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本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 題 目 數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計 分離式 英文題目 系 專 業(yè) 班 級 系 專業(yè) 班級 請參照書寫規(guī)范 學(xué) 生 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 1 職稱 指導(dǎo)教師 2 職稱 I 聲 明 本人鄭重聲明 所呈交的論文是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作 及取得研究結(jié)果 論文在引用他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果時 已經(jīng)作了明 確的標(biāo)識 除此之外 論文中不包括其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果 均為 獨立完成 其它同志對本文所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表 達(dá)了謝意 學(xué)生簽名 年 月 日 導(dǎo)師 1 簽名 年 月 日 導(dǎo)師 2 簽名 年 月 日 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 II 摘 要 本論文首先介紹了我國數(shù)控機床發(fā)展的過程與現(xiàn)狀 并分析了其存在的問題 對 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討 并對數(shù)控銑床傳動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計與計算 主軸箱有安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪組成 數(shù)控銑床 主軸可以獲得在調(diào)速范圍內(nèi)的任意速度 以滿足加工切削要求 目前 數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢是通過電氣與機械裝置進(jìn)行無級變速 變頻電 機通過帶傳動和變速齒輪為主軸提供動力 通常變頻電機調(diào)速范圍 3 5 難以 滿足主軸變速要求 串聯(lián)變速齒輪則擴大了齒輪的變速范圍 本設(shè)計將原來的帶輪不卸荷結(jié)構(gòu)變?yōu)榱藥л喰逗山Y(jié)構(gòu) 使輸入軸在帶處只 受轉(zhuǎn)矩 將軸上的徑向力傳動到銑床機體上 改善了輸入軸的受力情況 關(guān)鍵詞 傳動系統(tǒng)設(shè)計 傳動副 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)式 齒輪模數(shù) 傳動比 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 III CNC milling Main Transmission System Discrete Abstract This paper introduces the process and current situation of the development of CNC machine tools and analyzes the existing problems the development trend of CNC machine tools were discussed CNC milling machine and drive system design and calculation Headstock mounted in precision bearings have a hollow shaft and a series of transmission gear components Spindle can get any speed in the speed range to meet the requirements of the cutting process At present the development trend of CNC lathe is continuously variable by electrical and mechanical devices Inverter motor powered by belt drive and transmission gears for the spindle Typically variable frequency motor speed range of 3 5 it is difficult to meet the requirements of the shift spindle change gear series is expanding the scope of the gear shift The design of the original pulley without unloading the structure into a pulley unloading structure with the input shaft of the torque only by the radial force to the drive shaft on the lathe body improve the force of the input shaft Happening Keywords drive system design transmission deputy network architecture structure modulus gear transmission ratio 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 IV 目 錄 摘 要 II Abstract III 第 1 章 緒論 1 1 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1 1 1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1 1 1 2 我國數(shù)控銑床的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1 2 畢業(yè)設(shè)計題目 主要技術(shù)參數(shù) 5 第 2 章 運動設(shè)計 6 2 1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 6 2 1 1 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 6 2 1 2 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 6 2 2 確定各變速組此傳動副齒數(shù) 7 第 3 章 動力計算 9 3 1 同步帶計算選型 9 3 2 計算轉(zhuǎn)速的計算 12 3 3 齒輪模數(shù)計算及驗算 12 3 4 主軸合理跨距的計算 15 3 5 主軸材料的選擇及尺寸 參數(shù)的計算 16 3 6 主軸箱體的截面形狀和壁厚計算 18 第 4 章 銑床主軸部分及其設(shè)計計算 19 4 1 銑床主軸所需標(biāo)準(zhǔn) 19 4 1 1 銑床的剛度 19 4 1 2 銑床的耐車性 20 4 1 3 銑床的旋轉(zhuǎn)精度 20 4 1 4 銑床的抗震能力 20 4 1 5 銑床的熱變形 21 4 2 銑床主軸部分的分布 21 4 3 銑床主軸形狀的選擇 22 4 4 銑床主軸的熱處理 22 4 5 銑床主軸的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 23 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 V 4 6 銑床主軸上軸承的挑選 23 4 7 銑床主軸上軸承的校對計算 24 4 8 銑床主軸外部伸長量 25 4 9 銑床主軸的校核 26 4 9 1 受力作用的轉(zhuǎn)換 