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C61100 普通 车床 数控 改造 传动 电动 刀架 开题 CAD

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内容简介：

附件6中期报告（学生用表）系（部）： 专业： 班级： 学生姓名学号指导教师课题名称C61100普通车床数控改造（主传动、电动刀架）简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果：1、了解了数控车床的发展历史及其C61100车床的及国内外情况；2、研究了C61100车床的构造，了解其工作原理和特点；3、完成了设计要求对其主要零件进行设计、校核计算；4、完成了主要参数的设计和计算。存在的具体问题与解决方法：问题：1、伺服电机的计算与选型不合理如：计算所需的功率太低；2、缺乏相关的资料如：车床的一些计算公式、轴承的寿命核算公式等；3、车床的具体机构不了解如：主传动结构。解决方法：1、图书馆查阅书籍；2、网上搜索该车床的资料；3、寻求老师的帮助。下一步工作的主要研究任务、具体设想与安排：1、完成相关参数计算并选型后，下一步是各个零件的安装；2、安装完成后，就是检核与调试环节；3、针对车床可能发生的问题采取一些措施；4、绘制C61100的零件图及装配图。指导教师对前期工作的评价：指导教师签名：年 月 日注：1、本表可根据内容续页；2、指导教师评价及签名手写，其他内容电子版填写。附件3任务书（指导教师用表）系（部）： 专业： 班级： 学生姓名指导教师姓名论文（设计）题目C61100普通车床数控改造（主传动、电动刀架）下达任务日期任务起止日期主要研究内容及方法1.机床数控化改造的意义，国内外研究的发展现状及应用情况； 2.对C61100普通车床结构的基本了解及熟知其如何工作； 3.C61100普通车床主传动、电动刀架进给机构的改造设计及其步进电机的选择；4.C61100普通车床电机的主轴电机的选择及其刀架部分的改造。主要任务及目标任务：1、 培养学生综合应用所学的知识和技能，分析与解决工程实际问题；2、 在实践中实现知识与能力的深化升华，培养创新意识和发展能力，初步形成机械设计和设备改造工程意识；3、 培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。目标：1、完成C61100普通车床数控改造（主传动、电动刀架）任务书；2、完成A0装配图一张、A1零件图三张。主要参考文献1冯辛安主编.机械制造装备设计第2版大连理工大学北京:机械工业出版社,2007.122黄如林主编.切削加工简明实用手册北京：化学工业出版社,2004.73吴宗泽主编.机械设计课程设计手册第三版清华大学北京：高等教育出版社,2006.124濮良贵主编.机械设计第八版北京：高等教育出版社,2007.85金属切削机床设计46范思冲主编.画法几何及机械制图东南大学北京：机械工业出版社,2005.77郑文纬,吴克坚主编.机械原理第七版东南大学机械学学科组 北京：高等教育出版社,2006.18减速器实用技术手册编辑委员会编.减速器实用技术手册北京:机械工业出版社,1992进度安排各阶段工作任务起止日期进行毕业设计开题第14周确定C61100总体传动方案第46周完成C61100相关参数的计算及选型第68周完成零件及机构的装配第810周完善图纸并编写说明书第1012周任务下达人签名任务接收人签名教研室指导小组组长签名系部领导小组组长签名注：1、本表可根据内容续页； 2、本表一式两份，学生、系部存档各一份；3、签名需手写，其他内容电子版填写。附件7工作中期检查记录系（部）： 专业： 班级： 姓名 学号 指导教师 检查主要内容1、毕业设计前三章已经基本完成，零件模型也完成在望，先着手于零件的装配及仿真。2、丝杠及电机的计算需要更详细的验算，丝杠及伺服电机选型方案的经济性有待提高。1、每个星期指导老师都会检查本组学生的毕业设计的进度和完成情况并且都会指出不足之处从而进行详细的讲解。2、通过详细的记录每次的检查问题，并列出下次的任务，保证毕业设计的进度。具体问题：1、伺服电机的选型比较片面，solidworks模型中存在诸多细节问题；2、铣削力、滚珠丝杠的计算出现错误；3、零件装配存在干涉。解决方法：1、更换伺服电机伺服电机的计算公式并检查计算过程，模型问题重新建模；2、检查铣削力、滚珠丝杠计算过程是否出现错误；3、利用干涉检查查找干涉，并重新配合。毕业论文（设计）工作领导小组意见组长签名：年 月 日注：1、本表可根据内容续页；2、领导小组意见手写，其他内容电子版填写。附件5开题报告（学生用表）系（部） 专业： 班级： 课题名称C61100普通车床数控改造（主传动、电动刀架）指导教师 学生 学号 1、 课题的来源及意义1、机床数控化的必然我国目前机床数控化率并高。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6%。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性是显而易见的,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。