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拉花机设计【说明书+CAD+UG】,拉花机,设计,说明书,CAD,UG
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天 津 理 工 大 学本科毕业设计题目：拉花机设计学生姓名 李洋洋 届 2014 学 院 机械工程学院 专业 机械工程及自动化 指导教师 陈红 职称 副教授 日期 2014年6月10日 天津理工大学教务处制47毕业设计说明书（论文）中文摘要首先针对拉花机进行总体方案设计，进而确定拉花机的总体布局，随后，对主轴组件进行设计。介绍了主轴的工作原理及关键技术。然后，确定了合理的主轴总体结构，分别对主轴的各零部件作了设计，产生了装配图、零件图与设计说明书等设计文档。最后，对主轴的旋转轴和轴承进行了详细的分析和校核，计算表明，该主轴设计符合要求。对拉花机夹具内有合理的定位及夹紧，能够实现沿刀具径向和轴向微调，能够沿刀具轴向和径向做精确调整，能够通过简便方法实现不同直径工件的装夹定位，经过设计对拉花机进行了优化设计和合理设计，取得了良好的效果。关键词： 拉花机，主轴组件，主轴，轴承，带轮毕业设计说明书（论文）外文摘要Firstly, the overall scheme design for garland machine, which will determine the overall layout of the machine, garland, the spindle components of the design. This paper introduces the working principle and key technology of spindle. Then, the main structure reasonable, the main components were designed, produced the assembly drawing, part drawing and design specifications and design documents. Finally, the rotation of the spindle shaft and bearing are analyzed and checked, detailed calculation shows that, the spindle is designed to meet the requirements of.A positioning and clamping the drawloom clamp, can realize the tool along the radial and axial adjustment, accurate adjustment tool can do along the axial and radial, through a simple method for different diameter of workpiece clamping and positioning, through the design of the optimization design and the reasonable design of the drawloom, achieved good results.Keywords: garland machine, spindle, spindle, bearing, pulley目 录1 绪论11.1 概述11.2 课题研究的目的和意义11.3 国内外研究现状22 拉花机的总体参数计算42.1 毕业设计内容及要求42.2 总体设计轮廓43 电机至回转工作台之间带传动计算53.1 电动机的选型53.2 带传动设计63.2.1 选择带型73.2.2 确定带轮的基准直径并验证带速83.2.3 确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角83.2.4 确定带的根数z93.2.5 确定带轮的结构和尺寸93.2.6确定带的张紧装置103.3 带轮1上键的选择与校核113.4 带轮2上键的选择与校核134 拉花工序夹具及其传动设计154.1 夹具的设计要点154.2 定位机构154.3 夹紧机构154.4 零件的夹具的加工误差分析174.5 确定夹具体结构尺寸和总体结构174.6 零件的专用夹具简单使用说明184.7 夹具部位的齿轮的设计计算195 回转工作台组件要求与设计计算245.1 主轴的基本要求245.1.1 旋转精度245.1.2 刚度245.1.3 抗振性255.1.4 温升和热变形255.1.5 耐磨性265.2 主轴组件的布局265.3 主轴结构的初步拟定295.4 主轴的材料与热处理295.5 主轴的技术要求305.6 主轴直径的选择315.7 主轴前后轴承的选择315.8 轴承的选型及校核325.9 主轴前端悬伸量345.10 主轴支承跨距355.11 主轴组件的验算355.11.1 支承的简化355.11.2 主轴的挠度365.11.3 主轴倾角375.12 主轴机构相关部件385.12.1 主轴轴承的润滑385.12.2 主轴组件的密封385.12.3 轴肩挡圈395.12.4 挡圈395.12.5 圆螺母395.12.6 挠度、转角、锁紧力的计算及校核395.12.7 直线滚动导轨副的计算、选择41结束语44致 谢45参考文献461 绪论1.1 概述机械制造业在国民经济中占有重要的地位，是国民经济各部门赖以发展的基础，是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。机械制造业不仅为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种生产设备、仪器仪表和工具，而且为制造业包括机械制造业本身提供机械制造装备。机械制造业的生产能力和制造水平标志着一个国家或地区的科学技术水平、经济实力。机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决于机械制造装备的先进程度。机械制造装备的核心是金属切削拉花机，精密零件的加工，主要依赖切削加工来达到所需要的精度。金属切削拉花机所担负的工作量约占机器制造总工作量的40%60%，金属切削拉花机的技术水平直接影响到机械制造业的产品质量和劳动生产率。换言之，一个国家的工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。