车床主轴箱课程设计综述

燕山大学课程设计说明书题目：CK6140年级专业：08级机制2学号：080101010127学生姓名：吕伟彪指导教师：王敏婷李宇鹏目录第1章概述……………..……..11.1设计要求………………..1第2章主传动的设计…………22.1计算转速的确定………..22.2变频调速电机的选择………………...…22.3转速图的拟定…………...22.3.1传动比的计算……...22.3.2参数确定…………...22.3.3主轴箱传动机构简图……………...32.3.4转速图拟定………...32.4传动轴的估算………..…32.5主轴轴颈的确定……..…52.6主轴最佳跨距的选择……………..……52.7齿轮模数的估算………..62.8同步带传动的设计………………….…82.9滚动轴承的选择…….…102.10主要传动件的验算………….…….…102.10.1齿轮模数的验算………..…..……102.10.2传动轴刚度的验算………………142.10.3滚动轴承的验算…………….…...15总结……………..…………….….16参考文献………………..………..17燕山大学课程设计说明书第一章概述1.1设计要求机床类型：数控车床主传动设计要求：满载功率7.5KW，最高转速4000rpm,最低转速41.5rpm变速要求：无级变速进给传动系统设计要求：伺服控制，行程1200mm，最低速度0.001mm/r，最高速度0.5mm/r，最大载荷4500N，精度±3μm1共17页第页燕山大学课程设计说明书第二章主传动的设计2.1计算转速的确定机床主轴的变速范围：=，且：=4000rpm,=41.5rpm4000所以：==96.3841.5根据机床的主轴计算转速计算公式：=得：=41.5х96.38=163.4rpm2.2变频调速电机的选择Z=2了提高电机效率，应尽量使nn。高低4000假设所选电机最高转速为4500rpm1500rpmi145000.89，i163.4163.4则有，i，908rpmη=0.982i1i22i27.5х0.98=0.96，则p7.8kw。电动机在1500rpm时的输出功率为0.961500p7.512.4kw，现取过载系数k=1.28，则电机功率为908p1.312.4。0可选用上海德驱驰电气有限公司的UABP160L-4-50-18.5型号交流主轴电动机，额定功率为18.5kw，最高转速为4500rpm，同步转速为1500rpm，调频范围为5-150HZ,基频为50HZ。选配变频器型号：DRS3000-V4T0150C，售价1380元人民币。2.3转速图的拟定2.3.1传动比的计算设电机轴与中间轴通过齿轮定比传动，取其传动比为i=0.67，0i0.89i0.18则i1.33，i0.27。'1'20.67i0.6701i202.3.2参数确定i=1.331的齿轮副为70/512共17页第页燕山大学课程设计说明书选i=0.27的齿轮副为26/9522.3.3主轴箱传动机构简图2.3.4转速图拟定2.4传动轴的估算传动轴除应满足强度要求外，还满足刚度要求，强度要求保证轴在反不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷较大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下不至于产生过大的变形。如果刚度不够，轴上的零件由于轴的变形过大而不能正常工作，或者3共17页第页燕山大学课程设计说明书产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效，因此，必须保证传动轴有足够的刚度。计算转速n是传动件传递全部功率的最低转速，各个传动轴上的计算j转速可以从转速图直接得出。主轴：n=163r/minj2中间轴：n=595r/minj1电机轴：n=893r/minj0各轴功率和扭矩计算：已知一级齿轮传动效率为0.98，则有：电机轴功率：p=n×p/n=893×18.5/1500=11kw0j0额额中间轴功率：p=p×0.98=11×0.98=10.8kw10主轴功率：p=p×0.98=10.8×0.98=10.6kw21电机轴扭矩：T=9550p/n=9550×11/893=1.18×10N·mm500j0中间轴扭矩：T=9550p/n=9550×10.8/595=1.73×10N·mm511j1主轴扭矩；T=9550p/n=9550×10.6/163=6.21×10N·mm522j2表2-1各轴计算转速、功率、扭矩轴电机轴89311中间轴595主轴163计算转速（r/min）功率(kw)10.817310.6621扭矩(N·m)118按扭转刚度估算轴的直径d1.64式中d——传动轴直径（mm）4Tn（mm）T——该轴传递的额定扭矩（N·mm）n4共17页第页燕山大学课程设计说明书——该轴每米长度允许的扭转角（deg/m=0.5°~1°。电机轴：取=0.8deg/m441.18105Td1.641.6432.1mmn0.8查阅电机轴轴颈为d=48mm，满足要求。