立式车床变速箱带毕业CAD图纸和说明书设计
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本科毕业论文(设计) 立式车床变速箱设计 学 院小三号黑体居中(下同)专 业学 号学生姓名指导教师提交日期年 月 日29诚信承 诺 书本人郑重承诺和声明:我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定,恪守学术规范,此毕业论文(设计)中均系本人在指导教师指导下独立完成,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,没有篡改研究数据,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理,并承担相应的法律责任。毕业论文(设计)作者签名:年月日摘 要 C554立式车床变速箱设计主要,主要包括三方面的设计,即:根据设计题目所给定的车床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数,确定其他有关运动参数,选定主轴各级转速值;通过分析比较,选择传动方案;拟定结构式或结构网,拟定转速图;确定齿轮齿数及带轮直径;绘制传动系统图。其次,根据车床类型和电动机功率,确定主轴及各传动件的计算转速,初定传动轴直径、齿轮模数,确定传动带型号及根数,摩擦片尺寸及数目;装配草图完成后要验算传动件(传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承)的刚度、强度或寿命。最后,完成运动设计和动力设计后,要将主传动方案“结构化”,设计主轴变速箱装配图及零件图,侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计。关键词:车床;数控;传动系统AbstractC554 vertical lathe gearbox design major, mainly includes three aspects of the design, namely: the title given according to the design purpose lathe, specifications, spindle speed limit, the speed or the number of columns common ratio progression, identify other relevant motion parameters selected levels spindle speed value; analysis and comparison, selecting transmission scheme; prepare formula or network structure, develop speed; determining a gear and pulley diameter; transmission drawn map. Secondly, according to the type of lathe and motor power, determined that the calculated spindle speed and various transmission parts, an initial shaft diameter modulus gear, belt model and determine the number, size and number of friction plates; after the completion of assembly sketch to checking the transmission member (shaft, spindle, gear, bearing) stiffness, strength or lifetime. Finally, after the completion of design and dynamic design movement, to the main drive program structured designed spindle gearbox assembly drawings and part drawings, conduct focus drive shaft assembly, spindle assembly, the transmission mechanism, housing, lubrication and sealing, transmission slip gear shaft and parts of the design.Key Words:lathe; CNC; Transmission目 录1 绪 论11.1 选题背景(含国内外相关研究综述及评价)与意义11.2 国内外相关研究综述11.3 数控技术的应用与发展21.3.1 数控车床与发展趋势21.3.2 数控技术21.3.3 数控技术发展趋势52 C554立式车床变速箱主运动系统设计72.1 参数的拟定72. 2 传动结构或结构网的选择72.3 转速图拟定82.