T6112卧式镗床系统的设计（含有全套CAD图纸）（可编辑）

1、T6112卧式镗床系统的设计（含有全套CAD图纸） 优秀设计全套CAD图纸,联系 174320523 各专业都有 完整CAD图纸,联系 174320523 各专业都有本科学生毕业设计T6112卧式镗床设计 系部名称: 机电工程学院 专业班级: 机械设计制造及其自动化 机械08-1 学生姓名: 指导教师: 职 称: 副教授 The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of T6112 Horizontal Boring Machine Candidate: Zhou hongwei Specialty: Mechanical Design a

2、nd Manufacture& Automation Class: 08-1 Supervisor:Associate Prof. Jin Huifang Heilongjiang Institute of Technology摘 要 在全面了解卧式镗床的结构、工作原理、控制方法的基础上,设计T6112卧式镗床传动系统及其执行机构。根据卧式镗床的工作原理,即电动机作为工作机构的动力源,结合机床的四个方向的运动,即主轴的上移和下移,工作台的横向和纵向移动,进而完成对工件的全面加工。确定了卧式镗床的结构与技术参数,给出了卧式镗床的总体结构设计方案。 根据卧式镗床的设计方案,文中详细叙述了T6112

3、镗床执行机构设计,传动系统的设计:电动机规格的选取、主轴设计、主轴变速机构设计、床身与工作台结构设计。 关键词:卧式镗床;主轴箱;主轴变速机构;电机;工作台ABSTRACT On the basis of the structure, principle, control method of the horizontal boring machine,the transmission system and implementing mechanism of T6112 horizontal boring machine are designed. According to the princi

4、ple of the horizontal boring machine, in which the motor is the power source, combining with the four directional movements of the machine, that is the up and down movements of main shaft, the horizontal and vertical movement of work table, then complete the processing of the work piece. The structu

5、re and technical parameters of the horizontal boring machine are given and the overall structure is designed. According to the horizontal boring machine design, this paper describes the design of implementing mechanism and the transmission system, including the selection of motor specification, the

6、design of spindle gearshift, bed and work table Key words: Horizontal Machine; Spindle Box; Spindle gearshift; Motor; Worktable目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1选题的背景及意义11.2国内外发展和现状11.3研究设想31.4总体设计方案31.5预期结果3第2章 卧式镗床总体设计方案42.1 卧式镗床的工作原理42.2卧式镗床的总体布局42.3 主要技术参数52.4卧式镗床62.4.1组成部件及运动62.4.2主轴部件机构62.4.3夹具7 2.5本章

7、小结8第3章 卧式镗床传动系统设计93.1主传动系统的运动设计9 3.1.1电机的选择9 3.1.2 合理分配传动比一般应注意以下几点:10 3.1.3计算传动装置的运动和动力参数113.2 轴的设计及其校核123.2.1镗轴的设计123.2.2与主电机连接的轴的设计与校核133.2.3三联齿轮()上的轴的校核163.2.4蜗轮和蜗杆的计算与校核193.3齿轮的设计213.3.1齿轮的设计计算方法与材料选择原则213.3.2齿轮的失效形式223.3.3齿轮的结构设计及参数的确定233.4主轴轴承的设计与校核273.5键的设计与校核293.7本章小结33结论34参考文献35致谢36第1章 绪 论

8、1.1选题的背景及意义 根据所学专业的需要,为了使所学知识得以运用,选择卧式镗床为我的毕业设计题目。 镗床类机床的主要工作是用镗刀进行镗孔,所以叫镗床。镗床主要分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床等。 因为卧式镗床除镗孔外,还可钻孔,扩孔,铰孔。尤其适合大型,复杂的箱体类零件的孔加工。一般情况下,零件可以在一次安装中完成大部分甚至全部的加工工序,所以卧式镗床特别适合于加工形状、位置要求严格的孔系和加工尺寸较大、形状复杂且具有孔系的箱体、机架床身等零件。因此,卧式镗床也是我国重点开发设计的主要机床产品之一。T6112卧式镗床就是在这种背景下应运而生的。由于T6112卧式镗床在性能与结构上的诸多优点,

9、它的应用领域越来越宽广,已形成了比较成熟的设计制造技术。 卧式镗床主要由工作台,主轴箱,前立柱,后立柱,下滑座,上滑座和床身等部件组成。主要可以完成下列工作运动: 1、 镗杆的旋转运动; 2、 平旋盘的旋转主运动; 3、 镗杆的轴向进给运动 4、 主轴箱垂直进给运动 5、 工作台纵向进给运动 6、 工作台横向进给运动 7、 平旋盘径向刀架进给运动8、 辅助运动:主轴箱,工作台,在进给方向上的快速调位运动;后立柱纵向调位运动,后支架垂直调位运动。 通过运用自己所学知识及大量的实际考察和查阅资料,对卧式镗床的传动系统、主轴箱、平旋盘及主轴变速机构进行设计。最终实现卧式镗床的各种加工。1.2国内外发

