機(jī)床磨床主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁1 緒論1.1 磨床簡介磨床(grinder,grinding machine)是利用磨具對工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，少數(shù)的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進(jìn)行加工，如珩磨機(jī)、超精加工機(jī)床、砂帶磨床、研磨機(jī)和拋光機(jī)等。磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率的磨削，如強(qiáng)力磨削等。十八世紀(jì) 30 年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機(jī)和槍械等零件淬硬后的加工，英國、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當(dāng)時現(xiàn)成的機(jī)床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡單，剛度低，磨削時易產(chǎn)生振動，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。1876 年在巴黎博覽會展出的美國布朗-夏普公司制造的萬能外圓磨床，是首次具有現(xiàn)代磨床基本特征的機(jī)械。它的工件頭架和尾座安裝在往復(fù)移動的工作臺上，箱形床身提高了機(jī)床剛度，并帶有內(nèi)圓磨削附件。1883 年，這家公司制成磨頭裝在立柱上、工作臺作往復(fù)移動的平面磨床。1900 年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動的應(yīng)用，對磨床的發(fā)展有很大的推動作用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，各種不同類型的磨床相繼問世。例如 20 世紀(jì)初，先后研制出加工氣缸體的行星內(nèi)圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環(huán)磨床等。自動測量裝置于 1908 年開始應(yīng)用到磨床上。到了 1920 年前后，無心磨床、雙端面磨床、軋輥磨床、導(dǎo)軌磨床，珩磨機(jī)和超精加工機(jī)床等相繼制成使用；50 年代又出現(xiàn)了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60 年代末又出現(xiàn)了砂輪線速度達(dá) 60～80 米/秒的高速磨床和大切深、緩進(jìn)給磨削平面磨床；70 年代，采用微處理機(jī)的數(shù)字控制和適應(yīng)控制等技術(shù)在磨床上得到了廣泛的應(yīng)用。隨著高精度、高硬度機(jī)械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長。1.2 磨床的分類黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁磨床可分為十余種：1、外圓磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圓柱形和圓錐形外表面的磨床。2、內(nèi)圓磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圓柱形和圓錐形內(nèi)表面的磨床。3、座標(biāo)磨床：具有精密座標(biāo)定位裝置的內(nèi)圓磨床。4、無心磨床：工件采用無心夾持，一般支承在導(dǎo)輪和托架之間，由導(dǎo)輪驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)，主要用于磨削圓柱形表面的磨床。5、平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床。6、砂帶磨床：用快速運(yùn)動的砂帶進(jìn)行磨削的磨床。7、珩磨機(jī)：用于珩磨工件各種表面的磨床。8、研磨機(jī)：用于研磨工件平面或圓柱形內(nèi)，外表面的磨床。9、導(dǎo)軌磨床：主要用于磨削機(jī)床導(dǎo)軌面的磨床。10、工具磨床：用于磨削工具的磨床。11、多用磨床：用于磨削圓柱、圓錐形內(nèi)、外表面或平面，并能用隨動裝置及附件磨削多種工件的磨床。12、專用磨床：從事對某類零件進(jìn)行磨削的專用機(jī)床。按其加工對象又可分為：花鍵軸磨床、曲軸磨床、凸輪磨床、齒輪磨床、螺紋磨床、曲線磨床等。1.3 國內(nèi)外磨床的現(xiàn)狀1.3.1 機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)從最早的德國在 1930 年首先提出的“模塊化構(gòu)造”的設(shè)計(jì)方法到本世紀(jì) 5 0 年代歐美一些國家正式提出所謂“模塊化設(shè)計(jì)” 的概念，機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)愈來愈受到重視。并己形成較成熟的模塊化系統(tǒng)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，因而采用模塊化設(shè)計(jì)在世界各地得到了迅速發(fā)展。采用模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品有下列優(yōu)點(diǎn)：1、產(chǎn)品更新?lián)Q代快；2、可以縮短設(shè)計(jì)和制造周期；3、可以降低成本；4、維修方便；黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁5、產(chǎn)品性能可靠。這種方法可以提高機(jī)床設(shè)計(jì)的柔性和可變性。1.3.2 新型砂輪材料的應(yīng)用帶來磨削技術(shù)的變革刀具磨削加工是高速、高精度的成形磨削，這也是生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。成形磨削有兩個難題：一是砂輪質(zhì)量，主要是砂輪必須同時具有良好的自礪性和形廓保持性，而這兩者往往是有矛盾的；二是砂輪修整技術(shù)，即高效、經(jīng)濟(jì)的獲得所要求的砂輪形廓和銳度，國外現(xiàn)己采用高精度金剛石滾輪來修整砂輪，并開發(fā)了連續(xù)修整成形磨削新工藝，效果較好。