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制113 传动件的估算与验算153.1 传动轴的估算和验算153.2 齿轮模数的估算与验算174 展开图设计224.1 结构实际的内容及技术要求224.2 齿轮块的设计234.3 传动轴设计254.4 主轴组件设计275 制动器设计326 截面图设计346.1 轴的空间布置346.2 润滑346.3 箱体设计的有关问题35总结与展望36致 谢37参考文献381 绪论1 绪 论1.1 选题背景(含国内外相关研究综述及评价)与意义目前,我国车床的发展不仅从技术水平上已研制出五坐标的数控车床加工中心,CNC系统和自动编程系统等。同时,也拥有了一定数量的数控车床的开发、生产、使用以及拥有量等都与世界上的先进国家有较大差距。要达到世界先进水平,迅速发展我国数控车床行业势在必行。普通车床虽然可以进行单件、小批量生产。但解决多品种、特别是形状复杂、精度要求高的零件。就显得力不从心了。这时只能依赖高素质的技术工人,但产量上不去。如果一般技术工人就能完成且要上数量,就必须借助数控车床。 本设计为立式车床变速箱设计,它是数控车床机械传动部分的核心。通过改造,大大改善了车床的加工性能:自动化程度提高,减轻操作者的劳动强度,改善了劳动条件;提高加工精度,加工质量稳定;提高生产效率;易于建立计算机通讯网络。1.2 国内外相关研究综述 数控车床代表着机械制造业现代科学技术发展的方向和水平。目前,我国数控车床的发展不仅从技术水平上已研制出五坐标的数控车床加工中心,CNC系统和自动编程系统等。同时,也拥有了一定数量的数控车床的开发、生产、使用以及拥有量等都与世界上的先进国家有较大差距。要达到世界先进水平,迅速发展我国数控车床行业势在必行。 经济型数控车床设计的必然性:数控车床能较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件的加工问题。能够稳定加工质量和提高生产率,也具有适应性强、较高的加工精度。但是应用数控车床还受到其它条件的限制。价格昂贵,一次性投资巨大,对于中小企业心有余而力不足。 目前各企业都有大量的通用车床,完全用数控车床代替根本不可能,而且替代下来的车床闲置起来,又会造成浪费。在国内,订购新数控车床的交货期一般较长,往往不能满足生产急需。通用数控车床对具体生产有多功能。要较好地解决上述问题,应走经济型数控车床设计之路.经济型车床设计的优点:经济型数控车床设计一般指对普通车床其某些部位做一定的设计,配上数控装置,从而使车床具有数控加工能力,其目的有以下几点:从提高资本效率出发,改造闲置旧设备,发挥车床的原有功能和改造后的新增功能,提高车床的使用价值。 所有这些目的都围绕提高车床的性能价格比,用较少的价格,得到较高的车床性能。因此,经济型数控车床设计具有以下优点:易于对现有车床实现自动化,而且专业性强,没有多余功能;减少辅助加工时间,提高车床的生产效率;降低工人技术等级的要求;费用低,可充分利用原有车床设备;周期短,可满足生产急需。1.3 数控技术的应用与发展1.3.1 数控车床与发展趋势(1)数控车床:1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比,它奠定了进入信息社会的人的基础。六年后,在1952年,计算机技术在机床的应用,出生在美国的第一个数控车床。此后,普通车床产生了质的变化。近半个世纪以来,开发和数控2阶段的六代。数字控制(NC)阶段(1952 1970)最初的计算机处理速度的科学计算,如果数据处理并不大,但低,你将不能够满足实时控制机床的要求。人,有必要使用电脑作为专用数控车床系统上的数字逻辑电路“搭”,被称为硬件连接数控(NC硬),它是作为数控(NC)简称。在组成部分,即三代在此阶段,1952年,第一代后的发展 - 和管,第二代的1959 - 和晶体管,1965年,第三代 - 小规模集成电路。计算机数控(CNC)阶段(1970年 - 至今)1970年,通用汽车已经出现了一个小型的计算机和大规模生产。因此,(必须是英文缩写“通用”的话,电脑前)随附作为核心部件的数控移植系统,它已经进入了计算机数控(CNC)的阶段。在1971年在世界上首次,两个Intel Corporation在计算机的美国的核心部件 - 操作者和控制器,集成LSI技术在单一芯片上,(称为微型处理器)微处理器,也称为中央处理CPU被称为一个单元()。1974年微处理器在数控系统使用。此外小型计算机功能也一样,因为你有作为的(它已被用于在同一时间控制多个车床,的群控),以控制微处理器经济合理性的能力,富有车床。然后,在微型计算机的可靠性不理想。但早期不够高的速度和微处理器的功能,这是,它可以通过一个多处理器体系结构解决。微处理器,因为它是一个通用计算机的核心部件,它是静止的,它被称为计算机数控。1990年,(PC被用来指家用PC是)的PC机作为符合芯成分的要求的数字控制系统中,以高的速度阶段被开发。数控基于PC的系统可以在现在阶段被发现。总之,计算机数控阶段经历了三代。 1970年,第四代 - 小型机,1974年,第五代 - 1990年的微处理器和第六代 - (简称PC海外基于)基于PC。虽然国家已经改变数字控制(即CNC)的计算机的名称,中国仍应当注意,作为用于指数控(NC)。因此,我们每天在本质上,被称为“计算机数控”。1.3.2 数控技术随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展,车床数控技术有了长足的进步。