显然，金属切削在国民经济现代化建设中起着不可替代的作用。纵观几十年来的历史，机械制造业从早期降低成本的竞争，经过20世纪70年代、80年代发展到20世纪90年代乃至21世纪初的新的产品的竞争。目前，我国已加入世界贸易组织，经济全球化时代已经到来，我国机械制造业面临严峻的挑战，也面临着新的形势：知识技术产品的更新周期越来越短，产品的批量越来越小，产品的性能和质量的要求越来越高，环境保护意识和绿色制造的呼声越来越强，因而以敏捷制造为代表的先进制造技术将是制造业快速响应市场需要、不断推出新产品、赢得竞争、求得生存和发展的主要手段。1.2 课题研究的目的和意义在国民经济各部门、人民的日常生活中，使用者各种机器设备、仪器工具，这些机器、机械 、仪器和设备和工具大部分是由一定的形状和尺寸的金属零件所组成的。生产这些零件并将它们装配成机器、机械、仪器和工具的工业，称为机械制造工业。在机械零件的制造过程中，采用铸造、锻压、焊接、冲压等制造方法，可以获得低精度零件。对于精度要求高、表面粗糙度小的零件，主要依靠切削加工的方法获得，尤其是加工精密零件时，需经过多道工序的切削加工才能完成。因此，机械加工设备是机械制造业的主要加工设备。在一般的机器制造厂中，金属切削机床所负担的加工工作量，余额占总工作量的40%60%。金属切削机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。机床是在人类认识和改造自然的过程中产生，又随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展、不断完成的。最原始的机床是木制的，所有运动由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶开始发展起来的。机床设计是设计人员根据不同使用部门的要求，运用有关的科学技术知识，进行创造性的劳动。随着生产的发展，使用的要求也不断地提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，从而使机床的设计和制造获得了迅速的发展。毕业设计是培养学生设计能力的重要实践环节，通过设计掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养学生分析和解决实际问题的能力，使学生成功的走向工作岗位。通过本次设计毕业设计对拉花机组成、控制、结构运动、设计加以了解；通过机床设计掌握拉花机设计的基本方法,并且对专用机床的设计作进一步了解；通过机床设计培养和锻炼自身的工程素质和工程实践能力。1.3 国内外研究现状20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有1020万台，产值上百亿美元。 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受个月以后的订货合同，生产任务饱满。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50，库存超过个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年月份的上海数控机床展览会和2001年月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。数控技术经过50年的个阶段和代的发展： 第阶段：硬件数控（NC） 第代：1952年的电子管 第代：1959年晶体管分离元件 第代：1965年的小规模集成电路。第阶段：软件数控（CNC） 第代：1970年的小型计算机 第代：1974年的微处理器 第代：1990年基于个人PC机（PC-BASEO） 第代的系统优点主要有： （） 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到万小时以上； （2） 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）； （3） 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，年生产万套以上系统，占世界市场约40左右，其次是德国的西门子公司约占15以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲亚，法国的，日本的三菱、安川。发展趋势制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，机械制造是制造业的核心。数控技术的应用使得传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国民生计起着越来与重要的作用。当前数控技术及其装备的发展的趋势：1、高速、精密化 2、可靠性 3、数控机床设计CAD化、功能多样化 4、智能化、网络化、柔性化、集成化 5、开放性 6、复合性 7、串行总线计算机数控系统 8、重视新技术标准、规范的建立2 拉花机的总体参数计算2.1 毕业设计内容及要求1、 功能要求：1）能够完成调整环外圆面拉花工序加工。2）满足零件加工精度及生产率的要求。3）零件应当在夹具内有合理的定位及夹紧，能够实现沿刀具径向和轴向微调。4）主轴转速应当满足工艺要求，进给精度符合要求。2、 技术要求：1）采用高速钢刀具加工铝合金材料的切削速度为1500m/min。2）加工生产率约为： 1件/每分钟。3）加工工艺系统能够沿刀具轴向和径向做精确调整。4）性能稳定可靠、便于调整和维护。5）能够通过简便方法实现不同直径工件的装夹定位。 6) 便于操作，操作人员可以采用坐姿完成操作加工任务。2.2 总体设计轮廓该拉花机用于加工调整环外圆面拉花工序，需要实现刀具径向和轴向微调，采用的是导轨结构，水平方向采用的是直线导轨副，竖直方向采用燕尾槽导轨，中间有个大圆盘，下面由一对带轮进行驱动选择，拉花工序由拉花夹具装夹工件，该夹具采用锥形套和联动的螺旋机构（利用杠杆原理，当调整后面的锥形套时，那一对压紧的 可以实现 松开或卡紧，能快速装夹工件，提高效率） 本科毕业设计说明书（论文） 第45页 共52页3 电机至回转工作台之间带传动计算3.1 电动机的选型根据加工加工效率，初选Y100L2-4 Y系列三相异步电动机表2-2 Y系列三相异步电动机 电动机型号额定功率 KW满载转速 r/min堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩质量 KgY100L2-43同步转速1500 r/min,4级 满载转速1440 r/min2.22.238（a）（b） 图2.1 电动机的安装及外形尺寸示意图3.2 带传动设计输出功率P=3kW,转速n1=1440r/min,n2=1440r/min表4 工作情况系数工作机原动机类类一天工作时间/h10161016载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（）；离心式压缩机；轻型运输机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查机械设计P296表4，取KA1.1。