哈工大綜合課程設(shè)計(jì)2

./XX工業(yè)大學(xué)"綜合課程設(shè)計(jì)II"任務(wù)書姓名：院系：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班號：1208108學(xué)號：任務(wù)起止日期：2015年11月30日至2015年12月18日課程設(shè)計(jì)題目：工作臺面積3201250mm2臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)說明書,包括機(jī)床的運(yùn)動設(shè)計(jì)、動力設(shè)計(jì)以及傳動件校核驗(yàn)算等.圖紙,包括A0展開圖一張、A1截面圖一張.技術(shù)要求：公比,最小轉(zhuǎn)速,級數(shù),功率進(jìn)度安排：第一周：準(zhǔn)備圖版等工具,齒輪和軸的計(jì)算完成,進(jìn)行初步計(jì)算并開始畫展開草圖.第二周：完成截面草圖,驗(yàn)算、加粗.第三周：撰寫項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告,答辯.指導(dǎo)教師簽字：年月日教研室主任意見：教研室主任簽字：年月日綜合課程設(shè)計(jì)II項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告題目：臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)院〔系機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化學(xué)生學(xué)號班號1208108指導(dǎo)教師填報(bào)日期2015年12月16日XX工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院制2014年11月目錄1．項(xiàng)目背景分析12．研究計(jì)劃要點(diǎn)與執(zhí)行情況13．項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)的解決13.1確定轉(zhuǎn)速系列13.2確定結(jié)構(gòu)式13.3繪制轉(zhuǎn)速圖、傳動系統(tǒng)圖及核算誤差24．具體研究內(nèi)容與技術(shù)實(shí)現(xiàn)24.1確定轉(zhuǎn)速系列24.2繪制轉(zhuǎn)速圖34.3確定變速組齒輪傳動副的齒數(shù)及定比傳動副帶輪直徑54.4繪制傳動系統(tǒng)圖74.5核算主軸轉(zhuǎn)速誤差74.6傳動軸的直徑的確定84.7齒輪模數(shù)的初步計(jì)算94.8選擇帶輪傳動帶型及根數(shù)105．技術(shù)指標(biāo)分析115.1第2擴(kuò)大組的驗(yàn)證計(jì)算115.2傳動軸2的驗(yàn)算135.3主軸組件的靜剛度驗(yàn)算156.存在的問題與建議19參考文獻(xiàn)19.1．項(xiàng)目背景分析銑床系指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床.通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為主運(yùn)動,工件〔和銑刀的移動為進(jìn)給運(yùn)動.它可以加工平面、溝槽,也可以加工各種曲面、齒輪等.銑床是用銑刀對工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床.銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外,還能加工比較復(fù)雜的型面,效率較刨床高,在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用.銑床是一種用途廣泛的機(jī)床,在銑床上可以加工平面〔水平面、垂直面、溝槽〔鍵槽、T形槽、燕尾槽等、分齒零件〔齒輪、花鍵軸、鏈輪、螺旋形表面〔螺紋、螺旋槽及各種曲面.此外,還可用于對回轉(zhuǎn)體表面、內(nèi)孔加工及進(jìn)行切斷工作等.銑床在工作時(shí),工件裝在工作臺上或分度頭等附件上,銑刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動,輔以工作臺或銑頭的進(jìn)給運(yùn)動,工件即可獲得所需的加工表面.由于是多刃斷續(xù)切削,因而銑床的生產(chǎn)率較高.簡單來說,銑床可以對工件進(jìn)行銑削、鉆削和鏜孔加工的機(jī)床.2．研究計(jì)劃要點(diǎn)與執(zhí)行情況本設(shè)計(jì)機(jī)床為臥式銑床,其級數(shù),最小轉(zhuǎn)數(shù),轉(zhuǎn)速公比為,驅(qū)動電動機(jī)功率.