机械主轴箱毕业设计说明书

目 录中文摘要、关键词 .1英文摘要、关键词 .2引言 .3第 1章 绪论 .41.1 课题研究背景 .41.2 课题研究内容与目的 .41.3 设计参数与要求 .5第 2章 电机的选型 .62.1 电机类型选择 .62.2 电机功率计算 .72.3 主电机型号选择 .8第 3章 传动设计 .103.1 传动形式选择 .103.2 同步带与同步带轮的设计与选型 .113.2.1 设计功率的计算 .113.2.2 选择带型和节距 .113.2.3 同步带轮尺寸的确定 .123.2.4 与主轴相连的同步带轮设计 .133.3 带轮与轴的联接 .14第 4章 主轴单元设计 .164.1 主轴单元结构设计 .164.1.1 主轴直径的设计 .164.1.2 主轴内孔径的设计 .174.1.3 主轴悬伸量的设计 .174.1.4 主轴支承跨距的设计 .174.2 主轴定位设计 .174.3 主轴轴承的选用与校核 .194.3.1 主轴轴承的选择 .194.3.2 主轴轴承的校核 .204.4 主轴密封设计 .224.5 主轴冷却设计 .23结论 .25致谢 .26参考文献 .271凸轮轴轴向深孔加工专机主轴箱的设计摘 要：本文介绍了凸轮轴加工专机的一些基本概况，简述了机床主轴传动系统方面的原理和类型，分析了各种传动方案的机理。凸轮轴加工专机主轴箱的主轴传动系统包括了主轴电机、主轴传动系统和主轴组件三部分。本文详细介绍了凸轮轴加工专机主轴箱的主轴设计过程，该凸轮轴加工专机选用合理的电机带动，采用齿型同步带传动和内冷系统进行主轴冷却，同时采用双楔形块完成同步带轮与主轴的联接。本文还介绍了凸轮轴加工专机主轴箱主轴传动系统各种传动方案优缺点的比较、电机的选型、主传动方案的选择和确定、主轴关键零件的设计,以及凸轮轴加工专机所要当达到的要求。通过对主轴的整体设计，主轴定位设计，主轴冷却设计，主轴箱传动设计，其它装置或元件设计，使凸轮加工专机主轴箱的设计更加合理化。关键词：凸轮轴加工专机 主轴箱 主轴传动系统 主轴设计2Deep Processing Camshaft Axial Plane Headstock DesignAbstract:This article describes some of the basic camshaft machining plane overview outlines the principle of spindle drive system aspects and types of various transmission schemes analyzed the mechanism. Camshaft machining plane headstock spindle drive system includes a spindle motor, spindle drive and spindle assembly of three parts. This paper describes the camshaft machining plane headstock spindle design process, the selection of a reasonable camshaft machining plane motor driven, using toothed belt drive and internal cooling system for spindle cooling, while using double wedge block is completed with Pulley spindle connection. This article also describes camshaft machining plane headstock spindle drive a variety of transmission schemes comparative advantages and disadvantages, motor selection, the main drive program selection and determination, spindle key part of the design, and the camshaft machining plane to be when it reaches the requirements. Through the overall design of the spindle, spindle positioning design, spindle cooling design, headstock transmission design, other devices or components designed to make the cam machining plane headstock design more reasonable.Key words:the camshaft machining plane; the spindle box; main shaft transmission system; spindle design3引言以组合机床为代表的数控设备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子工业水平，它的推广应用对提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起着极为重要的作用。组合机床的设计对现代制造业的影响是多方面的和重大的，主要表现为：1.使机械制造业的整体面貌发生了根本变化组合机床的设计技术的应用将传统的机械与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、技术以及光电磁等多种学科融为一体，使制造业成为知识密集、技术密集的大科学范畴的现代制造业，是当代国民经济的基础工业。2.使机械制造业的生产方式发生变化纵观制造业的发展历史，其生产规模沿着“小批量少品种大批量多品种变批量”的方向发展。组合机床的设计技术是当代柔性自动化和智能自动化的技术基础之一，它是适应科技进步，满足多品种变批量市场需求的生产方式。组合机床的设计技术使传统的制造工艺发生显著和本质的变化。由经验走向定量化，有分散单一工艺走向集成和科学化的工艺。随着组合机床的设计技术的不断发展和应用，工艺方法和制造系统不断更新，形成了一系列具有划时代的新技术新工艺的制造系统。3.