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现场铣削提升机滚筒衬板绳槽装置设计,现场,铣削,提升,滚筒,衬板绳槽,装置,设计
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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文前 言矿山提升机是井下和地面的工作机械，是联系井下与地面的主要运输工具，在矿山生产建设中起着重要的作用。它是用钢丝绳带动容器（罐笼或箕斗）在井筒中升降，完成运送物料和人员的任务。矿井提升机已有很长的发展历史。早在八百多年以前，我国古代劳动人民就发明了轱辘，用手摇骨碌从地下提升煤炭和矿石，以后发展成畜力绞车。而现代的矿井提升机提升量大，速度高，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。 随着国内矿井生产量的日新月异的提高，对矿井提升机的安全性、可靠性、生产效率以及整机自动化运行水平，降低操作者及维护人员的劳动强度，处理设备事故的速度与对策等成了迫切要求。而矿井提升机卷筒绳槽的加工也与安全性密切相关，钢丝绳的磨损速度，卷筒衬木的使用寿命，以及生产成本等问题的解决都应予以考虑。 本次设计是关于JTP-1.61.2矿用提升绞车卷筒车绳槽装置的设计，在本次设计中将大学四年所学的材料力学，机械加工工艺学，画法几何及机械制图，机械原理，机械设计，机械制造装备设计等知识进行了一次综合性的运用，为以后进入工作岗位后进一步深造奠定了一定的实践基础，积累了一定的经验。 在设计过程中，多次经牛振华老师和河南理工大学工程训练中心张益民老师的耐心指导，为我们能够圆满的完成设计任务奠定了良好的基础。在此表示深深的谢意！ 由于理论水平，实践经验所限，本设计难免有错误和考虑不足之处，敬请各位导师及阅读者提出宝贵的意见和建议。1 矿井提升机的使用及其发展简介1.1 矿井提升机的使用概况提升机是矿山大型固定设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具，在矿山生产建设中起着重要的作用。矿井提升机主要用于煤矿、金属矿和非金属矿中提升煤炭、矿石和矸石、升降人员、下放材料、工具和设备。矿井提升机与压气、通风和排水设备组成矿井四大固定设备，是一套复杂的机械电气排组。所以合理的选用矿井提升机具有很大的意义。矿井提升机的工作特点是在一定的距离内，以较高的速度往复运行。为保证提升工作高效率和安全可靠，矿井提升机应具有良好的控制设备和完善的保护装置。矿井提升机在工作中一旦发生机械和电器故障，就会严重地影响到矿井的生产，甚至造成人身伤亡。熟悉矿井提升机的性能、结构和动作原理，提高安装质量，合理使用设备，加强设备维护，对于确保提升工作高效率和安全可靠，防止和杜绝故障及事故的发生，具有重大意义。1.2 矿井提升机的发展概况矿井提升机已有很长的发展历史。早在八百多年以前，我国古代劳动人民就发明了轱辘，用手摇骨碌从地下提升煤炭和矿石，以后发展成畜力绞车。十九世纪，由于电力的发展，电力拖动的提升机逐渐代替蒸汽提升机。近几十年来，矿井提升机有了更大的发展，出现了多绳摩擦式提升机以及先进的拖动和控制系统。目前，国外的矿井提升机正向体积小、重量轻和自动化的方向发展，以适应深井和大量的需要。解放以前，我国根本不能制造大型矿井提升机。解放以后，我国建立了矿井提升机的制造工厂，并已由仿制和改进国外产品发展到能自行设计和制造。目前，我国已能成批生产近代化的大型矿井提升机。1958年，我国设计并试制成功第一台DJ2*4多绳摩擦式提升机，为我国矿井提升机的制造和使用开辟了一个新的领域。目前，我国已能成批生产JKM型多绳摩擦式提升机，并正在逐渐形成多绳摩擦式提升机的新系列。2 矿井提升机的主要组成部分 矿井提升机作为一个完整的机械电气机组，它的主要组成部分如下图2.1所示：图2.1 提升机的组成 下面简单介绍一下各部分的作用：一、主轴装置 它的作用是： 1.缠绕或搭放提升机钢丝绳； 2.承受各种正常载荷（包括固定静载荷和工作载荷），并将次载荷经过轴承传给基础； 3.承受在各种紧急事故情况下所造成的非常载荷，在非常载荷作用下，主轴装置的各部分不应有残余变形； 4.当更换提升水平时，能调节钢丝绳的长度（仅限于单生缠绕式双卷筒提升机）； 因此,主装置应保证主轴、卷筒和其他部分有足够的强度和刚度。 它的结构是： 主轴装置包括滚筒、主轴、主轴轴承及调绳离合器（双滚筒特有）等。 滚筒的筒壳通过轮辐、轮毂用键和轴固定（固定滚筒）。筒壳外边一般均设有木衬，木衬上车有螺旋导槽，以便使钢丝绳在滚筒上作规则排列，并减少钢丝绳的磨损。