主要用于加工鋼以及鑄鐵有色金屬；采用高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷材料做成的刀具.第一周：準(zhǔn)備圖版等工具,齒輪和軸的計(jì)算完成,進(jìn)行初步計(jì)算并開始畫展開草圖.第二周：完成截面草圖,驗(yàn)算、加粗.第三周：撰寫項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告.3．項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)的解決3.1確定轉(zhuǎn)速系列根據(jù)已知要求的公比,查表得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)速系列：284056801121602243154506309001250r/min3.2確定結(jié)構(gòu)式3.3繪制轉(zhuǎn)速圖、傳動系統(tǒng)圖及核算誤差圖1傳動系統(tǒng)圖4．具體研究內(nèi)容與技術(shù)實(shí)現(xiàn)4.1確定轉(zhuǎn)速系列已知最低轉(zhuǎn)速為28r/min,公比=1.41,查教材表標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速系列的本系統(tǒng)轉(zhuǎn)速系列如下：284056801121602243154506309001250r/min則轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍傳動組和傳動副數(shù)可能的方案12=4312=3412=32212=23212=223前兩個(gè)方案雖然可以減少軸的數(shù)目,但有一個(gè)傳動組內(nèi)有四個(gè)傳動副.若采用一個(gè)四連滑移齒輪,則會增加軸向尺寸；若用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪,操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖防止兩滑移齒輪同時(shí)嚙合.故不采用.對于后三個(gè)方案,遵循傳動副"前多后少"的原則,選取方案12=3224.1.2確定結(jié)構(gòu)式12=322方案中,因基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同而有以下6種擴(kuò)大順序方案：,,,,方案1,2,3,4的第二擴(kuò)大組,＝2,則＝是可行的.方案5,6中,＝4,,則＝,不可行.在可行的1,2,3,4方案中,為使中間傳動軸變速范圍最小,采用擴(kuò)大順序與傳動順序一致的傳動方案1,.綜上所述,結(jié)構(gòu)式4.2繪制轉(zhuǎn)速圖選定電動機(jī)確定電機(jī)功率為5.5KW.參照相關(guān)手冊選擇Y132S-4型電機(jī).Y132S-4型電機(jī)主參數(shù)如下： 額定功率 5.5KW 滿載轉(zhuǎn)速 1440r/min同步轉(zhuǎn)速1500/min 起動轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)速 2.2 最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 2.2確定傳動軸的軸數(shù)和各轉(zhuǎn)速按從主軸向電機(jī)分配傳動比,并按照升二降四、先快后慢原則分配；同時(shí)考慮銑床主軸的飛輪效應(yīng),第三級傳動副應(yīng)選最大降速比,以使主軸上大齒輪直徑較大,適應(yīng)斷續(xù)切削；考慮定比傳動使用帶輪傳動,降速比不能太大,故盡量提高各傳動軸轉(zhuǎn)速.由于第二擴(kuò)大組的變速范圍為,可知兩個(gè)傳動副的傳動比必然是極限值：于是,可以確定軸Ⅲ的六種轉(zhuǎn)速只能是112160224315450630r/min軸Ⅱ各轉(zhuǎn)速確定第一擴(kuò)大組的級比指數(shù)為3,在傳動比極限范圍內(nèi),軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速最高可為450630900r/min；最低轉(zhuǎn)速可為160224315r/min.為了避免升速,又不使傳動比太小,可取于是就確定了軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速為315450630r/min軸Ⅰ各轉(zhuǎn)速確定同理,軸Ⅰ可取于是就確定了軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速為630r/min.