铣床主轴箱课程设计(共26页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上铣床主轴箱设计说明书目 录1、绪论1.1金属切削机床在国民经济中的地位金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器,它是制造机器的机器,又称为“工作母机”或“工具机”。在现代机械制造工业中,金属切学机床是加工机器零件的主要设备,它所担负的工作量,约占机器总制造工作量的40%60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。1.2本课题研究目的 课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节,是大学生的必修环节,不仅是巩固学生大学所学知识的重要环节,而且也是在检验大学生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创新能力,
2、是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。 通过本课题设计可以达到以下目的: 1. 综合运用学过的专业理论知识,能独立分析和拟订某机床主轴箱传动结构,装配结构和制造结构的各种方案,能在机械设计制图,零件计算和编写技术文件等方面得到综合训练,具备设计中等复杂零件的能力。2 通过本课程设计的训练,能初步掌握机床的运动设计,动力计算以及关键零部件的强度校核,或得工程师必备设计能力的初步训练,从而提高分析问题,解决问题,尽快适应工程实践的能力。3. 熟悉和学会使用各种手册,能善于使用网络搜寻一些设计的相关资料,掌握一定的工艺制订的方法和技巧。4. 进一步提高计算机操作的基本技能CAD及Pro/Enginee
3、r软件应用能力(造型设计与自动编程)仿真模拟软件的应用。2、卧室升降台铣床主轴箱的设计图12.1 原始数据与技术条件 主轴转速范围: 变速级数 :Z=12 电动机功率: 工件材料:45号刚 刀具材料:YT15 2.2 机床主传动系统运动设计2.2.1确定极限转速 , 转速调整范围:2.2.2确定公比 机床分级变速机构共有Z=12级,其中,Z级转速分别为。任意两级转速之间的关系为,变速范围 即 求得 按照标准公比取2.2.3 确定各主轴转速查表确定(单位:) 2.2.4 主运动链转速图的拟定(1) 确定电动机转速 查金属切削机床设计简明手册可确定电动机的转速 因所给电动机的功率 故选电动机的型号
4、为 满载时转速为。(2) 传动组和传动副数的确定 传动组和传动副数可能的方案有: 方案(一): 方案(二): 在上例两行方案中,第一行方案有时可以省掉一根轴。缺点是一个传动组内有四个传动副。如果用一个四联滑移齿轮,则会增加轴向尺寸;如果用两个双联滑移齿轮,则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。所以一般少用。 第二行的三个方案可根据下述原则比较: 从这个角度考虑,以取的方案较好。(3) 结构网或结构式各种方案的选择 在中,又因基本组和扩大组排列顺序的不同而有不同的方案。可能有六种方案,其结构网和结构式见图8-4a.传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 在降速传动时,为了防止被动齿轮的
5、直径过大而使径向尺寸太大,常限制最小传动比。在升速时,为防止产生过大的振动和噪声,常限制最大传动比。如用斜齿齿轮传动,则。因此主传动链任一传动组的最大变速范围一般为 在检查传动组的变速范围时只需检查最后一个扩大组,因为其他组的变速范围都比他小。根据时(8-2),应为图中,方案a、b、c、e的第二扩大组则。其中,则,时可行的,其它两个方案,不如第一个好。所以选择第二个b.基本组和扩大组的排列顺序 在可行的四种结构网和结构式方案(a),(b),(c),(e)中,还要进行比较以选择最佳方案。原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。因为如果各方案同号传动轴的最高转速相同,则变速范围最小的,最低转速较高
6、,转矩较小,传动件的尺寸也就小些。比较上面四种方案,方案(a)的中间传动轴变速范围最小,故方案(a)最佳。即如果没有别的要求,则应尽量使扩大顺序与传动顺序一致。 c. 拟定转速图 电动机和主轴的转速是已经给定的,当选定结构网或结构式后,就可分配各传动组的传动比并确定中间轴的转速。中间轴的转速如果高一些,传动件的尺寸也就小一些,但中间轴如果转速过高,将会引起过大的振动,发热和噪声。通常希望齿轮的线速度不超过。 对于该主轴箱,中间轴的最高转速不应超过电动机的转速。本例所选定的结构式共有三个传动组,变速机构共需四轴,加上电动机共需五轴,故转速图共需五条竖线。主轴共12速,故需12条横线。 中间各轴的
