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沈 陽 化 工 大 學(xué) 科 亞 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 車床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機(jī)制 1101 學(xué)生姓名 霍文波 指導(dǎo)教師 趙艷春 論文提交日期 2015 年 6 月 1 日 論文答辯日期 2015 年 6 月 5 日 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 1101 班 學(xué)生 霍文波 畢業(yè)設(shè)計 論文 題目 機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 畢業(yè)設(shè)計 論文 內(nèi)容 1 設(shè)計說明書一份 2 CAD 圖紙一套 包括總裝圖 零件圖 3 文獻(xiàn)綜述 不少于 3000 字 畢業(yè)設(shè)計 論文 專題部分 機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu) 起止時間 2015 年 3 月 6 日至 2015 年 6 月 5 日 指導(dǎo)教師 簽字 2015 年 3 月 6 日 摘要 機(jī)床是講加工成機(jī)械零件的金屬坯料 它是一臺機(jī)器的制造機(jī)器 也被稱為工具機(jī) 所以習(xí)慣上稱為機(jī)床 制造機(jī)械在現(xiàn)代機(jī)械制造有很 多方法 除切削加工外 鑄造 鍛造 焊接 沖壓 擠壓等都是加工方 法 具有較高的精度和表面粗糙度的要求是細(xì)部件 通常需要在機(jī)床上 用切割方法做最后的處理 自 20 世紀(jì)中葉 全球加工技術(shù)及其設(shè)備占據(jù)在制造過程中的一個 重要的位置 80 以上的在制造設(shè)備的零件應(yīng)進(jìn)行加工 并且加工周期 長 約占 30 40 產(chǎn)品的量產(chǎn)工時 40 50 處理成本高 大約 100 萬噸鋼鐵和有色金屬材料的切削 切削加工的耗費每年在 2500 億美元 以上 本次設(shè)計主要對機(jī)床的主軸箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計 確定主參數(shù)設(shè)計的機(jī) 床 擬定了傳輸方案和系統(tǒng)圖等主要內(nèi)容 對計算和驗算主要零件 采 用三維繪圖軟件設(shè)計的零部件和加工 機(jī)床主軸箱是重要的驅(qū)動部分 它將機(jī)床電動機(jī)和主軸聯(lián)接起來 將被傳遞到主軸由電機(jī)的功率和扭矩 從而使主軸旋轉(zhuǎn)來加工 它的主要功能是通過變速裝置的調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速 和扭矩 從而使電機(jī)運行在最佳狀態(tài) 關(guān)鍵詞 主軸箱 變速 齒輪 Abstract Machine tool is speak metal blank processed into the machine parts of the machine it is a machine manufacturing machine also known as machine tool so customarily referred to as the machine tool Processing machinery parts in modern mechanical manufacturing processing method are many in addition to machining casting forging welding stamping extrusion etc with high accuracy and surface roughness requirements are thin parts typically require on machine tools with cutting method for final processing Since the middle of the 20th century the global processing technology and its equipment occupies an important position in the process of manufacturing more than 80 of the parts in manufacturing equipment to carry on the processing and processing cycle is long accounts for about 30 40 new product development cycle of product mass production hours 40 50 the high cost of processing the world about 100 million tons of steel and nonferrous materials into cutting cutting the cost of above 250 billion a year So the machine tool industry is the base of equipment industry the developed countries in the world attaches great importance to its development machine tool production continues to grow machine output and consumption are rapid