近年来,有关的技术,如这些新的材料和工具,主轴伺服及进给伺服,不但超高速切割技术,机械产品的发展而发展的发展的一部分,将要求越来越高的质量,它加快了数控车床的发展。目前数控车床,高速,高浓度的一步,可靠,已经搬了复杂的发展方向。世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。 高速高效高精度高生产率。由于数控装置及伺服系统功能的改进,主轴转速和进给速度大大提高,减少了切削时间和非切削时间。加工中心的进给速度已达到80m/min120m/min,进给加速度达9.8m/s219.6m/s2,换刀时间小于1s。高加工精度。以前汽车零件精度的数量级通常为10 m,对精密零件要求为1 m,随着精密产品的出现,对精度要求提高到0.1 m,有些零件甚至已达到0.01 m,高精密零件要求提高车床加工精度,包括采用温度补偿等。微机电加工,其加工零件尺寸大小一般在1mm 以下,表面粗糙度为纳米数量级,要求数控系统能直接控制纳米车床。柔性化柔性化包括两个方面的柔性:一是数控系统本身的柔性,数控系统采用模块化设计,功能覆盖面大,便于不同用户的需求;二是DNC 系统的柔性,同一DNC系统能够依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度地发挥DNC 系统的效能。工艺复合化和多轴化数控车床的工艺复合化,是指工件在一台车床上装夹后,通过自动换刀、旋转主轴头或旋转工作台等各种措施,完成多工序、多表面的复合加工。已经出现了集钻、镗、铣功能于一身的数控车床,可完成钻、镗、铣、扩孔、铰孔、攻螺纹等多工序的复合数控加工中心,以及车削加工中心,钻削、磨削加工中心,电火花加工中心等。此外数控技术的进步也提供了多轴控制和多轴联动控制功能。 实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境,其作用是如何调度任务,以确保任务在规定期限内完成。而人工智能,则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学发展到今天,实时系统与人工智能已实现相互结合,人工智能正向着具有实时响应的更加复杂的应用领域发展,由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域,实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展,如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如,在数控系统中配置编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统;在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能;在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制,使数控系统的控制性能大大提高,从而达到最佳控制的目的。 结构新型化20 世纪90 年代一种完全不同于原来数控车床结构的新型数控车床被开发成功。这种新型数控车床被称为“6条腿”的加工中心或称虚拟轴车床(有的还称为并联车床),它能在没有任何导轨和滑台的情况下,采用能够伸缩的“6条腿”(伺服轴)支撑并联,并与安装主轴头的上平台和安装工件的下平台相连。它可实现多坐标联动加工,其控制系统结构复杂,加工精度、加工效率较普通加工中心高210 倍。这种数控车床的出现将给数控车床技术带来重大变革和创新。 编程技术自动化随着数控加工技术的迅速发展,设备类型的增多,零件品种的增加以及零件形状的日益复杂,迫切需要速度快、精度高的编程,以便于对加工过程的直观检查。为弥补手工编程和NC 语言编程的不足,近年来开发出多种自动编程系统,如图形交互式编程系统、数字化自动编程系统、会话式自动编程系统、语音数控编程系统等,其中图形交互式编程系统的应用越来越广泛。图形交互式编程系统是以计算机辅助设计(CAD)软件为基础,首先形成零件的图形文件,然后再调用数控编程模块,自动编制加工程序,同时可动态显示刀具的加工轨迹。其特点是速度快、精度高、直观性好、使用简便,已成为国内外先进的CAD/CAM 软件所采用的数控编程方法。目前常用的图形交互式软件有Master CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、Solid Works、CATIA等。 集成化数控系统采用高度集成化芯片,可提高数控系统的集成度和软、硬件运行速度,应用平板显示技术可提高显示器性能。平板显示器(FPD)具有科技含量高、质量小、体积小、功耗低、便于携带等优点,可实现超大规模显示,成为与CRT 显示器抗衡的新兴显示器,是21 世纪显示器主流。它应用先进封装和互连技术,将半导体和表面安装技术融于一体,通过提高集成电路密度,减小互连长度和数量来降低产品价格、改进性能、减小组件尺寸、提高系统的可靠性。 开放式闭环控制模式采用通用计算机组成的总线式、模块化、开放、嵌入式体系结构,便于裁减、扩展和升级,可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统数控系统仅有的专用型封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程,包括诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素,因此,要实现加工过程的多目标优化,必须采用多变量的闭环控制,在实时加工过程中动态调整加工过程变量。