7、转速可以从主轴开始往前推,先确定轴III的转速。传动组C的变速范围为,可知两个传动副的传动比必然是极限值: , ,这样就确定了轴III的六种转速只有一种可能,即为250,315,400,500,630,800。 随后确定轴II的转速:传动组b的级比指数为3,在传动比极限范围内,轴II的转速最高可为500,630,800,最低转速为250,315,400。为了避免升速,又不使传动比太小,故可取 轴II的转速可取为500,630,800。 同理对于轴I,可取 故可确定轴I转速为800。转速图如下:图22.2.5齿轮齿数的确定 当传动比采用标准公比的整数次方时,齿数和以及小齿轮齿数可从表中查得。如传
8、动组a, 。查为 1,1.4和2的三行。有数字的即为可能方案。结果如下: =70,72,74,76, =70,72,73,75,77 =70,72,74,76, 从以上三行中可以挑出=70和72是共同适用的,如取=72,则从表中查出小齿轮齿数分别为36,32,28。即 。同理 ; 。2.2.6核算主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差一般不应超过,即: 主轴转速合格。2.3传动零件的初步计算2.3.1计算各传动件的计算转速 a.主轴:根据表,中型机床的主轴计算转速为第一个三分之一转速范围内的 最高一级转速, 即为。b.各传动轴:轴III可以从主轴为按传动副找上去,近似为,但是由于轴II上最
9、低转速为经传动组c可以使主轴得到两种转速。要传递全部的功率,所以轴III计算转速,同理可得轴II计算转速。c.各齿轮:传动组C中只需计算的齿轮,计算转速为;只需计算,。Z=27两个齿轮哪一个的应力更大一些,较难判断,可同时计算,选择模数较大的作为传动组C齿轮的模数,传动组b应计算,;传动组a应计算,。2.3.2传动轴直径的初定 传动轴直径按刚度用如下公式进行概算: mm 或 mm 其中d传动轴直径mm该轴传递的额定扭矩, 该轴传递的功率该轴的计算转速该轴每米长度允许扭转角 选取为轴 I: 轴 II: 轴III:2.3.3主轴轴颈直径的确定 查表 根据主轴驱动功率可确定铣床主轴前轴颈的直径范围
10、故取80mm。后轴颈的直径。2.3.4齿轮模数的初步确定 一般同一变速组中的齿轮取同一模数,选择负荷最重的小齿轮按简化的接触疲劳强度公式计算 式中:按疲劳接触强度计算的齿轮模数 驱动电机功率 计算齿轮的计算转速 大齿轮齿数和小齿轮齿数之比小齿轮齿数齿宽系数,(B为齿宽,m为模数),许用接触应力 传动组c模数: 传动组b模数:传动组a模数:对于传动组C,应选择较大模数作为传动组C的模数。 故选取标准模数,2.3.5选定轴承查双列圆柱滚子轴承和圆锥磙子轴承轴I: 6004 d=22 D=42 B=12 轴II: d=25 D=50 B=13 轴III: d=29 D=55 B=15 轴IV: 前端
11、7207 d=35 D=72 B=17 后端7210 d=56 D=90 B=20 2.3.6 三角带传动的计算和选定 三角带的选用应保证有效地传递最大功率并有足够的使用寿命(一定的疲劳强度)。计算是按一定的已知条件-传递的功率、主、被动带轮的转速和工作情况-确定带轮的直径、中心距、胶带型号、长度和根数及作用在支承轴上的径向力。a.确定计算功率式中:N 主动带轮传递的功率K 工作情况系数查表10有K=1.2 则=1.23=3.6b.选择三角带的型号 根据计算功率=3.6和小带轮的转速=1420有图一选定 选择三角带的型号是Z型c.确定带轮的直径、 小袋轮的直径应满足: 为三角带带轮的最小计算直
12、径,尽量选用较大的直径,以减小胶带的弯曲应力,从而提高胶带的使用寿命。查表11选择胶带带轮的直径=90mm大轮直径=90=1.4290=127.8取整数有=128mm 其中、是小轮及大轮的转速d.计算胶带速度v 一般v5;所以选v=7e.初定中心距 两带轮的中心距应在范围内选定,中心距过小时,胶带短因而增加胶带的单位时间的弯曲次数降低交代受命;反之,中心距过大,在带速较高时易引起振动。 所以=1*(90+128)=218mmf. 计算胶带的长度 mm 由上式计算出的值查表12选择标准长度=1120mmg.计算实际中心距A 考虑到安装调整和补偿张紧力的需要,带传动的中心距一般设计成可调整的,其调