10、展和现状 1、国外镗床行业发展的现状 镗削加工是一种比较传统的加工方法。目前,在21世纪初期,美、德、日等各国镗床的发展历史,大致可分为以下三个阶段: 1二十世纪初期,即镗床的诞生阶段。 2到二次大战前,这是镗床行业从诞生到形成较完整体系的阶段。 3从二次大战到现在,是镗床的质量、性能、水平大发展的阶段。 目前,随着电子技术、计算机、自动化、控制测量技术和材料工业的发展,国外镗床的控制技术、镗削工艺、结构设计及外围设备均有了新的发展,达到了与70年代明显不同的新高度。其主要发展现状和趋势归纳如下: 1镗床数控技术得到迅速发展。2卧式镗床设计结构和工艺的发展。 3向柔性化、无人化、超精密化的开拓

11、性研究 。 国外数控镗床及卧式加工中心产品大多以普通卧镗为基型,发展成不同水平的产品。如在普通卧镗上配上不同水平的数控系统后成为不同的数控卧镗。在数控卧镗的基础上,再加上刀库和机械手,成为自动换刀型的产品。最终都将会演变成不同布局和不同精度水平的卧式加工中心产品。 在国外已普及用CAD对机床的基础大件如床身、立柱、滑座等进行优化设计。这样不仅可以大量节约原材料,同时还可缩短设计周期,提高机床的动态特性。更为突出的是,在机床设计中普遍采用模块化设计方法,可较快地开发新品种,满足不同用户的需求。 当新技术、新结构、新材料在机床上大量应用时,使机床技术水平有明显的提高,促使加工零件高精度化,高效化和

12、高速化。 2、我国镗床行业发展的现状 经过将近半个世纪的发展,我国镗床行业已经发展成一个具有相当规模、门类齐全、有一定技术水平以及生产能力的金属切削机床行业。 目前,国内最大的TK6925数控落地铣镗床在齐齐哈尔第二机床公司设计制造完成。这次最大的铣镗床是为武汉船用机械厂生产的。是目前同类产品中规格最大,技术含量最高,具有自主知识产权且结构新颖的重型机床,具有十二轴控制,任意四轴联动功能。以落地铣镗床为主体的高技术含量机电一体化重型金切机床装备,已成为齐二机床公司参与市场竞争,实现企业快速发展的支柱性主导优势产品,市场占有率已达85%以上,引领国内数控落地铣镗床快速发展。 由交大昆机科技股份开

13、发出的TK6111数控铣镗床,填补了我国在台式数控卧式铣镗床上的空白,各项技术性能指标达到国内镗轴直径110mm规格的台式数控卧式铣镗床的领先水平,进一步缩短了与国外同类产品的差距。 我国机床工业已经取得了巨大的成就,但与世界先进水平相比,还有较大的差距,因而我们必须奋发图强、努力工作,学习和引进国外的先进科学技术,以便早日赶上世界先进水平。1.3研究设想 本文仔细分析了卧式镗床的组成结构及传动系统图,主要针对主轴箱进行了全面细致的研究设计,针对主轴,平旋盘进行了改进,使卧式镗床的应用更为广泛,功能更多,加工的零件精度更高。1.4总体设计方案 本机床主运动采用二个三联滑移齿轮和一个双联滑移齿轮

14、实现变速,电机运动传至空心主轴,由齿轮副传动主轴得到18级低档转速,当其中一个齿轮Z23左移时,又由另一组齿轮副传动主轴得到6级高档转速,因此共有24级转速,若Z23处于空挡位置,将轴XV上的滑移齿轮Z27和平旋盘主轴上Z26齿轮啮合,运动被传到平旋盘上,使平旋盘获得18级转速。1.5预期设想 能够顺利完成设计,实现对卧式镗床主轴和变速机构的创新与改进。第2章 卧式镗床总体设计方案2.1 卧式镗床的工作原理卧式镗床主要由工作台,主轴箱,前立柱,后立柱,下滑座,上滑座和床身等部件组成。主轴箱可沿前立柱的导轨上下移动。在主轴箱中,装有主轴部件、主运动和进给运动变速机构以及操纵机构。根据加工情况不同

