机械毕业设计（论文）-碳块专用铣床的设计【全套图纸】

i 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院 毕毕业业设设计计说说明明书书 毕业生姓名： 专业 ：机械设计制造及其自动化 学号 ： 指导教师 所属系（部） ： 机电系 二二八年五月八年五月 ii 摘摘 要要 金属切削机床是机械制造装备中最具代表性的产品，在国民生产中占据十分重 要的位置。本次设计说明书主要设计了铣床的结构，其中减速器设计从电动机的功 率确定到最大，最小转速参数的设计，到标准公比的选用和转速的确定，齿数，齿 轮的确定等都严格按照要求设计。通过查阅了多种设计资料确定了主传动系统结构， 各轴直径的计算和它们的刚度，强度的校核，齿轮的齿数，模数和带轮的设计，从 而确定了主轴箱的大体结构，从而绘制出各视图和零件图。最后结合各部分的设计 设计出铣床的总体图形,完成碳块专用铣床的全部设计。 通过本次毕业设计，不仅使我在大学四年里所学的知识有了更进一步的巩固与提 高，同时也增强了自己查阅资料和独立分析问题与解决问题的能力，为今后更好地 工作与学习打下了坚实的基础。 关键词：关键词： 减速器； 定位 ； 工装夹具; 铣床; 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 iii CarbonCarbon blockblock specialspecial purposepurpose millingmilling machinemachine designdesign AbstractAbstract The metals slices machine bed is a machine manufacturing material inside to have most the representative product, copying the very important position in citizen produce, this Reducer design from biggest, the least turns soon the parameter designs the standard compares of choose to use to turn to really settle soon, wheel number, the wheel gear really settles etc, all strict design according to the request, Checking various designs data made sure the lord spreads to move the system construction and turn soon diagram, diametric calculation in each stalk with they just the school of a strength, the wheel of the wheel gear number, the mold counts to spread the design that move the chain with the lord, from but made sure the big construction of the principal axis box, rom but draw the assemble diagram to see the diagram with each direction. Finally, all parts of the design of the overall design of a milling machine graphics, carbon block for milling machine to complete the full design. Through the graduated design that my four years of university knowledge has been made to further consolidate and enhance the same time, it also reinforced its own analysis and problem-solving ability, thus better for the future work and study to lay a solid foundation. Keywords : Reducer； Positioning； Fixture；Milling machine; iv 目目 录录 第一篇 产品分析及方案确定.1 第一章 绪论1 第二章 动力箱设计3 第一节 分析产品.3 第二节 加工方法.3 第三节 参数确定.4 （一）铣削要素.4 （二）选用电机.5 （三）减速器设计.6 （四）齿轮的设计与校核.7 （五）主传动系统图.22 （六）轴的设计与校核.22 （七）带轮参数的设计.31 （八）箱体的总体设计.33 第二篇 铣床附件的设计.34 第一章 铣床夹具的设计34 第一节 铣床夹具的功能.34 第二节 专用夹具的设计.35 第二章 刀具的设计36 第三章 机床附件37 第一节 导轨的选用.37 第二节 滑台的选用.37 第三节 床身立柱的设计.38 第四节 排屑.38 第五节 油漆.38 结 论 38 参考文献.40 v 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 1 第一篇第一篇 产品分析及方案确定产品分析及方案确定 第一章第一章 绪论绪论 设计的过程是通过分析、创造和综合而达到满足特定功能目标的一种活动。在 此过程中需不断的对设计方案进行评价，根据评价的结果进行修改，在设计的过程 中不断地发现问题和解决问题。金属切削机床是机械制造业的基础装备，随着社会 不断发展和科学不断进步对机床设计技术要求越来越高，计算机辅助设计（CAD）和 计算机辅助工程（CAE）应用。使得机床的设计理论和方法由人工绘图向计算机绘图， 由定性设计向定量设计、由表态和线性分析向动态和非线性分析，由可行性设计向 最佳设计过渡。 根据指导教师的推荐，重点选用吴圣庄编著的金属切削机床以及辅助类书 刊包括材料力学 机械制造装备设计 机械制图 机械设计等图书。 其中，戴曙的金属切削机床设计无疑是系统化介绍和设计车床的资料。它 从机床设计的步骤，机床的标准化，机床的总体布局到主要的参数的确定， （包括尺 寸参数、动力参数） 。在主要的传动设计中，参考齿轮齿数和带轮直径的确定，是主 轴箱的尺寸，轴的轴径，以及传动精度等一系列布局。在结构式，结构网确定之后， 要对传动件的结构、材料、构造等进行计算和设计及齿轮的模数确定等。 传动件包括齿轮、传动轴、离合器、制动装置等。其中对齿轮的拼装，齿轮太 窄或太宽时的处理，齿轮在轴上的定位问题都有比较全面的论述。 传动轴在反复弯曲载荷和扭曲载荷下不发生疲劳破坏。刚度方面，轴在弯曲和 扭曲载荷下不致产生过大的变形。高速旋转的轴还应计算其临界转速，以免发生共 振，传动轴首先要估算直径，然后再进行刚度验算。提高刚度时可以采用加大轴的 直径缩短轴的长度，使轴上的主动和被动传动件尽可能的靠近，使传动件靠近轴。 在文献资料当中机床设计图册中有关 C616 的主轴箱轴向展开图以及剖面图，外 观图等，以及各种轴的空间布置，都要参考图册中提供的东西，是一本比较使 用的资料。 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 2 传动件如齿轮和轴的校核都是参照材料力学 机械设计等内容和公式来展 开的。同时要参考金属工艺学在尺寸的标注以及公差配合等内容时，要查阅 尺寸及公差配合和机械制造基础中的尺寸链计算。同时，还有机床的总体 布局和装配，油路等因素的考虑要查阅机械设计手册 （化学工艺出版社编） 。在 制图的过程中，标题拦的尺寸，图纸大小以及一些零件的画法要参考机械制图 和简明手册等工具书。 文献资料是一个设计者必备的工具，选择全面的实用的工具是设计者必备的素 质。面对茫茫书海，我们要在指导老师的引导下挑选合适自己的设计题目的参考资 料，并且要多方面收集现代设计中一些先进信息加入到自己的题目中。其实，整个 设计的过程就是将大学四年学习的知识融会贯通的过程，很多当时不会用的感觉泛 泛的东西通过设计将变的更具体，可行，学会应用资料，为我所用，能将那些规格 化的孤立的零件经过计算，设计成一台可以实现运转的机械，就是我们设计的根本 意图所在了。 我们设计还是比较初级的模型，在实践中，只有经过不断的改进，才能达到高 的生产效率，然而，基础的知识和原理是设计的源头，工具书的编者为我们提供了 如此系统的、直观的资料，是难得的财富，要爱护藏书，让知识美化世界，让文明 净化人类。 就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次 适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作、学习打下 良好的基础。 由于能力所限，设计中难免有许多不妥之处，恳请老师多多指教。 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 3 第二章第二章 动力箱设计动力箱设计 第一节第一节 分析产品分析产品 碳块的性能 灰 份 指 标 电 阻 率 热 膨 胀 率 耐压 强度 体积密度真密度 XBS -1 7 % 42 1 .0 32M Pa 1.56g/ cm3 1.90g/c m3 通过碳块和各金属材料理化性能的比较，可以看出，碳块为软材料，加工 时可选项用普通高速钢做为刀具材料。同时碳块为脆性材料，加工时应采取低 速加工，比较慢的走刀速度。 