【《发动机气缸体机床加工中主轴箱的设计案例》6400字】

发动机气缸体机床加工中主轴箱的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u1431发动机气缸体机床加工中主轴箱的设计案例 1138641.1传动系统的设计 310121.1.1对传动系统的一般要求 3136981.1.2电机选择 4255251.2传动轴的确定 554941.2.1主轴参数的确定 5318291.2.2轴的材料选择： 6327111.2.3总传动比的计算 620361.2.4主轴最小轴径d 6183861.2.5输入轴径的确定 738931.3输入轴强度校核 7131891.3.1齿轮上作用力的大小 8268441.3.2按疲劳强度校核安全系数 10278921.4主轴轴承的选择 1449951.5齿轮的设计 15270761.4.1原始数据 1586761.4.2齿轮的主要参数 15160701.4.3确定中心距 16303471.4.4输入齿轮轴中齿轮的弯曲疲劳强度的校核 17187971.6键连接的校核 18动力控制部件对于数控机床的总体设计一般需要满足以下几个基本要求:1、性能要求;2、加工精度和表面粗糙度要求;3、生产率和自动化程度要求;4、可靠性和使用寿命要求。主轴箱的设计是镗孔类机床设计过程中最重要的一环,它首先要求应该要满足机床运动速度方面的基本要求,此外还应该要求轴箱具有很高的机床传动性和效率,保证机床传动件的具有达到足够的传动刚度,降低传动噪音,提高机床抗震性和提高耐磨性,防尘性和防漏等关键问题。在机床专用加工机床及自动化产线上,当某些采用某种标准箱体结构的机床主轴箱不能充分满足机床加工制造工艺的某些要求(即诸如大中小直径深空的材料加工,平面面的加工等),或者难以有效保证加工精度时就必须应重新设计制造专用机床主轴箱。主轴箱的主要用途:这种主轴箱主要是专门用于主轴布置(按所使用要求的主轴坐标变换位置)各种机床传动工作台的主轴及其附加传动机构零件和其它相应的机床附加传动机构的。它通过按一定的总转速比进行排列分布动力传动用的齿轮,把各种动力从不同动力控制部件——例如动力连接头、动力箱、电动机等,传递输送给各不同工作点的主轴,使之可以获得所符合要求的工作转速和传动转向等。主轴等零组件也一直是数控机床重要的一部分。通常它具有两个主轴,轴承和部件安装在一个主轴上的传动件等组成。其中的工作电动性能对机床加工产品质量和电动机床设备生产运行效率都具有重要直接影响。一般对主轴组件有五个方面的要求:1.旋转时的跳动动作精度的数值指的是一般指在在切削主轴上或前端安装用于直接安装移动切削刀的工件或后端使用切削刀具用于移动切削部位的刀在主轴上沿径向和旋转角度相同轴向进行旋转时的跳动动作精度的数值;2.静刚度通常可以简称为静或动度和刚度,反映了一种电动机床或其它机械部、组、零件本身能够抵抗各种特定静态外力的应力和动载荷的能力;3.抗震性;4.热精度变形由于材料受热的精度膨胀应力是一种材料固有的力学性质,因此高速对精度变形机床技术要求更进一步提高加工精度,往往受到热变形的限制;5.耐磨性。1.1传动系统的设计1.1.1对传动系统的一般要求1)尽量用一根中间齿轮传动的主轴同时带动多根齿轮主轴,当多根齿轮轴在啮合过程中间距不足或符合国际标准时,可以采用减速变位带动齿轮或略微改变中间传动轴齿比的两种方法加以解决。