自制40T拉床设计说明书

1摘要本文介绍的是自制 20T 拉床的设计。拉床是用拉刀加工工件各种内外成型表面的机床。拉削时机床只有拉刀的直线运动，它是加工过程的主运动，进给运动则靠拉刀本身的结构来实现。专业化的拉床也预示着它的高价位，而且有时不需要那么高的精度要求，而使用这些拉床无疑是种浪费。这就需要工厂内部自己制造一些简单的，可以完成大部分加工的拉床。而自制拉床无疑是个好的选择，它的结构很简单，用材很少可以选择一些标准件来组装，部分不是标准件的地方自己工厂内部加工制造也很容易。因而成本很低，对于中小型企业来说是最好不过的选择了。本文中的自制拉床是一种主要用于拉削零件内孔、键槽的小型机械式拉床。结构主要由床身、动力机构、传动机构、附属装置等组成。它主要是由皮带传动、蜗轮蜗杆减速器、滑动丝杠螺母传动来完成拉削工作的。本设计结构合理，生产成本低，效率高，满足工作性能，而且操作方便。关键词：自制 拉床 蜗轮蜗杆 滑动丝杠2AbstractThis article describes the design of self-made 20T broaching machine. Broaching machine is a machine which using the pulling knife to processing various internal and external surface molding. Broaching machine only has the linear motion of the broach, which is the main movement processing, feed movement by pulling the knife is to achieve the structure itself. Specialized broaching machine also indicates that its high price, and sometimes it does not require so much high precision, and the use of these types of broaching machine is also a waste. This requires its own factory can manufacture a few simple and can finish most of the broaching processing machines. The self-made broaching machine is without doubt a good choice, its structure is very simple, very little timber ,and it can choose a number of standard parts to the assembly. Although some parts are not standard parts of their factory, the processing is also very easy. And therefore low cost for small and medium enterprises is the best choice. Broaching machine in this article is mainly used for the aperture broaching, keyway broaching. Its composed mainly by the bed structure, power agencies, transmission, ancillary part and so on. It mainly uses the leather belt drive,worm reduction gear ,glide screw nut drive to complete the broaching work. This design has rational structure, low cost, high efficiency, good performance, and easy to operate.Key words: self-made broaching machine worm gear glide screw nut3目录第一章 前言 1第二章 总体设计 3 2.1 设计任务 32.2 设计目的 32.3 研究方法、思路 42.4 设计题目分析 42.5 总体布置简图 5第三章 螺旋机构的设计 73.1 耐磨性计算 73.2 验算自锁条件 103.3 