機(jī)床(磨床)主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

1、1緒論1.1磨床簡介磨床(gri nder,gri nding machi ne)是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，少數(shù)的是使用油石、砂帶等其他 磨具和游離磨料進(jìn)行加工，如珩磨機(jī)、超精加工機(jī)床、砂帶磨床、研磨機(jī)和拋光機(jī) 等。磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻 璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率的磨削，如 強(qiáng)力磨削等。十八世紀(jì) 30 年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機(jī)和槍械等零件淬硬后的加工，英 國、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當(dāng)時(shí)現(xiàn)成的機(jī)床 如車床、

2、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡單，剛度低，磨削時(shí)易產(chǎn)生振 動(dòng)，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。1876 年在巴黎博覽會(huì)展出的美國布朗 -夏普公司制造的萬能外圓磨床，是首次具有 現(xiàn)代磨床基本特征的機(jī)械。它的工件頭架和尾座安裝在往復(fù)移動(dòng)的工作臺(tái)上，箱形床 身提高了機(jī)床剛度，并帶有內(nèi)圓磨削附件。1883 年，這家公司制成磨頭裝在立柱上、工作臺(tái)作往復(fù)移動(dòng)的平面磨床。1900年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動(dòng)的應(yīng)用，對(duì)磨床的發(fā)展有很大的推動(dòng)作 用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，各種不同類型的磨床相繼問世。例如 20 世 紀(jì)初，先后研制出加工氣缸體的行星內(nèi)圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸

3、磨床和帶電磁吸盤 的活塞環(huán)磨床等。自動(dòng)測(cè)量裝置于 1908 年開始應(yīng)用到磨床上。到了 1920年前后，無心磨床、雙端 面磨床、軋輥磨床、導(dǎo)軌磨床，珩磨機(jī)和超精加工機(jī)床等相繼制成使用； 50 年代又出 現(xiàn)了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現(xiàn)了砂輪線速度達(dá)6080M/秒的 高速磨床和大切深、緩進(jìn)給磨削平面磨床； 70年代，采用微處理機(jī)的數(shù)字控制和適應(yīng) 控制等技術(shù)在磨床上得到了廣泛的應(yīng)用。隨著高精度、高硬度機(jī)械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā) 展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長。1.2磨床的分類磨床可分為十余種：1、外圓磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圓柱

4、形和圓錐形外表面的 磨床。2、內(nèi)圓磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圓柱形和圓錐形內(nèi)表面的 磨床。3、座標(biāo)磨床：具有精密座標(biāo)定位裝置的內(nèi)圓磨床。4、無心磨床：工件采用無心夾持，一般支承在導(dǎo)輪和托架之間，由導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng) 工件旋轉(zhuǎn)，主要用于磨削圓柱形表面的磨床。5、平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床。6、砂帶磨床：用快速運(yùn)動(dòng)的砂帶進(jìn)行磨削的磨床。7、珩磨機(jī)：用于珩磨工件各種表面的磨床。8、研磨機(jī)：用于研磨工件平面或圓柱形內(nèi)，外表面的磨床。9、導(dǎo)軌磨床：主要用于磨削機(jī)床導(dǎo)軌面的磨床。10、工具磨床：用于磨削工具的磨床。11、多用磨床：用于磨削圓柱、圓錐形內(nèi)、外表面或平面，并能用隨動(dòng)裝置及 附件磨削

5、多種工件的磨床。12、專用磨床：從事對(duì)某類零件進(jìn)行磨削的專用機(jī)床。按其加工對(duì)象又可分為： 花鍵軸磨床、曲軸磨床、凸輪磨床、齒輪磨床、螺紋磨床、曲線磨床等。1.3國內(nèi)外磨床的現(xiàn)狀1.3.1機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)從最早的德國在 1930年首先提出的“模塊化構(gòu)造”的設(shè)計(jì)方法到本世紀(jì) 5 0 年代 歐美一些國家正式提出所謂“模塊化設(shè)計(jì)” 的概念，機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)愈來愈受到重 視。并己形成較成熟的模塊化系統(tǒng)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，因而采用模塊化設(shè)計(jì)在 世界各地得到了迅速發(fā)展。采用模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品有下列優(yōu)點(diǎn)：1、產(chǎn)品更新?lián)Q代快；2、可以縮短設(shè)計(jì)和制造周期；3、可以降低成本；4、維修方便；5、產(chǎn)品性能可靠。 這種方

