机械毕业设计（论文）-X6240型卧式铣床设计【全套图纸】.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书 毕业论文 题 目 X6240 型卧式铣床 学生姓名 学 号 0604103106 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机 2006 1 班 指导教师 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 摘摘 要要 机床的主传动系统用于实现机床的主运动 它对机床的使用性能和结构等都有明 显的影响 通过运动参数拟订设计方案 确定转速图 并拟订传统系统图 在保证机床运动 和使用要求的前提下 运动链尽量短而简单 传动效率高 并设计反转和制动装置 画好装配图后 对主要零件进行验算如齿轮强度验算和主轴的验算 通常普通机床主 轴只进行刚度验算 根据演算结果和对装配草图进行审查后 修改并完善装配图 编 写零件代号和制定整个部件的技术条件 最后绘制正确的零件图 并编写设计计算说 明书 关键词关键词 机床 运动参数 转速图 传动系统图 零件 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 I 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 ABSTRACT The host who is used to realize a machine tool moves the machine tool host drive host drive it all has obvious effect to machine tool use a function and structure etc Working out a design plan ascertain rotation rate picture by moving a parameter work out tradition system picture under premise moving and being put into use demanding in guarantee machine tool motion chain is as short but simple as possible drive is efficient design reverse turn and arrester after finishing drawing assembling picture checking calculation carrying out checking calculation on main part if gear wheel intensity checking calculation composes in reply a chief axis s the generally average machine tool chief axis carries out stiffness only checking calculation carries out the queen who examines according to calculation result and to assembling draft revises and perfects assembling picture Compile and compose part code name and work out the entire component Keywords machine tool host drive host drive rotation rate picture moving a parameter tradition system picture part II 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 摘要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1 1 主传动的设计要求 1 1 2 主传动的组要设计程序 1 第二章 主运动的运动设计 2 2 1 设计任务 2 2 2 拟定转速图 2 2 2 1 确定变速组的数目 2 2 2 2 确定变速的排列方案 2 2 2 3 确定基本组和扩大组 2 2 24 确定是否增加加速传动 3 2 2 5 三角带传动的计算 3 2 2 6 分配降速比 5 2 3 齿轮齿数的确定 8 2 3 1 根据查表法确定齿轮齿数 8 2 3 2 三联滑移齿轮的齿数确定 10 2 3 3 公用齿轮传动系统 11 第三章 主传动的结构设计 13 3 1 主传动的布局 13 3 2 变速机构 13 3 3 齿轮的布置 13 3 3 1 滑移齿轮的轴向布置 13 3 3 2 一个变速组内齿轮轴向位置的排列 14 3 3 3 两个变速组内齿轮轴向位置的排列 15 3 3 4 缩小径向尺寸 16 3 3 5 滑移齿轮的结构形式 17 3 4 计算转速 18 3 4 1 主轴计算转速的确定 19 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 3 4 2 其他传动件的计算转速的确定 20 3 5 主传动系统的开停装置 22 3 6 主传动系统的制动装置 23 3 6 1 制动装置的类型 23 3 6 2 制动器的位置 23 3 7 主传动系统的换向装置 24 3 7 2 换向装置的设计原则 