1、綜合課程設計 = 2 * ROMAN II工程總結報告題 目：臥式升降臺銑床主傳動系統設計院 系 機電工程學院 專 業 機械設計制造及其自動化學 生 學 號 班 號 1008104 指導教師 填報日期 哈爾濱工業大學機電工程學院制2021年11月哈爾濱工業大學綜合課程設計II任務書姓 名： 院 系：機電工程學院專 業：機械設計制造及其自動化 班 號：1008104 學 號： 任務起止日期：2021年11月18日 至2021年12月6日課程設計題目：32012500mm2臥式升降臺銑床主傳動系統設計主要內容：設計說明書，包括機床的運動設計，傳動件校核，結構設計，零件驗算。圖紙，包括A0展開圖1張

2、，A1截面圖1張。辯論PPT與結題報告。技術要求：32012500mm2臥式升降臺銑床，其級數Z=12，最小轉速28r /min，公比為1.41，功率N kW 。進度安排：按照機械制造及自動化系?綜合課程設計II?實施細那么 2021年根本流程和進度安排執行。指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任意見：教研室主任簽字： 年 月 日 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc374133492 第1章 工程背景分析 PAGEREF _Toc374133492 h 1 HYPERLINK l _Toc374133493 1.1. 綜合課程設計II的目的 PAGEREF

3、 _Toc374133493 h 1 HYPERLINK l _Toc374133494 1.2.金屬切削機床在國內外開展趨勢 PAGEREF _Toc374133494 h 1 HYPERLINK l _Toc374133495 第2章 研究方案要點與執行情況 PAGEREF _Toc374133495 h 1 HYPERLINK l _Toc374133498 2.1.設計任務 PAGEREF _Toc374133498 h 1 HYPERLINK l _Toc374133499 2.2.進度安排 PAGEREF _Toc374133499 h 2 HYPERLINK l _Toc3741

4、33500 第3章 工程關鍵技術的解決 PAGEREF _Toc374133500 h 2 HYPERLINK l _Toc374133501 第4章 具體研究內容與技術實現 PAGEREF _Toc374133501 h 3 HYPERLINK l _Toc374133502 4.1. 機床的規格及用途 PAGEREF _Toc374133502 h 3 HYPERLINK l _Toc374133512 4.2. 運動設計 PAGEREF _Toc374133512 h 3 HYPERLINK l _Toc374133513 1.確定極限轉速： PAGEREF _Toc374133513

5、h 3 HYPERLINK l _Toc374133514 2.確定結構網或結構式： PAGEREF _Toc374133514 h 3 HYPERLINK l _Toc374133515 3.繪制轉速圖： PAGEREF _Toc374133515 h 4 HYPERLINK l _Toc374133516 4.繪制傳動系統圖 PAGEREF _Toc374133516 h 5 HYPERLINK l _Toc374133517 1確定變速組齒輪傳動副的齒數 PAGEREF _Toc374133517 h 5 HYPERLINK l _Toc374133519 2核算主軸轉速誤差 PAGER

6、EF _Toc374133519 h 6 HYPERLINK l _Toc374133573 4.3. 動力設計 PAGEREF _Toc374133573 h 7 HYPERLINK l _Toc374133574 1.傳動件的計算轉速 PAGEREF _Toc374133574 h 7 HYPERLINK l _Toc374133623 2.傳動軸直徑初定 PAGEREF _Toc374133623 h 7 HYPERLINK l _Toc374133624 3.主軸軸頸直徑確實定 PAGEREF _Toc374133624 h 8 HYPERLINK l _Toc374133625 4.

