12級(jí)主軸箱-車床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-N=31.5~1400;公比1.41;Z=12;P=4KW
12級(jí)主軸箱-車床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-N=31.51400;公比1.41;Z=12;P=4KW,12,十二,主軸,車床,運(yùn)動(dòng),機(jī)械,變速,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì),公比,kw
目錄一、設(shè)計(jì)目的- 2 -二、設(shè)計(jì)步驟- 2 -2.1.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)- 2 -2.1.1已知條件- 2 -2.1.2結(jié)構(gòu)分析式- 2 -2.1.3 繪制轉(zhuǎn)速圖- 3 -2.1.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖- 5 -2.2.動(dòng)力設(shè)計(jì)- 6 -2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速- 6 -2.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)- 6 -2.3 各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核- 8 -3. 齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核- 11 -2.2.1校核a傳動(dòng)組齒輪- 11 -2.2.2 校核b傳動(dòng)組齒輪- 13 -2.2.3校核c傳動(dòng)組齒輪- 14 -2.3. 各軸的設(shè)計(jì)及主軸的校核- 16 -2.3.1 確定各軸最小直徑- 16 -2.3.2主軸的計(jì)算及校核- 17 -2.3.3多片式摩擦離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算- 18 -2.3.4各軸軸承選擇- 20 -三.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明- 20 -3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案- 20 -3.2 展開(kāi)圖及其布置- 21 -3.3 齒輪塊設(shè)計(jì)- 21 -3.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)- 22 -3.5 潤(rùn)滑與密封- 23 -3.6 其他問(wèn)題- 24 -四、總結(jié)- 24 -五、參考文獻(xiàn)- 25 -一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過(guò)程中,得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫(xiě)技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練,樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想,掌握基本的設(shè)計(jì)方法,并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。二、設(shè)計(jì)步驟2.1.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1.1已知條件1公比:=1.412轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù):Z=123確定轉(zhuǎn)速范圍:主軸最小轉(zhuǎn)速:nmin=31.5r/min可得調(diào)速范圍:Rn=Z-1=1.4112-1=43.8 最大轉(zhuǎn)速:nmax=nmin*Rn=31.5*43.8=1379.7r/min查表取標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速nmax=1400r/min4電動(dòng)機(jī)功率:P=4KW 2.1.2結(jié)構(gòu)分析式 3 從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速傳動(dòng),若使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在較接近電動(dòng)機(jī)處可使小尺寸零件多些,大尺寸零件少些,節(jié)省材料,也就是滿足傳動(dòng)副前多后少的原則,因此取方案。在降速傳動(dòng)中,防止齒輪直徑過(guò)大而使徑向尺寸常限制最小傳動(dòng)比 ;在升速時(shí)為防止產(chǎn)生過(guò)大的噪音和震動(dòng)常限制最大轉(zhuǎn)速比。在主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)組的最大變速范圍。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間傳動(dòng)軸的變速范圍最小, 根據(jù)中間傳動(dòng)軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下:檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí),只檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組:R2=X2*(P2-1) 其中=1.41,X2=6,P2=2 所以R2=1.416*(2-1)=8 ,合適。2.1.3 繪制轉(zhuǎn)速圖選擇電動(dòng)機(jī)一般車床若無(wú)特殊要求,多采用Y系列封閉式三相異步電動(dòng)機(jī),根據(jù)原則條件選擇Y112M-4型Y系列籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。