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CK6140数控车床主轴结构设计【7.5KW 41.5 4000 无级变速】.doc
CK6140数控车床主轴结构设计【7.5KW 41.5 4000 无级变速 含CAD图纸）】
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ck6140
数控车床
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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396设计说明书题目CK6140数控车床主轴结构设计学院（系）XXXXXXX年级专业XXXXXXX学号XXXXXXX学生姓名XXXX指导教师XXXXXXXX下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396目录第1章概述111设计要求1第2章主传动的设计221计算转速的确定222变频调速电机的选择223转速图的拟定2231传动比的计算2232参数确定2233主轴箱传动机构简图3234转速图拟定324传动轴的估算325主轴轴颈的确定526主轴最佳跨距的选择527齿轮模数的估算628同步带传动的设计829滚动轴承的选择10210主要传动件的验算102101齿轮模数的验算102102传动轴刚度的验算142103滚动轴承的验算15总结16参考文献17下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页1第一章概述11设计要求机床类型数控车床主传动设计要求满载功率75KW，最高转速4000RPM,最低转速415RPM变速要求无级变速进给传动系统设计要求伺服控制，行程1200MM，最低速度0001MM/R，最高速度05MM/R，最大载荷4500N，精度3M下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页2下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页3第二章主传动的设计21计算转速的确定机床主轴的变速范围，且4000RPM,415RPM所以96384015根据机床的主轴计算转速计算公式得034151634RPM0396822变频调速电机的选择为了简化变速箱及其自动操纵机构，希望用双速变速箱，现取Z2。为了提高电机效率，应尽量使。MINI低高假设所选电机最高转速为4500RPM，额定转速为1500RPM，则有，得，140895I21450634II2018I。取机床总效率098098096，则26398RPMIKW。电动机在1500RPM时的输出功率为70KW，现取过载系数K128，则电机功率为MIN152498P下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页4。0MIN132461PKKW可选用上海德驱驰电气有限公司的UABP160L450185型号交流主轴电动机，额定功率为185KW，最高转速为4500RPM，同步转速为1500RPM，调频范围为5150HZ,基频为50HZ。选配变频器型号DRS3000V4T0150C，售价1380元人民币。23转速图的拟定231传动比的计算设电机轴与中间轴通过齿轮定比传动，取其传动比为067，0I则，。1089367I201876I232参数确定第一级变速选用同步齿形带传动，两级变速组采用齿轮传动。选133的齿轮副为70/511I选027的齿轮副为26/952233主轴箱传动机构简图234转速图拟定下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页524传动轴的估算传动轴除应满足强度要求外，还满足刚度要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷较大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下不至于产生过大的变形。如果刚度不够，轴上的零件由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效，因此，必须保证传动轴有足够的刚度。计算转速是传动件传递全部功率的最低转速，各个传动轴上的计算JN转速可以从转速图直接得出。主轴163R/MIN2J中间轴595R/MIN1JN电机轴893R/MIN0J各轴功率和扭矩计算已知一级齿轮传动效率为098，则有电机轴功率/893185/150011KW0PJN额额下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页6中间轴功率09811098108KW1P0主轴功率098108098106KW2电机轴扭矩9550/955011/893118105NMM0T0JN中间轴扭矩9550/9550108/595173105NMM11PJ主轴扭矩；9550/9550106/163621105NMM22J表21各轴计算转速、功率、扭矩轴电机轴中间轴主轴计算转速（R/MIN）893595163功率KW11108106扭矩NM118173621按扭转刚度估算轴的直径（MM）416NTD式中传动轴直径（MM）D该轴传递的额定扭矩（NMM）NT该轴每米长度允许的扭转角（DEG/M），一般传动轴取051。