加工V带轮的专用机床主传动系统设计

XX 学院 本科毕业论文 设计 题目 皮带轮 V 型槽加工专用车床 主传动系统设计 作者 学院 机械工程学院 专业 机械设计及其自动化 学号 指导教师 二 一五 年 四 月 二十六 日 XX 本科生毕业论文 设计 摘 要 本文研究的主要对象是皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统设计 这类主 传动系统的设计可用于以适应当前我国机床工业发展的现状 具有一定的经济效 益和社会效益 本次设计主要包括根据一些原始数据 其中包括机床电机的满载功率 最高 转速等 结合实际条件和情况对皮带轮 V 型槽加工专用车床的一些参数进行拟定 再根据拟定的参数 进行传动方案的比较 确定传动方案 绘制出此主传动的机 构图 并进行 V 带轮加工工艺的分析和设计 本文运用大学所学的知识 提出了皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统的 结构组成 工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验 构建了皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统总的指导思想 从而得出了该皮带 轮 V 型槽加工专用车床主传动系统的优点是高效 经济 并且加工精度高 运行 平稳的结论 关键词 主传动系统 工艺 工作原理 结论 XX 本科生毕业论文 设计 I ABSTRACT This paper is mainly about the main drive system of vertical lathe the main design of transmission can be used to adapt to the current status of China s machine tool industry development has certain economic and social benefits The design of the main including according to some original data including machine tool motor full load power the highest speed etc combined with the actual conditions and situation of vertical lathe to some of the parameters and then according to the parameters compared the transmission scheme determine the transmission scheme draw the main driving mechanism design and carries on the main spindle In addition the design of device for clamping workpiece on the vertical lathe workpiece clamping device designed in this paper is used in the automatic clamping device KEY WORDS machine vertical main driving system clamping workpice main axie 目录 摘要 ABSTRACT 第一章 总体设计方案拟定 1 1 1 拟定主运动参数 1 1 2 运动设计 2 1 3 动力计算和结构草图设计 3 1 4 轴和齿轮验算 4 第二章 V 带轮加工工艺设计 7 2 1 V 带轮的作用 9 2 2 V 带轮的工艺分析 11 2 3 确定毛坯 绘制毛坯简图 11 2 3 1 选择毛坯 12 2 4 选择加工设备及刀 夹 量具 15 第三章 参数拟定 16 3 1 皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统主参数和基本参数 18 3 2 各级转速确定 19 第四章 主传动机构设计 20 4 1 拟定主传动方案 22 4 2 传动方案的比较 22 4 3 各级传动比的计算 22 4 4 各级转速的确定方法 22 第五章 主轴的动力计算 23 第六章 主轴的设计和验算 23 6 1 主轴的结构设计 23 6 2 主轴的强度校核 26 结论 31 参考文献 32 致谢 33 I 第一章 总体设计方案拟定 这次毕业设计中 