26 4 9 2 銑床主軸的撓度 27 4 9 3 銑床主軸的傾角 28 4 10 軸的設(shè)計和驗算 29 4 10 1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29 4 10 2 軸的強度校核 30 4 10 3 軸的剛度校核 33 第 5 章 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 39 5 1 對主軸組件的性能要求 39 5 2 軸承配置型式 40 5 3 主要參數(shù)的確定 40 5 4 主軸頭的選用 42 5 5 編碼器的選擇與安裝 42 第 6 章 主軸變速箱的裝配設(shè)計 43 6 1 箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點 43 6 2 設(shè)計的方法 以軸的布置為例 43 第 7 章 摩擦離合器 多片式 的計算 46 7 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 47 7 1 1 展開圖設(shè)計 47 7 1 2 截面圖及軸的空間布置 48 7 2 零件驗算 48 7 2 1 主軸剛度 48 7 2 2 傳動軸剛度 53 結(jié)論 58 參考文獻(xiàn) 59 致 謝 60 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 1 第 1 章 緒 論 1 1 國 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 趨 勢 1 1 1 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 趨 勢 自從 1951 年計算機技術(shù)應(yīng)用于機床上 數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)控 NC 和計 算機數(shù)控 CNC 兩個階段的發(fā)展 目前 數(shù)控系統(tǒng)正處于第六代 基于 PC PC BASED 未來數(shù)控系統(tǒng)將呈以下發(fā)展趨勢 1 繼續(xù)向開放式 基于 PC 的第六代方向發(fā)展 基于 PC 所具有的開放性 低成本 高可靠性 軟硬件資源豐富等特點 更 多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路 至少采用 PC 機作為它的前端機 來 處理人機界面 編程 聯(lián)網(wǎng)通信等問題 由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù) 2 向高速化和高精度化發(fā)展 3 向智能化方向發(fā)展 1 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)向高速化和高精度化發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息 并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù) 達(dá)到 改進(jìn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的 2 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗 加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中 以工 藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐 建立具有人工智能的專家系統(tǒng) 3 引入故障診斷專家系統(tǒng) 4 引入動裝置智能化數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng) 可以通過自動識別負(fù)載 而自動調(diào)整參數(shù) 使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行 3 1 1 2 我 國 數(shù) 控 銑 床 的 研 究 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 趨 勢 1 研究現(xiàn)狀 我國數(shù)控銑床從 20 世紀(jì) 70 年代初進(jìn)入市場 至今通過各大機床廠家的不 懈努力 通過采取與國外著名機床廠家的合作 合資 技術(shù)引進(jìn) 樣機消化吸 收等措施 使得我國的機床制造水平有了很大的提高 其產(chǎn)量在金屬切削機床 中占有較大的比例 目前 國產(chǎn)數(shù)控銑床的品種 規(guī)格較為齊全 質(zhì)量基本穩(wěn) 定可靠 已進(jìn)入實用和全面發(fā)展階段 1 床身 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 2 按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對位置 床身有圖 1 所示的 5 種布局形式 一般來說 中 小規(guī)格的數(shù)控銑床采用斜床身和平床身斜滑板的居多 只有大 型數(shù)控銑床或小型精密數(shù)控銑床才采用平床身 立床身采用的較少 平床身工 藝性好 易于加工制造 由于刀架水平放置 對提高刀架的運動精度有好處 但排屑困難 刀架橫滑板較長 加大了機床的寬度尺寸 影響外觀 平床身斜 滑板結(jié)構(gòu) 再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護(hù)罩 這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點 床身寬度也不會太大 斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控銑床中被廣泛應(yīng) 用 是因為這種布局形式具有以下特點 容易實現(xiàn)機電一體化 機床外形整齊 美觀 占地面積小 容易設(shè)置封閉式防護(hù)裝置 容易排屑和安裝自動排屑器 從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌精度 宜人性好 便于操作 便于安裝機械手 實現(xiàn)單機自動化 2 導(dǎo)軌 銑床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種 滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 接觸剛度大等優(yōu)點 但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌 摩擦阻力大 磨損快 動 靜摩擦系數(shù)差別大 低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象 目前 數(shù)控銑床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌 而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌 和新型塑料滑動導(dǎo)軌 它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點 滾動導(dǎo)軌的優(yōu)點是摩擦系數(shù)小 動 靜摩擦系數(shù)很接近 不會產(chǎn)生爬行現(xiàn) 象 可以使用油脂潤滑 根據(jù)滾動體的不同 滾動導(dǎo)軌可分為滾珠直線導(dǎo)軌和 滾柱直線導(dǎo)軌 后者的承載能力和剛度都比前者高 但摩擦系數(shù)略大 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 3 a 后斜床身 斜滑板 b 直立床身 直立滑板 c 平床身 平滑板 d 前斜床身 平滑板 e 平床身 斜 滑板 圖 1 1 床身布局型式 3 主軸傳動系統(tǒng) 機床主傳動系統(tǒng)可分為分級變速傳動和無級變速傳動 分級變速傳動是在 一定范圍能均勻的 離散地分布著有限級數(shù)的轉(zhuǎn)速 主要用于普通機床 無級 