機械系統(tǒng)課程設計--搖臂鉆床z3040設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．概述……………………………………………………………………3</p><p>　　1.1 Z3040搖臂鉆床運動功能原理圖及傳動原理圖………………3</p><p>　　1.2 Z3040搖臂鉆床適用范圍及主要技術參數……………………4</p><p>

2、;　　二. 課程設計的目的…………………………………………………………5</p><p>　　三. 課程設計題目，主要設計參數和技術要求……………………………6</p><p>　　3.1 課程設計題目和主要技術參數…………………………………9</p><p>　　3.2 技術要求…………………………………………………………9</p><p>

3、;　　四. 運動設計 ………………………………………………………………10</p><p>　　4.1 運動參數及轉速圖的確定………………………………………10</p><p>　　4.1.1 按典型工序，最高最低轉速的確定……………………..10</p><p>　　4.1.2根據nmax、nmin、dmax、dmin等值，初步確定鉆削速度范圍…………………………

4、……………………………………………………10</p><p>　　4.1.3 計算主切削力、切削功率和初步估計電機功率…………11</p><p>　　4.1.4 轉速范圍……………………………………………………11</p><p>　　4.1.5 轉速數列……………………………………………………12</p><p>　　4.1.6 定傳動組

5、數…………………………………………………12</p><p>　　4.1.7 寫傳動結構式，畫結構圖…………………………………12</p><p>　　4.1.8 轉速圖………………………………………………………13</p><p>　　4.1.9 傳動系統(tǒng)圖…………………………………………………14</p><p>　　4.2 齒輪模數初步

6、估算…………………………………………………14</p><p>　　4.2.1 模數計算……………………………………………………14</p><p>　　4.2.2 齒輪齒數的確定……………………………………………15</p><p>　　4.3 基本組齒輪計算……………………………………………………16</p><p>　　4.4 齒輪模數

7、的確定……………………………………………………17</p><p>　　4.5 齒輪模數的驗算……………………………………………………19</p><p>　　4.6 主軸轉速誤差………………………………………………………21</p><p>　　五. 動力計算…………………………………………………………………25</p><p>　　5.1

8、 計算轉速計算………………………………………………………25</p><p>　　5.2 擴大組齒輪計算……………………………………………………26</p><p>　　5.3 傳動軸最小軸徑的確定……………………………………………28</p><p>　　六. 主要零部件的選擇………………………………………………………31</p><p>

9、　　6.1 擺動式操縱機構的設計……………………………………………31</p><p>　　6.2 電動機的選擇……………………………………………………31</p><p>　　七. 校核……………………………………………………………………32</p><p>　　7.1 組軸組件剛度的驗算……………………………………………32</p><p&g

10、t;　　7.1.1 主軸彎曲剛度的驗算………………………………………33</p><p>　　7.1.2 主軸扭轉度的驗算…………………………………………33</p><p>　　7.2 Ⅱ軸組件的剛度驗算……………………………………………33</p><p>　　7.2.1 Ⅱ軸剛度校核………………………………………………34</p><p&g

11、t;　　7.2.2 Ⅱ軸扭轉的校核……………………………………………34</p><p>　　7.3 軸承壽命校核……………………………………………………34</p><p>　　八．結論與致謝………………………………………………………………35</p><p>　　九．參考文獻……………………………………………………………….36</p><p

12、><b>　　概述</b></p><p>　　1.1 Z3040搖臂鉆床運動功能原理圖及傳動原理圖</p><p>　　搖臂鉆床鉆削加工的傳動原理</p><p>　　1.7 Z3040搖臂鉆床適用范圍及主要技術參數</p><p>　　該機床適用于加工中、小型零件。它可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔和攻螺紋等工作。

13、裝置其他工藝裝備時，還可以進行鏜孔。</p><p>　　該機床主軸轉速和進給量變換時采用液壓預選變速機構；主軸箱、 搖臂、內外立柱夾緊是采用液壓-菱形塊夾緊機構，夾緊力大，夾緊前后主軸偏心量?。粨u臂升降有保險螺母和電器保險機構，進給有鋼珠安全離合器等保護裝置。</p><p><b>　　主要技術參數</b></p><p>　　最大鉆孔直徑