我所从事设计的课题是皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统 的设计 此类车床属于经济型中档精度机床 这类机床的传动要求采用手动与电控双 操纵方式 在一定范围内实现电控变速 总体的设计方案就是对传动方案进行比较 绘出转速图 对其内部结构进行设计 包括轴和齿轮的设计 校核等 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有 一些专业知识是必不可少 的 但是过度的专业知识分割 使视野狭隘 可以多多参加技术交流 和参加科研项 目 缩小范围 提升新技术的进步和整个块的技术 提高外部条件变化的适应能力 封闭的专业知识的太狭隘 考虑的问题太特殊 在工作中协调困难 不利于自我提高 因此 自上世纪第二十年代末 出现了一体化的趋势 人们越来越重视基础理论 拓 宽领域 对专业合并的分化 机械工程可以增加产量 提高劳动生产率 提高生产的 经济效益为目标 并研制和发展新的机械产品 在未来 新产品的开发 降低资源消 耗 清洁的可再生能源 成本的控制 减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和 任务 机器能完成人的手和脚 耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务 现代 机械工程机械和机械设备创造出更多 更精美的越来越复杂 很多幻想成为过去的现 实 人类现在能成为天空的上游和宇宙 潜入海洋 数十亿光年的密切观察 细胞和 分子 电子计算机硬件和软件 人类的新兴科学已经开始加强 并部分代替人脑科学 这是人工智能 这一新的发展已经显示出巨大的作用 但在未来几年还将继续创造出 不可思议的奇迹 人类智慧的增长并没有减少手的效果 而是要求越来越精致 手工 制作 更复杂的工作 从而促进手功能 又一方面实践促进人脑智力 在人类的进化 过程中 以及在每个人的成长过程中 大脑和手是互相促进和平行进化 大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系 唯一不同的是 智能硬件还需 要使用机械制造 在过去 各种机械离不开人类的操作和控制 反应速度和运算精度 的进化是非常缓慢的大脑和神经系统 人工智能将消除这种限制 相互促进 计算机 科学和机械工程进展之间的平行 将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程 在 第十九世纪 机械工程的知识总量仍然是有限的 大学在欧洲 它与一般的土木工程 是一门综合性的学科 称为土木工程 下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科 在第二十世纪 随着机械工程和知识增长的发展开始分解 机械工程专业 有分支机 构 在第二十世纪中期趋势分解 在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的 峰值 由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有 一些专业是必不可少的 但是过度的专业知识使分割 视野狭隘 可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流 缩小范围 新技术的进步和整个块的技术 外部条件变化的适应能力差 封闭的专业 知识的专家太狭 考虑的问题太特殊 在工作协调困难 不利于自我提高 因此 自 上世纪第二十年代末 出现了一体化的趋势 人们越来越重视基础理论 拓宽领域 II 对专业合并的分化 综合职业分化和发展知识循环过程的合成 是合理和必要的 从 不同的专业和专业知识的专家 也有综合的知识了解不够 看看其他学科和项目作为 一个整体 从而形成一种相互强烈的集体工作 综合和专业水平 有机械工程全面而 专业的冲突 在综合性工程技术也有综合和专业问题 在人类所有的知识 包括社会 科学 自然科学和工程技术 有一个更高的水平 更广泛的综合性和专业性的问题 1 1 拟定主运动参数 机床设计的初始 首先需要确定有关参数 它们是传动设计和结构设计的依据 影响到产品是否能满足所需要的功能要求 根据拟定的参数 规格和其他特点 了解 典型工艺的切削用量 了解极限转速 和级数 Z 主传动电机功率 N maxnin 1 2 运动设计 根据拟定的参数 通过结构网和转速图的分析 确定传动结构方案和传动系统图 传动方案有多种 传动型式更是式样众多 比如 传动型式上有集中传动的主轴变速 箱 分离传动的主轴箱与变速箱 扩大变速范围可以用增加传动组数 也可用背轮机 构 分支传动等型式 变速型式上既可用多速电机 也可用交换齿轮 滑移齿轮 公 用齿轮等 然后计算各传动比及齿轮的齿数 