變速形式可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速 以便得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速 能在運轉(zhuǎn)中變速 便于自動變速 數(shù)控銑床得主傳動系統(tǒng)通常采用無級變速 與普通銑床相比 數(shù)控銑床的主傳動采用交 直主軸調(diào)速電動機 電動 機調(diào)速范圍大 并可無級調(diào)速 使主軸結(jié)構(gòu)大為簡化 為了適應(yīng)不同的加工需 求數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)有以下三種方式 電動機直接驅(qū)動 主軸電動機與主軸通過聯(lián)軸器直接連接 或采用內(nèi)裝 式主軸電動機驅(qū)動 采用直接驅(qū)動可大大簡化主軸箱結(jié)構(gòu) 能有效地提高主軸 剛度 這種傳動的特點是主軸轉(zhuǎn)速的變化 輸出轉(zhuǎn)矩與主軸的特性完全一致 但因主軸的功率和轉(zhuǎn)矩特性直接決定主軸電機的性能 因而這種變速傳動的應(yīng) 用受到一定限制 采用定比傳動 主軸電動機經(jīng)定比傳動給主軸 定比傳動可采用帶傳動 或齒輪傳動 這種傳動方式在一定程度上能滿足主軸功率和轉(zhuǎn)矩的要求 但其 變速范圍仍和電動機的調(diào)速范圍相同 目前 交流 直流主軸電動機的恒功率轉(zhuǎn)速范圍一般只有 2 4 而恒轉(zhuǎn)矩 范圍則達(dá) 100 以上 許多大 中型機床的主軸要求有更寬的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 很明顯 這種情況下主軸電動機的功率特性和機床主軸的要求不匹配 調(diào)速電動 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 4 機的恒功率范圍遠(yuǎn)小于主軸要求的恒功率變速范圍 所以這種變速方式多用于 小型或高速數(shù)控機床 采用分檔變速方式 采用這種變速方式主要是為了解決主軸電動機的功 率特性和機床主軸功率特性不匹配 變速多采用齒輪副來實現(xiàn) 電動機的無級 變速配合變速機構(gòu)可確保主軸的功率 轉(zhuǎn)矩要求 滿足各種切削運動的轉(zhuǎn)矩輸 出 特別是保證低速時的轉(zhuǎn)矩和擴大恒功率的調(diào)速范圍 用兩個電機分別驅(qū)動主軸 上述兩種方式的混合傳動 高速時帶輪直接驅(qū)動主軸 低速時另一個電機通過 齒輪減速后驅(qū)動主軸 4 刀架系統(tǒng) 按換刀方式的不同 數(shù)控銑床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架 排式刀架和帶 刀庫的自動換刀裝置等多種形式 排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控銑床 以加工 棒料或盤類零件為主 回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控銑床最常用的一種典型換刀刀架 通過 刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來實現(xiàn)機床的自動換刀動作 根據(jù)加工要求可設(shè)計成四方 六方刀架或圓盤式刀架 根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對位置 回轉(zhuǎn)刀架分 為立式刀架和臥式刀架兩種 排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架對刀具的數(shù)目有一定的限 制 當(dāng)需要數(shù)量較多的刀具時 應(yīng)采用帶刀庫的自動換刀裝置 5 進(jìn)給傳動系統(tǒng) 數(shù)控銑床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng) 按其控制方式不同可 分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng) 前者定位精度低 但它結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 造價 低廉 后者控制精度高 快速性能好 但它對機床的要求比較高 且造價較昂 貴 閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置有 脈沖編碼器 旋轉(zhuǎn)變壓器 感應(yīng)同步 器 磁尺 光柵尺和激光干涉儀等 數(shù)控銑床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝 置是伺服電機 伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機之分 前者由于具有 可靠性高 造價低等特點而被廣泛采用 4 2 發(fā)展趨勢 1 高速 高精密化 當(dāng)前機床正向高速切削 干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展 加工精度也在不斷 地提高 另一方面 電主軸和直線電機的成功應(yīng)用 陶瓷滾珠軸承 高精度大 導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo) 軌副等機床功能部件的面市 也為機床向高速 精密發(fā)展創(chuàng)造了條件 2 高可靠性 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 5 3 數(shù)控銑床設(shè)計 CAD 化 結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化 采用 CAD 技術(shù)以替代人工完成繁瑣的繪圖工作 進(jìn)行設(shè)計方案選擇和大件 整機的靜 動態(tài)特性分析 計算 預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計 以及對整機各工作部件進(jìn) 行動態(tài)模擬仿真 這樣大大提高了工作效率 提高設(shè)計的一次成功率 從而縮 短試制周期 降低設(shè)計成本 提高市場競爭能力 4 功能復(fù)合化 擴大機床的使用范圍 提高效率 實現(xiàn)一機多用 一機多能 即一臺數(shù)控 銑床既可以實現(xiàn)車削功能 也可以實現(xiàn)銑削加工 5 智能化 網(wǎng)絡(luò)化 柔性化和集成化 5 1 2 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 1 設(shè)計數(shù)控銑床主傳動系 主軸最高轉(zhuǎn)速為 Nmax 4000r min 最低轉(zhuǎn)速為 20r min 計算轉(zhuǎn)速為 180r min 電動機功率規(guī)定為 15kW 電動機的最高轉(zhuǎn)速 為 4500r min 額定轉(zhuǎn)速為 1500r min 要求主軸的功率特性圖上無缺口 采用 主軸和傳動系統(tǒng)分離式傳動方式 每根軸上傳動副數(shù)少于等于 4 個 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 6 第 2 章 運 動 設(shè) 計 2 1 運 動 參 數(shù) 及 轉(zhuǎn) 速 圖 的 確 定 技術(shù)參數(shù) 1 設(shè)計數(shù)控銑床主傳動系 主軸最高轉(zhuǎn)速為 Nmax 4000r min 最低轉(zhuǎn)速為 20r min 計算轉(zhuǎn)速為 180r min 電動機功率規(guī)定為 15kW 電動機的最高轉(zhuǎn)速 為 4500r min 額定轉(zhuǎn)速為 1500r min 要求主軸的功率特性圖上無缺口 采用 主軸和傳動系統(tǒng)分離式傳動方式 每根軸上傳動副數(shù)少于等于 4 個 1 無級變速傳動系統(tǒng)的恒功率調(diào)速范圍 Rnp Rnp 22 22j Nnmax1804 2 交流調(diào)速電動機的恒功率調(diào)速范圍 rnp rnp 3r nmax1504 3 分級變速傳動的轉(zhuǎn)速級數(shù) Z 2 095 Z