机械设计课程设计插床

机械设计课程设计
计算说明书
设计题目：插床机械传动系统设计
机械设计课程设计说明书
目录
一．设计任务书 (3)
二、传动方案拟定 (5)
三、确定电机 (5)
四、普通V带传动设计 (7)
五、齿轮传动设计 (9)
六、键设计 (25)
七、轴设计计算 (26)
八、轴的强度设计 (30)
九、轴承传动设计 (44)
十、联轴器的选择 (46)
十一、润滑剂、密封装置的设计 (49)
十二、箱体设计 (49)
十三，总结 (49)
（2）说明书中最后应写出设计总结。

一方面总结设计课题的完成情况，另一方面总结个人所作设计的收获体会以及不足之处。

午
8、答辩 （1）作答辩准备 （2）参加答辩
11（或13）周星
期五下午
机械设计课程设计说明书正文
二.确定传动方案
三、确定电动机型号
（1）电动机类型和结构型式的选择： 按已知的工作要求和条件，选用 Y 系列三相交流笼型异步电动机（JB/T10391-2002），全封闭自扇冷式结构，电压380V 。

(2)选择电动机的容量：
插床插刀的有效功率w P 为：133.2J 0.12J 0.9130000.9H F W max w =⨯⨯=⨯=，
1.15s s 52
60
t ==
，则115.8W W 15.12.133t W P w w ==
=。

查机械设计课程设计指导书得：普通V 带传动效率0.961=η，角接触球轴承效率（一对）0.992=η，斜齿轮传动（8级精度、油润滑）效率0.993=η，执行机构的传
电动机 型号 Y801-4 额定功率 0.55k w
满载转速 1390 r/min
1)solidworks 电机3D 制图
5、参考文献
[1]陈虹微：《机械原理与设计实验实训和课程设计指导书》，浙江大学出
版社2012年版
[2]濮良贵、纪名刚：《机械设计》，高等教育出版社2006年版 [3]邢邦圣：《机械制图与计算机制图》，化学工业出版社2008年版 [4]江洪、陈燎：《solidworks2008完全自学手册》，机械工业出版社2008年版 [5]谢昱北：《solidworks2007典型范例》，电子工业出版社207年版
四、普通V 带传动设计
4.1、带传动的失效形式和设计准则 (1)主要失效形式 A 、 打滑
当传递的圆周力F 超过了带与带轮之间摩擦力的总和的极限时，发生过载打滑，使传动失效。

弹性滑动和打滑的区别：
a ）从现象上看：弹性滑动是局部带在带轮的局部接触弧面上发生的微量相对滑动；打滑则是整个带在带轮的全部接触弧面上发生的显著相对滑动；
b ）从本质上看：弹性滑动是由带本身的弹性和带传动两边的拉力差(未超过极限值)引起的，带传动只要传递动力，两边就必然出现拉力差，所以弹性滑动是不可避免的。

而打滑则是带传动载荷过大使两边拉力差超过极限摩擦力而引起的，因此打滑是可以避免的。

B 、 疲劳破坏
带在变应力的长期作用下，因疲劳而发生裂纹、脱层、松散，直至断裂。

（2）设计准则
带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏，因此，带传动的设计准则是：在保证带在工作时不打滑的条件下，带传动具有足够的疲劳强度和寿命。

4.2、普通V 带传动的设计步骤和方法 （1）V 带设计参数
1、确定计算功率ca P ： 查表得工作情况系数 1.1K A =(空、轻载启动，载荷有轻微冲击) ，故0.605kW 0.55kW 1.1P ca =⨯=
侧首先就会产生疲劳裂纹，随着裂纹的逐渐扩展，致使轮齿发生疲劳折断。

而用脆性材料 ( 如铸铁、整体淬火钢等 ) 制成的齿轮，当受到严重短期过载或很大冲击时，轮齿容易发生突然过载折断。

提高轮齿抗折断能力的措施有：减小齿根应力集中，对齿根表层进行强化处理，采用正变位齿轮传动，增大轴及其支承刚度，采用合适的热处理方式增强轮齿齿芯的韧性。

全齿折断局部齿折断
B、齿面点蚀
齿面点蚀是一种齿面接触疲劳破坏，经常发生在润滑良好的闭式齿轮传动中。

在变化的接触应力、齿面摩擦力和润滑剂反复作用下，轮齿表层下一定深度产生裂纹，裂纹逐渐发展导致轮齿表面出现疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果是使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，这种现象就称为齿面疲劳点蚀。

