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設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)課程
設(shè)計(jì)說(shuō)明書
設(shè)計(jì)內(nèi)容： CA6136普通車床溜板箱
數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真分析
專 業(yè)：
班 級(jí)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)任務(wù)書3
設(shè)計(jì)時(shí)間
年 月 日 — 年 月 日
設(shè)計(jì)題目
C6136A型車床溜板箱部件設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)條件
設(shè)計(jì)任務(wù)
詳見“表1 主要技術(shù)參數(shù)”及圖1、圖2車床傳動(dòng)系統(tǒng)圖。
根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)，完成C6136A型車床溜板箱部件設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)要求
1. 齒輪設(shè)計(jì)(m,B)
2. 總體控制結(jié)構(gòu)(變量m,z等)
3. 起始部件的建立
4. 初估軸的直徑
5. 建立各軸的控制結(jié)構(gòu)
6. 軸組件的設(shè)計(jì)（軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇及校核，非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)，并建立引用集）
7. 軸的強(qiáng)度校核
8. 箱體的設(shè)計(jì)
9. 建立連接部件進(jìn)行部件總體裝配
10. 裝配工程圖、零件工作圖（必須符合GB)
11. 運(yùn)動(dòng)仿真
12. 典型零件的結(jié)構(gòu)分析
13. 整理設(shè)計(jì)資料，編寫說(shuō)明書
進(jìn)度計(jì)劃
時(shí)間（日期）
設(shè)計(jì)內(nèi)容
齒輪設(shè)計(jì)(m,B)
2016.12.15——2016.12.16
總體控制結(jié)構(gòu)(變m,z等)
2016.12.17——2016.12.18
起始部件的建立
2016.12.19——2016.12.20
初估軸的直徑，建立各軸的控制結(jié)構(gòu)
2016.12.21——2016.12.26
軸組件的設(shè)計(jì)
2016.12.21——2016.12.26
軸的強(qiáng)度校核
2016.12.21——2016.12.26
箱體的設(shè)計(jì)
2016.12.21——2016.12.26
建立連接部件進(jìn)行部件總體裝配
2016.12.27——2016.12.31
裝配工程圖、零件工作圖（必須符合GB)
2016.12.27——2016.12.31
運(yùn)動(dòng)仿真
2016.12.27——2016.12.31
典型零件的結(jié)構(gòu)分析
2016.12.27——2016.12.31
整理設(shè)計(jì)資料，編寫說(shuō)明書
2017.1.1——2017.1.4
附：設(shè)計(jì)說(shuō)明書主要內(nèi)容：
1、封面（見計(jì)算說(shuō)明書樣式）、目錄（標(biāo)題及頁(yè)次）；2、設(shè)計(jì)任務(wù)書；3、齒輪設(shè)計(jì)(m,B) ；4、總體控制結(jié)構(gòu)(變量m,z等) ；5、起始部件的建立；6、初估軸的直徑；7、建立各軸的控制結(jié)構(gòu)；8、軸組件的設(shè)計(jì)（軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇及校核，非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)，并建立引用集）；9、軸的強(qiáng)度校核；10、箱體的設(shè)計(jì)；11、建立連接部件進(jìn)行部件總體裝配；12、裝配工程圖、零件工作圖（必須符合GB) ；13、運(yùn)動(dòng)仿真 ；14、典型零件的結(jié)構(gòu)分析。
參考資料
侯秀珍主編.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000
張進(jìn)生,房曉東.機(jī)械工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003
李云.機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996
黃鶴汀,俞光主編.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì).上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1986
姚永明．非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)．上海：上海交通大學(xué)出版社，1999．
成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．
指導(dǎo)教師（簽字）
年 月 日
目 錄
0、確定傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速 1
1、 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 1
1.1 計(jì)算轉(zhuǎn)速和功率 1
1.2 材料的選擇 1
1.3 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式 1
1.3.1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1
1.3.2錐齒輪參數(shù)計(jì)算 1
1.3.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 2
1.4 與錐齒輪同軸的一對(duì)直齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3
1.4.1按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3
1.4.2齒輪各參數(shù)的確定 4
1.5有墮輪的一組直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì) 4
1.5.2確定齒輪參數(shù) 5
1.5.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 5
2、傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 6
