集中式主传动系统设计(全套含CAD图纸、说明书)
下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709851宁XX 大学毕 业 设 计 (论 文 )二、题目:数控车床主传动系统设计三、专题题目:集中式主传动系统设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709852摘 要数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种类的机床相比,车床在生产中使用最广。本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状 ,并分析了其存在的问题 ;对数控机床的发展趋势进行了探讨;并对 ck6125 数控车床主轴箱传动系统进行了设计与计算。主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度,以满足加工切削要求。目前,数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围 35,难以满足主轴变速要求;串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围 。本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构,使输入轴在带处只受转矩,将轴上的径向力传动到车床机体上,改善了输入轴的受力情况。关键词 :分级变速;传动系统设计,传动副,结构网,结构式,齿轮模数,传动比下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709854AbstractCNC lathe can also be used not only to car cylindrical boring, facing, drilling and reaming. Compared with other types of machine tools, lathes in the production of the most widely used.This paper introduces the process and current situation of the development of CNC machine tools, and analyzes the existing problems; the development trend of CNC machine tools were discussed; and ck6125 lathe headstock drive system design and calculation.Headstock mounted in precision bearings have a hollow shaft and a series of transmission gear components. Spindle can get any speed in the speed range to meet the requirements of the cutting process.At present, the development trend of CNC lathe is continuously variable by electrical and mechanical devices. Inverter motor powered by belt drive and transmission gears for the spindle. Typically variable frequency motor speed range of 3-5, it is difficult to meet the requirements of the shift spindle; change gear series is expanding the scope of the gear shift.The design of the original pulley without unloading the structure into a pulley unloading structure, with the input shaft of the torque only by the radial force to the drive shaft on the lathe body, improve the force of the input shaft Happening.Keywords:classification variable speed; transmission system design, transmission deputy, network architecture, structure, modulus gear transmission ratio下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709855目 录摘 要.2Abstract.4目 录.5第 1 章 绪论.81.1 课题背景及目的 81.2 国内外研究现状及发展趋势 91.2.1 数控系统的发展趋势 .91.2.2 我国数控车床的研究现状及发展趋势 .91.3 毕业设计题目、主要技术参数和技术要求 131.3.1 毕业设计题目和主要技术参数 131.3.2 技术要求 .14第 2 章 运动设计.152.1 运动参数及转速图的确定 .152.1.1 确定结构网 .152.1.2 绘制转速图和传动系统图 162.2 确定各变速组此传动副齿数 17第 3 章 动力计算.193.1 齿轮的设计 193.2 齿轮的精度设计 .213.3 转速的计算 243.4 齿轮模数计算及验算 25第 4 章 车床主轴部分及其设计计算.294.1 车床主轴所需标准 294.1.1 车床的刚度 .294.1.2 车床的耐车性 .304.1.3 车床的旋转精度 .304.1.4 车床的抗震能力 .31下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098564.1.5 车床的热变形 .314.2 车床主轴部分的分布 314.3 车床主轴形状的选择 324.4 车床主轴的热处理 334.5 车床主轴的设计标准 334.6 车床主轴上轴承的挑选 334.7 车床主轴上轴承的校对计算 354.8 车床主轴外部伸长量 364.9 车床主轴的校核 364.9.1 受力作用的转换 .374.9.2 车床主轴的挠度 .374.9.3 车床主轴的倾角 .384.10 轴的设计和验算 404.10.1 轴的结构设计 .404.10.2 轴的强度校核 .414.10.3 轴的刚度校核 .45第 5 章 主要零部件的选择.515.1 电动机的选择 515.2 轴承的选择 525.3 变速操纵机构的选择 52第 6 章 主轴结构设计.546.1 对主轴组件的性能要求 546.2 轴承配置型式 556.3 主要参数的确定 566.4 主轴头的选用 576.5 编码器的选择与安装 57第 7 章 主轴变速箱的装配设计.597.1 箱体内结构设计的特点 597.2 设计的方法(以轴的布置为例) .59下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098577.3 轴承寿命校核 62结论.64参考文献.65致谢.66下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098589第 1 章 绪论1.1 课题背景及目的我国目前机床总量 380 余万台,而其中数控机床总数只有 11.34 万台,即我国机床数控化率不到 3。近 10 年来,我国数控机床年产量约为 0.60.8 万台,年产值约为18 亿元。机床的数控化率仅为 6。这些机床中,役龄 10 年以上的占 60以上;10 年以下的机床中,自动/半自动机床不到 20,FMC/FMS 等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占 60以上) 。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床,而且半数以上是役龄在 10 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 而相对于传统机床,数控机床有以下明显的优越性:1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2、可以实现加工的柔性自动化,从而效率比传统机床提高 37 倍。 