臥式銑床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)(nmin=30,P=5.5,30,z=12,公比1.41)【含CAD圖紙和說明書】
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山東理工大學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
臥式銑床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)
目錄
1 概述 1
1.1 金屬切削機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 1
1.2 機(jī)械課程設(shè)計(jì)的目的 1
1.3 銑床的規(guī)格系列和用處 1
1.4 機(jī)床性能要求 2
2 參數(shù)的確定 3
2.1 確定轉(zhuǎn)速范圍 3
2.2 主電機(jī)選擇 3
3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4
3.1 主傳動(dòng)方案擬定 4
3.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 4
3.2.1 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 4
3.2.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式的擬定 4
3.2.3 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定 4
3.2 轉(zhuǎn)速圖的擬定 5
4 傳動(dòng)件的估算 7
4.1 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算 7
4.2 傳動(dòng)軸的估算 10
4.2.1 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 11
4.2.2 各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 11
4.2.3 各軸軸徑的估算 11
4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算 12
4.3.1 齒輪齒數(shù)的確定 12
4.3.2 齒輪模數(shù)的計(jì)算 13
4.3.3 確定各齒輪尺寸 13
4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.4.1 帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 15
4.4.2 帶輪的技術(shù)要求 16
4.5 傳動(dòng)軸間的中心距 16
4.6 片式摩擦器的選擇和計(jì)算 16
4.6.1 摩擦片的徑向尺寸 16
4.6.2 按扭矩選擇摩擦片結(jié)合面的數(shù)目 16
總結(jié) 18
參考文獻(xiàn) 19
1 概述
1.1 金屬切削機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中的地位
金屬切削機(jī)床是機(jī)械制造裝備的核心，而機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造水平主要取決于機(jī)械制造裝備的先進(jìn)程度。精密零件的加工主要依賴切削加工來達(dá)到所需要的精度。金屬切削機(jī)床所擔(dān)負(fù)的工作量約占機(jī)器制造總工作量的40%--60%，它的技術(shù) 水平直接影響到機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。換言之，一個(gè)國家的機(jī)床工業(yè)水平很大程度上代表著這個(gè)國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。顯然，金屬切削機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)中起著不可替代的作用。
1.2 機(jī)械課程設(shè)計(jì)的目的
機(jī)床課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完機(jī)床課以后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。通過設(shè)計(jì)，運(yùn)用 所學(xué)過的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識，生產(chǎn)實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐知識，達(dá)到鞏固、 加深和擴(kuò)大所學(xué)知識的目的。通過設(shè)計(jì)，分析比較機(jī)床主傳動(dòng)中某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和 改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和編寫技術(shù)文件。完成機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì) 步驟和方法的目的。通過設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)查閱有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料，達(dá)到積累設(shè)計(jì) 知識和提高設(shè)計(jì)能力的目的。通過機(jī)床課程設(shè)計(jì)，獲得設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分 析和解決工程技術(shù)問題的能力。并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。
1.3 銑床的規(guī)格系列和用處
普通規(guī)格和類型的機(jī)床有系列型譜作為設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和基礎(chǔ)，本次進(jìn)行的設(shè)計(jì)為臥式升降臺(tái)銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，銑床主要用于零件的銑削加工。
表1 銑床的主參數(shù)和基本參數(shù)
最低轉(zhuǎn)速nmin(r/min)
轉(zhuǎn)速級數(shù) Z
公比Φ
電機(jī)轉(zhuǎn)速
n電（r/min)
電機(jī)功率
P電（KW)
工作臺(tái)尺寸
(mm)
30
12
1.41
1440
5.5
250×1000
1.4 機(jī)床性能要求
1) 具有皮帶輪卸荷裝置；
2) 手動(dòng)操縱雙向摩擦片離合器實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)級停轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要求；
3) 常規(guī)變速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速連續(xù)不重合；
4) 集中傳動(dòng)（主軸箱和變速箱一體）。
19
2 參數(shù)的確定
2.1 確定轉(zhuǎn)速范圍
由于φ=1.41,φ2=2
又n1=nmin=30r/min,
則, ...
以此類推，可得主軸的各級轉(zhuǎn)速分別為30，42.5，60，85，118，170，235，335，470，675，945，1320.