2、机床的数控改造优势数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床数控化改造不失为一种较好的良策。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：用较少的资金，将普通机床改造升级为数控机床，可以为企业带来可观的经济效益。该题涉及的知识面广，实用性强，又融入了机械制造业的主流，因此该题的设计可综合地考察我四年来所学的专业知识；极大地激发我对机械的热情和兴趣；更好地培养我吃苦耐劳的实干精神和敢于挑战的创新精神。与此同时，在设计过程当中大量资料的查阅和大量问题的解决又可使我更了解当前的制造业趋势，可使我的知识更具有灵活性，系统化和实用化，同时也培养了我解决实际问题的能力。二、国内外发展状况及研究背景1、我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。也许有人认为把普通机床彻底淘汰直接以数控机床代之会更好，固然引进先进的生产设备可以在技术上取得竞争优势，但企业在缺乏资金的情况下，对现已技术落后的现有机床进行技术改造会更合理。2、与此同时，世界上许多发达国家也在走机床改造这条道路而且方兴未艾。在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。三、本课题的研究目标和内容1、研究目标：培养学生综合应用所学的知识和技能，分析与解决工程实际问题。在实践中实现知识与能力的深化升华，培养创新意识和发展能力，初步形成机械设计和设备改造工程意识，培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。2、主要内容：研究普通车床的横向、纵向进给运动原理及其实现机制，研究普通车床刀架的构造原理；学习并掌握数控原理；学会数控技术在普通车床上的合理运用。解决的主要问题：将普通车床的纵向和横向进给系统改造成为用微机控制的能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的的回转刀架。四、课题研究方法及进度安排1、研究方法：继承、借鉴和创新相结合；自顶向下，各个击破。2、进度安排：第1-2周收集、整理、消化和理解有关普通车床数控化改造的资料、熟悉系统总体方案设计第3-4周撰写开题报告、翻译英文资料、进行部分机械部件的设计计算第5-6周完成全部机械部件的设计计算、绘制系统装配图第7周绘制零件图第8周编写说明书（电子版），准备答辩提纲等第9-10周修改说明书并打印所有毕业资料第11-12周答辩5、 实验方案的可行性分析1、 步骤：（1）查阅资料深入了解普通车床的构造原理及其实现功能；了解典型数控车床的构造及其实现功能；比较两种车床的优劣，粗略构思普通车床的经济型数控改装的方案（2）设计要求、设计参数、功能方案的拟订（3）进给伺服系统机械部分设计与计算（包括进给系统机械结构改装设计；进给伺服系统机械部分的计算与选型；绘制进给伺服系统的机械装配图）6、 参考文献1冯辛安主编.机械制造装备设计第2版大连理工大学北京:机械工业出版社,2007.122黄如林主编.切削加工简明实用手册北京：化学工业出版社,2004.73吴宗泽主编.机械设计课程设计手册第三版清华大学北京：高等教育出版社,2006.124濮良贵主编.机械设计第八版北京：高等教育出版社,2007.85金属切削机床设计46范思冲主编.画法几何及机械制图东南大学北京：机械工业出版社,2005.77郑文纬,吴克坚主编.机械原理第七版东南大学机械学学科组北京：高等教育出版社,2006.1指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日注：1、本表可根据内容续页；2、指导教师意见及签名手写，其他内容电子版填写。附件4指导记录（指导教师用表）系（部）： 专业： 班级： 姓名欧开恩学号20141804123指导教师贾育秦职称/学位学士毕业论文（设计）题目C61100普通车床数控改造（主传动、电动刀架）日 期指导内容存在问题指导学时数2018.03.05首次小组指导，课题下达，指导老师根据实际情况安排毕业设计课题的分配，并详细介绍了设计中的注意事项，布置了开题报告。1、不确定自己的实际情况，不好定题。2、对题目的任务不了解，选题不明确。2学时2018.03.12指导老师检查每个同学的开题报告，指出各个同学的不足之处，提出修改意见。1、没有找到足够的参考资料，不足以定题。2、对格式安排不合理2学时2018.03.19指导老师再此检查开题报告，确定没有错误以后，开始讲解设计章节安排，布置下一阶段的任务。找不到足够的参考文献。2学时2018.03.26听取各个同学对自己课题设计思路的阐述，指导老师指出其中的不足之处并对每个同学的课题的重点进行详细解释。在刚刚开始的时候，好多东西都不懂，不好上手。2学时2018.04.02对各个同学目前主要设计的东西进行分析，让同学们有了清晰的思路。带的型号计算出来的数据不能进行校核。