3、加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再需要“修配” 。 4、可实现多工序的集中,减少零件在机床间的频繁搬运。 5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,可实现长时间无人看管加工。 因此,采用数控机床,可以降低工人的劳动强度,节省劳动力(一个人可以看管多台机床) ,减少工装,缩短新产品试制周期和生产周期,可对市场需求作出快速反应。 此外,机床数控化还是推行 FMC(柔性制造单元) 、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 由于以上优越性,数控机床所占的比例逐渐增大。从 2005 年的市场消费内容也可可看出,普通机床的市场份额在下降,数控机床则大幅度增长,尤其是中高档数控机床供不应求。可以预见,未来几年普通机床的市场份额将不断下滑, 数控机床的消费会逐渐扩大。 2在这样一种背景下,我的课题选择为设计一台数控车床CK20,用于对转体零件的圆柱面、圆弧面、圆锥面、端面、切槽、及各种公、英制螺纹等进行批量、高效、10高精度的自动加工,以提高生产效率和产品质量和降低工人劳动强度。通过本次设计培养综合运用基础知识和专业知识,解决工程实际问题的能力,使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能及能力得到训练和提高。此外,力求完成课题之余,熟悉国内外数控技术及数控机床的现状及发展趋势,增强对如何发展民族数控机床产业的感性认识。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 数控系统的发展趋势自从 1951 年计算机技术应用于机床上,数控系统经历了数控(NC)和计算机数控(CNC)两个阶段的发展。目前,数控系统正处于第六代基于 PC(PCBASED) 。未来数控系统将呈以下发展趋势:1、 继续向开放式、基于 PC 的第六代方向发展 基于 PC 所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点,更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用 PC 机作为它的前端机,来处理人机界面、编程、联网通信等问题,由原有的系统承担数控的任务。2、向高速化和高精度化发展 3、向智能化方向发展 (1)应用自适应控制技术向高速化和高精度化发展 数控系统能检测过程中一些重要信息,并自动调整系统的有关参数,达到改进系统运行状态的目的。 (2)引入专家系统指导加工 将熟练工人和专家的经验,加工的一般规律和特殊规律存入系统中,以工艺参数数据库为支撑,建立具有人工智能的专家系统。 (3)引入故障诊断专家系统 (4)引入动装置智能化数字伺服驱动系统可以通过自动识别负载,而自动调整参数,使驱动系统获得最佳的运行 3 。111.2.2 我国数控车床的研究现状及发展趋势1、研究现状我国数控车床从 20 世纪 70 年代初进入市场,至今通过各大机床厂家的不懈努力,通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施,使得我国的机床制造水平有了很大的提高,其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前,国产数控车床的品种、规格较为齐全,质量基本稳定可靠,已进入实用和全面发展阶段。 1)床身按照床身导轨面与水平面的相对位置,床身有图 1 所示的 5 种布局形式。一般来说,中、小规格的数控车床采用斜床身和平床身斜滑板的居多,只有大型数控车床或小型精密数控车床才采用平床身,立床身采用的较少。平床身工艺性好,易于加工制造。由于刀架水平放置,对提高刀架的运动精度有好处,但排屑困难;刀架横滑板较长,加大了机床的宽度尺寸,影响外观。平床身斜滑板结构,再配置上倾斜的导轨防护罩,这样既保持了平床身工艺性好的优点,床身宽度也不会太大。斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控车床中被广泛应用,是因为这种布局形式具有以下特点: 容易实现机电一体化; 机床外形整齐、美观,占地面积小; 容易设置封闭式防护装置; 容易排屑和安装自动排屑器; 从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度; 宜人性好,便于操作;便于安装机械手,实现单机自动化。 2)导轨 车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。 滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大,磨损快,动、静摩擦系数差别大,低速时易产生爬行现象。目前,数控车床已不采用传统滑动导轨,而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。它们具有摩擦性能良好和使用寿命长等特点。 滚动导轨的优点是摩擦系数小,动、静摩擦系数很接近,不会产生爬行现象,可以12使用油脂润滑。根据滚动体的不同,滚动导轨可分为滚珠直线导轨和滚柱直线导轨。后者的承载能力和刚度都比前者高,但摩擦系数略大。a)后斜床身-斜滑板 b)直立床身-直立滑板c)平床身- 平滑板 d)前斜床身-平滑板 e)平床身-斜滑板 图 1.1 床身布局型式133)主轴传动系统机床主传动系统可分为分级变速传动和无级变速传动。分级变速传动是在一定范围能均匀的、离散地分布着有限级数的转速,主要用于普通机床。无级变速形式可以在一定范围内连续改变转速,以便得到满足加工要求的最佳转速,能在运转中变速,便于自动变速。数控车床得主传动系统通常采用无级变速。与普通车床相比,数控车床的主传动采用交、直主轴调速电动机,电动机调速范围大,并可无级调速,使主轴结构大为简化。为了适应不同的加工需求数控车床主传动系统有以下三种方式。电动机直接驱动 主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接,或采用内装式主轴电动机驱动。采用直接驱动可大大简化主轴箱结构,能有效地提高主轴刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化、输出转矩与主轴的特性完全一致。但因主轴的功率和转矩特性直接决定主轴电机的性能,因而这种变速传动的应用受到一定限制。采用定比传动 主轴电动机经定比传动给主轴。 定比传动可采用带传动或齿轮传动,这种传动方式在一定程度上能满足主轴功率和转矩的要求,但其变速范围仍和电动机的调速范围相同。目前,交流、直流主轴电动机的恒功率转速范围一般只有 2-4,而恒转矩范围则达 100 以上;许多大、中型机床的主轴要求有更宽的恒功率转速范围。很明显,这种情况下主轴电动机的功率特性和机床主轴的要求不匹配:调速电动机的恒功率范围远小于主轴要求的恒功率变速范围。所以这种变速方式多用于小型或高速数控机床。采用分档变速方式 采用这种变速方式主要是为了解决主轴电动机的功率特性和机床主轴功率特性不匹配。变速多采用齿轮副来实现,电动机的无级变速配合变速机构可确保主轴的功率、转矩要求,满足各种切削运动的转矩输出,特别是保证低速时的转矩和扩大恒功率的调速范围。用两个电机分别驱动主轴 上述两种方式的混合传动,高速时带轮直接驱动主轴,低速时另一个电机通过齿轮减速后驱动主轴4)刀架系统 按换刀方式的不同,数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。排式刀架一般用于小规格数控车床,以加工棒料或盘类零件14为主。回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架,通过刀架的旋转分度定位来实现机床的自动换刀动作,根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架。根据刀架回转轴与安装底面的相对位置,回转刀架分为立式刀架和卧式刀架两种。排刀式刀架和回转刀架对刀具的数目有一定的限制,当需要数量较多的刀具时,应采用带刀库的自动换刀装置。