c6140普通車床主傳動系統(tǒng)設計【8張CAD圖紙+說明書完整資料】

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related data access research of machine tool automation technology in depth research and analysis and describes the design of machine tool control system The whole process is mainly carries on the design to the main drive lathe CNC lathe main drive design including the design three aspects according to the design of machine tool use the given specifications spindle speed limit speed ratio determined sequence or series other relevant motion parameters selected at speed of the main shaft through analysis and comparison select the transmission scheme develop structure or structure develop speed diagram to determine the number of gear teeth and belt pulley diameter drawing drive system diagram Secondly based on the machine type and motor power determining the spindle and the transmission of the computation speed initial drive shaft diameter the gear modulus determine the transmission belt type and number of roots friction plate size and number of assembly drawing after checking transmission parts gear shaft shaft bearing stiffness strength or fatigue life Finally to complete the exercise design and dynamic design to the main transmission scheme structured design of spindle gearbox assembly drawing and parts drawing focuses on the transmission shaft assembly spindle assembly transmission mechanism box lubrication and seal the transmission shaft and the sliding gear parts design Key words lathe CNC transmission system III 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 1 緒 論 1 1 1 數控技術的應用與發(fā)展 1 1 1 1 數控機床與發(fā)展趨勢 1 1 1 2 數控技術 2 1 1 3 數控技術發(fā)展趨勢 4 1 1 4 數控技術在機械工業(yè)中的進展 6 1 2 數控 CA6140 車床的工藝范圍及加工精度 7 1 2 1 工藝范圍 7 1 2 2 加工精度 7 1 3 本文的選題及主要研究內容 8 1 3 1 本文的選題 8 1 3 2 主要研究內容 8 2 主傳動系統(tǒng)參數計算 9 2 1CA6140 車床主參數和基本參數 9 2 2 擬定參數的步驟和方法 9 2 2 1 極限切削速度 Vmax Vmin 9 2 2 2 主軸的極限轉速 10 2 2 3 主電機功率 動力參數的確定 10 2 2 4 確定結構式 11 IV 2 2 5 確定結構網 11 2 2 6 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 11 2 3 確定各變速組此論傳動副齒數 12 3 傳動件的設計 13 3 1 帶輪的設計 13 3 2 傳動軸的直徑估算 15 3 2 1 確定各軸轉速 16 3 2 2 傳動軸直徑的估算 確定各軸最小直徑 16 3 2 3 鍵的選擇 17 3 3 傳動軸的校核 17 3 3 1 傳動軸的校核 18 3 3 2 鍵的校核 18 3 4 各變速組齒輪模數的確定和校核 19 3 4 1 齒輪模數的確定 19 3 4 2 齒寬的確定 