机械毕业设计（论文）-微型数控车床设计（全套图纸） .pdf

中文摘要 i 中文摘要 摘要：对于数控车床床头部分的设计主要有同步带，主轴组件的设计。对于同 步带的设计要根据设计手册上同步带的设计计算进行设计， 而主轴组件是机床主 要部件之一，由于主轴组件直接承受切削力，转速范围又很大，因而数控车床的 加工质量很大程度要靠它保证，主轴组件的性能要求包括精度，静态刚度，抗振 性，热稳定性，耐磨性等。主轴是主轴组件的重要组成部分，因而主轴的设计是 很重要的，主轴的设计要从主轴的材料和热处理，主轴的结构形状，主轴的主要 精度指标来进行，主轴的结构形状主要取决于轴上所安装的零件，轴承，传动件 夹具等的类型，数目，位置，安装定位方式等，也考虑其工艺性要求。主轴通常 是一个前粗后细的阶梯轴， 即轴径尺寸从前轴径起， 向后逐渐缩小。 这样的结构， 是为了适应主轴各段承受的不同载荷， 以满足刚度要求， 同时也为其上的多个零 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 件提供足够的安装，定位及止推面，同时也有利于加工和装配。数控车床主轴的 轴端通常用于安装夹具，要求夹具在轴端定位精度高，定位刚度好，装卸方便， 同时使主轴的悬伸长度短。主轴端部结构，一般采用短圆锥法兰盘式，短圆法兰 结构有很高的定心精度，主轴的悬伸长度短，大大提高了主轴的刚度。而选择主 轴材料与热处理方法， 主要依据主轴部件的工作条件及结构特点， 即应满足主轴 对刚度，强度，耐磨性，精度等方面的具体要求。一般机床主轴常用 45 钢，并 中文摘要 ii 且要进行调质处理，主轴端部锥孔，定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬到 5055hrc。支承采用角接触轴承，则轴颈可不淬硬，但为了防止敲碰损伤轴颈 的配合表面， 常对主轴轴颈处进行淬硬。 主轴的精度直接影响到主轴部件的旋转 精度， 主轴零件相连接处的表面粗糙度和表面几何形状误差， 关系到接触刚度。 因此，设计主轴时，必须根据机床精度标准有关的项目制定合理的技术要求。主 轴主要精度指标有：前支承轴颈的同轴度约 5 m左右；轴承轴颈需按轴承内孔 “实际尺寸” 配磨， 且须保证配合过盈 15 m； 锥孔与轴承轴颈的同轴度为 3 5 m，与锥面的接触面积不小于 80%，且大端接触较好。 关键词：主轴、轴承、同步带、刀架、尾座 abstract the numerical control lathe head of a bed part design mainly has regarding. the numerical control lathe head of a bed part design with the ambulacrum, the main axle module design.regarding must act according to in the design handbook with the ambulacrum design to carry on the design with the ambulacrum design calculation, but the main axle module is one of engine bed major components, because the main axle module direct withstanding cutting force, the rotational speed scope is very big, thus the numerical control lathe processing quality very great degree must depend on it to guarantee, the main axle module performance requirement includes the precision, the static rigidity, the vibration- proof, thermostability, wear resistant and so on.the main axle is the main axle module important constituent, thus the main axle design is very important, the main axle design must from the main axle material and the heat treatment, the main axle structure shape, the main axle main precision target carries on, the main axle structure shape mainly is decided