机械毕业设计（论文）-汽车制动蹄圆柱面专用铣床总体及夹具设计【全套图纸】.doc

摘要专用机床是通过缩小机床的工艺用途来实现高效率的机床。这类机床结构较简单，调整和操作方便，自动化程度较高，易于保证质量并有较高的生产率。适于成批生产。根据制动蹄圆柱面的加工要求，采用专用机床加工该工件比较适合。根据制动蹄圆柱面的加工要求，本设计的主要任务是制动蹄圆柱面专用铣床的总体及夹具设计。全面的考虑整台机床所需的部件以及各个部件的布局，明确各个部件的作用以及技术要求等。从工件出发，分析及确定加工用量，根据切削用量选择动力部件，设计传动链，选择电机的型号。另一方面，夹具的设计是工件能否在这台机床上加工的关键。根据工件的技术要求，分析工件的定位，采用定位销、挡板和支承块定位，限制了工件的六个自由度，保证加工要求。本设计圆满设计出了一台专门加工制动蹄圆柱面的铣床，解决了工件在车床以及磨床上难加工的问题。另一方面，设计的夹具解决了工件如何定位及夹紧在机床上等问题，从而保证加工稳定，达到加工精度要求。 关键词 专用；总体；制动；自由度 全套图纸，加153893706AbstractSpecial machine is a machine by reducing the use of technology to achieve high efficiency of the machine. Such machines structure is relatively simple, easy adjusted, higher degree of automation , easy to guarantee quality and has higher productivity. So its suitabled for mass production. According to the processing requirements of the brake cylinder, its more suitable using a special machine to process the work-piece. According to the processing requirements of the brake cylinder, The main tasks of the design are to overall design a special milling machine of brake cylinder and the fixture. Roundly considers the necessary components of the whole machine and the layout of the various components. Explicits the function and the technical requirements of each parts. The overall design of this special milling machine begins from the workpiece, analyse and determine the dosage of the process, then choose the motivity parts, design the drive chain, and final choose the choice of the motor base the dosage of the process. The other hand, its the key whether the work-pieces can be done in this machine processing that the fixture is designed. According to the technical requirements of the work-piece, this fixture uses pins and supporting baffle block positioning to limit the work-pieces 6-DOF and guarantee the processing requirements.A specialized machine for processing brake cylinder is satisfactorily designed. This machine solves the problem that the work-piece is difficult