z3040機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．概述……………………………………………………………………3</p><p>　　1.1 搖臂鉆床簡介……………………………………………………3</p><p>　　1.2 搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)……………………………………………3</p><p>　　1.3

2、 運動形式…………………………………………………………3</p><p>　　1.4 搖臂鉆床安全操作規(guī)程…………………………………………4</p><p>　　1.5 Z3040型搖臂鉆床總體結(jié)構(gòu)圖及使用要求……………………5</p><p>　　1.6 Z3040搖臂鉆床運動功能原理圖及傳動原理圖………………6</p><p>　　1

3、.7 Z3040搖臂鉆床適用范圍及主要技術(shù)參數(shù)……………………7</p><p>　　二. 課程設(shè)計的目的…………………………………………………………9</p><p>　　三. 課程設(shè)計題目，主要設(shè)計參數(shù)和技術(shù)要求……………………………9</p><p>　　3.1 課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)…………………………………9</p><p>

4、　　3.2 技術(shù)要求…………………………………………………………9</p><p>　　四. 運動設(shè)計 ………………………………………………………………10</p><p>　　4.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定………………………………………10</p><p>　　4.1.1 按典型工序，最高最低轉(zhuǎn)速的確定……………………..10</p><p&g

5、t;　　4.1.2根據(jù)nmax、nmin、dmax、dmin等值，初步確定鉆削速度范圍………………………………………………………………………………10</p><p>　　4.1.3 計算主切削力、切削功率和初步估計電機功率…………11</p><p>　　4.1.4 轉(zhuǎn)速范圍……………………………………………………11</p><p>　　4.1.5 轉(zhuǎn)速數(shù)列……

6、………………………………………………12</p><p>　　4.1.6 定傳動組數(shù)…………………………………………………12</p><p>　　4.1.7 寫傳動結(jié)構(gòu)式，畫結(jié)構(gòu)圖…………………………………12</p><p>　　4.1.8 轉(zhuǎn)速圖………………………………………………………13</p><p>　　4.1.9 傳動系統(tǒng)圖…

7、………………………………………………14</p><p>　　4.2 齒輪模數(shù)初步估算…………………………………………………14</p><p>　　4.2.1 模數(shù)計算……………………………………………………14</p><p>　　4.2.2 齒輪齒數(shù)的確定……………………………………………15</p><p>　　4.3 基本組齒輪計算

8、……………………………………………………16</p><p>　　4.4 齒輪模數(shù)的確定……………………………………………………17</p><p>　　4.5 齒輪模數(shù)的驗算……………………………………………………19</p><p>　　4.6 主軸轉(zhuǎn)速誤差………………………………………………………21</p><p>　　五. 動力計算

9、…………………………………………………………………25</p><p>　　5.1 計算轉(zhuǎn)速計算………………………………………………………25</p><p>　　5.2 擴大組齒輪計算……………………………………………………26</p><p>　　5.3 傳動軸最小軸徑的確定……………………………………………28</p><p>　　六.

10、 主要零部件的選擇………………………………………………………31</p><p>　　6.1 擺動式操縱機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………31</p><p>　　6.2 電動機的選擇……………………………………………………31</p><p>　　七. 校核……………………………………………………………………32</p><p>

11、　　7.1 組軸組件剛度的驗算……………………………………………32</p><p>　　7.1.1 主軸彎曲剛度的驗算………………………………………33</p><p>　　7.1.2 主軸扭轉(zhuǎn)度的驗算…………………………………………33</p><p>　　7.2 Ⅱ軸組件的剛度驗算……………………………………………33</p><p>

12、　　7.2.1 Ⅱ軸剛度校核………………………………………………34</p><p>　　7.2.2 Ⅱ軸扭轉(zhuǎn)的校核……………………………………………34</p><p>　　7.3 軸承壽命校核……………………………………………………34</p><p>　　八．結(jié)論與致謝………………………………………………………………35</p><p>

13、;　　九．參考文獻……………………………………………………………….36</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　1.1 搖臂鉆床簡介</p><p>　　搖臂鉆床,也可以稱為橫臂鉆。主軸箱可在搖臂上左右移動，并隨搖臂繞立柱回轉(zhuǎn)±180&ordm;的鉆床（見圖）。搖臂還可沿外柱上下升降，以適應(yīng)加工不同高度

14、的工件。較小的工件可安裝在工作臺上，較大的工件可直接放在機床底座或地面上。搖臂鉆床廣泛應(yīng)用于單件和中小批生產(chǎn)中，加工體積和重量較大的工件的孔。搖臂鉆床加工范圍廣，可用來鉆削大型工件的各種螺釘孔、螺紋底孔和油孔等。搖臂鉆床的主要變型有滑座式和萬向式兩種。滑座式搖臂鉆床是將基型搖臂鉆床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身導(dǎo)軌移動，以擴大加工范圍，適用于鍋爐、橋梁、機車車輛和造船，機械加工，等行業(yè)。萬向搖臂鉆床的搖臂除可作垂直和回轉(zhuǎn)運動外，并可作

15、水平移動，主軸箱可在搖臂上作傾斜調(diào)整，以適應(yīng)工件各部位的加工。此外，還有車式、壁式和數(shù)字控制搖臂鉆床等。</p><p>　　1.2 搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)及主要特點</p><p>　　搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成。　內(nèi)立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)360度。搖臂的一端為套筒，它套裝在外立柱做上下移動。由于絲桿與外立柱連