1 3 动力计算和结构草图设计 估算齿轮模数 m 和轴颈 d 选择和计算离合器 将各传动件及其它零件在展开图和剖面图上做初步的安排 布置和设计 1 4 轴和齿轮的验算 在结构草图的基础上 对一根传动轴和齿轮的刚度 强度进行校核 III 第二章 V带轮加工工艺设计 2 1 V 带轮的作用 本次题目所给的零件是V带轮 而V带轮一般是圆柱状的零件 上面车有V型槽 其作用是用来安装V带与另外一个V带传动用 2 2 V 带轮的工艺分析 以主视图为主要加工表面的加工面 这一组加工表面包括 V 带轮的轮槽的车削加工 45 外圆两端面的车削加工 内孔的车削021 5 加工 宽 8 键槽的插齿加工 带轮宽度 52 两端面的车削加工 其中带轮轮槽 带轮 宽度 52 两端面的粗糙度为 Ra3 2 内孔的表面粗糙度为 Ra1 6 其余加工表021 5 面的粗糙度均为 其零件图和毛坯图分别如下图所示 mRa 5 12 V 带轮零件图 IV V 带轮毛坯图 2 3 确定毛坯 绘制毛坯简图 2 3 1 选择毛坯 V 带轮零件材料采用铸造 法兰材料为 HT200 生产类型为大批量生产 采用铸 造毛坯 由于零件尺寸不大 结构比较复杂 因此我们采用铸造的形式 从而提高劳动生 产率 降低成本 2 4 选择加工设备及刀 夹 量具 由图样分析 该图样需要先用铸造 然后粗车两端面及外圆 精车各外圆及端面 钻中心孔 粗车 精车内孔 插齿等等工序 量具可选用 0 150mm 为 75 100mm 的测量游标卡尺 外径千分尺 游标深度卡尺 等 V 第三章 参数拟定 3 1 皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统主参数和基本参数 此车床是大型皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统 根据任务书上提供的条件 此车床最大转数 1800RPM 电机满载功率 5 5Kw 此车床的主轴转速可分高低两档 共有 12 级转速 其中高低两档各有 6 级转速 低速档时 340 45r min 高速档时 1800 r min 235 r min maxnin maxnmin 此车床床身上最大回转直径为 400mm 主轴端部型式为 C6 主轴通孔直径为 20 mm 主轴孔锥度为公制 70 其中 电机的转速和功率分别为 1000 1500 r min 4 5 5KW 3 2 各级转速的确定 已知主轴的转速分为 12 级 又分为高低两档 其中高档最大转速 为maxn 1800r min 最小转速 为 235 r min R1 1800 235 7 66 R 1 minmaxnin 1 z 当机床处于低速档时 主轴共有 6 级 转速范围 7 556nRmiax4530 即 1 499 取 1 449 已知 45 查标准nR1 z 1 znR5 7 76 1min 数列表 见参考文献 1 第 6 页 从表中找到 45 就可每隔六个数取得一个数 得低min 速档的 6 级转速分别为 45 67 103 154 230 340 r min 当车床处于高速档时 主轴共有 6 级 转速范围 7 659nRmiax235180 即 1 50 取 1 50 已知 1800 查标准nR1 z 1 znR59 7 76 ax 数列表 见参考文献 1 第 6 页 从表中找到 1800 就可每隔六个数取得一个数 得高速档的 6 级转速分别为max 236 354 543 815 1200 1800 r min VI 第四章 主传动机构设计 4 1 主拟定传动方案 拟定传动方案 包括传动型式的选择以及开停 换向 制动 操纵等整个传动系 统的确定 传动型式则指传动和变速的元件 机构以及其组成 安排不同特点的传动 型式 变速类型 传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关 和工作性能也有关系 因此 确定传动方案和型式 要从结构 工艺 性能及经济性等多方面统一考虑 4 2 传动方案的比较 4 2 1 采用单速电机 已知变速级数为 Z 12 确定传动组及各传动组中传动副的数目 级数为 Z 的传动系统由若干个顺序的传动组组成 各传动组分别有 Z1 Z2 Z3 各传动副 即 Z Z1Z2Z3 传动副数由于结构的限制以 2 或 3 为合适 即变速级数 Z 应为 2 和 3 的因子 Z 3 a2 可以有两种方案 方案一 12 2 3 2 传动齿轮数目 2 2 3 2 14 VII 轴向尺寸为 15b 传动轴数目为 4 根 操纵机构较为简单 两个滑移齿轮和一个三联滑移齿轮 可单独也可集中操纵 方案二 12 3 4 传动齿轮数目 2 3 4 14 个 轴向尺寸为 19b 传动轴数目为 3 根 操纵机构较复杂 