丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计

盐城工学院毕业设计说明书 1 0 0 引言引言 制造业作为我国的支柱产业 在整个国民经济中占有举足轻重的地位 2000 年 制造产业占全国 GDP36 它是我国比较优势产业 是劳动密集及智力密集型产业 而制造业的主体和基础是机床行业 2002 年中国机床消费 55 亿美元 机床的进口 已超过 31 亿美元 一跃成为世界最大的消费国和全球最大的机床进口国 同时加 入 WTO 以后 全球经济贸易的一体化 这对我国制造业的要求不断提高 各种技术 壁垒已经阻碍了我国机床行业走向国际化 如何刷新今天的被动局面 积极的应对 挑战 抓住机遇 赢得发展的契机 成为机床行业普遍面临的问题 在国外 机床 改造已有较长的历史 美国旧机床买卖组织 MDMA Machine Dealers National Association 成立已有 50 年 由于各国的政治 经济 科学技术的差异 机床的 种类 性能 结构的繁杂多样 使机床的改造内涵更加丰富多彩 出现了机床的翻 修 改进 改装 改造 再生 再造 机床改造在汽车 机床 内燃机 航空等行 业广泛应用 并批量投入生产 一般认为 机床改造就是 利用最新的控制装置和进给系统使旧机床获得新生 再造 Remanufacturing 是一种较高的设备改造形式 国外称这种工程技术是把老 设备 重新回到图板 以进行再设计 再制造 再鉴定的工作过程 通过全面改造 设备主体结构和控制系统 引入最新技术 使机床达到现代化设计的新机床的水平 以满足现代生产率 精度 环静和技术标准 鉴于机床改造工艺技术水平要求较高 一般工厂用户自行改造 往往难于达到技术性能和经济效益 现代制造业的优化 除了信息化以外 还包括加工顺序的工艺优化 加工参数 切削刀具 热处理金属成型的优化设计制造 从而实现降低成本 高效益的运作 达到高标准 高规范的要求 本课题就是从培养我们的工程实践意识 经济意识 树立正确的生产观出发 并结合盐城市机床厂的多年实践总结 提出这种在原有丝杠车床基础上改造成光杆 键槽铣专机 此光杆键槽铣专机是专为铣光杠键槽的光杆类零件而用 并可铣各种 宽度的键槽 设计课题涉及到课题调研报告 资料的查询 阅读有关的资料摘录 并作心得 并加工收集的资料 然后深入盐城市机床厂生产一线向使用者 设计者学习 达到 充分了解所研究的产品的成本 生产效率 新的特殊用途 新的设计理念 以及产 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 2 品的市场竞争力 具体的了解企业的现有工况 机床的外形 进给箱的大致结构 找到企业存在的问题 并记录了如何有所改进 最后确定设计的进给系统 以及箱 体的结构图 并进行相关零件的选型计算 由于光杆键槽铣专机具有专业化 高效 化的功能 因此是主要实现从高效节能 噪声 环保无污染角度出发 利用原丝杆 车床的床脚 床身 床鞍 丝杆进行改装设计 速度的转换功能的实现 此种机床 的构造设计要求我们具备相当强的实践知识和经济意识工进与快退的功能 具体地 涉及到 动力装置 电机的选用 优化的配置企业内部现有各种资源 真正做到 资源最小化 提高产品精度 实现了经济效益最大化的要求 更好的服务于生产和 经济建设 盐城工学院毕业设计说明书 3 1 1 进给系统总体设计方案进给系统总体设计方案 总体设计方案包括根据课题的具体要求进行原动件的选择 传动装置和工作装置 具体的就是进行电动机的选型 箱体的加工方法选择 设计传动方案的设置比较 确 定进给系统的各种零部件的设计顺序及其设计的基本原则 主要有各个轴的结构设 计和强度校核 刚度校核 齿轮零件的传动方案设计 强度教核 以及精度设计 还要初步确定所选用的各种方案的有机结合 要具备相关性 1 11 1 机床外形结构机床外形结构 见图见图 1 1 主要用途是专为铣长键槽的光杠类零件而用并可铣各种宽度的键槽 图一 机床外形图 1 21 2 主要技术参数主要技术参数 原始数据原始数据 床身长 2600mm 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 4 丝杠螺距 12mm 丝杠直径 60mm 所加工的键槽宽 6 8mm 工进速度为 237mm min 快退速度为 2800mm min 铣刀转速 121r min 刀盘直径 80mm 主电机 1 1kw 91 0r min 进给电机 1 5kw 1400r min 1 31 3 设计方案的比较设计方案的比较 全部采用易于加工的直齿圆柱齿轮方案 方案 1 传动路线较简单 较平稳 具有制造方便 结构简单 成本低廉 并且采用电磁离合器很容易实现速度的切换 但存在的问题是整体结构不太紧凑 高度方向的尺寸较大 易安装调试其中带传动 承载能力低 但方案考虑到用在光杆键槽铣床工作载荷运动较为合适 齿轮传动是 比较高的 传动精度也是比较高的 使用寿命较长 但是要求润条件较高另外各个 齿轮在轴上的分布相对轴承均匀 载荷沿齿宽方向分布均匀 传动比 工进时 i 快退时 154321 iiiii n n w m 523 2iii n n i w m 方案 2 自拟方案 与方案 1 相比较结构较紧凑 更简单传动级数少 但很容易发生运动干涉现象 不易安装调试 且不易达到利用原有机床进行改造的目的 盐城工学院毕业设计说明书 5 综述可知 选择方案一较为合适 综合工艺较好 易与实现 达到合理分配各 级传动比 