CW61100E型卧式车床主传动系统的结构设计（全套含CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 西安工业大学北方信息工程学院 毕业设计（论文） 题目： 卧式车床主传动系统的结构设计 系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号 导 师 2014年 4 月 10日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 2 页 共 63 页 摘要 数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种类的机床相比，车床在生产中使用最广。 本论文首先 介绍了我国数控机床发展的过程与现状 ,并分析了其存在的问题 ;对数控机床的发展趋势进行了探讨 ；并对 控车床主轴箱传动系统进行了设计与计算。 主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。 目前，数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围 3 5，难以满足主轴变速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围 。 本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构，使输入轴在带处只受转矩，将轴上的径向力传动到车床机体上 ,改善了输入轴的受力情况。 关键词： 主轴箱，无级调速，传动系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 NC be of is in of NC C NC is of in a of NC in to At C is to of - 5, to of of of to by on to of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 4 页 共 63 页 目录 摘要 . 2 . 3 1 绪论 . 6 2 设计计算 . 7 . 7 . 7 . 8 3 主动参数参数的拟定 . 10 算各轴计算转速、功率和转矩 . 10 电动机的选择 . 11 4 变速结构的设计 . 13 变速方案拟定 . 13 速结构式、结构网的选择 . 13 定变速组及各变速组中变速副的数目 . 13 构网的拟定 . 14 构式的拟 定 . 14 构式的拟定 . 15 定各变速组变速副齿数 . 15 5 传动件的设计 . 16 传动设计 . 16 . 17 . 17 的基准长度并验算小轮包角 . 18 . 19 . 19 . 20 . 20 变速组齿轮模数的确定和校核 . 22 轮模数的确 定 . 22 宽的确定 . 26 轮结构的设计 . 26 动轴的直径估算 . 27 定各轴转速 . 27 动轴直径的估算：确定各轴最小直径 . 28 的选择 . 29 动轴的校核 . 29 动轴的校核 . 29 的校核 . 30 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 5 页 共 63 页 . 30 轮校验 . 33 核 . 34 核 . 35 核 . 36 承的选用与校核 . 38 轴轴承的选用 . 38 轴轴承的校核 . 38 . 39 6 结构设计 . 50 构设计的内容、技术要求和方案 . 50 开图及其布置 . 50 轴（输入轴）的设计 . 51 轮块设计 . 52 动轴的设计 . 53 轴组件设计 . 54 部分尺寸的选 择 . 54 轴材料和热处理 . 55 轴轴承 . 55 轴与齿轮的连接 . 57 润滑与密封 . 57 他问题 . 58 7 总结和展望 . 59 . 59 . 60 参考文献 . 61 致 谢 . 63 全套图纸加 Q 401339828买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 6 页 共 63 页 1 绪论 机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。 通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀 具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。 机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有：满足机床使用性能 要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 7 页 共 63 页 2 设计计算 如表 1所示： 床身最大回转直径 1000小加工工件直径 100尖间最大工件长度 1500架上最大回转 直径 630尖间最大工件重量 6000 1 据机床设计手册典型加工条件，当工件直径为 800 1000限切削速度 取 200m/s。 最小切削速度 按典型加工的两种情况取不同的数值 : 高速钢车刀精车丝杠 =s; 高速钢车刀低速车削盘类零件， =8m/s 。 主轴转速确定 : 由以上典型加工条件 , 确定本机床主要加工直径范围为 100 600轴转速与切削速度的关系 : m a x 1 0 0 0 m a x= d m i , m i n 1 0 0 0 m i n= d m a v 为切削速度 式中的 或，不是该机床可能加工的最小或最大直径，而是机床全部工艺范围内可以用最大切削速度来加工时的最小工件直径和用最小切削速度来加工时的最大工件直径 , 这样才能得出合理的极限转速值。 m a x 1 0 0 0 m a x 1 0 0 0 2 0 0= 6 3 7 / m i nd m i n 1 0 0取m a x 6 4 0 / m i 轴最低转速： 情况时，m i n 1 0 0 0 m i n 1 0 0 0 1 . 5= 4 . 8 / m i nd m a x 1 0 0V m i n 1 0 0 0 m i n 1 0 0 0 8= 4 . 2 / m i nd m a x 6 3 0买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 8 页 共 63 页 取 m i n 1 0 0 0 m i n= 4 . 2 / m i nd m a 主轴的转速范围为 4速范围，符合普通车床 40 200 的变速范围 , 且 较大 , 表明本机床有良好的加工工艺性能。 由于切削过程的复杂性，并且影响它的因素又多，因此目前尚未导出简便计算进给力、径向力、切削力 的理论公式，一般都是通过大量实验，由测力仪得到切削力后进行数据处理，建立经验公式。在建立经验公式时，大多数都是将背吃刀量、进给量及切削速度这三个主要因素作为可变因素，而其它影响因素则用修正系数间接计算，从而得出、 三个分力的计算公式 : y =P z =P 中及下列各参数均是以实验条件得出 , 切削深度、进给量、切削速度以实验条件中最大值计算 , 而不是本机床实际所加工最大允许量 , 详见机床设计手册 : P 单 位切削力 ( , 取 P=210 切削深度 , 1 5取 p=5F 进给量 , r, 取 f=r; v 切削速度 , 90 105m/取 v=105m/ 以上取值及各修正系数源于机床设计手册。 经计算： =手册， = = = =252=252切削 F=+=床切削总功 率 : V/1000=105 /(60 1000)=上面所列式求得切削功率后 , 还需考虑机床的传动效率 , 机床的电机功率为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 9 页 共 63 页 m, 式中 m 为机床的传动效率 , 一般取为 取 算 , 计算得 =22 查机械设计课程设计指导书 择电动机型号为 载时，其转速为 1470r/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 3 主动参数参数的拟定 算各轴计算转速、功率和转矩 主运动调速范围的确定 （本小节公式除非特别说明，均出自资料 12） 数控车床主轴转速范围 4 640r/数控车床总变速范围 m a xm i nR n 估算主轴的计算转速，由于采用的是无级调速，所以采用以下的公式： 0 . 