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机械毕业设计论文
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机械毕业设计972金属切削机床,机械毕业设计论文
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金属切削 机床 课程设计说明 书 题 目 卧式车床主运动变速系统设计 机械制造与自动化 专业 级 机制 班 姓 名 学号 08 指导老师 职称 nts课程设计评语 : 课程设计答辩负责人签字： 年 月 日 nts目 录 一、设计课题 二、参数拟定 三、运动设计 四、 动力计算和结构草图设计 五、 传动轴的设计 六 、 主轴变速箱装配设计 七 、 设计小结 八 、 参考文献 nts一、设计课题 设计说明及数据计算 备 注 设计最大加工直径 400mm 卧式车床的主运动变速系统 加工材料：钢、铸铁；刀具材料：硬质合金、高速钢，轴使用摩擦片离合器，主运动电动机功率 7.5kw， 1450r/min。 vmax = 200m/min; vmin = 6 10m/min. 二、参数拟定 设计说明及数据计算 备 注 由课题已知条件查切削用量简明手册，得知此车床的切削进给量为 0.5 1.8mm/r。 查卧式机床技术规格，据所设计机床型号，与 CA6140 对比，得知此机床最大加工棒料直径约为 47mm，由已知条件得： m i n/2.135514.3 m i n/20010001000m i nm a xm a x rdmdn m in/66.4014.3 m in/610001000m a xm i nm i n rdmdn 取整数值得 nmax = 1360 r/min， nmin = 40 r/min，即此机床主轴的转速范围为 401360r/min，得 m in/40m in/1 3 6 0m inm a x r rnnR n34 查标准公比表，考虑到适当减小相对速度损失，选定公比 26.1 ，得 26.1626.1lg 34lg1lglg1 nRZ ，取 Z=16 按标准转速数列为： 40， 50.5， 64， 81， 102.5， 129.5， 164， 207， 262， 332， 419.5，531， 671.5， 849.5， 1074.5， 1360r/min. 由主运动电机 功率 7.5KW，转速 1450r/min， 查机械设计手册，所选电动机型号为Y132M-4，其主要参数 为额定功率 7.5kW，同步转速 1500r/min，满载转速 1440r/min，满载电流 7A，满载时效率 87%，满载功率因数 0.85，最大转矩 /额定转矩 =2.2，净重 81kg。 切削进给量参考切削用量简明手册第9页表 1.4 CA6140技术规格参考金属切削机床概论第 23 页表 2-1 所参考机械设计手册为软件版 2.0 nts三、运动设计 设计说明及数据计算 备 注 1.选择结构式 1） 确定变速组的数目和各变速组中传动副的数目 由 Z=16，决定采用四个变速组，即 16=2 2 2 2。 2）确定变速组的扩大顺序 根据“前密后疏”的原则，选择 16=21 22 24 28的结构式。 3）验算变速组的变速范围 最后扩大组的变速范围 35.68)12()1( jj xkr ,在允许的变速范围内。 2确定是否需要增加降速的定比传动副 该车床的主传动系统的总降速比为 40/1440=1/36，因在此系统中采用四个变速组，平均降速比尚不足 2.5， 降速相对缓慢，因此无需另增加降速定比传动副。 3分配各变速组的最小传动比，拟定转速图 在本传动系统中共需要 4根轴，加上电动机轴； 16级转速，画转速图的格线如下： 1）决定轴 4 5 的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些，能起到飞轮的作用，所以最后一个变速组的最小降速传动比取 1/4，公比 26.1 ， 1.266 = 4，因此从 5轴E 点向上六格，在 4轴找到 D 点，连结 DE 线即为 4 5 轴的最小传动比。 2）决定其余变速组的最小传动比根据“前缓后急”的原则，轴 3 4 间变速组取4min /1 u ,即从 D点向上四格，在 3轴上取 C点；同理轴 2 3 间取 3min /1 u ,即从 C点向上数三格，在轴 2上取 B点，分别连结 AB线， BC 线， CD线，如上图所示。 