液壓仿行機床設(shè)計,液壓,仿行,機床,設(shè)計 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 I 摘 要 畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)工科學(xué)生的一個實踐性教育環(huán)節(jié)，它是在學(xué)完全部專業(yè)課程并在 做過課程設(shè)計的基礎(chǔ)上進行。 通過畢業(yè)設(shè)計進一步鞏固擴大和深化了我們所學(xué)的基本理論?；局R和基本技 能，提高了我們設(shè)計計算制圖，編寫技術(shù)文件正確使用技術(shù)資料，標(biāo)準(zhǔn)手冊等工具書 的獨立工作的能力。培養(yǎng)了我們綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的 知識解決工程技術(shù)問題的能力。 在這次別設(shè)計中，我查閱有關(guān)資料?？紤]到生產(chǎn)要求是大批量生產(chǎn)并且加工工件 是弧形的，為提高生產(chǎn)率，所以該專用機床帶有仿形的功能并且是半自動化的。在老 師的指導(dǎo)下完成了 200mm 外圓和端面通用機床的設(shè)計。在機械設(shè)計過程中考慮到節(jié)省 能源、使用方便、成本低等要求。在電設(shè)過程中，力求做到結(jié)構(gòu)簡單，功耗小，成本 低。 關(guān)鍵詞 專用機床；仿形功能；半自動化 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 II Abstract Graduation design is to develop a practical engineering students education link, it is in full professional course and in doing curriculum design basis. Through the graduation design further consolidate expand and deepen our learned basic theories. The basic knowledge and skills, to enhance our design calculation drawings, compile technical documents correctly use technical data, such as the reference standard manual work independently. Cultivate our integrated learned the basic courses, technical fundamental course and specialized course knowledge solving engineering technical question ability. In this time don't design, I look up relevant material. Considering the production requirement is mass production and machining is of arc, in order to improve productivity, so the special machine tool with a copy of fractal function and is half automation. In under the guidance of teachers who completed 200mm external circular and fiber-end surface general machine design. In mechanical design process considering to save energy and convenient use, low cost and requirements. In the electrical set process, strives to be simple structure, low consumption, low cost. Keywords: special machinet；Copy shape function； semi-automatic 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 III 目錄 摘 要 ....................................................................................................................................I Abstract.................................................................................................................................II 1 緒論 .................................................................................................................................1 1.1 機床設(shè)計的目的 ....................................................................................................1 1.2 機床設(shè)計的主要任務(wù) ............................................................................................1 1.3 機床總體方案設(shè)計................................................................................................3 2 主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計 .................................................................................................4 2.1 主要技術(shù)參數(shù)的確定 ............................................................................................4 2.1.1 主軸轉(zhuǎn)速的確定 .................................................................................................4 2.1.2 主傳動電動機功率的確定 ...............................................................................5 2.2 主傳動系統(tǒng)的確定 ................................................................................................5 2.2.1 主傳動系統(tǒng)公比的選擇 .....................................................................................5 2.2.2 主傳動設(shè)計方案的確定 .....................................................................................6 2.2.3 主傳動齒輪齒數(shù)的確定 .....................................................................................7 2.2.4 各軸及各齒輪計算轉(zhuǎn)速的確定 .........................................................................8 2.2.5 驗算各級轉(zhuǎn)速誤差 .............................................................................................8 3 機床主要零件的計算 ...................................................................................................10 3.1 三角帶傳動的計算與選定 ..................................................................................10 3.2 傳動軸的計算 ......................................................................................................11 3.2.1 傳動軸直徑的估算 ...........................................................................................11 3.2.2 傳動軸的校核 ...................................................................................................12 3.3 主軸的計算 ..........................................................................................................16 3.3.1 選擇主軸軸徑 ...................................................................................................16 3.3.2 主軸合理跨距的確定.......................................................................................16 3.4 直齒圓柱齒輪強度計算......................................................................................16 3.4.1 齒輪模數(shù)的估算...............................................................................................16 3.4.2 齒輪結(jié)構(gòu)尺寸的計算.......................................................................................17 3.4.3 齒輪模數(shù)的驗算...............................................................................................18 3.4.4 各軸的中心距...................................................................................................19 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 IV 3.4.5 滾動軸承壽命計算...........................................................................................20 4 主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .......................................................................................................22 4.1 主軸組件分析 ......................................................................................................22 4.2 主軸箱其他結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..........................................................................................22 5 機床的液壓傳動系統(tǒng) ...................................................................................................25 5.1 后頂尖的設(shè)計......................................................................................................25 5.2 下刀架的液壓控制系統(tǒng)......................................................................................25 5.3 液壓仿形系統(tǒng)......................................................................................................26 6 結(jié)論...............................................................................................................................28 致 謝 .................................................................................................................................30 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................31 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 1 緒論 1.1 機床設(shè)計的目的 機械系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計是專業(yè)課最后一個實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是機械零件課程設(shè)計的 延伸，是機械系統(tǒng)設(shè)計的一次全面訓(xùn)練，為畢業(yè)設(shè)計打下良好基礎(chǔ)，其目的是： （1）聯(lián)系生產(chǎn)實際，運用所學(xué)過的知識，培養(yǎng)獨立的分析問題、解決問題的能力。 （2）利用“機械系統(tǒng)設(shè)計” 、 “裝備設(shè)計”及“機械設(shè)計”等前序課的知識，學(xué)會并 掌握機械系統(tǒng)設(shè)計的特點及方法，學(xué)會并掌握機械系統(tǒng)設(shè)計中“參數(shù)設(shè)計” 、 “方案設(shè) 計”及“結(jié)構(gòu)設(shè)計”的方法。 （3）加強機械設(shè)計中基本技能的訓(xùn)練。加強計算能力，加強運用有關(guān)設(shè)計資料、設(shè) 計手冊、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及經(jīng)驗數(shù)據(jù)的能力，加強機械繪圖的能力。 （4）鞏固和加強機械零件的設(shè)計及制造工藝方向的知識。 1.2 機床設(shè)計的主要任務(wù) 該機床主要是針對工件的弧形及槽的加工而設(shè)計的 工件材料: 45 鋼 刀具材料: YT15 最大加工直徑: Φ200mm 工件加工的生產(chǎn)類型:大批量生產(chǎn) 其主要內(nèi)容包括: ?運動設(shè)計 ?結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?動力計算 （1）運動設(shè)計 根據(jù)機床的用途、規(guī)格和常用的切削用量以及同類型機床的分析對比，合理確定 主軸的極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比、轉(zhuǎn)速級數(shù)，選擇電動機功率和型號。擬定傳動結(jié)構(gòu) 方案，繪制轉(zhuǎn)速圖，合理分配傳動副及傳動比。確定齒輪的齒數(shù)，驗算轉(zhuǎn)速誤差，最 后繪制出完整的轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 （2）動力計算 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 2 根據(jù)確定的電動機功率和傳動件的計算載荷及其尺寸進行校核 （3）結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個設(shè)計的重點，這部分主要包括：變速機構(gòu)、傳動軸系、主軸組件、 操縱結(jié)構(gòu)以及箱體、潤滑密封等設(shè)計 1.3 機床總體方案設(shè)計 機床總體方案設(shè)計就是確定機床主要部件之間的相互位置關(guān)系以及他們之間的相 對運動關(guān)系 1、機床的運動及其分配 機床運動分配四個原則： （1）將運動分配給質(zhì)量小的零部件 （2）運動分配應(yīng)有利于提高工件的加工精度 （3）運動分配應(yīng)有利于提高運動部件的剛度 （4）運動分配應(yīng)視工件形狀而定 在機床上，依靠刀具、工件之間的相對運動，加工出一定形狀的工件表面。不同的 工件表面往往需要采用不同類型的機床。該機床采用車削的方式進行加工應(yīng)有主軸的 回轉(zhuǎn)運動（主運動）和刀架的縱橫向移動（進給運動） ，在車削弧形時，為了滿足其特 殊加工要求液壓系統(tǒng)伺服控制刀架的移動。 由于考慮到同時進行車弧形及切槽的加工、刀架位置硬作繞主軸軸線的回轉(zhuǎn)運動， 又因為能加工部件為一回轉(zhuǎn)件，所以采用工件作回轉(zhuǎn)，刀具作進給運動比較方便。 