2.2 主電機(jī)選擇
合理的確定電機(jī)功率，使機(jī)床能夠充分發(fā)揮其使用要求，既滿足生產(chǎn)要求，又不致于使電機(jī)長時(shí)間輕載工作而降低功率因數(shù)。
已知電動(dòng)機(jī)的功率為5.5kw,通過查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選擇電動(dòng)機(jī)型號Y132S-4,同步轉(zhuǎn)速1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min。
3 傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1 主傳動(dòng)方案擬定
機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，其模鍛件直接參與切削加工，形成所需的工件表面和加工精度，且變速范圍寬，傳動(dòng)功率大，是機(jī)床中最主要的傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)方案復(fù)雜多樣，各有利弊，綜合考慮機(jī)床的使用要求，傳遞動(dòng)力的要求，工作性能要求，以及經(jīng)濟(jì)性要求，本次設(shè)計(jì)采用分級變速主傳動(dòng)系統(tǒng)，集中傳動(dòng)主軸箱。
3.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇
3.2.1 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目
由于軸Ⅰ上安裝雙向摩擦離合器，占據(jù)一定軸向長度，為使軸Ⅰ不致過長，第一變速組為雙聯(lián)滑移齒輪變速組，第二變速組為三聯(lián)滑移齒輪變速組，傳動(dòng)順序上傳動(dòng)副數(shù)不再滿足前多后少的原則。 確定變速組和傳動(dòng)副數(shù)的組合方案為 。
3.2.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式的擬定
根據(jù)擴(kuò)大順序前密后疏的原則，且 ,沒有超出極限變速范圍，確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式為
3.2.3 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定
圖1 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)
3.2 轉(zhuǎn)速圖的擬定
軸Ⅰ的雙向摩擦離合器徑向尺寸較大，為使第一變速組齒輪的中心距不致過大，第一變速組從動(dòng)齒輪應(yīng)該小一些。
（1） 確定定比傳動(dòng)的傳動(dòng)比
確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速值為670r/min,則定比傳動(dòng)的傳動(dòng)比為
（2） 確定各變速組的最小傳動(dòng)比
從轉(zhuǎn)速點(diǎn)945r/min到30r/min共10個(gè)格，按照“前緩后急”的原則，第一變速組最小傳動(dòng)線下降3格，第二變速組最小傳動(dòng)線下降3格，第三變速組最小傳動(dòng)線下降4格。
（3） 繪制轉(zhuǎn)速圖
圖2 主傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速圖
4 傳動(dòng)件的估算
4.1 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算
三角帶傳動(dòng)，軸間距可以加大，由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)打滑，可以緩和沖擊及隔離振動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸較大，機(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》確定以下參數(shù)：
（1） 選擇三角帶的型號和帶輪直徑
工作情況系數(shù) 由表6.1-13，取KA=1.1
計(jì)算功率 PC=KAP ，P=5.5kW , PC=6.05kW
選帶型號 由 圖6.1-4 ，選A型帶
小帶輪直徑 由 表6.1-19 ，取D1=106㎜
大帶輪直徑
式中，n1-小帶輪轉(zhuǎn)速，n2-大帶輪轉(zhuǎn)速，ε-滑動(dòng)率（取ε=2%）
已知，n1=1440r/min n2=670r/min; 選D2 =224㎜
（2） 計(jì)算帶長
求Dm
Dm=165㎜
求Δ
Δ=59㎜
初選中心矩
式中h-V帶的高度；D1、D2 -大小帶輪的計(jì)算直徑
初選中心矩a=500㎜
帶長
L=1504㎜
由 表6.1-8
Ld=1550㎜
（3） 求中心矩和包角
中心矩
a=522㎜
小輪包角
α1 = 167°
（4） 求帶根數(shù)
帶速
V = 7.99 m/s
傳動(dòng)比
i=2.15
帶根數(shù)
由 表6.1-18c P0= 1.32 kW; 由 表6.1-14 kα= 0.97
由 表6.1-16 kL= 0.98; 由 表6.1-18c ΔP0= 0.17 kW
z = 5根
（5） 求軸上載荷
張緊力
由 表11.4 q = 0.1㎏/m
F0 = 132.2 N
軸上載荷
FQ = 1310.7 N
4.2 傳動(dòng)軸的估算
傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)該滿足剛度的要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和彎扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)要求較高，不允許有較大變形。因此，疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形，因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。
