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机床主轴几何精度的综合检测实验装置设计排版.doc

机床主轴几何精度的综合检测实验装置设计【5张CAD图纸和毕业论文】【全套原创精品】

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关键词：: 机床主轴几何精度综合检测实验试验装置设计

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摘要

随着科技步伐的加快，综合实验装置技术在各个领域中得到了广泛应用，综合实验装置系统已成为主机设备中最关键的部分之一。但是，由于设计、制造、安装、使用和维护等方面的因素，影响了综合实验装置系统的正常运行。因此，了解系统工作原理，懂得一些设计、制造、安装、使用和维护等方面的知识，是保证综合实验装置系统能正常运行并极大发挥综合实验装置技术优势的先决条件。

本文主要研究的是综合实验装置传动系统，综合实验装置传动系统的设计需要与主机的总体设计同时进行。设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥综合实验装置传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的综合实验装置传动系统。

关键词：实验装置，设计

Abstract

With the quickening pace of science and technology, technology comprehensive experiment device has been widely applied in various fields, system experiment device has become one of the most important part of the host device. However, due to factors of design, manufacturing, installation, use and maintenance etc, affect the normal operation of the system of comprehensive experimental device. Therefore, to understand the working principle of the system, design, manufacturing, installation to understand, use and maintenance of knowledge, is the guarantee of system experiment device to normal operation and a prerequisite for great play integrated experimental device technology advantage.

This paper mainly is the study of the comprehensive experimental device transmission system, overall design and computer integrated experimental device of transmission system and. When the design, must proceed from the actual situation, combined with a variety of transmission form, make full use of advantages of transmission experimental apparatus, to design a simple structure, reliable work, low cost, high efficiency, simple operation, convenient repair comprehensive experimental device of transmission system.

Key Words: experimental apparatus, design

摘要2

Abstract3

目录4

第1章概述6

1.1 综合实验装置传动特点6

1.2 综合实验装置传动优势7

1.3 综合实验装置系统的设计步骤与设计要求9

第2章实验装置原理设计12

2.1 工作原理12

2.2课题设计要求12

第3章参数设计计算15

3．1运动参数和动力参数设计计算15

3.1.1 主轴极限转速和转速范围15

3.1.2 最大试验功率的确定15

3.1.3 最大试验力和扭矩的确定16

3．2主轴部件设计计算16

3.2.1主轴最小轴径16

3.2.2主轴支承结构16

3.2.3主轴带传动的设计计算19

3.2.4主轴端部卸荷带轮结构设计22

3.2.5主轴强度校核23

3.2.6主轴刚度校核26

第4章机架的设计28

4.1对机架结构的基本要求28

4.2 机架的结构30

4.3横梁设计32

4.4 机架的基本尺寸的确定35

4.5 架子材料的选择确定35

4.6 主要梁的强度校核36

第5章尾座部分的设计37

5.1尾座套筒的设计39

5.2尾座体的设计39

5.3尾座顶尖的设计40

5.4综合实验装置缸的设计41

5.5尾座导轨的设计41

5.6尾座孔系设计43

5.6.1配合43

5.6.2套筒孔的设计44

5.6.3孔和键的设计44

5.7挠度、转角、综合实验装置缸内径、锁紧力的计算及校核46

5.7.1挠度的计算47

5.7.2转角的计算47

5.7.3压板处螺栓直径的校核47

5.7.4综合实验装置缸内径的校核49

5.7.5尾座锁紧力的验算50

第6章尾座精度的设计51

6.1表面粗糙度的确定51

6.2尾座与机床主轴形位公差的确定52

6.3底面及立导向面形位公差的确定52

参考文献54

总结与展望55

致谢56

第1章概述

1.1 综合实验装置传动特点

综合实验装置传动有机械传动和电力拖动系统无法比拟的优点技术无法比拟的优点。综合实验装置元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中个部分用管道连接，布局安装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。综合实验装置传动系统可以在运行过程中实现大范围的无级调速。另外综合实验装置传动传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向。除此以外，综合实验装置传动系统操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程距离控制、过载保护。与电气控制、电子控制相结合，易于实现自动工作循环和自动过载保护。而且综合实验装置元件属机械工业基础件，标准化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。