5)进给传动系统 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统,按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。前者定位精度低,但它结构简单、工作可靠、造价低廉;后者控制精度高、快速性能好,但它对机床的要求比较高,且造价较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有:脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。前者由于具有可靠性高、造价低等特点而被广泛采用 4。2、发展趋势1)高速、高精密化 当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展,加工精度也在不断地提高。另一方面,电主轴和直线电机的成功应用,陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市,也为机床向高速、精密发展创造了条件。 2)高可靠性 3)数控车床设计 CAD 化、结构设计模块化 采用 CAD 技术以替代人工完成繁琐的绘图工作,进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计,以及对整机各工作部件进行动态模拟仿真。这样大大提高了工作效率,提高设计的一次成功率,从而缩短试制周期,降低设计成本,提高市场竞争能力。 4)功能复合化扩大机床的使用范围、提高效率,实现一机多用、一机多能,即一台数控车床既可以实现车削功能,也可以实现铣削加工。5)智能化、网络化、柔性化和集成化 5。151.3 毕业设计题目、主要技术参数和技术要求1.3.1 毕业设计题目和主要技术参数技术参数:1、设计数控车床主传动系,主轴最高转速为 4000r/min,最低转速为 20r/min,计算转速为 180r/min,电动机功率规定为 28kW,电动机的最高转速为 4400r/min,额定转速为 1750r/min。要求主轴的功率特性图上无缺口,采用集中式传动方式。1.3.2 技术要求(1)利用电动机完成换向和制动。(2)各滑移齿轮块采用单独操纵机构。(3)进给传动系统采用单独电动机驱动。16第 2 章 运动设计2.1 运动参数及转速图的确定技术参数:技术参数:1、设计数控车床主传动系,主轴最高转速为 4000r/min,最低转速为20r/min,计算转速为 180r/min,电动机功率规定为 28kW,电动机的最高转速为 4400r/min,额定转速为 1750r/min。要求主轴的功率特性图上无缺口,采用集中式传动方式。(1)无级变速传动系统的恒功率调速范围 Rnp:Rnp= =22.22 1804nmaxjN(2)交流调速电动机的恒功率调速范围 rnp:rnp= = =2.51rnmax17504(3)分级变速传动的转速级数 Z:Z=lgRnp/lgrnp3.36 取 Z=42.1.1 确定结构网主轴的计算转速为 180r/min由转速得,选用齿轮精度为 8 级精度17图 2-1 结构网 2.1.2 绘制转速图和传动系统图(1)绘制转速图:转速图18(2)画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数1-2 轴最小中心距:A 1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)轴最小齿数和:S zmin(Zmax+2+D/m)2.2 确定各变速组此传动副齿数(1)Sz 100-120,中型机床 Sz=70-100(2)直齿圆柱齿轮 Zmin 18-20图 2-3 主传动系统图(7)齿轮齿数的确定。据设计要求 Zmin1820,由表 4.1,根据各变速组公19比,可得各传动比和齿轮齿数,各齿轮齿数如表 2-2。齿轮 Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3 Z4 Z4齿数 77 43 55 65 33 87 18 9220第 3 章 动力计算3.1 齿轮的设计设计时采用最高转速,取电机输出端的齿轮传动比为 1:2.假设齿轮对称布置,使用寿命为 8 年,每年以 300 工作日计,两班制,中等冲击,齿轮单向回转。1、齿轮的材料、精度和齿数选择 因传递功率不大、转速不高、材料按 表 7-1 选取,都采用 55 钢,锻造毛坯,大齿轮正火处理,小齿轮调质,均用软齿面。齿轮精度用 6 级,软齿表面粗糙度为 1.6。aR软齿面闭式传动,失效形式为点蚀,考虑传动平稳性,取小齿轮为20,大齿轮取 40。2、设计计算(1) 、设计准则 按齿面接触疲劳强度设计,再按齿根弯曲疲劳强度校核。(2) 、按齿面接触疲劳强度设计2311)(2uKTZddHEt =9.551T mNnp .13290.780659066 由图 7-6 选取材料的接触疲劳极限应力为:,aHMP58lim2aHPmin2由图 7-7 选取材料的弯曲疲劳极限应力为:, aF30li1 aF10li2应力循环次数 N 由式(7-3)计算=6/837861 9107.2u9.2610.由图 7-8 查得接触疲劳强度寿命系数 , 1.021NZ221由图 7-9 查得弯曲疲劳寿命系数 , 1,1NY2由表 7-2 查得接触疲劳安全系数 1,弯曲疲劳安全系数minHS1.4,又 =2.0,试选 1.3minFSSTYtK由前面的式子求得许用接触应力和许用弯曲应力2aNHmMPZ5801li2alinS7222 aNFT PY32814.01lim1 2aSTM2li2将有关值代入式子 得= =311)(2uKZddHEt 326831903.57190.8. 59.17 2则 1.441061nVtsm/查图 7-10 得 ; 由表 7-3 查得 ;由表 7-4 查得 ;9.vK25.1AK05.1K取 ;则 43.09.VAH修正 2mdt 5.63.17593.141zm8.20/8/由表 7-6 取标准模数 m3校核齿根弯曲疲劳强度由图 7-18 查得 2.41FSY0.42FS取 7.0由式(7-12 )校核大小齿轮的弯曲强度222121321 87.6.0453.719FaFSdF MPYmZKTI 228.6212 aFS所以,初选的齿轮齿数和计算出的模数符合要求。用同样的方法可以求得其他齿轮的变位系数。列出各齿轮的齿数、模数、和变位系数编号 模数 齿数 齿形角 变位系数1 3 20 2002 3 40 03.2 齿轮的精度设计齿轮精度设计的方法及步骤:1、确定齿轮的精度等级;2、齿轮误差检验组的选择及其公差值的确定;3、计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号;4、确定齿坯公差和表面粗糙度;5、公法线平均长度极限偏差的换算;6、绘制齿轮零件图。确定齿轮的精度等级由于该齿轮是主轴箱内的齿轮,对传动精度和稳定性的要求都比较高,主要要求的是传动平稳性精度等级。据圆周速度 106dnvsm/1.460325.对于如此要求高的齿轮采用 6 级精度。齿轮误差检验组的选择及其公差值的确定该齿轮属中等精度,且为批量生产查表 12-3 选定 、iF“、 、WFif“组成检验方案。根据 及mmzd23165.1b27123查表 12-13、表 12-14、表 12-15 可得公差值:第公差组 36rF2545pF第公差组 9f 1ptf 10bf第公差组 计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号代号 计算齿轮副的最小极限侧隙 由表 12-10 按油池润滑和minj查得sv/1.4 035.1.0.1 n6si)(22tntaj根据齿轮和箱体的材料,从材料手册上查得,钢和铸铁的线膨胀系数分别为 , 。c/105.61c/105.62传递的中心距 6mzma2.4)76(.3)(所以, jn08.1.254确定齿厚极限偏差代号齿厚上偏差 由式(12-15)6 nbnnas FfjfEcos2104.2t 11式中 前面已查得F9m由表 12-14 按 6 级精度查得pbfm1fpb2由表 12-17 按 145.5,6 级精度查得 ,fa20所以,代入数据得 ,mEs5因为 1ptf56ptsfE由图 12-29 或者 12-9 查得齿厚的上偏差代号为 G,因此246ptsfE齿厚下偏差可知 62tan2rSbFT查表 12-13,6 级精度齿轮 ,查表 12-11,m36,所以Ibr 917.18. Ts 24.7320tan 2ESi 6 5.13ptsifE由图 12-29 或表 12-9 查得齿厚下偏差代号为 K,因此mEsi 132至此,小齿轮的精度为:6GK GB10095-88确定齿坯公差、表面粗糙度齿轮内孔是加工、检验及安装的定位基准,对 6 级精度的齿轮,由表12-18 查得:内孔尺寸公差为 IT7,内孔直径为 85mm,偏差按基准孔 H 选取,即齿轮内孔的下偏差为 0,上偏差为+0.022。