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

1、B壓邑大學(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：姓紹贊學(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）題目公比中最低轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z功率N(Kvy車床最大加工直徑6400mm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）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

2、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j43、求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z44、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工運(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：4因?yàn)?.26=1.06,首先找到最小極限轉(zhuǎn)速35.5,再每跳過(guò)3個(gè)數(shù)(1.26=1.06

3、4)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、450n450r=_mx=12.68nmin35.52、確定公比小根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，公比4=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父2M2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,第一擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)一般為X1=R=3,第二擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)一般是X2=P1P0=3黑2=6其中最后擴(kuò)大組的變速范圍R2=

4、中X2(P2")=1.266(2")=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：5、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)：Y112依4,鼠籠式三相4極異步電機(jī)，同步轉(zhuǎn)速1500rpm,轉(zhuǎn)速為1440rpm。型號(hào)敏崎解豳端就拒sms演1緞州Arfmin%COS®怡信倍咽A)mm/s陽(yáng)Y112M44|居|144。亂5|。成22|Z31681Ml1.8|47分配總降速傳動(dòng)比U總降速傳動(dòng)比為U=-=竺走=0.02465,若每個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比均取四Nd1

5、440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主占1/4）,則三個(gè)變速組總的降速比可達(dá)/1,看來(lái)似乎無(wú)須增14）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

6、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主之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umaxW/=2。max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Xci,升速傳動(dòng)比Xc2=1.261。1.265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/min2111.Umax=*，Umin)

7、、180r/min(Umax/，Umin=")、224l7min(Umax=1,1、，11、Umin=TT)、280r/min(umax=T,Umin=不")，為使II軸轉(zhuǎn)速不土于過(guò)低，回11.一成II軸的轉(zhuǎn)矩較大，又避免了升速，取Umax=4,Umin=R,這樣，II軸的最4<P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X。=1,又因?yàn)閹鲃?dòng)的傳動(dòng)比為u=,帶傳動(dòng)比可能比較1.26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

8、450r/min其結(jié)構(gòu)式：12=312226其降速比分配：111111=XXX14401.26161.2651.2621.2641.26535.5其中：傳送帶的降速比：,一級(jí)齒輪降速比：/,二級(jí)齒輪降速比: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31圖2.傳動(dòng)系統(tǒng)圖7、確定變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù)變速組a：變速組a有三個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是必=1,Ua2=,Ua2=4=3:1.2621.262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)

9、，查出存在上述三個(gè)傳動(dòng)比的分別有：由Zmin之(1820),為了方便表達(dá)只列出5070之間的&Ua1=1時(shí)：Sz=50、52、5456、58、60、62、64、66、687050、52、5456、5961、6&6566、6870UO2二oa2:12*1.262時(shí):Sz=52、54、57、59、6062、6567、7011r，一Ua2=不=7"時(shí)：S=1.26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

10、齒數(shù)為：ua1=27/27,ua2=24/30因?yàn)樽兯俳Ma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33-30=3,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：出1=35/35,出2=31/393=27/43經(jīng)檢驗(yàn)：最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差43-39=4,滿足變速要求。變速組b:1111變速組b有兩個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是Ub1=-1=,Ub2=4=。11.26于是可得軸II上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別是：25、16由Zmin至(1820),齒數(shù)

11、過(guò)小的齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性差。1.264兩個(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：11ub1=1=時(shí)Sz=50、52、5456、59、61、6365、6668、70，.中1.26'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)比分別是出=邛=1.26,比2=5=5。:1.26一個(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：uc1=中=1.26時(shí)：Sz=66、6&70、72、74

12、、7577、79、81、82、8384.11uc2Sz=666、770、717579、80838c2-.55z1.26可取Sz為83。1 1Uc2=5為降速傳動(dòng)，取軸III齒輪齒數(shù)為20;41=邛=1.26為升速傳動(dòng)，(p51265c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±邛10十1=)%x10-(1下裝射岫瞰速%差與規(guī)定6%值之間的比較：表1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

13、范圍之內(nèi)35.535.680.51%V4544.96-0.09%V5656.651.16%V7171.370.52%V9089.93-0.08%V112113.311.16%V140142.781.98%V180179.90-0.05%V224226.671.19%V280285.612.0%V355359.861.37%V450453.430.76%V:、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_KA式中d傳動(dòng)軸直徑P電動(dòng)機(jī)的額定功率nj傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。一一從電機(jī)到所計(jì)算軸的傳動(dòng)效率因?yàn)橐话銈鲃?dòng)軸的每米長(zhǎng)允許扭轉(zhuǎn)角吩=(0.51.0),則這里不妨取e=1.

