数控铣床主轴箱设计.docx

第一章 设计任务1. 设计题目：数控铣床主轴箱设计2. 设计参数：主轴最高转速4500转/min，最低转速30转/min，计算转速150转/min，最大切削功率5.5KW。3. 设计要求哦：采用交流调频主轴电动机实现主轴的无级调速。4. 设计内容：（1）主轴箱展开图A11一张 （2）主轴剖视图A11一张 （3）零件图A3或A44一张 （4）说明书第二章 运动设计 2.1传动方案设计 数控机床的主运动广泛采用无级调速，一般都采用直流或交流调速电动机作为驱动源的电气无级调速。由于数控机床主运动的调速范围较宽，一般情况下单靠无级调速电动机无法满足；另一方面调速电动机的功率和转矩特性也难于直接与机床的功率和转矩要求完全匹配。因此，要在无级调速电动机之后串联机械分级变速传动，以满足调速范围和功率、转矩特性的要求。 主轴要求的恒功率变速范围： 采用额定转速1500r/min,最高转速4500r/min电动机电动机的恒功率变速范围 取变速箱的公比: 则变速箱的变速级数: ,取Z=3.2.2齿轮齿数的确定齿轮传动，在降速中，为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常限制最小传动比。在升速时，为防止产生过大的振动和噪声，常限制最大传动比，斜齿轮传动，。因此，主传动链任一变速组的最大变速范围一般为。变速规则是前满后快可选用3=1x3的结构式，2.3 传动图 传动图用查表发确定齿轮的齿数较为方便，根据传动比的要求，和初步确定的齿数和SZ，查表可求出小齿轮的齿数。确定SZ1=110,SZ2=120.查表即可选取时注意：1. 不产生根切，。2. 保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚，一般取，则3. 同一传动组的各队齿轮副的中心距应当相等。但由于传动比的要求，通常要使用修正齿轮，在一定范围内调整中心距使其相等，但修正量不能太大，一般齿数差不能超过34个齿4. 防止各种齿轮碰撞和干涉，三联滑移齿轮的相邻俩齿轮齿数差应大于4，如果齿数差小于4，可将齿轮轴向尺寸从增大来解决上述矛盾。 根据以上要求，可得到如下图的转速图。2.4 转速图取二级齿轮减速器的传动效率为0.75，则电动机的功率，可选用北京数控设备厂的BESK8型主轴电动机，连续额定功率为7.5KWSS第三章 轴径和齿轮模数的估算3.1轴径的估算传动轴除应满足强度要求外，还应，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。机床主运动系统精度要求较高，不允许有较大的变形。刚度要求保证轴在载荷下不发生较大变形。如果刚度不足，轴上的零件由于轴的变形过大而不能正常工作，或产生振动和噪声、发热、过早磨损而失效。轴在载荷不大的情况下，可不必验算轴的强度。通常，先按扭转刚度估算轴的直径，画出草图后，再根据受力情况、结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。传动轴直径按扭转刚度用下列公式估算： 其中：该传动轴的输入功率 电动机的额定功率 从电动机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积（不计该轴承上的效率）。 该轴的计算转速计算转速可由转速图上得到，而中型车、铣床主轴的计算转速为 每米长度上允许的扭转角（deg/m），可根据传动轴的要求选取（） （）（）3.2齿轮模数的估算按接触疲劳和弯曲疲劳强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知道后方可确定，所以先估算，再选用标准的齿轮模数，后进行验算齿轮按弯曲疲劳的估算：按齿面点蚀的估算：为齿轮的中心距。由心距及齿轮的齿数求出模数根据估算模数取大的值，然后取相近的标准模数。第一变速组： 模数取标准值2.5第一变速组： 模数取标准值3mm第四章 轴验算和齿轮的验算4.1刚度的验算常见轴大多可视为简支梁。若是光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度和偏转角；若是阶梯轴，可用当量直径法做近似计算。即把阶梯轴看成当量直径为dv光轴，然后再按公式计算。当量直径dv(单位为mm)为 式中：阶梯轴第i段的长度，mm； 阶梯轴第i段的直径，mm； 阶梯轴的计算长度；mm； 阶梯轴计算长度内的轴段数。 1. 输出轴上的功率和转矩=7.5*0.99*0.99=7.3512. 作用在齿轮上的了力 3. 轴的弯曲刚度校核 （其中b=300，a=200）E弹性模量，钢材E=2.1*105（MPa）I截面惯性矩 轴扭转刚度的校核G轴截面的剪切弹性模量，钢材的G=8.1*104 MPaIP极惯性矩，为轴每米允许扭转角，与轴的使用场合有关，对于精密传动轴取=0.250.5；通过轴的计算校核，轴的刚度符合要求4.2齿轮模数的验算结构确定后，齿轮的工作条件、空间安排、材料和精度等级等都已确定，就可以进行校核齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳强度是是否满足要求。