2)一般实际应用情况下,尽量不存在需要考虑采用单轴带动机械主轴直接工作带动其他机械主轴的直接解决办法方案,因为这样做会大大程度增加单轴主动机对其他主轴的直接工作传动负荷。如果在途中遇到单个不同主轴传动部件切削分布密集而多个主轴部件切削进行传动带的负荷又不大时,为了有效控制减少切削传动带的中间轴,也所以此时可用一根单个不同主轴直接切削带动1-2根或或者更多一个不同主轴的部件切削进行传动就是解决办法方案。3)为了安全能够地使整个安装主轴箱结构紧凑,主轴箱体内的前盖传动副和齿轮以及后盖传动副的最佳传动齿轮位置传动比为1-1.5,在每个安装主轴箱体的箱体以及后盖内的第ⅳ排(或第ⅴ排)均安装有传动齿轮,根据不同使用者的需要,其传动齿轮以及传动副位置之比一般来说可以适当地选取大些,但一般不能尽可能达到超过3-3.5。4)粗切削加工主轴切削力大,主轴上的传动齿轮位置应尽量完全安排在1排,以有效减少加工主轴的转弯扭转扭曲变形;精切削加工装在主轴上的传动齿轮,应尽量安置在3排,以有效减少加工主轴端的弯曲扭转变形5)关于箱体传动齿轮轴上传动齿列排数量的设置系统可按照上下面两种设置方法分别进行自动安排:不同位置传动齿轮轴上两个传动齿轮不同时可能会互相碰,可以安放在一个箱体内同一个传动齿排上。不同轮或传动轴上轮的传动齿轮与不同传动轴或轮的传动轴承配套不同时可能会发生碰撞,可以安放在一个箱体内不同的两个齿轮滚排上。齿轮与机械传动轴不能直接相碰,可将其直接放在传动齿轮轴的后盖内。另外,应特别注意的是驱动轴直接使用带动的和半传动轴的根数不要不得超过两根,否则可能会给驱动装配工作带来困难;另外如遇精、半精以及加工功能合一的驱动主轴箱,其粗、精和半传动轴的路线最好完全分开。机器通常由一个电动机和一个主轴箱部分组成。电动机可以用来给电提供机械动力,并且也可用以一种改变机械转速和转矩的转动大小或一种改变机械运动量的形式,以便于适应日常工作时对机械在功能上的要求。1.1.2电机选择（1）确定公比根据机床选用系列标准转速公比的一般设计原则和机床经验统计资料,对于一种通用传动机床来说为了能使转速上的损失不大,机床内部结构又不过于复杂,一般可以取中等的系列标准转速公比,即系列φ=1.41或者系列φ=1.26[1,2],这里我们可以取小于标准转速公比的一系列φ=1.26,又由Z=lgrn/lgφ+1可以直接推出它的转速损失级数z=18。（2）确定转速数列由于是将系数设为φ=1.26=1.064,根据国际相关技术文献[2,3]中这是其中的一个极限标准平均转速公比数列,首先我们需要直接找到最小旋转轴的一个极限平均标准转速16,再每隔3个小的数字即可求取一个轴的极限平均转速,即可直接计算得到一个转速公比并将系数设定为1.26的极限标准转速数列:16、20、25、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800。(3)电机的选择由于一般作为汽车配件生产制造企业的各单位均完全可以选择使用三相异步交流电源,故此在企业无任何技术特殊要求时都完全可以选择采用三相异步高压交流能源传动机的电机,其中又以三相异步高压交流能源电动机这种技术得到应用最多,常用的类型是x和y系列三相直流电机传动机。电动机的主要部件制造价格高,能力不能及时得到能够充分发挥,经常损坏可能使得不在额定电源负荷满载下正常进行运转,效率和动力起动机在功率上的损坏修正因数都相对较低,造成人力资源严重浪费。根据以上相关技术标准要求我们为您精心选择的新型高压直流电动机一般具有产品型号及使用规格两种主要参数如表3-1所示。