X—Y雙坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控工作臺設(shè)計

1、長春工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱 機(jī)械制造裝備設(shè)計課程設(shè)計專業(yè) 機(jī)械制造及自動化 班級 100104班 學(xué)生姓名 閆迪 指導(dǎo)教師 姜振海 2013年12月12長春工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書目錄1前言11.1設(shè)計任務(wù)11.1.1主要技術(shù)參數(shù)11.1.2工藝要求11.2設(shè)計內(nèi)容11.2.1運(yùn)動設(shè)計11.2.2動力計算11.2.3繪制圖紙11.2.4編寫設(shè)計說明書1份12傳動方案的擬定及說明22.1車床主參數(shù)和基本參數(shù)22.2擬定參數(shù)的步驟和方法22.2.1主軸級數(shù)的擬定22.2.2主電機(jī)功率動力參數(shù)的確定33運(yùn)動設(shè)計43.1傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇確定43.1.1傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目4

2、3.1.2傳動系統(tǒng)擴(kuò)大順序的安排53.1.3繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)63.1.4轉(zhuǎn)速圖的繪制63.2齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制73.2.1齒輪齒數(shù)的確定的要求73.2.2 變速傳動組中齒輪齒數(shù)的確定83.2.3驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差103.2.4繪制主傳動系統(tǒng)圖104傳動件的設(shè)計114.1 帶輪的設(shè)計114.2齒輪模數(shù)的估算和計算134.2.1確定計算轉(zhuǎn)速134.2.2軸和齒輪的傳遞功率144.2.3計算齒輪模數(shù)144.2.4齒寬的確定154.2.5各軸間中心距的確定164.3傳動軸直徑的初算164.4主軸軸徑的確定175驗算主要零件175.1齒輪模數(shù)驗算175.1.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算175.1.2齒根

3、彎曲疲勞強(qiáng)度驗算185.2傳動軸剛度的驗算185.2.1計算軸的平均直徑，畫出計算簡圖185.2.2計算該軸傳遞的扭矩185.2.3求作用在裝齒輪處B的力185.2.4求作用在裝齒輪處C的力195.2.5計算裝齒輪處的撓度195.2.6計算軸承處的傾角205.3軸承壽命驗算226參考文獻(xiàn)247心得體會2425長春工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書1前言1.1設(shè)計任務(wù)最大加工直徑為400 mm的普通臥式車床的主傳動系統(tǒng)的變速箱部件設(shè)計1.1.1主要技術(shù)參數(shù)主電機(jī)功率P（kw）主電機(jī)轉(zhuǎn)速n電（r·min-1）nmax（r/min）nnim（r/min）公比514501250281.411.1.2工藝

4、要求（1）要求主軸正反轉(zhuǎn)；（2）加工工件的材料為鋼鐵；（3）采用硬質(zhì)合金刀具；（4）機(jī)床精度等級為普通級。1.2設(shè)計內(nèi)容1.2.1運(yùn)動設(shè)計根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速主傳動的結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、傳動系統(tǒng)圖、計算齒輪齒數(shù)。1.2.2動力計算選擇電動機(jī)型號，對主要零件（如帶輪、齒輪、主軸、傳動軸、軸承等）進(jìn)行計算（初算和驗算）。1.2.3繪制圖紙（1）機(jī)床主傳動系統(tǒng)圖（畫在說明書上）。（2）主軸箱部件展開圖及主剖面圖。（3）主軸零件圖1.2.4編寫設(shè)計說明書1份2傳動方案的擬定及說明2.1車床主參數(shù)和基本參數(shù)普通機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型號作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和數(shù)據(jù)作些簡要介紹。本次設(shè)計的是