6、法可以提高機(jī)床設(shè)計(jì)的柔性和可變性。1.3.2新型砂輪材料的應(yīng)用帶來磨削技術(shù)的變革 刀具磨削加工是高速、高精度的成形磨削，這也是生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。成形磨削 有兩個(gè)難題：一是砂輪質(zhì)量，主要是砂輪必須同時(shí)具有良好的自礪性和形廓保持性， 而這兩者往往是有矛盾的；二是砂輪修整技術(shù)，即高效、經(jīng)濟(jì)的獲得所要求的砂輪形 廓和銳度，國外現(xiàn)己采用高精度金剛石滾輪來修整砂輪，并開發(fā)了連續(xù)修整成形磨削 新工藝，效果較好。磨削加工最基本的特點(diǎn)之一，是磨料粒度很小，由于磨料的內(nèi)聚性，使用普通的 方法，難以制造出均勻一致的細(xì)粒度砂輪。應(yīng)用電泳沉積 10-20nm 超細(xì)粒度磨料形成 磨料粒，是值得注意的新技術(shù)。 近年來低壓化

7、學(xué)氣相沉積 ( CVD ) 金剛石膜，發(fā)展速 度迅速。為了生產(chǎn)出質(zhì)量更高的砂輪，各國都在積極改進(jìn)傳統(tǒng)的粘結(jié)劑，以便生產(chǎn)出 適合不同要求的CBN砂輪。2磨床傳動(dòng)方案的分析確定機(jī)械傳動(dòng)裝置位于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間，用以用以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力或改變運(yùn)動(dòng)方 式。傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)整個(gè)機(jī)械的工作性能、尺寸、重量和成本等影響很 大，因此，傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.1磨床對(duì)傳動(dòng)方案的要求合理的傳動(dòng)方案，首先應(yīng)滿足工作機(jī)的功能要求，其次還應(yīng)滿足工作可靠、結(jié)構(gòu) 簡單、尺寸緊湊、傳動(dòng)效率高、重量輕、成本低廉、工藝性好、使用和維護(hù)方便等要 求。任何一個(gè)方案，要同時(shí)滿足以上所有要求是時(shí)分困難的，因

8、此要統(tǒng)籌兼顧，滿足 最主要的和最基本的要求。2.2磨床傳動(dòng)方案的擬定滿足同一工作機(jī)功能要求，往往可采用不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不同的組合和布局，從 而可得出不同的傳動(dòng)方案。擬定傳動(dòng)方案時(shí)，應(yīng)充分了解各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能及適用 條件，結(jié)合工作機(jī)所傳遞的載荷性質(zhì)和大小、運(yùn)動(dòng)方式和速度以及工作條件等，對(duì)各 種傳動(dòng)方案進(jìn)行分析比較，合理的選擇。本次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是磨床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下面提出幾個(gè)方案進(jìn)行比 較：1、齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)具有承載能力大、效率高、允許速度高、尺寸緊湊、壽命長等特點(diǎn)，因此在傳動(dòng)裝置中一般應(yīng)首先采用齒輪傳動(dòng)。由于斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的承 載能力和平穩(wěn)性比直齒圓柱齒輪傳動(dòng)好，故在高速級(jí)或要

9、求傳動(dòng)平穩(wěn)的場(chǎng)合，常采用 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2、帶傳動(dòng) 具有傳動(dòng)平穩(wěn)、吸振等特點(diǎn)，且能起過載保護(hù)作用。但由于它是靠摩 擦力來工作的，在傳遞同樣功率的條件下，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸較大。3、鏈傳動(dòng) 由于工作時(shí)鏈速和瞬時(shí)傳動(dòng)比呈周期性變化，運(yùn)動(dòng)不均勻、沖擊振動(dòng) 大，一般布置在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)。經(jīng)過分析，決定采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，經(jīng)過一級(jí)變速達(dá)到設(shè)計(jì)效果。3總體設(shè)計(jì)3.1電動(dòng)機(jī)的選擇3.1.1電動(dòng)機(jī)類型的選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類、工作條件、工作時(shí)間的長短及載荷的 性質(zhì)、大小、啟動(dòng)性能和過載情況等條件來選擇。工業(yè)上一般采用三相交流電動(dòng)機(jī)。 Y 系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維

