立式车床改立式磨床工作台大体设计

1、摘要IAbstractH第1章结论21.1 引言21.2 研发的背景及意义21.3 立式车床改立式磨床工作台大体设计思路及关键技术31.3.1 设计要求31.3.2 立式车床改立式磨床工作台大体设计思路31.3.3 技术关键分析41.4 论文的研究内容5笫2章参数拟定6主轴极限转速6主电动机的选择7第3章运动设计7主传动方案拟定7传动结构式、机构网的选择8传动比、带轮及齿轮齿数确信93.3.1 各齿轮齿数确信93.3.2 验算主轴转速误差9第4章动力计算和结构草图设计11动力计算12-A18第5章结构设计及说明19结构设计的内容、技术要求和方案19展开图及其布置20齿轮块设计20其他问题20总

2、结21参考文献22致谢23附录24第1章绪论1.1 引言古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采纳互换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一名英国人罗伯茨采纳了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床；1848年,美国乂显现回轮车床；1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他乂制成三轴自动车床；20世纪初显现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各类

3、高效自动车床和专门化车床迅速进展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床取得推行，与此同时，多刀车床也取得进展。50年代中，进展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序操纵车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后取得迅速进展。1.2 研发的背景及意义在中国中小型工厂企业里，立式车床承担着较多的工作任务，而磨削是车床不能完成的任务之一，为了改良此缺点，并从经济方面考虑，改造立式车床工作台为立式磨床，以便完成磨削任务，从而节约了买专用磨床的花费，提高了车床的工作范围及效率，并节约了车间空间。通过设计后的立式磨床将是集环保型、高工作性、高耐久性于一体的改装设备。众所周知，企业

4、要在猛烈的市场竞争中取得生存、取得进展,就必需在最短的时刻内以优良的质量、低廉的本钱，制造出知足市场需求、性能适合的产品。此课题主若是解决立式车床不能完成的磨削任务，并在特定情形下能够合理利用资源，改装立式车床工作台完成立式磨床的工作台。通过采纳改装技术来设计立式磨床，能够省去购买新机械的大笔本钱，因此降低生产本钱，有效的利用现有资源。同时通过此课题的设计培育咱们对车床结构设计和改造的素养。专门是变速箱的设计、查找资料自主创新、及CAD制图识图的能力。1.3 立式车床改立式磨床工作台大体设计思路及关键技术1.3.1 设计要求本课题主若是改造立式车床的主传动系统和工作台，使其能完成磨床的任务，即

5、改造成立式磨床工作台。设计后的机床将达到以下要求：1 .达到磨床的利用精度，能生产出符合要求的成品；2 .改立式车床工作台为立式磨床工作台，使其达到密封要求，要求润滑液不下漏到工作台下箱，为操作者带来极大的方便；3 .把握机床主传动部件设计进程和方式，包括参数拟定、传动设计、零件计算、机构设计等，培育机构分析和设计能力；4 .综合运用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力；1.3.2立式车床改立式磨床工作台大体设计思路1. 参数拟定依照机床类型、规格和其他特点，了解典型工艺的切削用量，结合实际条件和情形，并与同类机床对照分析后确信：极限转速和七八公比小、主传动电机功率N。2. 运动设

6、计依照拟定的参数，通过结构网和转速图分析，确信传动结构方案和传动系统图，计算各传动别的传动比及齿轮的齿数，并验算主轴的转速误差。3. 动力计算和结构草图设计估算齿数模数m和轴径d,选择和计算正反向聚散器、制动器。4. 主轴变速箱装配设计主轴变速箱装配图是以结构图为“草稿”，进行设计和绘制的。图上各零部件要表达清楚，并标注尺寸和配合。5. 改造立式车床工作台工作台注意密封，和改动压导轨为静压导轨。由于静压导轨具有一系列的特点，加上乂采纳了恒流量供油方式，因此使得磨床的摩擦阻力小，工作靠得住，动态特性好，抗振性强，运动刚度好，运动精度高，从而磨削工件精度高。结构如以下图：图静压导轨结构尺寸图1.3

7、.3技术关键分析1 .加工范围工件最大回转直径1700mm,最小磨削内径50mm,最大磨削外径01200mm,园环宽度100200mm,磨削高度有效行程100mm,最大磨削平面017OOmmo2 .加工工件的精度要求尺寸精度IT5,形位精度IT5IT6内圆表面粗糙度。工件及端面粗糙度。3 .加工的材料及硬度材料CN2,9CrWMn,45#,3Cr2W8V。硬度范围:HRC2562。4 .机床结构尺寸及功能要求(1)机床采纳单柱立式结构。(2)机床采纳手动及电动两种结构。(3)手动微量进给每次不得大于0.005mm,最大切削进给量f=0.2mm/r,最大切削深度0.1mm。(4)机床导轨要求全防

