CA6140普通车床溜板箱课程设计任务书

1 CA614CA6140 0 普通车床溜板箱课程设计任务书普通车床溜板箱课程设计任务书 目录目录 一、溜板箱结构分析.3 二、 设计参数.3 三、电动机选择.4 2 四、溜板箱设计计算.5 4.1 齿轮传动系统优化.5 4.1.1 普通车床溜板箱传动分析.5 4.1.2 溜板箱传动优化.6 4.1.3 进给量的计算.7 4.1.4 溜板箱中各齿轮尺寸设计与计算. 9 4.2 动力计算. 11 4.2.1 转速分布.11 4.2.2 转速图.11 4.3 轴承部分的校核.11 4.4 蜗轮蜗杆的设计.13 4.5 溜板箱布局设计.16 五、参考资料.17 3 一、一、溜板箱结构分析溜板箱结构分析 溜板箱内的主要结构有纵向和横向机动进给的传动机构及其反正向机构、开 合螺母机构、快速移动机构、单向超越离合器、操纵机构、手动进给机构、读数 机构、过载保护机构、碰停机构及连锁机构等。溜板箱上的操纵手柄有：开合螺 母手柄用于开合螺母操作，合上螺母可加工螺纹，支开螺母可普通进给；十字操 纵手柄用于操纵刀架的机动进给方向；大手轮用于控制床鞍的手动纵向移动。为 操纵方便，溜板箱的右下方也装有主轴换向操纵手柄。溜板箱结构如图所示。 （a） (b) 图图 1.1 溜板箱结构图溜板箱结构图 二、设计参数设计参数： 床身上最大回转直径：400mm； 刀架上最大回转直径：210mm； 最大工件长度：1000mm； 进给量：纵向 64 种 0.0286.33mm/r； 设定输入溜板箱的光杠的转速为：800r/min， 输入溜板箱的功率为：0.5kw， 溜板箱纵向进给输出轴的转速为：20r/min。 4 三、三、电动机选择电动机选择 根据设计经验选择 AQS5634 和 AQS5634 型号的电机，参考数据如下表： 型号型号 额定额定 功率功率 （W） 额定额定 电压电压 （V） 频率频率 (Hz） 同步同步 转速转速 (r/min) 持续持续 时间时间 (M) 效率效率 (%) 功率功率 因数因数 Cos() 额额 定定 电电 流流 起动起动 转矩转矩 额定额定 转矩转矩 最大最大 转矩转矩 额定额定 转矩转矩 AQS5634 250380501365460.5562.52.7 2AQS5634 AQS5634 2503806015005460.5562.93 2AQS5634 AQS5634C 3003805015003500.5562.52.7 2AQS5634C AQS5634C 3703806018003500.5562.93 2AQS5634C AQS5632 370380503005700.6062.52.7 2AQS5632 AQS5632 3703806030005700.6062.93 2AQS5632 NJI2-4110038050150015%730.8622 JCO2-21-2150038050300025%800.8272.22.4 表表 3.1 根据表 1 数据可知，电机转速 1360r/min，功率 0.5KW，扭矩根据公式 T = 9550 P/n=1755.5 Nmm，选用 NJI2-4 型号电机。 5 四、四、溜板箱设计溜板箱设计计算计算 4.14.1 齿轮齿轮传动系统优化传动系统优化 4 4. .1 1.1.1 普通车床溜板箱传动分析普通车床溜板箱传动分析 溜板箱的主要作用是将进给运动或快速电机传给拖板和刀架，从而实现纵向 和横向及正，反向机动进给或快速移动。下图为机床溜板箱传动系统的示意图， 在图 4.1 中，由于蜗杆 6 被传动系统的其它零件遮盖了，因此将它连同轴 XXII， XXI，XX 一起向左移出，以表示清楚。蜗杆 7 在移出图上仍假想画上，以便看清 楚它与蜗杆的啮合关系。 