两米单滚筒只有一个制动盘。当单滚筒作双钩提升，左侧钢丝绳为下边出绳，右侧钢丝绳为上边出绳。单滚筒由于调绳不方便，为此做成双滚筒。双滚筒的左滚筒通过调绳离合器与主轴连接。调绳离合器的作用是使游动滚筒与主轴连接或脱开，以便在调节绳长或更换提升水平时，使游动滚筒与固定滚筒有相对运动。二、减速器 减速器的作用： 矿井提升机主轴的转数由于受提升机速度的限制，一般在1060转/分之间，而用作拖动的电动机的转数，一般在48096转/分之间。这样，除采用低速直流电动机拖动外，一般情况下不能将主轴与电动机直接联接，中间必须经过减速器。因而减速器的作用是减速和传递动力。3、 电机 电机的作用： 为整个工作系统提供动力。四、制动系统 矿井提升机制动系统由制动器和液压站组成。 1.制动器的作用是： （1）在提升机停止工作时，能可靠的闸住机器； （2）在减速阶段及下放重物时，参与提升机控制； （3）紧急事故情况时，能使提升机安全制动，迅速停车，避免事故的扩大； （4）双筒提升机在调节钢丝绳的长度时，应能闸住提升机的游动卷筒。 2.液压传动装置的作用是作为制动力的能源，并控制制动器动作，即根据需要来分别实现工作制动和安全制动。五、深度指示器 深度指示器是矿井提升机的一个重要附属装置。目前我国提升机应用较多的是圆盘式深度指示器和牌坊式深度指示器。我矿使用的均是牌坊式深度指示器，机械式和电子式两种。作用： 1）向绞车司机指示提升容器在井筒的位置； 2）当容器接近井口停车位置时，发出减速信号； 3）当提升容器过卷时，打开装在深度指示器上的终端行程开关，切断保护回路，进行安全制动，防止过卷或过放事故的发生； 4）减速阶段通过限速装置进行限速保护等。六、电控系统 电控系统组成： 系统由电动机正反转回路、转子电阻控制回路、手动可调闸回路、信号指示回路、故障开车回路、安全联锁保护回路等环节组成。 作用： 电控设备用以对矿用提升绞车进行启动、加速、匀速、减速进行控制，且具有必要的电气保护和联锁装置。 以下是有关矿井提升机的图：图2.2 矿井提升机3 关于提升机衬板绳槽的相关说明3.1 提升机滚筒衬板的作用提升机卷筒由筒壳、支轮、衬板等组成。在筒壳外面安装衬板，钢丝绳缠绕在衬板上，衬板工作情况与卷筒的使用寿命密切相关。大部分单绳缠绕式矿并提升机卷筒均装有衬板。衬板的好坏直接影响着提升机的安全、经济运行和维修使用, 应引起足够的重视。合理选用、安装、使用和维修卷筒衬板是保证提升机安全、经济运转的必要条件。更换衬板也是耗资较大费时费力的项目之一。常用的衬板材料有木质衬板、钢制衬板、塑料衬板等。下面以木质衬板来进行说明： 矿井提升机的运转实践证明，木衬对筒壳能起到一定的保护作用，故设计时在筒壳外装有木衬。但木衬对筒壳的保护只有在筒壳的形状比较规则，没有发生较大的变形，并且合适的木材制作木衬（现常用柞木、水曲柳或榆木等制作），使木衬与筒壳能各处均匀严密接触的情况下才是有效的，故在安装提升机时，要求筒壳的外形是比较规则的圆柱体，木衬用上述木材制作，并按规定车制绳沟。装设木衬时，应使木衬衬条在长度方向上与筒壳均匀严密的接触，木衬衬条之间的缝隙应尽量予以消除。在使用过程中当木衬已经磨损时，应及时予以更换。 木衬每块的长度与滚筒宽度相等，每块的宽度为适宜于制造起见，不超过150200mm，每块的厚度应不少于钢丝绳直径的两倍，一般为100mm左右。固定滚筒木衬的螺钉头应沉入木衬厚度三分之一以上，当全部木衬固定完以后，应用木塞沾胶水将螺钉孔塞死，并须用木楔将木衬缝添满。使用中的木衬，当因磨损使螺钉头的沉入深度尚存10mm时，即应重新更换。3.2 提升机滚筒衬板绳槽的作用及其相关参数 衬板车削有绳槽且绳槽排列整齐，可以降低钢丝绳在缠绕运行中的咬绳程度，避免钢丝缠绕时发生咬死以及避免钢丝绳间的过度摩擦，从而提高钢丝绳的使用寿命。 按规程要求，卷筒衬木绳槽深度应为钢绳直径的3O%，相邻两绳槽中心距，应比钢绳直径大2 3mm。根据经验，当绳槽深度约为钢绳直径的25%时，完全可以满足使用要求。根据经验，绳槽深度为钢绳直径的2025%时较为合适。 槽底半径必须合理，过小会引起钢绳过度挤压而提前断丝；过大又会使钢绳在绳槽中支撑面积碱小，增大其接触应力而导致绳与绳槽的加速磨损。合理的绳槽尺寸，应使钢绳与槽底紧密贴合并保持必要的间隙。此间隙是考虑到钢绳在工作时有向两侧分开的倾向。根据经验， 槽底半径R=055d为宜，如图3.1所示： 图3.1绳槽槽底尺寸 d为钢丝绳的直径4 常见提升机卷筒衬板绳槽的加工方法4.1 利用普通车床加工绳槽 4.1.1 利用普通车床加工绳槽示意图简介 煤矿安全规程第369条规定：“滚筒上缠绕两层或两层以上钢丝绳时， 必须设有带绳槽的衬垫”。