毕业设计（论文）-C5225型立式车床减速箱设计.doc

济南大学毕业设计17摘 要机床减速器在立式车床中起着举足轻重的作用，对机床精度、加工速度稳定性及操作性有很大影响，进而它的研究与设计成为具有现实意义的重要课题。本次课程设计内容为C5225型立式车床减速箱设计，主要是针对减速箱传动系统和换速系统设计与计算，实现传动比为1:4.6和1:1.5两种变速。设计过程灵活运用理论知识并有效地结合实际，在满足使用要求的前提下优化设计细节，降低减速箱制造成本。设计原理为电动机输出扭矩通过皮带穿给一级减速齿轮，一级减速齿轮扭矩传递给二级减速齿轮进而减速输出，其中液压缸驱动滑移齿轮控制联轴器啮合与脱开实现两种不同减速比减速。 经过对各部件的校核现已确定此次设计满足设计要求。皮带松紧可通过电动机座箱体上螺母旋转推动机座沿导轨移动实现，换速机构采用液压驱动拨叉直线式拨动滑移齿轮实现变速，该机构设计新颖便于操作并且具有较高的精度和可靠性。此减速器整体具有很高实用性，是大型立式车床减速器优选。关键字：减速箱；齿轮传动系统；拨叉换速机构。ABSTRACTThe vertical form fill seal machine gear lathe playing a very important role in the processing speed of machine tools, stability and illustrate just a great influence. its research and design to become a reality of the important topics.The curriculum design the content to stand down the lathe c5225 type design is primarily directed at the slow down the drive system and change the system design, implementation and calculation drive ratio to 1: 1: 1.5 two variable speed. the design process use the theoretical knowledge and effectively combined in practice, the needs of the design details and optimizes speed of the manufacturing cost. After checking for each component has determined the design and meet the design requirements. Belt by electric base cabinet firmness on standby push along rails rotating nut, change quickly move by hydraulic driving fork linear strike slipping gear speed, the realization mechanism design novel is easy to operate and has high precision and reliability. The whole high practicability, gear reducer is large vertical lathe.Keyword ： the speed of transmission ； for speed dialing and institutions.目 录摘 要IABSTRACTII1前言11.1 减速器国内外研究现状11.2 减速器的组成11.3 预期研究结果12设计计算及说明22.1 传动方案的拟定22.2 电动机的选择22.2.1 电机类型和结构型式22.3 传动装置的运动和动力参数的选择和计算32.3.1 计算传动装置总传动比和分配各级传动比32.3.2计算传动装置的运动和动力参数42.4V 带的设计42.4.1 确定计算功率42.4.2 确定带轮的基准直径并验算带速52.4.3 计算带的根数62.4.4带轮的结构设计62.5 齿轮的设计62.5.1 选定一级齿轮类型、精度等级、材料及齿数72.5.2 按齿面接触强度设计72.5.3 按齿根弯曲强度设计82.5.4 几何尺寸计算92.5.5选定齿轮类型、精度等级、材料92.6 轴的设计92.6.1 II轴设计计算92.6.2 III轴设计计算112.6.3 IV轴设计计算122.7 滚动轴承的选择和计算132.8 键联接的选择和计算142.9 减速箱附件的选择和密封类型的选择142.9.1 润滑与密封：142.10 箱体的设计153结 论16参考文献17致谢18 1前言1.1 减速器国内外研究现状近几年国内减速器行业在品种和规格及参数覆盖范围不断扩展，产品质量已达到国外先进工业国家同类产品水平，可以承担起为国民经济各行业提供传动装置配套的重任，部分产品已远销欧美和东南亚地区。目前，新一代减速器在性能参数上进一步优化，而且在系列设计上完全遵从模块化设计原则，使产品更加美观，更加适宜组织批量生产。总体而言，我国减速器近几年发展取得较大成果，但与国外同行特别是精密减速器研发方向仍具有较大差距，需要我国减速器行业摒弃杂而不精的观念，努力提升产品的精度与质量竞争力。