二、工件的形狀、尺寸和重量 車床用于車削回轉(zhuǎn)軸類零件，采用臥式布局。主軸箱和刀架分別安裝在床身上， 使受力情況都得到改善。 3、加工精度和粗糙度 機床有較高的加工精度和粗糙度要求，在考慮機床布局階段采取措施，以便盡量 提高機床的傳動精度和剛度，減少振動和熱變形。 為提高機床的傳動精度，可適當(dāng)?shù)靥岣邆鲃蛹闹圃炀?；為提高機床的剛度， 機床盡量形成框架式結(jié)構(gòu)；為減少振動，采用皮帶傳動；對于熱變形的影響，液壓傳 動的油箱需與床身分開，減少變形。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 3 4、生產(chǎn)批量 生產(chǎn)批量是影響機床總體設(shè)計的主要因素，該機床由于時大批量的生產(chǎn)，所以要 求車床能進行多工序的加工，同時采用 E、T 兩個刀架，粗加工過程中可以進行迅速調(diào) 整，提高生產(chǎn)率。 5、便于操作、維修 機床的總體設(shè)計應(yīng)便于操作和觀察加工情況，所以該車床將主軸箱安裝在左面， 刀架布置在工件的正面和下面。采用的操縱機構(gòu)，應(yīng)集中在便于操作的區(qū)域。為使機 床具有較高的生產(chǎn)率和自動化程度，也應(yīng)特別注意排漏問題。 6、機床的外形 機床在經(jīng)濟、適用的前提下，應(yīng)注意外形，使機床美觀大方、對稱和諧。該機床 外形輪廓采用直線和光滑曲線的組合。支承件和被支承件的比例適當(dāng)，可給人穩(wěn)定而 安全的感覺。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 4 min/90185max10inin rdV?????i/2436inax? 735.06?mvK 2 主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計 2.1 主要技術(shù)參數(shù)的確定 2.1.1 主軸轉(zhuǎn)速的確定 1.首先根據(jù)硬質(zhì)合金焊接車刀耐用度數(shù)值范圍 Tm=15~60min，選 Tm=60min。根據(jù)粗加 工要求選取 ap、 f， 依據(jù)計算公式： ………………………………2.1vyxpmvTkfaC???V 式中 Cv——與耐用度實驗條件有關(guān)的系數(shù) M、X v、y v——分別表示對 T、a p、和 f 影響程度的指數(shù) Kv——切削條件與實驗條件不同的修正系數(shù) 查表得 235?v2.0m5.?vX45.0vy 其中 ……………………2.2kTrxtvK?? 查表得 .1tv.1xrK1.Tr .v 經(jīng)計算取 in/36maxVin/5minV 2.確定經(jīng)濟加工直徑范圍 ………………………………………2.3DKd??max ，加工的最大直徑9.0?K20 所以 1802max? 由于采用多刀半自動車床，計算直徑范圍 ，取35.~dR3.0?dR 所以 d5483.min 極限轉(zhuǎn)速： 查金屬切削機床設(shè)計手冊取 in/10maxr? 9in 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 3.轉(zhuǎn)速損失 ……………………………2.4%10nA???理 論 理 論實 8.9821? 0092??? 2.1.2 主傳動電動機功率的確定 電動機功率是計算機床零件和決定尺寸的主要依據(jù) ……………………………………2.5總切主 ?/N? 式中： ——主傳動電動機功率主N ——切削功率切 ——主傳動鏈的總效率總? 一般可取 取 85.0~7?總 8.0?總? 電動機的額定功率： kN/主額 式中：k——電動機起載系數(shù) 取 k=1.0 vFN?切切 式中 fap75.0162?切 5?pa5.0f 工件材料：45 鋼 刀具材料：YT15 所以 N483.750??切 KWv96.16483F?切切 ./91/N?總切主 ? 取 選電動機型號： Y160L-4 同步轉(zhuǎn)速：1500r/min KW5?額 額定轉(zhuǎn)速：1460r/min 2.2 主傳動系統(tǒng)的確定 2.2.1 主傳動系統(tǒng)公比的選擇 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 考慮機床為大批量生產(chǎn)用的專門化機床，應(yīng)使機床的轉(zhuǎn)速損失盡量小，以提高生產(chǎn) 率，取 41.?? 又因為這類機床的生產(chǎn)率高，轉(zhuǎn)速損失影響較大，另一方面這類機床不經(jīng)常變速， 變速機構(gòu)采用交換齒輪，交換齒輪機構(gòu)能實現(xiàn)小公比，而結(jié)構(gòu)又簡單。 814.lg90/1lRZn?????轉(zhuǎn) 速 級 數(shù) 查表得主軸轉(zhuǎn)速分別為：90r/min、125r/min、180r/min 、250r/min、355r/min、 500r/min、710r/min、1000r/min 2.2.2 主傳動設(shè)計方案的確定 1.確定變速組的數(shù)目 考慮到此機床是切削炮彈的專用仿形機床 CET120，在全部變速范圍內(nèi)各級轉(zhuǎn)速的 使用機會并不相同。高速、低速使用頻繁，所以兩端及中間的主軸轉(zhuǎn)速，采用離合器 和交換齒輪變速。 交換齒輪變速機構(gòu)的構(gòu)造簡單、結(jié)構(gòu)緊湊。主要用于大批量生產(chǎn)中的自動或半自 動機床、專用機床及組合機床等。 離合器變速機構(gòu)采用電磁離合器。 ??31268??? 2.擬定轉(zhuǎn)速圖 轉(zhuǎn)速圖擬定原則：（1）極限傳動比、極限變速范圍原則 241?i8r （2）傳動副數(shù)前多后少原則 cbap? （3）前密后疏原則 cbax? （4）最小傳動比原則 41min 考慮到傳動比的分配、噪聲及空載功率，損耗方面應(yīng)注意以下幾點：（1）分配后 的傳動比，在各變速組中盡可能不超出極限傳動比 、 （2）應(yīng)取逐漸瞬速的原axiin 則分配變速組中的傳動比即“前慢后快” ，這樣中間軸有較高的轉(zhuǎn)速 （3）降低傳動件 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 噪聲，各中間軸的轉(zhuǎn)速也要適宜不應(yīng)太高。