四联滑移齿轮作为整体式 滑移长度为 12b 如拆为 2 个双联 滑移齿轮 需要有自锁 以保证只有一个齿轮副啮合 相比之下 还是传动副数分别为 2 3 2 的三个传动组方案为优 4 2 2 采用双速电机 车床上 有时采用双速电机 双速电机的转速比 2 传动系统的公比 应电 当是 2 的整次方根 本设计中的双速电机的公比 1 41 这时电机的转速变换2 起着系统中第一扩大传动组的作用相应基本组的传动级数应为 2 这样使传动系统的 机械结构简化 本设计是经济型皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统 采用电控和 手动两种方式 为了结构设计的需要 本设计采用双速电机 4 3 各级传动比的计算 假设结构如图 VIII 由于已经设计了各轴之间的相对位置关系 由传动系统草图知共有六个传动比 分别设齿轮 1 和齿轮 4 之间的传动比 Error No bookmark name given Error No bookmark name given 为 齿轮 2 和齿轮 5 之间的传动比为 齿轮 8 和齿轮 9 之1i 25i 间的传动比为 齿轮 3 和齿轮 6 之间的传动比为 齿轮 7 和齿轮 10 之间的传动89i 36i 比为 带轮传动比为 710i轮 带i 设其中 25i1436 Error No bookmark name given 当处于低档时 手动操作使得齿轮 8 和齿轮 9 啮合 当中间的电磁离合器得电 齿轮 2 和齿轮 5 之间啮合 当时的主轴转速最小 为 45 或 67 r min 可得 1000 45r min25i89轮 带i 1500 67 r min轮 带 当左侧的电磁离合器得电 齿轮 3 和齿轮 6 之间啮合 当时的主轴转速最大 为 226 或 340 r min IX 可得 1000 230 r min36i89轮 带i 1500 340 r min轮 带 当右侧的电磁离合器得电 齿轮 1 和齿轮 4 之间啮合 当时的主轴转速为 100 或 150 可得 1000 100 r min14i89轮 带i 1500 150 r mini轮 带 当处于高档时 手动操作使得齿轮 7 和齿轮 10 啮合 当中间的电磁离合器得电 齿轮 2 和齿轮 5 之间啮合 当时的主轴转速最小 为 236 或 354 可得 1000 235 r min25i710轮 带i 1500 354 r min轮 带 当左侧的电磁离合器得电 齿轮 3 和齿轮 6 之间啮合 当时的主轴转速最大 为 1200 或 1800 可得 1000 1200 r min36i710轮 带i 1500 1800 r min轮 带 当右侧的电磁离合器得电 齿轮 1 和齿轮 4 之间啮合 当时的主轴转速为 543 或 816 可得 1000 543 r min14i70轮 带i 1500 815 r min轮 带 由这 6 各方程联列可解得 0 3226 0 7447 1 645225i 14i 36i 0 2576 1 3659 0 53489 70 轮 带 传动比的选用时 应注意的几个问题 充分使用齿轮副的极限传动比 1 4 2 minuax 虽然可以最大限度地获得变速箱范围或减少传动件数 但会导致齿轮和箱体尺寸 过大 齿轮线速度增大 容易产生振动和噪音 要求精度提高 在实践中 往往不采 X 用降速很小 升速很大的传动比 特别是中间轴的传动 因此 从系统的角度考虑 宁可适当增加串联传动组的数目 或者用并联式的分支传动满足变速范围的要求 而 避免用极限传动比的传动副 以上几个传动比都符合要求 4 4 各轴转速的确定方法 由传动比和电机的转速 可以计算出各轴的转速 4 4 1 轴的转速 轴从电机得到运动 经传动系统转化成各级转速 电机转速转速和主轴最高转 速应相接近 显然 从传动件在高速运转下恒功率工作时所受扭矩最小来考虑 轴 不宜将电机转速降得太低 但如果 轴上装有摩擦离合器一类部件时 高速下摩擦损 耗 发热都将成为突出矛盾 因此 轴转速也不宜太高车床的 轴转速一般取 700 1000 r min 左右比较合适 另外也要注意到电机与 轴的传动方式 如用带轮 传动时 降速比不宜太大 和主轴尾部可能干涉 4 4 2 中间传动轴的转速 对于中间传动轴的转速的考虑原则是 妥善解决结构尺寸大小与噪音 振动等性 能要求之间的矛盾 中间传动轴的转速较高时 中间传动轴和齿轮承受扭矩小 可以使轴径和齿轮模 数小些 从而可以使结构紧凑 但是 这将引起空载功率和噪音加大 从经验知 主 轴转速和中间传动轴的转速时 应结合实际情况作相应修正 1 对于功率较大的重 切削机床 一般主轴转速较低 中间轴的转速适当取高一些对减小结构尺寸的效果较 明显 2 对高速轻载或精密机床 中间轴转速宜取低一些 