其同步轉(zhuǎn)速1440r/min,額定功率4KW分配總降速傳動(dòng)比 總降速傳動(dòng)比 i=nminnd=31.51440=0.022 又電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nd=1440r/min不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn),因而增加一定比傳動(dòng)副。3確定傳動(dòng)軸軸數(shù) 傳動(dòng)軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動(dòng)副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。確定各級(jí)轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖 由nmin= 31.5r/min, =1.41,Z=12確定各級(jí)轉(zhuǎn)速:1400、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5r/min。19:76 1400100071050035525018012590634531.532:64 40:56 48:48 30:60 63:32 53:37 由此也可確定加在電動(dòng)機(jī)與主軸之間的定傳動(dòng)比i=1440/500=2.88 。下面畫(huà)出轉(zhuǎn)速圖(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近)。 5確定各變速組傳動(dòng)副齒數(shù)傳動(dòng)組a:ai1=/1=1.41/1, ai2=1/2=1/2查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表2.3-4, 可取SZ=90,于是可得軸齒輪齒數(shù)分別為:53、30??傻幂S上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為:37、60。傳動(dòng)組b:bi1=1/1, bi2=1/ =1/1.41,bi2=1/ 2=1/2查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表2.3-4, 可取 SZ=96,于是可得軸上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為:48、40、32。于是得軸上兩齒輪的齒數(shù)分別為:48、56、64。傳動(dòng)組c:ci1=14=1/3.98, ci2=2=2查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表2.3-4, 可取SZ=95,ci1=1/3.98為降速傳動(dòng),取軸齒輪齒數(shù)為19;ci2=2為升速傳動(dòng),取軸齒輪齒數(shù)為32。得軸兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為19,63;得軸兩齒輪齒數(shù)分別為76,32。2.1.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖根據(jù)軸數(shù),齒輪副,電動(dòng)機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖:56404832763219633764486053303751322.2.動(dòng)力設(shè)計(jì)2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速:主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 nIV=nminz3-1=31.5*1.41123-1=90 r/min各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速: 軸可從主軸90 r/min按19/76的傳動(dòng)副找上去,軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速355 r/min;軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min;軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。3各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速傳動(dòng)組c中, 只需計(jì)算z =19的齒輪,計(jì)算轉(zhuǎn)速為90 *76/19=355 r/min;傳動(dòng)組b計(jì)算z = 40的齒輪,計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min;傳動(dòng)組a應(yīng)計(jì)算z = 30的齒輪,計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。4核算主軸轉(zhuǎn)速誤差n實(shí)=1440*132375*5337*4848*6332=1429 r/min n標(biāo)=1400r/min n實(shí)-n標(biāo)n標(biāo)=1429 -14001400=2.10%10-1=4.1% 所以合適。2.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=4KW,傳動(dòng)比i=1440/500=2.88 ,兩班制,一天運(yùn)轉(zhuǎn)16.1小時(shí),工作年數(shù)10年。1 定計(jì)算功率 取KA=1.1,則Pca=KAP=4.4KW選取V帶型 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率,選A型帶。