25 3 7 3 典型结构 26 第四章 主传动的零件设计 32 4 1 主要零件的验算校核 32 4 1 1 齿轮的校核计算 32 4 1 2 轴的强度计算 37 第五章 主传动的润滑 40 5 1 润滑系统的要求 40 5 2 润滑剂的选择 40 5 3 润滑方式的选择 40 第六章 结论 42 参考文献 45 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1 主传动的设计要求主传动的设计要求 1 机床主轴必须有足够的变速范围和转速 以满足实际使用要求 2 主电动机和传动机构必须供给和传递壮族够的功率和扭矩 并具有较高的传动 效率 3 执行件必须有足够的精度 刚度 抗震性和小于许可限度的热变形和温升 4 噪音应在允许的范围内 5 操纵要轻巧灵活 迅速 安全可靠 并必须便于调整和维修 6 结构简单 润滑与密封良好 便于加工和装配 成本底 1 2 主传动的组要设计程序主传动的组要设计程序 1 调查研究 有足够的设计原始资料 在明确机床满足的要求的同时 还应有同类型的机床设 计图纸及经验总结 2 主传动的运动设计 根据机床的主要技术参数要求 拟定可能的转速图 并从中选出合理的方案 然 后计算齿轮齿数级及带轮直径 最后绘制传动系统图 3 主传动的结构设计 根据传动系统图设计变速箱或主轴箱的部件装配图 并进行必要计算 4 主传动的零件设计 轴和齿轮机构的强度校核计算 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 2 第二章第二章 主运动的运动设计主运动的运动设计 2 1 设计任务设计任务 主运动的运动设计是运用转速图的基本原理 以拟定满足给定的转速的合理传动 方案 主要包括选择变速组及传动副数 确定各变速组中的齿轮传动比 以及计算齿 轮齿数 2 2 拟定转速图拟定转速图 X6240 铣床的主轴转速范围为 30 1500 转 分 转速级数 Z 18 公比 1 26 电动机转速 1450 转 分 0 n 2 2 1 确定变速组的数目确定变速组的数目 大多数机床广泛应用滑移齿轮的变速方式 为满足结构设计和操纵方便的要求通 常采用双联或三联齿轮 所以 18 级转速需要三个变速组 即 Z 18 3 3 2 2 2 2 确定变速的排列方案确定变速的排列方案 变速组的排列方案可以有多种 如 18 3 3 2 18 2 3 3 18 3 2 3 由于 X6240 铣床主传动私通装在床身内 结构上没有特殊要求 根据各变速组中 传动副数应遵循 前多后少 的原则 选择 18 3 3 2 这种方案 2 2 3 确定基本组和扩大组确定基本组和扩大组 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 3 根据 前密后疏 的原则 选择的方案 其中第一组为基本组 其 139 18332 级比指数 1 第二变速组为第一扩大组 其级比指数 3 第三变速组为第二扩大 0 x 1 x 组 其级比指数 9 2 x 2 2 4 确定是否增加加速传动确定是否增加加速传动 X6240 铣床的总浆速比 若每一个变速组的最小降速比均取 则 301 145048 u 1 4 三个变速组总的降速比可达到 故无须增加降速传动 可以满足用户的 1111 44464 不同需求 2 2 5 三角带传动的计算三角带传动的计算 三角带传动中 轴间距 A 可以加大 由于是摩擦传递 带与轮槽间会有打滑 宜 可缓和冲击及隔离振动 使传动平稳 带轮结构简单 但尺寸大 机床中常用作电机 输出轴的定比传动 1 选择三角带的型号 根据公式 1 2 7 59 caa PK PKW 式中 P 电动机额定功率 工作情况系数 a K 查 机械设计 图 8 8 因此选择 B 型带 机械设计 图 8 1 尺寸参数为 B 17mm 14mm h 11mm A 143 P b 2 mm 40 2 确定带轮的计算直径 D D 带轮的直径越小带的弯曲应力就越大 为提高带的寿命 小带轮的直径不宜过 D 小 即 查 机械设计 表 8 3 8 7 取主动轮基准直径 150m min DD D 由公式 1 1 2 1 2 D n n D 式中 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 4 小带轮转速 大带轮转速 带的滑动系数 一般取 0 02 由 机床设计 n n 手册 表 3 1 1 知 150mm 1450 695 1 D n m s n m s 所以 由 机械设计 A 表 8 8 取园整为 2 1450 150 1 0 02287 695 Dmm 290mm 3 确定三角带速度 按公式 1 1 3 14 150 1450 11 38 60 100060 1000 Dn m V s 4 初定中心距 带轮的中心距 通常根据机床的总体布局初步选定 一般可在下列范围内选取 根据经验公式 取 取 12012 0 72DDADDmm 2150290880mm 600mm 0 A 5 三角带的计算基准长度 L A DD DDAL 2 0 290 1503 14 2 6001502901899 0 24 600 Lmm 由 机械设计 表 8 2 圆整到标准的计算长度 2000Lmm 6 验算三角带的挠曲次数 符合要求 1000 9 27940 s mv m u L 7 确定实际中心距A 0 0 A6002000 18992650 2 LL Amm 8 验算小带轮包角 主动轮上包角合适 0000 21 1 18057 5167 6290 DD A 9 确定三角带根数Z 根据 机械设计 式 8 22 得 00 ca l