哈工大-机械制造装备设计大作业-卧式升降台铣床

Harbin Institute of Technology课程大作业说明书课程名称：机械制造装备设计设计题目：卧式升降台铣床院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学目录一、设计任务 (3)机械制造装备设计大作业的目的 (3)机械制造装备设计大作业的内容 (3)设计任务书 (3)二、运动设计 (3)确定转速系列 (3)绘制转速图 (4)确定定比传动副带轮直径 (7)三、动力设计 (8)传动轴直径初定 (9)主轴轴颈直径的确定 (9)齿轮模数的初步计算 (9)对各种限制的讨论 (10)选择带轮传动带型及根数 (12)离合器与制动器 (12)参考文献 (12)一、设计任务机械制造装备设计大作业的目的机械制造装备设计大作业,是机械制造装备设计课程进行过程中的一个重要教学环节。

其目的在于通过机床主传动系统设计，使学生进一步理解设计理论，得到设计构思、方案分析、零件计算、查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养学生具有初步机械系统设计和计算能力。

机械制造装备设计大作业的内容1、运动设计根据给定的机床用途、规格、极限速度、转速数列公比（或转速级数），分析比较拟定传动结构方案（包括结构式和结构网，转速图）和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差。

2、动力设计根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，初步计算传动轴直径、齿轮模数；确定皮带类型及根数、摩擦片式离合器的尺寸和摩擦片数及制动器尺寸、选择机床主轴结构尺寸。

设计任务书设计题目：卧式升降台铣床主传动系统设计二、 运动设计1确定转速系列已知设计参数为：电机额定功率4w P K =额，铣床最低转速m in /5.37min r N =，级数Z=11，公比=1.41ϕ。

由铣床的最低转速m in /5.37min r N =、公比=1.41ϕ、级数Z=11，可知转速调整范围110n = 1.4132Z R ϕ-==，主轴的极限转速m in /12005.3732min max r N R N n =⨯=⋅=，查文献[1]表3-6可知主轴实际最大转速1180max =N /min r ，且主轴的转速数列为、53、75、106、150、212、300、425、600、850、1180因两轴间变速组的传动副数多采用2或3，在设计简单变速系统时，变速级数应选择m n z=32的形式， m n 、均为正整数，即选用三联齿轮和两联齿轮进行变速。

由参考文献[1]，主变速传动系设计的一般原则是：传动副前多后少原则，传动顺序与扩大顺序相一致原则和变速组降速前慢后快原则，确定变速结构式如下：13511=322⨯⨯，其最末扩大组的调速范围5-52==1.41=5.68R ϕ⨯<（21），满足要求。

设计机床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比min 14u ≥主；为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比max 2u ≤主，由于铣床箱体尺寸较大，可选择最后扩大组的最小降速比min 14u =主，最大升速比max 1u =主。

绘制转速图1、选定电动机根据机床主轴最大转速，由参考文献[2]表，选用Y 系列封闭自扇冷式鼠笼式三相异步电动机，电机型号1124Y M -，其级数4P =，同步转速1500/min r ，满载转速为1440/min r 。

2、分配总降速传动比总降速传动比为min d n u n ∏==0318.011805.37=，又电动机转速为1440/min r ，在所要求标准转速数列当中，因而需用到带轮传动。

3、确定传动轴的轴数传动轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+1+1=5。

4、齿轮齿数确定由传动结构式可知，变速组a 有3个传动副，其传动比分别是 1a U 、2a U 、3a U 。

传动比小于1时取其倒数，由参考文献[1]表3-9可得到以下数据：011a U ϕ== 74,72,70,68,66,64,62,60=Z S12 1.41a U ϕ== 60,63,65,67,68,70,72,73Z S =232a U ϕ== 78,75,72,69,66,63,60=Z S取72=Z S同理，在变速组b 中，可以得到：011b U ϕ== 74,76,78,80,82,84,86Z S =32 2.82b U ϕ== 72,73,76,77,80,81,84,87Z S =取80Z S =在变速组c 中，可以得到：11/1/1.41c U ϕ== 100,102,104,106,108,110Z S =42 3.98c U ϕ== 100,101,103,104,105,106,108,109,110,111Z S =取104Z S =一般变速组内所有齿轮的模数相同，并是标准齿轮，因而三对传动副的齿数和Z S 是相同的。

由此可以确定各传动之间的齿数，如下所示：基本组 72=Z S123636Z Z =⎧⎨=⎩343042Z Z =⎧⎨=⎩ 562448Z Z =⎧⎨=⎩ 第一扩大组 80z S =784040Z Z =⎧⎨=⎩9102159Z Z =⎧⎨=⎩ 第二扩大组 104z S =11126143Z Z =⎧⎨=⎩13142183Z Z =⎧⎨=⎩5、绘制转速图如下图（图1）所示：图1 转速图6、绘制传动系统图由参考文献[1]，根据各级变速组传动比，可绘制出一种合理的传动系统图，如下图（图2）所示。

