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1、机械设计课程设计计算说明书 设计题目 简易专用半自动三轴钻床传动装置设计（升降台）学院 班设计者 指导老师 2010年5月28日航空航天大学目录1.设计任务书11.1设计要求11.2原始技术数据12.总体方案设计12.1传动方案设计12.2 执行机构设计22.3原动机选择及动力参数计算33.传动零件计算43.1设计高速级蜗杆43.1.1选择传动类型、精度等级及材料43.1.2确定蜗杆、蜗轮齿数43.1.3确定蜗轮许用接触应力43.1.4接触强度设计43.1.5主要几何尺寸计算53.1.6计算蜗轮的圆周速度和传动效率53.1.7校核接触强度53.1.8齿轮弯曲强度校核53.1.9蜗杆轴刚度验算6
2、3.1.10蜗杆传动热平衡计算63.2设计低速级蜗杆63.2.1选择传动类型、精度等级及材料73.2.2确定蜗杆、蜗轮齿数73.2.3确定蜗轮许用接触应力73.2.4接触强度设计73.2.5主要几何尺寸计算73.2.6 计算蜗轮的圆周速度和传动效率73.2.7校核接触强度83.2.8齿轮弯曲强度校核83.2.9蜗杆轴刚度验算83.2.10蜗杆传动热平衡计算94.轴设计及轴承、键的选择及校核104.1高速轴设计及校核104.1.1选择材料和热处理104.1.2按扭转强度估算轴径104.1.3初步设计轴结构104.1.4轴受力及弯扭合成校核104.2高速轴轴承选择及校核114.3高速轴上键选择及校
3、核124.4中间轴设计及校核124.4.1选择材料和热处理124.4.2按扭转强度估算轴径124.4.3初步设计轴结构124.4.4轴受力及弯扭合成校核124.5中间轴轴承选择及校核144.6中间轴上键选择及校核144.7低速轴设计及校核154.7.1选择材料和热处理154.7.2按扭转强度估算轴径154.7.3初步设计轴结构154.7.4轴受力及弯扭合成校核154.8低速轴轴承选择及校核164.9低速轴上键选择及校核175减速器箱体、附件设计及润滑、密封185.1减速器箱体及附件设计185.2减速器润滑及密封18参考资料181. 设计任务书1.1设计要求（1）三个钻头以相同速度切削工件，安装
4、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。工件如图1：（2）室工作，生产量为五台。（3）动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷平稳。（4）使用期限为10年，大修期为3年，双班制工作。（5）专业机械厂制造，可加工7、8级齿轮。 图 1工件简图 1.2原始技术数据 表1 原始技术数据工作台及附件重量575kg 工作台最大速度0.15m/s切削时间7. 5s工作台切削阻力31300=3900N 2.总体方案设计 升降台运动要快速进给，慢速匀速切削，快速回程，再停歇，方便更换工件。每分钟两件，运动速度低，功率小。原动机选择同步转速为1
5、500r/min的电动机。2.1传动方案设计电机满载转速1390r/min。总传动比传动比很大，可以采用蜗杆传动，一级不够，采用两级。也可以考虑采用多级齿轮传动。两种方案机构运动简图如图2、3：图2 蜗杆传动简图图3 齿轮运动简图方案比较与选择：A. 二级蜗杆传动结构紧凑，但传动效率不高，发热较多，箱体结构较复杂。B. 四级齿轮传动的方案传动效率高，寿命长，传动功率大。但结构很不紧凑。考虑到升降台功率小，移动慢，采用二级蜗杆传动结构紧凑，比较合适。2.2 执行机构设计升降台的运动比较复杂，执行机构最基本的要把回转运动转化为所需要的直线运动以及具有急回特性，偏置曲柄滑块机构能实现，凸轮机构也行。
6、两种方案机构运动简图4、5： 图4 曲柄滑块机构 图5 凸轮机构方案比较：图3曲柄滑块机构机构紧凑，重量轻，传力好。但运动特性不好，只能实现瞬间停歇，不方便更换零件。图4凸轮机构容易实现理想运动，但考虑到升降台行程设计为70mm，凸轮的尺寸较大。综合考虑，采用凸轮机构，能达到理想的运动，虽然凸轮不适合较大行程和低速重载，但升降台运转慢，功率小，负载也不大，选用凸轮是合适的。2.3原动机选择及动力参数计算工作机所需功率Pw=FV。切削时，受力最大，Fmax=5759.8+3900=9535N。切削速度切削功率回程时速度最大总传动效率 为联轴器效率0.99，为轴承效率0.99（三对），为单级蜗杆传