3 0 . 3m a xm i nm i n ( ) 4 ) 2 0 r / m i 计 （(因为数控机床主轴的变速范围大于计算转速的实际值同时为了便于计算 故取： n 2 0 r / m 主轴的恒功率变速范围m a x 640 3220np nR n 计电机的恒功率变速范围d 2880由于 动机直接驱动主轴不能满足恒功率变速要求，因此需要串联一个有级变速箱，以满足主轴的恒功率调速范围。 取 6f 则 f对于数控车床，为了加工端面时满足恒线速度切削的要求，应使转速有一 些重复，故取 Z=4 故前面传动比分配可取。 取 Z=4, 4 R ，计算出变速齿轮箱公比 ，取，则变速箱有四种传动比： ；1/1/ ；2/1/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 11 页 共 63 页 ；2/ ；1/ 由图 2主轴功率特性图中可以看出，当主轴在 640 40r/率段 以实现恒功率不停 车无级调速，故此车床用于加工盘类零件时，可以恒线速度切削，严格保证加工质量，但以上设计没有考虑系统内传动元件造成的功率损失。 电动机的选择 根据前面的切削计算，选择 22180参数如下图表 产品型号： 环境温度： 40 海拔：不超过 1000m 额定电压： 380V，可选 220额定频率： 5060防护等级： 绝缘等级： F 级、 冷却方式： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 12 页 共 63 页 工作方式： 连接方式： 3接法、 4 接法 11压： 380V 电流： 缘： B 噪音：87 ) 转速 2900 r/全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，是全国统一设计的基本系列，它同时是符合 9616 具有国际互换的特点。 爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械和食品机械等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 4 变速结构的设 计 变速方案拟定 拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。 变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。 变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿 轮等。 显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中变速型式的主轴变速箱。 速结构式、结构网的选择 结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的变速不失为有用的方法，但对于分析复杂的变速并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。 定变速组及各变速组中变速副的数目 数为 Z 的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有 Z 、Z 个变速副。即 321 取 Z=4, 4 R ，计算出变速齿轮箱公比 ，取，则变速箱有四种传动比： ；1/1/ ；2/1/ ；2/ ；1/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 14 页 共 63 页 由图 2主轴功率特性图中可以看出，当主轴在 640 40r/率段 以实 现恒功率不停车无级调速，故此车床用于加工盘类零件时，可以恒线速度切削，严格保证加工质量，但以上设计没有考虑系统内传动元件造成的功率损失。 构网的拟定 根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下： 构式的拟定 主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即： 210检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。 1222 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 15 页 共 63 页 构式的拟定 绘制转速图 、选择 系列笼式三相异步电动机。 、分配总降速变速比 定各变速组变速副齿数 齿轮齿数的确定，当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可 依据机械设计手册推荐的方法确定。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 小齿轮的齿数可以从【 1】表 3般在主传动中，最小齿数应大于 18 20。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于 4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。 根据【 1】94P,查表 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 16 页 共 63 页 5 传动件的设计 传动设 计 输出功率 P=22速 470r/00r/算设计功率 Pd 表 4 工作情况系数原动机 类 类 一天工作时间 /h 101016 16101016 16载荷 平稳 液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（ ）；离心式压缩机；轻型运输机 荷 变动小 带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（ ）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛 荷 变动较大 螺旋式运输机；斗 式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械 荷 变动很大 破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 17 页 共 63 页 根据 稳 ，两班工作制（ 16 小时），查机械设计 ， 取 1 . 1 2 2 2 4 . 2 k e P k W 普通 械设计 3 11选 取。 根据算出的 1470r/查图得： 0 100可知应选取 带。 由机械设计 3 7查得，小带轮基准直径为 80 100取 0075 295表 13 表 3 Y Z A B C D E 0 75 125 200 355 500 21211470 = 1 . 6 3 3 3 3 , = 1 0 0 1 . 6 3 3 3 3 = 1 6 3 . 3 m 所 以 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 18 页 共 63 页 由机械设计 3得260 误差验算传动比：21160= 1 . 6 3 2 6 5(1 ) 1 0 0 (1 2 % )d 误（ 为弹性滑动率） 误差111 . 6 3 2 6 5 1 . 6 3 3 31 0 0 % 1 0 0 % 1 . 5 8 % 5 %1 . 6 3 3 3 3 误 符合要求 带速 1 1 0 0 1 4 7 0v = 7 . 4 3 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 满足 5m/以宜选用 总之，小带轮选 带轮选择 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 20 页 共 63 页 带轮的材料：选用灰铸铁， 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。 由机械设计 3 12 查得， 0 面 已 得 到 1a = z=6 ，则1a 1 5 3 . 72 s i n = 2 6 1 3 0 . 5 9 s i n N = 1 5 2 6 z F 对带轮的主要要求是