毕业设计（论文）-单面双轴专用铣床传动装置、齿轮和轴的设计.doc

全套图纸加扣3012250582河南机电高等专科学校毕业设计说明书（论文） 论文题目：单面双轴专用铣床设计 传动装置、齿轮1,2和轴0的设计系 部： 机械工程系 专 业： 机械制造与自动化班 级： 机制114班 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2014年 4 月 12 日目录摘要1第1章.机械传动装置总体设计11.1 引言11.2 拟定传动方案1第2章. 选择电动机32.1传动装置的总传动比及其分配32.2 计算传动装置的运动和动力参数3第3章齿轮1、齿轮2设计计算63.1选择齿轮材料、热处理、齿面硬度、精度等级及齿数63.2按齿面接触疲劳强度设计63.3按齿根弯曲强度设计93.4几何尺寸计算103.5 结构设计11第4章. 轴0的结构设计以及计算11轴0示意图4-1124.1 初步估算轴的最小直径124.2 轴的结构设计124.3 轴上零件的周向固定134.4 定向轴肩处的圆角半径R134.5 轴的受力分析以及轴的校核14第5章.轴1的结构设计以及计算185.1 初步估算轴的最小直径185.2轴的结构设计185.3轴上零件的周向固定195.4定向轴肩处的圆角半径R的值195.5 轴的受力分析以及轴的校核19第6章.润滑与密封256.1 润滑方式的选择256.2密封方式的选择256.3润滑油的选择25第7章.箱体的设计267.1箱体材料267.2箱体的设计要点：267.3箱体结构应具有良好的工艺性26设计总结28致 谢29参考文献30摘要此次设计是关于单面两轴专用铣床，设计内容包括：课题来源及现实意义，传动装置的总体设计、轴和齿轮的设计以及传动密封和润滑的设计。其中涉及到机械制造及自动化专业的各科专业课程，包机械原理、机械设计、机械制造工艺学、材料力学、理论力学等，设计内容包括机械传动装置总体设计、轴和齿轮的设计、箱体的设计。设计包含设计的整个流程，涉及了与专业结核性较强的课题。铣床设计是一个综合机械生产全面性课题，培养了自己的综合能力、自学能力，从而适应未来社会的需要与科学技术的发展需要。关 键 词：单面双轴专用铣床 传动装置 齿轮 轴Abstract The design is on one side and two-axis dedicated milling machine, the design elements include: subject sources and practical significance, the overall design of the gears, shafts and gears, and transmission seals and lubrication design. Involving multi-disciplinary professional courses in Mechanical Manufacture and Automation, package mechanical principles, mechanical design, mechanical manufacturing technology, materials, mechanics, theoretical mechanics, design elements include the overall design of mechanical transmission, shaft and gear design, the box design.The design consists of the design process, involving a strong and professional tuberculous subject. The milling machine design is a comprehensive machinery to produce a comprehensive subject and develop their own comprehensive ability, self-learning ability to adapt to future needs of the community of science and technology development needs.Key words：one side and two-axis dedicated milling machine gearing Gear shaf第1章 机械传动装置总体设计1.1 引言传动装置总体设计的任务是拟定传动方案、选择电动机、确定总传动比并合理分配传动比以及计算传动装置的运动和动力参数，为各级传动零件设计、装配图设计做准备。1.2 拟定传动方案图1-11.2.1 拟定传动方案的任务传动方案一般用运动简图表示（见图1-1）。拟定传动方案就是根据工作机的功能要求和工作条件，选择合适的传动机构类型，确定各类传动机构的布置顺序以及各组成部分的联接方式，绘出传动装置的运动简图。