铣床万能分度头设计【含CAD图纸、说明书】
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毕业设计说明书题 目: 铣床万能分度头设计 学 院:专 业:学 号:姓 名:指导教师:完成日期:4 毕业论文(设计)任务书论文(设计)题目 铣床万能分度头设计 学 号 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 系主任: 一、主要内容及基本要求(含主要技术指标)1、主要内容: 铣床是一种用途广泛的机床,铣床可以对工件进行铣削、钻削和镗孔加工。而分度头是铣床的重要附件之一,常用来安装工件铣斜面,进行分度工作,以及加工螺旋槽等。本次设计的任务有: 1、熟悉万能分度头的工作原理及其结构; 2、选择各结构的材料; 3、提交完整的设计原理图、方案布置图; 4、设计万能分度头各部分结构尺寸、结构设计; 5、轴承选择、润滑方式的确定 6、绘制总装图、零件图; 7、编写设计说明书。 2、基本要求: 1、主电机功率(mm): 7.5 2、进给电机功率(kw): 1.5 3、分度头功率(kw): 0.5 4、万能分度头一般工作转速(手动): 60r/min 5、万能分度头一般工作转速(挂轮输入):200r/min 6假定使用寿命:30年,每年工作360d,每天工作16h. 3、关键步骤: 1、材料选取:能满足工作剪应力切应力要求; 2、运行稳定性精确性:合理安排万能分度头的各级传动比,确定各尺寸结构能 为零件加工过程中进行零件的分度; 3、安装平稳性:能根据分度头分度要求,满足加工所需分度数、分度速度,以及分度头主轴不分度时能紧固; 4、工艺高质量:在保证各零件能加工出来的基础上,在结构上尽量使的零件容易加工,降低加工成本; 二、 重点研究的问题 重点研究的问题有: 1、蜗轮蜗杆传动副的设及计算; 2交错轴斜齿轮的设计计算。 三、 进度安排序号各阶段完成的内容起止时间1查阅相关资料第1-4周2完成设想和开题报告第4周3计算并完成初步设计第5-7周4完成中期报告第8周5绘制装配图、主要零件图第9-11周6完成毕业设计说明书第12-13周7毕业答辩第14周四、 应收集的资料及主要参考文献1 陈海魁,铣工工艺学.3版.中国劳动社会保障出版社,2005. 2 何建民,铣工操作技术与窍门.1版.机械工业出版社,2004. 3 魏川生,铣工技师培训.1版.机械工业出版社,2004. 4 贵旺生,数控铣工技能.1版.国防工业出版社,2006. 5 吴宗泽,机械设计课程设计指导书.3版.北京:高等教育出版社,2006. 6 陈作模,孙桓.机械原理.7版.北京:高等教育出版社,2006. 7 濮良贵,纪名刚.机构设计8版.西北工业大学机械原理及机械零件教研室:8 苏旭平,工程材料.湖南:湘潭大学出版社.2008. 9 刘鸿文,材料力学. 2版.北京:高等教育出版社,2010. 10黄圣杰,Pro/Engineer基础教程.4版.北京:人民邮电出版社,1990. 11黄如林,切削加工简明实用手册.2版.化学工业出版社,2009. 12汪恺,机械设计手册,1988 13王先逵.机械制造工艺学.机械工业出版社:2006. 摘要: 铣床是机械制造业一种用途广泛的机床,它具有高效生产,加工范围广等优点,是一种广泛应用并且具有多种类型的金属切削机床。在铣床上可以加工平面、沟槽、分齿零件、螺旋形表面及各种曲面。另外,铣床在一般的生产体系中也是整个机器生产中不可缺少的重要的组成部分。铣床在工作时,部分工件会装于分度头等附件上,辅助工作台或铣头的进给运动,来使工件获得所需的加工表面。而在铣削斜面、螺旋槽、齿槽等的时候,分度头更是必不可少的辅助机构。为了提高铣床加工的精度,具有高精度以及其他特点的万能分度头也就应运而生,自然对铣床分度头功能的研究、探索、改进也在不断的展开。关键字:铣床 万能分度头 毕业设计文献综述 题 目:铣床万能分度头及挂轮系统设计 学 院 专 业 学 号 姓 名 指导教师 完成日期 摘要: 铣床是机械制造业一种用途广泛的机床,它具有高效生产,加工范围广等优点,是一种广泛应用并且具有多种类型的金属切削机床。在铣床上可以加工平面、沟槽、分齿零件、螺旋形表面及各种曲面。另外,铣床在一般的生产体系中也是整个机器生产中不可缺少的重要的组成部分。铣床在工作时,部分工件会装于分度头等附件上,辅助工作台或铣头的进给运动,来使工件获得所需的加工表面。而在铣削斜面、螺旋槽、齿槽等的时候,分度头更是必不可少的辅助机构。为了提高铣床加工的精度,具有高精度以及其他特点的万能分度头也就应运而生,自然对铣床分度头功能的研究、探索、改进也在不断的展开。关键字:铣床 万能 分度头1.1 铣床基本概述铣床是一种用途广泛的机床,在铣床上可以加工水平或垂直平面;各类沟槽,如键槽、T形槽、燕尾槽等;分齿零件,如齿轮、花键轴、链轮;螺旋形表面,如螺纹、螺旋槽及各种曲面。