南昌大学金属切削机床课程设计车床说明书(附展开图和主轴零件图)Word文档格式.docx
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10.1.5头部尺寸的选择 28
10.2齿轮快的设计 28
10.3轴承的选择 29
10.4润滑系统发的设计 29
设计小结 29
参考文献 30
一、设计题目和内容
最大加工直径为320mm轻型车床的主轴传动部件设计
给定参数:
主轴最低转速35.5r/min;
转述级数为12级;
主电动机功率3kw,其余自定。
二、机床用途、特点及主要技术参数
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,金属切屑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。
机床的“母机”属性决定了它在国民经济中的重要地位。
机床工业为各种类型的机械制造厂提供的制造技术与优质高效的机床设备,促进机械制造工业的生产能力和工艺水平的提高。
机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务。
为适应现代化建设的需要必须大力发展机械制造工业。
机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础。
一个国家机床工业的技术水平,在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。
显然,金属切削机床在国民经济现代化建设中起着重大的作用。
机床技术参数有尺寸参数,运动参数和动力参数三大块。
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。
尺寸参数:
影响机床加工性能的一些尺寸(机床所能加工或安装的最大工件的尺寸)。
尺寸包括机床的主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数。
机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数,各类机床以什么尺寸作为主参数已有统一的规定,在型号中反映出来。
第二主参数是直接反映机床加工范围的重要参数之一,对机床的轮廓尺寸、重量等影响很大,一般指主轴数、最大跨距、工作台工作面长度、最大加工工件长度、最大模数等。
运动参数:
是指机床的执行机构(如主轴、刀架、工作台等)的运动速度。
包括主运动参数、进给运动参数。
动力参数:
动力参数包括电动机的功率,液压缸的牵引力,液压马达、伺服电动机或步进电动机的额定转矩等,动力参数可以通过调查、试验、计算的方法进行确定。
三、同类机床的方案及结构的分析与对比(轻型)
车床的系列一般分为普通型,万能型和轻型,在本设计题目中为轻型,该三种系列车床的特点如下表:
系列
普通型
万能型
轻型
品种
普通、卡盘、轴程控车床
万能、马鞍、万能精密车床
轻型、轻型马鞍形车床
用途
现代化大型制造业大批或成批生产车间,也可纳入生产线或自动线,能加工常用公制和模数螺纹
一般机械制造业、科研所、工具机修等单件,小批生产单位。
具有广泛的万能性,可车公、英、模数、端面螺纹
轻、纺、仪表、农机维修、教学实用等生产单位,能加工常用的公、模数螺纹
性能
生产率高、具有高速和强力切削能力。
转速级数=1216,进给=30,电机功率约为万能型的125%,重量为其125%
有广泛的万能性,,可进行高速和万能切削。
=1622,>
30
有一般的万能性,能高速切削。
=12,<
12;
电机功率约为万能型的50%,重量为其75%
结构
结构复杂程度中等,操纵方便,有好的刚度和抗振性能
结构比较复杂,操纵方便,有好的刚度和抗振性能
结构简单,体积小,重量轻,刚度一般
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。
四、车床主动传动系统设计方案
4.1拟定主动参数
机床设计的初始,首先需要确定有关参数,它们是传动设计和结构设计的依据,影响到产品是否能满足所需要的功能要求。
根据拟定的参数、规格和其他特点,了解典型工艺的切削用量,了解极限转速、和级数Z、主传动电机功率N。
4.2运动设计
根据拟定的参数,通过结构网和转速图的分析,确定传动结构方案和传动系统图。
传动方案有多种,传动型式更是式样众多,比如:
传动型式上有集中传动的主轴变速箱。
分离传动的主轴箱与变速箱;
扩大变速范围可以用增加传动组数,也可用背轮机构、分支传动等型式;
变速型式上既可用多速电机,也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。
然后计算各传动比及齿轮的齿数
4.3动力计算和结构图设计
估算齿轮模数m和轴径d,将各传动件及其它零件在展开图和剖面图上做初步的安排、布置和设计。
4.4轴和齿轮的验算
在结构图的基础上,对传动轴和齿轮的刚度、强度进行校核。
4.5主轴变速箱装配设计
主轴变速箱装配图是以结构图为基础,进行设计和绘制的。
图上各零部件要表达清楚,并标明尺寸和配合。
五、车床主动传动系统参数的拟定
5.1车床参数和电动机的选择
确定电机型号:
因为主电机功率为3KW,查《金属切削机床课程设计指导书》第3章,考虑经济因素,选择型Y系列封闭式三相异步电动机Y100L2-4,电动机参数表:
电动机型号
额定功率
满载转速
级数
同步转速
Y100L2M-4
3KW
1420r/min
4级
1500r/min
2.2
5.2确定标准公比值
5.2.1极限切削速度和
根据典型的行列可能的工艺选取极限切屑速度要考虑:
工序种类,工艺要求,刀具和工件材料等因素,查《课程设计指导书》:
加工条件
硬质合金刀具粗加工铸铁工件
3050
硬质合金刀具半精和精加工碳钢工件
150300
螺纹(丝杆等)加工和铰孔
