牛头刨床的设计说明书【带装配图双击提取出来】

西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 机械子系统综合设计与分析 牛头刨床的设计说明书 学校名称： 西安工业大学 设 计 者： XXXXXX 学 号： XXXXXXXX 指导教师： XXXXXXXXXX 二一年六月十日 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 目录 机械子系统综合设计与分析 . 1 牛头刨床的设计说明书 . 1 摘要 . 3 关键词 . 3 第一章：绪论 . 3 1）课程设计目的 . 3 2）课程设计的任务 . 3 3）牛头刨床简介 . 4 4）参数设计 . 4 第二章：方案设计 . 5 运动要求 . 5 方案（ 1） . 5 方案（ 2） . 6 方案（ 3） . 7 方案确定 . 9 第三章：结构设计 . 9 1）电动机选型 . 9 2） V 带设计与计算 . 10 3）齿轮校核 . 13 4）支撑件设计 . 16 5）键联接的选型与验算 . 19 6）联轴器的选择 . 20 第四章：分析与验证 . 21 第五章：参考文献 . 24 第六章：致谢 . 25 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 摘要 ：牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床， 多用于单件或小批量生产。本文介绍一种牛头刨床 最大刨削长度 320mm，详细完成了牛头刨床方案设计、结构设计、 Adams 和 Ansys 分析与验证、装配图以及主要零部件。其中详细进行了刨床电动机选择、 V带选型与校核、齿轮选型与点蚀校核、滚动轴承选型与校核对牛头刨床推动到最远处臂的弯曲进行了 Ansys 有限元分析。作为本科生课程设计达到了其目的，完成了书本理论到实践的转型。 关键词 ：牛头刨床、课设设计 、 Ansys 第一章：绪论 1）课程设计目的 课程设计目的在于进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关 课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念，具备计算和使用科技资料的能力。 2）课程设计的任务 1.设计牛头刨床的参数，要求包括加工范围和动力。 2.进行至少 2种传动方案对比的设计。 3.结构的设计，包括：电动机选择、 V 带的选择与校核、齿轮选型并进行点蚀校核等等。 4.对牛头刨床进行设计并要求运用 Adams 和 Ansys 分析与验证。根据给定的机器的参数，在此基础上对各个机构进行结构和运动设计。 5.绘制 A1 装配图、 2 张 A2 主要零件零件图图纸、 1张彩印 Adams 或 Ansys 的图纸；编写小四 25 页左右说明书等。 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 3）牛头刨床简介 牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。 为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件 刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。 牛头刨床机构简图 4）参数设计 牛头刨 床参数表 名称 参数 名称 参数 最大刨削长度 L 320 工作台上平面 T 形抽宽度 A（按 GB/T158-1996） 14 工作台最大横向行程 360 工作台上平面 T 形摘中心距 80 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 滑枕底面至工作台上平面的最大距离 300 主电机功率 (kw) 4 工作台上平面长度 1 320 最大切削力 （ kN） 3.2 工作台上平面宽度 b 270 外形尺寸（ mm）刀架最大工作行程 100 工作台最大承载重 kg 100 第二章：方案设计 运动要求 （ 1） 刨刀速度平稳，在空回行程时，刨刀快速退回，行车速比系数 K 要在 1.4左右。 （ 2） 切削阶段刨刀应近似匀速运动，刨刀行程要在 320mm 左右。 方案（ 1） 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 说明：杆件 1为主动件 方案（ 1）如上图所示采用偏置曲柄滑块机构。 1） 结构最为简单，能承受较大载荷。但其存在有较大的缺点。 2） 由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，从而带来机构所需活动空间较大。 3） 机构随着行程速比系数 K 的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。 方案（ 2） 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 说明：杆件 1为主动件 方案（ 2）如上图所示由凸轮机构和摇杆滑块 机构组成。方案特点如下： 1） 凸轮机构虽可使从动件获得任意的运动规律，但凸轮制造复杂，表面硬度要求高，因此加工和热处理费用较大。 2） 凸轮与从动件为高副接触，只能承受较小的载荷，且表面磨损较快，磨损后凸轮的廓线形状即发生变化。 3） 由于滑块的急回运动性质，凸轮机构受到的冲击较大。 4） 滑块的行程 H 比较大调节困难，必然使凸轮机构的压力角过大，为了减小压力角，必须增大基圆半径，从而使凸轮和整个机构的尺寸十分庞大。 5） 需用力封闭或几何封闭的方法，保持凸轮和从动件始终接触，使机构复杂。 方案（ 3） 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 说明：杆件 1为主动件 方案（ 3）如上图所示 有两个四杆机构组成。使 ba，构件 1,2,3,6 便构成了摆动导杆机构，基本参数为 ba 。构件 3,4,5,6 构成摇杆滑块机构。方案特点如下： 1）为一种平面连杆机构，机构简单，加工方便，能承受较大载荷。 2）具有急回作用，其行程速比系数 180 +K=180 -，而 1arcsin。 