14、0,由表210可知，A=92,K=1.041.05,WJAK=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，Znj=nmin3=35.51.26=71.0171(2)各個(gè)傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖知軸田有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，故軸出的140r/min轉(zhuǎn)速也能傳遞全部功率，則軸出計(jì)算轉(zhuǎn)速為140r/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

15、料，知一般情況下，V帶傳動(dòng)效率J=0.97,滾動(dòng)軸承的效率7=0.98,齒輪副的效率E=0.95。WJ:I軸:d1_9644=96440,970.98：29,11450n軸:40,970,9820.95:32,19280出軸:IV軸:43,77:37.60d2>964；=96x4綜上，可取di=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n軸獲得3級(jí)轉(zhuǎn)速，n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

16、=20,使出軸獲得6級(jí)轉(zhuǎn)速，140r/min是出軸的計(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：要求每個(gè)變速組的模數(shù)相同。87)進(jìn)行齒輪尺寸的初步確定，即:變速組a:1)由機(jī)械設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)計(jì)算公式(d1-766試選荷載系數(shù)Kt=2.0。I軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1：9550-=9550%40,970,98450=80.69Nm齒寬系數(shù)*d由表83選取%=1應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：9N1=60nljLh=6045012825010)=1.08109N2

17、N11.081091.262=6.8108接觸疲勞壽命系數(shù)Khn,由Ni、N2查附圖86,得：Khni=0.92,Khn2=0.94接觸疲勞強(qiáng)度極限:-Hlm,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crHlim1=720N/mm2;大齒輪仃川im2=580N/mm2接觸疲勞許用應(yīng)力Lh】，由表84,取安全系數(shù)Sh=1.00（一般可靠度）則:-CH1=Khni二H"m192720=662N/mm2SH1.00-CH2="2二H"m294580=545N/mm2SH1.002）試算d1,取許用接觸疲勞強(qiáng)度kH】=kH!=545N/m

18、m2,為計(jì)算許用應(yīng)力,則:d1-7663KT1u-1二76632.080.691.262-11(545)21.262u44.88mm在此選d1=50mm3）計(jì)算齒輪模數(shù)m,則:d150m=1.85427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=9550235540.970.980.95,二95.23Nm齒寬系數(shù)*d由表83選取%=1應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為:N1=60n2jLh=6035512825010=8.52108N2N18.521081.264=3.38108接觸疲勞壽命系數(shù)Khn,由Ni、N2查附圖86,得：

19、Khni=0.93,Khn2=0.95接觸疲勞強(qiáng)度極限:-Hlm,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crHlim1=720N/mm2;大齒輪仃川im2=580N/mm2接觸疲勞許用應(yīng)力Lh】，由表84,取安全系數(shù)Sh=1.00（一般可靠度）則:-CH1=Khni二Hlim1尸93720=670N/mm2SH1.00-CH2=KHN2;Hlim2=0.95580=551N/mm2SH1.002）試算a,取許用接觸疲勞強(qiáng)度kH】=kH!=551N/mM,為計(jì)算許用應(yīng)力,則:d1-7663KT1u-1二76632.095.231.262-12215511.26

20、=50.85mm在此選d1=55mm3）計(jì)算齒輪模數(shù)m,則:d1Z255=2.7520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=95503240.970.980.95=140.51Nm224齒寬系數(shù)*d由表8-3選取%=1應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為:N1=60n3jLh=6022412825010=5.38108N2Ni5.381081.265=1.69108接觸疲勞壽命系數(shù)Khn,由N1、N2查附圖86,得：Khn1=0.95,Khn2=0.97接觸疲勞強(qiáng)度極限0Hiim,由附圖87,分別按合金MQ線和調(diào)質(zhì)

21、碳鋼MQ線的延長(zhǎng)線及齒面硬度查得：小齒輪crH1ml=720N/mm2;大齒輪仃Hlim2=580N/mm2接觸疲勞許用應(yīng)力Lh】，由表84,取安全系數(shù)Sh=1.00（一般可靠度）則:-CH1=KHN1'-Hlim10.95720SH1.00_.2=684N/mm-CH2=KHN2、Hlim2SH0.975801.00.2=563N/mm2）試算a,取許用接觸疲勞強(qiáng)度kH】=kH!=563N/mm2,為計(jì)算許用應(yīng)力,則:d1>7663-KT12U'=7663d1-hI2u2.0140.511.26-12215561.26=53.27mm在此選d1=58mm3）計(jì)算齒輪模數(shù)m,則:d158c八Z320m=2.9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Di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Lo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的選取口一般按機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑，由表3-1選?。河晒β史秶?.75.5,則本車床的前軸頸直徑Di=70105,在此選為D=80則車床后軸頸的直徑D2=(0.70.85)Di,考慮到主軸最小軸頸為45,要保證軸的強(qiáng)度滿足要求(因?yàn)橹鬏S是