23 3 4 3 齒輪結構的設計 24 3 5 帶輪結構設計 24 3 6 片式摩擦離合器的選擇和計算 25 3 7 齒輪校驗 28 3 7 1 校核 I 組變速組齒輪 28 3 7 2 校核 II 組變速組齒輪 29 3 7 3 校核 III 組變速組齒輪 31 3 8 軸承的選用與校核 32 3 8 1 各軸軸承的選用 32 3 8 2 各軸軸承的校核 32 V 總結與展望 35 參考文獻 36 致 謝 37 1 1 緒 論 1 1 數控技術的應用與發(fā)展 1 1 1 數控機床與發(fā)展趨勢 1 數控機床 1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機 這表明人類創(chuàng)造了可 增強和部分代替腦力勞動的工具 它與人類在農業(yè) 工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強 體力勞動的工具相比 起了質的飛躍 為人類進入信息社會奠定了基礎 6 年后 即在 1952 年 計算機技術應用到了機床上 在美國誕生了第一臺數控機 床 從此 傳統(tǒng)機床產生了質的變化 近半個世紀以來 數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和 六代的發(fā)展 數控 NC 階段 1952 1970 年 早期計算機的運算速度低 對當時的科學計算和數據處理影響還不大 但不能適 應機床實時控制的要求 人們不得不采用數字邏輯電路 搭 成一臺機床專用計算機作 為數控系統(tǒng) 被稱為硬件連接數控 HARD WIRED NC 簡稱為數控 NC 隨著元 器件的發(fā)展 這個階段歷經了三代 即 1952 年的第一代 電子管 1959 年的第二代 晶體管 1965 年的第三代 小規(guī)模集成電路 計算機數控 CNC 階段 1970 年 現在 到 1970 年 通用小型計算機業(yè)已出現并成批生產 于是將它移植過來作為數控系 統(tǒng)的核心部件 從此進入了計算機數控 CNC 階段 把計算機前面應有的 通用 兩 個字省略了 到 1971 年 美國 INTEL 公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的 部件 運算器和控制器 采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上 稱之為微處理 器 MICROPROCESSOR 又可稱為中央處理單元 簡稱 CPU 到 1974 年微處理器被應用于數控系統(tǒng) 這是因為小型計算機功能太強 控制一臺 機床能力有富裕 故當時曾用于控制多臺機床 稱之為群控 不如采用微處理器經濟 合理 而且當時的小型機可靠性也不理想 早期的微處理器速度和功能雖還不夠高 但可以通過多處理器結構來解決 由于微處理器是通用計算機的核心部件 故仍稱為 計算機數控 到了 1990 年 PC 機 個人計算機 國內習慣稱微機 的性能已發(fā)展到很高的階 2 段 可以滿足作為數控系統(tǒng)核心部件的要求 數控系統(tǒng)從此進入了基于 PC 的階段 總之 計算機數控階段也經歷了三代 即 1970 年的第四代 小型計算機 1974 年 的第五代 微處理器和 1990 年的第六代 基于 PC 國外稱為 PC BASED 還要指出的是 雖然國外早已改稱為計算機數控 即 CNC 了 而我國仍習慣稱 數控 NC 所以我們日常講的 數控 實質上已是指 計算機數控 了 1 1 2 數控技術 隨著計算機 微電子 信息 自動控制 精密檢測及機械制造技術的高速發(fā)展 機床數控技術有了長足的進步 近幾年一些相關技術的發(fā)展 如刀具及新材料的發(fā)展 主軸伺服和進給伺服 超高速切削等技術的發(fā)展 以及對機械產品質量的要求越來越 高等 加速了數控機床的發(fā)展 目前數控機床正朝著高速度 高精度 高工序集中度 高復合化和高可靠性等方向發(fā)展 世界數控技術及其裝備發(fā)展趨勢主要體現在以下幾 個方面 高速高效高精度 高生產率 由于數控裝置及伺服系統(tǒng)功能的改進 主軸轉速和進給速度大大提高 減少了切削時間和非切削時間 加工中心的進給速度已達到 80m min 120m min 進 給加速度達 9 8m s2 19 6m s2 換刀時間小于 1s 高加工精度 以前汽車零件精度的 數量級通常為 10 m 對精密零件要求為 1 m 隨著精密產品的出現 對精度要求提 高到 0 1 m 有些零件甚至已達到 0 01 m 高精密零件要求提高機床加工精度 包 括采用溫度補償等 微機電加工 其加工零件尺寸大小一般在 1mm 以下 表面粗糙 度為納米數量級 要求數控系統(tǒng)能直接控制納米機床 柔性化 柔性化包括兩個方面的柔性 一是數控系統(tǒng)本身的柔性 數控系統(tǒng)采用模塊化設 計 功能覆蓋面大 便于不同用戶的需求 二是 DNC 系統(tǒng)的柔性 同一 DNC 系統(tǒng)能 夠依據不同生產流程的要求 使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整 