16、成一體，而升降螺母固定在搖臂上，因此搖臂不能繞外立柱轉(zhuǎn)動，只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱是一個復(fù)合部件，由主傳動電動機、主軸和主軸傳動機構(gòu)、進給和變速機構(gòu)、機床的操作機構(gòu)等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作，使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動。液壓搖臂鉆主要特點： </p><p>　　1．采用液壓預(yù)選變速機構(gòu)，可節(jié)省輔助時間　 </p><p>　　2．主軸正反轉(zhuǎn)、停

17、車（制動）、變速、空擋等動作，用一個手柄控制，操縱輕便 </p><p>　　3．主軸箱、搖臂、內(nèi)外柱采用液壓驅(qū)動的菱形塊夾緊機構(gòu)，夾緊可靠　 </p><p>　　4．搖臂上導(dǎo)軌、主軸套筒及內(nèi)外柱回轉(zhuǎn)滾道等處均進行淬火處理，可延長使用壽命　 </p><p>　　5．主軸箱的移動除手動外，還能機動　 </p><p>　　6．有完善的安全保

18、護裝置和外柱防護及自動潤滑裝置</p><p><b>　　1.3 運動形式</b></p><p>　　當(dāng)進行加工時，由特殊的加緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，而外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進行鉆削加工。鉆削加工時，鉆頭一邊進行旋轉(zhuǎn)切削，一邊進行縱向進給，其運動形式為： （1）搖臂鉆床的主運動為主軸的旋轉(zhuǎn)運動 </p><

19、;p>　?。?）進給運動為主軸的縱向進給 </p><p>　?。?）輔助運動有：搖臂沿外立柱垂直移動，主軸箱沿?fù)u臂長度方向的移動，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。 </p><p>　　設(shè)計機床得主傳動變速系統(tǒng)時首先利用傳動系統(tǒng)設(shè)計方法求出理想解和多個合理解。根據(jù)數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)及主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性要求，分析了機電關(guān)聯(lián)分級調(diào)速主傳動系統(tǒng)的設(shè)計原理和方法。從主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)入手

20、，確定最佳機床主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性匹配方案，計算和校核相關(guān)運動參數(shù)和動力參數(shù)。本說明書著重研究機床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計步驟和設(shè)計方法，根據(jù)已確定的運動參數(shù)以變速箱展開圖的總中心距最小為目標(biāo)，擬定變速系統(tǒng)的變速方案，以獲得最優(yōu)方案以及較高的設(shè)計效率。在機床主傳動系統(tǒng)中，為減少齒輪數(shù)目，簡化結(jié)構(gòu)，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數(shù)的設(shè)計方法是試算，湊算法，計算麻煩且不易找出合理的設(shè)計方案。</p><p>　　1.4搖臂鉆床安全操作

21、規(guī)程</p><p>　　1．工作前對所用鉆床和工卡量進行全面檢查，確認(rèn)無誤時方可工作。</p><p>　　2．嚴(yán)禁戴手套操作，女生發(fā)辮應(yīng)挽在帽子內(nèi)。</p><p>　　3．工件裝夾必須牢固可靠。鉆小件時，應(yīng)用工具夾持，不準(zhǔn)用手拿著鉆。</p><p>　　4．使用自動走刀時，要選好進給速度，調(diào)整好行程限位塊。手動進刀時，一般按照逐漸增壓

22、和逐漸減壓原則進行，以免用必過猛造成事故。 </p><p>　　5.調(diào)整鉆床速度、行程、裝夾工具和工件時，以及擦試機床時，要停車進行。 　</p><p>　　6．鉆頭上繞有長鐵屑時，要停車清除。禁止用風(fēng)吹、用手拉，要用刷子或鐵鉤清除。 </p><p>　　7．精鉸深孔時，拔取圓器和銷棒，不可用力過猛，以免手撞在刀具上。 </p><p>

23、;　　8．不準(zhǔn)在旋轉(zhuǎn)的刀具下，翻轉(zhuǎn)、卡壓或測量工件。手不準(zhǔn)觸摸旋轉(zhuǎn)的刀具。 </p><p>　　9．使用搖臂鉆時，橫臂回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)不準(zhǔn)有障礙物。工作前，橫臂必須卡緊。</p><p>　　10．橫臂和工作臺上不準(zhǔn)存放物件，被加工件必須按規(guī)定卡緊，以防工件移位造成重大人身傷害事故和設(shè)備事故。</p><p>　　11．工作結(jié)束時，將橫臂降到最低位置，主軸箱靠近立柱，并

24、且都要卡緊。</p><p>　　1.5 Z3040型搖臂鉆床總體結(jié)構(gòu)圖及使用要求</p><p>　　本文設(shè)計的是Z3040型搖臂鉆床的變速箱，Z3040搖臂鉆床總體結(jié)構(gòu)圖等及注意要求如下：</p><p>　　一ZQ3040搖臂鉆床在使用過程中，應(yīng)按說明說的各項規(guī)定進行潤滑，濾油網(wǎng)要定期清洗，保持油液的清潔。    二