根据这一规定,利用普通车床对JTP型3.5M提升机滚筒衬垫加工了绳槽,使钢丝绳排列匀整。普通车床加工绳槽装置示意图(参照图4.1)：图4.1加工步骤1皮带轮， 2皮带轮轴， 3一皮带轮轴轴承座， 4一联接螺栓， 5一联轴器， 6一固定盘， 7一联接轴， 8一刀杆， 9一CDZ6140车床，10一盘形闸移L座骡栓，11一车床机架，12一平皮带， 13一联轴器，14一连接轴， 15一车刀, 16一滚筒, 17一减速机, 18一电动机 4.1.2 利用普通车床加工绳槽装置设计步骤(1) 拆升机滚筒两端的盘形闸，利用它的地脚螺栓同定CDZ6140车床。 (2) 在车床主轴尾端装一个与提升机联轴器外径相同的皮带轮。 (3) 在车床的刀架上装一根特制的能替换车刀的刀杆,装上车刀。 (4) 按照绳槽螺距(钢丝绳直+2mm)对照螺纹表挂好牙轮。 （5) 开动提升机,通过皮带传动,车床与提升机主轴同步旋转。 （6) 调整好刀架,先将滚筒衬垫光刀,接着按绳槽的要求(绳槽深为钢丝绳直径的0.35倍),调整好车刀的角度,继续切削。4.2 摩擦轮传动车绳槽装置 4.2.1 摩擦轮传动车绳槽装置传动原理根据机械传动原理，螺旋绳槽的车制必须保证滚筒旋转一周,刀具在床身导轨上移动一个螺距。为此,采用了摩擦轮传动：提升机滚筒带动摩擦轮一摩擦轮带动丝杠螺母，从而实现了刀具在床身导轨上的移动，传动机构如附图4.2所示： 图4.2传动机构简图1-滚筒，2-底座，3-摩擦轮，4-丝杠螺母副，5-高速电机，6-成形铣刀, 7-横向进给手轮，8-床身，9-盘形闸座 4.2.2 摩擦轮传动车绳槽装置加工方法 由于在现场加工,要求加工设备简单,便于安装,并且要求加工出的螺旋绳槽的精度也较高。在加工过程中,先将滚筒衬板车圆,以便与摩擦轮的平稳传动。其运动平衡方程式为： 式中: S 螺旋绳槽的螺距 S =d + (2 3)，mm 滚筒直径，mm 摩擦轮直径，mm t 丝杠螺距，mm d 钢丝绳直径，mm 由上式可见,当滚筒直径确定后,只要适当选取丝杠螺距和摩擦轮直径，就可以加出所要求的绳槽螺距。为了保证螺旋绳槽的表面质量,采用铙削加工,在溜扳的刀架上固定一个小型电动机，在电动机的输出轴上安装成形铣刀,铣刀的形状按照绳槽盼截面形状设计。由电动机高速旋转带动成形铣刀铣削绳槽，切削深度是通过小刀架径向进刀来控制的。从而使加工出的螺旋绳槽的螺距、深度及形状比较精确,加工表面质量好。 4.2.3 摩擦轮传动车绳槽装置优点（1）这种加工提升机滚筒衬术螺旋绳槽的方法，能够保证绳槽螺距均匀、深度一致。由于采用铣削加工，表面质量较好。 （2）该方法具有传动系统简单，便于制造、安装及调整。 （3）该方法应用范围广，适甩性强只要调整摩擦轮或丝杠螺母就可以加工出各种类型的提升机滚筒衬本的螺旋绳槽。具有投资少，效率高的特点。4.3 利用车槽机加工螺旋绳槽 4.3.1 车槽机的结构车槽机的结构如图4.3所示, 架体由2根平行的11#矿用工字钢焊成, 拖板2用=24mm钢板制做, 前后有导向爪, 钢板上部和C630车床刀架3相连, 下部与丝杠4(T564左), 两端由轴承座支撑, 轴承座固定在架体上,为两半链轮,合拢后卡在深度指示器传动轴上且点焊在传动轴上。,为链传动。轴5安装在轴承座内,轴承座固定在架体上,轴的前端装有伞齿轮。后端装有链轮后端也可装手轮。车刀7由方柄与刀头焊接而成刀头为圆台形, 里面钻孔, 以便排木屑之用。 图4.3车槽机结构1-架体，2-托板，3-刀架，4-丝杠，5-传动轴，6-车刀 4.3.2 车槽机的传动原理 车槽机由深度指示器轴转动带动链轮, 转动后由链条带动链,带动轴6转动,轴6带动伞齿轮, 带动丝杆旋转,丝杆螺母带动拖板作轴向直线运动,拖板又带动车刀架左右移动,车刀的给进运动靠操纵小手轮来实现提升机主轴旋转一周。 4.4 卷筒衬板螺旋槽加工装置 4.4.1 卷筒衬板螺旋槽加工装置工作原理 图4.4所示为JTP-1.61.2提升机平面安装示意图。其卷筒衬板螺旋槽加工装置利用提升机原有的电动机带动减速机及卷筒作主运动, 利用提升机主轴传动深度指示器大、小伞齿轮, 通过深度指示器传动轴带动其一对直齿轮并借助一对自制的伞齿轮将动力传给卷筒衬板螺旋槽加工装置,使加工刀具作纵向运动,手动使加工刀具作横向运动。从而完成卷筒衬板螺旋槽的加工工作。 图4.4 JTP-1.61.2提升机安装平面布置简图1-左卷筒,2-大伞齿轮,3-小伞齿轮,4-右卷筒,5-抱闸固定槽钢,6-深度指示器传动轴,7-深度指示器直齿轮,8-深度指示器,9-减速机,10-电动机 4.4.2 托板、导轨和刀具的设计 托板采用自制的一对燕尾槽滑板,配合间隙为0.05mm。其导轨是用两根55mm1700mm的光杠组成。导轨和丝杠的两端与轴承配合,轴套固定在两边的梯形支架中。