從而最大限度地 發(fā)揮 DNC 系統(tǒng)的效能 工藝復合化和多軸化 數控機床的工藝復合化 是指工件在一臺機床上裝夾后 通過自動換刀 旋轉主 軸頭或旋轉工作臺等各種措施 完成多工序 多表面的復合加工 已經出現了集鉆 鏜 銑功能于一身的數控機床 可完成鉆 鏜 銑 擴孔 鉸孔 攻螺紋等多工序的 3 復合數控加工中心 以及車削加工中心 鉆削 磨削加工中心 電火花加工中心等 此外數控技術的進步也提供了多軸控制和多軸聯動控制功能 實時智能化 早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境 其作用是如何調度任務 以確保 任務在規(guī)定期限內完成 而人工智能 則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為 科學發(fā)展到今天 實時系統(tǒng)與人工智能已實現相互結合 人工智能正向著具有實時響 應的更加復雜的應用領域發(fā)展 由此產生了實時智能控制這一新的領域 在數控技術 領域 實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展 如自適應控制 模糊控 制 神經網絡控制 專家控制 學習控制 前饋控制等 例如 在數控系統(tǒng)中配置編 程專家系統(tǒng) 故障診斷專家系統(tǒng) 參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節(jié) 系統(tǒng) 在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能 動態(tài)前饋功能 在 壓力 溫度 位置 速度控制等方面采用模糊控制 使數控系統(tǒng)的控制性能大大提高 從而達到最佳控制的目的 結構新型化 20 世紀 90 年代一種完全不同于原來數控機床結構的新型數控機床被開發(fā)成功 這種新型數控機床被稱為 6 條腿 的加工中心或稱虛擬軸機床 有的還稱為并聯機床 它能在沒有任何導軌和滑臺的情況下 采用能夠伸縮的 6 條腿 伺服軸 支撐并聯 并與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連 它可實現多坐標聯動加工 其控 制系統(tǒng)結構復雜 加工精度 加工效率較普通加工中心高 2 10 倍 這種數控機床的 出現將給數控機床技術帶來重大變革和創(chuàng)新 編程技術自動化 隨著數控加工技術的迅速發(fā)展 設備類型的增多 零件品種的增加以及零件形狀 的日益復雜 迫切需要速度快 精度高的編程 以便于對加工過程的直觀檢查 為彌 補手工編程和 NC 語言編程的不足 近年來開發(fā)出多種自動編程系統(tǒng) 如圖形交互式 編程系統(tǒng) 數字化自動編程系統(tǒng) 會話式自動編程系統(tǒng) 語音數控編程系統(tǒng)等 其中 圖形交互式編程系統(tǒng)的應用越來越廣泛 圖形交互式編程系統(tǒng)是以計算機輔助設計 CAD 軟件為基礎 首先形成零件的圖形文件 然后再調用數控編程模塊 自動編制 加工程序 同時可動態(tài)顯示刀具的加工軌跡 其特點是速度快 精度高 直觀性好 使用簡便 已成為國內外先進的 CAD CAM 軟件所采用的數控編程方法 目前常用的 4 圖形交互式軟件有 Master CAM Cimatron Pro E UG CAXA Solid Works CATIA 等 集成化 數控系統(tǒng)采用高度集成化芯片 可提高數控系統(tǒng)的集成度和軟 硬件運行速度 應用平板顯示技術可提高顯示器性能 平板顯示器 FPD 具有科技含量高 質量小 體 積小 功耗低 便于攜帶等優(yōu)點 可實現超大規(guī)模顯示 成為與 CRT 顯示器抗衡的 新興顯示器 是 21 世紀顯示器主流 它應用先進封裝和互連技術 將半導體和表面 安裝技術融于一體 通過提高集成電路密度 減小互連長度和數量來降低產品價格 改 進性能 減小組件尺寸 提高系統(tǒng)的可靠性 開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成的總線式 模塊化 開放 嵌入式體系結構 便于裁減 擴 展和升級 可組成不同檔次 不同類型 不同集成程度的數控系統(tǒng) 閉環(huán)控制模式是 針對傳統(tǒng)數控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的 由于制造過程是一個有 多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程 包括諸如加工尺寸 形狀 振動 噪聲 溫度和熱變形等各種變化因素 因此 要實現加工過程的多目標優(yōu)化 必須采用多變 量的閉環(huán)控制 在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量 在加工過程中采用開放式 通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式 易于將計算機實時智能技術 