中间轴：取=0.8deg/m441.73105Td1.64圆整取d=40mm1.6435.4mmn0.812.5主轴轴颈的确定为了保证机床工作的精度，主轴尺寸一般都是根据其刚度要求决定的。故主轴前轴颈的尺寸按统计数据确定。查阅相关资料：主轴前轴颈=150mm，主轴的后轴颈一般推荐为D的0.7-0.85倍，取D=0.8D=0.8×D1121150=120mm。表2-2各轴估算直径轴电机轴中间轴主轴前轴颈主轴后轴颈10080主轴内孔mm）4840322.6主轴最佳跨距的选择①、由前轴颈取=100mm，后轴颈取=80mm，选前轴承为NN3022K型和234422型，后轴承为NN3018K型。选主轴锥度号为45的轴头，根据结构，定悬伸长度a=120mm。②、求轴承刚度：电机输出额定功率18.5kw时，主轴转速为260r/min，则主轴最大输出转矩P163TNmn床身上最大加工直径约为最大回转直径的60%，即240mm，故半径为0.12m。5共17页第页燕山大学课程设计说明书1083.9切削力背向力F9032.5N0.12cF0.5F4516.2Npc故总作用力为FFF10098.6N22cp力为F/2=5049.3N。l/a=3,l=3х120=360mm和分别为：==2700х=3600N==2700х=900N轴向力==2755N根据《金属切削机床》式（10—510—6）可求出前、后轴承刚度轴承NN3022K径向刚度：=2070N/μm轴承NN3018K径向刚度：=1530.3N/μm轴承234422轴向刚度：=833N/μm③、求最佳跨距：==1.35为前、后轴承颈的平均值，初步计算时，可假设主轴的当量外径（100+80）mm/2=90mm。故惯性矩为I=0.05х（-=）=497.3х=0.184η==查《金属切削机床》图（10—24）主轴最佳跨距计算线图，/a=1.7。可根据/a=2再计算支反力和支撑刚度，求最佳跨距，经过进一步的迭代过程，最终取得最佳跨距为l=300mm。2.7齿轮模数的估算一般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进行计算：31uNm16338（mm）dj2zu2m1njj6共17页第页燕山大学课程设计说明书式中m——按接触疲劳强度计算的齿轮模数（mmjN——齿轮传递的功率（kwdn——小齿轮的计算转速（r/minju——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比；z——小齿轮齿数；1——齿宽系数，=B/m=6~10；mmm——许用接触应力（Mpaj齿轮材料及热处理的选择：电机轴、传动轴上齿轮：Z=44、66、70、26，20Cr渗碳、淬火、低温回火，HRC56-62主轴上齿轮：Z=51、95,20Cr渗碳、高频淬火、低温回火，HRC56-62取齿宽系数=8，查得=1650Mpa，则m对44/66的齿轮传动副的Z=44的齿轮，计算转速为893r/minj3u1N31.5118.58441.51650893m16338163381.53取j22zun2m1jjm=2mm对70/51的齿轮传动副的Z=51的齿轮，计算转速为821r/min3u1N31.37118.58511.371650821对26/95m16338163381.4422z2unm1的齿轮传动副的Z=26的齿轮，计算转速为595r/minjj3133.65118.5uN为了保m16338163382.278263.65165059522z2unm1证中心距，主轴与中间轴之间传动组模数需要相等，取m=3mm。jj取齿宽系数8，齿宽B，当m=2时，B=2×8=16mm，大齿轮mmmB=16mm，小齿轮b=22mm。当m=3时，B=3×8=24mm，大齿轮B=24mm，主轴7共17页第页燕山大学课程设计说明书传动组齿轮小齿轮比大齿轮齿宽大1~2mm，小齿轮b=25mm。表2-3各齿轮齿数、模数齿轮齿数模数齿宽ZZZZZZ2456134426627035132639532216242525242.8同步带传动的设计同步带具有传动比较准确，不打滑，效率高，初拉力以及适用功率的范围，不需要润滑等特点。同步带的设计功率为18.5kwH型带，节距为12.7mm。小带轮的齿数，根据表格查得，在带速和z22zz1安装尺寸允许的情况下，尽可能选取较大值，现初取=32。小带轮的节zz113212.7zp1圆直径d1d129.363.14n45003000大带轮的齿数，大带轮节圆直径48zziz32121n2412.7194.mzp2，带速dd3.142dn113.14129.361500601000，其中查得H型带的v10.15m/sv601000，，所以符合要求。初定轴间距，cv40ms/0.7ddc2dd012012即0.7129.36194.04226.38c2129.36194.04646.80。