机械设计课程设计简易半自动三轴钻床（全套图纸）.doc

机械设计课程设计 计算说明书全套CAD图纸，联系153893706姓名： 学号： 指导老师： 前 言简易半自动三轴钻床用于在零件上钻孔，由电动机驱动，室内工作，通过传动装置使钻头持续转动，在零件上打孔。要求使用期限是双班制10年。 目录一、设计任务书3二、总体方案设计.3、传动方案拟定.3、电动机的选择.4、传动系统的运动和动力参数.5三、传动零件的设计计算6（1）圆锥齿轮设计.6（2）圆柱齿轮设计.11（3）轴的设计和校核计算.16（4）键联接设计计算.21（5）滚动轴承的选择及寿命计算.22四、减速器箱体及附件的设计.26(1)润滑和密封形式的选择，润滑油和润滑脂的选择.26(2)箱体设计. . 26(3)技术要求. . 26五、参考资料.27一、设计任务书1、设计题目：简易半自动三轴钻床2、设计背景：（1）题目简述：简易半自动三轴钻床用于在零件上钻孔，由电动机驱动，室内工作，通过传动装置使钻头持续转动，在零件上打孔。（2）使用状况：生产批量为5台；动力源为三相交流电380/220V，电机单向转动，载荷较平稳；使用期限为10年，每年工作300天，每天工作5小时；检修期为三年大修。（3）生产状况：生产厂具有加工7、8级精度齿轮、蜗轮的能力。3、设计参数：选择第4组数据：切削速度v=0.21m/s，孔径D=8mm，切削阻力矩T=120N.m，切削时间7s，切削阻力F=1280N。4、设计任务：（1）三个钻头以相同的切削速度v作切削主运动，安装工件的工作台作进给运动。每个钻头轴向进给阻力为F，被加工零件上三孔直径均为D，每分钟加工两件。（2）室内工作，生产批量为5台。（3）动力源为三相380/220V，电机单相运转，载荷较平稳。（4）使用期限为10年，大修周期为三年，双班制工作。（5）专业机械厂制造，可加工7、8级精度的齿轮、蜗轮。二、总体方案设计1、传动方案的拟定根据设计任务书，该传动方案的设计分成原动机和传动装置两部分：（1）原动机的选择设计要求：动力源为三相交流电380/220v.故，原动机选用电动机。（2）传动装置的选择 减速器 电动机输出转速较高，并且输出不稳定，同时在运转故障或严重过载时，可能烧坏电动机，所以要有一个过载保护装置。可选用的有：带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动。链传动与齿轮传动虽然传动效率高，但会引起一定的振动，且缓冲吸振能力差，也没有过载保护；带传动平稳性好，噪音小，有缓冲吸震及过载保护的能力，精度要求不高，制造、安装、维护都比较方便，成本也较低，但是传动效率较低，传动比不恒定，寿命短；但还是比较符合本设计的要求，所以采用蜗杆传动。总传动比为1，要实现传动方向改变90度，因而可以考虑采用蜗轮蜗杆加斜齿轮或者是锥齿轮加斜齿轮减速器，但考虑到蜗轮蜗杆效率较低，而且安装精度、润滑要求高等因素，因而决定采用后者，即锥齿轮加斜齿轮减速器。机构简图：电动机的选择（1）类型和结构形式的选择：按工作条件和要求选用一般用途的Y系列三相异步卧式电动机，封闭结构。（2）电动机功率计算传动效率：带传动： V带 一对轴承： 锥齿轮 ： 油润滑8级精度齿轮 一对圆柱斜齿轮：级精度 联轴器效率 总传动效率：钻头转速： r/min（3）电动机转速计算确定传动比范围：齿轮传动比范围； 在相关手册中查阅符合这一转速范围的电机，综合考虑总传动比，结构尺寸及成本，选择Y160M1-2型，额定功率11kW电动机，满载转速 传动系统的运动和动力参数 计算总传动比： 1、 分配减速器的各级传动比：带传动的传动比为若齿轮的传动比取，则锥齿轮的传动比为 2、 计算传动装置的运动和动力参数（）计算各轴转速电机轴：轴： 轴： 轴： （）计算各轴输入功率电机轴： 1轴： 2轴： 3轴： a、 计算各轴输入转矩电动机输出转矩：1轴： 2轴：3轴：将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率P / kW转矩T /N·m转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出电机轴7.9525.3075300020.96轴7.6327.55748.5948.1015002.0460.96轴7.3297.25695.4794.51733.1381.4610.96轴7.046.969133.98132.64501.8三、传动零件的设计计算Ø 圆锥齿轮设计计算项目计算内容计算结果选材、精度选用直齿轮，批量较小，小齿轮用45钢，调质处理，硬度平均取220HB，大齿轮用45钢，正火处理，硬度平均取190HB。8级精度。工作时间及部分参数闭式直齿圆锥齿轮传动，轴夹角，传递功率，转速传动比。