珩齿机床主轴箱的设计
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前言毕业设计是学生学完大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后,综合运用所学的知识,与实践相结合的重要实践性教学环节。它是大学生活最后一个里程碑,是四年大学学习的一个总结,是我们结束学生时代,踏入社会,走上工作岗位的必由之路,是对我们工作能力的一次综合性检验。1.毕业设计的目的通过本次毕业设计,使达到以下几个效果:(1)巩固、扩大、深化学生以前所学的基础和专业知识;(2)培养学生综合分析、理论联系实际的能力;(3)培养学生调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等工具书的能力;(4)锻炼进行设计计算、数据处理、编写技术文件、绘图等独立工作能力。总之,通过毕业设计使学生建立正确的设计思想,初步掌握解决本专业工程技术问题的方法和手段,从而使学生受到一次工程师的基本训练。2、毕业设计的主要内容和要求 本次毕业设计的主要内容是设计珩齿机床的主轴箱。具体设计内容和要求如下:(1) 调查使用部门对机床的具体要求,现在使用的加工方法;收集并分析国内外同类型机床的先进技术、发展趋势以及有关的科技动向;调查制造长的设备、技术能力和生产经验等。(2) 珩齿机床的主轴箱的设计主要是设计主轴、各传动轴及传动齿轮,确定各部分的相互关系;拟订总体设计方案,根据总体设计方案,选择通用部件,并绘制装配图和各零件的零件图;(3) 进行运动计算和动力计算;(4) 其他零部件的设计和选择;(5) 编制设计技术说明书一份。3、程序和时间安排毕业设计是实践性的教学环节,由于时间的限制,本次毕业设计不可能按工厂的设计程序来进行,具体的说,可以分以下几个阶段:(1)实习阶段,通过毕业实习实地调查、研究、收集有关资料,掌握数控电火花线切割加工技术,了解机床的结构、工作原理和设计的基本要求,花两周时间;(2) 制定方案、总体设计阶段,花两周时间;(3) 计算和技术设计阶段,绘制图纸,整理设计说明书,花四周时间;(4) 答辩阶段,自述设计内容,回答问题,花半周时间 1 珩齿加工的基本介绍珩齿是一种后轮齿表面光整加工技术,可有效的改善齿面质量,粗糙度由Ra2.5减小到Ra0.6以下珩齿方法有齿轮型珩轮,外啮合珩齿,蜗杆式珩轮珩齿和内啮合珩齿。1珩磨加工原理珩磨加工由张开机构将安装在机床主轴珩磨头上的若干根珩磨油石,以一定压力通过面接触方式压在工件表面上同时使研磨头与工件作相对旋转和往复运动来实现。研磨头与机床主轴或研磨头夹具之间均采用浮动连接,并以工作孔壁作导向面,故加工精度受机床本身精度影响比较小。研磨加工原理类似三块平板的互研原理。在研磨过程中,将油石切削面与被加工孔的表面,可看成三块表面相互研磨修整,欲达到三块平板互研的目的,需要油石与工件看作两个面,并需保证在每个往复运动中其任意一根油石的每个磨粒在孔壁上的运动轨迹不重复因此需将研磨头的每分钟转数与往复之比选为非整数值。即在圆周上与原始位置应有一个角位移a值研磨头在做旋转和往复运动中,因油石切削面与加工面形成相互交叉而又不重复的相互修整,故能使加工面达到精确表面并形成切削交叉网纹2 珩磨加工的特点(1)加工精度高;(2)表面质量好:(3)加工表面使用寿命长;(4)切削效率高;(5)加工范围广;3 珩磨进给方式(1)手动进给(2)定压进给:一次定压进给,二次压力进给,多次压力进给(3定量进给:连续定量进给,脉冲间断定量进给(4)复合进给4 珩磨头1) 磨料 要求其结晶构造完整不含有杂质2) 粒度 要求其粒度均匀油石粒度越粗切削效率越高,珩磨表面粗糙度越3)硬度 在保证自锐条件下,有较高的耐用度,硬度应该准确均一,在一组油石内各点硬度偏差要求在一小级之内,精密珩磨类油石则要求小于半小级。如果硬度过高,则自锐性差,易使工件变形,如果硬度过低,则使用寿命低,表面粗糙度高, 4 ) 组织和浓度 珩磨为面接触,热敏感性强,一般选用疏松组织。当接触面大,材料硬度低韧性大,并且是粗珩时应选用松一些的。 5 珩齿加工珩齿用于轮齿表面的光整加工,可有效的改善齿面的质量,齿面粗糙度由Ra2.5减小到Ra6.3以下,某些珩齿方法还能在一定程度上提高轮齿精度,由于效率高,成本低,齿无烧伤,所以广泛用于7级以下精度的硬齿面的齿轮加工。1) 珩齿原理珩齿相当于一对交错轴斜齿轮传动,将其中一个斜齿轮换成珩磨轮,则另一个斜齿轮就是被加工的齿轮。珩齿是自由啮台展成加工。珩磨轮本身是一个含有磨料的塑料斜齿轮其齿行面上均匀密布着磨粒,每一颗磨粒相当于一个刀刃。