lgRnp lgrnp 2 82 取 Z 3 2 1 1 確 定 結(jié) 構(gòu) 網(wǎng) 主軸的計算轉(zhuǎn)速為 180r min 由轉(zhuǎn)速得 選用齒輪精度為 8 級精度 圖 2 1 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 2 1 2 繪 制 轉(zhuǎn) 速 圖 和 傳 動 系 統(tǒng) 圖 1 繪制轉(zhuǎn)速圖 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 7 轉(zhuǎn)速圖 2 畫主傳動系統(tǒng)圖 根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù) 1 2 軸最小中心距 A 1 2min 1 2 Zmaxm 2m D 軸最小齒數(shù)和 S zmin Zmax 2 D m 2 2 確定各變速組此傳動副齒數(shù) 1 Sz 100 120 中型機床 Sz 70 100 2 直齒圓柱齒輪 Zmin 18 20 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 8 圖 2 3 主傳動系統(tǒng)圖 7 齒輪齒數(shù)的確定 據(jù)設(shè)計要求 Zmin 18 20 由表 4 1 根據(jù)各變速組公 比 可得各傳動比和齒輪齒數(shù) 各齒輪齒數(shù)如表 2 2 齒輪 Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3 齒數(shù) 77 43 46 74 22 88 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 9 第 3 章 動 力 計 算 3 1 同 步 帶 計 算 選 型 設(shè)計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率 載荷性質(zhì) 原動機類型和每天連續(xù) 工作的時間長短等因素共同確定的 表達(dá)式如下 dAmPK 式中 需要傳遞的名義功率 工作情況系數(shù) 按表2工作情況系數(shù) 選取 1 7 A AK 表3 3 工作情況系數(shù)WPK Ad 5 217 確定帶的型號和節(jié)距 可根據(jù)同步帶傳動的設(shè)計功率Pd 和小帶輪轉(zhuǎn)速n1 由同步帶選型圖中來 確定所需采用的帶的型號和節(jié)距 其中Pd 25 5kw n1 4500rpm 查表3 4 表3 4 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 10 選同步帶的型號為H 節(jié)距為 Pb 8 00mm 選擇小帶輪齒數(shù)z1 z2 可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定 查表3 3 3得 查得小帶輪最小齒數(shù)14 實際齒數(shù)應(yīng)該大于這個數(shù)據(jù) 初步取值z1 34故大帶輪齒數(shù)為 z2 i z1 2 z1 68 故z1 34 z2 38 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1 d2 小帶輪節(jié)圓直徑d1 Pbz1 8 00 34 3 14 86 53mm 大帶輪節(jié)圓直徑d2 Pbz2 8 00 34 3 14 173 06 mm 驗證帶速v 由公式v d1n1 60000計算得 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 11 s vmax 40m s 確定帶長和中 mdnv 276 016053 84 160 心矩 根據(jù) 機械設(shè)計基礎(chǔ) 得 21021dad 所以有 ma2 34614 20 現(xiàn)在選取軸間間距為取 224mm 0a 10 同步帶帶長及其齒數(shù)確定 0L2 a21d 719 7mm 11 帶輪嚙合齒數(shù)計算 有在本次設(shè)計中傳動比為1 所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半 即 17 mz 12 基本額定功率 的計算0P 查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4 3可以1 20vmTPa 知道 2100 85N m 0 448kg m a 表3 5 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量 13 計算作用在軸上力 rF rFv Pd10 71 6N 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 12 3 2 計 算 轉(zhuǎn) 速 的 計 算 1 主軸的計算轉(zhuǎn)速 傳 動 件 的 計 算 轉(zhuǎn) 速 min 180r 主 軸 的 計 算 轉(zhuǎn) 速 各 軸 的 計 算 轉(zhuǎn) 速 如 下 3 3 齒輪模數(shù)計算及驗算 1 計算各傳動軸的輸出功率 4 2 150 96 14 8087365 3 1 95025 73 6987IrbIgIIPnKWTNm 1 5 0 9 4 4 該 軸 的 計 算 轉(zhuǎn) 速該 軸 的 傳 遞 功 率注由 公 式 擇軸 徑 的 計 算 以 及 鍵 的 選 jj nPnd44 2 69 2501 5 0 min 132 89 3IjI IIjI IPddKWnr 4 模數(shù)計算 一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù) 選取負(fù)荷最重的小齒輪 軸 序 號 電動機 0 I 軸 II 軸 計算轉(zhuǎn)速 r min 1500 750 120 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 13 按簡化的接觸疲勞強度公式進(jìn)行計算 即 mj 16338 可得各組的321 jjmnuzP 模數(shù) 如表 3 3 所示 45 號鋼整體淬火 10jMP 按接觸疲勞計算齒輪模數(shù) m mrnuZI rI ZunKWNuZNjjjd jmd 03 98 250173 410 638min 9 3 14 1 i 72 0 00 min 163822j322j 1m11j 取軸 取軸 小 齒 輪 齒 數(shù)大 小 齒 輪 齒 數(shù) 比 齒 輪 計 算 轉(zhuǎn) 速驅(qū) 動 電 機 的 功 率 2 齒輪計算 齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3 齒數(shù) 77 43 46 74 22 98 模數(shù) 3 3 3 3 3 3 分度圓直徑 231 129 138 222 66 294 齒頂圓直徑 237 135 144 228 72 300 齒根圓直徑 223 5 121 5 130 5 214 5 58 5 286 5 齒寬 24 24 24 24 24 24 按基本組最小齒輪計算 小齒輪用 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 硬度 241HB 286HB 平均取 260HB 大齒輪用 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度 229HB 286HB 平均取 240HB 計算如下 齒面接觸疲勞強度計算 接觸應(yīng)力驗算公式為 jfsj MPauBnNKzm 1 02832 彎曲應(yīng)力驗算公式為 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 14 wswMPaBYnzmNK 10923 5 式中 N 傳遞的額定功率 kW 這里取 N 為電動機功率 N 4kW 計算轉(zhuǎn)速 r min jn m 初算的齒輪模數(shù) mm B 齒寬 mm z 小齒輪齒數(shù) u 小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比 u 3 壽命系數(shù) sK TnNq 工作期限系數(shù) mTCK016 T 齒輪工作期限 這里取 T 15000h 