导轨与轴套的配合间隙为00.05mm。丝杆与轴套的配合间隙为0.030.09mm。在托板上面安装一套旋风铣削装置。它是由2.2KW的电机驱动,通过皮带传动实现刀杆旋转。刀杆另一端装有44mm的锋钢六刃铣刀。5 设计任务书5.1 设计任务书综述 滚筒衬板是提升机主轴装置上的一个主要零件，规程规定衬板应当带绳槽，以保证钢丝绳有序缠绕，设计一种现场车削装置，来在衬板安装到滚筒上后来车削绳槽。5.2 主要任务 设计现场安装支架、自动进给装置。5.3 设计要求 1.减速器装配图1张(0号)。 2.零件工作图4-5张。 3.设计计算说明书1份。5.4 设计步骤1.总体方案设计2.链轮传动设计3.丝杠传动设计4.带传动设计5.装置导轨设计6.刀具与刀架设计7.其它零、部件设计5.5 设计参数 1.提升机型号：JTP-1.61.2； 2.提升速度：3.25m/s；钢丝绳直径：24.5mm； 3.卷筒个数: 1个;卷筒直径：1.6m;卷筒宽度：1.2m； 4.钢丝绳最大静张力差61KN； 5.主电动机功率：220KW,极数6.6 本次毕业设计方案简介6.1 加工提升机卷筒衬板绳槽的有关参数提升机型号：JTP-1.61.2；钢丝绳直径：24.5mm；绳槽深度：7mm。6.2 卷筒衬板铣削装置的结构及工作原理简述 卷筒衬板铣削装置的工作原理：该装置利用卷筒主轴的原动力，通过链传动传递到大托板丝杠上，使大托板能够准确的按照“滚筒转动一周，刀具在床身导轨上移动一个螺距”做进给运动，利用小托板上的电动机通过带传动带动铣刀运转做切深运动，从而实现卷筒衬板的整个铣削过程。机体由型钢和钢板焊接制成，并且有足够的刚度裕量，并以便于铣槽而设定尺寸。图6.1为本次设计的卷筒衬板切削装置传动系统图。图6.1卷筒衬板切削装置传动系统图1主电动机,2主减速机,3卷筒,4螺栓连接,5主动链轮，6组合铣刀,7小皮带轮80,8被动链轮,9大皮带轮170，10小托板丝母,11小托板丝杠,12紧固连接, 13铣刀电,14大托板丝杠,15大托板丝母，16机体7 链轮的设计及其计算7.1 链传动的特点及应用 链传动是一种挠性传动，链传动由主动链轮1、 从动链轮2和跨绕在两链轮上的闭合链条3组成。 工作时, 通过链条上链节与链轮轮齿的相互啮合来传递运动和动力, 如图7.1所示 图7.1链传动 与带传动相比, 链传动主要有以下特点: (1) 链传动属于具有挠性件的啮合传动, 能获得准确的平均传动比, 适宜较大中心距的两平行轴间的传动； (2) 链传动张紧力小, 作用于轴上的压力较小； (3) 链传动可在多粉尘、 油污、 潮湿、 高温等恶劣环境中工作, 对链轮齿形加工误差、 链条几何形状误差要求不高； (4) 链的瞬时速度是变化的, 瞬时传动比不等于常数, 传动平稳性较差, 有冲击、 振动和噪声, 不适宜高速场合。 与齿轮传动相比，链传动主要有以下特点: （1）链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低。 （2）在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便得多。链传动的主要缺点是：只能实现平行轴间链轮的同向传动；运转时不能保证衡定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜用在载荷变化很大、高速、急速反向的传动中。链传动主要用于要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。广泛用于农业、采矿、冶金、起重、运输、石油、化工、纺织等各种机械的动力传动中。链条按用途不同可以分为传动链、输送链和起重链。在一般机械传动中，常用的是传动链。传动链又可以分为短节距精密滚子链（简称滚子链）、齿形链等类型。其中滚子链常用于传动系统的低速级，一般传动的功率在100KW以下，链速不超过15m/s，推荐使用的最大传动比=8。齿形链应用较少。在本设计中卷筒主轴转速较小，因而可采用链传动，结构简单，操作方便。7.2 链轮的设计 滚筒上链轮的外径为312mm，齿数为z=76，为主动轮。现需设计机床上的从动链轮，从设计中需要考虑到滚筒旋转一周，丝杠可以保证向前走一个螺距。已知钢丝绳直径为mm，有mm的间距，故绳槽的螺距为=24.5+3.5=28mm。因而设计丝杠的螺距t=28mm，链轮的平均传动比为： i=故由上可得，从动链轮与主动链轮齿数相等，最大直径相等，即，=312mm。所以工程实际中直接选用与滚筒链轮相同规格链轮即可。7.3 链轮的几何参数和尺寸 链轮的主要尺寸及计算公式见表7-1。 链轮齿槽尺寸见表7-2, 轴向齿廓尺寸见表7-3。 