机械毕业设计（论文）-卧式端面铣床的进给箱设计【全套图纸】 .pdf

内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：卧式端面铣床的进给箱设计 学生姓名： 学 号：200540401427 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机 2005-4 班 指导教师： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） i 摘摘 要要 本次设计的题目是卧式端面铣床的进给箱。其中详细的说明了设计过程中的主要计 算步骤以及设计思路。设计说明书首先介绍了进给传动设计、箱体的总体布局、传动零 件初步计算、结构设计、零件及轴的验算。最后是箱体的润滑及其他。 本说明书配合图纸一起使用。说明书中的术语、单位及符号符合国家标准及国际标 准化组织的标准。 关键词关键词：端面铣床、进给运动。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） ii abstract the theme of this design is feeding case of horizontal end milling machine .it specifies in introducing the main calculating steps in design process and designing thought.at first ,it introduces the impetus design in feeding drive ,the overall arrangement of case ,the computation of driving accessory ,structure design ,checking computation of driving accessory .at last ,the lubrication of case and other .this manual use together with the design picture .in it ,the terminology ,unit ,and sign of the manual are according to general standard and the organization of international standard . keywords : milling machine 、feeding drive . 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iii 摘摘 要要 i abstract ii 前言前言 . 1 第一章第一章 卧式端面铣床进给箱概述卧式端面铣床进给箱概述 . 2 1.1 绪论 . 2 1.1.1 性能要求 . 2 1.1.2 经济效益 . 7 1.1.3 人机关系 . 7 1.2 铣床总体概述 8 1.2.1 铣床机加工工艺简介 8 1.3 进给系统的概述 12 1.3.1 进给系统的组成 12 1.3.2 进给机构的工作原理 13 1.3.3 进给传动特点 . 14 1.3.4 传动机构的类型 15 第二章第二章 运动传动设计运动传动设计 . 16 2.1 运动传动设计 16 2.1.1 电机选择 . 16 2.1.2 转速图的拟定 . 16 第三章第三章 齿轮的设计计算齿轮的设计计算 . 19 3.1 齿轮齿数的确定 19 3.1.1 确定齿轮齿数应注意的问题 19 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） iv 3.1.2 变速组内齿轮模数相同时，齿轮齿数的确定 19 3.1.3 快速变速组内齿轮齿数的确定 21 3.1.4 按实际变速比（齿轮齿数比）画实际转速图， 22 3.2 齿轮的设计 22 3.2.1 三联齿轮中齿数比为 26：42 齿轮的选择与校核 22 3.2.2 三联齿轮中齿数比为 22：46 齿轮的选择与校核 26 3.2.3 其余各齿轮的选择与校核 28 第四章第四章 蜗轮蜗杆齿轮蜗杆轴的设计蜗轮蜗杆齿轮蜗杆轴的设计 . 30 4.1 蜗轮蜗杆的设计 30 4.1.1 共进机构中蜗轮蜗杆的设计 30 4.1.2 快进机构中的涡轮蜗杆参数 32 4.2 行星齿轮的基本概念和设计 33 4.2.1 行星齿轮各轮齿数的确定 33 4.2.2 行星齿轮传动比的计算 33 4.2.3 行星齿轮传动 . 34 4.3 蜗杆轴的设计 36 4.3.1 计算各力的大小： 36 4.3.2 蜗杆的强度校核 37 第五章第五章 其他零件的设计计算其他零件的设计计算 . 39 5.1 花键轴的设计 39 5.1.1 花键轴的结构设计 39 5.1.2 轴的结构校核 . 40 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） v 5.2 进给输入轴及输出丝杠轴的设计 44 5.2.1 输入轴的设计 . 44 5.2.2 输出丝杠轴的设计 46 5.3 快进电机联轴器的选择 46 5.4 其他零件的设计及选择 47 5.4.1 花键的选择与校核 47 5.4.2 键联接的选择与强度计算 48 5.4.3 轴承 . 50 5.4.4 箱体的设计 . 