使整个进给系统的结构制造性能最优 从而使技术人员与工艺人员的有 机结合 1 41 4 进给系统结构的运动简图 进给系统结构的运动简图 铣刀进给运动路线为 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 6 工进 电动机 1 4KW 1400r min 皮带轮 3 4 1 轴 齿轮 5 6 电磁离合器 7 2 轴 齿轮 8 9 3 轴 齿轮 10 11 4 轴 齿轮 12 13 5 轴 齿轮 14 15 丝杠螺母副 16 17 带动拖板及铣刀 箱运动从而实现工作进给运动 快退 电动机 1 4KW 1400r min 皮带轮 3 4 1 轴 电磁离合器 18 3 轴 齿轮 12 13 5 轴 齿轮 14 15 丝杠螺母副 16 17 带动拖板及铣刀箱 运动从而实现铣刀快退运动 盐城工学院毕业设计说明书 7 2 2 电动机的选用电动机的选用 2 12 1 电动机选型电动机选型 作为机床的运动的动力和来源 它是机床中驱动各种运动的基础 具有结构简 单工作可靠 维护方便的优点 目前较为流行的直线驱动电机虽然其有较高的速度 和很高的加速度 较高的定位精度 不过本机选用旋转已满足要求 为了提高机床 的响应速度 电动机的选用带有电磁离合器 从而易于实现自动化的要求 满足工 厂的实际需要 选用电磁离合器很容易实现远距离的操控 为满足简化机床结构 提高齿轮箱体的传动刚度 加工精度 实现机床的高频响应动作方面的要求 最根 本的作用在原动机旋转不中断的情况下实现主动件与从动件分离 变速换向 定位 由于生产单位通常采用三相交流电源 故通常采用三相异步交流电动机 且具有具 有良好的启闭性能 2 22 2 其额定的功率选择其额定的功率选择 初选为 1 5 KW 转速选为 1400r min 工作轴的速度 nW 电动机容量的选择 正确选用电动机容量的原则是在能够胜任生产机械负载要求的 前提下 尽量选用容量小的电动机 工作装置所需功率 0 87kw w p 电动机的输出功率按下式计算 0 p k 式中为电动机轴至旋转支架的传动装置总效率 w p p 0 4 w 由式 查机械设计课程设计 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社 2 4321 1993 12 表 2 4 取滑块联轴器效率 0 98 8 级精度齿轮传动 油润滑 效率 1 0 95 滚动轴承效率 0 995 级精度齿轮传动 油润滑 效率 0 95 则 2 3 4 88 0 995 0 95 0 95 0 98 0 2 故kw p p w 02 1 98 0 1 0 因载荷平稳 且考虑到实际的工作需要 电动机的功率选为 1 5KW m p 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 8 2 32 3 确定电动机的转速确定电动机的转速 对额定功率相同的电机 额定转速越高 其体积越小 造价越低 但电机是用 来拖动机械的 而生产机械的转速一般是由生产过程的要求所决定的 电动机转速 越高 减速机构的传动比就得越大 因而使机械传动部分的结构复杂 增加其造价 和传动损耗 由于本设计需要经常启动 制动和反转的生产机械 根据经验应选用 转速高的电动机 转动支架相当于工作轴 其转速为r min 按表 2 1 推荐33 13 n 的各传动机构的传动比范围得 单级齿轮传动比范围 多级展开式圆柱齿轮53 1 i 减速机的传动比范围 则总传动比范围应为408 2 i2002440583 i r min 所以电动机的转速选用 1400r min 查246632033 1320024 nin 表可知选用 Y60L L 查 系列三相异步电机技术参数 2 42 4 电磁离合器的选用电磁离合器的选用 设计的进给系统采用了 个电磁离合器 很大程度上提高了其自动化的程度 很容易实现动作的切换 动作和停止 大大简化了主轴箱内部结构 关于离合器其 类型很多 有通电工作的 也有失电工作的 按其传递扭矩形式可分为摩擦式离合 器 牙嵌式离合器 磁粉式离合器以及转差式离合器 按其工作条件可分为湿式离 合器和干式离合器 按其电流馈入的方式可分为有滑环离合器和无滑环离合器 选择离合器的型号规格之前 我充分了解各种离合器的动作特性及其优缺点 在选择离合器过程中最重要的因素是扭矩 扭矩表示所传递的动力 假如摩擦片数 一定 则所传递扭矩大小和离合器有效半径相对应 但在实际上 速度 温度 摩 擦片的磨损情况 污染情况都影响工作扭矩等 在设计过程中 计算扭矩是工作载荷的惯性和运动载荷的惯性之和 用 T 表示 计算扭矩可用下式求出 13 2 308 mkg ttg VRSW tt NSKW T m L m r 式中 旋转组件的重量 r W K 旋转组件的回转半径 N 回转转速 S 工作安全系数 直线运动组件的重量 L W 盐城工学院毕业设计说明书 9 V 线性速度 R 变旋转运动为直线运动皮带轮的半径 g 9 8 t 机器启动所需时间 电磁离合器吸合时间 m t 但在实际工作中 很多设备的精确载荷难以计算 一般是根据输入动力确定所需 扭矩 11 975 mkg N PS T 式中 P 输入功率 S 工作安全系数 N 输入转数 从上式中看出 对扭矩影响最大的是安装离合器轴的回转转数 因此 一定动 力下 较高的转数对应低的扭矩 因此 在设计中尽可能将离合器装在传动链中转 速较高的位置 这通常要求离合器和电机同 在实际的工作中 可直接由输入轴传 