毕业设计（论文）-C5225型立式车床工作台设计.doc

摘要降低产品成本，提高产品市场竞争力，是当今制造业界主要的奋斗目标。而降低产品设计成本，提高产品设计水品是提高产品综合竞争力的关键所在。为了满足广大客户的要求，为了适应社会发展的需求，本文在原有国产C5225型立式车床工作台传动系统的基础上，查阅了大量的国内外期刊论文，对C5225型立式车床工作台传动系统进行了设计。通过本课题研究取的了以下的研究成果：对C5225型立式车床工作台传动系统进行了运动和动力分析，结构优化改进，包括：传动结构的设计，工作台的设计，轴的设计等，并对其进行了强度校核。对工作台和传动机构相结合的系统进行了以效率、经历为最高目标的优化设计。在综合考虑影响C5225型立式车床传动系统效率的各因素的情况下，提出了满足功率，转速，回转直径等约束条件，建立了包含传动系统参数在内的优化设计数学模型，并给出了相关的理论计算。理论计算显示，新型机型有更优的设计质量和更高的使用效率。关键词：工作台；立式车床；传动系统；济南大学毕业设计-1-ABSTRACTReducethecostsofproductimprovethecompetitionofproductmarketisthemaingoalofthemanufacturingindustry.Andreducethecostofproductdesignandimproveproductdesigntoimproveproductwaterproductisthekeytooverallcompetitiveness.TomeettherequirementsofourallcustomersandinordertomeettheneedsofsocialdevelopmentthepaperbasedonthetransmissionsystemoftheoriginalverticallatheC5225.accesstolargenumberofinternationaljournalarticlesanddesignedthetableoftheC5225drive.Bythisresearchandhavethefollowingfindings:MonementanddynamicanalysisthetabledrivesystemoftheverticallathesontheC5225improvementsthestructuraloptimizationincluding:transmissionstructuredesigntabledesignshaftdesignandsoonandcarryoutthestrengthcheck.Onthetableandthecombinationoftransmissionlinesystempathtoefficiencythroughtheoptimaldesignforthehighestgoal.InconsideringoftheimpactofC5225transmissionefficiencyofverticallathesunderthecaseofeachfactorwasproposedtomeetthepowerspeedturningdiameterconstraintsincludingtransmissionparametersincludingtheestablishmentoftheoptimaldesignmodelandgivesrelatedtheoreticalcalculations.Theoreticalcalculationsshowthatthenewmodelhasbetterdesignqualityandhigherefficiency.Keywords：table；verticallathe；transmission；济南大学毕业设计-2-目录摘要.IABSTRACT.II1前言.11.1工作台传动系统的工作原理.11.2工作台传动系统特点.22C5225型立式车床工作台传动系统总体设计.32.1方案的比较选择.32.1.1传动方案的选择.42.1.2主轴的支撑设计.52.2总体方案.33主要零部件的机构设计与校核计算.53.1、齿轮设计53.1.1、低速齿轮设计.53.1.2高速齿轮设计.93.2轴的设计与计算.134轴承的润滑及密封.154.1、润滑方式的选择.154.2、密封方式的设计及选择165结论.16参考文献.17致谢.18附录.19济南大学毕业设计01前言随着我国经济的不断发展，我国制造业领域涌现出了许多私营企业，这些企业的规模普遍不大。一些先进的机床，其加工功能虽然丰富，但成本高，对于一些中小型企业来说购置困难，因此，中小型企业为了发展生产，希望对原有机床进行改造，以提高生产效率。并且工业现代化所需要的各类装备和设施，更是离不开高档车床与基础制造设备。而我国机床工业的发展现状是机床拥有量达、工业生产规模小，突出的任务就是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。