数控车床主传动专业系统设计.doc

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1、 东海科学技术学院 机械制造装备设计课程设计 设计题目：CK6140车床设计阐明书 专 业： 机电工程系 年 级： 大三 指引教师： 张连仲 学生姓名： 陈达昆 学 号： 5月-目录第一章 概述11.0前言11.1 设计规定2第二章 主传动设计32.1 计算转速拟定32.2变频调速电机选取32.3 转速图拟定32.4 传动轴估算42.5 主轴轴颈拟定62.6 主轴最佳跨距选取62.7 齿轮模数估算72.8 同步带传动设计92.9 滚动轴承选取112.10 重要传动件验算11总 结17参照文献18第一章 概述1.0前言国内数控机床产量持续高速增长，依照市场需求和技术发展趋势，应重点推动高效、精密

2、为核心数控机床“”级工程，加强民展性能、高可靠性数控功能部件，积极开展复合加工机床、超精密数控机床和可重构制造系统工程化研究等机械加工装备产业、构建数字化公司重要基本，镄民展始终备受人们关注。数控机床以其卓越柔性自动化性能、优秀而稳定精度、灵捷而多样化功能引起世人瞩目。它开创了机械产品向机电一体化发展先河，因而数控技术成为先进成为先进制造技术一项核心技术。通过持续开发研究以及对信息技术深化应用，增进了数控机床性能和质量进一步提高，使数控机床成为国民经济和国防建设发展重要制造装备.数控机床是典型机电一体化课题，通过毕业设计可使所学机械学、力学、电工学知识得到综合应用。构造设计及控制系统设计能力都

3、能受到训练，可有力提高学生分析问题、解决问题能力及机电一体化水平 CK6140数控车床导轨经超音频淬火并精磨，耐磨性好，精度高，主轴采用变频无级调速控制，可自动完毕对零件内外柱面、端面、任意锥面、圆弧面及公英制螺纹切削等工序持续加工在通过设计中运用所学基本课、技术基本课和专业课理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识目。通过设计分析比较机床某些典型机构，进行选取和改进，学习构造设计，进行设计计算和编写技术文献，达到学习设计环节和办法目。通过设计学习查阅关于设计手册、设计原则和资料，达到积累设计知识和提高设计能力目。通过设计获得设计工作基本技能训练，提高分析和解决工程技术

4、问题能力，并为进行普通机械设计创造一定条件1.1 设计规定机床类型：数控车床主传动设计规定：满载功率7.5KW，最高转速4000rpm,最低转速41.5rpm 变速规定：无级变速进给传动系统设计规定：伺服控制，行程1200mm，最低速度0.001mm/r，最高速度0.5mm/r，最大载荷4500N，精度3m第二章 主传动设计2.1 计算转速拟定机床主轴变速范畴：= ，且：=4000rpm，=41.5rpm因此：=96.38依照机床主轴计算转速计算公式：= 得：=41.5=163.4rpm 2.2变频调速电机选取为了简化变速箱及其自动操纵机构，但愿用双速变速箱，现取Z=2。为了提高电机效率，应尽

5、量使。假设所选电机最高转速为4500rpm，额定转速为1500rpm，则有，得，。取机床总效率=0.980.98=0.96，则kw。电动机在1500rpm时输出功率为kw，现取过载系数k=1.28，则电机功率为 。可选用上海德驱驰电气有限公司UABP160L-4-50-18.5型号交流主轴电动机，额定功率为18.5kw，最高转速为4500rpm，同步转速为1500rpm，调频范畴为5-150HZ,基频为50HZ。选配变频器型号：DRS3000-V4T0150C，售价1380元人民币。2.3 转速图拟定2.3.1 传动比计算设电机轴与中间轴通过齿轮定比传动，取其传动比为=0.67，则，。2.3.

