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机械毕业设计全论文
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工艺夹具毕业设计36机械设计课程设计,机械毕业设计全论文
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北京航空航天大学 机械课程设计报告 1 机械设计课程设计 说明书 设计题目 简易专用半自动三轴钻床传动装置 机械工程及自动化 院 (系 ) 380700 班 设计者 指导教师 2011 年 6 月 1 日 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 2 前 言 机械设计综合课程设计是针对机械设计系列课程的要求，由原机械原理课程设计和机械设计课程设计综合而成的一门设计实践课程；是继机械原理与机械设计课程后，理论与实践紧密结合，培养工科学生机械工程设计能力的课程。 课程设计的目的主要体现在以下三个方面： 1. 培养学生综合运用机械设计课程和其它先修课程的基础理论和基本知识，以及结合生产实践分析和解决工程实际问题的能力；使所学的理论知识得以融会贯通、协调应用。 2. 通过课程设计，使学生学习和掌握一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立的、全面的、科学 的工程设计能力。 3.在课程设计的实践中学会查找、翻阅、使用标准规范、手册、图册和相关技术资料等 ，熟悉和掌握机械设计的基本技能。 通过本学期对该课程的学习，我开始了从无所知到熟练掌握机械设计的 设计过程。在老师的悉心指导下，我认真的学习了机械课程设计的基础知识，仔细的开始了设计工作。经过一个学期的努力，我在完成设计任务的同时，对以前所学的相关专业知识有了更深刻的理解，也在设计过程中复习了以前所学的相关课程，对这些课程知识有了更深刻的融会贯通。 现在这个课程设计任务已经完成，我明显的感觉到自己的相关实践能力有 很大的提高，使用电脑绘图软件也愈加熟练，在机械设计过程中也能注意到一些容易出现的小问题。 由于自己能力有限，设计上的疏漏错误之处在所难免，恳请指正。 在此感谢老师在这一学期里的辛勤教导，严格要求和认真指正。 编者 2011年 06月 01日 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 3 目录 前 言 . 2 一、设计任务书 . 5 1、设计题目 . 5 2、设计背景 . 5 a、题目简述 . 5 b、使用状况 . 6 c、生产状况 . 6 3、设计参数 . 6 4、设计任务 . 6 二、传动方案拟定 . 6 1、方案的提出 . 7 a、方案参考 . 7 b、决定方案 . 7 2、凸轮设计 . 7 a、凸轮的工作循环 . 7 b、凸轮缩略图 . 8 三、电机的选择 . 9 1、选择电机类型 . 9 2、选择电机容量 . 9 a、功率 . 9 b、效率 . 9 c、选择电机型号 . 9 四、传动系统的运 动和动力参数 . 10 1、计算总传动比 . 10 2、分配各级传动比 . 10 3、计算传动装置的运动和动力参数 . 10 a、计算各轴转速 . 10 b、计算各轴输入功率 . 11 c、计算各轴输入转矩 . 11 五、传动零件的设计 . 12 1、带传动的设计 . 12 a、 V 带 1 设计 . 12 b、 V 带 2 设计 . 13 2、蜗轮蜗杆设计 . 14 3、圆柱直齿轮的设计计算 . 17 4、蜗杆轴的设计以及强度校核 . 20 5、蜗轮轴的设计以及强度校核 . 23 6、输出轴的设计以及强度校核 . 24 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 4 六、键和联轴器的选择 . 26 1、键的选择和校核 . 26 a、输入轴的键选择 . 26 b、蜗轮轴蜗轮用键的选择 . 27 c、蜗轮轴小齿轮用键的选择 . 27 d、输出轴大齿轮用键的选择 . 27 e、输出轴联轴器用键的选择 . 28 2、联轴器的选择及校核 . 28 七、减速器机体各部分尺寸设计 . 29 八、润滑和密封形式的选择 . 29 1、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑 . 29 2、滚动轴承的润滑 . 29 3、密封形式的选择 . 29 九、其它技术说明 . 30 参考文献 . 31 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 5 一、设计任务书 1、设计题目 建议专用半自动三轴钻床传动装置设计。 2、设计背景 a、题目简述 三个钻头一相同的切削速度 v 做切削主运动，安装工件的工作台做进给运动。每个钻头的切削阻力矩为 T，每个钻头轴向进给阻力为 F，被加工零件上三孔直径均为 D，每分钟加工两件。 （图一）简易专用半自动三轴钻床传动装置设计参考图 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 6 b、使用状况 室内工作，生产批量为 5 台；动力源为三相交流 380/220V；电动机单向运转，载荷较平稳；使用期限为 10 年，大修周期为 3 年，双班制工作（早、中班各 8 个小时）； c、生产状况 专业机械厂制造， 可加工 7、 8 级精度的齿轮、蜗轮。 3、设计参数 数据编号 切削速度v/(m/s) 孔径 D/mm 总切削阻力矩 T/(N m) 工作台及附件重量 /Kg 工作台最大速度/(m/s) 切削时间 S 工作台切削阻力 /N 4 0.20 9 130 600 0.15 8 1320 4、设计任务 a、完成钻床总体传动方案的设计和论证，绘制总体设计原理方案图。 b、完成钻头主要传动装置的结构设计。 c、完成装配图 1 张（用 A0 图纸），零件图 2 张（用 A3 图纸）。 d、编写设计说明书一份。 二、传动方案拟定 根据设计任务书，该传动装置分为三部分，二级带轮传动，蜗杆 -齿轮二级传动和工作机。 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 7 1、方案的提出 （图二）方案简图 a、方案参考 方案一：两带轮传动比采用 1:4, 1:3。 方案二：两带轮传动比采用 1:3, 1:3。 方案三：两带轮传动比采用 1:2, 1:4。 b、决定方案 电动机初步选择转速为 1500r/min； 与工作台相接触的凸轮转速为 2r/min； 选择蜗杆 -齿轮二级减速器，传动比为 6090； 由于上部分传动机构的约束，最终选择带传动比分别为 1:3, 1:3 的方案，即（方案二）。 2、凸轮 设计 a、凸轮的工作循环 快进 工进（快进、停顿、慢进） 停顿 快退 停止 6s 3s 1s 4s 1s 7s 8s nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 8 （图三）凸轮工作循环图 b、凸轮缩略图 （图四）凸轮 -200204060801001201400 100 200 300 400系列 1 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 9 三、电机的选择 1、选择电机类型 按工作需要选用 Y 系列三项异步卧式电动机， 380v 电压。 2、选择电机容量 a、功率 工作台所需的功率： 1 3 2 0 6 0 0 1 0 0 . 1 5 1 . 0 9 81000wP K w b、效率 V带传动效率1 0.96 ；齿轮传动效率效率2 0.95 ；蜗杆传动效率3 0.8 ；传动机构总效率： 221 2 3 0 . 9 6 0 . 9 5 0 . 8 0 . 7 所需电机功率（下部分机构）： 1 . 0 9 8 1 . 5 6 90 . 7wd P KwP K w 下 上部分机构所需电机功率： 6 .6 6 4dP K w上 所以电机功率为： 8.233dP Kw c、选择电机型号 由以上功率可选择电机型号为： Y160M-4 11P Kw额满载 n=1460r/min nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 10 四、传动系统的运动和动力参数 1、计算总传动比 1 4 6 0 / m i n 7302 / m i nMa Wn ri nr 2、分配各级传动比 取 V 带传动比为 1:3、 1:3；即23, 3ii1蜗杆 -齿轮减速器传动比为 81.1i 其中高速级蜗杆蜗轮传动比为 20i 23低速级齿轮传动比为 4.06i 343、 计算传动装置的运动和动力参数 a、计算各轴转速 0 轴（电动机轴）： 0 1 4 6 0 / m inMn n r1 轴（带轮 1 轴）： 0114 8 6 .6 7 / m i nnnri 2 轴（ 蜗杆 轴）： 12 4 8 6 . 6 / m i n 1 6 2 . 2 2 / m i n3n ri 2 3 轴（蜗轮轴）： 23 1 6 2 . 2 2 / m i n 8 . 1 1 / m i n20n rnri 23 4 轴（大齿轮轴）： 33 8 . 1 1 / m i n 2 / m i n4 . 0 6n rnri 34nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 11 b、计算各轴输入功率 0 轴：0 8 .2 3 3dP P k w总1 轴：1 0 0 1 8 . 2 3 3 0 . 9 6 = 7 . 9 0P P k w k w 总 总1d 1 . 5 6 9 0 . 9 6 1 . 5 0 6P P k w k w 下2 轴： 22 1 1 2 1 . 5 6 9 0 . 9 6 0 . 9 9 1 . 4 3P P k w 3 轴：3 2 2 3 1 . 4 3 0 . 8 0 . 9 9 1 . 1 3P P k w 4 轴：4 3 3 4 1 . 