校核强度 103.4 螺杆稳定性计算 143.5 螺杆刚度计算 14第四章 带传动设计计算 154.1 设计功率 154.2 选定带型 154.3 带传动传动比 154.4 带轮直径 154.5 实际转速 164.6 带速 164.7 轴间距设计计算 164.8 V 带的根数 174.9 单根 V 带的预紧力 184.10 带轮的结构尺寸 18第五章蜗轮蜗杆的设计计算 195.1 蜗轮蜗杆的类型、特点 195.2 蜗轮蜗杆的设计计算 21第六章 螺母和蜗轮凸缘的强度计算 25第七章 夹具的结构及性能分析 27第八章 拉床的电气控制系统的设计 298.1 控制系统总体方案的确定 298.2 行程开关 2948.3 主控制系统30第九章 轴承的选择与计算 319.1 轴承的选择 319.2 轴承的构造 319.3 轴承的类型 329.4 滚动轴承选型和校核 339.5 滚动轴承的寿命计算 35第十章 传动、减速装置的润滑37第十一章 轴的校核 40第十二章 机架的分析与设计4111.1 机架的分类 4111.2 机架的设计准则 4211.3 机架设计的一般要求 4311.4 机架设计步骤 4411.5 机架的结构选择 4511.6 机架选用的材料 46毕业设计小结 47参考文献 48毕业实习报告 49附:英文翻译英文原文 56设计项目 计算与说明 结果前言 第一章 前言机床是工作母机，机床制造业对国民经济的发展起着重要作用。建国初期，在优先发展重工业的方针指导下，机床制造业迅速发展，按国民经济发展计划建立了一大批机床制造厂，专业分工明确，机床型号齐全，形成了完整的通用机床制造体系。向各行各业提供了大量的工作母机，有力地推动了国民经济的发展。改革开放以来，国民经济飞速发展，给机床制造业带来了新的发展机遇，同时也提出了更高的要求。然而由于长期在计划经济的条件下组织生产，不能很快适应市场经济的要求，使国内很多机床厂家陷入困境。借鉴国外的经验，明确我们的发展方向，迅速适应市场需求，是我国机床制造业面临的重要课题。专用机床一般用于大量生产，需要加工精度长期稳定，因此，对其质量的要求与通用机床有很大不同。拉床是用拉刀加工工件各种内外成型表面的机床。拉削时机床只有拉刀的直线运动，它是加工过程的主运动，进给运动则靠拉刀本身的结构来实现。按工作性质的不同，拉床可分为内拉床、外拉床、连续拉床、侧拉床等等。拉床一般都是液压传动，它只有主运动，结构简单。液压拉床的优点是运动平稳，无冲击振动，拉削速度可无级调节，拉力可通过压力来控制。拉床的生产效率高，加工质量好，精度一般为 IT9-IT7，表面粗糙度 Ra 值为 1.6-0.8um。但由于一把拉刀只能加工一种尺寸表面，且拉刀较昂贵，所以拉床主要用于大批量生产。拉床的类型可分为以下几种：内拉床：用于拉削内表面，如花键孔、方孔等。工件贴住端板或安放在平台上，传动7设计项目 计算与说明 结果装置带着拉刀作直线运动，并由主溜板和辅助溜板接送拉刀。内拉床有卧式和立式之分。前者应用较普遍，可加工大型工件，占地面积较大；后者占地面积较小，但拉刀行程受到限制。外拉床：用于外表面拉削，主要有下列几种：立式外拉床，工件固定在工作台上，垂直设置的主溜板带着拉刀自上而下地拉削工件，占地面积较小。侧拉床，卧式布局,拉刀固定在侧立的溜板上,在传动装置带动下拉削工件，便于排屑，适用于拉削大平面、大余量的外表面，如气缸体的大平面和叶轮盘榫槽等。连续拉床，较多采用卧式布局，分为工件固定和拉刀固定两类。前者由链条带动一组拉刀进行连续拉削，适用于大型工件；后者由链条带动多个装有工件的随行夹具通过拉刀进行连续拉削，适用于中小型工件。此外，还有齿轮拉床、内螺纹拉床、全自动拉床、数控拉床和多刀多工位拉床等。专业化，高精度的拉床也预示着它的高价位，但是在很多时候，中小型的工厂内部需要使用拉床进行机加工，但是如果买进专业化的拉床，其所花的费用对于所得利润来说，成本太大，而且有时不需要那么高的精度要求，而使用这些拉床无疑是种浪费。这就需要工厂内部自己制造一些简单的，可以完成一般的加工的拉床。而自制拉床无疑是个好的选择，它的结构很简单，用材很少可以选择一些标准件来组装，仅有少部分没有标准件的地方自己工程内部加工制造也很容易。因而成本很低，对于中小型企业来说是最好不过的选择了。本设计课题任务的内容是自制 20T 拉床设计，它是一种主要用于拉削零件内孔、键槽的小型机械式拉床。结构主要由床身、动力机构、传动机构、附属装置等组成。本设计要求达到结构合理，生产成本低，效率高，满足工50设计项目 计 算与说明 结 果总体设计 作性能，而且操作方便的目的。第二章 总体设计2.1 设计任务本毕业设计课题任务的内容：自制 20T 拉床的设计。自制 20T 拉床设计是一种主要用于拉削零件内孔、键槽的小型机械式拉床。