c4000带长及其齿数Lz02ddLcdd2124c001203.142194.04129.3624400129.36194.0424001310.48共17页第页燕山大学课程设计说明书查得带长代号为510=1295.4mm。Lz0LL1295.41310.4实际轴间距为。ac0400392.5p2200小带轮啮合齿数zRz01zmzz1232a213212.732483215233.14392.52基本额定功率P0T)v22P0abb，Tbs0s0as0NTmbkg/m,as0kg/m。所需带宽bs18.5PdKPbbs76.268.6120.85s0z0Kz6取K，b，查d1zmzs300的Hb76.2。sz32；d129.36;d127.9911az48；d194.04;d192.6721a9共17页第页燕山大学课程设计说明书2.9滚动轴承的选择为了增加主轴的刚度，主轴前端支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触轴承，后支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴，中间采用深沟球轴承辅助支承。考虑到其他轴的高速且没有轴向力，其余轴均采用深沟球轴承。2.10主要传动件的验算2.10.1齿轮模数的验算一般对高速传动的齿轮以验算接触疲劳强度为主，对低速传动的齿轮以验算弯曲疲劳强度为主，对硬齿面软齿芯的渗碳淬火齿轮，一定要验算弯曲疲劳强度。对于44/66和70/51的齿轮副验算接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,26/95的齿轮副验算弯曲疲劳强度。接触疲劳强度计算齿轮模数mj12088103uKKKKN123SuBnzmjjj接触弯曲强度计算齿轮模数mw19110KKKKN512zm3sw2wj式中N——传递的额定功率（kwNN；d共17页第10页燕山大学课程设计说明书N——电机额定功率（kwd——从电机到所计算齿轮的传递效率；n——齿轮的计算转速（r/minjm——初算的齿轮模数（mm）——齿宽（mm）Bu——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比；z——小齿轮齿数；K——工况系数，考虑载荷冲击的影响，中等冲击取1.2~1.6；1K——动载荷系数2K——齿向载荷分布系数3Y——齿形系数K——寿命系数：sKKKKKsTnNqK——工作期限系数：T60nTmK1CT0T——齿轮在机床工作期限内的总工作时间n——齿轮的最低转速（r/min1C——基准循环次数，钢和铸铁件：接触载荷取C=10，弯曲载700荷取C=2×10；80mm=3对正火、调质及整体淬硬件取m=6，对表面淬硬（高频、渗碳、氮化等）取m=9；共17页第11页燕山大学课程设计说明书K——转速变化系数nK——功率利用系数NK——材料强化系数q——许用弯曲应力（Mpa）w——许用接触应力（Mpaj①验算26/95齿轮传动组，验算Z=26齿轮：查阅相关资料得：K=1.4K=1.3K=1.04K=0.27、=8、=0.43=297Mpa、Y123smw=1650Mpaj接触疲劳强度：103u1KKKKN123Szmjj1033.6511.41.31.040.2718.50.983.6522262.54591650j弯曲疲劳强度：19110KKKKN512zmB3sw2j191101.41.31.040.2718.50.985262.5220.43595243.8297w均满足要求。②验算44/66齿轮传动组，验算Z=44齿轮：查阅相关资料得：K=1.4K=1.3K=1K=0.27=8Y=0.481=1650Mpa、123smj=297Mpaw共17页第12页燕山大学课程设计说明书接触疲劳强度：2088103u1KKKKN1uBn23Szmjj20881031.511.41.310.2718.51.522893弯曲疲4426591650j劳强度：19110KKKKN512zm3sw2j191101.41.310.2718.55442220.4818932104297w均满足要求。Z=44的齿轮模数m=4>3.88，满足要求。③验算70/51齿轮传动组，验算Z=51齿轮：查阅相关资料得：K=1.4、K=1.3、K=1、K=0.27、Y=0.488123s=1650Mpa、=297Mpajw接触疲劳强度：2088103u1uBn23Szmjj1.3711.41.310.2718.50.981.37228212088103512.525921650j弯曲疲劳强度：19110KKKKN512zmB3sw2j191101.41.310.2718.50.9852512.5220.488821293297w共17页第13页燕山大学课程设计说明书均满足要求。2.10.2传动轴刚度的验算y角θ。验算支承处倾角时，只需验算支反力最大的支承点，若该处的倾角小于安装齿轮处规定的允许值，则齿轮处的倾角就不必验算，因为支承处的倾角一般都大于轴上其他部位的倾角。当轴上有多个齿轮时一般只要验算受力最大齿轮处的挠度。