ck6136数控卧式车床传动系统设计【含3张CAD图纸+文档全套】
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湖南工学院毕业设计(论文)答辩资格审查表题 目CK6136数控卧式车床传动系统设计学生姓名万佳学 号08201440244专 业机械设计制造及其自动化指导教师任芝兰内容综述(对毕业设计或论文的研究步骤和方法、主要内容及创新之处进行综述,提出答辩申请): 通过此次毕业设计我系统的将大学这四年所学的专业方面的知识再熟悉了一遍,发现了不少的问题,同时也理解并吸收了所发现的不足的问题,在设计过程中也出现了不少的问题,但经过查找资料,和同学交流,特别是指导老师的指导,使这些问题逐步解决,在解决这些问题当中不自觉的就在脑海中留下了深刻的印象,这就可以让我在以后的学习工作中可以少犯错误。 毕业设计大体完成,我向学校申请答辩,望批准。 申请人签名:万佳 日 期:2012.5.30资 格 审 查 项 目是否01工作量是否达到所规定要求02文档资料是否齐全(任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等)03是否完成任务书规定的任务04完成的成果是否达到验收要求05是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计(论文)指导教师签名: 毕业设计(论文)答辩资格审查小组意见:符合答辩资格,同意答辩 不符合答辩资格,不同意答辩审查小组成员签名: 年 月 日湖南 工 学 院2012届毕业设计说明书 CK6136数控卧式车床传动系统设计 院(系)、部: 机械工程系 学生姓名: 万佳 指导教师: 任芝兰 职称 副教授 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机本0802 完成时间: 2012-5 目录1 车床参数的拟定31.1 车床主参数和基本参数31.1.1 拟定参数的步骤和方法32 传动设计42.1 传动结构式、结构网的选择42.1.1确定传动组及各传动组中传动副的数目42.1.2传动组的变速范围的极限值52.2 转速图的拟定62.2.1 主电机的选定62.2.2 第一对带轮的设计72.2.3 第二对带轮的设计83 传动轴的设计103.1 传动轴的估算和验算103.1.1传动轴直径的估算103.1.2齿轮模数的估算和计算114 主轴组件设计224.1各部分尺寸的选择224.2主轴材料与热处理234.3主轴轴承254.3.1轴承类型选择254.3.2轴承间隙调整254.3.3主轴与齿轮的连接264.3.4润滑与密封26参考文献27结束语271 车床参数的拟定1.1 车床主参数和基本参数1.1.1 拟定参数的步骤和方法(1) 极限切削速度Vmax、Vmin.根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑:允许的切速极限参考值如下: 表 1.1加 工 条 件 Vmax(m/min)Vmin(m/min)硬质合金刀具粗加工铸铁工件 3050硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150300螺纹加工和铰孔38(2)主轴的极限转速计算车床主轴极限转速时的加工直径,按经验分别取(0.1-0.2)D和(0.45-0.5)D。则主轴极限转速应为:nmax=Error! No bookmark name given.r/min.1.1nmax=Error! No bookmark name given.r/min=1000x200/50=1276r/min转速范围Rn=.1.2转速范围Rn=50r/min考虑到设计的结构复杂程度要适中,故采用常规的扩大传动。并选级数Z=18今以=1.26和1.41代入R=Z-1=1.2617=50.85所以得R=1.26更为适合。各级转速数列可直接从标准的数列表中查出=1.26=1.064,从表中找到=1276, =40每隔3个数值取一个数,得:1250,1000,850,670,500,400,335,265,200,160,132,106,80,63,53,42.5共16级转速。(3)主轴转速级数Z和公比已知Rn=Rn=Z-1取Z=16级 则Z=2x23=1.26 =1276 =40 Rn=50综合上述可得:主传动部件的运动参数 =1276 Z=16 =1.26(4)主电机功率动力参数的确定(估算法)a中型普通车床典型重切削条件下的用量刀具材料:YT15工件材料45号钢,切削方式:车削外圆查表可知:切深ap(t)=3.5mm 进给量f(s)=0.35mm/r切削速度V=90m/minb.