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液压仿行机床设计【机+液】【6张CAD图纸】【优秀】

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液压 仿行机床 设计 cad图纸
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液压仿行机床设计

36页 11000字数+说明书+6张CAD图纸【详情如下】

CAXA图纸

交换齿轮A2dwg

机床外观图A0dwg

液压仿行机床设计文doc

液压系统图A0dwg

液压顶尖A1dwg

缸体A2dwg

装配图A0dwg

摘  要

   毕业设计是培养工科学生的一个实践性教育环节,它是在学完全部专业课程并在做过课程设计的基础上进行。

   通过毕业设计进一步巩固扩大和深化了我们所学的基本理论。基本知识和基本技能,提高了我们设计计算制图,编写技术文件正确使用技术资料,标准手册等工具书的独立工作的能力。培养了我们综合运用所学的基础理论课、技术基础课和专业课的知识解决工程技术问题的能力。

   在这次别设计中,我查阅有关资料。考虑到生产要求是大批量生产并且加工工件是弧形的,为提高生产率,所以该专用机床带有仿形的功能并且是半自动化的。在老师的指导下完成了200mm外圆和端面通用机床的设计。在机械设计过程中考虑到节省能源、使用方便、成本低等要求。在电设过程中,力求做到结构简单,功耗小,成本低。 

关键词  专用机床;仿形功能;半自动化

Abstract

   Graduation design is to develop a practical engineering students education link, it is in full professional course and in doing curriculum design basis

   Through the graduation design further consolidate expand and deepen our learned basic theories The basic knowledge and skills, to enhance our design calculation drawings, compile technical documents correctly use technical data, such as the reference standard manual work independently Cultivate our integrated learned the basic courses, technical fundamental course and specialized course knowledge solving engineering technical question ability

   In this time don't design, I look up relevant material Considering the production requirement is mass production and machining is of arc, in order to improve productivity, so the special machine tool with a copy of fractal function and is half automation In under the guidance of teachers who completed 200mm external circular and fiber-end surface general machine design In mechanical design process considering to save energy and convenient use, low cost and requirements In the electrical set process, strives to be simple structure, low consumption, low cost  

Keywords: special machinet;Copy shape function;semi-automatic

目录

摘  要I

AbstractII

1  绪论1

11 机床设计的目的1

12 机床设计的主要任务1

      13 机床总体方案设计3

2  主传动系统的运动设计4

21 主要技术参数的确定4

211 主轴转速的确定4

212 主传动电动机功率的确定 5

22 主传动系统的确定5

221 主传动系统公比的选择5

222 主传动设计方案的确定6

223 主传动齿轮齿数的确定7

224 各轴及各齿轮计算转速的确定8

225 验算各级转速误差8

3  机床主要零件的计算10

31 三角带传动的计算与选定10

32 传动轴的计算11

321 传动轴直径的估算11

322 传动轴的校核12

33 主轴的计算16

331 选择主轴轴径16

       332 主轴合理跨距的确定16

      34 直齿圆柱齿轮强度计算16

      341 齿轮模数的估算16

      342 齿轮结构尺寸的计算17

      343 齿轮模数的验算18

      344 各轴的中心距19

      345 滚动轴承寿命计算20

4  主轴箱的结构设计22

41 主轴组件分析22

42 主轴箱其他结构设计22

5  机床的液压传动系统25

       51 后顶尖的设计25

      52 下刀架的液压控制系统25

      53 液压仿形系统26

  6  结论28

致  谢30

参考文献31

机械系统设计课程设计是专业课最后一个实践性教学环节,是机械零件课程设计的延伸,是机械系统设计的一次全面训练,为毕业设计打下良好基础,其目的是: (1)联系生产实际,运用所学过的知识,培养独立的分析问题、解决问题的能力。 (2)利用“机械系统设计”、“装备设计”及“机械设计”等前序课的知识,学会并掌握机械系统设计的特点及方法,学会并掌握机械系统设计中“参数设计”、“方案设计”及“结构设计”的方法。 (3)加强机械设计中基本技能的训练。加强计算能力,加强运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力,加强机械绘图的能力。 (4)巩固和加强机械零件的设计及制造工艺方向的知识。

1.2机床设计的主要任务

  该机床主要是针对工件的弧形及槽的加工而设计的

  工件材料: 45钢

  刀具材料: YT15

  最大加工直径: Φ200mm

  工件加工的生产类型:大批量生产

  其主要内容包括: 运动设计结构设计

                 动力计算

(1)运动设计

    根据机床的用途、规格和常用的切削用量以及同类型机床的分析对比,合理确定主轴的极限转速、转速数列公比、转速级数,选择电动机功率和型号。拟定传动结构方案,绘制转速图,合理分配传动副及传动比。确定齿轮的齿数,验算转速误差,最后绘制出完整的转速图和传动系统图

(2)动力计算

    根据确定的电动机功率和传动件的计算载荷及其尺寸进行校核

(3)结构设计

    结构设计是整个设计的重点,这部分主要包括:变速机构、传动轴系、主轴组件、操纵结构以及箱体、润滑密封等设计

1.3机床总体方案设计

    机床总体方案设计就是确定机床主要部件之间的相互位置关系以及他们之间的相对运动关系

机床的运动及其分配

机床运动分配四个原则:

         (1)将运动分配给质量小的零部件

         (2)运动分配应有利于提高工件的加工精度

         (3)运动分配应有利于提高运动部件的刚度

         (4)运动分配应视工件形状而定

  在机床上,依靠刀具、工件之间的相对运动,加工出一定形状的工件表面。不同的工件表面往往需要采用不同类型的机床。该机床采用车削的方式进行加工应有主轴的回转运动(主运动)和刀架的纵横向移动(进给运动),在车削弧形时,为了满足其特殊加工要求液压系统伺服控制刀架的移动。