在珩齿的过程中,当两者以一定的转速旋转时,由于齿面啮合点之间产生相对滑动,粒圈在珩磨轮表面的磨粒,便按一定的轨迹从被加工齿轮的表面上划过。在外加珩削压力的作用下,磨粒切入金属层,磨下极细的切屑,形成切削,是后达到所要求的齿厚和精度。为了珩出整个齿宽,齿轮的轴必须作往复直线运动。珩齿时的珩削速度就是珩磨轮与齿轮齿啮合点的相对滑动速度。由于啮合接触点是变化的,所以沿齿廓各点的珩削速度也是变化的。珩削速度是随着轴交角的增大而增大。当被珩齿轮的螺旋角为一定时,则珩削速度随着珩磨轮螺旋角的增大而增大。当珩磨轮的螺旋角接近90。时,则珩磨轮变成蜗杆形状,这是斜齿轮的一个特例蜗杆珩磨轮珩齿就是利用这一原理加工的。此时珩削速度达到最大值。在选取珩磨轮螺旋角时,应避免使珩削速度等于零。一般来说,外齿珩磨轮的螺旋角取l0。15。,内齿珩磨轮的螺旋角取3。7。,蜗杆珩磨轮的螺旋角取2) 珩齿加工方法珩齿加工相当于一对空间交错斜齿轮传动,由于珩磨轮可以内外斜齿轮形状,可以做成蜗杆形状,而被加工齿轮可以是直齿轮,斜齿轮,内齿轮和外齿轮,珩磨轮与被加亡齿轮的不同啮合方式,则形成不同的加工方法(1) 按珩磨轮的形状分为:齿轮状珩磨轮珩磨法 蜗杆状珩磨轮珩磨法(2) 按啮合方式分为:外啮合珩磨法 内啮合珩磨法(3)按两轴的状态分为:平行轴珩磨法(珩磨时珩磨轮轴与工件轴平行交叉轴珩磨法(珩磨时珩磨轮轴与工件轴交叉(4)按珩磨时的啮合间隙分为:单面有间隙珩磨法 双面无间隙珩磨法(5)按珩磨的压力分为:定压珩磨法变压珩磨法常采用的是双面变压珩磨法 所谓。双面”是指珩磨齿的两侧面,在珩齿过程中需要工件作正反转动;所谓“变压“是指珩磨过程中珩磨轮的径向运动不象剃齿那样在每一次往复运动过程后都有一次进给,而是按珩齿所需要的初压力(一般196N左右)调整好珩磨轮与工件的中心距,开车后一次进给到预定的位置,珩齿开始时齿面的压力较大,随后压力逐渐减小直至接近消失时珩齿结束。珩磨轮的选用,珩轮分通用和专用两类,无特殊要求时,尽量选用通用齿轮。为了保证珩轮与被珩齿轮能正确啮合,所选用珩轮的磨数,压力角,应该与被珩齿轮相同。工件转速的选择,由于珩齿的精度要求和珩磨头的结构关系,珩磨轮的转速不能过高,以N=150转/分左右为好。珩齿的应用,珩齿主要用于去处热处理后氧化皮及毛刺,使光洁度提高,其次还可以适当的降低噪声。但对齿形和齿向误差的纠正很不稳定,有时甚至会使齿形误差有所增大。布齿效果很大程度上取决于齿轮前一道工序加工的精度和热处理的变形量,一般可用于加工68级精度的齿轮珩轮节圆处的珩削速度一般为0.72.2米秒,径向进给量一般按在35个纵向行程内珩去全部余量选取,而纵进给量在0.050. 65毫米秒之间珩齿余量一般为单面留0.010.015毫米。总之,珩齿由于具有提高齿面光洁度降低噪声,效率高成本低设备简单操作方便等一系列优点,故是一种很好的齿轮加工方法3) 珩齿机 除专用的珩齿机外,还可以利用剃齿机,车床等旧机床改装成珩齿机珩齿夹具的精度,直接影响珩齿后齿轮的精度,尤其是影响齿向精度。对珩齿夹具的精度要求,可按磨齿夹具的要求,定位表面的径向圆跳动不大于5UM端面圆跳动应不大于3UM,珩齿心轴的中心孔应进行研磨,表面粗糙度要求达到R0.32UM着色面积不少于85,同时,要求珩齿心轴于齿轮孔的配合间隙要小4) 珩齿夹具(1)普通型珩齿夹具 采用螺母压紧的珩齿心轴,为保证罗螺纹节线与心轴线平行,应将螺纹进行磨削,这种夹具制造容易,但装卸工件时间较长,在单件小批量生产中应用甚广。 (2)快速型珩齿夹具 快速型珩齿夹具是利用珩齿顶尖座的液力(或弹簧力)压紧的,这种夹具制造困难,但可大大缩短工件装卸时间,提高生产率,用于大批量生产。(3)大型珩齿夹具 比较大的盘状齿轮,宜放在立式珩齿机上加工。安装在珩齿轮机的工作山上须调整找正定位表面的径向跳动和端面圆跳动在允许的误差范围内。5)珩磨轮珩磨轮的结构 珩磨轮的结构由齿部和芯部组成 (1)齿部的齿形 齿轮状珩磨轮为渐开线齿形;蜗杆状珩磨轮为法向直廓蜗杆 (2)心部的安装尺寸 外齿珩磨轮为直孔,孔径635mm蜗杆状珩磨轮为锥孔,锥度为1:5,大端直径为60mm。内齿珩磨轮为外圆定位,直径大小按珩磨轮大小确定。珩磨轮的材料珩齿属低速磨削研磨抛光的综合加工,磨料一般选用硬度高,韧性大的白刚玉(wA)。磨料粒度的选择,是按模数太小而定,模数愈小,选用粒度愈细。6) 加工余量的确定 珩齿加工己不再以改善齿面的表面度为目的,而是作为齿形精加工的独立工序而存在,必须留有足够的加工余量。余量太少,齿形误差未能得到修正。余量太大,珩磨时间长,珩磨轮磨损大。由于对珩前的齿轮精度有一定的要求的,所以加工余量不宜过大。7) 珩齿操作的调整根据珩磨轮与被珩齿轮的螺旋角调整交角,使珩磨的螺旋齿向与被珩齿轮的齿向相平行。