7、动效率0.8，为滚子效率0.99。电机功率选取Y8014电机，额定功率0.55kw，满载转速1390r/min。总传动比 二级蜗杆传动，取高速级传动比，低速级。运动和动力参数计算：电机轴：P出=Pd=0.194kwT出高速轴（1）：中间轴（2）： 低速轴（3）：表2 各轴运动和动力参数轴名功率P/kw转矩T/Nm转速n/(r/min)传动比i效率输入输出输入输出电机轴0.1941.33139010.991轴0.1920.1901.321.311390220.792轴0.1520.15023.022.863.2320.793轴0.1200.119581.7575.91.973.传动零件计算机械设
8、计要求使用期限为10年，大修期为三年，双班制工作，假设机器每天连续运转10h，一年工作300天。3.1设计高速级蜗杆3.1.1选择传动类型、精度等级及材料选用ZA型蜗杆，精度等级为8级。蜗杆45钢淬火，表面硬度HRC=4550。蜗轮轮缘材料采用ZCuSn10P1,砂模铸造。3.1.2确定蜗杆、蜗轮齿数传动比为，参考1表284，取，。3.1.3确定蜗轮许用接触应力蜗轮材料为锡青铜，由1表2810查得，。参考1图288，初估滑动速度，浸油润滑。由1图2810查得，滑动速度影响系数。蜗轮应力循环次数由1图2811查得，则3.1.4接触强度设计载荷系数K=1.1，由1式（2810）得查1表283，选用
9、。m=2.5mm，d1=28mm，q=11.2。3.1.5主要几何尺寸计算蜗轮分度圆直径。蜗杆导程角蜗轮齿宽。取。传动中心距。3.1.6计算蜗轮的圆周速度和传动效率蜗轮圆周速度为齿面相对滑动速度为由1表287查得，由1式（285）得高速级蜗杆啮合效率 搅油效率，由1式（284）得高速级蜗杆传动效率 与估值相等。3.1.7校核接触强度由1表2812查得弹性系数为。由1表2813查得使用系数。由于，取动载荷系数，载荷分布系数为。由1式（2811）得，合格。3.1.8齿轮弯曲强度校核由1表2810查得。由1图2811查得弯曲强度寿命系数。故 蜗轮当量齿数为 蜗轮无变位，查1图2720和图2721得，
10、所以 导程角系数 其他参数与接触疲劳强度计算相同，则由1式（2813）得，合格。3.1.9蜗杆轴刚度验算蜗杆所受圆周力 蜗杆所受径向力 蜗杆两支撑间距离蜗杆危险截面惯性矩 许用最大变形为由1式（2814）得蜗杆变形为，合格。3.1.10蜗杆传动热平衡计算导热率k取为（中等通风环境），工作环境温度取为。传动装置散热面积 由1式（2815）得合格。3.2设计低速级蜗杆3.2.1选择传动类型、精度等级及材料选用ZA型蜗杆，精度等级为8级。蜗杆45钢淬火，表面硬度HRC=4550。蜗轮轮缘材料采用ZCuSn10P1,砂模铸造。3.2.2确定蜗杆、蜗轮齿数传动比为，参考1表284，取，。3.2.3确定蜗
11、轮许用接触应力蜗轮材料为锡青铜，由1表2810查得，。参考1图288，初估滑动速度，浸油润滑。由1图2810查得，滑动速度影响系数。蜗轮应力循环次数由1图2811查得，则3.2.4接触强度设计载荷系数K=1.1，由1式（2810）得查1表283，选用。m=4mm，d3=40mm，q=10。3.2.5主要几何尺寸计算蜗轮分度圆直径。蜗杆导程角蜗轮齿宽。取。传动中心距。3.2.6 计算蜗轮的圆周速度和传动效率蜗轮圆周速度为齿面相对滑动速度为由1表287查得，由1式（285）得低速级蜗杆啮合效率 搅油效率，由1式（284）得低速级蜗杆传动效率 与估值差别较大。3.2.7校核接触强度蜗轮转矩由1表28
12、12查得弹性系数为。由1表2813查得使用系数。由于，取动载荷系数，载荷分布系数为。由1式（2811）得，合格。3.2.8齿轮弯曲强度校核由1表2810查得。由1图2811查得弯曲强度寿命系数。故 蜗轮当量齿数为 蜗轮无变位，查1图2720和图2721得，所以 导程角系数 其他参数与接触疲劳强度计算相同，则由1式（2813）得，合格。3.2.9蜗杆轴刚度验算蜗杆所受圆周力 蜗杆所受径向力 蜗杆两支撑间距离蜗杆危险截面惯性矩 许用最大变形为由1式（2814）得蜗杆变形为，合格。3.2.10蜗杆传动热平衡计算导热率k取为（中等通风环境），工作环境温度取为。传动装置散热面积 由1式（2815）得，合格。结论：表3 蜗轮蜗杆设计基本参数（长度单位mm）级别z杆z轮qmb轮ad杆d轮高速级24411.22.5206928110低速级26410432148540256由于低速级传动效率估计过高，导致表2的动力参数不准，实际传递的功率要小，但考虑到最初设计是按最大功率设计，传递的功率稍小也能超过升降台平均功率，能够满足要求，仅修正第三轴数据。在此把修正的动力参数表列出：表4 最终各轴运动和动力参数轴名功率P/kw转矩T/Nm转速n/(r/min)传动比i效率输入输出输入输出电机轴0.1941.33139010.991轴0