表7-1表7-2 齿槽尺寸表7-3 轴向齿廓尺寸 链轮的结构图（见图纸）。7.4 链轮材料的选择 小链轮由于齿轮啮合次数比大链轮多所受的冲击也比较大，故小链轮采用15或20号钢，热处理渗碳淬火，回火，热处理后硬度应为5060HRC。大链轮采用35号钢正火处理，热处理后硬度为160200HBS。7.5 链轮的防护与润滑1.链轮的润滑 链传动的润滑十分方便，对高速、重载的链传动更为重要。良好的润滑可缓和冲击，减轻磨损，延长链条使用寿命。 链条的润滑方式包括：定期人工润滑，滴油润滑，油池润滑，油盘飞溅润滑，压力供油润滑等。 润滑油推荐采用牌号为32、46、68的全损耗系统用油。对于开式及重载低速运动，可在润滑油加入MoS2，WS2等添加剂。对于不便使用润滑油的场合，允许使用润滑脂，但应定期清洗和更换润滑脂。2.链传动的保护 为了防止工作人员无意中碰到链传动装置中的运动部件而受到伤害，应该用防护罩将其封闭。防护罩还可以将链轮与灰尘隔离，以维持正常的润滑状态。 8 丝杠的设计计算及其支承方式的选择8.1 丝杠螺母传动的特点及应用 8.1.1 丝杠螺母传动的特点 （1）用较小的扭矩转动丝杠（或螺母），可使螺母（或丝杠）获得较大的轴向牵引力。 （2）可达到很大的降速传动比，使降速机构大为简化，传动链得以缩短。 （3）能达到较高的传动精度。用于进给机构时，还可兼作测量元件，通过刻度盘读出直线位移的尺寸，最小读数值可达0.001mm。 （4）传动平稳，无噪声。 （5）在一定条件下能自锁，即丝杠螺母不能进行逆传动。此特点特别适用于工作部件升降传动，可防止部件因自重而自动降落。常用丝杠螺母传动的方式及应用见表8-1。 表8-1序号传动方式及旋转，移动方向简图特点应用 1丝杠转动螺母移动 用于机床的进给运动，部件的移动和调整（如镗床主轴箱，车床尾架套筒的移动等） 2 丝杠转动丝杠移动用于机床的进给运动，部件的移动和调整（如铣床和立钻工作台的升降，牛头刨床滑枕的调整等） 3螺母转动螺母移动用于机床部件的移动和调整（一般用于手动调整机构，如插齿机主轴箱的移动调整） 4螺母转动丝杠移动用于机床部件的移动和调整（如平面磨床的垂直进给等） 8.1.2 滑动丝杠牙型选择 滑动丝杠的牙型有梯形和方形两种，其优缺点见表8-2。 在本设计中选用梯形螺纹丝杠来实现铣刀的横向和纵向进给运动。表8-2序号牙型优点缺点应用1梯形 （1） 工艺性好，车、铣、磨均可（2） 在螺距相同时，螺纹强度比方牙螺纹高（3） 使用开合螺母时，易于丝杠结合。（1） 传动效率较方牙螺纹低（2） 螺纹的径向跳动影响传动精度广泛用于机床2方形（1） 螺纹的径向跳动不影响传动精度（2） 传动效率比梯形螺纹高（1） 加工困难，无法铣、磨（2） 螺纹强度较低（3） 用开合螺母时，很难与丝杠结合只适用于精密齿轮和螺纹加工的机床，已逐渐被牙型角为10的梯形螺纹代替。螺纹尺寸未标准化，推荐： t, d=+t （1）可供刀架轴向移动的丝杠选取外径为60mm、内径为30mm、螺距为28mm的梯形螺纹丝杠（非标准丝杠，具体见第二册 第428页），为了便于滚筒衬木部分全被加工为绳槽，由卷筒长为1200mm,可设计丝杠长度为1500mm。（2）供刀架径向移动的丝杠选取外经为28mm，内径为25.5mm，螺距为t=2的梯形螺纹丝杠。螺纹长度为445mm。8.2 丝杠的支承方案 8.2.1 滚动轴承的选型因素 选用滚动轴承时，首先是选择轴承的类型。选择滚动轴承类型时，应考虑轴承所受裁荷的大小、方向和性质，转速条件，调心性能安装空间等多方面的因素。一、载荷条件 轴承所受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。 （1）载荷大小 在同等条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力大，因此，载荷较大时，应选用滚子轴承。 （2）载荷方向 对于纯径向载荷，应选用向心轴承；对于纯轴向载荷，应选用推力轴承；当轴承同时承受径向和轴向载荷时，则应根据轴向载荷的大小选用不同公称接触角的角接触轴承，当使用圆锥滚子轴承或角接触球轴承时，为了平衡轴承内部产生的轴向力，并能在轴的两端起轴向定位作用，常常将此类轴承成对对称安装。（3）载荷性质 载荷平稳时，可选用球轴承；有冲击和振动时，宜选用滚子轴承。二、转速条件在同等条件下，球轴承比滚子轴承有较高的极限转速，高速或要求旋转精度高时，应优先选用球轴承。高速轻载时，宜选用超轻、特轻或轻系列轴承；低速重载时应选用重或特重系列轴承。三、调心性能由于轴承的安装误差或轴的变形引起轴承内外圈中心轴线发生相对倾斜，称为角偏差。角偏差会严重影响轴承的正常运转和使用寿命。对于刚度差或安装精度低的轴-轴承系统，应采用具有一定调心性能的调心球轴承或调心滚子轴承。