轴承内外圈加工专用机床车架与主轴箱设计【优秀毕业论文 答辩通过】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对 应的 纸 14951605 或 1304139763 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 轴承内外圈加工专用机床 车架与主轴箱设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923118 学生姓名： 崔译元 指导教师： 彭勇 （职称： 副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 轴承内外 圈加工专用机床车架与主轴箱设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923118 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 轴承内外圈加工专用机床车架与主轴箱设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 该课题来源于某机床制造企业为提高加工过程的机械化和自动 化水平，提高效率，降低工人的劳动强度，降低企业成本的需求。 轴承内外 圈车加工机床是针对企业发展需要，针对轴承内外圈车加工而设计的专用机床，此床应用功能简单，性价比高，适用于生产线加工。 此课题主要是设计机床车架和机床主轴箱。机床车架是一台机床“骨骼”，一台机床是否可以运作平稳，所有机构零件能否装配合理都要取决于车架的设计。而做为整台机床的动力传输机构 为机床能否顺利生产提供了保障，为不同的生产要求提供支持。 三、本设计（论文或其他）应达到的要 求： 根据设计要求和对设计资料的理解，查阅相关中外资料。 根据设计要求运用二维、三维建模软件 ,对轴承内外圈加工专用机床车架与主轴箱进行设计。 完成总体设计、设计计算，绘制装配图和零件图。 完成装配 ,并对机构进行运动仿真分析。 阅读和翻译英文文献。 撰写毕业设计论文。 四、接受任务学生： 机械 93 班 姓名 崔译元 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 学科 组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 要 本文研究的题目是轴承内外圈加工专用机床车架和主轴箱设计。该课题来源于某机床制造企业的轴承内外圈加工专用机床生产线改造项目，对于一台机床而言，机架犹如“骨骼”一样支撑着整台机床，而主轴箱则犹如“心脏”一样为整台机床提供不竭动力。 本着主轴箱功能单一、输入功率利用高、车架结构简单、布局合理的原则，对主轴箱和车架进行了相关尺寸设计并运用 件对零部件进行三维建模、 虚拟装配和运动仿真。 主轴箱设计部分完成对主轴部件的尺寸设计与强度校核、皮带轮的选用、轴承的选用与寿命计算、键销的选型与强度较核以及主轴箱内的其他零件设计。车架设计部分由于是非标部件，故采用类比同类机床的设计经验，结合结构简单，布局合理的原则对车架进行尺寸设计，最后介绍车架的焊接技术。 在完成尺寸设计后，根据尺寸并运用 件完成相关零部件的建模，将所有零部件进行虚拟装配，最后利用 仿真模块对主轴箱进行运动仿真，分析仿真结果，得出结论，进而完成整篇论文书写。 关键词： 主轴箱；车架；三维建模；虚拟装配； 运动仿真 he of is of is on a of of a is to to an a To of to I I of by G G to D of of of of in is to of of I At I to I G to 3D V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 架与主轴箱设计的背景与目的 . 1 承内外圈车削加工国内发展历史及现状 . 1 架和主轴箱设计的意义 . 1 究内容、预期目标及研究方法 . 2 2 总体方案设计 . 3 架的类型 . 3 轴的类型 . 3 3 主轴箱设计 . 5 轴箱的概述 . 5 轴的概述 . 5 轴的用途和分类 . 5 轴的材料 . 5 轴主要 参数设计 . 5 述 . 5 轴平均直径 D 的确定 . 6 轴内孔直径 D 的确定 . 7 轴悬伸量 A 的确定 . 8 轴支承跨距 L 的确定 . 8 动机的选择 . 8 轴的传动设计 . 8 动方式概述 . 8 带轮设计 . 8 的选择与校核 . 11 述 . 11 的强度计算 . 11 的尺寸设计 . 13 向定位 . 13 轴的轴承选择和配置 . 13 述 . 13 承的选择 . 13 承安装方式 . 14 承的预紧 . 14 锥滚子轴承校核 . 14 的校核 . 16 上其他零件的设计与选择 . 20 动轴承的密封装置 . 20 轴箱前前端盖 . 20 轴箱前后端盖 . 20 轴箱后前端盖 . 21 轴后轴承套 . 21 轴并帽 . 22 轴箱箱体设计 . 