榫槽成形半自动切削机

1、瓦西阿夫12005024机械设计课程设计计算说明书设计题目 榫槽成形半自动切削机 交通科学与工程学 院 131313 班设计者 瓦西阿夫 指导老师 高志慧 瓦西阿夫12005024 绪论 11设计题目 设计榫槽成型半自动切削机。切削机的组成框图如下图所示。该机器为木工机械，其功能是将木质长方形块切削出榫槽，其执行系统工作过程如下图所示。先由构件2压紧工作台上的工件，接着端面铣刀3将工件的右端面切平，然后构件2松开工件，推杆4推动工件向左直线移动，通过固定的榫槽刀，在工件上的全长上开出榫槽。12原始数据及设计要求原始数据见下表（单位：mm）：XYHLL2L3L4L5L6L750220107030

2、7030201820推杆在推动工件切削榫槽过程中，要求工件作近似等速运动。共加工5台，室内工作，载荷有轻微冲击，原动机为三相交流电动机，使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时，每半年作一次保养，大修期为3年。其他设计参数如下1：工作载荷为3500N，端面载荷2200N，工作效率50件/分13 设计任务1). 设计机构系统总体运动方案，画出系统运动简图，完成系统运动方案论证报告。2). 完成传动系统或执行系统的结构设计，画出传动系统或行系统的装配图。3). 设计主要零件，完成2张零件工作图。4). 完成设计说明书一份。第一章 机构运动简图设计与选择11 方案选择a）设计方案一图11

3、方案一说明：电机直接连接减速器，减速器输出轴通过联轴器与执行机构相连。通过带轮传动实现工件的压紧，通过连杆机构实现端面切刀的上下运动，通过连杆机构实现推杆的左右运动。优点：由于整个机构大部分为连杆机构，结构较为紧凑，工艺性好，能实现机构所要求的所有动作。通过连杆机构可以实现急回特性，可以实现推杆的快速返回，且传递的载荷允许值较大。缺点：整个执行机构需要同时匹配三个运动，且三个运动之间有时间先后关系，行程匹配难度较大。推杆机构是切削的主要部件，要求切削过程中速度平稳，近似为匀速运动，而连杆机构工作不能保证速度的恒定。同时推杆作为主要工作部件没有过载保护。b）第二种方案（改进后方案）图12方案二说

4、明：电动机输出轴通过联轴器直接输入减速器，减速器输出轴通过联轴器与执行机构相连。通过带轮传动带动凸轮运动，实现工件的压紧要求，同时在弹簧的作用下复原；在压紧过程进行同时，端面切刀与压杆固连，当工件压紧的同时，端面切刀将木材端面加工，在弹簧力和凸轮的作用下复原；通过另一个带轮传动，将减速器输出轴的旋转运动转换为齿轮齿条的啮合运动，实现推杆的左右运动。从而实现所有机构的动作。优点：执行机构的工作原理和运动分析较为简单，通过将压紧装置的压杆垂直运动和端面切刀的垂直运动固连，减少了行程匹配的难度。通过带轮传动，工作较为平稳，可以实现过载保护。通过齿轮齿条的啮合运动，将旋转运动转换为推杆的左右运动，由于

5、齿轮传动的平稳性，可以保证推杆的匀速要求。缺点：由于采用两个带传动和一个半齿轮齿条传动，执行机构部件工艺性不如方案一，齿轮齿条的运动没有急回特性，不能实现推杆的快速返回。采用带轮传动后，机构紧凑型不如方案一。综合分析：方案一方案二都能实现机构的运动，从运动分析和工作原理来所，方案二更为简单。在压紧装置中均采用凸轮机构。在实现端面切削运动时，方案二设计更为合理。在推杆的运动上面，方案二能够实现推杆的匀速要求，虽然没有急回特性，但是由于机构的生产效率较低，在正确匹配行程的基础上，急回特性可以不予考虑。同时，方案二带传动具有过载保护。为了减少设计上的困难，所有带传动传动比均为1，且两带传动中心距相同

6、。方案二在紧凑上不如方案一，但是方案一种也采用了带传动，两者紧凑性差别不大。综合考虑所有因素，最终选择方案二。12 方案的运动分析a）压紧和端面切削部分图13b）推杆运动部分图14c）运动分析图15凸轮每旋转一周，最大行程为25mm，当行程为5mm时，压杆将工件压紧，行程为10mm时，此时工件已经压紧，端面切刀接触端面，当行程为25mm时，完成端面的切削，压杆和切刀同时抬起。于此同时，当压杆向下时，推杆向左运动，此段为空程。当压杆抬起，工件不再压紧时，推杆推动工件向左运动，实现榫槽加工，加工完成后，推杆退回，推杆的总行程为200mm，推杆退回之后，压杆向下，如此循环。d)行程匹配图16 e)凸

