X6132型万能升降台铣床主轴箱设计

第26页X6132型万能升降台铣床主轴箱设计

绪论设计的过程是通过分析、创造和综合而达到满足特定功能目标的一种活动。在此过程中需不断的对设计方案进行评论，根据评价的结果进行修改，在设计的过程中不断地发现问题和解决问题。金属切削机床是机械制造业的基础设备，随着社会不断发展和科学不断进步对机床设计要求越来越高，计算机辅助设计和计算机辅助工程应用。使得机床的设计理论和方法由人工绘图向计算机绘图，由定性设计向定量设计。由表态和线性分析向动态和非线性分析，由可行性设计向最佳设计过度。金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必需运动和动力。机床基本工作原理是通过刀具与工件之间相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。X6132万能升降台铣床是一个十分典型的普通车床，广泛的应用在生产中。主轴箱的设计不仅要满足机床总体布局变速箱的形状和尺寸的限制、达到18级转速，还要便于装配、调整、润滑和维修。根据指导教师的推荐、重点选用《金属切削机床》以及辅助类书刊包括《材料力学》、《机械制造装备设计》、《机械制图》、《机械设计》等图书。其中，《金属切削机床设计》无疑是系统化介绍和设计车床的资料。它从机床设计的步骤，机床的标准化，机床的总体布局到主要参数的确定。在主要的传动设计中，参考齿轮齿数和齿轮直径的确定，是主轴箱的尺寸，轴的轴径，以及传动精度等一系列布局。在结构式，结构网确定之后，要对传动件的结构、材料、构造等进行计算和设计及齿轮模数确定等。传动件包括齿轮、传动轴、离合器、制动装置等。其中齿轮的构造中三联滑移齿轮，对齿轮的拼装，齿轮太窄或太宽时的处理，齿轮在轴上的定位问题都有比较全面的论述。传动轴在反复弯曲载荷和扭曲载荷下不发生疲劳破坏。在刚度方面，轴的弯曲和扭曲载荷下不致产生过大的变形。高速旋转的轴还应计算器临界转速，以免发生共振，传动轴首先要估算直径，然后再进行刚度验算。提高刚度时可以采用加大轴的直径缩短轴的长度，使轴上的主动和被动传动件尽可能的靠近，使传动件靠近轴。文献资料室一个设计者必备的工具，选择全面的实用的工具是设计者必备的素质。其实，整个设计的过程就是将大学四年学习的知识融会贯通的过程，很多当时不会用的感觉泛泛的东西通过设计将变得更具体，可行，学会应用资料，为我所用，能将那些规格化的鼓励的零件经过计算，设计成一台可以实现运转的机械，就是我们设计的根本意图所在了。我们设计还是比较初级模型，在实践中，只有不断的改进，才能达到高的生产效率，然而，基础的知识和原理是设计的源头，就我个人而言，我希望能通过这次专业课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作、学习打下良好的基础。由于能力所限、设计中难免有许多不妥之处，恳请老师多多指教。目录一、概述 41.1金属切削机床在国民经济中的地位 41.2机床课程设计的目的 41.3车床的规格系列和用处 41.4操作性能要求 5二、传动设计 52.1主传动方案拟定 52.2传动结构式、结构网的选择 52.2.1确定传动组及各传动组中传动副的数目 52.2.2确定传动顺序 62.2.3确定扩大顺序 62.2.4确定变速组中的极限传动比及变速范围6 2.2.5确定最小传动比7三、传动件的估算 93.1带轮设计 93.2齿轮齿数的确定和计算转速的计算 113.2.1齿轮齿数的确定 113.2.2齿轮计算转速的计算 143.3轴及传动轴的计算转速 163.4齿数模数的确定 163.5传动轴直径的确定173.6主轴轴径的确定18四、验算主要零件 184.1齿轮模数验算 184.2传动轴刚度验算 204.3轴承寿命验算 22五、结构设计及说明 245.1结构设计的内容、技术要求和方案 24六、总结 24七、参考文献 24一、概述1.1金属切削机床在国民经济中的地位金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，又称为“工作母机”或“工具机”。在现代机械制造工业中，金属切学机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%～60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。1.2机床课程设计的目的专业课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。