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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文 題 目： 立式銑床主軸變速系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院： 興湘學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 2010963127 姓 名： 王 寧 指導(dǎo)教師： 馮 建 軍 完成日期： 2014年5月 25日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目： 立式銑床主軸變速系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)號： 2010963127 姓名：王寧 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 馮建軍 系主任： 劉柏希 一、主要內(nèi)容及基本 設(shè)計內(nèi)容： 1、主軸變速系統(tǒng)設(shè)計；2、主軸變速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計；3、主軸變速系統(tǒng)中傳動零件的設(shè)計計算。能熟練使用autoCAD軟件；能進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；運用材料力學(xué)知識進(jìn)行機械零件的強度計算。 基本要求：預(yù)期提交的材料清單:1、設(shè)計計算說明書一份；2、設(shè)計圖紙一套（包括零件圖和裝配圖）。 銑床主要參數(shù) 主軸端面至工作臺距離(mm) 30~350 主軸中心線到床身垂直導(dǎo)軌的距離（mm） 215~470 主軸孔錐度 7： 24 主軸孔徑（mm） 29 主軸轉(zhuǎn)速（r. p. m）18級 30~1500 主軸軸向移動距離(mm) 85 主電機功率(kw)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/min） 7.5/1450 二、重點研究的問題 主軸變速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及傳動零件的設(shè)計計算。 三、進(jìn)度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 資料收集 畢業(yè)設(shè)計開題 1~2周 2 方案確定 3~4周 3 設(shè)計計算 5~6周 4 畢業(yè)設(shè)計中期檢查 7周 5 三維建模及裝配 8~13周 6 翻譯及論文設(shè)計計算 14周 7 畢業(yè)答辯 15周 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) [1]濮良貴.紀(jì)名剛.機械設(shè)計[M].8版.北京：高等教育出版社，2008. [2] 吳宗澤.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].3版.北京：高等教育出版社，2007. [3] 黃冰.銑工銑工工藝學(xué)[M].4版.北京：機械工業(yè)出版社，2003. [4] 現(xiàn)代機床設(shè)計手冊.現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006. [5] 孫桓、陳作模、葛文杰編.《機械原理》[M].北京：高等教育出版社，2006.5 [6] 朱孝錄主編.《機械傳動設(shè)計手冊》[M].北京：電子工業(yè)出版社2007.7 [7] 成大先主編.《機械設(shè)計手冊》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社2004.1 [8] 李云主編.《機械制造及設(shè)備指導(dǎo)手冊》[M].北京：機械工業(yè)出版社,1997.8 [9] 詹立新，基于單片機萬能銑床自動滾齒系統(tǒng)設(shè)計[J].機電電器期刊2008,3(45):45,48. [10] 胡占齊，崔云起，李玉昆. 基于通用五坐標(biāo)數(shù)控銑床的球形滾刀鏟齒加工[J].哈爾濱功臣大學(xué)學(xué)報，2009，9(30):1047,1050. [11] 趙潔，侯永亮. X62W銑床數(shù)控化改造———步進(jìn)電動機的選擇[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，3(23):184,185. [12] 陳學(xué)東，王華. 大型數(shù)控龍門鏜銑床精度熱穩(wěn)定性控制探析[J].裝備制造技術(shù)期刊，2011，8(160):160,168. [13] 李愛民，毛杰，楊安.V600數(shù)控銑床熱變形誤差分析及補償探究[J].中國科技信息期刊，2013，9(54): 111,119. 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表 學(xué)號 2010963127姓名 王寧 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 立式銑床主軸變速系統(tǒng)設(shè)計 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量是否適當(dāng)； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。 論文 （設(shè)計）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 該生畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容符合機械設(shè)計制造及其自動化培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的，難度適中；該生靈活性較強，能夠很好的綜合運用知識，具備研究和創(chuàng)新的能力，對于計算機了解較透；畢業(yè)設(shè)計圖紙圖表清晰、完整。 