多媒體技術 網絡技 術 CAD CAM 伺服控制 自適應控制 動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償 動態(tài)仿真 等高新技術融于一體 構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系 從而實現集成化 智能化 網絡化 1 1 3 數控技術發(fā)展趨勢 1 數控技術裝備工業(yè)的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現 代化程度 數控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè) 如信息技術及其產業(yè) 生物技術及其產業(yè) 航空 航天等國防工業(yè)產業(yè) 的使能技術和最基本的裝備 馬克思 曾經說過 各種經濟時代的區(qū)別 不在于生產什么 而在于怎樣生產 用什么勞動資 料生產 制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料 而數控技術又是當 今先進制造技術和裝備最核心的技術 當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數控技術 以提 高制造能力和水平 提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力 此外世界上各工業(yè) 發(fā)達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資 不僅采取重大措施來發(fā)展自 5 己的數控技術及其產業(yè) 而且在 高精尖 數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖 和限制政策 總之 大力發(fā)展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國 家加速經濟發(fā)展 提高綜合國力和國家地位的重要途徑 數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術 數控裝備是以數 控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品 即所謂的數字化裝備 其技術范圍覆蓋很多領域 1 機械制造技術 2 信息處理 加工 傳輸技術 3 自動控制技術 4 伺服驅動技術 5 傳感器技術 6 軟件技術等 2 數控技術的發(fā)展趨勢 數控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 使制造業(yè)成為工業(yè)化的 象征 而且隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大 他對國計民生的一些重要行 業(yè) IT 汽車 輕工 醫(yī)療等 的發(fā)展起著越來越重要的作用 因為這些行業(yè)所需裝備 的數字化已是現代發(fā)展的大趨勢 從目前世界上數控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看 其主要研究熱點有以下幾個方面 高速 高精加工技術是裝備的新趨勢 效率 質量是先進制造技術的主體 高速 高精加工技術可極大地提高效率 提 高產品的質量和檔次 縮短生產周期和提高市場競爭能力 為此日本先端技術研究會 將其列為 5 大現代制造技術之一 國際生產工程學會 CIRP 將其確定 21 世紀的中心研 究方向之一 在轎車工業(yè)領域 年產 30 萬輛的生產節(jié)拍是 40 秒 輛 而且多品種加工是轎車裝 備必須解決的重點問題之一 在航空和宇航工業(yè)領域 其加工的零部件多為薄壁和薄筋 剛度很差 材料為鋁或鋁合金 只有在高切削速度和切削力很小的情況下 才能對這 些筋 壁進行加工 近來采用大型整體鋁合金坯料 掏空 的方法來制造機翼 機身 等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘 螺釘和其他聯結方式拼裝 使構件的強 度 剛度和可靠性得到提高 這些都對加工裝備提出了高速 高精和高柔性的要求 目前高速加工中心進給速度可達 80m min 甚至更高 空運行速度可達 100m min 左右 目前世界上許多汽車廠 包括我國的上海通用汽車公司 己經采用以高速加工 中心組成的生產線部分替代組合機床 美國 CINCINNAT 工公司的 HyperMach 機床進 給速度最大達 60m min 快速為 100m min 加速度達 2g 主軸轉速已達 60000r min 加工一薄壁飛機零件 只用 30min 而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h 在普通 6 銑床加工需 8h 德國 DMG 公司的雙主軸 CA6140 車床的主軸速度及加速度分別達 12000r mm 在加工精度方面 近 10 年來 普通級數控機床的加工精度已由 l0um 提高到 5 