递的扭拒确定 T 1 00275N mm 本设计中的主轴箱采用的是油润滑 所以选用的电 磁式离合器是湿式的 根据轴之间的相互关系 而且 轴的扭矩小于 轴的扭矩 经合理的论证分析后 选择在轴上的离合器为 DLY0 系列离合器 其型号为 DLY0 10 轴上的扭矩大于 轴 其型号可选为 DLMO 2 5 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 10 配作 配作 配作 配作 均布 均布 均布 均布 3 3 箱体结构的设计箱体结构的设计 箱体的结构设计 由于是单件生产 采用钢板旱接工艺较合理 由于进给箱内要按 装零件较多 所要求的机加工精度较高 箱体类零件结构的复杂性 箱体零件上各 个加工特征的加工组成了箱体零件的加工 因此各加工特征加工链的合理组合就构 成了整个零件的工艺路线 箱体的加工质量直接影响整个机器的运转状况 因为孔 作为轴的定位支撑 箱体孔同轴度要求 是评价箱体零件十分重要一项指标由于 箱体的尺寸较复杂 3 13 1 加工工艺加工工艺 标注尺寸时既要考虑到其焊接工艺 加工工艺 形状尺寸表明箱体的壁厚 长 宽 高孔径及其深度和宽度螺纹孔的尺寸 凸缘尺寸 圆角半径 加强筋的厚度 高度 曲线的曲率半径 槽的深度和宽度 各倾斜部分的斜度等 3 23 2 箱体尺寸确定 见下图 箱体尺寸确定 见下图 箱座底面至部分高度的偏差 加工剖分式箱体时 相对于基准的位置尺寸 如 孔的中心线 曲线的曲率中心位置 孔的轴线及斜度的起点等与相应基准间的距离 及夹角 这些尺寸最易遗漏 应特别注意 标注尺寸时所选的基准面 最好以加工 基准面作为基准 这样对加工和测量有利 盐城工学院毕业设计说明书 11 4 4 齿轮的设计计算齿轮的设计计算 4 14 1 设计原则设计原则 根据工况的实际需要 齿轮具有传动效率高的特点 工作可靠 寿命长 传 动比准确 结构紧凑等优点 故皆用直齿圆柱齿轮易于加工制造 齿轮的传动采 用闭式传动 这样更能保证良好的润滑和良好的啮合精度 而且由于齿轮的尺寸 有统一的计算模式 考虑到选用用计算机编程的方法处理较方便为防止齿轮失效 故选用合适的材料为 钢 保证齿根有足够的韧性 改善密封和润滑条件在油 中加入减磨添加济 保持油的清洁 提高齿面硬度 进而提高抗磨能力 且所有 的齿轮均采标准安装 化设计计算得程序 2 2 基本参数得计算基本参数得计算 根据机械原理的相关知识选择 当压力角增大 能使得轮齿的齿厚和接点处 的齿廓曲率半径增大 可以提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度 一般传动 的齿轮 压力角 航空用的齿轮传动 压力角 a 选用 由于本设计的 20 a 25 齿轮传动属于一般的传动 所以压力角采用 20 a 4 2 14 2 1 齿轮设计计算程序 用 编的简单的程序实现齿轮的基齿轮设计计算程序 用 编的简单的程序实现齿轮的基 本参数的电算化 本参数的电算化 设计的指导思想为 建立一个人机交互的界面 当用户输入齿轮的基本参数 模数 及齿数 或者通过选择来驱动程序 其基本的界面如下图所示 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 12 4 2 24 2 2 源程序代码程序清单代码为源程序代码程序清单代码为 Private Sub Command1 Click m CDbl Text1 Text z CDbl Text2 Text a 3 14 20 180 ha1 1 c1 0 25 d m z ha m ha1 hf ha1 c1 m da d 2 ha df d 2 hf p 3 14 m End Sub Private Sub Command2 Click 盐城工学院毕业设计说明书 13 Text1 Text Text2 Text Text3 Text Text4 Text Text5 Text Text6 Tex Text7 Text Text8 Text End Sub Private Sub Label3 Cl End Sub Text3 Text CStr d End Sub End Sub Private Sub Text4 Change Text4 Text CStr da End Sub Private Sub Text5 Change Text5 Text df End Sub Private Sub Text6 Change Text6 Text CStr ha End Sub Private Sub Text7 Change Text7 Text CStr hf End Private Sub Text8 Change Text8 Text CStr p 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 14 End Sub 运算的结果演示为 当在输入框输入齿轮的摸数和齿数 然后按 运行 按扭即可立 即显示结果 列如输入 时的运算结果 其余齿轮运算得结果 齿轮 齿轮 m 3 z 72 d 54mm da 60mm df 46 5mm ha 3 hf p 9 42mm s 4 71 齿轮 齿轮 m 3 z 35 d 105mm da 111mm df 97 5mm hf 3 75mm p 9 42mm s 4 71 齿轮 齿轮 m 3 z 26 d 78 da 84mm df 70 5mm ha 3 hf 3 75mm