38
5.2.2主轴的极限转速
计算车床主轴极限转速时的加工直径,按经验取(0.1~0.2)D和(0.45~0.5)D,则主轴极限转速应为:
=r/min=r/min
其中,由设计任务加工条件,允许的切削极限参考值为150~300,取300m/min;
0.1~0.2D取为0.2D:
所以nmax=1000×
300/﹙0.2×
320×
3.14﹚=1492r/min
根据已知参数:
主轴最低转速为35.5,Z为12级时,由公式==42,,得===1.405,所以取=1.41为标准公比。
参考《金属切屑机床》标准数列表7-1,主轴各级转速为:
35.5、50、71、100、140、200、280、400、560、800、1120、1600,共12级转速。
5.3轻型车床的规格
根据以上的计算和设计任务书可得到本次设计车床的基本参数:
车床的主参数(规格尺寸)和基本参数表
机床最大加工直径
(mm)
最高转速
()
最低转速
电机功率
P(kW)
公比
转速级数Z
320
1600
35.5
3
1.41
12
六、运动设计
6.1拟定传动方案
拟定传动方案,包括传动型式的选择以及开停、换向、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、机构以及其组成、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、性能及经济性等多方面统一考虑。
6.2拟定转速图的步骤:
Ø
确定有几个传动组,各传动组的传动副数;
拟定结构网(式);
确定是否增加降速定比传动;
合理分配传动比,拟定转速图。
6.3传动组和传动副数可能的方案
12=4×
312=3×
4
12=3×
2×
212=2×
3×
在上列两行方案中,第一行的方案有时可以节省一根传动轴,缺点是有一个传动组内有四个传动副。
如用一个四联滑移齿轮,则会增加轴向尺寸;
如果用两个双联滑移齿轮,操纵机构必须互锁以防止两个双联滑移齿轮同时啮合,所以少用。
第二行的三个方案可根据下述原则比较:
从电动机到主轴一般接近电机处的零件,转速较高,从而转矩较小,尺寸也就较小,若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处,可使小尺寸零件多些,大尺寸零件少些,节省材料,也就是满足传动副前多后少的原则,因此取方案12=3×
2。
按设计要求,出于经济的角度考虑,不考虑使用摩擦离合器换向的问题,通过电气控制来实现电机正反转从而控制主轴正反转的问题。
电机正方转的电路图如下:
最终取12=3×
6.4拟定结构网(式)
可能的六种方案
传动副的极限传动比、传动组的极限变速范围
•降速传动时,imin≥1/4。
•在升速时,imax≤2;
斜齿轮imax≤2.5。
•任一传动组的最大变速范围一般为≤8~10
a.12=31×
23×
26b.12=31×
26×
23
c.12=32×
21×
26d.12=34×
22
e.12=32×
21f.12=34×
22×
21
方案a、b、c、e的第二扩大组x2=6,p2=2,则R2==8=是可行的。
方案d、f的第二扩大组x2=4,p2=3,则R2==16>
是不可行的。
基本组和扩大组的排列顺序
原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案,方案a的中间传动轴变速范围最小,故方案a12=31×
26最佳。
即符合传动组的传动副“前密后疏”,级比指数“前小后大”原则。
6.5确定是否增加降速定比传动
该机总降速比为==若每一个变速组的最小传动比均取四分之一,则三个变速组总的降速比可达,看来似乎无须增加降速定比传动,但是为了中间两个变速组做到降速缓慢以利于减少变速箱的径向尺寸,又因为选取的电机的满载转速为1430r/min,不是标准系列,可在O(电机轴)—I轴之间增加一降速定比传动,用皮带和齿轮均可,为便于安装,常用三角皮带。
6.6合理分配传动比,拟定转速图
6.6.1确定各轴数:
共有三个传动组,加上定比降速传动,变速机构共需4轴,加上电机轴共5轴。
各级转速Z=12,分别为35.5、50、71、100、140、200、280、400、560、800、1120、1600r/min,在五根轴中,除去电动机轴,其余四轴按传动顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。
Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅲ与Ⅳ轴之间的传动组分别设为a、b、c。
现由Ⅳ(主轴)开始,确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的转速。
6.6.2合理分配传动比及各轴转速
先来确定Ⅲ轴的转速,传动组c的变速范围为R2==8=Rmax,因为,最大传动比可知两个传动副的传动比必然是极限值:
xc1=;
xc2=;
Ⅲ轴的转速只有一种可能:
140、200、280、400、560、800r/min。
②确定轴Ⅱ的转速
传动组b的级比指数为3,在传动比极限值的范围内,轴Ⅱ的转速最高可为560、800、1120
r/min,最低可为200、280、400r/min。
希望中间轴转速较小,因而为了避免升速,又不致传动比太小,可取
轴Ⅱ的转速确定为:
400、560、800r/min。
③确定轴Ⅰ的转速
对于轴Ⅰ,其级比指数为1,可取
ia3==1/2,ia2==1/1.41,ia1=1
确定轴Ⅰ转速为800r/min,由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比。
6.7齿轮齿数的确定
确定齿轮齿数的原则和要求:
①齿轮的齿数和不应过大;
齿轮的齿数和过大会加大两轴之间的中心距,使机床结构庞大,一般推荐≤100~200.