2学时2018.04.09检查已经计算的部分，敦促同学尽快完成计算，指导老师对每个同学遇到的问题进行耐心的回答，并对结构设计计算提出了一些建议。伺服电机的计算选型不合理。2学时2018.04.16本次指导过程主要针对的是各个设计中的计算，强调要严格按照国家标准进行计算，对计算结果要严格检查，不能出现差错，否则无法进行下一步的工作。对机床主传动之间的连接不了解。2学时2018.04.30对已经绘制的零件模型进行了查阅，并指出错误。轴的绘制存在疑问。2学时2018.05.07对已经绘制的零件模型进行了进一步的查阅，并催促同学们进行装配。对进给系统的大体结构不清楚。2学时2018.05.18对装配图的进度进行了检查，并催促同学们完成装配图。基本完成的装配图的绘制，但是还有一些细节问题需要优化。2学时2018.05.21本次指导老师检查了装配图，给出了一定的指导意见，对图中出现的问题进行仔细的讲解。装配图中的一些细节问题还需要进一步的优化。2学时2018.05.25本次指导时，在检查图纸的同时，还提到了说明书的重要性，催促我们尽快完成说明书。说明书内摘要部分需要修改，同时还有格式部分也需要修改。2学时2018.05.28本次检查指导时，基本已经完成了老师对其中的格式字体部分进行检查，进一步加强了格式的重要性。对说明书内一些细节性的格式还需要修改比如：行间距。2学时2018.06.01打印初稿，并交给老师查阅，老师指出问题，进行指导。注：本表可续页，由指导教师根据毕业论文（设计）指导工作方案和实际指导情况填写（可电子版填写）。C61100普通车床数控改造（主传动、电动刀架）摘 要数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种类的机床相比，车床在生产中使用最广。本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状,并分析了其存在的问题;对数控机床的发展趋势进行了探讨；并对C61100数控车床主轴箱传动系统进行了设计与计算。主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。目前，数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围35，难以满足主轴变速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围。本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构，使输入轴在带处只受转矩，将轴上的径向力传动到车床机体上,改善了输入轴的受力情况。关键词：主轴箱，无级调速，传动系统AbstractCNClathecannotonlyoutsidethecirclecanbeusedforboring,facing,drillingandreaming.Comparedwithotherkindsofmachinetools,latheisthemostwidelyusedinproduction.ThispaperintroducestheprocessandcurrentsituationofthedevelopmentofCNCmachinetoolsinChina,andanalyzesitsexistingproblems;thedevelopmenttrendofNCmachinetoolwasdiscussed;andtheC61100CNClathespindleboxtransmissionsystemdesignandcalculation.Thespindleboxiscomposedofhollowspindlemountedinprecisionbearingsandasetoftransmissiongears.SpindleCNClathecangetanyspeedinspeedrange,tomeetthemachiningrequirements.Atpresent,thedevelopmenttrendofNClatheissteplessspeedchangethroughtheelectricalandmechanicalequipment.Variablefrequencymotorthroughthebeltdriveandgeartoprovidepowerforthespindle.Usuallythefrequencycontrolofmotorspeedrangeof3-5,tomeettherequirementsofspindlespeed;seriesgearextendstherangeofgeartransmission.Thedesignoftheoriginalbeltwheelnotunloadingstructuretobeltwheelunloadingstructure,theinputshaftwithonlybytheshafttorque,radialforceonthedrivetothelathebody,improvethestressconditionsoftheinputshaft.KeyWords:spindlebox,steplessspeedregulation,transmissionsystem目 录1绪论12设计计算22.1机床的主参数22.2主运动参数22.3切削力的计算33主运动参数的拟定63.1主运动调速范围的确定、计算各轴计算转速、功率和转矩63.2主电动机的选择74变速结构的设计104.1主变速方案拟定104.2变速结构式、结构网的选择104.2.1确定变速组及各变速组中变速副的数目104.2.2结构网的拟定114.2.3结构式的拟定114.2.4结构式的拟定114.2.5确定各变速组变速副齿数125传动件的设计145.1带传动设计145.2选择带型155.3确定带轮的基准直径并验证带速155.