development situation of our country Woke up this design is mainly aimed at machine tool spindle box design determination of main parameters design main content of machine tool the transmission scheme and system diagram drawn up the main parts for the calculation and checking using 3 d drawing software to design and processing of the parts Machine tools spindle box is important in driving part The machine motor and spindle connected together will be passed on to the main shaft by a motor power and torque so that the spindle rotation to machining Its main function is through the speed change device adjusting the spindle speed and torque so that the motor running in the best state Key words spindle box Variable speed gear 目 錄 第一章 引言 1 1 1 普通車床簡介 1 1 2 普通車床使用條件 2 1 3 普通車床操作規(guī)程 3 1 3 1 開車前的檢查 3 1 3 2 操作程序 3 1 3 3 停車操作 4 1 3 4 運行中的注意事項 4 第二章 主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 2 1 傳動設(shè)計 5 2 1 1 確定轉(zhuǎn)速極速 5 2 1 3 繪制轉(zhuǎn)速圖 7 2 1 4 齒輪齒數(shù)的估算 9 2 1 5 帶輪直徑的確定 10 第三章 動力計算 11 3 1 電機(jī)功率的確定 11 3 2 主軸的估算 11 3 2 1 主軸前端軸頸的直徑 D1 11 3 2 2 主軸的后軸頸 D2 12 3 3 中間傳動軸的初算 12 3 3 2 計算轉(zhuǎn)速 N j 的確定 12 3 3 3 各軸傳遞功率的確定 13 3 4 齒輪模數(shù)的估算 14 3 5 各軸直徑及各齒輪齒數(shù)的確定 14 第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 4 1 齒輪的軸向布置 17 4 2 傳動軸及其上傳動元件的布置 18 4 2 1 軸的設(shè)計 18 4 2 2 軸的設(shè)計 18 4 2 3 軸的設(shè)計 19 4 2 4 軸的設(shè)計 19 4 2 5 軸的設(shè)計 20 4 2 6 主軸的設(shè)計 21 4 3 主軸的強度校核 22 4 3 1 低 6 級傳動時強度驗算 22 4 3 2 高 6 級傳動時強度計算 24 總結(jié) 26 參考文獻(xiàn) 27 致謝 28 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章引言 0 第一章 引言 車床主要用于具有回旋表面的軸 盤 套等工件的加工 被用于替代工廠的機(jī) 械制造和機(jī)床的最流行的類型 銑床和鉆床等機(jī)械都是從車床引申出來的 1 1 普通車床簡介 主要組成部分有 床身 床頭箱 變速箱 進(jìn)給箱 光桿 絲桿 溜板箱 刀 架 床腿和尾架等部分組成 床身 車床的基本部分 用于支承和安裝的車床件 以確保相對位置 如啟閉 料箱 滑板箱等 該床具有足夠的剛度和強度 高精度 床面 以便確保所述部件之間的正確的相對位置 四個平行的導(dǎo)軌 托架工具 尾 座正確移動相對于主軸箱 為了保持床表面的精確度 在車床的操作中應(yīng)注意的維 持 床頭箱 主軸箱 支持主軸 并使其旋轉(zhuǎn) 主軸是中空結(jié)構(gòu) 外錐前端安裝 三爪卡盤等配件夾緊工件 在用于頂部的前錐形的 細(xì)長的孔 可以滲透到長條安 裝 車床主軸箱只有一個變量 主軸變速機(jī)構(gòu)置于單獨移位遠(yuǎn)離主軸箱 來降低變 速器零件振動和主軸的熱效應(yīng) 變速箱 由電動機(jī)驅(qū)動的齒輪箱齒輪軸轉(zhuǎn)動 通過 改變齒輪箱的齒輪搭配 嚙合 位置 不同的速度 然后通過皮帶輪驅(qū)動電動機(jī)至 主軸 進(jìn)給箱 也被稱為工具盒 安裝在齒輪的進(jìn)給運動 可以調(diào)節(jié)進(jìn)給量 以及 運動被傳遞到光棒或線材 光桿 螺桿 料盒到盒停機(jī)坪的運動 光桿被用于自動 進(jìn)料的一般車削 并且不能使用用于轉(zhuǎn)動螺紋 螺紋車削 溜板箱 車床運動控制 箱 它將光桿傳遞到旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)榭v向或橫向直線進(jìn)給運動的工具 旋轉(zhuǎn)的電線桿 并以直接改變成在螺紋中使用的工具的縱向運動 該工具被用來夾緊刀具和縱向 橫向或斜向移動 它包括以下幾個部分 安裝在導(dǎo)軌尾座 在尾座套筒頂部安裝及 配套工件 也可以安裝位 鉸刀刀具 孔加工的工件 尾幀偏移 而且在切削錐 尾 架使用注意事項 1 2 普通車床使用條件 正常使用普通車床一定要滿足以下的條件下 機(jī)床電源電壓波動小 環(huán)境溫度 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章引言 1 要低于 30 相對濕度要小于 80 1 機(jī)床位置環(huán)境要求 