龙骨组合钻设计-机架部分

目 录设计任务书21组合钻整体方案设计31.1 整体结构设计31.2 机架结构设计42机架运动设计72.1机架导轨72.2驱动机构设计92.3机架运动防逆转设计113电机选择143.1电机类型选择143.2电机型号确定144塔轮设计155轴承选择及校核165.1轴承型号确定165.2轴承强度校核176设计小结18参考文献19设计任务书1.课程设计题目：幕墙龙骨组合钻的设计根据安装要求，龙骨通常设计有尺寸相同的一系列孔，为了提高龙骨钻孔的效率和精度，拟设计一台龙骨组合钻。要求：1）龙骨尺寸：200*80*3000；2）孔径3-12；3）保证钻削时钻头轴向移动最大范围为150；4）保证钻削时各个钻头在一条直线内，直线度误差为0.5；钻头旋转中心水平距离可具备加工孔隙中心距大小进行调整，可调整距离为10040；5）在保证加工质量的情况下，龙骨连同工作台可在一个水平面的范围内移动，最大调整范围为60；2.课程设计需要提交的材料：1）纸质设计说明书1套，2D工程图纸2张，其中，装配图1张吧，主要零件1张；工程图和设计说明书装订在一起；2）光盘1张（三维造型，答辩ppt，设计说明书doc，工程图纸装配图，主要零件图等电子文档）；3）以上装入档案袋中，档案袋有姓名、学号、班级及内部明细表。光盘写上姓名、班级和学号。1组合钻整体方案设计1.1 整体结构设计幕墙龙骨所要加工的系列孔，通常情况下孔径大小相同，且都在同一平面的同一直线上，所要求的运动和一般钻床相当。传动链为，电动机通过变速机构，将所需运动传到主轴，带动钻头旋转产生主运动，主轴有套筒可调整钻头上下位置形成进给，完成钻孔。整体结构，要求为三个钻头，钻头之间距离可调。到实训中心查看过几台钻床，有结构小、但加工能力较低的台钻，也有调节范围广、但结构稍显庞大的摇臂钻床。台式钻床，是一种体积小巧，操作简便，通常安装在专用工作台上使用的小型孔加工机床。台式钻床钻孔直径一般在13毫米以下，最大不超过16毫米。其主轴变速一般通过改变三角带在塔型带轮上的位置来实现，主轴进给靠手动操作。虽然满足了最大加工也的要求，但由于工作台可能满足不了长条的龙骨的移动和夹紧。摇臂钻床,摇臂可绕立柱回转和升降，通常主轴箱在摇臂上作水平移动。摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。而我们所要设计的，最大加工孔仅为12mm，摇臂型显然太过奢侈。立式钻床，主轴竖直布置且中心位置固定的钻床,简称立钻。常用于机械制造和修配工厂加工中、小型工件的孔。加工前，须先调整工件在工作台上的位置，使被加工孔中心线对准刀具轴线。加工时，工件固定不动，主轴在套筒中旋转并与套筒一起作轴向进给。工作台和主轴箱可沿立柱导轨调整位置，以适应不同高度的工件。立钻有方柱立钻和圆柱立钻两种，还有排式、多轴坐标和转塔等多种变型。排式钻床：一般由26个立柱和主轴箱排列在一个公用底座上，各主轴顺次加工同一工件上的不同孔或分别进行各种孔加工工序，可节省更换刀具的时间，用于中小批量生产。多轴立式钻床：机床的多个主轴可根据加工需要调整轴心位置，由主轴箱带动全部主轴转动,进行多孔同时加工，用于成批生产。坐标立式钻床：在方柱立钻上加可纵、横移动的十字工作台而成，可按坐标尺寸进行钻削。转塔立式钻床：多采用程序控制或数字控制，使装有不同刀具的转塔头自动转位、主轴自动改变转速和进给量,工件自动调整位置，实现多工序加工的自动化循环。综合以上几种钻床，我们选择了立式中的排式钻床和多轴立式钻床作为我们的设计参考。考虑用3个立柱和主轴箱，共用一个公共底座作为夹紧机构的平台。主轴箱固定在立柱上，通过调整立柱间距，达到调整加工孔间距的目的。1.2 机架结构设计1.2.1机架设计步骤1）初步确定机架的尺寸和大小。根据设计准则和一般要求，初步确定机架结构的形状和尺寸，以保证其外部零件能正常运转。2）根据机架的制造数量、结构形状和尺寸大小，初定制造工艺。例如非标准设备单件的机架、机座，可采用焊接代替铸造。3) 分析荷载情况，荷载包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运载的动荷载等。对于高架结构，还要考虑风荷载、雪荷载和地震荷载。4) 确定结构的形式，例如采用桁架结构还是板结构等。在参考有关资料，确定结构的主要参数（即高宽、板厚与材料等）。5) 画出结构简图。6) 参照类似设备的有关规范、规程，确定本机架所允许的挠度和应力。7) 进行计算，确定尺寸。8) 有必要时，进行详细计算并校核或做模型试验，对设计进行修改，确定最终尺寸。1.2.2机架结构方案机架形式有如下几种形式，如图1：图1查询了相关资料，参考钻床机架常用形式，并结合本次组合钻的要求，根据设计准则和一般要求，选择板块式。