根据接触疲劳强度计算齿轮模数公为:根据弯曲疲劳强度计算齿轮模数公为:其中:i=0.4286;K1工作情况系数。中等冲击的主运功；K1=1.21.6；取K1=1.3;K2动载荷系数。查表取K2=1.2（精度等级IT7，齿面硬度HB350）；K3齿面载荷分布系数。查表K3=1.05( ),-齿宽系数，常取610，取7；N=7.5 ,z1=33 ，nj=312，Y齿形系数，查表取0.454许用弯曲、接触应力MPa，（40Cr调质处理，T265）Ks寿命系数，KT工作时限系数，齿轮等传动件的接触和弯曲变交载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数C0查表得：刚齿轮，正火、调质和整体淬硬：m=3时，C0=107,（接触载荷）m=6时，C0=2*108(弯曲载荷) T预定的齿轮工作周期，中型机床推荐：1500020000，T=16000, n=312，Kn转速变化系数，查表得：Kn1=0.99，Kn2=0.9KN功率利用系数，查表得：KN1=0.85, KN2=0.78Kq材料强化系数。幅值低的交变载荷可使金属材料的晶粒边界强化，起阻止疲劳细粉扩展的作用，Kq1=0.64，K取=0.77最后确定第一变速组的齿轮模数为2.5mm。第五章 展开图的设计5.1设计内容设计主轴变速箱的结构包括传动件、主轴组件、润滑密封及其联接件的设计与布置，用一张展开图和截面图表达。5.2 有关零件结构和尺寸的设计5.2.1齿轮的相关尺寸 齿轮宽度,去=7 ,则B=7*2.5=17.5各个齿轮的宽度如下表：齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4齿宽2018212124242421齿轮的径向尺寸：齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4分度圆直径82.5192.525210815320766300齿顶圆直径87.5187.525811415921372300齿根圆直径76.25186.25244.5100.5145.5199.558.5286.5个轴之间的中心距：137.5；1805.2.2齿轮的轴向布置 在尽量以小齿轮为滑移齿轮，使得操纵省力。在同一变速组内，须保证当一对齿轮完全脱开啮合之后，另一对齿轮才能开始进入啮合，即俩个固定齿轮的间距应当大于滑移齿轮的宽度。间隙量为14mm，三联滑移齿组长用的轴向长度为B7b。据此三联滑移齿轮间的距离为45mm和8mm，固定齿轮的距离为82mm和45mm。如下图所示:第六章 润滑 6.1 润滑剂的选择 在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且采用循环润滑还可以起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。根据滚动轴承的速度、载荷和工作条件选择，选择脂或油。1.润滑脂 机床中常用钙质油脂。润滑脂用于变速、变载、不需要冷却或用油不便的场合特别是中及低速的传动、不易密封的立式主轴。油和脂不能混合，应当用挡油环来防止变速箱的润滑油溅入润滑脂的轴承内。在箱外业应有相应的密封装置，防止灰尘或冷却液进入脂内。油脂的填充量不能多，通常为轴承空间的1/3左右。2. 用于一切转速。一般机床的变速箱用20号、30号或40号机械油，低速重载机床用50号油，高速（10000r/min以上）应选用高速机械油。 主轴承用角接触轴承时，注意轴承的泵油效应。设计时应将精油口置于轴承的小口处。6.2 其它 内循环系统中，变速箱就是油池，因此箱体要有足够的储油容积和适当的油面高度，靠近箱体底部要有放油孔，箱体底面放油孔倾斜，以便油能放干净。 箱体上的的油窗是为了便于观察和检查润滑系统的工作情况的，油标是为可观察油池中储油是否合乎要要求。机床上常用圆形油窗和油标。 第七章 设计心得在将近两周的不懈努力下，课程设计终于完成了。从开始直到设计基本完成，我有许多感想。这是我们比较独立的在自己的努力下做一个与课程相关的设计。在这次设计中暴露出我的许多薄弱环节，很多学过的知识不能学以致用，直到做了这次作业后才能渐渐掌握，以前学过的东西自己并不是都掌握了，很多知识只是照搬书本，并非自己所理解，经过这次设计又加深了理解。而且，在一些计算过程中我和我的同学进行了计算方面的讨论，这又加强了我的合作能力。在设计的过程当中我查阅了好多相关书籍，经过老师的指点；我深深体会到一点：个人动手及创新能力及团队协作能力很重要；这往往会使事情事半功倍；当然这也是以后工作经验的积累。感谢夏田老师的指点、答疑，感谢学校能提供这次课程设计的机会。参考文献1.文怀兴 夏田 数控机床系统设计 化学工业出版社20102.濮良贵，纪名刚，机械设计，高等教育出版社，20063.周开勤，机械零件手册，高等教育出版社