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角165.5确定带的根数z175.6确定带轮的结构和尺寸175.7确定带的张紧装置185.8计算压轴力185.9各变速组齿轮模数的确定和校核205.9.1齿轮模数的确定205.9.2齿宽的确定235.9.3齿轮结构的设计245.10传动轴的直径估算255.10.1确定各轴转速255.10.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径255.10.3键的选择265.11传动轴的校核265.11.1传动轴的校核275.11.2键的校核275.12摩擦离合器的选择和计算285.13齿轮校验315.13.1校核a变速组齿轮315.13.2校核b变速组齿轮325.13.3校核c变速组齿轮345.14轴承的选用与校核355.14.1各轴轴承的选用355.14.2各轴轴承的校核355.15主轴组件设计376结构设计486.1结构设计的内容、技术要求和方案486.2展开图及其布置486.3I轴（输入轴）的设计496.4齿轮块设计496.5传动轴的设计516.6主轴组件设计526.6.1各部分尺寸的选择526.6.2主轴材料和热处理536.6.3主轴轴承536.6.4主轴与齿轮的连接556.6.5润滑与密封556.6.6其他问题557总结577.1本文工作总结57参考文献59致谢601绪论机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。吕梁学院毕业设计2设计计算2.1机床的主参数如表1所示：床身最大回转直径1000mm最小加工工件直径100mm顶尖间最大工件长度1500-16000mm刀架上最大回转直径630mm顶尖间最大工件重量6000kg表12.2主运动参数据机床设计手册典型加工条件，当工件直径为8001000mm时，极限切削速度取200m/s。最小切削速度按典型加工的两种情况取不同的数值: 高速钢车刀精车丝杠=1.5m/s; 高速钢车刀低速车削盘类零件，=8m/s。主轴转速确定:由以上典型加工条件,确定本机床主要加工直径范围为100600mm。主轴转速与切削速度的关系:,v为切削速度式中的或，不是该机床可能加工的最小或最大直径，而是机床全部工艺范围内可以用最大切削速度来加工时的最小工件直径和用最小切削速度来加工时的最大工件直径,这样才能得出合理的极限转速值。取主轴最低转速：情况（1）时，情况（2）时，取：主轴的转速范围为4-640r/min变速范围，符合普通车床Rn为40200的变速范围,且Rn值较大,表明本机床有良好的加工工艺性能。2.3切削力的计算由于切削过程的复杂性，并且影响它的因素又多，因此目前尚未导出简便计算进给力、径向力、切削力的理论公式，一般都是通过大量实验，由测力仪得到切削力后进行数据处理，建立经验公式。在建立经验公式时，大多数都是将背吃刀量、进给量及切削速度这三个主要因素作为可变因素，而其它影响因素则用修正系数间接计算，从而得出三个分力的计算公式:FX=PafkfvrkvFzkrFzkaFzkvbFzkhFzkuFzkbr1FzFy=PfkfFykvFykrFykaFykvbFykhFykuFykbr1FyFz=PfkfFxkvFxkrFxkaFxkvbFxkhFxkuFxkbr1Fx式中及下列各参数均是以实验条件得出,切削深度、进给量、切削速度以实验条件中最大值计算,而不是本机床实际所加工最大允许量,详见机床设计手册:P单位切削力(kgf/mm2),取P=210kgf/mm2;V切削深度,15mm,取p=5mm;F进给量,0.10.5mm/r,取f=0.5mm/r;v切削速度,90105m/min,取v=105m/min。以上取值及各修正系数源于机床设计手册。经计算：=586.3kgf据手册，=0.350.5，取=0.43=0.350.5，取=0.43则=252kgf;=252kgf总切削F=1090.5kgf=10697.8N机床切削总功率:V/1000=10697.8105/(601000)=18.7kW按上面所列式求得切削功率后,还需考虑机床的传动效率,一般取为0.750.85,取0.85计算,计算得=22kW。查机械设计课程设计指导书P178可得，选择电动机型号为Y180L-4，满载时，其转速为1470r/min。