3）画出各变速组的传动比连线按基本组的级比指数 x0=1，第一扩大组的级比指数x1=2，第二扩大组的级比指数 x3=4，第三扩大组的级比指数 x4=8，画出各变速组的传动比连线如下图所示： nts 车床主传动系统转速图 : 四、动力计算和结构草图设计 设计说明及数据计算 备 注 1选定齿轮传动类型、材料 及轴的材料 根课题要求，选用闭式直齿圆柱标准齿轮，材料选用 45 钢调质，齿面硬度为 250HBS。轴选用 45钢淬火处理。 2确定传动系统中齿轮的齿数 nts由主传动转速图可知在此传动系统中，最小齿数齿轮必在 4轴上，由 4 轴到 5 轴的传动比分别为 ： 41161 u， 6.122 u 最小齿轮必然在降速比最大的传动副 u1中，即 z1=zmin,取 z1=20，则 80420111 uzz齿数和 100802011 zzS z 611006.116.11 222 zSuuz 396110022 zSz z 同理由 3轴到 4轴的传动比分别为： 39.01 u , 12 u 取 z1=23，则 59111 uzz齿数和 82592311 zzS z 41821111 222 zSuuz 41418222 zSz z 同理由 2轴到 3轴的传动比分别为： 494.01 u , 79.02 u 取 z1=25，则 51111 uzz齿数和 76512511 zzS z 347679.0179.01 222 zSuuz 42347622 zSz z nts同理由 1轴到 2轴的传动比分别为： 59.01 u , 746.02 u 取 z1=26，则 44111 uzz齿数和 70442611 zzS z 3070746.01746.01 222 zSuuz 40307022 zSz z 3确定齿轮模数 1）计算最小齿轮分度圆直径 3 2)(12HHEdZZZuuKTd 确定各参数值 : 载荷系数 查 载荷系数 表取 K=1.2； 齿轮 最大 转矩 mmNnPT 566 1037.4164 5.71055.91055.9； 材料弹性系数 查 材料弹性系数 表， MPaZ E 8.189 ； 取 3.0a， 75.03.055.0)1(5.0 ad i ,符合齿宽系数范围。 区域系数 ZH = 2.5； 重合度系数 因 68.1)801201(2.388.1)11(2.388.1 zzt； 88.0368.1434 tZ ； 许用应力 查接触疲劳极限图，取 MPaH 610lim ,查最小安全系数表按一般可靠要求取 SH = 1； 则 M PaS HHH 610 lim 于是 3 2)(12HHEdZZZuuKTd 载荷系数表参考机械设计基础第 75页表 6-6 材料弹性系数表参考机械设计基础第76页表 6-7 齿宽系数参才机械设计基础第 79 页表 6-9 接触疲劳极限图参考机械设计基础第77页图 6-21，最小安全系数表参考第78页表 6-8 nts mm3 25 )61088.05.28.189(41475.01037.42.12 = 78.5mm。 2）确定模数 计算模数 mmzdm 925.320 5.78 取标准值 m = 4mm。 4验算主轴转速误差 主轴最高实际转速为 m in/5.136739614141423440301440m a x rn 转速误差为 %5.0%1001360 13605.1367 主轴最低实际转速为 m in/65.4080205923512544261 4 4 0m a x rn 转速误差为 %6.1%10040 4065.40 总转速误差值均位于 -2% +6%范围之内，符合设计要求。 5确定各齿轮分度圆直径 由模数 m及齿数 z，求得各轴上齿轮分度圆直径如下： 1轴： 104mm, 120mm； 2轴： 176mm， 160mm， 100mm， 136mm； 3轴： 204mm， 168mm， 92mm， 164mm； 4轴： 236mm， 164mm， 80mm， 244mm； 5轴 ： 320mm， 156mm。 6 离合器、制动器选择 电动机轴即 1轴转矩 mNnPT 74.491440 5.795509550根据机床要求及 1轴转矩选择 DLMO-6.3摩擦式电磁离合器 ，此离合器 许用动 转矩为50N m，可作机床启动作用。 机床主轴换向利用电路部分控制交流电动机的正反转来实现。 制动器选择 摩擦带 式制动器，安装在传动系统高速轴 (即 1 轴 )上，这样需要的制动力矩小，制动器体积小，重量轻。 