7、齒輪模數的初步計算 PAGEREF _Toc374133625 h 8 HYPERLINK l _Toc374133626 4.4. 畫傳動系統圖 PAGEREF _Toc374133626 h 9 HYPERLINK l _Toc374133628 4.5. V帶的選擇及計算 PAGEREF _Toc374133628 h 10 HYPERLINK l _Toc374133629 1.初定中心距ao PAGEREF _Toc374133629 h 10 HYPERLINK l _Toc374133630 2.確定V帶計算長度L PAGEREF _Toc374133630 h 10 HYPER

8、LINK l _Toc374133631 3.確定中心距a PAGEREF _Toc374133631 h 11 HYPERLINK l _Toc374133632 4.驗算小帶輪包角 PAGEREF _Toc374133632 h 11 HYPERLINK l _Toc374133633 5.計算V帶的根數 PAGEREF _Toc374133633 h 11 HYPERLINK l _Toc374133634 4.6. 結構設計 PAGEREF _Toc374133634 h 11 HYPERLINK l _Toc374133635 1.展開圖設計 PAGEREF _Toc37413363

9、5 h 11 HYPERLINK l _Toc374133640 2.截面圖及軸的空間布置 PAGEREF _Toc374133640 h 13 HYPERLINK l _Toc374133641 4.7. 零件的驗算 PAGEREF _Toc374133641 h 13 HYPERLINK l _Toc374133642 1直齒圓柱齒輪的應力計算 PAGEREF _Toc374133642 h 13 HYPERLINK l _Toc374133643 2齒輪精度確實定 PAGEREF _Toc374133643 h 15 HYPERLINK l _Toc374133644 3傳動軸的彎曲剛度

10、驗算 PAGEREF _Toc374133644 h 15 HYPERLINK l _Toc374133645 4主軸主件靜剛度驗算 PAGEREF _Toc374133645 h 17 HYPERLINK l _Toc374133646 第5章 存在的問題與分析 PAGEREF _Toc374133646 h 21 HYPERLINK l _Toc374133647 第6章 技術指標分析 PAGEREF _Toc374133647 h 21 HYPERLINK l _Toc374133648 參考文獻 PAGEREF _Toc374133648 h 22第1章 工程背景分析綜合課程設計II的

11、目的機床課程設計，是在金屬切削機床課程之后進行的實踐性教學環節。其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統的結構設計，使學生在擬定傳送和變速的結構方案中，得到設計構思、方案分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱技術資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握根本的設計方法，并培養學生具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。金屬切削機床在國內外開展趨勢機床作為加工的母機，總是要保證和提高加工質量和生產率，隨著科技的不斷進步，各種機床也相應地不斷開展與更新，如性能參數的提高、功能的擴大、切削功率的加大，自動化程度的提高，機床動態性能的不斷改善，加工精度的不斷提高，根底元件的不斷創

12、新，控制系統的更新等等。我國機床工業的開展趨勢：根據機床工具工業局對振興我國機床工業的設想，要在以后相當長時期內限制和壓縮落后機床的生產，要化大力氣開展高性能、高效率、高水平的適合國民經濟需要的“高檔產品，改善機床品種的構成比。重點開展機、電、儀結合的產品。注意在沖壓、電加工、激光、等離子加工中應用數控技術。國外機床工業的開展，特別講究機床的精度、效率，講究機床制造工藝技術水平，試驗分析與理論研究。從七十年代以來，國外已普遍推廣使用數控機床。日本和美國已建成柔性自動化生產車間和柔性自動化工廠，整個機床制造的技術水平和自動檢測控制技術已有大幅度提高。 第2章 研究方案要點與執行情況設計任務機械制

13、造及其自動化專業的“綜合課程設計II，是以車床和銑床主傳動系統設計為內容，每個學生設計參數不同，完成展開圖和截面圖各一張及相關計算和文件和工程結題報告。1設計內容要求圖紙工作量：畫兩張圖。其中：開展圖A0：軸系展開圖。其中摩擦離合器、制動和潤滑不要求畫，但要求掌握；操縱機構只畫一個變速手柄。截面圖A1：畫剖面軸系布置示意圖包括截面外型及尺寸、車床標中心高。2標注： 中心距、 配合尺寸、定位尺寸、中心高車床、外型尺寸。3標題欄和明細欄不設明細表，件號采用流水號1，2，3，標注，標準件的標準直接標在圖紙上件號下面；標題欄采用標準裝配圖的標題欄18056，其中，圖號：KS01表示：課設01 號圖紙；