本世纪的60年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术（微电子技术）等的发展再次将综合实验装置技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各方面都得到了应用。综合实验装置传动在某些领域内甚至已占有压倒性的优势，例如，国外今日生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了综合实验装置传动。因此采用综合实验装置传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。

当前，综合实验装置技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在综合实验装置元件和综合实验装置系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著的成绩。

内容简介：: 1 四川大学锦城学院毕业论文（设计）题目机床主轴几何精度的综合检测实验装置设计系部机械工程学院专业机械设计制造及其自动化年级学生姓名学号指导教师 nts 2 摘要随着科技步伐的加快，综合实验装置技术在各个领域中得到了广泛应用，综合实验装置系统已成为主机设备中最关键的部分之一。但是，由于设计、制造、安装、使用和维护等方面的因素，影响了综合实验装置系统的正常运行。因此，了解系统工作原理，懂得一些设计、制造、安装、使用和维护等方面的知识，是保证综合实验装置系统能正常运行并极大发挥综合实验装置技术优势的先决条件。本文主要研究的是综合实验装置传动系统，综合实验装置传动系统的设计需要与主机的总体设计同时进行。设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥综合实验装置传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的综合实验装置传动系统。关键词：实验装置，设计 nts3 Abstract With the quickening pace of science and technology, technology comprehensive experiment device has been widely applied in various fields, system experiment device has become one of the most important part of the host device. However, due to factors of design, manufacturing, installation, use and maintenance etc, affect the normal operation of the system of comprehensive experimental device. Therefore, to understand the working principle of the system, design, manufacturing, installation to understand, use and maintenance of knowledge, is the guarantee of system experiment device to normal operation and a prerequisite for great play integrated experimental device technology advantage. This paper mainly is the study of the comprehensive experimental device transmission system, overall design and computer integrated experimental device of transmission system and. When the design, must proceed from the actual situation, combined with a variety of transmission form, make full use of advantages of transmission experimental apparatus, to design a simple structure, reliable work, low cost, high efficiency, simple operation, convenient repair comprehensive experimental device of transmission system. Key Words: experimental apparatus, design nts 4 目录摘要 .2 Abstract .3 目录 .4 第 1 章概述 .6 1.1 综合实验装置传动特点 .6 1.2 综合实验装置传动优势 .7 1.3 综合实验装置系统的设计步骤与设计要求 .9 第 2 章实验装置原理设计 . 11 2.1 工作原理 . 