此外,还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。铣床在工作时,工件装在工作台上或分度头等附件上,铣刀旋转为主运动,辅以工作台或铣头的进给运动,工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀断续切削,因而铣床的生产率较高。简单来说,铣床就是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床有立式铣床与卧式铣床,两者主要是主轴布置方式的差别,除了主轴布置不同以外,工作台可以上下升降, 立式铣床用的铣刀相对灵活一些,适用范围较广。铣床按布局分为升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、工具仪表铣床等;而按结构又可分为台式、悬臂式、龙门式、平面式、仿形式等。控制方式主要有仿形式、程序控制式及数控铣床。1.2 普通万能分度头结构及传动系统概述 分度头主轴是空心的,两端均为莫氏锥孔,前锥孔用来装带有拨盘的顶尖,后锥孔可装入心轴,作为差动分度或作直线移距分度以及加工小导程螺旋面时安装挂轮用。主轴的前端外部有一段定位锥体,用于与三爪自定心卡盘的连接盘(法兰盘)配合。 主轴可随回转体在分度头基座的环形导轨内转动。因此主轴除安装成水平位置外,还可在范围内任意倾斜,调整角度前应松开基座上部主轴后端的两个螺母,调整之后再予以紧固。主轴的前端还固定一刻度盘,可与主轴一起转动。刻度盘上有的刻度,可以用来作直接分度。 分度盘上有数圈在圆周上均布的定位孔,在分度盘的左侧有一分度盘紧固螺钉1,用以紧固分度盘。在分度头左侧有两个手柄,一个是主轴锁紧手柄,在分度时应先松开,分度完毕后再锁紧。另一个是蜗杆脱落手柄,它可使蜗杆和蜗轮脱开或啮合。蜗杆和蜗轮的啮合间隙可用偏心套调整。在分度头右侧有一个分度手柄,转动分度手柄时,通过一对传动比为1:1的直齿圆柱齿轮及一对传动比为1:40的蜗杆蜗轮使主轴旋转。此外,分度盘右侧还有一根安装交换齿轮用的交换齿轮轴,它通过一对速比为1:1的螺旋齿轮和空套在分度手柄轴上的分度盘相联系。 分度头基座下面的槽里固定有两块定位键,可与铣床工作台面的T形槽相配合,以便在安装分度头时,使主轴轴线准确地平行于工作台的纵向进给方向。2.1国内外铣床的发展现状及发展趋势2.1.1国内外发展现状从美国人E.惠特尼1818年创制的卧式铣床,到美国人J.R.布朗为了铣削麻花钻头的螺旋槽,于1862年创制了第一台万能铣床,再到1884年前后出现了龙门铣床、20世纪20年代出现的半自动铣床,铣床从的种类和性能得到了快速发展。而1950年以后,铣床在控制系统方面发展也得到了很快发展,数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其70年代后,微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用,扩大了铣床的加工范围,提高了加工精度与效率。随着机械化进程不断加剧,数控编程开始广泛应用与于机床类操作,极大的释放了劳动力。数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。对员工要求也会越来越高,当然带来的效率也会越来越高。在国内,机械行业在新形势下把握住了“抓创新、调结构、促改革”这一工作主线,从“十一五”规划开始,有了很快发展。近年来,在有关文件的精神指导下,数控机床专项已制定了“十二五”的实施计划。“十二五”期间将以科学发展观为主题,以转变经济发展方式为主线,以调整结构为切入点,工业行业最主要的是抓好产业结构调整和升级,以保持行业的长期、健康、快速发展。尽管经过多年的努力,我国的机床工具企业中,出现了一批具有国际影响力的大企业集团,但从全行业的总体来看,自主创新能力薄弱、基础制造水平落后、同质化低水平重复建设严重、自主创新产品推广应用困难等问题依然存在,而且产品质量和服务水平更有待提高,因此贯彻科学发展观,转变经济增长方式,大力调整产业结构和产品结构,力争“十二五”期间能够取得大的突破,将是我国机床工具行业共同努力的方向和目标。我国正处于工业转型升级的关键时期,目前国际机床市场也有一定好转。在这种形势下,战略性新兴产业的培养发展和数控机床专项“十二五”计划的实施,为我国机床工具行业发展提供了新的机遇,也提出了更大挑战,只要我们充分利用国内外有利条件,牢牢把握科学发展观这个主题,抓住转变经济发展方式这条主线,做好行业和企业的发展规划,加快产业结构和产品结构调整,坚持自主创新,坚持对外开放,大力促进改革,机床工具行业一定会再迈上一个新的台阶,在新的一年,行业面貌也会有一个新的变化。2.2.2 发展趋势随着微电子技术和计算机技术的发展,现代数控技床的应用领域日益扩大。当前数控设备正在不断采用最新的技术成果,向着高速度化、高精度化、智能化、以及高可靠性的方向发展。