两班制工作，寿命10年（每年按300天计算）小齿轮做悬臂布置，使用时间内，工作时间占23.3%寿命10年， 300天/年，工作时间占23.3%初步计算小齿轮直径因为采用闭式软齿面传动,按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径Ø 初选小齿轮齿数取, ，传动比相对误差，合适Ø 小齿轮转矩Ø 初选载荷系数： ，Ø 取齿宽系数 Ø 确定弹性影响系数Ø 确定区域载荷系数：标准直齿圆锥齿轮传动 Ø 确定接触许用应力循环次数查教材图10-19曲线得 ，查教材图10-21（d）得 ，取安全系数 Ø 由接触强度计算小齿轮的分度圆直径确定基本参数Ø 验算载荷系数齿轮圆周速度精度等级取8级精度合理由教材图10-8查得查教材表10-9得出轴承系数，由公式得接触强度载荷系数：Ø 校正直径：校核传动比误差：因齿数未做圆整，传动比不变。8级精度合理取确定主要传动尺寸确定模数,查表取小齿轮直径大齿轮直径锥距齿宽圆整，取，校核齿根弯曲疲劳强度Ø 确定弯曲强度载荷系数：与接触强度系数相同Ø 计算当量齿数,Ø 确定许用应力：由教材图10-18 ，取安全系数由教材图10-20（C）得，按脉动循环变应力确定许用弯曲应力，即Ø 校核弯曲强度合格静强度校核静强度校核,因传动无严重过载,故不作静强度校核 Ø 圆柱齿轮设计计算项目计算内容计算结果选材、精度选用斜齿轮，批量较小，小齿轮用45钢，调质处理，硬度210HB230HB，平均取220HB，大齿轮用45钢，正火处理，硬度为170HB210HB，平均取190HB。8级精度。初步计算小齿轮直径因为采用闭式软齿面传动,按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径,由附录A表由表A1取， 动载荷系数，转矩，由表27.11查取接触疲劳极限 初取取确定基本参数圆周速度精度等级取8级精度合理取,确定模数,查表取校核传动比误差：因齿数未做圆整，传动比不变。8级精度合理取校齿核面接触疲劳强度1计算齿面接触应力节点区域系数:查图27-16非变位斜齿轮弹性系数:查表27.11重合度系数:端面重合度螺旋角系数 齿面接触应力2>计算许用接触应力总工作时间接触寿命系数由图27-23查出 （单向运转取）齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数由表27.15按调质钢查润滑油膜影响系数取为由表27.14取最小安全系数许用接触应力:3验算: 接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整确定主要传动尺寸小齿轮直径大齿轮直径齿宽 齿根弯曲疲劳强度验算1由式27.11, , , 齿根弯曲应力:2计算许用弯曲应力由式27.17试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限查图27-24c ，另外取由图27-26确定尺寸系数=由表27.14查最小安全系数3弯曲疲劳强度验算=合格静强度校核静强度校核,因传动无严重过载,故不作静强度校核3、轴的设计和校核计算1小锥齿轮轴的校核计算项目计算内容计算结果材料的选择考虑到相互摩擦作用，材料选择与齿轮相同，为45号钢，调质处理，材料系数查表16.2有 C=112估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力水平面反力垂直面反力弯矩图见图1合成弯矩图取A点转矩图应力校正系数用插入法由表16.3中求得 ，当量弯矩图校核强度合格 2大锥齿轮轴的校核（计算时由于轴上三个圆柱齿轮的对称布置，因而弯矩因素消除）计算项目计算内容计算结果材料的选择考虑到相互摩擦作用，材料选择与齿轮相同，为45号钢，调质处理，材料系数查表16.2有 C=112估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力垂直面反力NN水平面反力弯矩图见图2合成弯矩图转矩图应力校正系数用插入法由表16.3中求得 ，当量弯矩图校核强度合格3圆柱齿轮轴的校核（计算时由于轴上三个圆柱齿轮的对称布置，因而弯矩因素消除）计算项目计算内容计算结果材料的选择考虑到相互摩擦作用，材料选择与齿轮相同，为45号钢，调质处理，材料系数查表16.2有 C=112估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力垂直面反力水平面反力水平面弯矩图见图3合成弯矩图转矩图应力校正系数用插入法由表16.3中求得 ， 计算方法同前当量弯矩图校核强度合格 图1图2图34、键的选择和校核键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等等。计算项目计算内容计 算 结 果（1）小锥齿轮轴。带轮键的选择与校核键的选择和参数与联轴器相联接，为静联接，选用普通平键，圆头。由手册查得d=24mm时，应选用键 GB1096-79转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（70-80）MPa故满足要求（1）小锥齿轮轴 小锥齿轮键的选择与校核键的选择和参数与联轴器相联接，为静联接，选用普通平键，圆头。