14、單位：哈爾濱工業大學；圖名：主傳動系統裝配圖。4主軸端部結構要按標準畫。5按模板編寫?工程總結報告?，相關設計計算內容，寫到“具體研究內容與技術實現項中。要求驗算：一對齒輪，小齒輪驗算接觸彎曲強度，大齒輪驗算接觸彎曲強度，一根傳動軸，主軸按兩支撐計算。進度安排一、運動設計根據給定設備的用途規格、調速范圍、極限轉速的、公比和功率要求，擬定傳動方案，確定傳動系統圖和轉速圖。二、動力設計根據功率和速度，選擇電機型號，確定各傳動件計算轉速，初算傳動件尺寸、繪制裝配圖草圖，驗算傳動件的應力、剛度、壽命等參數。 三、結構設計繪制主傳動系統展開圖和截面圖，完成傳動件、箱體、操縱機構零部件結構設計。完成相關技

15、術文檔，形成工程總結報告。第3章 工程關鍵技術的解決減速箱內各級減速比分配、齒輪模數齒數齒寬的選取和機床功率的計算為本次設計的關鍵內容，解決以上問題可以完成機床根本功能的實現以及機床正常運行的保證。同時主軸箱內傳動件的空間布置是極其重要的問題之一，變速箱內各傳動軸的空間布置首先要滿足機床總體布局對變速箱的形狀和尺寸的限制，還要考慮各軸受力情況，裝配調整的操縱維修的方便。其中齒輪的布置與排列是否合理將直接影響主軸箱的尺寸大小、結構實現的可能性以及變速操縱的方便性。主軸傳動件的合理布置也很重要。合理布置傳動件在主軸上的軸向位置，可以改善主軸的受力情況，減小主軸變形，提高主軸的抗振性。第4章 具體研

16、究內容與技術實現4.1. 機床的規格及用途通用機床，加工范圍廣泛，用于各種圓柱銑刀、盤銑刀、成型銑刀、端銑刀、角度銑刀等來銑削各種斜面、成型外表、溝槽及齒輪、螺旋槽等。參數如下：類型工作臺mm2公比nmin級數Z功率KW臥式升降臺銑床32012500281244.2. 運動設計1.確定極限轉速：由設計要求，車床的主軸最小轉速是,主軸轉速級數,公比，故可得出,。根據的公比、最小轉速和級數計算最大轉速和各級轉速，查標準數列得到各級轉速分別為：28、40、56、80、112、160、224、315、450、630、900和1250。2.確定結構網或結構式：根據傳動副“前多后少的原那么，選擇主軸轉速結

17、構式。根據級數要求，需要有一組重復的轉速。故其轉速結構式及級比指數為。，符合要求。那么系統的結構網如下列圖：3.繪制轉速圖：選定電動機銑床為一般金屬切削機床的驅動，沒有特殊性能要求，所以采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。Y系列電動機高效、節能、啟動轉矩大、噪聲低、振動小、運行平安可靠。根據?機械設計手冊?選擇電動機的型號為Y112M-4，同步轉速1500r/min，滿載轉速1440r/min，功率。 分配總降速傳動比最后擴大組的級比指數為6，同時升速和降速都不能超過極限范圍，所以III軸的最低轉速只能為112r/min，根據 “前慢后快的原那么II軸的最低轉速可以為224r/min或

18、315r/min，選擇較低轉速雖然可以減小發熱和噪聲，但這兩根軸上的齒輪副模數會略大，所以選擇為315r/min。電機轉速為1450r/min，帶輪傳動的傳動比不能過大，所以I軸的轉速定為630r/min。確定傳動軸的軸數變速機構共需要4個軸，加上電機軸，所以一共有5個軸。繪制轉速圖如下：4.繪制傳動系統圖因為零件的參數尚未確定，先根據轉速圖，按傳動副的傳動比較定一個主傳動系統草圖如下：1 確定變速組齒輪傳動副的齒數可用計算法或查表法選定齒輪的齒數各個變速組雙軸間的齒數和 QUOTE 確實定 式中： QUOTE 同一變速組中的最小傳動比，第一、二變速組，第三變速； QUOTE 同一變速組中最小