22 料的选择 . 22 造方法 . 22 造金属箱体的要点 . 22 章小结 . 23 4 车架结构设计 . 24 述 . 24 架设计的要求 . 24 架常用材料 . 24 架的截面形状、肋的布置和壁板上的孔 . 24 架的截面形状 . 24 的布置 . 24 架壁板上的孔 . 24 架连接结构设计 . 25 接技术 . 25 架的时效处理 . 25 架的尺寸结构设计 . 26 章小结 . 26 5 基于 车架和主轴箱三维建模与虚拟装配 . 27 G 软件介绍 . 27 要零部件的三维建模 . 27 架建模 . 28 轴箱建模 . 29 架和主轴箱的虚拟装配 . 30 于 X 6 的装配设计简介 . 30 轴箱与车架的虚拟装配 . 31 章小结 . 33 6 基于 运动仿真 . 34 动仿真的工作界面 . 34 G 的接口问题 . 34 开运动仿真主界面 . 34 运动仿真工作界面介绍 . 35 轴箱的运动仿真 . 36 杆特性的建立 . 36 动副特性的建立 . 37 析验证 . 38 章小结 . 38 7 结论与展望 . 39 论 . 39 足之处与展望 . 39 致 谢 . 40 参考文献 . 41 轴承内外圈加工专用机床车架与主轴箱设计 1 1 绪论 架与主轴箱设计的背景与目的 课题来源于某机床制造企业为提高加工过程的机械化和自动化水平，提高效率，降低工人的劳动强度，降低企业成本的需求。轴承内外圈车加工机床是针对企业发展需要，针对轴承内外圈车加工而设计的专用机床，此床应用功能简单，性价比高，适用于生产线加工。本次 设计是为了满足应用功能简单，性价比高的要求进行设计的。 对于一个机床来说，车架就是机床的“骨骼”，支撑起整台机床，而主轴箱则是机床的“心脏”给机床不竭的动力。 车架与主轴箱是一台机床必不可少的两个主要部分。车架在满足整台机床的支撑作用的前提下，还要满足人机工程的相关要求。主轴箱则在满足动力输送的前提下，还要满足结构简单，功能简单，效率高的要求。 承内外圈车削加工国内发展历史及现状 在上古时代的古埃及，曾经使用圆柱形滚木运输巨大石块建筑金字塔及纪念碑。中世纪时，著名数学家莱布尼茨写出了关于滚动 和滑动摩擦的第一本著名理论著作。 18 世纪已经使用铸铁或青铜，到 19 世纪已经大童使用球、滚子和滚动轴承。 1820 年开始应用小型的推力球座圈， 1880 年登记了自行车滚动轴承的专利。 1883 年在欧洲建立了第一个球轴承工厂，同时在美国也建立了第一个球轴承工厂。现在，国际上已经有成千上万家大、中、小型和微型轴承公司。 我国轴承工业加工已经有 70 多年的历史，目前已具有相当的规模和发展基础，解放以来，经过五十多年的发展，我国各类轴承的生产量已从 1949 年的 套增加到 2005 年的 60 亿套，累计生产轴承的品种 规格已从 100 多个增加到 66000 多个。从轴承生产总量和生产体系来看，我国已成为仅次于日本、美国和法国的世界轴承生产大国。 轴承 内外圈 的车削加工一般指车削外圆、内孔、端面、滚道、挡边、斜坡、圆角、止动槽、油沟、油槽等。过去采用的设备水平普遍较低，多采用普通机床 618,角机床 3163,式机床 516A 和 。随着机床、刀具、数字控制系统等现代加工技术的发展，传统车削加工的应用领域已经得到了极大的发展，设备发展到专用单功能机床、 多刀仿形机床、半自动机床、多轴自动机床、数控机床、自动化车削短线等，提高了自动化程度和生产效率，使加工质量稳定可 靠 1。 近几年轴承内外圈加工专用机床在国内外都有很多研究，应用的领域也越来越多， 轴承机械，产品主要用于汽车行业、军工行业和其他工业行业的轴承生产制造，实现了单机自动化、多机线自动化的生产制造。其中轴承行业，占据顶端市场份额的 90以上，速度、准确度和耐用性是 轴承内外圈加工专用机床加工 出来的产品的重要保障。 架和主轴箱设计的意义 为了顺应当今社会发展的需要， 单机自动化、多机线 自动化的生产制造 已经成为社会生产的主流。如何普及自动化，提高生产效率是现在面临的首要问题。车架和主轴箱作为机床的两个重要部件，也要顺应这个主流。与此同时，整台机床的性价比要高也是当代机床发展的必然趋势。 无锡太湖学院学士学位论文 2 究内容、预期目标及研究方法 本课题来源于 某机床制造企业 生产线改造项目。 本论文的主要内容包括： （ 1） 根据企业实际生产设备和技术要求，提出轴承内外圈加工专用机床车架和主轴箱的结构方案，并对各个零部件进行设计。 （ 2） 对轴承内外圈加工专用机床尺寸设计，并利用 件进行三维建模。 （ 3） 对轴承 内外圈加工专用机床进行虚拟装配。 （ 4） 将虚拟样机导入 件运动仿真界面，并在 对机构进行运动仿真分析，检验所选取方案及其模型的合理性，并对机构进行优化设计。 （ 5） 轴承内外圈加工专用机床车架和主轴箱设计要顺应自动化生产线更新的需要，本文将采取类比的研究方法对相关部件进行设计。 轴承内外圈加工专用机床车架与主轴箱设计 3 2 总体方案设计 架的类型 车架是机器中典型的非标准的零件，是底座、机体、床身、车架、桥架（起重机）、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称，起到支撑、容纳其他零部 件和保证其相对位置的作用。 