1、北京航空航天大学 机械课程设计报告1机械设计课程设计说明书设计题目 简易专用半自动三轴钻床传动装置 机械工程及自动化 院(系) 380700 班设计者 指导教师 2011年 6 月 1 日北京航空航天大学 机械课程设计报告2前 言机械设计综合课程设计是针对机械设计系列课程的要求，由原机械原理课程设计和机械设计课程设计综合而成的一门设计实践课程；是继机械原理与机械设计课程后，理论与实践紧密结合，培养工科学生机械工程设计能力的课程。课程设计的目的主要体现在以下三个方面：1. 培养学生综合运用机械设计课程和其它先修课程的基础理论和基本知识，以及结合生产实践分析和解决工程实际问题的能力；使所学的理论知
2、识得以融会贯通、协调应用。2. 通过课程设计，使学生学习和掌握一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立的、全面的、科学的工程设计能力。3.在课程设计的实践中学会查找、翻阅、使用标准规范、手册、图册和相关技术资料等 ，熟悉和掌握机械设计的基本技能。通过本学期对该课程的学习，我开始了从无所知到熟练掌握机械设计的设计过程。在老师的悉心指导下，我认真的学习了机械课程设计的基础知识，仔细的开始了设计工作。经过一个学期的努力，我在完成设计任务的同时，对以前所学的相关专业知识有了更深刻的理解，也在设计过程中复习了以前所学的相关课程，对这些课程知识有了更深刻的融会贯通。现在这个课程设计任务已
3、经完成，我明显的感觉到自己的相关实践能力有很大的提高，使用电脑绘图软件也愈加熟练，在机械设计过程中也能注意到一些容易出现的小问题。由于自己能力有限，设计上的疏漏错误之处在所难免，恳请指正。在此感谢老师在这一学期里的辛勤教导，严格要求和认真指正。编者2011年 06月 01日北京航空航天大学 机械课程设计报告3目录前 言 2一、设计任务书 .51、设计题目 .52、设计背景 .5a、题目简述 5b、使用状况 6c、生产状况 .63、设计参数 .64、设计任务 .6二、传动方案拟定 .61、方案的提出 .7a、方案参考 7b、决定方案 72、凸轮设计 .7a、凸轮的工作循环 .7b、凸轮缩略图 .
4、8三、电机的选择 .91、选择电机类型 .92、选择电机容量 .9a、功率 9b、效率 9c、选择电机型号 .9四、传动系统的运动和动力参数 .101、计算总传动比 .102、分配各级传动比 .103、计算传动装置的运动和动力参数 10a、计算各轴转速 .10b、计算各轴输入功率 .11c、计算各轴输入转矩 .11五、传动零件的设计 .121、带传动的设计 .12a、 V 带 1 设计 .12b、 V 带 2 设计 .132、蜗轮蜗杆设计 .143、圆柱直齿轮的设计计算 .17北京航空航天大学 机械课程设计报告44、蜗杆轴的设计以及强度校核 205、蜗轮轴的设计以及强度校核 226、输出轴的设
5、计以及强度校核 24六、键和联轴器的选择 261、键的选择和校核 .26a、输入轴的键选择 .26b、蜗轮轴蜗轮用键的选择 .26c、蜗轮轴小齿轮用键的选择 .27d、输出轴大齿轮用键的选择 .27e、输出轴联轴器用键的选择 .282、联轴器的选择及校核 .28七、减速器机体各部分尺寸设计 .28八、润滑和密封形式的选择 291、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑 292、滚动轴承的润滑 .293、密封形式的选择 .29九、其它技术说明 .30参考文献 31北京航空航天大学 机械课程设计报告5一、设计任务书1、设计题目建议专用半自动三轴钻床传动装置设计。2、设计背景a、题目简述三个钻头一相同的切削速度 v
6、 做切削主运动，安装工件的工作台做进给运动。每个钻头的切削阻力矩为 T，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。北京航空航天大学 机械课程设计报告6（图一）简易专用半自动三轴钻床传动装置设计参考图b、使用状况室内工作，生产批量为 5 台；动力源为三相交流 380/220V；电动机单向运转，载荷较平稳；使用期限为 10 年，大修周期为 3 年，双班制工作（早、中班各 8 个小时） ；c、生产状况专业机械厂制造，可加工 7、8 级精度的齿轮、蜗轮。3、设计参数数据编号切削速度v/(m/s)孔径D/mm总切削阻力矩T/(Nm)工作台及附件重量/Kg工作台最大速度/(
