机械系统设计课程设计说明书
机械系统设计课程设计指导书
机械教研室
机械系统设计课程设计指导书(1) 车床主轴箱设计
车床主轴箱设计
一、课程设计的目的
1、课程设计属于机械系统设计课的延续,通过设计实践,进一步学习掌握机械系统
设计的一般方法。
2、培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及
结构工艺等相关知识,进行工程设计的能力。
3、培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。
4、提高技术总结及编制技术文件的能力。
5、是毕业设计教学环节实施的技术准备。
二、设计内容与基本要求
设计内容:独立完成变速级数为6-12级的机床主传动系统主轴变速箱设计,包括车削左右螺纹的换向机构及与进给联系的输出轴。
基本要求:
1、课程设计必须独立的进行,每人必须完成展开图、截面图图样设计各一张,能够较
清楚地表达各轴和传动件的空间位置及有关结构。
2、根据设计任务书要求,合理的确定尺寸、运动及动力等有关参数。
3、正确利用结构式、转速图等设计工具,认真进行方案分析。
4、正确的运用手册、标准,设计图样必须符合国家标准规定。说明书
力求用工程术语,文字通顺简练,字迹工整。
5、完成典型零件工作图图样设计2 张。
三、设计步骤
方案确定
1、确定有关尺寸参数、运动参数及动力参数。
2、据所求得的有关运动参数及给定的公比,写出结构式,校验转速范围,绘制转速
图。
3、确定各变速组传动副的传动比值,定齿轮齿数、带轮直径,校验三联滑移齿轮齿
顶是否相碰,校验各级转速的转速误差。
4、绘制传动系统图。
结构设计
1、草图设计——估计各轴及齿轮尺寸,确定视图比例,确定展开图及截面图的总体
布局;据各轴的受力条件,初选轴承,在有关支撑部位画出轴承轮廓。并检验各传动件运动过程中是否干涉。
2、结构图设计——确定齿轮、轴承及轴的固定方式;确定润滑、密封及轴承的调整
方式;确定主轴头部形状及尺寸,完成展开图及截面图的绘制。
3、加黑,注尺寸、公差配合,标注件号,填写明细表及装配图技术要求。
零件图设计
编写设计计算说明书
四、基本参数确定
1、基本参数
主参数D ——床身上最大加工直径(mm )
刀架上最大工件回转直径 831.0326.1D d ?=(D ≤800mm 时) 或D d 2
1= 通过主轴孔最大奉料直径D d 10
1=
床身宽度 82.041.2D B = 序号 简 图 结 构 特 点
应用范围 1
前端短锥面定位,定心精度高; 法兰上的螺孔用于紧固卡盘,并有一沉孔,以安装端而键传递转矩。内孔为莫氏内锥孔,用以安装顶尖、心轴等;
头部悬伸较短,刚性好; 装卸卡盘方便
大多数车床、六角车床、多刀车床的主
轴
2
a,b 为定位面,与卡盘配合有间隙,定位面易磨损,定心精度低; 螺纹用于锁紧卡盘,内锥孔用于安装顶尖、心轴和弹簧夹头等; 轴端悬伸长,刚性差; 装拆卡盘较方便
车床、仪表机床(在新设计的机床上已逐渐淘汰)
3 长锥为定位面,定心精度高; 与卡盘连接时用套在主轴上的螺母拉紧,长锥上的键用以传递扭矩;
轴端悬伸较长,刚性较差;
装拆卡盘较方便
车床
4
7:24锥孔作定位面,供安装铣刀或铣刀心轴的尾椎,再用拉杆从主轴后端拉紧,四个螺孔供安装端铣刀用,两个长槽供安装端面键以传递扭矩
铣床
5 模氏锥孔作定位面并传递一定的转矩,锥孔内部的退锥槽,借助楔铁使刀具安装可靠,尾部的退锥槽便于拆卸刀具,并与刀具 扁尾一起传递扭矩。
钻床、镗床
2、尺寸参数
机床主轴端部结构形状:
主轴中心孔前段锥度,摩氏3-6度。
为装配方便,车床主轴直径通常是从前向后逐段递减。一般车、铣床主轴后轴颈的直径
d d )9.07.0(2-=,1d 为前轴颈尺寸。
主轴前轴颈尺寸应按所传递的功率确定,初选时可参照下表初定。
高主轴组件的刚度与抗振性有明显效果。主轴悬伸量的选择,可参照下表确定。
主轴悬申量与前轴颈直径之比
主轴最佳跨距可据下列经验公式初定