   由于考虑到同时进行车弧形及切槽的加工、刀架位置硬作绕主轴轴线的回转运动,又因为能加工部件为一回转件,所以采用工件作回转,刀具作进给运动比较方便。

二、工件的形状、尺寸和重量

     车床用于车削回转轴类零件,采用卧式布局。主轴箱和刀架分别安装在床身上,使受力情况都得到改善。

加工精度和粗糙度

   机床有较高的加工精度和粗糙度要求,在考虑机床布局阶段采取措施,以便尽量提高机床的传动精度和刚度,减少振动和热变形。

   为提高机床的传动精度,可适当地提高传动件的制造精度;为提高机床的刚度,机床尽量形成框架式结构;为减少振动,采用皮带传动;对于热变形的影响,液压传动的油箱需与床身分开,减少变形。

生产批量

   生产批量是影响机床总体设计的主要因素,该机床由于时大批量的生产,所以要求车床能进行多工序的加工,同时采用E、T两个刀架,粗加工过程中可以进行迅速调整,提高生产率。

便于操作、维修

   机床的总体设计应便于操作和观察加工情况,所以该车床将主轴箱安装在左面,刀架布置在工件的正面和下面。采用的操纵机构,应集中在便于操作的区域。为使机床具有较高的生产率和自动化程度,也应特别注意排漏问题。

机床的外形

   机床在经济、适用的前提下,应注意外形,使机床美观大方、对称和谐。该机床外形轮廓采用直线和光滑曲线的组合。支承件和被支承件的比例适当,可给人稳定而安全的感觉。

     本专用机床由主轴箱、刀架、液压系统、电控系统等组成。虽然这类机床的型号、规格有许多,但它的各主要组成部分大同小异,其区别主要在于其适应的生产要求不同,因此合理选择设计参数和切削方式,可以改善其工作性能和提高生产率。选择这个题目就是要进一步熟悉这类机床各部分的工作原理,对其进行更好的改进,并对它的主轴箱和仿形系统进行细致分析设计,使其耐用并且省时省力容易检修,使其在工作中能够有更好的经济效益。

  在对主轴箱的设计过程中,运用了许多机械设计方面的知识,例如传动比的分配、各种零件的选择、轴的设计校核等。但本次设计也存在许多不足之处,在对机床主轴箱、液压系统、电控系统、仿形系统做的设计还不够完善,都是参考其它同类型机床来设计的,而且在设计过程中发现有许多理论上的欠缺,如果不是时间的问题,我想我会继续努力来完善自己的设计,进而让自己懂得更多。

   通过这次毕业设计,使我对机械设计有了更深刻的认识。在以前的课程设计中我们大都是对一个机器中的一个小部件进行设计,工作量小、结构简单。通过简单的查点资料基本上就可以解决问题了。而这次毕业设计是对一个大型的机械进行设计,虽然我只做了机械部分的设计,但工作量却是以前的好几倍。而且完全是按照实际工作中查找资料、调研、分析、方案论证、整体设计再到具体设计的步骤走下来的。这是一次独立的设计的锻炼,使我们设计的过程和步骤有了 更进一步的了解,将对我以后的工作产生深远的影响。

   另外在这次毕业设计中几乎用到了大学四年所有的专业课知识,包括机械制图、机械原理、公差配合,机械设计和机械制造技术等等。这次设计使我们系统的总结了以前的理论知识,巩固了所学的知识,加深了对那些知识的理解。使我们认识到了所学专业知识在实际生产中的应用方式以及在实际生产的作用。

   再者通过这次毕业设计使我重新认识了机械设计的方法和设计思想。那就是在机械设计的过程必须在吸取前人经验的基础上,大胆改进、大胆创新。自己设计的东西需要经过各种各样的理论和实践的检验,一旦都合格了就可以应用于实际生产中,当然也有失败的时候,但是不能怕失败,因为前人的设计经验就是从不断的失败中慢慢摸索出来的。也就是说创新设计是设计的生命力的源泉。

最后这次毕业设计是我们离校前的一项重要任务,它是我们从学校步入生产的桥    

参考文献

   [1] 吴宗泽 机械设计实用手册[M].北京:化学工业出版社 第一版 1989.

   [2]段鹏文,毛君.工程机械[M].沈阳:东北大学出版社,2002.

   [3]王洪欣,李木,刘秉忠.机械设计工程学(I)[M].徐州: 中国矿业大学出版社,2001.

   [4]唐大放,冯晓宁,杨现卿.机械设计工程学(II)[M].徐州: 中国矿业大学出版社,2001.

   [5]吴宗泽.机械设计实用手册[M].北京:化学工业出版社,1999.

   [6]巩云鹏,田万禄,张祖立,黄秋波.机械设计课程设计[M].沈阳:东北大学出版社,2000.

   [7]隗金文,王慧.液压传动[M].沈阳:东北大学出版社,2001.

   [8]李贵轩.设计方法学[M].北京:世界图书出版社,1989.

   [9] 朱龙根 机械系统设计 第二版[M]. 2006.