the components which installs on the axis, the bearing, passes on the moving parts jig and so on the type, the number, the position, the installment locate mode and so on, also considers its technological abstract iii request.after the main axle is usually front thick thin solution body axes, namely the axle diameter size formerly the axle diameter got up, backward reduced gradually.such structure, is in order to adapt the main axle each section of withstanding different load, satisfies the rigidity request, simultaneously also provides the enough installment for above many components, the localization and stops pushes the surface, simultaneously is also advantageous to the processing and the assembly.the numerical control lathe main axle axial- tab terminal usually uses in installing the jig, requests the jig to be high in the axial- tab terminal pointing accuracy, the localization rigidity is good, loading and unloading is convenient, simultaneously causes the main axle to hang the elongation to be short.the main axle nose structure, uses the short circular cone flange disc type generally, the short round flange structure has the very high calm precision, the main axle hangs the elongation to be short, enhanced the main axle rigidity greatly.but chooses the main axle material and the heat treatment method, mainly rests on the main axle part the working condition and the unique feature, namely should satisfy the main axle to the rigidity, the intensity, the resistance to wear, aspect and so on precision specific requests.common engine bed main axle commonly used 45 steel, and must carry on the quenching and retempering treatment, the main axle nose awl hole, calm spots and so on journal or calm circular conical surface partial as hardly as 5055hrc.the supporting uses the rolling bearing, then the journal may not be hard, but in order to prevent knocks bumps damages the journal the mating surface, often carries on to the main axle journal place hardly.the main axle precision affects directly the main axle part revolving precision, the main axle components attachment point surface