即3.2.1 选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械设计P297图1311选取。根据算出的Pd3.3kW及小带轮转速n11440r/min ，查图得：dd=80100可知应选取A型V带。3.2.2 确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得，小带轮基准直径为80100mm则取dd1=80mm ddmin.=75 mm（dd1根据P295表13-4查得）表3 V带带轮最小基准直径槽型YZABCDE205075125200355500由机械设计P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得=80mm 误差验算传动比： （为弹性滑动率）误差 符合要求 带速 满足5m/sv300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料：选用灰铸铁，HT200。3.2.6确定带的张紧装置 选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。3.8计算压轴力由机械设计P303表1312查得，A型带的初拉力F0133.46N，上面已得到=153.36o，z=8，则对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小, 带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角 为32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表 普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92） 项目 符号 槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基准线下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽间距 e 8 0.3 12 0.3 15 0.3 19 0.4 25.5 0.5 37 0.6 44.5 0.7 第一槽对称面至端面的距离 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 67.5 10 12 15 带轮宽 B B =( z -1) e + 2 f z 轮槽数 外径 d a 轮 槽 角 32 对应的基准直径 d d 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 - 80 118 190 315 475 600 极限偏差 1 0.5 V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式： （1） 实心带轮：用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时)，如图7 -6a。 （2） 腹板带轮：用于中小尺寸的带轮(dd 300mm 时)，如图7-6b。 （3） 孔板带轮：用于尺寸较大的带轮(ddd) 100 mm 时)，如图7 -6c 。 （4） 椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd 500mm 时)，如图7-6d。（a） （b） （c） （d）图7-6 带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（a）,大带轮选择实心带轮如图（a）6 键的选择与校核3.3 带轮1上键的选择与校核3.3.1键的选择在本设计中，所选择的键的类型均为A型圆头普通平键，其材料为45钢，在带轮1上键的尺寸如下表所示：轴键键槽半径r公称直径d公称尺寸bh宽度b深度公称尺寸b极限偏差轴t毂一般键联结轴N9毂9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大288780-0.0360.0184.0+0.203.3+0.200.250.40表5-1 带轮1上键的尺寸3.3.2 键的校核1.键的剪切强度校核键在传递动力的过程中，要受到剪切破坏，其受力如下图所示：图5-6 键剪切受力图键的剪切受力图如图3-6所示，其中b=8 mm,L=25 mm.键的许用剪切应力为=30 ，由前面计算可得，轴上受到的转矩T=55 Nm ，由键的剪切强度条件： （其中D为带轮轮毂直径） （5-1） =10 M30 （结构合理）2.键的挤压强度校核键在传递动力过程中，由于键的上下两部分之间有力偶矩的作用，迫使键的上下部分产生滑移，从而使键的上下两面交界处产生破坏，其受力情况如下图所示：（初取键的许用挤压应力=100 ）图5-7 键挤压受力图由 （5-2） =2000 N又有 （5-3）8 结构合理3.4 带轮2上键的选择与校核3.4.1 键的选择同上所述，带轮2上所选择的键的类型均为A型圆头普通平键，其材料为45钢，键的尺寸如下表所示：轴键键槽半径r公称直径d公称尺寸bh宽度b深度公称尺寸b极限偏差轴t毂一般键联结轴N9毂9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大30108100-0.0360.0184.0+0.203.3+0.200.250.40表5-2 带轮2上键的尺寸3.4.2 键的校核键的剪切受力图如图5-6所示，其中b=10 mm,L=8mm.键的许用剪切应力为=30 ，由前面计算可得，轴上受到的转矩T=110 Nm ，由键的剪切强度条件： （其中D为带轮轮毂直径） （5-4） =6.3 M30 （结构合理）同理校核键的挤压强度，其受力如图5-7，初取键的许用挤压应力=100 。