磨削加工最基本的特點(diǎn)之一，是磨料粒度很小，由于磨料的內(nèi)聚性，使用普通的方法，難以制造出均勻一致的細(xì)粒度砂輪。應(yīng)用電泳沉積 10-20nm 超細(xì)粒度磨料形成磨料粒，是值得注意的新技術(shù)。 近年來低壓化學(xué)氣相沉積( CVD ) 金剛石膜，發(fā)展速度迅速。為了生產(chǎn)出質(zhì)量更高的砂輪，各國都在積極改進(jìn)傳統(tǒng)的粘結(jié)劑，以便生產(chǎn)出適合不同要求的 CBN 砂輪。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁2 磨床傳動方案的分析確定機(jī)械傳動裝置位于原動機(jī)和工作機(jī)之間，用以用以傳遞運(yùn)動和動力或改變運(yùn)動方式。傳動方案設(shè)計(jì)是否合理，對整個機(jī)械的工作性能、尺寸、重量和成本等影響很大，因此，傳動方案的設(shè)計(jì)是整個機(jī)械設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.1 磨床對傳動方案的要求合理的傳動方案，首先應(yīng)滿足工作機(jī)的功能要求，其次還應(yīng)滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率高、重量輕、成本低廉、工藝性好、使用和維護(hù)方便等要求。任何一個方案，要同時滿足以上所有要求是時分困難的，因此要統(tǒng)籌兼顧，滿足最主要的和最基本的要求。2.2 磨床傳動方案的擬定滿足同一工作機(jī)功能要求，往往可采用不同的傳動機(jī)構(gòu)，不同的組合和布局，從而可得出不同的傳動方案。擬定傳動方案時，應(yīng)充分了解各種傳動機(jī)構(gòu)的性能及適用條件，結(jié)合工作機(jī)所傳遞的載荷性質(zhì)和大小、運(yùn)動方式和速度以及工作條件等，對各種傳動方案進(jìn)行分析比較，合理的選擇。本次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是磨床主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下面提出幾個方案進(jìn)行比較：1、齒輪傳動 齒輪傳動具有承載能力大、效率高、允許速度高、尺寸緊湊、壽命長等特點(diǎn)，因此在傳動裝置中一般應(yīng)首先采用齒輪傳動。由于斜齒圓柱齒輪傳動的承載能力和平穩(wěn)性比直齒圓柱齒輪傳動好，故在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合，常采用斜齒圓柱齒輪傳動。2、帶傳動 具有傳動平穩(wěn)、吸振等特點(diǎn)，且能起過載保護(hù)作用。但由于它是靠摩擦力來工作的，在傳遞同樣功率的條件下，傳動結(jié)構(gòu)尺寸較大。3、鏈傳動 由于工作時鏈速和瞬時傳動比呈周期性變化，運(yùn)動不均勻、沖擊振動大，一般布置在傳動系統(tǒng)的低速級。經(jīng)過分析，決定采用斜齒圓柱齒輪傳動，經(jīng)過一級變速達(dá)到設(shè)計(jì)效果。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁3 總體設(shè)計(jì)3.1 電動機(jī)的選擇3.1.1 電動機(jī)類型的選擇 電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類、工作條件、工作時間的長短及載荷的性質(zhì)、大小、啟動性能和過載情況等條件來選擇。工業(yè)上一般采用三相交流電動機(jī)。Y系列三相交流異步電動機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故其應(yīng)用廣泛。本次設(shè)計(jì)采用 Y 系列三相異步電動機(jī)。3.1.2 電動機(jī)功率的選擇 電動機(jī)的功率選擇是否合適，對電動機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性能都有影響。功率選得過小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動機(jī)長期過載而過早損壞；功率選得過大，則電動機(jī)的價格高，且經(jīng)常不在滿載下運(yùn)行，電動機(jī)效率和因數(shù)都較低，造成很大的浪費(fèi)。電動機(jī)功率的確定，主要與其載荷大小、工作時間長短、發(fā)熱多少有關(guān)。對于長期穩(wěn)定工作的機(jī)械，可根據(jù)電動機(jī)所需功率 Pd來選擇，而不必校驗(yàn)電動機(jī)的發(fā)熱和啟動力矩。選定磨床砂輪型號尺寸為 250×25×75，同時確定砂輪轉(zhuǎn)速為 1450r/min。工作機(jī)有效功率：PW=Fv/1000η W根據(jù)砂輪轉(zhuǎn)速及尺寸可確定v=18.84m/s ,其中F=250N，η W=1，因此，PW=Fv/1000η W=250×18.84/1000×1=4.71kW計(jì)算電動機(jī)所需功率：首先確定傳動裝置的總效率 η。設(shè)各效率分別為 η 1（8 級閉式齒輪傳動） 、η 2（滾動軸承） 、η 3（彈性聯(lián)軸器） 。查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 2-2 得：黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁η 1=0.97、η 2=0.98、η 3=0.99，總效率η=η 1η 22η 3=0.97×0.98×0.99=0.92電動機(jī)所需功率為：Pd=Pw/η=4.71/0.92=5.12kW由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 16-1 選電動機(jī)額定功率 5.5kW3.1.3 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇同一功率的異步電動機(jī)有同步轉(zhuǎn)速 3000、1500、1000、750r/min 等幾種。一般來說，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對數(shù)愈少，外輪廓尺寸愈小，價格愈低。