52 第六章第六章 操纵机构与润滑系统的概述操纵机构与润滑系统的概述 . 53 6.1 操纵机构与润滑系统 53 6.1.1 操纵机构设计 . 53 6.1.2 润滑机构概述 . 53 6.2 润滑部分 . 55 6.2.1 设备的润滑 . 55 总结总结 . 60 参考文献参考文献 . 61 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 前言前言 金属切削机械床是用切削方法将金属毛坯加工成机器零件的机器， 是制造 及其的“工作母机” ，在国民经济中起着重大的作用，它正在以日新月异的速 度在飞速的发展着。 本说明书是根据内蒙古科技大学机械设计制造及其自动化毕业设计要求 编写的，按毕业设计的统一要求和我们所学专业特点，王老师给我们制定了 “卧式端面铣床”的设计题目，其中进给箱的部分由我完成设计。本文主要 说明进给箱部分说明。 卧式端面铣床用多到得铣刀进行连续切削， 生产率高， 加工表面质量高，主要用于大中性平面的铣削加工。进给箱是实现工作台运 转的机构，要求保证工作台平移可靠、稳定、易于控制。 根据说明书要求，本文共分三部分。 第一部分为铣床的总体概括，这部分包涵的内容有：绪论，铣床的发展概 况，国内的发展水平，铣床的加工工艺及卧式端面铣床的总体设计方案；第 二部分为专题部分，即进给箱内各个机构受力分析，机构设计及校核。本部 分中，各部分零件的设计计算，包括齿轮、轴、涡轮蜗杆等的设计计算及校 核，是本说明书的核心部分。第三部分是进给箱的附件部分。包括轴承的选 择、箱体设计、操作机构与润滑系统概述。这部分为非设计重点部分，叙述 简要。本设计在王老师的细心指导完成，其他老师和同学也提出了宝贵的意 见和建议，都是其质量有所提高，在此一并衷心的感谢。 本说明书在编写过程中参考了一些书籍。由于编者水平有限，书中错误之 粗在所难免，希望老师和同学加以指正。 王军 2009.06.11 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 第一章第一章 卧式端面铣床进给箱概述卧式端面铣床进给箱概述 1.1 绪论绪论 机床设计师创造性的劳动。它是机床设计师根据市场的需求，现有的制造 条件和新工艺的发展，运用有关的科学技术知识进行的。随着科学技术的发 展，机床设计工作也在不断地发展和完善。由单纯靠类比发展到分析计算； 由单纯的静力分析发展到包括静态，动态，已经热变形热应力等的分析；由 定性分析发展到定置分析，在设计阶段就能预测其性能，提高一次成功率。 计算机辅助设计技术的发展，提高了设计效率，缩短了设计周期。生产地社 会化使许多零部件都可外购，减少了设计，制造工作量。 评价机床性能的优劣，主要根据技术经济指标来判断的。技术先进，经济 合理。亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国能和国际市场上才具有 竞争力。机床设计的技术经济指标可从满足性能要求，经济效益和人机关系 等方面进行讨论。 1.1.1 性能要求性能要求 一、 工艺范围 机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力。大致包括下列内容； 在机床上可完成的工序种类；加工零件的类型，材料和尺寸范围；毛坯的种 类等。 在机床实现数控化以前，自动化机床只能实现简单的工作循环，例如刀架 或工作台的快进工作进给快退停。因此，工序只能是分散的。 一台机床只能担负某几道工序甚至某一道工序的加工：加工件的类型，材料 和尺寸范围也都限制在很小的范围内。毛坯的种类也是单一的。对于这类工 艺范围较窄的情况，通常采用专用机床或专门化的机床，例如组合机床。这 种机床一般只能用于大批，大量生产。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 数控机床能够在一次装夹下完成大量工序，重新调整又十分方便，故适合 于小批生产自动化。目前，数控机床已开始用于大批，大量生产，以充分发 挥其高生产率，低废品率，减少半成品储备，缩短生产周期，便于调整等优 点。 通用机床适用于小批，单件生产，产品多变。机床应能完成尽可能多的工 序，适应于各种工业部门的需要。因此，工艺范围应当宽一些。例如应具有 较宽的变速范围和相适应的尺寸参数，一级配有较多的附件等，以便扩大机 床的应用范围。 数控机床的工艺范围比之传统的通用机床更宽，例如数控车床，可以完成 卧式车床，转塔车床，多刀半自动车床和仿形车床等加工工艺。各种加工中 心将在数控机床的基础上，进一步拓宽工艺范围。例如镗铣加工中心，由于 备有刀库，在加工过程中可以自动更换多种刀具，在一次安装下完成较多工 序的加工。备有可转位工作台的加工中心，还可进行多面加工。此外还有数 控和仿形相结合的加工中心，主轴可立可卧的所谓“五面加工”机床等。因 此，加工中心比通用机床的工艺范围还要宽的多，而且调整方便，又可获得 很高的加工精度。又如车削中心，在数控车床的基础上，增加了动力刀具， 可以钻铣，主轴可作分度运动，主轴旋转与刀架的纵横向移动相配合，可铣 削螺旋沟槽等。 随着生产地发展，将不断的提出新的要求；机床的品种将会越来越多，发 展也会越来越迅速。 二、 加工精度和表面粗糙度 机床的加工精度是按加工零件在车村， 形状和相互位置等方面所达到的准 确程度。 机床精度分三级：普通精度级，精密级和高精密度级。这三种精度等级的 公差，如以普通精度级为一，则它们之间的比例大致为 1：0.4：0.25.