《机械制造装备设计》课程设计指导书928.docx
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《机械制造装备设计》课程设计指导书928
《机械制造装备设计》
课程设计指导书
姜永武
长春理工大学光电信息学院
目录
第1章课程设计的目的、内容与步骤
1．1课程设计的目的┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅1
1．2课程设计的内容┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅2
1．3课程设计的步骤及要求┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅3
1．4课程设计的学时分配┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅8
第2章传动轴与主轴
2．1外力作用方向┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅9
2．2主轴承载的确定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅10
2．3弯矩图的绘制┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅11
2．4主轴前端挠度的确定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅13
2．5角接触轴承的轴向载荷计算┅┅┅┅┅┅┅┅┅16
第3章典型结构
3．1齿轮┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅17
3．2主轴端部结构┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅24
3．3主轴组件┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅29
第4章普通机床主轴箱设计
4．1公比┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅44
4．2转速损失┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅46
4．3计算转速┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅46
4．4检查主轴各级转速┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅48
4．5主轴前端轴颈尺寸┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅48
4．6多片式磨擦离合器的设计计算┅┅┅┅┅┅┅┅┅48
附录1常用资料、数据┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅53
附录2常用标准件┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅65
附录3滚珠丝杠┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅78
附录4主轴端部结构┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅82
附录5切削用量与切削力┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅89
附录6主轴滚动轴承┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅94
第1章
课程设计的目的、内容与步骤
1．1课程设计的目的
专机设计课程设计是机械制造装备设计课的一个重要的实践性环节，为了巩固和扩大学生在基础技术课和专业课程学习中所获得的知识。
通过课程设计，可以使学生学会理论联系实际的工作方法，并培养其独立的工作能力；初步了解到专机设计的方法和步骤；熟悉有关标准、规格、手册和资料的运用；编写设计说明书，绘制部件装配图及零件工作图以及如何有计划地组织自己的工作，为毕业论文、毕业设计积累经验。
在整个课程设计过程中，要求学生充分地利用自己所学到的知识独立地、最好地、创造性地进行自己的设计，使设计符合于先进的设计思想。
在设计中，应充分地考虑结构的工艺性、机构的工作可靠性、装拆方便、操纵简单、零件的强度、刚度和寿命。
同时要求保证技术安全和维护保养方便等。