a L )53(0-= 式中 L 0——最佳跨距 a ——悬伸量 (悬伸量大的机床 ))21(0a L -=
若实际跨距L 实与最佳跨距L 0不能相等时,可取合理跨距0)5.175.0(L L -=合。 若L 实〉L 0时,应适当加强主轴刚度;反之,L 实 可通过类比、试验和计算等方法综合确定,课程设计中可参照下列经验公式及数据初定。 max min min 1000d v n π= , m ax n =m in m ax 1000d v π 式中,v min 、v max 、d max 、d min 为经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。n min 、 n max ——机床的最低、最高转速 其中常用经济加工切削速度。硬质合金刀具精车中碳钢min /220200m v -=;或min /150m v =。高速钢刀具粗车铸铁端面,min /15m v =。高速钢刀具精车丝杠min /5.1m v =。 经济合理的工件或刀具直径可按照以下几种经验公式估定。 ○ 1普通车床 d max =(0.5- 0.7)D d min =(0.08-0.12)D 式中D ——主参数(床身上最大加工直径) 或取R d =d min /d max =4-6 ○ 2普通车床 d max =0.5D R d = d max /d min =0.2-0.5 ○ 3车螺纹可取 Ф≈0.1D 国内外现有Ф400mm 卧式车床主轴最高、最低转速统计如下表 对Ф400mm 普通车床加工典型工件时常用转速统计如下 ○ 1加工轴类零件常用min,/900400r n -=个别高速达1600min;/r ○ 2加工盘形零件常用min;/300150r n -= ○ 3修理工作常用min,/15080r n -=个别低速达min /7r ; ○ 4车大导程螺纹为min /4010r n -=。 标准转速可参照《机床与数控》P15表1-4标准转速系列选取。 4、动力参数 电机功率可按下式估算 P=P C /η总(KW ) P C ——消耗于切削的功率 η总——总效率 对于主运动为回转运动的机床 η总=0.7-0.85 主运动为直线运动的机床 η总=0.6-0.7 车、镗、磨等工序的切削功率 P c =F Z ·V/60000 (kw) 钻、扩等工序的切削功率 P c =T ·n/9550 (kw) F Z ——切削力的切向分力(N )(查切削用量手册) V ——切削速度(m/min ) T ——主轴最大扭矩(N ·m ) n ——主轴计算转速(r/min ) 或据下列公式及数据估算电机功率P (数据较陈旧) F Z =f ·t ·s (公斤力) f ——单位切削面积上的切削力 硬质合金刀具加工中碳钢 f= 200(公斤力/mm 2) 硬质合金刀具加工铸铁 f= 180(公斤力/mm 2) t ——切削深度(mm ) s ——进给量(mm ) 车、镗、磨 P c = F Z ·V/6120 (kw ) 对于间断工作的机床,允许电机短时超载,则电机额定功率可按下式计算:P r =P/K (kw) 式中,P r ——额定功率 P ——算得的功率 K ——超载系数 连续工作的电机 K=1.0 间断工作的电机 K=1.1-1.25 五、结构式及转速图的拟定 据所给定的公比及算得的极限转速,计算转速级数,为简化结构,确保在三周内完 成设计任务,对于公比Ф=2和Ф=1.78者,转速级数限制在8级以内(Z ≤8);Ф=1.58和Ф=1.41者,转速级数限制在12级以内(Z ≤12)。 结构式拟定后据式8) 1(≤=-j j p x j φ γ ,绘制转速图。 确定各传动组内传动副的传动比值。按下式确定齿轮齿数。 Z j j i S i i Z ?+= 1 j z i i S Z += 1/ Z i 、Z i '——第i 对齿轮副的主、从齿轮齿数; I j ——第j 对齿轮副的传动比 S z ——主从动轮齿数和 确定齿轮齿数。或查教材第150页表4.1定齿轮齿数。