电机轴取08DEG/MMM44518016321NTD查阅电机轴轴颈为48MM，满足要求。中间轴取08DEG/MMM44517301648NTD圆整取D140MM下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页725主轴轴颈的确定为了保证机床工作的精度，主轴尺寸一般都是根据其刚度要求决定的。故主轴前轴颈的尺寸按统计数据确定。查阅相关资料主轴前轴颈D1150MM，主轴的后轴颈一般推荐为D1的07085倍，取D208D108150120MM。表22各轴估算直径轴电机轴中间轴主轴前轴颈主轴后轴颈主轴内孔直径（MM）4840100803226主轴最佳跨距的选择、由前轴颈取100MM，后轴颈取80MM，选前轴承为NN3022K型和12234422型，后轴承为NN3018K型。选主轴锥度号为45的轴头，根据结构，定悬伸长度A120MM。、求轴承刚度电机输出额定功率185KW时，主轴转速为260R/MIN，则主轴最大输出转矩1859500396PTNMN床身上最大加工直径约为最大回转直径的60，即240MM，故半径为012M。切削力18320CF背向力546PCN故总作用力为21098P该力作用于顶在顶尖间的工件上，主轴和尾架各承受一半，故主轴端受力为F/250493N。在估算时，先假定初值L/A3,L3120360MM。前后支承的支反力和分别为27003600N24201404202700900N2140420轴向力2755N根据金属切削机床式（105）、（106）可求出前、后轴承刚度轴承NN3022K径向刚度2070N/M下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页8轴承NN3018K径向刚度15303N/M轴承234422轴向刚度833N/M、求最佳跨距135207015303初步计算时，可假设主轴的当量外径为前、后轴承颈的平均值，（10080）MM/290MM。故惯性矩为I005（）497301400274108401843211011497310820700143106查金属切削机床图（1024）主轴最佳跨距计算线图，/A17。可0根据/A2再计算支反力和支撑刚度，求最佳跨距，经过进一步的迭代过0程，最终取得最佳跨距为L300MM。27齿轮模数的估算一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算（MM）32168DJMJJUNZN式中按接触疲劳强度计算的齿轮模数（MM）；JM齿轮传递的功率（KW）；DN小齿轮的计算转速（R/MIN）；JN大齿轮齿数与小齿轮齿数之比；U小齿轮齿数；1Z齿宽系数，B/M，610；MM许用接触应力（MPA）。J齿轮材料及热处理的选择电机轴、传动轴上齿轮下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页9Z44、66、70、26，20CR渗碳、淬火、低温回火，HRC5662主轴上齿轮Z51、95,20CR渗碳、高频淬火、低温回火，HRC5662取齿宽系数8，查得1650MPA，则MJ对44/66的齿轮传动副的Z44的齿轮，计算转速为893R/MIN取332221158681681534609DJMJJUNZNM2MM对70/51的齿轮传动副的Z51的齿轮，计算转速为821R/MIN对26/9533222117856816814560DMJJUNZN的齿轮传动副的Z26的齿轮，计算转速为595R/MIN为了保33222178159DMJJZU证中心距，主轴与中间轴之间传动组模数需要相等，取M3MM。取齿宽系数，齿宽，当M2时，B2816MM，大齿轮8MBB16MM，小齿轮B22MM。当M3时，B3824MM，大齿轮B24MM，主轴传动组齿轮小齿轮比大齿轮齿宽大12MM，小齿轮B25MM。表23各齿轮齿数、模数齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6齿数446670512695模数223333齿宽22162425252428同步带传动的设计同步带具有传动比较准确，不打滑，效率高，初拉力以及适用功率的范围，不需要润滑等特点。同步带的设计功率为185KW，根据同步带选型图，选定带型为H型带，节距为127MM。小带轮的齿数，根据表格查得，在带速和1MINZMIN2Z安装尺寸允许的情况下，尽可能选取较大值，现初取32。小带轮的1下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页10节圆直径132719364DZPM大带轮的齿数，大带轮节圆直径2125048NI，带速2487943DZP，其中查得H型带的1MAX6501/60NVSV，所以符合要求。初定轴间距，MAX4/S0C，即120127DCD，初取0093663821936468CM。4C带长及其齿数0LZ2101202249413634960DCCM查得带长代号为510，基本尺寸为12954MM，节线长上的齿数为0L102。实际轴间距为。