5、普通型車床主軸變速箱。主要用于加工回轉(zhuǎn)體主電機(jī)功率P（kw）主電機(jī)轉(zhuǎn)速n電（r·min-1）nmax（r/min）nnim（r/min）公比514501250281.41表2.1車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)表2.2擬定參數(shù)的步驟和方法2.2.1主軸級數(shù)的擬定由設(shè)計任務(wù)已知：機(jī)床主軸極限轉(zhuǎn)速為公比：轉(zhuǎn)速范圍轉(zhuǎn)速范圍整理得最后得級數(shù)為12級因為：查表1p83表2-4得，查表1p83表2-5首先找到40，然后每跳過5個數(shù)取一個數(shù)，即可得到公比為1.41的數(shù)列：28、40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250共12級轉(zhuǎn)速。綜合上述可得：主傳動部件

6、的運(yùn)動參數(shù)2.2.2主電機(jī)功率動力參數(shù)的確定合理地確定電機(jī)功率N，使機(jī)床既能充分發(fā)揮其性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。選擇電動機(jī)的原則有兩點(diǎn)：考慮電動機(jī)的主要性能（啟動、超載及調(diào)速等）、額定功率大小、額定轉(zhuǎn)速及結(jié)構(gòu)型式等方面要滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。在以上前提下優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便又價格合理的電動機(jī)。中型普通車床典型重切削條件下的用量刀具材料：硬質(zhì)合金鋼，工件材料45號鋼，切削方式：車削外圓查表2p45表2-4可知：切深ap=3.5mm 進(jìn)給量f(s)=0.35mm/r切削速度V=90m/min功率估算法用的計算公式a：主切削力的計算b：切削功率的計算c:估

7、算主電機(jī)功率依照一般情況，取機(jī)床變速效率=0.8.根據(jù)3機(jī)械設(shè)計師手冊Y系列（IP44）封閉式三相異步電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表，該系列電動機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型異步電動機(jī)，具有防塵埃、鐵屑或其他雜物侵入電動機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn)，B級絕緣，工業(yè)環(huán)境溫度不超過+40，相對濕度不超過95%，海拔高度不超過1000m，額定電壓380V，頻率50Hz。適用于無特殊要求的機(jī)械上，如機(jī)床，泵，風(fēng)機(jī)，攪拌機(jī)，運(yùn)輸機(jī)，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。我們選取Y112M-4型三相異步電動機(jī)，額定功4kw,滿載轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)矩2.3，品質(zhì)47kg。3運(yùn)動設(shè)計3.1傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇確定3.1.1傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目級數(shù)為Z的主變

8、速系統(tǒng)由若干個順序的變速組組成，各變速組分別有、個變速副。即變速副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子：，實(shí)現(xiàn)12級主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副的組合:1) 12=3×4 2) 12=4×33) 12=3×2×2 4) 12=2×3×25) 12=2×2×312級轉(zhuǎn)速變速系統(tǒng)的變速組，選擇變速組安排方式時，考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能，應(yīng)該遵守以下四個原則：（1）傳動副前多后少原則（2）傳動順序與擴(kuò)大順序相一致的原則（3）變速組的降速要前快后慢，中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過

9、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速（4）轉(zhuǎn)速圖中傳動比的分配以上原則，還需根據(jù)具體情況加以靈活運(yùn)用。分析：方案1和方案2可省掉一根軸。但有一個傳動組有四個傳動副。若用一個四聯(lián)滑移齒輪，則將大大增加其軸向尺寸；若用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個滑移齒輪同時嚙合。將使得結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。故在此不予采用。按照傳動副“前多后少”的原則選擇Z=3×2×2這一方案，但主軸換向采用雙向片式摩擦離合器結(jié)構(gòu)，致使軸的軸向尺寸過大，所以此方案不宜采用，加之主軸對加工精度、表面粗超度的影響最大。因此在主軸的傳動副不宜太多，故方案5）亦不采用。而應(yīng)先擇12=2×3×2。方案4，因為I軸上