1.2 减速器的组成 立式车床减速器主要由以下部分组成： （1）动力装置 动力装置主要是电动机输出扭矩通过皮带等传动装置传到减速器。 （2）传动系统 二级圆柱齿轮减速器传动系统主要是一级减速齿轮和二级减速齿轮组成， 以传动扭矩和达到相应减速比输出效果。 （3）支承部件 用于安装和支承其他部件和工件，主要包括减速器箱体和其它辅助支撑部件。 （4）润滑装置 有减少摩擦、避免发热、防止机器磨损等作用，主要有浸入润滑和集中喷射润滑等。 （5）密封装置 密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件或措施，包括端盖、毡圈等。1.3 预期研究结果 电动机扭矩经皮带传动到一级和二级减速齿轮，经液压缸驱动滑移齿轮控制联轴器啮合达到1:1.5和1:4.6两种传动比平稳输出。2设计计算及说明2.1 传动方案的拟定根据要求电机与减速器间选用V带传动，减速器为二级圆柱直齿齿轮减速器，传动系统图如下：图2.1 C5225型立式车床减速箱传动系统图2.2 电动机的选择2.2.1 电机类型和结构型式根据功率及工作机工作条件，工作平稳，选用Y系列电机，封闭结构。电动机容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。小于工作要求，不能保证正常工作，长期过载发热量大而过早损坏；容量过大则电动机价格高，增加电能消耗，造成很大浪费。由已有的标准的电机可知，选择的电机的额定功率 P=55 Kw。1、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率： (2)电机所需的工作功率：2、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：按机械课程设计上机与设计，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围=35。取V带传动比=24，则总传动比范围为=620。故电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有750、1000、和1500r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选额定转速n=1000r/min，3、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，由机械设计课程上机与设计可查出符合要求的电动机为封闭式Y（IP44）系列的鼠笼型三相交流异步电动机，型号为：Y160m-4。其主要性能：额定功率：11KW，满载转速970r/min，额定转矩2.0。电动机选取表如下：表2.1 电机选取参数表类型额定功率（Kw）电动机同步转速（r/min）满载转速（r/min）电动机质量(Kg)V带传动比价格比Y250M-455150014804271：117.8备注：额定电压380V。 2.3 传动装置的运动和动力参数的选择和计算2.3.1 计算传动装置总传动比和分配各级传动比(1)传动装置总传动比减速箱有高低两种传动比，减速比分别是1:1.5和1:4.6；(2）分配各级传动比取V带传动的传动比为i1=1；当减速比为1:4.6时，滑移齿轮7与齿轮4啮合高速齿轮传动比为i2=1.11.4i；所以由i= i1 i2i3取i2=2.0 i3=2.3当减速比为1：1.5时，滑移齿轮7和齿轮6啮合I2=2.0 i2 i4 = 1.5取i4 =0.752.3.2 计算传动装置的运动和动力参数(1)各轴转速电动机轴：V带轮轴：小齿轮轴：大齿轮轴： (2)各轴输入功率电动机轴： V带轮轴：小齿轮轴：大齿轮轴：(3)各轴输入转矩电动机轴：V带轮轴：小齿轮轴：大齿轮轴：2.4V 带的设计选用普通V带传动，由参考书外加带及链传动的传动比最好控制在1.52.5，以避免从动轮尺寸过大，初步选定一个传动比=2.4。2.4.1 选择V带的带型根据P及n由选用A型带:图2.2 A型V带截面图表2.2 A型V带截面尺寸参数表项目参数值节宽b/mm11顶宽b/mm13高度h/mm8横截面积A/mm81楔角/402.4.2 确定带轮的基准直径d并验算带速(1）由机械设计手册查得，取带轮的基准直径d=300mm(2）验算带速VV=3.14300148060100023.24m/s由于5m/sv30m/s,满足带速要求。(3）计算大带轮的基准直径d= d=300mm2.4.3 计算带的根数(1）计算单根带的额定功率P查机械设计手册，由d=300mm和n=1480r/min 查表得 P=7.76KW(2）z=66/7.768.5所以选用大于等于9根V带，现取10根。2.4.4 带轮的结构设计 带轮槽型局部剖视图如下：图2.3 V带轮的槽形表2.3 V带轮的槽形的尺寸参数表项目参数值项目参数值b/mm11/mm6h/mm3r/mm0.5h/mm9d/mm106e/mm15/38f/mm10r/mm0.5备注：由 n= 1480 r/min选择带轮的材料为铸钢；2.5 齿轮的设计2.5.1 选定一级齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1）根据要求的传动方案，选用标准斜齿圆柱齿轮(2）传送设备的速度较高，故选用6级精度（GB 1009588）(3）材料选择。