11 2.2 课题设计要求 .12 第 3 章参数设计计算 .15 3 1 运动参数和动力参数设计计算 .15 3.1.1 主轴极限转速和转速范围 .15 3.1.2 最大试验功率的确定 .15 3.1.3 最大试验力和扭矩的确定 .16 3 2 主轴部件设计计算 .16 3.2.1 主轴最小轴径 .16 3.2.2 主轴支承结构 .16 3.2.3 主轴带传动的设计计算 .19 3.2.4 主轴端部卸荷带轮结构设计 .22 3.2.5 主轴强度校核 .23 3.2.6 主轴刚度校核 .26 第 4 章机架的设计 .28 4.1 对机架结构的基本要求 .28 4.2 机架的结构 .30 4.3 横梁设计 .32 nts5 4.4 机架的基本尺寸的确定 .34 4.5 架子材料的选择确定 .35 4.6 主要梁的强度校核 .35 第 5 章尾座部分的设计 .37 5.1 尾座套筒的设计 .38 5.2 尾座体的设计 .39 5.3 尾座顶尖的设计 .39 5.4 综合实验装置缸的设计 .40 5.5 尾座导轨的设计 .40 5.6 尾座孔系设计 .42 5.6.1 配合 .42 5.6.2 套筒孔的设计 .43 5.6.3 孔和键的设计 .43 5.7 挠度、转角、综合实验装置缸内径、锁紧力的计算及校核 .44 5.7.1 挠度的计算 .46 5.7.2 转角的计算 .46 5.7.3 压板处螺栓直径的校核 .46 5.7.4 综合实验装置缸内径的校核 .48 5.7.5 尾座锁紧力的验算 .48 第 6 章尾座精度的设计 .50 6.1 表面粗糙度的确定 .50 6.2 尾座与机床主轴形位公差的确定 .51 6.3 底面及立导向面形位公差的确定 .51 参考文献 .53 总结与展望 .54 致谢 .55 nts 6 第 1 章概述 1.1 综合实验装置传动特点综合实验装置传动有机械传动和电力拖动系统无法比拟的优点技术无法比拟的优点。综合实验装置元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中个部分用管道连接，布局安装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。综合实验装置传动系统可以在运行过程中实现大范围的无级调速。另外综合实验装置传动传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向。除此以外，综合实验装置传动系统操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程距离控制、过载保护。与电气控制、电子控制相结合，易于实现自动工作循环和自动过载保护。而且综合实验装置元件属机械工业基础件，标准化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。本世纪的 60年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术（微电子技术）等的发展再次将综合实验装置技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各方面都得到了应用。综合实验装置传动在某些领域内甚至已占有压倒性的优势，例如，国外今日生产的 95%的工程机械、 90%的数控加工中心、 95%以上的自动线都采用了综合实验装置传动。因此采用综合实验装置传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。当前，综合实验装置技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在综合实验装置元件和综合实验装置系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著的成绩。我国的综合实验装置工业开始于本世纪 50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自 1964 年从国外引进一些综合实验装置元件生产技术、同时进行自行设计综合实验装置产品nts7 以来，我国的综合实验装置件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。 80 年代起更加速了对西方先进综合实验装置产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的综合实验装置技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。 1.2 综合实验装置传动优势综合实验装置传动突出的优点还有单位质量输出功率大，以空气为工作介质，处理方便，无介质费用、泄露污染环境、介质变质及补充等问题。由于综合实验装置传动是封闭的，多数情况下其元件均可由传动综合实验装置自行润滑，因此磨损很小。综合实验装置元件体积小、重量轻、标准化程度高，便于集中大批量生产，加上近年发展起来的叠装、插装技术，装配也很容易，因此造价低，比起其他机械传动，综合实验装置传动常为一种最为经济的选择。驱动的综合实验装置系统，它由油箱、滤油器、综合实验装置泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、综合实验装置缸以及连接这些元件的油管组成。