7、轮轮廓设计平底从动件凸轮设计，采用解析法进行设计图17凸轮段采用三角函数关系进行设计，于是整个凸轮行程的解析表达式就可以得出 由式322，可得凸轮轮廓的解析表达式其中，代入可得轮廓表达式时时实际凸轮轮廓如下所示图18第二章 电动机的选择Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机具有效率高、性能好、振动小等优点。适用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所或无特殊要求的机械上。21电动机容量的选择由工作情况可知，工作轴每转动一周，榫槽切削刀就切木块一次，同时推杆推动工件一次，而根据生产效率为每分钟50件，故每生产一件产品需要1.2秒。最大功率为推杆推动工件时的功率。根据已知条件由计算得知工作机所需有

8、效功率。联轴器的传动效率为轴承的传动效率(一对)圆柱齿轮的传动效率为V带传动的效率为估算传动系统的总效率于是，传动系统的总效率为工作电动机输出的最小功率必须达到 由电动机的最小输出功率要求，查表可选择Y系列三相异步电动机且满足的条件，电动机额定功率应取7.5KW。22电动机转速的选择根据榫槽切削机的工作效率（50件/分钟），按照理想情况，输出轴每转动一周榫槽切刀就切削木块一次，进行一次榫槽切削动作，以此为依据可知，榫槽切削机输出轴的转速应该等于切削机的切削机的工作效率，即榫槽切削机输出轴的转速为按要求选取同步转速为1000r/min的电动机，对应于额定功率为7.5kw的电动机型号应为Y160M

9、6型表21电动机性能电动机型号额 定功 率（kw）同 步转 速(r/min)满 载转 速(r/min)总传动比Y160M67.5100097019.4查看电动机表可知此电动机的中心高为H=160mm,转轴伸出部分用于装联轴器轴段直径和长度分别为D=42mm和E=110mm。 第三章 传动比的分配及动力参数31 榫槽切削机的总传动比分配根据传动系统方案，于是，计算可得一级圆柱齿轮减速器的传动比为32 各项动力参数计算0轴（带轮轴）1轴（减速器的高速轴）2轴（减速器低速轴）3轴（工作机中心轴） 表31传动系统的总参数轴名带轮轴1轴2轴工作机轴 转速n(r/min)9702435050输入功率p(k

10、w)5.705.475.255.15输出功率p(kw)5.705.425.205.10输入转矩T(Nm)56.12151003984输出转矩T(Nm)56.1213993974传动比144.851传动效率0.990.960.960.98 第四章 减速器传动零件的设计计算4-1齿轮参数设计计算a)选择材料和精度等级考虑主动齿轮的转速不是很高，传动尺寸未严格限制，批量较小，小齿轮选用40Cr，调质处理硬度为HB=241-286，平均取为260HB。大齿轮选用45钢，调质处理，硬度HB=229-286,平均取为240HB。同侧齿面精度选8级精度。b)初步估算小齿轮的直径由附录B中的B1，初取，查得由

11、表214可选取齿宽系数=1.2，初步计算许用接触应力由图224查得接触疲劳强度极限（失效概率为1%）。则初步有试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得初取=80mmc)确定基本参数计算小齿轮圆周速度和校核精度等级查表21，取8级精度合理 初取齿数为=22，取为105确定模数查表24，取 确定螺旋角为小齿轮的直径为大齿轮的直径为初步取齿宽为mm校核传动误差，齿数未作圆整，传动比不变d) 确定主要的传动尺寸中心距为进行中心距圆整，取a=230mm由公式可求得精确的螺旋角为合理端面模数小齿轮直径大齿轮直径齿宽e）齿根完全疲劳强度验算由 进行齿根弯曲疲劳强度校核e-1 计算齿根弯曲应力查表27得查图26得下