機(jī)床的位置要求遠(yuǎn)離振源 要求避免與陽光直接照射與熱輻射影響 避免濕度 與氣流影響 假如機(jī)床旁邊有振源 那么機(jī)床四周應(yīng)該有防振溝 否則將直接影響 到機(jī)床的加工精度和穩(wěn)定性 將使電子元件接觸不良 實效 影響機(jī)床的可靠性 2 電源要求 車床一般安裝在車間 這里不僅環(huán)境溫度的變化 條件差 而且各種機(jī)電設(shè)備 電力網(wǎng)絡(luò)波動很大 因此 普通車床的安裝位置 需要嚴(yán)格控制的電源電壓 否則 會影響數(shù)控系統(tǒng)的正常運 3 溫度條件 30 以下環(huán)境溫度 相對濕度小于 80 在一般情況下 數(shù)控電控箱內(nèi)部有冷 卻機(jī) 用來保持電子元件 特別是 CPU 的工作穩(wěn)定性常數(shù)或溫度的變化是非常小的 高的溫度與濕度將導(dǎo)致較低的控制系統(tǒng)部件的壽命 并導(dǎo)致實效增多 溫度與濕度 的增加 灰塵可產(chǎn)生粘合劑在集成電路板 并導(dǎo)致短路 4 按說明書的規(guī)定使用機(jī)床 在使用機(jī)床時 不能在出廠設(shè)置中改變控制系統(tǒng)的參數(shù) 設(shè)置這些參數(shù)直接關(guān) 系到機(jī)器部件的動態(tài)特性 僅在間隙補償參數(shù)值可以根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整 用戶不能更換附件 例如使用液壓卡盤的上述規(guī)范 當(dāng)出廠設(shè)置附件 以鏈接 參數(shù)匹配充分考慮 盲目的變化造成了鏈路參數(shù)不匹配 甚至造成無法估計的事故 使用液壓卡盤 液壓頭 液壓尾座 液壓油缸的壓力 應(yīng)在容許應(yīng)力的范圍不允許 任何改善 1 3 普通車床操作規(guī)程 1 3 1 開車前的檢查 1 根據(jù)機(jī)床潤滑圖表加注潤滑油脂 2 檢查各部電氣設(shè)施 傳動部位 防護(hù) 限位裝置齊全可靠 靈活 3 各檔在零位 皮帶的松緊應(yīng)符合要求 4 床面不允許直接存放金屬物件 防止損壞床面 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章引言 2 5 加工工件 無泥砂 防止泥砂掉入拖板內(nèi) 磨損導(dǎo)軌 6 夾緊工件必須是空的試運行后 一切正常之前 可以把工件 1 3 2 操作程序 1 在工件上 第一次啟動潤滑油泵 油壓到機(jī)床的規(guī)定可以運行 2 調(diào)整齒條 可調(diào)節(jié)吊輪的交流 必須切斷電源 可調(diào) 所有螺栓應(yīng)擰緊 扳手應(yīng)及時刪除 起飛 開始試運行 3 裝卸工件后 應(yīng)立即取下卡盤扳手和浮動物件 4 機(jī)尾座 曲柄沖壓加工需要被調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢?并擰緊或按 5 工件 刀具 夾具必須卡緊 浮動刀具須將引刀部分伸入工作 才能啟動 機(jī)床 6 在用中心架或者跟刀架的時候 要調(diào)好中心 要有良好的潤滑與支撐接觸 面 7 加工長料的時候 后面凸出的部分不宜過長 如果過長應(yīng)安裝架和風(fēng)險指 標(biāo)的長梭形 8 進(jìn)刀時 刀要慢慢接近工作 避免接觸 拖板來回速度要均勻 換刀時 刀具與工件要保持適當(dāng)距離 9 切削工具必須擰緊和轉(zhuǎn)出長度的厚度一般不超過 2 5 倍 10 加工偏心 必須有適當(dāng)?shù)闹亓亢椭匦膴A頭中心的平衡 速度是適當(dāng)?shù)?11 盤卡超出機(jī)身的工件 要有防護(hù)措施 12 對刀調(diào)整一定要慢 當(dāng)?shù)峨x加工部位 40 60 毫米時 工作應(yīng)該切換到手 動 不允許快速進(jìn)給直接吃刀 13 拋光工件時 將刀架退到安全裝置 操作人員要面向卡盤 右手在前 左手在后 表面有鍵槽 方孔的工件不能用銼刀加工 14 用砂布打打磨工件外圓的時候 操作人員要按上條規(guī)定的姿勢 兩手拉 著砂布兩頭進(jìn)行打光 不能用手指夾持砂布打磨內(nèi)孔 15 自動走刀時 將小刀架調(diào)至與底座平齊 避免底座碰到卡盤 16 切斷重工件或材料時 應(yīng)保留足夠的加工余量 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章引言 3 1 3 3 停車操作 1 切斷電源并取下工件 2 各部手柄回歸零位 清點工具 打掃清潔 3 檢查各部保護(hù)裝置的狀態(tài) 1 3 4 運行中的注意事項 1 禁止非工作人員操作機(jī)床 2 嚴(yán)禁在運行中手摸刀具 機(jī)床的轉(zhuǎn)運部分和轉(zhuǎn)動工件 3 不允許使用緊急停車 如后應(yīng)滿足緊急停止按鈕 應(yīng)按照審查它開始前與 機(jī)器的規(guī)定試 4 不允許腳踏車床的導(dǎo)軌面 絲桿 光桿等 除規(guī)定不準(zhǔn)用腳代替手操作 5 內(nèi)壁有砂眼 縮孔或關(guān)鍵部件 不允許用三角刮刮削內(nèi)孔 6 啟動后壓縮空氣或液體的壓力必須達(dá)到規(guī)定值 才能使用 7 車削細(xì)長工件的時候 床頭前兩面伸出超過直徑 4 倍以上時 按工藝規(guī)定 要用頂尖 中心架或跟力架支扶 床頭后面伸出時 要加防護(hù)裝置和警告標(biāo)志 8 容易濺切削脆性金屬或切割 包括磨削 應(yīng)加防護(hù)屏障 操作人員要戴 安全防護(hù)眼鏡 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 第二章 主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 1 傳動設(shè)計 此次設(shè)計在分析和研究掌握資料的基礎(chǔ)上 