哈工大-机械制造装备设计大作业-卧式升降台铣床[教育材料].doc

Harbin Institute of Technology课程大作业说明书课程名称： 机械制造装备设计 设计题目： 卧式升降台铣床 院 系： 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 哈尔滨工业大学目录一、设计任务31.1机械制造装备设计大作业的目的 31.2机械制造装备设计大作业的内容 31.3设计任务书 3二、运动设计32.1确定转速系列 3 2.2绘制转速图 42.3确定定比传动副带轮直径 7三、动力设计83.1传动轴直径初定 93.2主轴轴颈直径的确定 93.3齿轮模数的初步计算 93.4对各种限制的讨论103.5选择带轮传动带型及根数123.6离合器与制动器12参考文献 12一、 设计任务1.1机械制造装备设计大作业的目的机械制造装备设计大作业,是机械制造装备设计课程进行过程中的一个重要教学环节。其目的在于通过机床主传动系统设计，使学生进一步理解设计理论，得到设计构思、方案分析、零件计算、查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养学生具有初步机械系统设计和计算能力。1.2机械制造装备设计大作业的内容1、运动设计根据给定的机床用途、规格、极限速度、转速数列公比（或转速级数），分析比较拟定传动结构方案（包括结构式和结构网，转速图）和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差。2、动力设计根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，初步计算传动轴直径、齿轮模数；确定皮带类型及根数、摩擦片式离合器的尺寸和摩擦片数及制动器尺寸、选择机床主轴结构尺寸。1.3设计任务书设计题目：卧式升降台铣床主传动系统设计铣床机床主参数公比最低转速级数Z功率（kW）工作台面积32012500mm2 卧式升降台铣床主传动系统设计1.4137.5114二、 运动设计1确定转速系列已知设计参数为：电机额定功率，铣床最低转速，级数，公比。由铣床的最低转速、公比、级数，可知转速调整范围，主轴的极限转速，查文献1表3-6可知主轴实际最大转速，且主轴的转速数列为37.5、53、75、106、150、212、300、425、600、850、1180因两轴间变速组的传动副数多采用2或3，在设计简单变速系统时，变速级数应选择的形式， 均为正整数，即选用三联齿轮和两联齿轮进行变速。由参考文献1，主变速传动系设计的一般原则是：传动副前多后少原则，传动顺序与扩大顺序相一致原则和变速组降速前慢后快原则，确定变速结构式如下：，其最末扩大组的调速范围，满足要求。设计机床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比；为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比，由于铣床箱体尺寸较大，可选择最后扩大组的最小降速比，最大升速比。2.2绘制转速图1、选定电动机根据机床主轴最大转速，由参考文献2表15.1，选用Y系列封闭自扇冷式鼠笼式三相异步电动机，电机型号，其级数，同步转速，满载转速为。2、分配总降速传动比总降速传动比为=，又电动机转速为，在所要求标准转速数列当中，因而需用到带轮传动。3、确定传动轴的轴数传动轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+1+1=5。4、齿轮齿数确定由传动结构式可知，变速组a有3个传动副，其传动比分别是 、。传动比小于1时取其倒数，由参考文献1表3-9可得到以下数据： 取同理，在变速组b中，可以得到： 取在变速组c中，可以得到： 取一般变速组内所有齿轮的模数相同，并是标准齿轮，因而三对传动副的齿数和是相同的。由此可以确定各传动之间的齿数，如下所示：基本组 第一扩大组 第二扩大组 5、绘制转速图如下图（图1）所示：图1转速图6、绘制传动系统图由参考文献1，根据各级变速组传动比，可绘制出一种合理的传动系统图，如下图（图2）所示。图2 传动系统图7、核算主轴转速误差齿轮齿数确定后，主轴的各级实际转速即确定，实际传动比所造成的主轴转速误差，应满足：所得结果如下表（表1）所示：标号误差结论11205.811802.19%合格28508500合格3607.16001.18%合格4429.24250.99%合格5288.53003.83%合格6214.62121.23%合格7151.31500.87%合格8107.51061.42%合格976.5752.00%合格1054.8533.40%合格1138.337.52.13%合格表1主轴转速误差2.3确定定比传动副带轮直径根据电机功率为，电机类型为Y型电机，执行机构类型为金属切削机床，设每天工作8-16小时。