10、護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故其應(yīng)用 廣泛。本次設(shè)計(jì)采用 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。3.1.2電動(dòng)機(jī)功率的選擇電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性能都有影響。功率選 得過小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動(dòng)機(jī)長期過載而過早損壞；功率選得過 大，則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，且經(jīng)常不在滿載下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)效率和因數(shù)都較低，造成很 大的浪費(fèi)。電動(dòng)機(jī)功率的確定，主要與其載荷大小、工作時(shí)間長短、發(fā)熱多少有關(guān)。對(duì)于長 期穩(wěn)定工作的機(jī)械，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需功率Pd 來選擇，而不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和啟動(dòng)力矩。選定磨床砂輪型號(hào)尺寸為 250X 25X 75,同時(shí)確定砂輪轉(zhuǎn)速為1450r/min。 工作機(jī)有效功率：PW=Fv/

11、1000 n W根據(jù)砂輪轉(zhuǎn)速及尺寸可確定v=18.84m/s ,其中F=250N,n W=1 ,因此,PW=Fv/1000nW=250X18.84/1000X1=4.71kW計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需功率：首先確定傳動(dòng)裝置的總效率 n 。設(shè)各效率分別為 n 1（ 8 級(jí) 閉式齒輪傳動(dòng)）、 n 2（滾動(dòng)軸承）、 n 3（彈性聯(lián)軸器）。查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表2-2得：n i=0.97、 n 2=0.98、 n 3=0.99，總效率2n = n i n 2 n 3=0.97 x 0.98 x 0.99=0.92電動(dòng)機(jī)所需功率為：Pd=FW/ n =4.71/0.92=5.12kW由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表16-1選電動(dòng)

12、機(jī)額定功率5.5kW3.1.3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇同一功率的異步電動(dòng)機(jī)有同步轉(zhuǎn)速3000、1500、1000、750r/min 等幾種。一般來說，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對(duì)數(shù)愈少，外輪廓尺寸愈小，價(jià)格愈低。反之，外 輪廓尺寸愈大，價(jià)格愈貴。當(dāng)工作機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，選用高速電動(dòng)機(jī)較經(jīng)濟(jì)。選電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 3000r/min，工作機(jī)轉(zhuǎn)速nw=1450r/min，總傳動(dòng)比i=nn w表3.1電動(dòng)機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)型號(hào)額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比Y132S1-25.5kW3000r/mi n2900r/mi n2查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表16-2知電動(dòng)機(jī)機(jī)座中心高132mm外伸軸徑38mm外伸軸長度80mm3.2傳動(dòng)

13、裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算3.2.1各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算n 1= nm=2900r/mi nn n=nw=1450r/m in3.2.2各軸輸入功率Pi=Pdn 2 n 3=4.92 x 0.99 x 0.98=4.77KwPn =Pi n 1 n 2=4.77 x 0.97 x 0.98=4.53Kw3.2.3各軸輸入轉(zhuǎn)矩Ti =9550Pi /n i =9550 x 4.77/2900=15.71NmTn=9550R/n n =9550 x 4.53/1450=29.84Nm表3.2各軸動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)參數(shù)軸號(hào)轉(zhuǎn)速功率轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比I2900r/mi n4.77kW15.71Nmn1450r/mi n4.53kW2

14、9.84Nm24傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1齒輪的設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可 達(dá)數(shù)十萬千萬，圓周速度可達(dá)200m/s。齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)有：1、 效率高在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率為最高。2、 結(jié)構(gòu)緊湊在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。3、 工作可靠、壽命長設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十 分可靠，壽命可長達(dá)一、二十年，這也是其他機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。4、 傳動(dòng)比穩(wěn)定傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)廣泛應(yīng)用，也是由于具有這一特點(diǎn)。4.1.1齒輪各參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)由

15、齒輪的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷能力。因此，對(duì)齒輪材料 性能的基本要求為齒面要硬、齒芯要韌。1、初選直齒圓柱齒輪試算2、選定齒輪精度為7級(jí)精度3、 材料的選擇由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-1選小齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度235HBS大 齒輪材料45鋼，正火，硬度190HBS硬度差為45HBS4、 初選小齒輪齒數(shù) Z1=24,則大齒輪齒數(shù) 乙二iZ1=24X 2=48,u=25、按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算d1t 2.32 /“人 upd u血】丿(1)確定公式內(nèi)各數(shù)值1)試選載荷系數(shù)Kt=1.32)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩Ti=Ti