结构主要由床身、动力机构、传动机构、附属装置等组成。本设计要求达到结构合理，生产成本低，效率高，满足工作性能，而且操作方便的目的。2.2 设计目的1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。2.3 主要内容、研究方法、研究思路（1）设计任务：自制 20T 拉床的设计计算（2）技术要求：额定拉力 20 吨，（3）工作要求：额定拉力 20T，结构主要由床身、动力机构、传动机构、附属装置等组成。本设计要求达到结构合理，生产成本低，效率高，满足工作性能，而且操作方便的目的（4）设计要求：设计说明书不少于 2 万字；工程绘图量不少于折合成图幅为 A0 号的图纸 3 张；用计算机进行设计、计算与绘图一般不少于 2/3；查阅文献 15 篇以上，翻译与51设计项目 计 算与说明 结 果传动方案课题有关的外文资料，译文字数不少于 3000 字。研究方法： 设计任务书为基础，翻阅，查找工具书为辅，比较国内外在机械式拉床设计方面的优点及缺陷，在设计时借鉴和注意。研究思路：先从大局着手，兼顾细节。首先明确设计任务，由相关的任务书和工具书确定设计的传动方案并确定其结构形式；其次，查找主要技术参数，明确设计原则，由相关的公式进行轴及各类零件的强度，稳定性及寿命的校核计算；第三，进行机架的设计，包括床身，加紧装置形式的明确和对其强度，刚度，稳定性的校核计算。最后，全面分析设计结果是否符合设计要求，完善各个细节。2.4 设计题目分析2.4.1 额定拉削力为 20T2.4.2.工作速度的设定根据同类产品的经验和总体工作方案，选择工作速度为 1m/min，丝杠长度选为 1800mm工作装置所需功率: 512063.10.94wFVPkw电动机输出功率: .3带 蜗 螺 旋03.51.8wPk取螺杆的导程：P=24mm,则螺杆转速为：n= 06/min24r电动机是机床工作的动力源。是不可或缺的一个组成部分。电动机的选择正确与否直接关系到机床能否正常工作的问题。功率选择大了则浪费能源，提高了成本；小了则不能工作。封闭式小型三相异步电动机自扇冷却、封闭式结构，F=20（t）1设计项目 计 算与说明 结 果布置简图能够防止灰尘、水滴大量进入电机内部。可以做一般的驱动源，即用于驱动对启动性能、调速性能及转差率无特殊要求的机器和设备；亦可以用于灰尘较多、水土飞溅的场所。根据同类产品的经验和计算要求，可以选择电动机为Y160L1-4，额定转速为 1458r/min,额定功率为 15KW则总传动比为:i= 1458260由同类产品参考得来电动机输出功率的减速增扭过程采用二级减速方案。机械传动刚性大,为了增加柔性,改善过载对原动机的冲击，拟第一级采用 V 带传动，传动比大约为1.2，传动效率为 0.96；经过第一级减速后，第二级减速采用蜗轮蜗杆减速机，传动比为 20，传动效率为 0.8；最终拉动拉刀的是穿过机箱的丝杠螺母螺旋传动机构，螺旋传动机构用两条平衡支撑滑杠作为支撑，连接上装拉刀的装置。选择涡轮蜗杆传动可以改变传动方向，可以选择更大的传动比。选择丝杠螺母螺旋传动可以把轴向转动改变为横向进给运动。如此传动则可以完成拉床拉削工作需要。2.5 总体布置简图总体布局采用三维立体空间布局，主要驱动轴布置在机床的中央，主要工作机构水平式布局安排，各工位工作在同一水平线上。原动机布置在机架上方，工人操作平台应控制在 1.2 米左右，便于工人操作。具体的工作顺序为:电动机将动力传给带轮，带轮将动力传给蜗轮蜗杆，蜗杆再将动力传给螺母，从而带动丝杠做直线运动，最后完成拉削运动。总体布置简图如下：二级减速采用机械传动1设计项目 计 算与说明 结 果图 2-1 总体布置简图A 向1设计项目 计 算与说明 结 果耐磨性第三章 螺旋机构的设计与选择螺旋传动利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求主要用来把回转运动变为直线运动，同时传递动力。螺旋传动具有以下特点：在主动件上作用一较小力矩时，可使从动件得到很大的轴向力；螺杆旋一周，螺母只移动一个导程，可以得到大的减速比；传动均匀准确，可以得到较高的传动精度；传动易于实现反向自锁；传动平稳，结构简单。3.1 耐磨性计算新编机械设计师手册 （机械工业出版社）中查得螺杆选用材料：40Cr Tr 20064/2-8e螺母 2CuAl9Fe4Ni4Mn2 （铸铝青铜）滑动螺旋传动采用梯形螺纹3.1.1. 螺杆中径计算：1设计项目 计 算与说明 结 果HPd21螺 母螺 杆 hF/图 3-1F 轴向载荷A 螺纹的承压面积（指螺纹工作面表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）d1 螺纹小径（单位为 mm）d2 螺纹中径（单位为 mm）d3 螺纹大径（单位为 mm）h 螺纹工作高度（单位为 mm）P 螺纹螺距（单位为 mm）H 螺母高度（单位为 mm）Z 螺纹工作圈数 = H/P滑动螺旋传动的失效形式多为螺纹牙磨损，因此，螺杆直径和螺母高度通常由耐磨性计算确定。