p z pp k k 传动比 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 5 1 2 1450 6952 1 v i v 查表 8 5c 8 5d 得 0 46KW 2 08KW 0 p 0 p 查表 8 8 0 98 查表 8 2 0 96k l k 9 Z3 77 2 080 460 98 0 96 所以取 根Z4 10 计算预紧力 查 机械设计 表 8 3 q 0 18kg m 2 0 2 2 5 5001 92 5 50010 18 7 54 7 54 4 0 98 241 6 ca p Fqv vzk N 2 2 6 分配降速比分配降速比 前面已确定 18 3 3 2 共需 3 个变速组 并在 轴间增加一对降速传动齿轮 所以转速图上有五根传动轴 如图 2 1 所示 画五根距离相等的竖直直线 代表五根轴 画 18 根距离相等的水平线代表 18 级转速 这 样形成了转速图格线 2 2 6 1 在主轴在主轴 上标出上标出 18 级转速级转速 30 1500 转 分 在 轴上用 A 点代表电动机转速 1450 转 分 最低转速用 E 0 n 点标出 因此 A E 两点连线相距 17 格 即代表总降速传动比 17 1 u 总 2 2 6 2 决定决定 轴间的最小降速传动比轴间的最小降速传动比 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 6 一般铣床的工作特点是间断切削 为了提高主轴运转的平稳性 主轴上齿轮应大 一些 能起到飞轮的作用 所以最后一个变速组的降速传动比取 按公比 1 26 1 4 查表可知 4 即从 E 点向上数六格 在 轴上找出 D 点 DE 线即为 轴间变速 6 1 26 组的降速传动比 2 2 6 3 决定其余变速组的最小传动比决定其余变速组的最小传动比 根据降速 前缓后急 的原则 轴间变速组 取 即从 D 点向上数四 4 1 u 格 在 轴上找出 C 点 用 CD 连线表示 同理 轴间取 用 BC 连线表 4 1 u 示 轴间取 用 AB 连线表示 3 1 u 2 2 6 4 画出各变速组其他连线画出各变速组其他连线 如图 2 2 轴通过皮带传动 转速图上为一条 AB 连线 轴间为基本组 有三对齿轮传动 级比指数 X0 1 故三条连县在转速图上各相距一格 从 C 点向上每 隔一格取 C1 C2点 连线 BC2和 BC1得基本组三条连线 它们的传动比分别为 轴间为第一扩大组也有 3 对齿轮传动 级比指数 3 三条连线在转 34 111 1 x 速图上各相距三格 即 CD2 CD1和 CD 它们的传动比分别为 轴 1 4 1 间为第二扩大组有两对齿轮传动 级比指数 x2 9 两条连线在转速图上应相距九格即 DE1和 DE 它们的传动比分别为 和 3 6 1 2 2 6 5 画出全部连线画出全部连线 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 7 如图 2 3 即 X6240 铣床的主传动转速图 如前面所述 转速图两轴之间的平行 线代表一对齿轮传动 所以画 轴间的连线时 应从 C1 C2 两点分别画 CD CD1 CD2的平行线使 轴得到九种转速 同理 画出 轴间的连线时 应画 九条与 DE 平行的线 九条与 DE1平行的线 使主轴得到 18 种转速 图 2 1 降速传动比连线 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 8 图 2 2 变速组连线 图 2 3 X6240 铣床主传动转速图 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 9 2 3 齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 拟定转速图后 根据各个传动副的传动比确定齿轮齿数 2 3 1 根据查表法确定齿轮齿数根据查表法确定齿轮齿数 转速图上的齿轮副传动比是标准公比的整数次方 变速组内的齿轮模数相同时 可按照 3 1 表中查出齿轮齿数 表中列出了传动比 u 1 4 73 齿数和 40 120 及 Z S 相应的小齿轮实用齿数 大齿轮的齿数等于齿数和减去表中小齿轮的齿数 Z S 一 轴间是通过皮带轮传送的 1 可查表中 u 2 的一行中查找 1 1501 2902 u 2 确定最小齿轮的齿数及最小齿数和 最小齿轮必须在中 根据 min Z minZ S 1 1 2 u 结构条件假设最小齿数 在的一行中找到时 查表得出其最小 min 22Z 2u min 22Z 齿数和 min 66 Z S 3 找出可能采用的齿数和诸数值 这些数值系根据表中能满足传动必要求 Z S Z S 的齿轮齿数来确定 由开始向右查表 满足要求的齿轮齿数之齿数和有 min 66S 69 72 75 78 81 84 Z S 4 确定合理的齿数和 根据前面所述 在具体结构允许的情况下 选用较小的 Z S 齿数和为宜 确定 81 Z S 5 确定各齿轮副的齿数 由一行找出 则 2 00u 1 27Z 11 81 2754 Z ZSZ 二 轴间 扩大组 的三对齿轮 1 可查表中的一行 可查表中的一行 可查 1 1 5 u 1 5u 1 2 5 u 2 51u 3 1 u 2 表中的一行 u 2 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 10 2 确定最小齿轮齿数及最小齿数和最小齿轮必须在的齿轮副中 min Z minZ S 1 1 2 u 根据结构条件假设最小齿数为24 