確定帶輪直徑和驗(yàn)算帶速 查表小帶輪基準(zhǔn)直徑d1=132mm,d2=132*i=132*2.88 =375mm 驗(yàn)算帶速成v=d1n160*1000 其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速(r/min); -小帶輪直徑(mm); v=3.14*132*1440600*1000=9.95 m/s4,25,合適。4確定帶傳動(dòng)的中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 設(shè)中心距為,則 0.55(d1+d2)a02(d1+d2) 于是 278.85 a01014 ,初取中心距為a0=400mm。 帶長(zhǎng)L0=2a0+2d1+d2+d2-d124a0 =2*400+3.142132+375+375-13224*400=1633 mm查表取相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld,Ld=1600mm。 帶傳動(dòng)實(shí)際中心距a=a0+Ld-L02=400+1600-1633 2=384 mm5驗(yàn)算小帶輪的包角 一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。 1180-d2-d1a*57.3=145 120, 合適6確定帶的根數(shù) Z=PcaP0+P0kkL其中: P0=1.93P0為1=180,載荷平穩(wěn),i=1,特定基準(zhǔn)長(zhǎng)度時(shí)單根V帶的額定功率,由實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)圖3.2-3,3.2-4得:P0=0.09P0 為時(shí)傳遞功率的增量,由實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)圖3.2-3,3.2-4得: k=0.91k為按小輪包角;由實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表3.2-6查得 kL=0.99kL為長(zhǎng)度系數(shù);由實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表3.2-6查得 為避免V型帶工作時(shí)各根帶受力嚴(yán)重不均勻,限制根數(shù)不大于10。 Z=4.41.93+0.09*0.91*0.99 =2.42 取3 7計(jì)算帶的張緊力 F0=500pcavZ2.5-kk+qv2其中: -帶的傳動(dòng)功率,4.4KW; v-帶速,9.95 m/s; q-每米帶的質(zhì)量,kg/m;取q=0.1kg/m。 由實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表3.2-1查得 F0=500*4.49.95 *3*2.5-0.910.91+0.1*9.95 2=138.70 N8計(jì)算作用在軸上的壓軸力 FQ2ZF0sin122*3*138.70 *sin145 2 =793.96 N 2.3 各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核模數(shù)的確定(按齒面接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)):a傳動(dòng)組:只需計(jì)算齒數(shù)最小齒輪模數(shù)計(jì)算30齒齒輪的模數(shù):mj=163003(i+1)k1k2k3Pmz12i njj2其中: i-公比 ; i=2; k1-工況系數(shù);取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表28 按精度等級(jí)7,HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表29 取k3=1.12 P-齒輪所傳遞的額定功率;P =Pd=4*0.95=3.8Kw =帶軸承=0.96*0.99=0.95 m-齒寬系數(shù);取8 z1-小齒輪齒數(shù);取30 nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;710r/min j-齒輪許用接觸應(yīng)力; 按45#整體淬火j=1100MPa mj=1630032+1*1.2*1.4*1.12*3.88*302*2*710*11002=1.96 取m =3 mm。 于是傳動(dòng)組a的齒輪模數(shù)取m =3 mm,b =24mm。 軸上齒輪的直徑: da1=3 *53=159mm, da2=3 *0=0mm, da3=3 *30=90mm 軸上三聯(lián)齒輪的直徑分別為: da1=3 *37=111mm, da2=3 *0=0mm,da3=3 *60=180mm b傳動(dòng)組: 按最小齒數(shù)32的齒輪計(jì)算: mj=163003(i+1)k1k2k3Pmz12i njj2 其中: i-公比 ; i=2.82; k1-工況系數(shù);取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表28 按精度等級(jí)7,HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表29 取k3=1.12 P-齒輪所傳遞的額定功率;P =Pd=4*0.92=3.68Kw =帶軸承軸承齒輪=0.96*0.99*0.99*0.98=0.92 m-齒寬系數(shù);取8 z1-小齒輪齒數(shù);取32 nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;355 r/min j-齒輪許用接觸應(yīng)力; 按45#整體淬火j=1100MPa mj=1630032.82+1*1.2*1.4*1.12*3.688*322*2.82*355*11002=2.34 取m =4 mm。于是傳動(dòng)組b的齒輪模數(shù)取m =4 mm,b =32mm。 