它的工作原理：综合实验装置泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入综合实验装置泵，当它从泵中输出进入压力管后，将换向阀手柄、开停手柄方向往内的状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入综合实验装置缸左腔，推动活塞和工作台向右移动。这时，综合实验装置缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。如果将换向阀手柄方向转换成往外的状态下，则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入综合实验装置缸右腔，推动活塞和工作台向左移动，并使综合实验装置缸左腔的油经换向阀和回油管排回油管。工作台的移动速度是由节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入综合实验装置缸的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，综合实验装置缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由综合实验装置缸中的油综合实验装置力产生的。要克服的阻力越大，缸中的油综合实验装置力越高；反之压力就越低。输入综合实验装置缸的油液是通过节流阀调节的，综合实验装置泵nts 8 输出的多余的油液须经溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管中的油综合实验装置力对溢流阀钢球的作用力等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在系统中综合实验装置泵出口处的油综合实验装置力是由溢流阀决定的，它和缸中的油综合实验装置力不一样大。综合实验装置传动是由 17 世纪帕斯卡提出的静压传递原理、 18 世纪末英国制造出世界上第一台水压机开始发展起来的，但综合实验装置传动在工业上被广泛采用和有较大幅度的发展却是本世纪中期以后的事情，特别是被 20 世纪第二次世界大战期间战争的激励，取得了很大进展，整体上经历了开关控制，伺服控制，比例控制 3 个阶段。比例控制技术是 20世纪 60 年代末人们开发的一种可靠，廉价，控制精度和响应特性，均能满足工业控制系统实际需要的控制系统。当时，点液伺服技术已日益完善，但电液伺服阀成本高，应用和维护条件苛刻，难以被工业界接受。希望有一种廉价，控制精度能满足需要的控制技术去替代，这种需求背景导致了比例技术的诞生和发展。随着综合实验装置机械自动化程度的不断提高，综合实验装置元件应用数量急剧增加，元件小型化、系统集成化是必然的发展趋势。综合实验装置控制阀在综合实验装置系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照负载的需求进行工作。电液比例阀是比例控制系统中的主要功率放大元件，它可以根据输入的电信号大小连续地成比例地对综合实验装置系统的参量实现远距离控制、计算机控制，与伺服控制系统中的伺服阀相比，在某些方面还有一定的性能差距，但它显著的优点是抗污染能力强，大大地减少可由污染而造成的工作故障，提高了综合实验装置系统的工作稳定性和可靠性；另一方面比例阀的成本比伺服阀低，结构也简单，已或得了广泛的运用。比例阀按主要功能分类，分为压力控制阀，流量控制阀和方向控制阀三大类，每一类又可以分为直接控制和先导控制两种结构形式，直接控制用的小流量小功率系统中，先导控制用的大流量大功率系统中。这些年来国内在综合实验装置件清洗设备的研制和生产方面发展很nts9 快，但使用经验表明，还存在一些需要进一步改进和完善的问题。首先是通用清洗设备的适用性问题。对于一些结构复杂和具有内部油路的零部件，采用通用清洗设备往往效果不理想，内部残留的污染物很难冲洗出来，因而应考虑选用或设计专用的清洗设备。其次是关于清洗液的洁净性问题。零件清洗过程中清洗液应保持一定的清洗度，这对于零件装配前的精密清洗尤为重要。目前国内清洗设备较普遍地存在过滤装置不够完善的问题，过滤精度低，纳垢容量小，不能有效的滤除从零件冲洗出来的颗粒污染物。有的清洗设备甚至没有过滤设备，而是定期对清洗设备的清洗液进行过滤净化。这样，在清洗的初期清洁度可能符合要求，但清洗到后期，由于污染物积累清洗液污染越来越严重，不仅达不到清洗的目的，反而污染了零件。因此，清洗设备必须装社具有足够高的过滤精度和纳垢容量的过滤器。采用可清洗滤芯和增加外过滤系统，可提高过滤净化能力并节约费用。设计的主要内容包括：综合实验装置总装图，非标准零件的设计，综合实验装置缸的设计，电机及泵、阀、管件的选择使用等等。为了使设计更趋于合理化、标注化、绝大多数零件都按照国家标注进行。 1.3 综合实验装置系统的设计步骤与设计要求综合实验装置传动系统是综合实验装置机械的一个组成部分，综合实验装置传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥综合实验装置传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的综合实验装置传动系统。综合实验装置传动装置主要由以下四部分组成： 1）能源装置把机械能转换成油液综合实验装置能的装置。