表3-1电动机型号及主要参数电动机型号额定功率/kW满载转速/(r/min)堵转转矩最大转矩额定转矩额定转矩同步转速1000r/min，6级Y801-45.513902.02.0主轴转速为：取n=340r/min。电机输出功率为：P经综合分析选择Y系列Y801-4电机。1.2传动轴的确定1.2.1主轴参数的确定确定各个主轴的各部分主要参数,通常来说是按照各个主轴的实际设计工作使用条件,参考国际有关行业经验统计数据,从某些多方面因素进行综合分析比较之后来进行确定,也就是可以根据某些计算公式参数进行综合计算。但是,由于计算公式和统计图表大多同时受环境条件因素限制,对元件主轴的实际统计工作要求条件不一定完全适宜,所以单凭公式计算得出出来的统计数据,有时不能完全满足采用刚性元件主轴的实际工作条件要求。1.2.2轴的材料选择：轴的连接材料主要用的是高低碳钢和铝镁合金钢。但是铝合金钢比普通碳钢需要具有更高的流体力学性能和好的淬火耐蚀性能。因此,在要求传递大量的动力、要求尽量减少轴体尺寸与产品质量、提高高速轴颈的抗热耐磨性、以及要求处于正常低温或其他高温耐压条件下正常工作的高速轴,常需要采用优质合金钢。综合分析考虑本产品设计中主轴的实际工作使用环境和实际工作使用条件,现最终决定设计主轴铸造选择45钢并且对此设计轴铸造采用一种采用高速淬火或热加工耐高温或热回火(高速调质)的特殊热处理铸造工艺。经此方法热处理后的所得到的回火组织为低热回火克拉索氏体这种回火组织氏体具有良好的一种综合的热力学性能,即在能够保持较高的力学强度的情况同时它还具有良好的抗热塑性和力学韧性。1.2.3总传动比的计算计算出传动装置总传动比为：i总传动比为i=2.83，根据具体被加工件的孔位置关系，选择三级传动。1.2.4主轴最小轴径d最小轴径中的d轴也是一个决定主轴运动刚度的重要考量因素。按主轴扭转力和强度运动条件等来进行综合计算。主轴设计图纸见下图：主轴的最小直径确定公式为：τ式中：τTT——轴轴所受的扭矩，Nmm；WT——轴的抗扭截面系数，mm3；n——轴的转速，min/r；P——轴传递的功率，KW；d——计算截面处轴的直径，mm；τT表7-1轴常用的几种材料的τT和由上式可得轴的直径：d=1.2.5输入轴径的确定d1=d(1+10%~20%)=8.49mm，取d1=11mm1.3输入轴强度校核设计主轴如下图：1.3.1齿轮上作用力的大小转矩：T=9550圆周力：Fc径向力：F法向力：F（2）求轴承的支反力水平面上支反力：F垂直面上支反力：F（3）画弯矩图水平面上的弯矩M垂直面上的弯矩M合成弯矩M（4）画转矩图T=9550（5）画计算弯矩图因单向回转，视转矩为脉动循环，α=[则截面的当量弯矩为MvC（6）按合成应力校核轴的强度截面当量弯矩最大，故截面为可能危险截面。MvC，σMσ所以其强度足够。1.3.2按疲劳强度校核安全系数由上面两图知，计算弯矩在此截面处计算弯矩较大，其直径较其他截面处小。故此截面都是可能的危险截面。其余截面比较安全。因此，只需要校核此截面的安全系数即可，取[S]=1.5（1）抗弯截面系数W=0.1×抗扭截面系数W合成弯矩M=扭矩T=弯曲应力幅σ弯曲平均应力σ上面两个数据按照对称循环应力计算扭剪应力幅τ扭剪平均应力τ上面两个数据按照脉动循环应力计算查机械手册可知弯曲、剪切疲劳极限σ弯曲、扭转等效系数ψ查机械手册得绝对尺寸系数ε查机械手册得表面质量系数β=0.95查机械手册得弯曲时配合（H7/k6）K查机械手册得扭转时配合：K两个值对比之后取大值，即系数计算值为：K受弯曲作用时的安全系数：S受扭矩作用时的安全系数S安全系数故可知此轴疲劳强度安全。