軸II上齒輪的直徑: db1=4 *48=192mm, db2=4 *32=160mm 軸III上三聯(lián)齒輪的直徑分別為: db1=4 *48=192mm, db2=4 *64=224mm c傳動(dòng)組: 按最小齒數(shù)19的齒輪計(jì)算: mj=163003(i+1)k1k2k3Pmz12i njj2 其中: i-公比 ; i=3.98; k1-工況系數(shù);取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表28 按精度等級(jí)7,HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表29 取k3=1.12 P-齒輪所傳遞的額定功率;P =Pd=4*0.89=3.56Kw =帶軸承3齒輪2=0.96*0.993*0.982=0.89 m-齒寬系數(shù);取8 z1-小齒輪齒數(shù);取19 nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;355 r/min j-齒輪許用接觸應(yīng)力; 按45#整體淬火j=1100MPa mj=1630033.98+1*1.2*1.4*1.12*3.568*192*3.98*355*11002=3.08 取m =4 mm。于是傳動(dòng)組c的齒輪模數(shù)取m =4 mm,b =32mm。 軸III上齒輪的直徑: dc1=4 *63=252mm, dc2=4 *19=76mm 軸IV上三聯(lián)齒輪的直徑分別為: dc1=4 *32=128mm, dc2=4 *76=304mm3. 齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核:2.2.1校核a傳動(dòng)組齒輪校核最小齒輪齒數(shù)為30的即可,確定各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算公式:mw=275K1K2K3KSPZ1Ymnjw mwm式中,k1-工況系數(shù);取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表28 按精度等級(jí)7,HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表29 取k3=1.12 ks-壽命系數(shù);ks=kTknkpkq=2.24 *0.72*0.78*0.77=0.97 其中, kT=m60n1TC0=660*710*60002*106=2.24 n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速;經(jīng)前面計(jì)算,取710r/min T-齒輪的平均工作時(shí)間;T=TSN ,查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表30,得T=18000/3=6000 C0-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表31,得C0=2x106 m-疲勞曲線指數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表31得m=6 kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表31得,kn=0.72 kp-功率利用系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo) 表33得,kp=0.78 kq-材料強(qiáng)化系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo) 表34得,kq=0.77 P-齒輪所傳遞的額定功率;P =Pd=4*0.95=3.8 =帶軸承=0.96*0.99=0.95a Z-小齒輪齒數(shù);取最小齒輪齒數(shù)30 Y-齒形系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表27得Y=0.444 B-齒寬;經(jīng)前面計(jì)算得B=24mm nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;710r/min m-齒輪模數(shù);經(jīng)前面計(jì)算得m=3 w-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力;查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表37 得w=320MPamw=275K1K2K3KSPZ1Ymnjw=2751.2*1.4*1.12*0.97 *3.830*0.444*8*710*320=0.15 mwm,故齒輪通過(guò)校核。2.2.2 校核b傳動(dòng)組齒輪 校核最小齒輪齒數(shù)為32的即可,確定各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算公式:mw=275K1K2K3KSPZ1Ymnjw mwm式中,k1-工況系數(shù);取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表28 按精度等級(jí)7,HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表29 取k3=1.12 ks-壽命系數(shù);ks=kTknkpkq=2.00 *0.72*0.78*0.77=0.86 其中, kT=m60n1TC0=660*355*60002*106=2.00 n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速;經(jīng)前面計(jì)算,取355r/min T-齒輪的平均工作時(shí)間;T=TSN ,查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表30,得T=18000/3=6000 C0-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表31,得C0=2x106 m-疲勞曲線指數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表31得m=6 kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表31得,kn=0.72 kp-功率利用系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo) 