传力较大时，应当检验螺杆危险截面的强度和螺牙的强度；要求自锁时，应校核螺纹副自锁条件。要求运动精确时，还要校核螺杆刚度，此时，螺杆直径往往由刚度确定。对于长径比很大的受压螺杆，应校核其稳定性。考虑到螺杆受力情况复杂1设计项目 计 算与说明 结 果并有刚度和稳定性问题，计算其螺纹部分的强度和刚度时截面积和惯性矩可按螺纹小径计算。新编机械设计师手册 （机械工业出版社）中查得设计公式： 2phFPd（整体式螺母 =1.2-12.5 设计按经验参考取值H1.5）对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P，则8.02pFd查表 5-12机械设计 （西北工业大学）P取值 10MPa 52100.8.83.2792mdP查机械设计手册表 22.1-14：取 d2=128mm公称直径 d=140；螺距 p=20；小径 d1=D1=116mm3.1.2.螺母高度：新编机 械设计师手册 （机械工业出版社）中查得221.59Hdm3.1.3.旋合圈数：新编机械设计师手册 （机械工业出版社）中查得 合格 取 Z=1019801224zp3.1.4.螺纹的工作高度：新编机械设计师手册 （机械工业出版社）中查得 0.5.2hm3.1.3.工作强度：d2=128d1=116mmp=24mmd=140mmH = 192mmZ=10h=12mm所以满足工作条件1设计项目 计 算与说明 结 果强度螺杆强度205.1833.1482FpMPapdhz式 中 ， 螺 纹 螺 距 ， 为 24mm。P 螺 纹 工 作 高 度 (mm)， 梯 形 螺 纹h=0.5P=12mm。H 螺 母 高 度 。 29Hd所以满足工作条件 3.2 验算自锁 螺纹升角 ： 216arcarc2.33.48Ltgtd。由于系单头螺纹 所以导程 ，由机械设计手册 （机械工业出版社）24Lpm查得 0.90.9arcarc6.827os15os2stgtg。选3.3 校核强度由于螺母的材料一般比螺杆材料软，所以磨损主要发生在螺母的螺纹牙表面。滑动螺旋的磨损与螺纹牙工作面上的压强，滑动速度，螺纹牙表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。其中最主要的是螺纹牙工作面上的压强，其他因素的影响尚无完善的计算方法。所以，耐磨性计算主要是限制螺纹牙工作面的压强不超过许用值3.3.1.螺杆强度的校核压力（或拉力）F和扭矩T的作用。螺杆危险截面既有压2.3可自锁1设计项目 计 算与说明 结 果螺纹牙的强度应力，又有切应力。因此校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出危险截面的计算应力 ca.由机械设计 （西北工业大学）查得 2)(3)23WTAFca或 14(d式中：F 螺杆所受的轴向压力，单位为 N。A 螺杆螺纹的危险截面面积；A=d 12/4，单位为 mm2。W 螺杆螺纹段的抗扭截面系数，W=d13/16=Ad1/4，单位为 mm3。T 螺杆所受的扭矩，2)tan(dFv单位为 Nmm 。 螺杆材料的许用应力，单位为 MPa表 5-1机械设计 （西北工业大学）查得230152216arctnarctarctn2.38Spd107.354Am由式 5-48 由表 5-12 取vv ffarctnosarctn09.f6.827v61tan(3).0TFNm查机械工程材料手册 （曹正明） A=10207.035 2所以满足工作条件1设计项目 计 算与说明 结 果 b s HBS40Cr980MPa 785 MPa 207表3-1查表5-13机械设计 （西北工业大学）= s/4=196.25所以满足工作条件。3.3.2.螺纹牙的强度计算螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。