14、 40毫米</p><p>　　主軸中心線到立柱母線距離 350---1250毫米</p><p>　　主軸箱水平移動距離 900毫米</p><p>　　主軸端面到底座面間距離 35

15、0---1250毫米</p><p>　　主軸前端孔錐度 莫氏4號</p><p>　　主軸轉速范圍（16級） 25---2000轉/分</p><p>　　主軸行程 315毫米</p&g

16、t;<p>　　刻度盤每轉鉆孔深度 122.5毫米</p><p>　　主軸允許最大扭矩 40公斤力*米</p><p>　　主軸允許最大進給抗力 1600公斤力 </p><p><b>

17、;　　主電機 </b></p><p>　　功率 7.5千瓦</p><p>　　轉速 1450轉/分</p><p><b>　　二．課程設計目的</b></p><p&g

18、t;　　《機械系統(tǒng)設計》課程設計是在學生學完機械系統(tǒng)設計及其它先行課程之后進行的實踐性教學環(huán)節(jié)，即進行一次學習設計的綜合性練習。是我校機械設計及其自動化品牌專業(yè)高級應用型工程技術人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，使學生能夠運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的有關理論知識，及生產實習等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學知識的目的。通過典型機械系統(tǒng)如通用機床的主軸變速傳動系統(tǒng)的計算與設計、或者是通過數控機床進給傳動系統(tǒng)的選型與設計，使學生在擬定傳動結

19、構方案、結構設計，和數字控制等先進制造技術，以及設計計算說明書等技術文件編寫等方面的基本技能和實際運用能力得到比較系統(tǒng)的訓練。通過設計，掌握查閱相關工程設計手冊、設計標準和資料的方法，達到積累設計知識和設計技巧，提高學生設計能力的目的。通過設計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設計技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設計創(chuàng)造一定的條件。</p><p>　　三．課程設計題目，主要設計參數和技術要求

20、</p><p>　　3.1 課程設計題目和主要技術參數</p><p>　　題目：搖臂鉆床主軸變速箱設計</p><p>　　主參數：最大鉆削直徑Dmax=40mm,刀具材料：高速鋼或硬質合金，工件材料：鋼或鑄</p><p>　　技術參數：Nmin=40r/min；Nmax=2000r/min；Z=16級；公比為1.26（混合公比為1.4

21、1）；電動機功率P=7.5KW；電機轉速n=1450r/min</p><p>　　為滿足使用性能要求，可采用混合公比，求出的各級轉速有：40r/min.56r/min.80r/min.100r/min125r/min.160r/min.200r/min.250r/min.315r/min.400r/min.500r/min.630r/min.800r/min.1000r/min.1400r/min.2000r/

22、min</p><p><b>　　3.2 技術要求 </b></p><p>　　1. 利用電動機完成換向和制動。</p><p>　　2. 各滑移齒輪塊采用單獨操縱機構。 </p><p><b>　　四．運動設計</b></p><p>　　4.1 運動參數及轉速

23、圖的確定</p><p>　　4.1.1 按典型工序，最高最低轉速的確定</p><p>　　Rd—計算直徑范圍Rd=（0.20~0.25）</p><p>　　故 dmax=K×D=1×40mm=40mm</p><p>　　dmin= Rd×dmax=（0.20~0.25）×40mm=(8~10)m

24、m.dmin取8mm</p><p>　　nmax=1000×Vmax/л×dmin=1000×32r/m/л×8mm=1273.24r/min </p><p>　　nmin=1000×Vmin/л×dmax= 1000×20r/m/л×40mm=159.15r/min</p><p&g

25、t;　　Rn==1273.24r/m/159.15r/m=8</p><p>　　由于設計的轉速范圍為（40~2000）r/min,比計算出的nmax、nmin范圍大，滿足要求</p><p>　　4.1.3 轉速范圍</p><p>　　Rn==2000r/min/40r/min=50</p><p>　　4.1.4 轉速數列</p

26、><p>　　首先找到40r/min、首先采用混合公比1.41，然后每隔2個數取一個值（1.26=1.064）,，得出主軸的轉速數列為40r/min</p><p>　　56r/min、80r/min、100r/min、125r/min、160r/min、200r/min、250r/min、315r/min、400r/min、500r/min、630r/min、800r/min、1000r/m