而且机床是先进制造技术的载体，机械产品质量、更新速度、应变能力、效率在相当程度上取决于机床。我国现在对机床的需求将是中档数控机床、加工中心和专用机床为主。其他机床相对要少得多了。因此，普通机床的改造，大有可为。而且本次课题的主要要求就是在原先的普通车床的基础上，进一步改进车床的主传动工作台，使机床在使用时，提高其效率，降低成本等。1.1工作台传动系统的工作原理C5225型立式车床工作台传动系统主要是由电动机，传动系统和工作台等部分组成。其工作原理是电动机（在此设计题目中，电动机先不做过多要求及设计，重点在于研究工作台传动部分）通过传动机构驱动工作台的主轴做转动，从而带动工作台的旋转，其传动系统图如下：示图一C5225型立式车床工作台系统传动图135齿轮；2轴承；4电机；6工作台工作时，电机通过减速装置带动主轴转动，动力通过主轴再传递给支承轴，该轴与工作台连接，从而带动了工作台的旋转，进而进行加工工作。济南大学毕业设计11.2工作台传动系统的特点：工作台传动系统的特点：（1）该工作台为中型立式车床工作台。（2）系统中，易磨损件采用了优质高耐磨合金属材料，使其使用寿命调高了几倍。（3）配置有专门的润滑装置，注油简便，最重要的是延长了轴承的使用寿命。（4）该型系统属立式机构，密封性好，工作环境不是很糟糕，粉尘不多；底座可打开，拆装方便，便于维修。示图一济南大学毕业设计22C5225型立式车床工作台总体设计2.1方案的比较选择2.1.1传动方案的选择通过机械设计的学习，机械的传动主要是有带传动、链传动、齿轮传动和蜗轮传动。选择齿轮传动，齿轮传动是机械传动中重要的传动之一，齿轮传动的主要特点有1）效率高在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%。2）工作可靠、寿命长设计制造合理，使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。而且齿轮的传动形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达200ms。综上所述以及根据以往经验C5225型立式车床工作台传动方式采用齿轮传动。2.1.2主轴的支撑设计方案一：在主轴两端使用角接触球轴承，角接触球轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，也可以单独承受轴向载荷。能在较高转速下正常工作。由于一个轴承只能承受单向的轴向力，因此一般成对使用。承受轴向载荷的能力与接触角有关。接触角大的承受轴向载荷的能力也高。方案二：在主轴两端采用圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷（30000型以径向载荷为主，30000B型以轴向载荷为主）。外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。一般成对使用。而工作台在工作状态时主轴转速并不是很高，因此，通过比较，选择方案二即经济实惠，又能对对主轴传动起到更好的支撑作用。2.2总体方案（1）传动机构采用齿轮传动（2）主轴采用双列圆锥滚子轴承（示图二），传动轴用圆锥滚子轴承（示图三）。济南大学毕业设计3示图二示图三济南大学毕业设计43.主要零部件的机构设计与校核计算3.1、齿轮设计3.1.1、低速齿轮设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）确定齿轮类型，按工作台的传动方案，选用的两齿轮均为标准圆柱直齿轮2）材料选择，大小齿轮材料均为45钢（调质）3）确定精度等级，因为C5225型立式车床工作台传动为一般的工作系统，速度不是很高，因此，选用7级精度（GB10095-88）4）根据齿轮设计准则，选取120，传动比i=9.3，则取1i20=9.320=186。2、按齿轮面接触强度计算由设计计算公式进行试算，即查4试算321)(1132.2HEdtZuukTd（1）确定公式内的各计算数值）试选3.1tK2）计算小齿轮传递的转矩mmNnPT55115110405.682055105.95105.953）查圆柱齿轮的齿宽系数45.0d4）查表4得材料的弹性影响系数218.189MPaZE5）查图4按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限MPaH6001limlim2550HMPa6）查图4得接触疲劳强度寿命系数90.01HNK95.02HNK7）计算接触疲劳强度许用应力1HMPaMPaSKHN54060090.01lim12HMPaMPaSKHN5.52255095.02lim2(2)计算济南大学毕业设计5）试算小齿轮分度圆直径，查表10-58得计算公式td1mmmmZuuTKdHEdtt025.150)5.5228.189(3.913.945.010405.63.132.2)(132.232532112)计算齿宽bb=mmmmdtd511.67025.15045.013)计算模数mmmmzdmtt501.720025.150114)计算载荷系数根据v=6.438ms，7级精度，查动载系数图可知；14.1vK直齿轮，1FHKK查表使用系数，可知1AK查表接触疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数，可知；423.1HK由齿高比，查图弯曲强度计算的齿向载荷分布系数因001.4hb423.1HK25.1FK此载荷系数K=622.1423.1114.11HHVAKKKK5)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由公式(10a)4得mmmmkkddt571.1613.1622.1025.15033116)计算模数m。