重型机床的发展将呈现两大趋势。一方面:是技术上以加工中心或大型柔性加工单元、大型组合式复合加工机床为发展方向,以适应大型加工零件的单件小批量生产,工艺复杂,辅助时间和加工周期长的特点。另一方面:是追求精细化制造,提高装备制造的工艺含量,体现机床的安全、环保及人性化的特点。主要体现在设计理念的更新和机床运行速度及制造工艺水平有很大的提高,另一方面是机床结构变化大,新技术的应用层出不穷。卧式铣床的结构向高速电主轴方向发展,功能附件呈高速、多轴联动、结构型式多样化的发展态势,这将是今后一个时期技术发展的新趋势。参考文献1 陈海魁,铣工工艺学.3版.中国劳动社会保障出版社,2005. 2 何建民,铣工操作技术与窍门.1版.机械工业出版社,2004. 3 魏川生,铣工技师培训.1版.机械工业出版社,2004. 4 贵旺生,数控铣工技能.1版.国防工业出版社,2006. 5 吴宗泽,机械设计课程设计指导书.3版.北京:高等教育出版社,2006. 6 陈作模,孙桓.机械原理.7版.北京:高等教育出版社,2006. 7 濮良贵,纪名刚.机构设计8版.西北工业大学机械原理及机械零件教研室:8 苏旭平,工程材料.湖南:湘潭大学出版社.2008. 9 刘鸿文,材料力学. 2版.北京:高等教育出版社,2010. 10黄圣杰,Pro/Engineer基础教程.4版.北京:人民邮电出版社,1990. 11黄如林,切削加工简明实用手册.2版.化学工业出版社,2009. 一、文献综述1.1 铣床基本概述铣床是一种用途广泛的机床,在铣床上可以加工水平或垂直平面;各类沟槽,如键槽、T形槽、燕尾槽等;分齿零件,如齿轮、花键轴、链轮;螺旋形表面,如螺纹、螺旋槽及各种曲面。此外,还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。铣床在工作时,工件装在工作台上或分度头等附件上,铣刀旋转为主运动,辅以工作台或铣头的进给运动,工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀断续切削,因而铣床的生产率较高。简单来说,铣床就是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床有立式铣床与卧式铣床,两者主要是主轴布置方式的差别,除了主轴布置不同以外,工作台可以上下升降, 立式铣床用的铣刀相对灵活一些,适用范围较广。铣床按布局分为升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、工具仪表铣床等;而按结构又可分为台式、悬臂式、龙门式、平面式、仿形式等。控制方式主要有仿形式、程序控制式及数控铣床。1.2 铣床的分类1.2.1 按布局形式和使用范围加以区分 1、升降台铣床:有万能式、卧式和立式等,主要用于加工中小型零件,应用最广。 2、龙门铣床:包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床,均用于加工大型零件。 3、单柱铣床和单臂铣床前者的水平铣头可沿立柱导轨移动,工作台作纵向进给;后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动,悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两者均用于加工大型零件。 4、工作台不升降铣床,是介于升降台铣床和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。 其垂直方向的运动由铣头在立柱上升降来完成。 5、仪表铣床:一种小型的升降台铣床,用于加工仪器仪表和其他小型零件。 6、工具铣床:用于模具和工具制造,配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件,还可进行钻削、镗削和插削等加工。 7、其他铣床:如键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等,是为加工相应的工件而制造的专用铣床。按控制方式,铣床又分为仿形铣床(见仿形机床)、程序控制铣床和数字控制铣床(见数字控制机床) 1.2.2按结构分 1、台式铣床:小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。 2、悬臂式铣床:铣头装在悬臂上的铣床,床身水平布置,悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨作垂直移动,铣头沿悬臂导轨移动。 3、滑枕式铣床:主轴装在滑枕上的铣床,床身水平布置,滑枕可沿滑鞍导轨作横向移动,滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。 