发生点蚀后，齿廓形状遭破坏，齿轮在啮合过程中会产生剧裂的振动，噪音增大，以至于齿轮不能正常工作而使传动失效。

实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿面节线附近的齿根部分。

提高齿轮的接触疲劳强度的措施：提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、合理选用润滑油粘度，采用正变位齿轮传动等。

设计时为避免齿面点蚀失效，应进行齿面接触疲劳强度计算。

疲劳点蚀
C、齿面磨粒磨损
在齿轮传动中，随着工作环境的不同，齿面间存在多种形式的磨损情况。

当齿面间落入砂粒、铁屑、非金属物等磨粒性物质时，会发生磨粒磨损。

齿面磨损后，齿廓失去正确形状，引起冲击、振动和噪声，磨损严重时，由于齿厚减薄而可能发生轮齿折断。

磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。

提高抗磨料磨损能力的措施：改善密封和润滑条件、在润滑油中加入减摩添加剂、保持润滑油的清洁、提高齿面硬度等。

齿面磨损
D、齿面胶合
互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，粘焊金属被撕脱后，齿面上沿滑动方向形成沟痕，这种现象称为胶合。

胶合发生在：高速重载齿轮传动中 ( 如航空齿轮传动 ) ，使啮合点处瞬时温度过高，润滑失效，致使相啮合两齿面金属尖峰直接接触并相互粘连在一起，造成胶合；重载低速齿轮传动中，不易形成油膜，或由于局部偏载使油膜破坏，也会造成胶合。

胶合发生在齿面相对滑动速度大的齿顶或齿根部位。

齿面一旦出现胶合，不但齿面温度升高，而且齿轮的振动和噪声也增大，导致失效。

减缓或防止齿面胶合的方法有：减小模数，降低齿高，降低滑动系数；提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；采用齿廓修形，提高传动平稳性；采用抗胶合能力强的齿轮材料和加入极压添加剂的润滑油等。

齿面胶合
E、塑性变形
塑性变形属于轮齿永久变形，是由于在过大的应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。

齿面塑性变形常发生的齿面材料较软、低速重载的传动中。

当轮齿材料较软，载荷很大时，轮齿在啮合过程中，齿面油膜破坏，摩擦力剧增，而塑性流动方向和齿面所受摩擦力的方向一致，齿面表层的材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形。

提高抗塑性变形能力的措施：适当提高齿面硬度，采用粘度高的润滑油，可防止或减轻齿面产生塑性变形。

塑性变形
（2）设计准则
齿轮失效形式的分析，为齿轮的设计和制造、使用与维护提供了科学的依据。

齿面的硬度和工作条件不同，齿轮的失效形式不同。

针对不同的失效形式，应分别建立相应的设计准则，以保证齿轮传动在整个工作寿命期间具有足够的相应的工作能力。

按照齿轮热处理后齿面硬度的高低，齿轮传动可分为软齿面齿轮传动 ( 齿面硬度
≤350HBS) 和硬齿面齿轮传动 ( 齿面硬度＞ 350HBS) 两类。

为达到齿轮装置小型化目的，可以提高现有渐开线齿轮的承载推力，各国普遍采用硬齿面技术，以缩小装置的尺寸。

A、闭式软齿面齿轮传动
由实践得知，对于润滑良好的闭式软齿面(HBS≤350) 齿轮传动，其主要失效形式是齿面点蚀，其次是轮齿折断。

故常按齿面接触疲劳强度条件进行设计计算，校核齿根弯曲疲劳强度。

B、闭式硬齿面齿轮传动
对于闭式硬齿面 (HBS ＞ 350) 齿轮传动，其主要失效形式是轮齿折断，一般按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，校核齿面接触疲劳强度。

C、开式齿轮传动
开式齿轮传动其主要得失效形式是磨损和轮齿折断，因磨损尚无成熟的计算方法方法及设计数据，目前只能按齿根弯曲疲劳强度设计计算，考虑磨损的影响可将模数加大 9 ％～ 20 ％。

D短期过载和大功率的齿轮传动对有短期过载的齿轮传动，应进行静强度计算。

对高速大功率的齿轮传动，应进行抗胶合计算。

设计齿轮时，除应满足上述强度条件外，还应考虑诸如经济性、环境污染 ( 主要是振动和噪声 ) 等问题。

5.2齿轮传动的设计步骤和方法
（Ａ）高速齿轮设计
（1）斜齿轮传动设计
1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
（1）按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动
（2）由于金属切削机床速度不高，故选用8级精度
（3）材料选择：查表选择小齿轮材料为40Cr（调质）硬度为280HBS，大齿轮材料45钢（调质）硬度为240HBS。

