机床床头箱课程设计计算说明书.doc
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目录
1.1已知条件 2
1.2结构式 2
1.3绘制转速图 2
1.3.1选定电动机 2
1.3.2确定各级转速 3
1.3.3确定各轴转速 3
1.3.4确定各变速组传动副齿数 4
2.1V带传动的计算 7
2.2传动轴的估算 9
2.2.1确定各轴转速 9
2.2.2初算传动轴直径 10
2.2.3主轴直径选取 11
2.2.4各传动组齿轮模数的确定 11
2.2.5验算小齿轮的齿数 14
3.1齿轮校验 15
3.1.1小齿轮 15
3.1.2大齿轮 17
3.2传动轴的校核 18
3.2.1传动轴的弯曲刚度 18
3.2.2传动轴II的最大挠度计算 19
3.2.3传动轴II的在支承处的倾角计算 21
3.3主轴组件的静刚度验算 22
3.3.1计算条件的确定 22
3.4两支承主轴组件的静刚度验算 24
4.结构设计的说明 26
参考文献 27
1.1已知条件
车床的主参数和基本参数如表1-1所示。
表1-1
工件最大回转直径
D(mm)
正转最高转速
nmax()
电机功率
N(kw)
公比
转速级数Z
320
1420
3.0
1.41
12
1.2结构式
根据任务书的要求,转速级数为12级。
根据结构式的确定原则:
前多后少、前疏后密、前快后慢,及在降速传动中,防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比;在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比。
。
可初步确定结构式为。
1.3绘制转速图
1.3.1选定电动机
一般车床若无特殊要求,多采用Y系列封闭式三相异步电动机,根据原则条件选择Y100L2-4型Y系列笼式三相异步电动机,额定功率3.0,满载转速1430
1.3.2确定各级转速
由、、z=12,查《机械制造装备设计》表3.6标准数列确定各级转速:
1250、900、630、450、315、224、160、112、80、56、40、28r/min。
1.3.3确定各轴转速
在五根轴中,除去电动机轴,其余四轴按传动顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。
Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅲ与Ⅳ轴之间的传动组分别设为a、b、c。
现由Ⅳ(主轴)开始,确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的转速:
先来确定Ⅲ轴的转速
(1)传动组c的变速范围为,结合结构式,
Ⅲ轴的转速只有一种可能:
112、160、224、315、450、630r/min。
(2)确定轴Ⅱ的转速
传动组b的级比指数为3,希望中间轴转速较小,,又不致传动比太小,可取
,
轴Ⅱ的转速确定为:
224、315、430r/min。
(3)确定轴Ⅰ的转速
对于轴Ⅰ,其级比指数为1,可取
,,
确定轴Ⅰ转速为630r/min。
由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比。
1.3.4确定各变速组传动副齿数
当各变速组的传动比确定以后,可确定齿轮齿数。
对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。
对于变速组内齿轮的齿数,如传动比是标准公比的整数次方时,变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从表3-9(机械制造装备设计)中选取。
一般在主传动中,最小齿数应大于18~20。
采用三联滑移齿轮时,应检查滑移齿轮之间的齿数关系:
三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4,以保证滑移是齿轮外圆不相碰。
(1)传动组a:
查《机械制造装备设计》表3-9,,,。
时:
……61、65、68、69、72、73、76、77、80、81……
时:
……57、60、63、66、69、72、75、78……
时:
……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……
可取84,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为:
35、22、28。
于是,,
可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为:
49、62、56。
②传动组b:
查表8-1,,
时:
……60、62、65、66、67、68、69、71……
时:
……60、63、65、67、68、70、72、73、75……
可取75,于是可得轴Ⅱ上两联齿轮的齿数分别为:
44、25。
于是,,得轴Ⅲ上两齿轮的齿数分别为:
31、50。
③传动组c:
查表8-1,,
时:
……84、85、89、90、94、95……
时:
……57、60、63、66、69、72、75、78……
可取90.
为降速传动,取轴Ⅲ齿轮齿数为18;
为升速传动,取轴Ⅳ齿轮齿数为30。
于是得,
得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为18,60;
得轴Ⅳ两齿轮齿数分别为72,30。
如图1-1所示
图1-1传动系统转速图
图1-2主传动系图
2.1V带传动的计算
V带传动中,轴间距A可以加大。
由于是摩擦传递,带与轮槽间会有打滑,宜可缓和冲击及隔离振动,使传动平稳。
带轮结构简单,但尺寸大,机床中常用作电机输出轴的定比传动。
(1)选择V带的型号
根据公式
式中P---电动机额定功率,--工作情况系数(此处取为1.2)。
选择A型带
(2)确定带轮的计算直径,
带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。
为提高带的寿命,小带轮的直径不宜过小。
查《机械设计》取主动轮基准直径=80。
则被动轮直径为
由机械设计》V带带轮基准直径的标准系列,取圆整为180mm。
一般允许误差5%,显然所选大带轮直径可选。
(3)确定三角带速度
按公式
在5~25m/s之间,满足带速要求。
(4)初定中心距
带轮的中心距,通常根据机床的总体布局初步选定,一般可在下列范围内选取:
根据经验公式
即,取=300mm.
