汽车制动蹄圆柱面专用铣床旋转机构及床身部件设计【含CAD图纸】
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- 内容简介：
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摘要本设计目的就是设计一台可以加工制动蹄蹄片的专用铣床，此工件原来在车床上加工，切削的蹄片材料是石棉酚醛混合物，存在工人劳动强度大，装卸和夹紧困难，由于材料的特殊性、表面不连续性、以及其结构的复杂性等原因。存在切削时材料不宜脱落，生产效率低等缺陷。为克服以前采用车削加工时所产生的问题，设计了此专用铣床，采用旋转铣削法加工，成功解决了上述问题。专用机床是通过缩小机床的工艺用途来实现高效率的机床。这类机床结构较简单，调整和操作方便，自动化程度较高，易于保证质量并有较高的生产率。适于成批生产。本设计的主要内容为机床的旋转机构和床身部件，床身部件包括减速器，滑台和箱体。减速器采用结构简单的双级圆柱齿轮传动，其整体内置于床身内部，减小了机床的整体结构；通过皮带传动将电动机功率输入其内，其输出端连接机床的旋转机构。旋转机构采用涡轮涡杆传动，控制加工台的旋转。调整机构用于调整铣削头与工件之间的位置关系，以保证工件的加工精度；其结构采用可垂直相对运动的十字滑台结构，运动靠丝杠螺母机构实现并采用了可靠的锁紧结构，既能保证机床结构参数的调整又能保证在加工过程中保持位置不变，可使加工过程顺利进行。关键词：专用铣床；减速器；旋转机构；十字滑台AbstractThe design objective is to design a milling machine which can process the brake shoes, the original part was processed in a lathe, cutting the shoes, phenolic mixture of asbestos materials, labour-intensive existence of workers, handling and clamping difficult, because the special nature of the surface discontinuities, and the complexity of its structure and other reasons. There exist two problems :cutting material difficult and low production efficiency .In order to overcome the past by turning on when the problems arising from the design of this special milling machine, used by rotary milling processing, successfully resolve the issue. Special Machine through the narrow use of the machine tool to achieve high efficiency of the machine. Such a simple machine structure, adjustment and easy to operate, a higher degree of automation and easy to ensure the quality and higher productivity. Suitable for mass production. The design of the main elements of the rotation for the machine tool and bed parts, components, including bed reducer, slider and Cabinet. Reducer a simple structure of the double-cylinder gear transmission, its overall internal built-in bed, reducing the overall structure of the machine; belt through the motor drive will enter its power, its output connected machine rotating bodies. Adopted by turbine rotating vortex-transmission, processing control of Taiwans rotation. Adjustment of institutions used to adjust milling head and the location of relations between the workpiece