必须指出一点，在设计中不应凭空幻想，片面地追求新奇而不切合实际的设计，真正的创造性设计，应该建立在现有科学技术水平的基础之上。
现在生产的各种机器，也都是在实践中经过不断地、反复地改进设计发展出来的。
因此，在设计中首先要参考现有机器的设计，当然不是盲目地照搬照抄，而是要对现有的机器进行分析、比较、选用其合理和先进的部分，然后再通过自己的思考进行必要的改进和发展，使自己的设计在使用上和结构上更合理和更经济。
1．2课程设计的内容
课程设计题目一般为专用切削机床（简称为专机）主运动的设计。
同时，只要查阅有关专业知识及学习第10章的内容，也可对简易的通用机床主运动进行设计，能使学生得到机床设计能力的基本训练。
具体内容如下：
1．运动设计
根据给定的机床规格和极限转速（或转速），拟定合适的结构式（或转速图等）和主传动系统图，确定齿轮齿数、蜗轮齿数、蜗杆头数、丝杆及螺母螺距和带轮直径等，并计算转速误差。
2．动力计算
根据给定的电动机功率，计算主轴及传动轴尺寸、齿轮、蜗轮、蜗杆、皮带的根数及型号，确定摩擦片离合器的尺寸和摩擦片数、制动器、轴承等。
验算主轴或某一根传动轴的刚度和轴承的承载能力。
3．结构设计
进行传动轴组件、变速机构、主轴组件、箱体（包括导轨等）、操纵机构、制动机构、润滑装置等的布置和结构设计。
绘制机床主轴主速箱装配图（包括展开图和一主要剖视图）和一主要零件图。
4．编写设计计算说明书
设计计算说明书是设计的依据，用以论证设计的正确性。
其主要内容应包括：
（1）机床的性能与用途。
（2）运动设计和动力计算的汁算过程和分析。
（3）结构设计说明（包括主要结构的分析以及操纵机构、润滑方式和其他需要说明或论证的问题）。
（4）参考文献。
说明书的篇幅为16开纸20～30页。
1．3课程设计的步骤
课程设计大体按如下顺序进行，有时也会交叉进行，以确保设计的质量。
1．准备工作
根据设计任务书，明确设计的目的、要求和内容，在教师的指导下拟定设计的进度计划。
收集有关参考资料，包括同类型专用切削机床和通用机床的有关资料及图纸等，同时尽可能地到有关工厂、实验室了解同类专有切削机床或通用机床。
对机床的用途、工艺范围、结构特点等情况进行调查研究及分析比较，并开始考虑自己的设计方案及可能采用的先进结构或作改进设计。
2．运动设计
在分析研究所掌握的资料的基础上，用计算法或类比法确定所设计主轴变速箱的转速、转速级数，选择电动机的转速和功率等。
然后拟定传动结构方案（结构式或结构网），绘制转速图。
此时必须同时拟出2~3个方案进行分析比较，最后选择一个最佳方案，确定传动比和齿轮齿数，最后验算转速误差，使主轴各级实际转速符合下列不等式：
∣（n实际-n理论）/n理论∣≤5%
3．注意事项
（1）选择切削用量时应分析机床上的典型加工方法，同时要考虑到切削技术的发展和它的经济性。
（2）应考虑到整个机床的传动系统之间的关系和连接情况。
（3）主轴是否需要反转、空位和制动。
是否有带动润滑油泵的运动等。
（4）分配传动比时，不宜采用过多接近1／4的传动比，这样会使结构庞大或小齿轮齿数太小，结构上较难实现。
（5）相邻传动组的齿数和不应悬殊过大，以免大齿轮与相邻轴碰撞。
4．动力计算
首先确定机床或设计部分的有效功率和电动机功率，然后进行传动件尺寸的计算。
由于变速箱的轴组件部分的结构及各传动轴的跨距等尚未确定，所以传动件的尺寸难以确切地决定。
只能首先进行初步计算和采用类比法大致确定出传动件的主要尺寸，绘制主轴变速箱的轴组件展开图草图。
草图完成后再进行传动件的验算。
在传动件的计算中，对于专用机床类以最小转速作为主轴计算转速nj。
（1）传动轴直径的估算和选用
由于结构草图尚未画出，轴的跨距、传动力等无法确定，故无法采用弯扭合成强度计算的方法来计算出轴径。
在一般情况下，应用轴的扭转强度计算的方法来估算出轴的最小直径，最小轴径dmin的计算公式可查阅《机械设计基础》教材或有关资料。
求得的d值应加以圆整。
如是花键轴，则花键的内径可比计算的d值减小7％，由此选用合适的花键。
（2）主轴轴颈的确定
机床主轴大多是阶梯轴，对于专用机床的前端轴颈直径可参考普通机床而确定。
（3）齿轮模数的估计
一般同一变速组中的齿轮取同一模数，一个主轴变速箱中的齿轮采用1~2种模数。
传递功率的齿轮的模数一般取大于2mm。
在中型机床中，主轴变速箱的齿轮模数常取为2．5、3、4mm。
其他传动件按《机械设计基础》教材或有关资料进行选择或计算。
各个传动件的基本尺寸确定后，便可绘制部件装配草图。
在估算时，应尽量选择同类型机床采用类比法进行。
5．绘制部件装配草图
绘制装配图是设计的重要阶段，其主要内容为确定零件的布置和结构的设计。
由于主轴变速箱的结构比较复杂，在画正式图以前，最好先画草图。
在草图上，主要轮廓尺寸和零件之间的相对位置尺寸一定要画得准确，某些结构的内部细节可画得简单些。
装配草图可用较轻的细线条绘制，以便于修改。