图图 4.1 溜板箱传动系统图溜板箱传动系统图 根据图示，下面对溜板箱的机动纵，横向进给运动，手动纵，横向机动进给 运动及刀架的快速移动的传动路线进行介绍： （1）机动纵向进给运动 由光杆 XX 把进给箱的运动传入后经齿轮副 36/32 和 32/56， 单向超越和离合 器 M8 传动到轴 XXII，由蜗杆和蜗轮副 4/29 传到轴 XXIII。拨动牙嵌式离合器 M6 向前合上时，运动由齿轮副 40/30 和 30/48 经过轴 XXVII 传到轴 XXIV，再经 过齿轮副 28/80 传给轴 XXV。该轴后面的小齿轮 8 与固定在床身的齿条 9 啮合， 小齿轮转动时，就使溜板箱带动刀架获得向左的纵向进给运动，当 M6 向后合上， 运动由轴 XXIII 经齿轮副 40/48 传到轴 XXIV，然后与上诉同样路线，最后带动 刀架获得向右的纵向进给运动。 6 （2）机动横向进给运动 运动由光杠 XX 传到轴 XXIII 以后，当离合器 M7 向后合上时，运动由齿轮副 40/48 传到轴 XXVIII，再经过齿轮副 48/48 和 59/18 传动横向进给丝杠 XXX，从 而使横向拖板作向前的横向进给运动。当 M7 向上合上时，运动由轴 XXIII 经齿 轮副 40/30 和 30/48 经过轴 XXVII 传到轴 XXVIII，然后与上述同样路线使拖板 作向后的横向进给运动。 （3）手动纵，横向进给运动 转动手轮 1，经过齿轮副 17/80 传动轴 XXV 获得纵向手动进给运动。转动横 向进给手轮，带动横向进给丝杠 XXX 转动，而获得横向手动进给运动。 （4）刀架的快速移动 刀架的快速移动是使刀具快速接近或离开工件，以减轻工人的劳动强度和缩 短辅助时间。当需要快速移动时，接通快速电机（370 瓦，2600 转/分），经齿 轮副 13/29 传到轴 XXII，由蜗杆副 4/29 可分别传到刀架而获得快速纵向移动或 横向移动。 （5）纵向移动刻度盘 纵向移动刻度盘是用于记载刀架及溜板箱的纵向移动量，它套装在纵向移动 手轮轴 XXVI 的外面。 当刀架纵向移动时， 轴 XXV 也随着转动， 于是经齿轮副 33/39 及 39/105 传动带动内齿轮的刻度盘体 5，靠螺钉 2 和弹子带动刻度盘 3 转动。 松开螺钉 2， 则刻度盘的锁紧装置松开， 即可调整刻度盘的周向位置，调整好后， 再用螺钉 2 紧固。刻度盘每转一转，车床按纵向移动 300mm，刻度盘圆周上共有 300 格，每格移动量为 1mm。 4 4. .1 1.2.2 溜板箱传动优化溜板箱传动优化 根据 4.1 分析的普通车床溜板箱传动系统分析，可以看到传动路线复杂，且 操作也不易，在保证功能的前提下，对普通车床溜板箱传动系统作出优化改造， 如图 4.2 所示，以下传动路线简单，同时保证功能，降低了成本，同时使车工在 使用操作更简化。 根据图 4.2，下面对优化后的溜板箱传动系统的纵，横向进给运动的传动路 线进行介绍： （1）机动纵向进给运动 由光杆把进给箱的运动传入后经齿轮副 33/89 传至蜗杆和蜗轮副 1/45， 此时 滑移齿轮副 46/29 断开且拨动牙嵌式离合器闭合，由蜗杆和蜗轮副 1/45 经拨动 牙嵌式离合器传至齿轮副 21/76，由齿轮 76 轴带动 16x2 齿轮在齿条上运动，带 动溜板箱大拖板在车床纵向导轨的移动，实现机动纵向进给运动。 （2）手动纵向进给运动 转动大手轮，带动齿轮副 21/76 转动，此时滑移齿轮副 76/21 断开，由齿轮 76 轴带动 16x2 齿轮在齿条上运动，带动溜板箱大拖板在车床纵向导轨的移动， 实现手动纵向进给运动。 （3）机动横向进给运动 由光杆把进给箱的运动传入后经齿轮副 33/89 传至蜗杆和蜗轮副 1/45， 此时 滑移齿轮副 46/29 啮合且拨动牙嵌式离合器分离，由蜗杆和蜗轮副 1/45 经齿轮 副 46/29 和齿轮副 29/16 带动横向进丝杠转动， 带动中拖板沿溜板箱上的导轨移 动，实现机动横向进给运动。 