25、、ZQ3040搖臂鉆床搖臂和立柱的導(dǎo)軌應(yīng)經(jīng)常保持清潔，要經(jīng)常注油，保持有油，以免研傷。    三、ZQ3040搖臂鉆床要保持工作臺、底座上的清潔，及時將鐵屑清理干凈，清理鐵屑時勿用手直接抓取，以免傷手。    四、冷卻液每月要更換一次，保持清潔，冷卻液中沉淀在冷卻箱入口處的鐵屑等雜志每天都要處理。    五、ZQ

26、3040搖臂鉆床主軸錐孔在裝入刀具前擦拭干凈。    六、電器設(shè)備的保養(yǎng)：電器設(shè)備必須保持清潔，為此，必須定期清除灰塵、贓物和油垢等，灰塵的清除可用壓縮空氣吹除。線圈不許用煤油、汽油等清洗。電動機每用一年，要檢查和清理軸承，檢查換油至少每年一次。電機軸承用含動物油鈣皂及礦物油的潤滑脂。所有觸頭應(yīng)仔細(xì)清除其上的污物，磨損觸頭的必須更換新件，不允許接觸器上有油，燒損或氧化的接觸點，應(yīng)用細(xì)銼刀輕輕恢復(fù)

27、</p><p>　　1.6 Z3040搖臂鉆床運動功能原理圖及傳動原理圖</p><p>　　搖臂鉆床鉆削加工的傳動原理</p><p>　　1.7 Z3040搖臂鉆床適用范圍及主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　該機床適用于加工中、小型零件。它可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔和攻螺紋等工作。裝置其他工藝裝備時，還可以進行鏜孔。</p>

28、;<p>　　該機床主軸轉(zhuǎn)速和進給量變換時采用液壓預(yù)選變速機構(gòu)；主軸箱、 搖臂、內(nèi)外立柱夾緊是采用液壓-菱形塊夾緊機構(gòu)，夾緊力大，夾緊前后主軸偏心量小；搖臂升降有保險螺母和電器保險機構(gòu)，進給有鋼珠安全離合器等保護裝置。</p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　最大鉆孔直徑

29、 40毫米</p><p>　　主軸中心線到立柱母線距離 350---1250毫米</p><p>　　主軸箱水平移動距離 900毫米</p><p>　　主軸端面到底座面間距離 350---1250毫米</p><p

30、>　　搖臂升降距離 600毫米</p><p>　　搖臂升降速度 1.2米/分</p><p>　　搖臂回轉(zhuǎn)角度 360度</p><p>　　主軸前端孔錐度

31、 莫氏4號</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速范圍（16級） 25---2000轉(zhuǎn)/分</p><p>　　進給量范圍（16級） 0.04---3.2毫米/轉(zhuǎn) </p><p>　　主軸行程

32、 315毫米</p><p>　　刻度盤每轉(zhuǎn)鉆孔深度 122.5毫米</p><p>　　主軸允許最大扭矩 40公斤力*米</p><p>　　主軸允許最大進給抗力 1600公斤力 </

33、p><p><b>　　主電機 </b></p><p>　　功率 3千瓦</p><p>　　轉(zhuǎn)速 1430轉(zhuǎn)/分</p><p><b>　　搖臂升降電機</b>

34、;</p><p>　　功率 1.1千瓦</p><p>　　轉(zhuǎn)速 1500轉(zhuǎn)/分</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)用電機</b></p><p>　　功率

35、 0.6千瓦</p><p>　　轉(zhuǎn)速 1500轉(zhuǎn)/分</p><p><b>　　冷卻泵電機 </b></p><p>　　功率 0.125千瓦</p>

36、<p>　　轉(zhuǎn)速 3000轉(zhuǎn)/分</p><p>　　機床重量 3200公斤</p><p>　　機床外形尺寸 2170*1013*2625毫米</p><p

37、><b>　　二．課程設(shè)計目的</b></p><p>　　《機械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是在學(xué)生學(xué)完機械系統(tǒng)設(shè)計及其它先行課程之后進行的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，即進行一次學(xué)習(xí)設(shè)計的綜合性練習(xí)。是我校機械設(shè)計及其自動化品牌專業(yè)高級應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠運用所學(xué)過的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的有關(guān)理論知識，及生產(chǎn)實習(xí)等實踐技能，達(dá)到鞏固、加深和拓展所學(xué)知識的目的。通過典型機械系統(tǒng)

38、如通用機床的主軸變速傳動系統(tǒng)的計算與設(shè)計、或者是通過數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的選型與設(shè)計，使學(xué)生在擬定傳動結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計，和數(shù)字控制等先進制造技術(shù)，以及設(shè)計計算說明書等技術(shù)文件編寫等方面的基本技能和實際運用能力得到比較系統(tǒng)的訓(xùn)練。通過設(shè)計，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達(dá)到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學(xué)生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學(xué)生獲得機械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設(shè)

39、計創(chuàng)造一定的條件。</p><p>　　三．課程設(shè)計題目，主要設(shè)計參數(shù)和技術(shù)要求</p><p>　　3.1 課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　題目：搖臂鉆床主軸變速箱設(shè)計</p><p>　　主參數(shù)：最大鉆削直徑Dmax=40mm,刀具材料：高速鋼或硬質(zhì)合金，工件材料：鋼或鑄</p><p>　　技術(shù)參

40、數(shù)：Nmin=25r/min；Nmax=2000r/min；Z=16級；公比為1.26（混合公比為1.58）；電動機功率P=3KW；電機轉(zhuǎn)速n=1430r/min</p><p>　　為滿足使用性能要求，可采用混合公比，求出的各級轉(zhuǎn)速有：25r/min.40r/min.63r/min.80r/min.100r/min125r/min.160r/min.200r/min.250r/min.320r/min.400r

