C6140普通车床主轴变速箱设计C6140普通车床主轴变速箱设计

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I摘要车床主要是为了进行车外圆、车端面和镗孔等项工作而设计的机床。车削很少在其他种类的机床上进行,而且任何一种其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床还可以用来钻孔和铰孔,车床的多功能性可以使工件在一次安装中完成几种加工。因此,在生产中使用的各种车床比任何其他种类的机床都多。车床的基本部件有床身、主轴箱组件、尾座组件、溜板组件、丝杠和光杠。主轴箱安装在内侧导轨的固定位置上,一般在床身的左端。它提供动力,并可使工件在各种速度下回转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮类似于卡车变速箱所组成。通过变速齿轮,主轴可以在许多种转速下旋转。大多数车床有812种转速,一般按等比级数排列。而且在现代机床上只需扳动24个手柄,就能得到全部转速。一种正在不断增长的趋势是通过电气的或者机械的装置进行无级变速。由于机床的精度在很大程度上取决于主轴,因此,主轴的结构尺寸较大,通常安装在预紧后的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔,长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸,因此当工件必须通过主轴孔供料时,它确定了能够加工的棒料毛坯的最大尺寸。关键字车床;主轴箱组件;主轴;无级变速IIABSTRACTLATHESAREMACHINETOOLSDESIGNEDPRIMARILYTODOTURNING,FACINGANDBORING,VERYLITTLETURNINGISDONEONOTHERTYPESOFMACHINETOOLS,ANDNONECANDOITWITHEQUALFACILITYBECAUSELATHESALSOCANDODRILLINGANDREAMING,THEIRVERSATILITYPERMITSSEVERALOPERATIONSTOBEDONEWITHASINGLESETUPOFTHEWORKPIECECONSEQUENTLY,MORELATHESOFVARIOUSTYPESAREUSEDINMANUFACTURINGTHANANYOTHERMACHINETOOLTHEESSENTIALCOMPONENTSOFALATHEARETHEBED,HEADSTOCKASSEMBLY,TAILSTOCKASSEMBLY,ANDTHELEADSCREWANDFEEDRODTHEHEADSTOCKISMOUNTEDINAFOXEDPOSITIONONTHEINNERWAYS,USUALLYATTHELEFTENDOFTHEBEDITPROVIDESAPOWEREDMEANSOFROTATINGTHEWORDATVARIOUSSPEEDSESSENTIALLY,ITCONSISTSOFAHOLLOWSPINDLE,MOUNTEDINACCURATEBEARINGS,ANDASETOFTRANSMISSIONGEARSSIMILARTOATRUCKTRANSMISSIONTHROUGHWHICHTHESPINDLECANBEROTATEDATANUMBEROFSPEEDSMOSTLATHESPROVIDEFROM8TO18SPEEDS,USUALLYINAGEOMETRICRATIO,ANDONMODERNLATHESALLTHESPEEDSCANBEOBTAINEDMERELYBYMOVINGFROMTWOTOFOURLEVERSANINCREASINGTRENDISTOPROVIDEACONTINUOUSLYVARIABLESPEEDRANGETHROUGHELECTRICALORMECHANICALDRIVESBECAUSETHEACCURACYOFALATHEISGREATLYDEPENDENTONTHESPINDLE,ITISOFHEAVYCONSTRUCTIONANDMOUNTEDINHEAVYBEARINGS,USUALLYPRELOADEDTAPEREDROLLERORBALLTYPESTHESPINDLEHASAHOLEEXTENDINGTHROUGHITSLENGTH,THROUGHWHICHLONGBARSTOCKCANBEFEDTHESIZEOFMAXIMUMSIZEOFBARSTOCKTHATCANBEMACHINEDWHENTHEMATERIALMUSTBEFEDTHROUGHSPINDLEKEYWORDSLATHES;HEADSTOCKASSEMBLY;VARIABLESPEED;III目录摘要IABSTRACTII1绪论111毕业设计的目的112机床主传动系统设计要求12车床参数的拟定221车床主参数和基本参数2211极限切削速度VMAX、VMIN的确定2212主轴的极限转速的确定2213主轴