在加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式,易于将计算机实时智能技术、多媒体技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体,构成严密的制造过程闭环控制体系,从而实现集成化、智能化、网络化。1.3.3 数控技术发展趋势(1)数控技术装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术:(5)传感器技术:(6)软件技术等。(2)数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面。高速、高精加工技术是装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。目前高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,己经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合车床。美国CINCINNAT工公司的HyperMach车床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速车床加工需3h,在普通车床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12000r/mm在加工精度方面,近10年来,普通级数控车床的加工精度已由l0um提高到5 m,精密级加工中心则从35um,提高到1一1.5m,并且超精密加工精度已开始进入纳米级。在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值己达6000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。数控设备更注重安全性、操作性数控设备是集机电一体化的产品,由于其自动化程度高,所以对其安全性和可操作性有了更高的要求。2 C554立式车床变速箱主运动系统设计2 C554立式车床变速箱主运动系统设计2.1 参数的拟定选定公比,确定各级传送车床常用的公比 为1.26或1.41,考虑适当减少相对速度损失,这里取公比为 =1.26,根据给出的条件:主运动部分Z=18级,根据标准数列表,确定各级转速为:(30,37.5,47.5,60,75,95,118,150,190,235,300,375,475,600,750,950,1180,1500R/min).2. 2 传动结构或结构网的选择1,确定变数组数目和各变数组中传动副的数目该车床的变数范围较大,必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到主轴所需的转速。级数为Z的传动系统由若干个传动副组成,各传动组分别有. .个传动副,即Z=。传动副数由于结构的限制,通常采用P=2或3,即变速Z应为2或3的因子:Z=x因此,这里18=3x3x2,共需三个变速组。2,传动组传动顺序的安排18级转速传动系统的传动组,可以排成:3x3x2,或3x2x3。选择传动组安排方式时,要考虑到车床主轴变速率的具体结构,装置和性能。I轴如果安置制动的电磁离和器时,为减少轴向尺寸。第一传动组的传动副数不能多,以2为宜,有时甚至用一个定比传动副;主轴对加工精度,表面粗糙度的影响很大,因此主轴上齿轮少些为好,最后一个传动组的传动副选用2 ,或一个定比传动副。这里,根据前多后少的原则,选择18=3x3x2方案。3,传动系统的扩大顺序安排 对于18=3x3x2的传动,有3!=6种可能安排,亦即有6种机构副和对应的结构网,传动方案中,扩大顺序与传动顺序可以一致,结构式18=xx的传动中,扩大顺序与传动顺序一致,称为顺序扩大传动,而,18=xx的传动顺序不一致,根据“前密后疏”的原则,选择18=xx的结构式。4验算变速组的变速范围 齿轮的最小传动1/4,最大传动比2,决定了一个传动组的最大变速范围=/因此,可按下表,确定传动方案:根据传动比及指数 x, 的值公比极限值传动比指数1.26x值: =1/=1/46值: =23(x+)值:=89因此,可选择18=xx的传动方案。5、最后扩大传动组的选择:正常连续顺序扩大传动(串联式)的传动式为:Z=*最后扩大传动组的变速范围为:r=按原则,导出系统的最大收效Z和变速范围为: 231.26Z=18R=50Z=12R=12.7因此,传动方案18=3*3*2符合上述条件,其结构网如下图2.1:图1.1 结构网图2.3 转速图拟定运动参数确定后,主轴各级转速就已知,切削耗能确定电机功率。在此基础上,选择电机的型号,分配个变速组的最小传动比;拟定转速图,确定各中间轴的转速。1,主电机的选择 中型车床上,一般都采用交流异步电动机为动力源,可在下列中选用,在选择电机型号时,应注意:(1)电机的N:根据车床切削能力的要求确定电机功率,但电机产品的功率已标准化,因此,按要求应选取相近的标准值。