16、=15.71Nm=1.57lx 104Nmm3)由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10-7選齒寬系數(shù)d=14)由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10-6查得材料彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa5)由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限(T Hlim1=550Mpa由圖10-21C查得大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限(T Hlim2=390Mpa6)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60nijL h=60X 2900X 1 X (10 X 8X 260)=3.62 X 109N=N/u=3.62 X 109/2=1.81 X 1097)由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) KN=0.9 K HN2=0.918)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力

17、取失效概率1%安全系數(shù)S=1T H 1=KHN1 T Hlim1/S=0.9 X 550MPa=495MPaT H 2=KHN2 T Hlim2/S=0.91 X 390MPa=354.9MPa計(jì)算1)試算小齒輪分度圓直徑代入T H中較小的值.Ku1iZE 1.3漢1.571勺04 3%89.8下du2.32 3 -r=3-x一- f =47.83mm丫du出丄Y 12 1354.9丿2)計(jì)算圓周速度v=n d1tn1/60 X 1000=3.14 X 47.83 X 2900/60000=7.26m/s由v2m/s故改用斜齒圓柱齒輪&選齒輪精度等級(jí)、材料及齒數(shù)(1)精度等級(jí)仍選7級(jí)材料同上選

18、小齒輪齒數(shù)Z1=24,大齒輪齒數(shù)Z?=48(4)初選螺旋角7、按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算1ZHZE M丿2KtT1 u（1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值1）試選 K=1.62）由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖10-30選區(qū)域系數(shù)ZH=2.4333）由教材圖 10-26 查得 a 1=0.765 , & a2=0.89，則 a = a 1 + g a 2=1 .6554）許用接觸應(yīng)力：(T H= (T H| 1+ (T H| 2/2=495+354.9/2=424.95Mpa其余尺寸與上述直齒圓柱齒輪相同計(jì)算332.433 89.8 2311.6552(424.95 丿=37.75mm2)計(jì)算圓周速度v= n d1t m/60

19、 X 1000=3.14 X 37.75 X 2900/60000=5.73m/s3)計(jì)算齒寬b及模數(shù)mtb=O dd1t =1 X 37.75=37.75mmAmt=d1tcos B /Z 1=37.75 X cos14 /24=1.526mmh=2.25mnt =3.434) b/h=37.75/3.43=10.9935)計(jì)算縱向重合度 B =0.318 dZ1tan B =0.318 X 1 X 24X tan 14 =1.9036)計(jì)算載荷系數(shù)K查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10-2選KA=1.25,由v=5.73m/s,7級(jí)精度，查圖10-8得動(dòng)載荷 系數(shù)KV=1.36,由表10-4查得 心=1.

20、342,由表10-3查得 心=KFa =1.4，由圖10-13查得 &B=1.4,故載荷系數(shù)2KtT, u_1：宀；：.uK=KKK KHB =1.25 X 1.36 X 1.4 X 1.342=3.194=47.53mm7）計(jì)算大小齒輪YfaYsa ,并加以比較P7）按實(shí)際載荷系數(shù)校正分度圓直徑di=dit 3 K =37.75 X 3 3.194Kt 1.68）計(jì)算模數(shù)mnAm=dicos B /Z 1=47.53 X cos 14/24=1.9228、按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算m32KTp廠YFaYs：:jdZ1 ；：.I；- F I（1）確定公式內(nèi)各計(jì)算參數(shù)1）計(jì)算載荷系數(shù)K=hAKKra K

21、FB=1.25 X 1.35 X 1.4 X 1.4=3.3322）根據(jù)縱向重合度=1.903，從機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖10-28查得YB=0.883）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)33 AZV1=Z/COS B =24/cos 14=26.25833 hZV2=Z7COS B =48/cos 14=52.5164）查取齒形系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10-5查得YF Fa1=2.590,Y F Fa2=2.425）查應(yīng)力校正系數(shù)：YS31=1.598,Y Sa2=1.7086）彎曲疲勞許用應(yīng)力計(jì)算由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖10-2c查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限（7 7 FE1=410Mpa大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限7 FE2=245Mpa由