内容简介:
沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书I摘 要 毕业设计是培养工科学生的一个实践性教育环节,它是在学完全部专业课程并在做过课程设计的基础上进行。通过毕业设计进一步巩固扩大和深化了我们所学的基本理论。基本知识和基本技能,提高了我们设计计算制图,编写技术文件正确使用技术资料,标准手册等工具书的独立工作的能力。培养了我们综合运用所学的基础理论课、技术基础课和专业课的知识解决工程技术问题的能力。在这次别设计中,我查阅有关资料。考虑到生产要求是大批量生产并且加工工件是弧形的,为提高生产率,所以该专用机床带有仿形的功能并且是半自动化的。在老师的指导下完成了 200mm 外圆和端面通用机床的设计。在机械设计过程中考虑到节省能源、使用方便、成本低等要求。在电设过程中,力求做到结构简单,功耗小,成本低。关键词 专用机床;仿形功能;半自动化沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书IIAbstractGraduation design is to develop a practical engineering students education link, it is in full professional course and in doing curriculum design basis.Through the graduation design further consolidate expand and deepen our learned basic theories. The basic knowledge and skills, to enhance our design calculation drawings, compile technical documents correctly use technical data, such as the reference standard manual work independently. Cultivate our integrated learned the basic courses, technical fundamental course and specialized course knowledge solving engineering technical question ability.In this time dont design, I look up relevant material. Considering the production requirement is mass production and machining is of arc, in order to improve productivity, so the special machine tool with a copy of fractal function and is half automation. In under the guidance of teachers who completed 200mm external circular and fiber-end surface general machine design. In mechanical design process considering to save energy and convenient use, low cost and requirements. In the electrical set process, strives to be simple structure, low consumption, low cost.Keywords: special machinet;Copy shape function;semi-automatic沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书III目录摘 要.IAbstract.II1 绪论.11.1 机床设计的目的.11.2 机床设计的主要任务.1 1.3 机床总体方案设计.32 主传动系统的运动设计.42.1 主要技术参数的确定.42.1.1 主轴转速的确定.42.1.2 主传动电动机功率的确定 .52.2 主传动系统的确定.52.2.1 主传动系统公比的选择.52.2.2 主传动设计方案的确定.62.2.3 主传动齿轮齿数的确定.72.2.4 各轴及各齿轮计算转速的确定.82.2.5 验算各级转速误差.83 机床主要零件的计算.103.1 三角带传动的计算与选定.103.2 传动轴的计算.113.2.1 传动轴直径的估算.113.2.2 传动轴的校核.123.3 主轴的计算.163.3.1 选择主轴轴径.16 3.3.2 主轴合理跨距的确定.16 3.4 直齿圆柱齿轮强度计算.16 3.4.1 齿轮模数的估算.16 3.4.2 齿轮结构尺寸的计算.17 3.4.3 齿轮模数的验算.18 3.4.4 各轴的中心距.19沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书IV 3.4.5 滚动轴承寿命计算.204 主轴箱的结构设计.224.1 主轴组件分析.224.2 主轴箱其他结构设计.225 机床的液压传动系统.25 5.1 后顶尖的设计.25 5.2 下刀架的液压控制系统.25 5.3 液压仿形系统.26 6 结论.28致 谢.30参考文献.31沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书11 绪论1.1 机床设计的目的 机械系统设计课程设计是专业课最后一个实践性教学环节,是机械零件课程设计的延伸,是机械系统设计的一次全面训练,为毕业设计打下良好基础,其目的是:(1)联系生产实际,运用所学过的知识,培养独立的分析问题、解决问题的能力。(2)利用“机械系统设计” 、 “装备设计”及“机械设计”等前序课的知识,学会并掌握机械系统设计的特点及方法,学会并掌握机械系统设计中“参数设计” 、 “方案设计”及“结构设计”的方法。(3)加强机械设计中基本技能的训练。加强计算能力,加强运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力,加强机械绘图的能力。(4)巩固和加强机械零件的设计及制造工艺方向的知识。1.2 机床设计的主要任务 该机床主要是针对工件的弧形及槽的加工而设计的 工件材料: 45 钢 刀具材料: YT15 最大加工直径: 200mm 工件加工的生产类型:大批量生产 其主要内容包括: 运动设计结构设计 动力计算(1)运动设计 根据机床的用途、规格和常用的切削用量以及同类型机床的分析对比,合理确定主轴的极限转速、转速数列公比、转速级数,选择电动机功率和型号。