第二节第二节 加工方法加工方法 通过初走分析，碳块采用专用铣床加工，考虑到碳块的体积庞大，所以采用立 式铣床，直线逆铣铣销方法。顺铣时进给方向上的分力与进给方向相同，由于丝杠 存在轴向间隙，该分力大于机床导轨摩擦力时，将会拉动工作台，造成每齿进给量 突然增加，严重时会损坏铣刀，造成工件报废等操作事故。逆铣时无此现象。由于 顺铣时切削力在进给方向上的分力与进给方向相同，加之目前普通铣床的间隙消除 机构不能有效地消除进给丝杠轴向间隙，因此为避免顺铣时产生“拉刀”，实际操 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 4 作中通常采用逆铣。只有在铣削力很小的精铣时，为提高加工表面质量，才采用顺 铣。铣床为专用碳块铣床，各部分需要重新设计，根据加工的总行程，确定铣床的 各部分的尺寸和性能。 第三节第三节 参数确定参数确定 铣刀直径的大小直接影响切力、扭矩、切削速度和刀具材料消耗，不能任意选 取 （一）铣削要素（一）铣削要素 铣削速度（m/min） c v 0 1000 c d n v 铣刀外径（mm） 0 d 铣刀转数（r/min）n 铣刀每转工作台移动距离，即每转进给量（mm/r）f 铣也每齿工作台移动距离，即每齿进给量（mm/z） z f 进给速度（mm/min） f v 铣刀齿数z 铣削宽度（mm） e a 铣削深度（mm） p a 刀具寿命（min）T 确定铣削要素： 由于主产品为碳块，强度 32Mpa，所以刀具可选用高速钢。查机械加工工艺 设备设计手册表 2.6 可用 HS180-1 GB9943-88 。 18 4 r W CV 150 e amm150 1 p amm 0 160dmm6z 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 5 查机械加工工艺设计实用手册表 15-55 铣削速度36/min0.6/vmm s 查机械加工工艺设计实用手册表 15-53 采用镶齿铣刀，每齿进给量0.02/ f amm z 0 1000 c d n v 得 0 10001000 36 71.6 / 160 v nr mim d 计算铣削力 0.830.650.83 0 9.81 z zFefp FCaaa dz AAA AA 查机械加工工艺设计实用手册表 15-48 30 z F C 加工灰铸铁时 0.550.55 32 ()()0.375 190190 z b F K 铣削力 0.830.650.83 9.81 30 1500.02150 160618482 z FN 实际的圆周切削力18482 0.3756930 z zzF FF KNA 计算用时 550 64min 71.6 6 0.02 t （二）选用电机（二）选用电机 铣削功率 33 106930 0.6 104.1595 mz PF vKWKW A A 机床主轴电坳机功率 1 4.1595.54 0.75 E PKW 选用电动机的功率为7.5 E PKW 检验电动机功率 实际切削功率为 4.159 m PKW 机床主轴允许的功率为 7.50.755.63 cm PKWKW 故因此选用的切削用量中以采用。. mcm PP 查机械设计基础课程设计附表二 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 6 选用 Y132M4 型电动机 1440 /minnr 额 7.5PKW 额 （三）减速器设计（三）减速器设计 选用立式二级圆柱齿轮减速器 计算总传动比 1 720 10.04 71.7 k n i n 选取齿轮齿数 12 (1.31.4)ii 1 3.61i 2 2.78i 实际总传动比 3.61 2.7810.035i 传动比误差 10.04 10.035 0.000425% 10.04 ii i i 传动比误差很小，可以选用。 1、计算各轴转速 轴转速 1 720 /minnr 轴转速 1 2 1 720 199.4 /min 3.61 n nr i 轴转速 2 3 2 199.4 71.7 /min 2.78 n nr i 2、各轴功率和转矩 轴 1 7.50.997.43 r PPKWKWA 65 1 1 1 9.55 100.78 10 P TN mm n 轴 21 7.43 0.97 0.987.06 ij PPKW A A 66 2 2 2 9.55 100.34 10 P TN mm n 轴 32 7.06 0.97 0.986.71 ij PPKW A A 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 7 66 3 3 3 9.55 100.89 10 P TN mm n 轴名 参数 电动机轴轴轴轴 计算转速 n/(r/min) 1440720199.471.7 功率 P/KW 7.57.437.066.71 扭矩 T/(Nmm) 