最常见的形式就是综合实验装置泵，它给综合实验装置系统提供压力油。 2）执行装置把油液的综合实验装置能转换成机械能的装置。它可以是作直线运动的综合实验装置缸，也可以是作回转运动的综合实验装置马达。 3)制调节装置对系统中油综合实验装置力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些nts 10 元件的不同组合形成了不同功能的综合实验装置系统。 4)辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。它们对保证系统正常工作也有重要作用。综合实验装置传动有以下一些优点： 1）在同等的体积下，综合实验装置装置能比电气装置产生出更多的动力，因为综合实验装置系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出 3040 倍。在同等的功率下，综合实验装置装置的体积小，重量轻，结构紧凑。综合实验装置马达的体积和重量只有同等功率电动机的 12%左右。 2）综合实验装置装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快，综合实验装置装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。综合实验装置装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达 500 次/min，实现往复直线运动时可达 1000次 /min。 3）综合实验装置装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。 4）综合实验装置传动易于自动化，这是因为它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制的缘故。当将综合实验装置控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，接受远程控制。 5）综合实验装置装置易于实现过载保护。综合实验装置缸和综合实验装置马达都能长期在失速状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。综合实验装置件能自行润滑，使用寿命较长。 6）由于综合实验装置元件已实现了标准化、系列化和通用化，综合实验装置系统的设计、制造和使用都比较方便。综合实验装置元件的排列布置也具有较大的机动性。 7）用综合实验装置传动来实现直线运动远比用机械传动简单。综合实验装置传动的缺点是： 1）综合实验装置传动不能保证严格的传动化，这是由综合实验装nts11 置油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。 2）综合实验装置传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。 3）综合实验装置传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。 4）为了减少泄漏，综合实验装置元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。 5）综合实验装置传动要求有单独的能源。 6）综合实验装置传动出现故障时不易找出原因。总的说来，综合实验装置传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。第 2 章实验装置原理设计 2.1 工作原理节流调速回路实验装置的综合实验装置系统的油源为定量综合实验装置泵（叶片泵），其最高工作压力由溢流阀设定，二位二通电磁换向阀用于控制综合实验装置泵的卸荷和供油。系统的执行器为竖直综合实验装置缸和综合实验装置缸，其中竖直综合实验装置缸和综合实验装置缸的运动方向均采用电磁换向阀作为导阀的液控顺序阀控制。竖直综合实验装置缸进回油路中并联的顺序阀和单向阀用于该缸差动反馈连接，液控顺序阀在缸差动时关闭回油路，在非差动时，提供回油路。综合实验装置缸的回油路上串联的溢流阀起背压作用。系统中压力继电器作为电磁铁通断电的nts 12 发信装置，控制电磁换向阀的换向动作。压力表及其开关分别用于调整系统最高压力和压力继电器的动作压力时的显示和观测。 2.2 课题设计要求综合实验装置传动由于其具有传动功率大、易于实现无级调速等优点，使得其在各类机械设备中得到了广泛的应用。通过该题目原理图的设计，可以使学生熟悉综合实验装置传动系统设计的一般程序，了解并掌握综合实验装置传动这门技术。通过综合实验装置传动装置的设计，可以使学生掌握机械设计的一般程序和基本方法。总之，通过本题目的设计，可以使机械设计制造及其自动化专业的学生对四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。机床主轴工作时产生振动，不仅会影响机床主轴的动态精度和被加工零件的质量，而且还要降低生产效率和刀具的耐用度。振动剧烈时甚至会降低机床主轴的使用性能，不仅如此，伴随振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，导致工作效率下降。故振动问题必须引起我们足够的重视。