1.3车床的规格系列和用处规格系列：表1X6132万能升降台铣床的主参数（规格尺寸）和基本参数最低转速Nmin()最低转速Nmax()主电机转速()主电机功率N（kw）公比转速级数Z30150014507.51.26181.4操作性能要求用处：该机床用于铣削平面、斜面、沟槽、齿轮等。工作台可绕垂直轴在水平面范围整，如采用分度头附件，还可加工螺旋表面。二、传动设计2.1主传动方案拟定拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、幻想、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、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密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和型式，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，我们采用集中传动型式的主轴变速箱。2.2传动结构式、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传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。2.2.1确定传动组及各传动组中传动副的数目一定变速组组数的变速系统可由不同数目的变速组组成。变速传动装置总变速级数应等于各变速组变速级数的连乘积，即，式中Z—主轴总变速级数；p、q、r—各组变速机构的变速级数（即为每组传动副数）。减少变速组的数目可以缩短传动链，但在总变速级数不一定的情况下，势必会增加各变速组内传动副数目P，并且降速过快，会导致齿轮的径向尺寸增大。18级转速的变速系统，其变速级和传动副数的组合方案为：首先应该确定，预使主轴得到18级转速需要几个变速组，以及他们各需要几个传动副。方案①②③：变速组数目为3个，传动轴数最少为4根，但齿轮对数目为，结构简单、紧凑，同时由于机床结构原因，通常采用双联或三联齿轮进行变速。方案④~⑦：虽然变速组数目为2个，传轴轴数最少为3根，但齿轮对数目为3+6=9、9+2=11，比方案①~③中多。同时使变速箱的轴向尺寸增加，使操纵机构变得复杂，难以实现。综上所述，主轴为18级转速的变速系统，应采用由3个变速组所组成的方案，即应选择方案①②③。2.2.2确定传动顺序在一般情况下，变速系统为降速的，电动机转速往往比主轴变速范围内大多数转速高，现对上述方案进行分析。方案①：变速组a有3对传动副，在靠近主轴处为低速的变速组b为2对，变速组c也为2对。根据扭矩公式可知，当传动件传递的功率一定，转速高时所传递的扭矩小，则轴、齿轮等传动件尺寸相应的可小一些。因此，从传动顺序来说，应尽量使前面的传动件多些，可节省材料，减轻重量，故第一方案为最佳方案。2.2.3确定扩大顺序当传动顺序确定后，由于基本组、扩大组的排列顺序不同，可得出不同的排列方案，其结构式为：射线开口大势必造成低转速较低，其结果是使传动件的尺寸较大。因此，在网上表现为前后传动组的射线间开口笑，后面传动组的射线间开口大，这时各变速组的变速范围是逐渐增大的，故方案①为最佳方案。2.2.4确定变速组中的极限传动比及变速范围在主传动系统中，对于降速，为了防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常应限制最小传动比。对于升速，为了防止产生过大的振动和噪声，常应限制最大传动比。由于齿轮副的极限传动比有了限制，则变速组的最大变速范围相应地也应有一定的限制。在主运动中：因此，一般只要最后扩大组的变速范围不超过限制范围，则其余的变速组也不会超过。通常，最后扩大组的传动副数为2，可以减少最后扩大组的变速范围，以利于不超过限制范围。因此，设计传动系统时，Rn值的扩大，由于受到值的限制，就不能通过无限增加变速组的数目来实现。验算：方案，其最后扩大组的变速范围，合格。2.2.5确定最小传动比在设计传动系统时，电动机与主轴的转速已经确定。当降速时，分配传动比应使各个中间传动轴的最低转速适当地高些。因为n高后，在传递一定功率下，传递的扭矩就小，相应的使传动件的尺寸也小。未来使更多的传动件在相对高速下工作，减少变速箱的结构尺寸，除了在传动顺序上前多后少，扩大顺序上前密后疏，对于降速运动最小传动比应采取前缓后急的原则，即在传动顺序上，越靠前最小传动比越小，最后变速组的最小传动比常取1/4。据上所述，主运动转速图为：传动系统图为：三、传动件的估算3.1带轮设计1、确定计算功率查表8-6知=2、选择带型根据计算功率和小带轮转速由图8-9知选择V带B型。