0123-CA6140機床主軸箱傳動系統(tǒng)設計

0123-CA6140機床主軸箱傳動系統(tǒng)設計,ca6140,機床,主軸,傳動系統(tǒng),設計 金屬切削機床課程設計 - 1 - 目錄 目錄 .- 1 - 一、設計目的 .- 2 - 二、設計步驟 .- 2 - 1.運動設計 .- 2 - 1.1 已知條件 - 2 - 1.2 結構分析式 - 2 - 1.3 繪制轉速圖 .- 3 - 1.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 .- 6 - 2.動力設計 .- 6 - 2.1 確定各軸轉速 .- 6 - 2.2 帶傳動設計 .- 7 - 2.3 各傳動組齒輪模數的確定和校核 .- 9 - 3. 齒輪強度校核 - 10 - 3.1 校核 a 傳動組齒輪 - 11 - 3.2 校核 b 傳動組齒輪 - 12 - 3.3 校核 c 傳動組齒輪 - 13 - 4. 主軸撓度的校核 - 14 - 4.1 確定各軸最小直徑 .- 14 - 4.2 軸的校核 - 15 - 5. 主軸最佳跨距的確定 - 15 - 5.1 選擇軸頸直徑,軸承型號和最佳跨距 - 15 - 5.2 求軸承剛度 .- 15 - 6. 各傳動軸支承處軸承的選擇 - 17 - 7. 主軸剛度的校核 - 17 - 7.1 主軸圖 - 17 - 7.2 計算跨距 - 17 - 金屬切削機床課程設計 - 2 - 三、總結 .- 19 - 四、參考文獻 .- 20 - 附錄：主軸箱展開圖 A0，主軸組件圖 A1 金屬切削機床課程設計 - 3 - 一、設計目的 通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)得結構設計，在擬定傳動和變速的結構 方案過程中，得到設計構思、方案分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、 編寫技術文件和查閱技術資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握 基本的設計方法，并具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。 二、設計步驟 1.運動設計 1.1 已知條件 [1]確定轉速范圍：主軸最小轉速 。min/5.31minr? [2]確定公比： 41.?? [3]轉速級數： 2z 1.2 結構分析式 ⑴ ⑵ [3] 231??321??231?? 從電動機到主軸主要為降速傳動，若使傳動副較多的傳動組放在較接近電 動機處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動副 前多后少的原則，因此取 方案。在降速傳動中，防止齒輪直徑過大 而使徑向尺寸常限制最小傳動比 ；在升速時為防止產生過大的噪音和41min? 震動常限制最大轉速比 。在主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍2ax?i 。在設計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最小， ??10~8minaxa?R 根據中間傳動軸變速范圍小的原則選擇結構網。從而確定結構網如下： 金屬切削機床課程設計 - 4 - 檢查傳動組的變速范圍時，只檢查最后一個擴大組： ??122???PXR? 其中 4. ， ， 622 所以 ，合適。10~86.1.???R 1.3 繪制轉速圖 ⑴選擇電動機 一般車床若無特殊要求，多采用 Y 系列封閉式三相異步電動機，根據原則 條件選擇 Y-132M-4 型 Y 系列籠式三相異步電動機。 ⑵分配總降速傳動比 總降速傳動比 02.14/5.3/min??d 又電動機轉速 i140rd 不符合轉速數列標準，因而增加一定比傳動副。 [3]確定傳動軸軸數 傳動軸軸數 = 變速組數 + 定比傳動副數 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。 金屬切削機床課程設計 - 5 - ⑷確定各級轉速并繪制轉速圖 由 min/5.31rnmi? z = 12 確定各級轉速：4.? 1400、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5r/min。 在五根軸中，除去電動機軸，其余四軸按傳動順序依次設為 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的傳動組分別設為 a、b、c。