随着科学技术的飞跃发展，对机器零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求，从而机床主轴振动问题的研究成为研制、生产和使用机床主轴部门必须面对的重大课题。研究机床主轴振动的目的，在于探究机床主轴振动发生的原因，谋求防止和消除机床主轴振动的方法，以及研制抗振性更佳的机床主轴。本文对机床主轴的振动危害及减振方法做了一定的讨论及研究。机床主轴的减振方法从理论上来说，一般有四种途径： 1、减少激振力 P。 2、增大系统的阻尼。 3、增大系统中的刚度 K。 4、提高系统的固有频率n或改变激振频率，以使两者远离。本文主要是对卧式铣床的振动减振系统的实验特性的研究，由于铣床的外部环境及本身构造在其的研究中可看做是不可改变的因素，所以可以实现的减振方法只有附加谐振系统在振动nts13 结构上用以抵消原振动，以达到减振的目的。故本文主要讨论的减振方法属于阻尼消振的一种，即安装减振器或类似结构以抵消卧式铣床悬臂梁本身的振动，以达到减振的目的。本文的研究主要可以分为以下三个部分：首先，主要结构，包括底座、立柱、刀轴等，并根据需要添加了减振槽、挂架及相当于偏心轮的模拟铣刀等结构。盛放不同规格钢球的减振槽相当于一个阻尼消振器，利用钢球之间及其与槽壁之间的碰撞摩擦，消耗铣床模型机的振动能量，以达到减振的目的。其次，是对模型机固有频率的测定。这是试验最基本和首要的一步，用以作为标准衡量之后减振试验效果的好坏。本文讲述了三种模型机的激振方法： 1、稳态正弦激励法：稳态正弦激励又称简谐激振，它是通过激振设备对被测试对象施加频率可控的简谐激振力，常用的激振设备是频带宽、波形好的电磁激振系统，由扫描信号发生器，功率放大器和激振器组成。 2、脉冲激励法：脉冲激振是用一把装有力传感器的锤子（又叫脉冲锤）敲击试件，它对试件的作用力为近似正弦波，其有效频率范围决定于脉冲持续时间，锤头垫愈硬越小，则频率范围愈大。使用适当的锤头垫材料可以得到要求的频带宽度，改变锤头配重块的质量和敲击加速度可调节激振力的大小。 3、施加偏心激振力法：在模型机设计中，在模拟铣刀上设计了一通孔，使模拟刀具相当于一偏心轮，在高速旋转的状态下，即对系统产生一离心激振力，对调频电动机转速进行调节可改变激振力的大小。在本次试验中，主要是利用正弦激励法测定了模型机的固有频率，由于时间和条件限制，脉冲法只做了一组用于对比，最后一种方法仅作为设想来介绍。最后，减振试验由于是多因素，多水平试验，要得到全面准确的试验结果，工作量十分大。故采用了科学的正交试验方案，既减少了试验次数，又可得出全面的结论。正交设计（ Orthogoual design）简称正交设计（ Orthogoual） ,它是利用规格化的正交表（ Orthogoual table），科学的安排与分析多因素试验的方法，使目前最常用的方法之一。正交表是指利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面实验方案中，挑选出少量具有代表性的实验点，所制成的排列整齐的规格化表格。在本次的实验中，安排了五组钢球减振实验以及一组沙子的减振实验。其中，钢球减振的前四组分别是根据钢球排列层数（包括两层及三层）、重nts 14 量及规格设计的正交试验方案，第五组是一组为更好得到钢球大小和槽数对实验结果影响的对比而做的全面试验。另外，为对比钢球及其他材料的减振效果，还做了一组根据沙子重量设计的正交试验。六组实验的数据对比及结果分析从一定程度上说明了利用钢球减振的可能性。在对振动问题的研究分析之外，本文也对现今国内外机床主轴动态性能的研究作了一定的介绍，并指出了未来的研究趋势。在本文的撰写过程中，参考了大量有关机床主轴振动、动力学及冲击测试、试验模态分析等的有关书籍，并且得到了指导老师及同学的帮助。但由于时间及条件限制，可能存在一些不足之处，希望评阅老师指出并原谅。 nts15 第 3 章参数设计计算 3 1 运动参数和动力参数设计计算 3.1.1 主轴极限转速和转速范围由金属切削加工手册查得平假设试验时候的线速度范围为 v 2030m/s, 则主轴的转速范围 n 360 10vd 637 955r/min 由于其转速变化范围不是很大，可采用三相异步电机变频调速来实现。 3.1.2 最大试验功率的确定由机床主轴的实际加工过程可知，在试验机床主轴消耗的功率最大，因此需根据该工况的工艺参数来计算主轴的最大功率。工作台速度 v100mm 时， 2h。（ 0.00040.0006） d=0.0440.066 取 2h。 0.045 nts 18 （ 6）油腔深度0( 2 0 1 0 0 ) h 0 . 4 4 2 . 2tZ m m为保证足够的承载面积，取 2tZ mm（ 7）轴承的壁厚 r 保证不形成薄壁零件，考虑油孔空间 r 25 （ 8）轴与轴承的配合间隙 2h。的公差 h。 h。 0075hh，因此取 h。 0.005 （ 9）轴与轴承的几何精度误差（圆度、圆柱度、同轴度） 005 10hh取 D 0.005 （ 10）轴承外圆与箱体孔的配合过盈量 0 0.02mm （ 11）两个向心轴承中心跨距 l l（ 4 6） d 400 600 取 l 400mm （ 12）选择节流比，液阻比考虑油温变化而引起的值的变化，应使油温为 20 50 度时 1.5 3.0，液阻比 1。