processed on the lathe and on the grinding machine. The other hand, the fixture solves the problem that how to orientate the work-piece and clamp on the machine. It can ensure the stability of the processing and make to arrive at the precision machining.Keywords special overall brake DOFII目 录1 绪论11.1 设计意义11.2 专用机床概述12 零件分析和加工方案的确定32.1 零件分析32.1.1 零件介绍32.1.2 零件的功用32.1.3 零件的毛坯材料42.2 加工方案的确定43 专用机床总体设计63.1 机床设计的步骤63.2 刀具与工件相对位置的确定63.2.1 设定相对位置尺寸63.2.2 铣削后圆柱面的侧母线73.2.3 参数、值大小及精度93.2.4 确定相对位置尺寸103.3铣削用量的确定103.4 确定制蹄片专用铣床总体方案123.5 确定制动蹄片专用铣床的传动143.5.1 减速器的类型与选择153.5.2 电动机的类型与选择153.5.3 传动装置的总传动比及分配173.5.4 计算传动装置的运动和动力参数173.5.4.1 各轴转速173.5.4.2 各轴的输入功率183.5.4.3 各轴的输入转矩183.5.5 V型带的设计与选择183.5.6 齿轮传动设计203.5.6.1 选择模数203.5.7 轴的校核223.5.8 轴承的选择与校核243.5.9 键的校核254 专用机床夹具的设计264.1机床夹具概述264.2 工件的定位294.2.1 工件在夹具中定位的基本任务294.2.2 制动蹄片圆柱面的定位方法及定位元件304.3 定位误差的分析和计算304.4 制动蹄片圆柱面的夹紧方式分析及计算324.4.1 拉紧机构324.4.2 夹紧机构34结论36致谢37参考文献38附录39391 绪论1.1 设计意义机械设计与制造是国家工业的基石，提升一个国家产业链的关键所在，在汽车制造方面，汽车的刹车机构是汽车的重要部件之一，此部件的性能好坏事关人的生命安全，所以此部分设计与制造是机械行业的热点和焦点。 本设计题目是加工制动蹄工件，此工件原来在车床上加工，存在装夹困难，劳动强度大，切削石棉酚醛混合物材料，不易脱落，生产效率低等问题。我们为其设计了一台专用机床，采用旋转铣削法，解决了上述问题。从而一举解决了长期困扰汽车工业的难题。提高了整体组件的生产率，同时还降低了成本，本设计题目对汽车制造业有一定的推动作用。所以转动蹄圆柱面专用旋转机构及床身部件设计有利于企业，又利于国民。1.2 专用机床概述机床是对金属或其他材料的坯料或工件进行加工，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。机械产品的零件通常都是用机床加工出来的。机床是制造机器的机器，也是能制造机床本身的机器，这是机床区别于其他机器的主要特点，故机床又称为工作母机或工具机。机床的分类方法很多，按通用程度可分为通用机床、专门化机床和专用机床。1）通用机床通用机床工艺范围很宽，可完成多种类型零件不同工序的加工，如卧式车床、万能外圆磨床及摇臂钻床等。通用机床的辅助运动机构主要靠人工操作，生产率低，加工质量也不稳定。2）组合机床为了克服专用机床的缺点，人们分析了专用机床的构造，将其划分为若干个具有一定功能的独立的工作部件，对其中一些能在各种专用机床上互相通用的工作部件，进行了标准化、系列化和通用化设计，并预先组织成批生产，供设计和制造机床时选用。这种主要由通用部件组合而成的专用机床就叫做组合机床。它配以少量按工件特定形状或加工工艺设计的专用部件组成的自动或半自动机床。概括地说，组合机床是一种专用机床，但它与一般的专用机床不同，是由很多通用部件组成。它时对一种或几种零件进行加工，按工序先后安排一系列机床，并配以自动上下料装置和机床与机床间的工件自动传递装置，这样组成的一列机床群称为切削加工自动生产线。柔性制造系统是由一组数字控制机床和其他自动化工艺装备组成的，用电子计算机控制，可自动地加工有不同工序的工件，能适应多品种生产。3）专门化机床和专用机床专门化机床和专用机床都是通过缩小机床的工艺用途来实现高效率的机床。专用化程度较低的机床叫专门化机床，如车轮车床、中心孔钻床、凸轮磨床等。这类机床结构较为简单，调整和操作方便，自动化程度也比较高，易于保证质量并且有较高的生产率。