p 9 42mm s 4 71 盐城工学院毕业设计说明书 15 3 3 齿轮的传动设计齿轮的传动设计 4 3 14 3 1 设计的原则设计的原则 对于闭式传动的齿轮 因材料采用 属软齿面齿轮传动 其失效形式主要为 点蚀失效所以其设计的原则为 要按再按齿面接触疲劳强度设计 齿根弯曲疲劳强 度校核 齿轮传动是机械传动中最重要 应用最广泛的一种传动 其主要的优点是 传动效率高 工作可靠 寿命长 传动比准确 结构紧凑 其主要缺点是 制造精 度要求高 制造费用大 精度低时振动和噪声比较大 不适宜用于传动距离较大的 传动 齿轮传动分为开式和闭式齿轮传动 开式齿轮传动 齿轮完全外露 容易落 入灰砂和杂物 不能保证良好的润滑 所以轮齿容易磨损 多用于低速 不重要的 场合 闭式齿轮传动 其齿轮和轴承完全封闭在箱体内 能保证良好的润滑和较好 的啮合精度 应用广泛 本设计采用闭式齿轮传动 齿轮传动既要传动平稳 又要 承载能力强 寿命长 因此设计时应该从满足承载能力出发 选定合适的材料 确 定齿轮的几何尺寸 合理的结构和良好的工艺性 齿轮传动的失效主要是轮齿折断和齿面损伤 选择齿轮材料时 应使齿面有足 够的硬度和耐磨性 用以抵抗齿面磨损 点蚀 胶合及塑性变形 而且应有足够的 弯曲强度 以抵抗齿根折断 因此 对齿轮材料的基本要求是 齿面要硬 齿心要 韧 另外 齿轮材料还应有良好的加工和热处理工艺性 本设计根据齿轮的传动要 求特点和传动环境 材料选用 45 钢 其锻造毛坯经过常化 正火 或调质处理后切 齿即为成品 精度一般为 8 级 精切时可达 7 级 本设计选用这种齿轮的原因是这 种齿轮加工方便 成本低 生产效率高 常用于 一般要中速齿轮动 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 16 齿轮的选材 由于材料 材料的齿轮加工方便 成本低 生产的效率高 能满足 这种中载的要求 4 3 24 3 2 许用应力的计算许用应力的计算 1 设计结果 1 齿轮的材料 精度和齿数选择 因传递功率 不大 转速不高 并根据要求工作平稳 闭式传动材 料根据 机械设计 表 7 1 选取都采用 切制成 齿轮精度用 8 级 硬齿表面粗糙度为 Ra1 6 开式传动的齿轮 主要失效形式是齿面磨损而导 致的轮齿折断 考虑传动平稳性 齿数宜取多些 去 Z1 18 则 Z2 iZ1 4X18 72 2 设计计算 1 设计准则 按齿根弯曲疲劳强度设计 2 按齿面弯曲疲劳强度设计 由式 2 3 2 1 1 F F d F YY mZ KT S mmN n P T 3 1400 02 1 1055 9 1055 9 66 1 mmN 5 1058 1 由图 7 7 选取材料的弯曲疲劳极限应力为 MPa F 160 lim1 MPa F 120 lim2 应力循环次数 N 由式 7 3 计算 1030024 3 506060 1 natN 8 1017 2 则 781 2 1024 7 3 1017 2 N N 由图 7 9 查得弯曲疲劳寿命系数 1 1 N Y1 2 N Y 由表 7 2 查得弯曲疲劳安全系数 4 1 min F S 又 试选 0 2 ST Y3 1 t K 由式 7 2 求许用弯曲应力 4 1 2160 1 min lim1 1 N F STF F Y S Y MPa229 1 4 1 2120 2 min lim2 2 N F STF F Y S Y 材料均选 HT250 精度 8 级 齿面粗糙度 Ra1 6 Z1 18 Z2 72 mmNT 5 1 1007 1 MPa F 160 lim1 MPa F 120 lim2 8 1 1017 2 N 7 2 1024 7 N 1 1 N Y 1 2 N Y 4 1 min F S 0 2 ST Y 3 1 t K MPa F 229 1 盐城工学院毕业设计说明书 17 MPa171 又 2 1 3 1 2 1 1 1 1 FF d F YY mZ KT S 2 2 3 2 2 1 1 2 2 FF d F YY mZ KT S 由于设计的齿轮相对于轴承的布置是悬臂型的 所以查表 7 7 齿宽系数 6 0 d 由图 7 18 查得齿形系数 2 4 1 S F Y0 4 2 S F Y 取 7 0 Y 则 3 11 21 1 2 FD FS Z YYKT m 3 2 5 229356 0 7 02 41056 1 43 1 2 mm1 2 3 2 2 2 21 2 2 Fd FST Z YYK m 3 2 5 1711406 0 7 02 41056 1 43 1 2 mm9 0 根据表 7 6 模数系列 取 mmm3 MPa F 171 2 6 0 d 2 4 1 S F Y 0 4 2 S F Y 7 0 Y mmm3 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 18 4 4 齿轮的精度设计齿轮的精度设计 4 4 14 4 1 选择的原则选择的原则 由于该齿轮是铣床中主轴箱转速较高的齿轮 5 主要 要求是传动平稳精度 故首先考虑第 公差组的精度 等级 据圆周速度 又由于对噪声要求不高 因此可选定第 公差组的精度等级为 级 由于第 差组 比第 公差组低一级 选 级根据第 公差精度不低于第 公差组 故亦选为 级 所以最终选定的齿轮为 4 4 24 4 2 误差检验组的选择及其公差值得确定误差检验组的选择及其公差值得确定 该齿轮属中等精度 且为单件小批量生产量生产 