拟定传动结构方案,绘制转速图,合理分配传动副及传动比。确定齿轮的齿数,验算转速误差,最后绘制出完整的转速图和传动系统图(2)动力计算沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书2 根据确定的电动机功率和传动件的计算载荷及其尺寸进行校核(3)结构设计 结构设计是整个设计的重点,这部分主要包括:变速机构、传动轴系、主轴组件、操纵结构以及箱体、润滑密封等设计1.3 机床总体方案设计 机床总体方案设计就是确定机床主要部件之间的相互位置关系以及他们之间的相对运动关系1、机床的运动及其分配机床运动分配四个原则: (1)将运动分配给质量小的零部件 (2)运动分配应有利于提高工件的加工精度 (3)运动分配应有利于提高运动部件的刚度 (4)运动分配应视工件形状而定在机床上,依靠刀具、工件之间的相对运动,加工出一定形状的工件表面。不同的工件表面往往需要采用不同类型的机床。该机床采用车削的方式进行加工应有主轴的回转运动(主运动)和刀架的纵横向移动(进给运动) ,在车削弧形时,为了满足其特殊加工要求液压系统伺服控制刀架的移动。 由于考虑到同时进行车弧形及切槽的加工、刀架位置硬作绕主轴轴线的回转运动,又因为能加工部件为一回转件,所以采用工件作回转,刀具作进给运动比较方便。二、工件的形状、尺寸和重量 车床用于车削回转轴类零件,采用卧式布局。主轴箱和刀架分别安装在床身上,使受力情况都得到改善。3、加工精度和粗糙度机床有较高的加工精度和粗糙度要求,在考虑机床布局阶段采取措施,以便尽量提高机床的传动精度和刚度,减少振动和热变形。为提高机床的传动精度,可适当地提高传动件的制造精度;为提高机床的刚度,机床尽量形成框架式结构;为减少振动,采用皮带传动;对于热变形的影响,液压传动的油箱需与床身分开,减少变形。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书34、生产批量生产批量是影响机床总体设计的主要因素,该机床由于时大批量的生产,所以要求车床能进行多工序的加工,同时采用 E、T 两个刀架,粗加工过程中可以进行迅速调整,提高生产率。5、便于操作、维修机床的总体设计应便于操作和观察加工情况,所以该车床将主轴箱安装在左面,刀架布置在工件的正面和下面。采用的操纵机构,应集中在便于操作的区域。为使机床具有较高的生产率和自动化程度,也应特别注意排漏问题。6、机床的外形机床在经济、适用的前提下,应注意外形,使机床美观大方、对称和谐。该机床外形轮廓采用直线和光滑曲线的组合。支承件和被支承件的比例适当,可给人稳定而安全的感觉。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书4min/90180511000max1000minminrdVnmin/8025413610001000minmaxmaxrdVn735. 0637. 0mvK2 主传动系统的运动设计2.1 主要技术参数的确定2.1.1 主轴转速的确定1.首先根据硬质合金焊接车刀耐用度数值范围 Tm=1560min,选 Tm=60min。根据粗加工要求选取 ap、f,依据计算公式: 2.1vyxpmvTkfaTCvvV式中 Cv与耐用度实验条件有关的系数 M、Xv、yv分别表示对 T、ap、和 f 影响程度的指数 Kv切削条件与实验条件不同的修正系数 查表得 235vC2 . 0m5 . 0vX45. 0vy 其中 2.2kvTrxrvtvmvvKKKKKK 查表得 0 . 1tvK0 . 1xrvK15. 1TrK0 . 1kvK 经计算取 min/136maxmVmin/51minmV2.确定经济加工直径范围 2.3DKdmax ,加工的最大直径9 . 0KmmD200 所以 mmd1802009 . 0max 由于采用多刀半自动车床,计算直径范围,取35. 03 . 0dR3 . 0dR所以mmd541803 . 0min极限转速: 查金属切削机床设计手册取 min/1000maxrn min/90minrn沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书53.转速损失 2.4%100nnnA理论理论实 %8 .19%10010001000802A1 0%10010009090A22.1.2 主传动电动机功率的确定 电动机功率是计算机床零件和决定尺寸的主要依据 2.5总切主/NN 式中:主传动电动机功率主N 切削功率切N 主传动链的总效率总 一般可取 取 85. 07 . 0总8 . 0总 电动机的额定功率:kNN/主额 式中:k电动机起载系数 取 k=1.0 vFN切切 式中 NfaFp75. 01627切5pa5 . 0f 工件材料:45 钢 刀具材料:YT15 所以NF48375 . 05162775. 0切KWv96.1010601364837FN3切切KW6 .138 . 0/96.10/NN总切主 取 选电动机型号:Y160L-4 同步转速:1500r/min KWN15额 额定转速:1460r/min2.2 主传动系统的确定2.2.1 主传动系统公比的选择沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书6 考虑机床为大批量生产用的专门化机床,应使机床的转速损失尽量小,以提高生产率,取41. 1又因为这类机床的生产率高,转速损失影响较大,另一方面这类机床不经常变速,变速机构采用交换齿轮,交换齿轮机构能实现小公比,而结构又简单。 8141. 1lg90/1000lg1lglgRZn转速级数查表得主轴转速分别为:90r/min、125r/min、180r/min、250r/min、355r/min、 500r/min、710r/min、1000r/min2.2.2 主传动设计方案的确定1.确定变速组的数目 考虑到此机床是切削炮弹的专用仿形机床 CET120,在全部变速范围内各级转速的使用机会并不相同。高速、低速使用频繁,所以两端及中间的主轴转速,采用离合器和交换齿轮变速。交换齿轮变速机构的构造简单、结构紧凑。主要用于大批量生产中的自动或半自动机床、专用机床及组合机床等。离合器变速机构采用电磁离合器。 3123628 133262.拟定转速图 转速图拟定原则:(1)极限传动比、极限变速范围原则 241 i8r (2)传动副数前多后少原则 cbappp (3)前密后疏原则 cbaxxx (4)最小传动比原则 41mini 考虑到传动比的分配、噪声及空载功率,损耗方面应注意以下几点:(1)分配后的传动比,在各变速组中尽可能不超出极限传动比、 (2)应取逐渐瞬速的原maximini则分配变速组中的传动比即“前慢后快” ,这样中间轴有较高的转速 (3)降低传动件沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书7噪声,各中间轴的转速也要适宜不应太高。