四、安装、调整性能 当轴承的径向尺寸受安装条件限制时，应选用轻系列、特轻系列轴承或滚针轴承；当轴向尺寸受到限制时，宜选用窄系列轴承；为了便于安装、拆卸和调整轴承间隙，可选用内外圈可分离的轴承。 五、经济性一般情况下，球轴承比滚子轴承便宜，同型号轴承精度越高，价格越昂贵。在满足使用要求的前提下，尽量选用价格低廉的轴承。 8.2.2 本次设计中滚动轴承的选型一、在该车床中，丝杠同时承受轴向力与径向力，可采用向心推力轴承与深沟球轴承的组合。 （1）深沟球轴承的性能和特点： 深沟球轴承主要承受径向载荷也可以同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速时，可用来承受纯轴向载荷。工作中允许内、外圈轴线的偏斜量，大量生产价格最低。 （2）向心推力轴承的性能和特点 可以同时承受轴向载荷和径向载荷，也可以单独承受轴向载荷。能在较高转速下工作。由于一个轴承只能承受单向的轴向力，因此一般成对使用。承受轴向载荷的能力与接触角a有关。接触角大的承受轴向载荷的能力也高。二、轴承的具体型号与尺寸的确定 由于丝杠的外径尺寸为60mm，可设计丝杠的后端光杠的直径为30mm，可选择轴承的外径尺寸为30mm。 在丝杠左端采用向心推力轴承，查轴承目录表选择中系列7206AC型的角接触球轴承（如图8.1）。其基本尺寸：d=30mm，D=62mm，B=16mm。图8.1 7206AC型角接触轴承 在丝杠右端采用深沟球轴承，从中选择中系列、6206型的深沟球轴承（如图8.2）。其具体尺寸：d=30mm，D=62mm，B=16mm。 图8.2 6206型深沟球轴承9 带传动部分的设计 （1）原始数据：铣刀电动机型号:-31-4 转速=1430r/min 传动比i=2.215 功率P=2.2kw 输入电流A=4.9安 铁心直径d=95mm 内径=104mm （2）确定计算功率 由表8-7（机械设计，第八版）查得工作情况系数=1.1,故 （3）选择V带带型 根据，由图8-11（机械设计，第八版）可得选择A型带。（4）确定带轮基准直径，由表8-6和表8-8，取小带轮基准直径=80mm。验算带速V，按式8-13验算带的速度：因为5m/sV30m/s 故带速合适， 计算大带轮的基准直径， 根据表8-8 圆整为。 （5）确定V带中心距a和基准长度根据式（8-20）初定中心距=300mm,由式（8-22）计算带所需的基准长度： =1017mm由表8-2选带的基准长度=1000mm. 按式（8-23)计算实际中心距a 中心距变化范围为277307mm。 （6） 验算小带轮上的包角 （7） 计算带的根数Z计算单根V带的额定功率。由=80mm和=1430r/min。查表8-4a得KW,根据铣刀参数=1430r/min,i=2.125和A型带，查表8-4b得0.17KW,查表6-5得,查表8-2得，于是计算V带的根数Z： 所以V带取4根。 （8） 计算单根V带初拉力的最小值 由表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m。所以 =85.98N 应使带的实际拉力 （9） 计算压轴力压轴力的最小值为： （10） 带轮的结构设计由表8-10查得 则带轮缘宽度： 取整B=65mm。因为大带轮基准直径(d为电动机铁心直径）故带轮的结构形式采用实心式。 （11） 带轮的尺寸参数 单位;mm代号大带轮小带轮18080196879515B6565L888819030(12) V带轮的轮槽设计V带轮的轮槽选用A型带的型号，V带轮在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面发生变化，为了使V带工作面与带轮轮槽工作面紧密配合将V带轮轮槽工作面夹角做成小于40。V带密封到轮槽钟以后，一般不应超出带轮外圆，也不应与轮槽底部接触，轮槽表面粗糙度为3.2。 （13）V带轮的材料选择及技术要求带轮材料选用HT200铸钢或钢板冲压后焊接而成。铸造、焊接、或烧结的带轮在轮缘腹板、轮辐及轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔、气泡。铸造带轮在不提高内部应力的情况下，允许对轮缘凸台腹板及轮毂表面的缺陷进行修补，转速高于极限转速的带轮要做动平衡，反之要做静平衡。 注：本章节的图表、图、公式均参照西北工业大学编辑的机械设计第八版书籍。 10 导轨的设计10.1 概述 机床导轨的功用是起导向及支承作用，即保证运动部件在外力的作用下(运动部件本身的重量、工件重量、切削力及牵引力等)能准确地沿着一定方向的运动。