roughness and the superficial geometry shape error, relates the contact rigidity.therefore, when designs the main axle, must act according to the engine bed precision standard related project formulation reasonable specification.the main axle main precision target includes: first supporting journal proper alignment approximately about 5; the bearing journal must the hole “the actual size” match according to the bearing in rubs, also must guarantee has coordinated full 15; the awl hole and the bearing journal proper alignment is 35, is not smaller than with the conical surface contacted area 80%, also the big end contact is good. abstract iv key words: spindle bearings synchronous belt sw its 目目 录录 摘要 i abstract ii 目 录 iv 第一章第一章 引引 言言 . 1 1.1 课题的目的和意义 1 1.2 数控车床国内外发展现状 1 1.3 数控车床的发展前景 2 第二章 数控车床的用途、特点、分类以及工作原理. 3 2.1 数控车床的用途 3 2.2 数控车床的特点 3 2.3 数控车床的分类 4 2.4 数控车床的工作原理 5 第三章 主轴的设计. 6 3.1 主轴的设计概况 6 3.1.1 主轴的分类 6 3.1.2 主轴的材料 6 目录 v 3.1.3 轴设计的主要问题 6 3.2 主轴的设计 7 3.2.1 确定最小轴径 . 7 3.2.2 轴的结构图 . 8 第四章 同步带的设计计算 9 4.1 同步带的设计概况 9 4.2 同步带的设计 9 第五章 丝杠的设计计算 . 12 5.1 丝杠的概况 12 5.1.1 丝杠的选用 12 5.1.2 丝杠的材料 12 5.2 x 轴丝杠的设计 12 5.3 z 轴丝杠的设计 . 16 第六章 轴承的选用与校核及键、轴的校核 . 22 6.1 轴承的选用 22 6.1.1 主轴轴承的选用与校核 . 22 6.1.2 z 轴承的选用与校核 23 6.2 键的校核 24 6.3 轴的校核 . 25 结论 29 参考文献 . 31 致谢及声明 . 32 目录 vi 第一章 引 言 1.1 课题的背景和意义 数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络 通信技术于一体，是典型的机电一体化产品。它的发展和运用，开创了制造业的 新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局 发生了巨大变化。 数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的核心标 志，实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。 通过数控车床的设计， 能让我们更多的了解与认识数控车床， 掌握数控车床 的结构和工作原理。 1.2 数控车床国内外发展现状 科学技术的高速发展使制造业发生了根本性的变化， 普通机床逐渐被高效率、 高精度的现代数控机床所代替。 目前国外机械设备的数控化率已达到高水平， 而 我国的机械设备的数控化率不足， 随着我国机制行业新技术的应用， 我国世界制 造业加工中心地位形成， 数控技术与装备的发展得到了高度重视， 近年来也取得 了相当大的进步。 目前我国已能生产从小型仪表机床到重型机床的各种机床， 也 能生产出各种精密的、高度自动化的以及高效率的机床和自动线。但是，我国在 第一章 引言 2 数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题， 主要表现在： 大部分高精度和超 精密机床的性能还不能满足要求， 精度保持性也较差， 特别是高效自动化和数控 化机床的产量、 技术水平和质量等方面都明显落后。 现今如何有效解决这些问题， 使我国数控领域沿着可持续发展的道路， 从整体上全面迈入世界先进行列， 使我 们在国际竞争中有举足轻重的地位， 将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的 重要任务。 