适于成批生产。专用机床是为加工某一种零件而设计制造的机床。专用机床的优点是可多刀、多面、多工位同时加工，调整机床和装卸工件简单、迅速，故生产率很高，使用于成批生产；结构简单（与加工该零件无关的装置和机构都可省去），所以设备费用低，占用厂房面积小；由于工作循环不变，故易于实现自动化，产品质量稳定，易于保证加工精度，对工人技术水平要求较低。专用机床的缺点有：由于是使用单位专门设计制造的，因而设计制造周期长，批量小，制造费用高；产品改型时需要重新设计和制造新的专用机床，故而不是很经济。2 零件分析和加工方案的确定2.1 零件分析2.1.1 零件介绍汽车制动器中有两种形式，鼓式制动器和盘式制动器。鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。 典型的鼓式制动器主要由底板、制动鼓、制动蹄、轮缸（制动分泵）、回位弹簧、定位销等零部件组成。底板安装在车轴的固定位置上，它是固定不动的，上面装有制动蹄、轮缸、回位弹簧、定位销，承受制动时的旋转扭力。每一个鼓有一对制动蹄，制动蹄上有摩擦衬片。制动鼓则是安装在轮毂上，是随车轮一起旋转的部件，它是由一定份量的铸铁做成，形状似园鼓状。当制动时，轮缸活塞推动制动蹄压迫制动鼓，制动鼓受到摩擦减速，迫使车轮停止转动。前（后）制动蹄片在制动系统中起着重要的作用。其中，制动蹄片上的外圆柱面是系统中的主要工作表面，因此，其表面的精度要求直接影响到整个系统的工作性能。本设计要加工的前（后）制动蹄片其材料为石棉酚醛混合物，基本尺寸为厚度15mm，外圆半径为R210mm，圆柱面高度为125mm。零件具体结构见图2-1。图2-1 前（后）制动蹄片2.1.2 零件的功用前（后）制动蹄片都是成对的使用的，当机构处于非制动的情况下，两制动蹄片受弹簧力的作用，向中心靠紧；当机构要制动时，两制动蹄片受中间机构的作用，向外顶开，两制动蹄片的外圆柱面即要加工的面就刨紧轮毂，对轮毂产生摩擦力的作用，从而起到制动的作用。制动原理见图2-2。图2-2 制动蹄片制动原理图2.1.3 零件的毛坯材料在机械制造企业中，采用各种机械加工方法将毛胚加工成零件，再将这些零件装备成机器。为了使上述工艺过程满足“优质、高产、低成本”得要求，首先必须制定零件得机械加工工艺规程和机器得装配工艺规程，然偶按照所制定得工艺规程来进行机械加工得 装配。毛胚的选择包括选择毛胚得种类和确定毛胚的制造方法两个方面。常用的毛胚种类有铸件、锻件、型材、焊接件等。毛胚的制造方法越先进，毛胚精度越高，其形状和尺寸越接近于成品零件，这就使机械加工得劳动量大为减少，材料的消耗也低，使机械的加工成本降低。考虑到零件的材料及力学性能和生产类型，根据制动蹄在实际中的用途，制动蹄外圆柱面的毛坯材料选择石棉酚醛混合物，该材料摩擦系数为，具有良好的制动性能。2.2 加工方案的确定图2-3加工方案分析如图2-3所示，根据工件结构，尺寸要求分析，可以采取车削、磨削以及铣削的加工方法来满足工件的精度要求。以下对各种加工方案进行分析比较：（1）采用车外圆的方法。车床工作时，工件作旋转的主运动，刀具作直线或曲线的进给运动。车外圆是车床的主要工作之一。车削应用范围广泛，适合于加工各种形状的内外回转面。它对于工件的材质、结构、加工精度和表面粗糙度以及生产批量的适应性都较强，因而得到广泛的应用。加工精度高，表面粗糙小。车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较方便，有利于提高加工质量。具有较高的生产率。从以上车床的特点分析可知，车削加工的方法能满足工件的精度要求和生产率，但唯一的不足是，考虑到工件的外形尺寸比较大，在车床上加工R210mm的圆柱面，存在装夹困难，劳动强度大；切削石棉酚醛混合物材料，不易脱落，生产效率低等问题。（2）采用磨削的加工方法来磨削R210mm的圆柱面。磨床是以砂轮作为刀具的金属切削机床。磨削不仅可以对外圆面、孔、平面、螺纹、齿轮和各种成形面进行加工，而且可以加工一般金属切削刀具难于加工的硬质合金等高硬度材料。磨削加工能经济地获得高的加工精度和低的表面粗糙度，因此用作精加工。砂轮是磨削用的刀具，它是用结合剂把磨料粘结在一起，经过焙烧而成的疏松物体，因此砂轮的表面有好多高低不平的凹坑，加工石棉酚醛混合物的时候难于脱落，会粘到砂轮的凹坑里，这严重影响了加工的效率还有工件的精度要求。（3）采用铣削加工的方法铣削R210mm的圆柱面。铣削加工是金属切削加工的重要组成部分，是一种加工范围广、生产效率较高的加工方法。铣削加工的精度也较高，其经济加工精度一般为IT9IT8级、表面粗糙度为Ra1.25Ra1.60mm。