7、m/s)切削时间S工作台切削阻力/N北京航空航天大学 机械课程设计报告74 0.20 9 130 600 0.15 8 13204、设计任务a、完成钻床总体传动方案的设计和论证，绘制总体设计原理方案图。b、完成钻头主要传动装置的结构设计。c、完成装配图 1 张（用 A0 图纸） ，零件图 2 张（用 A3 图纸） 。d、编写设计说明书一份。二、传动方案拟定根据设计任务书，该传动装置分为三部分，二级带轮传动，蜗杆-齿轮二级传动和工作机。1、方案的提出（图二）方案简图a、方案参考方案一：两带轮传动比采用 1:4, 1:3。方案二：两带轮传动比采用 1:3, 1:3。方案三：两带轮传动比采用 1:2
8、, 1:4。北京航空航天大学 机械课程设计报告8b、决定方案电动机初步选择转速为 1500r/min；与工作台相接触的凸轮转速为 2r/min；选择蜗杆-齿轮二级减速器，传动比为 6090；由于上部分传动机构的约束，最终选择带传动比分别为 1:3, 1:3 的方案，即（方案二） 。2、凸轮设计a、凸轮的工作循环快进 工进（快进、停顿、慢进） 停顿 快退 停止6s 3s 1s 4s 1s 7s 8s0 50 100 150 200 250 300 350 400020406080100120140Series 1（图三）凸轮工作循环图北京航空航天大学 机械课程设计报告9b、凸轮缩略图（图四）凸轮
9、三、电机的选择1、选择电机类型按工作需要选用 Y 系列三项异步卧式电动机，380v 电压。2、选择电机容量a、功率工作台所需的功率： 132060.1598wPKw北京航空航天大学 机械课程设计报告10b、效率V 带传动效率 ；齿轮传动效率效率 ；蜗杆传动效率10.9620.95；传动机构总效率：30.82213580.7所需电机功率（下部分机构）： 1.98.56wdPKw下上部分机构所需电机功率： 6.4d上所以电机功率为： 823c、选择电机型号由以上功率可选择电机型号为：Y160M-4 满载 n=1460r/min1PKw额四、传动系统的运动和动力参数1、计算总传动比 1460/min
10、732MaWnri2、分配各级传动比取 V 带传动比为 1:3、1:3；即 23,i1蜗杆-齿轮减速器传动比为 8.其中高速级蜗杆蜗轮传动比为 0i23低速级齿轮传动比为 4.6i3北京航空航天大学 机械课程设计报告113、计算传动装置的运动和动力参数a、计算各轴转速0 轴（电动机轴）： 0146/minMnr1 轴（带轮 1 轴）： 18.7/ii2 轴（蜗杆轴）： 1246./in162./in3nrri3 轴（蜗轮轴）： 23./mi8./i0i4 轴（大齿轮轴）： 3.1/in2/i46nrrib、计算各轴输入功率0 轴： 08.23dPkw总1 轴： 101.96=7.0kw总 总
11、d.515k下2 轴： 221243Pk3 轴： 33.4089w4 轴： 45.106k c、计算各轴输入转矩0 轴： 008.239555.81460PTNmn总1 轴： 11 7.9=1. 总北京航空航天大学 机械课程设计报告122 轴： 221.439508.1962PTNmn3 轴： .3.6584 轴： 1.06495074.2PTNmnd、结论将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下功率 P / kW 转矩 T /Nm轴名输入 输出 输入 输出转速 nr/min传动比 i效率 电机轴 8.233 53.85 14603 0.961 轴 7.90 1.506 155.1 486.6
12、73 0.962 轴 1.43 1.37 84.19 162.223 轴 1.13 1.12 1333.65 8.1120 0.7924 轴 1.10 1.098 5074.7 2 4.06 0.941五、传动零件的设计1、带传动的设计a、V 带 1 设计V带 1带轮：材料选用铸铁，小带轮采用实心式，大带轮采用辐板式北京航空航天大学 机械课程设计报告13步骤 设计计算依据和过程 计算结果1确定计算功率 Pc由公式 及查表取 KA = 1.2，= =9.05 =9.05Kw2选择带型 由 及 ，查表，选 A 型 V 带， 0 1=125 取型号为 A 型3确定带轮直径和带速查表选取小带轮直径小带
13、轮： 1=125大带轮：2=112（ 1） =375取 2=375带轮带速= 1601000=9.55/满足 5 m/s1201=150.776确定带的根数查表： ，0=0.17， =0.93， =10=1.93= (0+0)=4.50取：Z=5 根Z=57.确定带的初拉力 0=500（ 2.51） +2=168.50=168.5北京航空航天大学 机械课程设计报告14其中 =0.178.计算压轴力 =202=1630.48 =1630.59.计算带轮宽度B(1)8BZefm其中：e=15mm ，f=10mmB=80mmb、V 带 2 设计V带 2带轮：材料选用铸铁，小带轮采用实心式，大带轮采用