功率估算法用的计算公式1)主切削力:Fz=1900apf0.75=19000.75=3845N2)切削功率: N切=KW=KW=6.28KW3)估算主电机功率: N=7.85KW可选取电机为:Y132S-4额定功率为7.85KW,满载转速为1460r/min.2 传动设计2.1 传动结构式、结构网的选择2.1.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目传动副数由于结构的限制以2或3为适合,即变速级数Z应为2和3的因子: 即 Z=2a3b2.1可以选18=332 2.1.2传动组的变速范围的极限值齿轮传动最小传动比Umin1/4,最大传动比Umax,决定了一个传动组的最大变速范围rmax=umax/umin因此,要按照下表,淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数X,X,值为: 表2.1 公比极限传动比指数 1.12 1.26 1.41 1.58X值:Umin=1/4 12 6 4 3X,值:Umax=x, =2 6 3 2 1.5(X+ X,)值:rmin=x+x=8 18 9 6 4.5最大扩大组的选择正常连续的顺序扩大组的传动的传动结构式为:Z=Z11Z2Z1Z3Z1Z22.2最后扩大组的变速范围按照r原则,导出系统的最大级数Z和变速范围R为: 表2.2 Z3 2 3 1.26 Z=18 R=50 Z=12 R=12.7 1.41 Z=12 R=44 Z=9 R=15.6 1.58 Z=9 R=39 Z=6 R=10最后扩大组的传动副数目Z3=2时的转速范围远比Z3=3时大Z3=2时:R ;Z3=3时:R 因此,在机床设计中,因要求的R较大,最后扩大组应取2更为合适。同时,最后传动组与最后扩大组往往是一致的。安装在主轴与主轴前一传动轴的具有极限或接近传动比的齿轮副承受最大扭距,在结构上可获得较为满意的处理,这也就是最后传动组的传动副经常为2的另一原因。2.2 转速图的拟定运动参数确定以后,主轴各级转速就已知,切削耗能确定了电机功率。在此基础上,选择电机型号,确定各中间传动轴的转速,这样就拟定主运动的转速图,使主运动逐步具体化。2.2.1 主电机的选定(1)电机功率N:根据机床切削能力的要求确定电机功率。N=5.5KW(2) 电机转速:选用时,要使电机转速nd与主轴最高转速nmax 和I轴转速相近或相宜,以免采用过大的升速或过小的降速传动。Nd=1440r/min 图2.1(转速图) 2.2.2 第一对带轮的设计根据拟定的转速图上的各传动件的传动比,就可以确定带轮直径与齿轮的齿数。(1) 带轮型号的确定由机械设计教程表6-4(a)可得:小带轮转速n1=1440 传动比i=1.152根据计算功率Nj(KW)和小带轮的转速n1(r/min)查图4-1选择带轮的型号:计算功率Nj=KWNd KW式中Nd-电机额定功率, KW-工作情况系数。车床的起动载荷轻,工作载荷稳定,二班制工作时,取KW=1.1 Nj=1.15.5=6.05 KW三角带的型号为B型(2)带轮直径的确定1小带轮直径D1因为D1Dmin Dmin可查表得: Dmin=140所以取 D1=1402.大带轮直径D2D2=(1-)= D1(1-)2.3-带的滑动系数,一般取 0.02D2=(3)确定三角带的速度 V=10.55m/s2.4当V=1015时,最为经济耐用。(4)确定三角带轮的计算长度L0及内周长LNL0=2A0+2.5=2596+=1660取计算长度L=1883 内周长LN=1800 修正值Y=33(5)验算三角带的挠曲次数uu=次/s2.6式中m为带轮的个数u=次/s适合要求(6) 确定实际中心距AA=2.7(7) 验算小带轮包角=2.8 =(8) 确定三角带的根数Z2.9 取3根查表得:N0=2.69 C1=0.982.2.3第二对带轮的设计(1)计算功率Nj=Nd KW KW 取A型因为D1Dmin Dmin可查表得: Dmin=100取D1=240(2)确定三角带的速度 V=5m/s(3)初定中心距A0 A0=(0.62)(D1+ D2)=1.5(240+300)=808mm(4)确定三角带轮的计算长度L0及内周长LNL0=2A0+=2808+=2463取计算长度L=2525 内周长LN=2500 修正值Y=25(5)验算三角带的挠曲次数uu=次/s式中m为带轮的个数u=次/s适合要求(6)确定实际中心距AA=(7)验算小带轮包角= = 