在导轨副中，与运动部件联成一体的运动一方叫做动导轨，与支承件联成一体固定不动的一方为支承导轨，动导轨对于支承导轨通常是只有一个自由度的直线运动或回转运动。 导轨应满足下列要求：精度高；寿命长；刚度及承载能力大；摩擦阻力小；运动平稳；结构简单，便于加工、装配、调整维修；成本低。 设计导轨的任务是： （1）选择导轨的结构类型（如滑动、压或滚动等）； （2）选择导轨的截面形状； （3）选择导轨的尺寸； （4）设计导轨磨损后的补偿和间隙（或预紧力）调整装置； （5）选择导轨的材料、表面加工和处理方法，表面硬度匹配； （6）决定导轨的润滑方式，减小摩擦、磨损、发热和爬行； （7）设计完善的防护装置； （8）确定导轨的精度和技术要求。10.2 导轨的选型设计 10.2.1 导轨类型的选择原则 （1）精度互不干涉原则：导轨的各项精度制造和使用时互不影响才易得到较高的精度。如矩形导轨的直线性与侧面导轨的直线性在制造时互不影内；又如平-V导轨的组合，上导轨(工作台)的横向尺寸的变化不影响导轨的工作精度。 （2）静、动摩擦系数相接近的原则：例如选用滚动导轨或塑料导轨，由于摩擦系数小且静、动摩擦系数相近，所以可获得很低的运动速度和很高的重复定位精度。 （3）导轨能自动贴合的原则：要使导轨精度高，必须使相互结合的导轨有自动贴合的性能。对水平位置工作的导轨，可以靠工作台的自重来贴合；其他导轨靠附加的弹簧力或者滚轮的压力使其贴合。 （4）移动的导轨(例如工作台)在移动过程中，始终全部接触的原则：也就是固定的导轨长，移动的导轨短。 （5）对水平安置的导轨，以下导轨为基准，上导轨为弹性体的原则：以长的固定不动的下导轨为刚性较强的刚体为基准，移动部件的上导轨为能具有一定变形的弹性体。 （6）能补偿因受力变形和受热变形的原则：例如龙门式机床的横梁导轨，将中间部位制成凸形，以补偿主轴箱(或刀架)移动到中间位置时的弯曲变形。 10.2.2 床身导轨的设计 机床移动部件尺寸较大，作用力或重心不一定正好通过导轨面时，大都采用两条导轨。本次设计车床床身采用矩形和三角形导轨（如图10.1），其结构特点是：不需要镶条调整间隙，导向精度好；加工装配比较方便；两条导轨的磨损不同，对位置精度有影响；温度变化不会改变导轨面的接触情况，但是热变形会使移动部件水平偏移；凹三角形的动压浮生量比矩形导轨大，会引起移动部件偏转。广泛用于车床、磨床、龙门刨床、龙门铣床、坐标镗床床身导轨、滚齿机立柱及床身导轨等。图10.1 矩形和三角图形导轨 三角形导轨的基本尺寸如下：图10.2 三角形导轨a= B=120mm b=10mm 矩形导轨的基本尺寸如下： 图10.3 矩形导轨 单位：mmHBh镶条b4013032253910 10.2.3 刀架导轨的设计 燕尾型导轨的特点简介：燕尾型导轨1. 尺寸紧凑，适合于高度小、层次多的部件2. 用一根镶条可以同时调整各面间隙，调整及夹紧方便3. 刚度不及矩形导轨，不适用于承受大的颠覆力矩和向上的力4. 摩擦阻力大5. 加工、测量较麻烦由燕尾型导轨特点可知刀架的横向移动可选用此方式。其具体尺寸如下：图10.4 燕尾型导轨的基本尺寸1. b为斜镶条小端厚度，滑座及镶条斜度K为1:50；1:100。镶条法向斜度-垂直于方向的斜度K：0.82:50;0.82:100。2. =A+b, B=A+1.4H , =+1.4, F=A+2(1+cot)=A+2.92d。燕尾槽的具体尺寸如下：单位：mmHdbABF2526255125130160166.440198.1 10.2.4 导轨间隙的调整装置 导轨面间的间隙对机床工作性能有直接的影响，如果间隙过大，将影响运动精度和平稳性；间隙过小，运动阻力大，导轨的磨损加快。因此必须保证导轨具有合理的间隙，磨损后又能方便的调整。导轨间隙常用压板和镶条来调整。 （1） 压板 压板用来调整辅助导轨面间的间隙和承受颠覆力矩。压板用螺钉固定在运动部件上，用配刮、垫片来调整间隙。 如下图10.5所示的矩形导轨的三种压板结构：图10.5 压板结构 （2） 镶条 镶条用来调整矩形导轨和燕尾型导轨侧向间隙。镶条应放在导轨受力较小一侧。常用的有平镶条和斜镶条两种。平镶条横截面为矩形或平行四边形，其厚度全长均匀相等。平镶条有全长上的几个调整螺钉进行间隙调整，如图10.6所示。因只是几个点上受力，易变形，刚度较低，目前应用较少。 图10.6 平镶条的两种结构 斜镶条的斜度为1：（40100）。斜镶条两个面分别与动刀轨和支撑导轨均匀接触，刚度高,如图10.7。通过调节螺钉或修磨垫的方式轴向移动镶条，以调整导轨的间隙。斜镶条由于厚度不等，在加工后应力分布不均匀，容易弯曲。在调整、压紧或在机床工作状态下也会弯曲。对于两端用螺钉调整的镶条，更易弯曲。因此，镶条在导轨间沿全长的弹性变形和比压是不均匀的。镶条斜度和厚度增加时，不均匀度将显著增加。