只要正确选择错误 !未找到引用源。 ，即可满足行程速比系数 k 的要求。 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 3）滑块的行程 2 s in2CDHL ， 错误 !未找到引用源。 已经确定 ， 因此只需选择摇杆 CD 的长度，即可满足行程 H 的要求。 4）曲柄主动，构件 2 和 3 之间的传动角始终为 90 。摇杆滑块机构中，当 E 点的轨迹位于 D 点所作圆弧高度的平均线上时，构件 4 和 5 之间有较大的传动角，该方案传力性能良好。 5）机构横向与纵向运动尺寸都不大，比较匀称合理。 6）工作行程中，能使刨刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合切削要求。 7）当 1 1 0 , 3 8 0 , 5 4 0 , 1 3 5CD DEa m m b m m L m m L m m 时，得 1 . 4 6 , 3 1 2K H m m构件 2 和 3 间的传动角为 90 ，构件 4 和 5 间的最小传动角min 85.09 ，机构横向运动尺寸为 446.5mm，纵向运动尺寸为 540mm。可见此方案加工简单，占面积小，运动部分灵活，传动省力。 方案确定 从以上方案比较中可知，为了实现给定的刨刀运动要求（刨刀速度平稳，在空回行程时，刨刀快速退回，行车速比系数 K 要在 1.4 左右。切削阶段刨刀应近似匀速运动，刨刀行程要在 320mm 左右。）， 以采用第（ 3）方案较宜。 第三章：结构设计 1）电动机选型 1 选择电动机类型 按已知工作条件和要求，选用 Y 系列一般用途的三相异步电动机 2 选择电动机的容量 工作机所需功率： 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 kWkWPP WW 16.395.0/3/max 传动装置总效率： 23 grcb 由机械设计手册查得各部分效率如下： V 带传动效率 95.0b ，齿轮（ 8 级精度）效率 97.0g ， 一对滚动轴承效率98.0r ，万向联轴器效率 98.0c ； 824.097.098.098.095.0 23 所需电机功率： kWkWPP w 83.3824.0/16.3/ 查 Y 系列电动机技术数据，选电动机额定功率 edP 为 4kW 的 Y112M-4 电动机。 3 确定电动机转速 电机转速可选范围 m i n/1800800m i n/)128()32(50 rriinn gbwd 可选同步转速 1500r/min 和 1000r/min。选用同步转速 1000r/min 的电动机，查表 10-2 额定功率为 edP 为 4kW 的 Y132M1-6 电动机 ,其满载转速 min/960 rn m 。 2） V 带设计与计算 1 确定计算功率 caP 由机械设计表 8-7 查 AK =1.2 kWkWPKP Aca 60.483.32.1 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 2 选择 V 带型号 由 错误 !未找到引用源。 和 错误 !未找到引用源。 机械设计图 8-11 选用 A 型 V带。 3 选择带轮 1dd 、 2dd 由表 8-8，查取 A 型带轮 mmd 75min ，应使 min1 ddd ，小带轮转速较低，选mmd d 1101 。 验算带速 v smndv d /53.5100060 96011014.3100060 11 带速在 525m/s 之间， 1dd 选择合适。 mmidd dd 2751105.212 参考表 8-8 给出的带轮直径系列，取 mmd d 2802 。 转速误差 %5018.0275 275280 4 确定中心距 a 和带长 dL 查机械设计初定中心距 0a )(2)(7.0 21021 dddd ddadd mmamm 780273 0 初选 mma 4000 带长 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 mmddddaL ddddd 1430400 )()(22 2122100 查表 8-2 取 mmLd 1400 中心距 mmLLaa dd 3852 00 a 的调整范围 mmLaa d 364015.0m in mmLaa d 42703.0max 6 验算小带轮上的包角 1 1543.57180 121 a DD 大于 120 满足小带轮包角要求 7 确定 V 带根数 按式（ 8-26） LadArca KKPPPKPPz)( 00 由表 8-4a kWP 03.10 由表 8-4b 查得 kWP 11.00 由表 8-5 查得 93.0aK 由表 8-2 查得 96.0LK 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 代入求根数公式（ 5-21），得 98.396.093.0)11.003.1( 36.42.1)(00 LadA KKPP PKz 取 z=4 8 确定初拉力 0 minF 查表 8-3 得 A 型 V 带的单位长度质量 mkgq /1.0 ，所以 NqvKzvK PF ca 89)5.2(500 20 应使带的实际初拉力 00minFF 。 9 计算压轴力 PF NFzF P 8122s in2 1m i n0 3）齿轮校核 齿轮传动的设计计算 1 选择齿轮材料和热处理、精度等级 由表 10-1 选择小齿轮 40Cr（调质），齿面硬度 280HBS，大齿轮 45 钢（调质），齿面硬度 240HBS，两者材料硬度差为 40HBS；精度等级为 7 级。 初选 231 z ， 13.31 i ， 99.7113.323112 izz ， 取 722 z ， 传动比13.32372 i 不变。 2 按齿面接触疲劳强度设计。 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 3 211 )(1232.2HEdZuuKTd （ 1） 确定式中各项数值： 1） 因载荷有轻微 冲 击，初选 tK =1.3 2） 计算小齿轮传递的转矩。 