電動機(jī)與軸Ⅰ之間為定比傳動,傳動比為630/14401/2=分配總降速傳動比分配如下<轉(zhuǎn)速圖>表1各副傳動比分配傳動副名稱傳動副類型傳動比定比傳動副帶輪副630:1440a1齒輪副1:12齒輪副1:1.413齒輪副1:2b1齒輪副1:12齒輪副1:2.8c1齒輪副2:12齒輪副1:4cab28<r/min>4056801121602243154509006301250cab28<r/min>4056801121602243154509006301250圖2轉(zhuǎn)速圖4.3確定變速組齒輪傳動副的齒數(shù)及定比傳動副帶輪直徑確定帶輪直徑根據(jù)電機(jī)功率為5.5KW,電機(jī)類型為Y型電機(jī),執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型為金屬切削機(jī)床,設(shè)每天工作8-16小時(shí).可得設(shè)計(jì)功率為：其中： KA為工況系數(shù),查GB/T13575.1-1992取1.2P為電機(jī)功率根據(jù)Pd和n在下圖中選擇帶型和小帶輪直徑,摘自《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》.參照GB/T10412-2002普通V帶直徑優(yōu)選系列選擇A型帶小帶輪直徑90mm.則大帶輪直徑為：D應(yīng)取200mm其中： 為轉(zhuǎn)速損失率但此時(shí)轉(zhuǎn)速誤差較大,故d取90mm；D取200mm.確定各齒輪副齒數(shù)變速組a：變速組a有三個(gè)傳動副,傳動比分別是,,由參考文獻(xiàn)[1]表5-1查得：取,查表可得軸I主動齒輪齒數(shù)分別為：24,30,36.則可以算出三個(gè)傳動副齒輪齒數(shù)為,,變速組b：變速組b有兩個(gè)傳動副,同理可得第一擴(kuò)大組的齒數(shù)和,查表可得軸Ⅱ主動齒輪齒數(shù)分別為22,42.可以算出傳動副齒輪齒數(shù)為,.變速組c：變速組c有兩個(gè)傳動副,可取,查表可得軸Ⅲ主動齒輪齒數(shù)分別為19,63.可以算出傳動副齒輪齒數(shù)為,.4.4繪制傳動系統(tǒng)圖圖2傳動系統(tǒng)圖4.5核算主軸轉(zhuǎn)速誤差按各個(gè)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)所需的傳動路線核算,過程及結(jié)果：實(shí)際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差,要求不超過％.下表為主軸轉(zhuǎn)速誤差與規(guī)定值之間的比較：表2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)2828.72.5%合格4041.12.75%合格5657.42.5%合格80811.25%合格112115.73.30%合格1601621.25%合格224226.31.02%合格315323.32.63%合格450452.60.57%合格630637.81.24%合格900911.21.24%合格12501275.72.06%合格4.6傳動軸的直徑的確定傳動軸的直徑可以按照扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行初步計(jì)算：式中——傳動軸直徑——該軸傳遞的功率——該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速——該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角,取值為主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：由參考文獻(xiàn)[1]表5-2中所述,.各個(gè)傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：由轉(zhuǎn)速圖可以得到I、II、III軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速分別為630,315,112r/min.各軸直徑計(jì)算：I軸：II軸：III軸：表3各傳動軸直徑初算值傳動軸直徑/mmI軸30II軸35III軸45主軸軸頸尺寸的確定根據(jù)參考文獻(xiàn)[1],主軸前軸軸頸取,后軸頸直徑,取mm.4.7齒輪模數(shù)的初步計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定a變速組內(nèi)最小齒輪齒數(shù)是z=24,只有一個(gè)轉(zhuǎn)速630r/min,取為計(jì)算轉(zhuǎn)速b變速組內(nèi)最小齒輪齒數(shù)是z=22,112r/min是III軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速,所以該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速為450r/min.c變速組內(nèi)的最小齒輪齒數(shù)是z=19,80r/min是主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速,所以該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速為315r/min.