在的一行中找到时 查表的去 min Z 1 5u min 24Z 最小齿数和 min 60 Z S 3 找出可能采用的齿数和诸数值 这些数值系根据表中能同时存在满足各 Z S Z S 传动比的要求的齿数来确定 自开始向右查表 同时存在满足三个传动必要 min 60 Z S 求的齿轮齿数之齿数和有 78 95 Z S 4 确定合理的齿数和 如前所述 在具体结构允许的情况下 选用较小的齿数 Z S 为宜 确定齿数和 78 Z S 5 确定各齿轮副的齿数 由一行找出 31 则 78 31 47 1 5u 1 Z 121 ZSZ 由一行找出 则 2 5u 2 22Z 22 782256 Z ZSZ 由一行找出 则 2u 3 26Z 33 782652 Z ZSZ 三 轴间 第二扩大组 的两对齿轮 变速组内的传动副的模数不同 必须计算各齿轮副的齿数和 按个齿轮副的传动 比分配齿数 其传动比和 考虑实际受力情况相差较大 齿轮副的模数分 1 1 4 u 2 2u 别选择为 4 和 1 m 2 3m 可得 112 221 3 4 Z Z Sme Sme 为了使齿数和较小并满足最小齿轮齿数的要求 选取 K 30 则 12 30 390 Z SKe 21 30 4120 Z SKe 根据齿轮副的传动比齿数分配如下 1 6 118 71 u 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 11 3 2 80 2 40 u 同理 轴间 第一扩大组 三对齿轮 1 2u 2 1 1 26 u 3 1 2 5 u 1 38Z 2 26Z 2 27Z 2 37Z 3 17Z 3 46Z 2 3 2 三联滑移齿轮的齿数确定三联滑移齿轮的齿数确定 变速组采用三联滑移齿轮变速 在确定其齿数之后 还应该检查相邻齿轮的齿数 关系 以确保其左右移动时能顺利通过 不致相碰 如图 2 4 图 2 4 三联齿轮的齿数关系 三联滑移齿轮从中间位置向左移动时 齿轮要从固定齿轮上面越过 必须使 2 Z 3 Z 与两齿轮的齿顶圆半径之和小于中心距 A 向右移动也是同样的要求 2 Z 3 Z 在三联齿轮中 最大和次大齿轮之间齿数差应大于 4 如果齿数等于 4 时 可将 或的齿顶圆直径略小一些也可使用 2 Z 3 Z 2 3 3 公用齿轮传动系统公用齿轮传动系统 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 12 在传动系统中的某个齿轮 既是前变速组的从动齿轮 又是后一变速组的主动齿 轮 这种同时可与前后传动轴上的两个齿轮相啮合的齿轮称功用齿轮 采用公用齿轮 可以减少齿轮的个数 简化了传动机构 缩短了轴向尺寸 但是采用公用齿轮后可能 引起径向尺寸增大 并且由于公用齿轮使用机会较多 齿轮磨损较快 在机床中 一般采用单公用和双公用齿轮 在转速图上相邻变速组之间 任意两 个传动比都可以选择为公用齿轮的两个传动比 采用单公用齿轮 两个变速组的模数 必须相同 2 1 bb aa SA K SA 式中 前后两个变速组的齿数和 ab SS 为了防止采用单公用齿轮后径向尺寸过大或两轴中心距过小 应取 11 25k X6240 铣床主传动系统如图 2 5 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 13 图 2 5 铣床主传动系统图6240X 在 轴之间采用单公用齿轮 Z 38 其转速图仍和常规传动系统的一样 符合 前多后少 前密后疏 的要求 单公用齿轮工作时的传动比为 1 16 38 a u 齿数和分别为 所以值为 3 38 26 b u 163854 a S 382664 b S K 满足 64 1 185 54 b a S K S 11 25k 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 14 第三章第三章 主传动的结构设计主传动的结构设计 3 1 主传动的布局主传动的布局 主传动的布局主有要集中传动式和分离式两种 主传动的全部变速机构和主轴组 件装在同一箱体内 称为集中传动布局 分别装在变速箱和主轴箱两种箱体内 其间 用胶带 链条等传动时 称为分离传动布局 X6240 采用集中传动式布局 它的优点是 结构紧凑 便于实现集中操纵 箱体 数少 缺点是 传动机构运转中的震动和发热会直接影响主轴的工作精度 3 2 变速机构变速机构 大多数机床的主运动都需要进行变速 可以是有级变速 也可以是 无级变速 有 级变速应用较广 有级变速机构包括交变齿轮变速机构 滑移齿轮变速机构 离合器 变速机构 X6240 铣床采用滑移齿轮变速机构 它广泛应用于通用机床和一部分专用机床 其优点是 变速范围大 变速级数也较多 变速方便节省时间 在较大的变速范围内 可传递较大的功率和扭矩 不工作的齿轮不啮合 因而空载的功率损失较小 其缺点 是 变速箱的结构较复杂 不能在运转中变速 为方便滑移齿轮容易进入捏合 一般 用直齿圆柱齿轮 传动平稳性不如斜齿轮传动 3 3 齿轮的布置齿轮的布置 初步确定了转速图和齿轮齿数之后 合理地布置齿轮排列方式 是一个比较重要 的问题 它将直接影响到变速箱的尺寸 变速操纵的方便性以及结构实现的可能性电 因此设计机床变速箱时 要根据具体要求合理地加以布置 3 3 1 滑移齿轮的轴向布置滑移齿轮的轴向布置 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 15 变速组中的滑移齿轮一般布置杂主动轴上 因其转速一般比被动轴的转速高 则 其上的滑移齿轮的尺寸小 重量轻 操纵省力 但有时在结构上考虑 必须将滑移齿 