用软件对该轴进行有限元分析,云图如下：位移云图：由以上云图看出，轴在输入端的变形量为0.004105mm应变云图：由以上云图看出，最大应变为0.0001797应力云图：由以上云图看出，最大应力为6.076X10^7N/mm2≤3.75X10^8N/mm2。经过有限元分析可知，轴的强度满足使用要求。1.4主轴轴承的选择主轴零件轴承的材质选择与其从加工到输出主轴零件的工作精度要求有着密切的相互关系,在当今机械工业中的比较发达在的社会,在无特殊要求的情况下,我们选用滚动轴承,因为:1.滚动式的油封轴承一般需要一个能在驱动电机额定转速和油封轴承内部载荷承受压力之间变动很大的高速铁路情况下,稳定地正常滑动工作,而由于动压式和压力滑动式的油封轴承在非常低速时难以正常滑动而要形成轴承必需需要具有一个轴承足够压强的压力滑动式和油封轴楔;2.滚动间隙轴承系统可以在完全无滚动间隙,甚至在机械预加工和载荷(需要有一定的机械过盈量)大的条件下正常工作,有利于大大提高滚轴旋转时的精度和滚动刚度。滑动式的轴承必须要具有一定的滑动间隙,才能正常的进行工作;3.滚动柱式轴承的热摩擦损失系数小,有利于有效减少轴承发热;4.滚动转向轴承需要润滑比一般滑动转向轴承需要润滑容易,可以用油加润滑脂,如果需要用油,则润滑所需的耗油量可能远比一般滑动转向轴承小;5.滚动卧式轴承公司有专门的加工厂进行生产,供应方便,可以批量采购。当然滚动轴承也有缺点:1.滚动方式轴承的特点滚动体积小数目多,刚度大也是不断变化的;2.滚动塑料橡胶粘性轴承的所用粘性阻尼内外圈和两个粘性滚动体之间主要是具有刚性的相互和接触,滑动塑料橡胶粘性轴承的所用粘性阻尼油膜上会逐渐形成新的橡胶粘性阻尼层,故一般选用刚性滚动塑料橡胶粘性轴承的所用粘性油膜阻尼比一般选用滑动橡胶粘性阻尼轴承低;3.滚动径向轴承的最大径向传动尺寸比一般滑动径向轴承大。主轴承是滚动受力轴承的各种型号,应根据它的承载能力和转速进行选择,本生产工序中它的承载能力一般属于轻载,转速能力属于重载高速。故一般采用下列如下的两种轴承进行组合:主轴的前面和支撑:前面轴承是一种d轴等级的高精度的主轴深沟槽型球面式轴承(请参见本机主轴箱总体工程结构图),用于主轴承受较大径向驱动力。这种新型轴承产品具有传动刚性好。主轴的速度径向飞跃跳动直接影响机械加工主轴表面的旋转圆度和轴向同轴度,当加工主轴径向跳跃运动量过大超过加工允许值时,一般正常情况下加工只需及时调整前和后支撑的运动间隙,就这样可以了即使加工主轴的径向跳跃运动量及时调整在达到大于允许值值的范围内,如仍不能达到或不到,应更换调整后的前支撑。1.5齿轮的设计1.4.1原始数据此处计算以加工六孔一侧为例，六孔位置尺寸见下图：1.4.2齿轮的主要参数由上述强度相关部件硬度计算参数设计可知,该齿轮传动轴的齿轮反向受力传动为非轴向封闭式软尺的接头表面反向受力传动,软尺的接头表面反向传动齿轮硬度<350hbs,所以对该传动齿轮的反向传动强度相关部件硬度设计参数按照软尺对接头碰触面的传动强度要求进行手动设计,弯曲时对相关强度参数进行自动校核。σ式中：σHlimSHlim接触强度的最小安全系数，取SZN接触疲劳强度计算的寿命系数，取ZN=1.02；ZW工作硬化系数，取ZW=1。由教材图5—29查得：小齿轮σHlim=580MPa;大齿轮σ所以：σσ查阅下列表格可