机床的 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 精度，包括几何精度，传动精度，运动精度和定位精度等。几何精度是指机 床在不运动或运动速度较低时的精度，它是由机床各主要部件的几何形状和 它们之间的相对位置与相对运动轨迹等精度决定的。传动精度是指内联传动 链两末端件之间的相对运动精度，它决定于传动系统中机件的制造精度和装 配精度以及传动系统设计的合理性。运动精度是指机床的主要部件以工作状 态的速度运动时的精度。定位精度是指机床主要部件在运动终点所达到的实 际位置的精度。只有机床精度达到一定要求后，才能满足机床加工精度的要 求。从发展形势上看，机床的精度在逐步提高。保证机床的加工精度，除对 机床本身的精度要求外，还要求具有一定得刚度，即要求机床及主要零部件 具有一定的抵抗外载荷的能力。在受力条件下，保证各主要零部件的相对位 置的正确性。影响机床加工精度的因素还有由构件残余应力引起的变形、热 变形和磨损等。 机床加工的弓箭表面粗糙度也是机床主要性能之一。 它与工件和刀具的材 料、进给量、刀具的几何形状和切削时的振动有关。对表面质量要求越高， 也就是要求表面粗糙度越小，则对抗振性的要求越高。机床的抗振性包括两 个方面：抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动能力。如果振源的频率与机床 某主要部件（例如主轴组件、床身）的某一振型（如弯曲振动、扭转振动） 的固有频率重合时，就将发生共振。振幅增大，加工表面粗糙度将会大大增 加，切削自激振动，产生于切削过程中。如果切削不稳定，则切过的表面， 其波纹度将越来越大，振动将越来越剧烈，将严重影响加工表面的质量。 三、 生产率 机床的生产率通常是指在单位时间内机床所能加工的工件数量。 要提高机 床的生产率，必须缩短加工一个工件的平均总时间，其中包括缩短切削加工 时间、辅助时间以及分摊到每个工件上的准备和结束时间。采用先进刀具提 高机床的切削速度，采用大切深，大进给、多刀多刃和成形切削，以铣代刨 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 等都可以缩短切削加工时间以提高生产率。例如，有的数控车床的切削速度 已达 475m min 或更高；磨削速度也在 60ms以上，有的高速滚齿机的切削速 度已达 475m min 或更高。成批生产的中、小型机床床身导轨面，也可用组合 铣刀或组合砂轮一次完成各面的铣削或磨削加工中心。在缩短切削加工时间 的同时，还必须注意缩短辅助时间。例如，空行程用高速机动快移；夹紧用 气压或液压卡盘；采用自动测量和数字显示，可以大大缩短甚至取消停机测 量的辅助时间，从而提高生产率。 四、 自动化 机床自动化可减少人对加工的干预，从而保证加工的一致性，即被加工零 件的精度稳定性。还具有提高劳动生产率和减轻工人劳动强度的优点。目前， 机床自动化还可分为大批大量生产地自动化和单批小件的自动化。大批大量 生产地自动化，常采用自动化单机（如自动机、组合机床）和由它们组成的 自动生产线。单件小批生产地自动化，则采用数控机床、加工中心，或由它 们组成的柔性制造系统和工厂自动化。柔性制造系统是一种具有较大灵活性 的生产系统，是以提高灵活性和生产率为目的；有效地综合了加工，传送和 控制功能的高度自动化系统。目前，正在运行的大部分柔性制造系统，主要 是完成切削加工或磨削加工的自动化系统。例如，在一个加工机床零件的柔 性制造系统中，由计算机控制系统的运行。在机械加工的但愿群中，有 7 台 加工中心完成对主轴类、磨床尾座、车床床鞍和车轮箱体等 120 种零件的加 工。工件安装在托盘中，由感应式台车将它们送到机床随行夹具的交换装置 中。在工具管理室中，有 600 把刀具，设有刀具预调装置。可实现自动换刀 和检测刀具寿命。加工循环的时间，根据不同的零件，需要 0.77h。 工厂自动化是指能够进行多品种小批生产地自动化系统， 属柔性制造系统 的进一步发展。它可以昼夜 24h 工作，夜里仅需少数人值班，充分利用了时 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 间。这既可创造更为舒适的劳动环境，又可提供物美价廉的产品。无人化工 厂的自动化生产，在国外已经出现了很多，现仍在稳步的发展。1980 年就已 经出现了由工业机器人服务于生产地自动化工厂。随后又出现了能进行的交 流电动机、交流和直流伺服电动机的从加工到装配（除磁芯落料、层叠、绕 线、配线和涂装外）的自动化工厂。该厂为占地 100*80 2 m 的两层建筑。机 械加工车间在一楼，有加工中心，数控车、磨钻的办法机床共 60 台，机器人 和随行夹具交换装置共 52 台，两台输送台车，该系统可进行 40 种电机和伺 服电机的加工，加工工件约 900 种，每批加工数量可为 201000 件。装配车 间在二楼，有 49 台装配机器人，4 条装配作业线；5 台辅输送车。装好的电 动机经自动检验后，再由包装机自动包装。自动仓库将上、下两层楼的生产 连接起来。进库的毛坯按种类和规则存放，根据加工需要由台车送至加工单 位。机器人讲工件装到机床上。切屑由传送带送入积屑桶，再由台车把积屑 桶运走。加工好的零件送回仓库。按需要将零件送往二楼进行装配。装配好 的电动机，再存入仓库，以备发货。 五、 可靠性 机床的工作可靠性也是一项重要的技术经济指标。 随着自动化水平的不断 提高，需要许多机床、仪表、控制系统和辅助装置协同工作，例如自动线， 由数控机床组成并用电子计算机控制的自动化系统，自动化工厂等。