铣削时铣刀高速旋转，铣刀刀齿之间间距比较大，当加工石棉酚醛混合物这种难以脱落的材料的时候，并不会粘在刀具上，即对加工不会产生影响，而且能满足工件的加工精度要求。另一方面，在卧式铣床上，可以很容易把工件加紧，达到加工的要求。综上分析比较可得，采用铣削的加工方法比较适合，更能满足加工的精度要求还有生产率也比较高。从经济上考虑，专门设计一台专用铣床来加工工件，更能实现低成本和高效率。3 专用机床总体设计3.1 机床设计的步骤(1) 调查研究研究市场和用户对机床的具体要求、目前使用的加工方法，收集并分析国内外同类型机床的现壮、发展趁势以及有关的科技方向；调查机床制造厂的设备条件、技术能力和生产经验等。由于条件限制，通过上网对制动蹄片的有关资料进行了了解。（2）拟定方案分析工件的加工工艺，提出总体设计方案，其中包括：工艺方案、主要参数、机床总体布局、传动系统、电气系统、液压系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济分析报告等。在拟定方案时要注意尽可能采用先进的工艺和结构，尽量采用先进技术，设计方案必须以生产实践和科技实验为依据。分析制动蹄片的结构及加工要求，提出了总体设计方案，具体详见下一节。（3）技术设计根据总体设计方案，绘制机床总图、部件装配图、液压与电气装配图，并进行运动计算和动力计算。进行零件图设计并编写各种技术文件。3.2 刀具与工件相对位置的确定3.2.1 设定相对位置尺寸工件装夹在盘形工作台上，该机床每次对称装夹两个零件加工。因为，旋转铣削加工出的圆柱面的母线不是直线，为了保证圆柱面与A(图3-1基准)的平行度不超过0.2mm,必须合理确定工件与刀具之间的位置。图3-1 制动蹄片如图3-2所示，端铣刀轴线与零件外圆柱面的轴心线（铣削时，工件回转轴线）错移距离为,刀尖运动平面与零件外圆柱面轴心线平行且距离为,铣刀半径为r,在零件宽度方向（垂直于纸面）上，铣刀轴线与零件对称面等高，、及铣刀直径的大小和精度直接影响工件的精度，因此应根据零件的精度，合理确定、r的值及允许的变化范围。 图3-2 工序图3.2.2 铣削后圆柱面的侧母线（1）建立坐标系设工件位于坐标系O-XYZ中，取工件的外圆柱面轴心为Z轴，X轴位于工件宽度对称面内；设端铣刀位于坐标系-XYZ平面内；取Y轴为端铣刀轴线，X轴位于刀尖运动平面内，两坐标系的关系为：XY与XOY共面，Z轴平行于Z轴。根据运动相对性原理，可把加工运动看成工件不动，刀尖绕坐标系-XYZ的y轴转并随-XYZ绕坐标系O-XYZ的Z轴转动的复合运动。（2）已加工面的方程设初始位置时，y轴平行与X轴，当坐标系-xyz绕Z轴转动任意角，刀尖在坐标系坐标系-xyz内转动任意角时，设刀尖在坐标系O-XYZ坐标系为M(X，Y，Z）。由以上分析计算可得出，刀尖的运动轨迹，亦即工件一加工面的方程见式（3.1） 式（3.1）式中 表示端铣刀轴线与零件外圆柱面的轴心线（工件回转轴线）错移距离； 表示刀尖运动平面与零件外圆柱面轴心线平行且距离；r 表示铣刀半径； 表示坐标系-xyz绕Z轴转动任意角； 表示刀尖在坐标系坐标系-xyz内转动任意角。（3）已加工面的侧母线方程见式（3.2）在已加工面式(3.1)中，令Y=0，得侧母线方程 式（3.2）亦就是刀尖在运动过程中，通过XOZ平面依次位置。由式(3.2)可知，侧母线左右对称于Z轴，上下对称于XOY平面，下面仅考查X0，Z0的部分。（4）侧母线上极值点 对式(3.2)求导得式（3.3） 式（3.3） 1）驻点a（图3-3） 在上式中若 式（3.4）有 式（3.5） 式（3.6）2）驻点b（图3-3）在上式中若 有 式（3.7）3）端点c（图3-3）设工件高为H，根据加工原理，此加工为对称铣削，选硬质合金刀具直径d=2r=1.8H。因 式（3.8）式中 H工件高度。所以/2 式（3.9）代入式(3.2)得 式（3.10）由此可以得到：在X0，Z0内考查侧母线时，三个几极限点的X坐标关系为： 而侧母线是左、右、上、下对称，所以，其直线度理论误差为图3-3 直线度理论误差3.2.3 参数、值大小及精度本工序主要是圆柱面半径及母线与A（图3-2基准）的平行度要求。本工序的定位误差及外圆柱面的母线直线度误差等，是影响平行度的主要原因。取母线直线度理论误差占工序允许的平行度误差t的1/10即=1/10t）。确定、值的大小取工件半径R=，由图3-4得 式（3.11）通常 即 式（3.12） 式（3.13） 式（3.14）确定、值的精度对式（3.13）全微分，得 式（3.15）对式（3.14）全微分，得 式（3.16） 式（3.17） 图3-4 平行度误差3.2.4 确定相对位置尺寸由图3-1知：本工序t=0.2mm，R=mm，H=125mm。