内孔的形状公差按 6 级决定或遵守包容原则。定位端面的端面圆跳动公差由表 12-19 查得为 0.014mm。齿顶圆只作为切齿加工的找正基准,不作为检验基准,故其公差选用IT11,齿顶圆直径 ,偏差按基准轴 h 选取,即下偏mhdaa2381差为-0.290 ,上偏差为 0。齿轮的表面粗糙度按 7 级查表 12-20,各表面粗糙度 分别为:齿面aR=1.6,内孔 =1.6,基准端面 =3.2,齿顶圆 =6.3。aRaaRa公法线平均长度极限偏差的换算公法线的公称长度 W 及其跨齿数 k,可从机械设计有关手册中查得或按式 12-7 和式 12-8 求得跨齿数 85.09/6./zk724.80614.0)6(4713)12(47. zm256该齿轮为中模数齿轮,控制侧隙的指标宜采用公法线平均长度极限偏差 ,按换算式 12-20、式 12-21、式 12-22 得wisE mFnrnsm 9.702sin367.02cos6si72.0co 6 nrnsiwi .15i.13i. 6齿轮工作图下图为本例齿轮零件图。 法 向 模 数齿 数齿 形 角齿 顶 高 系 数径 向 变 化 系 数跨 齿 数跨 K齿 公 法 线平 均 长 度 偏 差精 度 等 级配 对 齿 轮公 差 组齿 轮 副 中 心 距及 其 极 限 偏 差 nzha*k6GB1095-8f图 号齿 数检 验 项 目 代 号Fwrpftb 2.7423公 差 值.0193.3 转速的计算(1)主轴的计算转速传 动 件 的 计 算 转 速)( min/180r主 轴 的 计 算 转 速:各 轴 的 计 算 转 速 如 下轴序号 电动机(0) I 轴 II 轴计算转速r/min1750 875 180263.4 齿轮模数计算及验算1、计算各传动轴的输出功率 4(2)280.96.27.30735(3):2.951085()7.1697IrbIgIIPnKWTNm15.0 ;:(9)4(4 该 轴 的 计 算 转 速该 轴 的 传 递 功 率注由 公 式 择轴 径 的 计 算 以 及 键 的 选 jj nPnd44:73;750/min;1.92.212.:.;/i;753.89350IjI IIjI IPKWrddr4、模数计算,一般同一变速组内的齿轮取同一模数,选取负荷最重的小齿轮,按简化的接触疲劳强度公式进行计算,即 mj=16338 可得各组321)(jjmnuzP的模数,如表 3-3 所示。45 号钢整体淬火, 10jMP按接触疲劳计算齿轮模数 m 27mrnuZI rI ZunKWNmuZNjjjdjmd .03;98.250173.410)(638min/;.;: .;.9.3)14(1 i/72;.;0:00min)/();(1163822j322j 1m1j 取轴 取轴 小 齿 轮 齿 数大 小 齿 轮 齿 数 比 齿 轮 计 算 转 速驱 动 电 机 的 功 率(2)齿轮计算。齿轮几何尺寸见下表齿轮 Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3 Z4 Z4齿数 77 43 55 65 33 87 18 92模数 3 3 3 3 3 3 3 3分度圆直径 231 129 165 195 99 261 54 276齿顶圆直径 237 135 171 201 105 267 60 282齿根圆直径 223.5 121.5 157.5 187.5 91.5 253.5 46.5 268.5齿宽 24 24 24 24 24 24 24 24按基本组最小齿轮计算。小齿轮用 40Cr,调质处理,硬度 241HB286HB,平均取 260HB,大齿轮用 45 钢,调质处理,硬度 229HB286HB ,平均取240HB。计算如下: 齿面接触疲劳强度计算:接触应力验算公式为jfsj MPauBnNKzm)()1(02832弯曲应力验算公式为:wsw aYnz)(109235式中 N-传递的额定功率(kW) ,这里取 N 为电动机功率,N=4kW;-计算转速( r/min). jnm-初算的齿轮模数(mm),28B-齿宽(mm);z-小齿轮齿数;u-小齿轮齿数与大齿轮齿数之比;-寿命系数;sK= TnNq-工作期限系数;mTCK016T-齿轮工作期限,这里取 T=15000h.;-齿轮的最低转速( r/min) , =500(r/min )1n1n-基准循环次数,接触载荷取 = ,弯曲载荷取 =0 0C70C612m-疲劳曲线指数,接触载荷取 m=3;弯曲载荷取 m=6;-转速变化系数,查【5】2 上,取 =0.60nKnK-功率利用系数,查【5】2 上,取 =0.78N N-材料强化系数,查【5】2 上, =0.60q q-工作状况系数,取 =1.13 3-动载荷系数,查【5】2 上,取 =1K2K-齿向载荷分布系数,查【5】2 上, =1 1 1Y-齿形系数,查 【5】2 上,Y=0.386;-许用接触应力(MPa),查【4】 ,表 4-7,取 =650 Mpa;j j-许用弯曲应力(MPa) ,查【4】 ,表 4-7,取 =275 Mpa;w w根据上述公式,可求得及查取值可求得:29 合 格 ;弯 曲 应 力 校 核 : 合 格接 触 应 力 校 核 : MPapBYnZmNKKCTnPapuBNKZmKCTnjSsqNn mTjSj sqNn mT3205.14109 95.Y;70;8.;3. 6.2 1025.4)1(08890;6.;5.;3. 3.11235W132按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用 40Cr,调质处理,硬度241HB286HB,平均取 260HB,大齿轮用 45 钢,调质处理,硬度229HB286HB,平均取 240HB。同理根据基本组的计算,查文献【6】 ,可得: =0.62, =0.77, =0.60, =1.1,nKNqK3=1, =1,m=3.5 , =355;可求得:2K1j 合 格 ;弯 曲 应 力 校 核 : 合 格接 触 应 力 校 核 : MPapBYnZmNKKCTnPapuBNKZmCTjSsqNn mTjSj sqNn mT3205.14109 95.Y;70;8.;3. 6.2 1025.4)1(08890;6.;5.;3. 3.1235W13230第 4 章 车床主轴部分及其设计计算车床的传动轴部分是车床机构设计中的一项关键部分,这是由于车床在实际的加工中生产中,其效率高低和性能优劣在很大程度上都是由车床的传动轴部分影响和决定的。在实际设计中,车床主轴作为车床机构的重要部分,其主要作用就是通过传递载荷和力矩,从而带动车床上的车刀进行工作运转,来对工件进行车削加工。车床主轴和日常中的普通轴之间,既有共同之处,即都是作为载荷的传动装置,都要在一定的环境下才能稳定持续的运转;同时其也有自己的特别之处,如其能不依靠其他装置,自己就可以在比较大的载荷作用下工作,同时其还要带动车刀运转来进行对工件的车削加工,所以在对其进行设计和加工中,我们需要考虑更多的相关参数和技术要求。4.1 车床主轴所需标准图 4-14.1.1 车床的刚度概念:车床主轴的刚度是指在其受到外部施加的力或者力矩作用时,其由于内部作用力而排斥抗衡其形状发生变化的一项固有属性。其具体原理图如下所示:毕 业 设 计 ( 论 文 ) 任 务 书I一、学生姓名: 学号:二、题目:数控车床主传动系统设计三、专题题目:集中式主传动系统设计四、题目来源:科学技术、生产实践、社会经济、自拟、经典、其它课题难度:适中、较难五、结业方式:设计、论文六、主要内容:1、检索综述数控车床主传动系统的发展应用现状;2、总体方案的讨论确定(包括有关参数计算和部件、标准件选型等) ;3、设计绘制总体装配图和零件图(合计折合 A1 图 3 张) ;转速图和功率特性图必须要有4、进行有关的设计计算和分析;5、撰写设计说明书。七、主要(技术)要求:1、设计数控车床主传动系,主轴最高转速为 4000r/min,最低转速为 20r/min,计算转速为180r/min,电动机功率规定为 28kW,电动机的最高转速为 4400r/min,额定转速为 1750r/min。要求主轴的功率特性图上无缺口,采用集中式传动方式。2、设计图纸严格按照国标绘制。按照学校规定的格式撰写设计说明书,内容包括概述、方案讨论确定、有关设计计算、设备的设计使用说明等。论述要层次清晰,语言简练。