1.3 数控车床的发展前景 根据我国数控车床 19962007 年消费数量，通过模型拟合，发现用二次曲 线拟合的效果较佳。 根据这个拟合模型。 预计 2009 年数控车床销售数量将达 89 259 台， 较 2007 年的观察值年均增长率为 16.5%。这些数字说明了我国数控 车床的飞速发展充分，同时也说明了近些年我国数控车床行业整体实力的上升。 一些龙头企业通过自主创新加大研发投入 ,改变了以往中国中高档数控车床及 关键技术长期依赖进口的局面。 纵观我国以上突破 ,确实可喜数控车床技术的纵 向飞快发展使我国逐渐走出了完全被动得到健康的发展 ,但我们也不能过分乐 观 ,我国数控车床技术横向发展速度还是有待提高的。 第一章 引言 3 第二章 数控车床的用途、特点、分类及其工作原理 2.1 数控车床的用途 数控车床集中了卧式车床，转塔车床，多刀车床，仿形车床，自动和半自动 车床的功能，主要用于大规模的加工零件，其加工方式包括车外圆，镗孔，车平 面以及能够加工螺纹面等等。可以编写程序，适用于批量生产，生产过程的自动 化程度较高。因此数控车床是数控机床中产量最大的品种之一。 2.2 数控车床的特点 数控车床是一种高效、新型的自动化机床，在航空、航天、造船、汽车、电 子、模具等工业中有着广泛的应用。他与普通机床相比具有以下几个特点： 1）适应性、灵活性好 数控机床由于采用数控加工程序控制，当加工零件改变时，只要改变数控 加工程序，便可实现对新零件的自动加工，因此能适应当前市场竞争中对产 品不断更新换代的要求，解决多品种、单件小批量生产的自动化问题，满足 飞机、汽车、造船、动力设备、国防军工等制造部门对复杂零件和型面零件 的加工需要。 2）精度高、质量稳定 数控车床按照编好的程序自动加工， 加工过程中不需要人工干预， 这就消除 了操作者人为产生的失误或误差。 数控机床本身的刚度和精度高， 并且精度保持 第二章 数控车床的概况 4 性好，这更有利于零件加工质量的稳定。另外，数控机床可以利用软件进行误差 补偿和校正，也使数控加工具有较高的精度。 3）生产率高 数控机床的进给运动和多数主运动都采用无极调速， 且调速范围大， 可选 择合理的切削速度和进给速度； 可以进行在线检测和补偿， 避免数控机床加工 中的停机时间；可进行自动换刀、自动交换工作台，减少了换刀和工件装卸时 间；可在一次装夹重实现多工序、多工件加工，减少了工件装夹、对刀等辅助 时间； 数控加工工序集中， 可减少零件在车间或工作单元间的周转时间。 因此， 数控加工生产率较高， 一般零件可以高出 34 倍， 复杂零件可提高十几倍甚至 几十倍。 4）劳动强度低、劳动条件好 数控机床的操作者一般秩序装卸零件、更换刀具、利用操作面板控制机床 的自动加工， 不需要进行繁杂的重复性手工操作， 因此劳动强度大为减轻。 此外，数控机床一般都具有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动 润滑装置，操作者的劳动条件可得到很大改善。 5）有利于现代化生产与管理 采用数控机床加工能方便、精确计算零件的加工时间，能精确计算生产和 加工费用，有利于生产过程的科学管理和信息化管理。数控机床是 dncfmscims 等先进制造系统的基础，便于制造系统的集成。 6）使用、维护技术要求高 数控机床是综合多学科、新技术的产物，机床价格高，设备一次性投资大， 相应的，基础的操作和维护要求较高。因此，为保证数控加工的综合经济 效益，要求机床的使用者和维修人员具有较高的专业素质。 2.3 数控车床的分类 根据数控机床的功能、结构、组成不同，可从控制方式、伺服系统类型、 功能水平、工艺方法几个方面进行分类，如表 表表 数控机床的分类数控机床的分类 分类方法 数控机床类型 按运动控制方式分类 按伺服系统类型分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制数控 机床 第二章 数控车床的概况 5 按功能水平分类 按工艺方法分类 开环数控机床 半闭环数控机床 闭环数控机床 经济型数控机床 中档型数控机床 高档型数控机床 金属切削数控机床 金属成型数控机床 特种加工数控 机床 2.4 数控车床的工作原理 在传统的金属切削机床上，加工零件时操作者根据图样的要求，通过不断 改变刀具的运动轨迹、运动速度等参数，使刀具对工件进行切削加工，最终加工 出合格零件。 数控车床的加工，其实质是应用了“微分”原理。其工作原理与过程可简 述如下。 （1） 数控装置根据加工程序要求的刀具轨迹， 将轨迹按车床对应的坐标轴， 以最小移动量（脉冲当量）进行微分，并计算出各轴需要移动的脉冲数。 （2）通过数控装置的插补软件或插补运算器，把要求的轨迹用最小移动单 位的等效折线进行拟合，并找出最接近理论轨迹的拟合折线。 （3）数控装置根据拟合折线的轨迹，给相应的坐标轴连续不断地分配进给 脉冲，并通过伺服驱动使车床坐标轴按分配的脉冲运动。 