9900078000340000890000 效率 0.960.9650.965 （四）齿轮的设计与校核（四）齿轮的设计与校核 1、选择齿轮齿数 初步确定齿轮齿数 =20 =72 =26 =74 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 第一对齿轮 齿轮选材 齿宽系数 d 选取基本组齿数和为 92 齿轮 查机械设计6-5，6-6 按使用条件适用软齿面 小齿轮: 钢,调质处理,硬度为 241-286HBS，40 r C 686 B Mpa 490 S Mpa 大齿轮: 铸钢，调质处理，硬度为 190-240HBS35 r ZGC Mo 686 B Mpa539 S Mpa 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 8 接触疲劳极限 limH 初步计算许用接 触极限应力 H 选择齿轮类型 选择齿轮精度 齿面接触疲劳强度的计算: 由机械设计书图 6-22 得: =800MPa lim1H =560MPa lim2H 小齿轮循环次数 8 11 6060 720 1 8 5 3656.3 10 h Nn t 大齿轮循环次数 8 22 6060 199.4 1 8 5 3651.7 10 h Nn t 查机械设计表 6-11 求得接触疲劳强度计算的寿命 系数 1 9 0.0706 1 10 ()1.216 N Z N 2 9 0.057 2 10 ()1.021 N Z N 查机械设计图 6-23 得工作硬化系数1.125 w Z 查机械设计表 6-12 得安全系数1 H S 则=1094.4Mpa 1 H 1lim1NwH H Z Z S =794.4Mpa 2 H 2lim2NwH H Z Z S （1）选择齿轮类型 根据齿轮的工作条件，选用直齿圆柱齿轮传动; (2)选择齿轮精度等级 按估计的圆周速度,由机械设计书表 6-8 初步选v4m/s 择 8 级精度; (3)初步计算齿轮的主要尺寸 因电动机驱动,工作机载荷平稳,查机械设计书表 6-7 得: 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 9 初步计算小齿轮 直径 模数 m 的计算 因齿轮速度不高,取;因对称布置,1.25 AK 1.15 VK 轴的刚性较小,取 1.07 K 1.1 K 查机械设计表 6-10 d=1.2 1.2 b d 查机械设计表 6-7 使用系数1.25 A K 查机械设计表 6-8 0.995 E Z 则1 1.07 1.25 1.151.6919 VAK K K K K 查机械设计表 6-14,查得:;2.5 HZ 重舍度系数 0.9Z 2 3 1 1 41.6 () HE Hd Z Z ZKTu u d 6 2 3 0.995 2.5 0.91.6919 0.34 103.61 1 41.6() 794.41.23.61 70.5mm 1.2 70.584.6 dt bdmm A 取小齿轮齿宽 1 90bmm 取大齿轮齿宽 2 85bmm 1 1 70.5 3.53 20 d m z 按机械设计表 3-7,取标准模数4mmm 2、校核齿数和为 92 的齿轮 两齿轮的材料均为软齿面齿轮小齿轮用钢,调质处理,硬度为 241-40 r C 286HBS，大齿轮选用铸钢，调质处理，硬度为 190-240HBS。35 r ZGC Mo 齿轮节圆速度 按计算结果校验前面假设是否正确 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 10 1 1 1 80 720 3.0/ 60 100060 1000 d n vm s 1 1 3 20 0.6 100100 v z 查机械设计表 6-6 =1.07 1v K 22 2 288 199.4 3.0/ 60 100060 1000 d n vm s 22 3 72 2.16 100100 v z 查机械设计表 6-6 =1.55 2v K 5 1 1 1 22 0.98 10 2800 80 t T FN d 1 1 1.25 2800 41.4/100/ 90 At K F N mmN mm b 查机械设计表 6-8 取1.2K 6 2 2 2 22 0.34 10 2361 288 t T FN d 2 2 1.25 236 34.7/100/ 85 At K F N mmN mm b 查机械设计表 6-8 取1.2K 查机械设计图 6-12，图 6-13 得： 1 1 0.031 z 2 2 0.0089 z 1 0.62 2 0.64 12 0.620.641.26 0.90Z 由式 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 11 转矩 T1 接触疲劳极限 limH 1 2 1 1 268.4 H EHH