4、龙门式铣床:床身水平布置,其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣头装在横梁和立柱上,可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂向移动,工作台可沿床身导轨纵向移动,用于大件加工 5、平面铣床:用于铣削平面和成型面的铣床,床身水平布置,通常工作台沿床身导轨纵向移动,主轴可轴向移动。它结构简单,生产效率高。 6、仿形铣床:对工件进行仿形加工的铣床。一般用于加工复杂形状工件。 7、升降台铣床:具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床,通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。 8、摇臂铣床:摇臂装在床身顶部,铣头装在摇臂一端,摇臂可在水平面内回转和移动,铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。 9、床身式铣床:工作台不能升降,可沿床身导轨作纵向移动,铣头或立柱可作垂直移动的铣床。 10、专用铣床:例如工具铣床:用于铣削工具模具的铣床,加工精度高,加工形状复杂。 1.2.3 按控制方式分 铣床又可分为仿形铣床、程序控制铣床和数控铣床等。1.3.国内铣床的发展现状及发展趋势 随着1818年第一台铣床的问世,铣床已经成为机械行业不可或缺的一部分。特别是各种精密铣床、数控铣床更是国防、航空、汽车、造船、机床和工具制造等部门发展品种、推进技术改造的重要设备。铣床拥有量已占机床总拥有量的1/10以上。但在中国,普通铣床还是占主体,数控铣床比重小而且技术不高,大多数依然需要进口。不断加强技术创新是提高国产铣床水平的关键。 1.3.1. 进口大幅度增加,出口日趋减少 随国民经济的持续发展,国内生产的各种铣床,尤其是数控铣床已经满足不了各界用户的需求,需要大量进口。根据中国机床工具工业协会市场部提供的资料表明,1998年到2001年,各种铣床进口量由4622台增加到6471台,增幅达40%,其中数控铣床进口量由563台增加到2290台,增幅高达258%。 与进口的快速增长形成鲜明对照的是铣床的出口增长缓慢,特别是其中数控铣床出口,2001年比1998年在数量上下降了56%,在金额上下降了14%。 1.3.2 技术低于世界水平 中国铣床发展起步晚,1949年中华人民共和国成立以后,中国的机械工业才逐步从修配性质发展成为一个门类比较齐全、具有一定规模、技术水平和成套水平不断提高的工业部门。与西方上百年的发展有不小的差距。 尽管我过铣床发展迅速,一些产品产量居世界第一位,然而,我国的制造业在全球产业链中总体上处于下游和低端位置。什么原因呢?关键问题在于我们的核心零部件受到外国限制,具有自主知识产权的产品比重小,缺乏国际竞争力。只有在核心零部件的技术创新研发方面加大马力,才能突破外国的封锁,提高技术。 业内认识认为,我国机械行业存在一个巨大的技术“黑洞”,最突出的表现是对外技术依存度高。曾几何时,企业的进口机械成了宣传的噱头。以至于不重视自己的自己的创新,然人潜移默化中接受:只有外国进口的生产线和生产设备是可靠的,是产品的保证。 1.3.3 数控化率低但增长快 由于数控机床的增长速度明显快于普通机床的,数控机床在金属加工机床总量中的比重逐年上升,我过机床的数控化逐年提高。机床的产量数控化率从2001年的9.12%上升为2009年的30%左右。虽然增长很快,但是基数大,数控化的普及率还是不高,与发达国家60%70%的水平存在很大差距。 专业人士支出,在中国机床行业整体高速增长的背后,仍然隐忧。从产品结构来看,国产铣床行业的增长主要依靠低端普通机床的带动,高中档铣床所占比例不断减少,重型铣床市场走势趋缓,因而目前行业的发展道路并不健康。1.3.4国家扶持的支点偏离 业内人士普遍认为,技术黑洞的形成与国家的重视程度、投入密切相关。国家在过失的二十多年来忽视了发展机械行业,在政策、资金等方面都出现了偏差。产权激励制度是创新和研发产品的重要保障。国有企业对创新人才的产权激励基本上没有实行。一方面创新成果的知识产权没有得到有效的保护,另一方面,创新着的贡献没有得到产权确认。企业研发的技术和产品,要么被国家无偿拿走,要么被其他的企业无偿抄袭。总结 本文对中国铣床的现状做了一个总结,对存在的问题也提出了一些整改措施,并对以后铣床的发展提供了一些方向。数控机床的发展日新月异,高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为现代数控机床发展的趋势和方向。中国的数控产业不能安于现状,应该抓住机会不断发展,努力发展自己的先进技术,加大技术创新与人才培养力度,提高企业综合服务能力,努力缩短与发达国家之间的差距。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变,实现从中国制造到中国创造,从制造大国到制造强国的转变。