3 控制齿轮圆周速度 在此条件下 可适当选用较高的中间轴转速 smV 8 4 5 转速图拟定 运动参数确定以后 主轴各级转速就已经知道了 而且根据设计出来的各级齿轮 的传动比 这样就可以拟定主运动的转速图 使主运动逐渐具体化 XI 此车床集中传动 公比为 级数 Z 12 变速范围 R 1800 45 40 41 XII 第五章 主传动动力计算 5 1 齿轮的计算 5 1 1 确定齿轮齿数和模数 查表法 可以用计算法或查表法确定齿轮齿数 后者更为简便 根据上面计算的传动比和 初步定出的小齿轮齿数 查表即可求出齿轮副齿数之和 再减得大齿轮的齿数 用查表法求 轴和 轴上的齿轮的齿数和模数 常用传动比的适用齿数 小齿轮 见参考书 1 第 20 页 选取时应注意 不产生根切 一般取 Zmin 18 20 保证强度和防止热变形过大 齿轮齿根圆到键槽的壁厚 2m 一般取 5mm 则 Zmin 6 5 2T m 同一传动组的各对齿轮副的中心距应当相等 若模数相同 则齿数和亦应相等 但由于传动比的要求 尤其是在传动中使用了公用齿轮后 常常满足不了上述要求 机床上可用修正齿轮 在一定范围内调整中心距使其相等 但修正量不能太大 一般 齿数差不能超过 3 4 个齿 防止各种碰撞和干涉 三联滑移齿轮的相邻两齿轮的齿数差应大于 4 所以 可以假设其中最小的齿轮 2 齿数为 20 而且由上可知 齿轮 2 和齿轮 5 之间的传动比为 3 1 查常用传动比的适用齿数 小齿轮 表 可找到最接近的传动 比为 3 15 当时的齿数之和为 82 可得大齿轮齿数为 62 齿轮模数的估算 按接触疲劳和弯曲疲劳强度计算齿轮模数比较复杂 而且有些系数只有在齿轮各 参数都已经知道后方可确定 所以只在草图画完之后校核用 在画草图之前 先估算 再选用标准齿轮模数 齿轮弯曲疲劳的估算 XIII 32 mm 1 m3znjN 其中 N 计算齿轮传递的额定功率 N N d 齿轮点蚀的估算 A 370 mm 1 3njN 其中 为大齿轮的计算转速 A 为齿轮中心距 nj 由中心距 A 及齿数 z1 z2 求出模数 1 21z Amj 根据估算所得 和 中较大得值 选取相近的标准模数 j 以齿轮 2 和齿轮 5 为例 n 1500 0 534 801 r minnj轮 带i N 5 5 0 95 5 225kw 32 1 509 m3534 0162 A 370 69 133mm3 1 68662019 j 所以 根据 选取 为了保证模数一定满足要求 假设齿轮 2 和齿轮 5 的模数mj 为 3 由此可知 输入轴 1 和传动轴 2 之间的中心距为 A 112 5mm2 5 z 34 同理且根据 1 轴和 2 轴之间的距离始终为 112 5mm 可得出 1 轴和 2 轴之间 其余的齿轮的齿数和模数 分别为 z1 30 m1 3 z4 48 m4 3 z3 24 m3 3 z6 47 m6 3 XIV 5 1 2 确定齿轮的齿数和模数 计算法 并校核 以齿轮 8 和 9 为例 设计时采用最高转速 即齿轮 10 的转速为 1800r min 已知该组齿轮传递的功率 为 5 5KW 已知传动比为 0 2576 假设齿轮对称布置 使用寿命为 8 年 每年以 30089i 工作日计 两班制 中等冲击 齿轮单向回转 1 齿轮的材料 精度和齿数选择 因传递功率不大 转速不高 材料按 表 7 1 选取 都采用 55 钢 锻造毛坯 大齿轮正火处理 小齿轮调质 均用软齿面 齿轮精度用 6 级 软齿表面粗糙度为 1 6 aR 软齿面闭式传动 失效形式为点蚀 考虑传动平稳性 取齿轮 8 的齿数为 17 则齿轮 9 为 17 0 2576 66 2 设计计算 1 设计准则 按齿面接触疲劳强度设计 再按齿根弯曲疲劳强度校核 2 按齿面接触疲劳强度设计 2 311 2uKTZddHEt 9 551T mNnp 13290 78065 90 66 由图 7 6 选取材料的接触疲劳极限应力为 aHMP58lim2 aHPmin2 由图 7 7 选取材料的弯曲疲劳极限应力为 aF30li1 aF10li2 应力循环次数 N 由式 7 3 计算 6 837861 9107 2u9 2610 由图 7 8 查得接触疲劳强度寿命系数 1 021 NZ2 由图 7 9 查得弯曲疲劳寿命系数 1 1Y XV 由表 7 2 查得接触疲劳安全系数 1 弯曲疲劳安全系数 1 4 又 minHS minFS 2 0 试选 1 3STY tK 由前面的式子求得许用接触应力和许用弯曲应力 2 aNHmMPZS580 1li 2 alin7 212 2 aNFST PY32814 01lim1 2 aFSTM2li2 将有关值代入式子 得 59 17 2 311 2uKZddHEt 3 26831903 57190 8 