4.2.1 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj是傳遞全功率（電動(dòng)機(jī)滿載）時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，從nj起至主軸最高轉(zhuǎn)速nmax之間的所有轉(zhuǎn)速都是傳遞全功率，扭矩隨轉(zhuǎn)速的增大而減小，為恒功率工作范圍。從nj起至主軸最低轉(zhuǎn)速nmin之間的所有轉(zhuǎn)速都是傳遞全扭矩，功率隨轉(zhuǎn)速的增大而減小，為恒扭矩工作范圍。
臥式升降臺(tái)銑床主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：
4.2.2 各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
主軸從nj起至主軸最高轉(zhuǎn)速nmax之間的所有轉(zhuǎn)速都是傳遞全功率，那么實(shí)現(xiàn)上述主軸轉(zhuǎn)速的其它傳動(dòng)件的實(shí)際轉(zhuǎn)速也傳遞全功率，這些實(shí)際工作轉(zhuǎn)速中的最低轉(zhuǎn)速就是該傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。根據(jù)主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速圖，確定各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
表3各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)軸
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min
670
335
118
85
4.2.3 各軸軸徑的估算
（1） 傳動(dòng)軸所傳動(dòng)的功率P(kW)
式中 P電-電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速
η-從電動(dòng)機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的機(jī)械效率乘積
由于是初步計(jì)算，傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)副的機(jī)械效率可忽略不計(jì)，故P = P電。
（2） 傳動(dòng)軸直徑d(mm)
按扭轉(zhuǎn)剛度簡化公式進(jìn)行計(jì)算
取，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》中 表16.4 A = 108
nj- 各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
取dⅢ=50mm
取dⅡ=40mm
取dⅠ=32mm
4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算
4.3.1 齒輪齒數(shù)的確定
由于齒輪傳動(dòng)比為標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方，變速組齒輪的齒數(shù)通過查表法來確定，每對齒輪的齒數(shù)和Sz及小齒輪齒數(shù)可以從《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中查出。在保證輸出轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確的前提下，盡量減少齒輪齒數(shù)，使齒輪結(jié)構(gòu)尺寸緊湊。
查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》表6.4，
第一組齒輪
傳動(dòng)比 i1=1/1.41,i2=1/2 齒數(shù)和Sz取58
齒數(shù) Z1=24,Z2=34,Z3=19,Z4=39
第二組齒輪
傳動(dòng)比 i1=1.41,i2=1/1.41,i3=1/2,82 齒數(shù)和Sz取68
齒數(shù) Z1=42,Z2=30,Z3=30,Z4=42,Z5=19,Z6=53
第三組齒輪
傳動(dòng)比 i1=1/2,i2=1/3.98 齒數(shù)和Sz取95
齒數(shù) Z1=59,Z2=30,Z3=18,Z4=71
4.3.2 齒輪模數(shù)的計(jì)算
式中, mj - 按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù) mm
Nd - 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 kW nj-計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min
u - 大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比，u≥1 Z1 - 小齒輪齒數(shù)
- 齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），取6～10
- 許用接觸應(yīng)力 MPa
（1） 第一變速組
,取m=2.5mm
（2） 第二變速組
,取m=3mm
（3） 第三變速組
齒輪11、12取m=3mm齒輪13、14取m=4mm
4.3.3 確定各齒輪尺寸
查機(jī)械原理表12.8得到以下計(jì)算公式及數(shù)據(jù)
齒寬
分度圓直徑
齒頂高
齒頂圓直徑
齒根高
齒根圓直徑