1.2.2选择传动机构类型选择电机Y225M-6型卧式在扭矩输出方面没有其他的传动方式可以超过，因此一般要求极高扭矩输出的情况下使用。可以通过齿轮组的切换得到不同的转速比，从而适应更广泛的加工需求。大、中型数控机床采用这种变速方式。通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。而带传动通常是减速传动，以期用较小的电机获得更好的低速性能，但无法实现传速比的切换。高端镗铣类数控设备上已经很少看到这种传动方式了。主要应用于转速较高、变速范围不大的机床.根据本设计和生产要求选择齿轮传动。1.2.3多级传动的合理布置传动装置需要选用不同的传动机构，以多级传动方式组成。其中传动能力较小的联轴器布置在高速级，有利于整个传动系统机构紧凑、匀称。同时，联轴器传动布置在高速级有利于发挥其传动平稳、缓冲吸振、减少噪声的特点，而闭式齿轮传动布置在速度较低的轴上。第2章 选择电动机 电动机，额定功率为30KW，电机转速为980 r/min，参考机械设计课程设计手册表12-1。安装D=55，参考机械设计课程设计手册 表12-9螺栓直径M12。2.1传动装置的总传动比及其分配2.2.1 计算总传动比由电动机转速和输出的的转速可确定传动装置应有的总传动比为：，取i=10传动装置总传动比是各级传动比的连乘积，即2.2.2 合理分配各级传动比由i=10，初选2.2 计算传动装置的运动和动力参数由机械设计课程设计手册表1-7可知：闭式圆柱齿轮传动效率为0.960.98，选,联轴器传动效率为0.990.995，选,滚动轴承2.2.1各轴转速n(r/min) 2.2.2各轴输入功率各轴输入功率分别为：2.2.3 各轴输入转矩各轴输入转矩分别为：表2-1轴名功率转矩转速电机轴30289.429800轴29.7289.429801轴28.52555844902轴27.391067.652453轴26.301025.162454轴25.262297.45102第3章 齿轮1、齿轮2设计计算3.1选择齿轮材料、热处理、齿面硬度、精度等级及齿数3.1.1选择精度等级铣床为一般工作机器，速度不高，故齿轮选用7级精度。3.1.2 选取齿轮材料、热处理方法及齿面硬度虽传递功率较大，但转速不高，选用软齿面齿轮传动。齿轮选用便于制造且价格便宜的材料，小齿轮（齿轮1）：40Cr(调制处理)，硬度为280HBS；大齿轮（齿轮2）：45钢(调制处理)，硬度为240HBS,两者材料硬度差为40HBS。3.1.3 选齿数选小齿轮齿数，。因选用闭式软齿面传动，故按齿面接触疲劳强度设计，然后校核其弯曲疲劳强度。3.2按齿面接触疲劳强度设计3.2.1按机械设计，设计公式 (3-1) 1）初选载荷系数试选载荷系数2）小齿轮传递转矩3）选取齿宽系数由机械设计表10-7，选齿宽系数4）区域系数由机械设计表10-30，查取弹性系数5）材料的弹性影响系数由表10-6查的=6）接触疲劳强度极限、由机械设计图10-21d，按齿面硬度查的大小齿轮的接触疲劳强度7）接触应力循环次数、设齿轮工作寿命为10年（每年工作300天），双班制由机械设计 ，=60x980x1x(2x8x300x15)=4.233x8）接触疲劳强度寿命系数由机械设计图10-19 查取接受疲劳强度系数 9）接触疲劳强度寿命系数取失效概率为1%，接触强度最小安全系数10）计算许用接触应力由机械设计 （3-2）带入数据得到11) 由机械设计图10-26查的则12）试算小齿轮分度圆直径 =13）计算圆周速度14）计算齿宽b及模数b=15）计算纵向重合度=0.31816）确定载荷系数由机械设计表10-2查取使用系数，由由机械设计图10-8，动载荷系数，由机械设计表10-4查的,机械设计表10-13，故载荷系数K=17）修正小齿轮分度圆直径105mm18）计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计3.3.1由机械设计 （3-3）1） 计算载荷系数=1.x1.13x1.4x1.35=2.672) 根据纵向度由机械设计图10-28查的螺旋角影响系数3）计算当量齿数 4）查取齿行系数由机械设计表10-5查得 5）查取应力校正系数 由机械设计表10-5查得 6）计算弯曲疲劳许用应力由机械设计图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限弯曲疲劳寿命系数 ,取得弯曲疲劳安全系数为S=1.4,由机械设计式10-12 （3-4）得 7) 计算大小齿轮的并加以比较 ，大齿轮的数值大8) 设计计算 = 3.2mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根接触疲劳强度计算的法面模数，取可以满足弯曲强度，但是为了满足接触疲劳强度，需按照接触疲劳强的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由取得到则3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距 a=将中心距圆整为155mm。