齒輪的最低轉(zhuǎn)速 r min 500 r min 1n1n 基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù) 接觸載荷取 彎曲載荷取 0 0C70C612 m 疲勞曲線指數(shù) 接觸載荷取 m 3 彎曲載荷取 m 6 轉(zhuǎn)速變化系數(shù) 查 5 2 上 取 0 60nKnK 功率利用系數(shù) 查 5 2 上 取 0 78N N 材料強化系數(shù) 查 5 2 上 0 60q q 工作狀況系數(shù) 取 1 13 3 動載荷系數(shù) 查 5 2 上 取 1K2K 齒向載荷分布系數(shù) 查 5 2 上 1 1 1 Y 齒形系數(shù) 查 5 2 上 Y 0 386 許用接觸應(yīng)力 MPa 查 4 表 4 7 取 650 Mpa j j 許用彎曲應(yīng)力 MPa 查 4 表 4 7 取 275 Mpa w w 根據(jù)上述公式 可求得及查取值可求得 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 15 合 格 彎 曲 應(yīng) 力 校 核 合 格接 觸 應(yīng) 力 校 核 MPapBYnZmNKKCTnPapuBNKZmKCTnjSsqNn mTjSj sqNn mT3205 14109 95 Y 70 8 3 6 2 1025 4 1 08890 6 5 3 3 11235W132 按擴大組最小齒輪計算 小齒輪用 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 硬度 241HB 286HB 平均取 260HB 大齒輪用 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度 229HB 286HB 平均取 240HB 同理根據(jù)基本組的計算 查文獻(xiàn) 6 可得 0 62 0 77 0 60 1 1 nKNqK3 1 1 m 3 5 355 可求得 2K1j 合 格 彎 曲 應(yīng) 力 校 核 合 格接 觸 應(yīng) 力 校 核 MPapBYnZmNKKCTnPapuBNKZmCT jSsqNn mTjSj sqNn mT3205 14109 95 Y 70 8 3 6 2 1025 4 1 08890 6 5 3 3 1235W132 3 4 主軸合理跨距的計算 由于電動機功率 P 11KW 根據(jù) 1 表 3 20 前軸徑應(yīng)為 60 90mm 初 步選取 d1 80mm 后軸徑的 d2 0 7 0 9 d 1 取 d2 60mm 根據(jù)設(shè)計方案 前軸承為 NN3016K 型 后軸承為圓錐滾子軸承 定懸伸量 a 120mm 主軸孔 徑為 30mm 軸承剛度 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩 T 9550 9550 318 3N mnP2508 假設(shè)該機床為銑床的最大加工直徑為 300mm 床身上最常用的最大加工直 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 16 徑 即經(jīng)濟加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的 50 這里取 60 即 180mm 故半徑 為 0 09m 切削力 沿 y 軸 Fc 4716N09 318 背向力 沿 x 軸 Fp 0 5 Fc 2358N 總作用力 F 5272 65N2pC 此力作用于工件上 主軸端受力為 F 5272 65N 先假設(shè) l a 2 l 3a 240mm 前后支承反力 RA 和 RB 分別為 RA F 5272 65 7908 97Nla 2401 RB F 5272 65 2636 325Nl 根據(jù)文獻(xiàn) 1 式 3 7 得 Kr 3 39 得前支承的剛度 1 0Fr8 La9 0 iza 1cos KA 1689 69 N K B 785 57 N 2 15m m BAK57 6 主軸的當(dāng)量外徑 de 80 60 2 70mm 故慣性矩為 I 113 8 10 8m464 03 7 0 143aKEA63 810 98 2 查 1 圖 3 38 得 2 0 與原假設(shè)接近 所以最佳跨距 120 2 0 240mml0 0l 合理跨距為 0 75 1 5 取合理跨距 l 360mm 0l 根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要 主軸的實際跨距大于合理跨距 因此需要采取措施增加 主軸的剛度 增大軸徑 前軸徑 D 100mm 后軸徑 d 80mm 前軸承采用雙列 圓柱滾子軸承 后支承采用背對背安裝的角接觸球軸承 3 5 主軸材料的選擇及尺寸 參數(shù)的計算 主軸的主要尺寸參數(shù)包括 主軸直徑 內(nèi)孔直徑 懸伸長度和支撐跨距 評價和考慮主軸的主要尺寸參數(shù)的依據(jù)使主軸的剛度 結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件 的工藝適應(yīng)范圍 主軸內(nèi)孔直徑 主軸的內(nèi)孔用來安放棒料 刀具夾緊裝置固定刀具 傳動氣動或液動卡盤 等 主軸孔徑越大 同時主軸部件的相對重量也越輕 主軸孔徑的大小主要受 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 17 主軸剛度的制約 根據(jù)設(shè)計要求 此設(shè)計選用的主軸材料是 45 鋼 表 3 1 45 鋼熱處理和參數(shù)表 因為選用的主軸電機功率為 P 11KW 額定轉(zhuǎn)速 nc 1500r min 所以主軸功率 p pc 1 2 3 12 67 kw 因為主軸是空心轉(zhuǎn)軸 所以 d1 21 68 31 22 TM34 查表得 1 23 所以 d1 21 68 1 2321 23 56 6 341 d2 63mm d3 d2 5 8mm 72mm d4 d3 1 5mm 74mm d5 d4 1 5mm 78mm d6 d5 2a a 0 07 0 1 d 1 所以 d6 80mm 根據(jù)選用的軸承確定 d7 98mm 主軸的疲勞強度安全系數(shù)校核 危險截面安全系數(shù) s 的校核計算 s s 2s 只考慮彎距作用的安全系數(shù) s s 只考慮扭距作用是的安全系數(shù) s 許用安全系數(shù) 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 18 在此查表所得 s 1 3 1 5 s mk 1 查表得出 1 270Mpa mks 1 1 155Mpa k 1 71 k 1 44 1 6 0 74 0 3 m M Wp 1 324 dd0 64 3 所以 s 1 08 s 1 3 1 5 2s 所以主軸設(shè)計符合要求 3 6 主軸箱體的截面形狀和壁厚計算 傳動裝置箱體的典型縱截面形狀為矩形或圓形 箱體壁厚 N 的計算 N mhbl230 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 19 第 4 章 銑 床 主 軸 部 分 及 其 設(shè) 計 計 算 銑床的傳動軸部分是銑床機構(gòu)設(shè)計中的一項關(guān)鍵部分 這是由于銑床在實際 的加工中生產(chǎn)中 其效率高低和性能優(yōu)劣在很大程度上都是由銑床的傳動軸部 分影響和決定的 在實際設(shè)計中 銑床主軸作為銑床機構(gòu)的重要部分 其主要 作用就是通過傳遞載荷和力矩 從而帶動銑床上的車刀進(jìn)行工作運轉(zhuǎn) 來對工 件進(jìn)行車削加工 銑床主軸和日常中的普通軸之間 既有共同之處 即都是作為載荷的傳動 裝置 都要在一定的環(huán)境下才能穩(wěn)定持續(xù)的運轉(zhuǎn) 同時其也有自己的特別之處 如其能不依靠其他裝置 自己就可以在比較大的載荷作用下工作 同時其還要 帶動車刀運轉(zhuǎn)來進(jìn)行對工件的車削加工 所以在對其進(jìn)行設(shè)計和加工中 我們 需要考慮更多的相關(guān)參數(shù)和技術(shù)要求 4 1 銑 床 主 軸 所 需 標(biāo) 準(zhǔn) 圖 3 1 4 1 1 銑 床 的 剛 度 概念 銑床主軸的剛度是指在其受到外部施加的力或者力矩作用時 其由 