6、2 参数拟定第一级变速选用同步齿形带传动，两级变速组采用齿轮传动。选=1.33齿轮副为70/51选=0.27齿轮副为26/952.3.3 主轴箱传动机构简图2.3.4 转速图拟定 2.4 传动轴估算传动轴除应满足强度规定外，还满足刚度规定，强度规定保证轴在重复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度规定较高，不容许有较大变形。因而疲劳强度普通不是重要矛盾。除了载荷较大状况外，可以不必验算轴强度。刚度规定轴在载荷下不至于产生过大变形。如果刚度不够，轴上零件由于轴变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效，因而，必要保证传动轴有足够刚度。计算转速是传动件传递所有

7、功率最低转速，各个传动轴上计算转速可以从转速图直接得出。主轴： =163r/min中间轴：=595r/min电机轴：=893r/min各轴功率和扭矩计算：已知一级齿轮传动效率为0.98，则有：电机轴功率：=/=89318.5/1500=11kw中间轴功率：=0.98=110.98=10.8kw主轴功率： =0.98=10.80.98=10.6kw电机轴扭矩：=9550/=955011/893=1.18105 Nmm中间轴扭矩：=9550/=955010.8/595=1.73105 Nmm主轴扭矩； =9550/=955010.6/163=6.21105 Nmm表2-1 各轴计算转速、功率、扭矩

8、轴电机轴中间轴主轴计算转速（r/min）893595163功率(kw)1110.810.6扭矩(Nm)118173621按扭转刚度估算轴直径 （mm）式中 传动轴直径（mm）该轴传递额定扭矩（Nmm）该轴每米长度容许扭转角（deg/m），普通传动轴取=0.51。电机轴：取=0.8deg/mmm查阅电机轴轴颈为=48mm，满足规定。中间轴：取=0.8deg/mmm圆整取d 1=40mm2.5 主轴轴颈拟定 主轴组件静刚度（简称刚度）反映组件抵抗静态外载荷变形能力。影响主轴组件弯曲刚度因素诸多，如主轴尺寸和形状，滚动轴承型号，数量，配备形式和欲紧，先后支撑距离和主轴前端悬伸量，传动件布置方式，主轴

9、组件制造和装配质量等。主轴轴承重要应依照精度、刚度和转速来选取，为了提高精度和刚度，主轴轴承间间隙应当是可调为了保证机床工作精度，主轴尺寸普通都是依照其刚度规定决定。故主轴前轴颈尺寸按记录数据拟定。查阅有关资料：主轴前轴颈D 1=150mm，主轴后轴颈普通推荐为D 10.7-0.85倍，取D 2=0.8 D 1=0.8150=120mm。表2-2 各轴估算直径轴电机轴中间轴主轴前轴颈主轴后轴颈主轴内孔直径（mm）484010080322.6 主轴最佳跨距选取、由前轴颈取=100mm，后轴颈取=80mm，选前轴承为NN3022K型和234422型，后轴承为NN3018K型。选主轴锥度号为45轴头

10、，依照构造，定悬伸长度a=120mm。、求轴承刚度：电机输出额定功率18.5kw时，主轴转速为260r/min，则主轴最大输出转矩床身上最大加工直径约为最大回转直径60%，即240mm，故半径为0.12m。切削力 背向力 故总作用力为 该力作用于顶在顶尖间工件上，主轴和尾架各承受一半，故主轴端受力为F/2=5049.3N。在估算时，先假定初值l/a=3,l=3120=360mm。先后支承支反力和分别为：=2700=3600N=2700=900N轴向力=2755N依照金属切削机床式（105）、（106）可求出前、后轴承刚度轴承NN3022K径向刚度：=2070N/m轴承NN3018K径向刚度：=

11、1530.3N/m轴承234422轴向刚度：=833N/m、求最佳跨距：=1.35初步计算时，可假设主轴当量外径为前、后轴承颈平均值，=（100+80）mm/2=90mm。故惯性矩为I=0.05（-）=497.3=0.184查金属切削机床图（1024）主轴最佳跨距计算线图，/a=1.7。可依照/a=2再计算支反力和支撑刚度，求最佳跨距，通过进一步迭代过程，最后获得最佳跨距为l=300mm。2.7 齿轮模数估算机床主传动系统中，齿轮副极限传动比：1.升速传动中，最大传动比umax2。过大，容易引起震动和噪音。2.降速传动中，最小传动比umin1/4。过小，则使积极齿轮与被动齿轮直径相差太大，将导

12、致构造庞大。普通同一变速组中齿轮取同一模数，选取负荷最重小齿轮，按简化接触疲劳强度公式进行计算： （mm）式中 按接触疲劳强度计算齿轮模数（mm）；齿轮传递功率（kw）；小齿轮计算转速（r/min）；大齿轮齿数与小齿轮齿数之比；小齿轮齿数；齿宽系数，=B/m，=610；许用接触应力（Mpa）。齿轮材料及热解决选取：电机轴、传动轴上齿轮：Z=44、66、70、26，20Cr渗碳、淬火、低温回火，HRC56-62主轴上齿轮：Z=51、95，20Cr渗碳、高频淬火、低温回火，HRC56-62取齿宽系数=8，查得=1650Mpa，则对44/66齿轮传动副Z=44齿轮，计算转速为893r/min取m=2