to ensure that the workpiece processing accuracy of its use of the vertical structure of relative movement of cross-Taiwan sliding structure, movement by screw and nut agencies to achieve a reliable locking structure , The machine can ensure that structural adjustment can guarantee that the parameters in the process of keeping the same process can proceed smoothly. Keywords: dedicated milling machine reducer rotate slide coss-TaiwanI目 录1 绪论11.1 前言12 专用机床概述23 零件分析与加工方案确定431 零件分析43.1.1 零件的用途43.1.2 零件的工艺分析43.2 工艺方案的确定54 机床设计参数的确定74.1 机床参数设定74.2 铣削后圆柱面的侧母线74.3 参数a、b值大小及精度94.4 机床参数确定104.5 铣削用量的确定114.6确定制动蹄片专用铣床总体方案124.7确定制动蹄片专用铣床的传动145 减速器的设计155.1 减速器的类型与选择155.2 电动机的类型与选择155.3 传动装置的总传动比及其分配165.4 计算传动装置的运动和动力参数175.4.1 各轴转速175.4.2 各轴输入功率175.4.3 各轴输入转矩185.5 V型带的设计与选择185.6 齿轮传动设计195.6.1 选择模数195.6.2 齿面接触强度的校核205.7 轴的校核215.8 轴承的选择与校核245.9 键的校核246 滑台的设计266.1 导轨的确定266.1.1 导轨的选择与设计266.1.2 导轨的截面形状与组合266.1.3 导轨间隙的调整276.2 丝杠的选择276.3 滑台的联结287 旋转机构的设计297.1 旋转机构的设定297.2 旋转机构的作用及工作原理297.3 旋转机构的确定30结 论31致 谢32参考文献33附录34331 绪论1.1 前言毕业设计是学生综合运用所学理论展示的重要体现，是大学中必要的教学环节。通过毕业设计，培养大学生具有一定的创新能力、实践能力和创业精神。毕业设计在培养大学生探求真理、强化社会意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面，具有不可替代的作用，也是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现。同时，毕业设计的质量也是衡量教学水平、学生毕业与学位资格认证的重要依据。通过毕业设计，进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。其次，培养学生独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重培养学生开发创造能力和独立获取新知识的能力。最后，使学生初步掌握科学研究的基本方法，获得从事系统科学研究的初步训练，注重科学能力和素质的培养。在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础，专业课全面的训练，为将来做好机械设计方面的工作，提供全面的锻炼机会。毕业设计是学生对所学理论课的综合运用，是实现培养目标的重要教学环节，是培养大学生的创造能力、动手能力和创业精神的重要过程。毕业设计在培养大学生探求真理、强化科学意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面，具有不可替代的作用，也是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现。同时，毕业设计的质量也是衡量教学水平、学生毕业与学位资格认证的重要依据。我们这次毕业设计的课题是设计一台专用铣床，我个人主要负责机床的减速器及滑台的设计。由于本机床采用了大量的非通用部件，还应该考虑制造中的问题、提高了机床的可靠性、降低了机床的制造成本、达到了机床设计的目的。在设计过程中，我遵循“能标准，不专用，能选择，不专造”原则，尽量采用标准件，在减速器的设计中，齿轮、轴承、键、带轮和螺钉均是标准件，仅有箱体、箱盖、和转动轴无法采用标准件，才根据其实际情况，设计合适的非标件。而由于调整机构的专用性，滑台则大部分采用的是非标件，仅有螺钉是标准件。毕业设计使我辈大学生初步掌握科学研究的基本方法，获得从事系统科学研究的初步训练，科学能力和素质得到培养。在实际工程设计中，可以使所学过的理论基础，技术基础，专业课得到系统的使用全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。