評閱人： 年 月 日 VIII 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見 學(xué)號： 2010963127 姓名：王寧 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 58 頁 圖 表 8 張 論文（設(shè)計）題目： 立式銑床主軸變速系統(tǒng)設(shè)計 內(nèi)容提要： 本畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容是完成一個18級主軸變速系統(tǒng)的設(shè)計，這種變速箱廣 用于各種機械的主傳動系統(tǒng)，從而達(dá)到提供多種輸出轉(zhuǎn)速而達(dá)到目的，此設(shè)計完成后預(yù) 計達(dá)到普通機床的加工與精度要求。 此設(shè)計有以下幾個方面的特點：1.綜合性大，設(shè)計面廣2.對于整體分析設(shè)計，要求 較高3.工作量較大。 本次設(shè)計的主要收獲： 1.由于本設(shè)計綜合性較強，設(shè)計面廣，需要用到大學(xué)四年所學(xué)的基礎(chǔ)知識，完成本 次設(shè)計相當(dāng)于對所學(xué)知識的回顧，增加了解； 2.通過完成本次設(shè)計，提高了自己運用知識分析問題和解決問題的能力； 3.設(shè)計過程中難免會出現(xiàn)這樣或那樣的問題，于是在發(fā)現(xiàn)和改正問題的同時，不斷 充實自己，提高自己。尤其是對于本次設(shè)計中的齒輪設(shè)計計算，需要查閱大量的圖標(biāo)， 且計算過程比較繁瑣，設(shè)計知識較多。因此，在本次設(shè)計更加增進(jìn)了我對機械行業(yè)養(yǎng)成 嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)的重要性，端正了對待學(xué)問的態(tài)度，擴展了自己的知識面。 指導(dǎo)教師評語 該生畢業(yè)設(shè)計選題基本符合機械專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，能夠達(dá)到畢業(yè)生訓(xùn)練要求。題目具有一定難度，設(shè)計工作量非常大。該生能夠搜集資料并綜合運用所學(xué)知識，具有歸納總結(jié)的能力，設(shè)計過程中能夠綜合運用各種資料和所學(xué)知識進(jìn)行工程設(shè)計。設(shè)計計算說明書文字簡單明了、思路清晰、圖表規(guī)范，圖表規(guī)范，設(shè)計計算和圖紙基本正確，該生具備有獨立從事工程設(shè)計的能力。 同意其參加答辯，建議成績評定為： 。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績評定為： 。 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績評定為： 。 答辯委員會主任： 年 月 日 目錄 摘要……......……………………...……………………………………...1 Abstract……………………………………………………………..…….. 2 第一章 緒論……...………………………………………………….......3 第一節(jié) 銑床的研究.………………………………...………………..3 第二節(jié) 設(shè)計概述……...……………………………………………..6 第二章 方案的設(shè)計……...……………………………………………...7 第三章 齒輪的設(shè)計……...…………………………………………… 10 第一節(jié) 初選各齒輪齒數(shù)……...…………………………………….10 第二節(jié) 齒輪的設(shè)計計算……...…………………………………….11 本章附錄……...……………………………………………………..24 第四章 各軸的設(shè)計計算……...……………………………………….25 第一節(jié) 初步確定各軸的最小直徑……...………………………….25 第二節(jié) 各軸的強度校核……...…………………………………….26 第五章 軸承的壽命計算……...……………………………………….32 第六章 操縱機構(gòu)的設(shè)計……...………...……………………………..36 致謝……...………...……………………………. ……………………. 40 參考文獻(xiàn)……...………………………………………………………...41 文獻(xiàn)翻譯……...………………………………………………………...42 英文文獻(xiàn)……...………………………………………………………...51 立式銑床主軸變速系統(tǒng)設(shè)計 摘要 立式銑床主軸變速系統(tǒng)是一種將一個轉(zhuǎn)速輸入，經(jīng)過變速輸出多個轉(zhuǎn)速來滿足需要不同轉(zhuǎn)速的要求。這種系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種機床的主傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)之中。C箱體傳動系統(tǒng)設(shè)計包含機械原理，機械設(shè)計，機械制造基礎(chǔ)，材料力學(xué)等課程的內(nèi)容。本次設(shè)計任務(wù)主要是完成主軸變速箱的設(shè)計，包括齒輪設(shè)計計算、軸的設(shè)計計算和軸承的壽命校核及箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本次設(shè)計的C箱體傳動系統(tǒng)是用于立式銑床主傳動系統(tǒng)中。 