于內(nèi)部作用力而排斥抗衡其形狀發(fā)生變化的一項固有屬性 其具體原理圖如下 所示 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 20 具體公式為 N m yFK u 3 1 在實際的方案規(guī)劃時 我們應(yīng)該從全局出發(fā) 全面考慮各方面可能對其造 成影響之處 以求其能獲得更高的剛度屬性 4 1 2 銑 床 的 耐 車 性 概念 指其在長時間周期的工作運轉(zhuǎn)中能夠保證其內(nèi)部精度等級仍不 變的能力 因此 在實際選配件時 應(yīng)選取一些具有比較大的硬度的配件 同 時 也應(yīng)努力采取一些比如潤滑等相關(guān)措施 從而使得其使用周期延長 4 1 3 銑 床 的 旋 轉(zhuǎn) 精 度 概念 指當(dāng)銑床主軸在人工操作下 或者是在沒有工作件時運轉(zhuǎn) 或者是 在運轉(zhuǎn)速度很小時 此時銑床主軸的前面以及軸徑向的 以及 的大小 a ro 其原理圖如下圖所示 4 1 4 銑 床 的 抗 震 能 力 概念 指其排斥受外載荷作用和自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的不穩(wěn)定震蕩 仍能維 持恒定工作節(jié)奏的本領(lǐng) 由于科技及機械工業(yè)的迅猛發(fā)展 銑床機構(gòu)對其的要 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 21 求也會不斷增加 4 1 5 銑 床 的 熱 變 形 概念 指當(dāng)其在運轉(zhuǎn)時由于進(jìn)行不同的運動而導(dǎo)致各部分部件間發(fā)生相互 作用 而導(dǎo)致自身溫度變高 以致其結(jié)構(gòu)外貌導(dǎo)致變化 在實際的設(shè)計和加工中 應(yīng)努力采取一些措施來避免此種情況的發(fā)生 從 而使得銑床機構(gòu)能夠持續(xù)穩(wěn)定地工作運行 加工出符合要求的零件產(chǎn)品 4 2 銑 床 主 軸 部 分 的 分 布 在我們實際對銑床主軸部分的設(shè)計過程中 一定要充分考慮到前面提到的 幾點 再根據(jù)實際情況 具體設(shè)計銑床主軸的分布 銑床的主軸裝置有兩種不同的安裝設(shè)計形式 一種是用左右分布受力 另 外一種是除了前面已有的 再加一個中間的受力點 而在實際設(shè)計中 還是選 擇第一種的比較大眾化 在本次的設(shè)計中 我所選擇的也是第一種的形式 而在具體的銑床主軸設(shè) 計過程中 需要滿足如下一些條件 1 能夠符合銑床主軸內(nèi)部構(gòu)造的匹配 如果必須使得銑床的內(nèi)部構(gòu)造比較簡潔 而同時需要其在功用方面具有承 受比較大的力作用時 我們可以采取在其受力點處安裝多個受力配件的方式 而如果是銑床裝置的內(nèi)部配件之間距離較小的時候 因為受到其本身構(gòu)造 的影響 我們可以采取讓其內(nèi)部的軸承分布在不同之處 2 能夠符合其加工質(zhì)量的需要 在進(jìn)行加工安裝時 采取不同的安裝方式 可能會對最后銑床機構(gòu)的加工 質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響 因此在進(jìn)行安裝各部件時 一定要先仔細(xì)構(gòu)思好 選擇 一個合理的 能夠滿足加工質(zhì)量要求的安裝方式 3 能夠在較大負(fù)荷作用下工作 在實際設(shè)計中 應(yīng)根據(jù)其裝置所要承受的負(fù)荷大小來決定其具體選用什么 樣的配件 而對于在銑床裝置中的關(guān)鍵部件軸承來說 其選用不同的型號以及 數(shù)目 會對整個裝置的整體受力性能產(chǎn)生很大的影響 表 3 1 不同型號軸承的對比 滑動軸承基本要求 滾動軸承 動壓軸承 靜壓軸承 剛度 只和型號有關(guān) 預(yù)緊 后可提高一些 隨轉(zhuǎn)速和載荷升高二 增大 與節(jié)流形式有關(guān) 與 載荷轉(zhuǎn)速無關(guān) 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 22 旋轉(zhuǎn)精度 精度一般或較差 單油楔軸承一般 多 油楔較高 可很高 承載能力 一般為恒定值 隨轉(zhuǎn)速增加而增加 高速時受溫升限制 與油槍相應(yīng)壓差有關(guān) 抗振能力 不好 較好 很好 速度性能 中低速較好 中高速較好 適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速 摩擦功耗 一般較小 較小 本身較小 壽命 受疲勞強度限制 在不頻繁啟動時 較 大 自身無限 但供油系 統(tǒng)壽命有限 噪聲 較大 無噪聲 本身沒有 泵有噪聲 4 能夠符合利益最大化的需要 在實際設(shè)計中 除了要考慮一些技術(shù)性的參數(shù)外 同時還有一個很重要的 考慮點 那就是利益最大化 在進(jìn)行設(shè)計方案中 在能夠滿足其使用功用的同 時 應(yīng)選取其成本比較低的 從而實現(xiàn)其節(jié)約性的要求 4 3 銑 床 主 軸 形 狀 的 選 擇 在實際設(shè)計中 要確定銑床主軸的具體形狀 需要考慮的因素有很多 比 如其上所選擇的密封設(shè)備 軸承等部件的型號 大小 多少等等 另外其工作 方式 組合類型等也都要考慮在內(nèi) 在實際設(shè)計中 經(jīng)常會做成階梯狀的形式 這里我所選擇的也同樣是把銑床裝置的傳動軸做成階梯軸 從而達(dá)到拆裝容易 的目的 4 4 銑 床 主 軸 的 熱 處 理 我們知道 金屬剛的彈性模量是一個固定值 其與具體的剛是什么類型基 本沒關(guān)系 而剛的材料卻在很大程度上由其決定著 所以從實際情況出發(fā) 在 進(jìn)行選材時 比較低價的 45 剛應(yīng)成為我們的第一之選 同時為了使其具有更高 的使用性能 應(yīng)對其進(jìn)行相關(guān)的熱處理工藝 材料牌號工作條件 使用機床 常用 代用 熱處理 硬度 輕中負(fù)載 車 鉆 銑 銑床主軸 45 50 調(diào)質(zhì) HB220 250 輕中負(fù)載局部要 銑床的車刀 45 50 高頻淬火 HRC52 58 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 23 求高硬度 軸 輕中負(fù)載 PV 40 N m cm s 2 車 鉆 銑 銑床的主軸 45 50 淬火回火 高頻淬火 HRC42 50 HRC52 58 4 5 銑 床 主 軸 的 設(shè) 計 標(biāo) 準(zhǔn) 在實際過程中 必須對銑床主軸作出一些具體的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 銑床主軸的表 面質(zhì)量對傳動軸上各部分配件的運轉(zhuǎn)精度等級作用甚大 傳動軸與上面的各部 分配件相接觸點的表面質(zhì)量越好 那么相互作用之后的形變量也就越低 所以 其加工質(zhì)量性能也就越好 所以在設(shè)計中 必須要保證銑床主軸具有能夠滿足 加工質(zhì)量要求的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 4 6 銑 床 主 軸 上 軸 承 的 挑 選 經(jīng)過以上對銑床主軸以及其配件的相關(guān)分析論證 經(jīng)過翻閱相關(guān)設(shè)計參數(shù) 資料 我們即可確定此處可采用的軸承型號是 36206 也就是角接觸球軸承 其接觸角是 15 度 但這代號是其以前的名稱 現(xiàn)在它的代號為 7206C 其具體 參數(shù)結(jié)構(gòu)如下圖所示 圖 3 4 軸承圖 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 24 4 7 銑 床 主 軸 上 軸 承 的 校 對 計 算 我們在實際中挑選軸承時 要考慮的因素很多 不但要選取大小合適的 還要能夠滿足其加載在裝置中能夠滿足加工質(zhì)量的要求 其選擇的正確 則可 以使整個裝置的性能得到優(yōu)化 而如果挑選的不合適 那就回影響其本身使用 期限甚至整個機構(gòu)的使用性 所以我們在挑選時 一定要根據(jù)實際情況 具體 問題具體分析 根據(jù)其工作環(huán)境 要滿足的加工質(zhì)量要求 拆裝方便 以及現(xiàn) 有機器的實際情況等 來挑選出最佳的型號 