41、/min.500r/min.630r/min.800r/min.1250r/min.2000r/min</p><p><b>　　3.2 技術(shù)要求 </b></p><p>　　1. 利用電動機完成換向和制動。</p><p>　　2. 各滑移齒輪塊采用單獨操縱機構(gòu)。</p><p>　　3. 進給傳動系統(tǒng)采用單

42、獨電動機驅(qū)動。</p><p><b>　　四．運動設(shè)計</b></p><p>　　4.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定</p><p>　　4.1.1 按典型工序，最高最低轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　根據(jù)搖臂鉆床某些特征，采用高速鋼刀具鉆削的Vc一般為20~32r/m</p><p>　　經(jīng)濟加

43、工最大、最小直徑dmax、dmin,對于通用機床，一般?。?lt;/p><p>　　dmax=K×D,Rd=dmax/dmin</p><p>　　式中：D—床身上能加工的最大直徑（單位：mm）</p><p>　　K—系數(shù)，根據(jù)其對現(xiàn)有同類機床使用情況的調(diào)查確定（搖臂鉆床K=1.0）</p><p>　　Rd—計算直徑范圍Rd=（0.

44、20~0.25）</p><p>　　故 dmax=K×D=1×40mm=40mm</p><p>　　Dmin= Rd×dmax=（0.20~0.25）×40mm=(8~10)mm.dmin取8mm</p><p>　　nmax=1000×Vmax/л×dmin=1000×32r/m/л

45、5;8mm=1273.24r/min </p><p>　　nmin=1000×Vmin/л×dmax= 1000×20r/m/л×40mm=159.15r/min</p><p>　　Rn==1273.24r/m/159.15r/m=8</p><p>　　由于設(shè)計的轉(zhuǎn)速范圍為（25~2000）r/min,比計算出的nma

46、x、nmin范圍大，滿足要求</p><p>　　4.1.2 根據(jù)nmax、nmin、dmax、dmin等值，初步確定鉆削速度范圍</p><p>　　即：Vcmax=л×dmin×nmax/1000=л×8×2000/1000=50.26r/min</p><p>　　Vcmin=л×dmax×nmin/

47、1000=л×40×25/1000=3.14r/min</p><p>　　Vc=л×dmax×nj/1000=л×40×80/1000=10.05r/min</p><p>　　故要使機床傳遞全部功率，則Vc大于10.05r/min即可，又根據(jù)加工材料（鋼或鑄鐵）、刀具材料（高速鋼），查機械系統(tǒng)設(shè)計手冊得：Vc=25r/min;

48、ap=20mm;f=0.4mm/r</p><p>　　4.1.3 計算主切削力、切削功率和初步估計電機功率</p><p>　　根據(jù)鉆削力的實驗公式：</p><p>　　進給力：Ff=CFf×dZFf× fyFf ×kFf</p><p>　　扭矩：Mc= Cmc×dZMc× fyMc &

49、#215;kMc</p><p>　　一般估計時，可取kFf。kMc為1；d取最大值</p><p>　　刀具材料：高速鋼；加工材料：鋼σb=650Mpa</p><p>　　查手冊得：CFf=600，ZFf=1.0，yFf=0.7,CMc=0.305, ZMc=2.0, yMc=0.8</p><p>　　進給力：Ff=CFf×d

50、ZFf× fyFf ×kFf =600×401.0× 0.40.7 ×1=12637.27</p><p>　　主切削力：Fc=0.4Ff=0.4×12637.27N=5055N</p><p>　　扭矩：Mc=Cmc×dZMc×fyMc×kMc=0.305×402.0×0.40.

51、8×1=234.46N·mm</p><p>　　故切削功率為：Pc=Fc·Vc/60000=5055N·25m/min/60000=2.1kw</p><p>　　根據(jù)《實用金屬切削加工工藝手冊》知,切削功率只消耗在切削工件上，但機床功率必須大于切削功率。因為電機功率除了提供切削用的動力外，動力還要消耗在軸承導(dǎo)軌和齒輪等摩擦上，因此，切削功率只能占

52、電動機功率的70%~85%，即0.7~0.85，這個數(shù)字稱為效率。所以說，切削功率應(yīng)該比電動機功率小，否則就會超載</p><p>　　故P電=Pc/(0.7~0.85)kw=(2.47~3)kw</p><p>　　電機的額定功率Ped=3kw.</p><p><b>　　計算電機功率：</b></p><p>&l

53、t;b>　　根據(jù)傳動副效率表：</b></p><p>　　η總=η8軸承×η6齒輪=0.9958×0.986=0.85</p><p>　　實際計算電動機所需工作功率為：P0=P切/η總=2.1kw/0.85=2.47kw</p><p>　　選電機功率為3kw.</p><p>　　4.1.4 轉(zhuǎn)速

54、范圍</p><p>　　Rn==2000r/min/25r/min=80</p><p>　　4.1.5 轉(zhuǎn)速數(shù)列</p><p>　　首先找到25r/min、首先采用混合公比1.58，然后每隔3個數(shù)取一個值（1.26=1.064）,，得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為25r/min、40r/min</p><p>　　63r/min、80r/min、1

