1、機械制造裝備設計課程設計指導書姜永武長春理工大學光電信息學院目 錄第1章 課程設計的目的、內容與步驟11 課程設計的目的 112 課程設計的內容 213 課程設計的步驟及要求 314 課程設計的學時分配 8第2章 傳動軸與主軸21 外力作用方向 922 主軸承載的確定 1023 彎矩圖的繪制 1124 主軸前端撓度的確定 1325 角接觸軸承的軸向載荷計算 16第3章 典型結構31 齒輪 1732 主軸端部結構 2433 主軸組件 29第4章 普通機床主軸箱設計41 公比 4442 轉速損失 4643 計算轉速 4644 檢查主軸各級轉速 4845 主軸前端軸頸尺寸 4846 多片式磨擦離合器

2、的設計計算 48附錄1 常用資料、數據 53附錄2 常用標準件 65附錄3 滾珠絲杠 78附錄4 主軸端部結構 82附錄5 切削用量與切削力 89附錄6 主軸滾動軸承94 第 1 章 課程設計的目的、內容與步驟 11 課程設計的目的 專機設計課程設計是機械制造裝備設計課的一個重要的實踐性環節，為了鞏固和擴大學生在基礎技術課和專業課程學習中所獲得的知識。通過課程設計，可以使學生學會理論聯系實際的工作方法，并培養其獨立的工作能力；初步了解到專機設計的方法和步驟；熟悉有關標準、規格、手冊和資料的運用；編寫設計說明書，繪制部件裝配圖及零件工作圖以及如何有計劃地組織自己的工作，為畢業論文、畢業設計積累經

3、驗。 在整個課程設計過程中，要求學生充分地利用自己所學到的知識獨立地、最好地、創造性地進行自己的設計，使設計符合于先進的設計思想。在設計中，應充分地考慮結構的工藝性、機構的工作可靠性、裝拆方便、操縱簡單、零件的強度、剛度和壽命。同時要求保證技術安全和維護保養方便等。 必須指出一點，在設計中不應憑空幻想，片面地追求新奇而不切合實際的設計，真正的創造性設計，應該建立在現有科學技術水平的基礎之上?，F在生產的各種機器，也都是在實踐中經過不斷地、反復地改進設計發展出來的。因此，在設計中首先要參考現有機器的設計，當然不是盲目地照搬照抄，而是要對現有的機器進行分析、比較、選用其合理和先進的部分，然后再通過自

4、己的思考進行必要的改進和發展，使自己的設計在使用上和結構上更合理和更經濟。12 課程設計的內容 課程設計題目一般為專用切削機床(簡稱為專機)主運動的設計。同時，只要查閱有關專業知識及學習第10章的內容，也可對簡易的通用機床主運動進行設計，能使學生得到機床設計能力的基本訓練。具體內容如下： 1運動設計 根據給定的機床規格和極限轉速(或轉速)，擬定合適的結構式(或轉速圖等)和主傳動系統圖，確定齒輪齒數、蝸輪齒數、蝸桿頭數、絲桿及螺母螺距和帶輪直徑等，并計算轉速誤差。 2動力計算 根據給定的電動機功率，計算主軸及傳動軸尺寸、齒輪、蝸輪、蝸桿、皮帶的根數及型號，確定摩擦片離合器的尺寸和摩擦片數、制動器

5、、軸承等。驗算主軸或某一根傳動軸的剛度和軸承的承載能力。 3結構設計 進行傳動軸組件、變速機構、主軸組件、箱體(包括導軌等)、操縱機構、制動機構、潤滑裝置等的布置和結構設計。 繪制機床主軸主速箱裝配圖(包括展開圖和一主要剖視圖)和一主要零件圖。 4編寫設計計算說明書 設計計算說明書是設計的依據，用以論證設計的正確性。其主要內容應包括： （1）機床的性能與用途。 （2）運動設計和動力計算的汁算過程和分析。 （3）結構設計說明(包括主要結構的分析以及操縱機構、潤滑方式和其他需要說明或論證的問題)。 （4）參考文獻。說明書的篇幅為16開紙2030頁。13 課程設計的步驟 課程設計大體按如下順序進行，