19、齒輪齒數，。根據計算結果選定第一變速組的齒數和為60，小齒輪齒數分別為20、25、30。為了減少齒輪數，將齒輪7作為公用齒輪，齒輪7的齒數為40，作為第二變速組升速局部的大齒輪，那么齒輪9的齒數為40，所以第二變速組的齒數和為80，齒輪6齒數為21，齒輪8齒數為59。不必采用變位齒輪。第三變速組計算結果為，選擇齒數和為95，查表得小齒輪的齒數分別為19和32。2 核算主軸轉速誤差實際傳動比所造成的主軸轉速誤差，一般不超過 QUOTE ，即= QUOTE 。帶傳動的傳動比為，所以I軸的實際轉速為，那么通過齒輪齒數計算的實際主軸轉速誤差如下表：主軸轉速誤差與規定值之間的比較標準轉速r/min實際轉

20、速計算式實際轉速r/min轉速誤差%在標準范圍內28405680112160224315450630900125012744.3. 動力設計零件的計算，需要知道它們的計算轉速nj,即參與傳遞全功率的最低轉速、傳遞全扭矩的最高轉速。各零件的計算轉速可從轉速圖上按主軸的計算轉速確定。1.傳動件的計算轉速計算轉速為主軸或傳動件傳遞全部功率時的最低轉速，所以各軸的計算轉速和齒輪的計算轉速分別如下表各傳動軸計算轉速表軸序號IIIIIIIV計算轉速r/min63031511280各齒輪計算轉速表序號12345678910111213計算轉速r/min6306306304506303153151123151

21、1231522480各帶輪計算轉速表帶輪直徑/mm125280計算轉速r/min14506302.傳動軸直徑初定傳動軸直徑按扭轉剛度用下式進行概算 式中傳動軸直徑mm；該軸傳遞的功率kW；該軸的計算轉速r/min； 該軸每米長度允許扭轉角deg/m，一般傳動軸取 QUOTE 1。 這里取。那么各個軸的初算直徑為I軸取為。II軸取為。III軸取為。3.主軸軸頸直徑確實定由參考文獻1表3-13查得主軸前軸頸的直徑，取為80mm。后軸頸的直徑。取為65mm。盡量使主軸截面變化要小，外徑尺寸要緩減。銑床主軸內孔直徑按銑床主軸端部尺寸標準選取。主軸材料選為45號鋼，調質處理，在主軸端部、錐孔、定心軸頸和

22、定心錐面處進行高頻局部淬火。4.齒輪模數的初步計算同一變速組中的齒輪取同一模數，選擇負荷最重的小齒輪，第一變速組選擇齒輪1計算，第二變速組選擇齒輪6計算，第三變速組選擇齒輪11計算。按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算：式中 QUOTE 按接觸疲勞強度計算的齒輪模數mm；驅動電動機功率；計算齒輪的計算轉速大齒輪齒數與小齒輪齒數之比小齒輪齒數；齒寬系數，為齒寬，為模數，取8；許用接觸應力，一般的機床壽命為610年，齒輪材料為調質45號鋼外表淬火，查得許用接觸應力。那么初步計算各個傳動組的齒輪模數如下：第一變速組的齒輪1第二變速組的齒輪6 第三變速組的齒輪11取第一、第二變速組的模數相等，便于減少設備

23、本錢，所以模數m1 m2為。第三變速組的齒輪模數m3選擇為。4.4. 畫傳動系統圖 4.5. V帶的選擇及計算1.初定中心距ao由前面局部V帶輪直徑的選擇結合公式有ao2d1d2 2100250 210700mm取ao400 mm2.確定V帶計算長度L Lo1363.8 mm據?設計指導?P30表計算長度取L1400 mm。3.確定中心距a a = 取a418 mm4.驗算小帶輪包角 滿足要求。5.計算V帶的根數 , 取Z3根4.6. 結構設計1 展開圖設計1齒輪布置齒輪布置圖2主軸主件設計主軸結構圖2.截面圖及軸的空間布置截面圖由于滑移齒輪軸心離箱體壁距離較大，且滑移行程較長，故采用撥叉沿導