(1)刀具选硬质合金端铣刀：直径d=2r=1.8H=1.8125=225mm；选标准刀具：直径d=250mm 调整至d=250mm(2)铣刀回转轴线与零件工件回转轴线错移距离为=122.1mm,因mm,所以=mm.(3)刀尖回转平面至工件回转轴线距=209.98mm，因mm，所以=mm。3.3铣削用量的确定已知刀具为硬质合金端铣刀以及刀盘直径d=250mm，根据机械加工工艺手册表9.4-3，=0.100.19mm/z,选择=0.10mm/z。根据机械加工工艺手册表9.4-4、表9.4-5、表9.4-7, =1.0mm, =453，=240min， =3，=0.1，=125，Z=26，=250，=0.22，m=0.33，=0.17，=0.1，=0.22，=0。根据机械加工工艺手册表9.4-11，= = =1.0，所以=. .=1.0计算铣削速度： 式（3.18）式中 铣削速度m/min； 铣削条件改变时铣削速度修正系数。代入得， =108.9m/min=138.7r/min式中 铣刀转速r/min.计算铣削力、扭矩和铣削功率 式（3.19）式中 圆周铣削力N铣削条件改变时铣削力修正系数扭矩N.m铣削功率KW根据机械加工工艺手册表9.4-10，=4816，=1.0，=0.75，=1.1，=0.2，=1.3，=1.0代入式（3.19）得，设机床效率=0.8，则实际所须的铣削头功率所以选择TX25A-N型号的铣削头，能满足要求。3.4 确定制蹄片专用铣床总体方案根据对工件的分析，结合工件与刀具之间相对位置以及铣削用量的确定，为了实现工件的加工，该专用铣床应包括以下几部分：夹具、旋转机构、减速器、调整机构、动力部件及床身。各部件的布局具体如图3-5所示。图3-5 制动蹄片圆柱面专用铣床的总体布局以下为各部件的具体作用：受工件外形的限制，夹具的设计有一定的难度，从图3-6可知要加工该零件，只要限制工件的五个自由度就可以满足加工要求，但实际加工中，还得限制工件的自由度才能加工工件。为实现各个自由度的限制，设计了以下夹具，结构如图3-7所示。图3-6 自由度分析图图3-7 夹具工件的定位方案及各定位元件的布置详见第4章夹具设计。机床的旋转部件的主要作用是实现工件的旋转运动,它的具体结构是由蜗杆涡轮组成的传动带动转台，然后转台带动安装在转台上的夹具，从而带动工件转动。调整机构安装在床身上，而调整机构上安装着动力部件，即铣削头。一方面，调整机构把铣削头跟床身连接在一起；另一方面，调整机构起到调节的作用，调整铣削头在两个方向的位置，从而调整了铣刀相对于工件的位置，保证工件加工的精度要求，因此，此机构对于该机床来说，是必要的。此机构在市场上有各种各样的产品，但对于该机床来说，设计一种比较合理。动力部件根据刀盘直径250mm，以及转速选择TX25A-N型号的铣削头。铣削头的作用是完成铣削运动。型号的选择很重要，选择的型号要求满足加工要求，能够提供加工所须的转速。减速器在传动过程中起到减速的作用，它联系着电机及工件，决定了整个传动链的传动比，传动比的准确性很到程度上由减速器来决定，工件的转速也很大程度上靠减速器来保证。因此，减速器的传动比设计很关键。由图3-1可见，床身占了整台机床的一般空间，它起到的作用也是相当的大，是整台机床的框架，床身上安装了调整机构、动力部件及减速器，很明显，床身支撑了整台机床。3.5 确定制动蹄片专用铣床的传动机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置在原动机与工作机之间传递运动和动力，并籍以改变运动得形式、速度大小和转矩大小。传动装置一般包括传动件（齿轮传动、带传动、蜗杆传动、链传动等）和支承件（轴、轴承、机体等）两部分。它的重量和成本在机器中占很大比重，其性能和质量对机器的工作影响也很大。因此合理设计传动方案具有重要意义。传动方案用机构运动简图表达，它能简单明了的表示运动和动力得传递方式和路线以及各部件的组成和联接关系。满足工作机性能要求的传动方案，可以由不同传动传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。一种方案要同时满足这些要求往往是困难的。因此要保证重点要求。为了实现该机床的运转以及保证加工要求的稳定性，设计了以下的传动路线。传动路线总体分为三个部分。第一，根据工件的加工要求，工件的转速比较低，为了实现低转速的转变，采用了蜗杆涡轮的传动来降低转速。第二，为保证电机与蜗杆涡轮的传动连接，实现给定的传动比，因而还设计了减速器。最后，确定电机的型号。这样，整个传动路线就出来了，具体的传动原理如图3-8所示。