1 3 0 . 9 5 0 . 9 9 1 . 0 6P P k w c、计算各轴输入转矩 0 轴： 0008 . 2 3 39 5 5 0 9 5 5 0 5 3 . 8 51460PT N m N mn 总1 轴：1117 . 9 09 5 5 0 9 5 5 0 = 1 5 5 . 14 8 6 . 6 7PT N m N mn 总2 轴：2221 . 4 39 5 5 0 9 5 5 0 8 4 . 1 91 6 2 . 2 2PT N m N mn 3 轴： 1 . 1 339 5 5 0 9 5 5 0 1 3 3 3 . 6 53 8 . 1 13PT N m N mn 4 轴： 1 . 0 649 5 5 0 9 5 5 0 5 0 7 4 . 74 24PT N m N mn d、结论 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 12 轴名 功率 P / kW 转矩 T /N m 转速 n r/min 传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 电机轴 8.233 53.85 1460 3 0.96 1 轴 7.90 1.506 155.1 486.67 3 0.96 2 轴 1.43 1.37 84.19 162.22 20 0.792 3 轴 1.13 1.12 1333.65 8.11 4 轴 1.10 1.098 5074.7 2 4.06 0.941 五、传动零件的设计 1、带传动的设计 a、 V 带 1 设计 V带 1带轮：材料选用铸铁，小带轮采用实心式，大带轮采用辐板式 步骤 设计计算依据和过程 计算结果 1确定计算功率 Pc 由公式 Pc = KA P 及 查 表 取 KA = 1.2 ，Pc = 9.05Kw Pc = 9.05 Kw 2选择带型 由 Pc及 n0，查表，选 A 型 V 带， dd1 = 125mm 取型号为 A 型 3确定带轮直径和带速 查表选取小带轮直径 小带轮： dd1 = 125mm 大带轮： dd2 = dd1 n1n2（ 1） = 375mm 取 dd2 = 375mm 带轮带速 v = dd1n601000 = 9.55m/s 满足 5 m/s 120 1 = 150.77 6确定带的根数 查表： P0 = 0.17， K = 0.93， KL = 1 ，P0 = 1.93kw Z = Pc(P0 +P0)KKL= 4.50 取： Z=5 根 Z=5 7.确定带的初拉力 F0 = 500 Pcvz(2.5K1)+lv2 = 168.5N 其中 l = 0.17 F0 = 168.5N 8. 计算压轴力FQ FQ = 2ZF0sin2 = 1630.48N FQ = 1630.5N 9.计算带轮宽度B ( 1 ) 2 8 0B Z e f m m 其中： e=15mm， f=10mm B=80mm b、 V 带 2 设计 V带 2带轮：材料选用铸铁，小带轮采用实心式，大带轮采用辐板式 步骤 设计计算依据和过程 计算结果 1确定计算功率 Pc 由公式 Pc = KA P 及 查 表 取 KA = 1.2 ，Pc = 1.657Kw Pc = 1.657 Kw 2选择带型 由 Pc及 n0，查表，选 A 型 V 带， dd1 = 90mm 取型号为 A 型 3确定带轮直径和带速 查表选取小带轮直径 小带轮： dd1 = 90mm 大带轮： dd2 = dd1 n1n2（ 1） = 270mm dd1 = 90mm dd2 = 270mm nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 14 取 dd2 = 270mm 带轮带速 v = dd1n601000 = 2.29m/s 4计算带传动中心距 a和带的基准长度 Ld 1 0.55（ dd1 +dd2） a0 2（ dd1 +dd2） 可得：0198 720a取 a0 = 600mm 2 Ld = 2a0 + 2 (dd1 +dd2)+ （ dd2dd1）24a0 Ld = 1778.7mm 查表 Ld = 1800mm 3、实际中心距 a a a0 +Ld Ld2 = 610.65mm 取 a=610mm Ld = 1800mm a = 610mm 5计算小带轮包角 1 1 = 180 2 180 dd2 dd1a 57.3= 163.11 120 1 = 163.11 6确定带的根数 查表： P0 = 0.05， K = 0.93， KL = 1.02，P0 = 0.42kw Z = Pc(P0 +P0)KKL= 3.59 取： Z=4 根 Z=4 7.确定带的初拉力 F0 F0 = 500Pcvz(2.5K 1)+lv2 = 148.46N 其中 l = 0.17 F0 = 148.46N 8. 计算压轴力FQ FQ = 2ZF0sin2 = 1762.2N FQ = 1762.2N 9.