15、,刀具可以装在镗杆上或平旋盘上。加工时,镗杆旋转完成主运动,并可沿轴向移动完成进给运动;平旋盘只能做旋转主运动。装在后立柱上的后支架用于支撑悬伸长度较大的镗杆的悬伸端,以增加刚性。后支架可沿后立柱上的导轨与主轴箱同步升降,以保持镗杆不同长度的需要。工件安装在工作台上,可与工作台一起随下滑座或上滑座作纵向或横向移动。工作台还可绕上滑座的圆导轨在水平平面内转位,以便加工互相成一定角度的平面或孔。当刀具装在平旋盘的径向刀架上时,径向刀架可带着刀具作径向进给,以车削端面。综上所述,卧镗具有下列工作运动: 1镗杆的旋转运动。 2平旋盘的旋转主运动 3镗杆的轴向进给运动 4主轴箱垂直进给运动 5工作台纵向

16、进给运动 6工作台横向进给运动 7平旋盘径向刀架进给运动 8辅助运动:主轴箱,工作台,在进给方向上的快速调位运动;后立柱纵向调位运动,后支架垂直调位运动。2.2卧式镗床的总体布局 1、本镗床按照以下要求进行总体布局: (1)保证工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置和相对运动; (2)保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗震性;(3)便于观察加工过程;便于操作、调整和修理机床;便于输送、装卸工件和排除切削,并保证工件安全; (4)经济性好,如节省材料,减少占地面积。 2、 T6112卧式镗床的传动形式 本镗床采用机械传动。机械传动的优点是:实现回转运动的结构简单;机械故障一般容易发现。另

17、外,机械传动的传动比较为准确,实现定比传动较方便。2.3 主要技术参数机床的主要技术参数包括主参数和基本参数。基本参数包括尺寸参数、运动参数、动力参数。主参数,或称主要规格,表示机床的加工范围。机床的尺寸参数是指机床的主要结构尺寸。 主要技术参数如下: 主轴直径125mm 主轴最大许用扭转力矩3432 N.m 主轴承受最大轴向进给抗力 29420 N 平旋盘最大许用扭转力矩 4987 N. m 主轴内锥孔 公制80 主轴最大行程 1000 mm 平旋盘径向刀架最大行程 300 mm 主轴中心线距工作台距离 01400mm 主轴转速范围 (24级) 4800r/min 平旋盘转速范围(18级)

18、2.5125r/min 主轴每转时进给量范围4200mm/min 平旋盘每转时进给量范围 0.06310mm/min 工作台尺寸 1400 1600mm 工作台最大行程 纵向 1600mm 横向 1400mm 工作台机动回转速度 1r/min 工作承受最大重量 5000kg 工作台快速移动速度 2m/min 机床重量约23吨 机床外形尺寸 722533503355mm 主电机: 功率 13 kW 转速 970 r/min 快速移动电机: 功率 4kW 转速 960r/min 后立柱快速电机 功率 1.1kW 转速 960r/min 油泵电机: 功率 0.8kW 转速 1380r/min 光学测

19、量读数精度 0.01mm 机床总量5000kg 机床外型尺寸(长 宽 高) 2225230025802.4卧式镗床 2.4.1组成部件及运动 卧式镗床的外形由下滑座、上滑座、和工作台组成的工作台部件装在床身导轨上。上滑座可沿下滑座的导轨作横向移动,下滑座又可沿床身导轨作纵向移动,从而组成水平面内X,Y两个坐标方向的进给和定位移动系统。工作台还可在上滑座的环形导轨上绕垂直轴线转位,使工件能在水平面内调整至一定角度,以便在一次安装中对相互平行或成一定角度的孔或平面进行加工。主轴轴线为水平方向布置,主轴箱可沿前立柱上的导轨在垂直方向上下移动,以实现垂直进给运动或使主轴轴线处在Z坐标方向上的不同位置。

20、为了保证孔与孔以及孔与基准面的距离精度,机床上具有坐标测量装置,以实现主轴箱和工作台的准确定位。 主轴箱内装有主运动和进给运动的变速传动机构及操纵机构等。根据加工情况不同,刀具可以装在镗轴前端的锥孔中,或装在平旋盘的径向刀具溜板上。加工时,镗轴旋转完成主运动,并可沿其轴线移动作轴向进给运动;平旋盘只能作旋转主运动,装在平旋盘导轨上的径向刀具溜板,除了随平旋盘一起旋转外,还可沿导轨移动作径向进给运动。装在后立柱垂直导轨上可上下移动的后支架,用以支承长刀杆(镗杆)的悬伸端,以增加其刚性。后立柱可沿床身导轨调整纵向位置,以适应支承不同长度的刀杆。2.4.2主轴部件机构 卧式镗床主轴部件的结构形式较多