關(guān)鍵詞 立式銑床 變速輸出 立式銑床 Vertical milling machine spindle speed change system design Abstract Vertical milling machine spindle speed change system is a kind of put a speed input, after multiple variable output rotational speed to meet the need different speed of institutions. The agency is widely used in all kinds of machine tool main drive system and feed system. C casing drive system design including mechanical principle, mechanical design, mechanical manufacturing base, mechanics of materials and so on course content. The design task is mainly to complete the design of the spindle gearboxes, including design calculation, the design calculation of shaft gear and bearing life test and enclosure structure design. The design of C casing drive system is used for vertical milling machine in the main drive system. Keyword Vertical milling machine variable speed output Vertical milling machine 第一章 緒 論 第一節(jié) 銑床的研究 機械工業(yè)為經(jīng)濟發(fā)展提供技術(shù)裝備并且?guī)咏?jīng)濟持續(xù)快速增長，而機床是機械工業(yè)一個核心地位，是提供制造場所和技術(shù)的加工機器。機床總數(shù)、質(zhì)量等是衡量某個國家工業(yè)發(fā)展程度標(biāo)志。目前機械加工中，其中金屬切削是機床最重要的一個用途。機床先進(jìn)性直接影響整個機械制造業(yè)發(fā)展程度。銑床具有效率高、精度高等特點, 是機床中最主要的代表,其中精密銑床、數(shù)控銑床特別是國防、航空、汽車、拖拉機、造船、機床和工具制造等部門占機床總擁有量的1 / 1 0 以上。 銑床從結(jié)構(gòu)分為工作臺不升降銑床、龍門銑床、升降臺銑床。從功能自動化程度等方面又可分為普通銑床、數(shù)控銑床(包括加工中心) 。 銑床的研究歷來被各界專業(yè)人士所困擾，如銑床滾齒設(shè)計，五坐標(biāo)數(shù)控銑床球形滾刀，銑床精度熱穩(wěn)定性探析及其熱變形誤差分析鏟齒加工，銑床數(shù)控化改造及補償探究等等。銑床圓柱齒輪滾齒加工主要是在滾齒機上加工。因此成形銑刀旋轉(zhuǎn)是通過銑床主軸帶動,齒輪齒槽的加工是通過分度頭支撐尾座帶動工件沿齒輪的齒槽方向移動實現(xiàn)。因此分度誤差較大加上成形法齒輪加工中存在較大的原理性誤差, 所以銑床加工是精度較差。因此有必要對銑床在某個方面進(jìn)行改裝。萬能銑床自動滾齒系統(tǒng)的研制成功改變了某個缺點。以單片機作為核心控制單元,其轉(zhuǎn)速信號采用光電編碼器采集齒輪毛坯和滾刀,其轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電機驅(qū)動工件與刀具定比例, 展成法齒輪加工從而實現(xiàn)了齒輪加工精度低和加工效率低的問題。然而為了解決在銑削過程中一些幾何形狀復(fù)雜, 制造困難的物體. 從而想到球形滾刀制造的關(guān)鍵技術(shù)——鏟齒工藝, 而通用五坐標(biāo)數(shù)控銑床正適合這一方法. 根據(jù)被加工齒輪和滾刀的嚙合關(guān)系,建立了鏟齒球形滾刀齒側(cè)面的數(shù)學(xué)模型,它的工作原理是基于連續(xù)分度的展成原理, 因此加工效率和精度高于盤形銑刀仿形法加工內(nèi)齒輪.而它的關(guān)鍵工序是鏟齒, 一般在專用的鏟齒機床上進(jìn)行.作者提出了在球形滾刀鏟齒工藝通過用五坐標(biāo)數(shù)控實現(xiàn), 給出了程序的數(shù)學(xué)模型和后處理方法,推動球形滾刀加工內(nèi)齒輪這一齒輪技術(shù)的廣泛應(yīng)用。 機床主要的動力源來自于電機，其中一個關(guān)鍵是選用步進(jìn)電機，利用它可以組成一個簡單的全數(shù)字化伺服系統(tǒng)，它的優(yōu)點是不需要反饋信號所以在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)獲得了。開環(huán)伺服系統(tǒng)中執(zhí)行元件是步進(jìn)電機將進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換為具有一定方向、大小和速度的機械轉(zhuǎn)角位移， 帶動工作臺移動。由于該系統(tǒng)沒有反饋檢測環(huán)節(jié)， 因此它的精度主要由步進(jìn)電機來決定，其速度或多或少對步進(jìn)機性能有一點影響，對步進(jìn)電機選擇，應(yīng)使機械系統(tǒng)和步距角α匹配，機床使用時所要求的脈沖當(dāng)量所需的量就會得到適宜，其最高連續(xù)運行頻率能夠滿足機床移動的需求。選擇步進(jìn)電機不僅它能滿足我們所需要的設(shè)計要求而且在某個方面我們還能降低機床的成本。通過分析發(fā)現(xiàn)后機床投入使用生產(chǎn)效率翻了一番加工質(zhì)量顯著提高，以往令人頭疼的技術(shù)問題也沒了。因為將異步電動機改為步進(jìn)電動機使機床的穩(wěn)定性、精度有很大提高改善了工作環(huán)境, 消除了粉塵和噪聲污染。對于一些難加工的型面復(fù)雜的零件，也能使其達(dá)到理想條件。 機床技術(shù)的發(fā)展和提高，加工效率也要同步發(fā)展，要求機床主軸旋轉(zhuǎn)速度提高的同時，快移速度相應(yīng)提高。各座標(biāo)軸的進(jìn)給速度也需要提高這就造成機床各部分發(fā)熱不均衡而且散熱也不太相近，這就使機床熱穩(wěn)定性，造成機床穩(wěn)定性加工的好壞因素。所以在使用機床時要考慮環(huán)境溫度的變化，而且可以采取適當(dāng)?shù)奶綔y儀對機床進(jìn)行控制，這樣避免因機床某個零部件從而影響機床的性能，最終對機床的熱穩(wěn)定性的熱源分析的直接目的是相對工件的位置時落下的刀具加工及刀具移動或工件一致性。