m=mmmmzd076.820517.16113、按齿根弯曲强度设计由公式（5）4得弯曲强度的设计公式为3211)(2FSaFadYYzKTm(1)确定公式内的各计算数值济南大学毕业设计61）查图齿轮的弯曲疲劳强度极限，可知小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa1FE大齿轮的弯曲强度极限=380MPa2FE2）查图弯曲疲劳寿命系数，可知取弯曲疲劳寿命系数=0.85，=0.881FNK2FNK3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4有公式(12)4得=1FMPaMPaSKFEFN57.3034.150085.011MPaMPaSKFEFNF86.2384.138088.01114）计算载荷系数K。K=K512.135.1112.11FFVAKKK5)查取齿形系数查表齿形系数及应力校正系数，可知=2.80；=2.0881FaY2FAY6)查取应力校正系数。查表齿轮系数及应力校正系数，可知=1.55=1.8571SaY2SAY7)计算大、小齿轮的并加以比较FSaFaYY01429.057.30355.180.2111FSaFaYY比较后大齿轮的数值较大01623.086.238857.1088.2222FSaFaYY（2）设计计算mmmmm722.501623.02045.010405.6622.12325对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿轮的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数5.722，并就近圆整为标准m=6.0mm按接触强度算得的分度圆直径d=161.517mm算出小齿轮齿数1济南大学毕业设计7=1Z273.9517.1611md大齿轮齿数，取=252。.1.251273.92Z2Z这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4、几何尺寸计算（1）计算分度圆直径mmmmmzd1620.62711mmmmmzd15120.625222（2）计算中心距mmmmdda83721512162221（3）计算齿轮宽度mmmmdbd9.7216245.01故取mmBB75215、结构设计及绘图齿轮零件图小齿轮图四大齿轮济南大学毕业设计8图五3.1.2高速齿轮设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数5）确定齿轮类型，按工作台的传动方案，选用的两齿轮均为标准圆柱直齿轮6）材料选择，大小齿轮材料均为45钢（调质）7）确定精度等级，因为C5225型立式车床工作台传动为一般的工作系统，速度不是很高，因此，选用7级精度（GB10095-88）8）根据齿轮设计准则，选取120，传动比i=2.5，则取1i20=2.020=50。2、按齿轮面接触强度计算由设计计算公式进行试算，即查4试算公式（-1）321)(1132.2HEdtZuukTd（1）确定公式内的各计算数值）试选3.1tK2）计算小齿轮传递的转矩mmNnPT55115110405.682055105.95105.953）查圆柱齿轮的齿宽系数16.0d4）查表4得材料的弹性影响系数218.189MPaZE5）查图4按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限MPaH6001limlim2550HMPa6）查图4得接触疲劳强度寿命系数90.01HNK95.02HNK济南大学毕业设计97）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为，安全系数为S=1，由公式124得1HMPaMPaSKHN54060090.01lim12HMPaMPaSKHN5.52255095.02lim2(2)计算）试算小齿轮分度圆直径，查表10-58得计算公式td1mmmmZuuTKdHEdtt973.228)5.5228.189(5.215.216.010405.63.132.2)(132.232532112）计算圆周速度vv=smsmndt826.9100060820973.228100060113)计算齿宽bb=mmmmdtd636.36973.22