m 精密級加工中心則從 3 5um 提高到 1 一 1 5 m 并且超精密加工精度已開始進入 納米級 在可靠性方面 國外數控裝置的 MTBF 值己達 6000h 以上 伺服系統(tǒng)的 MTBF 值 達到 30000h 以上 表現出非常高的可靠性 為了實現高速 高精加工 與之配套的功 能部件如電主軸 直線電機得到 了快速的發(fā)展 應用領域進一步擴大 智能化 開放式 網絡化成為當代數控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) 智能化的內容包括在數控系統(tǒng)中 的各個方面 為追求加工效率和加工質量方面的智能化 如加工過程的自適應控制 工 藝參數自動生成 為提高驅動性能及使用連接方便的智能化 如前饋控制 電機參數的 自適應運算 自動識別負載自動選定模型 自整定等 簡化編程 簡化操作方面的智能 化 如智能化的自動編程 智能化的人機界面等 還有智能診斷 智能監(jiān)控方面的內容 方便系統(tǒng)的診斷及維修等 數控設備更注重安全性 操作性 數控設備是集機電一體化的產品 由于其自動化程度高 所以對其安全性和可操 作性有了更高的要求 1 1 4 數控技術在機械工業(yè)中的進展 近年來我國企業(yè)的數控機床占有率逐年上升 在大中企業(yè)已有較多 的使用 在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用 2001 年國內數控金切機床產量已達 1 8 萬臺 比上年增長 28 5 機床行業(yè)產值 數控化率從 2000 年的 17 4 提高到 2001 年的 22 7 2001 年 我國機床工業(yè)產值己進入世界第 5 名 機床消費額在世界 排名上升到第 3 位 達 47 39 億美元 僅次于美國的 53 67 億美元 消費 額比上一年增長 25 但由于國產數控機床不能滿足市場的需求 使我國機床的 進口額呈逐年上升態(tài)勢 2001 年進口機床躍升至世界第 2 位 達 24 06 億美元 比上 年增長 27 7 近年來我國出口額增幅較大的數控機床有數控 CA6140 車床 數控磨床 數控特 種加工機床 數控剪板機 數控成形折彎機 數控壓鑄機等 普通機床有鉆床 鋸床 插床 拉床 組合機床 液壓壓力機 木工機床等 出口的數控機床品種以中低檔為 主 1 2 數控 CA6140 車床的工藝范圍及加工精度 1 2 1 工藝范圍 數控 CA6140 車床是一種高精度 高效率的自動化機床 也是使用數量最多的數 控機床 約占數控機床總數的 25 它主要用于精度要求高 表面粗糙度好 輪廓形 狀復雜的軸類 盤類等回轉體零件的加工 能夠通過程序控制自動完成園柱面 圓錐 面 圓弧面和各種螺紋的切削加工 并能進行切槽 鉆孔 擴孔 鉸孔等加工 1 2 2 加工精度 由于數控 CA6140 車床具有加工精度高 能作直線和圓弧插補功能 有些數控 CA6140 車床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點 所 以它的工藝范圍要比普通 CA6140 車床要寬得多 1 精度要求高的回轉體零件 由于數控 CA6140 車床剛性好 制造和對刀精度高 以及能方便和精確地進行人 工補償和自動補償 所以能加工精度要求高的零件 甚至可以以車代磨 2 表面粗糙度要求高的回轉體零件 數控 CA6140 車床具有恒線速切削功能 能加工出表面粗糙度小的均勻的零件 使用恒線速切削功能 就可選用最佳速度來切削錐面和端面 使切削后的工件表面粗 糙度既小又一致 數控 CA6140 車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件 粗糙 度要求大的部位選用較大的進給量 要求小的部位選用小的進給量 3 輪廓形狀特別復雜和難于控制尺寸的回轉體零件 由于數控 CA6140 車床具有直線和圓弧插補功能 部分 CA6140 車床數控裝置還 有某些非圓曲線和平面曲線插補功能 所以可以加工形狀特別復雜或難于控制尺寸的 的回轉體零件 4 帶特殊螺紋的回轉體零件 普通 CA6140 車床所能車削的螺紋類型相當有限 它只能車等導程的直 錐面公 8 英制螺紋 而且一臺 CA6140 車床只能限定加工若干導程的螺紋 而數控 CA6140 車 床不但能車削任何等導程的直 錐面螺紋和端面螺紋 而且能車變螺距螺紋 還可以 車高精度螺紋 1 3 本文的選題及主要研究內容 1 3 1 本文的選題 1 根據要求設計 CA6140 混合雙公比 CA6140 車床主傳動系統(tǒng) 2 要求設計 CA6140 車床主軸最高輸出轉速 nmax 1320r min 主軸最低輸出轉速 nmin 42 5r min 電動機的額定功率 P 5 5KW 電動機的輸出轉速 n 1440r min 分級變速主傳動系統(tǒng)具有混合雙公比 低轉速段和高轉速段的公比為 1 1 26 中間 轉速段公比為 2 1 58 1 3 2 主要研究內容 1 根據機床設計的一般原則對主傳動系統(tǒng)進行設計 2 結構式和轉速圖設計 3 主 傳動系統(tǒng)圖繪制 4 齒輪嚙合動力學分析和運動仿真 9 2 