3、工作量要求:查阅有关文献 10 篇以上,其中要包括外文文献 2 篇;3000 字左右开题报告1 份;毕业设计说明书 1 份(约 2 万字) 。八、日程安排:第一学期:第 11 周第 12 周: 查阅文献资料,选题;第 13 周第 14 周: 开题报告和外文翻译;第 15 周第 16 周: 总体方案的确定;第二学期:第 2 周第 5 周: 方案参数计算及总装图设计;第 6 周第 12 周: 部件及零件图设计计算;第 13 周第 14 周: 撰写论文及答辩准备;毕 业 设 计 ( 论 文 ) 任 务 书II第 15 周第 16 周: 论文答辩九、主要参考文献和书目:1 关慧贞,冯辛安主编. 机械制造装备设计. 北京:机械工业出版社,2012.2 马玉琼. CK6163 型数控机床主传动系统设计J,硅谷,2014,161(17):17-18.3 成大先主编机械设计手册第三版. 第 15 卷. 北京:化学工业出版社,1994或其他机械设计手册指导教师 1 签字: 年 月 日指导教师 2 签字: 年 月 日学 生 签 字: 年 月 日系负责人章: 年 月 日下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709851宁XX 大学毕 业 设 计 (论 文 )二、题目:数控车床主传动系统设计三、专题题目:集中式主传动系统设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709852摘 要数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种类的机床相比,车床在生产中使用最广。本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状 ,并分析了其存在的问题 ;对数控机床的发展趋势进行了探讨;并对 ck6125 数控车床主轴箱传动系统进行了设计与计算。主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度,以满足加工切削要求。目前,数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围 35,难以满足主轴变速要求;串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围 。本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构,使输入轴在带处只受转矩,将轴上的径向力传动到车床机体上,改善了输入轴的受力情况。关键词 :分级变速;传动系统设计,传动副,结构网,结构式,齿轮模数,传动比下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709854AbstractCNC lathe can also be used not only to car cylindrical boring, facing, drilling and reaming. Compared with other types of machine tools, lathes in the production of the most widely used.This paper introduces the process and current situation of the development of CNC machine tools, and analyzes the existing problems; the development trend of CNC machine tools were discussed; and ck6125 lathe headstock drive system design and calculation.Headstock mounted in precision bearings have a hollow shaft and a series of transmission gear components. Spindle can get any speed in the speed range to meet the requirements of the cutting process.At present, the development trend of CNC lathe is continuously variable by electrical and mechanical devices. Inverter motor powered by belt drive and transmission gears for the spindle. Typically variable frequency motor speed range of 3-5, it is difficult to meet the requirements of the shift spindle; change gear series is expanding the scope of the gear shift.The design of the original pulley without unloading the structure into a pulley unloading structure, with the input shaft of the torque only by the radial force to the drive shaft on the lathe body, improve the force of the input shaft Happening.Keywords:classification variable speed; transmission system design, transmission deputy, network architecture, structure, modulus gear transmission ratio下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709855目 录摘 要.2Abstract.4目 录.5第 1 章 绪论.81.1 课题背景及目的 81.2 国内外研究现状及发展趋势 91.2.1 数控系统的发展趋势 .91.2.2 我国数控车床的研究现状及发展趋势 .91.3 毕业设计题目、主要技术参数和技术要求 131.3.1 毕业设计题目和主要技术参数 131.3.2 技术要求 .14第 2 章 运动设计.152.1 运动参数及转速图的确定 .152.1.1 确定结构网 .152.1.2 绘制转速图和传动系统图 162.2 确定各变速组此传动副齿数 17第 3 章 动力计算.193.1 齿轮的设计 193.2 齿轮的精度设计 .213.3 转速的计算 243.4 齿轮模数计算及验算 25第 4 章 车床主轴部分及其设计计算.294.1 车床主轴所需标准 294.1.1 车床的刚度 .294.1.2 车床的耐车性 .304.1.3 车床的旋转精度 .304.1.4 车床的抗震能力 .31下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098564.1.5 车床的热变形 .314.2 车床主轴部分的分布 314.3 车床主轴形状的选择 324.4 车床主轴的热处理 334.5 车床主轴的设计标准 334.6 车床主轴上轴承的挑选 334.7 车床主轴上轴承的校对计算 354.8 车床主轴外部伸长量 364.9 车床主轴的校核 364.9.1 受力作用的转换 .374.9.2 车床主轴的挠度 .374.9.3 车床主轴的倾角 .384.10 轴的设计和验算 404.10.1 轴的结构设计 .404.10.2 轴的强度校核 .414.10.3 轴的刚度校核 .45第 5 章 主要零部件的选择.515.1 电动机的选择 515.2 轴承的选择 525.3 变速操纵机构的选择 52第 6 章 主轴结构设计.546.1 对主轴组件的性能要求 546.2 轴承配置型式 556.3 主要参数的确定 566.4 主轴头的选用 576.5 编码器的选择与安装 57第 7 章 主轴变速箱的装配设计.597.1 箱体内结构设计的特点 597.2 设计的方法(以轴的布置为例) .59下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098577.3 轴承寿命校核 62结论.64参考文献.65致谢.66下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098589第 1 章 绪论1.1 课题背景及目的我国目前机床总量 380 余万台,而其中数控机床总数只有 11.34 万台,即我国机床数控化率不到 3。