55、00r/min、125r/min、160r/min、200r/min、250r/min、320r/min、400r/min、500r/min、630r/min、800r/min、1250r/min、2000r/min共16級。</p><p>　　4.1.6 定傳動組數(shù)</p><p>　　對于Z=16可分解為：Z=22×25×24×28。</p>

56、<p>　　4.1.7寫傳動結(jié)構(gòu)式,畫結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , “前密后疏”,“結(jié)構(gòu)緊湊”的原則,選取傳動方案 Z=22×25×24×28,易知第三擴大組的變速范圍r=φ(P3-1)x=1.268=6.35〈8滿足要求，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖</p><p>　　結(jié)構(gòu)網(wǎng) Z=22×25×24&

57、#215;28</p><p>　　4.1.8 畫轉(zhuǎn)速圖</p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)速主軸最大轉(zhuǎn)速為1120r/min確定電動機的同步轉(zhuǎn)速為1430r/min。分配各傳動比，轉(zhuǎn)速圖如下圖</p><p>　　基本組：25，R1=1.265=3.18<8</p><p>　　第一擴大組：22，R2=1.262=1.58<8</

58、p><p>　　第二擴大組：24，R3=1.264=2.5<8</p><p>　　第三擴大組：28，R4=1.268=6.35<8</p><p>　　所以滿足直齒圓柱齒輪極限傳動比要求</p><p>　　4.1.9 畫主傳動系統(tǒng)圖</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖：&

59、lt;/p><p><b>　　主傳動系統(tǒng)圖</b></p><p>　　4.2齒輪模數(shù)初步估算</p><p><b>　　4.2.1模數(shù)計算</b></p><p>　　一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算，即mj=16338可得各組的模數(shù)<

60、/p><p>　　式中 mj——按接觸疲勞強度計算的齒輪模數(shù)（mm）；</p><p>　　——驅(qū)動電動機功率（kW）；</p><p>　　——被計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速（r/min）；</p><p>　　——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“+”，內(nèi)嚙合取“-”；</p><p>　　——小齒輪的齒數(shù)（齒）；<

61、/p><p>　　——齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），；</p><p>　　——材料的許用接觸應(yīng)力（）。</p><p>　　得：基本組的模數(shù)mj=2.5</p><p>　　以同樣的方法計算其它幾組的模數(shù)，如下： </p><p>　　第一擴大組的模數(shù)mj=2.5 </p><p>

62、<b>　　第二擴大組mj=3</b></p><p>　　第三擴大組mj=2.5</p><p>　　4.2.2 齒輪齒數(shù)的確定</p><p>　　根據(jù)搖臂鉆床的某些特征，傳動中 軸2采用特殊齒輪機構(gòu)，所以模數(shù)不一樣；據(jù)設(shè)計要求Zmin≥17,齒數(shù)和Sz≤100～120，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)：</p>&l

63、t;p>　　i5-1=1.58,SZ=···80,82,83,85,86,88,90,91,93,95,96,98,99,100,101,103,104···</p><p>　　i5-2=1/4, SZ=···84,89,94,97,100,103,104,105···</p>

64、;<p>　　所以確定SZ=100，得到Z7=61,Z7’=39,Z8=20,Z8’=80</p><p>　　同上分別計算其它齒輪齒數(shù)，除軸2查資料得出來，得到的各齒輪齒數(shù)如下表：</p><p>　　4.3基本組齒輪計算。</p><p>　　根據(jù)公式：分度圓直徑 d=mz</p><p>　　齒頂高 ha=ha*m

65、</p><p>　　齒根高 hf=(ha*+c*)m</p><p>　　全齒高 h=ha+hf</p><p>　　頂隙 c=c*mn</p><p>　　齒頂圓直徑da=d+2ha</p><p>　　齒根圓直徑df=d-2hf</p><p>　　其中ha*=

66、1,c*=0.25</p><p>　　得基本組齒輪尺寸如下表</p><p>　　4.4 齒輪模數(shù)的確定</p><p><b>　　齒輪模數(shù)的估算。</b></p><p>　　通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強度和齒輪彎曲疲勞強度條件進行估算模數(shù)和，并按其

67、中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為簡化工藝變速傳動系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過2～3種模數(shù)。</p><p>　　先計算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動，查手冊齒輪精度選用7級精度，選擇小齒輪材料為45鋼 (調(diào)質(zhì))，硬度為220HBS和260HBS：</p><p>　　a變速組：分別計算各齒輪模數(shù)，先計算最小齒數(shù)Z1=20 ,Z2=80 的齒輪。</

68、p><p>　?、懦醪接嬎銈鲃拥闹饕叽?lt;/p><p><b>　　根據(jù)公式： </b></p><p><b>　　小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩為</b></p><p>　　因v值未知， 值不能確定，可初步選載荷系數(shù) ,初選 。</p><p>　　非對稱安裝，取齒寬系數(shù) =0.3。&l

69、t;/p><p><b>　　查得彈性系數(shù) 。</b></p><p>　　齒數(shù)比u=80/20=4</p><p>　　按齒面硬度查圖，的 , </p><p>　　大齒輪和小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為：</p><p>　　假設(shè)該機床工作壽命10年，每年工作300天，兩班制，工作平穩(wěn)，齒輪轉(zhuǎn)向不變&