图3-8 传动原理3.5.1 减速器的类型与选择传动装置中广泛采用减速器，它具有固定传动比、结构紧凑、机体封闭并由较大刚度、传动可靠等特点。一些类型的减速器已经有系列标准，并由专业厂生产，如圆柱齿轮减速器（JB1130-70）、普通圆柱蜗杆减速器（Q/ZB125-73）、NGW型行星齿轮减速器（JB1799-76）等。一般情况下应尽量选用标准减速器，在传动布置、结构尺寸、功率、传动比等由特殊要求，由标准不能选出时，才需要自行设计制造。减速器是一种常见的减速机构，它有许多种类，可分展开式，整体式两大类。展开式可分水平分箱面式，斜面式两种。其特点：下体箱底凸缘抬高，可以减小减素箱中心高度，减小了油池容积，但下箱体加工时比较困难，一般为用露天环境下，而且是大功率的情况下，整体式特点：箱体结构简单，加工方便，但装配比较困难，轴和齿轮的配合，轴承和箱体的配合都比前面的几种要松一些，对承受冲击能力和传动精度有不利影响。一般用于封闭的空间里，受力不大的情况，由以上分析，选择整体式的减速器是比较合适的3.5.2 电动机的类型与选择电动机是专门工厂批量生产的标准部件，实际时要选出具体型号以便购置。选择电动机包括确定类型、结构、容量（功率）和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构比较复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。生产单位一般用三相交流电源，因此无特殊要求时都应选用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步电动机有笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多。我国新设计的Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求得机械上，如金属切削机床、运输机、风机、叫搅拌机等，由于起动性能良好，也适用于某些要求起动转矩较高的机械，如压缩机等。在经常起动、制动和反转的场合（如起重机等），要求电动机转动惯量小和过载能力大，应选用及冶金用三相异步电动机YZ型（笼型）或YZR型（绕线型）。电动机除按功率、转速排成系列之外，为适应不同的输出轴要求和安装需要，电动机机体又有几种安装结构型式。根据不同防护要求，电动机结构还有开启式、防护式、封闭式和防爆式等区别。电动机得额定电压一般为380V。电动机类型要根据电源种类（交流或直流），工作条件（温度、环境、空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质、大小和过载情况），起动性能和起动、制动、反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件来确定。电动机得容量（功率）选的合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证电动机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。电动机得容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机得发热与其运行状态有关。运行状态有三种。即长期连续运行、短时运行和重复短时运行。变载下长期运行的电动机、短时运行得电动机（工作时间短、停歇时间长）和重复短时运行得电动机（工作时间和停歇时间都不长）的容量要按等效功率法计算并校验过载能力和起动转矩，其计算方法可参看有关电力拖动的书籍。此类设计一般为设计不变（或变化较小）载荷下长期连续运行得机械，只要所选电动机的额定功率，即，电动机在工作时就不会过热，通常可以不必校验发热和起动力矩。（1）工作机所需功率工作机所需功率应有机器工作阻力和运动参数确定 式（3.20）式中 工作机所需功率，单位为。有蜗轮和蜗杆的计算结果可知T=576，=31r/min57631/9550=1.86kW（2）电动机的输出功率考虑到传动功率的损耗，电动机输出的功率 = 式（3.21） 式中的为从电动机至工作机主轴之间-的总效率 式（3.22）这里圆柱齿轮、V带、轴承、联轴器机械传递效率分别为0.97，0.96，0.99，0.99。所以=0.86767=1.86/0.86767=2.1436kW，（3）选择电动机的速度同一类型、功率相同的电动机具有多种转速。经过对成本，重量、价格的比较分析得出同步转速为1000r/min最合适。查表20-3（机械设计基础课程设计）得出电动机的型号为Y132M-6，额定功率为2.2kW。