反之，外輪廓尺寸愈大，價格愈貴。當(dāng)工作機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，選用高速電動機(jī)較經(jīng)濟(jì)。選電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 3000r/min，工作機(jī)轉(zhuǎn)速 nw=1450r/min，總傳動比 i=nm/nw表 3.1 電動機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)型號 額定功率 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 傳動比Y132S1-2 5.5kW 3000r/min 2900r/min 2查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 16-2 知電動機(jī)機(jī)座中心高 132mm，外伸軸徑 38mm，外伸軸長度 80mm。3.2 傳動裝置運(yùn)動和動力計(jì)算3.2.1 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算nⅠ =nm=2900r/minnⅡ =nw=1450r/min3.2.2 各軸輸入功率PⅠ =Pdη 2η 3=4.92×0.99×0.98=4.77KwPⅡ =PⅠ η 1η 2=4.77×0.97×0.98=4.53Kw3.2.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩TⅠ =9550PⅠ /nⅠ =9550×4.77/2900=15.71NmTⅡ =9550PⅡ /nⅡ =9550×4.53/1450=29.84Nm表 3.2 各軸動力與運(yùn)動參數(shù)軸號 轉(zhuǎn)速 功率 轉(zhuǎn)矩 傳動比Ⅰ 2900r/min 4.77kW 15.71NmⅡ 1450r/min 4.53kW 29.84Nm2黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁4 傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 齒輪的設(shè)計(jì)齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達(dá)數(shù)十萬千萬，圓周速度可達(dá) 200m/s。齒輪傳動的主要特點(diǎn)有：1、效率高 在常用的機(jī)械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。2、結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。3、工作可靠、壽命長 設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達(dá)一、二十年，這也是其他機(jī)械傳動所不能比擬的。4、傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動廣泛應(yīng)用，也是由于具有這一特點(diǎn)。4.1.1 齒輪各參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)由齒輪的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪傳動時，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷能力。因此，對齒輪材料性能的基本要求為齒面要硬、齒芯要韌。1、初選直齒圓柱齒輪試算2、選定齒輪精度為 7 級精度3、材料的選擇 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-1 選小齒輪材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)，硬度235HBS；大齒輪材料 45 鋼，正火，硬度 190HBS。硬度差為 45HBS。4、初選小齒輪齒數(shù) Z1=24,則大齒輪齒數(shù) Z2=iZ1=24×2=48,u=25、按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算d1t≥2.32 ??213tEdHKTu?????????(1)確定公式內(nèi)各數(shù)值黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁1) 試選載荷系數(shù) Kt=1.32) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1=TⅠ =15.71Nm=1.571×104Nmm3) 由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表 10-7 選齒寬系數(shù) Φ d=14) 由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表 10-6 查得材料彈性影響系數(shù) ZE=189.8 MPa5) 由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限σ Hlim1=550Mpa，由圖 10-21c 查得大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 σ Hlim2=390Mpa6) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60×2900×1×(10×8×260)=3.62×109N2=N1/u=3.62×109/2=1.81×1097) 由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.9 KHN2=0.918) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率 1%，安全系數(shù) S=1[σ H]1=KHN1σ Hlim1/S=0.9×550MPa=495MPa[σ H]2=KHN2σ Hlim2/S=0.91×390MPa=354.9MPa(2)計(jì)算1) 試算小齒輪分度圓直徑 代入[σ H]中較小的值d1t≥2.32 = =47.83mm??213tEdKTZu????????? 