816.014)计算模数mmmmzdmtt449.1120973.228115)计算载荷系数根据v=9.826ms，7级精度，查动载系数图可知；13.1vK直齿轮，1FHKK查表使用系数，可知1AK查表接触疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数，可知；423.1HK由齿高比，查图弯曲强度计算的齿向载荷分布系数因422.1hb423.1HK15.1FK此载荷系数K=608.1423.1113.11HHVAKKKK6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由公式(10a)4得济南大学毕业设计10mmmmkkddt791.2453.1608.1973.22833117)计算模数m。m=mmmmzd290.1220791.24513、按齿根弯曲强度设计由公式（5）4得弯曲强度的设计公式为3211)(2FSaFadYYzKTm(2)确定公式内的各计算数值5）查图齿轮的弯曲疲劳强度极限，可知小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa1FE大齿轮的弯曲强度极限=380MPa2FE6）查图弯曲疲劳寿命系数，可知取弯曲疲劳寿命系数=0.85，=0.881FNK2FNK7）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4有公式(12)4得=1FMPaMPaSKFEFN57.3034.150085.011MPaMPaSKFEFNF86.2384.138088.01118）计算载荷系数K。K=K2995.115.1113.11FFVAKKK5)查取齿形系数查表齿形系数及应力校正系数，可知=2.80；=2.351FaY2FAY6)查取应力校正系数。查表齿轮系数及应力校正系数，可知=1.55=1.681SaY2SAY7)计算大、小齿轮的并加以比较FSaFaYY01379.057.30355.180.2111FSaFaYY济南大学毕业设计11比较后大齿轮的数值较大016528.086.23868.135.2222FSaFaYY（2）设计计算mmmmm471.7016528.02016.010405.62995.12325对比计算结果，可取由弯曲强度算得的模数7.471，并就近圆整为标准m=7.5mm按接触强度算得的分度圆直径d=245.791mm算出小齿轮齿数1=1Z32724.315.7791.2451md大齿轮齿数。.80325.22Z这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4、几何尺寸计算（1）计算分度圆直径mmmmmzd2405.73211mmmmmzd6005.78022（2）计算中心距mmmmdda4202600240221（3）计算齿轮宽度mmmmdbd4.3824016.01故取mmBB40215、结构设计及绘图齿轮零件图大齿轮济南大学毕业设计1240M6图六3.2传动轴的设计与计算1、设定轴上的功率，转速，并计算转矩T根据任务书上要求，P=55KWn=320rminT=9550000=9550000N=6.405NnP82055mm510mm2、初步确定轴的最小直径按公式（15-2）4初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据查表材料的值，于是取=126，则0A0AmmmmnPAd055.7032055126330min输出轴的最小直径显然是安装圆锥滚子轴承的。而为了保险起见取=80mm。mind3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案通过上述分析。主轴的主要零件分配从上到下分别是圆锥滚子轴承，低级转速小齿轮，高转速大齿轮，圆锥滚子轴承。（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足圆锥滚子轴承的轴向定位，-轴端需制出一轴肩，故取-段的直径d=88mm.根据齿轮的设计，则-段的长度为79+55+84mm=219mm.而与圆锥滚子轴承啮合的两端，查表轴承表可得出-段的长度为31mm-段32mm.2)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。根据两端直径，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精济南大学毕业设计13度级的但列圆锥滚子轴承30316，其尺寸为mmmmmmtDd35170803）轴承端盖的总宽度为20mm此是根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑剂的要求。4)取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（3）轴上的零件轴向地位汲取现有机床工作台传动系统中的主轴，其上的零件轴向定位采用花键连接，即主轴为花键轴，其尺寸规格为。