3.5.3 传动装置的总传动比及分配计算总传动比，由电动机的满载转速和工作主轴转速可确定传动装置应有的总传动比为 式（3.23）=30.3225传动装置应有的总传动比是各级传动比的连乘积，即 式（3.24） 合理分配传动比，各级转动比如何分配，在机械设计中是一个关键的问题，分配转动比要考虑:1）应使各级传动的结构尺寸协调、匀称。2）应使传动装置外轮廓尺寸紧凑、重量轻。3）在减速器设计中常使各级大齿轮直径相近，以使大齿轮有相接近的浸油深度。4) 应避免传动零件之间发生碰撞。在设计两级卧式减速器时，为使两级的大齿轮有相接近的浸油深度，高速级传动比和低速级的传动比可为初设=1.8，=3.5，=4.63.5.4 计算传动装置的运动和动力参数3.5.4.1 各轴转速各轴的转速为3.5.4.2 各轴的输入功率各轴输入功率分别为 式（3.25） 式中 电动机与1轴之间皮带的效率；包括高速级齿轮轴和1轴的轴上的一对轴承的效率；包括低速级齿轮轴和2轴的轴上的一对轴承的效率。计算=2.112kW=2.028kW=1.948kW3.5.4.3 各轴的输入转矩转动系统中各轴转距为 表3-1 减速器主要动力和运动参数表项目 电动机轴 高速轴1 中间轴2 低速轴3转速(r/min)940522 146.5 31功率(kW)2.2 2.112 2.028 1.948转距() 2.2 38.6 132.2 576转动比0.960.9603 0.96033.5.5 V型带的设计与选择1)确定带轮的直径查机械设计（以下简称机）表13-8选工作带工作情况系数 =1.2功率 式（3.26）式中 表示计算功率； 表示名义传动功率。=1.22.2=2.64 kW根据2.64 kW940 r/min由机图13-5确定选A型，由表13-9取小带轮直径 =105mm大带轮直径 式（3.27）代入数据 （940/522）1050.98185取 185.5mm2）确定V带长度初选中心距 =300mm符合 0.72= 式（3.28）带长得 =600+456.316+5.4=1061.716mm对A带选用基准长度 1100mm 180（）/57 式（3.29）式中 表示小带轮包角。3) V带根数Z Z= 式（3.30）式中 表示单根普通V带所能传递的功率； 表示包角系数； 表示长度系数。 式（3.31）分别查表13-5，13-6得 =1.14代入 =0.31kW查表13-7，13-8得 =0.9=0.98采用化学纤维， =1有内插法可得 =1.55Z=1.637所以 Z=23.5.6 齿轮传动设计由实践可知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面的接触疲劳强度为主，校核弯曲强度。在开式齿轮传动中，目前仅以保证齿根弯曲强度为设计准则。此设计用于闭式齿轮传动，保证齿面的接触疲劳强度为主，校核弯曲强度作为设计准则。3.5.6.1 选择模数材料：大齿轮：45钢，表面淬火，HRC45，小齿轮：45钢，表面淬火，HRC45。齿轮按8级精度制造，载荷系数=1.5，齿宽系数=0.25，由机中的图11-7得：接触疲劳极限：表11-5安全系数 =1.2需用接触应力 由图11-10，弯曲疲劳极限 由表11-5，弯曲安全系数 =1.4许用弯曲应力 小齿轮上的转距 =9.55=3.86初选直齿轮的齿数 =23，=82，=21，=97它们的齿形系数和应力校正系数分别为2.69，1.575；2.22，1.78；2.76，1.56；2.19，1.79。由于一、二轴均为齿轮轴，所以只用按大齿轮的弯强，齿轮2的模数即可， 式（3.32）式中 表示齿形系数；表示应力修正系数。代入数据，1.951取 m=2应用3-12计算齿轮4，m1.6708取 m=2所以整个齿轮组系的模数取2。1、2齿轮中心距=105mm齿宽 =0.25105=26.25mm取30mm，大齿轮取30mm，小齿轮取36mm。3、4齿轮中心距=118mm齿宽 =0.25118=29.5mm取30mm。大齿轮取30mm，小齿轮取36mm。由校核公式 式（3.33）式中 K 表示载荷系数； B 表示齿轮宽度； 表示节点区域系数； 表示弹性系数。标准直齿轮=时，=2.5，为弹性影响系数锻钢-锻钢，189.9取分别校核大齿轮2和4。 对于大齿轮2：=189.92.5=749.781958满足要求。对于大齿轮4：=189.92.5=1288.981552满足要求。3.5.7 轴的校核轴是减速器中结构性较强的部件，其他部件均通过装配在其上，实现可靠的工作，除了满足结构上的需要，轴要具有足够的强度、刚度。因此对轴的危险区域要进行校核。 