2.1 計(jì)算轉(zhuǎn)速和功率 6
2.2 計(jì)算溜板箱各內(nèi)軸直徑 6
2.3 傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的估算 7
2.4 傳動(dòng)軸強(qiáng)度的驗(yàn)算 7
2.5 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3、總體控制結(jié)構(gòu)的設(shè)置 8
4、軸承與彈簧選擇 8
4.1 軸承的選擇 8
4.2 彈簧的選擇 9
5、總裝配部件草圖 9
6、典型零件圖 9
6.1 典型零件三維圖 9
6.2 典型零件二維圖 11
7、溜板箱總裝配圖 18
8、有限元分析 18
8.1 新建FEM和仿真 18
8.2 創(chuàng)建解法 19
8.3 添加材料 20
8.4 添加3D網(wǎng)格 20
8.5 創(chuàng)建約束 22
8.6 添加力和轉(zhuǎn)矩 22
8.7 有限元分析圖 22
9、運(yùn)動(dòng)仿真分析分析 24
9.1 自動(dòng)橫向進(jìn)給 24
9.2 自動(dòng)縱向進(jìn)給 24
9.3 旋轉(zhuǎn)副幅值隨時(shí)間變換曲線 25
10、總結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 26
確定傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速
縱向進(jìn)給：
車螺紋：
62齒：
橫向進(jìn)給：
1、 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.1 計(jì)算轉(zhuǎn)速和功率
主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：,?。?00r/min ；
傳入溜板箱的最大轉(zhuǎn)速：；
輸入功率：p=3.2x3%=0.096kw
1.2 材料的選擇
由于傳動(dòng)功率不大，所以大小齒輪均選用45鋼，做調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度取240HBS，精度等級(jí)選用7級(jí)精度。
1.3 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式
1.3.1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（1）選小齒輪齒數(shù)=24，大齒輪齒數(shù)為=75；
（2）選取螺旋角，初選螺旋角；
（3）由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)算，即：；
（4）試選K=1.5；
（5）齒寬系數(shù)為=0.6；
（6）彈性系數(shù)為
（7）查《機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》，由圖5.5-9得，則許用接觸應(yīng)力：；
（8）小齒輪上工作轉(zhuǎn)矩
（9）試算小齒輪分度圓直徑：
；
1.3.2錐齒輪參數(shù)計(jì)算
（1）齒寬b：；
（2）模數(shù)m：，取m=1.5
（3）錐齒輪大端分度圓直徑：，
錐齒輪大端分度圓直徑： ；
1.3.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
計(jì)算公式：；
分錐角：,
；
齒輪的當(dāng)量尺寸：，
；
查表得：齒形系數(shù)：，
應(yīng)力校正系數(shù)：；
彎曲疲勞極限基本值 ，；
計(jì)算得齒根許用彎曲應(yīng)力
；
；
；
；
取；
則模數(shù) ；
故彎曲強(qiáng)度足夠。
1.4 與錐齒輪同軸的一對(duì)直齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.4.1按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
計(jì)算公式為：；
1）選小齒輪齒數(shù)=16，大齒輪齒數(shù)為=62；
2）選；
3）查《機(jī)械設(shè)計(jì)》，由圖10-20C得大小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限分別為：
；
4）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù);
5）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4得：
6）查取齒形系數(shù)：；
應(yīng)力校正系數(shù)：；
7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。
大齒輪的數(shù)值大；
8）小齒輪上工作轉(zhuǎn)矩
9）設(shè)計(jì)計(jì)算：
取m=2。
1.4.2齒輪各參數(shù)的確定
1）計(jì)算分度圓直徑：
2）計(jì)算中心距：
3）計(jì)算齒輪寬度
取。
1.5有惰輪的一組直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)
1）確定齒數(shù)：；
2）計(jì)算公式：
3）選載荷系數(shù)：K=1.5，
齒寬系數(shù)：，
材料彈性影響因數(shù)：；
齒輪接觸疲勞強(qiáng)度：；
疲勞壽命系數(shù)：
4）計(jì)算疲勞需用應(yīng)力：
5）小齒輪轉(zhuǎn)矩：；
6）小齒輪直徑：；
齒寬：；
模數(shù)：；
齒高：
圓周轉(zhuǎn)速：；
7）根據(jù)求得的轉(zhuǎn)速，和已知的精度查表得：；
所以：載荷系數(shù)；
8）按實(shí)際載荷系數(shù)校所得分度圓直徑：
；
所以，取m=2；
1.5.2確定齒輪參數(shù)
1）分度圓直徑：；
2）中心距：；
3）齒輪寬度：
取
1.5.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
1）計(jì)算公式：
2）查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得：
大小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限為：；
彎曲疲勞壽命系數(shù)為：；
齒形系數(shù)：；
應(yīng)力校正系數(shù)：；
安全系數(shù)：S=1；
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：
；
4）計(jì)算大小齒輪的，并加以比較：
；
小齒輪數(shù)值大；
5）計(jì)算：
故彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。
2、傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)
2.1 計(jì)算轉(zhuǎn)速和功率