由 （5-5） =3150 N又有 （5-6）6.3 结构合理4 拉花工序夹具及其传动设计4.1 夹具的设计要点（1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转，故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外，整个夹具还要受到重力和离心力的作用，转速越高离心力越大，这些力不仅降低夹紧力，同时会使主轴振动。因此，夹紧机构必须具有足够的夹紧力，自锁性能好，以防止工件在加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。（2）夹具与主轴的连接对于主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构，过渡盘在其长锥面上配合定心，用活套在主轴上的螺母锁紧，由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度较高，但端面要求紧贴，制造上较困难。4.2 定位机构由零件图分析工件加工要求，必须保证孔轴向和径向的加工尺寸，得出，夹具必须限制工件的六个自由度，才可以达到加工要求。先设计夹具模型如下：选择定位元件为：支承板，心轴，定位销。可见，定位方案选择合理。4.3 夹紧机构选择工件的夹紧方案，夹紧方案的选择原则是夹得稳，夹得牢，夹得快。选择夹紧机构时，要合理确定夹紧力的三要素：大小、方向、作用点。夹紧装置的基本要求如下：2、 夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；3、 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不震动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形。4、 夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力。5、 机构应尽量简单，制造、维修要方便。根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 所以有： 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力之间的关系F夹KF轴向力：F夹KF （N）扭距：Nm在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数实际所需夹紧力：由参考文献16机床夹具设计手册表得： 安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献16机床夹具设计手册表 可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用螺旋夹紧机构。6、分析零件加工要素的性质，确定夹紧动力源类型为手动夹紧，夹紧装置为压板，压紧力来源为螺旋力。夹具的具体结构与参数见夹具装配图和零件图。4.4 零件的夹具的加工误差分析工件在夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差、夹具误差、夹具在主轴上的安装误差和加工方法误差的影响。如夹具图所示，在夹具上加工时，尺寸的加工误差的影响因素如下所述：（1）定位误差由于内孔面既是工序基准，又是定位基准，基准不重合误差为零。工件在夹具上定位时，定位基准与限位基准是重合的，基准位移误差为零。因此，尺寸的定位误差等于零。（2）夹具误差夹具误差为限位基面与轴线间的距离误差，以及限位基面相对安装基面C的平行度误差是0.01.（3）安装误差因为夹具和主轴是莫氏锥度配合，夹具的安装误差几乎可以忽略不计。（4）加工方法误差如主轴上安装夹具基准与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、溜板进给方向与主轴轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力的大小等因素。一般取=/3=0.05/3=0.017mm零件的夹具总加工误差是： 精度储备：故此方案可行。4.5 确定夹具体结构尺寸和总体结构夹具体设计的基本要求（1）应有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。（2）应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。（3）应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。（4）应便于排除切屑在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。（5）在机床上的安装应稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。确定夹具体的结构尺寸，然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。4.6 零件的专用夹具简单使用说明（1）夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。（2）当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动，影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡工作。（3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此，还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。4.7 夹具部位的齿轮的设计计算初步选择86BYG250CN-0501 步进电机，保持力矩为7.5N*m行星减速机 TBK90-35 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 2）运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度（GB10095-88） 3）材料选择 由表(10-1)选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者硬度差为40 HBS。 4）初选小齿轮的齿数，选2 按齿面接触强度设计 由设计公式（注:脚标t表示试选或试 算值,下同.）