由上可见：（1）只要数控车床的最小位移量（脉冲当量）足够小，所用的 拟合折线就安全可以等效代替理论曲线。 （2）只要改变坐标轴的脉冲分配方式，即可以改变拟合折线的形状，从而 达到改变加工轨迹的目的。 （3）只要改变分配脉冲的频率，即可改变坐标轴（刀具）的运动速度。这 样就实现了数控车床控制刀具移动轨迹的根本目的。 以上根据给定的数学函数，在理想轨迹（轮廓）的已知之间，通过数据点 的密化， 确定一些中间点的方法， 称为插补。 能同时参与插补的坐标轴数。 显然， 当数控机床的联动轴越多，机床加工轮廓的性能就越强。因此，联动轴的数量是 衡量数控机床性能的重要技术指标之一。 第二章 数控车床的概况 6 第三章 主轴的设计 3.1 主轴的设计概况 3.1.1 轴的分类 按照承受弯，扭载荷的不同，轴可分为转轴，心轴和传动轴三类。工作中既 受弯矩又受转矩的轴称为转轴， 这类轴在机器中最为常见。 只受弯矩而不传递转 矩的轴称为心轴， 心轴又分为转动的心轴和不传动的心轴两种。 只承受转矩而不 承受弯矩或弯矩很小的轴称为传动轴。 所设计的主轴承受转矩但所承受的弯矩很 小，应属于传动轴。 3.1.2 轴的材料 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。 碳素钢比合金钢价廉， 对应力集中的敏 感性小，又可通过热处理提高其耐磨性及疲劳强度，故应用比较广泛，其中最常 用的是 45 号优质碳素钢。 主轴的材料选取 45 号优质碳素钢， 但为保证力学性能， 必须进行调制处理。钢的调制处理，是指淬火和高温回火。调制处理后得到的是 索氏体组织， 它比正火或退火所得到的铁素体混合组织， 具有更好的综合力学性 能，例如有更高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强 第三章 主轴的设计 7 度。 3.1.3 轴设计的主要问题 在一般情况下，轴的设计主要应解决下列问题： （1）选择轴的材料 （2）进行轴的结构设计时尚不知道轴的直径，所以要进行初步计算，粗略估 算出轴的直径，并初步确定各部分的形状和尺寸，然后细致地进行结构设计， 在结构设计中，必须考虑轴在机器中的位置，轴上零件固定定位要求，工艺性 要求，热处理要求，运转维护的要求等 。 （3）进行轴的强度校核，一般情况下轴的工作能力主要取决于它的强度，且 大多数是在变应力条件下工作的，因此要进行疲劳强度校核计算。 （4）必要时进行轴的刚度和振动稳定性要求。 3.2 轴的设计 3.2.1 确定最小轴径 按扭转强度计算 因为主轴是空心轴，则其直径 () 3 0 4 p da n 1 d轴端直径，mm p 轴所传递的功率，kw n轴的工作转速，min/r a系数，由于主轴的材料为 45 钢，则取 a=115 空心的内径 1 d 与外径d之比 1 d d =， 1 d =20mm 先假定d=25，则 d d1 =8 . 0 25 20 =，查表得 4 3 1 1 =1.02 当最高转速即min/3000rn =时 () 3 0 4 p da n 1 = = 3 0.2 115 3000 4 3 1 1 =4.7mm， 而空心轴的内径就为 20mm，并且主轴一般达不到最高转速min/3000r 第三章 主轴的设计 8 当最低转速即 r n20 min =时 () 3 0 4 p da n 1 = = 3 0.2 1151.02 20 =25.27mm 由于该机床很少达到最低转速则可取d=25mm 由于该轴上有键槽，应增大其轴径，来提高轴的强度 由于轴的直径小于等于 100mm，并且只有两侧有键槽，其增大值为 10% 所以该轴的直径应为mmd 5 . 27%)101 (25=+=，取d=27mm 3.2.2 轴的结构图 第三章 主轴的设计 9 第四章 同步带的设计计算 4.1 同步带的设计概况 同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层， 外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环 形带，带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。 同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性 第四章 同步带的设计计算 10 好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v min z,取 1 z =30 （带速v和安装尺寸允许时，z 尽可能选用大值） 4小带轮节圆直径 1 d = 1 z p = 30 5.08 3.14 =48.5mm 5. 大带轮齿数 由于传动比1=i，则 2 z = 1 z =30 6. 