哈工大機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)指導書2013.doc

10機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)指導書2013年3月10 目 錄1.機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)的目的12.機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)的內(nèi)容12.1運動設(shè)計12.2動力設(shè)計13.機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)的要求1（1）機床的規(guī)格及用途；1（2）運動設(shè)計；1（3）動力設(shè)計（包括零件及組件的初算）；1（4）畫傳動系統(tǒng)圖；1（5）其它需要說明或論證的問題；1（6）參考文獻。14.進行機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)的步驟和方法14.1明確題目要求、查閱有關(guān)資料14.2運動設(shè)計2（1）確定極限轉(zhuǎn)速2（2）確定公比2（3）求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)2（4）確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式2（5）繪制轉(zhuǎn)速圖2（6）繪制傳動系統(tǒng)圖3（7）確定變速組齒輪傳動副的齒數(shù)3（8）核算主軸轉(zhuǎn)速誤差44.3動力設(shè)計41.傳動軸直徑初定52.主軸軸頸直徑的確定53.齒輪模數(shù)的初步計算55.大作業(yè)題目7參考文獻101. 機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)的目的機械制造裝備設(shè)計大作業(yè),是機械制造裝備設(shè)計課程進行過程中的一個重要教學環(huán)節(jié)。其目的在于通過機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計，使學生進一步理解設(shè)計理論，得到設(shè)計構(gòu)思、方案分析、零件計算、查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，培養(yǎng)學生具有初步機械系統(tǒng)設(shè)計和計算能力。2. 機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)的內(nèi)容2.1 運動設(shè)計根據(jù)給定的機床用途、規(guī)格、極限速度、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比（或轉(zhuǎn)速級數(shù)），分析比較擬定傳動結(jié)構(gòu)方案（包括結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)，轉(zhuǎn)速圖）和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速與標準轉(zhuǎn)速的相對誤差。2.2 動力設(shè)計根據(jù)給定的電動機功率和傳動件的計算轉(zhuǎn)速，初步計算傳動軸直徑、齒輪模數(shù)；確定皮帶類型及根數(shù)、摩擦片式離合器的尺寸和摩擦片數(shù)及制動器尺寸、選擇機床主軸結(jié)構(gòu)尺寸。3. 機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)的要求（1） 機床的規(guī)格及用途；（2） 運動設(shè)計；（3） 動力設(shè)計（包括零件及組件的初算）；（4） 畫傳動系統(tǒng)圖；（5） 其它需要說明或論證的問題；（6） 參考文獻。機械裝備設(shè)計大作業(yè)篇幅不少于四千字。要求論證充分、計算正確、敘述簡明、條理清楚、合乎邏輯、詞句通順、標點正確、文字工整、圖表清晰。大作業(yè)中所用公式應注明出處，并注明式中符號所代表的意義和單位。單位一律采用法定單位，單位符號在公式、計算結(jié)果、圖表、數(shù)據(jù)、標牌中應優(yōu)先采用單位符號。大作業(yè)后須附有參考文獻目錄，包括作者、書刊名稱、出版社和出版年份。在說明書中引用所列的參考文獻時，只在方括號里注明所列文獻序號即可。4. 進行機械制造裝備設(shè)計大作業(yè)的步驟和方法4.1 明確題目要求、查閱有關(guān)資料學生在獲得大作業(yè)的題目之后，首先應明確設(shè)計任務，并閱讀械裝備設(shè)計大作業(yè)指導書，了解大作業(yè)的目的、內(nèi)容、要求和進行的步驟。