8、护。(5)机床应具有干磨和湿磨两种功能。(6)磨床台面具有叮”型槽。(7)磨头电机要求密封、防潮、不得进雾状水汽。(8)磨头安装砂轮:选用国家标准的圆柱，砂瓦结构。(9)要求机床操作维修方便，简单。(10)磨头刀架回转角度±40。(11)机床工作台面为中1600mm。(12)最大工件重量吨。1.4论文的研究内容1设计立式车床的主轴变速箱；2设计立式车床的工作台；3改良改良立式车床的工作台为立式磨床工作台。第2章参数拟定依照机床类型、规格和其他特点，了解典型工艺的切削用量，结合实际条件和情形，并与同类机床对照分析后确信：极限转速Nw和必，、公比小、主传动电机功率果主轴极限转速、，100

9、（yinix1000x300皿一（010.2帅-0.15xx1600100% .1000 x80.1 冠）0.1 x 4 x 1600=16N398转速范围：R二二一六25Nmin16考虑到设计的结构复杂程度要适中，故采纳常规的扩大传动，并选级数Z=16。今以。二和代入R二外一1式，得R=32和173,因此取。二更适合。各级转速数列能够直接从标准数列表中查出。16级转速如下（二400；315；250;200；160；125;100；80；63；50;40；32；25；20；16；=Nxin主电动机的选择用类比法选择电动机功率P=22kw满载转速为1470r/min第3章运动设计依照拟定的参数，

10、通过结构网和转速图分析，确信传动结构方案和传动系统图，计算各传动副的传动比及齿轮的齿数，并验算主轴的转速误差。主传动方案拟定拟定传动方案，包括传动型式的选择和开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确信。传动型式那么指传动和变速的元件、机构和组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程度紧密相关，和工作性能也有关系。因此，确信传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。传动方案有多种，传动型式更是众多，比如：传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用互换齿轮、滑移齿轮、公用齿

11、轮等。显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。这次设计中，咱们采纳集中传动型式的主轴变速箱。传动结构式、机构网的选择16级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。主轴对加工精度、表面粗糙度的阻碍专门大，因此主轴上齿轮少些为宜。最后一个传动组的传动副常选用2。综上所述，结构式：16=2mX22x24x28结构网：125010008006。500400地2502001601251008050201612540图转速图传动比、带轮及齿轮齿数确信3.3.1各齿轮齿数确信山转速图得每对齿轮相应的传动比如下表:各轴转速图表各轴传动比*111213i4

12、15i6i7is19iioill数值221选取齿数应注意：1 .不产生根切。一样取ZminN1820。2 .保证强度和避免热处置变形过大，齿轮齿根圆到键槽壁厚3之2m,一样取8A5mm则之+2T/m。3 .同一传动组的各对齿轮副的中心距应当相等。假设模数相同时:那么齿数和也要相同。查表可得个齿轮齿数如下表：齿轮齿数表齿轮代号ZIZ2Z3Z.1z5Z6z-ZsZ9ZioZh齿数3430473747282456201952齿轮代号ZJZJz3°z.°z5°4°z；。Zs°Zg。Z10°Zn°齿数43473747375660286

13、4191654 .3.2验算主轴转速误差主轴转速在利用上并非要求十分准确，转速稍高或稍低并无太大阻碍。但标牌上标准数列的数值一样也不许诺与实际转速相差太大。山确信的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过土即Anl=341250x-100C431000An2=301250x-80047800An3=An4=An5=n6二An7=An8=An二实际-n理论n理论()=%<10(1.26-1)%=%=%<10(1.58-1)%=%47lOOOx-125C37125037lOOOx-80047800=%<10(1.261)%=%=%

14、<10(1.26-1)%=%47lOOOx-125C37125024315x-12560125=%<10(1.26-1)%=%=%<10(2-D%=10%630x-1250281250=%<10(2.51-1)%=%20125x-406440=%<10(2-l)%=10%40x-40n9二=0%<10(1-1)%=0%4040x-12.5Anl0=%< 10(3.16-1)%=%15612.5综上验算，符合要求。第4章动力计算和结构草图设计估算齿数模数m和轴径d,选择和计算正反向聚散器、制动器。传动轴除知足强度要求外，还应知足刚度要求。强度要求保证轴在