2431.5703189.5????????2) 計(jì)算圓周速度v=πd 1tn1/60×1000=3.14×47.83×2900/60000=7.26m/s由 v2m/s 故改用斜齒圓柱齒輪6、選齒輪精度等級、材料及齒數(shù)(1)精度等級仍選 7 級(2)材料同上(3)選小齒輪齒數(shù) Z1=24,大齒輪齒數(shù) Z2=48(4)初選螺旋角β= 14?7、按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁d1t≥ ??2132tHEdKTZu???????????(1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值1) 試選 Kt=1.62) 由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 10-30 選區(qū)域系數(shù) ZH=2.4333) 由教材圖 10-26 查得 ε α1 =0.765，ε α2 =0.89，則ε α =ε α1 +ε α2 =1.6554) 許用接觸應(yīng)力：[σ H]= [σ H]1+[σ H]2/2=495+354.9/2=424.95Mpa其余尺寸與上述直齒圓柱齒輪相同(2)計(jì)算1) d1t≥ =??2132tHEdKTZu??????????? 2431.657032.189.45????????=37.75mm2) 計(jì)算圓周速度v=πd 1tn1/60×1000=3.14×37.75×2900/60000=5.73m/s3) 計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) mntb= Φ dd1t =1×37.75=37.75mmmnt=d1tcosβ/Z 1=37.75×cos /24=1.526mm14?h=2.25 mnt=3.434) b/h=37.75/3.43=10.9935) 計(jì)算縱向重合度ε β =0.318Φ dZ1tanβ=0.318×1×24×tan =1.90314?6) 計(jì)算載荷系數(shù) K查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表 10-2 選 KA=1.25,由 v=5.73m/s,7 級精度，查圖 10-8 得動載荷系數(shù) KV=1.36,由表 10-4 查得 KHβ =1.342,由表 10-3 查得 KHα =KFα =1.4，由圖 10-13 查得 KFβ =1.4,故載荷系數(shù)K=KAKVKHα KHβ =1.25×1.36×1.4×1.342=3.194黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁7) 按實(shí)際載荷系數(shù)校正分度圓直徑d1=d1t =37.75× =47.53mm3tK3.19468) 計(jì)算模數(shù) mnmn= d1cosβ/Z 1=47.53×cos /24=1.92214?8、按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算mn≥ ??213cosFaSdKTYZ?????(1)確定公式內(nèi)各計(jì)算參數(shù)1) 計(jì)算載荷系數(shù)K=KAKVKFα KFβ =1.25×1.35×1.4×1.4=3.3322) 根據(jù)縱向重合度 ε β =1.903，從機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 10-28 查得 Yβ =0.883) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)ZV1=Z1/cos3β=24/cos 3 =26.25814?ZV2=Z2/cos3β=48/cos 3 =52.516?4) 查取齒形系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表 10-5 查得 YFa1=2.590,YFa2=2.425) 查應(yīng)力校正系數(shù)：Y Sa1=1.598,YSa2=1.7086) 彎曲疲勞許用應(yīng)力計(jì)算由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 10-2c 查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限 σ FE1=410Mpa，大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限 σ FE2=245Mpa。由圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.83,KFN2=0.89。取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4,則彎曲疲勞許用應(yīng)力[σ F]1= KFN1σ FE1/S=0.83×410/1.4=243.07Mpa[σ F]2= KFN2σ FE2/S=0.89×245/1.4=155.75Mpa7) 計(jì)算大小齒輪 ,并加以比較[SaY?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁= =0.071, = =0.02651][FSaY?07.243598?2][FSaY?75.1084?大齒輪的數(shù)值大(2)設(shè)計(jì)計(jì)算mn≥ = =1.322mm??213cosFaSdKTYZ?????232.1940.8cos140.6565???對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) mn大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取 mn=1.5，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1=47.53mm 來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由Z1= d1cosβ/m n=47.53×cos =30.745，取 Z1=30，則 Z2=uZ1=604?9、幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算中心距a=(Z1+Z2)mn/2cosβ=(30+60)×1.5/2cos =69.588mm，取 a=70mm14?