27、in、1400r/min、2000r/min共16級。</p><p>　　4.1.5 定傳動組數</p><p>　　對于Z=16可分解為：Z=22×25×24×28。</p><p>　　4.1.6寫傳動結構式,畫結構圖</p><p>　　根據“前多后少” , “先降后升” , “前密后疏”,“結構緊湊”的

28、原則,選取傳動方案 Z=22×25×24×28,易知第三擴大組的變速范圍r=φ(P3-1)x=1.268=6.35〈8 </p><p>　　結構網 Z=22×25×24×28</p><p>　　4.1.8 畫轉速圖</p><p>　　根據轉速主軸最大轉速為2000r/min確定電動

29、機的同步轉速為1450r/min。分配各傳動比，轉速圖如下圖</p><p>　　4.1.9 畫主傳動系統(tǒng)圖</p><p>　　根據系統(tǒng)轉速圖及已知的技術參數，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖：</p><p><b>　　主傳動系統(tǒng)圖</b></p><p>　　4.2齒輪模數初步估算</p><p>&l

30、t;b>　　4.2.1模數計算</b></p><p>　　一般同一變速組內的齒輪取同一模數，選取負荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算，即mj=16338可得各組的模數</p><p>　　式中 mj——按接觸疲勞強度計算的齒輪模數（mm）；</p><p>　　——驅動電動機功率（kW）；</p><p>

31、　　——被計算齒輪的計算轉速（r/min）；</p><p>　　——大齒輪齒數與小齒輪齒數之比，外嚙合取“+”，內嚙合取“-”；</p><p>　　——小齒輪的齒數（齒）；</p><p>　　——齒寬系數，（B為齒寬，m為模數），；</p><p>　　——材料的許用接觸應力（）。</p><p>　　得：基本組

32、的模數mj=2.5</p><p>　　以同樣的方法計算其它幾組的模數，如下： </p><p>　　第一擴大組的模數mj=2.5 </p><p><b>　　第二擴大組mj=3</b></p><p>　　第三擴大組mj=2.5</p><p>　　4.2.2 齒輪齒數的確定<

33、/p><p>　　根據搖臂鉆床的某些特征，傳動中 軸2采用特殊齒輪機構，所以模數不一樣；據設計要求Zmin≥17,齒數和Sz≤100～120，根據各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數：</p><p>　　i5-1=1.41,SZ=···8,82,83,84,86,88,90,91,92,93,95,97,99,100,101,102,104,106,107,10

34、8,109···</p><p>　　i5-2=1/4, SZ=···80,84,85,89,90,94,95,99,100,104,105,109···</p><p>　　所以確定SZ=100，得到Z7=60,Z7’=40,Z8=20,Z8’=80</p><p>　　同上

35、分別計算其它齒輪齒數，除軸2查資料得出來，得到的各齒輪齒數如下表：</p><p>　　4.3基本組齒輪計算。</p><p>　　根據公式：分度圓直徑 d=mz</p><p>　　齒頂高 ha=ha*m</p><p>　　齒根高 hf=(ha*+c*)m</p><p>　　全齒高 h=h

36、a+hf</p><p>　　頂隙 c=c*mn</p><p>　　齒頂圓直徑da=d+2ha</p><p>　　齒根圓直徑df=d-2hf</p><p>　　其中ha*=1,c*=0.25</p><p>　　得基本組齒輪尺寸如下表</p><p><b>　　五．

37、動力計算</b></p><p>　　5.1計算轉速的計算</p><p>　　（1）由于是混合公比，且設計的是搖臂鉆床，查公式得：nj=Nmin()0.25</p><p>　　故nj=113r/min</p><p>　?。?）確定各傳動軸的計算轉速。</p><p>　　并由此知道80r/min向上各

38、級轉速都將傳遞全部功率，所以得到的各傳動軸的計算轉速為nⅥj=228r/min,nⅤj=374r/min,nⅣj=707r/min,nⅢj=800r/min, nⅡj=910r/min</p><p><b>　　各計算轉速入表。</b></p><p><b>　　各軸計算轉速</b></p><p><b>