15、反复载荷和扭转教荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不许诺有较大的变形。因此疲劳强度一样不是要紧矛盾。除载荷专门大的情形外，能够没必要验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷（弯曲、轴向、扭转）不致产生过大的变形（弯曲、失稳、转角）。若是刚度不足，轴上的零件如齿轮、轴承等将由于周的变形过大而不能正常工作，或产生振动和噪音、发烧、过早磨损而失效。因此，必需保证传动轴有足够的刚度。通常，先按扭转刚度估算轴的直径，画出草图以后，再依照受力情形、结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。动力计算轴的最小直径计算公式:式中:n计算转速；P-各轴输入功率；小一每米长度上许诺的扭转角，I轴巾取2；传动轴取

16、；主轴取lo计算转速力是传动件能传递全数功率的最低转速。各传动件的冲算转速能够从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确信。各轴的计算转速由转速图可知如下表：计算转速表计算转速nj1IIIII1VI11VIII数值1250800630315125104040效率计算:带=096；=0,995；推齿=097；77承推力=°幽内=099I轴：1=带=1【轴：口承"XX轴：3=2尚轴承二xx轴：14=773齿轴承二xx轴:775=4%/轴承=乂*轴：6=，75齿自承=xx轴：47=776轴承2"帕为=xx轴：D8=7齿轴承二XX各轴效率表各轴效率7172734157

17、6"78数值.946已知各轴效率，用公式Pi7"2iP可知各轴输入功率计算。各轴输入功率表各轴输入功率P1P)P3P451,6P7P8数值I轴最小直径:°minl=9 怖= 9136扩大 10%15%,得 Dminl=W35.H轴最小直径:儡3°min 2得 Dmin2=,取 40.11【轴最小直径:°min 3="徐=91 襦Ml扩大 10%15%,得 Dmin3二 取 45.IV轴最小直径：£> =91J-=9b/ l7-l- 加网V315xl.5扩大 10%15% 得 Dmin4=取 50V轴最小直径：O =91

18、J-=91J 153_ 丐曲 1125x1.5扩大 10%15% 得 Dmin5=取 50VI轴最小直径：0 = 91= 91J 囤 V 40x1.5扩大 10%15% 得 Dmin6=取 75VII轴最小直径：扩大10%15%得Dmin7=取70.VDI轴最小直径:O=91J-=91X%仲40xl扩大10%15%得Dmin8=取110主轴内外径之比为时，其强度和刚度接近实轴，一样把主轴做成空心，减轻其重量并便于送料。因此VIII轴内径为x=66取70得各轴最小直径如下表：各轴最小直径Dmin表各轴最小直径DminInIIIIVVVIvnVIU数值3540455050757075齿轮模数的计算

19、一样同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮按简化的接触()疲劳强度公式计算叫=1633&J"±1）1'二mm式中：勺一一按疲劳接触强度计算的齿轮模数上”可Nd驱动电机功率KWn.计算齿轮的计算转速伊川/大齿轮齿数和小齿轮齿数之比后1Z,小齿轮齿数_B外一一齿宽系数，%=而（B为齿宽，m为模数），%=6%许用接触应力Mpa传动组a模数:取大值m=4o传动组b模数:16338)_2.26 x 22.(二V6x34-xl.26x600-xl250= 3.81“2 =16338；= 16338?2.58x22.06x3O2xl.58x6OO2xl25O=

20、42.26x22,06x372xl.26x6OO2x8OO= 4.17传动组C模数:% =16338；2.26x22.06x472xl.26x6002x630= 3.85传动组d模数:，% = 16338g3x22.06x282x2x6002x630= 5.13c 3x22.0163383/；V6x562x2x600-x125= 5.54为保证传动轴之间中心距一致，取大值但inL®二5齿轮参数的确信a=20®,ha=l,c*=Q25依照机械原理表6-3查得以下公式齿顶圆4“二(4+2h,)m齿根圆df=(芍+2h+2c分度圆d=mz齿顶高ha-!iam齿根高hf=(Jia+

21、c*)/n得：齿轮参数表齿轮齿数z模数m分度圆d齿顶圆齿根圆%齿顶高h齿根高hfZi34413614013145ZJ43417217616745Z二304120124115454。47418819218345z34752352405Z3°3751851905z.37518519058,参见机械原理P165页表63。高等教育出版社.朱理主编.4752352405z54752352405Z5°3751851905z62851401455z6°5652802855Z：2451201255z；。6053003055Zs5652802855Z3°285140145