则 1 44 0611nVt sm 查图 7 10 得 由表 7 3 查得 由表 7 4 查得 取9 v 2 AK05 1 K 则 K 4310519 2 KVAH 修正 2 mdt 603 17593 141 zm8 60 1 由表 7 6 取标准模数 m 3 校核齿根弯曲疲劳强度 由图 7 18 查得 2 41 FSY0 42FS 取 7 0 由式 7 12 校核大小齿轮的弯曲强度 2 121321 87 6 0453 719FaFSdF MPYmZKTI XVI 2 20 73 48 762122 FaFSF MPY 所以 初选的齿轮齿数和计算出的模数符合要求 求得齿轮 8 和 9 的齿数和模数分别为 z8 17 m8 3 5 z9 66 m9 3 5 其中齿轮 8 的齿数为 17 有可能会发生根切现象 所以要修正齿轮 用变位修 正法求得 8 齿轮的变位系数为 0 218 用同样的方法可以求得其他齿轮的变位系数 列出各齿轮的齿数 模数 和变位系数 编号 模数 齿数 齿形角 变位系数 1 3 30 20 0 5 2 3 42 0 8 3 3 24 0 4 3 48 20 0 5 5 3 33 0 6 3 47 0 7 3 27 200 8 3 54 0 218 9 3 21 0 10 3 59 20 0 169 11 3 35 0 12 3 69 0 13 3 21 200 14 3 83 0 齿轮材料为 45 钢 热处理为齿部淬火处理 HRC40 45 XVII 5 1 3 齿轮的精度设计 齿轮精度设计的方法及步骤 1 确定齿轮的精度等级 2 齿轮误差检验组的选择及其公差值的确定 3 计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号 4 确定齿坯公差和表面粗糙度 5 公法线平均长度极限偏差的换算 6 绘制齿轮零件图 以齿轮 9 为例 齿数为 66 模数为 3 5 变位系数为 0 确定齿轮的精度等级 由于该齿轮是主轴箱内的齿轮 对传动精度和稳定性的要求都比较高 主要要求 的是传动平稳性精度等级 据圆周速度 106dnv sm 1 46035 对于如此要求高的齿轮采用 6 级精度 齿轮误差检验组的选择及其公差值的确定 该齿轮属中等精度 且为批量生产查表 12 3 选定 iF Wif F 组成检验方案 根据 及mmzd23165 1 b271 查表 12 13 表 12 14 表 12 15 可得公差值 第 公差组 36rF 45pF 第 公差组 9 f 1ptf 10 bf 第 公差组 计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号代号 计算齿轮副的最小极限侧隙 由表 12 10 按油池润滑和 查得minj smv 1 4 035 1 0 1 nj 6 si 221tta 根据齿轮和箱体的材料 从材料手册上查得 钢和铸铁的线膨胀系数分别为 c 105 61 c 05 62 传递的中心距 6 mzma25 14 7 3 1 所以 jn 8 0 254 XVIII 确定齿厚极限偏差代号 齿厚上偏差 由式 12 15 6 nbnnas FfjfE cos2104 2t 11 式中 前面已查得 F9 m 由表 12 14 按 6 级精度查得pbf m 1 fpb2 由表 12 17 按 145 5 6 级精度查得 mfa 20 所以 代入数据得 Es 5 因为 1 ptf56 ptsfE 由图 12 29 或者 12 9 查得齿厚的上偏差代号为 G 因此6 ptsf 齿厚下偏差 可知 6 2 tan2rSbFT 查表 12 13 6 级精度齿轮 查表 12 11 mr 36 所以Ibr 917 18 Ts 24 7320tan 2 ESsi 6 5 123 ptsifE 由图 12 29 或表 12 9 查得齿厚下偏差代号为 K 因此mEsi 132 至此 小齿轮的精度为 6GK GB10095 88 确定齿坯公差 表面粗糙度 XIX 齿轮内孔是加工 检验及安装的定位基准 对 6 级精度的齿轮 由表 12 18 查得 内孔尺寸公差为 IT7 内孔直径为 85mm 偏差按基准孔 H 选取 即齿轮内孔的下偏差 为 0 上偏差为 0 022 内孔的形状公差按 6 级决定或遵守包容原则 定位端面的端面圆跳动公差由表 12 19 查得为 0 014mm 齿顶圆只作为切齿加工的找正基准 不作为检验基准 故其公差选用 IT11 齿 顶圆直径 偏差按基准轴 h 选取 即下偏差为 0 290 上偏mhdaa2381 差为 0 齿轮的表面粗糙度按 7 级查表 12 20 各表面粗糙度 分别为 齿面 1 6 内aRaR 孔 1 6 基准端面 3 2 齿顶圆 6 3 aRaRaR 公法线平均长度极限偏差的换算 