表33得,kp=0.78 kq-材料強(qiáng)化系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo) 表34得,kq=0.77 P-齒輪所傳遞的額定功率;P =Pd=4*0.92=3.68 =帶軸承軸承齒輪=0.96*0.99*0.99*0.98=0.92 Z-小齒輪齒數(shù);取最小齒輪齒數(shù)32 Y-齒形系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表27得Y=0.454 B-齒寬;經(jīng)前面計(jì)算得B=32mm nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;355r/min m-齒輪模數(shù);經(jīng)前面計(jì)算得m=4 w-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力;查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表37 得w=320MPamw=275K1K2K3KSPZ1Ymnjw=2751.2*1.4*1.12*0.86 *3.6832*0.454*8*355*320=0.19 mwm,故齒輪通過(guò)校核。2.2.3校核c傳動(dòng)組齒輪校核齒數(shù)為19的即可,確定各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算公式:mw=275K1K2K3KSPZ1Ymnjw mwm式中,k1-工況系數(shù);取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表28 按精度等級(jí)7,HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表29 取k3=1.12 ks-壽命系數(shù);ks=kTknkpkq=2.00 *0.72*0.78*0.77=0.86 其中, kT=m60n1TC0=660*355 *60002*106=2.00 n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速;經(jīng)前面計(jì)算,取355 r/min T-齒輪的平均工作時(shí)間;T=TSN ,查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表30,得T=18000/3=6000 C0-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表31,得C0=2x106 m-疲勞曲線指數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表31得m=6 kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表31得,kn=0.72 kp-功率利用系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo) 表33得,kp=0.78 kq-材料強(qiáng)化系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo) 表34得,kq=0.77 P-齒輪所傳遞的額定功率;P =Pd=4*0.89=3.56 =帶軸承3齒輪2=0.96*0.993*0.982=0.89 Z-小齒輪齒數(shù);取最小齒輪齒數(shù)19 Y-齒形系數(shù);查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表27得Y=0.386 B-齒寬;經(jīng)前面計(jì)算得B=32mm nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;355 r/min m-齒輪模數(shù);經(jīng)前面計(jì)算得m=4 w-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力;查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)表37 得w=320MPamw=275K1K2K3KSPZ1Ymnjw=2751.2*1.4*1.12*0.86 *3.5619*0.454*8*355 *320=0.26 mwm,故齒輪通過(guò)校核。2.3. 各軸的設(shè)計(jì)及主軸的校核2.3.1 確定各軸最小直徑 計(jì)算公式:d914Pnj 式中:d軸的危險(xiǎn)斷面處的直徑(mm),當(dāng)軸上有一個(gè)鍵槽時(shí), d值應(yīng)增大4%-5%;當(dāng)同一斷面上有兩個(gè)鍵槽時(shí),d值應(yīng)增大7%-10%。當(dāng)軸為花鍵時(shí),則軸的內(nèi)徑可比 d值減小7%。 P該軸傳遞的額定功率(KW)。 nj該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min)。 取傳遞效率,帶=0.96,軸承=0.99,齒=0.98(1)I軸的直徑: I軸傳遞功率PI=Pd帶軸承=4*0.96*0.99=3.80 KW d914PInj=9143.80 710=24.62 mm,考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=28mm(2)II軸的直徑: II軸傳遞功率PII=PI齒軸承=3.80 *0.98*0.99=3.69 KW d914PIInj=9143.69 355=29.05 mm,考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=32mm (3)III軸的直徑: III軸傳遞功率PIII=PI齒軸承=3.69 *0.98*0.99=3.58 KW d914PIIInj=9143.58 355 =28.83 mm,考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=32mm (4)IV軸(主軸)的直徑: IV軸傳遞功率PIV=PIII齒軸承=3.58 *0.96*0.99=3.47 KW d914PIVnj=9143.47 90 =40.33 mm,圓整取d=45mm2.3.2主軸的計(jì)算及校核(1)選擇主軸軸頸直徑,軸承型號(hào)和最佳跨距最大加工直徑400mm,P=4KW.