②最小齿轮的齿数要尽可能少;
但同时要考虑:
※最小齿轮不产生根切,机床变速箱中标准直圆柱齿轮,一般最小齿数≥18;
※受结构限制的最小齿轮最小齿数应大于18~20;
※齿轮齿数应符合转速图上传动比的要求:
实际传动比(齿数之比)与理论传动比(转速图上要求的传动比)之间又误差,但不能过大,确定齿轮数所造成的转速误差,一般不应超过10%(-1)%,
即%
-要求的主轴转速;
-齿轮传动实现的主轴转速;
同一变速组内的各对齿轮,因其中心距必须相等,所以当齿轮模数相同时,齿数和Sz必然相等。
①传动组a:
查表8-1,ia1=1,ia2==1/1.41,ia3==1/2
ia1=1时:
……60、62、64、66、68、70、72、74……
ia2=1/1.41时:
……60、63、65、67、68、70、72、73、75……
ia3=1/2时:
……60、63、66、69、72、75……
可取72,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为:
36、30、24。
于是ia1=36/36ia2=30/42ia3=24/48,可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为:
36、42、48。
此时满足三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差大于4;
理可知传动组b:
ib1=42/42ib2=22/62;
得轴Ⅲ上两齿轮的齿数分别为:
42、62。
③传动组c:
于是得ic1=60/30ic2=18/72;
得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为60,18;
得轴Ⅳ两齿轮齿数分别为30,72。
6.8转速图及传动系统图如下:
转速图
传动系统图
七、传动件的设计
7.1带轮的设计
三角带传动中,轴间距a可以加大。
由于是摩擦传递,带与轮槽间会打滑,亦可因此缓冲冲击及隔离振动,使传动平稳。
带轮结构简单,但尺寸大,机床中常用作电机输出轴的定比传动。
根据电机功率为3KW,满载转速为1420r/min,查《机械设计》第八章,表8-4a取型号为A
车床的起动载荷轻,工作载荷稳定,电动机转速n=1430r/min,传递功率=3KW,传动比i=1.7875,两班制,一天运转16小时,工作年数10年。
(1)定计算功率取1.1,则
式中P---电动机额定功率,--工作情况系数
(2)定带轮直径和验算带速
查表小带轮基准直径:
取,。
根据表格圆整为:
验算带速成其中-小带轮转速,r/min;
-小带轮直径,mm;
合适。
(3)选取V带型
根据小带轮的转速和计算功率,查《机械设计》图8-11普通V带选型图,选A型带。
(4)确定带传动的中心距和带的基准长度
设中心距为,则
0.7()a2()
于是:
196a560,初取中心距为400mm。
带长
查表取相近的基准长度,。
带传动实际中心距
(5)验算小带轮的包角
一般小带轮的包角不应小于。
。
合适。
(6)确定带的根数
其中:
-时传递功率的增量;
-按小轮包角,查得的包角系数;
-长度系数;
查表8-4b知=为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀,限制根数不大于10。
,取3根。
(7)验算三角带的挠曲次数
,符合要求。
(8)计算带的初拉力的最小值
-带的传动功率,KW;
=3.3
v-带速,m/s;
v=
q-每米带的质量,kg/m;
取q=0.1kg/m。
应使带的实际拉力>
(9)计算作用在轴上的压轴力
(10)带轮结构设计
1)带轮的材料
常用的V带轮材料为HT150或HT200,转速较高时可以采用铸钢或钢板冲压焊接而成,小功略时采用铸铝或塑料。
2)带轮结构形式
V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成,根据轮辐结构的不同可以分为实心式(《机械设计》图8-14a)、腹板式(《机械设计》图8-14b)、孔板式(《机械设计》图8-14c)、椭圆轮辐式(《机械设计》图8-14d)。
V带轮的结构形式与基准直径有关,当带轮基准直径(d为安装带轮的轴的直径,mm)时。
可以采用实心式,当可以采用腹板式,时可以采用孔板式,当时,可以采用轮辐式。
因为这里符合,则用实心式。
带轮宽度:
。
3)V带轮的轮槽
V带轮的轮槽与所选的V带型号相对应,见《机械设计》表8-10.
