立式车床辅助变速箱设计毕业设计论文.doc
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1、本科生毕业设计(论文) 题 目: 立式车床辅助变速箱设计 学生姓名: 史 世 伟 系 别: 机械与电气工程系 专业年级: 11机械专升本1班 指导教师: 刘 庆 2013年 6 月 20 日摘 要变速器是一种由原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置,能够降低原动机转速或增大扭矩。本课题根据双柱立式车床工作台的转速要求,设计了功率为55kW的辅助变速箱,可以使工作台获得0.841.6r/min之间18级转速。本辅助变速箱采用传统的齿轮传动装置,变速箱由主、辅两部分减速器组成,在辅助变速部分,可以利用双联滑移齿轮、三联滑移齿轮、拨叉、液压油缸来实现其变速。通过液压油缸的通、回油使拨叉拨动滑移齿轮
2、使不同的齿轮啮合以实现不同的减速比,从而达到变速的目的。在辅助变速箱的总体设计上,根据工作台转速的要求,首先设置了传动路线,然后通过选取不同齿数的齿轮,画出了转速图。在变速箱的结构设计上,参考了相应的图册和手册,并对其中重要的传动件进行了校核。设计的总原则是使辅助变速箱在满足承载能力及强度要求条件下,结构紧凑,重量轻,效率最高、体积最小、润滑条件最佳,成本低,维修方便。关键词:双柱立式车床;辅助变速箱;减速器;滑移齿轮AbstractThe speed chang gear is one kind of the independent closed type mechanical drive
3、which locates between the prime mover and the working machine. It can reduce the prime mover rotational speed or increase the torque. This topic according to the double-column type vertical lathe workbench speed requirements,has designed of a power auxiliary gearbox 55kW which can make workbench obt
4、ain 0.8-41.6 r/min speed between 18 levels.The auxiliary gearbox adopts the traditional gear transmission device,transmission by main, auxiliary two parts reducer. In the auxiliary transmission parts, can use double sliding gears, three-couple sliding gears, fork, hydraulic cylinder to realize its s
5、peed. Through the hydraulic oil cylinder, makes sliding gears click to different gear to realize the different reduction ratio, so as to achieve the different speed.In the overall design of the auxiliary gearbox, according to the requirement of workbench speed, firstly, we set the transmission line,
6、 and then choose different combinations of gears according to different reduction ratios, at last we draw the speed diagram. In the structure design of the auxiliary gearbox, we refered to the corresponding pictures and manual, and some important transmission parts are checked.The design total princ
7、iple is causes the auxiliary gearbox in to satisfy the bearing capacity and under the intensity request condition, the structure is compact, the weight is light, the efficiency is highest, the volume is smallest, the lubrication condition is best, the cost is low, the service is convenient.Key words