其中 ,
為防止大小因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位，從而導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒載荷，設(shè)計(jì)上應(yīng)使主動(dòng)輪齒寬大于從動(dòng)輪齒寬。
齒輪齒數(shù)表
齒輪
齒數(shù)z
模數(shù)m
壓力角α
分度圓直徑d
齒頂圓直徑da
齒根直
徑df
齒頂高h(yuǎn)a
齒根高h(yuǎn)f
齒寬b
1
24
2.5
20°
60
65
53.75
2.5
3.125
20
2
34
2.5
20°
85
90
78.75
2.5
3.125
18
3
19
2.5
20°
47.5
52.5
41.25
2.5
3.125
20
4
39
2.5
20°
97.5
102.5
91.25
2.5
3.125
18
5
42
3
20°
126
132
118.5
3
3.75
24
6
30
3
20°
90
96
82.5
3
3.75
22
7
30
3
20°
90
96
82.5
3
3.75
24
8
42
3
20°
126
132
118.5
3
3.75
22
9
19
3
20°
57
63
49.5
3
3.75
24
10
53
3
20°
159
165
151.5
3
3.75
22
11
79
3
20°
237
243
229.5
3
3.75
22
12
40
3
20°
120
126
112.5
3
3.75
24
13
18
4
20°24'
72
81
63
4.5
4.5
28
14
71
4
20°24'
284
292
274
4
5
26
4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.4.1 帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸
已知電動(dòng)機(jī)Y132S-4外伸直徑
小帶輪基準(zhǔn)直徑，孔徑
大帶輪基準(zhǔn)直徑，孔徑，輪槽數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 基準(zhǔn)寬度 ，槽間距
基準(zhǔn)線上槽深 ，基準(zhǔn)線下槽深
第一槽對稱面及端面的最小距離
(1)大帶輪：
輪齒角，輪寬
外徑，選用四孔板結(jié)構(gòu)。
,取，，,
(2)小帶輪：
輪齒角，輪寬
外徑，選用實(shí)心輪結(jié)構(gòu)。
4.4.2 帶輪的技術(shù)要求
1） 帶輪的各工作面的表面粗糙度Ra 應(yīng)不超過3.2
2） 靜平衡應(yīng)使帶輪在工作直徑上的偏心殘留量不大于0.005kg
4.5 傳動(dòng)軸間的中心距
4.6 片式摩擦器的選擇和計(jì)算
片式摩擦離合器目前在機(jī)床中應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中接通或脫開，具有結(jié)合平穩(wěn)，沒有沖擊，結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。
4.6.1 摩擦片的徑向尺寸
摩擦片的外徑尺寸輪廓空間的限制，且 受制于軸徑d，而且摩擦片的外形又決定著內(nèi)外摩擦片的環(huán)形接觸面積的大小，直接影響離合器的結(jié)構(gòu)和性能。
摩擦片工作面的平均直徑
式中d為傳動(dòng)軸直徑，取d=32mm,則
摩擦片工作面的外直徑
摩擦片工作面的內(nèi)直徑
摩擦片寬度
4.6.2 按扭矩選擇摩擦片結(jié)合面的數(shù)目
一般應(yīng)選用或設(shè)計(jì)的離合器額定靜扭矩Mj和額定動(dòng)扭矩Md都應(yīng)滿足工作要求，但由于普通機(jī)床是在空載下啟動(dòng)反向的，故只按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭矩來計(jì)算即可
摩擦片結(jié)合面的數(shù)目
總結(jié)
第一次進(jìn)行金屬切削機(jī)床的課程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中遇到了不少問題，首先本次的課程設(shè)計(jì)更具有綜合性，需要用到機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、金屬切削機(jī)床概論、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)等多門課程的知識，查找資料的資料也更繁雜，剛開始的時(shí)候，感覺無從下手，有的公式、數(shù)據(jù)不清楚是出自哪門課程，要翻許多參考資料才能查到。其次，第一次嘗試用CAD軟件畫復(fù)雜的圖紙，還是很具有挑戰(zhàn)性的。
等到按照設(shè)計(jì)步驟一步步走下來以后，不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，回想總結(jié)整個(gè)過程收獲真的很大。首先，通過本次課程設(shè)計(jì)，我更加系統(tǒng)的復(fù)習(xí)鞏固了所學(xué)的專業(yè)知識，增強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，機(jī)械制圖水平也有了很大的提高；其次，我更加深刻的認(rèn)識到了細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)與堅(jiān)持不懈的重要性。
總之，本次課程設(shè)計(jì)的諸多收獲必將對我今后的學(xué)習(xí)、工作、生活中產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響，具有重要的指導(dǎo)意義。
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