(5)V带的计算基准长度
由《机械设计》表7-2,选取带轮的基准长度为。
(6)确定实际中心距
(7)验算小带轮包角
,主动轮上包角合适。
(8)确定V带根数
由式
查表7-3,得=0.11KW,=0.86KW
查表7.8,=0.95;查表7.2,=0.96
所以取根.
2.2传动轴的估算
传动轴除应满足强度要求外,还应满足刚度的要求,强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。
机床主传动系统精度要求较高,不允许有较大变形。
因此疲劳强度一般不失是主要矛盾,除了载荷很大的情况外,可以不必验算轴的强度。
刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。
因此,必须保证传动轴有足够的刚度。
2.2.1确定各轴转速
(1)确定主轴计算转速:
主轴的计算转速为
,取
(2)各传动轴的计算转速:
轴Ⅲ可从主轴80r/min按72/18的传动副找上去,轴Ⅲ的计算转速
112r/min;轴Ⅱ的计算转速为224r/min;轴Ⅰ的计算转速为630r/min。
(3)各齿轮的计算转速
传动组c中,18/72只需计算z=18的齿轮,计算转速为315r/min;传动组b只需计算z=25的齿轮,计算转速为224r/min;传动组a计算z=22的齿轮,计算转速为630r/min。
(4)核算主轴转速误差
转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示:
主轴转速
标准转速
28
40
56
80
112
160
实际转速
27.9
39.4
56.3
82.1
111.9
159.9
转速误差%
0.004
0.015
0.005
0.026
0.001
0.001
主轴转速
n7
n8
n9
n10
n11
n12
标准转速
224
315
450
630
900
1250
实际转速
223.9
315.2
450.4
635.7
895.8
1279
转速误差%
0.001
0.001
0.001
0.01
0.005
0.02
经过验算转速,均在允许范围内。
2.2.2初算传动轴直径
其中d-传动轴直径(mm)
N-该轴传递的功率(kW),为3.0kW
-该轴的计算转速(r/min)
-该轴每米长度允许的扭转角(deg/m),取为
轴Ⅰ上,,计算得d=23.9mm,根据轴的布置情况,初取为28mm
轴Ⅱ上,,计算得d=30.9mm,根据轴的布置情况,初取为40mm
轴Ⅲ上,,计算得d=36.8mm,根据轴的布置情况,初取为45mm
2.2.3主轴直径选取
根据功率为3.0kW,查相关手册,确定主轴大端直径D1取70~90mm,选取为90mm。
小端的直径D2=(0.7~0.85)D1,取为65mm。
2.2.4各传动组齿轮模数的确定
⑴模数的确定:
a传动组:
分别计算各齿轮模数
先计算20齿齿轮的模数:
其中:
-公比;=2;
-电动机功率;=3.0KW;
-齿宽系数,取为8;
-齿轮传动许允应力;
-计算齿轮计算转速。
取m=2.5mm。
于是传动组a的齿轮模数取m=2.5mm,b=20mm。
轴Ⅰ上齿轮的直径:
。
轴Ⅱ上三联齿轮的直径分别为:
b传动组:
确定轴Ⅱ上另两联齿轮的模数。
按20齿数的齿轮计算:
可得m=2.29mm;
取m=3mm。
于是轴Ⅱ两联齿轮的直径分别为:
轴Ⅲ上与轴Ⅱ两联齿轮啮合的两齿轮直径分别为:
c传动组:
确定轴Ⅱ上另两联齿轮的模数。
按18齿数的齿轮计算:
可得m=2.46mm;
取m=4mm。
轴Ⅲ上两联动齿轮的直径分别为:
轴Ⅳ上两齿轮的直径分别为:
标准齿轮:
从机械原理表5-3查得以下公式:
齿顶圆
齿根圆
分度圆
齿顶高
齿根高
齿轮的具体值见表
齿轮尺寸表
齿轮
齿数z
模数m
分度圆d
齿顶圆
齿根圆
1
35
2.5
87.5
92.5
81.2
2
22
2.5
55
60
49
3
28
2.5
70
75
64
4
49
2.5
122.5
127.5
116.5
5
62
2.5
155
160
149
6
56
2.5
140
145
134
7
44
3
132
137
126
8
25
3
75
81
67
9
31
3
93
99
85
10
50
3
150
156
142
11
60
4
240
248
230
12
18
4
72
80
62
13
30
4
120
128
110
14
72
4
288
296
278
2.2.5验算小齿轮的齿数
套装在轴上的小齿轮还应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,以防止断裂,则其最小齿数应为:
其中-齿轮花键孔外径(mm),单键槽取其孔中心至键槽槽底的尺寸两倍;
m-齿轮模数(mm)
轴Ⅱ上,经计算得,实际选出的小齿轮的齿数为,符合要求
轴Ⅲ上,经计算得,实际选出的小齿轮的齿数为,符合要求
3.1齿轮校
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