目前,无论是国外还是国内数控机床的质量问题或多或少都存在着,换言之,数控机床的可靠性增长技术还有待进一步的研究,降低数控机床的故障率,在可靠性摸底和故障分析的基础上进行多方面的有针对性的可靠性改进。在市场竞争日趋激烈的今天,如何提高可靠性及可靠性的好坏是数控产业的关键所在。参考文献1 陈海魁,铣工工艺学.3版.中国劳动社会保障出版社,2005. 2 何建民,铣工操作技术与窍门.1版.机械工业出版社,2004. 3 魏川生,铣工技师培训.1版.机械工业出版社,2004. 4 贵旺生,数控铣工技能.1版.国防工业出版社,2006. 5 吴宗泽,机械设计课程设计指导书.3版.北京:高等教育出版社,2006. 6 陈作模,孙桓.机械原理.7版.北京:高等教育出版社,2006. 7 濮良贵,纪名刚.机构设计8版.西北工业大学机械原理及机械零件教研室:8 苏旭平,工程材料.湖南:湘潭大学出版社.2008. 9 刘鸿文,材料力学. 2版.北京:高等教育出版社,2010. 10黄圣杰,Pro/Engineer基础教程.4版.北京:人民邮电出版社,1990. 11黄如林,切削加工简明实用手册.2版.化学工业出版社,2009. 二、方案设计 方案一 蜗轮蜗杆传动 运转振动小噪音低,轴可以垂直布置不相交,而且可以防止齿轮逆转 方案二 丝杠螺母加齿轮齿条运动 传动间隙大回转精度差,比较适合高速往返传动方案三锥齿轮加齿轮齿条传动 承载力大,传动精度但有噪音易磨损经过综合比较最终选择方案一为设计方案2.1万能分度头参数万能分度头属于铣床附件中的夹具,来改变工件角度。本次设计为F11125型万能分度头,当万能分度头的主轴处于水平位置时,轴线离分度头底面的距离为125mm。综合各方面因素选择X62W型卧式铣床。2.2 X62W型立式铣床的各项参数主轴端面至工作台距离(mm) 45415 主轴中心线到床身垂直导轨的距离(mm) 30/350 主轴转速(r.p.m)18级 301500/18级 主轴轴向移动距离(mm) 85 工作台工作面(宽度长度)(mm) 3201325 工作台行程纵向/横向/垂向(手动/机动)(mm) 720/700、255/240、 370/350 工作台进给范围纵向/横向/垂向(mm/min) 23.51180/23.51180/8394 工作台快速移动速度纵向/横向/垂向(mm/min) 2300/2300/770 T型槽槽数/槽宽/槽距(mm/) 3/18/70 主电机功率(mm) 7.5 进给电机功率(kw) 1.5 外形尺寸(mm) 230018902380 机床净重(kg) 2650/29502.3 F11125参数中心高125主轴由水平位置向上转动的角度90主轴由水平位置向下转动的角度-6分度手轮每转,主轴回转角度9游标最小示值10蜗杆副传动比1:40主轴孔锥度MT4定位键宽度18主轴法兰盘定位短锥直径53.975分读盘孔数第一面24,25,28,30,34,37,38,39,4,42,43第二面46,47,49,51,53,54,57,58,59,62,66变换齿轮模数2齿数2.5,30,35,40,50,55,60,70,80,90,100分度手柄一整转主轴单个分度误差45主轴在任意1/4圆周上的累积误差1最大承重(kg)130净重(kg)113毛重(kg)132箱体尺寸7105353422.4分度头工作条件及要求万能分度头工作功率由进给电机提供0.5kw万能分度头一般工作转速(手动): 60r/min万能分度头一般工作转速(挂轮输入):200r/min使用寿命为20年,每年工作300d,每天工作8h。 三、设计计算3.1、涡轮蜗杆传动设计3.1.1 选择传动类型,精度等级和材料考虑到传动功率不大,传动速度较低,选用阿基米德圆柱螺杆(ZA型)传动,精度8c GB/T10089-1988。蜗杆用20Cr,表面淬火,硬度为4550HRC;表面粗糙度1.6um 。蜗轮轮缘选用ZCuSn10P1金属摸铸造。3.1.2 选择蜗杆,涡轮的齿数因为各个型万能分度头传动比都是i=40,参考机械设计手册表23.5-3,取 ,变位系数暂取x=0。3.1.3 确定许用应力 由机械设计手册表11-4查得, 按图11-5查得Vs=3,再查图11-6采用浸油润滑得齿轮的应力循环次数 查图得 3.1.4 按蜗轮轮齿接触疲劳强度设计 根据鄙视蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核弯曲疲劳强度。 1)确定载荷系数K载荷系数取,查机械设计表11-5有使用系数取,齿向载荷分布系数取,动载荷系数,所以,k取1.21。2)确定作用在蜗轮上的转矩 暂取传动总效率=0.82,则蜗轮轴的转矩: 3)计算中心距a 取中心距a=125mm,故从表11-2中取模数m=5mm,蜗杆分度圆直径。从图11-18中查的接触系数,因此以上结果可用。 