槽型
与相对应得
A
11.0
2.75
8.7
9
-
V带轮的轮槽与所选的V带型号
在带轮上以后发生弯曲变形,使V带工作面夹角发生变化。
为了使V带的工作面与大论的轮槽工作面紧密贴合,将V带轮轮槽的工作面得夹角做成小于。
V带安装到轮槽中以后,一般不应该超出带轮外圆,也不应该与轮槽底部接触。
为此规定了轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度。
轮槽工作表面的粗糙度为。
4)V带轮的技术要求
铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上不允许有傻眼、裂缝、缩孔及气泡;
铸造带轮在不提高内部应力的前提下,允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补;
转速高于极限转速的带轮要做静平衡,反之做动平衡。
其他条件参见中的规定。
7.2确定各轴和齿轮的计算转速
(1)主轴查《金属切屑机床》表8-2知,中型车床主轴的计算转速是从最低转速算起,第一个三分之一转速范围内的最高一级转速,
即为n4=100r/min
(2)各传动轴
轴Ⅲ的计算转速为140r/min;
轴Ⅱ的计算转速为400r/min;
轴Ⅰ的计算转速为800r/min。
(3)各齿轮
传动组c中,z=18的齿轮,nj=400r/min;
z=30,nj=280。
同时计算两个齿轮的应力,选择模数较大的作为传动组c齿轮的模数;
传动组b中,z=22,nj=400r/min;
传动组a中,z=24,nj=800r/min。
⑷核算主轴转速误差
∵
∴
所以合适。
7.3传动轴的直径估算
传动轴除应满足强度要求外,还应满足刚度的要求,强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。
机床主传动系统精度要求较高,不允许有较大变形。
因此疲劳强度一般不失是主要矛盾,除了载荷很大的情况外,可以不必验算轴的强度。
刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。
因此,必须保证传动轴有足够的刚度。
根据《课程设计指导书》,,并查《程设计指导书》得到取1,带轮传动效率取,滚动轴承传动效率取.
①Ⅰ轴的直径:
取
②Ⅱ轴的直径:
③Ⅲ轴的直径:
以上轴径为最小轴径,设计时可相应调整。
P-电动机额定功率(kW);
-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积;
-该传动轴的计算转速();
-传动轴允许的扭转角()。
当轴上有键槽时,d值应相应增大4~5%;
当轴为花键轴时,可将估算的d值减小7%为花键轴的小径;
空心轴时,d需乘以计算系数b,b值见《机械设计手册》表7-12。
Ⅰ和Ⅳ为由键槽,并且轴Ⅳ为空心轴同时使用花键,Ⅱ和Ⅲ为花键轴。
根据以上原则各轴的直径取值:
,=30mm,=40mm,轴采用光轴,轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花键轴。
因为矩形花键定心精度高,定心稳定性好,能用磨削的方法消除热处理变形,定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高的精度,故我采用矩形花键连接。
按规定,矩形花键的定心方式为小径定心。
查《机械设计手册》矩形花键的基本尺寸系列:
轴花键轴的规格;
Ⅳ主轴;
轴的,查《机械设计》表6-1,对于轴的直径d>
选圆头平键,,L=18mm
7.4键的选择、传动轴、键的校核
(1)传动轴的校核
①Ⅰ轴的校核:
通过受力分析,在一轴的三对啮合齿轮副中,中间的一对齿轮对Ⅰ轴中点处的挠度影响最大,所以,选择中间齿轮啮合来进行校核
最大挠度:
查《课程设计指导书》许用挠度为(0.000300.0005),。
②Ⅱ轴、Ⅲ轴的校核同上。
(2)键的校核
键和轴的材料都是钢,由《机械设计》表6-2查的许用挤压应力,取其中间值,。
键的工作长度,键与轮榖键槽的接触高度,可得
可见连接的挤压强度足够了。
八、各变速组齿轮模数的确定和校核
8.1各传动组齿轮模数
(1)参考《设计指导》P36中齿轮模数的初步计算公式初定齿轮的模数
按齿轮弯曲疲劳的估算
mw≥32mm
按齿面点蚀的估算
A≥370mm
mj=
式中N——该轴传递功率(KW);
N=η;
η——从电机到该传动轴间传动件的传动效率(不计轴承上的效率);
——大齿轮的计算转速(r/min);
Z——所算齿轮的齿数;
A——齿轮中心距
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