3、确定带轮的基准直径和初选小带轮的基准直径根据机械设计8-11图，取主动轮基准直径=150mm根据式（8-15）从动轮基准直径==1.933112=290mm根据表8-8取=290mm按式（8-13）验算带的速度带的速度合适4确定A型V带的基准长度和传动中心距根据初步确定中心距：初定中心距根据式（8-22）计算带所需的基准长度由表8-2选带的基本长度Ld=1600mm按式（8-21）计算实际中心距5、验算主动轮上的包角由（8-6）得：主动轮的包角合适6、计算V型带的根数Z由式（8-22）由查表8-4a和表8-4b得查表8-5得：查表8-2得7、计算预紧力由式8-27知查表8-3得q=0.18kg/m故：8、计算作用在轴上的压轴力式（8-28）=2Z3.2齿轮齿数以及计算转速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及小齿轮的齿数可以从表3-6（机械制造装备设计）中选取。一般在主传动中，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。3.2.1齿轮齿数的确定第一组齿轮：传动比，查《机械制造装备设计》表1.7可得相应的齿数和的值可取60，78,我们可取的值为60，则各齿轮相对应的齿数为检查主轴各级转速误差：检验式为式中★第一对齿轮①符合要求★第二对齿轮②符合要求★第三对齿轮③符合要求第二组齿轮：传动比，查《机械制造装备设计》表1.7可得相应的齿数和的值可取70,77,我们可取的值为70，则各齿轮相对应的齿数为检查主轴各级转速误差：检验式为式中★第一对齿轮①符合要求★第二对齿轮②符合要求★第三对齿轮③符合要求第三组齿轮：传动比，查《机械制造装备设计》表1.7可得相应的齿数和的值可取85,89,90,95,我们可取的值为89，则各齿轮相对应的齿数为检查主轴各级转速误差：检验式为式中★第一对齿轮①符合要求★第二对齿轮②符合要求3.2.2齿轮计算转速的确定①齿轮的计算转速。齿轮装在Ⅳ轴上，从转速图可以看出，共有118r/min~750r/min共9级转速，经齿轮/传动主轴得到235r/min~1500r/min这9级转速能传递全部功率，故齿轮的这9级转速也能传递全部功率，其中最低转速118r/min正好为齿轮的计算转速。②齿轮的计算转速。齿轮装在Ⅴ轴（主轴）上，有235r/min~1500r/min共9级转速，都能传递全部功率，其最低转速235r/min即为齿轮的计算转速。③齿轮的计算转速。齿轮装在Ⅳ轴上，有118r/min~750r/min共9级转速。其中375r/min~750r/min的4级转速能传递全部功率，而118r/min~300r/min的5级转速不能传递全部功率。因此，齿轮的计算转速即为375r/min。其余依次类推，各齿轮的计算转速如下。齿轮序号计算转速1450695695475695375695300300齿轮序号计算转速47530023530011811823537595齿轮的具体值见表齿轮尺寸表齿轮齿数z模数m分度圆d齿顶圆齿根圆齿顶高齿根高3234921008245437414815613845520480887045640416016815045717468765845843417217216245943417217216245102741081169845113141241241144512394156156146451320480887045145042002081904515593177183169.533.7516303909682.533.75171847280624518714284292274453.3轴及传动轴的计算转速①主轴的计算转速。由《械制造装备设计》中表1.8可查出②传动轴的计算转速。从转速图上可以看出，Ⅳ轴共有9级转速：118r/min~1500r/min之间的所有转速都传递全部功率。此时，Ⅳ轴若经齿轮副/传动主轴，它只有在375r/min~750r/min的那4级转速时才能传递全部功率；若经过齿轮副/传动主轴。则118r/min~750r/min的9级转速能传递全部功率，因此，其中的最低转速118r/min即为Ⅳ轴的计算转速。其余，依次类推。