一般情况下，当 0.71， 1.71 时轴承具有最佳刚度，即 1.71为最佳节流比（ 13）确定供油压力sP粗选供油压力为 2.5MPa 则油腔压力rPsP/ 14.6MPa （ 14）计算一个油腔的有效承载面积eAnts19 3212 3 0 4 52 ( ) s i n ( ) 2 5 5 ( 1 0 8 1 1 ) s i n ( ) 7 . 9 7 1 0 m m22eA R l a 。。（ 15）计算轴承油膜刚度 J 361 301 2 ( 1 ) c o s 1 2 7 . 9 7 1 0 2 . 5 1 0 0 . 7 1 c o s 3 0J=( 2 1 ) 0 . 0 2 2 5 1 0 1 . 7 1 ( 2 1 . 7 1 1 )esAph 。 91 .5 8 1 0 /Nm （ 16）轴向推力轴承的结构尺寸轴肩半径： 4231 .6 1 7 61 .2 1 3 21 .4 1 5 4dddddd轴肩的厚度当 d 50 200mm 时， H。（ 0.1 0.2） d 11 22mm 取 H。 20mm 3.2.3 主轴带传动的设计计算为了有效地将电机产生的振动与主轴隔离，在电机与主轴之间采用带传动。因为带传动有很好的缓冲、减震和吸阵作用。不需要减速因此传动比选 1： 1。考虑传动的扭矩比较大且转速较高，选用多楔 v 带传动。多楔带又称为复合三角带，是一种新型的三角胶带，由于它综合了普通 V带和平胶带的优点，在机床主轴的传动中正在获得越来越广泛的应用。它与普通 V带相比较，且有下列优点： (1)传动功率大。由于多楔带和带轮的接触好，各工作面间的裁荷分布均匀，故多楔带的承裁能力高。 (2) 消除了多根胶带长短不齐的现象。多楔带振动小，发热少，运转平稳。 nts 20 (3)伸长率小，使用寿命高。 (4)运转速度高。由于多楔带的断面尺寸小，重量轻，强力层的耐曲挠性能好，适于以较小的带轮直径在高速下 (达 40 m/s)运转。多楔带的具体计算如下，参考机床主轴设计手册（零件设计）表5.2-26 （ 1）确定计算功率 jN KN 查表 5.2-5， K 1.2 1 . 2 1 8 . 5 2 2 . 2jN （ 2）选择多楔 v 带型号 1 6 0 0 9 7 0 / m i nnr 根据 jN 和 1n 查图 5.2 16，选 M 型多楔带。（ 3）确定带轮计算直径 1D 由表 5.2-20选带轮推荐直径 1D 180mm，由传动比 1 得 2D 1D 180mm （ 4）初定中心距 A。（中心距过大易振动，过小则寿命低） 2 0 1 23 ( )D A D D ，即 180 0A1080 考虑到结构需求，初选 0A 1000mm （ 5）求胶带计算长度 L 2210 1 20()2 ( ) 2 5 6 5 . 224DDL A D D m mA nts21 按表 5.2-18选最接近的长度为 L 2583mm (6) 计算准确中心距 2221128 ( ) , 2 ( )8a a D DA a L D D 得 2 2 5 8 3 3 6 0 4 0 3 5 . 6a ， A a/4=1008.9mm 带的中心距是可以调整的，考虑安装调整和补偿初拉力（如带伸长而松弛后的张紧）的需要，中心距的变动范围为 m i n 0 . 0 1 5 9 7 0 . 2A A L m m m a x 0 . 0 3 1 0 8 6 . 4A A L m m (7) 确定多楔带的齿数 Z 0 1 2iNZ N C C 查表 5.2-25得， iN 1.972Kw； 1C 1.00； 2C 1.00 则 Z 11.3，取 Z 12齿。多楔带的具体断面尺寸如下：齿距 t 9.5 H 1.67 h 9.6 h。 13.05 40 1 。（ 8）多楔带轮的基本尺寸外径 wD 2 1 8 0 2 3 . 5 5 1 7 2 . 9DC 宽度 ( 1 ) 2 1 1 9 . 5 2 1 0 1 2 4 . 5B Z t g ，取 B 125 带轮材料为 45 钢（ 9）多楔带的张紧装置带经过一定时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛，使初拉nts 22 力 F。降低。为了保证传动能力，应定检查初拉力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。具体张紧装置如周边磨头装配图中所示，将安装有带轮的电机安装在基座上，基座用螺栓固定在垂直滑板上，基座上的螺栓孔为长槽，可使基座相对于垂直滑板上下滑动。要调节带的张紧力时，松开基板上的各螺栓，旋动调节螺钉，将电机推到所需的位置，然后拧紧基座与垂直滑板的连接螺栓。 3.2.4 主轴端部卸荷带轮结构设计由于带的张紧力对主轴的刚性影响很大，因此在主轴端部设计了卸荷带轮结构，将带的拉力直接传递到主轴箱体上，而扭矩通过带轮端盖螺钉和键来传递到轴上，从而大大减小了主轴的径向力，提高了主轴的刚性。由于端盖螺栓以及键传递很大的扭矩，因此需校核其强度。（ 1）螺栓组联接设计计算采用圆周均布，螺栓数 Z=4，均布直径 d 180。螺栓仅受扭矩 T 295Nm，则每个螺栓所受的工作剪力为 /4F T r 819.4N；螺栓所需的预紧力 1 . 1 7 3 7 . 5 60090 . 1 5sp KFQNf 选择螺栓材料为 Q235，性能等级为 4.6的螺栓，查表得

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