通過探究我們可以知道機床發(fā)熱主要是機床運動部件運動發(fā)熱、氣溫、切削。另外機床安置的廠房布置對機床精度影響也有影響特別是南方廠房，因此盡量在通風(fēng)多光線足的地方。機床部件發(fā)熱的影響主要是座標(biāo)軸運動發(fā)熱和主傳動發(fā)熱。主傳動安裝在滑枕上主軸在滑枕下端，滑枕相對而言是直徑大的桿類，熱變形特性復(fù)雜這與導(dǎo)軌布置方式、滑枕截面形狀有很大關(guān)系。此類機床主傳動動力傳入方式主要是從端面?zhèn)魅牖蛘哒鎮(zhèn)魅?，正面?zhèn)魅?，其?yōu)點傳動剛性較好傳動鏈短，其導(dǎo)軌釆用半包容結(jié)構(gòu)，滑枕尺寸大，增強了滑枕的剛性，其缺點是熱量在滑枕正面大量聚集，導(dǎo)致滑枕反面和正面熱量不同使滑枕變形系數(shù)大。端面?zhèn)魅胗捎趥鲃觿傂圆?，滑枕尺寸相對較小，導(dǎo)軌釆用全包容結(jié)構(gòu)，傳動鏈過長，滑枕的結(jié)構(gòu)剛性稍弱，但在滑枕端面獲得了大量的熱量，以致滑枕正反面溫度相差不大滑枕變形小。進(jìn)給傳動熱源主要提供座標(biāo)軸，如進(jìn)給電機發(fā)熱或齒輪齒條傳動發(fā)熱和滾珠絲杠傳動發(fā)熱傳導(dǎo)到傳動部件，結(jié)果導(dǎo)致機床精度變差。所以機床布置間隔距離應(yīng)大，不要對著陽光直射廠房建造時盡可能高，通風(fēng)好以便空氣流動這樣機床的溫度才會均衡。對主軸部件發(fā)熱及主傳動的控制方法通常采用在加工前進(jìn)行預(yù)熱通?；砗椭鬏S熱穩(wěn)定系數(shù)已相對穩(wěn)定再進(jìn)行加工作業(yè)時可避免加工精度造成的影響?；蚴遣捎孟嗤瑴囟葯C油對主軸和傳動系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。伺服電機發(fā)熱一般用隔熱墊使熱源和電機隔離，還可以在機床和電機相連部位用冷卻方式控制。滾珠絲杠傳動發(fā)熱可以采用中空絲杠從中通入循環(huán)冷卻油，將絲杠溫度降低，保證進(jìn)給軸驅(qū)動剛性好，使機床精度大幅提高。或者采用大直徑滾珠絲杠，熱容量增加，溫升減少便達(dá)到目的。數(shù)控銑床高效率、柔性化、高精度的迅速發(fā)展，因此數(shù)控銑床加工精度、可靠度、精度穩(wěn)定性的要求更高，如何減少機床動態(tài)、靜態(tài)的熱變形誤差一直是個難題。因加工過程中的絲杠、導(dǎo)軌床身、滾珠等誤差是影響幾何精度，因此補償方法和熱變形誤差分析的研究，有助于改善加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。其原因在實際生產(chǎn)中是不能提供有效地環(huán)境如恒溫、無塵、恒濕等，這樣加工出來的產(chǎn)品誤差較大。歸咎其主要原由有被工裝、加工件、機床工作臺聯(lián)接件的結(jié)合面、夾具等不同運轉(zhuǎn)時在內(nèi)、外熱源的作用發(fā)生了不同程度的變形。熱源隨著零部件不同成非線性變化。以及機床外面所處位置不同而使散熱條件有差異。數(shù)控銑床通常配備有變頻器、接觸器、大功率的變壓器等電器元件通常置于位于床身背后，一般機床長時間工作產(chǎn)生的熱量被人忽視以致產(chǎn)生的熱變形使加工零件造成誤差偏差大，使產(chǎn)品質(zhì)量不合格。數(shù)控銑床發(fā)熱源出了這些還有液壓系統(tǒng)的發(fā)熱、動力源的能量損耗這些熱量一般不定隨輸出功率的大小而不斷變化屬非恒定熱源。運動副產(chǎn)生的摩擦熱要是指轉(zhuǎn)動副、螺旋副和移動副。移動副產(chǎn)生的磨擦較少,運動時速度很低,轉(zhuǎn)動副及其密封相對而言產(chǎn)生的熱也相對少，這樣旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)軸配合的箱體產(chǎn)生非線性的溫度場，以致旋轉(zhuǎn)軸傾斜和偏移。滾珠絲杠對于每節(jié)來說產(chǎn)生的熱源很少但是整個累積起來的熱誤差卻不可估量的。在數(shù)控銑床上加工熱零件時，通常粗、精加工幾乎在同一臺機床進(jìn)行，粗加工時所產(chǎn)生的切削熱很大。怯薛時將機床產(chǎn)生的機械能通過切削轉(zhuǎn)化金屬材料變形所用的熱能。而傳輸?shù)臒崃糠峙浒凑账庸r條件而定。一般情況下在不加冷卻液切削時傳給工件的熱量按估計不到三分之一，大量熱源被切屑帶走，其中切屑飛落散布在機床和工作臺中，顯然這樣對機床的熱變形造成的影響很明顯了，機床一般通過太陽照射這樣機床光照時正面和反面出現(xiàn)的溫度差就會很明顯，進(jìn)而引起機床熱變形產(chǎn)生導(dǎo)致周期性的變幅加工誤差。設(shè)備會隨著環(huán)境溫度、晝夜溫差和氣溫變化而變化?？諝饬鲃雍涂諝獾睦錈峤粨Q使被加工件和機床的溫度發(fā)生明顯變化，這樣影響是被加工件的尺寸精度、位置精度和機床的精度。而那些加工面多、定位面、加工周期長的工件，晝夜溫差相差很大所以得考慮可能會引起表面粗糙度誤差和幾何精度誤差。用統(tǒng)計數(shù)據(jù)方法通過分析可以補償熱變形誤差減少，并且控制熱變形誤差我們可以硬件的方法來實現(xiàn)如用加大冷卻液流量、加注潤滑油減小摩擦、較大的排風(fēng)扇。熱誤差的補償是在不同條件下工況條件下熱誤差的模型實現(xiàn)的，而這種條件的選擇主要是看模型的合理性。因此我們必須收集大量的信息和數(shù)據(jù)分析建立模型探究溫度和熱誤差。 第二節(jié) 設(shè)計概述 設(shè)計內(nèi)容： 1、主軸變速系統(tǒng)設(shè)計；2、主軸變速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計；3、主軸變速系統(tǒng)中傳動零件的設(shè)計計算。能熟練使用autoCAD軟件；能進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；運用材料力學(xué)知識進(jìn)行機械零件的強度計算。 完成本設(shè)計的主要步驟為：1、資料收集；2、畢業(yè)設(shè)計開題、方案確定；4、設(shè)計計算；5、畢業(yè)設(shè)計中期檢查；6、三維建模及裝配；7、翻譯及論文設(shè)計計算；8、畢業(yè)答辯。 