13、整范围 h.验算小带轮包角 小带轮包角 所以小带轮包角合适。i.确定V带根数 单跟V带的基本功率0.36kw 单跟三角胶带能传递的功率 查表13得=0.53 小带轮包角系数 查表14得=1 则z= 所以取z=5j.作用在支承轴上的径向力Q 胶带的初拉力 有查表得=80N 则N2.3.7直齿圆柱齿轮的强度计算 在验算变速箱中的齿轮强度时,选用模数中承载最大的,齿数最小的齿轮进行接触和弯曲疲劳强度验算。一般对高速传动齿轮主要验算接触疲劳强度,对于低速传动齿轮主要验算弯曲疲劳强度,对硬齿面软齿芯淬火齿轮,一定要验算弯曲疲劳强度。在此例中应II轴的齿数为24的齿轮按接触疲劳强度计算齿轮模数式中:N 传
14、递的额定功率 =1.984 计算转速 =630 齿宽系数: ,B 齿宽,m 模数=610 取=8 Z小齿轮齿轮; m 疲劳曲线指数 查表16 m=3 基准循环次数 查表16 = 工作情况系数,考虑冲击的影响:主运动(中等冲击)取=1.2 动载荷系数,从表23选取 则=1.2 齿轮的最低转速 =160 T 齿轮在机床工作期限()内的总工作时间h见表17,同一变速组内的齿轮总工作时间可近似为,P为该变速组的传动副数;P=2 =20000则T=20000/2=10000 工作期限系数 寿命系数 = 则=2.2152.3.8.主轴刚度验算a.选定前端悬伸量C,参考机械装备设计P121,根据主轴端部的结
15、构,前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸,这里选定C=120mm.b. 主轴支承跨距L的确定 一般最佳跨距 ,考虑到结构以及支承刚度因磨损会不断降低,应取跨距L比最佳支承跨距大一些,再考虑到结构需要,这里取L=600mm。c.计算C点挠度 (1) 周向切削力的计算其中:, 故,故。 (2) 驱动力Q的计算 参考机床主轴箱指导书, 其中 所以 (3) 轴承刚度的计算 这里选用系列双列圆柱子滚子轴承 根据求得: (4) 确定弹性模量,惯性距I;和长度。 1) 轴的材产选用40Cr,查简明机械设计手册P6,有 2) 主轴的惯性距I为: 主轴C段的惯性距Ic可近似地算: 3) 切削力P的作用点到主轴前
16、支承支承的距离S=C+W,对于普通车床,W=0.4H, (H是车床中心高,设H=200mm)。 则: 4) 根据齿轮、轴承宽度以及结构需要,取b=60mm 5) 计算切削力P作用在S点引起主轴前端C点的挠度 代入数据并计算得=0.1299mm。 6) 计算驱动力Q作用在两支承之间时,主轴前端C点子的挠度 计算得:=-0.0026mm (5) 求主轴前端C点的终合挠度 水平坐标Y轴上的分量代数和为,计算得:=0.0297mm.。综合挠 度。综合挠度方向角,又 。因为,所以此轴满足要求。3、结构设计及说明3.1结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件(传动轴、轴承、带轮、齿轮、
17、离合器和制动器等)、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置,用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计由于时间的限制,一般只画展开图。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外,着重考虑以下几个方面的问题。精度方面的要求,刚度和抗震性的要求,传动效率要求,主轴前轴承处温度和温升的控制,结构工艺性,操作方便、安全、可靠原则,遵循标准化和通用化的原则。主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点,由于结构复杂,设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是:1) 布置传动件及选择结构方案。2) 检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或
18、其他不合理的情况,以便及时改正。3) 确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置,以确定各轴的受力点和受力方向,为轴和轴承的验算提供必要的数据。3.2展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序,假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其他轴上。制动器不要放在转速太低轴上,以免制动扭矩太大,是制动尺寸增大。齿轮在轴上布置很重要,关系到变速箱的轴向尺寸,减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。3.3轴(输入轴)的设计将运动带入变速箱的带轮一般都安装在轴端,轴变形较大,结构上应注意加强轴的刚度或
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