553主运动参数的拟定3.1主运动调速范围的确定、计算各轴计算转速、功率和转矩主运动调速范围的确定（本小节公式除非特别说明，均出自资料12）数控车床主轴转速范围4640r/min则数控车床总变速范围估算主轴的计算转速，由于采用的是无级调速，所以采用以下的公式：(2.3)因为数控机床主轴的变速范围大于计算转速的实际值同时为了便于计算故取：主轴的恒功率变速范围电机的恒功率变速范围由于RnpRdp，电动机直接驱动主轴不能满足恒功率变速要求，因此需要串联一个有级变速箱，以满足主轴的恒功率调速范围。取，则对于数控车床，为了加工端面时满足恒线速度切削的要求，应使转速有一些重复，故取Z=4故前面传动比分配可取。取Z=4,，计算出变速齿轮箱公比，则变速箱有四种传动比：由图2主轴功率特性图中可以看出，当主轴在64040r/min的转速范围内，功率段abcde恒功率输出，可以实现恒功率不停车无级调速，故此车床用于加工盘类零件时，可以恒线速度切削，严格保证加工质量，但以上设计没有考虑系统内传动元件造成的功率损失。3.2主电动机的选择根据前面的切削计算，选择22KW的Y180L-4型三相异步电动机，参数如下图表Y180L-4型三相异步电动机产品型号：Y180L-4型Y180L-4型三相异步电动机使用条件：环境温度：-1540海拔：不超过1000m额定电压：380V，可选220-760V之间任何电压值额定频率：50Hz、60Hz防护等级：IP44、IP54、IP55绝缘等级：B级、F级、H级冷却方式：ICO141工作方式：S1连接方式：3KW及以下Y接法、4KW及以上为接法Y180L-4型三相异步电动机特Y180L-4型三相异步电动机功率：11KW电压：380V电流：21.8A绝缘：B噪音：87dB(A)转速2900r/min是全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，是全国统一设计的基本系列，它同时是符合JB/T9616-1999和IEC34-1标准的有关规定，具有国际互换的特点。Y180L-4型三相异步电动机广泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械和食品机械等。4变速结构的设计4.1主变速方案拟定拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中变速型式的主轴变速箱。4.2变速结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的变速不失为有用的方法，但对于分析复杂的变速并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。4.2.1确定变速组及各变速组中变速副的数目数为Z的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有、个变速副。即取Z=4,，计算出变速齿轮箱公比，则变速箱有四种传动比：由图2主轴功率特性图中可以看出，当主轴在64040r/min的转速范围内，功率段abcde恒功率输出，可以实现恒功率不停车无级调速，故此车床用于加工盘类零件时，可以恒线速度切削，严格保证加工质量，但以上设计没有考虑系统内传动元件造成的功率损失。4.2.2结构网的拟定根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下：4.2.3结构式的拟定主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即：检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。4.2.4结构式的拟定绘制转速图、选择Y132S-4型Y系列笼式三相异步电动机。、分配总降速变速比4.2.5确定各变速组变速副齿数齿轮齿数的确定，当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从【1】表3-9中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于1820。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。根据【1】,查表3-9各种常用变速比的使用齿数。5传动件的设计5.1带传动设计输出功率P=22kW,转速n1=1470r/min,n2=900r/min计算设计功率Pd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1.01.21.3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:5.2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Pd24.2kW及小带轮转速n11470r/min，查图得：dd=80100可知应选取A型V带。5.3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=100mmddmin.