主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：,?。?00r/min ；
傳入溜板箱的最大轉(zhuǎn)速：；
輸入功率：
2.2 計(jì)算溜板箱各內(nèi)軸直徑
計(jì)算公式為： ，其中C=112；
P——軸傳動(dòng)的功率（KW）；
n——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；
軸1：
軸2：
軸3：
軸4：
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得各軸直徑分別為：，，，
2.3 傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的估算
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)及與齒輪的配合要求，考慮軸上零件的軸向定位與固定，及軸肩、軸環(huán)的尺寸要求，得軸的長(zhǎng)度分別為：
L1=135mm L2=190mm L3=215mm L4=190mm
2.4 傳動(dòng)軸強(qiáng)度的驗(yàn)算
根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核：
由材料力學(xué)可知，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.7 抗彎、抗扭截面系數(shù)計(jì)算公式，得：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.3 軸常用材料的及C值，取 =45MPa ；對(duì)軸進(jìn)行校核：
軸1：
軸2：
軸3：
軸4：
都符合要求。
2.5 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
據(jù)上文計(jì)算出的軸的最小直徑，依次根據(jù)相關(guān)法則以及考慮到軸上所需要安裝的零部件初步計(jì)算估計(jì)出軸各段的長(zhǎng)度以及直徑尺寸，根據(jù)加工要求及安裝要求設(shè)計(jì)出退刀槽尺寸，根據(jù)軸上齒輪的安裝要求，設(shè)計(jì)出鍵槽的相關(guān)尺寸，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸如圖1所示。再根據(jù)圖1的軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直齒輪，軸套，錐齒輪等零部件的軸向尺寸以及軸向分布尺寸，具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。
3、總體控制結(jié)構(gòu)的設(shè)置
整個(gè)溜板箱的裝配設(shè)計(jì)師采用自頂向下的技術(shù)來(lái)完成的，在設(shè)計(jì)時(shí)我們首先為溜板箱設(shè)計(jì)了整體的控制結(jié)構(gòu)。
在設(shè)計(jì)總體控制結(jié)構(gòu)時(shí)是通過(guò)軸上齒輪的模數(shù)和齒數(shù)來(lái)定義軸與軸之間的距離的，當(dāng)齒輪設(shè)計(jì)錯(cuò)誤時(shí)可以快速改變整體的控制結(jié)構(gòu)，而且還可以合理調(diào)整軸與軸之間的位置，使設(shè)計(jì)出的箱體達(dá)到最小的效果。而且在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)⑤S上各個(gè)零件的定位也設(shè)置好了，這樣更有利于裝配。總體控制結(jié)構(gòu)做好之后，通過(guò)創(chuàng)建連接部件將各個(gè)軸鏈接出去，我們就可以在鏈接部件上進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)，效果如下圖所示：
4、軸承與彈簧選擇
4.1 軸承的選擇
該軸承為推力球軸承，該軸承的承載能力較大，允許極限轉(zhuǎn)速較高，裝配方便，通常成對(duì)使用，可通過(guò)內(nèi)、外圈的相對(duì)軸向移動(dòng)來(lái)調(diào)整徑向和軸向間隙，所以根據(jù)軸承的選用要求及尺寸安裝要求，確定該軸承代號(hào)為51103，查表選得：
基本尺寸： ；
安裝尺寸： ；
其他尺寸： ；
基本額定載荷： ；
最小載荷常數(shù)：；
極限轉(zhuǎn)速：脂 5300r/min，油 7500r/min；
重量：。
4.2 彈簧的選擇
選擇彈簧代號(hào)Q81-1
此彈簧適用于受變負(fù)荷作用次數(shù)在103次以下的以及受變負(fù)荷作用次數(shù)在103～105次或沖擊負(fù)荷的冷卷與熱卷普通圓柱螺旋壓縮彈簧。由于此彈簧所套軸的直徑為18mm，所以外經(jīng)最大為19mm。查標(biāo)準(zhǔn)件，得彈簧得各參數(shù)值如下值：
材料直徑 彈簧中徑 節(jié)距 工作極限負(fù)荷 最大心軸直徑 最小套筒直徑mm 自由高度mm 有效圈數(shù) 展開長(zhǎng)度 彈簧單件重量kg
5、 總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖及總裝配部件草圖
6、典型零件圖
6.1 典型零件三維圖
二維圖在紙質(zhì)報(bào)告中，用CAD 圖紙打印
8、有限元分析
8.1 新建FEM和仿真
8.2 創(chuàng)建解法
8.3 添加材料
8.4 添加3D網(wǎng)格
8.5 創(chuàng)建約束
8.6 添加力和轉(zhuǎn)矩
8.7 有限元分析圖
位移X
位移Y
位移Z
9、運(yùn)動(dòng)仿真分析分析
9.1 自動(dòng)橫向進(jìn)給
9.2 自動(dòng)縱向進(jìn)給
9.3 旋轉(zhuǎn)副幅值隨時(shí)間變換曲線
10、總結(jié)
參考文獻(xiàn)
[1]張耀宸 機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 航空工業(yè)出版社，1997
[2]張進(jìn)生,房曉東 機(jī)械工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 機(jī)械工業(yè)出版社,2003
[3]李云 機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社,1996
[4]侯秀珍 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000
[5]濮良貴,紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版) 高等教育出版社,2001.6
[6]戴曙 金屬切削機(jī)床 機(jī)械工業(yè)出版社,2005.1
[7]《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社,1980.8
[8]毛謙德,李振清 袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)第二版 機(jī)械工業(yè)出版社,2002.5
28