计算带轮宽度B ( 1 ) 2 6 5B Z e f m m 其中： e = 15mm， f = 10mm B = 65mm 2、蜗轮蜗杆设计 蜗杆采用 45 钢，调质处理，表面硬度大于 45HRC，蜗轮采用 ZcuSn10P1 沙型铸造 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 15 步骤 设计计算依据和过程 计算结果 （ 1）按齿面接触强度设计 齿数 由表 9.4-4取1z , 12 izz 122 , 4 0zz载荷系数 由于载荷平稳 1.1K 传动效率 蜗杆传动效率 0.8 蜗轮转矩 21T T i 122 1347T N m蜗轮材料许用接触应力 由表 28-10 22 2 0 /HP N m m 滑动速度影响系数 由图 28-8 初估滑动速度 9/Sv m s ，浸油润滑，由图 28-10 可查出 0.86VSZ 应力循环次数 26 0 ( 1 )LhN n t 单 向 运 转 取51 .5 5 7 1 0LN 寿命系数 由图 28-11查出 0.95NZ 蜗轮许用接触应力 NVSHPHP ZZ 21 7 6 .7 /HP N m m 模数 直径系数 分度圆直径 由2212215000 36 0 6 7 . 3HPm d K T m mz 查表 28-3 确定基本传动尺寸 1812.6100mqd m m蜗轮分度圆直径 22 8 4 0 3 2 0d m z m m 2 320d m m 蜗杆导程角 21a r c t a n a r c t a n 1 2 . 6Zq 9.09 蜗轮齿宽 2 2 0 . 5 12 5 0 . 5 1 2 . 6 16 6 . 8b m qmm 取整 2 68b mm蜗轮圆周速度 222 3 . 1 4 3 2 0 8 . 1 16 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv 2 0.14 /v m s相对滑动速度 1 1 1c o s c o s 9 . 0 9 6 0 1 0 0 0s v d nv o0 .8 4 /sV m s nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 16 步骤 设计计算依据和过程 计算结果 当量摩擦角 由表 28-7 2.05e o 1 t a n / t a n ( ) 0 . 8 1 2e 轴承效率为 0.99 搅油效率为 0.96 2.05e 0.722 与估值近似 （ 2）按齿面接触疲劳强度校核验算 弹性系数 由表 28-12 155EZ 使用系数 原动机为电动机，工作平稳，由表 28-13 1AK 动载荷系数 smndV /31 0 0060 222 1 1.1VK 载荷分布系数 载荷平稳 1K 接触应力 221294001 7 1 . 8 3H E A VTZ K K KddM P a H HP 合格 （ 3）按轮齿弯曲疲劳强度校核验算 材料许用弯曲应力 一侧受载，由表 28-10查出 2/51 mmNFP 寿命系数 由图 28-11查出 1.0NY 许用弯曲应力 NFPFP Y 25 1 /FP N m m 蜗轮当量 齿数 22 3 340 6 3 . 6 4c o sc o s 9 . 0 2eZZ o 2 41.55eZ 蜗轮的齿形 系数 FS Fa SaY Y Y 查图 27-20、 21 2 .4 2 1 .6 74 .0 4FSY 导程角系数 9248.012002.911201 Y9248.0Y 蜗轮弯曲应力 21226661 3 . 4 2 /AVF F SFPT K K K YYd d mN m m合格 （ 4）按蜗杆轴刚度校核验算 蜗杆圆周力 1112 1 6 .8 4t TF d 1 16.84tFN nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 17 步骤 设计计算依据和过程 计算结果 蜗杆径向力 2122 2 1 3 4 7t a n t a n 2 0320rxTFNd o 1 3.06rFN 蜗杆两支撑间距离 20 . 9 0 . 9 3 2 0L d m m 288L m m 危险截面惯性矩 41 642 . 0 1 1 064 fdI m m 642 .0 1 1 0I m m 许用最大挠度 10 .0 0 1 0 .1Py d m m0.1Py mm蜗杆轴挠度 2211 315482 .0 3 1 0trFFyLEImm1 Pyy 合格 3、圆柱直齿轮的设计计算 步骤 设计计算依据和过程 计算结果 1选择传动精度等级，材料 小齿轮 ： 45 钢 ， 调 质 处 理 ， 硬 度HB=229286，平均取 240HB，采用齿轮轴； 大齿轮用 45 钢， 正火 处理，硬度为 HB=229286，平均取 240HB，精度等级选 7 级。 