降速传动副的传动比不应太低 (4)为减少空载功率损耗,各中间传动轴转速也不宜过高,并应减少中间传动轴的转速之和。 图 2.1 转速图2.2.3 主传动齿轮齿数的确定 A 变速组: 41. 111211ZZia1432ZZia 41. 1653ZZia 最小齿轮齿数发生在中即,根据具体情况取1ai1minzz371z 5341. 1/137ZZ112ai905337Sz齿数和 由式 2.6zjSiZ11 2.7zSi11Zj 4590111Z43 Z539041. 1141. 15Z379041. 1116Z沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书8B 变速组: 采用交换齿轮36. 2/187biZZ 设36. 21/78ZZ227min ZZ 522236. 28Z C 变速组: 设4 . 2/1/109ZZ299min ZZ 7010Z2.2.4 各轴及各齿轮计算转速的确定 1.主轴计算转速的确定 主轴计算转速是主轴传递全部功率时的最低转速,从计算转速起至主轴最高转速之间的所有转速都能够传递全部功率。 min/160138minrnnj 2.其它传递件计算转速的确定 主轴从计算转速起至最高转速间的所有转速都能传递全部功率,所以能实现上述主轴转速的其它传动件的工作转速,也传递全部功率。这些实际转速中的最低转速就是其传动件的计算转速。 表 2.1 各轴的计算转速 (r/min)轴 号各级转速731510434180 表 2.2 各齿轮的计算转速 (r/min)齿数292252374553计算转速4341026510.6731.4731731齿数705222534537计算转速1804341206510.67311021沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书92.2.5 验算各级转速误差 min/8870295222533798. 024812514601rn min/4 .12670295222454598. 024812514602rn min/18170295222375398. 024812514603rn min/50370292252533798. 024812514604rn min/70670292252454598. 024812514605rn min/5 .101170292252375398. 024812514606rn 各级转速误差:%2 . 29088111nn %1 . 11254 .126112nn %56. 0180181113nn %6 . 0500503114nn %56. 0710706115nn %1 . 110005 .1011116nn 许用转速误差 :%1 . 4%10) 1( 以上转速都在的范围内,符合要求。%1 . 4沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书10min/002.24812588.7351460min1212rDnnDsmsmnDv/5/56. 9600014601256000113 机床主要零件的计算3.1 三角带传动的计算和选定三角带的选用应保证有效地传递最大功率(不打滑)并有足够的使用寿命(一定的疲劳强度) 。(1)确定计算功率jN 3.1NkNj 式中 N主动带轮传动功率 K工作情况系数 KWNj18150002 . 1(2)选择标准三角带型号 根据计算功率和小带轮的转速,选定三角带的型号。选定三jN1nmin/14601rn 角 B 型三角带。(3)确定带轮直径、1D2D 小带轮直径应满足:1Dmin1DD 为三角带直径的最小计算直径,尽量选用较大的直径以减少三角带应力,minQ1D从而提高三角带的使用寿命。 选mmD125min 大轮直径 式中、为大小带轮的转速1n2n 取mmD2482(4)计算三角带速度 V 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书113.2 传动轴的计算3.2.1 传动轴直径的估算由于在数值上时可按扭转刚度估算,即jnN mmnNAdj4式中:d轴的危险截面,当存在键时,则花键轴的直径可比 d 值减少 7%,对于空心轴则应乘以修正系数 b N计算轴的额定功率kw 从电机到计算轴的传递效率 计算轴的计算转速r/minjn A设计常数一般取 101.轴的传递功率 kwINIdI3 .1496. 015 根据用户要求并考虑 I 轴结构,取mmdI45 花键轴径 取为 42mm 装轴承直径 d=50mm85.41%)71 (452.轴的传递功率 kwNNd1 .1498. 096. 0158 .446 .510/1 .14110/11044jnNd 花键内径 取为 46mm5 .46%)71 (503.轴的传递功率 kwNNd8 .1398. 098. 096. 015 mm5 .464 .434/8 .13110/11044jnNd 考虑此轴有制动取mmd653.2.2 传动轴的校核(本设计中仅对第二轴进行强度校核) mmnNdIj13.417313 .14110/11044轴轴径沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书12NdTFt28065 .185/7 .5131495502/211NtgtgFFtr3 .1021202806011 图 3.1 轴受力简图B 处作用齿轮 Z=53 受力大小为: D 处作用齿轮 Z=52 受力大小为:NdTFt2860182/7 .5131495502/222 NtgtgFFtr1040202860022 A)平面受力(图 a) 计算约束力:已知 a=310 b=160 c=60 由平衡方程0M )()(221cbaFbaRaFrr )60160310(1040)160310(31010212R 3 .4992 R 0Y3 .48010213 .49910401221rrFRFR B-B 截面、C-C 截面、D-D 弯矩(图 b、c、d) mNaRXMBB893.1483103 .480)(1 161021)160310(3 .480)()(11bFbaRXMrCC mN 381.62沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书13 mNcRCbFcbaRXMrDD19603 .499)60160(1021)60160310(3 .480)()()(211B)垂直面受力(图 F) 0M)60160310(2860)160310(3102806)()(2221RcbaFbaRaFtt NR13742 0YNFRFRtt13202860)1374(28062211 B-B、C-C、D-D 截面弯矩(图 g、h、i) mNaRXMBB9 .40)(1 mNbFbaRXMtcc171)()(11 cRcbFcbaRXMtDD211)()()( mN 16. 