KT u Z Z Z bdu A 1.2 1.07 1.25 1.151.846 VAK K K K K 1 2 1 1 268.4 H EHH KT u Z Z Z bdu A 5 2 1.846 0.98 103.61 1 268.4 0.995 2.5 0.90 90 803.61 H A 540.6 794.4 H MpaMpa 因此可用较小一点的齿宽 22 540.6 84.6() 794.4 H H bb =40mm 可取小齿轮齿宽 1 60bmm 可取大齿轮齿宽 2 55bmm 齿面接触疲劳强度的计算 初步计算 =9.55 T110 6 6 2 2 7.06 9.55 10340000 199.4 P N mm n A 确定极限应力, limHlimF 齿面硬度:小齿轮按 260HBS,大齿轮按 220HBS,查机械设计 图 6-22 得: =800MPa lim1H =560MPa lim2H 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 12 limF 应力循环次数 N,确定寿命系 数、 N Z N Y 计算许用应力 轮齿弯曲强度 条件 计算弯曲应力: 查机械设计图 6-24 得: =300MPa lim1F =240MPa lim2F a.a. 计算应力循环次数 N,确定寿命系数、 N Z N Y 小齿轮循环次数 8 11 6060 720 1 8 5 3656.3 10 h Nn t 大齿轮循环次数 8 22 6060 199.4 1 8 5 3651.7 10 h Nn t 查机械设计表 6-11 求得接触疲劳强度计算的寿命系 数 1 9 0.0706 1 10 ()1.216 N Z N 2 9 0.057 2 10 ()1.216 N Z N 查机械设计图 6-23 得工作硬化系数1.125 w Z 查机械设计表 6-12 得安全系数1 H S 则=1094.4Mpa 1 H 1lim1NwH H Z Z S =794.4Mpa 2 H 2lim2NwH H Z Z S 计算公式 1 1 11 2 FFaSaF K T Y Y Y bd m 查机械设计图 6-18 得 小齿轮=2.18 大齿轮=2.08 1Fa Y 2Fa Y 查机械设计图 6-19 得 小齿轮应力修正系数=1.81 1Sa Y 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 13 大齿轮应力修正系数=1.91 2Sa Y 查机械设计图 6-20 得重合度系数=0.69Y 查机械设计式 6-14 计算弯曲疲劳许用应力 F lim FNXST F F Y Y Y S 查机械设计图 6-24 =300MPa lim1F =240MPa lim2F 查机械设计表 6-13 计算弯曲疲劳强度计算的寿命 系数 N Y 66 0.020.02 1 8 1 3 103 10 ()()0.90 6.3 10 N Y N 66 0.020.02 2 8 2 3 103 10 ()()0.92 1.7 10 N Y N 查机械设计图 6-25 得尺寸系数 1 1 X Y 查机械设计图 6-24 得系数 2 ST Y 弯曲疲劳强度安全系数 F S 查机械设计表 6-12 取 1.25 F S = 1 F lim11 300 0.9 2 1 432 1.25 FXSTN F Y Y Y MPaMPa S = 2 F lim22 240 0.92 2 1 353.3 1.25 FSTXN F Y Y Y MPaMPa S c c、验算轮齿弯曲强度条件 比较 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 14 校验合格 11 1 2.18 1.81 0.0091 432 FaSa F YY 22 2 2.08 1.91 0.0112 353.3 FaSa F YY 1122 12 FaSaFaSa FF YYYY 因此应按大齿轮校核弯曲疲劳强度 22 222 22 2 FFaSa K T YYY b d m 6 2 2 1.846 0.34 10 2.08 1.91 0.69 60 80 4 F 179.2 353.3 F MPaMPa 计算结果表明接触疲劳强度适合齿轮无需调整 第二对齿轮 齿轮选材 齿宽系数 d 接触疲劳极限 选取基本组齿数和为 100 齿轮 查机械设计6-5，6-6 按使用条件适用软齿面 小齿轮: 钢,调质处理,硬度为 241-286HBS，40 r C 686 B Mpa 490 S Mpa 大齿轮: 铸钢，调质处理，硬度为 190-240HBS35 r ZGC Mo 686 B Mpa539 S Mpa 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 15 limH 初步计算许用接 触极限应力 H 选择齿轮类型 