設(shè)計確定主軸變速箱公比極限速 度和轉(zhuǎn)速的設(shè)計 選擇了電機(jī)和功率的轉(zhuǎn)速 來制定相應(yīng)的公式 傳動系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn) 速圖 以確定齒輪齒與滑輪等的變速比和直徑 2 1 1 確定轉(zhuǎn)速極速 根據(jù)任務(wù)要求 轉(zhuǎn)速公比 則轉(zhuǎn)速20rpm ax N45rp in N1 4 變速 范圍 Rn 2 1 4 in m Rn 依據(jù) Rn 可求得主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) Z 2 2 12 98 Z 2 1 2 確定結(jié)構(gòu)式及結(jié)構(gòu)網(wǎng) 由于結(jié)構(gòu)上的限制 變速組中的傳動副數(shù)目通常選用 2 或 3 故其結(jié)構(gòu)式為 Z 2 n 3 m 對于 12 級傳動 其結(jié)構(gòu)式可分為以下三種形式 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3 在電機(jī)功率一定的情況下 傳輸?shù)妮^小的扭矩 較小的尺寸和驅(qū)動軸 因此 從發(fā)送序列中 發(fā)送多一些背后的傳動部件的前部 因此 本設(shè)計采用的結(jié)構(gòu)式為 12 3 2 2 在圖 2 1 中 從軸 I 到 II 軸線有三個小組齒輪被分別接合并且能夠得到三種不 同的傳輸速度 從二軸軸線 III 具有兩對齒輪分別嚙合 分別以獲得兩個不同的傳輸 速度 因此 從軸 至 軸可以得到 3 2 6 個不同的傳輸速度 同樣地 從軸 III 到 IV 期軸線具有兩對齒輪分別嚙合與兩個不同的傳輸速度 所以從軸 I 到 IV 軸可以得到 3 2 2 12 個不同的驅(qū)動速度 根據(jù)具體的設(shè)計要求 所以程序為 3 2 2 傳輸方案的最終設(shè)計 為了達(dá)到最理想的設(shè)計 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 圖 2 1 3 2 2傳動方案 擬定機(jī)床傳動方案時 傳動鏈特性和傳動鏈的相對關(guān)系之間的關(guān)系被選擇 該 圖結(jié)構(gòu)圖 副的傳動結(jié)構(gòu)圖只有傳動比之間的關(guān)系說 并不代表價值 為對稱的形 式 圖 2 2 主軸速度應(yīng)滿足法律的水平 所以網(wǎng)絡(luò)線的相鄰之間的結(jié)構(gòu)表示一 個比 為了使軸小于允許值 越傳輸副 較小的級索引 考慮 前者的原則的傳輸范 圍 擴(kuò)展序列應(yīng)前者的原理之前通過 因此 這種設(shè)計的結(jié)構(gòu)是 12 3 1 2 3 2 6 12 級數(shù) 3 2 2 按傳動順序的各傳動組的傳動副數(shù) 1 3 6 各傳動組中級比間的空格數(shù) 也反饋傳動比和擴(kuò)大次序 該傳動形式反饋了傳動次序和擴(kuò)大次序 且表示傳動方向和擴(kuò)大次序一致 圖 2 2 為該傳動的結(jié)構(gòu)式 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 圖 2 2 12 3 1 2 3 2 6 結(jié)構(gòu)圖 2 1 3 繪制轉(zhuǎn)速圖 繪制車床轉(zhuǎn)速圖前 有必要說明兩點 1 為了結(jié)構(gòu)緊湊 減小振動和噪聲 a 最小傳動比 I min 1 4 b 最小傳動比 I max 2 齒輪數(shù) 2 5 因此 在一個傳輸組中 速度范圍為小于或等于 8 在這種設(shè)計中 一個軸驅(qū) 動對不差 6 格 c 前緩后急基準(zhǔn) 即傳動在全的傳動組 其降速比小 而在后的傳動組 其降 速比大 2 車床轉(zhuǎn)速圖與它的主傳動系統(tǒng)圖密切相關(guān) 故在繪制它的轉(zhuǎn)速圖前 先要 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 確定其主傳動系統(tǒng)圖 圖 2 3 普通車床主傳動系統(tǒng)圖 如圖 2 3 所示 一般車床選取分離式傳動 就是變速箱與主軸軸箱分離 軸是皮帶傳動 在主軸箱的傳動中使用了背輪機(jī)構(gòu) 同軸線 解決 了傳動比不能過大 受極限傳動比限制 的問題 為了讓軸上變速范圍小于等于允許值 傳動副數(shù)越多 級比指數(shù)應(yīng)越小 考慮 到傳動順序中有前多后少基準(zhǔn) 擴(kuò)大次序應(yīng)采用前小后大的基準(zhǔn) 該設(shè)計選取的結(jié) 構(gòu)式為 12 3 1 2 3 2 6 從軸 軸有三支球隊齒輪嚙合分別用三種不同的傳輸速度 從二軸軸線 III 具有兩對齒輪分別嚙合與兩個不同的傳輸速度 因此從軸 至 軸可以得到 3 2 6 個不同的傳輸速度 類似地從軸 III 到 IV 期軸線具有兩對齒輪分別嚙合與兩個不 同的傳輸速度 所以從軸 I 到 IV 軸得到的 3 2 2 12 個不同的驅(qū)動速度 普通車床 12 速比 披 1 41 使用一個后輪的速度線圖中 如圖 2 4 所示 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 圖 2 4 普通車床轉(zhuǎn)速圖 由于最大速度 且機(jī)器的功率通常為約 3 0KW 為了滿足速度和功率的要求 Y 系列三相異步電動機(jī)被選擇 并且該模型是 Y100L2 4 所述技術(shù)參數(shù)零件 2 1 表 2 1 Y100L2 4型電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 電動機(jī)型號 額定功率 kw 滿載轉(zhuǎn)速 rpm 額定轉(zhuǎn)矩 N m 