同時 為了確保軸承能夠在工作運行時安全穩(wěn)定持續(xù) 我們還要對其進(jìn)行 相應(yīng)的校對計算 此處 因為傳動機構(gòu)的實際轉(zhuǎn)速比較大 所以我們可以根據(jù) 計算基本額定動載荷在挑選及校核其能不能達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn) 因為一般是在合理 的狀態(tài)下工作的 所以我們可以選擇其標(biāo)準(zhǔn)使用期限為 500 小時 其計算過程 如下 3 2 rTndmhCPf 上式中 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 25 fd 沖擊載荷因數(shù) 1 5 fn 速度因數(shù) 0 822 P 當(dāng)量動載荷 N C 基本額定動載荷計算值 N fT 溫度因數(shù) 1 fm 力矩載荷因數(shù) 力矩載荷較小時取 1 5 較大時取 2 CT 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷 N fh 壽命因數(shù) 1 經(jīng)過翻閱機械設(shè)計資料求出 f d 1 5 fm 1 5 f T 1 fh 1 f n 0 822 在這里的銑床機構(gòu)設(shè)計中 我們可以假設(shè)其軸承只受到徑向的負(fù)荷 則其 當(dāng)量動載荷就是 3 3 YFaXrP 經(jīng)翻閱 機械設(shè)計 書 求出 X 1 且 Y 0 所以 N 由以上可得 128 經(jīng)過詳細(xì)的計算論證 這里我們應(yīng)采用的型號是 7206C 其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)數(shù) 據(jù)是 小徑 d 25mm 外圓直徑 D 62mm 其 kN 而 kN 其2 rC5 10 rC 最大轉(zhuǎn)速是一萬轉(zhuǎn)每分鐘 同時驗算它的額定的靜載荷 其額定靜載荷的驗算方法是 rCPS00 3 4 其中 綜上所述 這里我所采用的軸承能夠滿足使用要求 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 26 4 8 銑 床 主 軸 外 部 伸 長 量 在實際的設(shè)計銑床主軸中 需要使得其在套筒內(nèi)的前端受力點外有一部分 的伸長量 從而將帶輪安裝在上面實現(xiàn)傳動 而這伸長量的大小 對其意義非 同尋常 通常是其值越小越好 所以在實際設(shè)計中 在能滿足要求的情況下 我們務(wù)必優(yōu)先選用較小的伸長量 經(jīng)過翻閱相關(guān)的機械設(shè)計手冊 查得在銑床主軸的設(shè)計中 其伸長量與傳 動軸軸頸處的直徑比值在 1 25 到 2 5 之間 所以其伸長量的范圍就是在 37 5mm 到 75mm 之間 這里我所采用的數(shù)值是 45mm 4 9 銑 床 主 軸 的 校 核 通過實際觀察我們發(fā)現(xiàn) 銑床主軸在整個銑床裝置的實際運行中起主要主 要作用 因為在機器的正常運行中 傳動軸承受很大的負(fù)荷 但是其可以接受 的形變量卻非常小 所以在設(shè)計及校核銑床主軸時 主要就是檢驗其剛度值是 否在要求范圍之內(nèi) 而對于銑床主軸的具體剛度值大小 我們不好直接進(jìn)行測量計算 但是根 據(jù)其定義我們可知道 如果我們能夠求出其撓度和傾角 那么也就能夠得出其 剛度的情況 4 9 1 受 力 作 用 的 轉(zhuǎn) 換 如果傳動軸上是兩個受力承受點的 并且其前端部分分布多個受力軸承 那么這種形式我們可將其轉(zhuǎn)換成一頭固定 一頭受力的形式 轉(zhuǎn)換圖如下所示 而如果每個受力作用點處的受力軸承只是一個單列或者是雙列的結(jié)構(gòu) 那 么我們可以把其轉(zhuǎn)換成簡支梁的形式 其示意圖為以下形式 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 27 根據(jù)以上的分析 結(jié)合我自己實際的設(shè)計方案 可知其原理與上圖 3 6 相 同 4 9 2 銑 床 主 軸 的 撓 度 根據(jù)翻閱我們大二時所學(xué)的材料力學(xué)的教材 可進(jìn)行更詳細(xì)的探究 結(jié)果 見下圖 根據(jù)此原理 那么其極限值 3 5 EIFlB3max 這里 D 35mm 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 28 4 9 3 銑 床 主 軸 的 傾 角 由上圖的分析可知其極限值為 3 7 EIFlB2 經(jīng)翻閱機械設(shè)計相關(guān)手冊 查得在滿足條件 mm 且 rad 時 其剛度能夠達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)LX02 最 大 01 最 大 這里的 以及 就是其撓度及傾角的極限值 最 大 最 大X 把上面求得的 以及 代進(jìn)上面的關(guān)系式中進(jìn)行對比 可知其值均在Bmax 范圍之內(nèi) 所以這里設(shè)計的銑床主軸是符合要求的 由于電動機功率 P 28KW 根據(jù) 1 表 3 20 前軸徑應(yīng)為 60 90mm 初 步選取 d1 80mm 后軸徑的 d2 0 7 0 9 d 1 取 d2 60mm 根據(jù)設(shè)計方案 前軸承為 NN3016K 型 后軸承為圓錐滾子軸承 定懸伸量 a 120mm 主軸孔 徑為 30mm 軸承剛度 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩 T 9550 9550 318 3N mnP1802 假設(shè)該機床為銑床的最大加工直徑為 400mm 床身上最常用的最大加工直 徑 即經(jīng)濟加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的 50 這里取 45 即 180mm 故半徑 為 0 09m 切削力 沿 y 軸 Fc 4716N09 318 背向力 沿 x 軸 Fp 0 5 Fc 2358N 總作用力 F 5272 65N2pC 此力作用于工件上 主軸端受力為 F 5272 65N 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 29 先假設(shè) l a 2 l 3a 240mm 前后支承反力 RA 和 RB 分別為 RA F 5272 65 7908 97Nla 2401 RB F 5272 65 2636 325Nl 根據(jù)文獻(xiàn) 1 式 3 7 得 Kr 3 39 得前支承的剛度 1 0Fr8 La9 0 iza 1cos KA 1689 69 N K B 78287 N 2 15m m BAK57 6 主軸的當(dāng)量外徑 de 80 60 2 70mm 故慣性矩為 I 113 8 10 8m464 03 7 0 143aKEA63 810 98 2 查 1 圖 3 38 得 2 0 與原假設(shè)接近 所以最佳跨距 120 2 0 240mml0 0l 合理跨距為 0 75 1 5 取合理跨距 l 360mm 0l 根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要 主軸的實際跨距大于合理跨距 因此需要采取措施增加 主軸的剛度 增大軸徑 前軸徑 D 100mm 后軸徑 d 80mm 前軸承采用雙列 圓柱滾子軸承 后支承采用背對背安裝的角接觸球軸承 4 10 軸 的 設(shè) 計 和 驗 算 4 10 1 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 機床傳動軸 廣泛采用滾動軸承作支承 軸上要安裝齒輪 離合器和 制動器等 傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機構(gòu)能正常工作 傳動軸應(yīng)有足夠的強度 剛度 如撓度和傾角過大 將使齒輪嚙合不 良 軸承工作條件惡化 使振動 噪聲 空載功率 車損和發(fā)熱增大 兩軸中心距誤差和軸心線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述 問題 所以 在設(shè)計軸時要充分考慮軸的強度剛度等因素 在選擇材料和估 算直徑都要滿足條件 