2初步计算小齿轮直径1d 因为采用闭式软齿面传动 ,按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径 ,由附录 A 表 d1 Ad KT1dHP2.u+1u3 由表 A1 取 Ad = 766， 动载荷系数 K = 1.0 转矩 T1 = 1106.4N.m 由表 27-14 查取 d = 1 接触疲劳极限 Hlim1 = 840MPa Hlim2 = 720MPa HP1 = 0.9Hlim1 = 0.9840MPa = 756MPa HP2 = 0.9Hlim2 = 0.9720MPa = 648MPa d1 Ad KT1dHP2.u+1u3 = 113.84mm 取 114mmT1 = 1106.4 N.m HP1= 756MPa HP2= 648MPa d1取 114mm 3确定基本参数 圆周速度 v = d1n160 1000 = 0.048m/s 精度等级取 7 级精度合理 v=0.048m/s 7 级精度合理 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 18 取 z1 = 27,z2 = iz1 = 109.62，取 z2 = 110 确定模数 ： m = d1z1= 4.22 取 m=4 确定齿数 ：11 d = 28.5mZ 21=i =113.68ZZ取1 28Z ， 2Z=113 校核传动比误差： 4 . 0 3 6 4 . 0 6 0 . 0 0 64 . 0 6 ，满足要求 m=4 z1 = 28 z2 = 113 4校核齿面接触疲劳强度 根据公式 H = ZHZEZZKAKVKHKH Ftd1b.u + 1u HP 计算齿面接触应力 从图 27-18 查得标准直齿轮节点区域系数 : ZH = 2.5 从表 27-15 查得弹性系数 ZE = 189.8MPa 计算重合度系数 Z: 端面重合度 = 1/2z1(tan1 tan) + z2(tan2 tan) 其中： a1 = cos1 db1da1= 26.78 a2 = cos1 db2da2= 21.97 = 20 所以 = 1.337 纵向重合度 ： =bsinmn=54.994sin9.4731.75 =1.651 Z=4a3 =0.87 查表 27-7 得使用系数 kA = 1.25 查图 27-6 得动载荷系数 kV = 1.2 齿间载荷分配系数 KH查表 27-8.其中： Ft = 2T1d1= 19410.5N KAFtb = 212.83N/mm ZH = 2.5 ZE= 189.8MPa = 1.337 Z = 0.87 Z=0.99 kA = 1.25 kV = 1.2 KH=1.32 KF=1.787 KH = 1.39 nts北京航空航天大学 机械课程设计报告 19 KH = KF=1.32 齿向载荷分布系数 KH查表 27-9。其中：非对称支承，正火齿轮 7 级精度 KH = A+B(bd1)2 +C103 b = 1.39 其中： A=1.17， B=0.16， C=0.61 齿面接触应力为 H =2.5189.80.8711.251.21.391.3319410.55.061141144.06 = 813.26MPa 2)计算许用接触应力 HP HP = HlimZNTZLZVZRZWZXSHlim总工作时间 th = 10300 82 = 48000h 应力循环次数 NL1 = 60n1th = 2.37107 NL2 = NL1i = 5.75106 接触寿命系数 ZNT 由图 27-27 查出ZNT1 = 1.06 ZNT2 = 1.17 齿面工作硬化系数 ZW1 = ZW2 = 1.14 接触强度尺寸系数 Zx由表 27-18 查得 Zx1 = Zx2 = 1 润滑油膜影响系数取为 ZL1 = ZL2 = ZR1 = ZR2 = ZV1 = ZV2 = 1 由表 27.14 取最小安全系数 SHlim = 1.05 许用接触应力 : HP1 = 870MPa HP2 = 823MPa 3)验算 : H = 8813.26N/mm2 mm2.132.1 取 1=14mm 齿轮轮毂端面与内机壁距离 2 mm11 取 2=14m 八、润滑和密封形式的选择 1、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑 在减速器中， 由表 13.7，采用浸油润滑， 选用 PCPEL / 蜗轮蜗杆油（摘自 910094 SH ），用于蜗杆蜗轮传动的润滑，代号为 220N 。浸油深度一般要求浸没蜗杆螺纹高度，但不高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心高 。 2、滚动轴承的润滑 蜗杆轴承浸泡于油液中，故 7214C与 6214 采用油 润滑 。 在选用润滑脂的牌号时，根据手册查得常用油脂的主要性质和用途。因为本设计的减速器为室内工作，环境一般，不 算 恶劣，所以 7211C 和 6216 轴承 选用通用锂基润滑脂（ 877324 SY ），它适用于 C 12020 宽温度范围内各种机械设备的轴承，选用牌
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