(2)按圓整后的中心距修正螺旋角β=arccos =arccos =amZn2)(1?7025.)63(??39?(3)計(jì)算大小齒輪分度圓直徑d1=Z1mn/cosβ=30×1.5/cos =46.667mm15.39?d2=Z2mn/cosβ=60×1.5/cos =93.333mm?(4)計(jì)算齒輪寬度b=Φ dd1=1×46.667=46.667mm，圓整后取 b=47mm。則 B2=47mm,B1=52mm由于 Z1、Z 2、d 1、b、β 發(fā)生變化,故相應(yīng)的參數(shù)需要修正，然后再根據(jù)修正結(jié)果，看齒輪強(qiáng)度是否足夠。經(jīng)過修正后發(fā)現(xiàn)齒輪強(qiáng)度足夠，因此還用原來的數(shù)值。齒輪傳動尺寸如表 4.1。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁表 4.1 齒輪傳動尺寸名稱 計(jì)算公式 結(jié)果法面模數(shù) mn 1.5法面壓力角 α n 20?螺旋角 β 15.39?Z1 30齒數(shù)Z2 60傳動比 i 2d1 46.667mm分度圓直徑d2 93.333mmda1=d1+2ha﹡m n 49.667mm齒頂圓直徑da2=d2+2ha﹡m n 96.333mmdf1=d1-2(ha﹡+c﹡) m n 42.167mm齒根圓直徑df2=d2-2(ha﹡+c﹡) m n 88.833mm中心距 a=mn(Z1+Z2)/2cosβ 70mmB1 52mm齒寬B2 47mm4.1.2 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪觳等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小，通常都由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定。齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與齒輪的幾何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及經(jīng)濟(jì)性能等因素有關(guān)。進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，必須綜合考慮上述各方面的因素。小齒輪直徑很小，故采用齒輪軸結(jié)構(gòu)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁大齒輪的齒頂圓直徑小于 160mm，因此做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪，具體結(jié)構(gòu)見零件圖。4.2 軸的設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)和其他零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)及尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的最重要的內(nèi)容。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這事只需對軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。而對剛度要求高的軸和受力大的細(xì)長軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時產(chǎn)生較大的彈性變形。4.2.1 軸的材料的選擇和最小直徑估算軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理和化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸比較廣泛，其中最常用的是 45 鋼。根據(jù)工作條件，初選軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。按按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行最小直徑估算。即：d min=A0 。初算軸徑時，若最小軸徑段開有鍵槽，還要考慮鍵槽對軸強(qiáng)度3nP的影響。當(dāng)該軸段截面上有一個鍵槽時，d 增大 5%～7%，當(dāng)有兩個鍵槽時，d 增大10%～15%。A 0值由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表 15-3 確定，高速軸 A01=126,低速軸 A02=120。高速軸：d1min=A01 =126× =14.873mm31nP入 32907.4因?yàn)樵撦S最小軸徑處安裝聯(lián)軸器，設(shè)有一個鍵槽，故增大 7%，則由此算得最小軸徑 d1min=15.915mm,取整得 d1min=16mm。低速軸：d2min=A02 =120× =17.542mm，取整的 d2min=18mm32nP入 31450.黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁輸入軸（高速軸）的最小軸徑處安裝聯(lián)軸器，為了使軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，需同時選取聯(lián)軸器的型號聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 Tca=KATⅠ入 ，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩的變化小，故取 KA=1.3。則 Tca=KATⅠ入 =1.3×15.71=20.423Nm。按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩小于公稱轉(zhuǎn)矩，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 13-4，選用 TL3 型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩 31.5Nm，辦聯(lián)軸器孔徑 d11=20mm，辦聯(lián)軸器長度 L=52mm，辦聯(lián)軸器與軸配合的縠孔長度 L1=38mm。