轮放在被动轴上 也有时为了操纵方便将两个相邻变速组的滑移齿轮放在同一根轴上 为了避免同一滑移齿轮变速组内的两对齿轮同时啮合 两个固定齿轮的间距应大 于滑移齿轮的宽度 一般留有间隙量为 如图 3 112 为毫米 图 3 1 滑移齿轮的轴向 3 3 2 一个变速组内齿轮轴向位置的排列一个变速组内齿轮轴向位置的排列 齿轮在轴向位置的排列 如果没有特殊情况 应尽量缩短轴向长度 滑移齿轮的轴向位置常有窄式排列和宽式排列两种 一般采用窄式排列 它所占 的轴向长度较小 图 3 2 所示的两级变速组占用的轴向长度 L 4b 其中 L 为齿轮变 速组在轴上所占有的空间长度 b 为一个齿轮的齿部宽度 如图 3 3 所示的宽式排列 即滑移齿轮的轴向尺寸宽 则占用的轴向长度较较大 以致在相同的负荷条件下 轴 径须加粗从而使轴上的小齿轮的齿数增加 相应使齿数和及径向尺寸加大 因此 一 般不希望采用宽式排列 如前所述 二联滑移齿轮的两种排列方式 必须保证同轴上相邻两齿轮的齿数差 大于 4 才能使滑移齿轮在越过某个固定齿轮时避免齿顶相碰 若相邻齿数差小于 4 除了采用增加齿数和的方法 使相邻两齿轮的齿数差增加 此时径向尺寸也加大 或者 采用变位齿轮的方法子以解决外 还可采用如图 3 中图所示的排列方案 让滑移齿 轮中的最小轮越过固定的小齿轮即最大齿轮与最小齿轮的齿数差大于 4 而其他两个齿 轮的齿数差允许小些 但这种排列方法的轴向尺寸较大 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 16 图 3 2 双联滑移齿轮的轴向排列 图 3 3 三联滑移齿轮的轴向排列 图 3 4 三联滑移齿轮轴向排列 3 3 3 两个变速组内齿轮轴向位置的排列两个变速组内齿轮轴向位置的排列 图 3 5 上图和图 3 6 为两个变速组的齿轮并行排列方式 其总长度等于两变速组 的轴向长度之和 两个变速组的齿轮交诺排列 其总的轴向长度较短 但对固定齿轮的齿 数差有要求 由图 3 5 可知 三轴四级变速机构的并行排列方案 其总长度为工 8L 而中图的交错排列只要入 6b 就够了 X6240 铣床主传动系统 图 3 1 从第 轴到第 轴的两个变速组中 其固定齿轮就是采用相互交错排列 这样可更好的利用空 间 缩短轴向尺寸 若采用公用齿轮排列 其抽向长度更为缩小 图 3 6 所示的单公用 齿轮的四级变速机构 总长度为工 5b 采用双公用齿轮的三轴四级变速机构 总长度 可缩短为上 4b 若不采用公用齿轮 其总长度则为 L 8b 由此可见 采用公用齿轮 不仅减少了齿轮的数量 而且缩短了轴向尺寸 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 17 图 3 5 二级变速组的齿轮轴向排列 图 3 6 变速组的轴向排列 3 3 4 缩小径向尺寸缩小径向尺寸 为了减小变速箱的尺寸 既须缩短轴向尺寸 又要缩小径向尺 它们之间往往是相 互 联系的 应该根据具体情况考虑全局 恰当地解决齿轮布置问题 有些机床 加卧式镗床和龙门铣床 的变速箱须沿导轨移动 为了减小变速箱对于导 轨的颠覆力矩 提高机床的刚度和运动乎稳性 变速箱的重心和主轴应尽可能靠近导 轨面这就须力求缩小变速箱的径向尺寸 一 缩小轴间距离 在强度允许的条件下 尽量选用较小的齿数和 并使齿轮的降速传动比大于 1 4 以避免采用过大的齿轮 这钱既缩小了本变速组的轴间距离 又不致妨碍其他变速组轴 间距离的减小 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 18 二 采用轴线相互重合 在相邻变速组的轴间距离相等的情况下 可格其中两根轴布置在同一轴线上 则 径向尺寸可大为缩小如图 3 7 而且减少了箱体上孔的排数 箱体孔的加工工艺性也得 到改善 三 合理安排变速箱内各轴的位置 在不发生干涉的条件下 尽可能安排得紧凑一些 图 3 7 轴线重合的布置方式 3 3 5 滑移齿轮的结构形式滑移齿轮的结构形式 机床主传动系统中常见的滑移齿轮结构形式有 整体式及装配式 见图 3 8 设计 滑移齿轮结构 一般应考虑齿轮的工艺方法 整体式多联齿轮在插齿 剃齿时 两个 齿轮间应留有足够的空刀槽 磨齿时则更大些 还要考虑变速时拨叉或滑块的拨动方 式 图中双点划线所示 为了使滑移齿轮能够顺利啮合 在其啮合端面上沿全部齿高须 倒成圆角 为了保证齿轮的导向性良好 滑移齿轮的轮毂长度不应小于 1 2 1 5 d d 为轴的直径 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 19 图 3 8 滑移齿轮的结构形式 3 4 计算转速计算转速 设计机床时 为了使传动件工作可靠 结构紧凑 须对传动件进行动力计算 主传 动系统中主轴及传动件 如传动轴 齿轮 的尺寸 主要是根据它所传递的扭矩大小来决 定 扭矩大 其结构尺寸就大 扭短小 则结构尺寸就可缩小 传动件传递扭矩大 n M 小与它所传递的功率 N 和转速 n 两个因素有关 对于专用机床 在特定购工艺条件下各传动件所传递的功率 N 和转速 n 是固定不 变 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 20 的 所传递的扭矩也是一定的 对于工艺范围较广的通用机床和某些专门化机 n M 床 由于使用条件复杂 变速范围较大 传动件所传递的功率和转速并不是固定不变 的 这类机床 若将传动件的传递扭矩确定得偏小或过大 是不经济 不合理的 所 以 对于这类机床传动件传递扭矩大小的确定 必须根据机床实际使用情况进行周密 地调查分析 通用机床在最低的一段转速范围内 