根据机架形式，构思几种具体安装方法。方案一：图2一只摇臂上安装三个主轴箱，摇臂通过套筒和一只立柱连接。主轴箱由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成，安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。但这样会带来问题，使得立柱必须有足够的强度和刚度来保证整体稳定性，电动机的电源线也长了，可能会造成加工过程中的干扰。方案二：图3采用类似三钻床并列的形式。该方案“一柱一臂”的设计方案，即利用一根立柱衍生出一根悬臂梁，同时在底座上放上三根立柱。其中立柱与底座作滑动连接，用来调节钻头间的间距；悬臂梁在立柱上下移动且成正交状态的方法来达到三个钻头独立工作的目的。不用单个地去考虑三个主轴箱的的移动和夹紧。直接采用台钻小巧的主轴箱安装形式，三只立柱可以用一个导轨来实现钻头之间的距离调整。这样一来，动力头的设计只需满足加工孔时的轴向进给即可。而机架设计，除了要使动力头所在部位能上下移动，还必须保证安装的电机位置可调。工作台的设计，除了龙骨的夹紧装置，还得设计立柱的的移动方式和夹紧方式。悬臂梁在立柱上下移动且成偏置状态的方法来达到三个钻头独立工作的目的。1.2.3各方案的分析与比较两个方案各有优缺点，方案一的优点是钻头间移动方便，不繁琐；缺点是三根悬臂梁挂于一根立柱上，立柱刚度不够。针对这一现象采用方案二“一柱一臂”的方案，为避免在机架臂进行上下位移时，立柱与皮带产生干涉，采用立柱与悬臂成偏置状态的方法。最终我们选择了方案二。通过旋转手轮，驱动齿轮齿条转动，其中齿条固定，齿轮转动同时可以带动机架臂上下移动。再设计棘轮装置来防止齿轮逆转。电机安装的部位，再设计一个夹紧机构来实现夹紧，以保证电机固定。2机架运动设计2.1机架导轨2.1.1导轨形式机架要满足加工不同截面高度的龙骨型材，必须设计为上下方向上可以移动。由于机架的特殊性，故采用滚动导轨。与普通导轨相比，滚动导轨有下列优势：a）运动灵敏度高，牵引力小，移动方便，没有爬行现象。b）定位精度高。c）磨损小，精度保持好。d）润滑系统简单，维修方便。可用油脂润滑，维修时只需更换滚动体。滚动导轨形式有：滚珠导轨、滚柱导轨、滚针导轨。在老师的指导下，经过讨论，我们采用滚珠导轨。具体方式如下图：图4立柱导轨面为两侧对称，立柱导轨面上切槽用来放置滚珠，外面再用v形块来形成可动导轨，再用一柱套包住，柱套和机架共体，由此可形成机架和立柱的上下方向的位置调整。为了保证滚动的平稳，用几排滚珠堆砌形成一个平面就可以了。2.1.2导轨的预紧预紧可以提高滚动导轨的刚度，一般来说有预紧的滚动导轨比没有预紧的导轨，刚度可以提高3倍以上。预紧办法可以采用过盈配合的方法，但如果过盈量大了会导致刚度下降，牵引力增加，过盈量小了又达不到预紧的目的。我们采用最简单的调节螺钉的办法进行预紧。即在一侧的v形块外面（比如左侧），用螺钉来调整v形块与立柱的间距，非常方便。2.1.3机架的固定当机架调整到所需要的合适位置后，还必须考虑它的固定问题。我们没有另外设计自锁装置，而优先考虑用螺栓连接来使它固定下来。在立柱前端面上开有T形槽，机架外面再用螺母拧紧。为了保证良好的固定和机架不倾斜，用两到三个螺栓连接即可。2.2驱动机构设计2.2.1驱动机构选择机架导轨用滚珠和v形块实现外，还必需有驱动机构。有以下几种方式：1.蜗轮蜗杆传动，特点是传动比大，冲击载荷小，传动平稳，噪声低，当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，有自锁性，但此时传动效率低，而且蜗轮蜗杆机构成本较高。2.丝杠螺母传动，它主要用来将旋转运动转换成直线运动或相反过来。有滑动、滚动之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但摩擦阻力大、效率低；滚珠丝杠螺母机构结构复杂、制造成本高，而且不能自锁。3.齿轮齿条传动，齿轮传动的效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比准确。综合考虑过后，选择齿轮齿条机构。图52.2.2结构计算及校核根据载荷初选模数。因为不是常规齿轮传动设计，公式依据不能完全依照减速器设计来做，但一些基本公式可以应用。(1)按齿根弯曲疲劳强度设计，引用参考4 式（10-5）：m32KT1dz2YFaYSaF各参数取值如下：查表10-2, KA=1.00；查图10-8，KV=1.0；查表10-3，K=1.2；查表10-4，K=1.1K=KAKVKK=111.21.1=1.32T1为作用在齿轮啮合处的转（扭）矩。可以用机架重力与重力中心到作用点的距离乘积来估计，此时的力矩为最大力矩。