4.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件類型、尺寸、數(shù)量以及軸連接的方式；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，而且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時，必須針對不同的情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件都要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的工藝性等。1、高速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)各軸段直徑的確定d11：最小軸徑處，裝聯(lián)軸器的外伸軸段 d 11=20mm；d12：密封處軸段 定位軸肩的高度 h=(0.07～0.1)d 11，取 h=0.1d11，則 h=0.1d11=0.1×20=2mm，故 d12=d11+2h=20+4=24mm,取 d12=25mm；d13：滾動軸承處軸段 取 d13=30mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 12-4，滾動軸承型號選取 30206，其尺寸為 d×D×T×B=30×62×17.25×16mm；d14：過度軸段 取 d14=36mm；d15：d 15=d14=36mm；d16：d 16=d13=30mm。(2)各軸段長度的確定l11：辦聯(lián)軸器與配合縠孔長度 L1=38mm，為了保證軸端擋圈只壓在辦聯(lián)軸器上不壓在軸端面上，故 l11略短于 L1，取 l11=36mm；l12：根據(jù)與軸承端蓋的配合關(guān)系 l 12=50mm；l13：由滾動軸承裝配關(guān)系 l 13=17mm；黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁l14：l 14=40mm；l15：由小齒輪齒寬決定 l 15=52mm；l16：l 16=40mm；l17：由滾動軸承裝配關(guān)系 l 17=17mm。2、低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)各軸段直徑的確定d21：與滾動軸承配合 由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 12-4 選滾動軸承的型號為 30207，其尺寸為 d×D×T×B=35×72×18.25×17mm,因此取 d21=35mm；d22：過度軸段 d 22=40mm；d23：低速齒輪段 d 23=46mm；d24：軸環(huán) d 24=54mm；d25：過度軸段 d 25=46mm；d26：與滾動軸承配合 d 26=35mm；d27：d 27=30mm；(2)各軸段長度的確定l21：由滾動軸承裝配關(guān)系確定 l 21=17mm；l22：l 22=44.5mm；l23：略短于齒輪寬度 l 23=45mm；l24：軸環(huán) l 24=10mm；l25：l 25=32.5mm；l26：由滾動軸承裝配關(guān)系 l 26=17mm；l27：l 27=50mm；l28：圓錐軸段 l 28=50mm；l29：l 29=20mm。8、細(xì)部結(jié)構(gòu)參見零件圖。4.2.3 軸的校核軸的校核包括強(qiáng)度校核和剛度校核。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對于僅僅承受扭矩的軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁于只承受彎矩的軸，應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算，需要時還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。因此，在設(shè)計(jì)有剛度要求的軸時，必須進(jìn)行剛度的校核計(jì)算。這里以低速軸為例。齒輪對軸的力作用點(diǎn)按簡化原則應(yīng)在齒輪寬度的中點(diǎn)，因此可決定低速軸上齒輪力的作用點(diǎn)的位置。軸上安裝的 30207 軸承，從機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 12-6 可知，它的負(fù)荷作用中心到到軸承外端面的距離 a=15.3mm，故可計(jì)算出支點(diǎn)跨距和軸上各力作用點(diǎn)的相互位置尺寸。支點(diǎn)跨距=135mm。據(jù)此可計(jì)算出軸上的作用力、支反力，從而來進(jìn)行彎曲合成強(qiáng)度校核。計(jì)算軸上的作用力圓周力：Ft=2T2/d2=2×15.71×103/93.333=336.64N徑向力：Fr=Fttanα n /cosβ=336.64×tan /cos =127.07N20?15.39?軸向力：Fa=Fttanβ=336.64×tan =92.47N.?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁受力圖如圖 6.1：水平面支反力：Ft＝336.64N68 68FHB=168.32N彎矩圖：最大彎矩 M=168.32×68×10-3=11.45Nm垂直面支反力：Fr=127.07NFVB=53.54N彎矩圖：最大彎矩 M=53.54×68×10-3=4.32Nm圖 6.1 軸的強(qiáng)度校核受力圖黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁合成彎矩：=12.24Nm222(1.45)(.3)Mc???垂 水 ＝扭矩圖如圖 6.2：T2=29.84Nm圖 6.2 軸的強(qiáng)度校核扭矩圖當(dāng)量彎矩：=17.32Nm2222()(1.4)(0.3984)cMeT??????α取 0.3，為不變載荷截面 C 的強(qiáng)度為： 3317.20.0.46ee MpaWd??????1w???因此軸的強(qiáng)度足夠。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁5 潤滑與密封的設(shè)計(jì)齒輪在傳動時，相嚙合的齒面間有相對滑動，因此就要發(fā)生摩擦和磨損，增加動力消耗，降低傳動效率。