转速级数和公比的确定3214主电机的选择33主传动系统设计631传动结构式、结构网、转速图的确定6311传动形式的确定6312传动组及各传动组中传动副的数目6313传动系统扩大顺序的安排7314绘制转速图7315转速图的拟定7316分配降速比832齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制10321带轮确定10322齿轮齿数的确定的要求144强度计算和结构草图设计1741确定计算转速17411各轴、齿轮的计算转速1742轴的估算和验算19421主轴的设计与计算19422传动轴直径的估算2243齿轮模数的估算和计算24431齿轮模数的估算24432齿轮模数的验算26IV44轴承的选择与校核31441一般传动轴上的轴承选择31442主轴轴承的类型32443轴承间隙调整和预紧33444轴承的较核34445轴承的密封和润滑3645片式摩擦离合器的选择与验算36451按扭矩选择36452片式离合器的计算36453计算摩擦面的对数Z375主轴箱的箱体设计396结论与展望4061结论4062展望40致谢41参考文献42CA6140车床主轴变速箱的设计11绪论11毕业设计的目的通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计,在拟定传动和变速的结构方案过程中,得到设计构思、分析方案、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术要求文件和查阅级数资料等方面的综合训练,树立正确的设计思想,掌握机床设计的过程和方法,使原有的知识有了进一步的加深。(1)课程设计属于机械系统设计课程的延续,通过设计实践,进一步学习掌握机械系统的一般方法。(2)培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识,进行工程设计的能力。(3)培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。(4)提高技术总结及编制技术文件的能力。(5)为进入工厂打下基础。12机床主传动系统设计要求(1)、主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级别,能够实现运动的开停、变速、换向和制动等,以满足机床的运动要求。(2)、主电动机具有足够的功率,全部机构和元件具有足够的强度和刚度,以满足机床的传动要求。(3)、主运动的有关机构,特别是主轴组件有足够的精度、抗振性、温升小和噪音小,传动效率高,以满足机床的工作性能要求。(4)、操作灵活可靠,调整维修方便,润滑密封良好,以满足机床的使用要求。(5)、结构紧凑简单、工艺性好、成本低、以满足经济要求。三、车床主要参数(规格尺寸)最大工件回转直径D(MM)400刀架上最大回转直径D1200主轴通孔直径D50主轴头号(JB252179)6最大工件长度L7502000无锡太湖学院毕业设计说明书22车床参数的拟定21车床主参数和基本参数211极限切削速度VMAX、VMIN的确定根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑允许的切速极限参考值如下表21允许的切速极限参考值加工条件VMAXM/MINVMINM/MIN硬质合金刀具粗加工铸铁工件30~50硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150~300螺纹加工和铰孔3~8根据给出条件,取VMAX200M/MIN螺纹加工和铰孔时取VMIN5M/MIN212主轴的极限转速的确定计算车床主轴极限转速时的加工直径,按经验分别取K05,RD025DMAXKD05400200MMDMINRDDMAX025X20050MM其中DMAX、DMIN并不是指机床上可加工的最大和最小直径,而是指实际使用情况下,采用VMAX、(VMIN)时常用的经济加工直径。则主轴极限转速应为取标准数列数值,即MAXN1400R/MIN在MINN中考虑车螺纹和铰孔时,其加工的最大直径MAXD应根据实际加工情况选取MM5040。因此,此处选最大直径为50MMMIN/83150143510001000MAXMINMINRDVNMIN/1273501415320010001000MINMAXMAXRDVNCA6140车床主轴变速箱的设计3取标准数列数值,即MINN315R/MIN转速范围RNMINMAXNN转速范围RNMINMAXNN53114404444R/MIN考虑到设计的机构复杂程度要适中,故采用常规的扩大传动,并选级数Z12,今以411和261代入公式1NR得R127和438,因此取411更合适。各级转速数列可直接从标准的数列表中查出,标准转速数列表给出了061的从110000的数值,因为6061411。