毕业设计进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。对培养学生的独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重培养学生开发创造能力和独立获取新知识的能力。由于本人水平有限，文中难免有错误和不妥之处，恳请各位老师批评指正2 专用机床概述专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中，不可缺的机床品种。比如数控车床由于改为专用设计，这台数控车床则不用原机床型号，而采取编专用机床号的办法。由于专用机床是一种量体裁衣产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装备。随着制造技术的进步，数控技术的普及，专用机床的数控化发展也很快，专用机床在生产实践中占有一定的比重。据有关资料介绍，日本2001年专用机床产值占机床产值的比达到8.8%；我国台湾省这一数字达到6.9%;而我国仅为0.67%。所以，在当前产品结构调整中，发展专用机床是行业发展中的一个值得注意的问题。专用机床适用于单件中、小批量生产的小型零件的加工.它是由已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的高效专用机床，便于更换受损部件，因此提高了工件加工的整体效率。目前，在汽车，拖拉机，柴油机，电机，仪表，军工等等重，轻工业大批大量生产中获得了广泛应用。一些中小批量生产的企业，如机床，机车，工程机械等制造业中业已广泛应用。专用机床可以用来完成轴套类，轮盘类，叉架类以及盖板类零件的部分工序的加工。专用机床主要由调整机构，动力头，夹具，动力箱，底座以及控制部件和辅助部件等组成。专用机床及其自动化生产线的制造，与大量生产汽车等性质不一样，也与普通机床的制造性质不一样，它具有两个极其鲜明的特征：一是集成性。用户订购专用机床都是要求交钥匙工程，它集加工工艺（含工艺方法及工艺参数），机床、夹具、工具（包含辅助）的开发设计与选择，检验测量（包括进入机床前的毛坯检验、加工中及成品的检验测量）物流的输送，切屑和冷却液的防护与处理等于一体。它不仅仅解决其中的某一问题，而是要解决好涉及较宽的技术领域可能遇到的每一个问题。二是单一性。专用机床几乎都是单台性生产，要根据用户提出的要求，进行一次性开发，一次性制造，而且还要保证一次性成功。 根据对专用机床及其自动生产线等相关资料的研读，我将专用机床制造业的工作归纳为以下五个特点： 1）是技术难度大。由于它是集中加工工艺、机床、夹具、辅具、刀具、检验测量、物流等于一体，实现交钥匙工程，从而涉及技术领域宽且复杂，又是一次性制造，要保证一次成功，所以技术难度大。 2）是经营风险率高。专用机床（或自动线）根据用户订单“量体裁衣”制造的，不可能有试制探索过程，要确保一次成功，有相当大的技术风险。由于技术方案不当，造成局部或整体报废的情况屡见不鲜；由于一次性制造，在制造调试过程中难保不出现问题，解决这些问题总是需要时间，从而按期交货也有一定的风险；由于装备是专门为某一用户订做的，当该用户因种种原因不能如期付款、甚至无力付款时，势必造成制造企业的损失；在现行的金融制造还无法约束对方，产品无法转让他人的情况下，经营显而易见。 3）是协作困难大。由于是一次性制造，它不像汽车零部件那样大量生产，也不像通用设备那样批量生产，找协作厂家很困难。条件一般的企业，很难保证一次性制造出合格的产品；条件好的企业，又不愿当配角，对这种委托协作看不上。 4）是技术依赖性强。专用机床及其自动线从设计、工艺编制、生产制造到装配调试的全过程，都需要一批有经验的技术人员、管理人员和技术工人。 5）是技术成长期长。专用机床的设计制造涉及专业面广，要具备较丰富的工艺知识，要比较熟悉用户的制造工艺，要保证一次成功，培养一名熟练的主管设计师，要花几年时间，才能做出好的产品设计、好的制造工艺，生产出好的产品，技术成长期要长。 五个特点，五种原因，既相互关联，又各具特性，但确实是影响我国专用机床制造业发展的重要方面。今天，我们要调整机床工业的产业结构，发展专用机床是一项十分重要的工作。3 零件分析与加工方案确定31 零件分析3.1.1 零件的用途此零件是汽车制动机构的制动蹄部件，它的作用是实现汽车的制动。汽车的刹车机构是汽车的重要部件之一，此部件的性能好坏事关人的生命安全，需要对其工艺性能及其机械性能进行深入研究与分析。3.1.2 零件的工艺分析本设计题目是加工制动蹄工件，切削石棉酚醛混合物材料。由于制动蹄圆柱表面其材料的特殊性、表面不连续以及其结构的特殊性，此工件原来在车床上加工，存在装夹困难，劳动强度大，用常规的车削加工难以保证其加工精度和表面质量，切削时不易脱落，致使采用车削加工很难得到要求，而且生产成本也很高。图3-1 工件简图根据工件结构，尺寸要求分析，可以采取车削、磨削以及铣削的加工方法来满足工件的精度要求。以下对各种加工方案进行分析比较：1）采用车外圆的方法。车床工作时，工件作旋转的主运动，刀具作直线或曲线的进给运动。车外圆是车床的主要工作之一。