刚度验算时应选择最危险的工作条件，一般是轴的计算转速低、传动齿轮的直径小且位于轴的中央，此时轴的总变形量最大。验算中间轴的刚度：受力简图如下：中间轴的Z=26的齿轮受力最大，变形挠度最大，右支承是支反力最大的支承点，则Z=26齿轮受力：T2173圆周力F3.3KN1d426t1径向力FFtan3.3tan1.2KNrtF=F=1.2KNr齿轮处轴的挠度为b12002204822yF5.4510m633.14424320026864Fabla6右支承处轴的倾角为B共17页第14页燕山大学课程设计说明书2.10.3滚动轴承的验算机床的一般传动轴用的滚动轴承，主要是因疲劳破坏而失效，故应进行疲劳寿命验算。按计算动负荷C的计算式进行计算jffKKKPNCNChnfjFNnl共17页第15页燕山大学课程设计说明书总结经过为期四周的不懈努力，我们顺利完成了对数控车床主传动系统的设计。在这四周的时间里，按照设计要求、结合所学设计理论，一步一步，认真地分析、计算，终于完成了这个课程设计。虽然在本次课程设计过程中，我们明显感觉本次课程设计难度较高，但是我们还是把它完成了。也使我们进一步理解了各门学科之间的相互联系。同时作为毕业设计前的最后一次课程设计，可以说是毕业设计前的一次练兵，也为以后的设计工也让我们认识到了自己的许多不足之处，还有待提高。另外，在本次设计过程中，老师不辞辛苦指导我们，给予了我们很大的帮助，在此深表感谢！当然，由于我们水平有限，整个设计中不妥之处在所难免，恳请老师不吝指正。共17页第16页燕山大学课程设计说明书参考文献12机械工业出版社上海科学技术出版社中国标准出版社3许立忠周玉林主编4韩晓娟主编5成大仙主编中国标准出版社机械工业出版社目录绪论………………...1第1章主传动系统设计概述…………………...3第2章数控铣床主传动系统的配置方式……...4第3章主轴电动机的选取…………...…………5第4章同步带传动设计与计算………………...64.1..…………………64.2..…………………64.2.1、模数的选取………………...64.2.2、小带轮齿数………………...64.2.3、同步带节距………………...64.2.4、节圆直径…………………...74.2.5、大带轮齿数………………...74.2.6、大带轮直径………………...74.2.7、带的速共17页第17页燕山大学课程设计说明书度…………………...74.2.8、定中心距…………………...74.2.9、带的节线长度……………...74.2.10、计算中心距……………….7、带轮与带的啮合齿数…………………….84.2.12、带宽……………………….84.2.13、作用在轴上的力………….84.2.14、小带轮的最小包角……….84.2.15、带轮宽度………………….8第5章主轴组件的设计……………..…………...95.1、主轴组件的设计要求………..95.1.1、回转精度…………………...95.1.2、主轴刚度…………………...95.1.3、主轴的抗振性……………...105.1.4、主轴温升…………………...105.1.5、主轴耐磨性………………..105.1.6、提高主轴组件抗振性的措施……………..105.2、减少主轴组件热变形的措施……………….105.3.…115.4、主轴转动装置箱体的作共17页第18页燕山大学课程设计说明书用………………….135.5、主轴箱体的截面形状和壁厚的计算……….15第6章主轴轴承的选择………….156.1、轴承的选择和轴承的精度…………………..156.2、轴承预紧力的要求…………..156.3、主轴轴承的润滑与密封……………………..166.4、选取轴承求…………………..166.5、轴承寿命校核………………..186.6、轴承座孔的设计要求………..19第7章联接键的选择碟形弹簧的选择与计算………………….207.1、碟形弹簧的特点……………...207.2、碟形弹簧材料及热处理厚度和脱碳………...217.3、碟形弹簧的强压处理………...217.4、表面强化处理和防腐处理…………………...21第8章螺钉联接的设计…………..238.1、根据设计要求计算…………...238.2、螺钉的强度计算与校核……………………...23第9章液压缸的设计………..........249.1.液压压缸安装应注意的问题………………..…249.2.压缸各部分的结构及主要尺寸的确共17页第19页燕山大学课程设计说明书定………..249.3.强度校核………………………..25第10章润滑与密封件设计………2610.1、封件的作用及其意义…………………….....2610.2、密封的分类及密封件的材料要求………….2610.3、防尘圈的设计要求……….....27结论………………....28致谢.29参考文献共17页第20页燕山大学课程设计说明书9.加工性能好，价格低廉；显然，能同时满足上述所有要求的密封材料是不易求得的，但密封性能优越的材料应能够满足上述大部分的要求。10.3、防尘圈设计要求：在液压缸中，防尘圈被设置于或活塞杆或柱塞运动