大带轮节圆直径 由于齿数相同，则 21 dd=48.5mm 7校核带速 1 1 max 3.14 48.5 3000 7.62 60 100060 1000 dn m vv s = 40 max =v50m s 第四章 同步带的设计计算 11 8. 初定中心距 0.7（ 2p d+ 1p d） 0 a2（ 2p d+ 1p d） 63mmamm180 0 ，取mma176 0 = 9初定带的节线长度及其齿数 2 2 3.14 48.52 176 504.29 m lda a =+ =+ = （ 21 2 m dd d + =； 21 2 dd =） 按表选取标准节线长度 d l =508 及其齿数z =100 10实际轴间距 () 2 2 1 8 44 m m ld ald =+ =176mm 11小带轮啮合齿数 () 11 21 220 m zpz zzz a =15 （圆整成整数） 12基本额定功率 () 2 0 1000 a fq p =0.37kw 0 p 同步带基准宽度 0 b 所能传递的功率，kw a f 基准宽度 0 b 同步带的许用工作拉力，n，见表 q基准宽度为 0 b 的同步带质量，kg m ，见表 13. 带宽 1.14 0 0 c z p bb k p =8.36 mm z k 啮合齿数系数，根据小带轮就、啮合齿数 m z 选取：6时取 1； =5 时取 0.8；=4 时取 0.6 14.轴上载荷 1000 c q p f =48.5 n 第四章 同步带的设计计算 12 第五章 丝杠的设计计算 5.1 丝杠的概况 5.1.1 丝杆的选用 数控车床为了提高进给系统的灵敏度，定位精度和防止爬行，必须降低摩擦 并减少静， 动摩擦系数之差。 因此， 行程不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。 第五章 丝杠的设计计算 13 而该数控车床行程较小，因此选用滚珠丝杠。 5.1.2 丝杠的材料 丝杠的材料选用 gcr15，因为这种铬轴承钢可用于制造耐磨，耐蚀零件。但 为了保证其力学性能，需要整体淬火，硬度可达 5860hrc 。目前生产中应 用较广的冷却介质是水和油， 但淬火用油作为冷却介质能够减少淬火工件的变形 与开裂，因此该丝杠用油作为冷却介质进行整体淬火。 5.2 x 轴丝杠的设计 （1）寿命计算 0 d =12mm, h p =2mm 1） 基本额定动载荷 a c 一组相同参数的流动螺旋副， 运转一百万转时， 90% 的螺旋副不发生疲劳扩展所能承受的纯轴向载荷 a c = 8 . 1 3 2 7 . 0 tan)cos( wc dmjkf c f 与滚珠丝杠副流道的几何形状，制造精度和材料有关的参数。 查表得： 12 . 0 cos 0 = d dw , 52 . 0 = w s d r 则 c f =101.9892 j 每列工作参数选 2 圈 k每个螺纹的循环列数，取 1 列 m 每圈中的钢球个数， cos 0w ddm = 其中， o n d p 6)arctan( 0 = 则cos 0w ddm = o 6cos2 1214 . 3 =18.9，m 取 19。 则 a c = 8 . 1 3 2 7 . 0 tan)cos( wc dmjkf = 8 . 1 3 2 7 . 0 21945tan)45cos21 (9892.101 oo =3221n 2）寿命条件 f k kkkk c n lhfh a 第五章 丝杠的设计计算 14 f 轴向载荷（n） 由转矩t =1.04mn ,min/18rn =得 n d t f 3 . 173 12 104022 = = h k 寿命系数， h k =1 . 3) 500 15000 () 500 ( 3 1 3 1 = h l h l 工作寿命，数控机械一般取 15000h f k 载荷系数，查表取 f k =1.5（中等冲击） l k 短行程系数，查表 l k =1 （行程=4） h k 动载荷硬度影响系数，由于硬度为 5860hrc，则查表 h k =1 n k 转速系数，kn=( 31 ) 3 . 33 n = 31 ) 18 3 .33 (=1.23 n工作转速，min/r (18min/r) 则f k kkkk c n lhfh a n655 3 . 173 23 . 1 115 . 11 . 3 = 则满足条件 （2）丝杠的强度 1）螺旋传动的转矩t 2/ )tan( 0t fdt += =2)25 . 0 6tan(12 3 . 173 oo + =114mmn 其中，滚珠丝杠副的当量摩擦系数 t f =0.0030.01 当量摩擦角 t = / 10 / 34 ,对于这个丝杠则可取 t = / 15 2）当量应力 2 3 2 2 2 2 ) 2 . 0 (3) 4 ( d t d f += 由表得 s redd22 02 +=9.98 而sin)2( ws dre= = / 028 . 0 45sin) 104. 1 (= o 2 3 2 2 2 2 ) 2 . 