39、　　所以各軸功率：</b></p><p>　　N0=N電=2.47kw</p><p>　　N1=N電·η軸承=2.47×0.995=2.46kw</p><p>　　N2=N1·η軸承·η齒輪=2.47×0.995×0.98=2.40kw</p><p>　　N3=N

40、2·η軸承·η齒輪=2.40×0.995×0.98=2.34kw </p><p>　　N4=N3·η軸承·η齒輪=2.34×0.995×0.98=2.28kw</p><p>　　N5=N4·η軸承·η齒輪=2.28×0.995×0.98=2.23kw</p&g

41、t;<p>　　N6=N5·η軸承·η齒輪=2.23×0.995×0.98=2.16kw</p><p>　　N7=N6·η軸承·η齒輪=2.16×0.995×0.98=2.11kw</p><p>　　各軸轉矩：根據：知：</p><p>　　5.2擴大組齒輪計算。<

42、;/p><p>　　根據接觸應力驗算公式：</p><p><b>　　彎曲應力驗算公式：</b></p><p><b>　　可求得：</b></p><p>　　=619 Mpa </p><p><b>　　=135Mpa </b></p>

43、;<p>　　5.3傳動軸最小軸徑的初定</p><p>　　傳動軸直徑按扭轉剛度用下式計算：</p><p>　　以上進行概算后，圓整值如下表：</p><p><b>　　各軸軸徑</b></p><p>　　根據軸徑選取軸承：由于Z3040搖臂鉆床的傳動軸及主軸基本上采用花鍵軸，</p>

44、<p>　　所以有村套，故查表的各軸軸承的型號為：</p><p><b>　　軸承</b></p><p>　　5.4 計算主軸的結構參數 </p><p>　　搖臂鉆床屬孔加工機床，專用加工細長深孔的機床，由于技術決定，需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動，因切削較重而不適用于有高精度要求的機床</p><p>

45、;<b>　　所以：</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　初定:</b></p><p><b>　　主軸最大輸出轉矩：</b></p><p><b>　　切削力：</b></p&g

46、t;<p><b>　　背向力：</b></p><p><b>　　總作用力：</b></p><p>　　此力作用于頂在頂尖的工件上，主軸和尾架各承受一半，故主軸端受力為</p><p>　　在估計時，先假設初值</p><p><b>　　前支承的支反力:</b&

47、gt;</p><p>　　根據點接觸的球軸承知：</p><p>　　所以得出=331.48N/um;=213.36N/um</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　初步計算時，可假定主軸的當量外徑de（與實際主軸具有相同抗彎剛度的等值徑軸的直徑）為前、后軸頸的平均值，de=40mm,故慣性矩為

48、：</p><p>　　查線圖,計算出的與原假定不符。可根據=1.3在計算支反力和支承剛度，再求最佳跨距。這時計算出的=350.1N/um,=225.81N/um, ,,仍接近于1.2.可以看出，這是一個迭代過程，很快收斂于正確值。最佳跨距。</p><p>　　六．主要零部件的選擇 </p><p>　　6.1 擺桿式操作機構的設計</p><

49、;p><b>　?。?）幾何條件；</b></p><p><b>　?。?）不自鎖條件。</b></p><p><b>　　七．校核</b></p><p>　　7.1主軸組件剛度驗算</p><p>　　. 7.1.1主軸彎曲剛度的驗算</p>&

50、lt;p>　　Z3040搖臂鉆床彎曲剛度為 </p><p>　　、 ——主軸軸承之間的當量外徑和主軸內孔直徑。</p><p>　　那么 ，對于Z3040搖臂鉆床，要求 ，那么主軸的彎曲剛度滿足要求。</p><p>　　7.1.2主軸扭轉剛度的驗算</p><p>　　式中： ——扭矩N·cm；</p>&l

51、t;p>　　G——剪切彈性模量N/cm2 ，取 ；</p><p>　　——截面極慣性矩，實心軸 ；</p><p>　　D、L——軸的直徑和工作長度，D=45mm=4.5cm，L=329mm=32.9cm；</p><p>　　N——主軸傳遞功率，N=3KW；</p><p>　　——主軸計算轉速， =。</p>&l

52、t;p><b>　　則 </b></p><p>　　按要求，主軸扭轉角不超過 ,而 ，則滿足要求。</p><p>　　7.2 Ⅱ軸組件剛度驗算</p><p>　　7.2.1 Ⅱ軸剛度校核</p><p>　　單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻【5】中的公式計算：:</p><p>　