采用便于批量测量的见检验组 查表 12 3 选定 组成检验方案 根据 i F w F f F 及 查表 12 13 表 12 14 表 12 15 可得公差 mmmzd54183 11 mmb12 1 值 第 公差组 63 40 i F m w Fm 第 公差组 20 i f m 第 公差组 11 F m 4 4 34 4 3 计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号 1 计算齿轮副的最小极限侧隙 由表 12 10 按喷油润滑和 v 3m s 查得 minn j mmmj nn 030 0 301 0 01 0 1 由式得 5 根据齿轮的材料 铸铁的线性膨胀系数为 sin 2 22112 ttajn 105 1 6 1 sm dn v 06 4 100060 盐城工学院毕业设计说明书 19 传动中心距 a 135mm mmmmj mm mmj n n 061 0 031 0 030 0 031 0 20sin1002080 5 111352 min 6 2 所以 2 确定齿厚极限偏差代号 1 齿厚上偏差 由式 9 22 2 2 1min cos2 104 2 tan n bbn nass Fffj fE 式中 由表 12 14 按 7 级查得 11 mFF 前面已查得 pb f 13 1pb f m mmd54 1 mfpb 16 2 216 2 mmd 由表 12 17 按 a 218 75mm 7 级精度查得 所以 mfa 27 20cos2 11104 2 1413119 20tan36 222 ss E m 56 m 由表 12 14 查得 则 mfpt 14 4 14 56 pt ss f E 由表 12 9 查得齿厚上偏差代号为 F 因此 mmmfE ptss 056 0 1021444 2 齿厚下偏差 由式可知 查表 12 13 8 级精度 22 tan2 rrns bFT 查表 12 11 所以 mFr 45 mmITbr 937426 1 926 1 mmTs 75934520tan2 22 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 20 由式得 131 mTEE ssssi 7556 m 4 9 14 131 pt si f E 由表 12 9 查得齿厚下偏差代号为 J 因此 mEET mfE sisss ptsi 8414056 224141010 至此 小齿轮的精度为 8 7 7FJ GB10095 88 4 4 44 4 4 确定齿胚公差及表面粗糙度确定齿胚公差及表面粗糙度 齿轮的材料 45 钢 mm n P Cd16 3 1400 98 0 47 1 1003 3 整取 d 30mm 就可满足强度要求 KwP94 0 98 0 995 0 95 0 1 2 其中 齿轮内孔是加工及安装的定位基准 对 7 级精度的齿轮 由表 12 18 查得 内孔尺寸公 差 IT7 内孔直径 30 mm 偏差按基孔制 H 选取 即孔 内孔的形状公差 021 0 0 30 按 7 级决定或包容原则 定位端面的端面圆跳动公差由表 12 19 查得为 0 018mm 齿轮圆只作为切齿加工的找正基准 不作为检验基准 故其公差选为 IT11 见表 12 19 的注 顶圆直径 偏差按基准轴 h 选取 即 mmmhdd aa 602312542 11 0 190 0 60 齿轮表面粗糙度按 7 级查表 12 20 各表面粗糙度 分别为 齿面 1 6 a R a Rm 内孔为 1 6 基准端面 3 2 齿根圆 6 3 a Rm a Rm a Rm 4 4 54 4 5 公法线平均长度极限偏差的换算公法线平均长度极限偏差的换算 公法线的公称长度 W 及其跨齿数 k 可从机械设计有关手册查得或按式 12 7 和 式 12 8 求得 盐城工学院毕业设计说明书 21 1 014 0 12476 1 zkmW mmmmW k 476 2218014 0 132476 1 3 45 0 9 35 则 其中 该齿轮为中模数齿轮 控制侧隙的指标易采用公法线平 均长度极限偏差 Wmi E 按换算式 12 20 式 Wms E 12 21 式 12 22 m FEE nrnssWms 7 6320sin4572 0 20cos56 sin72 0 cos m FEE nrnsiWmi 5 12020sin4572 0 20cos140 sin72 0cos m FTT nrnsWn 8 5620sin4544 1 20cos84 sin44 1 cos 根据以上方法可以求其余的大齿轮的精度为 1 FJ GB10095 88 确定齿轮的精度等级 见上图 由于该齿轮是传动装置中速度较低的齿轮 由于该设计需要传动平稳性的精度 故 首先考虑第 公差组精度等级 据圆周速度确定齿轮的精度等级 n 53 33 r min 则 smndv 24 0 60 0875 0 33 53 60 1 由表 12 6 表 12 7 可见 在 3m s 速度分段中 速度较低 噪声要求中等 因此 可选定第第 公差组为 7 级 由于该齿轮对传递运动的准确性要求不高 可比第 公差组精度降低一些 故第公差组选定为 8 级 动力齿轮对齿面载荷分布均匀性有 一定要求 第 公差组精度一般不低于第 公差组 故亦定为 7 级 所以最后选定小 齿轮精度为 8 7 7 其它结果参照图纸就可知 