13、mm对70/51齿轮传动副Z=51齿轮，计算转速为821r/min对26/95齿轮传动副Z=26齿轮，计算转速为595r/min为了保证中心距，主轴与中间轴之间传动组模数需要相等，取m=3mm。取齿宽系数，齿宽，当m=2时，B=28=16mm，大齿轮B=16mm，小齿轮b=22mm。当m=3时，B=38=24mm，大齿轮B=24mm，主轴传动组齿轮小齿轮比大齿轮齿宽敞12mm，小齿轮b=25mm。表2-3 各齿轮齿数、模数齿轮Z 1Z2Z 3Z4Z5Z6齿数446670512695模数223333齿宽2216242525242.8 同步带传动设计同步带具备传动比较精确，不打滑，效率高，初拉力以

14、及合用功率范畴，不需要润滑等特点。同步带设计功率为18.5kw，依照同步带选型图，选定带型为H型带，节距为12.7mm。小带轮齿数，依照表格查得，在带速和安装尺寸容许状况下，尽量选用较大值，现初取=32。小带轮节圆直径大带轮齿数，大带轮节圆直径，带速，其中查得H型带，因此符合规定。初定轴间距，即，初取。带长及其齿数查得带长代号为510，基本尺寸为=1295.4mm，节线长上齿数为=102。实际轴间距为。小带轮啮合齿数基本额定功率基本额定功率是各带型基准宽度额定功率，=76.2mm，为宽度为带许用工作拉力（N）,查表得=2100N，m为宽度为带单位长度质量（kg/m），查表得m=0.448 kg

15、/m。所需带宽为啮合齿数系数，依照取=1 ，应选用原则值，普通应不大于，查表得，应选带宽代号为300H型带，其中 ，极限偏差为1.5mm。带轮构造尺寸小带轮：；大带轮：；2.9 滚动轴承选取为了增长主轴刚度，主轴前端支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触轴承，后支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴，中间采用深沟球轴承辅助支承。考虑到其她轴高速且没有轴向力，别的轴均采用深沟球轴承。2.10 重要传动件验算2.10.1 齿轮模数验算普通对高速传动齿轮以验算接触疲劳强度为主，对低速传动齿轮以验算弯曲疲劳强度为主，对硬齿面软齿芯渗碳淬火齿轮，一定要验算弯曲疲劳强度。对于44/66和70/51齿轮副验算

16、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,26/95齿轮副验算弯曲疲劳强度。接触疲劳强度计算齿轮模数接触弯曲强度计算齿轮模数式中 传递额定功率（kw），；电机额定功率（kw）；从电机到所计算齿轮传递效率；齿轮计算转速（r/min）；初算齿轮模数（mm）齿宽（mm）大齿轮齿数与小齿轮齿数之比；小齿轮齿数；工况系数，考虑载荷冲击影响，中档冲击取1.21.6；动载荷系数齿向载荷分布系数齿形系数寿命系数： 工作期限系数： 齿轮在机床工作期限内总工作时间 齿轮最低转速（r/min）；基准循环次数，钢和铸铁件：接触载荷取=107 ，弯曲载荷取=2108 ；疲劳曲线指数，钢和铸铁件：接触载荷取m=3；弯曲载荷时，对正火、

17、调质及整体淬硬件取m=6，对表面淬硬（高频、渗碳、氮化等）取m=9；转速变化系数功率运用系数材料强化系数许用弯曲应力（Mpa）许用接触应力（Mpa）。 验算26/95齿轮传动组，验算Z=26齿轮：查阅有关资料得：=1.4、=1.3、=1.04、=0.27、=8、=0.43、=297Mpa、=1650Mpa接触疲劳强度： 弯曲疲劳强度：均满足规定。 验算44/66齿轮传动组，验算Z=44齿轮：查阅有关资料得：=1.4、=1.3、=1、=0.27、=8、=0.481、=1650Mpa、=297Mpa接触疲劳强度： 弯曲疲劳强度：均满足规定。Z=44齿轮模数m=43.88，满足规定。 验算70/51