车削应用范围广泛，适合于加工各种形状的内外回转面。它对于工件的材质、结构、加工精度和表面粗糙度以及生产批量的适应性都较强，因而得到广泛的应用。加工精度高，表面粗糙小。车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较方便，有利于提高加工质量。具有较高的生产率。从以上车床的特点分析可知，车削加工的方法能满足工件的精度要求和生产率，但唯一的不足是，考虑到工件的外形尺寸比较大，在车床上加工R210mm的圆柱面，存在装夹困难，劳动强度大；切削石棉酚醛混合物材料，不易脱落，生产效率低等问题。2）采用磨削的加工方法来磨削R210mm的圆柱面。磨床是以砂轮作为刀具的金属切削机床。磨削不仅可以对外圆面、孔、平面、螺纹、齿轮和各种成形面进行加工，而且可以加工一般金属切削刀具难于加工的硬质合金等高硬度材料。磨削加工能经济地获得高的加工精度和低的表面粗糙度，因此用作精加工。砂轮是磨削用的刀具，它是用结合剂把磨料粘结在一起，经过焙烧而成的疏松物体，因此砂轮的表面有好多高低不平的凹坑，加工石棉酚醛混合物的时候难于脱落，会粘到砂轮的凹坑里，这严重影响了加工的效率还有工件的精度要求。3）采用铣削加工的方法铣削R210mm的圆柱面。铣削加工是金属切削加工的重要组成部分，是一种加工范围广、生产效率较高的加工方法。铣削加工的精度也较高，其经济加工精度一般为IT9IT8级、表面粗糙度为Ra12.5Ra1.60mm。铣削时铣刀高速旋转，铣刀刀齿之间间距比较大，当加工石棉酚醛混合物这种难以脱落的材料的时候，并不会粘在刀具上，即对加工不会产生影响，而且能满足工件的加工精度要求。另一方面，在卧式铣床上，可以很容易把工件加紧，达到加工的要求。综上分析比较可得，采用铣削的加工方法比较适合，更能满足加工的精度要求还有生产率也比较高。从经济上考虑，专门设计一台专用铣床来加工工件，更能实现低成本和高效率。3.2 工艺方案的确定由于本次设计只需要加工石棉酚醛混合物曲面，可以采用一次装夹，加工完成的方式，这样大大提高了劳动生产率。但由于使用盘状铣刀，采用旋转铣削方法，所加工的线条均为曲线，理论上不能实现加工要求，但是在实践上，只要控制加工曲线的直线度的公差，使其在一定范围，就可以得到我们的加工要求。要想得到设计要求，就需要理论求证，确定机床的主要参数，从而实现理论向实践的转化。本设计思路就是在这一点作为突破点并进一步展开的，由于使用的是使用铣削头，其方案如下：首先是通过建立工件铣床的工作坐标系，经过数学分析，得到刀尖的运动方程和侧母线的方程，要是工件的误差在允许范围内，用数学函数来表达即是求其侧母线的一阶导数，得到其极点，极点的位置即是工件直线度的误差范围的边沿，只要保证极点的位置在允许的公差范围内，此专用铣床就能满足加工的要求。当极点的存在范围被确定后，即可根据所写的函数表达式来确定其他重要的机车参数，通过对函数方程的求解，可以确定铣刀回转轴线与零件工件回转轴线错移距离的大小，刀尖回转平面至工件回转轴线距的大小，和刀盘的标准直径，从而是机床的设计在理论得到了证明，也使设计工作有了可操作性，能够进行具体的和整体设计。并最终完成整个专用铣床的设计。4 机床设计参数的确定4.1 机床参数设定工件装夹在盘形工作台上，该机床，每次对称装夹两个零件加工。因为，旋转铣削加工出的圆柱面的母线不是直线，为了保证圆柱面与A、B(图4-1为基准)的平行度不超过0.2mm,必须合理确定工件与刀具之间的位置。如图4-1所示，端铣刀轴线与零件外圆柱面的轴心线（铣削时，工件回转轴线）错移距离为a,刀尖运动平面与零件外圆柱面轴心线平行且距离为b ,铣刀半径为r,在零件宽度方向（垂直于纸面）上，铣刀轴线与零件对称面等高，a、b及铣刀直径的大小和精度直接影响工件的精度，因此应根据零件的精度，合理确定a、b、r的值及允许的变化范围。图4-1 刀具调整图4.2 铣削后圆柱面的侧母线建立坐标系：设工件位于坐标系O-XYZ中，取工件的外圆柱面轴心为Z轴，X轴位于工件宽度对称面内；设端铣刀位于坐标系-xyz平面内；取Y轴为端铣刀轴线，X轴位于刀尖运动平面内，两坐标系的关系为：xy与XOY共面，z轴平行于Z轴。根据运动相对性原理，可把加工运动看成工件不动，刀尖绕坐标系-xyz的y轴转动并随-xyz绕坐标系O-XYZ的Z轴转动的复合运动。已加工面的方程：设初始位置时，y轴平行与X轴，当坐标系-xyz绕Z轴转动任意角，刀尖在坐标系-xyz内转动任意角时，设刀尖在坐标系O-XYZ坐标系为K（X，Y，Z）。由以上分析计算可得出，刀尖的运动轨迹，亦即工件的加工面的方程为 式（4-1）已加工面的侧母线方程；在加工面式（4-1）中，令Y=0，得侧母线方程 式（4-2）亦就是刀尖在运动过程中，通过XOZ平面依次位置。由式（4-2）可知，侧母线左右对称于Z轴，上下对称于XOY平面，下面仅考查X0，Z0的部分。 侧母线上极值点，对式（4-2）求导得（1）驻点A（图4-2）在上式中若a- rsin=0时，有，（2）驻点B（图4-2）在上式中若ctg=0时有，（3）端点C（图4-2）设工件高为H，根据加工原理，此加工为对称铣削，选硬质合金刀具直径d=2r=1.8H。