取170(8)确定三角带的根数Z查表得:N0=1.15 所以 取Z=43 传动轴的设计3.1 传动轴的估算和验算3.1.1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: mm2.9其中:N该传动轴的输入功率 KW2.10Nd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该传动轴的计算转速r/min其中:可由表得:=11.5 取1.2 KW=1250 mm取=800 mm 取=400 mm =315 mm=125 mm取=40 mm取花键轴尺寸轴取 6-30轴取 6-35轴取轴取6-50 轴取 3.1.2齿轮模数的估算和计算(1)估算根据齿轮弯曲疲劳的估算:mm3.1齿面点蚀的估算:mm3.2其中为大齿轮的计算转速,A为齿轮中心距。由中心距A及齿数、求出模数:mm根据估算所得和中较大的值,选取相近的标准模数。1.齿数为36与36的齿轮N=5.28KW mm=mm mm取模数为2.52.齿数为32与40的齿轮 mm=mmmm取模数为2.53.齿数为28与44的齿轮 mm =mmmm取模数为2.54.齿数为44与22的齿轮N=4.92KW mm=mm mm取模数为2.55.齿数为33与33的齿轮 mm=mmmm取模数为2.56.齿数为22与44的齿轮mm =mmmm取模数为2.57.齿数为27与68的齿轮 N=4.05KW mm =mmmm取模数为3.58.齿数为23与72的齿轮N=3.78KW mm =mm mm取模数为3.5(1)计算(验算)结构确定以后,齿轮的工作条件、空间安排、材料和精度等级等都已确定,才可能核验齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据齿轮的接触疲劳计算齿轮模数公式为:mm3.3根据齿轮的弯曲疲劳强度计算齿轮模数公式为:mm3.4式中:N-计算齿轮传递的额定功率 -计算齿轮(小齿轮)的计算转速r/min-齿宽系数,常取610;-计算齿轮的齿数,一般取传动中最小齿轮的齿数;-大齿轮与小齿轮的齿数比,;“+”用于外啮合,“-”号用于内啮合;-寿命系数,;3.5-工作期限系数,;3.6齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数Con-齿轮的最低转速r/min;T-预定的齿轮工作期限,中型机床推荐:T=1500020000h;-转速变化系数-功率利用系数-材料强化系数。幅值低的交变我荷可使金属材料的晶粒边界强化,起着阻止疲劳细缝扩展的作用;(寿命系数)的极限当;-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Y-齿形系数;、-许用弯曲、接触应力MPa1)齿数为36与36的齿轮节圆速度m/s由表8可得:取精度等级为7级 。 =1.4 由表9得:=1 =0.72 4 由表可知 所以 取Ks=0.6由表11 许用应力知,可取齿轮材料为45 整淬=1100MPa =320MPa由表10可知 可查得 Y=0.463=所以 模数取2.5适合要求。2)齿数为32与40的齿轮节圆速度m/s由表8可得:取精度等级为7级 。 =1.4 由表9得:=1 =0.72 由表可知 所以 取Ks=0.6由表11 许用应力知,可取齿轮材料为45 整淬=1100MPa =320MPa由表10可知 可查得 Y=0.454=所以 模数取2.5适合要求。3)齿数为28与44的齿轮节圆速度m/s由表8可得:取精度等级为7级 。 =1.4 由表9得:=1 =0.72 由表可知 所以 取Ks=0.6由表11 许用应力知,可取齿轮材料为45 整淬=1100MPa =320MPa由表10可知 可查得 Y=0.438=所以 模数取2.5适合要求。4)齿数为44与22的齿轮节圆速度m/s由表8可得:取精度等级为7级 。 =1.4 由表9得:=1.04 =0.74 由表可知 所以 取Ks=0.6由表11 许用应力知,可取齿轮材料为40Cr 调质=650MPa =275MPa由表10可知 可查得 Y=0.408=所以 模数取2.5适合要求。5)齿数为33与33的齿轮节圆速度m/s由表8可得:取精度等级为7级 。 =1.4 由表9得:=1 =0.74 由表可知 所以 取Ks=0.6由表11 许用应力知,可取齿轮材料为40Cr 调质=650MPa =275MPa由表10可知 可查得 Y=0.454=所以 模数取2.5适合要6)齿数为22与44的齿轮节圆速度m/s由表8可得:取精度等级为7级 。 =1.4 由表9得:=1.04 =0.74 由表可知 所以 取Ks=0.6由表11 许用应力知,可取齿轮材料为40Cr 调质=650MPa =275MPa由表10可知 可查得 Y=0.408=所以 模数取2.5适合要求。7)齿数为27与68的齿轮节圆速度m/s由表8可得:取精度等级为7级 。 =1.4 由表9得:=1.04 =0.98 由表可知 所以 取Ks=0.6由表11 许用应力知,可取齿轮材料为40Cr 调质=650MPa =275MPa由表10可知 可查得 Y=0.435=所以 模数取3.5适合要求。8)齿数为23与72的齿轮节圆速度m/s由表8可得:取精度等级为7级 。 =1.2 由表9得:=1.04 =1.02 由表可知 所以 取Ks=0.6由表11 许用应力知,可取齿轮材料为40Cr 整淬=1250MPa =385MPa由表10可知 可查得 Y=0.42=所以 模数取3.5适合要求。4 主轴组件设计 主轴组件结构复杂,技术要求高。安装工件的主轴参与切削成形运动,此,它的精度和性能性能直接影响加工质量(加工精度与表面粗糙度)。4.1各部分尺寸的选择(1)内孔直径车床主轴由于要通过棒料,安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆必须是空心轴。为了扩大使用范围,加大可加工棒料直径,车床主轴有增大的趋势。我国已有标准可循(2-1)。见机床主轴变速箱设计指导所以,内孔直径取40mm(2)轴颈直径前支承的直径是主轴上一主要的尺寸,设计时通过估算为90(3)前锥孔尺寸莫氏锥度号取5号标准莫氏锥度尺寸大端直径 D=44.399 图4.14.2主轴材料与热处理材料为45钢,调质到220250HBS,主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬至HRC5055,轴径应淬硬。(1)主轴直径的选择根据P-D1统计曲线可选:D1=90按机床参数确定主轴前轴颈直径 因为,轴的刚度K与抗弯截面惯性矩I成正比 一般取d/D0.7 取d/D=0.550.6 所以d=40(2)主轴前端悬伸量的选择0.61.5所以 (3)主轴合理跨距的选择根据表3-14 见金属切削机床设计计算前支承刚度。4.1取 则 4.2 其中 为参变量综合变量4.3此处取弹性模量(3) 确定最佳跨距L0 由图3-34 机床设计手册。得: 4.4又因为合理跨距的范围为 1.5)=189378所以L=2524.3主轴轴承4.3.1轴承类型选择主轴前轴承的类型:双列短圆柱滚子轴承。这种轴承承载能力大,内孔有1:12锥度,磨擦系数小,温升低,但不能承受轴向力,必须和能承受轴向力的轴承配合使用,因此整个部件支承结构比较复杂。 图4.24.3.2轴承间隙调整为了提高主轴回转精度和刚度,主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到合适的负间隙,形成一定的预负载,回转精度和刚度都能提高,寿命、噪声和抗振性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形,过大的预负载对提高刚度没有明显效果,而磨损发热量和噪声都会增大,轴承寿命将因此而降低。调整结构形式如下图所示: 图4.3调整说明:转动调整螺母,使内圈向大端移动。特点:结构简单。移动量完全靠经验,一旦调整过紧,难以把内圈退回。4.3.3主轴与齿轮的连接 齿轮与主轴的连接用平键;轴做成圆柱体和锥面(锥度一般取1:12)。平键用两个平键,两个平键不但平衡高度较低,避免因齿轮键槽太深导致小齿轮轮毂厚度不够的问题。4.3.4润滑与密封主轴转速高,必须保证充分润滑,一般常用单独的油管将油引到轴承处。主轴是两端外伸的轴,防止漏油更为重要而困难。防漏油的措施有:堵加密封装置阻止油外流。采用如下的装置: 图4.4在轴承盖的孔开了一个或几个并列的沟槽(矩形或锯齿形)。参考文献1 顾维邦.金属切削机床概论.北京:机械工业出版社,2005.117 2 李广第,朱月秀,王秀山.单片机基础.北京:北京航天航空大学出版社,2001.1152193 机械设计手册编写组编.机床设计手册2 .北京:机械工业出版社, 1980.670674 4 机械设计手册编写组编.机床设计手册.北京:机械工业出版社, 1986.4955005 黄康美数控加工编程上海:上海交通大学出版社,2004.64946 华东纺织工学院,哈尔滨工业大学,天津大学.机床设计图册.上海: 上海科学技术出版社 ,1979.84877 雷晓玲.