动车用减震器筒体切管机设计动车用减震器筒体切管机设计

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III摘要组合机床是一种高效率专用机床,有特定的使用条件,不是在任何情况下都可以收到良好的经济效益,在确定设计机床前,应该进行具体的经济技术分析。加工同一个机械产品的零件,通常会有很多种工艺方案,不同的方案会有不同的经济效果,影响技术经济的因素有很多,有时技术指标先进的方案,经济指标不一定优越,因此,需要对技术、经济指标作综合评价,综合多数的意见,选出优化方案进行经济效果评价,如果满意即可决定。本课题设计的是筒体切割加工组合机床。其来源于惠发特精密机械有限公司。在设计中通过研究被加工零件的特点,对相关数据进行计算,对相关部件进行选择,从而确定机床的总体布局。并绘制出被加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图和生产率计算卡。在此基础上拟定了主轴箱的传动路线,设计了轴的结构,进行了皮带轮及轴等相关零件的强度,刚度校核,并绘制出主轴箱总装图和相关零件图。工件采用三爪卡盘定位,一次装夹完成不仅保证了孔的加工精度,而且还提高了加工效率,降低了工人的劳动强度。关键词筒体切割加工;组合机床;主轴箱。IVABSTRACTPORTFOLIOISAHIGHLYEFFICIENTMACHINEFORMACHINETOOLS,THEREARESPECIFICCONDITIONSOFUSE,ISNOTUNDERANYCIRCUMSTANCESTORECEIVEGOODECONOMICRETURNS,INDETERMININGTHEDESIGNOFMACHINETOOLS,SHOULDCARRYOUTSPECIFICECONOMICANDTECHNICALANALYSISPROCESSINGPRODUCTSWITHAMECHANICALPARTS,USUALLYHAVEAVARIETYOFPROGRAMMES,VARIOUSOPTIONSHAVEDIFFERENTECONOMICEFFECTS,THEIMPACTOFTECHNOLOGICALANDECONOMICFACTORSAREMANY,SOMETIMESTECHNICALINDICATORSADVANCEDPROGRAMMES,ECONOMICINDICATORSDONOTNECESSARILYSUPERIOR,THEREFORE,NEEDTOONTHETECHNICAL,ECONOMICINDICATORSFORCOMPREHENSIVEEVALUATION,COMPREHENSIVEVIEWSOFTHEMAJORITY,ELECTEDOPTIMIZATIONOFECONOMICEVALUATION,IFYOUSATISFIEDWITHTHEDECISIONTHISTOPICISDESIGNEDTOFACECYLINDERPIPECUTTERMACHINECOMBINATIONSITSBENEFITSFROMTHESPECIALPRECISIONMACHINERYCO,LTDINTHEDESIGNTHESTUDYWASPARTOFTHEPROCESSINGCHARACTERISTICSOFTHERELEVANTDATA,THERELEVANTCOMPONENTSOFCHOICETODETERMINETHEOVERALLLAYOUTOFMACHINETOOLSANDTHEMAPPINGOFPROCESSESTOBEPROCESSEDPARTSMAP,DIAGRAMPROCESSING,MACHINESIZEMAPANDTHEASSOCIATEDPRODUCTIVITYCALCULATIONCARDONTHISBASISTHEDEVELOPMENTOFTHESPINDLEBOXOFTRANSMISSIONLINES,THEDESIGNOFTHESHAFTSTRUCTURE,APULLEYANDSHAFT,ANDOTHERRELEVANTPARTSOFTHESTRENGTHANDSTIFFNESSVERIFICATION,ANDSPINDLEBOXASSEMBLYTOMAPOUTPLANSANDRELATEDSPAREPARTSPLANSTOOLGUIDETOACHIEVEABALLSCREWFEEDWORKPIECEPOSITIONINGUSINGTHREEJAWCHUCKBLOCKS,AFIXTURENOTONLYGUARANTEETHECOMPLETIONOFTHEHOLEPROCESSINGPRECISION,BUTALSOIMPROVETHEPROCESSINGEFFICIENCYANDREDUCETHELABORINTENSITYOFTHEWORKERSKEYWORDSCYLINDERPIPECUTTER;COMBINATIONMACHINE;HEADSTOCK。V目录摘要IIIABSTRACTIV目录V1绪论111惠发特精密机械有限公司简介112本次设计任务简介113本次设计任务相关要求12总体设计221几种切管方式的比较222总体的布局323切削力的确定和电机的选择324调节机构的确定425冷却系统的选用43主轴箱设计631主轴箱的原理依据和要求6311使用要求6312工艺要求与润滑632主轴的结构7321主轴的构造7322主轴的材料和热处理7323主轴的技术要求8324主动轴的设计8325按弯矩合成力校核轴的强度9326轴承的选用12327轴承寿命计算与润滑1333传动系统设计14331计算并选择电机14332V带传动的设计计算15333齿轮传动的设计计算与润滑18334从动轴几何尺寸计算22335进给系统的设计28336导轨形式的确定28337其它零部件294床身的设计3141材料和路线选择3142主轴箱箱体的结构和材料31421各部位及附属零件的名称和作用31VI422机体结构325调节系统的设计3651长度的调节3652径向的调节376改进方案的设计3861控制电器与执行电器的选择3862线路的设计387结论与展望40致谢41参考文献42动车用减震器筒体切换机设计11绪论11惠发特精密机械有限公司简介无锡惠发特精密机械有限公司,位于风景秀丽的太湖之滨,无锡市郊著名的吴文化公园西侧,距无锡市十三公里,水陆交通十分便利该公司生产工艺先进,设备齐全,技术力量雄厚,专门从事各种系列和型号液压机的生产其各项性能指标均已达到国外同类产品的水平,产品已通过ISO90012000质量体系认证,为各种内燃机、电机电器、汽车、摩托车、粉末冶金、轴承等的良好组配创造了条件同时还生产专用组合机床、数控专用组合机床及三棍轮、二棍轮精密校直机。该公司设计和生产的产品已为国内外几十家生产厂家配套该公司除对现有产品精益求精外,还可根据用户需要专业设计,制造特殊的产品12本次设计任务简介本次毕业设计题目为“动车用减震器筒体切管机设计”,本设计的专题为切管机设计。课题来源于无锡市惠发特精密机械有限公司。本课题系机动车减震器筒体加工的专用机床设计,对于摩托车及其他一些机动车的减震器加工均有一定的参考价值,在减震器行业的技术更新中起到了相当的作用。13本次设计任务相关要求此次毕业设计任务要求机床功能得到进一步的完善,能够提高零件的加工精度和加工效率,能够降低加工成本。该零件属动车减震器用,其材料为铸铝,要求单班制大批量生产,班产2000件。此次毕业设计从2012年11月开始,至2013年5月结束。无锡太湖学院学士学位论文22总体设计21几种切管方式的比较(1)滚切法将管子置于滚切刀与两个支承轮之间,使刀片、支承轮与管子做相对的圆周运动与径向走刀运动,管子受剪切挤压直至被切断。图21滚切法装置示意图(2)特行刀剪切切断法采用特行刀剪切切断法,刀具在气缸带动下做径向进给运动,刀尖先插入管壁成一小孔,然后顺着刀具的两圆弧切削刃将管子切断。此方法为有屑切断法,管子的断口微有变形,是一种较新的切断方法。切断过程中管子不旋转,可使用盘料。(3)圆环刀渐近切断法是使用圆环刀切管时在切断过程中的各个瞬间位置。