选择齿轮精度 齿面接触疲劳强度的计算: 由机械设计书图 6-22 得: =686MPa lim1H =539MPa lim2H 小齿轮循环次数 8 11 6060 199.4 1 8 5 3651.7 10 h Nn t 大齿轮循环次数 7 22 6060 71.7 1 8 5 3656.3 10 h Nn t 查机械设计表 6-11 求得接触疲劳强度计算的寿命 系数 1 9 0.0706 1 10 ()1.021 N Z N 2 9 0.057 2 10 ()1.335 N Z N 查机械设计图 6-23 得工作硬化系数1.125 w Z 查机械设计表 6-12 得安全系数1 H S 则=918.9Mpa 1 H 1lim1NwH H Z Z S =841.1Mpa 2 H 2lim2NwH H Z Z S （1）选择齿轮类型 根据齿轮的工作条件，选用直齿圆柱齿轮传动; (2)选择齿轮精度等级 按估计的圆周速度,由机械设计书表 6-8 初步选v4m/s 择 8 级精度; (3)初步计算齿轮的主要尺寸 因电动机驱动,工作机载荷平稳,查机械设计书表 6-7 得: 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 16 初步计算小齿轮 直径 模数 m 的计算 因齿轮速度不高,取;因对称布置,1.25 AK 1.15 VK 轴的刚性较小,取 1.07 K 1.1 K 查机械设计表 6-10 d=1.2 1.2 b d 查机械设计表 6-7 使用系数1.25 A K 查机械设计表 6-8 0.995 E Z 则1 1.07 1.25 1.151.6919 VAK K K K K 查机械设计表 6-14,查得:;2.5 HZ 重舍度系数 0.9Z 2 3 1 1 41.6 () HE Hd Z Z ZKTu u d 6 2 3 0.995 2.5 0.91.6919 0.89 102.78 1 41.6() 841.11.22.78 95.4mm 1.2 95.4114.5 dt bdmm A 取小齿轮齿宽 1 115bmm 取大齿轮齿宽 2 110bmm 1 1 114.5 4.4 26 d m z 按机械设计表 3-7,取标准模数5m 3、校核齿数和为 100 的齿轮 两齿轮的材料均为软齿面齿轮小齿轮用钢,调质处理,硬度为 241-40 r C 286HBS，大齿轮选用铸钢，调质处理，硬度为 190-240HBS。35 r ZGC Mo 齿轮节圆速度 按计算结果校验前面假设是否正确 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 17 1 1 1 130 199.4 1.36/ 60 100060 1000 d n vm s 1 1 1.36 26 0.35 100100 v z 查机械设计表 6-6 =1.07 1v K 22 2 370 71.7 1.39/ 60 100060 1000 d n vm s 22 1.39 74 1.03 100100 v z 查机械设计表 6-6 =1.07 2v K 6 1 1 1 22 0.34 10 5230.8 130 t T FN d 1 1 1.25 5230.8 56.86/100/ 115 At K F N mmN mm b 查机械设计表 6-8 取1.2K 6 2 2 2 22 0.89 10 4810.8 370 t T FN d 2 2 1.25 4810.8 54.67/100/ 110 At K F N mmN mm b 查机械设计表 6-8 取1.2K 查机械设计图 6-12，图 6-13 得： 1 1 0.026 z 2 2 0.008 z 1 0.806 2 0.592 12 0.8060.5921.398 0.90Z 由式 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 18 转矩 2T 接触疲劳极限 limH limF 1 2 1 1 268.4 H EHH KT u Z Z Z bdu A 1.2 1.07 1.25 1.151.846 VAK K K K K 1 2 1 1 268.4 H EHH KT u Z Z Z bdu A 6 2 1.846 0.89 102.78 1 268.4 0.995 2.5 0.90 115 1302.78 H A 644 841.1 H MpaMpa 因此可用较小一点的齿宽 22 644 114.5() 841.1 H H bb =67.2mm 可取小齿轮齿宽 1 80bmm 可取大齿轮齿宽 2 75bmm 齿面接触疲劳强度的计算 初步计算 =9.55 2T10 6 6 3 3 6.71 9.55 10890000 71.7 P N mm n A 确定极限应力, limHlimF 齿面硬度:小齿轮按 260HBS,大齿轮按 220HBS,查机械设计 图 6-22 得: =800MPa lim1H =560MPa lim2H 查机械设计图 6-24 得: =300MPa lim1F 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 19 应力循环次数 N,确定寿命系 数、 N Z N Y 计算许用应力 轮齿弯曲强度 条件 计算弯曲应力: =240MPa lim2F b.b. 