14、辐板式步骤 设计计算依据和过程 计算结果1确定计算功率 Pc由公式 及查表取 KA = 1.2，= =1.657 =1.657Kw2选择带型 由 及 ，查表，选 A 型 V 带， 0 1=90 取型号为 A 型3确定带轮直径和带速查表选取小带轮直径小带轮： 1=90大带轮：2=112（ 1） =270取 2=270带轮带速= 1601000=2.29/1=902=2704计算带传动中心距 a 和带的基准长度 Ld10.55（ 1+2） 02（ 1+2）可得： 0987a取 0=6002=20+2（ 1+2） +（ 21） 240=1778.7查表 =18003、实际中心距 a=1800=610
15、北京航空航天大学 机械课程设计报告150+2 =610.65取 a=610mm5计算小带轮包角 1 1=180218021 57.3=163.111201=163.116确定带的根数查表： ，0=0.05， =0.93， =1.020=0.42= (0+0)=3.59取：Z=4 根Z=47.确定带的初拉力 0 0=500（ 2.51） +2=148.46 其中 =0.170=148.468.计算压轴力 =202=1762.2 =1762.29.计算带轮宽度B (1)65BZefm其中： e=15mm， f=10mmB=65mm2、蜗轮蜗杆设计蜗杆采用 45 钢，调质处理，表面硬度大于 45HR
16、C，蜗轮采用 ZcuSn10P1 沙型铸造步骤 设计计算依据和过程 计算结果（1）按齿面接触强度设计齿数 由表 9.4-4取 ,1z12i12,40z载荷系数 由于载荷平稳 .K传动效率 蜗杆传动效率 8蜗轮转矩 21Ti 21347TNm蜗轮材料许用接触应力由表 28-10 20/HP滑动速度影响系数 由图 28-8初估滑动速度 ，浸油9/Svms润滑，由图 28-10可查出.86VSZ北京航空航天大学 机械课程设计报告16步骤 设计计算依据和过程 计算结果应力循环次数 260(1)LhNnt单 向 运 转 取 51.70LN寿命系数 由图 28-11查出 9Z蜗轮许用接触应力 NVSHPZ
17、26./HPm模数直径系数分度圆直径由查221503607.HPmdKTmz表 28-3 确定基本传动尺寸182.0qd蜗轮分度圆直径 2843223m蜗杆导程角 1arctnarctn.6Zq 9.0蜗轮齿宽 20.52.16.8bm取整 268b蜗轮圆周速度 223.408.016dnv20.14/vms相对滑动速度 1cos9.s dn 8sV当量摩擦角 由表 28-7 205e1tan/().81e轴承效率为 0.99 搅油效率为 0.962.05e7与估值近似（2）按齿面接触疲劳强度校核验算弹性系数 由表 28-12 15EZ使用系数 原动机为电动机，工作平稳，由表 28-13AK动
18、载荷系数 smndV/310622 .V载荷分布系数 载荷平稳 1接触应力 21947.83HEAVTZKdMPa HP合格北京航空航天大学 机械课程设计报告17步骤 设计计算依据和过程 计算结果（3）按轮齿弯曲疲劳强度校核验算材料许用弯曲应力一侧受载，由表 28-10查出 2/51mNFP寿命系数 由图 28-11查出 .0Y许用弯曲应力 NFPY 251/FP蜗轮当量齿数 2233406.4coss9.2eZ24.eZ蜗轮的齿形系数 查图 27-20、21FSaSY .1.6740FSY导程角系数 928.01.120 928.蜗轮弯曲应力 1263.4/AVFFSPTKYdmN合格（4）
19、按蜗杆轴刚度校核验算蜗杆圆周力 126.84tTFd 16.84tFN蜗杆径向力 1237tantan20rxN 30r蜗杆两支撑间距离 20.9.Ldm 28Lm危险截面惯性矩4164.016fI64.01I许用最大挠度 1Pydm .Py蜗杆轴挠度 231548.0trFLEI1合格北京航空航天大学 机械课程设计报告183、圆柱直齿轮的设计计算步骤 设计计算依据和过程 计算结果1选择传动精度等级，材料小齿轮：45 钢，调质处理，硬度HB=229286，平均取 240HB，采用齿轮轴；大齿轮用 45 钢，正火处理，硬度为HB=229286，平均取 240HB，精度等级选 7级。2初步计算小齿