三联齿轮滑块校验滑移时齿顶是否相碰 Z 3-Z 2>4 校验各级转速的转速误差 )%1(10'-±<-φn n n 'n ——主轴实际转速(r/min ) n ——主轴标准转速(r/min ) ——公比 绘制传动系统图。 六、草图设计 要求绘制展开图、截面图各一张,以表达所设计主轴变速箱的基本结构。两图应并行绘制。其中展开图以将各轴展开到同一平面的展开形势绘制,所表达的是各轴及轴上所有零件的实际形状,及轴向位置及尺寸。截面图则反映各轴的空间关系及经向尺寸。 设计展开图时,应考虑主轴的悬伸量、合理跨距;各传动轴上齿轮宽度、滑移齿轮必须保证一对齿轮彻底脱开、另一对齿轮才能进入啮合、并留有1-2mm间隙,不相邻轴上的齿轮在滑动中不干涉等需要,轴承布置,皮带轮的位置等因素综合确定轴向尺寸。 据各轴的轴间距及传动件径向尺寸,合理的布置展开图的位置。 在截面图上须注意,主轴必须在两导轨中央,主轴距导轨面高度应等于主参数之半。带轮一般在主轴箱后上方,要便于防护。布置各传动轴位置时应注意检查不相邻轴之间齿轮或轴是否干涉。 运动件与相壁之间距离不小于15mm。 结构草图确定后,对有关轴及齿轮进行校验计算。 七、结构图设计 箱壁各安装轴承处可适当设凸缘,加筋条。主轴箱应留有在床身上安装定位的基准面。 主传动系统应设有刹车制动装置,安放位置最好在接近执行件,转速较高且变速范围较小的传动轴上。 在向进给系统输出的部位有加工左右螺纹的换向装置,一般采用介轮换向,而且介轮放在反向传动中。 主轴轴承可采用滚动轴承,亦可采用滑动轴承,配置形式可以是两支撑,亦可以是三支撑。常见的主轴滚动轴承配置形式及工作性能见表。 为提高角接触球轴承的刚度,角接触球轴承的组配形式以背对背使用为好。主轴轴承精度选择: 主轴轴承精度 序号轴承配置前支承后支承前支 承承 载能 力 刚度振摆温升极 限 转 速 热 变 形 前 端 位 移径向轴向径向轴 向 径 向 轴 向 径 向 轴 向 径 向 轴 向 总 的 前 支 承 1 3182100 2268000 3182100 - 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 2 3182100 8000 3182100 - 1.0 1.00.9 3.0 1.0 1.0 1.15 1.2 .65 3 3182100 - 46000 - 1.00.60.8 0.7 1.0 1.00.60.5 1.0 3.0 4 7000 (30000) - 7000 - 0.8 1.00.7 1.0 1.0 1.00.8.750.60.8 5 2697000 - 7000 - 1.5 1.0 1.13 1.0 1.0 1.4 1.40.60.80.8 6 46000 - 46000 - 0. 7 0.7 .45 1.0 1.0 1.00.7 0.5 1.20.8 7 46000 - 46000 - 0.7 1.0.35 2.0 1.0 1.00.70.5 1.20.8 8 46000 8000 0000 8000 0.7 1.0.35 1.5 1.0 1.0 1.00.7.750.8 9 84000 800084000 8000 0.6 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.00.50.9 主轴轴承必须能进行预紧和间隙调整。 因机床工作属于轻载,故各轴的轴承通常可按轻系列和特轻系列选择。 各轴承及固定的传动件,必须有可靠的轴向定位环节,其方式可采用轴肩、套筒、 螺母、螺钉、弹簧卡圈、楔形键块等等。参照有关图册设计。 标注尺寸、配合;加黑;编制件号;编制明细表。标注装配技术条件。 八、零件工作图设计 由指导教师指定零件,一般设计一个轴一个齿轮。图幅A3. 九、撰写设计计算说明书 要求:说明简要,计算合理、准确,表达清晰,文字简练通顺。 内容:1、设计任务;2、主要规格参数;3、工作性能及范围;4、各有关参数的计算与 确定;5、方案论证(可结合结构式及转速图进行);6、转速图、传动系统图,转速误 差计算;7、各轴及齿轮的计算转速;8、有关校验计算;9、轴承选择使用及有关结构说 明。 