最大轉(zhuǎn)矩 N m Y100L2 4 3 1430 2 2 2 3 2 1 4 齒輪齒數(shù)的估算 為了便于設(shè)計與制造 同一傳動齒輪模數(shù)是在組中通常是不同的 在這點上 齒輪齒 并且在同一所述傳輸 顯然 齒數(shù)和過小 則齒的小齒輪的數(shù)目 切根會 發(fā)生 或可能導(dǎo)致齒輪加工中心孔的尺寸是不足夠的 與軸的直徑 或者引起加 工鍵槽 轉(zhuǎn)移運動需要 磨損切削齒根 如果牙齒過大 齒輪結(jié)構(gòu)尺寸大 造成巨大 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 的主驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 此設(shè)計共包含 軸傳動組 軸傳動組 傳動組和 傳動組四個 齒輪副傳動組 依據(jù)各傳動組內(nèi)傳動副的傳動比草擬出多種齒數(shù)和 見下表 2 2 至于詳細(xì)傳動副齒數(shù)和及各齒輪齒數(shù)的確定等各軸直徑估算確定后再確定 表 2 2 各種傳動比齒輪齒數(shù)和及齒數(shù) 傳動組 個傳動比的齒數(shù)和 齒數(shù)和 傳動比 48 58 60 62 70 72 80 1 1 41 28 20 34 24 35 25 36 26 41 29 42 30 47 33 1 1 24 24 29 29 30 30 31 31 35 35 36 36 40 40 軸 1 1 41 20 28 24 34 25 35 26 36 29 41 30 42 33 47 2 1 5 帶輪直徑的確定 在設(shè)計中 有電機(jī)軸 I III 軸四軸線兩組帶輪傳動 1 和 1 43 1 的傳動比 1 分別 一般機(jī)床用 V 帶 根據(jù)電動機(jī)的速度和功率可確定帶模型 驅(qū)動帶數(shù) 2 5 最好 根據(jù)皮帶輪發(fā)送功率和轉(zhuǎn)速 電動機(jī)的一個軸上采用 A 型帶 并且所述軸的車 輪直徑 D2 180mm 電動機(jī)軸上帶輪直徑 D1 176mm 采用 5 根帶 軸到 軸選 擇 A 型帶 A 帶直徑小 承載能力強 軸上帶輪直徑 D3 140mm 軸上帶輪 直徑 D4 140mm 采用 2 根帶 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 動力計算 10 第三章 動力計算 3 1 電機(jī)功率的確定 正如前面提到的 對于國內(nèi)普通車床 機(jī)床功率為 3 0 千瓦通常 選擇 Y100L2 4 型異步電動機(jī) 的額定功率為 3 0 千瓦 3 2 主軸的估算 設(shè)計之初 由于確定的是一個方案 具體結(jié)構(gòu)還沒確定 因此 只根據(jù)統(tǒng)計資料 初步確定主軸直徑 3 2 1 主軸前端軸頸的直徑 D1 表 3 1 各類機(jī)床主軸前端軸頸的直徑 D1 直徑 機(jī)床 功率 1 5 2 5 2 6 3 6 3 7 5 5 5 6 7 3 7 4 11 車床 60 80 70 90 70 109 95 103 110 145 鉆床 50 80 50 85 60 90 70 95 75 100 銑床 50 90 60 90 60 95 75 100 90 105 圖 3 1 機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)圖 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 動力計算 11 如表 3 1 所示 本次設(shè)計 現(xiàn)則 D1 80mm 3 2 2 主軸的后軸頸 D2 一般機(jī)床主軸后軸頸 D2 0 7 0 85 D1 D2 60mm 可以肯定的是 在前軸頸部 主軸一般是指與軸頸部的滾動軸承配合的主軸 D1 D2 應(yīng)為 5 的倍數(shù) 3 3 中間傳動軸的初算 一般機(jī)床每根軸的當(dāng)量直徑 d 與其傳遞的功率 P 計算轉(zhuǎn)速 N j 以及允許的扭 轉(zhuǎn)角 有如下公式 3 1 t P Nj 1sqr d 式中 P 該傳動軸傳遞的額定功率 單位 KW Pe 電機(jī)到該軸傳動件傳動效率總值 d 當(dāng)量直徑 單位 cm N j 計算轉(zhuǎn)速 單位 rpm 對于花鍵軸 軸內(nèi)徑一般要比 d 小 7 3 3 1 允許扭轉(zhuǎn)角 的確定 一般 機(jī)床各軸的允許扭轉(zhuǎn)角參考值見表 3 2 表 3 2 機(jī)床各軸允許扭轉(zhuǎn)角 允許扭轉(zhuǎn)角 傳動軸剛度要求 主軸 一般傳動軸 較低軸 0 5 1 1 1 5 1 5 2 本次設(shè)計 中間傳動軸允許扭轉(zhuǎn)角 均取 1 2 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 動力計算 12 3 3 2 計算轉(zhuǎn)速 N j 的確定 轉(zhuǎn)速 N j 指的是所需要的主軸或其他傳動軸的最小速度一切權(quán)力的轉(zhuǎn)移 為中 型通用機(jī)床幾何傳動 主軸轉(zhuǎn)速一般的計算是 見表 3 4 驅(qū)動器組件上的效率普通 機(jī)床 3 2 1 Z 3 min j 本次設(shè)計 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖圖 2 4 可確定各軸的計算轉(zhuǎn)速見表 3 25rpNj 3 表 3 3 各軸的計算轉(zhuǎn)速 各軸的轉(zhuǎn)速 軸 軸 軸 軸 軸 主軸 N j 1400 1000 355 355 355 125 3 3 3 各軸傳遞功率的確定 各軸的傳遞功率 當(dāng)確定了軸效率 軸承的作用不被認(rèn)為是 與齒輪Pe 傳動裝置效率的最小值被選擇以補償所引起的軸承的誤差 見表 3 4 驅(qū)動器組件上 