12、面求： 齿向载荷分布系数由图29查得齿形系数由图220（非变位）查得，应力修正系数由图221查得，重合度系数为螺旋角系数由图222查得，齿根弯曲应力为e-2 计算许用弯曲应力由式217计算许用弯曲应力：实验齿轮的齿根弯曲疲劳极限由图230查得。弯曲强度最小安全系数由表217查得，。弯曲强度尺寸系数由图233查得。应力循环次数弯曲强度寿命系数，由图232查得。应力修正系数相对齿根圆角敏感及表面状况系数为许用齿根弯曲应力为e-3 弯曲疲劳强度校核弯曲疲劳强度校核合格f）静强度校核因传动无严重过载，故不作静强度校核43 带轮传动的设计计算1确定计算功率由教材机械设计中根据工作时间和载荷查表4-7查得

13、工况系数KA=1.2，则有： 2选取普通V带型号再根据=970r/min查图4-15选用A型V带。=112-140mm3确定带轮直径和带速。由表4-3选取带轮直径，A型带。下带轮带速满足5m/sv25m/s的要求。4、确定中心距a和带的基准长度Ld.（1）（2）初步基准长度由表4-2选取（3）实际中心距为 aa0+=700+=734mm5计算包角 满足要求6、确定V带根数z查表4-3知，查表4-4得由表4-2查得带长修正系数KL=1.09，由表4-9查得包角修正系数=0.92，由得V带根数圆整后取z=5根。7、确定V带的初拉力F0F0=8、计算带轮轴上的压力Q， Q=25190sin4-4不完

14、全齿结构设计1.选择材料和精度等级考虑不完全齿转速不高，传动尺寸无严格限制，批量较小。且齿轮在工作是受到的是交变作用力，要求齿轮的材质为里韧外硬，一般制造齿轮的材料为调质钢或渗碳钢，在此设计计算中选择调质钢。材料选择为45钢（调质处理，硬度为260HBS）。同侧齿面精度等级选8级精度。标准齿轮的最少齿数为17，齿轮的模数选择第一系列，两啮合齿轮齿数互质，螺旋角范围8至25。2.确定基本参数校核圆周速度v和精度等级查表2-1，取8级精度合理。初取齿数确定模数为查表2-4取确定螺旋角为因此不完全齿直径为初步齿宽为校核传动比误差，因齿数未作圆整，故传动比不变。由于任务中选用的是有半圈齿的不完全齿，所

15、以此处的不完全齿齿数为z=31。已知不完全齿,z=31，因此不完全齿半个周长为64=201.061mm根据这三个条件选择确定齿条有齿长度为200mm。 第五章 轴的设计51高速轴结构设计及其计算校核a)选择材料和热处理方式根据工作条件，小齿轮的直径较小（），采用齿轮轴结构，轴的材料和热处理与齿轮的材料和热处理一致，采用45钢调质处理。b)高速轴最小直径的确定按扭转强度法进行最小直径估算，即 初算轴径，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。值由表13确定： 因高速轴最小直径处安装联轴器，设有一个键槽。则 由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不得相差太

16、大，否则难以选择合适的联轴器。所选电动机型号为Y904，取 ，为电动机轴直径，同时考虑到小齿轮的直径，综合考虑各因素，取 。c)高速轴的结构设计各轴段直径长度的确定：滚动轴承处轴段，滚动轴承选为6205 ：由轴承宽度和套筒确定，取 ：高速级小齿轮轴端，由齿轮传动确定轴径，：由齿轮传动确定 ：过渡段轴段，由前后轴段直径确定：由箱体机构尺寸和轴承位置确定 ：滚动轴承处轴段，滚动轴承选为6205 ：轴承宽度确定 ：密封轴段 ：由箱体结构确定 ：外伸轴段 ：由联轴器确定 d)轴的空间受力分析图52其中B到齿轮中心O的距离为BO=42mm，AO=123mm输入的转矩为齿轮周向力齿轮径向力齿轮轴向力e)计

17、算轴承的支反力，绘出水平面和垂直面的弯矩图和图53e-1 垂直面（YZ平面）的支反力和弯矩计算如下：垂直面弯矩图图54e-2水平面（XY平面）的支反力和弯矩计算如下；水平面弯矩图图55f) 计算并绘制合成弯矩图合成弯矩图图56g）计算扭矩并绘制扭矩图扭矩图图57h)计算并绘制当量弯矩图转矩按脉动循环考虑，取。由表12查得，由表14查得,则由公式可求得危险截面O处的当量弯矩当量弯矩图图58i) 按弯扭合成应力校核轴的强度由表14查得许用弯曲应力为，由式13进行校核，截面O的弯曲应力为显然强度满足要求，振动和刚度校拉计算略。52中间轴结构设计及其计算校核 a)选择材料和热处理方式根据工作条件，小齿