车架按外形结构不同如图 分为梁柱式、框架式、板块式和箱壳式等。按材料不同可分为金属车架和非金属车架，金属车架的常用制造方法有铸造和焊接两种，分别称为铸造车架和焊接车架；常用的非金属车架有塑料车架、花岗岩车架和混凝土车架 等 2。 1， 3， 5 梁（柱）式车架； 2 箱壳式车架； 4 平板式车架； 6 框架式车架 图 架的分类 考虑到实际设计要求，和经济性要求，综上所述，本文将采用箱壳式运用焊接方法制造的金属车架。 轴的类型 用于机床的轴型有很多，常见 的应用于轴承内外圈车加工专用机床的最为常见的两种轴型为直轴和心轴两种 2。 直轴的特点：结构简单，制造方便，最为常用。按外形又分为光轴 a 和阶梯轴 b，其中阶梯轴最为常用。如图 无锡太湖学院学士学位论文 4 图 轴 空心轴的特点：空心处可装设其他零件。在同样重量下，较之实心轴有较大强度、刚度。加工比较困难。如图 图 心轴 考虑到本文主轴箱的经济要求和传动效率高的原则，综上所述，本文采用空心轴。 轴承内外圈加工专用机床车架与主轴箱设计 5 3 主轴箱设计 轴箱的概述 主轴箱是机床的重要 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部件。 轴的概述 轴的用途和分类 主轴部件是机床实现旋转运动的重要执行件，主轴部件由主轴、主轴支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成 3。 由于机床的功能不同，导致主轴部件的结构也不同，但各种主轴部件都有共同特点：在使用上都要求性能相一致的回转精度、抗振性、刚度、耐磨性等，并且要求温升低、热变形小。在结构上要求完善解决工件或刀具的定位装夹、轴承间隙的调整以及润滑、主轴及轴承的定位、密封等问题。当然，由于机床的任务、类型和要 求不同，导致主轴工作条件的差异。因此，各类不同机床主轴部件需要解决的问题应各有所侧重 。 轴的材料 主轴的材料品种很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性以及加工、热处理和经济性等要求进行选择。 主轴的常用材料是经过轧制或锻造的优质中碳钢和合金钢，其中应用最广泛的是经调质处理的 45 钢。合金钢对应力集中比较敏感，因而对合金钢轴表面加工质量要求也比较高，否则不能充分发挥其高强度的优点。 根据同类机床的设计经验，本文采用 40为主轴的材料。 轴主要参数设计 述 主轴的主要 参数是指 4：主轴平均直径 D （或主轴前轴颈直径 1D ）；主轴内孔直径 d ；主轴悬伸量 a 和主轴支承跨距 l ，如图 些参数直接影响到主轴的工作性能。但为简化问题，主要是从静刚度条件出发来确定这些参数。 无锡太湖学院学士学位论文 6 图 轴主要参数示意图 轴平均直径 D 的确定 主轴的平均直径对主轴部件 有较大的刚度影响。加大直径 D ，可减少由于主轴本身弯曲变形引起的主轴轴端位移和轴承弹性变形引起的轴端位移，提高主轴部件的刚度。但加大直径受到轴承时造成相配零件尺寸加大、结构庞大、制造困难和重量增加等，因此在满足刚度的要求下应该去取小值。 设计时主要用类比的分析方法来确定主轴前轴颈直径 1D （或平均直径 D ）。 按机床主电动机功率 N 来确定主轴前轴颈直径 1D ，如图 示统计曲线。 图 床 1统计曲线 高速机床主轴和径向截面要求小的主轴，可按区域来确定 2D 的值。根据电机功率和相关要求与经验结合曲线图，得 1D =70 根据同类机床的经验此主轴可分为四段如图 定位轴肩的高度 h 一般为 h =（ d ， d 为与零件相配处的轴的直径 5。 故5D=70+70 2=84 图 段轴图 轴承内外圈加工专用机床车架与主轴箱设计 7 对于其他轴肩高度属于非定位轴肩，是为了加工和装配方便而设置的，其高度没有严格的规定，一般取为 1 2 故 2D =708 3D=686 4D =664 轴内孔直径 d 的确定 主轴内孔直径与机床的类型有关，主要用来通过棒料，通过拉杆、镗杆或顶出顶尖等。确定孔径 d 的原则是，为减轻主轴重量，在满足对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下，应尽量取大值。 主轴本身的刚度 K 正比于抗弯断面惯性矩 I ，即 4（实空实空 （ 根据（ ，可绘出主轴孔径 d 对刚度的影响曲线如图 图 径 d 对刚度的影响曲线 由图可知，当 d 对主轴刚度几乎无影响，可忽略不计，所以常取孔径 此时空K 刚度削弱小于 25%。若孔径再大，主轴刚度就会急剧下降。 普通机床 11=中 前轴颈内孔直径。 由已知条件 1D =70以 1d = 1D （ =70 （ 42 根据同类机床经验得 1d =40 因为此机床正常加工无需内孔，但出于减轻轴的重量考虑，同时类比同类机床得无锡太湖学院学士学位论文 8 2d =30 轴悬伸量 a 的确定 主轴悬伸量 a 是指主轴前端面到前支承径 向反力作用中