22、圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN=0.83,KFN2=0.89。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,則彎曲疲勞許用應(yīng)力7 F 1=KFN1 7 FEI/S=0.83 X 410/1.4=243.07Mpa7 F2=KFN2 7 FE/S=0.89 X 245/1.4=155.75Mpa2 70YFaiYsai =2.59x1.598=0 071 YFa2Ysa2 = 2.4 3丿2 KTY P詈歲Y；aYsa = j2夕叱？8聖CO汽。徳厶日宓訕Y dZ；備昭Y1X242 X1.655對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取 m=1.5，已可滿足彎

23、曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按 接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=47.53mm來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由乙=d1cos B /mn=47.53 x cos14 =30.745，取 乙=30，貝U Z2=uZ1=609、幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算中心距a=(Z1+Z2)mn/2cos B =(30+60) x 1.5/2cos 14 =69.588mm 取 a=70mm(2)按圓整后的中心距修正螺旋角B =arccos （乙乙皿=arccos（36）英=15.359：2a（3）計(jì)算大小齒輪分度圓直徑d1=Zm/cos B =30 x 1.5/cos 15.359； =46.667mm d2

24、=乙m/cos B =60 x 1.5/cos 15.359 =93.333mm(4)計(jì)算齒輪寬度b=Odd1=1 x 46.667=46.667mnr，圓整后取 b=47mm 則 B=47mm,E=52mm由于乙、乙、d1、b、B發(fā)生變化,故相應(yīng)的參數(shù)需要修正，然后再根據(jù)修正結(jié)果, 看齒輪強(qiáng)度是否足夠。經(jīng)過修正后發(fā)現(xiàn)齒輪強(qiáng)度足夠，因此還用原來的數(shù)值。齒輪傳動(dòng)尺寸如表4.1。表4.1 齒輪傳動(dòng)尺寸名稱計(jì)算公式結(jié)果法面模數(shù)mn1.5法面壓力角a n20螺旋角15.359乙30齒數(shù)Z260傳動(dòng)比i2di46.667mm分度圓直徑d293.333mmdai=di+2ha * mn49.667mm齒頂

25、圓直徑da2=cb+2ha * mn96.333mmdfi =di-2(ha * +c*) mn42.167mm齒根圓直徑df2=d2-2(ha * +c*) mn88.833mm中心距a=m(Zi+乙)/2cos B70mmBi52mm齒寬B247mm4.1.2齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、 螺旋角、分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪觳等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小，通常都由結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)而定。齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與齒輪的幾何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及經(jīng)濟(jì)性 能等因素有關(guān)。進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮上述各方面的因素。小齒輪直徑很小，故米用齒

26、輪軸結(jié)構(gòu)大齒輪的齒頂圓直徑小于160mm因此做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪，具體結(jié)構(gòu)見零件圖4.2軸的設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)和其他零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的 確定軸的結(jié)構(gòu)及尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作 可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸 設(shè)計(jì)中的最重要的內(nèi)容。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況 下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這事只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或 塑性變形。而對(duì)剛度要求高的軸和受力大

27、的細(xì)長軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作 時(shí)產(chǎn)生較大的彈性變形。4.2.1軸的材料的選擇和最小直徑估算軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接 用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理和 化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸比較廣泛，其中最 常用的是45鋼。根據(jù)工作條件，初選軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。按按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行最小直徑估算。即：dmin=A3 P。初算軸徑時(shí)，若最小軸徑段開有鍵槽，還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度 X n的影響。當(dāng)該軸段截面上有一個(gè)鍵槽時(shí)，d增大5%- 7%當(dāng)有兩個(gè)鍵槽時(shí)，d增大10%-15% A

28、值由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表15-3確定，高速軸Aoi=126,低速軸 加=120。高速軸：d1min=Ao13 只入=126X 3 4.77 =14.873mm n1、2900因?yàn)樵撦S最小軸徑處安裝聯(lián)軸器，設(shè)有一個(gè)鍵槽，故增大 7%則由此算得最小軸徑 d1min=15.915mm取整得 d1min=16mm低速軸：d2min=A023匡入=120X=17.542mrg 取整的 d2min=18mm n2V1450輸入軸(高速軸)的最小軸徑處安裝聯(lián)軸器，為了使軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適 應(yīng)，需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 Tca=&Ti入，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩的變化小，故取KA