18、轮的直径较小（），采用齿轮轴结构，轴的材料和热处理与齿轮的材料和热处理一致，采用45钢调质处理。b)中间轴最小直径的确定按扭转强度法进行最小直径估算，即 初算轴径，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。值由表13确定： 由于中间轴上存在第二级齿轮的小齿轮，且该小齿轮的直径为58.83mm，轴段过度时直径变化不能过大，综合考虑各方面因素，最后选定最小轴径，且该处的轴段用于安放轴承。 c)中间轴的结构设计图59各轴段直径长度的确定：滚动轴承处轴段，滚动轴承选为6206 ：由轴承宽度和套筒确定，取 ：过渡轴段，由于轴径过渡不能太大，确定轴径，：由箱体结构确定 ：小齿轮轴段，由齿轮啮合确

19、定轴径：由齿轮啮合传动确定 ：过渡轴段，由于轴径过渡不能太大，选取 ：由箱体结构等确定 ：安装第一级大齿轮轴段，选取 ： 由齿轮和箱体结构等确定 ：轴承安放轴段，选取轴承6206 ： 由套筒和轴承宽度等确定 d)轴的空间受力分析其中BD=42.5mm，DC=65.5mm CA=58mm输入的转矩为大齿轮受力计算小齿轮受力计算e)计算轴承的支反力，绘出水平面和垂直面的弯矩图和图511e-1 垂直面（YZ平面）的支反力和弯矩计算如下：垂直面弯矩图512e-2水平面（XY平面）的支反力和弯矩计算如下水平弯矩图（画图中取相反的符号）图513f) 计算并绘制合成弯矩图合成弯矩图图514 g）计算扭矩并绘

20、制扭矩图扭矩图图515h)计算并绘制当量弯矩图转矩按脉动循环考虑，取。由表12查得，由表14查得,则由公式可求得危险截面处C和D的当量弯矩当量弯矩图图516i) 按弯扭合成应力校核轴的强度由表14查得许用弯曲应力为，由式13进行校核，截面D的弯曲应力为在截面C处的弯曲应力为显然强度满足要求，振动和刚度校拉计算略。53低速轴结构设计及其计算校核 a)选择材料和热处理方式根据工作条件，低速轴采用45钢调质处理。b)低速轴最小直径的确定按扭转强度法进行最小直径估算，即 初算轴径，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。值由表13确定： 因高速轴最小直径处安装联轴器，设有一个键槽 最小轴径

21、确定35mm，外伸轴接联轴器c)低速轴的结构设计图517各轴段直径长度的确定：外伸轴段 ：由联轴器确定，取 ：密封轴段 ：由箱体结构确定 ：安放轴承轴段 选用轴承6209 ：由轴承宽度确定 ：过渡轴段， ：由箱体结构确定 ：齿轮定位贴合轴段： 选用：齿轮安装轴段：由齿轮结构确定 ：滚动轴承安装轴段，选用轴承6209 ：由轴承宽度和套筒宽度确定 d)轴的空间受力分析图518齿轮受力计算e)计算轴承的支反力，绘出水平面和垂直面的弯矩图和图519e-1 垂直面（YZ平面）的支反力和弯矩计算如下垂直面弯矩图图520e-2水平面（XY平面）的支反力和弯矩计算如下；水平弯矩图图521f) 计算并绘制合成弯

22、矩图合成弯矩图图522g）计算扭矩并绘制扭矩图转矩图图523h)计算并绘制当量弯矩图转矩按脉动循环考虑，取。由表12查得，由表14查得,则由公式可求得危险截面O处的当量弯矩当量弯矩图图524i) 按弯扭合成应力校核轴的强度由表14查得许用弯曲应力为，由式13进行校核，截面O的弯曲应力为显然强度满足要求，振动和刚度校拉计算略。第六章 滚动轴承的选择与校核根据载荷及速度情况，拟选用深沟球轴承02系列，由前面轴的设计，已初选三轴上的轴承分别为（表663）高速轴：6205 基本参数：中间轴：6206 基本参数：低速轴：6209 基本参数：轴承的预期寿命与整机的寿命相同，为，若轴承寿命偏下，可以选择三年