21、。本床为三层主轴带固定式平旋盘的主轴部件,它由层层套装的镗轴、空心主轴和平旋盘主轴组成。镗轴和平旋盘主轴用来安装刀具并带动其旋转,两者可单独转动。空心主轴用作镗轴的支撑和导向,并传动其旋转。平旋盘主轴由装在主轴箱体左壁和中间壁孔内的两个精密圆锥滚子轴承支承,轴承间隙可用螺母调整。空心主轴同样用两个圆锥滚子轴承支承,其前轴承装在平旋盘主轴前端的孔中,后轴承装在主轴箱体右壁的孔中,轴承间隙用螺母调整。在空心主轴的内孔中,装有三个淬硬的精密衬套,用以支承镗轴。镗轴用38crMoAlA钢经氮化处理制成。具有很高的表面硬度(10001200HV),它和衬套的配合间隙很小(约0.01mm左右),而前后衬套

22、间的距离较大,因而可长期地保持较高的导向精度,并使主轴部件有较高的刚度。镗轴的前端有精密的莫氏锥孔,供安装刀具和刀杆用。它由齿轮经空心主轴和两个导键传动旋转。导键固定在空心主轴上,其突出部分嵌在镗轴的两条长键槽内,使镗轴既能由空心主轴带动旋转,又可在衬套中沿轴向移动。镗轴的后端通过推力球轴承和圆锥滚子轴承与支承座连接。支承座装在后尾筒的水平导轨上,可由丝杠经螺母传动移动,带动镗轴作轴向进给运动。镗轴不做进给时,利用支承座中的推力球轴承和圆锥滚子轴承使镗轴实现轴向定位。其中圆锥滚子轴承还可以作为镗轴的附加径向支承,以免镗轴后部的悬伸端下垂。 平旋盘主轴的前端,用螺钉和定位销固定地安装着平旋盘,它

23、由齿轮传动旋转。平旋盘的端面上铣有四条径向T型槽,供紧固刀架或刀盘之用;在它的燕尾导轨上,装有径向刀具溜板。刀具溜板的左侧面上铣有两条供紧固刀架用T型槽,有侧面的矩形槽中固定着齿条,由与其啮合的齿轮传动,使刀具溜板作径向进给运动。 燕尾导轨的间隙可用镶条进行调整。当加工过程中刀具溜板不需作径向进给时,可拧紧螺塞,通过小丁将其锁紧在平旋盘上。 平旋盘上装有刀具溜板的进给机构。运动由齿轮2传入,然后经齿轮18、蜗杆、蜗轮、齿轮25、和齿条传动刀具溜板移动。上述这些齿轮、蜗杆、蜗轮等,在工作过程中一面随平旋盘一起绕它的轴线旋转-公转运动;一面绕其自身的轴线旋转-自传运动。齿轮2空套在平旋盘的轮毂上,

24、由伸出在主轴箱体外面的齿轮17传动旋转。当齿轮2的转速、转向与平旋盘相同时,由于齿轮18与2 之间无相对运动,齿轮18、蜗杆19和蜗轮26等不能产生自传运动,因而刀具溜板不作进给运动。当齿轮2的转速与平旋盘不相等时,则齿轮18将沿着齿轮2滚动,产生自传运动。于是蜗杆19、蜗轮26、和齿轮25等也都被带动作自传运动,从而传动刀具溜板进给。2.4.3夹具 在机床上加工工件,要求将工件迅速准确的安装在机床上并保证工件与刀具之间有一个准确可靠的加工位置,这就需要用一种工艺装置来实现,这种用来使工件定位和夹紧的工艺装备,简称夹具。 夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确位置的装置。机床夹具采用机械、

25、液动、气动夹紧装置等。 为了使工件在加工过程中不产生位移和振动,必须将工件紧固的夹住,并具有足够的夹压刚度。夹压点的布置应使夹压合力落在定位平面之内,接近定位平面的中心。主切削力方向与夹紧方向一致,卡具的作用: (1) 保证加工精度。 (2) 扩大机床使用范围。 (3) 减少辅助时间,提高生产效率。 (4) 减轻操作者劳动强度,有利于安全生产。2.5本章小结 本章就卧式镗床做了大致的概括性的介绍,并介绍了重要的机构的传动原理。列出了本机床的各个主要部分的参数并说明了卡具的一些问题。 第3章 卧式镗床传动系统设计 卧式镗床的主运动有:镗轴和平旋盘的旋转运动;进给运动有:镗轴的轴向运动,平旋盘刀具