近 10 年来,我国数控机床年产量约为 0.60.8 万台,年产值约为18 亿元。机床的数控化率仅为 6。这些机床中,役龄 10 年以上的占 60以上;10 年以下的机床中,自动/半自动机床不到 20,FMC/FMS 等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占 60以上) 。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床,而且半数以上是役龄在 10 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 而相对于传统机床,数控机床有以下明显的优越性:1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2、可以实现加工的柔性自动化,从而效率比传统机床提高 37 倍。 3、加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再需要“修配” 。 4、可实现多工序的集中,减少零件在机床间的频繁搬运。 5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,可实现长时间无人看管加工。 因此,采用数控机床,可以降低工人的劳动强度,节省劳动力(一个人可以看管多台机床) ,减少工装,缩短新产品试制周期和生产周期,可对市场需求作出快速反应。 此外,机床数控化还是推行 FMC(柔性制造单元) 、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 由于以上优越性,数控机床所占的比例逐渐增大。从 2005 年的市场消费内容也可可看出,普通机床的市场份额在下降,数控机床则大幅度增长,尤其是中高档数控机床供不应求。可以预见,未来几年普通机床的市场份额将不断下滑, 数控机床的消费会逐渐扩大。 2在这样一种背景下,我的课题选择为设计一台数控车床CK20,用于对转体零件的圆柱面、圆弧面、圆锥面、端面、切槽、及各种公、英制螺纹等进行批量、高效、10高精度的自动加工,以提高生产效率和产品质量和降低工人劳动强度。通过本次设计培养综合运用基础知识和专业知识,解决工程实际问题的能力,使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能及能力得到训练和提高。此外,力求完成课题之余,熟悉国内外数控技术及数控机床的现状及发展趋势,增强对如何发展民族数控机床产业的感性认识。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 数控系统的发展趋势自从 1951 年计算机技术应用于机床上,数控系统经历了数控(NC)和计算机数控(CNC)两个阶段的发展。目前,数控系统正处于第六代基于 PC(PCBASED) 。未来数控系统将呈以下发展趋势:1、 继续向开放式、基于 PC 的第六代方向发展 基于 PC 所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点,更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用 PC 机作为它的前端机,来处理人机界面、编程、联网通信等问题,由原有的系统承担数控的任务。2、向高速化和高精度化发展 3、向智能化方向发展 (1)应用自适应控制技术向高速化和高精度化发展 数控系统能检测过程中一些重要信息,并自动调整系统的有关参数,达到改进系统运行状态的目的。 (2)引入专家系统指导加工 将熟练工人和专家的经验,加工的一般规律和特殊规律存入系统中,以工艺参数数据库为支撑,建立具有人工智能的专家系统。 (3)引入故障诊断专家系统 (4)引入动装置智能化数字伺服驱动系统可以通过自动识别负载,而自动调整参数,使驱动系统获得最佳的运行 3 。111.2.2 我国数控车床的研究现状及发展趋势1、研究现状我国数控车床从 20 世纪 70 年代初进入市场,至今通过各大机床厂家的不懈努力,通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施,使得我国的机床制造水平有了很大的提高,其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前,国产数控车床的品种、规格较为齐全,质量基本稳定可靠,已进入实用和全面发展阶段。 1)床身按照床身导轨面与水平面的相对位置,床身有图 1 所示的 5 种布局形式。一般来说,中、小规格的数控车床采用斜床身和平床身斜滑板的居多,只有大型数控车床或小型精密数控车床才采用平床身,立床身采用的较少。平床身工艺性好,易于加工制造。由于刀架水平放置,对提高刀架的运动精度有好处,但排屑困难;刀架横滑板较长,加大了机床的宽度尺寸,影响外观。平床身斜滑板结构,再配置上倾斜的导轨防护罩,这样既保持了平床身工艺性好的优点,床身宽度也不会太大。斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控车床中被广泛应用,是因为这种布局形式具有以下特点: 容易实现机电一体化; 机床外形整齐、美观,占地面积小; 容易设置封闭式防护装置; 容易排屑和安装自动排屑器; 从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度; 宜人性好,便于操作;便于安装机械手,实现单机自动化。 2)导轨 车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。 滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大,磨损快,动、静摩擦系数差别大,低速时易产生爬行现象。目前,数控车床已不采用传统滑动导轨,而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。它们具有摩擦性能良好和使用寿命长等特点。 滚动导轨的优点是摩擦系数小,动、静摩擦系数很接近,不会产生爬行现象,可以12使用油脂润滑。根据滚动体的不同,滚动导轨可分为滚珠直线导轨和滚柱直线导轨。后者的承载能力和刚度都比前者高,但摩擦系数略大。a)后斜床身-斜滑板 b)直立床身-直立滑板c)平床身- 平滑板 d)前斜床身-平滑板 e)平床身-斜滑板 图 1.1 床身布局型式133)主轴传动系统机床主传动系统可分为分级变速传动和无级变速传动。分级变速传动是在一定范围能均匀的、离散地分布着有限级数的转速,主要用于普通机床。无级变速形式可以在一定范围内连续改变转速,以便得到满足加工要求的最佳转速,能在运转中变速,便于自动变速。数控车床得主传动系统通常采用无级变速。与普通车床相比,数控车床的主传动采用交、直主轴调速电动机,电动机调速范围大,并可无级调速,使主轴结构大为简化。为了适应不同的加工需求数控车床主传动系统有以下三种方式。电动机直接驱动 主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接,或采用内装式主轴电动机驱动。采用直接驱动可大大简化主轴箱结构,能有效地提高主轴刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化、输出转矩与主轴的特性完全一致。但因主轴的功率和转矩特性直接决定主轴电机的性能,因而这种变速传动的应用受到一定限制。采用定比传动 主轴电动机经定比传动给主轴。 定比传动可采用带传动或齿轮传动,这种传动方式在一定程度上能满足主轴功率和转矩的要求,但其变速范围仍和电动机的调速范围相同。目前,交流、直流主轴电动机的恒功率转速范围一般只有 2-4,而恒转矩范围则达 100 以上;许多大、中型机床的主轴要求有更宽的恒功率转速范围。很明显,这种情况下主轴电动机的功率特性和机床主轴的要求不匹配:调速电动机的恒功率范围远小于主轴要求的恒功率变速范围。所以这种变速方式多用于小型或高速数控机床。采用分档变速方式 采用这种变速方式主要是为了解决主轴电动机的功率特性和机床主轴功率特性不匹配。变速多采用齿轮副来实现,电动机的无级变速配合变速机构可确保主轴的功率、转矩要求,满足各种切削运动的转矩输出,特别是保证低速时的转矩和扩大恒功率的调速范围。