3.1.5 确定传动的主要尺寸已知 a=125 m=5 蜗杆齿顶圆直径 蜗杆齿根圆直径 取40取55蜗轮齿顶圆直径 取130蜗轮外圆直 取214蜗轮齿宽 蜗轮齿顶圆弧半径 蜗轮齿根圆弧半径 蜗杆轴向齿厚 蜗杆法向齿厚 导程角为= 3.1.6蜗轮蜗杆的润滑润滑对于蜗轮蜗杆传动来说,具有特别的意义。因为当润滑不良时,传动效率将显著降低,并且带来剧烈的磨损和产生胶合破坏的危险,所以往往采用粘度大的矿物油进行良好的润滑,在润滑油中还常加入添加剂,使其提高抗胶合能力。查机械设计表11-21 采用油池润滑,润滑油油量为浸油深度为一个齿高。3.2斜齿轮的设计3.2.1选材,热处理方法,精度等级,齿数,初选螺旋角考虑到万能分度头结构紧凑,故两个斜齿轮均用40Cr调制处理后表面淬火;因载荷平稳,齿轮转速不高,故选用7级精度;闭式硬齿面齿轮传动,考虑到传动平稳性,齿数宜取多一些,两斜齿轮选用齿;按硬齿面齿轮小齿轮悬臂安装查机械设计表10-7,选齿宽系数;选螺旋角。3.2.2 按齿根弯曲疲劳强度设计 3.2.3 确定公式中各参数值1) 载荷系数 试选2) 齿轮传递的转矩 3)端面重合度系数 查 图10-26 =0.54)螺旋角影响系数 查机械设计图10-28 5)齿形系数和应力修正系数 查表10-5得=2.97 =1.526)齿轮许用应力 应力循环次数 弯曲疲劳寿命系数 查 图10-18取 齿轮疲劳极限 查图10-20 取=620疲劳强度安全系数 取S=1.4代入上式 得齿轮许用应力 =372 3.2.4 设计计算 1)计算齿轮的模数 2) 计算圆周速度v 3)计算载荷系数查表10-2得;根据v=0.4515m/s、7级传动精度,查图10-8得 ;查表10-3斜齿轮传动取;查 图10-13得。则载荷系数 4)校正并确定模数 取3.2.5 计算齿轮传动几何尺寸1)中心距 2)螺旋角 3)两分度圆直径 4)齿宽 取, 3.2.6 校核齿面接触疲劳强度 3.2.7 确定公式中各参数数值1) 两斜齿轮的接触疲劳强度极限按齿面硬度查图12-6得,齿轮的接触疲劳极限2) 接触疲劳寿命系数查 图10-19得 3) 计算许用接触应力取安全系数,则4) 节点区域系数节点区域系数 5)材料系数材料系数 6) 齿轮轴向分力 齿轮轴向分力=936.3N3.2.8 校核计算 , 基础疲劳强度满足条件3.3直齿轮设计3.3.1 选择齿轮材料,热处理方法,精度等级,齿数及齿宽系数两个齿轮都选用45调制刚处理,齿面硬度都为260HBS,属软齿面闭式传动,载荷平稳,齿轮转速不高,处选7级精度。又因为万能分度头的传动比皆为固定传动比1/40,取初始齿轮齿数,按软齿面齿轮悬臂安装,查机械设计表10-7,取齿宽系数3.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 3.3.3 确定公式中各参数 1)载荷系数,试选 2)齿轮转矩 3)材料系数 查表10-6得 4)两个齿轮的接触疲劳强度极限 查 图10-21 5)接触疲劳寿命系数 查图10-19得 6)确定许用接触应力 3.3.4 设计计算1)齿轮分度圆 2)计算圆周速度v 3)计算载荷系数K查表10-2得使用系数;根据v=0.541、7级精度,查图10-8得动载系数;查表10-4得;查表10-3则 4)校正分度圆直径 3.3.5 计算齿轮传动的几何尺寸1)计算模数 取标准模数 m=2.52)两齿轮分度圆直径3)中心距4)齿宽b 5)齿高h 3.3.6 校核齿根弯曲疲劳强度 3.3.7 确定公式中各值的参数1) 确定齿轮弯曲疲劳强度极限 2) 弯曲疲劳寿命系数 3) 许用弯曲应力取弯曲疲劳安全系数 ,应力修正系数,得4) 确定齿形系数和应力校正系数, 查表10-5得 5)校核计算 四、轴的设计4.1主轴设计4.11 主轴的设计参数(1) 确定轴所受功率和转速由前面得知=0.75 n=5(2) 确定相关的效率蜗杆啮合效率,8级精度 80 其他摩擦消耗 (3) 轴所受到的实际功率蜗轮轴的总效率 (4) 确定轴的转矩5.1. 2 主轴的结构设计(1)确定轴的最小直径该轴选用45刚调质处理,查表15-3确定轴的A=112(2)确定各段轴的尺寸 由小端往大端有:-段的长度 应略大于三个垫片的总和 62-段的直径 应略大于轴的最小直径 -段长度 应保证蜗轮处于箱体的正中间,得= 68-段直径 得-段长度 与蜗轮配合且略小于蜗轮长度64-段直径 为了满足安装要求与前面一致 得70-段的长度 起定位作用所以=8-段的直径 处轴肩高,且该轴肩受到一定轴向力作用h取5mm,则-段长度 为减小加工难度取65-段直径 70-段长度 85-段直径 8019 109-段长度 与三爪卡盘配合,满足装配要求-段直径 取最小尺寸,取一个锥度1:20,方便定位(3)确定倒角和圆角尺寸 查手册得取为倒角各轴肩出圆角半径 考虑应力集中的影响,由轴端直径手册查得R2=90(4)轴上零件的选择齿轮轮毂与轴的配合 为了保证对中良好,采用较紧的过度配合 配合为H7/n6 齿轮出的平键选择 选A型普通平键,由查手册,平键截面尺寸,键长56。