26、溜板的径向进给运动,主轴箱的垂直进给运动,工作台的纵向和横向进给运动;辅助运动有:工作台的转位,后立柱纵向调位,后支架的垂直方向调位,以及主轴箱沿垂直方向和工作台沿纵向、横向的快速调位运动。3.1主传动系统的运动设计设计主传动系统时,一般应满足下列要求:1 机床的主轴需有足够的转速范围和转速级数(对于主传动系统为直线运动的机床,则为直线速度的变速范围和变速级数),以便满足实际使用的要求。 2 主电动机和全部机构需能传递足够的功率和扭矩,并具有较高的传动功率。3 执行件(如主轴组件)需有足够的强度、刚度,具有较大的抗热衰减性能及较大的摩擦系数和耐磨寿命。4 操作要轻便灵活、迅速、安全可靠,并便于

27、调整和维修。5 结构简单、润滑与密封良好,便于加工和装配,成本低。3.1.1电机的选择 根据动力源的不同,常用原动机可以分为四大类,即电动机,工业发展各有不同,工业发展各有区别,但共同的是,都在大力加强科研。目前世界镗床的科研针对三大方向、6大课题。三大方向是:(1)发展高精度、高效率镗床;(2)保护环境,发展省能、绿色的环保镗床;(3)为发展高精度机器、装置,加速研究超精密加工技术,发展纳米镗床。结合当前现代化NC机床技术发展需求,其共同的科研6大课题为:(1)先进高速主轴;(2)直线电机驱动;(3)复合加工技术、进一步提高效率;(4)适应各种环境的保护,发展绿色镗床;(5)超精密加工技术;

28、(6)发展各种新型并联机构镗床。 下一代新机床的发展动向将是:(1)在上述三个方向、六大课题完善的基础上,进一步开发出各色新工艺、新结构的机床;(2)今后IT与机床结合的智能化,网络化将成为主流;(3)不断向纳米技术进军;(4)在单机技术基础上,进而向制造系统推进。 内燃机,液压马达和气压马达等,在选择原动机的类型时,主要应该从以下三个方面进行考虑:(1)执行构件的载荷特性,运动特性,机械的结构布局,工作环境,环保要求等;(2)原动机的机械特性,适应的工作环境,输出参数可控性,能源供应情等; (3)机械的经济性,效率,重量,尺寸等。 由于电力供应的普遍性,且电动机具有结构简单,价格便宜,效率高

29、,控制使用方便等优点,目前,大部分固定机械均优先选用电动机作为原动机。 电动机是一种标准系列产品,使用时只需合理选择其类型和参数即可。电动机的类型有交流电动机,直流电动机,步进电动机和伺服电动机等。直流电动机和伺服电动机造价高,多用于一些有特殊需求的场合;步进电动机常用于数控设备中。由于交流异步电动机结构简单,成本低,工作稳定可靠,容易维护,且交流电源易于获得,故是机械设备最常用的 原动机。 电动机容量用额定功率表示,对于标准电动机,要求其额定功率等于或大于工作机所需的电动机功率。根据此原则选择电动机的容量。 同步转速低的电动机,磁极数多,其外廓尺寸及重量大,价格高;而同步转速高的电动机,磁极

30、数少,尺寸和重量小,价格低。因此,确定电动机转速时,应该从电动机和传动装置的总费用,机械传动系统的复杂程度及其机械效率等综合考虑。当执行构件的转速较高时,选用高速电动机能缩短运动链,简化传动环节,提高传动效率。但如果执行构件的速度低,则选用高速电动机时会使减速装置增大,机械传动部分的成本会大幅度增加,且机器的机械效率也会降低很多。因此,电动机的转速的选择,必须从整机的设计要求出发。 根据选定的电动机类型,结构,功率和转速,从标准中查出电动机型号后,应该将其型号,额定功率,满载转速,电动机中心高,轴身尺寸,键槽尺寸记录下备用。 根据以上叙述原则和条件,对整个设计的动力部件进行设计。 该机床是一般

31、的金属切削机床,无特殊的性能要求,采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电机具有高效低能耗起动转矩大、噪音低、振动小、运行安全可靠的特点。工作条件:环境温度不超过+40C;相对湿度不超过95%;海拔不超过1000m;额定电压380V,频率50Hz。根据卧式镗床加工的技术要求,选定13kW主电机:P13kW ,转速n970r/min。 3.1.2 合理分配传动比 合理分配传动比一般应注意以下几点: (1)各级传动机构的传动比应尽量在推荐范围内选取。 (2)应使传动装置结构尺寸较小、重量较轻。 (3)应使各传动件尺寸协调,结构匀称合理,避免干涉碰撞。 (4)各传动副的传动比应尽可能不超过极限传动比,