因，所以/2，代入式（4-2）得由此可以得到：在X0，Z内考查侧母线时，三个几极限点的X坐标关系为：，而侧母线是左、右、上、下对称，所以，其直线度理论误差为图4-2 直线度理论误差示意图4.3 参数a、b值大小及精度本工序主要是圆柱面半径及母线与A、B（图4-1基准）的并行度要求，本工序的定位误差及外圆柱面的母线直线度误差等，是影响并行度的主要原因。取母线直线度理论误差占工序允许的平行度误差t的倍（即=）。由此可以确定机床的主参数。确定a、b值的大小：取工件半径R=，由图4-3得。通常，即 式（4-3） 式（4-4）确定a、b值的精度：式（4-3）全微分，得 式（4-5）对式（4-4）全微分，得 式（4-6）把式（4-5）带入式（4-6） 式（4-7）图4-3 误差分析示意图4.4 机床参数确定由图4-1知：本工序t=0.2mm，R=mm，H=125mm.刀具选硬制合金端铣刀，直径d=2r=1.8H=1.8125=225mm；选标准刀具：直径d=250 调整至d=250mm.铣刀回转轴线与零件工件回转轴线错移距离为a=122.1mm,因mm,所以a=122.1mm.刀尖回转平面至工件回转轴线距b=209.98mm，所以b=210mm。4.5 铣削用量的确定已知刀具为硬质合金端铣刀以及刀盘直径d=250mm，根据机械加工工艺手册表9.4-3，=,选择=0.10mm/z。根据机械加工工艺手册表9.4-4、表9.4-5、表9.4-7,=1.0mm, =453，=240min，=3，=0.1，=125，Z=26，=250，=0.22，m=0.33，=0.17，=0.1，=0.22，=0。根据机械加工工艺手册表9.4-11，= = =1.0，所以=. .=1.0计算铣削速度：式中 铣削速度m/min 铣削条件改变时铣削速度修正系数代入得，=108.9m/min=138.7r/min式中 铣刀转速r/min计算铣削力、扭矩和铣削功率 式（4-8）式中 圆周铣削力N铣削条件改变时铣削力修正系数扭矩N.m铣削功率KW根据机械加工工艺手册表9.4-10，=4816，=1.0，=0.75，=1.1，=0.2，=1.3，=1.0代入式（4-8）得，设机床效率=0.8，则实际所须的铣削头功率：，所以选择TX25A-N型号的铣削头，能满足要求。4.6确定制动蹄片专用铣床总体方案根据对工件的分析，结合工件与刀具之间相对位置以及铣削用量的确定，为了实现工件的加工，该专用铣床应包括以下几部分：夹具、旋转机构、减速器、调整机构、动力部件及床身。各部件的布局具体如图4-4所示。图4-4 制动蹄片圆柱面专用铣床的总体布局以下为各部件的具体作用： 受工件外形的限制，夹具的设计有一定的难度，从图4-5可知要加工该零件，只要限制工件的五个自由度就可以满足加工要求，但实际加工中，还得限制工件的自由度才能加工工件。 为实现各个自由度的限制，设计了以下的夹具，结构如4-6所示。图4-5 自由度分析图图4-6夹具机床的旋转部件的主要作用是实现工件的旋转运动,它的具体结构是由蜗杆蜗轮组成的传动带动转台，然后转台带动安装在转台上的夹具，从而带动工件转动。调整机构安装在床身上，而调整机构上安装着动力部件，即铣削头。一方面，调整机构把铣削头跟床身连接在一起；另一方面，调整机构起到调节的作用，调整铣削头在两个方向的位置，从而调整了铣刀相对于工件的位置，保证工件加工的精度要求，因此，此机构对于该机床来说，是必要的。此机构在市场上有各种各样的产品，但对于该机床来说，设计一种比较合理。动力部件根据刀盘直径，以及转速选择TX25A-N型号的铣削头。铣削头的作用是完成铣削运动。型号的选择很重要，选择的型号要求满足加工要求，能够提供加工所须的转速。减速器在传动过程中起到减速的作用，它联系着电机及工件，决定了整个传动链的传动比，传动比的准确性很到程度上由减速器来决定，工件的转速也很大程度上靠减速器来保证。因此，减速器的传动比设计很关键。由图4-4可见，床身占了整台机床的一般空间，它起到的作用也是相当的大，是整台机床的框架，床身上安装了调整机构、动力部件及减速器，很明显，床身支撑了整台机床。4.7确定制动蹄片专用铣床的传动为了实现该机床的运转以及保证加工要求的稳定性，设计了以下的传动路线。传动路线总体分为三个部分。第一，根据工件的加工要求，工件的转速比较低，为了实现低转速的转变，采用了蜗杆涡轮的传动来降低转速。第二，为保证电机与蜗杆涡轮的传动连接，实现给定的传动比，因而还设计了减速器。最后，确定电机的型号。这样，整个传动路线就出来了，具体的传动原理如图4-7所示。图4-7 传动原理5 减速器的设计5.1 减速器的类型与选择减速器是一种常见的减速机构，它有许多种类，可分展开式，整体式两大类。展开式可分水平分箱面式，斜面式两种。其特点：下体箱底凸缘抬高，可以减小减速箱中心高度，减小了油池容积，但下箱体加工时比较困难，一般为用露天环境下，而且是大功率的情况下，整体式特点：箱体结构简单，加工方便，但装配比较困难，轴和齿轮的配合，轴承和箱体的配合都比前面的几种要松一些，对承受冲击能力和传动精度有不利影响。一般用于封闭的空间里，受力不大的情况，由以上分析，选择整体式的减速器是比较合适的。