它们对 机床可靠性指标的要求是相当高的。倘若因一台机床出故障而停车，往往会 影响全线或某一部分的自动化生产。因此，对于纳入自动线，自动化加工系 统或自动工厂的机床，必须采取适当的措施来保证机床的可靠性。 六、 机床寿命 机床寿命就是机床保持它应具有的加工精度的时间。 随着技术设备更新的 加速，对机床寿命的要求的时间也在减短。对于中、小型通用机床，它的寿 命为 8 年左右。对于专用机床则要求短些，因为它将随所加工的产品的更新 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 而废弃。这就要求机床在最高生产率的条件下工作，在使用期内充分的发挥 机床的效能，取得最大的经济效益。对于大型机床和精密级、搞精度级的、 机床，则要求寿命长些，因为这些机床的价格高，希望能在较长的时间里保 持住，以提高经济效益。确保和提高机床的寿命，主要是提高关键性零件（如 主轴轴承和导轨）的耐磨性，并使主要传动件的疲劳寿命与之相适应。机床 的精度保持性好，寿命较高，也会在市场上取得信誉，打开销路。 1.1.2 经济效益经济效益 在保证实现机床性能要求的同时，还必须使机床具有很高的经济效益。不 仅要考虑机床设计和生产的经济效益，更重要的是从用户出发，提高机床使 用厂的经济效益。对于机床使用厂的经济效益，主要反映在机床成本上。机 床的成本不仅包括材料，加工制造费用，而且还包括研制和管理费用。管理 水平的高低直接影响机床成本的重要因素。必须十分重视和努力降低成本。 对于机床使用厂的经济效益，首先是机床的加工效率和可靠性。要使机床能 够充分发挥其效能，减少能源消耗，提高机床的机械效率，也是十分重要的。 它是各工业部门，各个国家都日益重视的一个问题。机床 的机械效率就是有 效功率对输入功率之比。两者的差值就是损失，主要是摩擦损失。而且摩擦 损失功转化为热量，将引起机床的热变形，又对机床的工作带来不良的后果。 1.1.3 人机关系人机关系 机床设计师应十分重视人机关系问题， 它已发展成一门重要的科学分支 人机学或称宜人学。机床应操纵方便、省力、容易掌握、不易发生操作错 误和故障。这样 不仅能减少工人的疲劳、保证工人和机床的安全，还能提高 机床的生产率。 防止机床对周围环境的污染，也是当前对机床设计和制造提 出的一项主要要求。噪声要低，不仅噪声声级要达到规定值以下，而且对人 耳有强烈的不适感。渗、漏油必须避免；如果采用油雾润滑，必须保证油雾 不得逸散到周围的环境中去，以防止对人体的危害。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 机床造型要美观，色彩和谐，使操作者感到在一个舒适的环境中工作。 对于上述的各项技术经济指标，在设计机床时应进行综合考虑，并应根据 不同的需求，有所侧重。 1.2 铣床总体概述铣床总体概述 1.2.1 铣床机加工工艺简介铣床机加工工艺简介 铣床的工艺性是铣床性能优劣主要技术经济指标之一， 铣床的工艺可 能性是指铣床适应不同德声场要求的能力。 铣床用多刃的铣刀进行连续切削， 生产效率比刨床高，加工表面质量也较高。铣床的工艺范围很广，只要用来 加工平面，也可加工沟槽、螺旋面等。装上分度尺还可进行分度加工，如铣 削齿轮。机器制造业种，铣床的应用较广。铣床的主要类型有升降台式铣床， 床身式铣床，工具铣床，龙门铣床以及仿形铣床等和各部专门化铣床。这次 我们设计的是卧式端面铣床。端面铣床是一种效率较高的通用机床。其工艺 范围包括铣端面、齿、槽的粗铣和半精铣。精度可达 78 级。通常加工的工 件为大、中型。 卧式端面铣床的特点是：工作台不做升降运动，主轴箱实现横向进给，铣 刀盘的大小来调整铣刀的高度；进给箱实现纵向进给。其工作循环是工作台 的快进工作进给快退停止，同时主轴箱带动刀架快进工作 进给快退停止。它是通用铣床，配有较多的附件，适用于小批单件 生产，变速范围较宽，加工范围较大。卧式端面铣床主要完成模具钢表面的 粗铣过床，有时附带加工一些炮钢。模具钢为正方形，其断面尺寸范围为 550*550560*560m。工艺的可能性是根据生产批量，也就是根据工序的集中 和分散而定。 卧式端面铣床总体方案的设计 一、 卧式端面铣床的组成及其工作原理 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 卧式端面铣床的基本组成有：主轴箱，进给箱，支承机构（导轨，工作 台） 。主轴箱包括相应的变速系统和横向进给结构；工作台由进给机构驱 动和控制 卧式端面铣床的工作原理是：刀架和工作台的快进工作进给快 退停止。主电机通过主轴箱变速带动铣刀旋转，并通过横向进给控制铣 刀横向进给运动， 进给箱 保证工作台平移直线移动， 这样就实现了铣削加工。 二、 卧式端面铣床的总体布局 1.铣床主要参数的确定 根据要求，铣床的主要参数如下： （1） 尺寸参数 第一系数：工作台工作面宽度 第二参数：主轴数，最大跨度，最大工件长度，工作台工作面 宽度。 （2） 运动参数 1、主运动参数 指主轴的转速，设计要求主轴油三种转速， 分别为 25 r min ，60 r min 和 100 r min 。主轴的转速与切削速度 之间的关系： () 1000v n x d = 其中，n主轴转速， r min ； v切削速度，m min ； d工件或刀具直径。 2.进给运动系数 对于铣床，进给运动系数每分钟的位移量表示，mm min 。