經(jīng)查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表3.11-6:得:前軸頸應(yīng)為70-105mm,初選D1=85mm,后軸頸D2=(0.7-0.85)D1,取D2=65mm,取主軸中空孔直徑為0.5D2=32mm,前軸承為NN3017K,后軸承為NN3013K,根據(jù)結(jié)構(gòu),初定懸伸長(zhǎng)度a1=75mm根據(jù)經(jīng)驗(yàn),主軸的跨距L=35a1,初定l=350mm(2)主軸前端位移驗(yàn)算:為了保證機(jī)床的加工精度,必須限制主軸懸伸端處的位移不能超過(guò)允許值,近似計(jì)算中可不計(jì)軸承變形的影響。通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)可知,主軸端部由主軸變形引起的位移占總位移的50%80%,一般可取60%。由軸承變形引起的位移占20%40%。主軸受力簡(jiǎn)圖如下: 計(jì)算公式:KS1.66KA 其中 KS=300D4aA2(L+aA) ,KA=KB0.6aB2aA2+0.4(1+aBL)2(1+aAL)2 式中:D-主軸當(dāng)量外徑,簡(jiǎn)化計(jì)算為D=(D1+D2)/2=7.5cm aA=75mm aB=0.4Dmax=0.4*400=160mm L=350mm KB=Kcbblim2(1+)coscos 查表9-8取當(dāng)V=50m/min,f=0.1mm/r時(shí),Kcb=2.46N/m.mm,=68.8,blim=0.015Dmax=6mm。 查表9-9取=0.03 車削外圓式一般取=45故:KB=Kcbblim2(1+)coscos=2.46*62*0.025(1+0.025)cos68.8*cos45=55.98 N/mKS=300D4aA2(L+aA)=300*7.547.52*(35+7.5)=397.06 N/mKA=KB0.6aB2aA2+0.4(1+aBL)2(1+aAL)2=55.98 *0.6*1602752+0.4*1+16035021+753502=185.12 N/mKS1.66KA可以看出,主軸的剛度是合格的。2.3.3多片式摩擦離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算查取教材10.6,選用材料為銅-銅基粉末冶金材料,并選擇干式型離合器。(1)確定外離合器的直徑D1 對(duì)于軸裝式,D1=d+2-6mm=85+(2-6)=87-91 最終取D1=88mm(2)確定內(nèi)摩擦片的外徑D2 D2=D1 其中取0.57-0.75,此處取0.6 則D2=D10.6=880.6=117.33 mm 圓整取D2=118mm (3)計(jì)算摩擦面中徑Dm及摩擦面平均線速度Vm Dm=D1+D22=88+1182=103mm v=nDm60000=3.14*710*10360000=3.83 m/s (4)計(jì)算摩擦片對(duì)數(shù)Z KZZ=12MnK103fp(D23-D13)KvKm 式中K-安全系數(shù),取1.3-1.5,此處取1.4 f-摩擦系數(shù),查表10.6,取0.28 p-材料的許用壓強(qiáng),查表10.6,取1Kv-速度修正系數(shù),查表10.7得:0.86 Km-每小時(shí)結(jié)合數(shù)修正系數(shù),對(duì)于干式型離合器,取1 KZ-摩擦面對(duì)數(shù)修正系數(shù) Mn-離合器傳遞的扭矩。 Mn=9550*Pn=9550*4710=53.80 N.m KZZ=12MnK103fp(D23-D13)KvKm=12*53.80 *1.4*1033.14*0.28*1*1183-883*0.86*1=1.24 查表10.9取Z=3(5)計(jì)算主動(dòng)片數(shù)i1和被動(dòng)片數(shù)i2 i1=Z2+1=32+1=2.5,取3 i2=Z2=32=1.5,取2 總片數(shù)i=i1+i2=3+2=5(6)計(jì)算軸向壓力 Q=4(D22-D12)p Kv=3.144*1182-882*1* 0.86=4172.12 N2.3.4各軸軸承選擇主軸:根據(jù)外徑D1=85,D2=65 前端選擇雙列圓柱滾子軸承NN3017K,其內(nèi)徑為85,外徑為130 后端選擇雙列圓柱滾子軸承NN3013K,其內(nèi)徑為65,外徑為100I軸:根據(jù)計(jì)算I軸外徑為28 選擇圓錐滾子軸承30206,其內(nèi)徑為30,外徑為62II軸:根據(jù)計(jì)算II軸外徑為32 選擇圓錐滾子軸承30207,其內(nèi)徑為35,外徑為72III軸:根據(jù)計(jì)算III軸外徑為32 選擇圓錐滾子軸承30207,其內(nèi)徑為35,外徑為72三.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件(傳動(dòng)軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動(dòng)器等)、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置,用一張展開(kāi)圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計(jì)由于時(shí)間的限制,一般只畫(huà)展開(kāi)圖。主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外,著重考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。精度方面的要求,剛度和抗震性的要求,傳動(dòng)效率要求,主軸前軸承處溫度和溫升的控制,結(jié)構(gòu)工藝性,操作方便、安全、可靠原則,遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn),由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計(jì)中不可避免要經(jīng)過(guò)反復(fù)思考和多次修改。