10、裝有雙向摩擦片式離合器M，軸向尺寸較長，為使結(jié)構(gòu)緊湊第一變速組采用了雙聯(lián)齒輪，而不是按照前多后少的原則，采用三個傳動副。設(shè)計車床主變速傳動系時，為避免從動齒輪尺寸過大而增加箱體的徑向尺寸，一般限制降速最小傳動比；為避免擴(kuò)大傳動誤差，減少振動噪聲，一般限制直齒圓柱齒輪最大升速比。斜齒圓柱齒輪傳動較平穩(wěn)，可取。因此在主變速鏈任一變速組的最大變速范圍。在設(shè)計時必須保證中間變速軸的變速范圍最小。綜上所述：方案采用12=2x3x23.1.2傳動系統(tǒng)擴(kuò)大順序的安排12=2×3×2的傳動副組合，其傳動組的擴(kuò)大順序又可以有6種形式：1) 12=21×32×26 2) 1

11、2=21×34×223) 12=23×31×26 4) 12=26×31×235) 12=22×34×21 6) 12=26×32×21根據(jù)級比指數(shù)分配要“前密后疏”的原則，應(yīng)選用Z=××這一方案，然而對于我們所設(shè)計的結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)兩個問題：第一變速組采用降速傳動時，由于摩擦離合器徑向結(jié)構(gòu)尺寸限制，使得軸上的齒輪直徑不能太小，軸上的齒輪則會成倍增大。這樣，不僅使-軸間中心距加大，而且-軸間的中心距也會輥大，從而使整個傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸增大。這種傳動不宜采用。如果第一變速組采用升速

12、傳動，則軸至主軸間的降速傳動只能同后兩個變速組承擔(dān)。為了避免出現(xiàn)降速比小于允許的杉限值，常常需要增加一個定比降速傳動組，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這種傳動也不是理想的。如果采用這一方案則可解決上述存在的問題。3.1.3繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖3.1結(jié)構(gòu)網(wǎng)3.1.4轉(zhuǎn)速圖的繪制（1） 選擇Y112M-4型三相異步電動機(jī)。（2） 分配總降速變速比總降速變速比（3）主軸轉(zhuǎn)速 28、40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250共12級轉(zhuǎn)速。在五根軸中，除去電動機(jī)軸，其余四軸按變速順序依次設(shè)為、（主軸）。與、與、與軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c?，F(xiàn)由（主軸）開始，確定、軸的轉(zhuǎn)速：1先來

13、確定軸的轉(zhuǎn)速變速組c 的變速范圍為,結(jié)合結(jié)構(gòu)式軸的轉(zhuǎn)速只有一種可能：轉(zhuǎn)速為80、112、160、224、315、450、630r/min2確定軸的轉(zhuǎn)速變速組b的級比指數(shù)為1，決定其余變速組的最小傳動比根據(jù)“前慢后快”的原則。轉(zhuǎn)速為315、900r/min3確定軸的轉(zhuǎn)速對于軸，其級比指數(shù)為3,可得900r/min繪制轉(zhuǎn)速圖如圖3.2所示圖3.2轉(zhuǎn)速圖3.2齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制3.2.1齒輪齒數(shù)的確定的要求確定齒輪齒數(shù),用計算或查表法確定齒輪齒數(shù).在確定齒數(shù)和時應(yīng)注意；1控制齒數(shù)和，最小齒輪齒數(shù)；2小齒輪齒根和孔壁或鍵槽處的壁厚，或，m為齒輪模數(shù),T軸線到鍵槽的高度.3保證兩軸承孔之間

14、有一定的壁厚，或，D1，D2分別為相鄰兩軸承外徑。4應(yīng)保證軸間有足夠的中心距，使車床：軸上齒輪不碰軸上摩檫離合器，銑床：不碰電磁制動器。5在三聯(lián)滑移齒輪塊中，最大齒輪齒數(shù)與其相鄰大齒輪齒數(shù)之差應(yīng)4，以保證滑動時順利通過，不碰撞。6選齒數(shù)較大的一個作公用齒輪。3.2.2 變速傳動組中齒輪齒數(shù)的確定1確定齒輪齒數(shù)1. 用計算法確定第一個變速組中各齒輪的齒數(shù) 其中：主動齒輪的齒數(shù)被動齒輪的齒數(shù)對齒輪的傳動比對齒輪的齒數(shù)和 為了保證不產(chǎn)生根切以及保證最小齒輪裝到軸上或套筒上具有足夠的強(qiáng)度，最小齒輪必然是在降速比最大的傳動副上出現(xiàn)。為了保證不產(chǎn)生根切以及保證最小齒輪裝到軸上或套筒上具有足夠的強(qiáng)度，最小齒