060)1374()60160(2806)60160310(1320 垂直面弯矩图(j) 、合成弯矩图(k) 、扭矩图(L) 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书14 图 3.2 轴设计沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书15抗扭截面系数pWMpaWTpam5 . 6102210260261maakS1PaWMa661051.43101002 .435轴的安全系数校核:由弯矩图可知 B-B 截面为危险截面,弯矩引起对称循环的弯应力,转矩引起的为脉动循环的剪应力。弯曲应力幅: W抗弯截面系数 对称循环弯曲应力0mE 弯曲疲劳极限对称循环下试件材料的Mpa2701 数弯曲的有效应力集中系75. 1k 表面质量系数9 . 0 数弯曲的绝对尺寸影响系84. 0 均应力弯曲应力的应力幅、平、ma 为应力幅的折算系数弯曲时将平均应力折算a 9 . 2S剪力幅: 扭转疲劳极限对称循环下试件材料的Mpa1551 数扭转的有效应力集中系38. 1k 表面质量系数9 . 0 数弯曲的绝对尺寸影响系78. 0 均应力弯曲应力的应力幅、平、ma为应力幅的折算系数弯曲时将平均应力折算 9 .10SmaakS1沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书16 68. 29 .109 . 2/9 .109 . 2/2222SSSSSS 所以轴的强度合格3.3 主轴的计算3.3.1 选择主轴轴径 通常主轴轴径是指主轴前轴径的直径 查表 选主轴轴径mmD1301 后轴径 12)85. 07 . 0(DD mmD911307 . 023.3.2 主轴合理跨距的确定 主轴前端悬伸量 X,应尽量减小,利于提高主轴组件的刚度。 1/1Damma130a53)(合理L mm6501305合理L3.4 直齿圆柱齿轮强度计算3.4.1 齿轮模数的估算通常同一传动件中的齿轮取同一模数,并且选同模数齿轮中承受载荷最大的、齿数最少的齿轮进行初步计算。 32/32jnNm 式中 N-齿轮传递的额定功率kw dNN kwNd电动机功率 齿轮的传动效率 齿轮的计算转速jn A 变速组:587. 273137/3 .14323m B 变速组:73. 2102622/1 .14323m C 变速组:29. 343429/8 .13323m沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书17所以查表取 5 . 3am5 . 3bm4cm3.4.2 齿轮结构尺寸的计算 分度圆直径 齿顶圆直径mzd )2( zmda 齿根圆直径)5 . 2( zmdf由上述计算公式得齿轮参数如下:轴: 37Zmmd5 .129375 . 3 mmda5 .136)237(5 . 3 mmdf75.120)5 . 237(5 . 3 53Zmmd5 .185535 . 3 mmda5 .192)253(5 . 3 mmdf75.176)5 . 253(5 . 3轴: 22Zmmd77225 . 3 mmda84)222(5 . 3 mmdf25.68)5 . 222(5 . 3 52Zmmd182525 . 3 mmda189)252(5 . 3 mmdf25.173)5 . 252(5 . 3轴: 29Zmmd116294 mmda124)229(4 mmdf111)5 . 229(4 70Zmmd280704 mmda288)270(4 mmdf270)5 . 270(4沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书18 取齿宽系数mbb/4 . 7b A 变速组中 mmmbab265 . 34 . 7 B 变速组中 mmmbbb265 . 34 . 7 C 变速组中 mmmbcb6 .2944 . 73.4.3 齿轮模数的验算 同一变速组中只需验算承受载荷最大、齿数最少的齿轮即可。故 B 变速组中只需校核齿数为 37 的齿轮即可。 线速度为3maxmax1060/ DnV min/ r1000nmaxmax由转速图查得n 所以采用 8 级齿轮精度smV/8 . 6max 小齿轮材料 40Cr 高频淬火 硬度 HRC45-50 大齿轮与小齿轮的齿数比 齿宽系数4 . 75 . 3/26/mBm计算齿轮传递的功率: kw1498. 096. 015齿皮带齿NN 计算转速 齿轮的工作期限 hTs15000 齿轮的最低转速 min/5101rn 基本循环次数 m=3 m=97010jC60102wC 疲劳曲线指数 3jm9wm 功率利用系数 7 . 0Njk1Nwk 转速变化系数 71. 0njk1nwk 材料强化系数 07. 0qjk81. 0qwk 齿轮载荷系数 2 . 037/4 . 7/Zmd 1bk 工作情况系数 4 . 1ck 动载荷系数 4 . 1dk 齿形系数 463. 0Y43. 137/5312ZZimin/51053372481251450rnj沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书19 许用接触应力 Mpaj1370 Mpaw354 工作期限系数 58. 3/600jsjTjCnTmK 8 . 1/600wswTwCnTmK寿命系数计算:5 . 167. 089. 071. 058. 3qjNwnjTjsjKKKKK 3 . 181. 089. 018 . 1qwnwNwTwswKKKKK寿命系数极限值: 9 . 1maxsjK27. 0minsjK 85. 0maxswK6 . 0minswK 取 5 . 1sjK85. 0swK按接触疲劳强度计算齿轮模数: 合格5 . 348. 2按弯曲疲劳强度计算齿轮模数: 合格5 . 343. 2由于上述校核可知齿轮全部满足接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的要求,可以在工作中正常使用。3.4.4 各轴的中心距- - - 3221/) 1(16338jjmsbdcjnizNkkkkim3221054137043. 1374 . 1145 . 114 . 14 . 1) 143. 1 (1633831267jwmswdcbwnYzNkkkkm31054354463. 0374 . 1143 . 14 . 14 . 11267mmZZma5 .157)5337(25 . 3)(221mmZZma5 .129)5222(25 . 