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設計綜合實訓課程 設計說明書 設計內容： CA6136普通車床溜板箱 數(shù)字化設計與仿真分析 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 年 月 日 設計綜合實訓任務書3 設計時間 年 月 日 — 年 月 日 設計題目 C6136A型車床溜板箱部件設計 設計條件 設計任務 詳見“表1 主要技術參數(shù)”及圖1、圖2車床傳動系統(tǒng)圖。 根據(jù)給定的技術參數(shù)，完成C6136A型車床溜板箱部件設計。 設計要求 1. 齒輪設計(m,B) 2. 總體控制結構(變量m,z等) 3. 起始部件的建立 4. 初估軸的直徑 5. 建立各軸的控制結構 6. 軸組件的設計（軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇及校核，非標準件的設計，并建立引用集） 7. 軸的強度校核 8. 箱體的設計 9. 建立連接部件進行部件總體裝配 10. 裝配工程圖、零件工作圖（必須符合GB) 11. 運動仿真 12. 典型零件的結構分析 13. 整理設計資料，編寫說明書 進度計劃 時間（日期） 設計內容 齒輪設計(m,B) 2016.12.15——2016.12.16 總體控制結構(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，建立各軸的控制結構 2016.12.21——2016.12.26 軸組件的設計 2016.12.21——2016.12.26 軸的強度校核 2016.12.21——2016.12.26 箱體的設計 2016.12.21——2016.12.26 建立連接部件進行部件總體裝配 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 運動仿真 2016.12.27——2016.12.31 典型零件的結構分析 2016.12.27——2016.12.31 整理設計資料，編寫說明書 2017.1.1——2017.1.4 附：設計說明書主要內容： 1、封面（見計算說明書樣式）、目錄（標題及頁次）；2、設計任務書；3、齒輪設計(m,B) ；4、總體控制結構(變量m,z等) ；5、起始部件的建立；6、初估軸的直徑；7、建立各軸的控制結構；8、軸組件的設計（軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇及校核，非標準件的設計，并建立引用集）；9、軸的強度校核；10、箱體的設計；11、建立連接部件進行部件總體裝配；12、裝配工程圖、零件工作圖（必須符合GB) ；13、運動仿真 ；14、典型零件的結構分析。 參考資料 侯秀珍主編.機械系統(tǒng)設計.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2000 張進生,房曉東.機械工程專業(yè)課程設計指導書.北京:機械工業(yè)出版社,2003 李云.機械制造工藝及設備設計指導手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1996 黃鶴汀,俞光主編.金屬切削機床設計.上海:上?？茖W技術文獻出版社,1986 姚永明．非標準設備設計．上海：上海交通大學出版社，1999． 成大先. 機械設計手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2004． 指導教師（簽字） 年 月 日 目 錄 0、確定傳動件計算轉速 1 1、 齒輪的設計計算 1 1.1 計算轉速和功率 1 1.2 材料的選擇 1 1.3 確定結構網或結構式 1 1.3.1按齒面接觸強度設計 1 1.3.2錐齒輪參數(shù)計算 1 1.3.3校核齒根彎曲疲勞強度 2 1.4 與錐齒輪同軸的一對直齒輪的設計計算 3 1.4.1按齒根彎曲強度設計 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計 4 1.5.2確定齒輪參數(shù) 5 1.5.3校核齒根彎曲疲勞強度 5 2、傳動軸設計 6 2.1 計算轉速和功率 6 2.2 計算溜板箱各內軸直徑 6 2.3 傳動軸長度的估算 7 2.4 傳動軸強度的驗算 7 2.5 傳動軸的結構設計 8 3、總體控制結構的設置 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網格 20 8.5 創(chuàng)建約束 22 8.6 添加力和轉矩 22 8.7 有限元分析圖 22 9、運動仿真分析分析 24 9.1 自動橫向進給 24 9.2 自動縱向進給 24 9.3 旋轉副幅值隨時間變換曲線 25 10、總結 26 參考文獻 26 確定傳動件計算轉速 縱向進給： 車螺紋： 62齒： 橫向進給： 1、 齒輪的設計計算 1.1 計算轉速和功率 主軸的計算轉速：,?。?00r/min ； 傳入溜板箱的最大轉速：； 輸入功率：p=3.2x3%=0.096kw 1.2 材料的選擇 由于傳動功率不大，所以大小齒輪均選用45鋼，做調質處理，齒面硬度取240HBS，精度等級選用7級精度。 1.3 確定結構網或結構式 1.3.1按齒面接觸強度設計 （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）由設計計算公式進行驗算，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《機械設計使用手冊》，由圖5.5-9得，則許用接觸應力：； （8）小齒輪上工作轉矩 （9）試算小齒輪分度圓直徑： ； 1.3.2錐齒輪參數(shù)計算 （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度 計算公式：； 分錐角：, ； 齒輪的當量尺寸：， ； 查表得：齒形系數(shù)：， 應力校正系數(shù)：； 彎曲疲勞極限基本值 ，； 計算得齒根許用彎曲應力 ； ； ； ； ??； 則模數(shù) ； 故彎曲強度足夠。 