15、輪必然是在降速比最大的傳動副上出現(xiàn)。把的齒數(shù)取大些：取則 齒數(shù)和同樣根據(jù)2 用查表法確定第二變速組的齒數(shù)a 首先在u1、u2、u3中找出最小齒數(shù)的傳動比u1b 為了避免根切和結(jié)構(gòu)需要，取=24c 查表找到u1=1/1.413的倒數(shù)2.82的行找到Zmin=24查表最小齒數(shù)和為923用查表法確定第三變速組的齒數(shù)第三變速組傳動比為查表1p100表2-8得取最小齒數(shù)為23確定齒數(shù)和114表3.3各傳動組齒輪齒數(shù)和齒數(shù)和變速組第一變速組第二變速組第三變速組齒數(shù)和7892114齒輪Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14齒數(shù)265245332468316139532392763

16、93.2.3驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差由于確定的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計的理論轉(zhuǎn)速難以完全相符，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過±10(-1)%。 轉(zhuǎn)速誤差用主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對誤差的絕對值表示n=±10(-1)%實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速誤差如下表3.4:表3.4轉(zhuǎn)速誤差表標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速284056801121602243154506309001250實(shí)際轉(zhuǎn)速27.839.855.779.6111.2159.3223.6314.5445.6628.4897.81244.9轉(zhuǎn)速誤差0.70.50.50.50.70.40.10.20.90.30.20.43.2.4繪制主傳動系統(tǒng)圖按照

17、主傳動轉(zhuǎn)速圖以及齒輪齒數(shù)繪制主傳動系統(tǒng)圖如下3.5所示圖3.5傳動系統(tǒng)圖4傳動件的設(shè)計4.1 帶輪的設(shè)計帶傳動是一種撓性傳動，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中廣泛應(yīng)用。電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=1450r/min,傳遞功率P=4kW,傳動比i=1.41，每天8小時，工作年數(shù)10年。（1）確定計算功率（式中為v帶計算功率，kW、為工作情況系數(shù)、P為電動機(jī)額定功率）查4p156表8-7查的工作情況系數(shù)1.1則（2）選擇V帶的帶型根據(jù)、n，查4p157表8-8，選用A型普通V帶。(3)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗算帶速。帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過

18、小，即。1）、初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)4p157表8-8取主動小帶輪基準(zhǔn)直徑。由公式2)、驗算帶速度，按公式驗算帶的速度，故帶速合適。3）計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑式中：-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速。根據(jù)4p157表8-8圓整為150mm。 (4)確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長度帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。?根據(jù)經(jīng)驗公式1）取。2）由計算帶輪的基準(zhǔn)長度公式：由4p146表8-2選帶的基準(zhǔn)長度3)確定實(shí)際中心距中心距的變化故范圍為(5)、驗算三角帶的撓曲次數(shù)，故能滿足要求。(6)、驗算小帶輪上的包角根據(jù)公式(7)、確定三角帶根數(shù)1）計算單根V帶的額定功率Pr由和，查

19、4p152表8-4得根據(jù)，和A型帶，查4p153表8-4b得查4p155表8-5得，表8-2得，于是1） 計算V帶根數(shù)zZ故取4根(8)計算單根V帶的初拉力的最小值查4p149表8-3的A型帶V帶單位長度質(zhì)量得，q=0.10kg/m由公式：（9）計算作用在軸上的壓軸力壓軸力的最小值為4.2齒輪模數(shù)的估算和計算4.2.1確定計算轉(zhuǎn)速計算轉(zhuǎn)速是指主軸或各傳動件傳遞全功率時的最低轉(zhuǎn)速。由5表82可查得主軸的計算轉(zhuǎn)速為從主軸最低轉(zhuǎn)速算起，第一個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速，即為。軸的計算轉(zhuǎn)速為、軸的計算轉(zhuǎn)速為、軸的計算轉(zhuǎn)速為齒輪的計算轉(zhuǎn)速如表4.1所示表4.1齒輪計算轉(zhuǎn)速齒輪Z1ZZZZZZZZZ10Z1