小齿轮选用40Cr钢（调质）硬度为280HBS，大齿轮选用45钢（调质）硬度为240HBS(4）试选小齿轮齿数Z133，大齿轮齿数Z2 iZ=66；2.5.2 按齿面接触强度设计根据软齿面闭式齿轮传动准则，应首先按齿面接触强度设计公式进行设计计算，然后再按软齿面弯曲强度验算公式进行验算。由机械设计基础P171，可知设计计算公式为： （2.2）1.计算小齿轮上的转矩为：；选取载荷系数K，按机械设计基础P169表11-3上，取；选取齿宽系数，按机械设计基础P175表11-6，（0.81.4）取。因代入公式计算。2.初算中心距， 3. 确定齿数和模数齿数：；模数：；按机械设计基础P57表4-1，取标准模数。4. 确定中心距和齿宽中心距：；齿 宽：。圆取整数。2.5.3 按齿根弯曲强度设计由机械设计基础P172式11-5，可知轮齿弯曲强度的验算公式为：齿形系数，由机械设计基础P173表11-8得；应力修正系数，由机械设计基础P174表11-9得：；分别验算两轮的齿根弯曲强度验算结果：齿轮弯曲强度满足要求。2.5.4 几何尺寸计算确定齿轮的主要几何尺寸：分度圆直径：齿顶圆直径：齿跟圆直径： 2.5.5 选定齿轮类型、精度等级、材料滑移齿轮7与齿轮6啮合，此时齿轮5和齿轮6啮合传递力矩。(1）根据要求的传动方案，选用标准斜齿圆柱齿轮。(2）传送设备的速度不高，故选用7级精度（GB 1009588）。(3）材料选择。小齿轮选用40Cr钢（调质+b表面淬火）齿面硬度约为50HRC，齿芯部分的硬度约为260HBS,大齿轮选用45钢（调质）硬度为220HBS。2.6 轴的设计计算2.6.1 II轴设计计算：（1）找出输入轴上的功率P、转速n和转矩TP2=52.25Kw n2=1480r/min T2 =338.77 Nm选取轴的材料万为45钢，调质处理。根据机械设计手册取A的值为112由此确定最小轴的直径d=36.9mm （2.6）（2）求作用在齿轮上的受力Ft=18.36KNFr=Ft=6.68kn（=20） （2.7）（3）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，如图：图2.4 轴II零件图从左到右1）第一段轴用于安装带轮（经过受力分析满足要求），外形尺寸为:直径86mm，长度为220mm。2) 第二段轴安装齿轮和调心滚子轴承22320C，其上采用轴套定位，外形尺寸：直径100mm，长度205mm.3）第三段用于安装调心滚子轴承22319C，取直径为85mm,长度为60mm。（4）载荷分析将带轮的压轴力F看作水平。1）弯矩在水平面内F=1.5(F)=3353NFt=4272N求得支反力F=6055NF=1570N水平面内最大的弯矩在B断面内，M=330271NmmM=120890 Nmm在铅垂面内Fr= 1555N求得支反力F=491NF=1064N铅垂面内最大的弯矩在C断面内，M=81997 NmmM=0经两弯矩合成，最大的弯矩在B断面内，其值为330271 Nmm2）转矩在轴截面内将转矩看作相等，忽略摩擦转矩则在轴截面内有恒转矩T=170.89 Nm（5）校核轴的强度轴的危险截面在B截面，求其当量弯矩MM= （2.8）由于转矩T产生的切应力为脉动循环变应力，取=0.6则，M=/1000=345.82 Nm=20.79MPa=60 MPa故可以认为轴II安全。2.6.2 III轴设计计算（1）找出输入轴上的功率P、转速n和转矩TP3=49.66Kw n3=740r/min T3=640.88N.m选取轴的材料万为45钢，调质处理。取A的值为112由此确定最小轴的直径d=46.5mm （2.9）（2）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案轴III图2.5 轴III零件图从左到右：1）第一段轴用于安装调心滚子轴承22320,取直径为100mm，长度为80mm。用套筒和端盖进行轴向定位。2）第二段为花键轴用于安装齿轮2、齿轮3、齿轮5，花键部分选用10x102x108x16，长度为363mm，齿轮3和齿轮5之间采用轴套轴向定位。3）第三段为轴用于安装调心滚子轴承22320,取直径为100mm，长度为80mm。轴承和齿轮5之间采用轴套定位。4）第四段轴用于安装推力球轴承，直径为85 mm，长度为33 mm。（3）载荷分析1）弯矩在水平面内F=10825NF=4272N求得支反力F=-8750NF=-6347N水平面内最大的弯矩在第二段内，M=686875NmmM=485546 Nmm在铅垂面内F= 3940NF= 1555N求得支反力F=2240NF=144NM=174557 NmmM=11047 Nmm经两弯矩合成，最大的弯矩在第二段轴截面内，其值为709037Nmm2）转矩整根轴内将转矩看作相等，忽略摩擦转矩，有恒转矩T=640.88Nm（4）校核轴的强度轴III的危险截面在B截面，求其当量弯矩MM= （2.10）由于转矩T产生的切应力为脉动循环变应力，取=0.6则，M=/1000=829.557 Nm=47.24MPa=60 MPa故可以认为轴III安全。2.6.3 IV轴设计计算（1）因IV轴上有滑移齿轮，故有两种不同转速和转矩。当齿轮7与齿轮4啮合时，轴上的功率P4=47.2KW n4=321.74 r/min T4=1401 Nm.