3)(221mmZZma5 .157)5337(25 . 3)(221沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书203.4.5 滚动轴承寿命计算 寿命和动负荷验算 T-轴承许用寿命h 查表 T=10000h C-轴承额定载荷 查滚动轴承手册 50309 型号 NC370448 . 93780 NC261668 . 926700 211 型号 NC33350 NC251100 因为本设计中一个支点用两个向心球轴承 所以N7408370442左C NC66700333502右 载荷对材料的强化寿命系数,不考虑交变sK TnNsKKKK 查表功率利用系数NK1NK 查表转速变化系数nK9 . 0nK 工作期限系数TK 最低转速1n )内的总工作时间齿轮在机床工作期限(sTT 查表 基本循环次数0C60102C9m 58. 175. 19 . 01TnNsKKKK 速度系数nfjnnf3/100 轴承的计算转速jn 对于球轴承3 查表 齿轮轮换工作系数lK8 . 0左lK9 . 0右lK 查表 工作情况系数Ff2 . 1Ff P-当量动载荷 采用向心球轴承rFP NFr13371320215RR222121左 NRRFr2301)1374(1846222 222右mTCTnK016075. 1102100007 .5136096TK沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书21 所以合格。 )(500TpfkkcfLFcsnh10000156868)2 . 123018 . 058. 14 . 0667005003)((右hL10000156032)2 . 113378 . 058. 14 . 0740885003)((左hL沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书224 主轴箱的结构设计该机床主轴箱的结构设计是在参考同类机床的基础上进行的,对其合理的部分加以采用,对其不合理部分进行改进。4.1主轴组件分析 主轴主件由主轴及其支承轴承、传动件、定位元件等组成。它是主运动的执行件,是机床重要的组成部分。它的功用是缩小主运动的传动误差并将运动传递给工件或刀具进行切削,形成表面成形运动;承受切削力和传动力等载荷。主轴组件直接参与切削,其性能影响加工精度和生产率,因而是决定机床性能和经济性指标的重要因素。主轴组件应满足的基本要求:1.旋转精度 主轴的选择精度,是机床几何精度的组成部分。旋转精度是主轴组件装配后,静止或低速空载状态下,刀具或工件安装基面上的全跳动值。它取决于主轴、主轴的支承轴承、箱体孔等的制造精度、装配和调整精度。2.静刚度 静刚度,简称刚度,是主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力。主轴刚度是综合性参数,与主轴本身的刚度和支承轴承的刚度有关。主轴自身的刚度取决于主轴的惯性矩、主轴端部的悬伸量和支承跨距;支承轴承刚度有轴承的类型、精度、安装形式、预紧程度等因素决定。3.动刚度机床在额定载荷下切削时,主轴组件抵抗变形的能力,称为动刚度。由于工件毛坯硬度不均、尺寸误差、断续切削等因素,使切削力成为变量。主轴组件的弹性位移随之成为变化的值,形成振动。动态刚度实际上是抵抗受迫振动和自激振动的能力。切削力等外载引起的弹性位移的不断变化是受迫振动;主轴、刀具、工件、导轨、支承件等内部系统自身形成的振动是自激振动,称为切削稳定性。主轴组件的动刚度直接影响加工精度和刀具的使用寿命,是机床重要的性能指标。但目前,抗振性的指标尚无统一标准,设计时可在统计分析的基础上结合实验进行确定。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书23动刚度与静刚度成正比,在共振区,与阻尼(振动的阻力)近似成比例。可通过增加静刚度,增加阻尼比来提高动刚度。4.温升与热变形 主轴组件工作时,轴承的摩擦形成热源,切削热和齿轮啮合热的传递,导致主轴部件温度升高,产生热变形。主轴热变形可引起轴承间隙变化,轴心位置偏移,定位基准面的形状尺寸和位置产生变化;润滑油升温后,粘度下降,阻尼降低。因此主轴组件的热变形,将严重影响加工精度。5.精度保持性主轴组件的精度保持性是指长期保持其原始制造精度的能力。主轴组件的主要失效形式是磨损,所以精度保持性又称为耐磨性。主轴的构造主要决定于轴安装的传动件,轴承等零件的数量,位置和安装方法等。考虑主轴的加工和装配的工艺性把主轴做成阶梯形,且采用定心阶梯轴,其内孔用于通过棒料的液压夹紧驱动装置的传动杆。 一般主轴主件都希望主轴直径尽量大一些,以便提高刚度,同时又希望结构紧凑,一次机床采用轻型或转型轴承。它的外径比较小,因此设计此机床主轴时,采用两端支承。主轴前端采用锥孔短双列短圆柱滚子轴承,磁轴径向刚度和载能力较大,选装精度高,且内圈较薄。内孔是锥度为 1:12 的锥孔。可通过相对主轴轴颈,轴向移动来调整轴承间隙,主轴前列还装有两个单列推力球轴承,勇于承受左右两个方向的轴向力,后支撑架用两个中间带有隔套(起预紧作用条刚度)的向心球轴承作支撑向心球轴承价格便宜。 主轴采用主轴前端固定,因为一端固定,主轴受热变形后延伸,不影响加工精度。主轴上齿轮布置:主轴上的大齿轮应尽量靠近支承,以增强刚度,因为大齿轮转速低扭矩大。4.2 主轴箱其它结构设计1、变速结构 主轴箱中的变速机构采用滑移齿轮和离合器,变换齿轮组合适用。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书24 2-3 轴间的双联花齿轮变速组,用于加工过程中变速为适合在加工过程中的变速要求。在轴采用离合器变速,离合器直接安装在轴上,转速高,离合器尺寸小,结构紧凑。 采用交换齿轮变速的优点,结构简单紧凑,传动效率高,传动比准确,变速范围大,变速级数较多,可传递较大的扭矩和较高的转速,采用电磁离合变速优点:可以在运转过程中变速,不仅节省变速时间而且实现了变速过程自动化;采用交换齿轮变速器具有如下优点:主动齿轮与被动齿轮可以互相交换使用,结构简单,不需要嘈杂机构,纵向尺寸小,变速箱结构紧凑。与滑移齿轮相比,齿轮交换变速用的齿轮数量少,该机床将交换齿轮放在传动链中间,使被动齿轮的转速不致过低,传递扭矩较小,交换齿轮及轴尺寸较小,结构紧凑,交换齿轮用于每批工件加工前的变速调整。2、驱动主轴的传动轴位置,对主轴的变形和轴承受力的大小将有很大的影响,而轴承受力的大小,又将影响轴承的变形,故应合理布置轴与轴之间的位置,为使主轴前轴承的变形都不大,可以把传动轴布置在主轴的下方与主轴成一定角度。为了使操作者操作方便,便于观察和测量工件,主轴布置在前方靠近操作者的位置。3、操纵机构机床的操纵机构的功用是控制机床的工作运动的启动、停止、制动、变速、换向、以及控制各种辅助运动,此机床中采用摆动式操纵机构,是包括杠杆的曲线运动,交换式滑移齿轮的轴间移动,使齿轮换向进入其他齿轮的啮合。