图3-9 减速箱剖视图由于第一轴所受的力不大，不会存在刚度不足的情况，如上图3-2最危险截面应出现在第二轴的小齿轮的轴头上，所以应对其校核。分析计算：=1612.2=586.8=5938.20=2161.3图3-10 轴受力分析简图由以上分析和计算列方程组 式（3.34）代入数据=37mm，=91mm，=141mm。计算得=1199.135N，=1548.86N。画出扭距和力距图 式（3.35）图3-11 轴的力矩图因为轴的扭切应力为脉动循环变应力取折合系数=0.6，代入数据=346289.3491轴为45钢，调质处理，由表中14-1查得=650由表14-3查得许用弯曲应力=60 式（3.36）代入数据38.645mm而轴头的直径为35mm。然不能满足要求，必须扩大直径，或更换材料。由于轴的直径扩大，会产生一系列的尺寸更改，同时由于轴的体积和尺寸很小，更换材料其成本也不会有多大的提高。材料中40较为合适。重新校核33.8mm35mm可以满足要求。3.5.8 轴承的选择与校核 此机床的工作环境是六年就需要大修，每天需要工作10个小时。根据此要求选择轴承的直径， 由此=360610=21600，第二轴轴承的选择。若第二轴轴承满足，其他轴一定也满足。求比值，=0初步计算当量动载荷，根据式（13-8a）= 式（3.37）按照表13-6，=，取=1.2。按照表13-5，=1，=0，=1.211548.86=1858.632N根据（13-6）式，求轴承应有的基本额定动载荷=10483.05N按照轴承设计手册选择=43200N的6002轴承，由于结构的需要，轴的直径需为30mm,所以所选轴承直径大于理论直径，二轴轴承的型号为6006，直径为30mm。3.5.9 键的校核平键在传递扭距时，对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键连接，其主要失效形式是工作面被压溃，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上的挤压进行强度校核。 式（3.38）带轮平键的校核，由式（3.27）得二轴上平键校核三轴上平键校核由以上校核减速器上的键全部符合要求。4 专用机床夹具的设计4.1机床夹具概述夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备，分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具和检验夹具等。各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。1）机床夹具 机床夹具是机械制造中一项重要的工艺装备。工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。为了克服切削过程中工件受外力(切削力，惯性力，重力等)的作用而破坏定位，还必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。定位和夹紧两个过程的综合称为装夹，完成工件装夹的工艺装备称为机床夹具。2）工件的安装 在机床上加工工件时，为了保证工件被加工表面的尺寸，几何形状及相互位置精度方面的要求，事先必须将工件正确地安装到机床加工位置上去。工件的安装一般包括定位和夹紧两个过程：即首先应使工件相对于机床及刀具占有一个正确的位置，这就是工件的定位，然后将工件固紧在这一既定位置上，使之不因受切削力、重力、离心力或惯性力作用而发生位置改变，这就是工件的夹紧。工件的安装一般有两种方式：直接在机床工作台或通用夹具上安装；采用专用夹具安装。3）机床夹具的组成和分类机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为下面几个部分。（1） 定位装置 定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。（2） 夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据得正确位置。（3） 对刀或导向装置对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。（4） 连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。（5） 夹具体夹具体是夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体。（6） 其他装置或元件它们是指夹具中特殊需要而设置的装置或元件