用两个电机分别驱动主轴 上述两种方式的混合传动,高速时带轮直接驱动主轴,低速时另一个电机通过齿轮减速后驱动主轴4)刀架系统 按换刀方式的不同,数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。排式刀架一般用于小规格数控车床,以加工棒料或盘类零件14为主。回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架,通过刀架的旋转分度定位来实现机床的自动换刀动作,根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架。根据刀架回转轴与安装底面的相对位置,回转刀架分为立式刀架和卧式刀架两种。排刀式刀架和回转刀架对刀具的数目有一定的限制,当需要数量较多的刀具时,应采用带刀库的自动换刀装置。5)进给传动系统 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统,按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。前者定位精度低,但它结构简单、工作可靠、造价低廉;后者控制精度高、快速性能好,但它对机床的要求比较高,且造价较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有:脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。前者由于具有可靠性高、造价低等特点而被广泛采用 4。2、发展趋势1)高速、高精密化 当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展,加工精度也在不断地提高。另一方面,电主轴和直线电机的成功应用,陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市,也为机床向高速、精密发展创造了条件。 2)高可靠性 3)数控车床设计 CAD 化、结构设计模块化 采用 CAD 技术以替代人工完成繁琐的绘图工作,进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计,以及对整机各工作部件进行动态模拟仿真。这样大大提高了工作效率,提高设计的一次成功率,从而缩短试制周期,降低设计成本,提高市场竞争能力。 4)功能复合化扩大机床的使用范围、提高效率,实现一机多用、一机多能,即一台数控车床既可以实现车削功能,也可以实现铣削加工。5)智能化、网络化、柔性化和集成化 5。151.3 毕业设计题目、主要技术参数和技术要求1.3.1 毕业设计题目和主要技术参数技术参数:1、设计数控车床主传动系,主轴最高转速为 4000r/min,最低转速为 20r/min,计算转速为 180r/min,电动机功率规定为 28kW,电动机的最高转速为 4400r/min,额定转速为 1750r/min。要求主轴的功率特性图上无缺口,采用集中式传动方式。1.3.2 技术要求(1)利用电动机完成换向和制动。(2)各滑移齿轮块采用单独操纵机构。(3)进给传动系统采用单独电动机驱动。16第 2 章 运动设计2.1 运动参数及转速图的确定技术参数:技术参数:1、设计数控车床主传动系,主轴最高转速为 4000r/min,最低转速为20r/min,计算转速为 180r/min,电动机功率规定为 28kW,电动机的最高转速为 4400r/min,额定转速为 1750r/min。要求主轴的功率特性图上无缺口,采用集中式传动方式。(1)无级变速传动系统的恒功率调速范围 Rnp:Rnp= =22.22 1804nmaxjN(2)交流调速电动机的恒功率调速范围 rnp:rnp= = =2.51rnmax17504(3)分级变速传动的转速级数 Z:Z=lgRnp/lgrnp3.36 取 Z=42.1.1 确定结构网主轴的计算转速为 180r/min由转速得,选用齿轮精度为 8 级精度17图 2-1 结构网 2.1.2 绘制转速图和传动系统图(1)绘制转速图:转速图18(2)画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数1-2 轴最小中心距:A 1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)轴最小齿数和:S zmin(Zmax+2+D/m)2.2 确定各变速组此传动副齿数(1)Sz 100-120,中型机床 Sz=70-100(2)直齿圆柱齿轮 Zmin 18-20图 2-3 主传动系统图(7)齿轮齿数的确定。据设计要求 Zmin1820,由表 4.1,根据各变速组公19比,可得各传动比和齿轮齿数,各齿轮齿数如表 2-2。齿轮 Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3 Z4 Z4齿数 77 43 55 65 33 87 18 9220第 3 章 动力计算3.1 齿轮的设计设计时采用最高转速,取电机输出端的齿轮传动比为 1:2.假设齿轮对称布置,使用寿命为 8 年,每年以 300 工作日计,两班制,中等冲击,齿轮单向回转。1、齿轮的材料、精度和齿数选择 因传递功率不大、转速不高、材料按 表 7-1 选取,都采用 55 钢,锻造毛坯,大齿轮正火处理,小齿轮调质,均用软齿面。齿轮精度用 6 级,软齿表面粗糙度为 1.6。aR软齿面闭式传动,失效形式为点蚀,考虑传动平稳性,取小齿轮为20,大齿轮取 40。2、设计计算(1) 、设计准则 按齿面接触疲劳强度设计,再按齿根弯曲疲劳强度校核。(2) 、按齿面接触疲劳强度设计2311)(2uKTZddHEt =9.551T mNnp .13290.780659066 由图 7-6 选取材料的接触疲劳极限应力为:,aHMP58lim2aHPmin2由图 7-7 选取材料的弯曲疲劳极限应力为:, aF30li1 aF10li2应力循环次数 N 由式(7-3)计算=6/837861 9107.2u9.2610.由图 7-8 查得接触疲劳强度寿命系数 , 1.021NZ221由图 7-9 查得弯曲疲劳寿命系数 , 1,1NY2由表 7-2 查得接触疲劳安全系数 1,弯曲疲劳安全系数minHS1.4,又 =2.0,试选 1.3minFSSTYtK由前面的式子求得许用接触应力和许用弯曲应力2aNHmMPZ5801li2alinS7222 aNFT PY32814.01lim1 2aSTM2li2将有关值代入式子 得= =311)(2uKZddHEt 326831903.57190.8. 59.17 2则 1.441061nVtsm/查图 7-10 得 ; 由表 7-3 查得 ;由表 7-4 查得 ;9.vK25.1AK05.1K取 ;则 43.09.VAH修正 2mdt 5.63.17593.141zm8.20/8/由表 7-6 取标准模数 m3校核齿根弯曲疲劳强度由图 7-18 查得 2.41FSY0.42FS取 7.0由式(7-12 )校核大小齿轮的弯曲强度222121321 87.6.0453.719FaFSdF MPYmZKTI 228.6212 aFS所以,初选的齿轮齿数和计算出的模数符合要求。用同样的方法可以求得其他齿轮的变位系数。列出各齿轮的齿数、模数、和变位系数编号 模数 齿数 齿形角 变位系数1 3 20 2002 3 40 03.2 齿轮的精度设计齿轮精度设计的方法及步骤:1、确定齿轮的精度等级;2、齿轮误差检验组的选择及其公差值的确定;3、计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号;4、确定齿坯公差和表面粗糙度;5、公法线平均长度极限偏差的换算;6、绘制齿轮零件图。确定齿轮的精度等级由于该齿轮是主轴箱内的齿轮,对传动精度和稳定性的要求都比较高,主要要求的是传动平稳性精度等级。据圆周速度 106dnvsm/1.460325.对于如此要求高的齿轮采用 6 级精度。齿轮误差检验组的选择及其公差值的确定该齿轮属中等精度,且为批量生产查表 12-3 选定 、iF“、 、WFif“组成检验方案。根据 及mmzd23165.1b27123查表 12-13、表 12-14、表 12-15 可得公差值:第公差组 36rF2545pF第公差组 9f 1ptf 10bf第公差组 计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号代号 计算齿轮副的最小极限侧隙 由表 12-10 按油池润滑和minj查得sv/1.4 035.1.0.1 n6si)(22tntaj根据齿轮和箱体的材料,从材料手册上查得,钢和铸铁的线膨胀系数分别为 , 。