0 (3) 4 ( d t d f += = 2 3 2 2 ) 98 . 9 2 . 0 114 (3) 98 . 9 14 . 3 3 . 1734 ( + 第五章 丝杠的设计计算 15 =2.43 a mp 3）强度条件 丝杠材料的许用应力 ， =(0.20.33) s 而15 r gc的屈服极限 s =480500 a mp ， 则可取屈服极限的最小值 s =480 a mp 若取 =0.2 s 0.248096 a mp 则满足强度条件。 （4）丝杠的刚度 1）轴向载荷f 产生的轴向变形量 f 两端固定的丝杠 ea flj f = j l 丝杠的计算长度，指f 和t 作用处到固定支承盖的 距离 e丝杠材料的弹性模量，钢材 5 1007 . 2 =e a mp a丝杠的计算截面面积， 4)212(14 . 3 4)( 22 0 = w dda =78.5 2 mm 则 ea flj f = 5 . 781007 . 2 20 3 . 173 5 =2.13 4 10 2）转矩t 产生的轴向变形量 t p hj t gi ptl 2 = h p 丝杠的螺纹导程， h p =4mm g丝杠材料的切变模量，钢材的g= 4 103 . 8 a mp p i 丝杠计算截面的极惯性矩， p i =32)( 4 0w dd =981.25 4 mm p hj t gi ptl 2 = 25.981103 . 814 . 3 2 420114 4 =1.78 5 10 3）轴向载荷 f 使钢球与螺纹流道间产生的轴向变形量， 由于52 . 0 = ws dr，由表知有预紧 第五章 丝杠的设计计算 16 则查表得 31 3 )( 103 . 0 pw z a fdz fk = z k 载荷分布不均系数，与制造精度有关，一般取 z k =1.21.3,取 z k =1.3。 p f 预紧力（n）,一般取 p f =3 max f， max f为最大轴向载荷 则 p f =3 max f=3 3 . 173n=57.8n z 工作螺母中的钢球总数，382119= mjkz w d 钢球直径(mm2) 则 31 3 )( 103 . 0 pw z a fdz fk = =3 . 0 31 3 ) 8 . 572(38 3 . 1733 . 1 10 =3.65 4 10 4）轴向总变形量 = atf + =2.13 4 10+1.78 5 10+3.65 4 10=5.96 4 10 5）刚度条件 丝杠允许的轴向总变形量， 对精度机床=0.5x 定位精度(mm) =0.50.015=0.0075 则满足刚度要求。 （5）丝杠的稳定性 1）柔度 r i lw r = 长度系数 ，查表得 =1.5; w l 螺杆的最大工作长度; i 螺杆的危险截面的惯性半径（mm），495 . 2 4 2 = d i i lw r =32 495 . 2 402 = = 2）临界载荷 0 f 由于 r 0.68 则查表得 pr=1.8)87 . 0 41 . 0 ( ar ff + =125.2n （2） 寿命因数 h f 假定该数控机床寿命 h l10=75000h 则查表得， h f =5.30 （3） 速度因数 n f 该主轴的最低转速n=20min/r 则查表得， n f =1.186 （4） 力矩载荷因数 m f 该机床力矩载荷较小时， m f =1.5 （5） 冲击载荷因数 d f 该数控机床有冲击， 则查表取 d f =1.8 （6）温度因数 t f 该数控机床工作温度一般都低于 100 ，则查表取 t f =1.0 则 c=p ff fff tn dmh = 5.3 1.5 1.8 125.2 1.186 1 =1510.6n 第六章 轴承的选用 24 由于 d=30mm查表得 7206ac 型轴承 cr=22.0kn,cor=14.2kn 校核轴承 由手册查得 7206ac 轴承 cr =22.0kn,cor=14.2kn,e=0.68 1. 计算两轴承的内部轴向力和轴向载荷 由表得 1s f =0.68 1r f =0.6836=24.48n f 2s =0.68 2r f =0.6836=24.48n 2sa ff +=63+24.48=87.48n f 1s 则轴承 1 被压紧，得轴承的轴向载荷 2a f = 2s f =24.48n 1a f = 2sa ff +=63+24.48=87.48n 2求当量动载荷 1 1 r a f f = 87.48 36 =2.43e 则 1 x =0.41， 1 y =0.87 2 2 r a f f = 24.48 36 =0.68=e 则 2 x =1, 2 y =0 查表得，有冲击时，取 p f =1.8 则当量动载荷 1 p =)( 1111arp fyfxf+ =1.8(0.4136+0.8787.48) =163.6n 2 p =)( 2222arp fyfxf+ 第六章 轴承的选用 25 =1.836=64.8n 3验算轴承寿命 1 p 2 p ,则只计算轴承 1 的寿命 h l10= )( 16670 1 p c n r = 3 16670 14500 () 20163.6 =580309543h 由于此寿命是在最低转速下，而且由于机床精度要求，所以所求寿命 会长一些，满足寿命要求，所以所选轴承合适。 