(2)电机的转速异步电动机的转速有:3000,1500,1000,750,r/min,这取决于电动机的极对数P=60f/p=60x50/p ( r/min)车床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 两种,选用是要使电机转速与主轴最高速度和工轴转速相近为宜,以免采用过大或过小的降速传动。 根据以上要求,我们选择功率为7.5KW,转速为1500r/min的电机,查表,其型号为Y132M-4,其主要性能如下表电机型号额定功率KW 荷载转速r/min同步转速r/minY132M-47.5KW144015002、分配最小传动比,拟定转速图 (1)轴的转速: 轴从电机得到运动,经传动系统转化为主轴各级转速,电机转速和主轴最小转速应相近,显然,从动件在高速运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑,轴转速不宜将电机转速降得太低。弱轴上装有离合器等零件时,高速下摩檫损耗,发热都将成为突出矛盾,因此,轴转速也不宜也太高,轴转速一般取7001000r/min左右较合适。 因此,使中间变速组降速缓慢。以减少结构的径向尺寸,在电机轴I到主传动系统前端轴增加一对26/54的降速齿轮副,这样,也有利于变型车床的设计,改变降速齿轮传动副的传动比,就可以将主轴18级转速一起提高或降低。 (2)中间轴的转速 对于中间传动轴的转速的考虑原则是:妥善解决结构尺寸大小和噪音,振动等性能要求之间的矛盾。 中间传动轴转速较高时,中间传动轴和齿轮承受扭矩小,可以使轴径和齿轮模数小些: d, m从而可使结构紧凑。但这样引起空载功率和噪音加大:=1/(3.5+cn)KW式中:C系数,两支承滚动轴承和滑动轴承C=8.5,三支承滚动轴承C=10;所有中间轴轴径的平均值;主轴前后轴径的平均值中间传动轴的转速之和n主轴转速(r/min)=20lg-K式中:(所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm;主轴上齿轮分度圆直径的平均值mm;q传到主轴上所经过的齿轮对数主轴齿轮螺旋角,K系数,根据车床类型及制造水平选取,我国中型车床,车床=3.5,车床K=50.5 从上述经验公式可知,主轴n和中间传动轴的转速和 对车床噪音和发热的关系,确定中间轴转速时,应结合实际情况做相应的修正。a,对高速轻载或精密车床,中间轴转速宜取低些b,控制齿轮圆周速度v8m/s(可用级齿轮精度),在此条件下,可适当选用较高的中间轴转速。(3),齿轮传动比的限制车床主传动系统中,齿轮副的极限传动比:a, 升速传动中,最大传动比 2 ,过大,容易引起振动的噪音。b, 降速传动中,最小传动比 1/4。过小,则主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大将导致结构庞大。(4)分配最小传动比a,决定轴V-VI和VI-的传动比,根据台式车床的结构特点,及对同类车床的比较,为使传动平稳取其传动比为1,b,决定各变速组的传动比;由前面2轴的转速及中间轴转速的分析,及齿轮传动比的现在,根据“前缓后急”的原则,取轴IV-V的最小降速比为极限值的1/4,=1.26,=4,轴III-IV和轴II-III均取=1/(5)拟定转速图:根据结构图及结构网图及传动比的分配,拟定转速图,如下图2.2所示: 图1.2 传动系统图2.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制1,齿轮齿数的确定的要求:可用计算法或查表确定齿轮齿数,后者更为简便,根据要求的传动比u和初步定出的传动副齿数和,查表即可求出小齿轮齿数:选择是应考虑:a,传动组小齿轮不应小于允许的最小齿数,即:推荐:对轴齿轮=12,特殊情况下=11,对套装在轴上的齿轮,=16,特殊情况下=14,对套装在滚动轴承上的空套齿轮,=20;当齿数少于不发生根切的最小齿数时(压力角a=20的直齿标准,=17),一般需对齿轮进行正变位修正。b,保证强度和防止热处理变形过大,齿轮齿根圆到键槽的壁厚,一般取则,如图2.3所示。c、同一传动组的个齿轮副的中心矩应相等。若摸数相等时,则齿数和亦相等,但由于传动比要求,尤其是在传动中使用了公用齿轮后,常常满足不了上述要求,车床上可用修正齿轮,在一定范围内调整中心矩使其相等但修正量不能太大,一般齿数差不能够超过34个齿。2,变速传动组中齿轮齿数的确定 为了减少齿轮数目和缩短变速箱的轴向尺寸,这里采用了公用齿轮。但由于公用齿轮的采用,使两个传动组间的传动比互相牵制,不能独立地按照最紧凑的原则决定传动件的尺寸,因此,径向尺寸一般较大,此外,公用齿轮的两侧齿面同时啮合会影响其磨损和寿命。这里我们采用查表法来确定齿轮的齿数。查车床设计手册确定个齿轮齿数如下: 轴II-III间变速齿轮齿数的确定:由于公比=1.26,传动比为=1/=,=1/=,=1/设:传动组中最小齿轮齿数=16,查车床设计手册表7.3-14可查得:=16/39 (0.1%),=19/36 (0.9%),=22/33 (-0.3%)齿数和为=55公用齿轮选为=39轴III-IV间变速组齿轮齿数的确定:传动比为=1/ =1/ =根据=,主动轮齿数为39,从表7.3-14可查得:=18/47 (-0.1%),=28/37 (0.9%),=39/26 (-0.3%)齿数和为:=65轴IV-V间变速组齿轮齿数的确定:由于变数组齿轮传动比和各传动副上受力差别较大齿轮副的速度变化,受力差别较大,为了得到合理的结构尺寸,可采用不同模数的齿轮副。