主傳動系統(tǒng)參數計算 2 1CA6140 車床主參數和基本參數 CA6140 車床的主參數 規(guī)格尺寸 和基本參數如下 最高輸出轉速 nmax 1320r min 主軸最低輸出轉速 nmin 42 5r min 電動機的額 定功率 P 5 5KW 電動機的輸出轉速 n 1440r min 分級變速主傳動系統(tǒng)具有混合雙 公比 低轉速段和高轉速段的公比為 1 1 26 中間轉速段公比為 2 1 58 正轉最低轉速 nmin mir 正轉最高轉速 Nmax inr 電機功率 N kw 42 5 1440 5 5 2 2 擬定參數的步驟和方法 2 2 1 極限切削速度 Vmax Vmin 根據典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮 允許的切速極限參考值如下 表 2 1 加 工 條 件 Vmax m min Vmin m min 硬質合金刀具粗加工鑄鐵工件 30 50 硬質合金刀具半精或精加工碳 鋼工件 150 300 螺紋加工和鉸孔 3 8 根據 1 公式 3 2 因為已知 78P 6 105 423minax R znR 公比 1 1 26 公比 2 1 58 10 式 Z 1 lgnR 有上式當 1 1 26 時 Z1 16 Z2 9 而取Z 12 這樣使得設計的轉速在采用雙公比時有相應的級數空隙轉速 2 2 2 主軸的極限轉速 在通用機床上 每級轉數使用的機會不大相同 經常使用的轉速一般是在轉速范 圍的中段 轉速范圍的高 低段使用較少 雙公比傳動就是針對這一情況而設計 主 軸的轉速數列有兩個公比 轉速范圍中經常使用的中段采用小公比 不經常使用的高 低 段用大公比 經調整后的結構式為 12 2 5 32X26 在高低段出現4個轉速空檔 根據主變速傳動系統(tǒng)設計的一般原則 傳動副前多后少原則 傳動順序與擴大順序相 一致的原則 變速組的降速要前慢后快和中間軸的轉速不宜超過電動機的轉速的原則 可知 傳動線要前密后疏 依次來安排各變速組的傳動順序 最終繪制的轉速圖見圖 1 按照主傳動轉速圖以及齒輪齒數繪制的主傳動系統(tǒng)圖見圖2 11 2 2 3 主電機功率 動力參數的確定 合理地確定電機功率 N 使機床既能充分發(fā)揮其性能 滿足生產需要 又不致使電 機經常輕載而降低功率因素 根據題設條件電機功率為 5 5KW 可選取電機為 Y132S 4 額定功率為 5 5KW 滿載轉速為 1440r min 2 2 4 確定結構式 已知 Z x3b2a a b 為正整數 即 Z 應可以分解為 2 和 3 的因子 以便用 2 3 聯滑移齒輪實現變 速 對于 Z 12 可按 Z 12 分解為 Z 2 5 32 26 2 2 5 確定結構網 根據 前多后少 先降后升 前密后疏 結構緊湊的原則 選取傳動方案 Z 25 32 26 易滿足要求 2 2 6 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 1 選擇電動機 采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機 2 繪制轉速圖 12 3 畫主傳動系統(tǒng)圖 根據系統(tǒng)轉速圖及已知的技術參數 畫主傳動系統(tǒng)圖如圖 2 3 1 2 軸最小中心距 A 1 2min 1 2 Zmaxm 2m D 軸最小齒數和 S zmin Zmax 2 D m 2 3 確定各變速組此論傳動副齒數 1 Sz 100 120 中型機床 Sz 70 100 2 直齒圓柱齒輪 Zmin 18 20 m 4 13 圖 3 3 主傳動系統(tǒng)圖 7 齒輪齒數的確定 變速組內取模數相等 據設計要求 Zmin 18 20 齒數和 Sz 100 120 由表 4 1 根據各變速組公比 可得各傳動比和齒輪齒數 各齒輪齒 數如表 2 2 14 3 傳動件的設計 3 1 帶輪的設計 三角帶傳動中 軸間距 A 可以加大 由于是摩擦傳遞 帶與輪槽間會有打滑 宜 可緩和沖擊及隔離振動 使傳動平穩(wěn) 帶輪結構簡單 但尺寸大 機床中常用作電 機輸出軸的定比傳動 電動機轉速 n 1440r min 傳遞功率 P 5 5kW 傳動比 i 1440 850 1 69 假設兩班制 一天運轉 16 小時 工作年數 10 年 1 選擇三角帶的型號 由濮良貴主編 機械設計 第八版 表 8 7 工作情況系數 查的共況系數156PAK 1 2 故根據濮良貴主編 機械設計 第八版 公式 8 21 AK 156 652 1kWPKAca 式中 P 電動機額定功率 工作情況系數 AK 因此根據 由濮良貴主編 機械設計 第八版 圖 8 11 普通 V 帶輪型圖選ca1n 157P 用 A 型 2 確定帶輪的基準直徑 D 帶輪的直徑越小帶的彎曲應力就越大 為提高帶的壽命 小帶輪的直徑 不宜過 D 小 即 查濮良貴主編 機械設計 第八版 表 8 8 圖 8 11 和 表minD 157P15P 8 6 取主動小帶輪基準直徑 125 由濮良貴主編 機械設計 第八版 公式 8 15a 150P 12nD 式中 小帶輪轉速 大帶輪轉速 帶的滑動系數 一般取 0 02 n n 由濮良貴主編 