第二章 方案的設(shè)計 變速箱原理： 參考X62w立式萬能升降臺銑床，選擇額定功率為7.5kw，同步轉(zhuǎn)速為1450r/min，型號為Y132M-4電動機通過彈性聯(lián)軸器與Ⅰ軸相連。通過26:54的一對齒輪帶動Ⅱ軸，使Ⅱ軸獲得一種轉(zhuǎn)速，Ⅱ軸上三聯(lián)齒輪（齒數(shù)分別為19、22、16），可以沿軸向移動，分別與Ⅱ軸上的三個齒輪嚙合，以19:36、22:33、16：39的傳動比使Ⅲ軸得到三種轉(zhuǎn)速，Ⅳ軸上也有一個可軸向滑移的三聯(lián)齒輪與Ⅲ軸上的齒輪嚙合，以28:37、18:47、39:26的傳動比將運動傳給Ⅳ軸，這時Ⅳ軸就可以得到九種轉(zhuǎn)速。Ⅳ軸的右端還有一個雙聯(lián)齒輪與主軸（Ⅴ軸）上的齒輪嚙合，其傳動比為82:38、19:71.這樣主軸就獲得十八種不同的轉(zhuǎn)速。其傳動結(jié)構(gòu)式為： 電動機—Ⅰ——Ⅱ——Ⅲ——Ⅳ——Ⅴ（主軸） 傳動系統(tǒng)圖如2-1，轉(zhuǎn)速表如2.1 方案一 方案二 方案三 圖2-1 傳動系統(tǒng)簡圖 圖2-2 臥式銑床主傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖 1.計算各軸的最低轉(zhuǎn)速 2.選定參數(shù) 確定齒輪的傳動效率為：，滾動軸承的效率 3.計算各軸的輸入功率和各軸的最大轉(zhuǎn)矩： 輸入功率： 轉(zhuǎn)矩： 第三章 齒輪的設(shè)計 第一節(jié) 初選各齒輪齒數(shù) 參考臥式萬能升降臺銑床X6132，選定各齒輪齒數(shù)如表3-1： 表3-1 齒輪齒數(shù) Ⅰ、Ⅱ軸之間 Ⅱ、Ⅲ軸之間 Ⅲ、Ⅳ軸之間 Ⅳ、Ⅴ軸之間 第1對 第2對 第3對 第4對 第5對 第6對 第7對 第8對 第9對 注：如無其它標(biāo)注，本章計算公式及計算參數(shù)均來自濮良貴、紀(jì)名剛主編的《機械設(shè)計》第八版，高等教育出版社，2010。 第二節(jié) 齒輪的設(shè)計計算 一、第一對齒輪的設(shè)計計算 1. 選定齒輪類型，精度等級，材料。 1） 直齒圓柱齒輪； 2） 臥式銑床為一般工作機器，速度不高，故選7級精度（GB10095—88）； 3） 材料選擇，由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr，調(diào)制處理，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼，調(diào)制處理，硬度為250HBS，二者材料硬度差為30HBS。 2. 按齒面接觸強度設(shè)計。 由設(shè)計計算公式（10-9a）進(jìn)行計算，即 (1) 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 1) 由試10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，預(yù)設(shè)齒輪工作壽命15年（設(shè)每年工作300天），兩班制。 h /u=6.264/(54/26)=3.016h 2) 由圖10—19取接觸疲勞壽命系數(shù) 。 3) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為1﹪，安全系數(shù)S=1，由式(10—12)得 4) 試選載荷系數(shù) 5) 由表10-7選取齒寬系數(shù)=1.0。 6) 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 7) 由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度；大齒輪的接觸疲勞強度極限。 （2）計算 1）試計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小值 2）計算圓周速度 v= 3)計算齒寬b。 b=?=1×52.739=52.739mm 4)計算齒寬與齒高之比 齒高 h=2.252.25×2.028=4.56mm 模數(shù) 5)計算載荷系數(shù) 據(jù)v=4.31m/s，7級精度，查圖10-8查得動載荷系數(shù)； 查表10-2得使用系數(shù)； 查表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支撐費對稱布置時 由，查圖10-13得；故載荷系數(shù) 6)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）得 7) 計算模數(shù)m 3. 按齒根彎曲強度校核 由式（10-5）彎曲強度設(shè)計公式為 （1）確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 1）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)0.85;0.88; 2）由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限500MPa;大齒輪的彎曲強度極限380MPa； 3) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得 4) 計算載荷系數(shù)K。 1×1.13×1×1.35=1.526 5）查取應(yīng)力校正系數(shù) 查表10-5得 6) 查取齒形系數(shù) 查表10-5得 7)計算大小齒輪的并比較 得小齒輪的數(shù)值大 （2）計算 mm 圓整模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值m=2，而 符合要求，齒輪既滿足了齒面接觸疲勞強度同時也滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 4. 計算齒輪幾何尺寸 分度圓直徑 mm 中心距 a= 齒輪寬度 b= b=?=52mm 取 二、第二對齒輪的設(shè)計 1.選定齒輪類型，精度等級，材料。 1）選用直齒圓柱齒輪； 2）立式銑床為一般工作機器，選用7級精度（GB10095—88）； 3）材料選擇：由表10-1選擇小齒輪材料40Cr，大齒輪45鋼，調(diào)制—表面淬火，硬度48～55HRC 2.