c/105.61c/105.62传递的中心距 6mzma2.4)76(.3)(所以, jn08.1.254确定齿厚极限偏差代号齿厚上偏差 由式(12-15)6 nbnnas FfjfEcos2104.2t 11式中 前面已查得F9m由表 12-14 按 6 级精度查得pbfm1fpb2由表 12-17 按 145.5,6 级精度查得 ,fa20所以,代入数据得 ,mEs5因为 1ptf56ptsfE由图 12-29 或者 12-9 查得齿厚的上偏差代号为 G,因此246ptsfE齿厚下偏差可知 62tan2rSbFT查表 12-13,6 级精度齿轮 ,查表 12-11,m36,所以Ibr 917.18. Ts 24.7320tan 2ESi 6 5.13ptsifE由图 12-29 或表 12-9 查得齿厚下偏差代号为 K,因此mEsi 132至此,小齿轮的精度为:6GK GB10095-88确定齿坯公差、表面粗糙度齿轮内孔是加工、检验及安装的定位基准,对 6 级精度的齿轮,由表12-18 查得:内孔尺寸公差为 IT7,内孔直径为 85mm,偏差按基准孔 H 选取,即齿轮内孔的下偏差为 0,上偏差为+0.022。内孔的形状公差按 6 级决定或遵守包容原则。定位端面的端面圆跳动公差由表 12-19 查得为 0.014mm。齿顶圆只作为切齿加工的找正基准,不作为检验基准,故其公差选用IT11,齿顶圆直径 ,偏差按基准轴 h 选取,即下偏mhdaa2381差为-0.290 ,上偏差为 0。齿轮的表面粗糙度按 7 级查表 12-20,各表面粗糙度 分别为:齿面aR=1.6,内孔 =1.6,基准端面 =3.2,齿顶圆 =6.3。aRaaRa公法线平均长度极限偏差的换算公法线的公称长度 W 及其跨齿数 k,可从机械设计有关手册中查得或按式 12-7 和式 12-8 求得跨齿数 85.09/6./zk724.80614.0)6(4713)12(47. zm256该齿轮为中模数齿轮,控制侧隙的指标宜采用公法线平均长度极限偏差 ,按换算式 12-20、式 12-21、式 12-22 得wisE mFnrnsm 9.702sin367.02cos6si72.0co 6 nrnsiwi .15i.13i. 6齿轮工作图下图为本例齿轮零件图。 法 向 模 数齿 数齿 形 角齿 顶 高 系 数径 向 变 化 系 数跨 齿 数跨 K齿 公 法 线平 均 长 度 偏 差精 度 等 级配 对 齿 轮公 差 组齿 轮 副 中 心 距及 其 极 限 偏 差 nzha*k6GB1095-8f图 号齿 数检 验 项 目 代 号Fwrpftb 2.7423公 差 值.0193.3 转速的计算(1)主轴的计算转速传 动 件 的 计 算 转 速)( min/180r主 轴 的 计 算 转 速:各 轴 的 计 算 转 速 如 下轴序号 电动机(0) I 轴 II 轴计算转速r/min1750 875 180263.4 齿轮模数计算及验算1、计算各传动轴的输出功率 4(2)280.96.27.30735(3):2.951085()7.1697IrbIgIIPnKWTNm15.0 ;:(9)4(4 该 轴 的 计 算 转 速该 轴 的 传 递 功 率注由 公 式 择轴 径 的 计 算 以 及 键 的 选 jj nPnd44:73;750/min;1.92.212.:.;/i;753.89350IjI IIjI IPKWrddr4、模数计算,一般同一变速组内的齿轮取同一模数,选取负荷最重的小齿轮,按简化的接触疲劳强度公式进行计算,即 mj=16338 可得各组321)(jjmnuzP的模数,如表 3-3 所示。45 号钢整体淬火, 10jMP按接触疲劳计算齿轮模数 m 27mrnuZI rI ZunKWNmuZNjjjdjmd .03;98.250173.410)(638min/;.;: .;.9.3)14(1 i/72;.;0:00min)/();(1163822j322j 1m1j 取轴 取轴 小 齿 轮 齿 数大 小 齿 轮 齿 数 比 齿 轮 计 算 转 速驱 动 电 机 的 功 率(2)齿轮计算。齿轮几何尺寸见下表齿轮 Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3 Z4 Z4齿数 77 43 55 65 33 87 18 92模数 3 3 3 3 3 3 3 3分度圆直径 231 129 165 195 99 261 54 276齿顶圆直径 237 135 171 201 105 267 60 282齿根圆直径 223.5 121.5 157.5 187.5 91.5 253.5 46.5 268.5齿宽 24 24 24 24 24 24 24 24按基本组最小齿轮计算。小齿轮用 40Cr,调质处理,硬度 241HB286HB,平均取 260HB,大齿轮用 45 钢,调质处理,硬度 229HB286HB ,平均取240HB。计算如下: 齿面接触疲劳强度计算:接触应力验算公式为jfsj MPauBnNKzm)()1(02832弯曲应力验算公式为:wsw aYnz)(109235式中 N-传递的额定功率(kW) ,这里取 N 为电动机功率,N=4kW;-计算转速( r/min). jnm-初算的齿轮模数(mm),28B-齿宽(mm);z-小齿轮齿数;u-小齿轮齿数与大齿轮齿数之比;-寿命系数;sK= TnNq-工作期限系数;mTCK016T-齿轮工作期限,这里取 T=15000h.;-齿轮的最低转速( r/min) , =500(r/min )1n1n-基准循环次数,接触载荷取 = ,弯曲载荷取 =0 0C70C612m-疲劳曲线指数,接触载荷取 m=3;弯曲载荷取 m=6;-转速变化系数,查【5】2 上,取 =0.60nKnK-功率利用系数,查【5】2 上,取 =0.78N N-材料强化系数,查【5】2 上, =0.60q q-工作状况系数,取 =1.13 3-动载荷系数,查【5】2 上,取 =1K2K-齿向载荷分布系数,查【5】2 上, =1 1 1Y-齿形系数,查 【5】2 上,Y=0.386;-许用接触应力(MPa),查【4】 ,表 4-7,取 =650 Mpa;j j-许用弯曲应力(MPa) ,查【4】 ,表 4-7,取 =275 Mpa;w w根据上述公式,可求得及查取值可求得:29 合 格 ;弯 曲 应 力 校 核 : 合 格接 触 应 力 校 核 : MPapBYnZmNKKCTnPapuBNKZmKCTnjSsqNn mTjSj sqNn mT3205.14109 95.Y;70;8.;3. 6.2 1025.4)1(08890;6.;5.;3. 3.11235W132按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用 40Cr,调质处理,硬度241HB286HB,平均取 260HB,大齿轮用 45 钢,调质处理,硬度229HB286HB,平均取 240HB。同理根据基本组的计算,查文献【6】 ,可得: =0.62, =0.77, =0.60, =1.1,nKNqK3=1, =1,m=3.5 , =355;可求得:2K1j 合 格 ;弯 曲 应 力 校 核 : 合 格接 触 应 力 校 核 : MPapBYnZmNKKCTnPapuBNKZmCTjSsqNn mTjSj sqNn mT3205.14109 95.Y;70;8.;3. 6.2 1025.4)1(08890;6.;5.;3. 3.1235W13230第 4 章 车床主轴部分及其设计计算车床的传动轴部分是车床机构设计中的一项关键部分,这是由于车床在实际的加工中生产中,其效率高低和性能优劣在很大程度上都是由车床的传动轴部分影响和决定的。在实际设计中,车床主轴作为车床机构的重要部分,其主要作用就是通过传递载荷和力矩,从而带动车床上的车刀进行工作运转,来对工件进行车削加工。车床主轴和日常中的普通轴之间,既有共同之处,即都是作为载荷的传动装置,都要在一定的环境下才能稳定持续的运转;同时其也有自己的特别之处,如其能不依靠其他装置,自己就可以在比较大的载荷作用下工作,同时其还要带动车刀运转来进行对工件的车削加工,所以在对其进行设计和加工中,我们需要考虑更多的相关参数和技术要求。4.1 车床主轴所需标准图 4-14.1.1 车床的刚度概念:车床主轴的刚度是指在其受到外部施加的力或者力矩作用时,其由于内部作用力而排斥抗衡其形状发生变化的一项固有属性。其具体原理图如下所示:
收藏