6.1.2 z 轴轴承： 对于转速较高的轴承，可按基本额定动载荷计算值选择轴承 c=p ff fff tn dmh c基本额定动载荷计算值，n p 当量动载荷，n h f 寿命因数； n f 速度因数 m f 力矩载荷因数，力矩载荷较小时， m f =1.5, 力矩载荷较大时， m f =2 d f 冲击载荷因数； t f 温度因数 （1） 当量动载荷p 由于轴承同时承受径向载荷和轴向载荷， 因此在进行轴承计 算时必须把实际载荷转换为与确定额定动载荷条件相一致的当量动载荷 当量动载荷的一般计算公式为：)( arp yfxffp+= 由于 r a f f 0.68 则查表得 pr=1.8)87 . 0 41 . 0 ( ar ff +=1.89087. 0=141n （2） 寿命因数 h f 假定该数控机床寿命 h l10=75000h，则查表得 h f =5.30 （3） 速度因数 n f 该主轴的最低转速n=20min/r则查表得， n f =1.186 （4）力矩载荷因数 m f 该机床力矩载荷较小时， m f =1.5 （5）冲击载荷因数 d f 第六章 轴承的选用 26 该数控机床有冲击，则查表取 d f =1.8 （6） 温度因数 t f 该数控机床工作温度一般都低于 100 ，则查表取 t f =1.0 则 c=p ff fff tn dmh =n141 1186 . 1 8 . 15 . 13 . 5 =1701.2n 由于 d=12mm查表得 7001ac 型轴承 cr=5.20kn,cor=2.55kn 验算轴承寿命 h l10= )( 16670 2 p c n r = 3 ) 141 5200 ( 18 16670 =46453216h 符合要求。 6.2 键的校核 通平键连接的主要失效形式是键， 轴上键槽和轮毂上键槽三者中较弱者被击 溃。由于轮毂上的键槽深度较浅，轮毂的材料强度通常在三者中也最弱，所以平 键联接的强度计算通常以轮毂为计算对象， 计算键联接的强度时假设键与键槽侧 面的压力均匀分布，并假设合力的作用点在轴半径处，强度条件为： pp dlk t 2 = t 键联接传递的转矩，mmn d轴的直径，mm l键的工作长度，mm；对于方头平键，键的工作长度等于键长；对于 圆头平键，由于键的圆头端部与键槽不接触，所以键的端部不承载，键的工作长 度等于键长度减去端部圆形头部长度bll=； 单圆头平键2bll=（公式中l 为键长，b为键宽，l=22，b=4）； k键与轮毂键槽的接触高度， mm，hk5 . 0（公式中h为键的高度h=4） ； p 许用挤压应力， a mp ；查表取 p =100 a mp （轻微冲击） 由t =2938mmn ，d=28mm，由于是圆头平键l=422mm，k=2 则 2 2938 18 2 28 p = =5.8 a mp p ，满足要求 6.3 轴的校核 机床工作时，主轴所受的切削力 因为主轴转速最低时，能够达到最大转矩，此时所受的切削力最大，此切削力可 第六章 轴承的选用 27 分解为三个相互垂直的切削分力，即主切削力 c f ，径向力 r f ，轴向力 a f 。 （1） 主切削力 c f cec pp=0.20.98=0.196kw ( c 取 0.960.98) 60 1000 c dn = =65.3 min m c f = 3 60 50.2 10 c c p f = =180 n （2） 径向力 r f 由切削经验公式知选取 r f0.472 c fn= （3） 轴向力 a f a f0.3563 c fn= 由于切削力由两个轴承来承担，则可知 1r f = 2r f = 2 r f =722n=36n 而轴向力靠近三爪卡盘的轴承承受的力要比另一个轴承大 a 点对 c、d 点的弯矩 1 m = 1r f 119.05mmn =4285.8mmn 2 m = 1r f 135.05mmn=4861.8mmn b 点对 c、d 点的弯矩 3 m = 2r f 22.94 mmn=825.84mmn 4 m = 2r f mmn=841.84mmn 则 c、d 点的弯矩 13 m= 1 m + 3 m = 5111.64mmn 24 m= 2 m + 4 m =5703.64 mmn 带对轴产生的扭矩t 因为带作用在轴上力48.5 q fn=，而带轮节圆直径mmd45= 则 45 48.51091.29 22 q d tf=mmn 对于扭转切应力为脉动循环变应力时，0.6 c 点的当量弯矩 c m = 22 13 ()mt+ = 22 5111.64(0.6 1091.29)+=515