设计要求 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 的进给运动参数为 37.5mm min ，47.5mm min ，60mm min 。 3.动力系数 指各个电动机的功率。 1) 机床的总体布局 机床的总体布局就是确定机床各主要部件之间的相对位置关系以及它们之间 所需的相对运动关系。其中，以工艺分析尤为重要。设计铣床分为主运动和 进给运动。根据铣床将来承担的任务及工艺性要求，本铣床的主运动为铣刀 盘的旋转运动，进给运动分为主轴的横向进给和工作台的纵向进给两部分。 另外，工件的重量也是影响各部件之间运动关系的一个重要因素。因为 本铣床铣削的工件较重，体积较大，因此设计为工件只需工作台纵向运动。 铣床的布局型式，见简图如下 铣床的布局示图 三、 传动原理图的绘制 本次设计本着既保留又改进的原则，采用外联系传动链系动力源（电动 机）和执行件（如主轴，刀架和工作台等） ，使执行元件得到预定的运动 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 速度，并传递一定得动力。根据工作需要以及机床的类别，特选用如下 的传动链。 传动原理图 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 1.3 进给系统的概述进给系统的概述 1.3.1 进给系统的组成进给系统的组成 进给传动一般式由动力源，变速系统，换向机构，分配机构，安全机构， 快进机构，变换回转运动为直线运动的机构和执行件的组成。进给传动可与 主传动共用一台电动机或采用单独电动机作为动力源。由于铣床的进给量以 工作台每分钟毫米表示。由于它与主轴转速无关，所以采用单独电动机驱动 有利于简化机床结构，便于实现机床自动化。 传动系统组成图 进给传动中的变速系统可用来改变进给量的大小。若几个进给传动链公 用一个变速系统，则应使变速系统设置为在运动分配机构之前，以简化机床 结构，对于进给量采用等比数列的变速系统，其设计方法与主传动系统相同。 换向机构和分配机构在进给传动中的布局有两种方案。采用先分配，后 换向的方案，换向后的传动链较短，传动件少，传动链的惯性也较小，可减 少换向时的冲击，换向迅捷方便，其缺点是换向机构多，结构复杂。对于换 向冲击要求不高的机床，为了简化机床结构，可采用先换向，后分配的方案。 安全机构一般放在变速系统之后，运动多分配机构之间，以便使各传动 链公用一个安全机构，为了使安全机构的结构尺寸紧凑，通常安全机构安排 在转速较高的轴上，并尽可能靠近变速系统。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 1.3.2 进给机构的工作原理进给机构的工作原理 采用等比数列的变速系统，其传动方法和工作原理与主传动系统相似。 即通过动力源变速机构安全机构运动分配机构输出机构。 其不同之处在于有一快速孔行程传动。对于一般机械传动机床，快速空行程 运动可与进给运动共用一台电动机或采用单独的电动机。快进和工进共用一 台电机的系统利用高，低速电磁离合器使机床工作台分别或获得快速运动和 进给运动。机床进给传动有两条传动路线。但是这两条路线必须互锁，不能 同时接通，防止产生运动干涉。 采用快进单独电机时，应将快进与进给传动链的联接点设在进给变速机 构之后，并力求靠近执行件，以便缩短快进传动链和减少惯性矩。快进与工 进的转换，一般都在工作进程中进行，由于两种运动速度不同，运动方向往 往也不一致，为了避免产生运动干涉，可采用下列几种方法： 1、 采用超越离合器； 2、 采用差动机构； 3、 采用差动螺母。 对采用差动机构的方案其传动方案如下： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 差动轮系的传动方案 当工作台进给时，进给电动机经变速装置，涡轮蜗杆传入差动轮系。由于快 速电机不转，差动轮系同一般定轴轮系一样，实现工作进给。当需要快速运 动时，则可启动快速电动机，经涡轮蜗杆传入差动轮系的系杆，实现快速运 动。这种方式可在不断工作进给的情况下，接通快速运动，其方向决定于快 读电动机的转向，其速度决定于快速和慢速的合成速度。 1.3.3 进给传动特点进给传动特点 1 进给传动速度低，受力小，消耗功率小 因为铣床的进给量下，因此进给速度很低，为了实现低速铣削，本次设计采 用降速很大的蜗杆、涡轮传动机构。进给传动受力比较小，因此各传动件的 尺寸较小，箱体内结构较紧凑，由于进给速度低，齿轮的圆周速递较低，故 对进给传动齿轮的精度要求不高。由经验可知，采用 8 级精度，但由于本次 设计的进给量较大，故选用 7 级精度。 2 进给传动的载荷特点为恒扭矩工作 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 进给传动的载荷特点与主传动不同，当粗加工进给量较大时，一般采用较 小的切削深度；当切削深度较大时，一般采用较小的进给量。所以在各种不 同进给量的情况下，产生的切削力大致相同，即都有可能达到最大的进给力。 因此，最后输出轴最大的扭矩基本不变，这就是进给传动的恒扭矩工作的特 点。 1.3.4 传动机构的类型传动机构的类型 本次设计采用机械传动，因此机械传动方式简单可靠，目前在机械上用 的最多。机械传动机构包括两大部分：直线运动机构和变速机构。直线运动 机构采用蜗杆齿条传动，变速机构采用滑移齿轮，滑移齿轮变速较方便， 可传递较大的扭矩和采用较大的进给量范围，传动功率也较高，但箱体及轴 的结构较复杂。