現由Ⅳ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉速： ① 先來確定Ⅲ軸的轉速 傳動組 c 的變速范圍為 ]10,8[41.max66??R? ，結合結構式， Ⅲ軸的轉速只有一和可能： 125、180、250、355、500、710r/min。 ② 確定軸Ⅱ的轉速 傳動組 b 的級比指數為 3，希望中間軸轉速較小，因而為了避免升速，又 不致傳動比太小，可取 8.2/1/31??i ， /2?ib 軸Ⅱ的轉速確定為：355、500、710r/min。 ③確定軸Ⅰ的轉速 對于軸Ⅰ，其級比指數為 1,可取 ， ，2/1/1??ia41./??ia/3?ia 確定軸Ⅰ轉速為 710r/min。 由此也可確定加在電動機與主軸之間的定傳動比 71/40/i 。下面畫出轉速圖（電動機轉速與主軸最高轉速相近） 。傳 動 系 統(tǒng) 的 轉 速 圖電 動 機 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅵ [5]確定各變速組傳動副齒數 ①傳動組 a: 查表 8-1, ， ，2/1/1??ia41./??ia/3?ia 時： ……57、60、63、66、69、72、75、78……/21?i zS 時：4.2ia 金屬切削機床課程設計 - 6 - ……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……?zS 時： ……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……1/3ia?zS 可取 72,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數分別為：24、30、36。z 于是 ， ，48/21ai 42/302ai 36/?ai 可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數分別為：48、42、36。 ②傳動組 b: 查表 8-1, ，8.2/1/31??ib1/2ib 時：./31?i ……69、72、73、76、77、80、81、84、87……zS 時： ……70、72、74、76、78、80、82、84、86……/2ibzS 可取 84，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數分別為：22、42。?z 于是 ， ，得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數分別為：62、42。62/1i 42/?ib ③傳動組 c: 查表 8-1, ,/1ic2ci 時： ……84、85、89、90、94、95……4/1?i zS 時： ……72、75、78、81、84、87、89、90……2cz 可取 90.z 為降速傳動，取軸Ⅲ齒輪齒數為 18；4/1?ic 為升速傳動，取軸Ⅳ齒輪齒數為 30。2c 于是得 ,7/81i 30/62?ci 得軸Ⅲ兩聯(lián)動齒輪的齒數分別為 18，60； 得軸Ⅳ兩齒輪齒數分別為 72，30。 金屬切削機床課程設計 - 7 - 1.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 根據軸數，齒輪副，電動機等已知條件可有如下系統(tǒng)圖： 2.動力設計 2.1 確定各軸轉速 ⑴確定主軸計算轉速：主軸的計算轉速為 min/90r41.35n321zmi ??????IV 圖表 1 ⑵各傳動軸的計算轉速： 軸Ⅲ可從主軸 90r/min 按 72/18 的傳動副找上去，軸Ⅲ的計算轉速 125r/min；軸Ⅱ的計算轉速為 355r/min；軸Ⅰ的計算轉速為 710r/min。 [3]各齒輪的計算轉速 傳動組 c 中，18/72 只需計算 z = 18 的齒輪，計算轉速為 355r/min；60/30 只需計算 z = 30 的齒輪，計算轉速為 250r/min；傳動組 b 計 算 z = 22 的齒輪，計算轉速為 355r/min；傳動組 a 應計算 z = 24 的齒輪，計 算轉速為 710r/min。 [4]核算主軸轉速誤差 min/5.14730/642/3/625/140 rn ?????實 金屬切削機床課程設計 - 8 - min/140rn?標 %52.10)145.7(%)( ??????標 標實 所以合適。 2.2 帶傳動設計 電動機轉速 n=1440r/min,傳遞功率 P=7.5KW,傳動比 i=2.03，兩班制， 一天運轉 16.1 小時，工作年數 10 年。 ⑴確定計算功率 取 1.1，則?AK25KW.871.PKAca?? ⑵選取 V 帶型 根據小帶輪的轉速和計算功率，選 B 型帶。 ⑶確定帶輪直徑和驗算帶速 查表小帶輪基準直徑 md125? , id403.2152?? 驗算帶速成 61nv? 其中 -小帶輪轉速，r/min；1 -小帶輪直徑，mm；d ，合適。]25,[/4.9106254.3????smv [4]確定帶傳動的中心距和帶的基準長度 設中心距為 ,則0a 0．55（ ） a 2（ ）21d??21d? 于是 208.45 a 758,初取中心距為 400mm。?0a 帶長 0 212104)()(2dL??? 金屬切削機床課程設計 - 9 - m14054)25()21(4.302 ??????? 查表取相近的基準長度 ， 。dL 帶傳動實際中心距 a5.397200???? [5]驗算小帶輪的包角 一般小帶輪的包角不應小于 。?1 。合適。???? ?1204.63.571802????ad? [6]確定帶的根數 LcakpZ?)(0??? 其中： - 時傳遞功率的增量；1?i -按小輪包角 ，查得的包角系數；?k -長度系數；L 為避免 V 型帶工作時各根帶受力嚴重不均勻，限制根數不大于 10。 490.5)46.019.2(8????Z [7]計算帶的張緊力 F 20).(5qvkvZpFca??? 其中： -帶的傳動功率,KW；ca v-帶速,m/s； q-每米帶的質量，kg/m；取 q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 NF 7.19342.70)95.2(4.9850 ?????? [8]計算作用在軸上的壓軸力 金屬切削機床課程設計 - 10 - NZFQ 153024.6sin7.19342sin210 ????? 2.3 各傳動組齒輪模數的確定和校核 ⑴模數的確定： a 傳動組：分別計算各齒輪模數 先計算 24 齒齒輪的模數： 321][)1(68jmdnzN????? 其中: -公比 ； = 2；? -電動機功率； = 7.5KW；dNd -齒寬系數；m? -齒輪傳動許允應力;][? -計算齒輪計算轉速。jn ， 取 = 600MPa,安全系數 S = 1。SKNlim][?lim? 由應力循環(huán)次數選取 9.0 ，取 S=1，MPa5416.][??90.?NK 。??SKHN090.1lim??? m72.315428.7)(631 ???? 取 m = 4mm。 按齒數 30 的計算， ，可取 m = 4mm；1.2? 按齒數 36 的計算， , 可取 m = 4mm。39 于是傳動組 a 的齒輪模數取 m = 4mm，b = 32mm。 軸Ⅰ上齒輪的直徑： 。mddd aaa 9624120341436321 ??????；； 金屬切削機床課程設計 - 11 - 軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為： mdmdmd aaa 19248168421436'3'2'1 ??????；； b 傳動組： 確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數。 32][)1(168jmdnzN????? 按 22 齒數的齒輪計算： i/5.2rnj，? 可得 m = 4.8mm； 取 m = 5mm。 按 42 齒數的齒輪計算： 可得 m = 3.55mm； 于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的模數統(tǒng)一取為 m = 5mm。 于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的直徑分別為： ddbb 21045102521 ????； 軸Ⅲ上與軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪嚙合的兩齒輪直徑分別為： mmbb36'2'1； c 傳動組： 取 m = 5mm。 軸Ⅲ上兩聯(lián)動齒輪的直徑分別為： ddcc 3065901852????； 軸四上兩齒輪的直徑分別為： 。； mmcc 13672'2'1 3. 齒輪強度校核：計算公式 bYKTSaFF12?? 3.1 校核 a 傳動組齒輪 校核齒數為 24 的即可，確定各項參數 ⑴ P=8.25KW,n=710r/min, 金屬切削機床課程設計 - 12 - mNnPT ??????? 