各轴的计算转速如下：轴序号ⅠⅡⅢⅣⅤ计算转速1450750300118953.4齿数模数的确定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计算式中：——按疲劳接触强度计算的齿轮模数——驱动电机功率——计算齿轮的计算转速——大齿轮齿数和小齿轮齿数之比——小齿轮齿数——齿宽系数，（B为齿宽，m为模数），——许用接触应力传动组1模数：传动组2模数：传动组3模数：故选取标准模数3.5传动轴直径的计算传动轴的直径可按下列扭转刚度公式进行计算取取由机械设计手册3.19-3~17表知取花键轴尺寸为取由机械设计手册表取花键轴尺寸为取由机械设计手册表3.19-3~17取花键轴尺寸为将计算结果列成表格形式，如：轴号花键轴尺寸备注Ⅰ7.214102635平键Ⅱ6.7775030.1456-423610花键Ⅲ6.3743037.3456-484212花键Ⅳ67552506-555014花键3.6主轴轴颈的确定根据功率N=7.5kw在5.5~7.5之间知主轴轴颈选75~100取d=75mm四、验算主要零件4.1齿轮模数验算一般按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度验算，选取某轴上承受载荷最大的齿轮和同材料同模数齿轮中齿轮最少齿宽最小的齿轮进行验算。验算对象主轴前轴的小齿轮即第IV轴（1）、按接触疲劳强度验算由258页5.4-84材料弹性系数由表5.4-85齿轮材料性能系数由表5.4-80查得--啮合角影响系数非变位齿轮=14.84（2）按弯曲疲劳强度验算（防止齿根折断）--齿形系数非变位外啮合直齿轮圆柱齿轮=1=1.29=0.85259页表5.4-85查得=1.04=1=0.85=30.65所以所以合格4.2传动轴刚度验算（轴）（1）计算轴的平均直径，画出计算简图。花键轴：（2）计算该周传递的扭矩6.374kw375r/min=162324.533mm(3)、求作用在齿轮处B点的力切向力：径向力：(4)、求作用在齿轮处C点的力切向力：径向力：(5)、计算挠度应用552页表5.8公式E=2.1N/mmI=81844mm校：==0.5=0.0164mm==0.5=0.0207mm==0.5=0.0316mm(6)、计算倾角，应用【1】552页表5.8-16公式A:=rad=0.5=0.00028rad=rad=0.5=0.00034radD:=rad=0.5=-0.00021rad=rad=0.5=-0.00034rad=+=0.0741=+=0.0043=+=0.1015=+=0.012=+=0.00126rad=+=0.00006rad=+=-0.00101rad=+=-0.00009rad=rad=rad由551页表5.8-14查得【Y】=（0.0003~0.0005）l=0.1032mm故【Q】=0.0025rad所以合格4.3、轴承寿命的验算轴承的寿命应满足--额定寿命T—工作期限h；通常取T=10000h额定寿命的计算公式：=式中：n--轴承（即轴）的计算转速；--寿命指数，球轴承=3，滚子轴承=10/3C--额定动负荷（N）P--当量动负荷--47.8(6212型)--71.5P=x--径向负荷（由支反力解出）--轴向负荷（该系统的轴向负荷为0）由机械设计手册584页表5.9-18查得：X=1y=0所以：====A端：6212型轴承：D端：6216型轴承：校核合格五、结构设计及说明5.1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、离合器和制动器等）、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，用一张展开图和若干张横截面图表示。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般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控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。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，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。六、总结在课程设计当中，我也遇到了一些问题。设计过程也是培养我们认真细心的态度。在此过程中不断发现问题和解决问题，使我加深了对大学所学课程理解，综合应用，并得到进一步的巩固，这对以后的学习和工作都有积极的意义。总之，这次的课程设计让我学到了很多东西。七、参考文献[1]冯辛安主编.\o"查看该书详细信息"机械制造装备设计.机械工业出版社.北京.1999.12[2]曹玉榜易锡麟.机床主轴箱设计指导.机械工业出版社.北京.1987.5.[3]濮良贵纪名刚主编.机械设计.高等教育出版社.北京.2001[4]黄鹤汀主编.\o"查看该书详细信息"金属切削机床设计.北京.机械工业出版社，2005[5]卢秉恒主编.机械制造技术基础.机械工业出版社.北京.2001[6]孙恒陈作模主编.机械原理.高等教育出版社.北京.2001基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用HYPERLINK"/