32、。 (5)各中间传动轴应有适当转速。 (6)为了便于设计使用,传动比最好取标准公比的整数次幂。3.1.3计算传动装置的运动和动力参数 设计计算传动件时,需要知道各轴的转速、转矩或功率,因此应将工作机上的转速、转矩或功率推算到各轴上。 传动装置从电动机到工作机有六轴,依次为、轴,已知:功率P13kW ,转速n970r/min。 1.各轴转速 413.4r/min 129.2 r/min 50.7 r/min 92.3 r/min 27.9 r/min 2.各轴功率 130.9712.61 kW 12.6111.63KW 11.6310.51KW 10.519.50KW 9.508.94KW 8.

33、940.977.68KW 3.各轴转矩 95509550128N.m 12810.97124.16 3.2 轴的设计及其校核 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。 拟定轴上零件的装配方案。 拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提,它决定着轴的基本形式。所谓装配方案,就是预定出轴上各零件的装配方向,顺序和相互关系。 轴上零件的定位: 为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动,轴上零件除了有游动或空转的要求者外,都必须进行轴向和周向定位,以保证其准确的工作位置。 零件的轴向定位: 轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩

34、两类。利用轴肩定位是最方便可靠的方法,但采用轴肩就必然会使轴的直径加大,而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。因此,轴肩位多用于轴向力较大的场合。定位轴肩的高度h 一般取为h(0.070.1)d, d 为与零件相配处的轴的直径,单位为mm。流动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度,以便拆卸轴承。非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的,其高度一般取为12mm。3.2.1镗轴的设计 1、 轴的计算准则 轴的计算准则是满足轴的强度或刚度要求,必要时还应校核轴的振动稳定性。 轴的扭转强度条件为: (3.1)式中: ?扭转切应力单位为MPa; T?轴所受的扭矩,单位为N?mm; ?轴的抗扭截面系

35、数,单位为mm3; n?轴的转速,单位为r/min; P?轴传递的功率,单位为kW; d?计算截面处轴的直径,单位为mm; ?许用扭转切应力,单位为MPa。由上式可得轴的直径d (3.2)式中,A , , 即空心轴的内径d1与外径d之比,通常取0.50.6。选择轴的材料,确定许用应力 镗轴用38crMoAlA钢经氮化处理制成。具有很高的表面硬度(10001200HV),HBS229,b1000MPa,s850 MPa,-1495 MPa,-1285 MPa.初步估算轴的最小直径 由文献1查得,取 A98106 由公式(3.2) 代入数据:n27.9r/min,P7.68kw,得d68.95mm

36、 考虑轴上同一截面有两个键槽需将轴颈加大7%,dd(1+7?)73.8 mm,因机床主轴部件由主轴和轴套等组成。轴套采用三支撑,前支承由轴承产品目录中初步选取双列向心短圆柱滚子轴承,相应的轴套直径为d 190,中间和后支承为单列圆锥滚子轴承32032,相应的轴套直径为d 160,又考虑主轴上开有两个长键槽,用一对键将轴套和主轴相连接,故主轴轴颈d 125mm。3.2.2与主电机连接的轴的设计与校核1、与主电机连接的轴的设计 图3.1 与主电机连接的轴 1)选择轴的材料,确定许用应力 因传递的功率属中小功率,对材料无特殊要求,故选用45钢并经调质处理。由文献查得强度极限,许用弯曲应力60。2)

37、初步估算轴的最小直径 由文献1查得,取 A107118 由公式(3.2) 代入数据:n970r/min,P12.61kw,得d27.8mm (1)初步选择滚动轴承 因左端轴端的轴承受径向力的作用,故选用深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取(1)0尺寸系列,标准精度的深沟球轴承6010。其尺寸为d508016.mm,故50mm; (2)根据已选定的齿轮内花键62mm,d 56mm,可确定花键轴62mm ,55mm,精度等级为h6。所以与主电机连接的轴的直径取为d55mm。 2、与主电机连接的轴的校核 轴的载荷分析见图3.1。 按弯扭合成强度条件计算1)作轴的计算简图 通常将轴当作置于铰链上的双支

38、点梁,其支点位置可根据轴承类型及组合方式,确定:由传动件(如齿轮、联轴器等)传递到轴上的载荷,通常简化为作用于零件轮缘宽度中央的集中力,轴上转矩则假定从传动件轮毂宽度的中点算起;若各载荷构成空间力系,则将其分解到两个互相垂直的平面内。 图3.2 轴的载荷分析 2)作轴的弯矩图 根据轴的受力简图,分别计算轴上的水平面内的弯矩M、竖直面内的弯矩M在按矢量法合成弯矩M(N?mm)由齿轮所传递的转矩计算轴所受径向力:F (3.3) FFtan (3.4) 推出轴向力 F4.5N 径向力F tan0.3641638 N 进而求得 M157.5N?m M48.3 N?mM 164.7 N?m 3)作轴的扭