=75mm（dd1根据P295表13-4查得）表3V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=160mm（1）误差验算传动比：（为弹性滑动率）误差符合要求(2)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。5.7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。5.8计算压轴力由机械设计P303表1312查得，A型带的初拉力F0130.59N，上面已得到=153.36o，z=6，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YZABCDE基准宽度bp5.38.511.014.019.027.032.0基准线上槽深hamin1.62.02.79.6基准线下槽深hfmin4.77.08.710.814.319.923.4槽间距e80.3120.3150.3190.425.50.5370.644.50.7第一槽对称面至端面的距离fmin67911.5162328最小轮缘厚55.567.5101215带轮宽BB=(z-1)e+2fz轮槽数外径da轮槽角32对应的基准直径dd60-34-80118190315-3660-47560038-80118190315475600极限偏差10.5V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(dd300mm时)，如图7-6b。（3）孔板带轮：用于尺寸较大的带轮(ddd)100mm时)，如图7-6c。（4）椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd500mm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）,大带轮选择腹板带轮如图（b）5.9各变速组齿轮模数的确定和校核5.9.1齿轮模数的确定齿轮模数的估算。通常同一变速组内的齿轮取相同的模数，如齿轮材料相同时，选择负荷最重的小齿轮，根据齿面接触疲劳强度和齿轮弯曲疲劳强度条件按【5】表7-17进行估算模数和，并按其中较大者选取相近的标准模数，为简化工艺变速传动系统内各变速组的齿轮模数最好一样，通常不超过23种模数。先计算最小齿数齿轮的模数，齿轮选用直齿圆柱齿轮及斜齿轮传动，查【4】表10-8齿轮精度选用7级精度，再由【4】表10-1选择小齿轮材料为40C(调质)，硬度为280HBS：根据【5】表7-17；有公式：齿面接触疲劳强度：齿轮弯曲疲劳强度：、a变速组：分别计算各齿轮模数，先计算最小齿数28的齿轮。齿面接触疲劳强度：其中:-公比；=2；P-齿轮传递的名义功率；P=0.967.5=7.2KW；-齿宽系数=；-齿轮许允接触应力，由【5】图7-6按MQ线查取;-计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。=650MPa，根据【6】表10-4将齿轮模数圆整为4mm。 齿轮弯曲疲劳强度：其中:P-齿轮传递的名义功率；P=0.967.5=7.2KW；-齿宽系数=；-齿轮许允齿根应力，由【5】图7-11按MQ线查取；-计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。，根据【6】表10-4将齿轮模数圆整为2.5mm。所以于是变速组a的齿轮模数取m=4mm，b=32mm。轴上主动轮齿轮的直径：。轴上三联从动轮齿轮的直径分别为：、b变速组：确定轴上另两联齿轮的模数，先计算最小齿数18的齿轮。 齿面接触疲劳强度：其中:-公比；=4；P-齿轮传递的名义功率；P=0.9227.5=6.915KW；-齿宽系数=；-齿轮许允接触应力，由【5】图7-6按MQ线查取;-计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。=650MPa，根据【6】表10-4将齿轮模数圆整为5mm。 齿轮弯曲疲劳强度：其中:P-齿轮传递的名义功率；P=0.9227.5=6.915KW；-齿宽系数=；-齿轮许允齿根应力，由【5】图7-11按MQ线查取；-计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。，、c变速组：齿顶圆直径；齿根圆直径；分度圆直径；齿顶高；齿根高；齿轮的具体值见表表5.1齿轮尺寸表（单位：mm）齿轮齿数z模数分度圆直径d齿顶圆直径齿根圆直径齿顶高齿根高20480887045514204212194454241681761584530412012811045304120128110454241681761584552420821619845264104112944526410411294455242082161984522488967845694276284266455.9.2齿宽的确定由公式得：(1)轴主动轮齿轮；一般一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，应主动轮比从动轮齿宽大（510mm）。5.9.3齿轮结构的设计通过齿轮传动强度的计算，只能确定出齿轮的主要尺寸，如齿数、模数、齿宽、螺旋角、分度圆直径等，而齿圈、轮辐、轮毂等的结构形式及尺寸大小，通常都由结构设计而定。