70、lt;/p><p>　　N1=60n1jLh=60×910×1×1.0×300×16=2.62×108</p><p>　　N2=60n1jLh=60×800×1×1.0×300×16=2.3×108</p><p><b>　?、嗖橘Y料的

71、, </b></p><p><b>　　取安全系數(shù) </b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　?、朴嬎隳?shù)</b></p><p>　　計算載荷系數(shù) 查得使用系數(shù) </p><p>　　因 ，查得動

72、載荷系數(shù) ，由表查得齒向載荷分布系數(shù) ，則載荷系數(shù)為</p><p><b>　　1.28</b></p><p>　　對 進行修正 因K與 有較大的差異，故需對由 計算出的 進行修正，即：</p><p><b>　　確定模數(shù)：</b></p><p><b>　　取 </b&g

73、t;</p><p><b>　　傳動尺寸：</b></p><p><b>　　兩分度圓直徑 :</b></p><p><b>　　中心距 </b></p><p>　　齒寬b =φdd2 =0.3×50=15mm</p><p>　　盡

74、可能圓整為5的倍數(shù)，取 </p><p><b>　　尺高 </b></p><p>　　為了便于設(shè)計和制造，同一傳動組內(nèi)的齒輪的模數(shù)常取相同，此時，各傳動齒輪副的齒輪齒數(shù)和相同。則在變速箱職中，每根傳動軸上各齒輪的模數(shù)均為 。</p><p>　　而在主軸箱中，用上述方法也取得第一對傳動副齒輪的模數(shù) ，而在傳動鏈中，最后一個背輪機構(gòu)中，變速范

75、圍較大，各傳動副對應(yīng)傳動的扭矩的差別也較大，為合理利用材料，常采用不同的模數(shù)，且在同一傳動組內(nèi)正常只限用于用兩種模數(shù)。</p><p>　　由于傳動副軸心線距離必須相等，即 </p><p>　　、 ——分別為兩種模數(shù)；</p><p>　　、 ——分別為 、 兩傳動副的齒數(shù)和。</p><p><b>　　則 得 </b&g

76、t;</p><p>　　4.5 齒輪模數(shù)驗算</p><p>　　按基本組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。計算如下：</p><p>　　① 齒面接觸疲勞強度計算：</p><p><b>　　接觸應(yīng)力驗

77、算公式為</b></p><p>　　彎曲應(yīng)力驗算公式為：</p><p>　　式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動機功率，N=3kW;</p><p>　　-----計算轉(zhuǎn)速（r/min）. =80（r/min）;</p><p>　　m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=2.5（mm）;</p&g

78、t;<p>　　B----齒寬（mm）;B=15.5（mm）;</p><p>　　z----小齒輪齒數(shù)；z=20;</p><p>　　u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=4;</p><p>　　-----壽命系數(shù)；</p><p><b>　　=</b></p><p>

79、　　----工作期限系數(shù)；</p><p>　　T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.;</p><p>　　-----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =200（r/min）</p><p>　　----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取=</p><p>　　m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6;&l

80、t;/p><p>　　----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，取=0.60</p><p>　　----功率利用系數(shù)，取=0.78</p><p>　　-----材料強化系數(shù)， =0.60</p><p>　　-----工作狀況系數(shù)，取=1.1</p><p>　　-----動載荷系數(shù)，取=1</p><p>　　-

81、-----齒向載荷分布系數(shù)， =1 </p><p>　　Y------齒形系數(shù)， Y=0.386；</p><p>　　----許用接觸應(yīng)力（MPa）,取=650 Mpa；</p><p>　　---許用彎曲應(yīng)力（MPa），取=275 Mpa；</p><p>　　根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：</p><

82、p>　　=635 Mpa </p><p><b>　　=78 Mpa</b></p><p>　　4.6 算主軸轉(zhuǎn)速誤差</p><p>　　實際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過±10(-1)％,即</p><p>　　對于搖臂鉆床Z3040的16級轉(zhuǎn)速圖知</p><p&

83、gt;　　Nmax=2000r/min</p><p><b>　　有，</b></p><p><b>　　則有</b></p><p>　　因此滿足要求。以同樣的方法來計算其它各轉(zhuǎn)速</p><p>　　同上計算各級轉(zhuǎn)速誤差，以表形式列出，如下圖：</p><p><

84、;b>　　各級轉(zhuǎn)速誤差</b></p><p>　　各級轉(zhuǎn)速誤差都都小于2.6％，因此不需要修改齒數(shù)。</p><p><b>　　五．動力計算</b></p><p>　　5.1計算轉(zhuǎn)速的計算</p><p>　?。?）由于是混合公比，且設(shè)計的是搖臂鉆床，查公式得：nj=Nmin()0.25</

85、p><p>　　故nj=80r/min</p><p>　?。?）確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。</p><p>　　并由此知道80r/min向上各級轉(zhuǎn)速都將傳遞全部功率，所以得到的各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速為nⅥj=100r/min,nⅤj=200r/min,nⅣj=500r/min,nⅢj=800r/min, nⅡj=910r/min</p><p>&l

86、t;b>　　各計算轉(zhuǎn)速入表。</b></p><p><b>　　各軸計算轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　所以各軸轉(zhuǎn)速：</b></p><p>　　n0=1430r/min</p><p>　　n1=1420r/min</p><p>　　n2=

87、910r/min</p><p>　　n3=800r/min</p><p>　　n4=500r/min</p><p>　　n5=200r/min</p><p>　　n6=100r/min</p><p>　　n7=80r/min</p><p><b>　　所以各軸功率：<