（1）确定公式内各计算数值1）试选载荷系数 3）由表10-7选取齿宽系数（非对称布置）4）由表10-6查取材料弹性影响系数5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度6）由式10-13计算应力循环次数（j为齿轮转一圈，同一齿面啮合次数；为工作寿命）7）由图10-19取接触疲劳寿命系数8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式10-12得 （2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入较小值 由计算式得， mm2）计算圆周速度3）计算齿轮b 4)计算齿宽与齿高比模数齿轮高齿高比5）计算载荷系数K 根据，7级精度，由图10-8查得动载系数 由表10-2查得 由表10-4用插值法，7级精度,小齿轮相对轴承为非对称布置 查得 由 查图10-13得 故载荷系数 =1.5626）按实际的载荷系数校正所算分度圆直径，由式（10-10a）得 7）计算模数 3 按齿根弯曲强度设计由式（10-5） （1）确定计算参数1)图10-20C查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯曲疲劳 强度极限为2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 3)算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数由公式(10-12)得4)算载荷系数 =5)取齿形系数，应力校正系数 由表10-5查得 6)比较大小齿轮的大小大齿轮的数值大（2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，终合考虑，满足两方面，对模数就近取整，则 m=2.5 大齿轮齿数 4 几何尺寸计算几何尺寸的计算（，）齿顶高 由于正常齿轮， 所以齿根高 由于正常齿 所以全齿高 名 称计 算 公 式结 果 /mm模数m2.5压力角n分度圆直径d197.5d297.5齿顶圆直径齿根圆直径中心距97.5齿 宽5 回转工作台组件要求与设计计算主轴组件是拉花机的执行件，它的功用是支承并带动砂轮旋转，完成表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。由于主轴组件的工作性能直接影响到拉花机的加工质量和生产率，因此它是拉花机中的一个关键组件。主轴和一般传动轴的相同点是，两者都传递运动、扭矩并承受传动力，都要保证传动件和支承的正常工件条件，但主轴直接承受切削力，还要带动工件或刀具，实现表面成形运动，因此对主轴有较高的要求。5.1 主轴的基本要求5.1.1 旋转精度主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，主轴前端定位面的径向跳动r、端面跳动a和轴向窜动值o。如图2-1所示：图中实线表示理想的旋转轴线，虚线表示实际的旋转轴线。当主轴以工作转速旋转时，主轴回转轴线在空间的漂移量即为运动精度。主轴组件的旋转精度取决于部件中各主要件（如主轴、轴承及支承座孔等）的制造精度和装配、调整精度；运动精度还取决于主轴的转速、轴承的性能和润滑以及主轴部件的动态特性。各类通用拉花机主轴部件的旋转精度已在拉花机精度标准中作了规定，专用拉花机主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。图2-1 主轴的旋转误差5.1.2 刚度主轴组件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变形的能力，如图2-2所示，即K=F/y（单位为N/m），刚度的倒数y/F称为柔度。主轴组件的刚度，是主轴、轴承和支承座的刚度的综合反映，它直接影响主轴组件的旋转精度。显然，主轴组件的刚度越高，主轴受力后的变形就越小，如若刚度不足，在加工精度方面，主轴前端弹性变形直接影响着工件的精度；在传动质量方面，主轴的弯曲变形将恶化传动齿轮的啮合状况，并使轴承产生侧边压力，从而使这些零件的磨损加剧，寿命缩短；在工件平稳性方面，将使主轴在变化的切削力和传动力等作用下，产生过大的受迫振动，并容易引起切削自激振动，降低了工件的平稳性。图2-2 主轴组件静刚度主轴组件的刚度是综合刚度，影响主轴组件刚度的因素很多，主要有：主轴的结构尺寸、轴承的类型及其配置型式、轴承的间隙大小、传动件的布置方式、主轴组件的制造与装配质量等。5.1.3 抗振性主轴组件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。在切削过程中，主轴组件不仅受静载荷的作用，同时也受冲击载荷和交变载荷的作用，使主轴产生振动。如果主轴组件的抗振性差，工作时容易产生振动，从而影响工件的表面质量，降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命，还会产生噪声影响工作环境。随着拉花机向高精度、高效率方向发展，对抗振性要求越来越高。评价主轴组件的抗振性，主要考虑其抵抗受迫振动和自激振动能力的大小。5.1.4 温升和热变形主轴组件工作时因各种相对运动处的摩擦和搅油等而发热，产生了温升，温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称为热变形。热变形应以主轴组件运转一定时间后各部分位置的变化来度量。主轴组件温升和热变形，使拉花机各部件间相对位置精度遭到破坏，影响工件加工精度，高精度拉花机尤为严重；热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态变坏；热变形还使主轴和轴承，轴承与支承座之间已调整好的间隙和配合发生变化，影响轴承正常工作，间隙过小将加速齿轮和轴承等零件的磨损，严重时甚至会发生轴承抱轴现象。影响主轴组件温升、热变形的主要因素有：轴承的类型和布置方式，轴承间隙及预紧力的大小，润滑方式和散热条件等。5.1.5 耐磨性主轴组件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主轴组件各个滑动表面，包括主轴端部定位面、锥孔，与滑动轴承配合的轴颈表面，移动式主轴套筒外圆表面等，都必须具有很高的硬度，以保证其耐磨性。为了提高主轴组件的耐磨性，应该正确地选用主轴和滑动轴承的材料及热处理方法、润滑方式，合理调整轴承间隙，良好的润滑和可靠的密封。5.2 主轴组件的布局主轴组件的设计，必须保证满足上述的基本要求，从而从全局出发，考虑主轴组件的布局。拉花机主轴有前、后两个支承和前、中、后三个支承两种，以前者较多见。