24、向桿滑動來操縱滑移齒輪。擺動撥叉通過滑塊與滑動撥叉尾端的槽接觸，滑塊做圓弧運動轉化為撥叉的滑動，實現滑移。使用鋼球彈簧作為定位的手柄座可以使操作桿撥動到指定位置即停下并鎖緊方便工人操作。4.7. 零件的驗算1直齒圓柱齒輪的應力計算選擇傳動組c中的Z19和Z76進行接觸應力和彎曲應力進行驗算。接觸應力驗算公式為彎曲應力驗算公式為式中：N傳遞的額定功率kW, ; Nd電動機的功率kW; 從電動機到計算齒輪的傳遞效率； 計算轉速r/min； 齒輪模數mm； 齒寬mm； Z小齒輪齒數； u大齒輪齒數和小齒輪齒數之比； 壽命系數： 工作期限系數： T齒輪在機床工作期限內的總工作時間h ，對于中型機床的齒

25、輪取。同一變速組內的齒輪總工作時間可近似地認為，p 為該變速組的傳動副數。此處取Ts=15000h，p=2，那么T=7500h。 齒輪的最低轉速r/min，此處小齒輪為315，大齒輪為 80；基準循環次數，鋼和鑄鐵件：接觸載荷取，彎曲載荷取；m 疲勞曲線指數，鋼和鑄鐵件，接觸載荷取m=3，彎曲載荷時，對正火、調質及整體淬硬件取m=6，對外表淬硬高頻、滲碳、氮化等取m=9；此處解得小大。轉速變化系數，此處取；功率利用系數，此處取；材料強化系數，此處取；解得。K3工作狀況系數，考慮載荷沖擊的影響，主運動中等沖擊取；動載荷系數，此處取； 齒向載荷分布系數，此處取；Y 齒形系數，大齒輪取； -許用接觸

26、應力MPa ，查表3-9， =1100MPa ；-許用彎曲應力MPa ，查表3-9， =320MPa 。代入式中得2齒輪精度確實定 齒輪精度等級的選擇根據它的用途、圓周速度、載荷狀況和對振動、噪聲、使用壽命等方面的要求確定。 本設計中齒輪傳遞的速度和功率都不太大，應選用7級精度的圓柱齒輪。3傳動軸的彎曲剛度驗算(1)傳動軸II 的彎曲載荷齒輪傳動軸同時受輸入扭矩的齒輪驅動力Qa 和輸出扭矩的齒輪驅動阻力Qb的作用而產生彎曲變形，當齒輪為直齒圓柱齒輪時，其嚙合角20，齒面摩擦角時，其彎曲載荷由下式計算：式中：N 該齒輪傳遞的全功率( kW )，此處取N =4kWm, z該齒輪的模數(mm)、齒數

27、n該傳動軸的計算工況轉速( r /min )， 該軸輸入扭矩的齒輪計算轉速( r /min ) 該軸輸出扭矩的齒輪計算轉速( r /min )選取II 軸進行彎曲剛度驗算，輸入齒輪選取58，其計算轉速為425r/min，輸出齒輪選取29，其計算轉速為275r/min，那么II 軸的計算工況轉速為425r/min。帶入式4-8計算得：(2)驗算兩支承傳動軸的彎曲變形齒輪傳動軸的抗彎剛度驗算，包括軸的最大撓度，滾動軸承處及齒輪安裝處的傾角驗算。 其值均應小于允許變形量y及， 允許變形量見參考文獻 6表，得y = (0.01 0.03)m= 3 (0.01 0.03) =(0.03 0.09)mm為

28、了計算上的簡便，可以近似地以該軸的中點撓度代替最大撓度，其最大誤差不超過3%。假設兩支承的齒輪傳動軸為實心的圓形鋼軸，忽略其支承變形，在單在彎曲載荷作用下,其中點撓度為：式中：l兩支承間的跨距(mm)，對于軸，l=382mmD該軸的平均直徑(mm)，本軸的平均直徑D=40mm 齒輪的工作位置至較近支承點的距離(mm)140 mm；60 mm代入數據得： 計算在驅動力Qa 和驅動阻力Qb 同時作用下，傳動軸中心的合成撓度，可按余弦定理計算式中：被驗算軸的中心合成撓度mm 輸入扭矩的齒輪在軸的中點引起的撓度(mm) 輸出扭矩的齒輪在軸的中點引起的撓度(mm)驅動力a Q 和阻力b Q 在橫剖面上,