mmmmmmmmBDdN12888210圆锥滚动轴承与轴的定向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.(4)确定轴上圆角和道教尺寸参考零件倒角与圆角半径的推荐值，取轴端倒角为245，各轴肩处的圆角半径为R4。4、绘制轴的工作简图图示七济南大学毕业设计144轴承的选取润滑及密封4.14.1润滑方式的选择润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中润滑剂不仅能降低摩擦阻力，还起着散热，减小接触应力，吸收震动，防锈蚀等作用。轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类，选用哪一类润滑方式，这与轴承的转速有关，一般用滚动轴承的DN值表示轴承速度的大小。本次设计采用轴承分别为圆锥滚子轴承及双向圆柱轴承，而此传动机构为闭式齿轮传动，又因为齿轮的圆周速度，所以采用将大齿轮的轮齿浸入油池中进12vms行浸油润滑，高速级大齿轮也能浸到油。轴承利用大齿轮的转动把油溅到箱壁的油槽里输送到轴承机型润滑。4.2密封方式的设计及选择C5225型立式车床工作台传动系统的轴承采用的是闭式轴承座，原密封处因检修人员的技术因素容易造成毛毡填充量过多或过少，过多时，轴承受热、升温快，轴承使用寿命约半年；过少时，粉尘容易进入轴承座，轴承易被破坏，需每月清洗一次，即使这样；轴承也要半年左右更换一次。根据以上分析，同时结合轴承座的结构特点。我们采用了新的密封方案。改进后的密封形式必须符合技术上的使用经济合理、满足生产需要。具体说来必须满足三个条件：(1)密封处与轴承摩擦系数要小，发热少，温度低；(2)必须保证密封性能良好；(3)更换密封不能影响正常生产。综上所述的分析以及又由于I，II轴都是低转速轴，所以采用毛毡密封同时安装时要注意如下几点事项；（1）安装时拆下轴承座透盖上的螺栓，在轴上透盖处缠一圈毛毡，毛毡的外径与宽度稍大于对开透盖密封位置的直径及宽度的两毫米；（2）为保证透盖压紧时毛毡相对轴的密封严密。在新旧透盖之间加一石棉垫；安装对开式透盖的时候，要确保开口与毛毡接口处有一个夹角，以防密封不严；（3）用螺栓首先紧固对开处，再依次对称的紧固其余螺栓，保证毛毡不因未先紧固开口处螺栓被挤出；济南大学毕业设计15（4）安装完毕后，运行15分钟，测量密封处温度，如无过快升温，在运行两小时，停车测量温度，一端为45度，另一端为69度左右，则说明安装正确。5结论历时一个多月的毕业设计已渐渐接近尾声，通过这段时间的毕业设计，我有了不少的收获，更是学到了不少的东西。通过这次毕业设计，我不但对大学中所学过的知识，更加以比较系统的综合，巩固和理解；而且，对知识比以前有了更深入的了解，学到了很多先进的专业技能。同时也深深认识到自己知识的贫乏和不足，以及对实际运用能力的缺乏，真正认识到知识的博大精深，意识到知识的学习，积累永远没有止境的。所以，我对自己的潜力更加增强了信心，同时，更坚定了自己不断进取的念头。本次设计通过查阅国内外有关的资料，以及各种专利文献；经过多次实习，观察，借鉴前人的设计成果。使自己对于破碎机，尤其是立轴反击式破碎机等设备有了更深刻的了解和认识，并且，在原有设计的基础上，把自己的一些想法，思路应用于设计中，如：齿轮的结构设计，轴的结构设计等等。本次设计充分调动了我们的主观能动性，我在整个设计过程中投入了极大的热情，与同组成员积极配合协作，并积极的与导师探讨各种问题。在整个设计的过程中我们了解实践了机械设计的整个过程。从接到任务书到方案设计，从整体到局部，反复推敲，反复修改，改进，使本设计方案不断完善。同时，从绘制总装图到零件图，边计算，边改进，边画图，分析各种零部件的各种关系，充分协调整体与布局的关系，反反复复的认真比较，推敲之后，本次设计才得到最终完成。由于本次设计的时间较短，工作量较大。要真正掌握设计要领以及各方面的实践经验，使自己的设计合理，经济，先进，实用。这使我深深认识到，自己还需要一段很长时间的磨练。展现在自己面前的是一片任自己驰骋的沃土，也分明感到了沉甸甸的责任，在今后的工作和生活中，我将继续努力学习，深入实践，不断提升自我。由于我知识水平和实践经验有限，设计中难免存在许多不足之处，请各位老师以及各位同学批评指正。我一定会细心改正，以更加好学。济南大学毕业设计16参考文献1、毛兆杰。摇臂深孔加工设备的设计研究【D】南京理工大学，20042、刘杰，陈福斌。C6132-1型普通车床主传动系统的优化设计【J】四川兵工学院，1999，（01）3、孙玉鑫，李信，侯和顺。选择车床主轴部件结构参数的综合线图法【J】东北重型机械学院学报，1984，（Z1）4、刘金声，从普通车床技术性能分析看其发展趋势【J】河北理工学院学报，1988，（01）5、孙庚午，论重型普通车床的技术发展J河北理工学院学报，1988，（01）6、黄建华，在普通车床上加工键槽【J】，机械工程是，2002，（05）7、郑晓溪，王丹平，浅谈在普通车床上进行数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