29、=1.3。貝U Tca=KJi入=1.3 X 15.7仁20.423Nmo按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩小于公稱轉(zhuǎn)矩， 查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表13-4，選用TL3型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩 31.5Nm辦 聯(lián)軸器孔徑 d11=20mm 辦聯(lián)軸器長度 L=52mm 辦聯(lián)軸器與軸配合的縠孔長度 L1=38mm。 4.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件 類型、尺寸、數(shù)量以及軸連接的方式；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加 工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，而且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況不同而 異，所以軸

30、沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)不同的情況進(jìn)行具體的分析。但 是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件都要有準(zhǔn)確的工作 位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的工藝性等。1 、高速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)各軸段直徑的確定d1仁最小軸徑處，裝聯(lián)軸器的外伸軸段d 11=20mmd12:密封處軸段 定位軸肩的高度h=(0.070.1)d 11，取h=0.1dn，則h=0.1dn=0.1 X20=2mm 故 d12=dn+2h=20+4=24mn取 d12=25mmd13：滾動(dòng)軸承處軸段取d13=30mm查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 12-4，滾動(dòng)軸承型號(hào)選取 30206，其尺寸為 dX

31、DXTXB=30X62X17.25X16mm；d14：過度軸段 取d14=36mmd15： d15=d14=36mm；d16： d16=d13=30mm。(2)各軸段長度的確定I 11：辦聯(lián)軸器與配合穀孔長度 L1=38mm為了保證軸端擋圈只壓在辦聯(lián)軸器上不壓在軸端面上，故I 11略短于L1，取I 11=36mrpI 12：根據(jù)與軸承端蓋的配合關(guān)系I 12=50mrpI 13：由滾動(dòng)軸承裝配關(guān)系 I 13=17mm；l 14： l 14=40mm；l 15 ：由小齒輪齒寬決定 l 15=52mm；l 16： l 16=40mm；l 17 ：由滾動(dòng)軸承裝配關(guān)系 l 17=17mm。30207，2

32、、低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1) 各軸段直徑的確定d2i :與滾動(dòng)軸承配合由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表12-4選滾動(dòng)軸承的型號(hào)為其尺寸為 dx DXTX B=35X 72X 18.25 X 17mm因此取 d2i=35mmd22：過度軸段d 22=40mmd23 :低速齒輪段d 23=46mmd24 :軸環(huán) d 24=54mm；d25：過度軸段d 25=46mmd26 :與滾動(dòng)軸承配合 d 26=35mmd27： d27=30mm；(2) 各軸段長度的確定l 21:由滾動(dòng)軸承裝配關(guān)系確定 l 21=17mm；l 22: l 22=44.5mm；l 23:略短于齒輪寬度 l 23=45mm；l 24:軸環(huán) l

33、24=10mm；l 25: l 25=32.5mm；l 26:由滾動(dòng)軸承裝配關(guān)系 l 26=17mm；l 27: l 27=50mm；l 28:圓錐軸段 l 28=50mm；l 29: l 29=20mm。8、細(xì)部結(jié)構(gòu)參見零件圖。4.2.3軸的校核軸的校核包括強(qiáng)度校核和剛度校核。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對(duì)于僅僅承受扭矩的軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì) 于只承受彎矩的軸，應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算，需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校 核。軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會(huì)影響 軸上零件的正常工作，甚

34、至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。因此，在設(shè)計(jì)有剛度要求的 軸時(shí)，必須進(jìn)行剛度的校核計(jì)算。這里以低速軸為例。齒輪對(duì)軸的力作用點(diǎn)按簡化原則應(yīng)在齒輪寬度的中點(diǎn)，因此可決定低速軸上齒輪力的作用點(diǎn)的位置。軸上安裝的 30207軸承，從機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 12-6可知，它的 負(fù)荷作用中心到到軸承外端面的距離a=15.3mm故可計(jì)算出支點(diǎn)跨距和軸上各力作用點(diǎn)的相互位置尺寸。支點(diǎn)跨距 =135mm據(jù)此可計(jì)算出軸上的作用力、支反力，從而來 進(jìn)行彎曲合成強(qiáng)度校核。計(jì)算軸上的作用力圓周力：Ft=2T/d 2=2X 15.71 X 103/93.333=336.64N徑向力：Fr=Fttan a n /cos B =33