在正式畫(huà)圖前應(yīng)該先畫(huà)草圖。目的是:1) 選擇結(jié)構(gòu)方案。2) 檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)干涉、碰撞或其他不合理的情況,以便及時(shí)改正。3) 確定傳動(dòng)軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對(duì)位布置傳動(dòng)件及置,以確定各軸的受力點(diǎn)和受力方向,為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。3.2 展開(kāi)圖及其布置展開(kāi)圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序,假想將各軸沿其軸線剖開(kāi)并將這些剖切面平整展開(kāi)在同一個(gè)平面上??偛贾脮r(shí)需要考慮制動(dòng)器的位置。制動(dòng)器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動(dòng)器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上,以免制動(dòng)扭矩太大,是制動(dòng)尺寸增大。齒輪在軸上布置很重要,關(guān)系到變速箱的軸向尺寸,減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。3.3 齒輪塊設(shè)計(jì)齒輪是變速箱中的重要元件。齒輪同時(shí)嚙合的齒數(shù)是周期性變化的。也就是說(shuō),作用在一個(gè)齒輪上的載荷是變化的。同時(shí)由于齒輪制造及安裝誤差等,不可避免要產(chǎn)生動(dòng)載荷而引起振動(dòng)和噪音,常成為變速箱的主要噪聲源,并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性。在齒輪塊設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮這些問(wèn)題。齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式很多,取決于下列有關(guān)因素:1) 是固定齒輪還是滑移齒輪;2) 移動(dòng)滑移齒輪的方法;3) 齒輪精度和加工方法;變速箱中齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。它的精度選擇主要取決于圓周速度。采用同一精度時(shí),圓周速度越高,振動(dòng)和噪聲越大,根據(jù)實(shí)際結(jié)果得知,圓周速度會(huì)增加一倍,噪聲約增大6dB。工作平穩(wěn)性和接觸誤差對(duì)振動(dòng)和噪聲的影響比運(yùn)動(dòng)誤差要大,所以這兩項(xiàng)精度應(yīng)選高一級(jí)。為了控制噪聲,機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都要選用較高的精度。大都是用766,圓周速度很低的,才選877。如果噪聲要求很嚴(yán),或一些關(guān)鍵齒輪,就應(yīng)選655。當(dāng)精度從766提高到655時(shí),制造費(fèi)用將顯著提高。不同精度等級(jí)的齒輪,要采用不同的加工方法,對(duì)結(jié)構(gòu)要求也有所不同。8級(jí)精度齒輪,一般滾齒或插齒就可以達(dá)到。7級(jí)精度齒輪,用較高精度滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后,由于變形,精度將下降。因此,需要淬火的7級(jí)齒輪一般滾(插)后要剃齒,使精度高于7,或者淬火后在衍齒。6級(jí)精度的齒輪,用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到。淬火齒輪,必須磨齒才能達(dá)到6級(jí)。機(jī)床主軸變速箱中齒輪齒部一般都需要淬火。3.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 機(jī)床傳動(dòng)軸,廣泛采用滾動(dòng)軸承作支撐。軸上要安裝齒輪、離合器和制動(dòng)器等。傳動(dòng)軸應(yīng)保證這些傳動(dòng)件或機(jī)構(gòu)能正常工作。首先傳動(dòng)軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。如撓度和傾角過(guò)大,將使齒輪嚙合不良,軸承工作條件惡化,使振動(dòng)、噪聲、空載功率、磨損和發(fā)熱增大;兩軸中心距誤差和軸芯線間的平行度等裝配及加工誤差也會(huì)引起上述問(wèn)題。傳動(dòng)軸可以是光軸也可以是花鍵軸。成批生產(chǎn)中,有專門加工花鍵的銑床和磨床,工藝上并無(wú)困難。所以裝滑移齒輪的軸都采用花鍵軸,不裝滑移齒輪的軸也常采用花鍵軸?;ㄦI軸承載能力高,加工和裝配也比帶單鍵的光軸方便。軸的部分長(zhǎng)度上的花鍵,在終端有一段不是全高,不能和花鍵空配合。這是加工時(shí)的過(guò)濾部分。一般尺寸花鍵的滾刀直徑為6585。機(jī)床傳動(dòng)軸常采用的滾動(dòng)軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升、空載功率和噪聲等方面,球軸承都比滾錐軸承優(yōu)越。而且滾錐軸承對(duì)軸的剛度、支撐孔的加工精度要求都比較高。因此球軸承用的更多。但是滾錐軸承內(nèi)外圈可以分開(kāi),裝配方便,間隙容易調(diào)整。所以有時(shí)在沒(méi)有軸向力時(shí),也常采用這種軸承。選擇軸承的型號(hào)和尺寸,首先取決于承載能力,但也要考慮其他結(jié)構(gòu)條件。同一軸心線的箱體支撐直徑安排要充分考慮鏜孔工藝。成批生產(chǎn)中,廣泛采用定徑鏜刀和可調(diào)鏜刀頭。在箱外調(diào)整好鏜刀尺寸,可以提高生產(chǎn)率和加工精度。還常采用同一鏜刀桿安裝多刀同時(shí)加工幾個(gè)同心孔的工藝。