经常用于切削螺纹 铰孔 切断 精镗等工序 所消耗的功率较小 不需要使用电动机的全部功率即便用于粗加工 由 于受刀具 夹具和工件刚度的限制 不可能采用过大的切削用量 也不会使用到电动 机的全部功率 所以 这类机床只是以某一转速开始 才有可能使用电动机的全部功 率 当传动件的功率为一定时 随着转速的降低 传递的扭矩也就越大 综上所述 按传递全部功率时的转速中的最低转速进行计算 即可得出该传动件 需要传递的最大扭矩 传递全部功率时的最低转速 则称为该传动件的计算转速 对于旋转运动的传动件 其额定扭矩 即需要传递的最大扭矩 按下式计算 n M 牛 米 9550 njdj MN nNn 式中 传动件的计算转速 转 分 j n 传动件所传递的功率 千瓦 N 主电动机的额定功率 千瓦 d N 从主电动机到该传动件间的传动效率 由上式可知 当传动件的传递功率为一定时 若转速取得偏底 则传递的扭矩就 偏大 使传动件尺寸不必要的增大 因此 必须根据机床的实际工作情况 经济合理 地确定计算转速并计算传动件的尺寸是机床设计工作的一个重要问题 3 4 1 主轴计算转速的确定主轴计算转速的确定 主轴计算转速是主轴传递全部功率 此时电动机为满载 时的最低转速 从这一转 j n 速起至主轴最高转速间的所有转速都能够传递全部功率 扭矩则随转速的增加而减少 此为恒功率工作范围 低于主轴计算 转速的各级转速所能传递的扭矩与计算转速下的 扭矩相等 它是该机床的最大传递扭矩 功率则随转速的降低而减少 如图 3 9 为恒扭 矩工作范围 专用机床的主轴计算转速是按特定的工艺中所需要的主轴转速来确定 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 21 通用机床及专门化机床 根据对现有机床的调查分析和测定以及有关的统计分析 资料 主轴的计算转速的确定见表 3 2 2 X6240 铣床的主轴转速级数 Z 18 其转速图如图 3 10 由表 3 2可知 主轴 2 2 的计算转速 转 分 18 1 5 3 min6 95 jmin nnnn 在转速图上以黑点表示 图 3 9 通用机床主传动功率和扭矩变化情况 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 22 图 3 10 X6240 铣床主传动转速图 3 4 2 其他传动件的计算转速的确定其他传动件的计算转速的确定 如前所述 主轴从计算转速起至最高转速间的所有转速都传递全部功率 因此 实现上述主轴转速的传动件的实际工作转速也传递全部功率 其他传动件的计算转速 就是其传递全部功率时的最低转速 当主轴的计算转速确定后 就可以从转速图上确定其他各传动件的计算转速 确 定的顺序通常是由后往前 即先定出位于传动链后面 靠近主轴 的传动件的计算转速 再顺次由后往前定出传动链前面的传动件的计算转速 一般可先找出该传动件共有几 级实际工作转速 再找出其中能够传递全部功率时的那几级转速 最后确定能够传递 全部功率时的最低转速即为该传动件的计算转速 如图 3 10 3 4 2 1 传动轴的计算转速传动轴的计算转速 1 IV 轴的计算转速 从转速图上可以看出 轴共有 9 级转速为 118 160 190 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 23 235 300 375 475 600 750 转 分 主轴在 96 转 分 计算转速 至 1500 转 分 最高转速 之间的所有转速都传递全部功率 此时 IV 轴若经齿轮副传动主 17 Z8 Z Z 轴 它只有在 375 750 转 分的那 4 级转速时才能传递全部功率 若经齿轮副传 15 16 Z Z 动主轴 则 118 750 转 分的 9 级转速都传递全部功率 因此 其最低转 118 转 分 即为 IV 轴的计算转速 2 轴的计算转速 同理 轴上共有 3 级转速为 300 375 475 此时 经 齿轮副 传动 IV 轴 所得到 9 级转速都能够传递全部功率 因此 91311 101214 ZZZ ZZZ 或 轴上的这 3 级转速也都能递全部功率 其最低转速 300 转 分即为 轴的计算转速 其余依次类推 各轴的计算转速如下 3 4 2 2 齿轮的计算转速齿轮的计算转速 1 齿轮的计算转速 齿轮装在 IV 轴上 从转速图上可知 共有 118 15 Z 15 Z 15 Z 750 转 分 9 级转速 经齿轮副传动主轴得到的 235 1500 转 分 9 级转速都 15 16 Z Z 能传递全部功率 故齿轮的这 9 级转速也都能传递全部功率 其中最低转速 118 转 15 Z 分即为齿轮的计算转速 15 Z 2 齿轮的计算转速 齿轮装在 轴 主轴 上共有 235 1500 转 分 9 级 16 Z 16 Z 转速 都能传递全部功电其最低转速 235 转 分即为齿轮的计算转速 16 Z 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 24 3 齿轮的计算转速 齿轮装在 轴上 共有 118 750 转 分 9 级转速 17 Z 17 Z 只有在 375 750 转 分的 4 级转速 经齿轮副 使主轴得到的 95 190 转 分的 17 18 Z Z 4 级转速 能够传递全部功率 而该齿轮在 118 300 转 分 5 级转速时 经齿轮副 使主轴所得到的 30 75 转 分 5 级转速都低于主轴的计算转速 95 转 分 故不 17 18 Z Z 能传递全都功率 因此齿轮能够传递全部功率的 4 级转速为 375 475 600 750 17 Z 转 分其中最低转速 375 转 