轴IV-V间的两对齿轮,其传动比为=1/4, =2分别取,则34取30,30x3=90, =30x4=120按传动比将齿数分配如下:=1/4=18/7219/71 ,=2=80/4082/38轴V-VI及VI-VII间齿数确定,由于这两个传动组只是改变传动方向,不起便速度作用,只需考虑其结构尺寸及磨损振动和噪音等因素。,取V-VI轴间锥材料齿轮齿数为29,I-VII轴间齿轮齿数为67。3、主轴转速系列的验算:主轴转速在使用上并要求十分准确,转速稍高或稍低并无太大影响,但标牌上标准数列的数值一般也不允许与实际转速相差太大。 由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符,需要验算主轴各级转速,最大误差不得超过即%主轴的各级实际转速分别为:29.4,37.8,47.7,58,74.6,94.3,115,148,187,236.7,304.5,384.6,468,602,760,927,1192.6,1526.5 r/min=2%而%=2.6%故符合条件同理:经验算,其他各级转速也满足要求。4、传动系统图的绘制转速图和齿轮齿数确定后,变速箱的结构复杂程度也基本确定了(如齿轮个数,轴数,支承轴,为使变速箱的结构紧凑,合理布置齿轮是一个重要的问题,因为它直接影响变速箱的尺寸,变速操作的方便性和结构实现的可行性问题,在考虑主轴适当的支承距和散热条件下,一般应尽可能减少变速箱尺寸。这里为使变速操作的方便,提高效率采用电磁离合器操纵方式。根据计算结果,绘制出传动系统图,如图2.4所示: 图1.4 主传动系统图主运动传动链的传动路线表达式如下:电动机IIIIIIIV=VVIVIII(主轴)3 传动件的估算与验算3 传动件的估算与验算3.1 传动轴的估算和验算传动轴除应满足强度要求外,还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。车床主传动系统精度要求高,不允许有较大的变形因此,疲劳强度一般不是主要矛盾,除载荷很大的情况下,可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不致产生过大的变形(弯曲,失稳,转角)。若刚度不足,轴上的零件如齿轮,轴承等将由于轴的变形过大而不能正常工作,或产生振动和噪声,发热,过早磨损而失效。因此,必须保证传动轴有足够的刚度。可以先扭转刚度估算轴的直径,画出草图后,再根据受力情况,结构布置和有关尺寸,验算弯曲刚度。1,传动轴直径的估算传动轴直径按扭转刚度用下列公式估算传动轴直径:d=91mm式中:N该传动轴的输入功率N= KW电机额定功率从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积(不计该轴轴承上的效率)。该传动轴的计算转速;计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速,各传动件的计算转速可以从转速图上,按主轴的计算转速和相应的传动关系而确定,而中型车,车床主轴的计算转速为:(主)=每米长度上允许的扭转角(deg/m);可根据传动轴的要求选取。对传动轴刚度要求允许扭转角主轴一般传动轴较低的轴(deg/m)0.5-11-1.51.5-2估算时应注意:(1)值为每米长度上允许的扭转角,而估算的传动轴的长度往往不足1m,因此,在计算时应按轴的实际长度计算和修正,如轴为500mm,取=1deg/m则d=91 mm(2)效率y对估算轴径d影响不大,可以忽略(3)如使用花键是可根据估算的轴径 d选取相近的标准花键轴的规格,主轴总轴径可参考统计数据确定;1.5-2.82.8-44.5-7.55.5-7.57.5-11车床60-8070-9070-10595-130110-145升降台车床50-9060-9060-9575-10090-105各轴的计算转速:=95 r/min=118 m/min =300 r/min=750 r./min =1450 r/min轴径的估算:=91x=24.4=91x=28.78 =91x=36.18=91x =45.69 =91x=48.242、传动轴刚度的验算(1)轴的弯曲变形的条件和允许值车床的主传动轴的弯曲刚度验算,主要验算轴上装齿轮和轴承出的挠度y和倾角。各类轴的挠度y,装齿轮和轴承处的倾角,应小于弯曲刚度的许用值和,即 轴的弯曲变形的允许值:轴的类型允许挠度变形部位允许倾角一般传动轴(0.00030.0005)装轴承处,装齿轮处0.0025 0.0001刚度要求较高的轴0.00021装单列圆锥磙子轴承0.0006安装齿轮的轴(0.010.03)装滑动轴承处0.001安装蜗轮的轴(0.020.05)装单列径向圆锥磙子轴承处0.001(2)轴的弯曲复形计算公式:计算花键轴的刚度时可采用平均直径或当量直径计算公式:矩形花键轴:平均直径=(D+d)/2当量直径 =惯性矩: I=3.2 齿轮模数的估算与验算1、 估算:按接触疲劳和弯曲强度计算次论模数比较复杂,而且有些系数只有在齿轮各参数都已知的情况先才能确定,所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前,先估算,再选用标准齿轮模数。