6 齿宽中心平面与珩磨轮中心共面的调整将工件定位尺寸安装在机床的固定位置上,运时定位尺的0点对着珩磨轮头架的回转轴线。然后把被珩齿轮安装在左右顶端上,使定位尺与齿轮的外圆相接近调整左右顶尖座的位置,使齿宽的中心平面对准定位尺的0点。这对,齿轮端面所对定位尺的读数,正好等于齿宽的一半,最后,通过首件试珩,再精调左右顶尖座,使齿宽中心平面与珩磨轮中心平面精确共面齿轮与珩磨轮中心的调整 点动径向进给按钮,使齿轮快速移近珩磨轮,转动齿轮,使轮齿对准珩磨轮齿槽,然后转动径向进给手轮,直至两轮齿接触而无间隙为止。松开进给刻度盘紧固螺钉,将零位对正指针刻线,并锁紧刻度盘。开车后所需的珩削量进给。若单面珩磨,应保持齿面间隙在00.2mm之间。轴向进给和行程长度的调整,轴向进给量的选择,是通过选择交换齿轮来实现的,按进给量与交换齿轮的关系牌,即可找到所需要的交换齿轮,点动轴向进给按钮,是齿轮右端面对准定位尺读数等于b1/2的刻线,此时移动左挡块压紧行程开关。再点动 轴向进给按钮,这时工作台返回行程,当齿轮左端面所对定位尺的读数等 于 H值时停止,这时移动右挡块压紧行程开关。最后通过首件试珩,再精调左右挡块的位置。齿向修形机构的调整 齿向修形有两种:一是对轮齿的一端进行齿厚修薄:二是对轮齿的整个齿宽进行鼓形修整7 实现齿向修形有三种方法采用齿向修形靠控制工作台在轴向进给运动时,改变珩磨轮与被加工齿轮的中心距.通过工作台摇摆运动机构 控制珩磨轮于齿轮的中心距,这种装置只能进行鼓形修整,而不能进行两端齿厚修薄的齿向修形.采用简易程控装置 控制工作台轴向进给阻力大小来实现修形的Y4732型珩齿机有一套鼓形齿附件,可实现上述两种齿向修形。齿向修行加工的原理是:当珩磨轮在齿长方向上不同位置时,用改变阻尼力的大小来控制珩削量的大小。该机床采用珩粉离合器做阻尼,阻尼力的大小是用简易程控的办法,控制磁粉离合器电源的电压变化来实现的。电压高,阻尼力小。从而珩出两端修薄或鼓形的齿向。调整的方法是,根据齿轮齿向修形量的大小,选择步行器的步数,同时选择好第一步阻尼力的大小,把所需要的步数和电压用插塞插在程控板上,整个程控板可通过控制阻尼力的大小来实现的8 珩齿的误差分析 珩齿常见的误差,产生的原因及消除的方祛如下(1)压力角误差 产生原因:珩磨轮齿形角偏大或珩磨轮偏小 消除方法:减小珩磨轮齿形角或增大珩磨轮螺距仍齿形不对称 产生原因:珩磨轮螺纹齿形面向右偏斜 消除方法:重磨珩磨齿形面(3)齿形上齿面局部凹下 产生原因:珩磨轮下齿面未修准齿高有效高度不足 梢除方法:精修珩磨轮齿形面(4)齿形下齿面局部凸起 产生原因:珩磨轮齿顶棱角磨损或珩轮齿厚太厚,下齿面珩不到 消除方法:精修珩磨轮齿形面或修薄珩磨轮齿厚(5)齿形中凹 产生原因:齿数少重合度小 消除方法:对珩磨轮齿形进行中凹修形(6)齿向呈锥形产生原因:齿轮轴线与轴向运动方向不平行消除方法:调整两顶尖中心连线对导轨的平行度(7)齿向不对称产生原因:珩磨轮齿向与被珩齿轮齿向不平行(在平行与展成方向的平面中)消除方法:调整轴交角或调整两顶尖中心连线对导轨的平行度(8)齿的两端或一端凸起 产生原因:行程长度不足 消除方法:调整行程长度(9)齿的两端或一端凹下 产生原因:行程长度太大 消除方法:调整行程长度(10)齿向逐渐变化 产生原因:齿端面与内孔不垂直或布齿夹具支靠端面不垂直 消除方法:修磨齿轮或夹具的定位基准(11)齿向有规则的大波纹 产生原因:轴向进给量太大 消除方法:减小轴向进给量9 珩齿的特点 虽热布齿和剃齿的原理大体相同,但珩齿过程的本质和剃齿是不同的,有自己独特的特点:(1) 珩轮齿面上密布着磨理,珩齿的速度低,珩齿过程实际上是一个低速磨削,研磨和抛光的过程;(2) 珩齿时齿面间除了沿齿向产生相对滑动以外,沿渐开线方向的滑动也使磨粒能切削,于是就构成了齿面刀痕的复杂纹路,使齿面的光洁度得以提高;(3) 珩磨轮弹性大,珩轮本身的弹性大,所以珩轮本身的误差不会全部反映到被珩齿轮上。10 珩齿方法常采用的是双面变压珩磨法 所谓。双面”是指珩磨齿的两侧面,在珩齿过程中需要工件作正反转动;所谓“变压“是指珩磨过程中珩磨轮的径向运动不象剃齿那样在每一次往复运动过程后都有一次进给,而是按珩齿所需要的初压力(一般196N左右)调整好珩磨轮与工件的中心距,开车后一次进给到预定的位置,珩齿开始时齿面的压力较大,随后压力逐渐减小直至接近消失时珩齿结束。珩磨轮的选用,珩轮分通用和专用两类,无特殊要求时,尽量选用通用齿轮。为了保证珩轮与被珩齿轮能正确啮合,所选用珩轮的磨数,压力角,应该与被珩齿轮相同。工件转速的选择,由于珩齿的精度要求和珩磨头的结构关系,珩磨轮的转速不能过高,以N=150转/分左右为好。