機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)普通車床主軸變速箱設(shè)計(jì)

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1、 課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)報(bào)告 課程名稱： 《機(jī)械基礎(chǔ)》 設(shè)計(jì)題目： 《普通車床主軸變速箱設(shè)計(jì)》 系 別： 機(jī)電工程系 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)電一體化6班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 02043093262 指導(dǎo)老師：

2、 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2010年10月 《機(jī)械基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 班級(jí) 09機(jī)電6班 學(xué)生姓名 柴廣帥 指導(dǎo)教師 魏波 課程設(shè)計(jì)題目 普通車床主軸變速箱設(shè)計(jì) 主要 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 1、確定變速基數(shù)。 2、繪制出傳遞系統(tǒng)圖。 3、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速圖以及扭矩。 主要 技術(shù)指標(biāo) 和設(shè) 計(jì)要 求 1．設(shè)計(jì)指標(biāo) 傳動(dòng)軸的輸出功率 ===3.51(KW) 2．設(shè)計(jì)要求 ① 畫出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖； ② 各

3、齒輪的主要參數(shù)； ③ 校核各個(gè)軸的強(qiáng)度； ④ 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)于計(jì)算； 主要 參考 資料 及文 獻(xiàn) [1]、隋冬杰，謝亞青.機(jī)械基礎(chǔ).上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2010 [2]、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). 陳立德主編. 北京：高等教育出版社，2007. [3]、機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)第一版） 葉偉昌主編. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 [4]、吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).3版.北京：高等教育出版社，1999 [5]、李維新，金屬材料與熱處理.機(jī)械工業(yè)出版社 2011. [6]、魯昌國(guó)，何冰強(qiáng)，機(jī)械制造基礎(chǔ).大連理工大學(xué)出版社。2009 [7]、胡宴

4、費(fèi).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社．2005.10 目錄 一、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)………………………………………………………3 二、動(dòng)力計(jì)算………………………………………………………6 三、主軸組件的計(jì)算選取 ……………………………………11 四、主軸校核……………………………………………………12 五、參考文獻(xiàn)……………………………………………………15 一、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) (一) 確定變速級(jí)數(shù): (1) 由本小組設(shè)計(jì)題目可知 公比 (2) 主軸極限轉(zhuǎn)速變速范圍 (3) 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z的確定 由 (4) 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)結(jié)構(gòu)式的確定: 1） 確

5、定變速組傳動(dòng)副數(shù)目： 實(shí)現(xiàn)12級(jí)主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以寫成多種傳動(dòng)副組合： A．12=3*4 B. 12=4*3 C。12=3*2*2 D．12=2*3*2 E。12=2*2*3 方案A、B可節(jié)省一根傳動(dòng)軸。但是，其中一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)變 傳動(dòng)副，增大了該軸的軸向尺寸。這種方案不宜采用。 根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案C是可取的。確定變速組擴(kuò)大順序：12=3*2*2的傳動(dòng)副組合，根據(jù)級(jí)比指數(shù)非陪要“前疏后密”的原則，應(yīng)選用第一種方案。然而，對(duì)于所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)，將會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問題： 如果第一變速組采用升速傳動(dòng)（圖1b），則Ⅰ軸至主

6、軸間的降速傳動(dòng)只能由后兩個(gè)變速組承擔(dān)。為了避免出現(xiàn)降速比小于允許的極限值，常常需要增加一個(gè)定比降速傳動(dòng)組，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這種傳動(dòng)也不是理想的。 如果采用方案12 =30*21*22，則可解決上述存在的問題（見圖1c）。 其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖2所示。 圖2 結(jié)構(gòu)網(wǎng) (5) 由《機(jī)械工程及其自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2-2查得,選用額定電壓為4p/kw,滿載轉(zhuǎn)速為1400r/min.額定轉(zhuǎn)距為2.2,型號(hào)為Y112M-4型的電動(dòng)機(jī). (6) 確定是否需要增加降的定比傳動(dòng)副: 該機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的總降速比

7、u，如每一組的最小降速比均取0.25，則3個(gè)變速組的總降速比可達(dá)，故無需增加一個(gè)降速傳動(dòng)。但是，為使中間的2個(gè)變速組降速緩慢，以利于減少變速箱的徑向尺寸，故在電動(dòng)機(jī)軸和1軸間增加一對(duì)降速的帶傳動(dòng) （7）由《機(jī)械工程及其自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)（2）》查得。可得主軸轉(zhuǎn)速系列為：35.5，50，71，100，140，200，280，400，560，800，1120，1600。 (二) 轉(zhuǎn)速圖 (三) 確定齒輪齒數(shù) 1．先計(jì)算第一擴(kuò)大組的齒輪的齒數(shù) (1) ua1=1,ua2= (2) 查表在u=2.82中找出最小齒輪齒數(shù),其最小齒數(shù)和 (3) 查教材表2.1,同時(shí)滿足傳動(dòng)比