齿轮弯曲疲劳强度的估算: mm齿面点蚀的估算:A mm其中 为大齿轮的计算转速,A为齿轮中心矩,由中心矩A及齿数,求出模数=2A/ mm根据估算所得和中较大的值,选择相近的标准模数,各齿轮的计算转数为:=1450r/min =695r/min =300r/min 235r/min =95r/min =273r/min =235r/min =695r/min =475r/min =118r/min =695r/min =695r/min =300r/min =300r/min =118r/min轴III间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算:=32=1.87齿轮点蚀的估算:A=370x =81.76 mm=2A/=2x81.76/(26+54)=2.04 mm所以模数为m=3.轴IIIII传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算:=32=2.759齿面点蚀估算:A=370x =108.18=2A/=2x108.18/(16+39)=3.93 mm取标准模数 m=4轴IIIIV间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算:=32x=3.046齿面点蚀估算:A=370x =117.3=2A/=2x147.3/(28+37)=3.61所以取标准模数m=4mm。轴VVI间传动组齿轮模数的估算:齿轮弯曲疲劳计算,4.46齿面点蚀估算:Ax=153.4=2A/=2x153.4/(29+29)=5.29取标准模数值m=5,轴VIVII间齿轮模数的确定:齿轮弯曲疲劳强度计算:齿面点蚀估算:Ax =158.7=2A/=2x158.7/(67+67)=2.37取模数值为m=4。2、计算(验算)结构确定后,齿轮的工作条件:空间安排,材料和精度等级都已经确定,才可以核验齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据接触疲劳强度计算齿轮模数的公式:= mm根据弯曲疲劳强度计算齿轮模数,公式:= mm 式中:N计算齿轮传递的额定功率N= KW计算齿轮的计算转速r/min齿宽系数=b/m, 常取6-10;大齿轮与小齿轮齿数,一般取传动中最小齿轮的齿数i大齿轮与小齿轮的传动比, i=/1; “+”用于外啮合,“-”用于内啮合寿命系数,=,工作期限系数,=齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的指数m和基准循环次数n齿轮的最低转速 r/minT预先的齿轮工作期限,中型车床推荐:T=1500020000h;转速变化系数功率利用系数材料强化系数,幅值低的交变载荷可使金属材料的晶粒边界强化,起阻止疲劳的刃缝扩大的作用工作情况系数,中等冲击的主运动,=1.21.6;动载荷系数齿向载荷分布系数齿形系数许用弯曲,接触应力MPa;1、轴I-II间齿轮模数的计算(验算)(1)按接触疲劳计算齿轮模数:N=y=0.987.5=7.35W=8 查表: 取 则 取 线速度 查表: 取 查表 取 查表取 . 因此: (2) 根据弯曲疲劳计算 查表取 : 而 查表取 .Y=0.43, 因此: 。由以上计算结果知,齿轮模数合格。2、其它齿轮模数的验算其它齿轮的验算过程与上面相同,将有关数值代入上式,经计算均满足要求;4 展开图设计4 展开图设计4.1 结构实际的内容及技术要求1设计内容: 设计主轴变速箱的结构包括传动件(传动轴,轴承,齿轮,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连接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。2技术要求主轴变速箱是指车床的主要部分,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:(1)精度立式车床主轴部分要求比较高的精度主轴的径向跳动,0.01mm;主轴轴向串动0.01mm。(2)刚度和抗振性综合刚度(主轴刀架之间的力与相对变形之比);综合3400N/m主轴与刀架之间的相对振幅的要求等级IIIIII振幅(0.001mm)123(3),传动效率要求等级IIIIII效率0.850.80.75(4)主轴总轴承处温升和温升应控制在以下范围:条件温度温升用滚动轴承7040用滑动轴承6030 噪声要控制在以下范围:等级IIIIIIdB788083噪音=20log式中:所有中间传动齿轮分度圆直径的平均值mm主轴上齿轮的分度圆直径的平均值mm传到主轴所经过的齿轮对数,k系数,根据个类型及制造水平选取。我国中型车床,车床=3.5,车床K50.5(5)结构简单,紧凑,加工和装配工艺性好,便于维修和调整(6)操作方便,安全可靠(7)遵循标准化和通用化的原则4.2 齿轮块的设计1,特点齿轮是变速箱中的重要元件,齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的,也就是说,作用在一个齿上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差,不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音,常常成为变速箱的主要噪声源,并影响主轴回转均匀性,在设计齿轮时,应充分考虑这些问题。