5.2 其他轴的设计 同5.2的设计方法,得到:(1)挂轮输入轴: 键选择 (2)中间轴: 斜齿轮处键选择 直齿轮处在设计时,我们取两根轴的最小直径为18五、轴承的设计计算5.1 轴承的选择 根据轴承中摩擦性质的不同,可把轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类。滚动轴承由于摩擦系数小、启动阻力小,而且它已标准化,选用、润滑、维护都很方便,因此在一般机器中应用较广。滚动轴承具有摩擦阻力小,功率消耗少,启动容易等优点。滚动轴承主要承受径向载荷,也能承受一定的轴向载荷;极限转速较高,当量摩擦因数最小;高转速时可用来承受不大的纯轴向载荷;允许角偏差较小,承受冲击能力差。适用于刚性较大的轴上。根据各轴段设计好的直径尺寸,查机械设计手册中圆锥滚子轴承设计标准表,主轴:直径80mm处选择轴承30210,直径60mm处选用轴承30212中间轴:采用轴承30206交错传动轴:采用轴承302065.2 轴承的校核 首先查机械设计手册10得:30206型轴承基本额定动载荷Cr=43.2,e=0.37,Y=1.6。30210型轴承基本额定动载荷Cr=73.2,e=0.42,Y=1.4。30212型轴承基本额定动载荷Cr=102.2,e=0.4,Y=1.5。5.2.1轴承的寿命计算30212型和30210轴承计算 1、切削力的计算 根据公式得 , 根据典型切、铣削工艺取n=1200。 又 2、径向力的确定 单列圆锥滚子轴承背对背组合 由分析可知: 3、计算两轴的派生轴向力S 查机械设计手册得单列圆锥滚子轴承的派生轴向力计算公式为。 所以 4、计算两轴的轴向载荷 轴承外加的轴向力。 所以轴承1被压紧,轴承2被“放松”。 5、计算两轴的当量载荷P 查机械设计得:载荷系数。 轴承2的当量动载荷P1: ,查机械设计手册得 轴承1的当量动载荷P2: 所以查得: 6、 验算两轴承的寿命 正常情况下轴承是在正常温度下工作,t120C,所以查得 圆锥滚子轴承的,所以轴承的寿命为: 轴承1 ,能工作几十年,满足要求。 轴承2 综上所述,最终选定的圆锥滚子轴承为30212型号和30210型号。 30106的校核同上,经验证皆符合要求。 二、方案设计 方案一 蜗轮蜗杆传动 运转振动小噪音低,轴可以垂直布置不相交,而且可以防止齿轮逆转 方案二 丝杠螺母加齿轮齿条运动 传动间隙大回转精度差,比较适合高速往返传动方案三锥齿轮加齿轮齿条传动 承载力大,传动精度但有噪音易磨损经过综合比较最终选择方案一为设计方案2.1万能分度头参数万能分度头属于铣床附件中的夹具,来改变工件角度。本次设计为F11125型万能分度头,当万能分度头的主轴处于水平位置时,轴线离分度头底面的距离为125mm。综合各方面因素选择X62W型卧式铣床。2.2 X62W型立式铣床的各项参数主轴端面至工作台距离(mm) 45415 主轴中心线到床身垂直导轨的距离(mm) 30/350 主轴转速(r.p.m)18级 301500/18级 主轴轴向移动距离(mm) 85 工作台工作面(宽度长度)(mm) 3201325 工作台行程纵向/横向/垂向(手动/机动)(mm) 720/700、255/240、 370/350 工作台进给范围纵向/横向/垂向(mm/min) 23.51180/23.51180/8394 工作台快速移动速度纵向/横向/垂向(mm/min) 2300/2300/770 T型槽槽数/槽宽/槽距(mm/) 3/18/70 主电机功率(mm) 7.5 进给电机功率(kw) 1.5 外形尺寸(mm) 230018902380 机床净重(kg) 2650/29502.3 F11125参数中心高125主轴由水平位置向上转动的角度90主轴由水平位置向下转动的角度-6分度手轮每转,主轴回转角度9游标最小示值10蜗杆副传动比1:40主轴孔锥度MT4定位键宽度18主轴法兰盘定位短锥直径53.975分读盘孔数第一面24,25,28,30,34,37,38,39,4,42,43第二面46,47,49,51,53,54,57,58,59,62,66变换齿轮模数2齿数2.5,30,35,40,50,55,60,70,80,90,100分度手柄一整转主轴单个分度误差45主轴在任意1/4圆周上的累积误差1最大承重(kg)130净重(kg)113毛重(kg)132箱体尺寸7105353422.4分度头工作条件及要求万能分度头工作功率由进给电机提供0.5kw万能分度头一般工作转速(手动): 60r/min万能分度头一般工作转速(挂轮输入):200r/min使用寿命为20年,每年工作300d,每天工作8h。 三、设计计算3.1、涡轮蜗杆传动设计3.1.1 选择传动类型,精度等级和材料考虑到传动功率不大,传动速度较低,选用阿基米德圆柱螺杆(ZA型)传动,精度8c GB/T10089-1988。