如图3-1所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D（单位为）处展开，则可看作宽度为D的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为F/z，并作用在以螺纹中径D2（单位为）为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a-a的剪切强度条件为 FDbz螺纹牙危险截面a-a的弯曲强度条件为26bbl式中：b 螺纹牙根部的厚度，单位为 ，对于矩形螺纹，b=0.5P，对于梯形螺纹，b=0.65P，对于锯齿形螺纹，b=0.75P，P为螺距； 弯曲力臂，单位为 （ =（D-D 2）/2 ；l l 螺母材料的许用切应力，单位为MPa； b 螺母材料的许用弯曲应力，单位为MPa0.65.160.4Pm取 z=1292Hz螺杆：；0.6.78541aMP13ba 所以满足工作条件1设计项目 计 算与说明 结 果螺杆稳定性计算螺杆抗弯强度： b213Fh.6dZb抗剪强度： 9.805Dz螺母：=30-40MPa； =40-70MPab螺母抗剪强度： 52104.13.4.FDbz 螺母抗弯强度 522630.463.14.1b blu所以满足工作条件。 图 3-2 螺纹牙简图3.4 螺杆的稳定性计算对于长径比大的受压螺杆，当轴向力 F 大于某一临界满足工作1设计项目 计 算与说明 结 果螺杆刚度计算带传动设计值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力 F 必须小于临界载荷Fcr。根据螺杆的柔度值 S的大小选用不同的公式计算， il此处， 为螺杆的长度系数； 为螺杆的工作长度，单位l；螺杆两端支承时取两支点的距离作为工作长度 ，螺l杆一端以螺母支承时以螺母中部到另一端支点的距离作为工作度 ； 为螺杆危险截面的惯性半径，单位为； li若螺杆危险截面面积 ； 214dA则 。18.54dIi设计螺杆螺纹段的长度 为 1800；查表 5-14机械l设计 （西北工业大学）取 =0.70。则；所以不必校核稳定性。0.71829.4705S3.5 螺杆刚度计算：查机械设计手册得：轴向载荷产生的变形量： mmS240.7FEd转矩产生的变形量： mm2416.185MPTSGI导程变形总量： mmS0.5F式中：E=2.07 G=8.3510a41a总变形量可以忽略，刚度满足设计要求。第四章 带传动的设计计算带传动的主要失效形式即为打滑和疲劳破坏。因此，带传动的设计准则应为：在保证带传动不打滑的条件下，条件满足要求1设计项目 计 算与说明 结 果具有一定的疲劳强度和寿命。查新遍机械设计师手册表 4.1-2 初拟选用普通 V带传动。注：以下均为新编机械设计师手册表。已知：原动机 Y160L1-4 传递功率为 P=15KW转速 n1=1500 r/min 传动比 i 为 1.2每天工作 8h。4.1 设计功率 dP由表 4.1-9 查得工况系数 Ka=1.0=151.0=15KWd4.2 选定带型根据 =15KW 和 n1=11458 r/min ，由图 4.1-1 选定 BdP型普通 V 带。4.3 带传动传动比 带传动的传动比 i 为 1.24.4 带轮直径 小带轮基准直径 ： 参考表 4.1-14；表 4.1-15 和图4.1-1 取 18dm大带轮基准直径：由表 4.1-14 取21().2(10.)4.18di 弹性滑动率 ；通常 =0.010.02。454.5 减速机的实际转速122()(0.)145802/mindnr4.6 带速1d=8m2145d1208 2nr/min10.68Vm/sa0=1000mm基准长度1设计项目 计 算与说明 结 果140158.6m/606dnVsV VMIN=5 m/s（一般 V 不得低于 5 m/s）4.7 轴间距设计计算初选 a0=1000mm所需基准长度：020 4)()(2121addaLd 23.4(8)21()5.8查表 4.1-6 选取基准长度 2500。实际轴间距： 0098.62dLa安装时所需最小轴间距： ).(minddLbamm98.62140.925)48.1bd 基准宽度，查表 4.1-5 取 bd=14。安装时所需最大轴间距：（张紧或补偿伸长）max0.210.2510mdL4.8 V 带的根数小带轮包角： 211 8048057.357.1.9.6da2500948.mina1mmmax=1050mm1设计项目 计 算与说明 结 果带轮结构设计单根 V 带的额定功率：根据 =140和 n1=1458 r/min 1d由表 4.1-12d 查得 B 型带 P1=2.83 KW。P1：考虑传动比的影响，额定功率的增量 P 1由表 4.1-12d查得 P 1=0.25KW。LdKPZ)(1式中 考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数 考虑带的长度不同时的影响系数，简称长L度数 单根 V 带的基本额定功率 1P 计入传动比的影响时，单根 V 带额定功率的增量（因 P0 是按 =180 即 dd1=dd2 的条件计算的，而当传动比越大时，从动轮直径就比主动轮大，带绕上从动轮的弯曲应力就比绕上主动轮时的小，故其传动能力即有所提高）查表 4.1-10 查得 =0.99K查表 4.1-11 查得 =1.03L153.81(2.80).9Z取 Z=4 根。