29、兩向量合成時夾角在橫剖面上,被驗算的軸與其前、后傳動軸連心線的夾角，按被驗算的軸的旋轉方向計量,由剖面圖上可得=180o 。嚙合角20，齒面磨擦角=5.72 ，得代入式中計算，得未滿足要求。傳動軸在支承點A，B 處的傾角 時,可按下式進行近似計算：滿足要求4主軸主件靜剛度驗算1主軸支承跨距 L 確實定選定前端懸伸量 C，主軸前端的懸伸長度，即從主軸外側前支撐中點滾錐軸承及向心推軸承那么是接觸角法線與軸線的交點處到主軸前端的距離，這里選定 C=50mm。一般最正確跨距L0= 23C=100150mm。考慮到結構以及支承剛度會因磨損不斷降低，應取跨距L比最正確跨距L0大一些。再考慮到結構需要，這里

30、取L=267mm。2計算條件確實定變形量允許值：驗算主軸軸端的撓度 y0，對普通機床前端撓度的允許值y0，目前廣泛使用經驗數據為：mm，其中 L為主軸兩支撐間的距離mm。本設計中 L=267mm，故前端撓度的允許值y0應不大于。驗算時以此作為是否合格的依據。3軸組件的靜剛度驗算 1.yc 是由多種條件共同產生的結果，實際軸承的剛度與其負荷，為防止這種誤差，本次驗算按如下方法進行主軸組件的剛度驗算。計算簡圖如圖 選定如圖的直角坐標系，求各力同時作用下，前后軸承負荷的大小及其方向角，并判定象限建立方程組計算主軸前后支撐處的支反力。F 的 x 方向：P cos P FxB Q cosQ FxA 0F

31、 的 y 方向：P sin P FyB Q sinQ FyA 0M 在 B 點的水平投影：FxA (a b) Q cosQ b P cos P c 0M 在 B 點的垂直投影：FyA (a b) Q sinQ b P sin P c 0解得：FxAFyAFxBFxB即 FA ，方向與 x 軸正方向夾角 FA。FBN ，方向與 x 軸正方向夾角 FB 。前后軸承的負荷大小與支反力大小相同，方向相反。故前后軸承的負荷為：RAN ，方向與 x 軸正方向夾角 FA 。FBN ，方向與 x 軸正方向夾角 FB 。 2.按軸承的合成負荷 R，計算軸承的彈性位移R /C；滾動軸承的徑向剛度是支承剛度的主要局

32、部，支承剛度還包括軸承環與軸頸及箱體孔的配合外表間的接觸剛度。預緊的滾動軸承可以提高剛度，計算時可以忽略軸承環與軸頸及箱體孔之間的接觸剛度。僅以滾動軸承的游隙為零時，承受徑向載荷來計算軸承的徑向剛度，圓錐滾子軸承的徑向剛度計算公式如下：式中：i滾動體列數Z每列中滾動體數l0滾子有效長度mmR軸承的徑向負荷N軸承的接觸角deg代入得: 前后支撐軸承的彈性位移： 3.分別計算各作用力對彈性主軸前端c 點產生的撓度；由簡單載荷下簡支軸的變形，軸本身變形引起的軸c 點撓度公式， 式中各參數定義與之前保持一致。那么力偶矩代入，得： =mm式中：P、Q載荷力E材料的彈性模量，鋼的E=2.1105MPaI、Is分別為軸的l 段、s 段的抗彎慣性矩，計算公式為解之得：P、Q共同作用c點撓度分解mm mm4.將軸承的彈性位移分解為直角坐標分量，并計算它對主軸前端c 點產生的相應撓度值A 點：Ax A cos( 130.6 ) mmAy