5.2 电动机的类型与选择减速器的选择包括选择类型、结构形式、功率、和转速，并确定其型号。电动机的类型和结构形式的选择，工业上一般使用三相交流电源，无特殊要求一般选用三相交流电机，最常用是Y系列笼型三相异步交流电动机。其效率高，工作可靠、结构简单、维护方便、价格低，适宜于不宜燃、不宜爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。电动机的结构形式，按位置的不同，有卧式和立式两种，可根据安装要求和防护要求选择电动机的结构形式。常有的是卧式封闭性电动机。选择电动机的功率，选择电动机的功率要考虑三方面的因素：电动机的发热、过载能力和启动能力。但在一般情况下电动机的功率主要有发热条件而定。电动机的发热情况与其工作情况有关。对于变化不大，且常温下长期连续运转的电动机，只要其所需输出功率不超过其额定功率，工作时就不会过热，可不进行发热计算。此电动机按以下确定1） 工作机所需功率工作机所需功率应有机器工作阻力和运动参数确定 式（5-1）式中 T电动机的转距，单位Nm电动机的转速，单位r/min有蜗轮和蜗杆的计算结果可知，T=576Nm=31r/min57631/9550=1.86kW2） 电动机的输出功率考虑到传动功率的损耗，电动机输出的功率 = 式（5-2）式中 从电动机至工作机主轴之间的总效率 式（5-3）这里圆柱齿轮、V带、轴承、联轴器机械传递效率分别为0.97，0.96，0.99，0.99。所以：=0.86767=1.86/0.86767=2.1436kW，3） 选择电动机的速度同一类型、功率相同的电动机具有多种转速。经过对成本，重量、价格的比较分析得出同步转速为1000r/min最合适。查表20-3（机械设计基础课程设计）得出电动机的型号为Y132M-6，额定功率为2.2kW。5.3 传动装置的总传动比及其分配计算总传动比，由电动机的满载转速和工作主轴转速可确定传动装置应有的总传动比为 式（5-4）式中 电动机的满载转速工作主轴转速=30.3225传动装置应有的总传动比是各级传动比的连乘积，即 式（5-5）合理分配传动比，各级转动比如何分配，在机械设计中是一个关键的问题，分配转动比要考虑1） 应使各级传动的结构尺寸协调、匀称。2） 应使传动装置外轮廓尺寸紧凑、重量轻。3） 在减速器设计中常使各级大齿轮直径相近，以使大齿轮有相接近的浸油深度。4） 应避免传动零件之间发生碰撞。在设计两级卧式减速器时，为使两级的大齿轮有相接近的浸油深度，高速级传动比和低速级的传动比可为：初设=1.8，=3.5，=4.6。5.4 计算传动装置的运动和动力参数5.4.1 各轴转速如图5-1，各轴的转速为 图5-1 传动路线简图5.4.2 各轴输入功率各轴输入功率分别为 式（5-6）式中 电动机与1轴之间皮带的效率；包括高速级齿轮轴和1轴的轴上的一对轴承的效率；包括低速级齿轮轴和2轴的轴上的一对轴承的效率；计算：=2.112kW；=2.028kW；=1.948kW。5.4.3 各轴输入转矩如图5-1转动系统中各轴转距为 表5-1 减速器主要动力和运动参数表项目 电动机轴 高速轴1 中间轴2 低速轴3转速(r/min)940522 146.5 31功率(kW)2.2 2.112 2.028 1.948转距() 2.2 38.6 132.2 576转动比0.960.9603 0.96035.5 V型带的设计与选择1) 确定带轮的直径 查机械设计（以下简称机）表13-8选=1.2 式（5-7）1.22.2=2.64 kW，根据2.64 kW，940 r/min，由机图13-5确定选A型，由表13-9取小带轮=105mm,大带轮直径： 式（5-8）代入数据（940/522）1050.98185取185.5mm.2）确定V带长度 初选中心距=300mm符合0.72 = 式（5-9）带长得=600+456.316+5.4=1061.716mm,对A带选用基准长度1100mm。小带轮包角： 180（）/57 式(5-10)3) V带根数Z Z= 式(5-11) 式(5-12)分别查机表13-5，13-6得=，=1.14代入=0.31kW，查机表13-7，13-8得=0.9=0.98，采用化学纤维，=1，有内插法可得=1.55。Z=1.637，所以取Z=2。5.6 齿轮传动设计由实践可知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面的接触疲劳强度为主，校核弯曲强度。在开式齿轮传动中，目前仅以保证齿根弯曲强度为设计准则。此设计用于闭式齿轮传动，保证齿面的接触疲劳强度为主，校核弯曲强度作为设计准则。5.6.1 选择模数材料：大齿轮：45钢，表面淬火，HRC45，小齿轮：45钢，表面淬火，HRC45。齿轮按8级精度制造，载荷系数k=1.5，齿宽系数=0.25。由机中的图11-7，由机中的表11-5，=1.2，由机中的图11-10，由机中的表11-5，=1.4小齿轮上的转距=9.55=3.86。初选直齿轮的齿数=23，=82，=21，=97。