7画传动系统结构简图 根据上面计算结果，画得传动系统简图如下： 离合器型号参考机械设计手册 nts 五、传动轴 的 设计 设计说明及数据计算 备 注 1确定传动系统中轴的轴径 由主传动转速图可知在此传动 系统中，每轴的最小转速分别为 1440r/min，849.5r/min， 419.5r/min， 164r/min， 40r/min，由扭转强度条件计算公式求得各轴的最小直径分别为： mmnPCd 1914405.7110 331 mmnPCd 7.225.8495.7110 332 在此式中 C 为与轴材料有关的系数，具体取值参考机械设计基础第 205 页表 13-2 nts mmnPCd 8.285.4195.7110 333 mmnPCd 3.391645.7110 334 mmnPCd 9.62405.7110 335 取整 后，各轴 最小 直径分别为： d1=20mm， d2=25mm， d3=30mm， d4=40mm， d5=65mm。 2验算最小齿轮壁厚 由上面数据可知，最小齿轮在 4轴上，此轴轴径为 40mm，查普通平键键槽尺寸表知齿轮上所需键槽高度约为 5mm。 齿轮壁厚 8210552040522 mhddaf轴齿轮符合设计要求。 3轴承选择 根据各轴轴径，选择各轴轴承如下： 1轴： 6204 2轴： 6205 3轴： 6206 4轴： 6208， 6210 5轴： 6213， 32014， 32015 4主轴设计 主轴设计为空心轴，中有 48内腔用于穿插棒料。 根据轴上零件定位要求设计轴如图所示 : 从轴左端起第一段上 有 螺纹，用于装双螺母，对轴承进行定位及预紧，螺纹长度为 20mm，接下来装有 双深沟球轴承，轴径取轴的最小轴径 65mm，考虑整个传动系统结构设计需要，取第一段长度为 280mm。 第二段上装有一个圆锥滚子轴承及两个齿轮，齿轮径向定位使用键槽，各零件间轴向定位使用轴套，综合考虑传动系统中各零件的布置，取第二段长度为 253mm，轴径为 70mm。 第三段上装有圆锥滚子轴承，在轴向上使用轴肩与轴套定位，其轴径为 75mm，取第三段长度为 50mm。 第三段往右为与车床配合所需，各段轴径分别为 85mm， 115mm，各段长度分别为键槽尺寸表参考机械设计基础第 163页表 10-6 各轴承选择参考机械设计基础第 178页表 11-5 滚动轴承基本参数 nts20mm， 20mm。 加上最右段顶尖，主轴总长度为 623mm。 主轴具体参数参考主轴零件图。 5第 5轴上轴承寿命校验 查推荐轴承预期寿命表，机床 轴承 预期使用寿命约为 20000 30000h。 第 5轴所受转矩为 mmNT 625.179040 5.79550则第 5轴受到的径向力为 NdTP 5565 625.1 7 9 022 因轴承主要承受径向力，所以忽略轴向力不计，轴承应有的径向基本额定动载荷为 3/16/16 )3000010 136060(1 555.1)1060( htd Lnf PfCN88.1111 查轴承基本参数，得知 5轴所选轴承 6013， 32014， 32015Cr 值 均 大于 C ，故所选轴承符合要求，适用。 机床轴承预期使用寿命参考机械设计基础第 179 页表11-8 式中 fd， ft分别参考机械设计基础第179 页表 11-6，11-7 六、 主轴变速箱装配设计 设计说明及数据计算 备 注 车床传动系统设计为五轴，轴上主要以轴肩及轴套进行轴向定位，以键进行径向定位，在滑移齿轮部分轴上有花键，主轴上用双螺母对轴承进行预紧，其它轴上利用调整环进行预紧。 由车床主传动系统 简 图及以上计算数据，画得主轴变速箱装配图如装配图所示。 七、设计小结 这次车床 主轴变速箱课程设计，是我们第一次较全面的金属切削机床设计知识的综合运用，通过这次练习，使得我们对金属切削机床基础知识有了一个较为系统全面的认识，加深了对所学知识的理解和运用，将原来看来比较抽象的内容实现了具体化，初步掊养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用相关课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展了有关方面的知识。 通过制订设计方案，合理选择各种参数，正确计算金属切削机床的各项数据，以及针对课程设计中出现的问题查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在本学科方面的 兴趣及实际动手能力，对将来我们在此方面的发展起了一个重要的作用。本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在金属切削机床知识学习方面的一次有意义的实践。 在本次课程设计中，我独立完成了自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些以前书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。在设计中，通过老师的指导，使自己在设计思想、设计方法和
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