为了增加镶条柔度，应选用小的厚度和斜度。当镶条尺寸较大时，可在中部削低下去一段，使镶条两端保持良好接触，并可减小刮研面积。或在其上开横向槽，增加镶条柔度。图10.7 斜镶条的三种结构 11 刀具与刀架的设计11.1 刀架的设计 （1）为了使刀架可以自由的纵向移动，采用了燕尾槽导轨，并在刀架下方的燕尾槽导轨中间开了一个方槽，方便丝杠的转动，在刀架下方固定一块具有螺纹孔的正方形铁块，由于小丝杠的直径为28mm，故可设计正方形边长为60mm，用四个螺钉固定在刀架下方。具体见示意图：图11.1 刀架 （2） 为了明确刀具横向移动的距离，需要设计一个分读盘，通过平键固定在转动的丝杠上。这样可以精确地看出刀具移动的距离，准确地加工绳槽。在分读盘外设计一转动手柄，操作方便。 分读盘的结构如下所示： 图11.2 分读盘 双柄对重手柄结构如下所示：图11.3 双柄对重手柄11.2 刀具的设计 11.2.1 螺纹的加工概述 螺纹也是零件上常见的表面之一，它有多种形式，按用途不同可分为如下两类： （1）紧固螺纹 它用于零件间的固定连接，常用的有普通螺纹和管螺纹等，螺纹牙型多为三角形。 对普通螺纹的主要要求是可旋入性和连接的可靠性；对管螺纹的主要要求是密封性和连接的可靠性。 （2）传动螺纹 它用于传递动力、运动或位移，如丝杠和侧微螺杆的螺纹等，其牙型多为梯形或矩齿形。 对于传动螺纹的主要要求是传动准确、可靠，螺牙接触良好及耐磨等。 1.螺纹的技术要求螺纹和其他类型的表面一样，有一定的尺寸精度、形位精度和表面质量的要求。由于他们的用途和使用要求也有所不同。 对于紧固螺纹和无传动精度要求的传动螺纹，一般只要求中径、外螺纹的大径、内螺纹的小径的精度。对于有传动精度要求或用于读数的螺纹，除要求中径和顶径的精度外，还要求螺距和牙型角的精度。为了保证传动或读数精度及耐磨性，对螺纹表面的粗糙度和硬度等也有较高的要求。 2.螺纹加工方法的分析 螺纹加工方法很多，可以在车床、钻床、螺纹铣床、螺纹磨床等机床上利用不同的工具进行加工。选择螺纹的加工方法时，要考虑的因素较多，其中主要的是工件形状、螺纹牙型、螺纹的尺寸精度、工件材料和热处理方法以及生产类型等。常见的螺纹加工方法有：攻丝和套扣，车螺纹，铣螺纹，磨螺纹等。在本设计中选择车螺纹的加工方法。 车螺纹是螺纹加工的基本方法，它可以使用通用设备，刀具简单，适应性广，可用来加工各种形状、尺寸及精度的内、外螺纹，特别适用于加工尺寸较大的螺纹。但是，车螺纹的生产率较低，加工质量取决于工人的技术水平以及机床、刀具本身的精度，所以主要用于单件、小批生产。对于不脆硬精密丝杠的加工，利用精密车床车削，可以获得较高的精度和较小的表面粗糙度，因此占有重要的地位。 螺纹车削是成形面车削的一种，所用刀具为具有螺纹牙型廓形的成形车刀。当生产批量较大时，为了提高生产率。常采用螺纹梳刀进行车削。螺纹梳刀实质上是一种多齿的螺纹车刀，只要一次走刀就能切出全部螺纹，所以生产率较高。但是，一般的螺纹梳刀加工精度不高，不能加工精密螺纹。此外，螺纹附近有轴肩的工件也不能用螺纹梳刀加工。 11.2.2 铣刀头结构的设计 （1） 铣刀结构及材料的选择铣刀片的形状见图11.4。刀片材质为T8或T8A锻造以后经磨削制成。刀体为65Mn钢，刀片共4对8片，并且刀片的淬火硬度不宜太高, 刀刃的淬火硬度一般为4050HRC。其工艺为将一组刀片用刀盘装卡后(见图11.5),盐浴加热, 油淬而成。组合铣刀的形状如图11所示。按绳槽槽底半径要求, 将一组刀片制成不同的直径, 并依大小从中间向两侧对称排列, 然后用刀盘将其夹持成组合铣刀, 其端部即形成绳槽槽底半径R。 图11.4 铣刀片图11.5组合铣刀装配图1-刀片，2，3-刀盘 本次设计中的铣刀是直接进行选型的，选用组合成型铣刀（其结构见装配图）。 12 其它零、部件设计12.1 轴承端盖 轴承端盖的作用是固定轴承，承受轴向载荷，密封轴承座孔，调整轴系位置和轴承间隙等。其类型有凸缘式和嵌入式两种。 嵌入式轴承端盖不用螺栓连接，结构简单，但密封性能差。在轴承盖中设置O型密封圈能提高其密封性能，适用于油润滑，如下图12.1所示。另外，采用嵌入式轴承盖时，调整轴向间隙较麻烦，需要打开箱盖，防止调整垫片，只易用于深沟球轴承（固定间隙轴承）。如用嵌入式端盖固定圆锥滚子轴承或角接触球轴承时，应在端盖上增加调整螺钉，以便于调整。图12.1 嵌入式轴承端盖凸缘式轴承端盖用螺钉固定在箱体上，调整轴承间隙时不需开箱盖，比较方便，密封性能也好，所以用的较多。这种端盖多用铸铁铸造，所以要考虑铸造工艺。例如在设计穿通式轴承端盖时，由于装置密封件需
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