1.4 與錐齒輪同軸的一對直齒輪的設計計算 1.4.1按齒根彎曲強度設計 計算公式為：； 1）選小齒輪齒數(shù)=16，大齒輪齒數(shù)為=62； 2）選； 3）查《機械設計》，由圖10-20C得大小齒輪彎曲疲勞強度極限分別為： ； 4）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù); 5）計算彎曲疲勞許用應力： 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4得： 6）查取齒形系數(shù)：； 應力校正系數(shù)：； 7）計算大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪的數(shù)值大； 8）小齒輪上工作轉矩 9）設計計算： 取m=2。 1.4.2齒輪各參數(shù)的確定 1）計算分度圓直徑： 2）計算中心距： 3）計算齒輪寬度 取。 1.5有惰輪的一組直齒圓柱齒輪設計 1）確定齒數(shù)：； 2）計算公式： 3）選載荷系數(shù)：K=1.5， 齒寬系數(shù)：， 材料彈性影響因數(shù)：； 齒輪接觸疲勞強度：； 疲勞壽命系數(shù)： 4）計算疲勞需用應力： 5）小齒輪轉矩：； 6）小齒輪直徑：； 齒寬：； 模數(shù)：； 齒高： 圓周轉速：； 7）根據(jù)求得的轉速，和已知的精度查表得：； 所以：載荷系數(shù)； 8）按實際載荷系數(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度 1）計算公式： 2）查《機械設計》得： 大小齒輪彎曲疲勞強度極限為：； 彎曲疲勞壽命系數(shù)為：； 齒形系數(shù)：； 應力校正系數(shù)：； 安全系數(shù)：S=1； 3）計算彎曲疲勞許用應力： ； 4）計算大小齒輪的，并加以比較： ； 小齒輪數(shù)值大； 5）計算： 故彎曲疲勞強度足夠。 2、傳動軸設計 2.1 計算轉速和功率 主軸的計算轉速：,取＝100r/min ； 傳入溜板箱的最大轉速：； 輸入功率： 2.2 計算溜板箱各內軸直徑 計算公式為： ，其中C=112； P——軸傳動的功率（KW）； n——軸的轉速（r/min）； 軸1： 軸2： 軸3： 軸4： 查閱機械設計手冊得各軸直徑分別為：，，， 2.3 傳動軸長度的估算 根據(jù)軸的結構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，得軸的長度分別為： L1=135mm L2=190mm L3=215mm L4=190mm 2.4 傳動軸強度的驗算 根據(jù)扭轉強度校核： 由材料力學可知，軸的扭轉強度條件為： 根據(jù)《機械設計》表11.7 抗彎、抗扭截面系數(shù)計算公式，得： 查《機械設計》表11.3 軸常用材料的及C值，取 =45MPa ；對軸進行校核： 軸1： 軸2： 軸3： 軸4： 都符合要求。 2.5 傳動軸的結構設計 據(jù)上文計算出的軸的最小直徑，依次根據(jù)相關法則以及考慮到軸上所需要安裝的零部件初步計算估計出軸各段的長度以及直徑尺寸，根據(jù)加工要求及安裝要求設計出退刀槽尺寸，根據(jù)軸上齒輪的安裝要求，設計出鍵槽的相關尺寸，具體結構設計及尺寸如圖1所示。再根據(jù)圖1的軸的結構設計直齒輪，軸套，錐齒輪等零部件的軸向尺寸以及軸向分布尺寸，具體結構尺寸如圖2所示。 3、總體控制結構的設置 整個溜板箱的裝配設計師采用自頂向下的技術來完成的，在設計時我們首先為溜板箱設計了整體的控制結構。 在設計總體控制結構時是通過軸上齒輪的模數(shù)和齒數(shù)來定義軸與軸之間的距離的，當齒輪設計錯誤時可以快速改變整體的控制結構，而且還可以合理調整軸與軸之間的位置，使設計出的箱體達到最小的效果。而且在設計的時候將軸上各個零件的定位也設置好了，這樣更有利于裝配?？傮w控制結構做好之后，通過創(chuàng)建連接部件將各個軸鏈接出去，我們就可以在鏈接部件上進行軸的設計，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，允許極限轉速較高，裝配方便，通常成對使用，可通過內、外圈的相對軸向移動來調整徑向和軸向間隙，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)：； 極限轉速：脂 5300r/min，油 7500r/min； 重量：。 4.2 彈簧的選擇 選擇彈簧代號Q81-1 此彈簧適用于受變負荷作用次數(shù)在103次以下的以及受變負荷作用次數(shù)在103～105次或沖擊負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，所以外經最大為19mm。查標準件，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) 展開長度 彈簧單件重量kg 5、 總體機構設計圖及總裝配部件草圖 6、典型零件圖 6.1 典型零件三維圖 二維圖在紙質報告中，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網格 8.5 創(chuàng)建約束 8.6 添加力和轉矩 8.7 有限元分析圖 位移X 位移Y 位移Z 9、運動仿真分析分析 9.1 自動橫向進給 9.2 自動縱向進給 9.3 旋轉副幅值隨時間變換曲線 10、總結 參考文獻 [1]張耀宸 機械加工工藝設計手冊 航空工業(yè)出版社，1997 [2]張進生,房曉東 機械工程專業(yè)課程設計指導書 機械工業(yè)出版社,2003 [3]李云 機械制造工藝及設備設計指導手冊 機械工業(yè)出版社,1996 [4]侯秀珍 機械系統(tǒng)設計 哈爾濱工業(yè)大學出版社,2000 [5]濮良貴,紀名剛 機械設計(第七版) 高等教育出版社,2001.6 [6]戴曙 金屬切削機床 機械工業(yè)出版社,2005.1 [7]《機床設計手冊》編寫組 機床設計手冊 機械工業(yè)出版社,1980.8 [8]毛謙德,李振清 袖珍機械設計師手冊第二版 機械工業(yè)出版社,2002.5 28