機械設計 第八版 mD5 207 1 258042 表 8 8 取圓整為 212mm 157P 3 驗算帶速度 V 按濮良貴主編 機械設計 第八版 式 8 13 驗算帶的速度150P 15 42 910625106 ndV 故帶速合適 smvs35 4 初定中心距 帶輪的中心距 通常根據機床的總體布局初步選定 一般可在下列范圍內選取 根據濮良貴主編 機械設計 第八版 經驗公式 8 20 152P 2 7 01021DAD 取 600mm 5 三角帶的計算基準長度 L 由濮良貴主編 機械設計 第八版 公式 8 22 計算帶輪的基準長度158P 0 221042ADAL 20 153 4657 93m 由濮良貴主編 機械設計 第八版 表 8 2 圓整到標準的計算長度 146P18Lm 6 驗算三角帶的撓曲次數 符合要求 01 340svuL 次 7 確定實際中心距 A 按濮良貴主編 機械設計 第八版 公式 8 23 計算實際中心距158P006072642m 8 驗算小帶輪包角 1 根據濮良貴主編 機械設計 第八版 公式 8 25 158P 故主動輪上包角合適 OOoAD209 73 580121 9 確定三角帶根數 Z 根據濮良貴主編 機械設計 第八版 式 8 26 得158P 16 0calpzk 查表濮良貴主編 機械設計 第八版 表 8 4d 由 i 1 8 和 得153Pmin140rn 0 15KW 0p 查表濮良貴主編 機械設計 第八版 表 8 5 0 98 查表濮良貴主編 機械設k 計 第八版 表 8 2 長度系數 1 01lk 39 401 98 15 092 Z 取 根5 10 計算預緊力 查濮良貴主編 機械設計 第八版 表 8 3 q 0 1kg m 由濮良貴主編 機械設計 第八版 式 8 27 20 5 2 qvkvZpFca 其中 帶的變速功率 KW ca v 帶速 m s q 每米帶的質量 kg m 取 q 0 1kg m v 1440r min 9 42m s NF 82 1564 90 98 52 4 90520 計算作用在軸上的壓軸力 ZQ 26 153 7sin2 1562sin10 傳動比 查表濮良貴主編 機械設計 第八版 表 8 4a 由 和152PmD125 得 1 92KW min140rn 0p 3 2 傳動軸的直徑估算 傳動軸除應滿足強度要求外 還應滿足剛度的要求 強度要求保證軸在反復載荷 和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞 機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高 不允許有較大變形 17 因此疲勞強度一般不失是主要矛盾 除了載荷很大的情況外 可以不必驗算軸的強度 剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形 因此 必須保證傳動軸有足夠的剛度 3 2 1 確定各軸轉速 確定主軸計算轉速 計算轉速 是傳動件能傳遞全部功率的最低轉速 各傳動件jn 的計算轉速可以從轉速圖上 按主軸的計算轉速和相應的傳動關系確定 根據 1 表 3 10 主軸的計算轉速為 min r5826 154n313zmi j 各變速軸的計算轉速 軸 的計算轉速 為 212r min 3j 軸 的計算轉速 為 335r min 2jn 軸 的計算轉速 為 850r min 1j 核算主軸轉速誤差 min 14 5736 245 9 324 640 rn 實 mi 12r標 102 157 標 標實 n 所以合適 3 2 2 傳動軸直徑的估算 確定各軸最小直徑 根據 5 公式 7 1 并查 5 表 7 13 得到 取 1 mnPdj491 軸的直徑 取 i 80 6 11rj ndj 3 29 5 5944 軸的直徑 取 min 40 92 0 08 12 rnj 18 mndj 61 34092 51 594 軸的直徑 取 in 0 8 323 rnj ndj 25 461095 9 5144 其中 P 電動機額定功率 kW 從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積 該傳動軸的計算轉速 jnminr 傳動軸允許的扭轉角 o 當軸上有鍵槽時 d 值應相應增大 4 5 當軸為花鍵軸時 可將估算的 d 值減小 7 為花鍵軸的小徑 空心軸時 d 需乘以計算系數 b b 值見 5 表 7 12 和 為由 鍵槽并且軸 為空心軸 和 為花鍵軸 根據以上原則各軸的直徑取值 和 在后文給定 軸采用光軸 軸和 軸因為要安裝滑移齒輪m30 d 所以都采用花鍵軸 因為矩形花鍵定心精度高 定心穩(wěn)定性好 能用磨削的方法消除 熱處理變形 定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度 故我采用矩形花鍵 連接 按 規(guī)定 矩形花鍵的定心方式為小徑定心 查 15 表 5 3 19874 TGB 30 的矩形花鍵的基本尺寸系列 軸花鍵軸的規(guī)格 742368 為BDdN 軸花鍵軸的規(guī)格 842 為BDdN 各軸間的中心距的確定 162 