8、: Double-column Type Vertical Lathe; Auxiliary Gearbox; Gear Reducer; Sliding Gear目 录第一章 引 言11.1 课题的背景和意义11.2 变速器国内外发展状况11.2.1 国内变速器现状11.2.2 国外变速器现状31.3 变速器的市场发展前景3第二章 传动系统设计42.1 传动路线设置42.2电动机的选择42.3转速图及齿数选择52.3.1 转速图的总体设计52.3.2 齿轮齿数选择5第三章 轴、齿轮、轴承和键的设计计算及校核83.1 花键轴的设计83.1.1 花键轴的初步设计83.1.2 花键轴的结构工艺性8
9、3.2 花键轴的校核93.2.1 花键轴的设计93.3齿轮的校核123.4 轴承的选择143.5轴承的校核153.5.1 轴承的寿命计算153.5.2 轴的轴承校核163.6键的选择183.6.1 花键轴上键的选择183.6.2 滑移齿轮上键的选择18第四章 辅助变速箱的密封和润滑194.1 辅助变速箱的润滑194.1.1 辅助变速箱齿轮的润滑194.1.2 变速箱轴承的润滑194.2 辅助变速箱的密封20第五章 公差与配合及粗糙度的标注215.1 轴的形位公差等级215.1.1 形状公差215.1.2 位置公差215.2 齿轮轮坯的形位公差215.2.1 齿轮轮坯形状公差215.2.2 齿轮
10、轮坯的位置公差225.3 粗糙度的选择225.4 配合23总 结24致谢及声明25参考文献26第1章 引 言1.1 课题的背景和意义立式车床主要加工一些大型的零件,可以完成大型零件车圆柱面、攻螺纹等工艺,这为我国重型机械的发展奠定了坚实的基础。本课题主要是设计双柱立式车床的辅助变速箱,使其工作台获得0.841.6r/min之间的18级转速。辅助变速箱是一种由原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置,能够降低原动机转速以增大扭矩,由于传递运动准确可靠,结构紧凑,效率高,寿命长,且使用维修方便,可成批生产,因此广泛应用于农业机械、纺织机械、冶金机械、矿山机械、工程机械、石油机械、起重运输机械、医疗
11、器械、化工机械、印染机械、光学机械、拖拉机、军用车辆、机床、机车等行业中。辅助变速箱主要实现转速的变换,采用传统的齿轮传动系统,变速箱由主、辅两部分减速器组成,在辅助变速部分,可以利用双联齿轮、拨叉、液压油缸来实现其变速。通过液压油缸的通、回油使拨叉拨动滑移齿轮使不同的齿轮啮合以实现不同的减速比,从而达到变速的目的。变速装置在各部门中使用广泛,同时利用双联滑移齿轮、三联滑移齿轮以及液压系统,可以实现较大范围的变速,并且传动平稳,噪声低,变速箱结构紧凑,所以不论在减小体积、减轻重量、提高效率、改善工艺、延长使用寿命和提高承载能力以及降低成本等等方面,有所改进的话,都将会促进资源(包括人力、材料和
12、动力)的节省。1.2 变速器国内外发展状况1.2.1 国内变速器现状重型及通用变速器行业涉及的产品类别包括了各类齿轮变速器、行星齿轮变速器及蜗杆变速器,也包括了各种专用传动装置,如增速装置、调速装置、以及包括柔性传动装置在内的各类复合传动装置等。产品服务领域涉及冶金、有色、煤炭、建材、船舶、水利、电力、工程机械及石化等行业。重型及通用变速器行业的生产厂家也以多种形式并存,如外资企业、中外合资企业、国有企业、股份制企业和个体企业,规模有大到年产值数亿元以上,小到数百万元不等。具有良好生活条件、产品质量控制体系健全的企业有100余个,2005年全行业销售额约为200亿元,这其中外资企业的销售额约占
13、四分之一左右。 国内变速器行业重点骨干企业的产品品种、规格及参数覆盖范围近几年都在不断扩展,产品质量已达到国外先进工业国家同类产品水平,完全可承担起为国民经济各行业提供传动装置配套的重任,部分产品还出口至欧美及东南亚地区。目前,国内各类通用变速器的标准系列已达数百个,基本可满足各行业对通用变速器的需求。在第一代通用硬齿面齿轮变速器及圆弧圆柱蜗杆变速器系列产品的基础上,由西安重型机械研究落开发并完成标准化的新一代圆柱及圆锥圆柱齿轮变速器及圆弧圆柱蜗杆变速器业已投放市场。新一代变速器的突出特点为不仅在产品性能参数上进一步进行于优化,而且在系列设计上完全遵从模块化的设计原则,产品造型更加美观,更宜于
14、组织批量生产,更适应现代工业不断发展而对基础件产品提出的愈来愈高的配套要求。此外,南京高精齿轮股份有限公司也推动了PR系列的模块式齿轮变速器系列产品。但总体而言,国内变速器系列产品的开发及更新工作近几年进展缓慢,与国外同行在此方面的差距有拉大的趋势。而且与市场的需求也很不适应,西安重型机械研究所及国内其他单位今年已着手开始这方面的开发级标准化工作。在通用变速器的制造方面,国内目前生产厂家数目众多,如对各种类型的圆柱齿轮机圆锥圆柱齿轮或者齿轮蜗杆变速器系列产品,国内主要厂家有南京高精齿轮股份有限公司、宁波东力传动设备有限公司、江阴齿轮箱制造有限公司、江苏泰星变速器有限公司、江苏金象减速机有限公司
15、、山西平遥减速机厂等。对象蜗杆变速器,目前国内主要生产圆弧圆柱蜗杆变速器、锥面包络圆柱蜗杆变速器、平面二次包络环面蜗杆变速器等多种类型,主要生产厂家有江苏金象减速机有限公司、首钢机械制造公司、杭州减机厂、杭州万杰减速剂有限公司、天津万新减速机厂、上海浦江减速机有限公司等,对各种通用行星齿轮变速器、包括标准的NGW系列行星齿轮变速器,也包括各类回转行星变速器及封闭式行星齿轮变速器等,主要生产厂家有荆州巨鲸动机械有限公司、洛阳中重齿轮箱有限公司、西安重型机械研究所、石家庄科一重工有限公司、内蒙兴华机械厂等。 在各类专用传动装置的开发机制造方面,国内近几年取得的明显的进展,如重庆齿轮箱有限责任公司生