图2 传动系统图7、核算主轴转速误差齿轮齿数确定后，主轴的各级实际转速即确定，实际传动比所造成的主轴转速误差，应满足：10(1)% 4.1%n n n ϕ-≤⋅-=实标标所得结果如下表（表1）所示：标号实n 标n误差 结论表1 主轴转速误差确定定比传动副带轮直径根据电机功率为7.5KW ，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 d A P K P ==⨯=12448式中：A K 为工况系数，由参考文献2取.A K =12P 为电机功率，KW P =4根据d P 和n 选择带型和小带轮直径，由参考文献2，普通V 带直径优选系列选择A 型带，小带轮直径120mm 。

则大带轮直径为：22.199)02.01(8501440120)1(21=-⨯⨯=-=εn n dD取D=200mm式中，ε为转速损失率，取.200。

综上，mm d =120，D=200mm 。

三、 动力设计传动轴直径初定由参考文献[1]，按扭转刚度估算轴的直径4][91jin N d φ≥式中 d ——传动轴直径（mm ）i N ——该轴传递的功率（KW ） j n ——该轴的计算转矩（r /min ）[]φ——该轴每米长度允许扭转角（deg/m ），取10/75.0][-=m φ由图1可知各轴的计算转速为：Nj1=850r/min ，nj2=425r/min ，nj3=150r/min ，nj4=106r/min本次计算中，各州传递功率为点击功率与传递过程中的效率的乘积，效率值可由参考文献[2]表查得，如下所示：*****=0.99η联轴器，=0.99η轴承，=0.98η齿轮，=0.98η滚子轴承代入各数据得到以下结果：022.11d mm ≥=Ⅰ轴126.8d mm ≥=取128mmd=；Ⅱ轴231.68d mm≥=取232mmd=；Ⅲ轴340.8d mm≥=取342mmd=。

*******主轴轴颈直径的确定没有特殊要求的时候，主轴材料优先选用价格低廉的优质结构钢，如45号钢，调质到220~250HB，在端部锥孔，定心轴颈或定心锥面等部位，采用高频淬火至50~55HRC。

由参考文献[3]表，功率为4KW的卧式升降台铣床选用前轴颈直径160~95mmD=，取180mmD=。

后轴颈为前轴颈的70%~85%，即为42~80.75mm。

为了选用轴承的方便，由参考文献[2]轴承型号，主轴中部与圆锥滚子轴承配合处轴颈直径取60mm，为使主轴缓慢过度，主轴后部与深沟球轴承配合处轴颈直径取45mm。

齿轮模数的初步计算一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择各组负荷最重的小齿轮，由参考文献[2]，其计算得到的齿轮模数为：32][)1(16338jj i m d j n i Z N i m σΦ+=式中：j m ——按接触疲劳强度计算的齿轮模数(mm)；d N ——驱动电机的功率(kW)； j n ——计算尺轮的计算转速(r/min)；i ——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，1i ≥，外啮合取“＋”号，内啮合取“－”号；i Z ——小齿轮的齿数；m ϕ——齿宽系数，m Bmϕ=（B 为齿宽，m 为模数）， 一般为6~10，此处均选用8m ϕ=；[]j σ——许用接触应力()MPa ，由参考文献[4]表13-16，齿轮材料训勇20r C ，渗碳处理，可得[]1370j σ=MPa 。

可以得到： 基本组1 1.15j m ==按标准模数表取3m =；第一扩大组2 2.2j m == 按标准模数表取3=m ； 第二扩大组3 3.04j m ==按标准模数表取4m =。

由于取齿轮厚度系数8m ϕ=，则由公式m m B ϕ=可得各齿轮厚度。

对各种限制的讨论对于第二扩大组变速组，由于主轴轴径是由标准查得，其值较大，前轴径为80mm ，后轴径为45mm ，即安装齿轮处轴外径约为70mm ，由参考文献[1]，轴上的小齿轮还要考虑到齿根和到它的键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚，以防断裂，即其最小齿数min Z 应满足：min 1.035.6DZ m≥+式中：D ——齿轮花键孔的外径mm ()，单键槽的取孔中心至键槽底的尺寸两倍 m ——齿轮模数对于主轴VI ，选用单键槽，查得(35 4.9)279.8mm D =+⨯=，若m=3，min 33Z =，小于已确定的最小齿数43，在主轴VI 上该模数满足要求。

考虑到花键滑动与定位较容易，除主轴VI 和电机轴O 外，其余轴均选用花键连接。

又注意到第二扩大组变速组在轴III 上最小齿轮齿数为min 21Z =，选用花键842468⨯⨯⨯，将46mm D =代入，若4m =，则min 17.4421Z =<，在轴III 上该模数满足要求。

故第二扩大组变速组的模数取4c m =。

对于第一扩大组，在轴II 上的最小齿数min 21Z =，选用花键632366⨯⨯⨯，将36mm D =代入，若3m =，则min 17.9621Z =<，在轴II 上该模数满足要求。

下面验算在轴III 是否满足要求，轴III 上的最小齿数min 40Z =，若3m =，则min 21.440Z =<，在轴III 上该模数满足要求。