使产品结构发生了重大变化现代机械产品向着高精度、高自动化和高可靠性方向发展，具有机电结合和多学科技术结合的特点，纯机械的产品越来越少，而且更新换代速度快。对这些要求，组合机床的设计技术将起到发展、推广和应用。目前，随着技术的进步，机械零件的加工对机床的要求越来越趋于柔性化、数控化，使得数控机床已广泛用于各种加工车间，但是目前市场上数控机床的加工只能满足一般精度要求，而加工精度高的机床造价昂贵，如何实现造价低、精度和性能高的数控机床主轴箱已经成为研究人员孜孜不倦追求的目标，主轴箱作为影响机床加工精度主要部件，也成为了研究人员研究的主要课题。本课题为凸轮轴加工专机主轴箱的设计，设计内容大致分为电机选型设计，主轴箱传动设计，主轴定位设计，主轴冷却设计，其它装置或元件设计等。4第 1章 绪论1.1 课题研究背景专机是一种加工特定产品或完成特定工序的专用型机床。专机的使用比较“刚性” ，主要是为了特定的一种或者一类零件，适合批量大的生产，精度上没有特征性的差异。主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。主轴箱传动系统的设计，以及主轴箱各部件的加工工艺直接影响机床的性能及产品质量。凸轮轴加工专机主轴箱为高精度型凸轮轴加工专机重要的一部分，用来加工有一定精度要求的、形状复杂的凸轮类零件。由于加工精度高，工艺适应性强，加工效率高，废品率低，成品一致性好，可降低对工人技术熟练程度的要求，这样对其设计要求较为严格。凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同） ，不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用钢材的。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。凸轮轴是发动机的关键零件之一，凸轮轴桃尖部位的硬度和白口层深度是决定凸轮轴使用寿命和发动机效率的关键技术指标。在保证凸轮有足够高的硬度和相当深的白口层的前提下，还应考虑轴颈不出现较高的碳化物，使其具有较好的切削加工性能。国内外生产凸轮轴的主要方法有：采用钢质锻造毛坯经切削加工后，凸轮桃尖部分经高频淬火形成马氏体层的工艺。20 世纪 70 年代末，德国和法国相继开发了凸轮轴氩弧重熔新工艺；另有以美国为主的可淬硬铸铁凸轮轴；以日本和法国为主的冷硬铸铁凸轮轴；以及凸轮部位用 Cr-Mn-Mo 合金涂料进行铸件表面合金化的生产工艺等。1.2 课题研究内容与目的本课题所加工的工件为铸铁凸轮轴。所做工序为在其轴向钻深孔。加工示意图如下：5图 1.1 加工示意图对凸轮轴进行此类加工，需要采用专用机床、专用夹具以及专用的主轴。本次设计目的在于设计一种能够对凸轮轴进行轴向钻孔的加工专机。而本文主要针对凸轮轴加工专机主轴箱进行设计。设计内容有电动机的选择与设计、传动设计、主轴定位设计、主轴冷却设计以及主轴单元的设计与计算。首先，本文根据加工要求，确定主轴的整体力学性能，所需材料选择，并进行一定的计算校核。然后根据主轴的转速和力学要求，选择合理的电动机。第二，本文将进行主轴定位设计。定位装置的作用是确保主轴处于正确位置，保证工件在加工过程中受到外力(切削力等)作用时不离开已经占据的正确位置。包括定位方案的确定，定位元件的选择以及所受力的计算。第三，考虑到主轴的冷却，我将进行主轴冷却设计。合理的冷却系统能够在满足加工要求的前提下，延长主轴寿命，减少工件与加工原件的损坏。同时选择合理的冷却原件，如冷却回转接头等。最后，本文将选择合理的传动原件，设计电动机固定方式，保证正常传动。1.3 设计参数与要求本次设计的是凸轮轴加工专机主轴箱，设计要求的基本参数与要求如下所示：刀具直径：8mm主轴通孔直径：8mm每转走刀量：0.15mm/r刀具材料：高速钢 工件材料：灰铸铁件电机传动效率： =0.7m钻头转速：25r/s6第 2 章 电机的选型2.1 电机类型选择电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。大多数电动机通过互动的磁场和载流导体产生力量。电动机和发电机通常被称为电机。常见的电动机的类型有直流电动机、交流电动机。直流电动机：直流电动机是由直流电源供电，将直流电能转换为机械能，从而拖动生产机械完成生产任务。它具有良好的启动性能和调速特性，过载能力大，因此在启动、调速性能要求较高的场合，如大型矿井提升机、挖掘机、轧钢机、城市电车等，通常选用直流电动机拖动，在许多自动控制系统中，小容量直流电机也被广泛应用；直流电机具有起动转距大、体积小、重量轻、效率高、转距和转速容易控制，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等十分优良的特性，因而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。其缺点就是体积大、价格昂贵、维护复杂，频繁启动容易引起故障，以及直流电的传输距离有限。交流电动机：交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。交流电动机主要有同步电动机和异步电动机。在发电厂里，同步电动机用来拖动一些功率大且不需要调速或功率虽不大但转速较低的机械负载。在这些场合使用同步电动机比使用同容量的异步电动机具有更多的优点，如体积小，效率高，过载能力大，功率因数高。但是他的结构复杂，需要有励磁电源，造价高，运行维护麻烦。所以，在发电厂里，除了上述的场合外，几乎所有的机械设备都用异步电动机来拖动。这是由于异步电动机具有结构简单，价格便宜，坚固耐用，维修方便等特点。异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用。根据设计要求，本设计选用的是三相异步电动机。2.2 电机功率计算对钻削不同工件材料时，可以算出其产生的轴向力和扭矩。7钻头扭矩公式： (2-1)=9.81MxyCdfK式中： 钻头外径，mmd由课题所给数据同时查钻削轴向力扭矩公式中的系数与指数表可得钻头扭矩。表 2.1 钻削轴向力扭矩公式中的系数与指数表系 数 和 指 数轴向力 F 扭矩 M加工材料 刀 具材 料 FCxyCxy钢 0.637baGP高速钢 61.2 1.0 0.7 0.0311 2.0 0.8不锈钢 1Cr18Ni9Ti 高速钢 143 1.0 0.7 0.041 2.0 0.7高速钢 42.7 1.0 0.8 0.021 2.0 0.8灰铸铁 190HBS硬质合金 42 1.2 0.75 0.012 2.2 0.8高速钢