二者材料硬度差为40HBS。

mm mm
mm
5.
m mm
mm
八．轴的强度设计
轴I 的校核
由已知条件对该轴进行受力分析
mm L B L L l 5.10022
98
)2234096(222
(A
211=+-+
+=+-
+
+=带轮轴承） m m 5.592
602236041(2
2
)(432=--
+=--
+=）齿轮轴承b B L L l
mm b b l 5.438102
16
235)23221(
13=+++=+∆+∆+=轴斜 计算 07.31223
21
211=+++=
l l d F L F l F F a
R P rvb N d T F t 67.75773
.281088422111
=⨯==
N F F F n
T t t r 96.282cos tan tan 1
11===β
αα
N F F t a 18.174947.12tan 67.757tan 11=⨯== β
在V 面上
d d 40
37=
mm
L 367=
mm
d 486=
mm
L 646=
0)(=∑A M 0)(2
232111
211=++--l l d
F d F l F l F rvb a r p N F VB r 3.372-=
0)(=∑B M 0)()(2
323211
1
31=+-++--l l F l l l F d F l F rVA p a r N F VA r 76.229-= 与假设方向相反
在H 面上：
则
0)
(=∑A M
0)(2132=-+l F l l F t NHB
N L L L F F t NHB 54.5413
22
==
0=∑Y N F
NHA
13.21654.54167.757=-=
在V面上弯矩图
总弯矩图扭矩图
49.27188=M
[]Mpa W T A M
ca 7078.1532)23.26(/)108846.0()49.27188(/)(13
2222
=〈=⨯+=+=-σ
πασ 轴II 的校核 由已知条件对该轴进行受力分析
mm b b L l 5.4221575.3622
2(2211=-+-=-+
-
=）斜轴承
m m 53308152
21232=++=+
+
=直斜b b L l
mm b b L l 557342302
222153=-+-=-
-+
=轴承直
N F F r r 96.28212==
N F F n t r 9.8939.14cos 20
tan 4.2382cos tan 33=⨯==
βα
67.75712==t t F F
N d T F t 120054
324002233=⨯==
直 在V 面上：
0)
(=∑A M
02
)()(1222
323321=--++++l F d F l l F l l l F r a r NVB 斜
N F NVB 86.248-= 与假设方向相反
0)
(=∑B M
02
)()(3322
322321=--++++-l F d F l l F l l l F r a r NVA 斜
()N l l l L F l l F d F F r a NVA 10.952
3
213323222
=++-+⨯+=
斜
在H 面上
则
0)
(=∑A M
0)()(12123321=-++++l F l l F l l l F t t NHB
()
N l l l l l F l F F t t NHB 42.9753
2121212=+++⨯+=
0=∑Y 032=--+t t NHB NHA
F F F F
N F NHA 25.982=
总弯矩图扭矩图
：
因为该段轴上有键槽，所以d
t d bt d W 2)(3223
--=π 查机械手册知道键的b=8， t=4
33
15.109032
24mm W W i ==
=π
[]Mpa ca
6093.5317
.1257)324006.0(44.5550812
2=〈=⨯+=-σσ
轴III 的校核
由已知条件对该轴进行受力分析
mm B b L L L l 5.1012775.409362
2
(325671=+++-=-
+
++=）轴承直
m m
542279382
2
2(2332=-+-=+
-
-=直轴B B L l
N F F r r 76.43634==, N F F T T 120034==
在V 面上 ：
0)
(=∑A M
0)(1421=-+l F l l F r NVB
N l l l F F r NVB 09.2852
21
4=+=
0=∑F N F F F
NVB r NVA
67.1514=-=
在H 面上：
则
0)
(=∑A M
0)(1421=++l F l l F t NHB
N l l l F F r NHA
28.7832
214-=+-=, 与假设方向相反 0=∑F N F F F
NHB t NHA
72.4164-=-=， 与假设方向相反
弯矩图：
总弯矩图总扭矩图：
因为该段轴上有槽，所以d
t d bt d W 2)(3223
--=π 查机械手册知道键的b=12 t=5
33
187.732532
44mm W W i ==
=π
[]Mpa ca
6042.987
.7325)871186.0(4501112
2=〈=⨯+=-σσ
8.5参考资料
[1]陈虹微：《机械原理与设计实验实训和课程设计指导书》，浙江大学出版社2012年版
[2]濮良贵、纪名刚：《机械设计》，高等教育出版社2006年版 [3]邢邦圣：《机械制图与计算机制图》，化学工业出版社2008年版。