设计的次序如下：
（1）选择轴承型式，大致布置轴、齿轮及轴承位置。
根据各传动轴的轴间距离按传动顺序依次画出各轴线位置，按计算的轴颈尺寸和工作要求选择合适的轴承，参考同类型机床的装配图，布置齿轮的轴向位置，确定齿轮的排列方式。
如果轴向尺寸过长，应采取缩小措施，或采用公用齿轮，或采用窄排列与宽排列交错布置的方式，或增加定比传动组等。
（2）确定每根轴的固定方法、轴承的调节和定位、齿轮的移动和固定方法等，并确定带轮、离合器及制动器的基本结构。
（3）剖面图与展开图的绘制必须同时交叉进行，以便检查各机械零件在空间上是否相碰。
例如：
各轴与其上的零件是否发生干涉、操纵机构是否能安排，并顺利地动作等。
（4）结构应有良好的润滑和密封性，避免漏油现象发生。
6．绘制装配图的注意事项
（1）滑移齿轮是否有足够的移动位置，是否会发生干涉，即前一对啮合齿轮完全脱开后，后一对齿轮才允许开始啮合。
（2）大齿轮是否与其他轴或轴上的零件相碰。
（3）是否有足够的空间位置容纳操纵机构及操纵件的移动。
（4）轴、轴承及轴上零件的固定和定位要可靠，受力后不应发生串动现象，注意推力轴承安装是否合理。
（5）需要调整的零件（如轴承、离合器等），应有调整的可能性且操作方便。
（6）机床应有良好、可靠的润滑和密封装置。
（7）结构设计一方面要满足机床性能要求，另一方面要注意加工和装配工艺性，加工和装配是影响结构设计的重要因素。
（8）在设计过程中要严格遵守国家标准。
（9）图纸应符合国家机械制图标准，尽可能采用1：
1的比例画图，不得已时才采用其他比例，且应保持图面整洁、美观。
（10）展开图及剖视图的图线加粗以前，应请指导教师审查。
7．零件的验算
在零件尺寸和位置确定后，才能知道它们的受力状态、力的大小、方向和作用点。
才可以对零件（如齿轮、轴、键、轴承等）进行较为精确的验算。
如发现不合理或不正确时，应重新修改结构，重新计算，以达要求。
例如，在验算时发现其工作应力超过许用值，可改用较好材料或改变材料的热处理工艺来弥补。
8．修改和加深装配图
根据验算结果对装配图进行审查后，修改草图，并完善装配图，把应该表示出来的零件清晰正确地绘制在装配图上，在确认无误后，按制图标准加深装配图。
在装配图上应标出如下各种数据。
（1）齿轮齿数及模数、蜗轮齿数、蜗杆头数、丝杠及螺母螺距、齿条齿距、带轮或链轮直径、电动机功率及转速、轴编号等，并均应与转速图一致。
（2）决定配合性质的配合尺寸。
（3）决定该部件对其他部件或整个机器相对位置的基准尺寸；决定部件内基本零件相对位置的基准尺寸；主要轴线到主要表面的内部尺寸以及该部件的总尺寸等。
（4）整个部件的技术条件。
（5）图上所有零件应编号，相同零件应具有同一编号，并编制零件明细表。
以上设计步骤不能机械地进行，必须交替进行，才能快速地设计出完善的机器。
在运动设计基本确定后，选择同类型的机器采用类比法进行简单的估算，画出装配草图。
然后验算，修改结构，再验算，直到确定出完善的结构设计（装配图）。
这种设计方法称为“三边”设计法，即边计算、边结构设计、边修改，三者结合进行。
这是现场采用的设计方法，能大大地提高设计速度。
9．绘制零件图
在装配图加深后，根据装配图按制造和检验要求绘制出零件图。
在设计的零件影响到装配图设计，需修改装配图。
10．编写设计计算说明书
在设计过程中，计算草稿应及时整理，需要说明的内容在整理说明书草稿时要有条理地加以阐述。
所采用的论点、公式、数据要在查找资料的同时记下出处，以免在整理说明书时重新查找。
设计计算说明书应在设计过程中逐步完成，最后稍加整理即成。
编写设计计算说明书的项目如下。
（1）设计任务书；
（2）目录；
（3）机床用途、性能及结构简单说明；
（4）设计部分的基本技术特性和结构分析；
（5）设计部分的运动设计；
（6）设计部分的动力计算；
（7）设计部分的调节、润滑、维护保养、安全操作及其他；
（8）设计中的优缺点、存在的问题及改进意见。
说明书使用的纸张应整齐统一，条理清楚，文字通顺简练，所用图表、曲线、简图要正式画出。
1．4课程设计的学时分配
由于课程设计的时间有限，不宜搞机械结构过于复杂的传动装置设计，故设计题目只能选择简易型专用机床或通用机床的传动装置，才能完成机械结构设计的基本训练。
课程设计的总学时为2~3周，表1-1所列为课程设计的学时分配与计划进度表，仅供学生参考，学生可按照表中的比例制订自己的计划进度表。
表1-1课程设计的学时分配与计划进度表（仅供参考）
步骤
工作内容
学时比例
1
定题目，阅读指导书，搜集有关资料
2.5%
2
运动设计，绘制转速图、传动系统图
15%
3
动力计算（零件初算）
10%
4
绘制装配草图
30%
5
主要零件验算
10%
6
装配图的绘制（包括尺寸标注、零件序号和明细表）
20%
7
整理、编写设计计算说明书
10%
8
答辩（作答辩准备，参加答辩）
2.5%
升级会员 