公法线的公称长度 W 及其跨齿数 k 可从机械设计有关手册中查得或按式 12 7 和 式 12 8 求得 跨齿数 85 09 6 zk 6 724 80 614 0 6 471 3 12 47 zm 该齿轮为中模数齿轮 控制侧隙的指标宜采用公法线平均长度极限偏差 wisE 按换算式 12 20 式 12 21 式 12 22 得 6 mFEnrnswm 9 702sin367 02cos6si72 0co 6 rsii 1513 XX 第六章 主轴的设计和验算 6 1 主轴的结构设计 1 初步确定轴的直径 mm 3 32 483560 npAd 根据工作条件 取 mm9d 2 传动轴受力分析 N 3 33 4 513602 1 mtdTF N 3 34 54 173062cos 4cos tgtgr N 3 35 2in 512in ta 3 绘制传动轴的受力简图 如图所示 求支座反力 垂直面支反力 由 得 0CM 3 36 025732 arBYFLR NarBY 13 6295 761 3024 13 623 由 得 0 N 3 37 230 954 173 BYrCYRF 水平面支反力 由 得 0CM 图 4 1 传动轴的受力简图 XXI 3 38 032 LFRtBZ N 02 13685 762412 t 由 得 0Z N 3 39 6 3092 184 3 BZrCRF 4 作弯矩图 垂直面弯矩 图 YM C 点 N mm 3 40 495 70825 613 29 LRBY 水平面弯矩 图 Z C 点 N mm 3 41 675 48035 267 302 LRMBZ 合成弯矩 图 C 点 N mm 3 42 153 6785 4780395 4702 22 CZY 5 作转矩 T 图 N mm61 3 6 2 主轴的强度校核 按弯扭合成应力校核轴的强度 校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面 即危险截面 C 的强度 由文献 1 15 5 可 知 取 轴的计算应力6 0 MPa 3 14150 26 9 3678 3252232 WTMc 3 43 选定轴的材料为 45 钢 调质处理 由文献 1 表 可知 MPa 因此 601 故安全 1 ca XXII 7 精确校核轴的疲劳强度 判断危险截面 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看 截面 IV 和 V 引起的应力集中最严重 而 V 受的弯矩较大 从受载的情况来看 截面 C 的应力最大 但应力集中不大 故 C 面不用校核 只需校核截面 V 截面 V 左侧 抗弯截面系数 mm 3 44 27401 0 33 dW3 抗扭截面系数 mm 3 45 582T 截面 V 左侧的弯矩 M 为 Mpa 3 46 62 705 613 678 截面 V 上的扭矩 T 为 MPa 201 截面上的弯曲应 Mpa 3 47 28 74 Wb 截面上的扭转切应力 MPa 3 48 3 5031T 轴的材料为 45 钢 调质处理 由文献 1 表 可知 MPa 1 640 B MPa MPa 2751 15 由文献 1 附表 可知 用插入法求出83 2 k24 8 0 k 轴按精车加工 由文献 1 附图 可知 表面质量系数为 3 84 0 轴未经表面强化处理 1q 固得综合系数为 3 49 9 284 021 kK XXIII 43 218 024 1 kK 由文献 1 可知 碳钢的特性系数3 取 0 取15 05 所以轴在截面 V 左侧的安全系数为 3 50 34 01 289 751 mbKS 3 51 2 9 53 41 a 3 52 5 1 702 19 2 SSca 故该轴在截面 V 左侧的强度是足够的 截面 V 右侧 抗弯截面系数 mm219703 01 3 dW3 抗扭截面系数 mm42T 截面 V 左侧的弯矩 M 为 MPa 628 570 6153 678 截面 V 上的扭矩 T 为 MPa 20 截面上的弯曲应力 MPa 85 2197 Wb 截面上的扭转切应力 MPa 430 T 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按文献 1 附表 查取 23 因 023 1 dr 08 14 dD XXIV 05 2 3 1 又由文献 1 附图 可得轴的材料的敏感系数为3 8 q7 故有效应力集中系数按文献 1 附 为43 3 53 87 1 05 2 1 1 k 6 87 q 由文献 1 附图 可得轴的截面形状系数为235 0 由文献 1 附图 可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为 