的效率普通機(jī)床 表 3 4 機(jī)械傳動效率 圓柱齒輪傳動機(jī)械傳動元件 效率 V 帶傳動 聯(lián)軸器 7 級精度 8 級精度 0 95 0 99 0 98 0 97 變速箱的變速裝置的變速采用 8 級的精度 和主軸箱是第 7 階段精度 通過表 3 2 表 3 3 表 3 4 和式 3 1 效率每個軸和等效直徑被確定 查看 3 5 表 表 3 5 機(jī)床各中間傳動軸傳遞功率及計算直徑 各軸 效率 軸 軸 軸 軸 軸 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 動力計算 13 P 2 85 2 76 2 68 2 55 2 50 d 2 23 2 41 3 10 3 06 3 04 2 85 0 97 2 76 2 76 0 97 2 68 2 68 0 85 2 55 2 55 0 98 2 50 3 4 齒輪模數(shù)的估算 根據(jù)疲勞強度或彎曲強度 齒輪模數(shù)是更復(fù)雜的 并且某些系統(tǒng)參數(shù)的可所有 參數(shù)已經(jīng)知道 的草圖之前 標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)估計后確定 并且相同的傳輸組中的齒 輪都采用相同的模量 并且在變速箱的齒輪采用 1 2 模 發(fā)送功率的齒輪模數(shù)大于 2 毫米 在中 大機(jī)床 主變速箱的齒輪模數(shù)往往采取從 2 5 3 的 4mm 由中心距 A 及齒數(shù) Z1 Z2 可求齒輪模數(shù)為 3 3 Z2 1 m 按齒面點蝕估算的齒輪中心距有如下公式 3 4 3 370P Nj 式中 大齒輪的計算轉(zhuǎn)速 單位為 rpm j 該齒輪傳遞功率 單位為 KW 從 I 軸到 II 軸 則140rpm j2 85KW P46 9m I A 從 II 軸到 III 軸 則 N76520 從 III 軸到 IV 軸 則 35rj 71 IV 由 3 2 以及表 2 2 各軸齒輪傳動齒數(shù)和 對于最小齒數(shù)和 則有各軸應(yīng)滿足 的最低模數(shù) 對于 I 軸 II 軸 則 46 9m I A 48minZ2 1 1 95m 對于 II 軸 III 軸 則 5206 26 對于 III 軸 IV 軸 則 71 I 7i 87 對于變速箱內(nèi)圓柱齒輪傳動 統(tǒng)一用 m 2 5mm 因為主軸傳遞扭矩大 所以主 軸箱內(nèi)齒輪模數(shù)取 3mm 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 動力計算 14 3 5 各軸直徑及各齒輪齒數(shù)的確定 在實際生產(chǎn)中 軸齒輪傳動主要由連接到實現(xiàn)軸向鍵 而且設(shè)計中 所有與花 鍵軸 并通過使用花鍵軸直徑的適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的等效直徑的軸的驅(qū)動軸 并且通過花鍵 軸直徑由在齒輪側(cè)齒數(shù)軸上 花鍵軸 齒數(shù)及齒的選擇的尺寸示于表 3 6 表 3 6 各花鍵軸參數(shù)以及相應(yīng)傳動副齒輪齒數(shù) 選定值參數(shù)數(shù) 參數(shù) 軸 軸 軸 軸 軸 軸 當(dāng)量直徑 22 3 24 1 31 0 30 6 30 4 花鍵軸參數(shù) 6 32 28 7 6 32 28 7 6 35 30 10 6 40 35 10 相對軸間齒輪 傳動副和齒輪 和 60 76 103 這里需要說明以下三點 1 花鍵軸參數(shù)尺寸代表 Z D d b Z 表示花鍵軸齒數(shù) D 表示花鍵軸大徑 d 表示小徑 b 表示齒寬 具體圖樣見圖 3 2 圖 3 2 矩形花鍵軸 2 齒輪齒數(shù)的選取 應(yīng)保證齒輪齒根與花鍵軸大徑配合的輪轂面不得小于 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 動力計算 15 3 5mm 3 III 軸和 IV 軸間為皮帶輪 1 1 傳功 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié) 16 第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計包括主軸箱 變速箱的結(jié)構(gòu) 和傳動件 主軸組件 箱體以及連接件 的結(jié)構(gòu)設(shè)計和布置等 4 1 齒輪的軸向布置 多次使用的滑動齒輪及滑動齒輪的設(shè)計必須保證當(dāng)一對齒輪完全脫離 使一對 齒輪嚙合 否則干擾難以改變 因此 與固定齒輪匹配之間的距離應(yīng)保證留出足夠 的空間 至少不少于齒寬的兩倍 并留有 1 2mm 的間隙 齒輪齒寬取 b1 6 12 m 對變速箱內(nèi)齒輪傳動副模數(shù) m 2 5mm 而對于主軸箱內(nèi) m 3mm b2 20mm 變速箱內(nèi)相鄰固定齒輪間距 B 應(yīng)不小于 32mm 圖 4 1 齒輪的軸向布置 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié) 17 4 2 傳動軸及其上傳動元件的布置 4 2 1 軸的設(shè)計 圖 4 2 I軸及其上傳動元件布置圖 I 軸上是三聯(lián)滑移齒輪 相對應(yīng)的花鍵軸段尺寸為 6 32 28 7 左右端均采用深 溝球軸承 其型號分別是 6205 6206 右端是五齒皮帶輪 和帶有平鍵 I 軸連接 電機(jī)右端 V 帶輪將動力傳至 I 軸 又通過滑移齒輪傳動力至 II 軸 4 2 2 軸的設(shè)計 圖 4 3 II軸及其上傳動元件布置圖 II 軸上是五個固連齒輪 左邊三個固連齒輪與 I 軸配合 右邊兩個固連齒輪與 III 軸配合 相對應(yīng)花鍵軸段尺寸為 6 32 28 7 左 右端是 6205 型號的深溝球軸承 