23、更换一次。61高速轴轴承6205寿命校核a) 计算轴承的径向载荷和轴向载荷b) 计算径向当量动载荷对于轴承1，查表663，取由于，取冲击载荷系数对于轴承2，取冲击载荷系数取两者较大者进行校核c) 计算轴承寿命由式88 ，其中轴承寿命 显然轴承寿命符合要求d）校核极限转速由于减速器转速很小，该系列轴承极限转速较高，故不需做极限转速校核62 中间轴轴承6206寿命校核a) 计算轴承的径向载荷和轴向载荷b) 计算径向当量动载荷对于轴承1，查表663，取由于，取冲击载荷系数对于轴承2，取冲击载荷系数取两者较大者进行校核c) 计算轴承寿命由式88 ，其中轴承寿命 显然轴承寿命符合要求d）校核极限转速由于

24、减速器转速很小，该系列轴承极限转速较高，故不需做极限转速校核63 低速轴轴承6209寿命校核a) 计算轴承的径向载荷和轴向载荷b) 计算径向当量动载荷对于轴承1，查表663，取由于，取冲击载荷系数对于轴承2，取冲击载荷系数取两者较大者进行校核c) 计算轴承寿命由式88 ，其中轴承寿命 显然轴承寿命符合要求d）校核极限转速由于减速器转速很小，该系列轴承极限转速较高，故不需做极限转速校核第七章 键的选择与校核71高速轴上键的选择与校核外伸轴段接联轴器，初选A型平键，材料为45钢。轴段直径和长度如下。查表657，初选键A 键宽 ，键高 ，键长 。查表71，键的许用挤压应力取为 。由公式71,72进行

25、校核 其中代入得：则键的挤压强度满足要求 72中间轴的键的选择与校核一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接，初选A型平键，材料为45钢。齿轮连接处轴段直径和长度如下。查表657，初选 键 键宽 ，键高 ，键长 。查表71，键的许用挤压应力取为。由公式71,72进行校核 代入得：则键的挤压强度满足要求73低速轴的键的选择与校核a)低速级大齿轮配合轴段键的选用一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接，初选A型平键，材料为45钢。低速轴上轴段与低速级大齿轮配合，齿轮配合处轴段直径和长度如下。查表657，初选 键 键宽 ，键高 ，键长 。查表71，键的许用挤压应力取为。由公式

26、71,72进行校核 其中代入得：则键的挤压强度满足要求b) 外伸轴段键的选用外伸轴段接联轴器，初选用A型平键，材料为45钢。外伸轴段的直径和长度如下所示。查表657，初选键 键宽 ，键高 ，键长 。查表71，键的许用挤压应力取为。由公式71,72进行校核 其中代入得：键的挤压强度满足要求第八章 箱体和附件的设计81联轴器的选择a) 高速轴联轴器选择根据工作要求，高速轴工作较为平稳，转速较低，高速轴选用弹性柱销联轴器。高速轴的转速为 ，查表6100，选LX1弹性柱销联轴器，其公称转矩为，许用转速，故适用。由于高速轴外伸轴段部分轴径较小，电机轴（主动轴）的外伸部分轴径，按需要进行联轴器的加工。该联

27、轴器表示如下LX1联轴器主动轴（电机轴）：Y型轴孔，A型键槽，从动轴(高速轴）：Y型轴孔，A型键槽，b) 低速轴联轴器选择根据低速轴的工作要求，载荷较平稳，低速轴选用弹性柱销联轴器。低速轴的转速为 ，传递转矩查表6100，选LX3弹性柱销联轴器，其公称转矩为，许用转速，故适用。低速轴外伸轴段（主动轴）轴径，带轮轴（从动轴）的连接轴端取为轴径，该联轴器表示如下LX3联轴器主动轴（低速轴）：Y型轴孔，A型键槽，从动轴(带轮轴）：J型轴孔，B型键槽，82 箱体各尺寸设计为便宜箱体内的零件拆装，结构形式采用剖分式。在保证箱体强度和刚度的条件下，考虑结构紧凑、制造方便等要求，由经验公式算得箱体的各部位的尺寸见下表：表81名称符号结果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱座、箱盖、凸缘厚度12，12，20地脚螺栓直径及数目16，4轴承旁联结螺栓直径及数目12，8箱盖箱座联结螺栓直径及数目8, 4轴承端盖螺钉直径及数目6， 24窥视孔盖螺钉及数目8， 4定位销直径及数目8， 2轴承旁凸台半径20凸台高度37外箱壁距轴承