当齿顶圆直径时，可以做成实心式结构的齿轮。当时，可做成腹板式结构，再考虑到加工问题，现决定把齿轮8、12和14做成腹板式结构。其余做成实心结构。根据【4】图10-39（a）齿轮10、12和13结构尺寸计算如下：齿轮8结构尺寸计算，；，C取12cm。齿轮12结构尺寸计算;；，C取12cm。齿轮14结构尺寸计算，；，C取14cm。5.10传动轴的直径估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。5.10.1确定各轴转速、确定主轴计算转速：计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。根据【1】表3-10，主轴的计算转速为(2.3)5.10.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径根据【5】公式（7-1），并查【5】表7-13得到取1.轴的直径：取轴的直径：取轴的直径：取其中：P-电动机额定功率（kW）；-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；-该传动轴的计算转速（）；-传动轴允许的扭转角（）。当轴上有键槽时，d值应相应增大45%;当轴为花键轴时，可将估算的d值减小7%为花键轴的小径;空心轴时，d需乘以计算系数b，b值见【5】表7-12。和为由键槽并且轴为空心轴，和为花键轴。根据以上原则各轴的直径取值：，和在后文给定，轴采用光轴，轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花键轴。因为矩形花键定心精度高，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理变形，定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高的精度，故我采用矩形花键连接。按规定，矩形花键的定心方式为小径定心。查【15】表5-3-30的矩形花键的基本尺寸系列，轴花键轴的规格；轴花键轴的规格。5.10.3键的选择查【4】表6-1选择轴上的键，根据轴的直径，键的尺寸选择，键的长度L取22。主轴处键的选择同上，键的尺寸为，键的长度L取100。5.11传动轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3）.当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。5.11.1传动轴的校核轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核最大挠度：式中：查【1】表3-12许用挠度；。轴、轴的校核同上。5.11.2键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得 可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：5.12摩擦离合器的选择和计算片式摩擦离合器目前在机床中应用广泛，因为它可以在运转中接通或脱开，具有结合平稳、没有冲击、结构紧凑的特点，部分零件已经标准化，多用于机床主传动。按扭矩选择，即：根据【15】和【14】表6-3-20，计算转矩，查【15】表6-3-21得摩擦盘工作面的平均直径式中d为轴的直径。摩擦盘工作面的外直径摩擦盘工作面的内直径摩擦盘宽度b摩擦面对数m，查【15】表6-3-17，摩擦副材料为淬火钢，对偶材料为淬火钢，摩擦因数取0.08，许用压强取，许用温度0.5mm,可避免渗氮层穿透剥落。6.6.3主轴轴承(1)轴承类型选择主轴前轴承有两种常用的类型：双列短圆柱滚子轴承。承载能力大，可同时承受径向力和轴向力，结构比较简单，但允许的极限转速低一些。与双列短圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承有三种：600角双向推力向心球轴承。是一种新型轴承，在近年生产的机床上广泛采用。具有承载能力大，允许极限转速高的特点。外径比同规格的双列圆柱滚子轴承小一些。在使用中，这种轴承不承受径向力。推力球轴承。承受轴向力的能力最高，但允许的极限转速低，容易发热。向心推力球轴承。允许的极限转速高，但承载能力低，主要用于高速轻载的机床。(2)轴承的配置大多数机床主轴采用两个支撑，结构简单，制造方便，但为了提高主轴刚度也有用三个支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心度，否则温升和空载功率增大，效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大，可以用两个支撑的主要支撑，第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承（中间支撑或后支撑）保持比较大的游隙（约0.030.07），只有在载荷比较大、轴产生弯曲变形时，辅助支撑轴承才起作用。轴承配置时，除选择轴承的类型不同外，推力轴承的布置是主要差别。