8、要求的齒數(shù)和有84,88等. (4) 在具體結(jié)構(gòu)允許的情況下,選用齒數(shù)和較少的為宜,取 (5).確定各齒輪副齒數(shù) 由u=1一行找出Za1=42. Z’a1=84-42=42 由u=2.82一行找出Za2=22. Za2’=84-22=62 2.基本組齒輪齒數(shù) (1). ub1=1,ub2=, (2) 查表在u=2中找出最小齒輪齒數(shù),其最小齒數(shù)和 (3) 查教材表2.1,同時(shí)滿足傳動(dòng)比要求的齒數(shù)和有72,84,90等. (4) 考慮到減速器的尺寸,取 (5).確定各齒輪副齒數(shù) 由u=1一行找出Zb1=42. Z’b1=84-42=42

9、 由u=2.82一行找出ZB2=35. Zb2’=84-35=49 由u=2.82一行找出Zb3=28. Zb3’=84-28=56 3.第二擴(kuò)大組的齒輪齒數(shù) (1).已知uc1=2. uc2= (2).在u=3.98中找出最小齒輪齒數(shù),其最小齒數(shù)和 (3). 查教材表2.1,同時(shí)滿足傳動(dòng)比要求的齒數(shù)和有110,114等. (4). 在具體結(jié)構(gòu)允許的情況下,選用齒數(shù)和較少的為宜,取 (5).確定各齒輪副齒數(shù). 由u=2一行找出Zc1=37. Zc1’=110-37=73. 由u=3.98一行中找出Zc2=22. Zc2’=11

10、0-22=88. (四) 傳動(dòng)系統(tǒng)圖: 二、動(dòng)力計(jì)算 （一）傳動(dòng)件的計(jì)算 1.傳動(dòng)軸直徑d的計(jì)算. (1)查表2-4,可得電動(dòng)機(jī)到軸間的傳動(dòng)效率為0.97.由設(shè)計(jì)要求知電動(dòng)機(jī)額定功率為4KW. (2)查表7-11,可得傳動(dòng)軸每米長(zhǎng)度上允許的扭角為0.50 10,取{}=0.50. (3)傳動(dòng)軸IV的計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)為nIV=n1=(35.51.413)r/min=100r/min (4)又轉(zhuǎn)速圖可知,I.II.III軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速分別為800,400,140. (5)計(jì)算各傳動(dòng)軸的輸出功率 ===3.51(KW

11、) (6)估算傳動(dòng)軸直徑d =91mm =91=91 =91=91 =91=91 (7)修正各轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑 d1’=(-0.07+1)x30=28mm d2’=(-0.07+1)x34=32mm d3’=(-0.07+1)x44=41mm d4’=(0.05+1)x48=51mm (3)計(jì)算各傳動(dòng)軸的扭矩 T1=9550=9550 T2=9550=9550 T1=9550=9550 T1=9550=9550 (二) 設(shè)計(jì)齒輪模數(shù) 1 齒

12、輪模數(shù)的估算 (1)由轉(zhuǎn)速圖可知Z=22和Z=37的計(jì)算轉(zhuǎn)速為280 (2)齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 (3)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的估算 齒輪中心距A=370 (4)查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表6-1，取齒輪模數(shù)為3mm 2.齒輪模數(shù)的驗(yàn)算。 （1）按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)mj ① 查表7-18.取m’=3,c0=107,n=140則有 i. KT===2.93mm ② 查表7-19.取kn=0.93 ③ 查表7-1 取 ④ 查表7-21 取 ⑤ ⑥ 查表7-17 取 ⑦ 取k ⑧ 查表7-16 取 ⑨ (2)

13、按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù) 1/ 查表7-23 取齒形系數(shù) 2/ 查表7-22 取[220 3/ 查表7-17 取 4/ mn=275=2.22mm (5) 宗上所述,查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表6-1,取齒輪模數(shù)為3mm. (三)齒輪幾何尺寸的計(jì)算 齒 名 a1 a1’ a2 a2’ a3 a3’ b1 b1’ b2 b2’ c1 c1’ c2 c2’ 分度圓直徑 126 126 105 147 84 168 126 147 66 186 110 219 66 264 齒頂圓直徑

14、132 132 111 141 78 174 132 141 72 192 117 225 72 270 齒根圓直徑 118.5 118.5 97.5 139.5 70.5 160.5 118.5 139.5 58.5 178.5 103.5 214.5 58/.5 256.5 齒 寬 20 20 21 20 22 20 20 22 22 22 22` 20 32 30 (四)軸承的選取 型號(hào) d D B T 類型 帶輪 6014 70 110 20 深