从表中找到MAXN1440R/MIN就可以每个5个数值选取一个,得列表如下315,45,63,90,125,180,250,355,500,710,1000,1400213主轴转速级数Z和公比的确定已知1MINMAXZNNNR取Z12级MINMAX1NNRZN112411843RNMAXN1440MINN3157455311440MINMAXNNRN综合上述可得主传动部件的运动参数MIN/1440MAXRNMIN/531MINRNZ12141214主电机的选择合理地确定电机功率N,使机床既能充分发挥其性能,满足生产需要,又不致使电机经常轻载而降低功率因素。中型普通车床典型重切削条件下的用量如表22所示。刀具材料YT15工件材料45号钢,切削方式车削外圆无锡太湖学院毕业设计说明书4查下表可知切深AP35MM进给量FS035MM/R切削速度V90M/MIN表22中型普通车床典型重切削条件下的切削用量320400切削用量普通型轻型普通型轻型切深PA353435进给量F03502504035切削速度V907510080功率估算法用的计算公式A主切削力B切削功率PCKWFCVPC4546120090302661200C估算主电机功率MIN/1440RNDKWPPC56580454总中型机床上,一般都采用三相交流异步电动机作为动力源。可以在系列中选用,在选择电动机型号时,应注意根据机床切削能力的要求确定电机功率,但电动机都已经标准化,因此选取相应的标准值KWP55电机转速DN选用时,要使电机转速DN与主轴最高转速MAXN和I轴转速相近或相宜,以免采用过大的升速或过小的降速传动。查机械设计手册可知P值为55KW,按我国生产的电机在Y系列的额定功率选择。NFAFPC30265335019001900750750CA6140车床主轴变速箱的设计5表23Y系列的额定功率电机型号额定功率满载转速同步转速ABCDEY132S455KW1440150021614089380018800002FGHKABACADHDBBL103313212280270210315200475图21为Y系列的电机的外形图。图21为Y系列的电机的外形图无锡太湖学院毕业设计说明书63主传动系统设计31传动结构式、结构网、转速图的确定311传动形式的确定集中传动方式传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内。集中传动适用于中、大型机床,尤其是CA6140,其优点是结构紧凑,便于集中操纵,安装调整方便。利于降低制造成本;缺点是运转的传动件在运转过程中所产生的振动、热量,会使主轴产生变形,使主轴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。312传动组及各传动组中传动副的数目拟定传动链的基本原则,就是以经济的满足对机床的要求,可以满足同样要求的方案有很多种,在进行传动链的可能性分析时,应根据经济合理的原则,选出有最好的方案。转速图有助于各种方案的比较,并为进一步确定传动系统提供方便。拟定主运动转速图应该按照下列步骤进行拟定传动方案,包括传动形式的选择以及开停。换向,操纵等整个传动系统的确定。传动形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形式,变速类型。传动方案和形式与结构的复杂程度密切相关,和工作性能也有关,因此,确定传动方案和形式,要从结构、工艺、性能、以及经济性等多方面统一考虑。级数为Z的传动系统由若干个顺序的传递组组成,各传动组分别有4321、Z、ZZZ、个传动副。即4321ZZZZZ传动副数由于结构的限制以2或3为适合,即变速级数Z应为2和3的因子即BAZ32实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副的组合1431223412322312423212522212在上述方案中,(1)(2)方案有时可以省掉一根轴,缺点是一个传动组内有四个传动副,如果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,则操纵机CA6140车床主轴变速箱的设计7构必须互销,以防止两个滑移齿轮同时啮合,所以一般少用。(3)(4)(5)方案按照传动副“前多后少”的原则选择Z322这一方案,但Ⅰ轴换向采用双向片式摩擦离合器结构,Ⅰ轴的轴向尺寸不至于过大,以免加长变速箱尺寸,第一传动组的传动副不宜过多,以2为宜因此此方案不宜采用,而应选择12232。方案4)是比较合理的12232313传动系统扩大顺序的安排12232的传动副组合,其传动组的扩大顺序又可以有形式1621232122)61323212根据级比指数分配要“前密后疏”的原则,应选用Z122362这一方案,然而对于我们所设计的结构将会出现两个问题第一变速组采用降速传动时,由于摩擦离合器径向结构尺寸限制,使得Ⅰ轴上的齿轮直径不能太小,Ⅱ轴上的齿轮则会成倍增大。这样,不仅使ⅠⅡ轴间中心距加大,而且ⅠⅡ轴间的中心距也会辊大,从而使整个传动系统结构尺寸增大。这种传动不宜采用。如果第一变速组采用升速传动,则Ⅰ轴至主轴间的降速传动只能同后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的杉限值,常常需要增加一个定比降速传动组,使系统结构复杂。