7 （4）手动横向进给运动 转动小手轮，带动横向进丝杠转动，带动溜板箱大拖板在车床横向导轨的移 动，实现手动横向进给运动。 图图 4.2 溜板箱传动系统优化示意图溜板箱传动系统优化示意图 4 4. .1 1.3.3 进给量的计算进给量的计算 标准米制螺纹导程的国家标准见表 4-1： 表表 4 4-1-1 标准米制螺纹导程的国家标准标准米制螺纹导程的国家标准 11.251.5 1.7522.252.53 3.544.555.56 789101112 可以看出，表中每一行都是按等差数列排列的，行与行之间成倍数关系。以 车削米制螺纹为例，通过扩大螺纹倍数，可以使标准螺纹导程最大值增大到 192mm， 扩大倍数， 基本组传动比， 增倍组传动比， 扩大螺纹导程关系如下表 4-2： 表表 4 4-2-2 扩大螺纹导程关系扩大螺纹导程关系 扩大倍数48488 增倍组传动比1/21/411/21 基本组传动比导程 6.5/7 7/7142856 8/7163264 9/7183672 9.5/7 10/7204080 11/7224488 12/7244896 8 增倍组齿轮副为： i 1倍 =18/4515/48=1/8 i 2倍 =28/3515/48=1/4 i 3倍 =18/4535/28=1/2 i 4倍 =28/3535/28=1 进给运动的传动链为： 主轴- 55 35 35 55 55 55 - 58 29 - d c b a - （变向机构）（交换齿轮） 52 26 48 30 36 27 24 21 24 27 - 52 26 52 26 52 26 39 39 26 52 52 26 26 52 39 39 - 39 39 -光杠- 45 2 - （增倍机构） - 刀架（横向进给）横进给丝杠 刀架（纵向进给），齿轮、齿条 右 左 4P( 13 47 47 38 M 214( 55 25 M 60 24 mz 1.纵向进给量 当运动由主轴经正常导程的米制螺纹传动时，可获得正常的仅给量。这时运 动平衡式子为： 65 . 2 50 25 60 24 45 2 39 39 58 29 55 55 1r 倍基纵 （主轴）UU d c b a f 根据上式改变 倍基和U U就可以得到从纵向进给量 S=0.011-3.6 的所有正常进 给量。 运动由主轴经正常导程的英制螺纹传动路线时，就可以得到较大的纵向进给 量。 运动经由扩大螺纹导程机构及英制螺纹传动路线，且主轴处于低转速级时就 可以获得所有加大进给量。运动经由扩大螺纹导程机构及米制螺纹传动路线，且 主轴处于高转速级时，调整 倍 U就可以获得各种细进给量。 9 2.横向进给量 横向进给量的计算，除在溜板箱中的传动不同外，其余传动路线与纵向进给 量计算方法下同，横向进给运动平衡式为： 45 . 2 13 47 47 38 45 2 39 39 58 29 55 55 1r 倍基纵 （主轴）UU d c b a f 根据上式可以算出纵向进给量确定后对应的横向进给量， 其中纵向传动丝杠导程 为 6mm，而横向传动丝杠导程为 4mm。 4 4. .1 1.4.4 溜板箱中各齿轮尺寸设计与计算溜板箱中各齿轮尺寸设计与计算 传动经蜗轮蜗杆传至齿轮副 46/29 和 29/16，下面对这两对齿轮进行设计： 齿轮 Z=46m=1.75取=6 所以d=mz=80.5 da=(z+2)m=84 df=d-2.5m=76 b=mm=10.5 齿轮 Z=29m=1.75取=6 所以d=mz=50.75 da=(z+2)m=54.25 df=d-2.5m=46.37 b=mm=10.5 齿轮 Z=16m=1.75取=6 所以d=mz=28 da=(z+2)m=31.5 df=d-2.5m=23.6 b=mm=10.5 下来经离合器，传动由齿轮副 20/76 传至齿轮齿条，同时齿轮 Z76 与手轮带 动的齿轮 Z21 啮合，下面进行这三个齿轮的设计： 