图22圆环刀渐近切断法示意图动车用减震器筒体切换机设计3根据加工零件的特点选用滚切法。22总体的布局由于无缝管的定尺有6米,且在一定长度和外径范围内调节。故总体的布局如图所示图23总体布局图23切削力的确定和电机的选择(1)切管机输出转速出N110R/MIN,切削力1F;FCZCYXPFKVFACFFCFCFCC819121查金属加工工艺及工装设计得NF44421(2)步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的,每当电机绕组接收一个脉冲,转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比,在时间上与输入脉冲同步。因而,只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可得到所需转动的速度和方向。步进电机有反应式、永磁式和混合式三种类型。步进电机有其独特的优点,归纳起来主要有步矩值不受各种干扰因素的影响;误差不长期积累;控制性能好用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号换成转轴的角位移或角速度。表21步进电机和伺服电机的区别步进电机系统伺服电机系统力矩范围中小力矩(一般在20NM以下)小、中、大,全范围速度范围低(一般在2000RPM以下,大力矩电机小于1000RPM)高(可达5000RPM),直流伺服电机更可达12万转/分无锡太湖学院学士学位论文4续表21控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式,位置/转速/转矩方式步进电机系统伺服电机系统平滑性低速时有振动(但用细分型驱动器则可明显改善)好,运行平滑精度一般较低,细分型驱动时较高高矩频特性高速时,力矩下降快力矩特性好,特性较硬过载特性过载时会失步可310倍过载(短时)反馈方式大多数为开环控制,也可接编码器,防止失步闭环方式,编码器反馈编码器类型光电型旋转编码器(增量型/绝对值型)旋转变压器型旋转变压器型一般快温升运行温度高一般维护性基本可以免维护较好价格低较高所以考虑到这次设计的要求,为了在不影响工作精度条件下,我选择了步进电机。24调节机构的确定无缝钢管直径有从MMMM10050,长度从150MM400MM之间变动。直径的变化可以用三爪卡盘来控制;长度的大小可以用挡板控制。图24活动挡板简图25冷却系统的选用切削液的使用方法1浇注法切削加工时,切削液以浇注法使用最多。这种方法使用方便,设备简单,但流速慢、动车用减震器筒体切换机设计5压力低。难于直接渗透入最高温度区。(2)高压冷却法高压冷却法是利用最高切削液直接作用于切削区周围进行冷却润滑并冲走切削,效果比浇注法好的多。深孔加工的切削液常用高压冷却法。(3)喷雾冷却法喷雾冷却法是以MPA6030的压缩空气,通过喷雾装置是切削液雾化,高速喷射到切削区。高速气流带着雾化成小液滴的切削液,渗透到切削区,在高温下迅速汽化,吸收大量热,从而获得良好的冷却效果。根据零件的加工特点选择浇注法。无锡太湖学院学士学位论文63主轴箱设计31主轴箱的原理依据和要求主轴箱是机床的主要部件之一,按专用要求进行设计由通用零件组成其主要作用是根据被加工零件的加工要求,安排主轴位置,并将动力和运动由电机或动力部件传给工作主轴,使之得到要求的转速和转向。机床主轴箱不仅要能保证较高的生产率和一定的加工质量,操作方便省力,同时主轴箱的制造和装配工作也都要容易,检修方便,成本低等。也就是说,主轴箱必须满足使用和工艺两个方面要求。311使用要求(1)运动特性机床主轴箱必须满足在拟定机床转动系统时所决定的运动特性,并且转速误差不超过允许值(2)刚度和强度耐磨和抗震;为保证主轴箱的零件能够正常的运转和达到加工质量方面的要求。各类零件应具有足够的强度,必要的刚度和抗震性能。同时为延长机床的使用期限。也要具有良好的耐磨性能或在磨损后能够调整补偿,这时除了选择适当的传动机件和材料外,也应该注意变速箱的整体构造,以便可使受力合理分布,减少受力变形以提高刚度,以及注意选择便于补偿磨损的构造。