珩齿的应用,珩齿主要用于去处热处理后氧化皮及毛刺,使光洁度提高,其次还可以适当的降低噪声。但对齿形和齿向误差的纠正很不稳定,有时甚至会使齿形误差有所增大。布齿效果很大程度上取决于齿轮前一道工序加工的精度和热处理的变形量,一般可用于加工68级精度的齿轮珩轮节圆处的珩削速度一般为0.72.2米秒,径向进给量一般按在35个纵向行程内珩去全部余量选取,而纵进给量在0.050. 65毫米秒之间珩齿余量一般为单面留0.010.015毫米。总之,珩齿由于具有提高齿面光洁度降低噪声,效率高成本低设备简单操作方便等一系列优点,故是一种很好的齿轮加工方法11珩齿的应用珩齿主要用于去处热处理后氧化皮及毛刺,使光洁度提高,其次还可以适当的降低噪声。但对齿形和齿向误差的纠正很不稳定,有时甚至会使齿形误差有所增大。珩齿效果很大程度上取决于齿轮前一道工序的加工精度和热处理的变形量,一般可用于加工68级精度的齿轮。珩轮节圆处的珩削速度一般为之间,径向进给量一般按在35个纵向行程内珩去全部余量选取,而纵进给量在之间珩齿余量一般为单面留。总之,珩齿由于具有提高齿面光洁度降低噪声,效率高,成本低,设备简单,操作方便等一系列优点,故是一种很理想的齿轮加工方法。2 运动设计机床因其类型,性能,规格尺寸等因素的不同,应满足的要求也不一样,一般应从最经济,合理的方式满足既定的要求,但在设计时应结合具体情况具体分析,因此在设计中,应先由已知条件初步确定运动方案,进行运动设计。21 给定条件 主轴转速级数()主轴转速数公比()主轴最低转速()主轴最高转速()电动机额定功率()电动机额定转速()由上表可知主轴箱的调速范围确定结构式和绘制转速图1) 求级数z由等比级数规律可知公式中变速范围; 公比。由前面,=1.41所以 22 确定结构式选择一个比较好的结构式,一般要遵照下列的原则:(1) 传动副的“前多后少”原则 传动副数较多的变速组安排在传动顺序前面,传动副数较少的变速组安排在后面。这是因为机床的电动机往往比主轴变速的大多数转速高,因此,变速系统以降速传动居多。传动系统中,若按传动顺序排列,在前面的各轴转速较高,依次类推。根据转矩公式 当传动功率p一定时转速n较高的铀所传递的转矩就较小,在其他条件相同时,传动件(如铀、齿轮)的尺寸就较小因此常把传动副数较多的变速组安排在前面高速轴上,这样可以节省材料,减少传动系统的转动惯量。以18级变速系统为例,应选择结构式422。(2) 传动副的“前紧后松”原则变速组的扩大顺序应尽可能与传动顺序一致当时。要求 即在传动顺序中按基本组在前,然后依次排第一扩大组、第二扩大组第n扩大组,这称为“前紧后松”原则,这时各变速组的变速范围是逐步增大,在转速图上表现为传动顺序前面的变速组传动比连线分布紧密,而后面的变速组传动比连线分布疏松,这样可以使前面的各轴转速范围较小,相当于提高该轴的最低转速和降低它的最高转速,前者可以减少传动件尺寸,后者可以降低噪声和减少振动。(3) 各变速组的变速范围不应超过最大的变速范围 在主传动系统的降速传动中,主动齿轮的最少齿数受到限制,为了避免被动齿轮的直径过大,建议降速传动比最小值为Umin14;对于升速传动比最大值,考虑到尽量减少振动和噪声,建议Umax2(斜齿传动Umax25)。这样主传动各变速组的变速范围限制在 r8一l0之间。对于进给传动系统,由于传动件的转速较低,尺寸较小,变速范围可放宽到Umin=15Umax28,这样进给传动中各变速组的变速范围限制在r14之内。上述限制是建议限制范围,若条件许可,也允许超过上述范围,但可能会给结构设计带来困难。 机床的传动系统中,最后扩大组的变速范围必定最大,因此一般只要检查最后扩大组的变速范围不超过限制范围,则其余的变速组也不会超过。根据以上原则可得机床的结构式为;23 计算各级转速24 电机选型根据主轴加工所需功率计算,选用Y132M4型封闭式三相异步电动机,额定功率N=5.5kw25 拟定转速图3 确定各级传动副齿轮的齿数3.1 确定齿轮的齿数 机床转速图确定后则各变速组的传动比也就确定了即可进一步确定各变速组中传动副的齿轮齿数、带轮的直径等,在确定齿数时要注意下列几点: 1)齿轮的齿数和;不能太大,以免齿轮尺寸过大而引起机床结构增大。一般推荐齿数和,常选用在100之内。 2)同一变速组中的各对齿轮,其中心距必须保持相等。在同一变速组内一般采用相同的模数,这是因为各齿轮副的速度变化不大,受力情况差别不大。也就是说在同一变速组中各对齿轮的齿数和相等。 3)最小齿轮的齿数应保证不产生根切。对于标准齿轮就最小齿数一般取。 4)应保证最小齿轮装到轴上或套简上具有足够的强度、图14所示为保证轮齿受力和热处理之后齿根部分不致于断裂齿根到孔壁或键槽的壁厚M应有足够的厚度,一般推荐值2mm为齿轮的模数),由此可知,在确定最小齿轮的齿数时,要先估算传动轴的直径。 