两支承主轴轴承的配置型式，包括主轴轴承的选型、组合以及布置，主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等方面的要求，并考虑轴承的供应、经济性等具体情况，加以确定。在选择时，具体有以下要求：（1）适应刚度和承载能力的要求主轴轴承选型应满足所要求的刚度和承载能力。径向载荷较大时，可选用滚子轴承；较小时，可选用球轴承。双列滚动轴承的径向刚度和承载能力，比单列的大。同一支承中采用多个轴承的支承刚度和承载能力，比采用单个轴承大。一般来说，前支承的刚度，应比后支承的大。因为前支承刚度对主轴组件刚度的影响要比后支承的大。表2-1所示为滚动轴承和滑动轴承的比较。表2-1 滚动轴承和滑动轴承的比较基本要求滚动轴承滑动轴承动压轴承静压轴承旋转精度精度一般或较差。可在无隙或预加载荷下工作。精度也可以很高，但制造困难单油楔轴承一般，多油楔轴承较高可以很高刚度仅与轴承型号有关，与转速、载荷无关，预紧后可提高一些随转速和载荷升高而增大与节流形式有关，与载荷转速无关承载能力一般为恒定值，高速时受材料疲劳强度限制随转速增加而增加，高速时受温升限制与油腔相对压差有关，不计动压效应时与速度无关抗振性能不好，阻尼系数D=0.029较好，阻尼系数D=0.055很好，阻尼系数D=0.4速度性能高速受疲劳强度和离心力限制，低中速性能较好中高速性能较好。低速时形不成油漠，无承载能力适应于各种转速摩擦功耗一般较小，润滑调整不当时则较大f=0.0020.008较小f=0.0010.08本身功耗小，但有相当大的泵功耗f=0.00050.001噪声较大无噪声本身无噪声，泵有噪声寿命受疲劳强度限制在不频繁启动时，寿命较长本身寿命无限，但供油系统的寿命有限（2）适应转速要求由于结构和制造方面的原因，不同型号和规格的轴承所允许的最高转速是不同的。轴承的规格越大，精度等级越低，允许的最高转速越低。在承受径向载荷的轴承当中，圆柱滚子轴承的极限转速，比圆锥滚子轴承的高。在承受轴向载荷的轴承当中，向心推力轴承的极限转速最高；推力球轴承的次之；圆锥滚子轴承的最低，但承载能力与上述次序相反。因此，应综合考虑转速和承载能力两方面要求来选择轴承型式。（3）适应精度的要求起止推作用的轴承的布置有三种方式：前端定位止推轴承集中布置在前支承；后端定位集中布置在后支承；两端定位分别布置在前、后支承。采用前端定位时，主轴受热变形向后延伸，不影响轴向定位精度，但前支承结构复杂，调整轴承间隙较不便，前支承处发热量较大；后端定位的特点与前述的相反；两端定位时，主轴受热伸长后，轴承轴向间隙的改变较大，若止推轴承布置在径向轴承内侧，主轴可能因热膨胀而弯曲。（4）适应结构的要求当要求主轴组件在性能上有较高的刚度和一定的承载能力，而在结构上径向尺寸要紧凑时，则可在一个支承（尤其是前支承）中配置两个或两个以上的轴承。对于轴间距很小的多主轴拉花机，由于结构限制，宜采用滚针轴承来承受径向载荷，用推力球轴承来承受轴向载荷，并使两轴承错开排列。（5）适应经济性要求确定主轴轴承配置型式，除应考虑满足性能和结构方面要求外，还应作经济性分析，使经济效果好。在中速和大载荷情况下，采用圆锥滚子轴承要比采用向心轴承和推力轴承组合配置型式成本低，因为前者节省了两个轴承，而且箱体工艺性较好。综合考虑以上因素，本设计的主轴采用前、后支承的两支承主轴，前支承采用双列向心短圆柱滚子轴承和推力球轴承的组合，D级精度；后支承采用圆柱滚子轴承，E级精度。其中前支承的双列圆柱滚子轴承，滚子直径小，数量多（5060个），具有较高的刚度；两列滚子交错布置，减少了刚度的变化量；外圈无挡边，加工方便；轴承内孔为锥孔，锥度为1：12，轴向移动内圈使之径向变形，调整径向间隙和预紧；黄铜实体保持架，利于轴承散热。前支承的总体特点是：主轴静刚度好，回转精度高，温升小，径向间隙可以调整，易保持主轴精度，但由于前支承结构比较复杂，前、后支承的温升不同，热变形较大，此外，装配、调整比较麻烦。5.3 主轴结构的初步拟定主轴的结构主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承和密封装置等的类型、数目、位置和安装定位的方法，同时还要考虑主轴加工和装配的工艺性，一般在拉花机主轴上装有较多的零件，为了满足刚度要求和能得到足够的止推面以及便于装配，常把主轴设计成阶梯轴，即轴径从前轴颈起向后依次递减。主轴是空心的或者是实心的，主要取决于拉花机的类型。此次设计的主轴，也设计成阶梯形，同时，在满足刚度要求的前提下，设计成空心轴，以便通过刀具拉杆。主轴端部系指主轴前端。它的形状决定于拉花机的类型、安装夹具或刀具的形式，并应保证夹具或刀具安装可靠、定位准确，装卸方便和能传递一定的扭矩。5.4 主轴的材料与热处理主轴材料主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素选择。主轴的刚度与材料的弹性模量E值有关，钢的E值较大（2.110N/cm左右），所以，主轴材料首先考虑用钢料。钢的弹性模量E的数值和钢的种类和热处理方式无关，即不论是普通钢或合金钢，其弹性模量E基本相同。因此在选择钢料时应首先选用价格便宜的中碳钢（如45钢），只有在载荷特别重和有较大的冲击时，或者精密拉花机主轴需要减少热处理后的变形时，或者轴向移动的主轴需要保证其耐磨性时，才考虑选用合金钢。当主轴轴承采用滚动轴承时，轴颈可不淬硬，但为了提高接触刚度，防止敲碰损伤轴颈的配合表面，不少45钢主轴轴颈仍进行高频淬火（HRC4854）.有关45钢主轴热处理情况如下表2.2所列：表2-2 使用滚动轴承的45钢主轴热处理等参数工 作 条 件使 用 机 床材 料 牌 号热 处 理硬 度常 用代 用轻中负载车、钻、铣、磨床主轴4550调质HB220250轻中负载局部要求高硬度磨床的砂轮轴4550高频淬火HRC5258轻中负载PV40（Nm/cms）车、钻、铣、磨床的主轴4550淬火回火高频淬火HRC4250HRC5258此次设计的拉花机主轴，考虑到主轴材料的选择原则，选用价格便宜的中碳钢（45钢）。查表2-2中，因工作中承受轻、中负荷，且要求局部高硬度，故热处理采用高频淬火，HRC5258。5.5 主轴的技术要求主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴和轴承、齿轮等零件相连接处的表面几何形状误差和表面粗糙度，关系到接触刚度，零件接触表面形状愈准确、表面粗糙度愈低，则受力后的接触变形愈小，亦即接触刚度愈高。因此，对主轴设计必须提出一定的技术要求。（1）轴颈 此次设计的主轴，应首先考虑轴颈。支承轴颈是主轴的工作基面、工艺基面和测量基面。