76 0 综合系数为 41 38 05 71 kK 6 2 所以轴在截面 V 左侧的安全系数为 29 801 8524 371 maKS 6 423 1a 5 17 896 24 82 SSca 故该轴在截面 V 左侧的强度是足够的 XXV 结 论 在最近的一段时间的毕业设计 使我们充分把握的设计方法和步骤 不仅复习 所学的知识 而且还获得新的经验与启示 在各种软件的使用找到的资料或图纸设计 会遇到不清楚的作业 老师和学生都能给予及时的指导 确保设计进度本文所设计的 是皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统的设计 通过初期的定稿 查资料和开始正 式做毕设 让我系统地了解到了所学知识的重要性 从而让我更加深刻地体会到做一 门学问不易 需要不断钻研 不断进取才可要做的好 总之 本设计完成了老师和同 学的帮助下 在大学研究的最后 感谢帮助过我的老师和同学 是大家的帮助才使我 的论文得以通过 XXVI 参考文献 1 张福学编著 皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统的应用 北京 电子工业出版社 2000 2 何发昌著 邵远编著 皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统的原理 北京 高等教育出版社 1996 3 宋学义著 皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统速查手册 北京 机械工业出版社 1995 3 4 陈奎生著 气与气压传动 武汉 武汉理工大学出版社 2008 5 5 SMC 中国 有限公司 皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统实用技术 北京 机械工业出 版社 2003 10 6 徐文灿著 车床主传动系统设计 北京 机械工业出版社 1995 7 曾孔庚 皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统的发展趋势 机器人技术与应用论坛 8 寿庆丰 机械设计 1999 年第 3 期 第 3 卷 9 高微 杨中平 赵荣飞等 普通车床主传动系统结构优化设计 机械设计与制造 2006 1 10 孙兵 赵斌 施永辉 车床主传动系统的研制 中国期刊全文数据库 11 马光 申桂英 工业机器人的现状及发展趋势 中国期刊全文数据库 2002 年 12 李如松 皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统的应用现状与展望 中国期刊全文数据库 1994 年第 4 期 13 李明 mm 皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统设计 制造技术与机床 2005 年第 7 期 14 李杜莉 武洪恩 刘志海 数控车床主传动系统的运动学分析 煤矿机械 2007 年 2 月 15 成大先主编 机械设计手册 第三版 北京 化学工业出版社 1994 16 Hirohiko Arai Kazuo Tanie and Susumu Tachi Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space XXVII 致 谢 直到今天 论文总算完成了 我的心里感到特别高兴和激动 在这里 我打 心里向我的导师和同学们表示衷心的感谢 因为有了老师的谆谆教导 才让我学 到了很多知识和做人的道理 由衷地感谢我亲爱的老师 您不仅在学术上对我精 心指导 在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解 在我的生命中给予的 灵感 所以我才能顺利地完成大学阶段的学业 也学到了很多有用的知识 同时 我的生活中的也有了一个明确的目标 知道想要什么 不再是过去的那个爱玩的 我了 导师严谨的治学态度 创新的学术风格 认真负责 无私奉献 宽容豁达 的教学态度都是我们应该学习和提倡的 通过近半年的设计计算 查找各皮带轮 V 型槽加工专用车床主传动系统的相关资料 论文终于完成了 我感到非常兴奋 和高兴 虽然它是不完美的 是不是最好的 但在我心中 它是我最珍惜的 因 为我是怎么想的 这是我付出的汗水获得的成果 是我在大学四年的知识和反映 四年的学习和生活 不仅丰富了我的知识 而且锻炼了我的个人能力 更重要的 是来自老师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识 在这里 谢谢老师以及 所有关心我和帮助我的人 谢谢大家 XXVIII