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 22 5 5 轴与花键轴的设计轴与花键轴的设计 5 15 1 轴的最小直径得计算轴的最小直径得计算 由于轴是组成机床进给系统的重要零件之一 可知 轴受到转矩作用 时 其强度条件为 10 3 6 2 0 1055 9 T d n P WT T T 写成设计公式 轴的直径为 16mm 33 6 2 0 1055 9 n P C nT P d 式中 T 轴所传递的扭矩 单位为 N mm WT 抗扭截面系数 单位为 mm C 由轴的材料和承载情况所确定的常数 查表 10 2 P 轴所传递的功率 单位为 Kw n 轴的转速 单位为 r min T 许用切应力 单位为 Mpa 查表 10 2 由表选取 C 106 P 取与刀具切削功率相等的值 即 P 2 04Kw 轴的转速 n 90r min 将数值代入公式 容易得到 mm 33 6 2 0 1055 9 n P C nT P d 16 3 1400 98 0 47 1 1103 因为轴上开有键槽 轴径应按计算值加大 3 计算 所以 d 29 9 1 3 30 4mm 圆整取值得 d 30mm 5 25 2 轴的结构分析及轴上零件的固定轴的结构分析及轴上零件的固定 为了便于轴上零件的装拆 常将轴做成阶梯形状 因在本设计中主轴只需传递 运动 且根据轴上所装的零件特点 可以将轴的主要部分做成等直径轴 但在装轴 承处的轴颈需要按照轴承标准配合进行选取 并且要求有较高的加工精度和表面粗 盐城工学院毕业设计说明书 23 糙度 轴上装齿轮处留有键槽 键槽的尺寸查表画出 轴的设计还必须考虑轴上零件的固定 齿轮用开槽锥端紧定螺钉和轴用钢丝挡 圈作轴向固定 开槽锥端紧定螺钉和轴用钢丝挡圈的尺寸按国标查出 用平键做圆 周方向上的固定 其尺寸按国标查表 轴承在轴向的固定通过箱体上的铸造结构代 替轴肩来实现 在圆周上的固定是靠内圈与轴之间的配合来实现 选择轴的材料 应该考虑下列因素 1 轴的强度 刚度以及耐磨性要求 2 热处 理的方法 3 材料来源 4 材料的加工工艺性 5 材料价格等 轴的材料常用的有碳素结构钢 合金结构钢和球墨铸铁 其中碳素结构钢 具有较好的综合力学性能 尤以 45 钢最为常用 本设计就是采用 45 钢 为了提 高其力学性能 通常进行调质处其主要的功能支撑回转类零件 齿轮 带轮 链轮 等 并传递运动和动力 轴的材料的选择 考虑到轴的强度要求和热处理的方法及材料的加工工艺价格 因素等 选用具有较好得力学性能的 初估轴的直径 设计轴时 往往先从粗略估算轴的直径开始 并以此作为设计依据 根据扭 转强度条件粗略计算轴的直径是常用的计算方法 设计时只考虑轴在转矩作用下 所受到的切应力 而采用降低许用应力的方法适当地考虑弯曲应力的影响 这种 方法可以作为主轴和不太重要的轴的最终强度计算方法 由材料力学可知 轴受到转矩作用时 其强度条件为 10 3 6 2 0 1055 9 T d n P WT T T 写成设计公式 轴的直径为 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 24 mm 1 33 6 2 0 1055 9 n P C nT P d 16 3 1400 98 0 47 1 1103 式中 T 轴所传递的扭矩 单位为 N mm WT 抗扭截面系数 单位为 mm C 由轴的材料和承载情况所确定的常数 查表 10 2 P 轴所传递的功率 单位为 Kw n 轴的转速 单位为 r min T 许用切应力 单位为 Mpa 查表 10 2 由表选取 C 1 P 取与铣刀切削功率相等的值 即 P Kw 轴的转速 n r min 将数值代入公式 得到 mmd16 498 47 1 110 因为轴上开有键槽 轴径应按计算值加大 3 计算 所以 d 29 9 1 3 30 4mm 圆整取值得 d 30mm 5 35 3 轴 花键轴 的结构分析及其上零件的固定安装轴 花键轴 的结构分析及其上零件的固定安装 为了轴上零件便于的装拆 常将轴做成阶梯形状 又因在该设计中各轴只需 作为传递运动而不用做传递动力传 且根据轴上所装的零件的结构特点 可以将 轴的主要部分做成等直径轴 但在装轴承处的轴颈需要按照轴承标准配合进行选 取 并且要求有较高的加工精度和表面粗糙度 轴上装齿轮处留有键槽 键槽的 尺寸查表画出 盐城工学院毕业设计说明书 25 轴的设计还必须考虑轴上零件的固定 齿轮用开槽锥端紧定螺钉和轴用弹性 挡圈作轴向固定 开槽锥端紧定螺钉和轴用弹性挡圈的尺寸根据手册查出查出 用平键做圆周方向上的固定 其尺寸按国标查表 轴承在轴向的固定通过箱体上 的铸造结构代替轴肩来实现 在圆周上的固定是靠内圈与轴之间的配合来实现 选择轴的材料 应该考虑下列因素 1 轴的强度 刚度以及耐磨性要求 2 热 处理的方法 3 材料来源 4 材料的加工工艺性 5 材料价格等 轴的材料常用的有碳素结构钢 合金结构钢和球墨铸铁 其中碳素结构钢 具有较好的综合力学性能 尤以 45 钢最为常用 本设计就是采用 45 钢 为了提 高其力学性能 通常进行调质处理或者正火处理 5 45 4 轴的强度校核轴的强度校核 轴的结构设计确定了轴的结构形状和尺寸 为了进行轴的强度计算 需要将轴 的实际受力情况简化成计算简图 即建立力学模型 1 齿轮传给轴的分散力 在一般计算中 简化为集中力 并作用在轮缘 宽度的中点 这种简化 一般偏于安全 2 作用在轴上的转矩 在一般的计算中 简化为从传动件轮毂的中点算 起的转矩 