35、6.64 X tan 20 /cos 15.359 =127.07N軸向力:Fa=Ftan B =336.64 X tan 15.359 =92.47N=11.45Nm68r-FHB=168.32N彎矩圖：最大彎矩 M=168.32X 68X 10垂直面支反力：Fr=127.07NTFVB=53.54N彎矩圖：受力圖如圖6.1 :水平面支反力:Ft= 336.64N圖6.1軸的強(qiáng)度校核受力圖Me pM：(： T2)Me合成彎矩：Me = M 垂 M 水=、.、(11.45)2(4.32) 2 =12.24Nm扭矩圖如圖6.2 :T2=29.84Nm圖6.2軸的強(qiáng)度校核扭矩圖當(dāng)量彎矩:=(12.

36、24)2(0.3 29.84)2 =17.32Nma取0.3,為不變載荷截面C的強(qiáng)度為:17 323:=0.002Mpa蘭丘】w0.1d30.1 463因此軸的強(qiáng)度足夠。5 潤滑與密封的設(shè)計(jì)齒輪在傳動(dòng)時(shí)，相嚙合的齒面間有相對(duì)滑動(dòng)，因此就要發(fā)生摩擦和磨損，增加動(dòng) 力消耗，降低傳動(dòng)效率。特別是高速傳動(dòng)，就更要考慮齒輪的潤滑。通用的閉式齒輪傳動(dòng)，其潤滑方式根據(jù)齒輪的圓周速度大小而定。當(dāng)齒輪的圓周 速度小于 12m/s 時(shí)，常將大齒輪的輪齒進(jìn)入油池中進(jìn)行浸油潤滑。本次設(shè)計(jì)采用機(jī)械油潤滑，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 15-1 選全損耗系統(tǒng)用油，其代 號(hào)為 L-AN15(GB/T 443-1998)，此潤滑油一

37、般用于小型機(jī)床齒輪箱、傳動(dòng)裝置軸承、中 小型電動(dòng)機(jī)、風(fēng)動(dòng)工具等。系統(tǒng)的密封設(shè)計(jì)詳見傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖結(jié)論畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教案工作的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué) 生整個(gè)大學(xué)生活中所學(xué)知識(shí)的綜合檢驗(yàn)。通過本次設(shè)計(jì)，對(duì)磨床及其主傳動(dòng)系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解，充分的運(yùn)用了本專業(yè) 所學(xué)的科目，將這些知識(shí)進(jìn)行了綜合運(yùn)用，同時(shí)把這四年的學(xué)習(xí)中所學(xué)到的、看到 的，盡可能的運(yùn)用到本次設(shè)計(jì)中。在對(duì)機(jī)械和機(jī)械傳動(dòng)零件的分析、設(shè)計(jì)、選用、正 確使用以及維護(hù)等方面有了更加深刻的理解。真正做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合?？偨Y(jié)了 過去四年中學(xué)習(xí)到的機(jī)械設(shè)計(jì)制造的基本知識(shí)，進(jìn)一步了解常用機(jī)構(gòu)、常用傳動(dòng)方 式、聯(lián)接零部件、軸系

38、零部件的應(yīng)用。通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的 基本內(nèi)容有一個(gè)總體了解，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)識(shí)上升到了一個(gè)新的 高度，在機(jī)械傳動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體設(shè)計(jì)中掌握典型的機(jī)械傳動(dòng)的組成、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和 動(dòng)力學(xué)分析，理解輪系運(yùn)動(dòng)方式及動(dòng)力傳遞，掌握傳動(dòng)部件效率測(cè)定和計(jì)算。進(jìn)一步了解機(jī)構(gòu)組成及其運(yùn)動(dòng)特性，了解確定機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的方法，根據(jù)給 定工程實(shí)際題目，設(shè)計(jì)最優(yōu)方案，培養(yǎng)我在實(shí)際工程中的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了我創(chuàng)新意 識(shí)及綜合設(shè)計(jì)能力。致謝本次設(shè)計(jì)是在劉萬福教授的悉心指導(dǎo)下完成的。劉教授在百忙之中還專門抽出時(shí)間 給我們指導(dǎo)，在這課程設(shè)計(jì)的短短的幾個(gè)月的時(shí)間里，使我鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，通 過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)今后的工作更加充滿了信心。劉主任以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài) 度、高度的敬業(yè)精神