(3)高效率随着现代机床的功率日益加大,提高主轴箱的传动效率,以减少损失的意义将格外重大,这除了可以在设计变速箱时注意采用高效率的传动机件,提高零件加工和装配质量外,缩短传动路线尤其是高速的传动路线和减少空转零件也是提高效率的有效方法。(4)运动平稳和无噪音主轴箱的零件运转平稳可以提高工件的加工质量,这可以由采用运转比较平稳的零件,如传动带等传动方式和提高零件的加工和装配质量得到。(5)便于操作和安全(6)便于观察、调整和检修(7)防尘、防漏312工艺要求与润滑(1)构造简单结构的简单带来很多优点,可以提高加工的精度和光度,便于使用和维护以及节省材料和降低成本,为此少用结构复杂的机件和减少零件的数量(2)容易加工主轴箱的各种零件,尤其是比较复杂的箱体应使其容易加工,例如竟可能使轴孔同心,以便于从一侧加工,但是在成批生产而利用专用机床时,箱体外表的突出部分最好位于一个平面上以便于同时加工孔内有槽或螺纹都不便于加工,应尽可能的避免(3)采用标注通用零件动车用减震器筒体切换机设计7应尽量减少专用件而采用标准件或通用件。同时配合直径,螺纹种类,齿轮模数也应限制到最少的种类。(4)便于装配应尽可能的减少装配的劳动量(5)主轴箱采用飞溅润滑用35号或40号润滑油。图31主轴箱总装图32主轴的结构321主轴的构造主轴的构造和形状主要决定主轴上所安装的刀具、所装零件的尺寸、传动件、轴承等零件的种类、位置、数量和安装方法等。设计时还需要考虑主轴加工的工艺性及装配的工艺性;主轴基本为空心阶梯轴,尾部的径向尺寸要最小,前端的径向尺寸最大,中间的径向尺寸逐渐减小。322主轴的材料和热处理轴的材料应根据载荷特点、耐磨性要求、热处理方法和热处理后变形情况选择。普通机床定心轴颈或定心锥面等部位进行局部高频淬硬。以提高其耐磨性。只有载荷大和有冲击时,或精密机床需要见效热处理后的变形时,或有其它特殊要求时,才考虑选用合金钢。当支承为滑动轴承,则轴颈也许淬硬,以提高耐磨性。机床主轴的常用材料和热处理要求见下表36无锡太湖学院学士学位论文8表31主轴常用的材料和热处理要求3钢材热处理用途45调质2228HRC高频淬硬为5055HRC一般为机床的主轴和传动轴45CR淬硬4050HRC载荷要求大或表面较硬的主轴20CR渗碳、淬硬5662HRC中等载荷、转速很高、冲击较大的主轴38CRMOA1A氮化处理8501000HV精密和高精密机床主轴65MN淬硬5258HRC高精度机床主轴对于高速、高效、高精度机床的主要部件,热变形及振动等一直是国内外研究的重点课题,特别是对高精度、超高精密加工机床的主轴。据资料介绍,目前出现一种叫玻璃陶瓷材料,又称微晶玻璃的新材料,其线膨胀系数几乎接近于零,是制作高精度机床主轴的理想材料。323主轴的技术要求主轴的技术要求,应根据机床精度标准有关项目制定。首先制定出满足主轴旋转精度所必需的技术要求,如主轴前后轴承轴颈的同轴度,锥孔相对于前后轴颈中心连线的径向圆跳动,定心轴颈及其定位轴肩相对于前后轴颈中心连线的径向圆跳动和端面圆跳动等。再考虑其它性能所需的要求,如表面粗糙度,表面硬度等。主轴的技术要求要满足设计要求、工艺要求、检测方法的要求,应尽量做到设计、工艺、检测的基准相统一。主轴各部位的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和表面硬度等具体数值应根据机床的类型、规格、精度等级及主轴轴承的类型来确定。324主动轴的设计初步确定轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理。根据机械设计P370表153,115A0,于是得MM233NPD300030MIN齿带齿带IINPAA31当轴截面上开有键槽时,应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的消弱。对于直径100MMD的轴,有一个键槽时,轴径增大57;有两个键槽时,应增大1015。