十、工作进程安排 方案设计:包括参数确定、转速图拟定、传动系统图拟定。 2天 结构草图设计: 3天 校验计算: 1天 结构设计:包括完善草图,注尺寸、公差配合,加黑, 编制件号,明细及技术要求等。 4天 零件工作图设计: 1天 编写说明书: 2天 机动: 1天 答辩: 1天 十一、课程设计选题 C6125型、C6128型、C6132型、C6136型、C6140型普通车床 在每种型号车床中限定公比Ф=1.41、1.58、1.78和Ф=2的各一种。 为保证顺利地完成设计任务,转速级数均限制在12级以内。 机械系统设计课程设计指导书(2)和面机设计 一、机械系统设计课程设计的目的及内容 1、目的 机械系统设计课程设计是专业课最后一个实践性教学环节,是机械零件课程设计的延伸,是机械系统设计的一次全面训练,为毕业设计打下良好基础,其目的是: (1)联系生产实际,运用所学过的知识,培养独立的分析问题、解决问题的能力。 (2)利用“机械系统设计”、“食品机械”及“机械设计”等前序课的知识,学会并掌握机械系统设计的特点及方法,学会并掌握机械系统设计中“参数设计”、“方案设计” 及“结构设计”的方法。 (3)加强机械设计中基本技能的训练。加强计算能力,加强运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力,加强机械绘图的能力。 (4)巩固和加强机械零件的设计及制造工艺方向的知识。 2、内容 本课程设计的内容,选择具有代表性的中小型和面机作为设计课题。使学生能在比较少的时间内(三周),完成和面机整机设计全部过程的基本训练。 (1)参数设计 根据课题所确定的和面机种类、用途及生产能力来确定和面机主要构件(例如浆叶、容器)结构形式和尺寸参数、运动参数(例如浆叶转数)及动力参数(电机功率)。 (2)方案设计 根据和面机主要构件(例如浆叶)的形式、性质及运动参数,拟定整机的机械传动链和传动系统图。计算并确定各级传动的传动比,皮带传动、齿轮传动、蜗杆传动 等传动构件的结构参数及尺寸,拟定机器的结构方案图。 (3)结构设计 根据结构的方案图,在正式图纸上拟定传动构件与执行构件的位置,然后依次进行执行构件及传动系统设计机体,操纵机构设计,密封及润滑的结构设计。 二、基本要求 1、设计题目: (1)和面机生产能力,以每次调和面粉的重量为准。 12 ㎏/次、25 ㎏/次、50 ㎏/次三种 (2)机型:卧式和面机 (3)搅拌浆形式: 滚笼式、浆叶式、椭圆式、花环式、叶片式五种 (4)工艺要求: 调和面团分别为:水面团、韧性面团、酥性面团三种 (5)根据学生人数,用不同的生产能力,工艺要求及搅拌浆形式不同进行搭配,做到每人一个设计课题,不重复。 2、图样设计要求 (1)图量 ①完成0 ﹟图纸一张,进行和面机总装配图设计。 ②完成3 号图二张,进行(二个零件的)零件图设计。 (2)要求 ①方案设计必须合理 ②装配图必须标明机器的全部结构、原理;标明每个机械零件的功能、形状、尺寸、 位置及相互联接的方法,相互配合的性质及运动关系。 ③必须标明所有配合尺寸,定位及联结尺寸、总体尺寸 ④必须由视图及剖视图组成,视图完整,投影关系准确,线条及画法,尺寸及配合 的标注必须符合国家标准,技术条件齐全。 ⑤零件图必须标清零件的形状、大小及结构,尺寸精度,表面粗糙度;形状及位置 公差,按国家标准绘制,技术条件齐全 3、设计说明书要求。 设计说明书是设计的主要依据,内容必须详尽准确,其中包括: (1)设计题目:和面机的用途、规格(生产能力) (2)运动参数、动力参数及主要结构尺寸的确定。 (3)整机结构形式、传动方式、传动系统的拟定,进行方案许证,画结构(方案)草图。 (4)机构及主要零部件的设计、选用。 (5)主要零件、部件的强度、刚度设计计算或验算。 (6)操纵机构及润滑方式的设计计算, (7)说明书中的理论及计算公式要注明出处。 (8)注明资料来源、参考文献及资料的目录。 (9)总的文字不少于5000 字。 三、设计方法及步骤 (一)、总体方案设计 1、搅拌浆形式 根据设计课题给定形式或根据给定面团的性质来确定搅拌浆形式: (1)水面团:依次采用滚笼式、花环式、椭圆式、叶片式 (2)韧性面团:顺序同上 (3)酥性面团:浆叶式 2、搅拌容器的总体尺寸及翻缸形式 (1)宽度(B ) B = 2 ( R+δ) 式中R = 搅拌浆半径R的大小取决于面团性质及生产能力 δ= 浆叶与容器的间隙 δ= 10~20 毫米,δ大小取决与R (2) 高度(H ) H = h +2 R 式中h=(0.5~1)R (3)长度(L ) L = (2~2.5)R 推荐值 4 ①保证面缸放倒后低于水平面15 °~20 °。 ②保证机座上安装电机有足够的尺寸及空间。 (3)初步拟定传动方式,主要传动件位置。 (二)、运动参数设计 1、传动系统中传动链的设计及各传动比的分配设计 (1)搅拌浆转速n浆=20~50 rpm 水面团的转速低些,酥性面团的转速高些 (2)电机转速n电=1500 rpm (同步转速) 四级电机 (3) 传动链总传动比i总=n电/n浆= i皮* i齿1*i齿2*i…… (4)传动比分配: ①高速级:推荐采用皮带传动(减速) i皮≤3 ②低速级:推荐采用齿轮传动 单级圆柱齿轮i单≤6 蜗杆传动i杆≤40 2、设计计算各传动轴的转速 (三)、动力参数设计 1、电机功率的确定 和面机的动力参数计算时,电机功率的确定均采用经验公式,即类比法主要取决于和面机 2、计算各转动轴的扭矩(参考机械零件设计)。 3、行各传动轴的轴上传动件,支撑件(轴承等)的受力分析,强度计算(粗算)。 4、各传动轴的受力分析,强度计算粗算。 (四)、结构设计 当方案设计结束后,经审定方案设计合理,进行结构设计。图样的绘制与相关的设计、计算交替进行,相辅相成。 1、传动系统设计 传动系统设计在《机械零件设计》的基础上完成,各传动件的设计计算,主要包括: (1)皮带传动设计 设计计算:皮带轮中心距、皮带轮直径、皮带型号数、长度、带轮结构尺寸(2)齿轮传动设计 设计计算:直齿、斜齿、圆柱齿轮传动、蜗杆传动的中心距、模数、齿数及各传动件的结构尺寸(如分度圆、顶圆、根圆、齿宽等) (3)根据各传动轴上各零件的结构尺寸,轴承的尺寸,确定各轴的结构尺寸。 (4)对各轴的轴承润滑及密封进行设计。 (5)对主要传动轴画出受力分析图,进行强度校核。 (6)对主要传动轴的轴承进行受力分析,强度及寿命演算(校核)。 2、执行件(浆叶容器)及机体的总体结构设计 (1)完成搅拌器(面缸)结构设计。 其中包括:容器的结构设计、支撑结构及密封结构设计。 ①结构设计 整体式结构:V 型板槽一件,与两个端板焊接而成,这种结构一般为小型容器(12 ㎏/次)采用。 组合式结构:V 型板槽一件(板槽较厚δ≥1),两个端板最小壁厚 (δ≥5)采用铸铁,内层用不锈钢薄板(δ = 0.5)衬在里面。V 型板槽 与二个端板用螺钉联接成容器。 ②材质 整体式:中小型容器采用不锈钢板(1 Cr18Ni9Ti )焊接而成。 组合式:中小型容器V 型板槽及端板内衬用不锈钢( 1 Cr18Ni9Ti ),端板用灰 口铸铁。 (2)搅拌容器(面缸)与输出口的结构设计 ①搅拌器结构、尺寸设计。 ②搅拌器与输出轴的联结形式。 ③搅拌器(浆叶支撑端)与容器端板间的动密封结构。 ④容器的翻转、定位、结构设计。 (3)搅拌容器的支承结构设计 (4)传动系统与机体(或机座)的联结,容器支承结构与机体定位联结 (5)参见附图1 ,2 (五)、零件工作图设计 1、零件形式:轴类零件一件、传动零件一件 为防止学生之间有重复,零件的确定必须经指导教师指定。 2、要求 (1)零件工作图视图完整,必须标明零件的结构、形状、大小。 (2)注明零件所有表面的尺寸、尺寸公差、表面粗糙度、形状及位置公差。 (3)技术条件齐全。 四、日程安排 1、时间总计为三周(15 天) 2、方案设计3 天(其中调研1 天) 3、结构设计9天 4、零件工作图设计1天 5、编写设计说明书1天 6、答辩1天