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 第二章第二章 运动传动设计运动传动设计 主要技术参数： 进给速度范围：v=23.5150 min mm 最大进给力：100kn 2.1 运动传动设计运动传动设计 2.1.1 电机选择电机选择 一、 工进电机 由书目 1 式（7- 13）得电机功率 60000 f f f qv n = （kw） q进给抗力 ； f v 进给速度； f 总机械效率，进给传动一般取 0.150.2. 33 100 10150 10 1.39() 60000 0.18 f nkw = 二、 快进电机 参照图表，选取电机的功率为 n=10kw， 同步转速为 1500 min r 。 三、 主传动链转速图的拟定 2.1.2 转速图的拟定转速图的拟定 根据已经确定的条件拟定转速图，应注意解决传动比和分配传动比， 合理去定传动轴的转速。 1 定比传动：在变速组传动系统中采用定比传动，主要考虑传动结构 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 和性能等方面的要求，以及满足不同用户的使用要求。在本铣床设计 中，进给降速比很大，若每一个变速组的最小降速比均取 14，则两个 变速组的总降速传动为 111 4416 =，故需要增加降速传动轴间增 加两对降速传动齿轮（ 24 96 ） ， （ 21 47 ） ，在轴后增加降速比很大的传动 机构涡轮蜗杆和行星轮机构。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 2 分配传动比，前面已确定在轴间增加对降速传动齿轮，在轴 后增加两队涡轮蜗杆和一对行星轮，再加上两个变速组共需要七根 轴。 根据拟定转速图的步骤，初步拟定转速简图，见上图 传动方案 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 第三章第三章 齿轮的设计计算齿轮的设计计算 3.1 齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 3.1.1 确定齿轮齿数确定齿轮齿数应注意应注意的的问题问题 1 齿轮的齿数和不应过大，以免加大两轴之间的中心距，使机床的结构庞 大；同时增加齿数和，还会提高齿轮的线速度而增大噪声，一般推荐齿数和 z s 100120. 2 齿轮的齿数和不应过小，应考虑： 1.最小齿数不产生根切， 对于标准直齿圆柱齿轮， 一般最小齿数 min 18 20z； 2.受结构限制的各齿轮（尤其是最小齿轮） ，应能可靠的安装在轴上或进行 套装；齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚 a 2m（m 为模数） ，以保证有足够 多 的 强 度 ， 以 避 免 出 现 变 形 或 断 裂 现 象 ， 保 证() iminmin m2.5dz=， min 27 6.5 m z+； 3.两轴间的最小中心距应取得适宜。若齿数和太小，则中心距过小，将导致 两轴上轴承及其他结构之间的距离过近或相碰。 3 确定齿数时，2 符合转速图上的传动比的要求，实际传动比（齿轮齿数比） 与 理 论 传 动 比 （ 转 速 图 上 给 定 的 传 动 比 ） 相 对 误 差 ， 一 般 不 允 许 超 过 ()101 %，即 () nn 101 % n 、 =1.26 时，() nn 101 % n 、 =2.6% 3.1.2 变变速组速组内内齿轮齿轮模模数数相同时相同时，齿轮齿数的确定，齿轮齿数的确定 确定齿轮齿数时，首先需定出各变速组没齿轮副的模数，以便根据结构尺 寸判断其最小齿轮齿数或齿数和是否适宜。确定齿数有计算法和查表法，在 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 此，采用查表法。 一、 确定第一级变速组内齿轮齿数 22 111 1.264 = 查表3.98 = 取 z5 12024sz=， 则 2z1 1202496zsz= 二、 确定第二级变速组内齿轮齿数 66 111 1.262.52 = 查表 2.52 = 取 z3 6821sz=， 则 4z3 682147zsz= 三、 确定第三级变速组内齿轮齿数 )1 44 111 1.262.52 = 查1.58 = 取 z5 6826sz=， 则 6z5 682642zsz= )2 33 111 1.262 = 查 2 = 取 z7 6822sz=， 则 8z7 682246zsz= )3 44 111 1.262.52 = 查2.52 = 取 z9 8525sz=， 则 10z9 852560zsz= 四、 第四级变速组内齿轮齿数 11 1.26 = 查 1.26 = 取 z11 9037sz=， 则 12z11 903753zsz= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21 五、 第五级变速组（涡轮蜗杆）齿数 1515 111 1.2631 = 取单头蜗杆，则 13 1z= 1413 31 131zz= = 六六、 第六级变速组（行星轮）齿数 选用 ww 型行星轮，则 15 16 1 z z = 取 15 30z=， 16 30z= 3.1.3 快快速速变变速组速组内内齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 