22、5z92051001055z/6453203255Z10191019020010Z10°191019020010Zh528416424406810Zh°1658132013281310810齿轮校核在验算算速箱中的齿轮应力时，选相同模数中经受载荷最大，齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。那个地址要验算的是齿轮2,齿轮7,齿轮12这三个齿轮。齿轮Z9的齿数为20,模数为5,齿轮的应力：4.4.1 接触应力：()八2088xlO4Qt=uBnjzmU一一大齿轮齿数与小齿轮齿数之比；即一齿向载荷散布系数；kv一一动载荷系数；kA一工况系数；X寿命系数。查机械设计表6-2及图

23、及得勺超=1.15,即g=1.20;%=1。5,&=1.25假定齿轮工作寿命是48000h,故应力循环次数为N=60叫=60x40x1x48000=1.17x1()8次查机械设计图和得Km=0.9,Kn=0.9,因此：6412088x10% =20x5+1xl.l5x1.05x1.25x1.20x22x0.895= 1.551x1()3 MPa()20)64x55x40204.4.2 弯曲应力:"wfBYnj查金属切削手册有Y二，代入公式求得：Q二大齿轮、小齿轮的硬度为60HRC,故有b/=1650MPa,从表读出o;=920M/%。因为：故知足要求，另外齿轮计算方式如上，均

24、符合要求。主轴强度校核主轴的受力分析:图主轴受力图由直齿轮传过来的扭矩可知：齿轮上所受切向力Ft和径向力Fr别离为:2x9.55xl0“x凡2x9.55x106xFi工m=3.4x1。小dd1320"=旦=止*.6，心cos 200.9396对B点求矩:"" = J°x3.6xU=7733n419419尸4 ="2=660x3.4xU=36.79x©N6161对A点求矩:一竺”93.36x1。”419419660xFr660x3.4xl048181FBt=27.7xlO4/那么Mr=90FBr=509FAr=xMt=81FBt=61F

25、at=x因此：M=yjMr+Mt1=V3.92+22.42x106=22.74x106Mpa则Mca=M2+(aT)2=22.742+(O.6x2.24)2x106=22.78x10“MpaMcaO.k/3(1-7?4)比74.87小于22.78xlO60.1x1423(1-0,4934)其中夕=必=2=0.493,强度知足要求。d142第5章结构设计及说明结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、聚散器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和假设干张横截面图表示。课程设计由于时刻的限制，一样只

26、画展开图。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一样机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题。精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的操纵，结构工艺性，操作方便、平安、靠得住原那么，遵循标准化和通用化的原那么。主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可幸免要通过反复试探和多次修改。在正式画图前应该先画草图。展开图及其布置展开图确实是依照传动轴传递运动的前后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。齿轮块设计齿轮是变速箱中的

27、重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性转变的。也确实是说，作用在一个齿轮上的载荷是转变的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可幸免要产生动载荷而引发振动和噪音，常成为变速箱的要紧噪声源，并阻碍主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。齿轮块的结构形式很多，取决于以下有关因素：1 .是固定齿轮仍是滑移齿轮；2 .移动滑移齿轮的方式；3 .齿轮精度和加工方式；变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择要紧取决于圆周速度。采纳同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，依如实际结果得知,圆周速度会增加一倍，噪声约增大6dB。工作平稳性和接触误差对振动和噪声的阻碍比运动误差要大，因此这两项精度应

28、选高一级。不同精度品级的齿轮，要采纳不同的加工方式，对结构要求也有所不同其他问题滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。圆齿和倒角性质不同，加工方式和画法也不一样，应予注意。选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面。尽可能做到省工、省料乂易于保证精度。齿轮磨齿时，要求有较大的空刀（砂轮）距离，因此多联齿轮不便于做成整体的，一样都做成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有效组合齿轮的。总结立式车床跟立式磨床尽管是不同的机床，可是它们并非是没有一起点的这就奠定了将立式车床改成立式磨床的基础，在了解了二者的特点后，结合它们的相同点和不同点，将发觉改造的进程并非复杂。目前国内尚无定型的立式磨床产品,而入口大规模立式磨床费用很高，因此将车床改造成磨床这将减少生产需要的本钱，经济有效，是很值得研究和进展的一项技术。改装进程中变更压导轨为静压导轨时，需要在下箱体和大齿轮上开圆形