4.9 单根 V 带的预紧力考虑离心力的不利影响，单根 V 带所需的预紧力为2012qvefFvc用 带入上式，并考虑包角对所需预紧力的影ZVPcaec1响，可将 F0的计算式写为取 Z=4 根F0=374.144N安装新带时的预紧力应为上述预紧力的 1.5 倍。1设计项目 计 算与说明 结 果20)15.(qvKZVPFd其中各符号的意义和单位同前。 传动带的单位长度的质量，单位/m。q查机械设计 （西北工业大学）表 8-4 取 =0.10q20152.(1)0.96734.16.789F N由于新带容易松弛，所以对非自动张紧的带传动，安装新带时的预紧力应为上述预紧力的 1.5 倍。4.10 带轮的结构尺寸设计带轮时，应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造产生过大的内应力。V25m/s 时尚需进行动平衡。本设计中 V=9.267m/s，无须进行动平衡。带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金、或工程塑料等。其中灰铸铁应用最广，当 V25m/s 时用 HT150 或 HT200，本设计中采用 HT200。带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。轮辐部分有实心、辐板（或孔板）和椭圆形轮辐等三种形式。查表 4.1-14 得轮缘尺寸表 4-1型号 B基准宽度 db14基准线上槽深 minah3.5基准线下槽深 if 10.8槽间距 e190.4槽边距 minf 11.5采用HT200小带轮和大带轮均采用实心轮辐1设计项目 计 算与说明 结 果涡轮蜗杆设计计算最小轮缘厚度 min5.5带轮宽 B80小带轮外径 ad147大带轮外径 b 18轮槽角 34偏差 1根据带轮的基准直径参照表 4.1-17，决定小带轮、大带轮采用实心轮辐。根据电动机尺寸和后面的蜗杆尺寸确定小带轮内径为 80，大带轮内径为 82mm，键选用普通平键C 型 b=14,h=9,L=50。带轮轮槽工作表面粗糙度为 Ra 3.2 m，轮缘和轴孔端面为 Ra 6.3 - 12.5 m 。轮槽棱边要倒圆或倒钝。A 型带带轮轮槽间距的累计误差0.6，两槽的基准直径差0.4。 （摘自 GB/T 13575.1-92）第五章 蜗轮蜗杆的设计与计算5.1 蜗轮蜗杆的类型、特点减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。减速器的种类很多，但几乎大部分的减速器已有标准系列产品，使用时只需结合所需传动功率、转速、传动比、工作条件和机器的总体布置等具体要求，从产品目录或有关手册中选择即可。只有在选不到所满足工作条件的产品时，才自行设计制造。蜗 杆 传 动 属 于 空 间 啮 合 传 动 ， 用 于 传 递 两 交 错(既 不 平 行 又 不 相 交 )轴 间 的 回 转 运 动 和 动 力 。 轴 交 角可 为 任 意 值 ， 但 在 绝 大 多 数 情 况 下 使 用 正 交 蜗 杆 副 ，即 =90。 它 主 要 由 蜗 杆 和 蜗 轮 组 成 ， 蜗 杆 相 当 于 一头 或 多 头 的 等 导 程 (或 变 导 程 )螺 旋 ， 蜗 轮 则 为 变 态斜 齿 轮 (或 为 直 齿 轮 )。 在 蜗 杆 传 动 中 ， 通 常 蜗 杆 为 主动 件 ， 蜗 轮 为 从 动 件 。 但 有 时 为 了 增 速 如 离 心 器 中 的1设计项目 计 算与说明 结 果蜗 杆 传 动 ， 蜗 轮 是 主 动 件 ， 而 多 头 或 人 导 程 角 的 蜗 杆则 为 从 动 件 。 根 据 蜗 杆 形 状 的 不 同 ， 蜗 杆 传 动 可 以 分成 三 种 类 型 ： 圆 柱 蜗 杆 传 动 ， 环 面 蜗 杆 传 动 和 锥 蜗 杆传 动 。 圆弧圆柱蜗杆减速器：CWU（蜗杆在下） 、CWS（蜗杆在侧） 、CWO（蜗杆在上）为单级圆弧圆柱蜗杆减速器，主要适用于冶金、矿山、起重、运输、化工建筑等各种机械设备的减速传动，蜗杆为圆环面包络圆柱蜗杆（ZC1 蜗杆），C1 齿形。标准减速器的工作条件；蜗杆转速不超过 1500r/min；工作环境温度为-40 +40C；当工作环境温度低于 0C 时，起动前润滑油必须加热到 0C 以上，当工作环境温度高于 40C 时，必须采取冷却措施；蜗杆轴可正，反两向运转。5.2 蜗轮蜗杆的设计计算1.选 择 蜗 杆 传 动 类 型采 用 渐 开 线 普 通 圆 柱 蜗 杆 （ ZI）2.