20、1Z12Z13Z14計算轉(zhuǎn)速9003159009003151123151123151121601601121124.2.2軸和齒輪的傳遞功率其中由電機(jī)到該傳動件個傳動副的效率相乘，但不乘入該軸承的效率，由機(jī)床設(shè)計手冊可以查出，計算各軸的傳遞功率。4.2.3計算齒輪模數(shù)按接觸疲勞強(qiáng)度計算的齒輪模數(shù)驅(qū)動電機(jī)的功率計算尺輪的計算轉(zhuǎn)速 大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比小齒輪的齒數(shù)齒寬系數(shù)，一般為6-10齒輪材料采用45#高頻淬火（G45）則所以:基本組第一擴(kuò)大組第二擴(kuò)大組按標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表取核算高速傳動齒輪的線速度齒輪允許的線速度 所以合格4.2.4齒寬的確定由公式得：軸主動輪齒輪；軸主動輪齒輪；軸主動輪齒輪；一

21、般一對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計上，應(yīng)主動輪比從動輪齒寬大（510mm取6）。所以：4.2.5各軸間中心距的確定；4.3傳動軸直徑的初算按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑該軸的傳遞功率該軸的計算轉(zhuǎn)速該軸每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角一般傳動軸=0.5-1;軸由于采用一個單鍵，所以取軸取，花鍵軸尺寸取軸取，花鍵軸尺寸取軸取，花鍵軸尺寸取表4.2傳動軸直徑的選擇軸號花鍵軸尺寸備注4.890027.2930平鍵4.6731534.1236花鍵4.5311243.8545花鍵4.3911243.5145花鍵4.4主軸軸徑的確定最大加工直徑為400mm所以主軸前

22、軸主軸前軸頸的直徑取90mm后軸頸的直徑取70mm內(nèi)孔直徑取50mm5驗算主要零件5.1齒輪模數(shù)驗算一般按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度驗算,選取某軸上承受載核最大的齒輪,即同材料、同模數(shù)齒輪中齒數(shù)最少、齒寬最小的齒輪進(jìn)行驗算。5.1.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算,其中在表中查的材料彈性系數(shù)，齒輪材料性能系數(shù)，。所以5.1.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗算由，其中，齒形系數(shù)，非變位外嚙合直齒圓柱齒輪所以5.2傳動軸剛度的驗算5.2.1計算軸的平均直徑，畫出計算簡圖花鍵軸圖5.1計算簡圖5.2.2計算該軸傳遞的扭矩式中該軸傳遞的功率，該軸的計算轉(zhuǎn)速，;5.2.3求作用在裝齒輪處B的力切向力 徑向力 5.2.4求作用

23、在裝齒輪處C的力切向力 徑向力 5.2.5計算裝齒輪處的撓度已知 D花鍵外徑 D=48d花鍵內(nèi)徑 d=42z花鍵鍵數(shù) z=8b鍵寬 b=8求得彈性模量由B點(diǎn)產(chǎn)生的撓度為由C點(diǎn)產(chǎn)生的撓度為所以合格。表5.2位置坐標(biāo)方向由作用在B點(diǎn)X產(chǎn)生的撓度由作用在C點(diǎn)X產(chǎn)生的撓度各個坐標(biāo)矢量相加合成撓度結(jié)論BX合格YCX合格Y5.2.6計算軸承處的傾角B點(diǎn)：C點(diǎn)：A點(diǎn)：合格D點(diǎn)：合格位置坐標(biāo)方向在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角在C點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角各坐標(biāo)疊加合成傾角結(jié)論AX合格YDX合格Y表5.35.3軸承壽命驗算公式中 軸承的計算轉(zhuǎn)速：壽命指數(shù) 球軸承 C額定動載荷 左軸承 C=20100N 右軸承 C=32000NP當(dāng)量動載荷 由于軸向力較小，可以忽略，因此X=1，Y=0