T1=1.15103N70mm=0.805105Nmmd=0.4；Z取30；查表10-5，YSa=1.625，YFa=2.52查图10-20（c），F=550Mpa则有：m321.320.8051050.43021.6252.52550=1.638取m=2（2按齿面接触疲劳强度校核,式（10-8a）:H=2.5ZEKF1bd1u1uH查表10-6，ZE=188.9MPa12；认为u1u1则有：H=2.5188.91.321.1510324601=484.9MPammin，故满足弯曲强度。按齿面挤压强度校核mmin=31.62TZmqmmq：许用单位线压力（N/min），400 N/min。则： mmin=31.6210164400=0.883mmm=2.5mmmmin，满足齿面挤压强度。3电机选择3.1电机类型选择Y系列电动机为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体场所。适用于电源电压为380V无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、运输机等。综合龙骨加工环境各方面要求，故选用Y系列三相异步电动机作为该组合钻的动力源。3.2电机型号确定本设计所要钻的孔，最大直径为12mm，最小直径为3mm，根据公式：n=vc1000dn为转速，r/min;vc为切削速度，m/min;d为孔直径，mm。材料为铝合金龙骨，钻头为硬质合金麻花钻，vc取30m/min。由此算得转速范围为796r/min3183r/min。参照参考7表7-59，并依据参考8表16-1选择型号：Y801-4参数：额定功率为0.55kW，同步转速为1500r/min，满载转速为1390r/min。3.3电机安装设计由于要求可调速，以适应加工不同大小孔所需的钻头转速，所以必须设计电机位置可调，且调好之后还得夹紧和固定。位置可调节，我们选择用滑动导轨来实现。夹紧和固定，可以用斜楔夹紧机构来实现。电机通过螺栓和电机安装板完成固定，为了调整电机位置而设置为可移动的安装板通过导轨连接在机架臂上。当拧紧图中螺钉时，楔块最终把安装板推紧。 图74塔轮设计塔轮传动是一种有级变束速的带传动，变速级数一般为3 5级。为便于制造，通常是设计为主、从动塔轮完全相同。本设计为3级变速。需要有三个直径值。1.确定计算功率 由参考4表8-7，查得工作情况系数KA =1.2，故Pca=KAP=1.20.55kw=0.66kw2.选择V带的带型根据Pca、nmin，由图8-10选用Z型。3.第一级主从动轮直径的确定参照参考4表14.1-18，选取dmin=50mm，dmax=i1dmin=2.850mm=140mm4.选定轴间距及带长确定根据所设计钻床的结构，选取轴间距为350mm，满足式（8-20）Ld02a0a+2(dmin+ dmax)+（dmax- dmin）24a0=2350+2(50+140)+(140-50)24350mm=1004mm由表8-2，选带的基准长度L=1000mm，则实际轴间距为：aaaa0+Ld-Ld02=350+1000-10042=348mm由amin=a-0.015Ldamax=a+0.03Ld,中心距范围为333mm378mm。5.中间轮直径确定dm=dmini1+1i2+1=502.8+11+1mm=95mm5轴承选择及校核5.1轴承型号确定对于支撑齿轮、轴的轴承选择，有滑动轴承、滚动轴承两个大类。滑动轴承可用在工作转速特高、特大冲击与振动，以及需在水勤或腐蚀性介质中工作场合。而滚动轴承由于摩擦系数小，起动阻力小，而且已经标准化，故而我们选取滚动轴承。轴承受到所支撑的轴及其齿轮纯径向的载荷，属于较轻或中等载荷；另外，所支撑的轴并不是经常旋转，只是在需要改变机架上下位置时才转动，并且转速极低，综上所述，我们选择深沟球轴承。受制于齿轮的大小，以及机架的壁厚，初步确定选取深沟球轴承代号为61804。5.2轴承强度校核强度校核，对于在工作载荷下基本上不旋转，或慢慢摆动以及转速极低的轴承，其失效形式不再是点腐蚀，而是滚动接触面上的接触应力过大，从而使材料引起不允许的塑性变形。故需要进行静载荷强度校核计算。校核公式为：C0S0P0C0，基本额定静载荷；S0，静强度安全系数，查参考4表13-8，取值为0.5；P0，当量静载荷。P0=X0Fr+Y0FaFr为轴承上作用的径向载荷，Fa为轴向载荷；X0、Y0分别为径向载荷系数、轴向载荷系数。由于轴承只承受轴向载荷，最大载荷可用机架重力来估取。故P0=Fr=1.15KN，则有：S0P0=0.51.15KN=0.575KNC0=2.2KN故所选择的轴承满足强度要求，可以使用。6设计小结我们的工作不算成功，但终于是似乎可以交出东西了。我承认自己在这次专业课程设计中做得不好，好多东西不是说想做好就