降速傳動副的傳動比不應(yīng)太低 （4）為減 少空載功率損耗，各中間傳動軸轉(zhuǎn)速也不宜過高，并應(yīng)減少中間傳動軸的轉(zhuǎn)速之和。 圖 2.1 轉(zhuǎn)速圖 2.2.3 主傳動齒輪齒數(shù)的確定 A 變速組： 41.21??Zia 1432?Zia .653ia 最小齒輪齒數(shù)發(fā)生在 中即 ，根據(jù)具體情況取1ai1minz?371?z 534./17Z2?ai 905S?z齒 數(shù) 和 由式 ………………………………………2.6zjSiZ??1 ………………………………………2.7z?'j 45901Z43???53904.5??379041.6???Z 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 B 變速組： 采用交換齒輪36.2/187?biZ 設(shè). 27min?Z 58? C 變速組： 設(shè)4.2/1/09?Z9min 71 2.2.4 各軸及各齒輪計算轉(zhuǎn)速的確定 1.主軸計算轉(zhuǎn)速的確定 主軸計算轉(zhuǎn)速是主軸傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速，從計算轉(zhuǎn)速起至主軸最高轉(zhuǎn)速 之間的所有轉(zhuǎn)速都能夠傳遞全部功率。 min/1603 8minrj??? 2.其它傳遞件計算轉(zhuǎn)速的確定 主軸從計算轉(zhuǎn)速起至最高轉(zhuǎn)速間的所有轉(zhuǎn)速都能傳遞全部功率，所以能實現(xiàn)上述 主軸轉(zhuǎn)速的其它傳動件的工作轉(zhuǎn)速，也傳遞全部功率。這些實際轉(zhuǎn)速中的最低轉(zhuǎn)速就 是其傳動件的計算轉(zhuǎn)速。 表 2.1 各軸的計算轉(zhuǎn)速 (r/min) 軸 號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 各級轉(zhuǎn)速 731 510 434 180 表 2.2 各齒輪的計算轉(zhuǎn)速 (r/min) 齒數(shù) 29 22 52 37 45 53 計算轉(zhuǎn)速 434 1026 510.6 731.4 731 731 齒數(shù) 70 52 22 53 45 37 計算轉(zhuǎn)速 180 434 1206 510.6 731 1021 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 2.2.5 驗算各級轉(zhuǎn)速誤差 min/870295398.0241561 rn????? 4.162 i/2.83 r n50379539024164n???? mi/6.5 r? .102816 各級轉(zhuǎn)速誤差： %.90 '1???n? 1.2546 '2 .081 '3????n? %6.53 '4 .071 '5???n? .5. '6 許用轉(zhuǎn)速誤差 ： %1.40)1(???????? 以上轉(zhuǎn)速都在 的范圍內(nèi)，符合要求。%.4 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 min/02.4815.73460min12 rD???smnDv /5/6.96014251 ????? 3 機床主要零件的計算 3.1 三角帶傳動的計算和選定 三角帶的選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定 的疲勞強度） 。 (1)確定計算功率 jN ………………………………………3.1kj?? 式中 N——主動帶輪傳動功率 K——工作情況系數(shù) KWj 18502.? （2）選擇標(biāo)準(zhǔn)三角帶型號 根據(jù)計算功率 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 ，選定三角帶的型號。 選定三jN1nmin/1460rn? 角 B 型三角帶。 （3）確定帶輪直徑 、1D2 小帶輪直徑 應(yīng)滿足： min? 為三角帶直徑的最小計算直徑， 盡量選用較大的直徑以減少三角帶應(yīng)力，minQ1D 從而提高三角帶的使用壽命。 選 5in? 大輪直徑 式中 、 為大小帶輪的轉(zhuǎn)速1 取 482 （4）計算三角帶速度 V 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 3.2 傳動軸的計算 3.2.1 傳動軸直徑的估算 由于在數(shù)值上 時可按扭轉(zhuǎn)剛度估算，即jnN?mnNAdj4? 式中：d——軸的危險截面，當(dāng)存在鍵時，則花鍵軸的直徑可比 d 值減少 7%，對于 空心軸則應(yīng)乘以修正系數(shù) b N——計算軸的額定功率[kw] ——從電機到計算軸的傳遞效率? ——計算軸的計算轉(zhuǎn)速[r/min]jn A——設(shè)計常數(shù)一般取 10 1.Ⅰ軸的傳遞功率 kwINd3.1496.05????? 根據(jù)用戶要求并考慮 I 軸結(jié)構(gòu)，取 mdI45 花鍵軸徑 取為 42mm 裝軸承直徑 d=50mm8.41%)7(45??? 2.Ⅱ軸的傳遞功率 kwNd 1.498.0615?????8.65//04?jn 花鍵內(nèi)徑 取為 46mm.%)7(? 3.Ⅲ軸的傳遞功率 kwNd 8.139.06.15Ⅲ????? m546//044?jn 考慮此軸有制動取 3.2.2 傳動軸的校核（本設(shè)計中僅對第二軸進行強度校核） nIj ./14?軸 軸 徑 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 12 NdTFt 28065.1/7.349502/1 ???tgtr 3.86?? 圖 3.1 Ⅱ軸受力簡圖B 處作用齒輪 Z=53 受力大小為： D 處作用齒輪 Z=52 受力大小為： NdTFt 28601/7.534902/2 ??? tgtr86?? A)平面受力（圖 a） ?計算約束力：已知 a=310 b=160 c=60 由平衡方程 0??M )()(221 cbaFbRFrr ????? )6103416030 .492?? ?Y 3.4802.9121 ?????rrFR ? B-B 截面、C-C 截面、D-D 彎矩（圖 b、c 、d） mNaXMB ????? 