图14齿轮的齿厚 5)保证主轴的转速误差在规定范围之内。按照ISO2291973规定,机床主轴的实际转速或每分钟双行程数对于优先数列的理论值的相对误差,应在范围内。 对于变速组内齿轮的齿数,如传动比是标准公比的整数次方时,变速组内每对齿轮的齿数和、及小齿轮的齿数可从表4中选取。在表中,横坐标是齿数和;纵坐标是传动副的传动比u;表中所列的u值是传动副的被动齿轮的齿数;齿数和减去被动齿轮齿数就是主动齿轮齿数。表中所列的u值全大于1,即全是升速传动。对于降速传动副,可取其倒数查表,查出的齿数则是主动齿轮齿数。 由于是标准公比,由表36(机械制造装备设计)确定齿轮的齿数和及小齿轮的齿数由上页转速图可知共由两个变速组变速组有两个传动副,传动副分别为,后一个传动比小于1 ,取其倒数,即按照,查表36(机械制造装备设计),在合适的齿数和范围内,查出在上述两个传动比的分别有:,60,62,64,66,68,70,72,74,60,63,65,67,68,70,72,73, 如变速组内所以齿数的模数都相同,并提示标准齿数,则两对传动副的齿数之和应该是相同的,符合上述条件的60,68,70,72取70。查表36(机械制造装备设计)得两个传动副的主动齿轮齿数分别为35,29。则可算出两个传动副的齿数比为,。变速组也有两个传动副,传动副分别为,后一个传动比小于1 ,取其倒数,即按照,查表36(机械制造装备设计),在合适的齿数和范围内,查出在上述两个传动比的分别有:,60,62,64,66,68,70,72,74,60,63,66,67,69,72,73,75, 如变速组内所以齿数的模数都相同,并提示标准齿数,则两对传动副的齿数之和应该是相同的,符合上述条件的60,66,72取72。查表36(机械制造装备设计)得两个传动副的主动齿轮齿数分别为36,24。则可算出两个传动副的齿数比为,。验算实际传动比是否在理论传动比的允许变动范围内,验算方法:式中主轴实际转速主轴理论转速公比1). 轴一转速为与理论转速相同。2). 验算轴二转速:。3). 验算轴三转速:4).验算轴四转速可知上述验算均合格,即所确定齿轮齿数所达到的传动比与主轴转速均符合传动要求。3.2 各轴及齿轮的计算转速的确定主传动系统中的主轴和传动件的尺寸大小主要决定于它所传递的转矩大小,而转矩大小则和所传递的功率及转速两个因素有关。对于专用机床,它是按照持定工艺设计的,传递的功率和转速是固定不变的,所传递的转矩也是一定的。但是,对于通用机床和某些专门化机床,主传动的功率是根据某些典型加工的切削用量确定的,机床在实际使用中,低转速范围加工时,不需要使用机床的全部功率。据调查, 主抽在最低一段的几级转速一般用来加工螺纹、铰孔、精镗等轻负荷工作,或者是用于相加工,但切削速度较低,这些工序都不需要使用电动机的全部功率。如果按最低转速计算,势必造成各传动件较粗大,具备过大的强度储备,这是不经济和不必要的。由此可知,通用机床主传动系统只是从某转速开始才有可能使用电动机的全部功率。这一传递全部功率的最低转速称为该传动件的计算转速(nj)。计算转速的确定对各种机床是不同的,表5列出各类机床主轴的计算转速,表中的公式为经验公式.至于中间传动件(包括轴上的传动件)的计算转速,也是按照上述原则,取主轴传递全部功率时,各中间传动件相应转速中最低的一级转速作为中间传动件的计算转速,即各个中间传动轴和齿轮副的计算转速,同样应是各自传递全部功率的最低转速。 1.主轴的计算转速 由表5可知,主轴的计算转速是低速第一个三分之一变速范围的最高一级转速,即nj=90r/min. 2.各传动轴的计算转速 表5各类机床的主轴计算转速nj=90r/min. 轴III有两级转速,其最低转速180r/min通过双联齿轮使主轴获得两级转速:180r/min和90r/min.180r/min与主轴的计算转速相同,需传递全部功率,故轴III的180r/min转速也应能传递全部功率,是计算转速.轴II有一级转速,其转速为250r/min通过双联齿轮使轴III获得两级转速:250r/min和180r/min均需传递全部功率,故轴II的250r/min转速也应能传递全部功率,是计算转速.轴I上有一级转速500r/min应传递全部功率,是计算转速. 3. 各齿轮的计算转速 各变速组内一般只计算组内最小的,也是强度最薄弱的齿轮,故也只需确定最小齿轮的计算转速.轴III-IV间的变速组的最小齿轮是z=24,经该齿轮传动,使主轴获得两级转速:90 r/min和2800r/min.主轴的计算转速是90r/min,故z=24齿轮在180r/min时应传递全部功率,是计算转速.