估算完以后還要對軸的強度和剛度進(jìn)行校核 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是使軸的各部分具有合理的結(jié)構(gòu)和尺寸 影響軸的結(jié)構(gòu)的因素很多 因此軸的結(jié)構(gòu)沒有標(biāo)準(zhǔn)形式 設(shè)計時 必 須針對軸的具體情況作具體分析 全面考慮解決 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求是 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 30 裝在軸上的零件有確定的位置 且布置合理 軸受力合理 能可靠地傳遞力和轉(zhuǎn)矩 有利于提高強度和剛度 具有良好的工藝性 便于安裝和調(diào)整 節(jié)省材料 減輕質(zhì)量 軸 輸入軸 的設(shè)計 軸的特點 1 將運動傳入變速箱的齒輪 一般都安裝在軸端 軸變 形較大 結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意加強軸的剛度或使軸不受帶的拉力 帶輪卸荷 2 若 軸上安裝正反向的離合器 由于組成離合器的零件很多 在箱內(nèi)裝 配很不方便 一般都希望在箱外將 軸組裝好后在整體裝入箱內(nèi) 最好連 皮帶輪也組裝在上面 卸荷裝置 帶輪將動力傳到 軸有兩類方式 一類是帶輪直接裝在 軸 上 除了傳遞扭矩外 帶的拉力也作用在軸上 另一類是帶輪裝在軸承上 軸承裝在套筒 法蘭盤 上 傳給軸的只是扭矩 徑向力由固定在箱體上 的套筒承受 這種結(jié)構(gòu)稱為卸荷裝置 4 10 2 軸 的 強 度 校 核 由鹽城市機床廠 1997 10 01 發(fā)布的臥式銑床企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)表 9 知主軸轉(zhuǎn)速 為 103 時 扭矩為 468N m 這時 軸的轉(zhuǎn)速為min r min 534 01r 1 選擇軸的材料 由于這個銑床箱傳動的功率不大 分別為 4 和 28KW 對其重量和尺 寸也無要求 故此輸入軸采用 45 鋼 2 初估軸徑 按扭矩初估軸的直徑 查表 10 2 見參考書 2 得 C 106 117 考慮到 安裝帶輪的軸段僅受扭矩作用 取 C 106 則 2 mnpCd06 2354 10633mi 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 各軸段直徑的確定 初估直徑后就可按照軸上零件的安裝順序 從 處開始逐段確定直徑 考慮到軸段 1 上安裝帶輪 上面將安裝有軸承mind 為了符合軸承內(nèi)徑系列 即軸段的直徑應(yīng)與軸承型號的選擇同時進(jìn)行 取 軸承代號為 6306 的深溝球軸承 其內(nèi)孔直徑為 30 同理可取其他各段軸 的內(nèi)徑 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 31 2 各軸長度的選擇 軸段一處上要安裝有帶輪 軸承 密封圈等 根據(jù)這些部件的尺寸 可以得出各段軸段的長度 各個軸段尺寸的確定主 要是根據(jù)軸上零件的轂長或軸上零件配合部分的長度確定 而另一些軸段 的長度除與軸上零件有關(guān)外 還與箱體及軸承蓋等零件有關(guān) 通常從齒輪 端面開始 為避免轉(zhuǎn)動零件與不動零件干涉 取齒輪端面與箱體內(nèi)壁的距 離 H 15mm 考慮箱體的鑄造誤差 軸承內(nèi)端面應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離 取 考慮上下軸承座的聯(lián)接 取軸襯座寬度為 45mm m5 3 軸上倒角及圓角為了保證軸承內(nèi)圈端面緊靠定位軸肩的端面 根據(jù) 軸承手冊推薦 取軸肩圓角半徑為 1mm 為方便加工 其他軸肩圓角半徑 均取為 1mm 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 軸的左右端倒角均為 4 603 TGB 451 上述確定尺寸和結(jié)構(gòu)的過程 與畫草圖同時進(jìn)行 結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖 見 下圖 a fedFR1VL 40 5帶 輪cba軸 承 H29MVFR2aL3 7 1齒 輪 HTtr 4 軸的受力分析 2 740 tgFr 1 畫軸的受力簡圖 見上圖 b 因為齒輪為直齒圓柱齒輪 所以 齒輪 上不存在軸向力 2 計算支承反力 在水平面上 NmTt 3951368 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 32 NLFrHR 06 2435 96107231 Hr 19412 在垂直面上 FtVR 5 02 39 21 3 畫彎矩圖 見上圖 c d e 在水平面上 a a 剖面左側(cè) mNLMHRa 486 1906 2431 a a 剖面右側(cè) FRa 7 2 在垂直面上 mNLVRAvaV 45983 10 93 2 合成彎矩 a 剖面左側(cè)和右側(cè)的彎矩相同 MMaVaHa 5410243 9846 222 4 畫彎矩圖 見上圖 f 轉(zhuǎn)矩 T mNdFt 1503 68 5 判斷危險截面 顯然 a a 面處無論是彎矩還是扭矩都為最大 a a 面為危險截面 6 軸的彎扭合成強度校核 由表 10 1 查得 abMP51 abP10 在 a a 截面左側(cè) aMmdtW63 2402 5 40 2 1 0 333 2 合適 7 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核 由表 10 1 查得 aBMP650 aP301 1 2 1 0 在 a a 截面左側(cè) 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 33 2 3 223 1094 5 12640 2 0 mdtbWT 由附表 10 1 查得 由附表 10 4 查得絕對尺寸系數(shù)1 K3 軸經(jīng)車削加工 由附表 10 5 查得表面質(zhì)量系數(shù)81 76 則0 彎曲應(yīng)力 ab MPWM1 9203 應(yīng)力幅 aa 平均應(yīng)力 m 切應(yīng)力 aTP90 12356 ama M45 安全系數(shù) 67 21 mKS 45 1 m 6 92 S 查表 10 6 得許用安全系數(shù) 顯然 故 a a 截面安全 5 13 s s 即整個軸都是安全的 其彎扭合成強度和疲勞強度均是足夠的 4 10 3 軸 的 剛 度 校 核 軸受載后要發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形 如果變形過大 會影響軸上零件正 常工作 傳動軸除應(yīng)滿足強度要求外 還應(yīng)滿足剛度要求 強度要求保證軸在 反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞 機床主傳動系統(tǒng)精度要求較 高 不允許有較大變形 剛度要求保證軸在 彎曲 軸向 扭轉(zhuǎn) 不致產(chǎn) 生過大的變形 彎曲 失穩(wěn) 轉(zhuǎn)角 如果剛度不足 軸上的零件如齒輪 軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作 或者產(chǎn)生振動和噪聲 發(fā)熱 過早車損而失效 因此 必須保證傳動軸有足夠的剛度 通常 先按扭轉(zhuǎn) 北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 34 剛度估算軸的直徑 畫出草圖之后 再根據(jù)受力情況 結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺 寸 驗算彎曲剛度 1 主軸剛度符合要求的條件如下 a 主軸的前端部撓度 0 250 1sy b 主軸在前軸承處的傾角 rad 容 許 值 軸 承 c 在安裝齒輪處的傾角 容 許 值 齒 E 取為 52 10MPa 44 40875 1 1 3690 66dI m 78521D 7 8790ilL 平 均 總 434329510 9521 75682zpF Ndn 主 計件 7 yzN0 xzFN 由于小齒輪