動力軸 I 到 II 軸 并通過右邊兩齒輪傳動力傳到 III 軸 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié) 18 4 2 3 軸的設(shè)計 圖 4 4 III軸及其上傳動元件布置圖 III 軸上有 2 聯(lián)滑移齒輪 與 II 軸的兩個固定齒輪嚙合 相對應(yīng)花鍵軸段尺寸為 6 35 30 10 左 右均為 6206 型號的深溝球軸承 左端是兩個齒皮帶輪 動力從 II 軸傳到 III 軸 再通過左邊的 V 帶輪傳動力到 IV 軸 4 2 4 軸的設(shè)計 圖 4 5 IV軸及其上傳動元件布置圖 IV 軸是套在主軸左端的套筒 兩個是 6214 型號的深溝球軸承支撐套筒并增加 其剛度 左端是 2 齒皮帶輪 左邊螺母可調(diào)整其軸向位置 動力從 III 軸徑皮帶輪傳 至 IV 軸 再通過右邊齒輪將動力傳出 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié) 19 4 2 5 軸的設(shè)計 圖 4 6 V軸及其上傳動元件布置圖 V 軸是背輪機(jī)構(gòu) 其上兩個滑動齒輪和離合器滑動盤內(nèi)齒離合器滑動用螺栓固 定在一起 以實現(xiàn)傳輸?shù)哪康?與花鍵軸維度參數(shù)為 左右是 型10 354 6620 號的深溝球軸承 當(dāng)撥動滑移齒輪 使左端齒輪與 IV 軸齒輪嚙合時 主軸將是低 6 級轉(zhuǎn)速 如果直接與 IV 軸齒輪嚙合換檔滑動齒輪 所以即使是撥號叉形主軸齒輪 主軸將獲得 8 高速 4 2 6 主軸的設(shè)計 圖 4 7 主軸及其上傳動元件布置圖 主軸裝有由 V 軸 后輪機(jī)構(gòu) 控制內(nèi)部離合器圓盤 并與右側(cè) V 軸及軸的右端 的齒輪 當(dāng)?shù)谒妮S齒輪直接與所述接合內(nèi)齒離合器 主軸將獲得一個高 6 速 當(dāng)脫 開 因此 即使在齒輪與背面齒輪機(jī)構(gòu)連接 通過兩個 1 2 8 復(fù)位 將是低的第 6 級高速主軸 因為主軸較長 為了提高其剛性 這樣的設(shè)計使用了三個支撐件 其結(jié)構(gòu)是 3 孔高同軸 溫升及空載功率的增加 但 3 孔同軸加工難度 支持一般選擇或支持為 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié) 20 輔助 只有負(fù)載 軸彎曲變形 支撐工作將工作 這樣的設(shè)計 正面支持為主要支撐點 雙列圓柱滾子軸承的選擇和類型 NU316 其承載能力 摩擦系數(shù)小 溫升低 極限轉(zhuǎn)速高 能很好的滿足設(shè)計要求 但不能承受軸向力 在這個設(shè)計中 我們選擇兩欄式 51214 推力球軸承 并支持支 持支持外錐式滑動軸承內(nèi)圈的軸向力 在一方面 它能夠滿足高速度 高精度 重 載 同時承受較大的徑向力 另一方面 它可以從前面的主軸的軸向力的背面 并充 分傳遞到身體 確保運行精度和性能良好的主軸 的滾動軸承是由螺母其軸向間隙 調(diào)整 并且所述內(nèi)圓筒滑動軸承可以通過雙向后蓋調(diào)整其徑向間隙 4 3 主軸的強度校核 主軸作為車床的輸出軸 一方面 由卡盤驅(qū)動該夾緊工件旋轉(zhuǎn) 另一方面 由 于主軸精度 性能要求較高 從而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和上傳更多復(fù)雜的布局元素的行為 和主軸通常是更厚 制成空心軸 以確保在材料 高強度 剛度和疲勞強度相同的 量 在設(shè)計中 僅在主軸檢查的強度 和其他的軸 以及硬度 疲勞強度僅限于討論 長度 這種設(shè)計 兩個 其中一個主要來源 通過背面輪機(jī)構(gòu)的主要來源 以獲得 6 個 速度 一個是低電平 通過內(nèi)部齒輪離合器 以得到 6 速 在這兩種情況下 主軸 的應(yīng)力狀態(tài)是明顯不同的 所以應(yīng)力分析和驗證分別進(jìn)行 另外 車床的卸載裝載裝置的整體布局的主軸鼻 切削力的切削過程被傳遞到 身上 所以在強度檢查不考慮切削力的影響 本設(shè)計主軸的材料為經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的 45 鋼 它的許用疲勞強度 1b 60Mpa 在檢查 一些簡單的計算進(jìn)行了 主軸的原理圖如圖 4 8 所示 因為中間只支 持輔助支撐 在應(yīng)力分析 而不是反點支撐 左和右軸承濃縮反應(yīng)點 并且被認(rèn)為 在軸承支撐的中點起作用 現(xiàn)將主軸上各傳動元件的作用點位置和距離表示如下 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié) 21 圖 4 8 主軸及其上元件軸向位置簡圖 4 3 1 低 6 級傳動時強度驗算 主軸上右邊的固定齒輪受力 其受力簡圖如圖 4 9 所示 轉(zhuǎn)矩 m 531N 0 84 31 9 5 P N 10 39 5 T 圓周力 6 27 d2Ft 徑向力 6 tanr 水平面上的支反力 1492N 58 13 80 Ft1 b a A1 3N F t B 垂直面上的支反力 54N r d 152 r1 截面 C 處的水平彎矩 m 183 0 FA8 Mc 截面 C 處的垂直彎矩 52 因主軸單向回轉(zhuǎn) 視轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán) 0 6 b 則截面 C 處的當(dāng)量彎矩為 m 547N 2T1 c sqrt vc1 軸的受力圖 轉(zhuǎn)矩圖 彎矩圖如圖 4 9 所示 根據(jù)彎曲力以檢查軸部的強度值 C 最大等效的時刻 可能是危險的部分 已知 60Mpa 1b m 547N Mvc1 60Mpa 1b 13 0pa 75 3 0 d W c 所以其強度足夠 