83.430.48)(1 1602)1()(1 ?????FbRrC ?.62 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 mN cRCbFcaRXMrD?? ??????19 603.49)160(2)6013(.480) 2 B)垂直面受力（圖 F） ? 0?)6013(2860)130(1286)'2 ' ?????RcbaFatt N74'?? 0?Y NFtt 2)74(2'1' ?? ?B-B、C-C、D-D 截面彎矩（圖 g、h、i） maRXMB????9.40)('1 NbFtc ??17)(' cRctD'2'1)()( ??? m?? ???6.0 60)1374()60(803(2 垂直面彎矩圖（j） 、合成彎矩圖（ k） 、扭矩圖（L） 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 14 圖 3.2 Ⅱ軸設(shè)計 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 15 抗 扭 截 面 系 數(shù)?pWMpaTpam5.61021????makS????????1 PaWMa 66105.43102.?????? 軸的安全系數(shù)校核： 由彎矩圖可知 B-B 截面為危險截面，彎矩引起對稱循環(huán)的彎應(yīng)力，轉(zhuǎn)矩引起的為 脈動循環(huán)的剪應(yīng)力。 彎曲應(yīng)力幅： W—抗彎截面系數(shù) 對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力0?mE 彎 曲 疲 勞 極 限對 稱 循 環(huán) 下 試 件 材 料 的Mpa271?? 數(shù)彎 曲 的 有 效 應(yīng) 力 集 中 系5.k 表 面 質(zhì) 量 系 數(shù)90? 數(shù)彎 曲 的 絕 對 尺 寸 影 響 系84.??? 均 應(yīng) 力彎 曲 應(yīng) 力 的 應(yīng) 力 幅 、 平、 ma 為 應(yīng) 力 幅 的 折 算 系 數(shù)彎 曲 時 將 平 均 應(yīng) 力 折 算? 9.?S 剪力幅： 扭 轉(zhuǎn) 疲 勞 極 限對 稱 循 環(huán) 下 試 件 材 料 的Mp51?? 數(shù)扭 轉(zhuǎn) 的 有 效 應(yīng) 力 集 中 系38.?k 表 面 質(zhì) 量 系 數(shù)90 數(shù)彎 曲 的 絕 對 尺 寸 影 響 系7.?? 均 應(yīng) 力彎 曲 應(yīng) 力 的 應(yīng) 力 幅 、 平、 ma 為 應(yīng) 力 幅 的 折 算 系 數(shù)彎 曲 時 將 平 均 應(yīng) 力 折 算?? 9.10?S makS??????? 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 16 ][68.29.10.2/910./2 SSS ???????????? 所以軸的強度合格 3.3 主軸的計算 3.3.1 選擇主軸軸徑 通常主軸軸徑是指主軸前軸徑的直徑 查表 選主軸軸徑 mD130? 后軸徑 2)85.~7( mD91307.2?? 3.3.2 主軸合理跨距的確定 主軸前端懸伸量 X，應(yīng)盡量減小，利于提高主軸組件的剛度。 1/?Dama130?a5~3）（合 理 ?L 6530?合 理L 3.4 直齒圓柱齒輪強度計算 3.4.1 齒輪模數(shù)的估算 通常同一傳動件中的齒輪取同一模數(shù)，并且選同模數(shù)齒輪中承受載荷最大的、齒 數(shù)最少的齒輪進行初步計算。 32/jnNm? 式中 N-齒輪傳遞的額定功率[kw] dN??? kw電 動 機 功 率? 齒 輪 的 傳 動 效 率 齒 輪 的 計 算 轉(zhuǎn) 速jn A 變速組： 587.2317/.432???m B 變速組： 06 C 變速組： 9./8.3 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 17 所以查表取 5.3?am5.3?b4?cm 3.4.2 齒輪結(jié)構(gòu)尺寸的計算 分度圓直徑 齒頂圓直徑zd? )2(??zda 齒根圓直徑 )5.2(?mf 由上述計算公式得齒輪參數(shù)如下： Ⅰ軸： 37Zd.1937.? ma56)2(5??? f 7.0..? 53Zd5.183.? a92)(??? mf 7.6..? Ⅱ軸： 2Zd25.3? a84)(??? f 25.6..? 52Zmd1852.3? a9)(??? f 25.73..? Ⅲ軸： 29Zd16294? ma4)(?? f 5.? 70Zd28074? a)(?? mf 75.? 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 18 取齒寬系數(shù)mb/??4.7?b? A 變速組中 ma265.347?? B 變速組中 b C 變速組中 c.9.? 3.4.3 齒輪模數(shù)的驗算 同一變速組中只需驗算承受載荷最大、齒數(shù)最少的齒輪即可。故 B 變速組中只需 校核齒數(shù)為 37 的齒輪即可。 線速度為 3maxax106/??DnV? inrmax由 轉(zhuǎn) 速 圖 查 得n 所以采用 8 級齒輪精度s/8.6 小齒輪材料 40Cr 高頻淬火 硬度 HRC45-50 大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比 齒寬系數(shù) 4.753/26/??Bm? 計算齒輪傳遞的功率： kw198.01??齒皮 帶齒 ?N 計算轉(zhuǎn)速 齒輪的工作期限 hTs5? 齒輪的最低轉(zhuǎn)速 min/10rn 基本循環(huán)次數(shù) m=3 m=97jC6012??wC 疲勞曲線指數(shù) 3j 9 功率利用系數(shù) .0?NjkNk 轉(zhuǎn)速變化系數(shù) 71njnw 材料強化系數(shù) .qj 81.0q 齒輪載荷系數(shù) 23/4/?Zmd? 1?bk 工作情況系數(shù) .c 動載荷系數(shù) 4d 齒形系數(shù) 63.0Y 43.1/12Zii/324j 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 19 許用接觸應(yīng)力 Mpaj1370][?? w54 工作期限系數(shù) 58.3/60?jsjTj CnmK 1w 壽命系數(shù)計算： .679.758.3?????qjNwnjTjsj 381w 壽命系數(shù)極限值： 9.1maxsjK27.0minsjK 850?w 6i?w 取 .sj 85.s 按接觸疲勞強度計算齒輪模數(shù)： 合 格5.348.2?? 按彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)： 合 格5.34.2?? 由于上述校核可知齒輪全部滿足接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度的要求，可以在工 作中正常使用。 3.4.4 各軸的中心距 Ⅰ-Ⅱ Ⅱ-Ⅲ Ⅲ-Ⅳ 3 21][/)1(68jmsbdcj nizNki???22054374... ??31][67jwmsdcbwnYzNk??1054346.0.??mZma5.17)3(25.)(2 1????.29.1Za5.17)3(25.)(21???? 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 20 3.4.5 滾動軸承壽命計算 壽命和動負(fù)荷驗算 T-軸承許用壽命[h] 查表 T=10000h C-軸承額定載荷 查滾動軸承手冊 50309 型號 NC37048.9?? 2610 211 型號 5 0 因為本設(shè)計中一個支點用兩個向心球軸承 所以 N74832??左C 65右 載 荷 對 材 料 的 強 化壽 命 系 數(shù) ， 不 考 慮 交 變?sK TnNsK 查表功 率 利 用 系 數(shù)N 1? 查表轉(zhuǎn) 速 變 化 系 數(shù)n 9.0n 工 作 期 限 系 數(shù)?TK 最 低 轉(zhuǎn) 速?1 ） 內(nèi) 的 總 工 作 時 間齒 輪 在 機 床 工 作 期 限 （ sTT 查表 基 本 循 環(huán) 次 數(shù)0C6012??C9m 58.179.1??TnNsK 速 度 系 數(shù)?nf ?jnf3/0 軸 承 的 計 算 轉(zhuǎn) 速?j 對 于 球 軸 承 查表 齒 輪 輪 換 工 作 系 數(shù)lK8.0?左lK9.0?右l 查表 工 作 情 況 系 數(shù)?Ff 21Ff P-當(dāng)量動載荷 采用向心球軸承 rP Nr 371205R'21??左 1)4(86' ???右 mT016?2.5396T 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 21 所以合格。 ][)(50TpfkcLFsnh??? 10568)2.1308.5146703)( ?????（右hL..3)(（左 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 22 4 主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 該機床主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在參考同類機床的基礎(chǔ)上進行的，對其合理的部分加 以采用，對其不合理部分進行改進。 4.1 主軸組件分析 主軸主件由主軸及其支承軸承、傳動件、定位元件等組成。它是主運動的執(zhí)行件， 是機床重要的組成部分。它的功用是縮小主運動的傳動誤差并將運動傳遞給工件或刀 具進行切削，形成表面成形運動；承受切削力和傳動力等載荷。主軸組件直接參與切 削，其性能影響加工精度和生產(chǎn)率，因而是決定機床性能和經(jīng)濟性指標(biāo)的重要因素。 主軸組件應(yīng)滿足的基本要求： 1.旋轉(zhuǎn)精度 主軸的選擇精度，是機床幾何精度的組成部分。旋轉(zhuǎn)精度是主軸組件裝配后， 靜止或低速空載狀態(tài)下，刀具或工件安裝基面上的全跳動值。它取決于主軸、主軸 的支承軸承、箱體孔等的制造精度、裝配和調(diào)整精度。 2.靜剛度 靜剛度，簡稱剛度，是主軸組件在靜載荷作用下抵抗變形的能力。主軸剛度是 綜合性參數(shù)，與主軸本身的剛度和支承軸承的剛度有關(guān)。主軸自身的剛度取決于主 軸的慣性矩、主軸端部的懸伸量和支承跨距；支承軸承剛度有軸承的類型、精度、 安裝形式、預(yù)緊程度等因素決定。 3.動剛度 機床在額定載荷下切削時，主軸組件抵抗變形的能力，稱為動剛度。由于工件 毛坯硬度不均、尺寸誤差、斷續(xù)切削等因素，使切削力成為變量。主軸組件的彈性 位移隨之成為變化的值，形成振動。動態(tài)剛度實際上是抵抗受迫振動和自激振動的 能力。切削力等外載引起的彈性位移的不斷變化是受迫振動；主軸、刀具、工件、 導(dǎo)軌、支承件等內(nèi)部系統(tǒng)自身形成的振動是自激振動，稱為切削穩(wěn)定性。 主軸組件的動剛度直接影響加工精度和刀具的使用壽命，是機床重要的性能指 標(biāo)。但目前，抗振性的指標(biāo)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可在統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上結(jié)合實驗 進行確定。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 23 動剛度與靜剛度成正比，在共振區(qū)，與阻尼（振動的阻力）近似成比例?？赏?過增加靜剛度，增加阻尼比來提高動剛度。 4.溫升與熱變形 主軸組件工作時，軸承的摩擦形成熱源，切削熱和齒輪嚙合熱的傳遞，導(dǎo)致主 軸部件溫度升高，產(chǎn)生熱變形。主軸熱變形可引起軸承間隙變化，軸心位置偏移， 定位基準(zhǔn)面的形狀尺寸和位置產(chǎn)生變化；潤滑油升溫后，粘度下降，阻尼降低。因 此主軸組件的熱變形，將嚴(yán)重影響加工精度。 5.精度保持性 主軸組件的精度保持性是指長期保持其原始制造精度的能力。主軸組件的主要 失效形式是磨損，所以精度保持性又稱為耐磨性。 主軸的構(gòu)造主要決定于軸安裝的傳動件，軸承等零件的數(shù)量，位置和安裝方法等。 考慮主軸的加工和裝配的工藝性把主軸做成階梯形，且采用定心階梯軸，其內(nèi)孔用于 通過棒料的液壓夾緊驅(qū)動裝置的傳動桿。 一般主軸主件都希望主軸直徑盡量大一些，以便提高剛度，同時又希望結(jié)構(gòu)緊湊， 一次機床采用輕型或轉(zhuǎn)型軸承。它的外徑比較小，因此設(shè)計此機床主軸時，采用兩端 支承。