然后将轴径圆整为标准直径。则MM934051233DMIN选取直径MM35D1输入轴的最小端是安装在联轴器处的直径,使所选择的轴径与联轴器的孔径相适应,所以需要同时选择联轴器型号联轴器计算转矩TKTACA查表141,因转矩变化小,故取31AKMNTKTACA631812453132按照转矩CAT要小于联轴器的公称转矩。查表174选用LT7型弹性套柱销联轴器,轴动车用减震器筒体切换机设计9孔L112MM,L184MM,轴径35MMDMIN图32主轴简图拟定轴上零件装配方案A段取其长度为48MMB段台阶取该段长度为48MMC段台阶安装深沟球轴承,B19取L48MMD段为齿轮宽度,L52MME段轴承与箱体内壁之间5MM,齿轮端面与箱体内壁之间间隔15MM,取L26MMF段台阶由于轴承配合,因此取轴承宽度为L19MM轴承支承跨度距L19265248192107MM325按弯矩合成力校核轴的强度(1)绘出轴的受力简图计算直齿轮的圆周力径向力和轴向力图33轴受力简图MM107LABMM522/5226LBC无锡太湖学院学士学位论文10MM5552107LAC圆周力MNDT152086525424022FT33径向力MNFT375920TANFR34由于为直齿轮,轴向力MN0FA图34水平面受力图(2)水平面支承052152086107MBAHCBTAHRLFLR35AHR1014NNRFRFRRAHTBHTBHAH15107210141520860F36水平面弯矩MNLRMACAHCH5577055101437(3)垂直面图35力矩平衡式0523759107MVBAVCBRARLFLR38NRAV369NRFRAVBV339036937590YR39动车用减震器筒体切换机设计11垂直面弯矩NLRMNLRMBCBVCVACAVCV202965233902029555369310(4)计算C处左右两侧的合成弯矩MNMMMVCHCC965934720295557702222311MNMMMVCHCC295934820296557702222312可见C处右侧的合成弯矩较大,合成弯矩见图(5)计算危险截面的当量弯矩由弯矩图可见C处是危险截面(其上的内力最大)按照式计算该处的当量弯矩(取扭矩校正系数A06)MNTMMCE67686542406029593482222313(6)计算C处的需要轴径D参照表151取许用弯曲应力MPA551MMMDE092355106768610331314它小于该处实际直径50MM故轴的弯矩组合强度足够。图36水平弯矩图图37垂直弯矩图无锡太湖学院学士学位论文12图38合成弯矩图图39当量弯矩图326轴承的选用(1)调心球轴承主要承受径向载荷,也可同时承受小量的双向的轴向载荷,外圈滚道为球面,具有自动调心性能,内外圈轴线相对偏斜允许23,适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承。(1)圆锥滚子轴承能承受较大的径向载荷和单向的轴向载荷,极限转速较低。内外圈可分离,故轴承游隙可在安装时调整,通常成对使用,对称安装使用于转速不太高、轴的刚性较好的场合(2)单向推力球轴承单向推力球轴承只能承受单向的轴向载荷。两个圈的孔不一样大内孔较小的是紧圈,与轴的配合;内孔较大的是松圈,与机座固定在一起。极限转速较低,适用于轴向力大而转速较低的场合。没有径向限位能力,不能单独组成支承,一般要与向心轴承组成组合支承使用。(3)双向推力球轴承双向推力轴承可承受双向轴向载荷,中间圈为紧圈,与轴配合,另两圈为松圈。高速时,离心力大,球与保持架磨损,发热严重,寿命较低。没有径向限位能力,不能单独组成支承,一般要与向心轴承组成组合支承使用。常用于轴向载荷大、转速不高处。(4)深沟球轴承
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动车用 减震器 筒体切管机 设计
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