.94 5801.002545N / mm2則：7663 2.0 80.2691.262 2 11 545 2 1.2622）試算 d1 ，取許用接觸疲勞強(qiáng)度 H H 2 545N / mm2 ，為計(jì)算許用應(yīng)力，44.88mm在此選 d1 50mm3） 計(jì)算

20、齒輪模數(shù) m,則：m d1 50 1.85 z1 27根據(jù)附表 8 8，確定變速級(jí) a 齒輪模數(shù)為 m 2 變速組 b: 試選荷載系數(shù) Kt 2.0 。 II 軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T2 ：PT2 9550 1 9550n2295.23N m4 0.97 0.982 0.95355 齒寬系數(shù) d 由表 8 3 選取 d 1 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：148N1 60n2 jLh 60 355 1 2 8 250 10 8.52 108N1 8.52 108 8N2 1 4 3.38 1082 u 1.264 接觸疲勞壽命系數(shù) KHN ，由 N1 、N2查附圖 86，得： K HN 1 0.93,K HN

21、 2 0.95 接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim ，由附圖 87，分別按合金 MQ 線和調(diào)質(zhì)碳鋼 MQ 線 的延長(zhǎng)線及齒面硬度查得：小齒輪 Hlim1 720N / mm2 ；大齒輪 Hlim2 580N / mm2 接觸疲勞許用應(yīng)力 H ，由表 84，取安全系數(shù) SH 1.00（一般可靠度）則：H2K HN1 H lim1SHKHN 2 H lim2SH0.93 720 670N /mm21.000.95 5801.002551N / mm2則：7663 2.0 95.2231.262 2 11 551 2 1.262z255 2.75202）試算 d1 ，取許用接觸疲勞強(qiáng)度 H H 2 551N

22、 / mm2 ，為計(jì)算許用應(yīng)力，50.85mm在此選 d1 55mm3） 計(jì)算齒輪模數(shù) m,則：根據(jù)附表 88 第二系列，確定變速級(jí) b齒輪模數(shù)為 m 2.75 變速組 c 試選荷載系數(shù) Kt 2.0 。 III 軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T3 ：PT3 9550 1n33295504 0.97 0.983 0.952224140.51N m 齒寬系數(shù) d 由表 8 3 選取 d 1 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：15N1 60n3 jLh 60 224 1 2 8 250 10 5.38 108N2N15.38 1081.26581.69 108 接觸疲勞壽命系數(shù) KHN ，由 N1 、N2查附圖 86，得：

23、 K HN 1 0.95,K HN 2 0.97 接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim ，由附圖 87，分別按合金 MQ 線和調(diào)質(zhì)碳鋼 MQ 線 的延長(zhǎng)線及齒面硬度查得：小齒輪 Hlim1 720N / mm2 ；大齒輪 Hlim2 580N / mm2 接觸疲勞許用應(yīng)力 H ，由表 84，取安全系數(shù) SH 1.00（一般可靠度）則：H2K HN1 H lim1SHKHN 2 H lim2SH0.95 720 684N /mm21.000.97 5801.002563N / mm22）試算 d1 ，取許用接觸疲勞強(qiáng)度 H H 2 563N / mm2 ，為計(jì)算許用應(yīng)力，則：2.0 140.511.262

24、 17663221 556 2 1.26253.27mm在此選 d1 58mm3） 計(jì)算齒輪模數(shù) m,則：m d1 58 2.9z3 20根據(jù)附表 8 8，確定變速級(jí) c 齒輪模數(shù)為 m 3綜上：變帶組 a,b, c 的模數(shù)分別是 2，2.75，3.3、確定機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)尺寸主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸前、后軸頸 D1和 D2 ，主軸內(nèi)孔直徑 d，主軸前端 懸伸量 a 和主軸主要支撐間的跨距 L。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸的 剛度.主軸前軸頸直徑 D1 的選取16D1一般按機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑，由表31 選?。河晒β史秶?3.7 5.5，則本車床的前軸頸直徑 D1 70