6、有時也會交叉進行，以確保設計的質量。 1準備工作根據設計任務書，明確設計的目的、要求和內容，在教師的指導下擬定設計的進度計劃。 收集有關參考資料，包括同類型專用切削機床和通用機床的有關資料及圖紙等，同時盡可能地到有關工廠、實驗室了解同類專有切削機床或通用機床。對機床的用途、工藝范圍、結構特點等情況進行調查研究及分析比較，并開始考慮自己的設計方案及可能采用的先進結構或作改進設計。2運動設計在分析研究所掌握的資料的基礎上，用計算法或類比法確定所設計主軸變速箱的轉速、轉速級數，選擇電動機的轉速和功率等。然后擬定傳動結構方案（結構式或結構網），繪制轉速圖。此時必須同時擬出23個方案進行分析比較，最后選

7、擇一個最佳方案，確定傳動比和齒輪齒數，最后驗算轉速誤差，使主軸各級實際轉速符合下列不等式：（n實際-n理論）/n理論 5%3注意事項 （1）選擇切削用量時應分析機床上的典型加工方法，同時要考慮到切削技術的發展和它的經濟性。 （2）應考慮到整個機床的傳動系統之間的關系和連接情況。 （3）主軸是否需要反轉、空位和制動。是否有帶動潤滑油泵的運動等。 （4）分配傳動比時，不宜采用過多接近14的傳動比，這樣會使結構龐大或小齒輪齒數太小，結構上較難實現。 （5）相鄰傳動組的齒數和不應懸殊過大，以免大齒輪與相鄰軸碰撞。 4動力計算 首先確定機床或設計部分的有效功率和電動機功率，然后進行傳動件尺寸的計算。由于

8、變速箱的軸組件部分的結構及各傳動軸的跨距等尚未確定，所以傳動件的尺寸難以確切地決定。只能首先進行初步計算和采用類比法大致確定出傳動件的主要尺寸，繪制主軸變速箱的軸組件展開圖草圖。草圖完成后再進行傳動件的驗算。 在傳動件的計算中，對于專用機床類以最小轉速作為主軸計算轉速nj 。 （1）傳動軸直徑的估算和選用 由于結構草圖尚未畫出，軸的跨距、傳動力等無法確定，故無法采用彎扭合成強度計算的方法來計算出軸徑。在一般情況下，應用軸的扭轉強度計算的方法來估算出軸的最小直徑，最小軸徑dmin的計算公式可查閱機械設計基礎教材或有關資料。 求得的d值應加以圓整。如是花鍵軸，則花鍵的內徑可比計算的d值減小7，由此

9、選用合適的花鍵。 （2）主軸軸頸的確定 機床主軸大多是階梯軸，對于專用機床的前端軸頸直徑可參考普通機床而確定。 （3）齒輪模數的估計 一般同一變速組中的齒輪取同一模數，一個主軸變速箱中的齒輪采用12種模數。 傳遞功率的齒輪的模數一般取大于2 mm。在中型機床中，主軸變速箱的齒輪模數常取為25、3、4 mm。 其他傳動件按機械設計基礎教材或有關資料進行選擇或計算。各個傳動件的基本尺寸確定后，便可繪制部件裝配草圖。 在估算時，應盡量選擇同類型機床采用類比法進行。 5繪制部件裝配草圖繪制裝配圖是設計的重要階段，其主要內容為確定零件的布置和結構的設計。由于主軸變速箱的結構比較復雜，在畫正式圖以前，最好

10、先畫草圖。在草圖上，主要輪廓尺寸和零件之間的相對位置尺寸一定要畫得準確，某些結構的內部細節可畫得簡單些。裝配草圖可用較輕的細線條繪制，以便于修改。設計的次序如下： （1）選擇軸承型式，大致布置軸、齒輪及軸承位置。根據各傳動軸的軸間距離按傳動順序依次畫出各軸線位置，按計算的軸頸尺寸和工作要求選擇合適的軸承，參考同類型機床的裝配圖，布置齒輪的軸向位置，確定齒輪的排列方式。如果軸向尺寸過長，應采取縮小措施，或采用公用齒輪，或采用窄排列與寬排列交錯布置的方式，或增加定比傳動組等。 （2）確定每根軸的固定方法、軸承的調節和定位、齒輪的移動和固定方法等，并確定帶輪、離合器及制動器的基本結構。 （3）剖面圖