分即为的计算转速 17 Z 4 齿轮的计算转速 齿轮装在 V 轴 主轴 上 共有 30 190 转 分 9 级 18 Z 18 Z 转速 其中只有在 95 190 转 分 4 级转速时 该齿轮才能传递全部功率 最低转速 95 转 分即为齿轮的计算转速 18 Z 其余异词类推 各齿轮的计算转速如下 由前述已知 提高传动件的计算转速 可使其尺寸缩小 结构紧凑 因此在传动 系统中有某些重复转速时 可由不同传动路线来实现 这时 应采用传动件计算转速 较高的传动路线 并由操纵机构予以保证 3 5 主传动系统的开停装置主传动系统的开停装置 开停装置用来控制主运动执行件 如主轴 的启动与停止 可直接开停机床主传动系 统的动力源 如电动机 或者用离合器接通 断开主运动执行件与动力源间的传动链 开停装置的基本要求是开停方便省力 操作安全可靠 结构简单并能传递足够的扭矩 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 25 X6240 铣床主运动是靠直接开停主电机来实现主轴的启动与停止 这种开痛方式 的优点是 操作方便 可简化机床的机械结构 因此 得到广泛应用 但在电动机功 率大 开停频繁的情况下 将导致电动机发热 烧坏 甚至因启动电流较大而影响车 间电网正常供电时则不宜采用 另外 几个运动公用一个电动机且又不要求同时开停 的情况 也不能采用这种方式 3 6 主传动系统的制动装置主传动系统的制动装置 某些机床在装卸工件 测量被加工面尺寸 更换刀具及调整机床时 要求机床的 主运动执行件 如主轴 尽快地停止运动 但是 当开停装置断开主传动链后 由于传动 系统中的传动件具有惯性 运动中的执行件是逐渐减速而停止的 为了减少这段时间 提高机床生产率对于经常启动与停止 传动件惯性大 运动速度较高的主传动系统 须安装制动装置 另外 机床能及时制动 还可避免发生事故或防止工件报废 制动 装置的基本要求有 工作可靠 操纵方便 制动时间短 结构简单紧凑以及制动器的 磨损要小等 3 6 1 制动装置的类型制动装置的类型 X6240 铣床是使用电磁制动器来实现机床主轴的制动 3 6 2 制动器的位置制动器的位置 若要求电动机停止运转后才能制动时 则制动器可安装在传动链中的任何传动件 上 若电动机不停止运转而进行制动时 则必须断开主运动执行件 如主袖 与电动机的 运动联系 此时制动器只能安装在被断开的传动链中的传动件上 制动器若装在转速高的传动件 加传动轴 皮带轮及齿轮等 上 所需要的制动力矩 较小 从而制动器的尺寸也可减小 若装在传动链前面的传动件上 制动时的冲击力 较大 因此为了结构紧凑 制动平稳 应将制动器放在接近执行件且转速较高的传动 件上 促在受到具体条件限制 如接近执行件时的转速一般较低或其他结构条件等原因 的情况下 一般是将制动器放在转速较高的传动件上 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 26 制动器与开停装置的操纵 须有可靠的联锁关系 即停车时制动器起作用 开车 时则制动器须可靠地放松 以避免损坏传动件或造成过大的功率损失 X6240 铣床是将制动器装在 轴右端 3 7 主传动系统的换向装置主传动系统的换向装置 多数机床的主运动执行件 如主轴 工作台 需要有正反两个方向的运动 例如普通 车床 钻床等在加工螺纹时 主轴正转用于切削 反转用于退刀 此外 普通车床有 时还利用反转进行切断与切槽 又如铣床为了能够使用左刃或右刃铣刀 主轴应作正 反两个方向的转动 对于直线运动的机床则更为明显 工作行程结束后必须换向为返 回行程 空程 由此可见 机床主运动的换向有两种不问情况 一种是正反两个方向部用于切削 当选用一个运动方向后 工作过程中不需要改变 如铣床 这时正反两个方向所需要的 运动速度 变速级数及传递功率应该相同 另一种是正向用于切削而反向用于空程 在工作过程中领反复地变换方向 如车床 钻床 刨床等 这时为了提高生产率 反向 运动应比正向运动的速度高 反向的变速级数则可比正向少一些甚至有的机床只要求 有一种固定速度 两个方向传递动力的大小也可以不同 主运动执行件的换向 除了某些直线运动机床是由传动机构 如曲柄 连秆机构等 本身实现外 多数机床须设置专门的换向装置 换向装置的基本要求是 结构简单紧 凑 换向方便 操纵省力 需要在运转中换向时 应减少冲击及磨损 换向时间要短 换向要平稳以及换向的能量损失要小等 3 7 1 换向装置的类型换向装置的类型 3 7 1 1 电动机换向电动机换向 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 27 变换电动机的转向 使主运动执行件的运动方向改变 这种换向方式可简化机床 的机械结构 操作简单省力且容易实现自动化 在可能的条件下应采用这种方式 例 如上述正反两方向都用于切削的情况 即使是正向切削 反向空程的情况 有条件也 应采用 利用直流电动机驱动的龙门刨床 由电动机反向 并提高反向速度是很方便 的 但是采用交流异步电动机换向 若换向频繁 尤其当电动机功率较大时 易引起 电动机过热 故不宜采用 3 7 1 2 机械换向机械换向 日前 在主传动系统中主要采用圆柱齿 多片磨擦离合器式换向机构 它可以在 高速运转中平稳地换向 但结构教复杂 沿移齿轮式 牙嵌离合器及锥齿轮换向机构一 般用于进给运动和辅助运动的换向 X6240 铣床由于是正反两个方向都用于切削 当选用一个运动方向后 工作过程 中不需要改变 这时正反两个方向所需要的运动速度 变速级数及传递功率应该相同 另一种是正向用于切削而反向用于空程 所以 X6240 铣床应选用电动机换向 这样就 使结构简单紧凑 