3 周的支承反力的作用点随轴承的类型和布置方式而异 简化后 将双 支点轴当作受集中力载荷的简支梁进行计算 具体的计算是根据轴的疲劳强度安全系数的较核计算 对于一些重要的轴 要 进行疲劳强度的计算 该方法考虑了影响疲劳强度的各个因素 如应力变化特征 应力集中 表面质量 尺寸等 因此 该方法是一种精确的方法 轴的疲劳强度的 校核计算 是对轴的危险剖面的疲劳强度安全系数进行的校核计算 危险剖面是指 发生破坏可能性最大的剖面 但是 在具体校核计算之前 有时很难确定哪个剖面 是危险剖面 因为影响轴的疲劳强度的因素很多 弯矩和转矩最大的剖面不一定就 是危险剖面 而弯矩和转矩不是最大的剖面 因其直径小 应力集中严重 却有可 能是危险剖面 在计算前无法准确确定危险剖面的情况下 就必须对可能的危险剖 面都进行校核 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 26 校核危险剖面疲劳强度安全系数的公式为 1 S SS SS s 22 其中在弯矩作用下和在转矩的作用下的安全系数分别为 m ma K S K S 1 1 见表许用疲劳强度安全系数 至表表面质量系数 见附表 弯曲 扭剪的应力幅 弯曲 扭剪的平均应力 数 见表折算为应力幅的等效系弯曲 扭剪时平均应力 寸系数 见附表弯曲 扭剪时的绝对尺 至表中系数 见附表弯曲 扭剪时的有效集 限 见表料的弯曲 扭剪疲劳极对称循环应力时试件材 数 只考虑转矩时的安全系 数 只考虑弯矩时的安全系 计算安全系数 610 710510 110 410 310110 110 11 S KK S S S aa mm 下面对具体的矩形花键轴轴进行强度校核 根据设计的要求属静联接即 p m Zhld T p a mp 7 833 281318750 140076 p 盐城工学院毕业设计说明书 27 1 画出轴的受力简图 并进行轮齿受力计算 t F 1 1 2 d T aFF tr tan 式中 位为 为分度圆的压力角 单啮合角 标准齿轮传动 直径 单位为标准齿轮传动为分度圆 为齿轮传递的扭矩 单位 a mmd mmNT 1 1 所以 NFt3373 318 1002752 NFr67 122720tan3373 4 画出弯矩图 f 转矩mmNT 91071 2 3183373 5 由表 10 1 查得 MPaMPa bb 100 60 01 6 0 100 60 0 1 b b a 在aa 截面左侧 3 2 3 2 3 3 2636 302 3 330 258 301 0 2 1 0mm d tdbl dW MPa W aTM e 7 16 22 在左侧bb 333 2700301 01 0mmdW 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 28 32 309398 102 28 mmN l MM ab MPa W aTM e 3 16 22 6 轴的疲劳强度安全系数校核 由表 10 1 查得 MPaMPaMPa B 155 300 650 11 1 0 2 0 在截面左侧 3 2 3 5086 2 2 0mm d tdbt dWT 由附表 10 1 查得63 1 1 KK 由附表 10 4 查得绝对尺寸系数轴经过磨削加工 有附表查得表面76 0 81 0 质量系数 则 1 弯曲应力MPa W M b 1 16 26363 426467 应力幅MPa ba 1 16 平均应力0 m 切应力 MPa W T T T 24 19 2700 5 186952 MPa T ma 62 9 2 安全系数09 15 1 16 81 0 1 1 300 1 ma K S 盐城工学院毕业设计说明书 29 18 7 62 9 1 062 9 76 0 1 63 1 155 1 m K S 48 6 18 7 09 15 18 7 09 15 2222 SS SS S 由表 10 6 查得许用安全系数 显然此截面是安全的 5 13 1 S 在截面的右侧 抗弯截面系数 333 2700301 01 0mmdW 抗扭截面系数 333 5400302 02 0mmdWt 由 所以弯曲应力mmNMb 20576MPa W Mb b 329 2700 20576 0 329 mba MPa 切应力 MPa W T T T 6 18 5400 100476 MPa T m 3 9 2 查简明机械设计手册手册得过盈配合引起的有效应力集中系数63 2 K 又89 1 K1 0 2 0 176 0 81 0 以及 即 06 8 46 11 181 0 63 2 300 1 m K S 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 30 57 2 3 171 0 3 17 76 0 1 89 1 155 1 m K S 截面右侧椒是安全的45 2 57 2 06 8 57 2 06 8 2222 SS SS S 在截面左侧 333 5400302 02 0mmdWT 截面左右侧的弯矩和扭距相同 弯曲应力MPa W Mb b 4 11 5400 8 30 0 4 11 mba MPa 切应力MPa W T T T 60 18 5400 1004765 MPa T ma 3 9 2 查得圆角引起的有效应力集中系数36 1 48 1 KK 得绝对尺寸系数 2 0 178 0 83 0 又1 0 则76 14 4 11 83 0 1 48 1 