它们的齿形系数和应力校正系数分别为2.69，1.575；2.22，1.78；2.76，1.56；2.19，1.79。由于一、二轴均为齿轮轴，所以只用按大齿轮的弯强，齿轮2的模数即可， 式(5-13)代入数据，1.951取m=2，应用式（5-13）计算齿轮4，m1.6708取m=2。所以整个齿轮组系的模数取2。1、2齿轮中心距=105mm，齿宽=0.25105=26.25mm，取30mm，大齿轮取30mm，小齿轮取36mm。3、4齿轮中心距=118mm，齿宽=0.25118=29.5mm，取30mm。大齿轮取30mm，小齿轮取36mm。5.6.2 齿面接触强度的校核由校核公式 式（5-14）式中 区域系数 弹性影响系数 齿面接触强度称为区域系数，标准直齿轮=时，=2.5，为弹性影响系数，锻钢-锻钢为189.9。分别校核大齿轮2和4。 对于大齿轮2：=189.92.5=749.781958，满足要求。对于大齿轮4：=189.92.5=1288.981552，满足要求。5.7 轴的校核轴是减速器中结构性较强的部件，其他部件均通过装配在其上，实现可靠的工作，除了满足结构上的需要，轴要具有足够的强度、刚度。因此对轴的危险区域要进行校核。 5-2（减速箱剖视图）由于第一轴所受的力不大，不会存在刚度不足的情况，如上图5-2最危险截面应出现在第二轴的小齿轮的轴头上，所以应对其校核。分析计算：=1612.2=586.8=5938.20=2161.3图5-3 轴受力分析简图由以上分析和计算列方程组 式（5-15）代入数据=37mm，=91mm，=141mm。计算得=1199.135N=1548.86N画出扭距和力距图 式（5-16）图5-4 轴的力矩图因为轴的扭切应力为脉动循环变应力取折合系数=0.6，代入数据=346289.3491轴为45钢，调质处理，由机中的表14-1查得=650，由机中的表14-3查得许用弯曲应力=60， 式(5-17) 代入数据38.645mm。而轴头的直径为35mm。然不能满足要求，必须扩大直径，或更换材料。由于轴的直径扩大，会产生一系列的尺寸更改，同时由于轴的体积和尺寸很小，更换材料其成本也不会有多大的提高。材料中40较为合适。重新校核33.8mm35mm可以满足要求。5-5 轴组件的实际模型5.8 轴承的选择与校核 此机床的工作环境是六年就需要大修，每天需要工作10个小时。根据此要求选择轴承的直径， 由此=360610=21600，第二轴轴承的选择。若第二轴轴承满足，其他轴一定也满足。1）求比值，=0，2）初步计算当量动载荷， = 式(5-18)按照机中的表13-6，=，取=1.2。按照表13-5，=1，=0，=1.211548.86=1858.632N，1）求轴承应有的基本额定动载荷=10483.05N2）按照轴承设计手册选择=43200N的6002轴承，由于结构的需要，轴的直径需为30mm,所以所选轴承直径大于理论直径，二轴轴承的型号为6006，直径为30mm。5.9 键的校核平键在传递扭距时，对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键连接，其主要失效形式是工作面被压溃，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上的挤压进行强度校核。 式（5-19）1） 带轮平键的校核，由式（5-19）得2）二轴上平键校核3）三轴上平键校核由以上校核减速器上的键全部符合要求。6 滑台的设计本次设计是可以横向，也可以纵向滑动的十字形滑台，此滑台的功用是调整调整刀具的位置，具体的说就是铣削头的加工位置，当加工位置调整好后，对于一批加工零件来说，不再需要进行调整。而且横向、纵向的调整距离都很小，由于空间的限制，滑台的体积也不能太大。基于对以上分析，滑台的首要设计部件是导轨。6.1 导轨的确定6.1.1 导轨的选择与设计导轨的功用是导向和承载，运动的一方叫动导轨，不动的一方叫支撑导轨，按运动的性质可分为主运动导轨，进给运动导轨和移置导轨。主运动导轨与支撑导轨之间，相对速度较高，例龙门刨床的底座和工作台导轨。进给导轨的导轨与支撑导轨之间，相对速度较低，例如车床的溜板和床身的导轨，移置导轨只用于调整部件之间的相对位置，移置后固定，再加工时没有相对运动，例卧式铣床的后立柱和床身导轨。由以上分析得出，设计的导轨应是移置导轨。导轨的材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等，对导轨的要求是：耐磨性高、工艺性小和成本低。1）铸铁由于铸铁是一种成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料。在动导轨和支承导轨中都有应用。2）钢采用淬火钢或氮化钢的镶钢支承导轨，可大幅度提高导轨的耐磨性。3）有色金属用于镶装导轨的有色金属板材料，主要是熄青铜ZQSn6-6-3和铝青铜ZQA19-4。4）塑料在动导轨上镶装塑料具有摩擦系数低，耐磨性高，抗撕伤能力强，低速时不易出现爬行，加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低等优点，在各类机车都有应用，特别是精密、数控和重型机床的导轨上。