16、产的MDH28型磨机边缘驱动传动装置,其最大功率已达7000KW,传动转矩达5000KN.m,总重46吨,生产的1700热连轧主传动齿轮箱子的最大模数为30,重量达180吨。由杭州前进齿轮箱有限公司生产的gwc70/76型1.2万吨及装箱船用齿轮箱,传动功率已达6250KW。由南京高精齿轮股份有限公司及重庆齿轮箱有限公司生产的里磨系列齿轮箱最大功率已达3800KW,由西安重型机械研究所、洛阳重重齿轮箱有限公司、荆州巨鲸传动机1.2.2 国外变速器现状齿轮变速器在各行各业中十分广泛地使用着,是一种不可缺少的机械传动装置。当前变速器普遍存在着体积大、重量大,或者传动比大而机械效率过低的问题。国外的
17、变速器,以德国、丹麦和日本处于领先地位,特别在材料和制造工艺方面占据优势,变速器工作可靠性好,使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主,体积和重量问题,也未解决好。最近报导,日本住友重工研制的FA型高精度变速器,美国Alan-Newton公司研制的X-Y式变速器,在传动原理和结构上与本项目类似或相近,都为目前先进的齿轮变速器。当今的变速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。因此,除了不断改进材料品质、提高工艺水平外,还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新,平动齿轮传动原理的出现就是一例。变速器与电动机的连体结构,也是大力开拓的形式,并已生产多种结构形式和多种
18、功率型号的产品。目前,超小型变速器的研究成果也已初露端倪,特别是应用于机器手方面的滚珠型变速器,不仅可以实现无级变速,由于其滚珠与凹槽紧密咬合,传动精度较传统齿轮传动大为提高。在医疗、生物工程、机器人等领域中,微型发动机已基本研制成功,美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围,如能辅以纳米级的变速器,则应用前景远大。 1.3 变速器的市场发展前景随着市场需求的回落和国外同行厂商大规模进入国内市场,行业竞争必将进一步加剧,这也必将促进行业企业间的并购、整合甚至转型。在产品的销售市场竞争方面,国外厂商近几年在中国的扩展势头愈来愈强,SEW公司继续在全国部署生产及销售基地,扩大市场份额。FL
19、EDER公司、布雷维尼公司及FORK、住友等公司也都加大了在中国建立生产基地及销售中心的步伐,积极向各个行业渗透,国外厂商先进的管理、经营理念,丰富的市场实战及拓展经验和各具特色的产品系列将会对国内厂商产生强烈的挑战和冲击,国内生产企业感受到的将会是愈来愈激烈的国内外同业者的竞争。第2章 传动系统设计2.1 传动路线设置双柱立式车床工作台要求获得0.841.6r/min之间18级转速,为此,辅助变速箱部分采用传统齿轮减速,利用双联滑移齿轮、三联滑移齿轮、离合器等传动元件,通过液压系统带动拨叉拨动滑移齿轮使不同齿数的齿轮相啮合以获得不同的转速,其传动路线布置如图2-1: 图2-1辅助变速箱传动路
20、线图 2.2 电动机的选择工作台最大的扭矩为T=87000NM,根据传动路线图,取齿轮传动的效率,电动机的效率取为,则折算到轴上最大的扭转为,由,可求得电动机的功率为P=55KW,查手册选择Y2-250M-4型电动机(JB/T 8680.2-1998)。2.3 转速图及齿数选择2.3.1 转速图的总体设计工作台的转速n=0.841.6r/min,级数z=18,则公比 (2-1)带入数据后算得,恰好为标准公比系列。变速箱采用集中传动式布局,分为辅助变速部分和主变速部分。辅助变速部分实现工作台的18级转速,主变速部分主要是为了继续降低速度增大传动转矩。确定变速组的个数和传动副数:工作台的转速为18
21、级,实际上经过齿轮变速得到的级数为12级。为了减小箱体尺寸,使其结构紧凑,对于轴和轴可通过离合器直接传动,轴即可得到6种转速。因此,辅助变速部分可用三个变速组,其中一个三联滑移齿轮变速组和两个双联滑移齿轮变速组。确定结构式方案:根据“前紧后松”、“前慢后快”、“前多后少”等原则,结构式方案确定为12=。2.3.2 齿轮齿数选择 齿轮齿数在满足减速比的前提下还要遵循一定的原则和要求:直齿圆柱齿轮的极限传动比为,故其变速范围的限制值。确定齿轮齿数时,需先初定变速组内齿轮副模数和传动轴直径。主传动齿轮要传递足够动力,齿轮模数m2,在同一个变速组内通常选用相同的模数,这是因为个齿轮副的速度和受力情况相
22、差不大。齿数和不应过大,推荐齿数和s100120,齿数和亦不应过小,但需从下列限制条件中选取较大值:(1)受传动性能限制的最小齿数,为了保证最小齿轮不产生根切及主传动具有较好的运动平稳性,对于标准直齿圆柱齿轮,一般取最小齿轮齿数20,主轴上小齿轮,高速齿轮。 (2)受齿轮结构限制的最小齿数,齿轮(尤其是最小齿轮)应能可靠地安装到轴上或进行套装,要特别注意齿轮的齿槽到孔壁或键槽处的壁厚不能过小,以防齿轮热处理时产生过大的变形或传动中造成断裂现象。(3)受两轴组件结构限制的最小中心距,若齿数和太小,则过小的中心距将导致两轴上的轴承和其他元件之间的距离过近或相碰。(4)传动比要求:机床的主传动属于外
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