选 择 材 料蜗 杆 选 用 45 钢 ， 整 体 调 质 ， 蜗 轮 为ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 （铸铝青铜）3.按 齿 面 接 触 疲 劳 强 度 进 行 设 计传 动 中 心 距 ： 232)(HEZKTa其 中 ， K载 荷 系 数 VAK蜗 轮 上 的 公 称 转 矩 。2=144242T1设计项目 计 算与说明 结 果材 料 的 弹 性 影 响 系 数 ，EZ=160MPa接 触 系 数 。蜗 轮 齿 面 许 用 接 触 应 力 。H 确 定 作 用 在 蜗 轮 上 的 转 矩 2T查 表 确 定 蜗 杆 头 数 =2， 传 动 比 为 i=20,蜗 轮 齿1z数 为 =40， 啮 合 效 率1286/minnri.666212 21.809.9.5109.509.543PTnnNm 确 定 载 荷 系 数 K因 工 作 载 荷 较 稳 定 ， 故 取 载 荷 分 布 不 均 系数 1由 书 2.P250 表 11-5 选 取 使 用 系 数 1AK由 于 转 速 低 ， 冲 击 不 大 ， 可 取 动 载 系 数.VK则 =1.05VA 确 定 接 触 系 数 Z先 假 设 蜗 杆 分 度 圆 直 径 和 传 动 中 心 距 a 的 比1d值 /a=0.35， 查 书 2.图 11-18 得 =2.91dZ 确 定 许 用 接 触 应 力 H根 据 蜗 轮 材 料 为 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 （铸铝青铜） ， 蜗32N.mma=200mmd1=80mmm=8mm1设计项目 计 算与说明 结 果杆 为 45 钢 ， 可 以 从 书 2.表 11-7 中 查 得 许 用 接 触 应力 =128MPa，H（ 因 控 制 要 求 ， 适 用 滑 动 速 度 ）smvs/2 计 算 中 心 距23160.91.0543()168a取 a=200mm。从 表 11-2 中 取 模 数 m=8mm,蜗 杆 分 度 圆 直径 =80mm， 这 时 /a=0.4， 从 图 11-18 可 查d1d得 接 触 系 数 =2.8 ， 因 此 以 上 计 算 结 果 可 用 。Z4. 蜗 杆 与 蜗 轮 的 主 要 参 数 与 几 何 尺 寸 蜗 杆轴 向 齿 距 3.14825.3aPmm直 径 系 数 /0/qd齿 顶 圆 直 径 （ 为 齿 顶 高 系 数 =1）*ah*ah*1282196aadmm齿 根 圆 直 径 )(*1cdaf *1h802(0.58)6为 顶 隙 系 数 ， =0.25。*c*c分 度 圆 导 程 角 318蜗 杆 轴 向 齿 厚 .42.562aSmm 蜗 轮230dm1设计项目 计 算与说明 结 果蜗 轮 齿 数 ， 变 位 系 数 ，240z125.0x蜗 轮 分 度 圆 直 径 2843dmzm蜗 轮 喉 圆 )(2*2 xhhaaa =338mm蜗 轮 齿 根 圆 直 径 22ffhd)(*cxa30810.5.2=302mm蜗 轮 咽 喉 母 圆 半 径 2agdr1385.校 核 齿 根 弯 曲 疲 劳 强 度FFaFYmdKT2153.其中， 蜗轮齿根弯曲应力。蜗轮齿形系数，查书 2.图 11-19 得2FaY=2.22 螺旋角影响2FaY系数， 140Y当量齿数 2.93.cos32zv（根据 从图 11-19 可查得4.,15022vx=2.22）2FaY1设计项目 计 算与说明 结 果凸缘计算螺旋角影响系数 =0.919140Y许用弯曲应力 FNFK从表 11-8 中查得 2CuAl9Fe4Ni4Mn2 （铸铝青铜）蜗轮的基本许用弯曲应力 ，寿命系数 90FMPa9610FNN 为应力循环次数。 hLjnN26其中， j蜗轮每转一转，每个齿轮啮合次数，为 1。蜗轮转速为 60r/min。2n工作寿命，取为 15000h。hL则 760150.41N697.2.FK045.8MPaYmdTFaF213.5043.091823.FMPa弯 曲 强 度 满 足 。第六章 螺母和蜗轮凸缘的强度计算在螺旋传动螺母的设计计算中，除了进行耐磨性计算与螺纹牙的强度计算外，还要进行螺母下段与螺母凸缘的强度计算。如图 3-2 所示的螺母结构形式，工作时，在螺母凸缘与底座的接触面上产生挤压应力，凸缘根部受到弯曲及剪切作用。螺母下段承受压力和螺纹牙上的摩擦力矩作用。