齿轮 Z=20m=1.75取=6 所以d=mz=35 da=(z+2)m=38.5 df=d-2.5m=30.6 b=mm=10.5 齿轮 Z=76m=1.75取=6 所以d=mz=133 da=(z+2)m=136.5 df=d-2.5m=128.6 b=mm=10.5 齿轮 Z=21m=1.75取=6 所以d=mz=36.75 10 da=(z+2)m=40.25 df=d-2.5m=32.37 b=mm=10.5 下面对齿轮齿条的齿轮进行设计： 齿轮 Z=16m=1.75取 b10m 所以d=mz=28 da=(z+2)m=31.5 df=d-2.5m=23.6 根据以上的分析及设计计算绘制优化后的溜板箱传动系统展开装配图如 4.3 所 示： 图图 4.3 溜板箱传动系统展开装配图溜板箱传动系统展开装配图 1-半圆键 2-半圆键 3-紧定螺钉 4-向心球轴承 5-箱体 6-丝杠螺母 7-圆 柱销8-开槽沉头螺钉 9-圆柱销 10-钢球 11-普通平键 12-手轮 13-半圆键 11 4.24.2 动力计算动力计算 4.2.14.2.1 转速分布转速分布 4 4.2.2.2.2 转速图如下：转速图如下： 图图 4.4 溜板箱速图溜板箱速图 4.34.3 轴承部分的校核轴承部分的校核 滚动轴承的失效形式多种多样， 但其中多数失效形式迄今尚无可用的寿命计算方法， 只 有疲劳寿命、磨损寿命、润滑寿命和微动寿命可以通过计算的方法定量地加以评估。 1、疲劳寿命：在润滑充分而其他使用条件正常的情况下，滚动轴承常因疲劳剥落而失效， 其期限疲劳寿命可以样本查得有关数据，按规定的公式和计算程序以一定的可靠性计算出 来。 2、磨损寿命：床主轴承取大直径以保证其高刚度，所配轴承的尺寸相应也大，在其远末达 12 到疲劳极限之前， 常因磨损而丧失要精度以致无法继续使用， 对这类轴承必须用磨损寿命来 徇其可能性的服务期限。实际上，现场使用的轴承大多因过度磨损而失效，所以也必须考虑 磨损寿命问题 3、润滑寿命 主要对于双面带密封的脂润滑轴承，一次填脂以后不再补充加脂，此时轴承有 寿命便取决于滚脂的使用寿命。 4、 微动磨蚀寿命： 绞车、 悬臂式起微型重机和齿轮变速箱以及汽车离合器等机构中的轴承， 在其非运转状态下受到振动负荷所产生的微动磨蚀损伤。往往会发展成轴承失效的主导原 因，对这类机构中的轴承，有时需要计算其微动磨蚀寿命。 5、轴承的寿命的计算：进行大量的试验研究，建立了载荷与寿命的数字关系式和曲线（P L 10=常数） 基本额定寿命 当量动载荷 / 式中： L10-轴承载荷为 P 时，所具有的基本额定寿命(106转) C-基本额定动载荷 N -指数 对球轴承：=3 对滚子轴承：=10/3 P-当量动载荷(N) 由上式及基本额定动载荷的定义可得： P L 10=C 因此滚动轴承的寿命计算公式为： L10= (C/P) 若用给定转速下的工作小时数 L10h 来表示，则为： L10h=106/60n(C/P) 当轴承的工作温度高于 100时，其基本额定动载荷 C 的值将降低，需引入温度系数T进 行修正，得 L10h=106/60n（TC/P）Lh 若以基本额定动载荷 C 表示，可得 CP/T（60nLh/106）1/ 式中 n 为轴承的工作转速，单位为 r/min；T温度系数，见表 4.3；Lh为轴承的预期寿命， 单位为 h，可根据机器的具体要求或参数表 4.4 确定。 13 表表 4.3 温度系数温度系数 轴 承 工 作 温 度 / 100125150175200225250300 T10.950.900.850.80.750.700.60 表表 4.4 轴承预期寿命轴承预期寿命Lh的参考值的参考值 4.44.4 蜗轮蜗杆的设计蜗轮蜗杆的设计 1.根据 GB/T10085-1988 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。 