当齿轮7和齿轮4啮合时，轴上功率P4=47.2kw，n4=986.7 r/min,T4=456.85 Nm.（2）初步确定轴的最小直径选取轴的材料为为45钢，调质处理。取A的值为112，于是d=59mm （2.11）（3）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案图2.6 轴IV零件图从右到左：1）第一段轴用于安装调心滚子轴承22320，取直径为100mm，长度为80mm。2）第二段轴用于安装齿轮4和输出齿轮8以及深沟球轴承，两端分别采用轴套和弹性挡圈定位，取直径为130mm，长度为138mm。3）第三段为花键轴，用于安装滑移齿轮7，花键轴尺寸为10x112x125x184）第四段用于安装深沟球轴承，直径为110mm，长度为36mm。5）第五段安装调心滚子轴承22320，采用轴套轴向定位。6）第六段用于安装推力球轴承51317,52317，轴端采用端盖定位。2.7 滚动轴承的选择和计算减速器中选用了深沟球轴承和调心滚子轴承及推力球轴承，轴承型号参数如下：表2.4 轴承参数表型号配合的轴内径（mm）外径(mm)宽度(mm)22330轴II1602406022320轴II1001807322317轴II851806022320轴III1001807322320轴III1001807351317轴III851504922320轴IV1002157322323轴IV1301807322320轴IV1002157351317轴IV85150492.8 键联接的选择和计算选择用平键，且材料为钢制。表2.5 平键参数表工作功用型号（平键）安装部位直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）传递的转矩(N.m)挤压应力(Mpa)许用挤压应力连接带轮2514110861108354.938.93110连接齿轮12816801008010338.7786.99110连接齿轮8281680130808140196.231102.9 减速箱附件的选择和密封类型的选择通 气 器：由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M181.5，油面指示器：选用游标尺M16，起 吊 装置：采用箱盖吊耳、箱座吊耳，放 油 螺塞：选用外六角油塞及垫片M161.5。2.9.1 润滑与密封：1.齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。2.滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。3.润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。4. 密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为FZ/T92I10-912.10 箱体的设计根据设计的零件尺寸大小选择用整体铸造式箱体，材料使用HT200，对铸造箱体加工后进行箱体内壁进行涂耐油油漆处理，对外壁进行防锈油漆处理.表2.6 箱体的主要结构尺寸名称符号及数值（mm）箱体壁厚=50箱盖壁厚=30加强肋厚m=8地脚螺钉直径d=20地脚螺钉数目8轴承旁联接螺栓直径d=15箱盖、箱座联接螺栓直径d=12轴承盖螺钉直径和数目d=10,n=6观察孔盖螺钉直径d=83结 论课程设计中我主要完成了C5225型立式车床减速箱设计，其中主要工作为减速箱传动系统设计。此型号减速箱结构简单，可以实现两种传动比减速，工作平稳可靠，提高机床工作运转稳定性和可操作性，适用于C5225型等大型车床配套使用。此次减速箱设计满足前期的各项技术要求，达到预期效果。减速箱的主要工作原理是：电动机所提供的原动力经带轮皮带传送到减速箱一级减速齿轮，后经齿轮传动到二级齿轮。二级齿轮两对同时啮合，其中一对齿轮在滑移齿轮啮合下传递扭矩，另一对齿轮空转，采用另一传动比时反之实现二级减速。输出扭矩齿轮位于轴IV，进而与车床工作台齿轮啮合实现减速目的。在设计计算过程中同时也出现了不少设计困难，经过多方面查阅与研究最终设计圆满完成。此型号减速箱维护方便、应用广泛、实用性极强，具有很高的推广价值，相信在今后的完善与改进的过程中，此款减速箱将成为大型机床减速箱成员中日益显著的一员。参考文献1 濮良贵，纪名刚主编.机械设计M.第八版.北京：高等教育出版社，20062 罗良武，王常娟主编.工程图学及计算机绘图M.第一版.北京：机械工业出版社，2003.23 毕承恩主编.现代数控机床M.北京：机械工业出版，19914 顾熙棠，等主编.金属切削机床.上海：上海科学技术出版社，19935 周开勤主编，机械零件手册M，4版.北京：高等教育出版社，19946 王昆，何小柏，汪信远主编，机械设计课程设计M，高等教育出版社， 1995年12月7 洪钟德主编，简明机械设计手册M，第一版同济大学出版社， 2002年5月8 周明衡主编，减速器选用手册M，化学工业出版社，第一版. 2002年6月9 廖念钊，古莹庵，莫雨松，李硕根，杨兴骏编，互换性与技术测量（第四版）M，中国计量出版社， 2001年1月10 齿轮手册编委会.齿轮手册.北京：机械工业出版社.199011 减速器实用技术手册编委会.减速器使用技术手册.北京：机械工业出版社.199212 潘淑清.几何精度规范学M.北京：北京理工大学出版社.200313 刘鸿文主