主軸前端采用錐孔短雙列短圓柱滾子軸承，磁軸徑向剛度和載能力較大，選裝 精度高，且內(nèi)圈較薄。內(nèi)孔是錐度為 1:12 的錐孔?？赏ㄟ^相對主軸軸頸，軸向移動來 調(diào)整軸承間隙，主軸前列還裝有兩個單列推力球軸承，勇于承受左右兩個方向的軸向 力，后支撐架用兩個中間帶有隔套（起預(yù)緊作用條剛度）的向心球軸承作支撐向心球 軸承價格便宜。 主軸采用主軸前端固定，因為一端固定，主軸受熱變形后延伸，不影響加工精度。 主軸上齒輪布置：主軸上的大齒輪應(yīng)盡量靠近支承，以增強剛度，因為大齒輪轉(zhuǎn) 速低扭矩大。 4.2 主軸箱其它結(jié)構(gòu)設(shè)計 1、變速結(jié)構(gòu) 主軸箱中的變速機構(gòu)采用滑移齒輪和離合器，變換齒輪組合適用。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 24 2-3 軸間的雙聯(lián)花齒輪變速組，用于加工過程中變速為適合在加工過程中的變速要求。 在Ⅰ軸采用離合器變速，離合器直接安裝在Ⅰ軸上，轉(zhuǎn)速高，離合器尺寸小，結(jié)構(gòu)緊 湊。 采用交換齒輪變速的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，傳動效率高，傳動比準(zhǔn)確，變速范圍 大，變速級數(shù)較多，可傳遞較大的扭矩和較高的轉(zhuǎn)速，采用電磁離合變速優(yōu)點：可以 在運轉(zhuǎn)過程中變速，不僅節(jié)省變速時間而且實現(xiàn)了變速過程自動化；采用交換齒輪變 速器具有如下優(yōu)點：主動齒輪與被動齒輪可以互相交換使用，結(jié)構(gòu)簡單，不需要嘈雜 機構(gòu)，縱向尺寸小，變速箱結(jié)構(gòu)緊湊。與滑移齒輪相比，齒輪交換變速用的齒輪數(shù)量 少，該機床將交換齒輪放在傳動鏈中間，使被動齒輪的轉(zhuǎn)速不致過低，傳遞扭矩較小， 交換齒輪及軸尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，交換齒輪用于每批工件加工前的變速調(diào)整。 2、驅(qū)動主軸的傳動軸位置，對主軸的變形和軸承受力的大小將有很大的影響，而 軸承受力的大小，又將影響軸承的變形，故應(yīng)合理布置軸與軸之間的位置，為使主軸 前軸承的變形都不大，可以把傳動軸布置在主軸的下方與主軸成一定角度。為了使操 作者操作方便，便于觀察和測量工件，主軸布置在前方靠近操作者的位置。 3、操縱機構(gòu) 機床的操縱機構(gòu)的功用是控制機床的工作運動的啟動、停止、制動、變速、換向、 以及控制各種輔助運動，此機床中采用擺動式操縱機構(gòu)，是包括杠桿的曲線運動，交 換式滑移齒輪的軸間移動，使齒輪換向進入其他齒輪的嚙合。 4、制動器 在機床停車過程中，由于各運動件的慣性，機床的執(zhí)行件可能停止，需要經(jīng)過 一段時間后，才能完全停止，停車前的速度較高，運動件的慣性越大和摩擦阻力越小。 停車的時間越長，因此對經(jīng)常要求啟停的高速機床，為節(jié)省輔助時間常常裝有制動器。 此外，當(dāng)機床發(fā)生事故時，可以及時制動，以免事故擴展。機床采用濕式電磁摩擦離 合器，裝在直軸外面，擋鐵嵌入槽中，以防磁軛被帶動回轉(zhuǎn)。 5、潤滑系統(tǒng) 在機床的主軸箱或進給箱中，凡是有相對引起摩擦的零件的工作表面都需要有良 好的潤滑，如齒輪軸承。軸上滑移零件的布置，潤滑的基本作用是：降低摩擦阻力， 提高機床傳動效率，減少磨損，使機床保持原有的工作精度，帶走熱量，冷卻摩擦表 面，保持正常的工作溫度，防止生銹。 本機床采用油泵供油潤滑，該機床油泵裝在左床腿，由主電機經(jīng)三角帶傳動其旋 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 25 轉(zhuǎn)，潤滑液裝在左腿的池里。油泵經(jīng)網(wǎng)式濾油器吸入后，經(jīng)油管，濾油器，再經(jīng)油管 輸送到分油器，分油器上裝有幾根油管，其中一根油管對主軸前軸承進行單獨供油， 以保證其充分潤滑和冷卻。油管一側(cè)通向游標(biāo)以觀察潤滑系統(tǒng)的工作情況。其它用于 齒輪和其它裝置進行潤滑，噴油管前頭還裝有噴油嘴，其上有許多徑向油孔，具有一 定壓力的潤滑油從油孔向外噴射，被高速旋轉(zhuǎn)的齒輪濺至各處，對主軸箱的其它傳動 件及操縱機構(gòu)等進行潤滑。從各處流回的潤滑油集中在主軸箱里，經(jīng)回油管流入左床 腿的油池中，流回的潤滑油集中在主軸箱體。因摩擦因摩擦產(chǎn)生的熱量由潤滑油帶至 箱體外面，冷卻后再送至箱體內(nèi)，因而可降低主軸箱的溫升，減少主軸箱的熱變形， 有利于保證主軸箱的加工精度。此外，還使主軸箱內(nèi)贓物及時排除，減少傳動件磨損。 為防止?jié)櫥屯饴?，前后支承都有油垢式密封裝置，主軸旋轉(zhuǎn)時，依靠離心力的 作用，把經(jīng)過軸承向外流出的潤滑油形成油環(huán)形油封。 7、其它 Ⅰ軸上皮帶輪采用徑向卸荷裝置，使皮帶輪傳動的徑向力直接作用在箱體上，而 不作用在Ⅰ軸上，從而改善了Ⅰ軸的工作條件 主軸箱要滿足體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，效率高，及質(zhì)量好的要求。 該機床的主軸采用主傳動的布局，采用集中傳動式即主傳動的全部變速機構(gòu)和主 軸組建裝在同一箱體內(nèi)，優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，便于實現(xiàn)，集中操縱，箱體較少。缺點 是：傳動機構(gòu)運轉(zhuǎn)中的振動和發(fā)熱會直接影響主軸的工作精度但該機床用來粗加工， 能采用集中傳動形式。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 26 5 機床的液壓傳動系統(tǒng) 由于液壓傳動工作平穩(wěn)，在工作過程中能無級變速，便于實現(xiàn)自動化，能方便地 頻繁往復(fù)運動，在同等功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊， 慣性小，動作靈敏，因此廣泛應(yīng)用。根據(jù)液壓系統(tǒng)的以上特點，采用液壓系統(tǒng)控制刀 架和機床后頂尖。 5.1 后頂尖的設(shè)計 一、后頂尖主要進行的是工件的夾緊工作，在其控制回路中，采用了帶定位的二 位四通電磁換向閥。防止發(fā)生故障時松開工件。串有一減壓閥，