15、溝球軸承 一軸 6207 35 72 17 深溝球軸承 二軸 30207 35 72 17 18.25 圓錐滾子軸承 三軸 30209 45 85 19 20.75 圓錐滾子軸承 主軸末端 30211 55 100 21 22.75 圓錐滾子軸承 主軸中端 51212 60 95 10 26 推力球軸承 主軸前端 NN3018 90 140 37 雙列圓柱滾子軸承 (五)帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1)確定計(jì)算功率 p=4kw,k為工作情況系數(shù),去K=1.0 PJ=KP=1.0X4.0=4.0KW

16、(2)選擇三角帶的型號(hào) 由PJ=4.0KW和n額=1440r/min查表選擇B型帶 (3)取D1=125mm,則D1=1=180 D2==225mm (4)核算膠帶速度V , (6) 初定中心距 (7) 計(jì)算膠帶的長(zhǎng)度 取 (8) 核算膠帶的彎曲次數(shù) (9) 計(jì)算實(shí)際中心距 圓整取623 (10) 核算小帶輪的包角 (10)確定膠帶的根數(shù) 取整Z=3 B e=19 f=12.5 (查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-10) (11)大帶輪結(jié)構(gòu)如下圖: 225

17、 三、主軸組件的計(jì)算選取: (一) I軸與IV軸平鍵的選取 （1）IV軸：L=60 bXh=14X9 (2 ) I軸: L=80 bXh=25X14 (二)離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算: 1.離合器的選用及要求 一般應(yīng)使選用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭矩M和額定動(dòng)扭矩M滿足工作要求。只需按其結(jié)合后的靜負(fù)載扭矩來選，即 MKM=kX9550X P——離合器需傳遞的功率，單位為KW； n——離合器所在的軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，單位為r/min; ——電動(dòng)機(jī)至裝離合器的軸的傳動(dòng)效率， M——按離合器傳動(dòng)功率求

18、得的扭矩，單位為N。M K——安全系數(shù)，一般取1.5-1.7 MKM=kX9550X=1.6X9550X=70.4 2.片式摩擦離合器的計(jì)算 1）決定外摩擦片的內(nèi)徑 軸裝式：D=d+（2～6）=51+4=55mm 2）選定系數(shù)值 確定內(nèi)摩擦片外徑D,單位為mm；系數(shù)=0.55～0.77，通常取0.7 D= D/=55/0.7=79 3)計(jì)算摩擦面中徑D及摩擦面平均線速度V 4）計(jì)算摩擦面對(duì)數(shù)Z= 式中 f——摩擦片的摩擦因數(shù)，查表7-13 [p]——許用壓強(qiáng)，單位為MPa，查表7-13 D，D——內(nèi) 外摩擦片的外徑和內(nèi)徑,單位為mm

19、 ———速度修正系數(shù),結(jié)合次數(shù)修正系數(shù). ———摩擦面對(duì)數(shù)修正系數(shù)，查表7-14 ———安全系數(shù)。 ———離合器需要傳遞的扭矩，單位為N.m。 （5）確定摩擦片片數(shù): Z== 總片數(shù)=+1=12 取摩擦片厚度為2mm 四、主軸校核 1) 主軸的前端部撓度=0.0002430=0.082 2) 主軸在前軸承處的傾角 3) 在安裝齒輪處的傾角 4) D==79mm 5) E取為，I= （1-）=（1-）=768329mm 6) 7) 8) 由于小齒輪的傳動(dòng)力大，這里以小齒輪來進(jìn)行計(jì)算 9)

20、 10) 將其分解為垂直分力和水平分力 11) 由公式 12) 可得 13) 14) 主軸載荷圖如下所示： 15) 16) 由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=420mm,b=170mm,l=590mm,c=85mm 17) 計(jì)算（在垂直平面） 18) ,, 19) 20) ，， 21) 22) ，， 23) 24) 計(jì)算（在水平面） 25) ,, 26) 27) ，， 28) 29) ，， 30) 31) 合成： 32) 五、參考文獻(xiàn) 【1】 隋冬杰，謝亞青.機(jī)械基礎(chǔ).上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2010 【2】機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)（上

21、冊(cè)第二版） 葉偉昌主編. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 【3】機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 陳立德主編. 北京：高等教育出版社，2007 【4】機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 王大康 盧頌峰主編. 北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2000 【5】機(jī)械制圖 何銘新 錢可強(qiáng)主編. 北京：高等教育出版社，2004 【6】機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版） 濮良貴 紀(jì)名剛主編. 北京: 高等教育出版社,2001 【7】、吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).3版.北京：高等教育出版社，1999 【8】、李維新，金屬材料與熱處理.機(jī)械工業(yè)出版社 2011. 【9】、魯昌國(guó)，何冰強(qiáng)，機(jī)械制造基礎(chǔ).大連：理工大學(xué)出版社.2009 【10】、胡宴費(fèi).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社．2005.10 17