然后在教師的指導下，擬定工作進度計劃；查閱必要的圖書、雜志、手冊、圖冊、產(chǎn)品圖紙、同類型機床說明書和其它有關(guān)設(shè)計參考資料；熟悉機床專業(yè)標準，便于設(shè)計時采用。對機床的用途、特點、主要參數(shù)、傳動結(jié)構(gòu)、操縱結(jié)構(gòu)、零部件的功用及其結(jié)構(gòu)進行分析研究，力求做到理解、消化并進而能有所改進。還應到現(xiàn)場去了解同類型機床的實際情況，在此基礎(chǔ)上進行自己的設(shè)計構(gòu)思。4.2 運動設(shè)計（1） 確定極限轉(zhuǎn)速確定（或按給定的）主軸極限轉(zhuǎn)速，求轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍。（2） 確定公比確定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比值，并按它確定出標準的或派生的轉(zhuǎn)速數(shù)列。（3） 求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) ，因兩軸間變速組的傳動副數(shù)多采用2或3，在設(shè)計簡單變速系統(tǒng)時，變速級數(shù)應選擇的形式，、為正整數(shù)。（4） 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式 畫出合適的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，或按傳動順序列寫合適的結(jié)構(gòu)式。驗算結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式中的最末擴大組（按擴大順序的最末，非傳動順序的最末）的調(diào)整下列條件：（主傳動）。最末擴大組的最大傳動比和最小傳動比在結(jié)構(gòu)網(wǎng)或轉(zhuǎn)速圖上所跨的格數(shù)的最大允許值為。淘汰超過限值的方案，再根據(jù)變速組的傳動副數(shù)應“前多后少”，變速組的級比應為“前小后大”的原則，結(jié)合結(jié)構(gòu)上的需要，安排各變速組的傳動順序。（5） 繪制轉(zhuǎn)速圖1) 選定電動機一般金屬切削機床的驅(qū)動，如無特殊性能要求，多采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。Y系列電動機高效、節(jié)能、啟動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠。其型號、額定功率及其它級數(shù)數(shù)據(jù)見附錄2，安裝尺寸見附錄3。根據(jù)所需功率選定電動機的型號及其同步轉(zhuǎn)速。2) 分配總降速傳動比 總降速傳動比為，為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標準或有利于減少齒數(shù)和及徑向與軸向尺寸，并分擔總降速傳動比，然后，將總降速傳動比按著“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動比。3) 確定傳動軸的軸數(shù)傳動軸數(shù)變速組數(shù)+定比傳動副數(shù)+1。4) 繪制轉(zhuǎn)速圖先按傳動軸數(shù)及主動軸轉(zhuǎn)速級數(shù)格距畫出網(wǎng)格，用以繪出轉(zhuǎn)速圖。在轉(zhuǎn)速圖上，先分配從電動機轉(zhuǎn)速到主軸最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的雙軸傳動間上畫上。再按結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的級比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動比射線，從而確定了各傳動副的傳動比。（6） 繪制傳動系統(tǒng)圖1) 因為零件的參數(shù)尚未確定，一般是根據(jù)轉(zhuǎn)速圖，先按傳動副的傳動比擬定一個主傳動系統(tǒng)草圖。按傳動順序畫出由電動機經(jīng)各傳動軸至主軸的傳動系統(tǒng)。傳動軸上的齒輪軸向位置大致展開圖相對應，畫出軸承符號，標上軸號、齒輪的齒數(shù)及模數(shù)、皮帶輪直徑、電動機的型號、功率和轉(zhuǎn)速。2) 應該注意的問題a) 如果車床主軸變速箱的軸（輸入軸）上裝有摩擦片式離合器時（圖2-1），軸是最好造成組件裝配。為了縮小軸向尺寸應減少軸的齒輪數(shù)，并使軸上的零件外徑尺寸向右遞減排列（均小于箱體上的裝入孔徑），以便軸以組件的形式能夠后裝先拆。同時為了減少-軸的中心距，其間的變速組可采用升速傳動。為要保證軸上的第二個變速組中的最大齒輪外徑（其齒數(shù)為模數(shù)為m）不碰軸上的離合器外徑D，則-軸的最小中心距為 （1）其最小齒數(shù)和為 （2）b) 要有利降低齒輪變速箱的噪聲主軸高轉(zhuǎn)速范圍的傳動比排列，可采用先降速后升速的傳動，使總轉(zhuǎn)速和減小，以期降低噪聲。