模數(shù)的計(jì)算要求每個(gè)變速組的模數(shù)相同.齒輪材料初選45鋼調(diào)質(zhì)+表面淬火〔硬度約45HRC,按較高可靠度選擇安全系數(shù)為1.25,得：同一變速組中的齒輪取同一模數(shù),選擇負(fù)荷最重的小齒輪,按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行初算：其中：——按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)——大小齒輪的齒數(shù)比——電動機(jī)功率kW,——齒寬系數(shù),取——小齒輪齒數(shù)——齒輪傳動許用接觸應(yīng)力,取——計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速〔r/min變速組a：變速組b：變速組c：故取齒數(shù)的驗(yàn)算套裝在軸上的小齒輪還考慮到齒根圓到它的鍵槽深處的最小尺寸應(yīng)大于基圓齒厚,以防斷裂,則其最小齒數(shù)應(yīng)為：Z式中D——齒輪花鍵孔的外徑〔mm,單鍵槽的取其孔中心至鍵槽槽底的尺寸的兩倍；m——齒輪模數(shù)〔mm根據(jù)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》,I軸D為36.6mm,d為30mm,II軸D為40mm,d為36mm,III軸D為50mm,d為46mm,I軸Zmin=22,II軸Zmin=19,III軸Zmin=17,均符合要求.4.8選擇帶輪傳動帶型及根數(shù)根據(jù)前文所述已選擇A型帶,皮帶根數(shù)由下列公式確定：式中 z 皮帶根數(shù)Pd 設(shè)計(jì)功率KW,6.6KWP1 單根V帶的基本額定功率,按GB/T13575.1-992選擇1.92KW 傳動比導(dǎo)致的額定功率補(bǔ)償,按GB/T13575.1-992選擇0.134KW 小帶輪包角導(dǎo)致的修正,由于中心距未定,無法計(jì)算小帶輪包角,故忽略此項(xiàng) 皮帶長度導(dǎo)致的修正,由于中心距未定,無法計(jì)算皮帶長度,故忽略此項(xiàng)計(jì)算得z=6.5,取為7.5．技術(shù)指標(biāo)分析5.1第2擴(kuò)大組的驗(yàn)證計(jì)算第2變速組的最小齒輪齒數(shù)為,與之相嚙合的大齒輪齒數(shù)為.由參考文獻(xiàn)［1］,對于傳遞一定速度和功率的一般驅(qū)動用齒輪,第1,2級變速組選用7級齒輪,主軸選用6級齒輪小齒輪的彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算對于直齒圓柱齒輪,彎曲應(yīng)力需要滿足下式：式中：N傳遞的額定功率〔kW,；電動機(jī)功率〔kW,取5.5kW；從電動機(jī)到所計(jì)算齒輪的傳遞效率,取=1；計(jì)算轉(zhuǎn)速〔r/min,由上可得：315r/min；轉(zhuǎn)速變化系數(shù),取0.93；功率利用系數(shù),取0.79；材料強(qiáng)化系數(shù)；工作狀況系數(shù),考慮載荷沖擊的影響,主運(yùn)動取1.2~1.6；動載荷系數(shù),取1.012；齒向載荷分布系數(shù),取1.045；計(jì)算可得：滿足彎曲疲勞強(qiáng)度.大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算對于直齒圓柱齒輪,接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為：式中：m初算的齒輪模數(shù)〔mm；B齒寬〔mm；z小齒輪齒數(shù)；u大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比,"+"號用于外嚙合,"-"號用于內(nèi)嚙合；壽命系數(shù)：工作期限系數(shù)：由計(jì)算得：=2.097T齒輪在機(jī)床工作期限〔內(nèi)的總工作時(shí)間〔h,對于中型機(jī)床的齒輪取,同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為,p為該變速組的傳動副數(shù)；齒輪的最低轉(zhuǎn)速〔r/min；基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù),鋼和鑄鐵件：接觸載荷取,彎曲載荷；m疲勞曲線指數(shù),鋼和鑄鐵件,接觸載荷m=3；彎曲載荷時(shí),對正火、調(diào)制及整體淬硬件取m=6,對表面淬硬取m=9.Y齒形系數(shù)；許用接觸應(yīng)力〔MPa；許用彎曲應(yīng)力〔MPa；計(jì)算可得：滿足接觸疲勞強(qiáng)度的要求.5.2傳動軸2的驗(yàn)算齒輪傳動軸的抗彎剛度驗(yàn)算,包括軸的最大撓度,滾動軸承處及齒輪安裝處的傾角驗(yàn)算.