轴II-III间的变速组的最小齿轮是z=29,经该齿轮传动,使轴III获得一种转速:180 r/min.轴III的计算转速是180r/min,故z=29齿轮在250r/min时应传递全部功率,是计算抓转速.轴I-II间的变速组的最小齿轮是z=30,经该齿轮传动,使轴II获得转速是250r/min,轴II的计算转速是250r/min,故z=30齿轮在500r/min时应传递全部功率,是计算转速.。4 传动零件的初步计算4.1 传动轴直径初定 用公式计算轴的直径 式中:d-传动轴的直径,mm; -传动轴所传动的功率,KW; nj-传动轴的计算转速,r/min; .该轴允许的扭转角deg/m,取.所以圆整得圆整得圆整得4.2 主轴主要结构参数的确定主轴的主要结构参数有主轴前、后轴颈直径,主轴内孔直径d。主轴前轴颈直径的选取是一般按机床类型、主轴传递的功率或最大加工直径,参考表6选取D1。车床和铣床后轴颈的直径.。很多机床的主轴是空心的,内孔直径与其1用途有关。如车床内孔用来通过棒料或安装送夹料机构,铣床主轴内孔可通过拉杆来拉紧刀杆等等。为不过多地削弱主轴的刚度,卧式车床的主轴孔径d通常不小于主轴平均直径的55%60%;铣床主轴孔径d可比刀具拉杆直径大510mm。 查表6选取珩赤机床主轴前轴颈,则。取主轴孔直径。 表6 主轴前轴颈的直径功率车床2.63.63.75.55.67.27.4111114.714.818.4车床70907010595130110145140165150190升降台铣床609060957510090105100115外圆磨床506055707080759075100901004.3 齿轮模数计算和齿轮中心距的计算 1 利用齿轮的弯曲强度公式计算式中 -计算的齿轮模数; i-计算齿轮的传动比; 电机的功率,kw; -齿宽系数,=B/m(B为齿宽;m为模数)一般取=610,此处=10 -计算齿轮的齿数; -许用接触应力mpa,取=1100MPa; -齿轮的计算转速,r/min。圆整模数:m1=2mm,m2=3mm,m3=3 mm。 2 各传动副间的中心距:轴I-II间齿轮的中心距为a1=(z1+z2)*m/2=90*2/2=90mm轴II-III间齿轮的中心距为a2=(z1+z2)*m/2=70*3/2=105mm轴III-IV间齿轮的中心距为a3=(z1+z2)*m/2=72*3/2=108mmm1=2mmm2=3mmm3=3 mma1=90mma2=105mma3=108mm4.4轴的结构设计轴1的结构设计尺寸轴2的结构设计尺寸轴3的结构设计尺寸主轴的结构设计尺寸4.5 皮带的相关计算 1 确定计算功率计算功率是根据传动的功率p,并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而定的。即=kp式中:-计算功率,单位为kw; p-传动的额定功率(例如电动机的额定功率),单位为kw; k-工作情况系数,见表7 表7工作情况系数注:反复起动、正反转频繁、工作条件恶劣等场合,k应乘1.2。根据机床的工作情况取k=1.1。则 =kp=1.1*5=5.5kw 2 选择带型根据计算功率和小带轮转速n1由图15选定带型 图15普通v带选型图计算功率=5.5kw,小带轮转速n1=1450r/min。查表得选择A型皮带。 3 初选小带轮的基准直径 根据v带截型,参考文献2中的表83及表87选取为了提高v带的寿命选取较大的直径。取=50mm。则大带轮的直径D为:D=n1/n2*=1450/500*50=145mm 4 计算带轮的转速v 对普通v带。一般。同时,一般v不得低于5m/s,所以v=5m/s合适。 5 初定中心距a和带的基准长度根据传动的结构需要初定中心距a0,取中心距a0为:a0=1.5(+D)=1.5*(50+145)=292.5mm a0取定后,根据带传动的几何关系,按下式计算所需带的基准长度:=2*292.5+3.14/2*(50+145)+(145-50)(145-50)/4*292.5=898.8mm根据,有文献2中表82中选取=1000mm采用下式作近似计算a,即 所以=292.5+(1000-898.8)/2=343.1mm 6 验算小带轮上的包角根据对包角的要求,应保证 即=180-(145-50)/343.1*57.5=164120 7确定带的根数z 式中:考虑包角不同时的影响系数,简称包角系数,查文献2表88; 考虑带的长度不同时的影响系数,简称长度系数,查文献2表82; 单根v带的基本额定功率,查文献2表85a或85c; 计入传动比的影响时,单根v带额定功率的增量(因p0是按a=180,即d1=d2的条件计算的,而当传动比越大时,从动轮直径就越比主动轮直径大,带绕上从动轮时的弯曲应力就越比绕上主动轮时的小,故其传动能力既有提高),其值见文献表85b或85d。