特別是高速傳動，就更要考慮齒輪的潤滑。通用的閉式齒輪傳動，其潤滑方式根據(jù)齒輪的圓周速度大小而定。當(dāng)齒輪的圓周速度小于 12m/s 時，常將大齒輪的輪齒進(jìn)入油池中進(jìn)行浸油潤滑。本次設(shè)計(jì)采用機(jī)械油潤滑，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 15-1 選全損耗系統(tǒng)用油，其代號為 L-AN15(GB/T 443-1998)，此潤滑油一般用于小型機(jī)床齒輪箱、傳動裝置軸承、中小型電動機(jī)、風(fēng)動工具等。系統(tǒng)的密封設(shè)計(jì)詳見傳動系統(tǒng)裝配圖。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教學(xué)工作的最后一個環(huán)節(jié)，同時也是很重要的一個環(huán)節(jié)，是對學(xué)生整個大學(xué)生活中所學(xué)知識的綜合檢驗(yàn)。通過本次設(shè)計(jì)，對磨床及其主傳動系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解，充分的運(yùn)用了本專業(yè)所學(xué)的科目，將這些知識進(jìn)行了綜合運(yùn)用，同時把這四年的學(xué)習(xí)中所學(xué)到的、看到的，盡可能的運(yùn)用到本次設(shè)計(jì)中。在對機(jī)械和機(jī)械傳動零件的分析、設(shè)計(jì)、選用、正確使用以及維護(hù)等方面有了更加深刻的理解。真正做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合?？偨Y(jié)了過去四年中學(xué)習(xí)到的機(jī)械設(shè)計(jì)制造的基本知識，進(jìn)一步了解常用機(jī)構(gòu)、常用傳動方式、聯(lián)接零部件、軸系零部件的應(yīng)用。通過對本課程的學(xué)習(xí)，使我對機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基本內(nèi)容有一個總體了解，對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的認(rèn)識上升到了一個新的高度，在機(jī)械傳動綜合實(shí)驗(yàn)臺本體設(shè)計(jì)中掌握典型的機(jī)械傳動的組成、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，理解輪系運(yùn)動方式及動力傳遞，掌握傳動部件效率測定和計(jì)算。進(jìn)一步了解機(jī)構(gòu)組成及其運(yùn)動特性，了解確定機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的方法，根據(jù)給定工程實(shí)際題目，設(shè)計(jì)最優(yōu)方案，培養(yǎng)我在實(shí)際工程中的動手能力，培養(yǎng)了我創(chuàng)新意識及綜合設(shè)計(jì)能力。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁致謝本次設(shè)計(jì)是在劉萬福教授的悉心指導(dǎo)下完成的。劉教授在百忙之中還專門抽出時間給我們指導(dǎo)，在這課程設(shè)計(jì)的短短的幾個月的時間里，使我鞏固了以前所學(xué)的知識，通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對今后的工作更加充滿了信心。劉主任以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神將對我今后的工作和學(xué)習(xí)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。我在此向劉主任表示衷心的感謝和由衷的敬意！此外，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，我深深的感謝四年大學(xué)生活中所有的老師，你們給了我知識、信心和勇氣，使我打下了機(jī)械專業(yè)知識的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為我順利完成本次設(shè)計(jì)和今后的成長奠定了基礎(chǔ)；同時還有很多可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我極大的幫助和鼓舞，在這里請接受我誠摯的謝意。謝謝你們！黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁參考文獻(xiàn)[1] 濮良貴，紀(jì)明剛 .機(jī)械設(shè)計(jì).第八版.北京：高等教育出版社，2006[2] 殷玉楓.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006[3] 李春梅，崔鳳奎．機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械加工與自動化，2004(10)[4] 姚致?lián)P，黃純穎等.機(jī)械傳動原理方案設(shè)計(jì)目錄結(jié)構(gòu)模式的研究[J].中國機(jī)械工程 3,1998．[5] 沈敏德 馮培恩.基于力學(xué)效應(yīng)的機(jī)械傳動原理設(shè)計(jì)知識庫的結(jié)構(gòu)研究[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)．[6] 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30齒數(shù)Z2 60傳動比 i 2d1 46.667mm分度圓直徑d2 93.333mmda1=d1+2ha﹡m n 49.667mm齒頂圓直徑da2=d2+2ha﹡m n 96.333mmdf1=d1-2(ha﹡+c﹡) m n 42.167mm齒根圓直徑df2=d2-2(ha﹡+c﹡) m n 88.833mm中心距 a=mn(Z1+Z2)/2cosβ 70mmB1 52mm齒寬B2 47mm黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