为了便于加工和制造的方便，对快进降速的涡轮蜗杆取单头蜗杆，齿数 比 31 i= = 1 ； 行星轮为 ww 型，其快进侧齿轮的变速比取 2 i= 1 ， 17 1817 20 i40 z zz = = = 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 22 3.1.4 按实际变速比（齿轮齿数比）画实际转速图，按实际变速比（齿轮齿数比）画实际转速图， 3.2 齿轮的设计齿轮的设计 3.2.1 三联齿轮中齿数比为三联齿轮中齿数比为 26：42 齿轮的选择与校核齿轮的选择与校核 材料：40g 热处理：表面淬火 有关参数的确定 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 23 1 26z = 2 42z = 有表 14- 1- 60 得弯曲强度计算公式 1 1 3 lim1d m12.1 f f k ty z 其中： 1 1 1 9550 n p t = = 42 5.5 0.950.98 9550 2421 970 9647 =379.2mn 因为载荷特性为中等冲击，结构布局非对称，精度等级为 7 级，且为 硬齿面，所以由表 14- 1- 61 查得 k=3.0 因为载荷变动较大,两齿轮齿面硬度值均满足 hb350, 由表 14- 1- 62 查得: d 0.4 = 由图 14- 1- 29 查得: 2 lim 540 mm f n = 因为,由图 14- 1- 25 查得: 1 2.62 f y = 代入数据: 2 3.0 379.2 2.62 m12.13.3 540 260.4 = 根据表 14- 1- 2 标准模数系列,取 m=5 由公式() da 0.5 i 1=+得 () d a 0.5 i1 = + 因为 2 1 42 i 26 z z = 尺宽: () () 1a 5 26420.4 b 0.5 1.51 12 + = + =27.2mm 圆整为: 1 b30mm= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 24 根据 145 p 知:为了保证啮合,可使大齿轮尺宽比小齿轮小 12mm,取 2 b28mm=. 1 根据表 14-1-63 用接触强度进行校核 接触应力: l b i+1 di havhhhe f kkkkzzzz = 式中: l f 齿轮所受圆周力,n; a k 使用参数; v k 动载系数; h k 接触强度计算的齿向载荷分布系数; h k 接触强度计算的齿向载荷分配系数； h z节点区域系数； e z 弹性系数； z接触强度计算的寿命系数； z接触强度计算的螺旋角系数。 确定各项系数的值： 22 379.2 5.834 5 26 l l l t fkn d = 由表 14- 161 查得: 1.50 a k = 由图 14- 1- 17 查得: 1.40 v k = 由表 14- 1- 63 查得： 6 1.170.360.36 1030 h l b k d =+ 代入数据得：1.18 h k = 由图 14- 1- 19 查得：1.08 h k = 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 25 由表 14- 1- 66 查得： 2 189.8 e n z mm = 由表 14- 1- 12 查得：1.71 = 故 4 1.71 0.86 3 z = 由图 14- 1- 20 查得：2.5 h z= 代入数据： 3 3.64 101.615 1 1.4 1.5 1.08 1.71 2.5 1 189.8 1 4 26 301.615 h + = =1074 2 n mm 许用接触应力 hp 由表 14- 1- 63 得公式： hp = lim lim hn lvkwk h z zzzzz s 其中： limh 实验齿轮的接触疲劳强度， 2 n mm ; n z 接触强度计算的寿命系数; l z 润滑剂系数； v z 速度系数； k z 粗糙度系数； w z 齿面工作硬化系数； z接触强度计算的尺寸系数。 确定各系数尺寸的值： 由表 14- 1- 68 查得：1 n z= 由图 14- 1- 21 查得： 2 lim 1500 h n mm = 由图 14- 1- 22 查得：1.0 l z = 由图 14- 1- 23 查得：1.0 v z = 由图 14- 1- 24 查得：1.0 k z= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 26 由式 41- 1- 8 可知： 1 w z= 由第()18 条确定：1 x z= 由表 14- 1- 69 查得： lim 1.25 h s= 代入数据： 1500 1 1.0 1.0 1.0 1 0.98 1 1.25 hp = =1123.1 2 n mm hhp 350，7 级精度。 133 48.4 60 102.9mvn r s = 取 1.15 d k = 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 36 故 1.32 1.151.518 jd kkk= () 3 1 11070 j ikm abi + = = () 3 4 2 11.518 1.857 101070 188 2 + =40.6 j ( )2 齿轮弯曲强度的计算 6 1 1 11 22 1.857 101.518 8 6 0.6 0.269 mk bd my = = 1 7.28hrc 故满足条件。 