蜗杆用20Cr,表面淬火,硬度为4550HRC;表面粗糙度1.6um 。蜗轮轮缘选用ZCuSn10P1金属摸铸造。3.1.2 选择蜗杆,涡轮的齿数因为各个型万能分度头传动比都是i=40,参考机械设计手册表23.5-3,取 ,变位系数暂取x=0。3.1.3 确定许用应力 由机械设计手册表11-4查得, 按图11-5查得Vs=3,再查图11-6采用浸油润滑得齿轮的应力循环次数 查图得 3.1.4 按蜗轮轮齿接触疲劳强度设计 根据鄙视蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核弯曲疲劳强度。 1)确定载荷系数K载荷系数取,查机械设计表11-5有使用系数取,齿向载荷分布系数取,动载荷系数,所以,k取1.21。2)确定作用在蜗轮上的转矩 暂取传动总效率=0.82,则蜗轮轴的转矩: 3)计算中心距a 取中心距a=125mm,故从表11-2中取模数m=5mm,蜗杆分度圆直径。从图11-18中查的接触系数,因此以上结果可用。 3.1.5 确定传动的主要尺寸已知 a=125 m=5 蜗杆齿顶圆直径 蜗杆齿根圆直径 取40取55蜗轮齿顶圆直径 取130蜗轮外圆直 取214蜗轮齿宽 蜗轮齿顶圆弧半径 蜗轮齿根圆弧半径 蜗杆轴向齿厚 蜗杆法向齿厚 导程角为= 3.1.6蜗轮蜗杆的润滑润滑对于蜗轮蜗杆传动来说,具有特别的意义。因为当润滑不良时,传动效率将显著降低,并且带来剧烈的磨损和产生胶合破坏的危险,所以往往采用粘度大的矿物油进行良好的润滑,在润滑油中还常加入添加剂,使其提高抗胶合能力。查机械设计表11-21 采用油池润滑,润滑油油量为浸油深度为一个齿高。3.2斜齿轮的设计3.2.1选材,热处理方法,精度等级,齿数,初选螺旋角考虑到万能分度头结构紧凑,故两个斜齿轮均用40Cr调制处理后表面淬火;因载荷平稳,齿轮转速不高,故选用7级精度;闭式硬齿面齿轮传动,考虑到传动平稳性,齿数宜取多一些,两斜齿轮选用齿;按硬齿面齿轮小齿轮悬臂安装查机械设计表10-7,选齿宽系数;选螺旋角。3.2.2 按齿根弯曲疲劳强度设计 3.2.3 确定公式中各参数值1) 载荷系数 试选2) 齿轮传递的转矩 3)端面重合度系数 查 图10-26 =0.54)螺旋角影响系数 查机械设计图10-28 5)齿形系数和应力修正系数 查表10-5得=2.97 =1.526)齿轮许用应力 应力循环次数 弯曲疲劳寿命系数 查 图10-18取 齿轮疲劳极限 查图10-20 取=620疲劳强度安全系数 取S=1.4代入上式 得齿轮许用应力 =372 3.2.4 设计计算 1)计算齿轮的模数 2) 计算圆周速度v 3)计算载荷系数查表10-2得;根据v=0.4515m/s、7级传动精度,查图10-8得 ;查表10-3斜齿轮传动取;查 图10-13得。则载荷系数 4)校正并确定模数 取3.2.5 计算齿轮传动几何尺寸1)中心距 2)螺旋角 3)两分度圆直径 4)齿宽 取, 3.2.6 校核齿面接触疲劳强度 3.2.7 确定公式中各参数数值1) 两斜齿轮的接触疲劳强度极限按齿面硬度查图12-6得,齿轮的接触疲劳极限2) 接触疲劳寿命系数查 图10-19得 3) 计算许用接触应力取安全系数,则4) 节点区域系数节点区域系数 5)材料系数材料系数 6) 齿轮轴向分力 齿轮轴向分力=936.3N3.2.8 校核计算 , 基础疲劳强度满足条件3.3直齿轮设计3.3.1 选择齿轮材料,热处理方法,精度等级,齿数及齿宽系数两个齿轮都选用45调制刚处理,齿面硬度都为260HBS,属软齿面闭式传动,载荷平稳,齿轮转速不高,处选7级精度。又因为万能分度头的传动比皆为固定传动比1/40,取初始齿轮齿数,按软齿面齿轮悬臂安装,查机械设计表10-7,取齿宽系数3.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 3.3.3 确定公式中各参数 1)载荷系数,试选 2)齿轮转矩 3)材料系数 查表10-6得 4)两个齿轮的接触疲劳强度极限 查 图10-21 5)接触疲劳寿命系数 查图10-19得 6)确定许用接触应力 3.3.4 设计计算1)齿轮分度圆 2)计算圆周速度v 3)计算载荷系数K查表10-2得使用系数;根据v=0.541、7级精度,查图10-8得动载系数;查表10-4得;查表10-3则 4)校正分度圆直径 3.3.5 计算齿轮传动的几何尺寸1)计算模数 取标准模数 m=2.52)两齿轮分度圆直径3)中心距4)齿宽b 5)齿高h 3.3.6 校核齿根弯曲疲劳强度 3.3.7 确定公式中各值的参数1) 确定齿轮弯曲疲劳强度极限 2) 弯曲疲劳寿命系数 3) 许用弯曲应力取弯曲疲劳安全系数 ,应力修正系数,得4) 确定齿形系数和应力校正系数, 查表10-5得 5)校核计算
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