查文献中表88,82,85得。kw。所以 根。5 主要零件的验算5.1 齿轮的强度验算 变速箱中的齿轮,不必都作强度验算。可在相同模数和材料的齿轮中,选取一个承受载荷最大并且齿数最小的齿轮,验算它的接触和弯曲疲劳强度。一般说来,对高速传动齿轮以验算接触强度为主,对低速传动齿轮主要考虑其弯曲强度,对硬齿面软齿芯的渗碳淬火齿轮,必须验算其弯曲疲劳强度。由图13转速图可知该机床变速组内的齿轮都是高速传动,故按接触疲劳计算齿轮模数:式中:齿轮所传递的额定功率kw, 电动机功率; 从电动机到所计算齿轮的传动效率; 小齿轮齿数; 齿轮对的传动比,Z2为大齿轮齿数,i后面的“+”用于外啮合,“-”用于内啮合; 齿宽系数,(B为齿宽;m为模数),通常取; 齿轮的计算转速r/min; 工作状况系数,考虑载荷冲击的影响: 冲击性机床(如刨床、插床) 主运动(中等冲击) ; 辅助传动(轻微冲击) ; 动载荷系数; 齿向载荷分布系数; 许用接触应力,取=1100MPa。 表8 直齿圆柱齿轮的动载荷系数精度等级齿面硬度 圆周线速度vm/sHB 350111.11.11.21.21.31.31.51.47350HB 350111.21.21.41.31.51.48350HB 350111.31.31.51.49350HB 3501.11.11.41.4 表9 圆柱齿轮的齿向载荷分布系数圆柱齿轮对称布置与两轴承之间齿轮非对称布置于两轴承之间齿轮悬臂安装轴的刚度较高轴的刚度较低0.2111.051.080.411.041.121.150.61.031.101.221.220.81.051.101.281.301.01.51.081.301.401.451.551.52.21.15 查表8,9得=1.3,=1。取,。所以轴III间齿轮的模数为轴IIIII间齿轮的模数为轴IIIIV间齿轮的模数为5.2 主轴的验算 6.2.1主轴的强度验算 机床变速箱中的传动轴,受到装在轴上的主、被动齿轮的圆周力、径向力(如果是斜齿圆柱齿轮或锥齿轮,则还有轴向力)的作用,齿轮的圆周力使轴传递扭矩,齿轮的径向力(和轴向力)使轴受弯矩,所以传动轴应按弯矩和扭矩合成的强度条件进行验算。 a 受力分析主轴所受的力如图所示: (1)主轴所受到的外力为 所以 (2)求支座反力在H平面内,将支座约束看做支座反力,其受力如图所示:则根据静力平衡方程得:在V平面内,其受力如图所示:则 (b) 求合成弯矩M 在H平面内,弯矩如下页图所示: 在V平面内,弯矩如下页图所示: 所以合成弯矩如下页图所示: (c) 求轴所传递的扭矩T 式中:该轴传递的额定功率kw; 轴的计算转速r/min。则 扭矩图如图所示: 轴的载荷分析图有轴的载荷分析图可知,在D面处的载荷最大,是危险断面所以验算D断面处的复合应力式中:危险断面上合成弯矩, 危险断面上的合成扭矩; 危险断面的抗弯断面模数; 实心圆轴: 空心圆轴: 矩形花键轴: 实心轴直径,空心轴外径,花键轴外径mm; 空心轴内径,花键轴内径mm; 花键轴键宽mm; 花键轴的键数; 许用复合应力,有表选取。查文献2中表151得所以 由计算可知轴的刚度满足要求。5.3 花键的验算 花键的主要失效形式是工作面被压溃(静联接)或工作面过度磨埙(动联接)。因此,静联接通常按工作面上的挤压应力进行强度计算,动联接则按工作面上的压力进行条件性的强度计算。该车床上在主轴上的花键是动联接,所以要按工作面上的压力进行条件性的强度计算。即式中:载荷分配不均系数,与齿数多少有关,一般取,齿数多时取偏小值; 花键的齿数; 齿的工作长度,单位为mm; 花键齿侧的工作高度,矩形花键,此处D为外花键的大直径,为d内花键的小直径,为C倒角尺寸,单位均为mm;渐开线花键,a=30,h=m;a=45,h=0.8m,m为模数; 花键的平均直径,矩形花键, 渐开线花键,为分度圆直径,单位为mm; 花键联接的许用压力,单位为Mpa,见表10。许用挤压应力、许用压力联接工作方式使用和制造情况齿面未经热处理齿面经热处理静联接不良中等良好355060100801204070100140120200空栽下移动的动联接不良中等良好152020302540203530604070在载荷作用下移动的动联接不良中等良好3105151020 已知:z=10,h=(96-90)/2-2c=3-2*1=1,l=21,取。取p=30。则 满足要求。 结束语珩齿加工是近年发展起来的一种齿轮精加工方法,可以有效的改善齿面质量。齿轮形珩轮外啮合珩齿已有广泛应用。