11、與展開圖的繪制必須同時交叉進行，以便檢查各機械零件在空間上是否相碰。例如：各軸與其上的零件是否發生干涉、操縱機構是否能安排，并順利地動作等。 （4）結構應有良好的潤滑和密封性，避免漏油現象發生。 6繪制裝配圖的注意事項 （1）滑移齒輪是否有足夠的移動位置，是否會發生干涉，即前一對嚙合齒輪完全脫開后，后一對齒輪才允許開始嚙合。（2）大齒輪是否與其他軸或軸上的零件相碰。（3）是否有足夠的空間位置容納操縱機構及操縱件的移動。（4）軸、軸承及軸上零件的固定和定位要可靠，受力后不應發生串動現象，注意推力軸承安裝是否合理。（5）需要調整的零件（如軸承、離合器等），應有調整的可能性且操作方便。（6）機床應有

12、良好、可靠的潤滑和密封裝置。（7）結構設計一方面要滿足機床性能要求，另一方面要注意加工和裝配工藝性，加工和裝配是影響結構設計的重要因素。（8）在設計過程中要嚴格遵守國家標準。（9）圖紙應符合國家機械制圖標準，盡可能采用1：1的比例畫圖，不得已時才采用其他比例，且應保持圖面整潔、美觀。（10）展開圖及剖視圖的圖線加粗以前，應請指導教師審查。7零件的驗算在零件尺寸和位置確定后，才能知道它們的受力狀態、力的大小、方向和作用點。才可以對零件（如齒輪、軸、鍵、軸承等）進行較為精確的驗算。如發現不合理或不正確時，應重新修改結構，重新計算，以達要求。例如，在驗算時發現其工作應力超過許用值，可改用較好材料或改

13、變材料的熱處理工藝來彌補。8修改和加深裝配圖根據驗算結果對裝配圖進行審查后，修改草圖，并完善裝配圖，把應該表示出來的零件清晰正確地繪制在裝配圖上，在確認無誤后，按制圖標準加深裝配圖。在裝配圖上應標出如下各種數據。（1）齒輪齒數及模數、蝸輪齒數、蝸桿頭數、絲杠及螺母螺距、齒條齒距、帶輪或鏈輪直徑、電動機功率及轉速、軸編號等，并均應與轉速圖一致。（2）決定配合性質的配合尺寸。（3）決定該部件對其他部件或整個機器相對位置的基準尺寸；決定部件內基本零件相對位置的基準尺寸；主要軸線到主要表面的內部尺寸以及該部件的總尺寸等。（4）整個部件的技術條件。（5）圖上所有零件應編號，相同零件應具有同一編號，并編制

14、零件明細表。以上設計步驟不能機械地進行，必須交替進行，才能快速地設計出完善的機器。在運動設計基本確定后，選擇同類型的機器采用類比法進行簡單的估算，畫出裝配草圖。然后驗算，修改結構，再驗算，直到確定出完善的結構設計（裝配圖）。這種設計方法稱為“三邊”設計法，即邊計算、邊結構設計、邊修改，三者結合進行。這是現場采用的設計方法，能大大地提高設計速度。9繪制零件圖在裝配圖加深后，根據裝配圖按制造和檢驗要求繪制出零件圖。在設計的零件影響到裝配圖設計，需修改裝配圖。10編寫設計計算說明書在設計過程中，計算草稿應及時整理，需要說明的內容在整理說明書草稿時要有條理地加以闡述。所采用的論點、公式、數據要在查找資

15、料的同時記下出處，以免在整理說明書時重新查找。設計計算說明書應在設計過程中逐步完成，最后稍加整理即成。編寫設計計算說明書的項目如下。（1） 設計任務書；（2） 目錄；（3） 機床用途、性能及結構簡單說明；（4） 設計部分的基本技術特性和結構分析；（5） 設計部分的運動設計；（6） 設計部分的動力計算；（7） 設計部分的調節、潤滑、維護保養、安全操作及其他；（8） 設計中的優缺點、存在的問題及改進意見。說明書使用的紙張應整齊統一，條理清楚，文字通順簡練，所用圖表、曲線、簡圖要正式畫出。14 課程設計的學時分配由于課程設計的時間有限，不宜搞機械結構過于復雜的傳動裝置設計，故設計題目只能選擇簡易型專用機床或通用機床的傳動裝置，才能完成機械結構設計的基本訓練。課程