3.4.2修正螺旋角因为值改变不多所以不用修改3.4.3计算大小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取得104mm,3.5 结构设计以大齿轮为例，因为齿轮的齿顶圆直径大于160mm而小于500mm所以选择腹板式结构，其他有关尺寸按推荐用的结构尺寸设计，并绘制工作图。(见零件图)小齿轮由于，做成实心结构的齿轮。（见零件图）第4章 轴0的结构设计以及计算轴0示意图4-14.1 初步估算轴的最小直径选择轴的材料为45钢，调质处理。由机械设计表15-3查的，于是得输入轴的最小直径显然是安装联轴器的直径，为了使所选择的直径与联轴器的孔径相适合，故需要选取联轴器的型号。联轴器的转矩按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，查机械课程设计手册表8-6，选用LTZ7,弹性柱套销联轴器，公称转矩为500，半联轴器的孔径故取=55mm。半联轴器的长度L=112mm。配合的轮毂长度4.2 轴的结构设计4.2.1拟定轴上零件的装配方案轴上的大部分零件包括轴承、小齿轮和多个圆螺母由轴左端依次装配，仅右端轴承、圆螺母由轴右端装配。4.2.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）由半联轴器的安装配合知 =55mm，=82mm2）两轴承一端采用轴肩定位外，另外一端依然是采用双圈螺母和止动垫圈相配合来定位 =58mm，=4mm3）装轴承段：该段轴径由滚动轴承的内圈孔来决定，轴承型号为圆锥滚子轴承30212C，尺寸为，故取=60mm，轴段3的长度由滚动轴承宽度B和部分挡圈宽度确定，取=30mm4）装小齿轮段：根据小带轮设计尺寸，故=66mm，已知齿轮轮毂的宽度为103mm，故5）齿轮的右端采用轴肩定位。轴肩高度知 =70mm，=4mm6）由于轴上又有削弱螺纹，会使轴的疲劳强度降低，固采用双全螺母和止动垫圈固定轴端的零件，为了使定位可靠，其轴上削制螺纹段与装齿轮2段之间的应该设有退到刀槽 =50mm， =80mm7）装轴承段：该段轴径由滚动轴承的内圈孔来决定，轴承型号为圆锥滚子轴承30212C，尺寸为，故取=60mm，轴段3的长度由滚动轴承宽度B，取=24mm.4.3 轴上零件的周向固定小齿轮与轴的周向固定采用平键联接。同时为了保证带轮与轴的良好对中性，根据查机械设计表6-1的平键截面20x12x50，采用H7/js6的配合，滚动轴承与轴的周向定位由过的配合来保证配合为js6，螺母采用螺纹联接，联轴器与轴的连接.根据选择平键16x10x70、采用H7/js6的配合。4.4 定向轴肩处的圆角半径R见查机械设计表15-2轴端倒角取4.5 轴的受力分析以及轴的校核4.5.1作用在齿轮上的力=100而即圆周力、径向力及带作用在轴上的力4.5.2根据轴的结构图做出轴的结构简图在确定的轴承的支点位置a=23mm，因此作为简支梁的轴的支承跨距为，由理论力学（I）做出受力图：4.5.3计算支承反力由材料力学的弯扭计算以及受力分析得：，求的在垂直面上 由 得 而 求得总支承反力： 4.5.4画出弯矩图故4.5.5轴的强度校核对于单向转动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，取折合系数为，对弯扭合成最大截面 C左侧剖面其中,d=66mm,带入数据计算得11.57MPa=60MPa对轴径尺寸最小截面 只受扭矩作用其中=其中d=55mm故=8.8MPa=155MPa故安全4.5.6校核键的强度齿轮和轴的配合键20x12x50 ，根据=66mm，求得MPa半联轴器和轴配合键16x10x70 ，根据=55mm，求得查机械设计表6-2的=100120MPa故强度足够4.5.7校核轴承寿命轴承1 轴承2 因此轴承1为受载较大的轴承，按照轴承1计算故=14000h38400h故选择的轴承满足寿命要求。第5章 轴1的结构设计以及计算图5-1考虑到轴上的两个齿轮分别是由轴的两端装拆，并且0轴上的齿轮与1轴上的齿轮不发生干涉现象，其中齿轮2一端除了采用轴环轴肩定位以外，另一端可以采用垫定位。如果采用套筒定位的话，会使得零件之间的间距过大，这样会增加结构的重量，所以最好是采用圆螺母和止动动垫圈定位，圆螺母固定可靠，装拆方便，可以承受较大的轴向力。5.1 初步估算轴的最小直径选择轴的材料为45钢，调质处理。由机械设计表15-3查的，于是得，故取 =60mm5.2轴的结构设计5.2.1拟定轴上零件的装配方案如上图所示5.2.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）装轴承段：该段轴径由滚动轴承的内圈孔来决定，轴承型号为圆锥滚子轴承30212C，尺寸为，故取=60mm=，=30mm2）此处存在轴肩知轴肩高度，=64mm， =4mm3）装大齿轮2段：根据大齿轮设计尺寸，故=65mm，已知齿轮轮毂的宽度为104mm，轴段长度应比轮毂宽度小，故4）齿轮的右端采用轴肩定位。