88、/b></p><p>　　N0=N電=2.47kw</p><p>　　N1=N電·η軸承=2.47×0.995=2.46kw</p><p>　　N2=N1·η軸承·η齒輪=2.47×0.995×0.98=2.40kw</p><p>　　N3=N2·η軸承

89、83;η齒輪=2.40×0.995×0.98=2.34kw </p><p>　　N4=N3·η軸承·η齒輪=2.34×0.995×0.98=2.28kw</p><p>　　N5=N4·η軸承·η齒輪=2.28×0.995×0.98=2.23kw</p><p>

90、　　N6=N5·η軸承·η齒輪=2.23×0.995×0.98=2.16kw</p><p>　　N7=N6·η軸承·η齒輪=2.16×0.995×0.98=2.11kw</p><p>　　各軸轉(zhuǎn)矩：根據(jù)：知：</p><p>　　5.2擴大組齒輪計算。</p><

91、p>　　根據(jù)公式：分度圓直徑</p><p><b>　　d=mz</b></p><p><b>　　齒頂高 </b></p><p><b>　　ha=ha*m</b></p><p><b>　　齒根高 </b></p>

92、<p>　　hf=(ha*+c*)m</p><p><b>　　全齒高 </b></p><p><b>　　h=ha+hf</b></p><p><b>　　頂隙 </b></p><p><b>　　c=c*mn</b>

93、;</p><p><b>　　齒頂圓直徑</b></p><p><b>　　da=d+2ha</b></p><p><b>　　齒根圓直徑</b></p><p><b>　　df=d-2hf</b></p><p>　　其中

94、ha*=1,c*=0.25</p><p>　　擴大組齒輪幾何尺寸見下表 </p><p>　　按擴大組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。</p><p>　　同理根據(jù)基本組的計算，</p><p>　　可得 =

95、0.62， =0.77，=0.60，=1.1，</p><p>　　=1，=1，m=3.5，=355；</p><p>　　根據(jù)接觸應(yīng)力驗算公式：</p><p><b>　　彎曲應(yīng)力驗算公式：</b></p><p><b>　　可求得：</b></p><p>　　=61

96、9 Mpa </p><p><b>　　=135Mpa </b></p><p>　　5.3傳動軸最小軸徑的初定</p><p>　　傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計算：</p><p>　　d=1.64（mm）</p><p>　　或 d=91（mm）</p>

97、<p>　　式中 d---傳動軸直徑（mm）</p><p>　　Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000；</p><p>　　N----該軸傳遞的功率（KW）</p><p>　　----該軸的計算轉(zhuǎn)速</p><p>　　---該軸每米長度的允許扭轉(zhuǎn)角，=0.5~。</p><

98、p><b>　　所以：</b></p><p>　　以上進行概算后，圓整值如下表：</p><p><b>　　各軸軸徑</b></p><p>　　根據(jù)軸徑選取軸承：由于Z3040搖臂鉆床的傳動軸及主軸基本上采用花鍵軸，</p><p>　　所以有村套，故查表的各軸軸承的型號為：</p

99、><p><b>　　軸承</b></p><p>　　5.4 計算主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù) </p><p>　　搖臂鉆床屬孔加工機床，專用加工細(xì)長深孔的機床，由于技術(shù)決定，需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動，因切削較重而不適用于有高精度要求的機床</p><p><b>　　所以：</b></p>

100、<p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　初定:</b></p><p><b>　　主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩：</b></p><p><b>　　切削力：</b></p><p><b>　　背向力：</b>

101、;</p><p><b>　　總作用力：</b></p><p>　　此力作用于頂在頂尖的工件上，主軸和尾架各承受一半，故主軸端受力為</p><p>　　在估計時，先假設(shè)初值</p><p><b>　　前支承的支反力:</b></p><p>　　根據(jù)點接觸的球軸承知：

102、</p><p>　　所以得出=331.48N/um;=213.36N/um</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　初步計算時，可假定主軸的當(dāng)量外徑de（與實際主軸具有相同抗彎剛度的等值徑軸的直徑）為前、后軸頸的平均值，de=40mm,故慣性矩為：</p><p>　　查線圖,計算出的與原假定不

103、符。可根據(jù)=1.3在計算支反力和支承剛度，再求最佳跨距。這時計算出的=350.1N/um,=225.81N/um, ,,仍接近于1.2.可以看出，這是一個迭代過程，很快收斂于正確值。最佳跨距。</p><p>　　六．主要零部件的選擇 </p><p>　　6.1 擺桿式操作機構(gòu)的設(shè)計</p><p><b>　　（1）幾何條件；</b>&l

104、t;/p><p><b>　?。?）不自鎖條件。</b></p><p>　　6.2 電動機的選擇</p><p>　　選擇Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。</p><p>　　由文獻【3】附錄2得：電動機型號為Y112M-4，額定功率40KW。</p><p>　　由附錄3得：安裝尺寸A

105、=190mm，AB=245mm，HD=265mm。</p><p><b>　　七．校核</b></p><p>　　7.1主軸組件剛度驗算</p><p>　　. 7.1.1主軸彎曲剛度的驗算</p><p>　　Z3040搖臂鉆床彎曲剛度為 </p><p>　　、 ——主軸軸承之間的當(dāng)量