设螺母下部分承受全部外载荷 F，并将 F 增加 20%-30%弯曲强度满足要求1设计项目 计 算与说明 结 果来代替螺纹牙上摩擦力矩的作用，则螺母下部分截面 b-b内的最大压缩应力为 23(1.)4FD式中 为螺母材料的许用压缩应力为 1.6 b，查表 5-13机械设计 （西北工业大学）为 80MPa图 3-3 螺母结构简图D1 螺母小径（单位为 mm）D2 螺母中径（单位为 mm）D3 螺母大径（单位为 mm）D 蜗轮分度圆直径（单位为 mm） 蜗轮外径（单位为 mm）4参照上述设计 D1=116mm; D2= 128mm； D3=160mm; D4=338mm; D=320mm;=70mm；b=256mm.1设计项目 计 算与说明 结 果夹具结构及性能设计分析1） 螺母受压力学校核所以满足工作条件52.104.(68)42） 凸缘接触表面的挤压强度计算所以满足工作条件5210.9(846)p P3） 凸缘根部的弯曲强度计算234234 )(5.161)(aDFaFWMb = 所以满足工作条52.0(8)1.74b件。第七章 夹紧夹具的结构及性能分析夹具的设计制造在机械制造生产准备工作中占有很重要的地位，它的设计与制造质量对保证产品质量有决定性的影响，其设计与制造的周期在整个生产准备中最长，实际决定着整个生产准备周期。一般来说，夹具的生产属于单件生产，减少设计周期是减少整个生产准备周期的关键。此外，夹具应具有自锁功能，装夹方便。通过调查分析注意到夹具设计有以下的特点：(1)夹具设计中尽量采用标准件和常用件设计人员在进行夹具设计时，尽量选用标准件或通用件进行设计，若每次设计人员都需要重新对这些零件进行造型，设计人员必然要做许多重复性的劳动。(2)夹具设计是一个高度倚赖经验的设计问题满足要求1设计项目 计 算与说明 结 果设计师在构思新工件的夹具设计方案时，往往根据个人的设计制造经验将新工件的结构特征、制造特征与己有工件的结构特征和制造特征相比较，根据这些特征的相似性找出与新工件最为相似的工件及它的装夹规划方案和夹具元件，经过调整来获得新夹具的设计，很少是从头做起的。传统夹具以专用夹具为代表主要有四种功能:定位、夹紧、导向和对刀。对夹具的基本要求就是将工件定位并牢固的夹持在一定位置，并在机床工作台上有一定的方位，其次，还要满足其他要求，如保证夹具的生产率(容易装卸工件，采用自动或半自动夹紧装置，切屑容易排除)，操作简单并安全(如对贵重工件采用防误功能的元件)，有效降低成本(考虑夹具材料和制造过程，优先选用标准件)。因此，夹具设计是一个复杂的过程，在传统夹具设计中，这些基本原理应用于具体夹具设计中主要取决于设计者的经验。从夹具设计人员的经验中收集和表达这些知识是开发计算机辅助夹具设计 (CAFD)系统的关键。典型的夹具设计过程包括以下五个步骤：审阅零件图和制造技术要求，选用定位基准决定定位夹紧方法，选定标准元件及机构和夹具结构设计。在设计和生产针对大批量工件加工的专用设备的过程中，夹具的设计已成为其中一个比较大的难点，它主要依靠设计人员运用设计经验完成，但设计过程和原理在某种意义上说又具有相似性。 拉床的夹具是整个设备中一个关键部分，它的主要作用是定位和夹紧待切试样，同其它机床夹具一样，拉床的夹具在发挥现有设备的潜力，保证加工质量等方面起着积极的作用。1设计项目 计 算与说明 结 果电气控制系统设计拉床夹具的设计受工作台、防护罩等诸多因素的限制，因而在进行夹具设计时要综合考虑，协调各种制约因素，满足其设计要求的同时，力求拉床夹具结构简单、装卡试样方便快捷。根据以上要求设计的快速夹紧夹具为力求夹具结构简单，参照同类产品的结构形式设计为如图 43 所示。参照着同类产品的样子设计出此种夹具，此图左面是拉刀，右面和上面是夹具，因为拉床主要工作应力是拉力，所以只要装好刀具，插上上图中的插销即可正常工作，结构十分简单，操作也很方便。第八章 拉床的电气控制系统的设计8.1 控制系统总体方案的确定自制拉床的要求就是操作简便，结构简单，而且它不要求加工太高精度的工件，仅仅是粗加工，满足多数的普通加工要求即可，并且，参照同类产品的控制系统，本设1设计项目 计 算与说明 结 果计不涉及变速系统，只有点动和开停控制。并且有行程开关，以防止机床床身损坏。8.2 行程开关 如图行程开关 2 和 3 是控制拉床工作或者是点动过程中的停止，而 1 和 4 是强制停止开关，用以防止 2 和 3 的失效时，丝杠等一直运动损坏床身。8.3 主控制系统从操作简便来考虑，拉床的主要控制系统如下图所示：停止按钮 SB1 工作按钮 SB2 正向点动按钮 SB3反向点动按钮 SB4 SQ1SQ4 为行程开关1设计项目 计 算与说明 结 果轴承的选择与计算 MFRKM1FUQSL123KM2FRSB1SBSB23KMSB44KM1KM12Q2S3Q4第九章 轴承的选择与计算9.1 轴承的选择参考书目：机械设计手册 （第四版第二卷）机械零件设计手册机械设计 （第七版）轴承是支撑轴的部分。根据轴承工作时的摩擦性质。轴承可分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