下面分析幾種鏜孔方式:對(duì)于支撐跨距長(zhǎng)的箱體孔,要從兩邊同時(shí)進(jìn)行加工;支撐跨距比較短的,可以從一邊(叢大孔方面進(jìn)刀)伸進(jìn)鏜桿,同時(shí)加工各孔;對(duì)中間孔徑比兩端大的箱體,鏜中間孔必須在箱內(nèi)調(diào)刀,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避免。既要滿足承載能力的要求,又要符合孔加工工藝,可以用輕、中或重系列軸承來(lái)達(dá)到支撐孔直徑的安排要求。兩孔間的最小壁厚,不得小于510,以免加工時(shí)孔變形?;ㄦI軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個(gè)應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑。一般傳動(dòng)軸上軸承選用級(jí)精度。傳動(dòng)軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確位置,才能保證裝在軸上各傳動(dòng)件的位置正確性,不論軸是否轉(zhuǎn)動(dòng),是否受軸向力,都必須有軸向定位。對(duì)受軸向力的軸,其軸向定位就更重要?;剞D(zhuǎn)的軸向定位(包括軸承在軸上定位和在箱體孔中定位)在選擇定位方式時(shí)應(yīng)注意:1) 軸的長(zhǎng)度。長(zhǎng)軸要考慮熱伸長(zhǎng)的問(wèn)題,宜由一端定位。2) 軸承的間隙是否需要調(diào)整。3) 整個(gè)軸的軸向位置是否需要調(diào)整。4) 在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈。5) 加工和裝配的工藝性等。3.5 潤(rùn)滑與密封 主軸轉(zhuǎn)速高,必須保證充分潤(rùn)滑,一般常用單獨(dú)的油管將油引到軸承處。 主軸是兩端外伸的軸,防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種: 1)堵加密封裝置防止油外流。 主軸轉(zhuǎn)速高,多采用非接觸式的密封裝置,形式很多,一種軸與軸承蓋之間留0.10.3的間隙(間隙越小,密封效果越好,但工藝?yán)щy)。還有一種是在軸承蓋的孔內(nèi)開(kāi)一個(gè)或幾個(gè)并列的溝槽(圓弧形或形),效果比上一種好些。在軸上增開(kāi)了溝槽(矩形或鋸齒形),效果又比前兩種好。 在有大量切屑、灰塵和冷卻液的環(huán)境中工作時(shí),可采用曲路密封,曲路可做成軸向或徑向。徑向式的軸承蓋要做成剖分式,較為復(fù)雜。 2)疏導(dǎo)在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐?,使油能順利地流回到油箱?.6 其他問(wèn)題 主軸上齒輪應(yīng)盡可能靠近前軸承,大齒輪更應(yīng)靠前,這樣可以減小主軸的扭轉(zhuǎn)變形。 當(dāng)后支承采用推力軸承時(shí),推力軸承承受著前向后的軸向力,推力軸承緊靠在孔的內(nèi)端面,所以,內(nèi)端面需要加工,端面和孔有較高的垂直度要求,否則將影響主軸的回轉(zhuǎn)精度。支承孔如果直接開(kāi)在箱體上,內(nèi)端面加工有一定難度。為此,可以加一個(gè)杯形套孔解決,套孔單獨(dú)在車床上加工,保證高的端面與孔德垂直度。 主軸的直徑主要取決于主軸需要的剛度、結(jié)構(gòu)等。各種牌號(hào)鋼材的彈性模量基本一樣,對(duì)剛度影響不大。主軸一般選優(yōu)質(zhì)中碳鋼即可。精度較高的機(jī)床主軸考慮到熱處理變形的影響,可以選用或其他合金鋼。主軸頭部需要淬火,硬度為5055。其他部分處理后,調(diào)整硬度為220250。四、總結(jié) 金屬切削機(jī)床的課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成了,雖然設(shè)計(jì)的過(guò)程比較繁瑣,而且剛開(kāi)始還有些不知所措,但是在同學(xué)們的共同努力下,再加上老師的悉心指導(dǎo),我終于順利地完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)。本次設(shè)計(jì)鞏固和深化了課堂理論教學(xué)的內(nèi)容,鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的知識(shí)和理論的能力,是我獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力得到了強(qiáng)化.五、參考文獻(xiàn)1工程學(xué)院機(jī)械制造教研室 主編.金屬切削機(jī)床指導(dǎo)書(shū).2濮良貴 紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版).北京:高等教育出版社,2001年6月3毛謙德 李振清主編.袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)第二版.機(jī)械工業(yè)出版社,2002年5月4減速器實(shí)用技術(shù)手冊(cè)編輯委員會(huì)編.減速器實(shí)用技術(shù)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992年5戴曙 主編.金屬切削機(jī)床.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年1月6機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組 主編.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1980年8月7華東紡織工學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué)主編.機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè).上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1979年6月- 34 -
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