2,精度等级的选择变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于周围速度。采用同一精度时,周围速度越高,振动和噪声越大,根据实验结果,周围速度增加一倍,噪音约增加6dB。工作平稳性和接触误差对振动和噪音的影响比运动误差更大。所以这两项精度应选高一级,为了控制噪音,车床上主传动齿轮都选用较高的精度,大都用7-6-6,这里主运动齿轮的精度选为7-6-6。3、结构与加工方法不同精度等级的齿轮,要采用不同的加工方法,对结构要求也有不同。8级精度齿轮,一般滚齿或插齿就可以达到。7级精度齿轮,用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后,由于变形,精度下降,因此,需淬火的7级齿轮一般滚(插)后要剃齿,使精度高于7级或淬火和衍齿才能达到6级。车床主轴变速箱中齿轮一般都需要淬火。多联齿轮块的结构形式如下图2.5所示,各部分的尺寸推荐如下:(1)、空刀槽,插齿时: 模数 12mm, 5mm; 模数2.54mm, 6mm。剃齿时: 采用公式:=4.5+k(1.1+0.038-0.03)mm及计算。图1.5式中,k为与剃齿刀倾斜角有关的系数。 若齿面要高频淬火,为避免互相影响,应大于8。由于这里采用的齿轮的精度为7-6-6,需要剃齿或珩齿,需齿面淬火,所以8,取=8。(2)、齿宽b 图2.5齿宽影响齿的强度。但如果太宽,由于齿轮误差和轴的变形,可能接触不均匀,反而容易引起振动和噪音。一般取=(610)m齿轮模数m小,装在轴的中部或单片齿轮,取大值齿轮模数m大,装在靠近支承处或多联齿轮,取小值。薄的大齿轮容易产生板振动,成为噪音发射体,因此,齿轮基体不宜太薄,设计单片齿轮时要注意这里均是单片齿轮,取齿宽(m为模数)。(3)、其他问题 滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿,有规定的形状和尺寸(见图1.6),圆齿和倒角性质不同,加工方法和画法也不一样, 图1.6部分(图(一)用于安装拨动齿轮的滑块,一般取=或,这里我们选。选折齿轮块的结构时要考虑毛坯形式(棒料、自由锻或模锻)和机械加工时的安装和定位基面,尽可能做到省工,省料又容易保证精度。4、齿轮的轴向定位要保证正确啮合,齿轮在轴上的位置应该可靠,空套齿轮和固定在轴上的齿轮的轴向定位可采用隔套定位。4.3 传动轴设计1特点车床传动轴,广泛采用滚动轴承作支承。轴上要安装齿轮,离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作首先,传动轴应有足够的强度和刚度,如挠度和倾角过大,将使齿轮啮合不良,轴承工作条件恶化,使振动,噪音、空载功率、磨损和发热增大。两轴中心距误差和轴心线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。 2,轴的结构传动轴可以是光轴也可以是化键轴,成批生产中,有专门加工花键轴的洗床和磨床,工艺上并无困难。所以一般都采用化键轴,花键轴承载能力高,加工如转盘也比但单键的光轴方便。这里I轴与电机轴相连,I轴上只装有一个齿轮,可选光轴II、III、IV、V轴采用花键轴,VI轴采用光轴。3,轴承的选择 车床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升。空载功率和噪音等方面,球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支承孔的加工精度要求都比较高,异常球轴承用得更多。但滚锥轴承的内外圈可以公开。装配方便,间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时,也常采用这种轴承。选择轴承的型式和尺寸,首先取决于承载能力,但也要考虑其它结构条件。即要满足承载能力要求,又要符合孔的加工工艺,可以用轻、中、或重系列的轴承来达到支承孔直径的安排要求花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径,一般传动轴上轴承选用G级精度。(1)滚动轴承的选择计算a,寿命计算公式:滚动轴承的寿命计算公式如下:L=试中:L额定寿命( x)转C额定动载荷(Kgf)P当量负载荷(Kgf)寿命指数,对球轴承 =3 对滚子轴承=10/3在实际计算中,一般采用工作小时数表示轴承的额定寿命,这时上试可变为:=试中: 额定寿命(h)n轴承的计算转速(r/min)当量动载荷:P=X+Y试中:径向负荷(Kgf)轴向负荷(Kgf)X径向系数Y轴向系数(2)按照负载荷选择轴承按额定静负载选择轴承的基本公式如下:= 试中:当量静负荷(kgf) 按下列两式计算,取大值 额定静负荷(kgf)安全系数(3)轴承的选择I轴两端轴承的选择,根据前面估算的直径及该轴的结构和受力情况,选择单列向心球轴承(GB27664)轴承型号为7000308(左轴承)右轴承7000307II轴两端轴承的选择左轴承:7000307 右轴承:7000306III轴:左,7000309 右,7000308IV轴:左,7000310,右7000409V轴轴承的选择,由于轴V右端悬伸部分与锥齿轮不相连,承受一定的轴向负荷及径向负荷,因此,可选用圆锥滚子轴承左端型号:27310(GB2
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