39、矩图 扭矩T T124.2 N?m 4)作轴的相当弯矩图 由已求得的合成弯矩和转矩,根据第三强度理论计算相当弯矩M,并作出相当弯矩图。MN?m (3.5)式中,?考虑弯矩和转矩所产生的应力的循环特性不同而引入的修正系数。 M 180.8 N?m 按强度条件校核 (3.6) 10.87MPa 60MPa 结论:经校核该轴满足工作条件,合格。3.2.3三联齿轮()上的轴的校核 图3.3 三联滑移齿轮所在的轴 轴受力分析图见图3.4。 图3.4 轴的载荷分析 按弯扭合成强度条件计算1、作轴的计算简图 通常将轴当作置于铰链上的双支点梁,其支点位置可根据轴承类型及组合方式,确定;由传动件(如齿轮、联轴器

40、等)传递到轴上的载荷,通常简化为作用于零件轮缘宽度中央的集中力,轴上转矩则假定从传动件轮毂宽度的中点算起;若各载荷构成空间力系,则将其分解到两个互相垂直的平面内。2、作轴的弯矩图 根据轴的受力简图,分别计算轴上的水平面内的弯矩M、竖直面内的弯矩M在按矢量法合成弯矩M(N?m)M (3.7) 由齿轮所传递的转矩计算轴所受径向力: FFtan(3.8) F (3.9) 推出轴向力F3350N (3.10) 径向力F tan0.3641219.4N (3.11) 进而求得 M 318.25 N?m M 115.84 N?mM 338.7 N?m(3.12) 3、作轴的扭矩图 扭矩T T 2.6710

41、 N?m 4、作轴的相当弯矩图 由已求得的合成弯矩和转矩,根据第三强度理论计算相当弯矩M,并作出相当弯矩图。M N?m (3.13) 式中的?是考虑弯矩和转矩所产生的应力的循环特性不同而引入的修正系数 M 2.6710 N?m(3.14) 按强度条件校核2.14 60MPa (3.15) 结论:经校核该轴满足工作条件,合格。3.2.4蜗轮和蜗杆的设计与校核 根据蜗杆传动的失效形式可得出其设计计算准则为: 对于闭式蜗杆传动,一般按齿面接触强度进行设计,按齿根弯曲强度进行校核。为保证蜗杆传动散热状态良好,工作可靠,还应进行热平衡计算。 对于开式蜗杆传动,通常只需按齿根弯曲强度进行设计。 对于跨度大

42、,刚性差的蜗杆轴,过大的弯曲变形会造成齿向载荷分布不均,因此,还需进行蜗杆轴的刚度校核。 1、选择材料并确定许用应力 (1)查文献1中表12.5,蜗杆选用40Cr,表面淬火4555HRC。 (2)查文献1中表12.6,蜗轮选用锡青铜ZCuSn10P1,砂模铸造,180MPa,51MPa。 2、按蜗轮齿面接触疲劳强度设计 (1)确定蜗杆头数蜗轮齿数 查文献1中表12.2选2,则18236 (2)初估效率 由文献1中12.3.3推荐,初估效率0.8 (3)蜗轮转矩 4987N.m (4)确定载荷系数 查文献1表12.8取工作情况系数1.0,由12.5.2推荐取载荷分布系数1.0,取动载荷系数1.0

43、5初估3m/s。则 1.05(3.16) (5)确定模数和蜗杆分度圆直径,蜗轮分度圆直径 mm27199.6 mm (3.17) 查表12.1得28672 mm,6.3mm,10,63mm 则6.337233mm (6)计算蜗杆导程角,滑动速度,蜗轮切向速度 (3.18) m/s3.3m/s (3.19) m/s0.08m/s(3.20) m/s3m/s,初选1.05合适 (7)计算总效率 根据1.3m/s,查表12.4得(锡青铜蜗轮,蜗轮齿面硬度45HRC) 0.825(3.21) 总效率0.825与初估效率0.8有一定偏差,需复核, (8)复核 mm (3.22) 26700mm28672