主轴工作时，以轴颈作为工作基面进行旋转运动；加工主轴时，为了保证锥孔中心和轴颈中心同轴，一般都以轴颈作为工艺基面来最后精磨锥孔；在检查主轴精度时，以轴颈作为测量基面来检查各部分的同轴度和垂直度。采用滚动轴承时，轴颈的精度必须与轴承的精度相适应。轴颈的表面粗糙度和硬度，将影响其与滚动轴承的配合质量。对于普通精度级拉花机的主轴，其支承轴颈的尺寸精度为IT5，轴颈的几何形状允差（圆度、圆柱度等）通常应小于直径公差的1/41/2。（2）内锥孔 内锥孔是安装刀具或顶尖的定位基面。在检验拉花机精度时，它是代表主轴中心线的基准，用来检查主轴与其他部件的相互位置精度，如主轴与导轨的平行度等。由于刀具和顶尖要经常装拆，故内锥孔必须耐磨。锥孔与轴承轴颈的同轴度，一般以锥孔端部及其相距100300毫米处对轴颈的径向跳动表示；其形状误差用标准检验锥着色检查的接触面积大小来检验，此乃综合指标；还要求一定的表面粗糙度和硬度等。5.6 主轴直径的选择主轴直径对主轴组件刚度的影响很大，直径越大，主轴本身的变形和轴承变形引起的主轴前端位移越小，即主轴组件的刚度越高。但主轴前端轴颈直径D1越大，与之相配的轴承等零件的尺寸越大，要达到相同的公差则制造越困难，重量也增加。同时，加大直径还受到轴承所允许的极限转速的限制，甚至为拉花机结构所不允许。通常，主轴前轴颈直径D1可根据传递功率，并参考现有同类拉花机的主轴轴颈尺寸确定。查金属切削拉花机设计第506页表5-12中，几种常见的通用拉花机钢质主轴前轴颈的直径D1，可供参考，如下表2-3所示：拉花机，查上表中对应项，初取D1= D2=30。表2-3 主轴前轴颈直径D1的选择机床机床功率 （千瓦）1.472.52.63.63.75.55.67.37.4111114.7608070907010595130110145140165铣床5090609060957510090105100115外圆磨床5090557070807590751005.7 主轴前后轴承的选择根据前述关于轴承的选择原则，查金属切削设计简明手册第375页，选取主轴前支承型号是7213AC 角接触球轴承。图2-6 轴承结构参数及安装尺寸5.8 轴承的选型及校核滚动轴承的选择包括轴承类型选择、轴承精度等级选择和轴承尺寸选择。轴承类型选择适当与否，直接影响轴承寿命以至机器的工作性能。选择轴承类型时应当分析比较各类轴承的特性，并参照同类机器中的轴承使用经验。 在选择轴承类型时，首先要考虑载荷的大小、方向以及轴的转速。一般说来，球轴承便宜，在载荷较小时，宜优先选用。滚子轴承的承载能力比球轴承大，而且能承受冲击载荷，因此在重载荷或受有振动、冲击载荷时，应考虑选用滚子轴承。但要注意滚子轴承对角偏斜比较敏感。当主要承受径向载荷时，应选用向心轴承。当承受轴向载荷而转速不高时，可选用推力轴承；如转速较高，可选用角接触球轴承。当同时承受径向裁荷和轴向载荷时，若轴向载荷较小，可选用向心球轴承或接触角不大的角接触球轴承；若轴向载荷较大，而转速不高，可选用推力轴承和向心轴承的组合方式，分别承受轴向载荷和径向载荷；当轴向载荷较大，且转速较高时，则应选用接触角较大的角接触轴承。各类轴承适用的转速范围是不相同的，在机械设计手册中列出了各类轴承的极限转速。一般应使轴承在低于极限转速下运转。向心球轴承、角接触球轴承和短圆柱痞子轴承的极限转速较高。适用于较高转速场合。推力轴承的极限转速较低只能用于较低转速场合。其次，在选择轴承类型时还需考虑安装尺寸限制、装拆要求，以及轴承的调心件能和风度，一般球轴承外形尺寸较大，滚子轴承较小，滚针轴承的径向尺寸最小而轴向尺寸较大，此外，不同系列的轴承，其外形尺寸也不相同。选择轴承一般应根据机械的类型、工作条件、可靠性要求及轴承的工作转速n，预先确定一个适当的使用寿命Lb (用工作小时表示)，再进行额定动裁荷和额定静载荷的计算。对于转速较高的轴承(n10rmin),可按基本额定动载荷计算值选择轴承，然后校核其额定静载荷是否满足要求。当轴承可靠性为90、轴承材料为常规材料并在常规条件下运转时，取500h作为额定寿命的基准，同时考虑温度、振动、冲击等变化，则轴承基本额定动载荷可按下式进行简化计算。C基本额定动载荷计算值，N；P当量动载荷，N；fh寿命因数；1fn速度因数；0.822fm力矩载荷因数，力矩载荷较小时取1.5，较大时取2；fd冲击载荷因数；1.5fT温度因数；1CT轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N；查文献3中的表6-2-8至6-2-12，得，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。在本装置中，可以假设轴承只承受径向载荷，则当量动载荷为：P=XFr+YFa查文献3的表6-2-18，得，X=1，Y=0；所以，P=Fr=1128N。由以上可得：然后校核该轴承的额定静载荷。额定静载荷的计算公式为：式中：基本额定静载荷计算值，N; 当量静载荷，N；安全因数轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷，N。查文献3的表6-2-14知，对于深沟球轴承，其当量静载荷等于径向载荷。查文献3的表6-2-14知，安全系数则轴承的基本额定静载荷为：由上式可知，选取的轴承符合要求。5.9 主轴前端悬伸量主轴前端悬伸量a指的是主轴前支承支反力的作用点到主轴前端受力作用点之间的距离，它对主轴组件刚度的影响较大。悬伸量越小，主轴组件刚度越好。主轴前端悬伸量a取决于主轴端部的结构形状及尺寸，一般应按标准选取，有时为了提高主轴刚度或定心精度，也可不按标准取。另外，主轴前端悬伸量a还与前支承中轴承的类型及组合型式、工件或夹具的夹紧方式以及前支承的润滑与密封装置的结构尺寸等有关。因此，在满足结构要求的前提下，应尽可能减小悬伸量a，以利于提高主轴组件的刚度。初算时，可查金属切削拉花机设计第158页，如下表2-4所示：表2-4 主轴的悬伸量与直径之比类型机 床 和 主 轴 的 类 型a/ D1通用和精密，自动和短主轴端铣床，用滚动轴承支承，适用于高精度和普通精度要求0.61.5中等长度和较长主轴端的和铣床，悬伸量不太长（不是细长）的精密镗床和内圆磨，用滚动和滑动轴承支承，适用于绝大部分普通生产的要求1.252.5拉花机，专用拉花机，由加工技术决定需要有长的悬伸刀或主轴可移动，由于切削较重而不适用于有高精度要求的拉花机2.55.10 主轴支承跨距主轴支承跨距L是指主轴前、后支承支承反力作用点之间的距离。合理确定主轴支承跨距，可提高主轴部件的静刚度。可以证明，支承跨距越小，主轴自身的刚度越大，弯曲变形越小，但支承的变形引起的主轴前端的位移量将增大；支承跨距大，支承的变形引起的主轴前端的位移量较小，但主轴本身的弯曲变形将增大。