推力轴承布置在前轴承、后轴承还是分别布置在前、后轴承，影响着温升后轴的伸长方向以及结构的负责程度，应根据机床的实际要求确定。在配置轴承时，应注意以下几点： 每个支撑点都要能承受经向力。 两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。 径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即负荷都由机床支撑件承受。(3)轴承的精度和配合主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。普通精度级机床的主轴，前轴承的选或级，后轴承选或级。选择轴承的精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。轴承与轴和轴承与箱体孔之间，一般都采用过渡配合。另外轴承的内外环都是薄壁件，轴和孔德形状误差都会反映到轴承滚道上去。如果配合精度选的太低，会降低轴承的回转精度，所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。(4)轴承间隙的调整为了提高主轴的回转精度和刚度，主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到合适的负间隙，形成一定的预负载，回转精度和刚度都能提高，寿命、噪声和抗震性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形，过大的预负载对提高刚度没有明显的小果，而磨损发热量和噪声都会增大，轴承寿命将因此而降低。轴承间隙的调整量，应该能方便而且能准确地控制，但调整机构的结构不能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动，当内圈向大端轴向移动时，由于1：12的内錐孔，内圈将胀大消除间隙。其他轴承调整也有与主轴轴承相似的问题。特别要注意：调整落幕的端面与螺纹中心线的垂直度，隔套两个端面的平行度都由较高要求，否则，调整时可能将轴承压偏而破坏精度。隔套越长，误差的影响越小。螺母端面对螺纹中心线垂直度、轴上和孔上套简两端平行度等均有严格的精度要求。6.6.4主轴与齿轮的连接齿轮与主轴的连接可以用花键或者平键；轴做成圆柱体，或者锥面（锥度一般取1：15左右）。锥面配合对中性好，但加工较难。平键一般用一个或者两个（相隔180度布置），两国特键不但平衡较好，而且平键高度较低，避免因齿轮键槽太深导致小齿轮轮毂厚度不够的问题。6.6.5润滑与密封主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种：(1)堵加密封装置防止油外流。主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留0.10.3的间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难）。还有一种是在轴承盖的孔内开一个或几个并列的沟槽（圆弧形或形），效果比上一种好些。在轴上增开了沟槽（矩形或锯齿形），效果又比前两种好。在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。(2)疏导在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。6.6.6其他问题主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的扭转变形。当后支承采用推力轴承时，推力轴承承受着前向后的轴向力，推力轴承紧靠在孔的内端面，所以，内端面需要加工，端面和孔有较高的垂直度要求，否则将影响主轴的回转精度。支承孔如果直接开在箱体上，内端面加工有一定难度。为此，可以加一个杯形套孔解决，套孔单独在车床上加工，保证高的端面与孔德垂直度。主轴的直径主要取决于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号钢材的弹性模量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢即可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响，可以选用或其他合金钢。主轴头部需要淬火，硬度为5055。其他部分处理后，调整硬度为220250。7总结7.1本文工作总结机床产品设计是设计人员根据市场，社会和人们对机床的需要所进行的构思，计算，试验，选择方案，确定尺寸，绘制图纸以及编制技术文件等一系列创造性活动的总称，是机床产品实现的必要前提，是产品开发过程中至关重要的环节。机床产品设计的好坏，直接影响其成本，质量，研制周期及市场的竞争能力。本文的设计主要是从车床主传动的角度入手，使设计产品在给定的数值要求下达到最合理的经济和性能。6月2日，为期三个月的设计任务圆满完成了，虽然设计的过程比较繁琐，而且刚开始还有些不知所措，甚至是害怕与退缩，尽管“雄关漫道真如铁”，但是在我“而今迈步从头越”，再加上老师的悉