4.3 蜗杆轴的设计蜗杆轴的设计 4.3.1 计算计算各力各力的的大小：大小： 由 式 11- 7 得: 1 t12 1 2 a t ff d = 由 式 11- 8 得: 2 12 2 2 at t ff d = 由 式 11- 9 得: 122rrt ffftg= ( ) 20 = 由前述”蜗杆的设计”知: 2 934.5tnm= 2 372dmm= 1 132dmm= 2 1 t t = 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 37 :涡轮蜗杆传递的机械效率。 由 14 246 p 查得： = ( ) 1003.5 2 % =82.7% 1 934.5 1130m 0.827 tn= t1 934.5 21415 132 fn= t2 1130 26075 372 fn= r2t2 tg2211ffn= 4.3.2 蜗杆的蜗杆的强度校核强度校核 蜗杆受力后,如果严重的变形,就会造成齿轮上的应力集中,影响蜗轮的正 确啮合,所以蜗杆必须要进行刚度校核。 由式 11- 15 得,蜗杆受力后最大的挠度为: 22 t1r13 48 ff l ei + = 式中: t1 f 蜗杆上的圆周力; 1r f 蜗杆所受的径向力； e 蜗杆所受的径向力； i蜗杆危险截面的惯性矩。 由表 1- 1- 6 查得： 206 a egp= 4 14 64 f x d imm = 1f d蜗杆齿根圆直径， 1f d=100mm 4 100 64 x i =4908738 4 mm 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 38 l 蜗杆支承间的跨距。 由轴的结构设计知： l=500mm 22 3 3 141592211 500 48 206 1049.8738 y + = =0.0369mm 由 263 p查得蜗杆允许的最大变形量为: 1 132 0.132 10001000 d ymm= yy减少摩擦和磨损。在机器或机构的摩擦表面之间加入润滑材料，使相 对运动的机件摩擦表面不发生或尽量少直接接触，从而降低摩擦系数，减少 磨损。这是机器润滑的主要目的。 2冷却作用。机器在运转中，因摩擦而消耗的功全部转化为热量，引起 摩擦部件温度的升高。当采用润滑油润滑时，不断从摩擦表面吸取热量加以 散发，或供给一定的油量将热量带走，使摩擦表面的温度降低。 3防止锈蚀。摩擦表面的润滑油层使金属表面和空气隔开，保护金属不 产生锈蚀。 4冲洗作用。润滑油的流动油膜，将金属表面由于摩擦或氧化而形成的 碎屑和其它杂质冲洗掉，以保证摩擦表面的清洁。 润滑方法的选择： 冶金工厂的机械设备通常采用稀油润滑和干油润滑两种润滑方式。稀油 润滑采用矿物润滑油作为润滑材料，而干油润滑采用润滑脂作为润滑材料。 在下列情况，我们主要采用稀油润滑： 除减少摩擦和磨损外，摩擦表面尚须排除大量的热量（由于摩擦产生的 热或位于高温区吸收的热） ；摩擦表面可能实现液体摩擦时；能实现紧密密封 的齿轮传动和轴承；摩擦表面除润滑外尚需冲洗保持清洁时，其它由于结构 上的原因很难实现使用干油润滑时。 在下列情况下，主要采用干油润滑： 低速下工作，经常逆转或重复短时工作的重负荷滑动轴承或导轨；长期 停止工作无法形成润滑油膜的滚动轴承；长期正常工作而不需要经常更换润 滑脂的密封的滚动轴承。 冶金设备润滑油清洁度管理 （1）润滑油污染的基本种类 冶金机械设备的工作环境恶劣，具有高温，重负荷，冲击载荷多，连续 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 57 生产，铁屑、粉尘、水汽、腐蚀性介质多等特点，因此润滑或液压设备极容 易受到外界污染物的侵害。其润滑油污染种类大体分为三类：固体颗粒污染、 水的污染和气体的污染。 （2）润滑油污染造成的机器零件磨损及对策 油液污染后，污染物不但会加剧运动副表面的摩擦磨损，还会使设备零 部件的工作性能受到严重影响。如液压系统中的阀类，污染物的淤积和堵塞 会引起阀芯卡紧，丧失其功能。有时还会堵塞阀的控制油口，使系统内的压 力、流量、油温等重要参数发生变化，影响整个设备的工作。在润滑状态下 零部件间的磨损主要有以下几种形式：磨粒磨损、黏着磨损、表面疲劳磨损、 腐蚀磨损、冲蚀磨损、气蚀磨损(见前文所述)等 （3）润滑油清洁度控制过程中的过滤措施 经常对润滑系统内的滤芯进行清洗和更换可以有效改善润滑油清洁度 状况。在润滑工作中，应根据主机设备的技术状况及工作要求对润滑系统采 取有效过滤措施， 过滤措施完善的润滑系统一般要求有单独的体外循环系统、 高压过滤系统、回油过滤系统、油箱自净系统，甚至对特殊部件进行单独润 滑过滤。过滤装置的滤芯精度应既能保证设备的润滑需要又要成本低。大力 发挥过滤器的功能已经成为现代润滑设备控制润滑油清洁度的重要措施，可 减少设备故障的发生，延长设备的使用寿命。 二、二、 冶金设备润滑技术的发展趋势 由于添加剂的迅速发展，使润滑油品的性能大幅度提高，适用范围不断 扩大，一种油品的使用范围可以覆盖相邻油品和相近油品，使繁多的油品可 以归口台并，油品种类由多变少。冶金设备润滑油品已进入到一个新时代 高性能化、低粘化、通用化、合成化的时代。 (1)高性能化 有人认为： “齿轮负荷不太，用高档油就是浪费” 。这种观点，形成于