可见，支承跨距过大或过小都会降低主轴部件的刚度。有关资料对合理跨距选择的推荐值可作参考：（1） L=（45）D1（2） L=（35）a，用于悬伸长度较小时；（3） L=（12）a，用于悬伸长度较大时。根据此次设计的拉花机刚性主轴的悬伸量较大，取L2.5a为宜。即此次设计的主轴两支承的合理跨距L2.5a=2.5120=300初取L=280。5.11 主轴组件的验算主轴在工作中的受力情况严重，而允许的变形则很微小，决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小，因此主轴的计算主要是刚度的验算，与一般轴着重于强度的情况不一样。通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度的要求。刚度乃是载荷与弹性变形的比值。当载荷一定时，刚度与弹性变形成反比。因此，算出弹性变形量后，很容易得到静刚度。主轴组件的弹性变形计算包括：主轴端部挠度和主轴倾角的计算。5.11.1 支承的简化对于两支承主轴，若每个支承中仅有一个单列或双列滚动轴承，或者有两个单列球轴承，则可将主轴组件简化为简支梁，如下图2-8所示；若前支承有两个以上滚动轴承，可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为固定端梁，如图2-9所示：图2-8 主轴组件简化为简支梁图2-9 主轴组件简化为固定端梁此次设计的主轴，前支承选用了一个双列向心短圆柱滚子轴承和两个推力球轴承作为支承，即可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为上图2-9所示。5.11.2 主轴的挠度查材料力学I第188页的表6.1，对图2-9作更进一步的分析，如下图2-10所示：根据图2-10，可得此时的最大挠度=其中，F主轴前端受力。此处，F=F=1213.1NlA、B之间的距离。此处，l=a=12cm图2-10 固定端梁在载荷作用下的变形E主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cmI主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，I=。此处，D=35故可计算出，主轴端部的最大挠度：=-1.8710 mm5.11.3 主轴倾角主轴上安装主轴和安装传动齿轮处的倾角，称为主轴的倾角。此次设计的主轴主要考虑主轴前支承处的倾角。若安装轴承处的倾角太大，会破坏轴承的正常工作，缩短轴承的使用寿命。根据图2-10，可得此时的最大倾角=其中，F主轴前端受力。此处，F=Fz=1213.1NlA、B之间的距离。此处，l=a=12cmE主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cmI主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，I=。此处，D=133故可计算出，主轴倾角为：=-2.310 rad查拉花机设计第一册中机械部分的第670页，可知：当x0.0002L mm0.001 rad时，刚性主轴的刚度满足要求。此处的x，即为最大挠度和最大倾角，L为主轴支承跨距。将已知数据和代入，即可得：初步设计的主轴满足刚度要求。5.12 主轴机构相关部件5.12.1 主轴轴承的润滑润滑的作用是降低摩擦，减小温升，并与密封装置在一起，保护轴承不受外物的磨损和防止腐蚀。润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷。如果选择得合适，可以降低轴承的工作温度和延长使用期限。滚动轴承可以用润滑油或润滑脂来润滑。试验证明，在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低。所以，此次设计的主轴支承均采用润滑脂。同时，主轴是装在主轴套筒内的，为防止使用润滑油时泄漏，也应采用润滑脂润滑。5.12.2 主轴组件的密封密封对主轴组件的工作性能与润滑影响也较大。拉花机主轴密封不好，将使润滑剂外流，造成浪费，加速零件的磨损，还会严重地影响到工作环境及拉花机的外观。1 主轴组件密封装置的类型主轴组件密封装置的类型，主要有以下几种：具有弹性元件的接触式密封装置；皮碗（油封）式密封装置；具有金属和石墨元件的接触式密封装置；挡油圈式和螺旋沟式密封装置；圈形间隙式、油沟式和迷宫式密封装置；立式主轴的密封装置等。2 主轴组件密封装置的选择选用密封装置时，应考虑到主轴组件的下列具体工作条件：密封处主轴颈的线速度；所用润滑剂的种类及其物理化学性质；主轴组件的工作温度；周围介质的情况；主轴组件的结构特点；密封装置的主要用途等。综合考虑上述因素，主轴前支承处选用迷宫式密封，径向尺寸不超过0.3mm，中填润滑脂，轴向尺寸不超过1.5mm。查机械设计课程设计手册第87页表7-17，可得此次选用的迷宫式密封装置的结构参数如下图3-1所示：5.12.3 轴肩挡圈前支承双列向心短圆柱滚子轴承和推力球轴承之间所用的挡圈，可查机械设计课程设计手册第56页表5-1，可得此次选用的挡圈的结构参数如下图3-2所示：图3-2 轴肩挡圈的结构参数5.12.4 挡圈两推力球之间用的挡圈为非标准件，径向尺寸依主轴套筒尺寸而定，轴向尺寸可初取为6mm。5.12.5 圆螺母锁紧靠主轴后支承一边的推力球轴承以及锁紧两推力球轴承内的套筒，分别采用两个圆螺母，为了增加可靠性，再加一止动螺钉。圆螺母具体的参数可查机械设计课程设计手册第60页表5-6，结构如下图3-3所示：图3-3 圆螺母（GB812-88）5.12.6 挠度、转角、锁紧力的计算及校核 根据工件最大长度和最大旋转外径假设工件最大重量 Q=2760 顶尖支撑工件可简化为简支梁，因此支架负重Q/2=1380 支架套筒直径120钢的弹性模量 E 断面惯性矩 I=256104mm4顶尖伸出套筒长70根据公式 查表可知单位切削力 =3.6mm故切削力 =2489N机床加工如此重的工件时，支架主轴一般紧缩在支架体内，现在假设主轴伸出为支架主轴伸出支架体最大长度的1/2.1 挠度的计算 (4-2) =0.000002许用挠度, 在范围之内。2 转角的计算 (3-3)=0.0018 许用转角，在范围内。3 压板处螺栓的选择及校核在机床支架上通过一组两个相同的螺栓连接支架和导轨的，并用压板固定。压板的作用是连接支架和导轨，并通过连接螺栓的紧固或松开来确定支架在导轨上的位置。由于螺栓需支撑的强度比较大并且其长度大于16
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