按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 由式（10-5）計算彎曲強度 （1）確定公式內(nèi)計算數(shù)值 1）由試10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) /u=3.016/(39/16)=1.2369 2）查圖10-20d得大小齒輪的彎曲疲勞強度極限620MPa 3）查圖10-18得彎曲疲勞壽命系數(shù)0.92；0.93； 4) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，式（10-12） 5）查取應(yīng)力校正系數(shù) 查表10-5得 6) 試選載荷系數(shù)K=1.3 7）由表10-7查得=0.8 查取齒形系數(shù) 由表10-5查得 8)計算大小齒輪的并加以比較。 得小齒輪的數(shù)值大。 （2）設(shè)計計算公式 2.4 為了滿足接觸強度要求，取m=2.5mm， 得 =m=616mm=40mm b= b=?=0.8*96mm=32mm 3.按齒面接觸疲勞強度校核。 1) 由式（10-8a）得 2)查表 10-6得到=189.8 3)齒數(shù)比 u=39/16=2.4375 4)189.8697.39MPa 5) 取彎曲疲勞壽命系數(shù)0.86 由圖10-21e取接觸疲勞強度極限MPa 取失效概率為1﹪，安全系數(shù)S=1，由式(10-12)得 ，所以滿足齒面接觸疲勞強度 5. 計算齒輪幾何尺寸 分度圓直徑 中心距 a= 齒輪寬度 取 6. 因為小齒輪齒數(shù)小于17，所以采用變位避免根切， 小齒輪采用正變位，大齒輪采用負(fù)變位，且 三、第二級多聯(lián)齒輪的計算 1. 多聯(lián)滑移齒輪需要滑移黏合，各齒輪的中心距都應(yīng)該相等，所以第一個多聯(lián)滑移齒輪的模數(shù)為6mm.，由表10-7取=0.6 2. 多聯(lián)齒輪設(shè)計計算： （）齒輪計算： 分度圓直徑： 齒寬： 圓整為： 3. （）齒輪計算： 分度圓直徑： 齒寬： 圓整為： 4. 多聯(lián)齒輪強度的校核：這兩對齒輪的小齒輪齒數(shù)都比16大，都能滿足齒根彎曲強度和齒面接觸強度要求。 四、第三級傳動齒輪對的設(shè)計計算 1.選定齒輪類型，精度等級，材料。 1）直齒圓柱齒輪 2）7級精度。 3）大小齒輪均用40Cr，表面淬火，硬度為48~55HRC。 2. 因為選擇為硬齒面，所以初步按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計齒輪傳動主要參數(shù)和尺寸 由式（10-5）計算彎曲疲勞強度 1）確定公式內(nèi)計算數(shù)值 （1） 查圖得彎曲疲勞極限應(yīng)力360Mpa （2） 由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) h /u=1.24/(47/18)=4.758h （3）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) （4）取安全系數(shù)S=1.4 == == （5）載荷系數(shù) （6）查表10-7得=0.2 （7）查表10-5取齒形系數(shù)，，，計算大小齒輪的，并比較其大?。? ==0.01924 ==0.01596 小齒輪數(shù)值大。 2）模數(shù) 5.65 3）算齒輪傳動尺寸 （1） 查表10-2查得 V==1.53m/s （2） 查圖10-8查得動載系數(shù) （3）齒寬b==0.25.6518=20.34mm （4）齒寬與齒高之比 （5）表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪支撐不對稱。 （6） ，圖10-13得；故載荷系數(shù) （7） m=5.67mm 圓整m=6mm 4） 計算齒輪幾何尺寸： 中心距： 分度圓直徑： 齒寬： =108*0.2mm=21.6mm 圓整為b=25mm 取 3. 按齒面接觸疲勞強度校核： 式（10-8a）得 計算式中各參數(shù) 1）K、值同上， 2）齒數(shù)比u=47/18=2.61 3）查表10-6得彈性系數(shù) 4）失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，許用接觸應(yīng)力可由式（10-12）得 = (1）查圖10-21d得接觸疲勞極限應(yīng)為 (2) 查圖10-19取疲勞壽命系數(shù)1.0 = =637.46Mpa≦=1200Mpa 滿足齒面接觸疲勞強度。 五 、第三級多聯(lián)齒輪的計算 多聯(lián)滑移齒輪需要滑移黏合，各齒輪對的中心距都相等。 1. 多聯(lián)齒輪設(shè)計計算： 的計算： 分度圓直徑： ， 中心距： a==195mm. 齒寬： b==0.2168mm=33.6mm 圓整為： （）的計算： 分度圓直徑： ， 中心距： a==195mm. 齒寬： b= =0.2156mm=31.2mm 圓整為： 2. 多聯(lián)齒輪對的校核：這兩對齒輪的小齒輪都比16大，都能滿足彎曲強度和接觸強度。 六、第四級傳動齒輪對的設(shè)計計算 1.選定齒輪類型，精度等級，材料 1）直齒圓柱齒輪； 2）7級精度； 3）大小齒輪均用40Cr，調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為48~55HRC； 2.硬齒面，初步?jīng)Q定按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計齒輪傳動主要參數(shù)和尺寸 式（10-5）得 彎曲強度設(shè)計公式 1）確定公式內(nèi)計算數(shù)值 (1) 查圖得360Mpa (2) 試（10-13）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) h /u=4.739/(71/19)=1.2682h (3)查圖10-18彎曲疲勞壽命系數(shù) (4)取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 == == (5)載荷系數(shù) (6)查表10-7得=0.4 (7)查表10-5取齒形系數(shù)，，，計算大小齒輪的，比較： ==0.0186 ==0.0164 小齒輪數(shù)值大。 