可得设计功率为：式中：为工况系数，由参考文献2取 为电机功率， 根据和选择带型和小带轮直径，由参考文献2，普通V带直径优选系列选择A型带，小带轮直径。则大带轮直径为：取D=200mm式中，为转速损失率，取。综上，D=200mm。三、 动力设计3.1传动轴直径初定由参考文献1，按扭转刚度估算轴的直径式中传动轴直径（）该轴传递的功率（）该轴的计算转矩（）该轴每米长度允许扭转角（），取由图1可知各轴的计算转速为：Nj1=850r/min，nj2=425r/min，nj3=150r/min，nj4=106r/min本次计算中，各州传递功率为点击功率与传递过程中的效率的乘积，效率值可由参考文献2表9.1查得，如下所示：*，代入各数据得到以下结果：轴取；轴 取；轴 取。*3.2主轴轴颈直径的确定没有特殊要求的时候，主轴材料优先选用价格低廉的优质结构钢，如45号钢，调质到220250HB，在端部锥孔，定心轴颈或定心锥面等部位，采用高频淬火至5055HRC。由参考文献3表5.7，功率为的卧式升降台铣床选用前轴颈直径，取。后轴颈为前轴颈的，即为。为了选用轴承的方便，由参考文献2轴承型号，主轴中部与圆锥滚子轴承配合处轴颈直径取，为使主轴缓慢过度，主轴后部与深沟球轴承配合处轴颈直径取。3.3齿轮模数的初步计算一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择各组负荷最重的小齿轮，由参考文献2，其计算得到的齿轮模数为：式中：按接触疲劳强度计算的齿轮模数；驱动电机的功率；计算尺轮的计算转速； 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，外啮合取“”号，内啮合取“”号；小齿轮的齿数；齿宽系数，（为齿宽，为模数），一般为，此处均选用；许用接触应力，由参考文献4表13-16，齿轮材料训勇，渗碳处理，可得。可以得到：基本组按标准模数表取；第一扩大组按标准模数表取；第二扩大组按标准模数表取。由于取齿轮厚度系数，则由公式可得各齿轮厚度。3.4对各种限制的讨论对于第二扩大组变速组，由于主轴轴径是由标准查得，其值较大，前轴径为，后轴径为，即安装齿轮处轴外径约为，由参考文献1，轴上的小齿轮还要考虑到齿根和到它的键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚，以防断裂，即其最小齿数应满足：式中：齿轮花键孔的外径，单键槽的取孔中心至键槽底的尺寸两倍齿轮模数对于主轴，选用单键槽，查得，若，小于已确定的最小齿数，在主轴上该模数满足要求。考虑到花键滑动与定位较容易，除主轴和电机轴外，其余轴均选用花键连接。又注意到第二扩大组变速组在轴上最小齿轮齿数为，选用花键，将代入，若，则，在轴上该模数满足要求。故第二扩大组变速组的模数取。对于第一扩大组，在轴上的最小齿数，选用花键，将代入，若，则，在轴上该模数满足要求。下面验算在轴是否满足要求，轴上的最小齿数，若，则，在轴上该模数满足要求。故第一扩大组变速组的模数取。对于基本组，在本设计中基本组和第一扩大组之间选用了一个公用齿轮，由于相互啮合的齿轮要选用相同的模数，故基本组的齿轮应选用模数为的齿轮。下面验算在轴上是否满足要求，轴上的最小齿数，而，在轴上该模数满足要求。下面验算在轴上是否满足要求，轴上的最小齿数，选用花键，将=代入，在轴上该模数满足要求。故基本组的模数。对于电机轴上的齿轮配合，选单键槽，查得。若，得，电机轴上该模数满足要求。故电机轴的模数。3.5选择带轮传动带型及根数根据前文所述已选择A型带，皮带根数由下列公式确定：式中: 皮带根数设计功率，单根V带的基本额定功率，按GB/T13575.1-992选择传动比导致的额定功率补偿，按GB/T13575.1-992选择小带轮包角的修正，由于中心距未定，无法计算小带轮包角，故忽略此项。皮带长度导致的修正，由于中心距未定，无法计算皮带长度，故忽略此项计算得，取为。3.6离合器与制动器节约空间选择机械设计手册规定的双锥摩擦离合器，额定扭矩选择，详细尺寸及性能参见机械设计手册双锥摩擦离合器的主要尺寸及特性参数。制动器选择带式制动器，按经验公式制动鼓直径选择，带宽选择，详细设计参见相关手册。参考文献1机械制造装备设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社2王连明，宋宝玉. 机械设计课程设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.13陈易新. 金属切削机床课程设计指导书. 机械工业出版社，19874吴宗泽，卢颂峰，冼键生. 简明机械零件设计手册. 北京：中国电力出版社，2010.13辅导工具a