mmNT 953801 3）由表 10-7 选取齿宽系数 ， 1d 4）由表 10-6，选 MPaz E 8.189 5）由图 10-21d 按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 6001lim ，大 齿轮接 触疲劳强度极限 MPaH 5502lim 。 6）由式 10-13 计 算应力循环次数。 811 1042.5103008147.3766060 hjLnN 8112 1073.113.3 42.5 iNN 7）由图 10-19 取解除疲劳寿命系数， 90.01 HNK； 95.02 HNK 8）计算解除疲劳许用应力。 M PaS K HNHH 540 11lim1 M P aS K HNHH 5.522 22li m2 （ 2）计算。 1） 试算小齿轮分度圆直径1td，代入 MPaH 5.522 2 设计齿轮参数 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 将确定后的各项数值代入设计公式，求得： mmZuuKTdHEdt 396.65)(1232.2 3 211 2） 计算圆周速度 V 。 smsmndv t /29.3/100060 9600.6914.3100060 11 3） 计算齿宽 b 1 1 6 5 . 3 9 6 6 5 . 3 9 6dtb d m m m m 4） 计算齿宽与齿高之比。 模数112 . 7 2 5tt dm m mz 齿高 2 . 2 5 6 . 1 3th m m m 10.67bh 5） 计算载荷系数。 查机械设计表得到 1AK 12.1vK 423.1HK 1HK 则 594.1 HHVA KKKKK 6）按实际的载荷系数校正系数校正所得的分度圆直径，由式（ 10-10a）得 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 mmmmKKddtt 995.693.1594.1396.65 3311 7)计算模数 m。 112 .9 2dm m mz 选取第一系列标准模数 mmmn 3 3 几 何尺寸计算 1） 计算分度圆直径 11 2 4 3 7 2d z m m m 2 3 . 1 3 2 4 7 5 . 1 2z ， 选取 80z 22 8 0 3 2 4 0d z m m m 2） 计算中心距 12 1562dda m m 3） 计算齿轮宽度 1 72db d m m 取217 0 , 7 5B m m B m m 4）支撑件设计 滚动轴承的选择计算 (1)选择轴承类型和型号 选择圆锥滚子 轴承 30207。 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 查机械设计表 13-5， 30207 轴承的 kNC r 2.54 ， kNC r 5.630 ， e=0.37,Y=1.6 （ 2） 计算轴承的径向载荷。 计算外力： 圆周力 NNdTF t 2717210.70 9538022 1 径向力 NNFF ntr 1 0 0 6719310c o s 20t a n2 7 1 7c o st a n 轴向力 NNFF tA 511719310t a n2717t a n 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 轴承受力分析图 水平面支反力 mmNmmNdFM aa1 7 9 3 9210.70511212 )()( 3213321 LLLFMLFLLF QARH NLL LFMLLLFF RAQH 788)(3233211 NFFFF QRHH 8837951 0 0 678812 垂直方向支反力 3321 )( LFLLF tV NNLL LFF tV 80365155 6527173231 NFFF VtV 191412 合成支反力 NNFFF HVr 1 1 2 5788803 2221211 NNFFF HVr 2 1 5 99991 9 1 4 2222222 (3) 计算轴承的轴向载荷 NNYFF rs 3 5 26.121 1 2 52 11 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 NNYFF rs 6756.1221592 22 因为 12 1186 sAs FNFF ， 故轴承 1 压紧，轴承 2 放松 NFFF Asa 118621 , NFF sa 67522 (4) 计算动载荷 对于轴承 1 eFFra 05.11125118611 NNFYFXfP arp 2517)11866.111254.0(2.1)( 11111 对于轴承 2 eFFra 3.0215967522 NNFfP rp 259121592.122 （ 5）计算轴承寿命 因为 21 PP ，该对轴承的最短寿命为 y e a ry e a rPCnL rh 3528300 1)817.2 2.54(47.37660 10)(6010 310611610 yearL h 1010 故该对轴承寿命足够。 5）键联接的选型与验算 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 齿轮周向定位采用 A 型普通平键联接，由机械设计表 6-1 查得平键截面mmmmmmLhb 701118 。 键联接的强度计算： 根据平键联接的挤压强度条件 pp kldT 102 3 k=0.5h=0.5 11mm=5.5mm,l=L-b=70mm-12mm=52mm,d=64mm, 由表 4-1 查得，MPap 120 pp M P aM P a 7164525.51066.6482 33 所以平键联接的强度足够。 6）联轴器的选择 根据轴的计算转矩 mNmNTKT Aca 214.77366.6223.13 ， 转速 min/91.493 rn 和三轴的最小直径，从机械设计课程设计表 16-2 查得，采用弹性柱销联轴器 20035014/11248 84484 TGBYAJAHL , 其公称转矩 mNTn 1250， 许用转速 min/4000 rn 。 由于 nca TT ， 3 nn 可知联轴器满足要求。 西安工业大学机电工程学院 2007 级课程设计 牛头刨床设计说明书 第四章：分析与验证 按照选用的方案设计做出的 Adams 分析如下图所示