這種高速傳動采用先降后升，可使同一變速組的傳動比有升速有降速，有利于減小齒數(shù)和、齒輪線速度及中心距。主軸高速傳動時，應縮短傳動鏈，以減少傳動副數(shù)。不采用噪聲大的錐齒輪傳動副、如立銑可全部采用垂直排列的傳動軸。c) 前邊的變速組中的降速傳動比不宜采用極限值 ，以避免增加徑向尺寸。最末變速組中可采用最小傳動比、特別是銑床以增加主軸的飛輪效應。（7） 確定變速組齒輪傳動副的齒數(shù)可用計算法或查表法選定齒輪的齒數(shù)。多軸變速傳動機構(gòu)的各變速組雙軸間的齒數(shù)和的確定 （3）式中 -同一變速組中的最小傳動比； -同一變速組中最小齒輪齒數(shù)。為了縮小徑向尺寸及降低齒輪的線速度，應取小些。由（3）式可知受下列條件限制。a) 受齒輪最小齒數(shù)的限制、機床主軸系統(tǒng)一般取，以避免產(chǎn)生根切現(xiàn)象；b) 套裝在軸上的小齒輪還考慮到齒根圓到它的鍵槽深處的最小尺寸應大于基圓齒厚、以防斷裂，則其最小齒數(shù)應為 （4）式中 D-齒輪花鍵孔的外徑（mm），單鍵槽的取其孔中心至鍵槽槽底的尺寸兩倍； m-齒輪模數(shù)（mm）；c) 還受最小傳動比和允許的最大齒數(shù)和的約束，機床主傳動的最小傳動比取 。中型機床一般取 , ;d) 的選取不要使兩軸中心距過小，否則可能導致兩軸軸承過近，在等長的的多軸變速系統(tǒng)中，還可能使前后變速組的齒輪頂圓與軸承相碰，即k軸上前一個變速組中的最大變速齒輪的齒頂圓與（k+1）軸的外徑相碰或（k+1）軸上的后一個變速組中的最大主動齒輪的齒頂圓與k軸外徑相碰，應按（2）式檢查的確定，式中D應為相應的或 。（8） 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差實際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不超過，即 (5)4.3 動力設(shè)計動力設(shè)計根據(jù)給定的電動機功率和傳動件的計算轉(zhuǎn)速，初步計算傳動軸直徑、齒輪模數(shù)；確定皮帶類型及根數(shù)、摩擦片式離合器的尺寸和摩擦片數(shù)及制動器尺寸、選擇機床主軸結(jié)構(gòu)尺寸。動力設(shè)計首先要進行初步計算。初步計算是為了大致確定傳動零件的主要尺寸（如傳動軸直徑和齒輪模數(shù)等），以便繪制主軸變速箱的軸系展開草圖。在繪制草圖布置零件的過程中，同時考慮零件結(jié)構(gòu)工藝性，進一步確定零件的其它結(jié)構(gòu)參數(shù)，一些數(shù)據(jù)要按有關(guān)標準選取。由于結(jié)構(gòu)的某些參數(shù)未定以及方案可能修改，所以應按簡化公式進行初步計算以加快計算速度。零件的計算，需要知道它們的計算轉(zhuǎn)速nj,即參與傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速、傳遞全扭矩的最高轉(zhuǎn)速。各零件的計算轉(zhuǎn)速可從轉(zhuǎn)速圖上按主軸的計算轉(zhuǎn)速確定。1. 傳動軸直徑初定傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用（6）或（7）式進行概算 (6)或 (7)式中d傳動軸直徑（mm）； Tn該軸傳遞的額定扭矩（N）,;N該軸傳遞的功率（kW）;nj該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）; 該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角（deg/m），一般傳動軸取 0.51。對空心軸須將（6）、（7）式計算值再乘以系數(shù)，其值查參考書目 2上、第533頁表5.8-2。2. 主軸軸頸直徑的確定對通用機床的主軸尺寸參數(shù)，多由結(jié)構(gòu)上的需要而定，故主軸前軸頸D1尺寸，可按表5.7所列的統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定。后軸頸的直徑D2，可按D2（0.70.85）D1（mm）酌定。盡量使主軸截面變化要小，外徑尺寸要緩減。近來車床主軸內(nèi)孔直徑d有增大趨勢。參考書目表5.7中車床主軸前軸頸尺寸下限有些偏低，選用時請注意。銑床主軸內(nèi)孔直徑按銑床主軸端部尺寸標準選取。3. 齒輪模數(shù)的初步計算一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式（8）進行計算： (8)式中按接觸疲勞強度計算的齒輪模數(shù)（mm）；驅(qū)動電動機功率（）；計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速（）大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“”號，內(nèi)嚙合取“”號；小齒輪齒數(shù)；齒寬系數(shù)，（為齒寬，為模數(shù)），；許用接觸應力（）。