18、齿轮传动组，验算Z=51齿轮：查阅有关资料得：=1.4、=1.3、=1、=0.27、=0.488=1650Mpa、=297Mpa接触疲劳强度： 弯曲疲劳强度：均满足规定。2.10.2 传动轴刚度验算传动轴弯曲刚度验算，重要验算其最大挠度y，安装齿轮和轴承处倾角。验算支承处倾角时，只需验算支反力最大支承点，若该处倾角不大于安装齿轮处规定容许值，则齿轮处倾角就不必验算，由于支承处倾角普通都不不大于轴上其她部位倾角。当轴上有各种齿轮时普通只要验算受力最大齿轮处挠度。刚度验算时应选取最危险工作条件，普通是轴计算转速低、传动齿轮直径小且位于轴中央，此时轴总变形量最大。验算中间轴刚度：受力简图如下：中间轴

19、Z=26齿轮受力最大，变形挠度最大，右支承是支反力最大支承点，则Z=26齿轮受力：圆周力 KN径向力 KNF=1.2KN齿轮处轴挠度为右支承处轴倾角为2.10.3 滚动轴承验算机床普通传动轴用滚动轴承，重要是因疲劳破坏而失效，故应进行疲劳寿命验算。按计算动负荷C j计算式进行计算总 结机床课程设计任务完毕了，虽然设计过程比较繁琐，并且刚开始尚有些不知所措，但是在同窗们共同努力下，再加上教师悉心指引，我终于顺利地完毕了这次设计任务。本次设计巩固和深化了课堂理论教学内容，锻炼和培养了我综合运用所学过知识和理论能力，是我独立分析、解决问题能力得到了强化. 使我懂得了理论与实际相结合是很重要，只有理论

20、知识是远远不够，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才干真正为社会服务，从而提高自己实际动手能力和独立思考能力。在此要感谢咱们指引教师张教师对咱们悉心指引，感谢教师给咱们协助。在设计过程中，我通过查阅大量关于资料，与同窗交流经验和自学，并向教师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作能力，树立了对自己工作能力信心，相信会对此后学习工作生活有非常重要影响。并且大大提高了动手能力，使我充分体会到了在创造过程中摸索艰难和成功时喜悦。虽然这个设计做也不太好，但是在设计过程中所学到东西是这次课程设计最大收获和财

21、富，使我终身受益参照文献 1、机床设计手册 机械工业出版社2、机床设计图册 上海科学技术出版社3、机械设计 许立忠 周玉林 主编 中华人民共和国原则出版社4、机械设计课程设计指引手册 韩晓娟 主编 中华人民共和国原则出版社5、机械设计手册 成大仙 主编 机械工业出版社6、机械制造装备设计课程设计关慧贞等 机械工业出版社7、机床课程设计指引书 哈尔滨工业大学8、金属切削机床设计 各种版本 9、机械制造装备设计 各种版本 10、机械制造装备设计课程设计陈立德 高教出版社机床装备课程设计设计参照条件序号 电机功率P 电机转速n0 主轴最低转速nmin 公比 转速级数z1 3 1450 20 1.26

22、 8 2 3 1450 30 1.41 8 3 3 1450 40 1.26 8 4 3 1450 80 1.41 12 5 3 1450 90 1.26 12 6 3 1450 100 1.41 12 7 4 1450 20 1.26 8 8 4 1450 30 1.41 8 9 4 1450 40 1.26 8 10 4 1450 80 1.41 12 11 4 1450 90 1.26 12 12 4 1450 100 1.41 12 13 5 1450 20 1.26 8 14 5 1450 30 1.41 8 15 5 1450 40 1.26 8 16 5 1450 80 1.41

23、 12 17 5 1450 90 1.26 12 18 5 1450 100 1.41 12 19 5.5 1450 20 1.26 8 20 5.5 1450 30 1.41 8 21 5.5 1450 40 1.26 8 22 5.5 1450 80 1.41 12 23 5.5 1450 90 1.26 12 24 5.5 1450 100 1.41 12 25 7.5 1450 20 1.26 8 26 7.5 1450 30 1.41 8 27 7.5 1450 40 1.26 8 28 7.5 1450 50 1.41 8 29 7.5 1450 60 1.26 12 30 7.5 1450 80 1.41 12 31 7.5 1450 90 1.26 12 32 7.5 1450 100 1.41 12 33 7.5 1450 100 1.26 12