轴肩高度知 =70mm，=4mm5）装小齿轮3段：根据小齿轮设计尺寸，故=80mm，已知齿轮轮毂的宽度为62mm，轴段长度应比轮毂宽度小，故 6）由于轴上又有削弱螺纹，会使轴的疲劳强度降低，固采用双全螺母和止动垫圈固定轴端的零件，为了使定位可靠，其轴上削制螺纹段与装齿轮3段之间的应该设有退到刀槽 所以，=48mm7）装轴承段（第7段）：该段轴径由滚动轴承的内圈孔来决定，轴承型号为圆锥滚子轴承30212C，尺寸为，故取=60mm，轴段3的长度由滚动轴承宽度B，取=30mm.5.3轴上零件的周向固定齿轮与轴的周向固定采用平键联接。同时为了保证带轮与轴的良好对中性，根据=65mm查机械设计表6-1的平键截面22x14x100，采用H7/js6的配合，滚动轴承与轴的周向定位由过的配合来保证配合为js6，螺母采用螺纹联接 5.4定向轴肩处的圆角半径R的值见机械设计表15-2轴端倒角取5.5 轴的受力分析以及轴的校核5.5.1作用在齿轮上的力作用在齿轮2的力 作用在齿轮3的力 5.5.2根据轴的结构图做出轴的结构简图在确定的轴承的支点位置a=23mm，因此作为简支梁的轴的支承跨距为，由理论力学（I）做出受力图：图5-25.5.3计算支承反力 在垂直面上 由得 而 求得6430N 求得6479N总支承反力： 5.5.4画出弯矩图故5.5.5轴的强度校核低速小齿轮剖面，因弯矩大有转矩还有键槽引起的应力集中，故低速小齿轮C剖面为危险截面。对于单向转动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，取折合系数为，对弯扭合成最大截面C左侧剖面其中,d=80mm,M=，T=T带入数据计算得31.5MPa =60MPa故安全5.5.6校核键的强度齿轮和轴的配合键22x14x100, =65mm, ，求得MPa查表6-2的=100120MPa故强度足够5.5.7校核轴承寿命图5-3查机械设计表13-7 轴承3 6287.96N轴承4 11778.28N向左因此左轴承被压紧，右端被放松。故稳定轴向力轴承3 =N轴承4 =11778.28N因此轴承3为受载较大的轴承，按照轴承3计算故=5018.36h38400h故选择的轴承满足寿命要求。第6章 润滑与密封6.1 润滑方式的选择 因为润滑脂承受的负荷能力较大，粘附性较好，不易流失，齿轮靠机体油的飞溅润滑。6.2密封方式的选择由于0IV轴与轴承处接触的线速度小于10m/s,所以选择毡圈密封。6.3润滑油的选择减速装置中减速器为一般减速器，故可选用中载荷齿轮油N200号润滑。轴承选用ZGN-2润滑脂。第7章 箱体的设计7.1箱体材料由机械制造工艺学可得，一般用灰铁HT150或者HT200制造，可采用焊接结构用以减轻重量，缩短生产周期。7.2箱体的设计要点：1）箱体要有足够的刚度 轴承座上下设置加强筋；轴承座设计凸台结构以提高连接的刚度；箱座的内壁应设计在底部凸缘之内；地脚螺栓孔应开在箱座底部凸缘与地基接触的部位，不能悬空；箱座是受力的重要零件，应保证足够的箱座壁厚，且箱座凸缘厚度可稍大于箱盖凸缘厚度。2）确保箱体接合面的密封、定位和内部传动零件的润滑。7.3箱体结构应具有良好的工艺性 铸造工艺性的要求，箱壁不能太薄，以免浇铸时铁水流动困难，出现充不满型腔的现象，并且壁厚应该均匀以防止金属积聚，避免产生缩孔、裂纹等缺陷；要求轴承座空应为通孔，最好两端孔径一样以利于加工，并且同一侧的各种加工端面尽可能一样平齐，以便于一次调整刀具进行加工。参照互换性与技术测量箱体示意图7-1设计总结本次设计是我们进入社会之前，也是我学生生涯的最后一次设计。此次设计对我受益匪浅，让我系统和全面的又把所学的知识复习了一遍，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行机构的设计尤其是直线传动机构的设计，以及材料的选择，热处理方法的选择。对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。也让我了解了关于更多设计理念来源于实际，从中找出最合适的设计方法。同时遇到问题要和同学交流。让我将平常学的基本技能及应用方法学以致用，使我的综合应用能力有了很大提高和进步。首先，寻找有关资料和课题并且研究设计方案，进行设计的总体规划，理清设计思路，但是将这些具体的方案落实到每一个设计环节和步骤中，难免会出现一些错误，这就需要在具体的设计过程中利用所掌握的知识认真排查错误原因，多方面的思考问题，不断的改正自己的设计不足之处和错误。其次，运用所学的知识对设计零件进行优化设计，最后进行合理的装配，得到所需最终设计的产品。本机构的设计，一要考虑所设计零件的工艺性，还要考虑零件的美观性，这就要求在设计中要不断的所设计的产品进行改动，直到看上去合理美观。从一开始的无从下手，资料的整理，再到老师的帮助下，无疑是对我们查阅资料的能力，设计报告的能力，电脑绘图等能力的进一步提高。很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目，课题相结合，开发设计产品的能力进一步在设计中使我学会了很多，如