566 10.7/25.810.9/105.9 ⑵確定動載系數： sdv /739? 齒輪精度為 7 級，由《機械設計》查得使用系數 5.vK ⑶ mbm3248???? ⑷確定齒向載荷分配系數:取齒寬系數 1?d? 非對稱 ??231.0.60.HdKb?????? 42.3.)(8.2.?? ,查《機械設計》得4)/(3/?hb 71??FK ⑸確定齒間載荷分配系數: NdTt 2906.2 5? 由《機械設計》查得mNbFKtA /1056.73290.1???.HF??? ⑹確定動載系數: 6.127.05.1????HFvAK ⑺查表 10-5 65.2?FaY58.1Sa ⑻計算彎曲疲勞許用應力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 。 aFEMp540?? 圖 10-18 查得 ,S = 1.39.0?NK aFMp374.1590][??? ， .89.62SaFY 故合適。3430.1???bmKt 金屬切削機床課程設計 - 13 - 3.2 校核 b 傳動組齒輪 校核齒數為 22 的即可，確定各項參數 ⑴ P=8.25KW,n=355r/min, mNnPT ??????? 566 102.35/.8105.9/105.9 ⑵確定動載系數： sdv /4.? 齒輪精度為 7 級，由《機械設計》查得使用系數 01?vK ⑶ mbm4058???? ⑷確定齒向載荷分配系數:取齒寬系數 d? 非對稱 ??231.2.60.1HdKb?????? 42)(8.0. ?? ,查《機械設計》得9)5/(4/?hb 7?FK ⑸確定齒間載荷分配系數: NdTFt 401.25???mNbFKtA /1040.1??? 由《機械設計》查得 .1?HF ⑹確定動載系數: 397.12.0.1?????HFvAK ⑺查表 10-5 72.?FaY57.1Sa ⑻計算彎曲疲勞許用應力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 。 aFEMp540?? 金屬切削機床課程設計 - 14 - 圖 10-18 查得 ,S = 1.39.0?NKaFMp374.1590][??? ， 5.87.2][??SaFY 故合適。.2.4039.1??bmKt 3.3 校核 c 傳動組齒輪 校核齒數為 18 的即可，確定各項參數 ⑴ P=8.25KW,n=355r/min, mNnPT ??????? 566 102.35/.8105.9/105.9 ⑵確定動載系數： sdv /679? 齒輪精度為 7 級，由《機械設計》查得使用系數 9.vK ⑶ mbm4058???? ⑷確定齒向載荷分配系數:取齒寬系數 1?d? 非對稱 ??231.2.60.HdKb??????42)(8.0.? ,查《機械設計》得)45/(/?hb 71??FK ⑸確定齒間載荷分配系數: NdTt 4930.25?mNbFKtA /1023409.1??? 由《機械設計》查得 .1?HF 金屬切削機床課程設計 - 15 - ⑹確定動載系數: 2573.1.9.01?????HFvAK ⑺查表 10-5 91.2?FaY53.1Sa ⑻計算彎曲疲勞許用應力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 。 aFEMp540?? 圖 10-18 查得 ,S = 1.39.0?NK aFMp374.1590][??? ， 8.2SaFY 故合適。49.305407.1????bmKt 4. 主軸撓度的校核 4.1 確定各軸最小直徑 [1]Ⅰ軸的直徑： min/710,96.1rn??nd2.5.79144??? [2]Ⅱ軸的直徑： min/35,92.0.908.12 rn??mnd345.795.144 ???? [3]Ⅲ軸的直徑： in/125,89.0.0323 rn??nd41589.795.144 ???? [4]主軸的直徑： min/5.31,8.09.0. 434 rn??? 金屬切削機床課程設計 - 16 - mnd615.3807915.44 ????? 4.2 軸的校核 Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒 輪對Ⅰ軸中點處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進行校核 NdTF mnPt 2017)96/(8.2/ 8.96/.5105.936???? ??? ,28,30106:59mbxaEPtt?