综合作业指导书,北京:机械工业出版社 ,2000.2308 刘朝儒,高政一,彭福荫.机械制图第三版.北京:高等教育出版社 ,1988.577606 10 张建刚,胡大泽.数控技术.武汉:华中科技大学出版社,2000.1218811 孙恒,陈作模.机械原理第六版.北京:高等教育出版社,2000.34134712邓星钟主编 机电传动控制(第三版) 武汉:华中科技大学出版社,200313 秦曾煌主编 电工学下册电子技术(第五版)北京:高等教育出版社 200312 魏俊民 周砚江主编 机电一体化系统设计 北京 中国纺织出版社199813薛栋梁编著 MCS-51/51/251单片机原理与应用(一)北京 中国水利水电出版社200114杨恢先 黄辉先等编著 单片机原理及应用 长沙 国防科技大学出版社 200315中国IT培训工程委员会编 Prote99电路设计培训班。珠海 珠海出版社200216何永然 唐增宝 刘安俊主编 机械设计课程设计(第二版)武汉 华中科技大学出版社 20024 结束语经过数控车床设计的实践表明,进给系统的设计合理与否是整个系统成败的关键,设计后产生失步现象或定位精度未达到设计要求等缺陷,在很大程度上是由于进给系统的设计选择不合理造成的,并非数控系统中控制模块引起的,实践中应重视进给系统的合理设计。27目录1 车床参数的拟定31.1 车床主参数和基本参数31.1.1 拟定参数的步骤和方法32 传动设计42.1 传动结构式、结构网的选择42.1.1确定传动组及各传动组中传动副的数目42.1.2传动组的变速范围的极限值52.2 转速图的拟定62.2.1 主电机的选定62.2.2 第一对带轮的设计72.2.3 第二对带轮的设计83 传动轴的设计103.1 传动轴的估算和验算103.1.1传动轴直径的估算103.1.2齿轮模数的估算和计算114 主轴组件设计224.1各部分尺寸的选择224.2主轴材料与热处理234.3主轴轴承254.3.1轴承类型选择254.3.2轴承间隙调整254.3.3主轴与齿轮的连接264.3.4润滑与密封26参考文献27结束语271 车床参数的拟定1.1 车床主参数和基本参数1.1.1 拟定参数的步骤和方法(1) 极限切削速度Vmax、Vmin.根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑:允许的切速极限参考值如下: 表 1.1加 工 条 件 Vmax(m/min)Vmin(m/min)硬质合金刀具粗加工铸铁工件 3050硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150300螺纹加工和铰孔38(2)主轴的极限转速计算车床主轴极限转速时的加工直径,按经验分别取(0.1-0.2)D和(0.45-0.5)D。则主轴极限转速应为:nmax=Error! No bookmark name given.r/min.1.1nmax=Error! No bookmark name given.r/min=1000x200/50=1276r/min转速范围Rn=.1.2转速范围Rn=50r/min考虑到设计的结构复杂程度要适中,故采用常规的扩大传动。并选级数Z=18今以=1.26和1.41代入R=Z-1=1.2617=50.85所以得R=1.26更为适合。各级转速数列可直接从标准的数列表中查出=1.26=1.064,从表中找到=1276, =40每隔3个数值取一个数,得:1250,1000,850,670,500,400,335,265,200,160,132,106,80,63,53,42.5共16级转速。(3)主轴转速级数Z和公比已知Rn=Rn=Z-1取Z=16级 则Z=2x23=1.26 =1276 =40 Rn=50综合上述可得:主传动部件的运动参数 =1276 Z=16 =1.26(4)主电机功率动力参数的确定(估算法)a中型普通车床典型重切削条件下的用量刀具材料:YT15工件材料45号钢,切削方式:车削外圆查表可知:切深ap(t)=3.5mm 进给量f(s)=0.35mm/r切削速度V=90m/minb.功率估算法用的计算公式1)主切削力:Fz=1900apf0.75=19000.75=3845N2)切削功率: N切=KW=KW=6.28KW3)估算主电机功率: N=7.85KW可选取电机为:Y132S-4额定功率为7.85KW,满载转速为1460r/min.2
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