《机械制造装备设计》课程设计指导书928.docx

1、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11 课程设计的目的 112 课程设计的内容 213 课程设计的步骤及要求 314 课程设计的学时分配 8第2章 传动轴与主轴21 外力作用方向 922 主轴承载的确定 1023 弯矩图的绘制 1124 主轴前端挠度的确定 1325 角接触轴承的轴向载荷计算 16第3章 典型结构31 齿轮 1732 主轴端部结构 2433 主轴组件 29第4章 普通机床主轴箱设计41 公比 4442 转速损失 4643 计算转速 4644 检查主轴各级转速 4845 主轴前端

2、轴颈尺寸 4846 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 11 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

3、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、

4、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。12 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

5、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2030页。13 课程设计

6、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

7、时拟出23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14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

8、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

9、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12种模数。 传递功率的齿轮的模数一般取大于2 mm。在中型机床中，主轴变速箱的齿轮模数常取为25、3、4 mm。 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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、。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。14 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23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%