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié) 22 圖 4 9 低 6級軸的強度計算 4 3 2 高 6 級傳動時強度計算 在這種情況下 主軸的主軸線的內(nèi)離合器直接卡合在第四軸線 該力示意圖的 外齒 如圖 4 10 所示 轉(zhuǎn)矩 m 67 8N 0 4 35 1 9 5 P2 N 10 39 5 T2 圓周力 1 2 678 dFt 水平面上的支反力 24 0 Fta b A 5 2 t B 垂直面上的支反力 816N r2 d F 截面 A 處的水平彎矩 m 34 0 t14Ma 同理 截面 A 處的當(dāng)量彎矩為 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié) 23 m 25N T Ma1 2 sqrt va 軸的受力圖 轉(zhuǎn)矩圖 彎矩圖如圖 4 10 所示 類似地 部分 A 的等效力矩為最大 并可能導(dǎo)致危險的橫截面 已知 60pa 1b m 25N va1 60Mpa 1b 9 2pa M5 3 M 0 dc 3 W a 所以其強度也足夠 圖 4 10 高 6級軸的強度計算 總之 主軸的強度是足夠的 在兩種情況下 這樣設(shè)計的主軸尺寸符合要求 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié) 24 總結(jié) 數(shù)控機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)的任務(wù)完成設(shè)計 雖然設(shè)計過程是復(fù)雜的 而且有一些困 惑在第一 但在學(xué)生的共同努力 再加上老師的指導(dǎo)下 我終于成功地完成了設(shè)計 任務(wù) 這樣的設(shè)計 以鞏固和深化課堂教學(xué)的理論 鍛煉的內(nèi)容 培養(yǎng)運用所學(xué)知 識和理論我的綜合能力 使自己獨立分析和解決問題的能力得到加強 使我明白了 許多主軸箱的結(jié)構(gòu)和原理 例如 在傳輸速度上滑動花鍵軸齒輪改變 進(jìn)而實現(xiàn)增 長或減少 通過齒輪傳動的速度是可變的 CM6132 變速可實現(xiàn)無級調(diào)速下床頭的床 腿變 9 變速箱在一個盒子里 由三角膠帶傳動皮帶輪 通過兩個三齒輪與軸 馬 達(dá)運動 得到 9 變速器 輸出軸 橫向皮帶輪 帶內(nèi)輪裝有電磁制動器 磁軛通過滑動安裝在殼體法蘭蓋鍵 電樞被固定在皮 帶輪 主電機(jī)功率 電 磁軛線圈實現(xiàn)制動 變速采用液壓操作模式 兩個中分別三個柱塞可變氣缸控制兩個三滑動齒輪 是相同的 如果變量氣缸 的大約兩個腔的壓力油 因為柱塞等于設(shè)定的作業(yè) 區(qū)域 在設(shè)定區(qū)域和面積的環(huán)形端大于所述柱塞端 圓柱銷處于中間位置 沿著圓 柱形銷氣缸移動方向開一個槽 沿著該槽的圓柱形針可促進(jìn)叉 以便控制所述關(guān)節(jié) 滑動齒輪嚙合的中間位置 如果變量氣缸腔內(nèi)的壓力油 左右回油腔 是關(guān)于在右 側(cè)的柱塞柱塞和殼體壓力到另一側(cè) 圓柱形銷沿槽叉向右移動的左側(cè) 從而使關(guān)節(jié) 滑移網(wǎng)格齒輪在右端位置 與上述相反的動作 他是在左側(cè)網(wǎng)格位置 叉有一個定 位孔 使通過彈簧正確滑動齒輪的定位 并控制所述微動開關(guān)使光的信號 左 右交換 由可變速度分配閥的可變氣缸腔的油 身體的可變速度分布具有 交錯四孔 A B C D 所述閥芯是中空體 和一個圓形槽 軸向槽和油孔 壓閥 在油泵供給壓力成在閥芯的內(nèi)腔內(nèi)的速度分布的油 再通過各油分布在閥芯 孔成相應(yīng)可變氣缸 移動滑動齒輪傳動 氣缸柱塞停止 完成可變速度 油壓 速 度和壓力閥 油噴射頭架和后似乎箱 主軸之前和潤滑軸承等傳輸副后 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 25 參考文獻(xiàn) 1 濮良貴 紀(jì)成剛 機(jī)械零件 M 北京 高等教育出版社 1995 47 97 2 劉朝儒 彭福萌 機(jī)械制圖 第四版 北京 高等教育出版社 2006 12 3 張桂芳 滑動軸承 M 北京 高等教育出版社 1985 78 98 4 成大先 機(jī)械設(shè)計手冊 第三版 第一卷 M 北京 化工工業(yè)出版社 2002 76 80 5 劉杰 趙春雨 宋偉剛等 機(jī)電一體化基礎(chǔ)技術(shù)與產(chǎn)品設(shè)計 M 北京 冶金工業(yè)出版社 2003 46 61 6 成大先 機(jī)械設(shè)計手冊 第三版 第三卷 M 北京 工業(yè)出版社 2002 32 40 7 成大先 機(jī)械設(shè)計手冊 第三版 第四卷 M 北京 工業(yè)出版社 2002 256 178 8 張玉 劉平 幾何量公差與測量技術(shù) 第三版 M 沈陽 東北大學(xué)出版社 2006 17 97 9 楊德武 鄢利群 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) M 長春 吉林科學(xué)技術(shù)出版社 2006 191 220 10 濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計 M 北京 高等教育出版社 2006 34 57 11 畢承恩 丁乃建 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1991 12 戴曙 金屬切削機(jī)床設(shè)計 遼寧 大連工學(xué)院 1974 13 韓永生 工程材料性能與選用 M 北京 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僅以此次設(shè)計來表達(dá)我對幫 助過我的人的感謝