44、 mm 原设计合用。 3、校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度 (1)确定蜗轮螺旋角系数 当量齿数 39.3 (3.23) 根据39.3,按插值法,查表12.9得2.25 (2)确定蜗轮螺旋角系数 1-0.92(3.24) (3)复核蜗轮转矩 N.mm5142844 N.mm (3.25) (4)校核蜗轮弯曲强度 MPa21.5 MPa (3.26) MPa51 MPa(3.27) 弯曲强度足够。3.3齿轮的设计3.3.1齿轮的设计计算方法与材料选择原则 齿轮传动是应用最为广泛的一种机械传动。它是依靠齿轮轮齿齿廓直接接触来传递运动和动力的,具有传动比恒定,传动效率高,使用寿命长以及承载能力高等优点,但也存

45、在对制造和安装精度要求较高以及成本较高等缺点。 齿轮传动在不同的工况条件下,有着不同的失效形式,故对应有不同的设计准则。因此在设计齿轮传动时,应根据实际情况,分析其主要的失效形式,确定相应的设计准则。但是,目前对齿面磨损、塑性变形尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据,所以目前设计一般实用的齿轮传动时,通常只按保证齿根抗弯强度和保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动(如航空发动机主传动、汽轮发电机主传动等),还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。 由实践得知,在闭式齿轮传动中,主要失效形式是齿面点蚀和齿根弯曲疲劳折断,齿面硬度小于350HBS的软齿面

46、发生点蚀的可能性更大。设计时应选择外硬内韧的材料,并保证齿面的接触强度和齿根的抗弯强度。开式齿轮的主要失效形式是磨损和轮齿折断,一般不会发生点蚀。设计时应选择耐磨材料,并进行齿根弯曲疲劳强度计算。 齿轮常用材料为优质碳素钢、合金钢、铸铁和非金属材料等。一般多用锻件,较大直径齿轮不宜锻造,需采用铸钢或铸铁。 齿轮材料的选择原则为: (1) 满足工作条件的要求 不同的工作条件,对齿轮传动有不同的要求,故对齿轮材料亦有不同的要求。但对于一般动力传输齿轮,要求其材料具有足够的强度和耐磨性,而且齿面硬,齿芯韧。 (2) 合理选择材料配对 如对硬度小于350HBS的软齿面齿轮,为使两轮寿命接近,小齿轮应略

47、高于大齿轮,而且是两轮硬度差在30-50HBS左右。为提高抗胶合性能,大、小轮应采用不同钢号的材料。 根据上述原理、原则我们进行轴和齿轮的设计计算 齿轮传动类型很多。根据一对齿轮在啮合过程中,其传动比是否恒定,将齿轮传动分为圆形(圆柱形或圆锥形)齿轮传动和非圆(如椭圆)齿轮传动。在各种机械中应用最广泛的是圆形齿轮传动,而非圆齿轮传动则用于一些具有特殊要求的机械中。 根据两齿轮啮合传动时其相对运动是平面运动还是空间运动,可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两类。平面齿轮传动用于传递两平行轴之间的转动,其形状为圆柱。根据轮齿形状的不同,又分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮以及人字齿圆柱齿轮传动,其啮合

48、形式又有外啮合、内啮合和齿轮齿条啮合三种。空间齿轮传动用于传递两相交或相错之间的转动,常见的形式有圆锥齿轮传动,准双面齿轮传动,交错轴斜齿轮传动及涡轮蜗杆传动等。这里我选用的是直齿圆柱齿轮。 在生产实践中,对齿轮传动的要求是多方面的,但归纳起来不外乎下列两项基本要求: (1)传动要准确平稳 即要求齿轮传动在工作过程中,瞬时传动比要恒定,且冲击小,振动小。 (2)承载能力提高 即要求齿轮传动能传递较大的动力,且体积小,重量轻,寿命长。为了建立齿轮传动工作能力设计准则,就应掌握齿轮传动在工作中的失效形式。一般地说,齿轮传动的失效主要是齿轮的失效,而其它部分(如齿圈、轮辐、轮毂等),通常只按经验设计。3.3.2齿轮的失效形式 1、轮齿折断 轮齿折断有多种形式,在正常工况下,主要是齿根弯曲疲劳折断, 在轮齿受载时,齿根处产生的弯曲应力最大,再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用,当轮齿重复受载时,齿根处就会产生疲劳裂纹,并逐步扩展,导致轮齿疲劳折断。此外,在轮齿受到突然过载时,也可能出现过载折断或剪断;在轮齿经过严重磨损后齿厚过分减薄时,也会在正常载荷作用下发生折断。 避免轮齿折断和提高轮齿抗折断能力的措施有限制齿根弯曲应力,增大齿根过度圆角半径或降低表面粗糙度以减少应力集中,提高齿芯材料的韧性,在齿根处施行喷丸、滚压等强化处理。 2、齿面点蚀 点蚀