4、制动器 在机床停车过程中,由于各运动件的惯性,机床的执行件可能停止,需要经过一段时间后,才能完全停止,停车前的速度较高,运动件的惯性越大和摩擦阻力越小。停车的时间越长,因此对经常要求启停的高速机床,为节省辅助时间常常装有制动器。此外,当机床发生事故时,可以及时制动,以免事故扩展。机床采用湿式电磁摩擦离合器,装在直轴外面,挡铁嵌入槽中,以防磁轭被带动回转。5、润滑系统在机床的主轴箱或进给箱中,凡是有相对引起摩擦的零件的工作表面都需要有良好的润滑,如齿轮轴承。轴上滑移零件的布置,润滑的基本作用是:降低摩擦阻力,提高机床传动效率,减少磨损,使机床保持原有的工作精度,带走热量,冷却摩擦表面,保持正常的工作温度,防止生锈。本机床采用油泵供油润滑,该机床油泵装在左床腿,由主电机经三角带传动其旋沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书25转,润滑液装在左腿的池里。油泵经网式滤油器吸入后,经油管,滤油器,再经油管输送到分油器,分油器上装有几根油管,其中一根油管对主轴前轴承进行单独供油,以保证其充分润滑和冷却。油管一侧通向游标以观察润滑系统的工作情况。其它用于齿轮和其它装置进行润滑,喷油管前头还装有喷油嘴,其上有许多径向油孔,具有一定压力的润滑油从油孔向外喷射,被高速旋转的齿轮溅至各处,对主轴箱的其它传动件及操纵机构等进行润滑。从各处流回的润滑油集中在主轴箱里,经回油管流入左床腿的油池中,流回的润滑油集中在主轴箱体。因摩擦因摩擦产生的热量由润滑油带至箱体外面,冷却后再送至箱体内,因而可降低主轴箱的温升,减少主轴箱的热变形,有利于保证主轴箱的加工精度。此外,还使主轴箱内赃物及时排除,减少传动件磨损。为防止润滑油外漏,前后支承都有油垢式密封装置,主轴旋转时,依靠离心力的作用,把经过轴承向外流出的润滑油形成油环形油封。7、其它 轴上皮带轮采用径向卸荷装置,使皮带轮传动的径向力直接作用在箱体上,而不作用在轴上,从而改善了轴的工作条件 主轴箱要满足体积小,重量轻,结构简单,使用方便,效率高,及质量好的要求。 该机床的主轴采用主传动的布局,采用集中传动式即主传动的全部变速机构和主轴组建装在同一箱体内,优点是:结构紧凑,便于实现,集中操纵,箱体较少。缺点是:传动机构运转中的振动和发热会直接影响主轴的工作精度但该机床用来粗加工,能采用集中传动形式。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书265 机床的液压传动系统由于液压传动工作平稳,在工作过程中能无级变速,便于实现自动化,能方便地频繁往复运动,在同等功率的情况下,液压传动装置的体积小,重量轻,结构紧凑,惯性小,动作灵敏,因此广泛应用。根据液压系统的以上特点,采用液压系统控制刀架和机床后顶尖。5.1 后顶尖的设计 一、后顶尖主要进行的是工件的夹紧工作,在其控制回路中,采用了带定位的二位四通电磁换向阀。防止发生故障时松开工件。串有一减压阀,使夹紧缸能获得较低而有稳定的压力。因为当系统压力有被动成负载有变化时,减压阀的出口压力的稳定不变。同时,夹紧回路中还有一单向阀。其作用是当系统压力下降到低于减压阀的调定压力时,起到短时间的稳压,使夹紧缸的夹紧力保持不变。 二、工作原理 后顶尖前进(夹紧):1DT 通电,二位四通换向阀的在位接入系统工作泵输出的压力油进入液压缸的无杆腔,从而夹紧工作工件。 后顶尖后退(松开):1DT 逝电,8DT 通电,换向阀的左位接入系统工作,泵输出的压力油进入液压缸的有杆腔使先导溢流导通卸回油箱。5.2 下刀架的液压控制系统 一、下刀架的纵横进给,有一支回路,位实现其快进、快退,提高生产率采用差动进给回路。这种回路简单经济但快、慢速换接不平稳,必须与限压式变量泵联合使用,同时考虑停车后起的冲击和实现压力控制的方便性采用进油路节流阀调速回路。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书272、工作原理 1.快进:油箱来的油经粗虑油口经限压式变量泵经单向阀 3DT 通电,2DT 通电,使有杆腔压力油和泵输出的压力油进入无杆腔,构成差动回路形成快进。 2.下刀架横向工进:4DT 通电,经单向阀的调速阀,调速进入无杆腔进行工进。 3.下刀架横向快退:3DT 通电,泵输出的压力油进入液压缸的有杆腔推动杆带动刀架向下移动,同时无杆腔的压力油经过二位四通电磁阀的位,经过单向阀快速回油箱。 4.下刀架的纵向快进:当比例方向阀的左位接受到电信号时,使 6DT 通电泵输出的压力油经比例方向阀的左位 5DT 通电进入差动液压缸的左腔形成差动快进。 5.下刀架的纵向上进:7DT 通电泵输出的压力油经调速阀调速进入液压缸腔形成工进。 6.下刀架的纵向快退:6DT 通电泵输出的压力油向液压缸的有杆腔进油,无杆腔的压力油经单向阀,经比例方向阀的左位回油箱。 由以上分析可知:夹紧回路和下刀架的纵横进给系统采用了下列基本回路,限压式变量泵和调速阀联合调速回路,并在回油管路上设置了背压阀。这样能使刀架得到稳定的低速运动和较好的速度负载特性。均改善刀架运动的平稳性,并能承受一定的负载,在回油路中增加了背向阀。采用限压式变量泵,快进转工进后,没有溢流造成的功率损失,系统的效率又应为采用差动连接快速回路,使能量利用合理。5.3 液压仿形系统 液压伺服系统是根据液压传动原理建立起来的一种自动控制系统,在这种系统中,执行元件的运动随着控制运动的改变而改变。车床的液压仿形刀架就是一种液压伺服系统,完全按照靠横的形提高了劳动生产率状自动加工出了靠形状相似的工件,大大劳动生产率,减轻劳动强度。液压仿形系统的工作原理:纵横液压缸的运动构成复合运动控制仿形刀架的进给运动。 1.仿形刀架的纵向进给 快进:泵虑油口单向阀(12DT 通电)二位五通左位(11DT 通电)沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书28三位四通电磁阀的右位进入纵向液压缸右位。 工进:泵虑油口单向阀调速阀(11DT 通电)液压缸右位。 工退:液压缸左腔(10DT 通电)调速阀油箱。 快退:液压油纵向液压缸的左位(11DT 通电)三位四通电磁阀右位(12DT 通电)二位五通电磁阀左位回油箱。2.仿形刀架的横向进给 横向引刀泵虑油口单向阀(9DT 通电)二位五通电磁阀右位电磁液压伺服阀右位液压缸的无杆腔。 横向退刀:回油路:位置传感器的信号和指令讯号经放大器同时点液伺服阀作用38 下腔导通二位五通电磁阀右位(9DT 通电)回油箱。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书296 结论本专用机床由主轴箱、刀架、液压系统、电控系统等组成。虽然这
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