哈工大综合课程设计2

哈尔滨工业大学“综合课程设计II”任务书综合课程设计II项目总结报告题目：卧式升降台铣床主传动系统设计院（系）机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学生学号班号1208108指导教师填报日期2015年12月16日哈尔滨工业大学机电工程学院制2014年11月目录1．项目背景分析42．研究计划要点与执行情况43．项目关键技术的解决43.1确定转速系列43.2确定结构式43.3绘制转速图、传动系统图及核算误差54．具体研究内容与技术实现54.1确定转速系列54.2绘制转速图64.3确定变速组齿轮传动副的齿数及定比传动副带轮直径84.4绘制传动系统图104.5核算主轴转速误差104.6传动轴的直径的确定114.7齿轮模数的初步计算124.8选择带轮传动带型及根数135．技术指标分析145.1第2扩大组的验证计算145.2传动轴2的验算165.3主轴组件的静刚度验算186.存在的问题与建议21参考文献221．项目背景分析铣床系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。

通常铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。

它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。

铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。

铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。

铣床是一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、T 形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。

此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。

铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。

由于是多刃断续切削，因而铣床的生产率较高。

简单来说，铣床可以对工件进行铣削、钻削和镗孔加工的机床。

2．研究计划要点与执行情况本设计机床为卧式铣床，其级数12Z =，最小转数min 28/minn r =，转速公比为41.1=ϕ，驱动电动机功率 5.5N kW =。

主要用于加工钢以及铸铁有色金属；采用高速钢、硬质合金、陶瓷材料做成的刀具。

第一周：准备图版等工具，齿轮和轴的计算完成，进行初步计算并开始画展开草图。

第二周：完成截面草图，验算、加粗。

第三周：撰写项目总结报告。

3．项目关键技术的解决3.1确定转速系列根据已知要求的公比，查表得到系统转速系列：28 40 56 80 112 160 224 315 450 630 900 1250 r/min3.2确定结构式13612322=⨯⨯3.3绘制转速图、传动系统图及核算误差图1 传动系统图4．具体研究内容与技术实现4.1确定转速系列已知最低转速为28r/min ，公比ϕ=1.41，查教材表标准转速系列的本系统转速系列如下：28 40 56 80 112 160 224 315 450 630 900 1250 r/min 则转速的调整范围64.44281250min max ===n n R n 4.1.1传动组和传动副数可能的方案12=4⨯3 12=3⨯4 12=3⨯2⨯2 12=2⨯3⨯2 12=2⨯2⨯3前两个方案虽然可以减少轴的数目，但有一个传动组内有四个传动副。

若采用一个四连滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；若用两个双联滑移齿轮，操纵机构必须互锁防止两滑移齿轮同时啮合。

故不采用。

对于后三个方案，遵循传动副“前多后少”的原则，选取方案12=3⨯2⨯24.1.2确定结构式12=3⨯2⨯2方案中，因基本组和扩大组排列顺序的不同而有以下6种扩大顺序方案：63122312⨯⨯=， 61222312⨯⨯=， 16222312⨯⨯= 36122312⨯⨯=， 21422312⨯⨯=， 12422312⨯⨯=方案1,2,3,4的第二扩大组26x =，2p ＝2，则2r ＝max )12(68r ==-⨯ϕ是可行的。

方案5,6中，2x ＝4，23p =，则2r ＝max )13(416r 〉=-⨯ϕ，不可行。

在可行的1,2,3,4方案中，为使中间传动轴变速范围最小，采用扩大顺序与传动顺序一致的传动方案1，13612322=⨯⨯。

综上所述，结构式13612322=⨯⨯4.2绘制转速图4.2.1选定电动机确定电机功率为5.5KW 。

参照相关手册选择Y132S-4型电机。

Y132S-4型电机主参数如下： 额定功率 5.5KW 满载转速 1440r/min 同步转速 1500/min 起动转矩/额定转速 2.2 最大转矩/额定转矩 2.2 确定传动轴的轴数和各转速按从主轴向电机分配传动比，并按照升二降四、先快后慢原则分配；同时考虑铣床主轴的飞轮效应，第三级传动副应选最大降速比，以使主轴上大齿轮直径较大，适应断续切削；考虑定比传动使用带轮传动，降速比不能太大，故尽量提高各传动轴转速。

由于第二扩大组的变速范围为8)12(6=-⨯ϕ，可知两个传动副的传动比必然是极限值：,/14/141ϕ==c u ,1/1/222ϕ==c u于是，可以确定轴Ⅲ的六种转速只能是112 160 224 315 450 630r/min轴Ⅱ各转速确定第一扩大组的级比指数为3，在传动比极限范围内，轴Ⅱ的转速最高可为450 630 900r/min ；最低转速可为160 224 315r/min 。

为了避免升速，又不使传动比太小，可取,/18.2/131ϕ==b u 12=b u于是就确定了轴Ⅱ的转速为315 450 630r/min 轴Ⅰ各转速确定 同理，轴Ⅰ可取,/12/121ϕ==a u ,/141.1/12ϕ==a u 13=a u于是就确定了轴Ⅰ的转速为630r/min 。