300 1 m K S 45 5 3 171 0 3 17 78 0 1 36 1 55 1 1 m K S 盐城工学院毕业设计说明书 31 11 5 45 5 76 14 45 5 76 14 22 2 2 SS SS S 显然在此截面的左侧安全 以上的计算表明 轴的弯扭合成强度和疲劳强度均是足够的 轴的强度校核还应该考虑键槽处的强度 根据公式 5 2 2 pp dlk T lk d T 式中 下面进行具体的校核 MPa p 46 64 8 825 30 2100476 200MPa 100810范围为查得由表 pp 经过计算 显然花键与键槽处的强度满足要求 5 55 5 轴的刚度校核轴的刚度校核 机床在切削加工过程中 主轴的负荷较重 而允许的变形又很小 因此决定主 轴结构尺寸的主要尺寸是它的变形大小 对于普通机床的主轴 一般只进行刚度的 验算 通常能满足刚度要求的主轴 也能满足强度要求 以弯曲变形为主的机床主轴 如车床 铣床 需要进行弯曲刚度校核 以扭转 变形为主的机床主轴 如钻床 需要进行扭转刚度计算 当前主轴组件刚度计算的方法很多 而且属于近似的计算 刚度的允许值也做 规定 考虑动态因素的计算方法 如根据不产生切削振颤条件来确定主轴组件刚度 计算较为复杂 对于本设计 仍然采用静态计算法 计算的过程大大简化 而且与 实际相比较 误差不是很大 在允许的范围之内 主轴组件的弯曲刚度的计算内容 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 32 主要有两项 其一 计算主轴前支承处的变形转角 是否满足轴承正常工作的要求 其二 计算主轴悬伸处的变形位移 y 是否满足加工精度的要求 1 主轴前支承处转角的校核 机床粗加工时 主轴的变形最大 主轴前支承处的转角有可能超过允许值 所 以应该校核此处的转角 因为主轴后支承处的变形转角一般较小 可以不计算 1 1 5 0 1 3 1 1 5 0 3 1 2 ML L c QbcLF EI MLLM L c QbcLF EI a Aa 式中 F 主轴传递全功率时 作用与主轴端部的当量切削力 N Q 主轴传递全功率时 作用与主轴上的传动力 N M 轴向切削力引起的力偶矩 N cm 若轴向切削力较小 如车床 磨 床 主轴前支承的反力矩 N cm A M 支承的反力矩系数 a 主轴悬伸量 cm L b c 主轴有关尺寸 cm E 主轴材料的弹性模量 MPa 钢材 MPaE 7 102 I 主轴支承段的惯性矩 4 cm 64 44 dDI D 主轴当量外径 cm 初步计算时 取为前后轴颈的平均值 盐城工学院毕业设计说明书 33 d 主轴孔径 cm 对于本设计 作用力不在同一平面内 因此要将力投影在两个相互垂直的平面内 如 x x y y 平面 然后按照上述公式进行计算 求出各平面内的主轴前支承处转 角 最后用下式进行计算 从而求出前支承处的总转角 yx 22 yx 对于 x 方向 5763MPaE 7 102 64 44 dDI 4 35 64 4 mm NFa7902 NQ3561 mmL170 mmcb85 4 186954mmNM 将以知数值代如公式 经计算得到mma60 rad x 00078 0 对于 y 方向 73624MPaE 7 102 64 44 dDI 4 35 64 4 mm NFa7902 NQ1192 4 186954mmNM mmL200 将以知数值代如公式 经计算得到mmcb85 mma60 rad y 00042 0 所以总的转角rad yx 0005 0 00042 0 00078 0 22 22 得到的转角不应大于允许值根据上面的计算结果可知 轴的刚 001 0 rad 度满足要求 丝杠车床改光杠键槽铣专机进给系统设计 34 6 6 轴承的设计和润滑轴承的设计和润滑 本机床均采用深沟球轴承 具有摩擦阻力小 效率高 启动容易 润滑简便 的优点 其中在几个齿轮上为结构的需要 进行轴承内外圈的轴向固定要装上止 动垫圈 经实际的需要和实际的受力分析校核所选的轴承达到其寿命的要求 分配箱中的轴承常用分配箱内用于润滑齿轮的油来润滑 分配箱中只要有 一个浸油齿轮的圆周速度 1 5 2m s 就可以采用飞溅润滑 此时 飞溅的油可 以形成油雾并能直接进入轴承室 有时由于圆周速度尚不够大或油的粘度较大 不容易形成油雾 此时为使润滑可靠 常常在箱座的结合面上制造出输油沟 让溅到箱盖内壁上的油汇集在油沟内 而后流入轴承室进行润滑 对于本设计 油的粘度完全可以满足飞溅润滑 能够达到减小摩擦和磨损同时起到了散热 吸振 降低噪声和防锈作用 盐城工学院毕业设计说明书 35 7 7 结论结论 所阐述的利用原车床进行改光杠键槽铣专机 首先具备它的工程背景 尤其是目 前机械行业整体进行设备更新 大批的陈旧机床面临淘汰 但这对于中小型企业由 于其经济实力还很难承受 因此进行对原有的旧的机床进行改造是比较好的过渡 这样就有效的整合了企业内部的有限资源 来达到低成本的运作 经改造成的光杠 键槽铣专机 大大提高了其专业化程度 提高了产品的精度和质量 可以节约企业 的成本缩短产品的设计开发周期 提高设计的质量 进而带来可观的社会经济效益 符合当前的机械行业 处于市场经济的背景下 具有广阔的市场前景 和很强的现 实指导意义 但是它要求技术人员要有相当实践经验和十分熟悉床子的结构特点 改装产品的性能要求 从一定意义上对技术工人和设计人员具有较高的要求 而且 这种改装设计无相同的模板来参照具有探索性和挑战性 要求设计人员必