换向方便 操纵省力 需要在运转中换向时 可以减少冲击及磨损 换向时间短 3 7 2 换向装置的设计原则换向装置的设计原则 为了提高正向传动的效率 减少其功率损失 换向机构的中间齿轮放在反向传动 中 换向时先使运动减速或制动 再接通另一方向的运动 可减少换向的能量损失 已为大多数机床所采用 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 28 换向机构的安放位置 若装于传动链前面的传动轴时 因转速一般较高 其传递 扭矩可以减小 故结构紧凑 但传动链中的换向件较多 故折算到换向机构传动轴上 的效果惯性矩较大换向时的能量损失较大 将直接影响机构的寿命 如离合器的磨损速 度增加 功率损耗及发热等 有时也影响换向时间的长短 由于传动链中存在间隙 换向时的冲击也较大 因此有的机床传动链较前面的薄弱传动容易扭坏 若将换向机 构放在传动链的后面即接近被换向的执行件时 可使能量损失小 换向平稳 但因转 速一般较低 会增大换向机构的尺寸 一般对于传动件少 惯性小的传动链 换向机 构宜放在前面 对于平稳性要求较高 能量损失要小的 宜放在后面 3 7 3 典型结构典型结构 主轴组件通常是由主轴 主轴轴承和安装在主轴上的传动件等三部分所组成 它 是机床中最关键的一个部件 其工作性能对加工质量相生产率有着直接的影响 主轴组件的设计包括主轴轴承的选择 轴承的布置与调整 确定主轴的结构 材 料 技术要求及共润滑 密封等 3 7 3 1 两支承的主轴组件两支承的主轴组件 前端定位的上的组件 热变形对主轴前端伸长影响小 主轴受压区段短 轴向刚 性较高 1 前端定位的主轴 定位采们两个推力球轴承 这种轴承发热轮严重 成为热源 元件 并靠近的支承 故产生不利影响 螺母用来调整的支承双列向心短圆柱滚子 轴承的径向间隙和调整推力轴承的间隙或预紧 径向和轴向的间隙可分别调整故 轴向刚度很高 2 主轴定位采用接触角为 60 的双向推力球轴承 它的承载能力 刚度和极限转 速都较高 通过修磨套 可以预紧或调整间隙 轴承外径为负公差与箱体孔间有间 隙 因而不承受径向裁荷 与双列向心短圆柱滚子轴承配套使用 承载能力大 刚度 高 极限转速也高 适用于巾 高速的车床和铣床主轴组件 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 29 4 用法兰压紧前端轴承外环的凸缘实现轴向定位 轴承后列内环孔径比前列内环孔 径大 以便于调整间隙 圆锥滚子做成空心的 冷却润滑油从滚子的中孔流过 起着 散热降温的作用 后轴承带有预紧弹簧 以保持轴承的一定预紧 5 后端定位的主轴组件 热变形使主轴向前端伸长 期间主轴端的轴向精度 主 轴的受压区段较长 主轴后端采用单列圆锥滚子轴承 它承受径向力和向前的轴向力 推力球轴承承受向后的轴向力 轴向刚度很高 前端支承采用双列向心短圆柱滚子轴 承 能调整径向间隙 径向刚度较高 主轴后端的圆锥滚子轴承及推力球轴承承受全 部轴向力 前支承用两个圆锥滚子轴承 它是外环宽端相对配置的 以增强支承刚性 它可以轴向移办故只承受径向力 3 7 3 2 三支承的主轴组三支承的主轴组 如果主轴前后支承间距较大 可以加第三支承以提高刚度而成为三支承主轴组件 三支承有两种情况 1 以前 后支承为主 中间支承为辅的三支承主轴组件 前后均为双列向心短圆 柱滚子轴承 中间支承为 级精度的单列向心圆柱滚子轴承 这种轴承的径向游隙较 大这样 当主轴受力较小时 中间支承不起作用 当主轴受力较大致使中间支示处的 挠度 较大时 中间支承就参加工作 2 以前 中支承为主 后支承为辅的三支承主轴组件 前 中支承是圆锥 滚子轴承 承受大部分径向力和轴向力 后支承是单列向心球轴承 它在箱体孔 内轴向不需定位 3 7 3 3 传动轴的结构传动轴的结构 传动铀通常都用普通级滚动轴承 高精度和精密机床的高速轴可选用精密轴承 D 级或 E 级 1 一端固定 传动铀一端同定 轴的另一端为自由端 只需将轴承内环固定在轴上 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 30 轴受热时可向自由期延仰 适用于较长的轴 只需将轴承内环固定在抽上即可 轴受热变形一端固定的几种方式有 a 用阶梯孔套及法兰盘固定 箱体孔加工方便 但增 加了一个孔套 降低了支承刚度 b 是在箱体上加工出台阶孔 用法兰盘固定 箱体孔加工较复杂 c 用弹性挡圈及法兰盘固定 d 轴承外环两侧均用弹性挡圈固定 e 选用外环有止动槽的轴承 用法兰盘压住弹性挡圈固定 结构最简单 2 两端固定 当轴的两端支承用圆锥滚子轴承或向心推力球轴承时 则必须用两端固定法 一 般适用于较短的轴 两端固定的轴 其中一端的结构应能调整轴承外环的轴向位置 有几种调整的方式为 a 是用改变法兰盘的两个内侧面或的厚度来调整轴承位置 b 用 改变垫片的厚度来调整轴向位置 c 用调节螺钉来调整位置 用螺钉固定 d 用改变垫 圈的 厚度来调整 e 用调节螺钉推动顶盘进行调整 3 非传动物的轴向固定 非传动轴几种固定方法有 a 用挡片嵌装在轴端槽内 通过螺钉固定在箱 壁上 b 用骑缝螺钉固定 需在装配时进行钻孔攻丝 拆卸重装通常要另行钻 孔攻丝 c 用紧定螺钉固定 d 用钢球涨紧定价 在轴上钻一横孔 内装两个钢球 用螺钉 调节另一个钢球的轴向距离使径向的两个钢球紧压在孔壁上 这种结构装拆方便并能 调整轴的轴向位置 3 7 3 4 轴上的零件定位轴上的零件定位 零件轴向定位的方式有许多种 根据实际情况进行选择 1 轴肩固定方式 简单可靠 常用于齿轮 轴承的轴向定位 2 套筒固定方式 定位可靠 结构简单不削弱轴向强度和刚度 但是零件数增加用于