70年代推出的蜗杆式珩轮珩齿工艺,珩轮齿形可以精确成型珩轮精度高,珩齿切削速度高,修正轮齿误差的能力强。首先在日本广泛使用,其后在我国也开始应用,郑州机械研究所所用的圆柱蜗杆式珩轮珩双圆弧齿轮后表面粗糙度从降低到齿向精度也得到很大提高,效果非常显著。应用环面蜗轩形珩轮珩齿,接触条件可进一步改善,珩轮和工件具有相互提高精度的柞甩,但珩轮修正较为复杂。1979年瑞士开发的内啮合珩齿机,其后人造金钢石等超硬材料的应用,精密加工,精密测量,精密复合电镀等先进技术的发展使内啮合珩齿机在汽车,飞机制造中得到推广使用目前珩齿用于珩磨中小模数的齿轮,我国研究人员研究了可控电解珩磨工艺,解决了大模数齿轮的珩磨,其工艺特点是不受齿轮模数,齿数,尺寸及结构的形式限制,可在滚齿基础上,将齿形精度提高12个等级,表面粗糙度降到ra0。5以下,国内外的研究多着眼于在进一步提高珩齿精度的前提下提高珩磨轮的寿命。本次改装是在普通车床上进行的,主要用于齿轮热处理后氧化及毛刺,可使光洁度提高79个等级,齿轮传动的噪声也略有降低,生产效率很高。本次毕业设计,是在老师的认真指导下进行的,设计前,学校先组织我们到工厂实习,使我们对自己的设计课题有了感性的认识,然后,老师又知道我们阅读了大量的课题有关的资料。因为要求使用计算机编写,设计图纸使用AutoCAD绘图,通过本次设计,我们所学到的专业知识得到了很大程度的巩固和提高,计算机操作也得到了十分巨大的进步。另外在设计过程中,我们查阅了的资料,经历的时间比较长,培养了我们认真严谨的工作态度。毕业设计不仅是对我们所学知识的考察,也是对自己养成良好工作习惯的一次锻炼。临近结束,回想这次毕业设计,既是对我们的一次考验,也是对我们的一次锻炼。说是考验,是因为在毕业设计前总觉得自己已经做过那么多次的课程设计,水平没有八两也该有半斤吧。可是刚拿到题目时却是一头的雾水,不知从何下手。从来没有过的不知所措的感觉一下子涌了上来。设计过程中要用到太多的知识,而且是综合性的运用。而自己就是知识也都忘记得差不多了,更别说什么综合运用了!再掂掂自己的水平,说实话已不足半斤了。一切要从头做起!以自己不足半斤八两的实力去面对如此复杂的毕业设计这本身就是一个很大的考验,但换个角度,也是一种很大的挑战!说是锻炼,很显然,让我这种不足半斤水平的实力来完成如此复杂的的毕业设计,这个过程就是一种锻炼!通过这次锻炼,提高了自己查阅资料的能力,并熟悉了有关的技术政策,提高了熟练应用国家标准、规范手册、图册等工具书进行设计计算、数据处理、编写技术文件的独立工作能力。在我们团队的的紧密配合下,在老师的指导下,我们克服了一个又一个的难题。就我们目前的水平来说,一人独立设计一台机床是很艰难的,只有我们紧密合作发挥出团队的精神才可以完成。对于一个即将踏上社会的学生来讲,将会面临更多、更强的考验和锻炼,而这次练兵无疑增加了我们去面对未来,迎接挑战的砝码!然而由于我们能力有限,加之时间仓促,设计中一定会存在问题,希望老师同学批评指正,多提宝贵意见。致 谢经过这段时间的学习,不仅拓宽了知识面,而且巩固了大学里学到的机械专业的知识。最重要的是锻炼了自己的设计能力。可谓收获颇丰。当然这与老师的指导是分不开的,首先我要感谢我的指导老师焦锋老师,不厌其烦的为我们纠正错误,在老师的指导下,遇到的许多问题都一一解决了。我还要感谢学校的老师,谢谢您们这么多年在学校对我的教育和教诲,通过您们的帮助,使我成为了一名合格的大学毕业生,成为了国家实现四个现代化栋梁之才的。当然,我还要要感谢我的亲人以及同学,谢谢你们一如既往的支持与鼓励。参考文献【1】 机械工程手册,机械工程手册编委会编,机械工业出版社,1980【2】 机械课程设计手册,许高燕主编,中国地址大学出版社,1989【3】 齿轮制造手册,齿轮制造手册编委会编,北京,机械工业出版社,1997【4】 机械制造工艺手册,王绍竣主编,哈尔滨工业大学出版社,1984【5】 机械制造工程系统自动化,方明伦主编,上海工业大学出版社,1982【6】 机械振动,郑兆昌主编,机械工业出版社,1980【7】 小磨数齿轮加工,国防工业出版社,1972【8】 机械零件课程设计,毛振杨主编,浙江大学出版社,1985【9】 机械零件设计手册,东北工学院编,冶金工业出版社,1982【10】 机械工程师实用数据简明手册,张庆如主编,天津大学出版社,1992【11】 金属切削机床设计,戴署主编,机械工业出版社,1981【12】 工程材料,郑明新主编,北京,清华大学出版社,1983【13】 圆柱齿轮加工,上海工业大学编,上海科学技术出版社,1979注: 52
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