Z01295430925PACM小带轮啮合齿数01237483229515MRZZENTA下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页11基本额定功率0P2201480150851ATMVKW基本额定功率是各带型基准宽度的额定功率，762MM，为宽度为的带0SB0SBAT0SB的许用工作拉力（N）,查表得2100N，M为宽度为的带单位长度的质量ATS（KG/M）,查表得M0448KG/M。所需带宽SB1414008576260DSZPK为啮合齿数系数，根据取1，应选取标准值，一般应小于，查ZMZZKSB1D表得，应选带宽代号为300的H型带，其中，极限偏差为762SM15MM。带轮的结构尺寸小带轮；132Z1936D1279AD大带轮；4804M6下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页1229滚动轴承的选择为了增加主轴的刚度，主轴前端支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触轴承，后支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴，中间采用深沟球轴承辅助支承。考虑到其他轴的高速且没有轴向力，其余轴均采用深沟球轴承。210主要传动件的验算2101齿轮模数的验算一般对高速传动的齿轮以验算接触疲劳强度为主，对低速传动的齿轮以验算弯曲疲劳强度为主，对硬齿面软齿芯的渗碳淬火齿轮，一定要验算弯曲疲劳强度。对于44/66和70/51的齿轮副验算接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,26/95的齿轮副验算弯曲疲劳强度。接触疲劳强度计算齿轮模数JM31232081SJJJUKNMPAZBN接触弯曲强度计算齿轮模数W512390SWWJAZMYN式中传递的额定功率（KW），；NDN电机额定功率（KW）；D从电机到所计算齿轮的传递效率；齿轮的计算转速（R/MIN）；JN初算的齿轮模数（MM）M齿宽（MM）B大齿轮齿数与小齿轮齿数之比；U下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页13小齿轮齿数；Z工况系数，考虑载荷冲击的影响，中等冲击取1K1216；动载荷系数2齿向载荷分布系数3齿形系数Y寿命系数SKSTNNQK工作期限系数T106MTC齿轮在机床工作期限内的总工作时间齿轮的最低转速（R/MIN）；1N基准循环次数，钢和铸铁件接触载荷取107，弯0C0C曲载荷取2108；0C疲劳曲线指数，钢和铸铁件接触载荷取M3；弯曲载荷M时，对正火、调质及整体淬硬件取M6，对表面淬硬（高频、渗碳、氮化等）取M9；转速变化系数NK功率利用系数N材料强化系数Q下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页14许用弯曲应力（MPA）W许用接触应力（MPA）。J验算26/95齿轮传动组，验算Z26齿轮查阅相关资料得14、13、104、027、8、043、21K23KSMYW97MPA、1650MPAJ接触疲劳强度31233208165402718509665945910SJJJUNMPAZMBNPAMPAA弯曲疲劳强度5123521904071850964389SWJWKNMPZMBYNPAPAA均满足要求。验算44/66齿轮传动组，验算Z44齿轮查阅相关资料得14、13、1、027、8、0481、1651K23KSMYJ0MPA、297MPAW接触疲劳强度下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页15弯曲疲312332081540718549659160SJJJUKNMPAZMBNMPAA劳强度5123529104071859SWJWKNMPAZMBYNPA均满足要求。Z44的齿轮模数M4388，满足要求。验算70/51齿轮传动组，验算Z51齿轮查阅相关资料得14、13、1、027、04881K23KSY1650MPA、297MPAJW接触疲劳强度3123232081740718595921650SJJJUNMPAZMBNPAMPAA弯曲疲劳强度1235229104071859939SWJWKNMPAZMBYNAMPA均满足要求。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396共17页第页162102传动轴刚度的验算传动轴弯曲刚度验算，主要验算其最大挠度Y，安装齿轮和轴承处的倾角。验算支承处倾角时，只需验算支反力最大的支承点，若该处的倾角小于安装齿轮处规定的允许值，则齿轮处的倾角就不必验算，因为支承处的倾角一般都大于轴上其他部位的倾角。当轴上有多个齿轮时一般只要验算受力最大齿轮处的挠度。刚度验算时应选择最危险的工作条件，一般是轴的计算转速低、传动齿轮的直径小且位于轴的中央，此时轴的总变形量最大。验算中间轴的刚度受力简图如下中间轴的Z26的齿轮受力最大，变形挠度最大，右支承是支反力最大的支承点，则Z26齿轮受力圆周力KN127346TTFD径向力KNTANTA201RF12KNR齿轮处轴的挠度为2264108510336FAB
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