计算应力循环次数 N,确定寿命系数、 N Z N Y 小齿轮循环次数 8 11 6060 199.4 1 8 5 3651.7 10 h Nn t 大齿轮循环次数 7 22 6060 71.7 1 8 5 3656.3 10 h Nn t 查机械设计表 6-11 求得接触疲劳强度计算的寿命系 数 1 9 0.0706 1 10 ()1.021 N Z N 2 9 0.057 2 10 ()1.335 N Z N 查机械设计图 6-23 得工作硬化系数1.125 w Z 查机械设计表 6-12 得安全系数1 H S 则=918.9Mpa 1 H 1lim1NwH H Z Z S =841.1Mpa 2 H 2lim2NwH H Z Z S 计算公式 1 1 11 2 FFaSaF K T Y Y Y bd m 查机械设计图 6-18 得 小齿轮=2.18 大齿轮=2.08 1Fa Y 2Fa Y 查机械设计图 6-19 得 小齿轮应力修正系数=1.81 1Sa Y 大齿轮应力修正系数=1.91 2Sa Y 查机械设计图 6-20 得重合度系数=0.69Y 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 20 查机械设计式 6-14 计算弯曲疲劳许用应力 F lim FNXST F F Y Y Y S 查机械设计图 6-24 =300MPa lim1F =240MPa lim2F 查机械设计表 6-13 计算弯曲疲劳强度计算的寿命 系数 N Y 66 0.020.02 1 8 1 3 103 10 ()()0.92 1.7 10 N Y N 66 0.020.02 2 7 2 3 103 10 ()()0.94 6.3 10 N Y N 查机械设计图 6-25 得尺寸系数 1 1 X Y 查机械设计图 6-24 得系数 2 ST Y 弯曲疲劳强度安全系数 F S 查机械设计表 6-12 取 1.25 F S = 1 F lim11 300 0.92 2 1 441.6 1.25 FXSTN F Y Y Y MPaMPa S = 2 F lim22 240 0.94 2 1 361 1.25 FSTXN F Y Y Y MPaMPa S c c、验算轮齿弯曲强度条件 比较 11 1 2.18 1.81 0.0089 441.6 FaSa F YY 22 2 2.08 1.91 0.0110 361 FaSa F YY 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 21 校验合格 齿轮各系数 不变位中心距 1122 12 FaSaFaSa FF YYYY 因此应按大齿轮校核弯曲疲劳强度 22 222 22 2 FFaSa K T YYY b d m 6 2 2 1.846 0.89 10 2.08 1.91 0.69 75 370 5 F 65 361 F MPaMPa 计算结果表明接触疲劳强度适合齿轮无需调整 节圆直径 11 1 4 2080dm z 21 2 4 72288dm z 323 5 26130dm z 424 5 74370dm z 中心距 12 112 () () 22 ddm azz = (2072) 4 2 184mm 34 234 () () 22 ddm azz = (2674) 5 2 250mm 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 22 （五）主传动系统图（五）主传动系统图 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 23 （六）轴的设计与校核（六）轴的设计与校核 主轴部件是机床的重要部件之一。它是机床的执行件.他的功用提支承 并带动工件或刀具旋转进行切削,承受切削力和驱动力等载荷,完成表面成型 运动.主轴部件通常由主轴及其支承、传动件、密封件及定位元件组成。主 轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响是决 定机床性能和技术的经济指标的重要因素.主轴在工作载荷下，应能长期保 持需要的稳定的工作精度。以保证工件的加工精度和表面光洁度。在各传动 件、轴承是最重要的组件所以它的选用都有比较严格的限制。机床常用的轴 承有,滚动轴承、液体静压轴承空气静压轴承等,对主轴轴承的要求是旋转精 度高,承载能力大,极限转速高,适应变速范围大,等等。