这种传动也不是理想的。如果采用61323212这一方案则可解决上述存在的问题。314绘制转速图车床主传动系统转速结构图如图31所示。315转速图的拟定运动参数确定以后,主轴各级转速就已知,切削耗能确定了电机功率。在此基础上,选择电机型号,确定各中间传动轴的转速,这样就拟定主运动的转速图,使主运动逐步具体化。无锡太湖学院毕业设计说明书8316分配降速比设计机床主轴变速传动时,为了避免从动齿轮过大而增加箱体的径向尺寸,一般限制降速最小传动比UMIN1/4,为避免扩大传动误差,减少振动噪声,一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比UMAX2,因此决定了一个传动组的最大变速范围8/MINMAXUUR该车床主轴传动系统共设有四个传动组其中有一个是带传动。根据降速比分配应“前慢后快”的原则以及摩擦离合器的工作速度要求,确定各传动组最小传动比。总的传动比A决定轴ⅢⅣ的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些,能起到飞轮的作用,所以最后一个变速组的最小降速传动比取极限1/4,公比Ψ141,14144,61323212最末一级间的间隔为6级B中间轴传动比111MIN411174511440531NN电总UMINMINMINCBAUUUUU皮总44MIN41111CU99112641CU41142MINCCUU图31转速结构网132280Ⅰ44312550ⅡⅢⅣ1800R/MIN140010007105003552501801259031,545315CA6140车床主轴变速箱的设计9可按先快后慢的原则,确定最小传动比,根据基比指数确定其他传动比ⅣⅢⅡ轴最小传动比MINMINAMINCBUUU因为所以ⅡⅠ轴最小传动ⅡⅠ轴采用升速传动,加大齿轮外径,使主动轮齿根直径大于离合器外毂。因此,皮带轮的传动比为4MIN1CU5011232BU71041111121BU214111122MINAU4111321AU214111122MIN2AAUU490411111212皮U333MIN41111BBUU无锡太湖学院毕业设计说明书1032传动原理图32齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制321带轮确定因为床头箱内部紧凑,而第一轴除皮带轮外的受力不大,没有必要为抵消皮带的拉力而选用大的轴承和轴,所以用卸荷式带轮结构更划算。1、选择三角带型号根据计算功率NKPACAP电机额定功率KA工作情况系数车床的启动载荷轻,工作载荷稳定,两班制工作时,取KA11故PKPACA55X11605KKW2、选择V带的带型CA6140车床主轴变速箱的设计11根据计算功率和电机额定转速查机械设计图811选用B型。3、确定小带轮的基准直径DD并验算带速V皮带轮的直径越小,带的弯曲应力就越大,为了提高带的使用寿命,小带轮直径不宜过小。1)初选小带轮的基准直径1DD。由表86和表88取小带轮的基准直径1DD1322)验算带速VSMNDD/5476000014401001000601电因为5M/SV30M/S,故带速合适。4、计算大带轮的基准直径因为122D1D4111DD皮U得Ⅰ轴的转速N1为69985R/MIN所以272132062D411D1D122D大带轮直径圆整为280。470280132U21DDDD皮Ⅰ轴的实际转速MIN/96784701440RNⅠ转速误差03109678967885699N对于带传送装置,转速误差允许在050050范围内。5、确定V带的中心距2702210DDADDDDDDA初定中心距为500MM。由下列公式计算所需的基准长度LDMMADDDDALDDDDD1165842220122100无锡太湖学院毕业设计说明书12由机械设计查表82选带的基准长度LD1600MM按下列公式计算实际中心距A530065290629500200DDLLAA6、验算小带轮的包角11200416350035714818035718012ADDDD因此,小带轮包角取值合理。7、计算带的根数Z1)计算单根V带的额定功率PR由1321MMDD、MIN/R1440电N和B型带查表84A,由插补法得1720KWP由1321MMDD、2I和B型带查表84B得KWP400查表85得950AK,表82得920LKKWKKPPPALR25292095040172002)计算单根V带的根数Z692252056RCAPPZ因此,带的根数为3。8、计算单根V带的初拉力的最小值(MIN0F带型YZABCDE002006010018030061092由上表知道B型带的单位长度质量Q018KG/MNVQZVKPKFACAA422854718054739500569505250052500MIN220应使带的实际初拉力0FMIN0F9、计算压轴力PF
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