106、外徑和主軸內(nèi)孔直徑。</p><p>　　那么 ，對于Z3040搖臂鉆床，要求 ，那么主軸的彎曲剛度滿足要求。</p><p>　　7.1.2主軸扭轉(zhuǎn)剛度的驗算</p><p>　　式中： ——扭矩N·cm；</p><p>　　G——剪切彈性模量N/cm2 ，取 ；</p><p>　　——截面極慣性矩，

107、實心軸 ；</p><p>　　D、L——軸的直徑和工作長度，D=45mm=4.5cm，L=329mm=32.9cm；</p><p>　　N——主軸傳遞功率，N=3KW；</p><p>　　——主軸計算轉(zhuǎn)速， =。</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　按要求，主軸扭

108、轉(zhuǎn)角不超過 ,而 ，則滿足要求。</p><p>　　7.2 Ⅱ軸組件剛度驗算</p><p>　　7.2.1 Ⅱ軸剛度校核</p><p>　　單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻【5】中的公式計算：:</p><p>　　L-----兩支承的跨距；</p><p>　　D-----軸的平均直徑；</p>

109、<p>　　X=/L；-----齒輪工作位置處距較近支承點的距離；</p><p>　　N-----軸傳遞的全功率；</p><p><b>　　校核合成撓度</b></p><p>　　-----輸入扭距齒輪撓度；</p><p>　　-------輸出扭距齒輪撓度</p><p>

110、<b>　?。?lt;/b></p><p>　　---被演算軸與前后軸連心線夾角；=144°</p><p>　　嚙合角=20°，齒面摩擦角=5.72°。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)計算得：=0.025；=0.082；=0.130；</p><p>　　=0.206；=0.098；=0.045

111、。</p><p>　　合成撓度 =0.248</p><p>　　查文獻6，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000*L</p><p><b>　　即=0.268。</b></p><p>　　因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。</p><p>　　7.2.2 П軸扭轉(zhuǎn)角的校核</p

112、><p>　　傳動軸在支承點A，B處的傾角可按下式近似計算：</p><p>　　將上式計算的結(jié)果代入得：</p><p>　　由文獻6，查得支承處的=0.001</p><p>　　因〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。</p><p><b>　　7.3軸承壽命校核</b></p>

113、<p>　　由П軸最小軸徑可取軸承為6208深溝球軸承,ε=3；P=XFr+YFa</p><p><b>　　X=1，Y=0。</b></p><p><b>　　對Ⅱ軸受力分析</b></p><p>　　得：前支承的徑向力Fr=2238.38N。</p><p>　　由軸承壽命的計算

114、公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h</p><p>　　L10h=×=×=97872.6h≥[L10h]=15000h</p><p><b>　　軸承壽命滿足要求。</b></p><p><b>　　八．結(jié)論與致謝</b></p><p>　　兩周的課程設(shè)計結(jié)束

115、了，經(jīng)過這次課程設(shè)計，使我對機械系統(tǒng)設(shè)計這門課當(dāng)中許多原理公式有了進一步的了解，并且對設(shè)計工作有了更深入的認(rèn)識。懂得了.理論和實踐同等重要。理論能指導(dǎo)實踐，使你能事半功倍，實踐能上升成為理論，為以后的設(shè)計打下基礎(chǔ)從校門走出后,一定要重視實踐經(jīng)驗的積累,要多學(xué)多問。把學(xué)校學(xué)習(xí)的專業(yè)知識綜合的應(yīng)用起來，這非常重要。體會到把技術(shù)搞好就必須安心的學(xué)習(xí)，虛心向別人請教，耐心的對待每一個問題，不放過任何一個自己遇到的問題，要善于發(fā)現(xiàn)問題。在這次的課

116、程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。</p><p>　　課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句

117、千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)．</p><p>　　在此感謝我們的xx老師.，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次機械系統(tǒng)設(shè)計的每個圖，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計。</p>

118、<p>　　同時感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。 </p><p>　　由于本人的設(shè)計能力有限，在設(shè)計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。</p><p><b>　　九．參考文獻</b></p><p>　　1.機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指

119、導(dǎo)書，機械制造及其自動化系主編</p><p>　　2.機床設(shè)計圖冊，上海工學(xué)院等主編，1979.6</p><p>　　3金屬切削機床設(shè)計簡明手冊，范云漲主編</p><p>　　4.金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)，翁世修主編</p><p>　　5.實用機床設(shè)計手冊，李洪主編</p><p>　　6.機械工程自動化簡明設(shè)計手

120、冊，葉偉昌主編</p><p>　　7.切削用量手冊，艾興等編</p><p>　　8《金屬切削機床概論》教材，第二版，吉林大學(xué) 賈亞洲主編 2010.9</p><p>　　9.《金屬切削機床設(shè)計》教材</p><p>　　10.《機械設(shè)計》教材，徐錦康主編，2004.4</p><p>　　11.《機械系統(tǒng)設(shè)計》教

121、材，哈爾濱工業(yè)大學(xué) 侯珍秀主編 2003.4</p><p>　　12.《金屬切削原理與刀具》教材，上海理工大學(xué)陸劍中、孫家寧主編 2005.1</p><p>　　13.同類型機床說明書、圖紙樣本等有關(guān)資料</p><p>　　14.《金屬切削手冊》第二版，上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會編，1984.1</p><p>　　15.《機床設(shè)計手冊》3