由以上分析选择铸铁，灰铸铁HT200，其工作条件是在日润滑与防护比较好条件有一定的耐磨性即可，铸铁铸铁的导轨摩擦副多应用于移置导轨。6.1.2 导轨的截面形状与组合本设计的是是直线运动滑动导轨，它的截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形。1） 双三角导轨，它的导向性和精度保持性都很高，当导轨有了磨损时会自动下沉补偿磨损量。但是超定位、加工、检验、和维修都比较困难。多用于精度比较高的机床上。2） 双矩形导轨，这种导轨的刚度高，当量摩擦系数比三角形导轨低，承载能力高。加工、检验、和维修都比较方便，而被广泛采用。矩形导轨存在侧向间隙，必须有镶条进行调整。3） 三角形和矩形导轨的组合，此种组合兼有导向好，制造方便和刚度高的优点被广泛应用。4） 燕尾形导轨，它的高度小，可以承受颠覆力矩，是闭式导轨中接触面最小的一种。间隙调整方便。由于此次设计的滑台不需要经常调整，而且有一定的体积限制，要有足够的刚度来保证加工精度。经过以上分析，选择双矩形导轨。6.1.3 导轨间隙的调整 导轨结合面的松紧对机床的工作性能有相当大的影响，配合过紧不仅费力，而且加快磨损，配合过松又影响运动精度，甚至会产生振动，因此除在装配过程中应仔细地调整导轨的间隙外，在使用一段时间后因磨损还需要重新调整。常用的是镶条和压板来调整导轨的间隙。本次设计选择镶条来调整，镶条用来调整矩形导轨的侧隙,镶条应放在受力较小的一侧。常见的有平镶条和楔形镶条两种。考虑到加工的难易程度，选择平镶条较为合适。它是靠调整螺钉和移动镶条的位置来调整间隙。在间隙调整好后，再用螺钉将移动镶条固紧。平镶条容易制造，调整方便。6.2 丝杠的选择根据机床的类比和以前设计经验，选择直径为25mm的普通丝杠，螺距为1mm,将丝杠的一端加工成四方头，并配有相应的手轮，手轮和丝杠配合后，没有相对转动，通过手轮对丝杠驱动，丝杠的转动，转变成滑台的直线运动，丝杠转动一周，滑台平移1mm,通过对丝杠角度的调整，来调整铣削头的加工位置。从而得到加工要求。丝杠要和丝杠套配合，如果丝杠的两端都要支撑的话，穿过丝杠的那一端一定要有光滑，没有螺纹，而且其公称直径还要小于螺纹的公称直径，不然无法安装，在设计的后期，借鉴了其他专用机车的这一部分设计，去掉后支撑，只留下前支撑，因为并不受向下的力，所以去掉不会影响其工作原理和精度，这样，还简化了设计，节省了成本。由于在工作状态时，丝杠只能转动而不能平动，在螺纹结束几毫米处，需在丝杠上增加直径为35mm的轴肩,经过和丝杠座的配合，丝杠在进给时可以实现转动而不能平动，但是在丝杠退出时就不能实现，丝杠要直线运动，这就不能满足我们的使用要求，为了克服这个问题，必须设计另外一个可以阻挡丝杠在另外一个方向平动的组件，为此在丝杠座设计了四个螺钉孔，并设计了一个防止轴肩脱出的轴肩套，通过螺钉固定轴肩套，从而使丝杠只能旋转，而不会出现直线运动的情况。6.3 滑台的联结因设计的导轨是移置导轨。其上放的是铣削头，由于T形槽必须有一定的间距，而且有相关的标准，此次选择的铣削头的底座孔很难和T形槽对应， 而且铣削头位置安装的时候还需要调试，才能最后确定其位置。所以滑鞍上不开T形槽，等装配时确定孔的位置，然后钻孔装配。滑台和底座的连接比较普遍，在滑座上打螺纹孔即可。7 旋转机构的设计7.1 旋转机构的设定本设计为专业铣床的旋转机构，作用是控制工作台面的旋转，其连接在减速器的输出端。初步判定使用蜗轮蜗杆旋转机构。7.2 旋转机构的作用及工作原理1）用途：蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。 2）基本参数：模数m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数 、蜗轮齿数、齿顶高系数（取1）及顶隙系数（取0.2）。其中，模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角，亦即蜗轮端面的模数和压力角，且均为标准值；蜗杆直径系数q为蜗杆分度圆直径与其模数m的比值，3）蜗轮蜗杆正确啮合的条件（1）中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等，即蜗轮的端面模数等于蜗杆的轴面模数且为标准值；蜗轮的端面压力角应等于蜗杆的轴面压力角且为标准值，即（2） 当蜗轮蜗杆的交错角为时，还需保证，而且蜗轮与蜗杆螺旋线旋向必须相同。4）几何尺寸计算与圆柱齿轮基本相同，需注意的几个问题是：（1）蜗杆导程角()是蜗杆分度圆柱上螺旋线的切线与蜗杆端面之间的夹角,与螺杆螺旋角的关系为，蜗轮的螺旋角，大则传动效率高，当小于啮合齿间当量摩擦角时，机构自锁。 （2）引入蜗杆直径系数q是为了限制蜗轮滚刀的数目，使蜗杆分度圆直径进行了标准化m一定时，q大则大，蜗杆轴的刚度及强度相应增大；一定时，q小则导程角增大，传动效率相应提高。 （3）蜗杆头数推荐
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