已 知 ??y2.4.????????mlIbxFYB3 34349 4221098. 106851062655? ???? ??????? 。??所 以 合 格,yYB? Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。 5. 主軸最佳跨距的確定 400mm 車床，P=7.5KW. 5.1 選擇軸頸直徑,軸承型號和最佳跨距 前軸頸應為 75-100mm,初選 =100mm,后軸頸1d12)9.07(dd?? 取 ,前軸承為 NN3020K,后軸承為 NN3016K,根據結構,定懸伸長度md702?a51 5.2 求軸承剛度 考慮機械效率 金屬切削機床課程設計 - 17 - 主軸最大輸出轉距 NPT679085.??? 床身上最大加工直徑約為最大回轉直徑的 60%,取 50%即 200 ,故半徑為m 0.1 .m 切削力 FC6701.? 背向力 NP3805.? 故總的作用力 FCP2? 次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半, 故主軸軸端受力為 379/? 先假設 mlal25,3/?? 前后支撐 分別為BARNlaFlB12605739239????? 根據 ??9.1.08.10cos)(.izldKarrv 30,2,7,.,8.265039???ABaBaAvv zizlmlFN ??NKB 17cos18.012639. 89390. .1. ??? ????658.01075.18932. 94.05./7/3 4????????aKEI mdAeA? 。ll 23,/0與 原 假 設 相 符查 線 圖 金屬切削機床課程設計 - 18 - 6. 各傳動軸支承處軸承的選擇 主軸 前支承：NN3020K;中支承：N219E;后支承：NN3016K Ⅰ軸 前支承：30207;后支承：30207 Ⅱ軸 前支承：30207;中支承：NN3009;后支承：30207 Ⅲ軸 前支承：30208;后支承：30208 7. 主軸剛度的校核 7.1 主軸圖: 7.2 計算跨距 前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承 ml 687.05.312743???? 當量外徑 mde 56.801435684 444 ????? 主軸剛度：由于 .086.5.0// ??eid 故根據式（10-8） ????mNalkAies ?/3.14907584.13103 9224244 ????????? ? 金屬切削機床課程設計 - 19 - 對于機床的剛度要求，取阻尼比 035.?? 當 v=50m/min,s=0.1mm/r 時, ,?8.6,/462????mNkcb 取 Db87.%6020maxli ?? ??KB 36.4.cos35.1.2874??? 計算 A mNlaKmmDLABABA ?/5.7681.24.075286.3.8414.06. 1.,.3.022ax ??????????????????????????????加 上 懸 伸 量 共 長 mNAs ?/3.52/0.275.6.6. ???? 可以看出，該機床主軸是合格的. 金屬切削機床課程設計 - 20 - 三、總結 金屬切削機床的課程設計任務完成了，雖然設計的過程比較繁瑣，而且剛 開始還有些不知所措，但是在同學們的共同努力下，再加上老師的悉心指導， 我終于順利地完成了這次設計任務。本次設計鞏固和深化了課堂理論教學的內 容，鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運用所學過的知識和理論的能力，是我獨立分析、解 決問題的能力得到了強化. 金屬切削機床課程設計 - 21 - 四、參考文獻 ［1］工程學院機械制造教研室 主編.金屬切削機床指導書. ［2］濮良貴 紀名剛主編.機械設計(第七版).北京:高等教育出版社,2001 年 6 月 [3］毛謙德 李振清主編.《袖珍機械設計師手冊》第二版.機械工業(yè)出版社, 2002 年 5 月 ［4］ 《減速器實用技術手冊》編輯委員會編.減速器實用技術手冊.北京:機械 工業(yè)出版社,1992 年 ［5］戴曙 主編.金屬切削機床.北京:機械工業(yè)出版社 ,2005 年 1 月 [6]《機床設計手冊 》編寫組 主編.機床設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1980 年 8 月 ［7］華東紡織工學院 哈爾濱工業(yè)大學 天津大學主編.機床設計圖冊.上海: 上海科學技術出版社,1979 年 6 月