其他傳動件按機械零件或有關(guān)資料進行選擇或計算。各個傳動件的基本尺寸確定后，便可繪制部件裝配圖。為了節(jié)約合金鋼材，初算時對大多數(shù)鋼制傳動零件可采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼進行適當?shù)臒崽幚?。對個別工作條件較重的傳動零件，當驗算使發(fā)現(xiàn)其應力超過許用值，可改用較好的合金鋼，考慮到我國資源情況盡可能用錳硼鋼代替鉻鋼。參考文獻1. 陳易新金屬切削機床課程設(shè)計指導書，機械工業(yè)出版社，19872. 黃開榜金屬切削機床，哈爾濱工業(yè)大學出版社，20063. 馮辛安機械制造裝備設(shè)計，機械工業(yè)出版社，20034. 戴曙金屬切削機床，機械工業(yè)出版社，20055. 張進生機械工程專業(yè)課程設(shè)計指導，機械工業(yè)出版社 20036. 范云漲金屬切削機床設(shè)計簡明手冊機械工業(yè)出版社1994.75. 大作業(yè)題目XX機床主傳動系統(tǒng)運動和動力設(shè)計（三相4極異步電機，同步轉(zhuǎn)速1500rpm）題目公比nmin級數(shù)Z功率N（KW）學生銑床工作臺面積2501000mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.26251845.526.51745.5工作臺面積32012500mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.41281245.5301145.5車床最大加工直徑400mm無絲杠車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4137.51245.5401145.5最大加工直徑320mm無絲杠車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.41401245.542.51145.5銑床工作臺面積2501000mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.2626.51845.5281745.5工作臺面積32012500mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.41301245.531.51145.5車床最大加工直徑400mm無絲杠車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4135.51245.537.51145.5最大加工直徑320mm無絲杠車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4137.51245.5401145.5題目公比nmin級數(shù)Z功率N（KW）學生銑床工作臺面積2501000mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.26281845.5301745.5工作臺面積32012500mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4131.51245.533.51145.5車床最大加工直徑400mm無絲杠車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4133.51245.535.51145.5最大加工直徑320mm無絲杠車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4135.51245.537.51145.5銑床工作臺面積2501000mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.26301845.531.51745.5工作臺面積32012500mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4133.51245.535.51145.5車床最大加工直徑400mm無絲杠車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4131.51245.533.51145.5最大加工直徑320mm無絲杠車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4133.51245.535.51145.5題目公比nmin級數(shù)Z功率N（KW）學生銑床工作臺面積2501000mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.2631.51845.533.51745.5工作臺面積32012500mm2 臥式升降臺銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計1.4135.51245.537.51145.5車床最大加工直徑400