由手册查得d=24mm时，应选用键 GB1096-79转 矩接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（70-80）MPa故满足要求（2）大锥齿轮轴键的选择和校核静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=64mm时，同时考虑到同一跟轴上尽量选用相同公称尺寸的键，故应选用键 GB1096-79键的选择和参数转 矩键 长接触长度查表可得钢的许用挤压应力为=（70-80）MPa故满足要求许用挤压应力校 核（3）圆柱齿轮轴键的选择和校核静联接,选用普通平键，圆头由手册查得d=4860mm时，两键应分别选用轴二圆柱齿轮键，轴三圆柱键 GB1096-79键的选择和参数转 矩键 长接触长度查表可得钢的许用挤压应力为=（70-80）MPa故满足要求许用挤压应力校 核5滚动轴承的选择及寿命计算1>小锥齿轮轴轴承的校核角接触球轴承30206（一对），其尺寸：D=62mm,d=30mm, B=16mm计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查表得轴承30206主要性能参数如下： X、Y值轴承受力情况向右向左 结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。2>大锥齿轮的轴上轴承的校核角接触球轴承30209（一对），其尺寸：D=85mm,d=45mm, B=19mm计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查表得轴承30209主要性能参数如下： X、Y值轴承受力情况 结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。3>圆柱齿轮轴上的轴承的校核角接触球轴承30211（一对），其尺寸：D=100mm,d=55mm, B=22.75mm计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查表得轴承30211主要性能参数如下： X、Y值轴承受力情况 结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。四、减速器箱体及附件的设计1、润滑和密封形式的选择，润滑油和润滑脂的选择1>润滑形式的选择(1)油标：选择杆式油标C型指标：d: M16 d1=4 d2=16 d3=6 h=35 a=12 b=8 c=5 D=26 D1=22(2)排油装置：管螺纹外六角螺赛及其组合结构指标： M20*1.5 d1=17.8 D=30 e=24.2 S=21 L=30 h=15 b=4 b1=3 C=1.5 D0=40 2>密封装置（1） 锥齿轮轴密封：毡圈油封 d=60, （2）输出轴密封：毡圈油封 d=603>润滑油和润滑脂的选择（1）润滑：LCKE220 运动粘度198242（40）2、箱体设计：计算项目计算内容计算结果箱座厚度箱盖厚度箱座突缘厚度箱盖突缘厚度箱座底突缘厚度地角螺钉直径地角螺钉数目轴承旁连接螺钉直径机盖与机座连接螺栓直径轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径连接螺栓d2的间距定位销直径大齿轮顶圆与内机壁距离齿轮端面与内机壁距离轴承端盖外径轴承端盖突缘厚度机盖肋厚机座肋厚=0.04a+381=0.85=8.5b=1.5b1=1.51b2=2.5df=0.036a+12d1=0.75 df =15d2=(0.50.6) dfd3=(0.40.5) dfd4=(0.30.4) dfl=(120200)mmd=(0.70.8)d21>1.22>D2=1.25D+10t=(1.11.2)d3m1=0.851m=0.85取=10mm取1=10mmb=12mmb1=12mmb2=20mmdf =20mmn=5取d1=16mm取d2=10mm取d3=8mm取d4=5mm取l=150mm取d=8mm取1=10取2=9取D2=150t=9取m1=8.5取m=7.653、技术要求1 装配前所有零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油浸洗，箱体内不允许有任何杂物存生。2 保持侧隙不小于0.115mm。3 调整、固定轴承时应留轴向间隙，。4 涂色检查接触斑点，沿齿高不小于55%，沿齿长不小于50%5 箱体被隔开为两部分，分别装全损耗系统用油L-AN68至规定高度。6 减速器部分面，各接触面及密封处均不允许漏油，剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用垫片。7 箱体外表面涂深灰色油漆，内表面涂耐油油漆。五、参考资料1、 圆柱齿轮设计机械设计课程设计（下册）刘静华、郭卫东、王之栎、吴瑞祥2007年2月出版，北京航空航天大学出版社。2、 锥齿轮设计参考机械设计（第七版）导教·导学·导考，西工大出版社3、 锥齿轮设计参考机械设计（第七版），高等教育出版社