2)算模數(shù) =5.756mm 3)算傳動尺寸 (1)查表10-2得使用系數(shù) V===0.628m/s (2) 查圖10-8得動載系數(shù) (3) 算齒寬b==0.45.75619=43.75mm (4) 算齒寬與齒高之比 (5) 查表10-4用插值法查，7級精度，小齒輪相對支撐不對稱布置時。 (6) ，，查圖10-13得，載荷系數(shù) (7)對修正m=5.53mm 圓整m=6mm 4) 計算齒輪幾何尺寸 中心距： 分度圓直徑： 齒寬： =114*0.4mm=45.6mm 圓整b=45mm 取 3.按齒面接觸疲勞強度校核： 式（10-8a）得 就散式中各參數(shù) 1）K、值一樣 2）計算齒數(shù)比u=71/19=3.74 3）查表10-6得彈性系數(shù) 4）失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，許用接觸應(yīng)力由式（10-12）得 = （1）查圖10-21e得接觸疲勞極限應(yīng)為： （2）查圖10-19取疲勞壽命系數(shù)1.0 = =799.44Mpa≦=11 00Mpa 滿足齒面接觸疲勞強度。 七、 第四級多聯(lián)齒輪的計算 多聯(lián)滑移齒輪需要滑移黏合，各齒輪對的中心距都相等，故對齒輪 對和有 1）多聯(lián)齒輪的設(shè)計計算： 的計算： 分度圓直徑： ， 中心距： a==360mm. 齒寬： b==0.4228mm=91.2mm 圓整為： 2）多聯(lián)齒輪對的校核：這兩對齒輪的小齒輪都比16大，都能滿足彎曲強度和接觸強度。 本 章 附 錄 附表3-1 各齒輪參數(shù)表 編號 齒數(shù) 材料 熱處理 硬度 模數(shù)(mm) 分度圓直徑(mm) 中心距(mm) 齒寬(mm) 1 26 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 280HBS 2.5 65 100 70 54 45鋼 調(diào)質(zhì)后表面淬火 240HBS 135 65 2 22 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 6 132 165 80 33 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 198 75 3 19 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 6 114 165 69 36 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 216 64 4 16 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 6 96 165 44 39 45鋼 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 234 39 5 26 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 6 156 195 53 39 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 234 48 6 28 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 6 168 195 32 37 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 222 37 7 18 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 6 108 195 27 47 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 282 22 8 38 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 4.5 171 270 74 82 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 369 69 9 19 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 6 114 270 51 71 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火 48~55HRC 426 46 第四章 各軸的設(shè)計計算 本章節(jié)中計算公式及計算參數(shù)如無特別說明則均來自濮良貴、紀(jì)名剛主編的《機械設(shè)計》[M]。北京：高等教育出版社，2008與吳宗澤編?！稒C械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第三版）》[M].北京：高等教育出版社，2007。 第一節(jié) 初步確定各軸的最小軸徑 1、 軸Ⅰ 軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，據(jù)表15-3，取=112。得： 2、 軸Ⅱ 軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，據(jù)表15-3，取=112，得： 3、 軸Ⅲ 軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，據(jù)表15-3，取=112，得： 4、 軸Ⅳ 軸材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，據(jù)表15-3，取=104，得： 5、 軸Ⅴ 軸材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，據(jù)表15-3，取=97，得： 第二節(jié) 各軸的強度校核 1、 軸Ⅰ載荷分析 ①受力分析： ②水平面受力、彎矩： N ③垂直面受力、彎矩： ④彎矩合成： ⑤扭矩： （2）彎扭合成強度條件校核軸的危險面 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常不是對稱循環(huán)變應(yīng)力?？紤]兩者循環(huán)特性的不同，引入。扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取。 ： 軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，(安全系數(shù)為4)，故安全。 2 .軸Ⅱ的計算 （1）軸上載荷 ①軸受力分析 ②水平面受力、彎矩： ③垂直面受力、彎矩： ④彎矩合成： ⑤扭矩： （2）彎扭合成強度條件校核軸的危險面C 得 軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，(安全系數(shù)為2)，安全。兩個位置的載荷比中位小，安全。 2、 軸Ⅲ的計算 （1）軸上載荷 ①軸受力分析： ②水平面受力、彎矩： ③垂直面受力、彎矩： ④彎矩合成： ⑤扭矩： （2）彎扭合成強度條件校核軸的危險面B 得 軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，(安全系數(shù)為1.6)，安全。 3.軸Ⅳ的分析同上，經(jīng)驗證也滿足強度要求。 4.軸Ⅴ的計算 （1）軸上載荷 ①軸受力分析： ②水平面受力、彎矩： ③垂直面受力、彎矩： ④彎矩合成： ⑤扭矩： （2）彎扭合成強度條件校核軸的危險面B 得 軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，(安全系數(shù)為1.6)，安全。 第五章 軸承的壽命計算 機床預(yù)定壽命 1、軸Ⅰ初選擇滾動軸承6307 由《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-1知 軸承6307的基本額定靜載荷，基本額定動載荷,軸承預(yù)期壽命為。 由表13-5知X=1，Y=0。據(jù)《機械設(shè)計》表13-6，載荷系數(shù)。 當(dāng)量動載荷 軸承壽命 所以選6307軸承可滿足要求。 2、軸Ⅱ初選滾動軸承6006 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-1知 軸承6006的基本額定靜載荷，基本額定動載荷為,軸承預(yù)期壽命為。 由《機械設(shè)計》表13-5知X=1，Y=0。據(jù)《機械設(shè)計》表13-6，取載荷系數(shù)為。 則： 當(dāng)量動載荷為 軸承壽命為 所以選6006軸承不符合壽命要求，故選軸承為滾動軸承6206，計算軸承壽命。 查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-1中知對于軸承6206基本額定靜載荷，基本額定動載荷為,軸承預(yù)期壽命為。 軸承壽命為 用6206軸承可以滿足要求。 3、軸Ⅲ初選滾動軸承6008 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-1中知 軸承6008的基本額定靜載荷，基本額定動載荷為,軸承的預(yù)期壽命。 軸Ⅲ的軸向載荷很小，由《機械設(shè)計》表13-5知X=1，Y=0?！稒C械設(shè)計》表13-6，取載荷系數(shù)。 則： 當(dāng)量動載荷為 軸承壽命為 選6008軸承不符合壽命要求，改選軸承為軸承6208，重新計算軸承壽命。 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-1知 軸承6307的基本額定靜載荷，基本額定動載荷,軸承的預(yù)期壽命為。 軸承壽命為 用軸承6307可以滿足要求。 4、軸Ⅲ右端滾動軸承6007壽命計算 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-1知 軸承6007的基本額定靜載荷，基本額定動載荷為,軸承的預(yù)期壽命。 由《機械設(shè)計》表13-5知X=1，Y=0?！稒C械設(shè)計》表13-6，取載荷系數(shù)。 則： 當(dāng)量動載荷 軸承壽命為 用6007軸承不符合壽命要求，選軸承為軸承6307，重新計算軸承壽命。 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-1中知對于軸承6307的基本額定靜載荷，基本額定動載荷,軸承的預(yù)期壽命為。 軸承壽命 所以選軸承6307可以滿足要求。 5、 軸Ⅳ左端滾動軸承6009壽命計算 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-1中知 軸承6009的基本額定靜載荷，基本額定動載荷,軸承期壽命為。 故由《機械設(shè)計》表13-5知X=1，Y=0。據(jù)《機械設(shè)計》表13-6，取載荷系數(shù)。 則： 當(dāng)量動載荷為 軸承壽命為 所以選軸承6009可以滿足要求。 6、 軸Ⅳ右端滾動軸承6009壽命計算 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-1中知 軸承6009基本額定靜載荷，基本額定動載荷為,軸承的預(yù)期壽命。 故《機械設(shè)計》表13-5知X=1，Y=0。據(jù)《機械設(shè)計》表13-6，載荷系數(shù)。 當(dāng)量動載荷為 軸承壽命為 所以選用6009軸承不符合壽命要求，故改選軸承為軸承N409E，并重新計算軸承壽命。 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-2中知 軸承N409E的基本額定靜載荷，基本額定動載荷,軸承的預(yù)期壽命為。 軸承壽命 所以選軸承N409E可以滿足要求。 7、 軸Ⅵ左端的滾動軸承7013C的壽命計算 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-6中知 軸承7013C的基本額定靜載荷，基本額定動載荷,軸承的預(yù)期壽命為。 由于，，故由《機械設(shè)計》表13-5知X=1，Y=0。據(jù)《機械設(shè)計》表13-6，取載荷系數(shù)。 則： 當(dāng)量動載荷 軸承壽命 所以選用7013C軸承不符合壽命要求，故改選軸承為軸承7313C，并重新計算軸承壽命。 查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第3版）》表6-6中知 軸承7313C的基本額定靜載荷，基本額定動載荷,軸承的預(yù)期壽命為。 軸承壽命 所以選用軸承7313C可以滿足要求。 8、 軸Ⅵ右端的滾動軸承60