其值均應(yīng)小于允許變形量及,允許變形量見參考文獻(xiàn)［3］上910頁表3.10-7,得由參考文獻(xiàn)［1］,對于傳動軸II,僅需要進(jìn)行剛度計(jì)算,無須進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算.傳動軸2的最大撓度計(jì)算為了計(jì)算上的簡便,可以近似地以該軸的中點(diǎn)撓度代替最大撓度,其最大誤差不超過3%.由參考文獻(xiàn)［1］,若兩支承的齒輪傳動軸為實(shí)心的圓形鋼軸,忽略其支承變形,在單在彎曲載荷作用下,其中點(diǎn)撓度為：式中：——兩支承間的跨距<mm>,對于軸II,.——該軸的平均直徑<mm>,本軸的平均直徑.,——齒輪的工作位置至較近支承點(diǎn)的距離<mm>——輸入扭矩的齒輪在軸的中點(diǎn)引起的撓度<>——輸出扭矩的齒輪在軸的中點(diǎn)引起的撓度<>其余各符號定義與之前一致.對于輸入的三個(gè)驅(qū)動力,計(jì)算其分別作用時(shí)對于軸中點(diǎn)的撓度值對于,其輸入位置,故對于,其輸入位置,故對于,其輸入位置,故故引起的中點(diǎn)撓度最大,在計(jì)算合成撓度時(shí)使用,進(jìn)行計(jì)算.此時(shí)軸II轉(zhuǎn)速為,同理：對于,其輸入位置,故對于,其輸入位置,故故引起的中點(diǎn)撓度最大,在計(jì)算合成撓度時(shí)使用,進(jìn)行計(jì)算.由參考文獻(xiàn)［1］,中點(diǎn)的合成撓度可按余弦定理計(jì)算,即：式中：——被驗(yàn)算軸的中點(diǎn)合成撓度<mm>;——驅(qū)動力和阻力在橫剖面上,兩向量合成時(shí)的夾角<deg>,——在橫剖面上,被驗(yàn)算的軸與其前、后傳動軸連心線的夾角<deg>,按被驗(yàn)算的軸的旋轉(zhuǎn)方向計(jì)量,由剖面圖上可得值.嚙合角,齒面磨擦角,得代入計(jì)算,得：滿足要求.傳動軸2在支承處的傾角計(jì)算由參考文獻(xiàn)［1］,傳動軸在支承點(diǎn)A,B處的傾角時(shí),可按下式進(jìn)行近似計(jì)算：代入,,得滿足要求,故不用計(jì)算其在齒輪處的傾角.5.3主軸組件的靜剛度驗(yàn)算計(jì)算條件的確定<1>變形量的允許值驗(yàn)算主軸軸端的撓度,目前廣泛采用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：式中：——兩支承間的距離,在本主軸中,.故取由參考文獻(xiàn)［1］,對對于工作臺寬度為的臥式銑床,其主軸前端靜剛度為.根據(jù)不產(chǎn)生切削自激振動的條件來確定主軸組件的剛度.由參考文獻(xiàn)1,<1>、<2>、<3>可以任選一種,進(jìn)行判定.此處,選用驗(yàn)算主軸軸端的撓度切削力的確定最大圓周切削力須按主軸輸出全功率和最大扭矩確定,其計(jì)算公式為：式中：——電動機(jī)額定功率<kW>,此處.——主傳動系統(tǒng)的總效率,,為各傳動副、軸承的效率,取.——主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速>,由前知,主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為.——計(jì)算直徑,對于銑床,為最大端銑刀計(jì)算直徑,由參考文獻(xiàn)［1］,對于升降臺寬度為的臥式銑床,其端銑刀的計(jì)算直徑及寬度分別為,. 將參數(shù)值帶入<5-8>式,得 驗(yàn)算主軸組件剛度時(shí),須求出作用在垂直于主軸軸線的平面內(nèi)的最大切削合力. 對于升降臺式銑床的銑削力,一般按端銑計(jì)算,不妨設(shè)本銑床進(jìn)給系統(tǒng)的末端傳動副有消隙機(jī)構(gòu),應(yīng)采用不對稱順銑,則各切削分力與的比值可大致認(rèn)為,,.則,,即與水平面成角,在水平面的投影與成角. <2>切削力的作用點(diǎn)設(shè)切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承的距離為,則式中：——主軸前端的懸伸長度,此處——對于普通升降臺銑床 代入,切削力的作用點(diǎn)到主軸