20、轮直径 1d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1312.+1由表 A1 取 ，=766动载荷系数 =1.0转矩 1=1106.4.由表 27-14 查取 =1接触疲劳极限 1=840 2=7201=0.91=0.9840=7562=0.92=0.9720=6481312.+1=113.84取 114mm1=1106.4.1=7562=648取 114mm13确定基本参数圆周速度=11601000=0.048/精度等级取 7 级精度合理取 1=27,2=1=109.62，取 2=110确定模数： 取 m=4=11=4.22确定齿数 ： d8.5mZ21
21、i36取 ， =1132校核传动比误差：，满足要求4.036.0.6v= 0.048/7 级精度合理=41=282=113北京航空航天大学 机械课程设计报告194校核齿面接触疲劳强度根据公式=1.+1 计算齿面接触应力从图 27-18 查得标准直齿轮节点区域系数: =2.5从表 27-15 查得弹性系数 =189.8计算重合度系数 :端面重合度=1/21(tan1tan)+2(tan2tan)其中：26.781=cos111=a2=cos-1db2da2=21.97=20所以 =1.337纵向重合度 ：= = =1.65154.9949.4731.75= =0.8743查表 27-7 得使用系
22、数 =1.25查图 27-6 得动载荷系数 =1.2齿间载荷分配系数 查表 27-8.其中：=211=19410.5N/mm=212.83=1.32=齿向载荷分布系数 查表 27-9。其中：非对称支承，正火齿轮 7 级精度=+(1)2+103=1.39其中：A=1.17，B=0.16，C=0.61齿面接触应力为=2.5189.80.8711.251.21.391.3319410.55.061141144.06 =813.262)计算许用接触应力 =2.5=189.8=1.337=0.87=0.99 =1.25=1.2=1.32=1.787=1.39=813.26/2北京航空航天大学 机械课程设
23、计报告20=总工作时间 h=1030082=48000应力循环次数1 =6012力循 环 次数 /0/=2.371072=1 =5.75106接触寿命系数 由图 27-27 查出 1=1.06 2=1.17齿面工作硬化系数 1=2=1.14接触强度尺寸系数 由表 27-18 查得 1=2=1润滑油膜影响系数取为 1=2=1=2=1=2=1由表 27.14 取最小安全系数 =1.05许用接触应力:1=8702=8233)验算: 合格=8813.26/2 取 1=m2.13.齿轮轮毂端面与内机壁距离 2 取 2= 4m北京航空航天大学 机械课程设计报告30八、润滑和密封形式的选择1、齿轮、蜗杆及蜗
24、轮的润滑在减速器中，由表 13.7，采用浸油润滑，选用 蜗轮蜗杆油（摘PCEL/自 ） ，用于蜗杆蜗轮传动的润滑，代号为 。浸油深度一般要9104SH20N求浸没蜗杆螺纹高度，但不高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心高。2、滚动轴承的润滑蜗杆轴承浸泡于油液中，故 7214C与 6214采用油润滑。在选用润滑脂的牌号时，根据手册查得常用油脂的主要性质和用途。因为本设计的减速器为室内工作，环境一般，不算恶劣，所以 7211C和 6216轴承选用通用锂基润滑脂（ ） ，它适用于 宽温度范围内各种87324SYC120机械设备的轴承，选用牌号为 的润滑脂。13、密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质
25、进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，轴承盖间采用粗羊毛毡封油圈，输出轴与轴承盖间采用粗羊毛毡封油圈，输入轴与轴承端盖间采用 J 型橡胶密封圈。九、其它技术说明减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，然后需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次。在装配过程中轴承装配要保证装配游隙。轴承部位油脂的填入量要小于其所在轴承腔空间的 2/3。减速器的润滑剂在跑合后要立即更换，其次应该定期检查，半年更换一次。润滑轴承的润滑脂应定期添加。在机盖机体间，装配是涂密封胶或水玻璃，其它密封件应选用耐油材料。对箱盖与底座结合面禁用垫片，必要时可涂酒精漆片或水玻璃。箱盖与底座装配好后，在拧紧螺栓前应用 0.05mm 塞尺检查其密封性。在运转中不许结合面处有漏油渗油现象。