电动机与轴Ⅰ之间为定比传动，传动比为630/1440≈1/2=21/ϕ 分配总降速传动比分配如下(转速图)2 转速图4.3确定变速组齿轮传动副的齿数及定比传动副带轮直径 4.3.1确定带轮直径根据电机功率为5.5KW ，电机类型为Y 型电机，执行机构类型为金属切削机床，设每天工作8-16小时。

可得设计功率为：KW P K P A d 6.65.52.1=⨯==其中： KA 为工况系数，查GB/T 13575.1-1992取1.2 P 为电机功率根据Pd 和n 在下图中选择带型和小带轮直径，摘自《机械设计手册》。

a bc1250 630 900 450 315 224 160 112 40 56 80 28 (r/min)参照GB/T 10412-2002普通V 带直径优选系列选择A 型带小带轮直径90mm 。

则大带轮直径为：mm n n dD 6.201)02.01(630144090)1(21=-⨯=-=ε D 应取200mm其中： ε为转速损失率但此时转速误差较大，故d 取90mm ；D 取200mm 。

4.3.2确定各齿轮副齿数 变速组a ：变速组a 有三个传动副，传动比分别是11=a u ，41.1/12=a u ，2/13=a u 由参考文献【1】表5-1查得：取72=Z S ，查表可得轴I 主动齿轮齿数分别为：24，30，36。

则可以算出三个传动副齿轮齿数为48/241=a u ，42/302=a u ，36/363=a u 变速组b ：变速组b 有两个传动副，同理可得第一扩大组的齿数和84=Z S ，查表可得轴Ⅱ主动齿轮齿数分别为22，42。

可以算出传动副齿轮齿数为62/221=b u ，42/422=b u 。

变速组c ：变速组c 有两个传动副，可取95=Z S ，查表可得轴Ⅲ主动齿轮齿数分别为19，63。

可以算出传动副齿轮齿数为76/191=c u ，32/632=c u 。

4.4绘制传动系统图图2传动系统图4.5核算主轴转速误差按各个转速实现所需的传动路线核算，过程及结果：实际传动比所造成的主轴转速误差，要求不超过1.4)1(10=-ϕ％。

下表为主轴转速误差与规定值之间的比较：标准转速r/min 实际转速r/min 主轴转速误差 在标准值范围之内 28 28.7 2.5% 合格 4041.12.75% 合格传动轴的直径可以按照扭转刚度进行初步计算：4][91ϕj n P d =式中 d ——传动轴直径P ——该轴传递的功率jn ——该轴的计算转速][ϕ——该轴每米长度允许扭转角，取值为m /1︒主轴的计算转速：由参考文献[1]表5-2中所述，min /8013min r n n z==-ϕ。

各个传动轴的计算转速：由转速图可以得到I 、II 、III 轴的计算转速分别为630, 315, 112r/min 。

各轴直径计算：I 轴：Id mm 82.2716305.5914=⨯⨯=II 轴：IId mm 08.3313155.5914=⨯⨯=III 轴：IIId mm 84.4213155.5914=⨯⨯=表3 各传动轴直径初算值主轴轴颈尺寸的确定根据参考文献[1]，主轴前轴轴颈取190D mm =，后轴颈直径21(0.70.85)6376.5D D mm =-=-，取270D =mm 。

4.7齿轮模数的初步计算 4.7.1齿轮计算转速的确定a 变速组内最小齿轮齿数是z=24，只有一个转速630r/min ，取为计算转速b 变速组内最小齿轮齿数是z=22，112r/min 是III 轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为450r/min 。

c 变速组内的最小齿轮齿数是z=19，80r/min 是主轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为315r/min 。

4.7.2模数的计算要求每个变速组的模数相同。

齿轮材料初选45钢调质+表面淬火（硬度约45HRC ），按较高可靠度选择安全系数为1.25，得：lim1120[]8961.25H H HMPaMPaS σσ===同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行初算： 其中： jm ——按接触疲劳强度计算的齿轮模数 u ——大小齿轮的齿数比d N ——电动机功率kW ，KW Nd5.5=j m =m φ——齿宽系数，取8=m φ1z ——小齿轮齿数][j σ——齿轮传动许用接触应力，取[]MPa j 1370=σjn ——计算齿轮计算转速（r/min ）变速组a ：mm m a 87.16301370)24/48(2485.5)124/48(16338322=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯= 变速组b ：mm m a 15.24501370)22/62(2285.5)122/62(16338322=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=变速组c ：mm m a 60.23151370)19/76(1985.5)119/76(16338322=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯= 故取 mm m a 5.2=mm m b 3=mm m c 4=4.7.3齿数的验算套装在轴上的小齿轮还考虑到齿根圆到它的键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚，以防断裂，则其最小齿数应为：式中 D ——齿轮花键孔的外径（mm ），单键槽的取其孔中心至键槽槽底的尺寸的两倍； m ——齿轮模数（mm ）根据《实用机床设计手册》，I 轴D 为36.6mm ，d 为30mm ，II 轴D 为40mm ，d 为36mm ，III 轴D 为50mm ，d 为46mm ，I 轴Z min =22，II 轴Z min =19，III 轴Z min =17，均符合要求。