53、　L-----兩支承的跨距；</p><p>　　D-----軸的平均直徑；</p><p>　　X=/L；-----齒輪工作位置處距較近支承點的距離；</p><p>　　N-----軸傳遞的全功率；</p><p><b>　　校核合成撓度</b></p><p>　　-----輸入扭距齒輪撓

54、度；</p><p>　　-------輸出扭距齒輪撓度</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　---被演算軸與前后軸連心線夾角；=144°</p><p>　　嚙合角=20°，齒面摩擦角=5.72°。</p><p>　　代入數據計算得：=0.

55、025；=0.082；=0.130；</p><p>　　=0.206；=0.098；=0.045。</p><p>　　合成撓度 =0.248</p><p>　　查文獻6，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000*L</p><p><b>　　即=0.268。</b></p><p>　　因合成撓

56、度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。</p><p>　　7.2.2 П軸扭轉角的校核</p><p>　　傳動軸在支承點A，B處的傾角可按下式近似計算：</p><p>　　將上式計算的結果代入得：</p><p>　　由文獻6，查得支承處的=0.001</p><p>　　因〈0.001，故軸的轉角也滿足要求。&l

57、t;/p><p><b>　　7.3軸承壽命校核</b></p><p>　　由П軸最小軸徑可取軸承為6208深溝球軸承,ε=3；P=XFr+YFa</p><p><b>　　X=1，Y=0。</b></p><p><b>　　對Ⅱ軸受力分析</b></p>&l

58、t;p>　　得：前支承的徑向力Fr=2238.38N。</p><p>　　由軸承壽命的計算公式：預期的使用壽命 [L10h]=15000h</p><p>　　L10h=×=×=97872.6h≥[L10h]=15000h</p><p><b>　　軸承壽命滿足要求。</b></p><p>

59、;<b>　　八．結論與致謝</b></p><p>　　兩周的課程設計結束了，經過這次課程設計，使我對金屬切削機床這門課當中許多原理公式有了進一步的了解，并且對設計工作有了更深入的認識。懂得了理論和實踐同等重要。理論能指導實踐，使你能事半功倍，實踐能上升成為理論，為以后的設計打下基礎從校門走出后,一定要重視實踐經驗的積累,要多學多問。把學校學習的專業(yè)知識綜合的應用起來，這非常重要。體會到把

60、技術搞好就必須安心的學習，虛心向別人請教，耐心的對待每一個問題，不放過任何一個自己遇到的問題，要善于發(fā)現問題。在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。</p><p>　　課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應

61、用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎．</p><p>　　在此感謝我們的房曉東、趙慶志老師.，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次機械系

62、統(tǒng)設計的每個圖，都離不開老師您的細心指導。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設計。</p><p>　　同時感謝對我?guī)椭^的同學們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學的友誼。 </p><p>　　由于本人的設計能力有限，在設計過程中難免出現錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。</p><p&g

63、t;<b>　　九．參考文獻</b></p><p>　　1.機械系統(tǒng)設計課程設計指導書，機械制造及其自動化系主編</p><p>　　2.機床設計圖冊，上海工學院等主編，1979.6</p><p>　　3金屬切削機床設計簡明手冊，范云漲主編</p><p>　　4.金屬切削機床設計指導，翁世修主編</p>

64、<p>　　5.實用機床設計手冊，李洪主編</p><p>　　6.機械工程自動化簡明設計手冊，葉偉昌主編</p><p>　　7.切削用量手冊，艾興等編</p><p>　　8《金屬切削機床概論》教材，第二版，吉林大學 賈亞洲主編 2010.9</p><p>　　9.《金屬切削機床設計》教材</p><p

65、>　　10.《機械設計》教材，徐錦康主編，2004.4</p><p>　　11.《機械系統(tǒng)設計》教材，哈爾濱工業(yè)大學 侯珍秀主編 2003.4</p><p>　　12.《金屬切削原理與刀具》教材，上海理工大學陸劍中、孫家寧主編 2005.1</p><p>　　13.同類型機床說明書、圖紙樣本等有關資料</p><p>　　14.《