主轴端安装工件的径 向和轴向跳动是主轴箱设计中要保证的部分。主轴采用圆锥滚子轴承成对安 装，其它轴用深沟球轴承。在使用时，涉及到双列向心短圆柱滚子轴承间隙 的调整，由螺母经套筒压在内环的端面上。主轴的材料也需要经过计算，在 该进行热处理的方位进行处理。 主轴滚动轴承的润滑可以用润滑油和润滑脂来润滑。关于选用润滑油 还是润滑脂要根据转速的高低来判断。在速度较低时，用润滑脂比用润滑油 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 24 温度低，在速度较高时，则用润滑油较好。主轴部件密封的作用，对于油润 滑的主轴部件来说，为的是防止油外泄和灰尘屑末进入。 对主轴的要求： 1 1、旋转精度：主轴的外圆面和端面用来安装卡盘，因此应该保证一定的旋 转精度 2 2、刚度：指主轴的抗变形能力； 3 3、抗震性：提高主轴的静刚度，采用较大阻尼比的轴承。 4 4、耐磨性：在安装轴承、夹具、刀具和主件部位应淬火处理。 5 5、主轴的材料和热处理：采用 45 号钢。一般机床的主轴轴承为滚动轴承， 可用 45 钢调质到（220250）HBS 左右，主轴锥孔、卡盘定心轴径。应 淬硬（4555）HRC 6 6、主轴轴承的选择： (1)旋转精度高、刚度高、承载能力、大极限转速高. (2)适应变速范围大,磨擦小噪声小. (3)抗震性能好使用维护方便等等. a a、选择轴的材料 轴材料选取 45 钢，经调质处理，其机械性能由机械设计表 2-5 查得： ，；查机械640 b MPa355 s MPa 1 275MPa 1 155MPa 设计表 2-7，得. 1 65 b MPa 轴材料选取 45 钢，经调质处理，其机械性能由机械设计表 2-5 查得： ，；查机械640 b MPa355 s MPa 1 275MPa 1 155MPa 设计表 2-7，得. 1 65 b MPa 轴为动力主轴，承受较大的载荷，考虑到强度性能问题，所以材 料选取钢，经调质处理，其机械性能由机械设计表 2-5 查得：40Cr ，；查机械785 b MPa510 s MPa 1 355MPa 1 205MPa 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 25 设计表 2-7，得. 1 75 b MPa b b、初步计算轴径 查机械设计表 2-6 得 (118 106)C 由公式转矩 = T WT T d n P 3 6 2 . 0 55 . 9 10 T 得：d=C mm 3 6 9.55 0.2 10 T p n 3 P n 各轴最小直径 d 选 C=110 =C=110 =25mm d1 3 1 1 n P 3 7.43 720 =110=38mm d2 3 1 1 n P 3 7.06 199.4 =110=45mm d3 3 1 1 n P 3 6.71 71.7 轴 考虑到轴的最小直径处要安装一个带轮，该轴段应有键槽，故 将估算直径加大。并圆整取(5% 7%)26dmm 轴采用光轴，由上端装入，中间加齿轮用轴套来固定。齿轮 用圆头键和键槽配合固定。两端与箱体联结处用轴承连接，轴 承均采用深沟球滚子轴承，尺寸见装配图。 轴 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 26 各轴心距 L 确 定： 轴的校核 画受力简图 轴上受力分析 该轴有两个键槽，均用来安装，故将估算直径加大(5% 7%) 并圆整取。40dmm 采用阶梯轴样式，由上端装入。齿轮同样用键和键槽配合固定， 同时用轴套固定轴的横向滑动。与箱体连接处同样用轴承联接， 采用深沟球滚子轴承，加润滑油润滑。各阶轴尺寸见装配图。 轴 同上，轴上有两处键的配合，直径加大，并圆整取(5% 7%) 。50dmm 轴由下端装入，两端与箱体连接处用圆锥滚子轴承，齿轮用 轴套和轴肩固定。各阶轴的尺寸见装配图。 =184mm L21 2 21zz m 42072 2 =250mm L32 2 32zz m 5 (2674) 2 轴为动力主轴，承受较大的载荷，所以对轴进行强度和 安全系数的较核。 c、按弯扭合成校核 经分析选危险轴轴进行校核 （1）画受力简图 画轴空间受力简图（a） ，将轴上作用力分解为垂直面受力 图（b）和水平面受力图（c）分别求出垂直面上的支反力和水 平面内的支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩当作 集中力作用于轴上零件的宽度中心。 太原理工大学阳泉学院太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书毕业设计说明书 27 计算作用于轴 上的支反力 C 点弯矩 D 点弯矩 C 点弯矩 D 点弯矩 计算轴弯矩,并 画弯、转矩图 计算并画当量 弯矩图 （2）轴上受力分析 轴传递的转矩：890000 6 3 9.55 10 P T n N