2.选择材料 根据库存材料情况，并考虑到传递功率不大，速度中等，蜗杆采用 45 钢， 齿面淬火，硬度为 4555HRC。蜗轮齿圈采用 ZCuSn10P1，因是大批量生产，采用 金属模铸造，为节约贵重金属，轮芯用 HT100 制造。 3.按齿面接触强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲 劳强度。传动中心距 （1) 确定作用在蜗轮上的转矩 T2 按 z1=2，估取效率=0.8，则 14 （2)确定载荷系数 K 因工作载荷较稳定所以选取齿向载荷分布系数 K1；由表 1 选取使 用系数 KA1.15；由于转速高，冲击不大，可取动载系数 Kv1.05；则 （3)确定弹性影响系数 ZE 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故 ZE=160。 （4)确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 d1 和传动中心距 a 的比值 d1/a=0.35， 查得接触系 数 先假设蜗杆分度圆直径 d1 和传动中心距 a 的比值 d1/a=0.35，查得接触系数 =2.9。 （5)确定许用接触应力H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSnlOP1，金属模铸造，蜗杆硬度45HRC,可 查得铸锡青铜蜗轮的基本许用应力H=268MPa。 应力循环次数 寿命系数 则 （6)计算中心距 取中心距 a=200mm，因 i=20，故从普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗 轮参数的匹配表 2 中取模数 m=8mm，蜗杆分度圆直径 d1=80mm。这时 d1/a=0.4， 可查得接触系数=2.74，因为，因此以上计算结果可用。 4.主要参数与几何尺寸 1)蜗杆 轴向齿距 pa=25.133mm，直径系数 q=10；齿顶圆直径 da1=96mm；齿根圆直径 df1=60.8mm；分度圆导程角=111836；蜗杆轴向齿厚 sa=12.5664mm。 2)蜗轮 蜗轮齿数 z2=41；变位系数 x2=-0.5； 15 验 算 传 动 比i=z2/z1=41/2=20.5 ， 这 时 传 动 比 误 差 为 (20.5-20)/20=0.025=2.5%,是允许的。 蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆半径 蜗轮咽喉母圆半径 5.校核齿根弯曲疲劳强度 MPa 当量齿数 根据 x2=-0.5,zv2=43.48，可由图 2 查得齿形系数 YFa2=2.87。 螺旋角系数 许用弯曲应力F=FKFN 从表 6 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力F=56MPa。 寿命系数 弯曲强度足满足的。 6.精度等级公差和表面粗糙度的确定 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，从 GB100891988 圆柱蜗杆、蜗轮精 度中选择 8 级精度，侧隙种类为 f,标注为 8fGBl0089-1988。然后由有关手册查 得要求的公差项目及表面粗糙度。 16 4 4. .5 5 溜板箱布局设计溜板箱布局设计 传统的溜板箱布局如图 4.5 所示，国内外目前生产的卧式车床溜板箱几乎都 为此布局:在溜板箱的后部，自上而下依次为齿条轴 2、丝杠 3、光杠 4、操纵杆 5。由于齿条轴 2 处于溜板箱上方，与之相啮合的齿条 1 只能安装在床身的下导 轨处。在床身下导轨 A 处就只能加工成直角，因而造成机床床身刚性下降、此处 应力集中