58 2 1 mmzd 7 08 4 15cos 6 oV 3 2 3 鍵的選擇 查濮良貴主編 機械設計 第八版 表 6 1 選擇軸 上的鍵 根據軸的直徑 鍵的尺寸選擇 鍵的長度 L 取 22 主軸處鍵的選擇30 2 d 78 取鍵 高鍵 寬 hb 同上 鍵的尺寸為 鍵的長度 L 取 100 162 取鍵 高鍵 寬 19 3 3 傳動軸的校核 需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度 驗算傾角時 若支撐類型相同則只需 驗算支反力最大支撐處傾角 當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時 則齒輪處傾 角不必驗算 驗算撓度時 要求驗算受力最大的齒輪處 但通常可驗算傳動軸中點處 撓度 誤差 3 當軸的各段直徑相差不大 計算精度要求不高時 可看做等直徑 采用平均直徑 進1d 行計算 計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度 花鍵軸還應進行鍵側擠壓驗算 彎 曲剛度驗算 的剛度時可采用平均直徑 或當量直徑 一般將軸化為集中載荷下的1d2d 簡支梁 其撓度和傾角計算公式見 5 表 7 15 分別求出各載荷作用下所產生的撓度 和傾角 然后疊加 注意方向符號 在同一平面上進行代數疊加 不在同一平面上進 行向量疊加 3 3 1 傳動軸的校核 軸的校核 通過受力分析 在一軸的三對嚙合齒輪副中 中間的兩對齒輪對 軸 中點處的撓度影響最大 所以 選擇中間齒輪嚙合來進行校核 NdTF mnPr 7 153 012 86 2 860 9 905 96 最大撓度 mEIbl3 4349222max1068 10647 583 6 39740614 24mdII MPaEE 軸 的 材 料 彈 性 模 量 式 中 查 1 表 3 12 許用撓度 y12 所 以 合 格 yYB 軸 軸的校核同上 20 3 3 2 鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼 由濮良貴主編 機械設計 第八版 表 6 2 查的許用擠 壓應力 取其中間值 鍵的工作長度MPap120 MPap10 鍵與輪榖鍵槽的接觸高度mbLl 68 由濮良貴主編 機械設計 第八版 式 6 1 可得hk5 37 5 0 PaPakldT pp 10 3 10216 203 式 中 表鍵 弱 材 料 的 許 用 擠 壓 應 力鍵 軸 輪 轂 三 者 中 最 鍵 的 直 徑 為 鍵 的 寬 度 為 鍵 的 公 稱 長 度 圓 頭 平 鍵鍵 的 工 作 長 度 為 鍵 的 高 度此 處度鍵 與 輪 轂 鍵 槽 的 接 觸 高傳 遞 的 轉 矩 264 5 0 p MPamd mbmLbll hkkN 可見連接的擠壓強度足夠了 鍵的標記為 20319680 TGB鍵 3 4 各變速組齒輪模數的確定和校核 3 4 1 齒輪模數的確定 齒輪模數的估算 通常同一變速組內的齒輪取相同的模數 如齒輪材料相同時 選擇負荷最重的小齒輪 根據齒面接觸疲勞強度和齒輪彎曲疲勞強度條件按 5 表 7 17 進行估算模數 和 并按其中較大者選取相近的標準模數 為簡化工藝變速HmF 傳動系統(tǒng)內各變速組的齒輪模數最好一樣 通常不超過 2 3 種模數 先計算最小齒數齒輪的模數 齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動 查濮良貴主 編 機械設計 第八版 表 10 8 齒輪精度選用 7 級精度 再由濮良貴主編 機械設 計 第八版 表 10 1 選擇小齒輪材料為 40C 調質 硬度為 280HBS r 根據 5 表 7 17 有公式 齒面接觸疲勞強度 32 1 1602 HPjmHznK 齒輪彎曲疲勞強度 34FPjFz a 變速組 分別計算各齒輪模數 先計算最小齒數 28 的齒輪 21 齒面接觸疲勞強度 32 1 1602 HPjmHznK 其中 公比 2 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 96 7 5 7 2KW 齒寬系數 m m105 b 齒輪許允接觸應力 由 5 圖 7 6 按 MQ 線查取 HP lim9 HP li 計算齒輪計算轉速 jn K 載荷系數取 1 2 650MPa limH MPaPaHP589 065 m14 302 71123 根據 6 表 10 4 將齒輪模數圓整為 4mm 齒輪彎曲疲勞強度 34FPjmFznK 其中 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 96 7 5 7 2KW 齒寬系數 m m105 b 齒輪許允齒根應力 由 5 圖 7 11 按 MQ 線查FP lim4 FPli 取 計算齒輪計算轉速 jn K 載荷系數取 1 2 MPaF30lim FP42 1 m1 87431 根據 6 表 10 4 將齒輪模數圓整為 2 5mm 所以1FHm 41 于是變速組 a 的齒輪模數取 m 4mm b 32mm 22 軸 上主動輪齒輪的直徑 mdmdaa 14035128421 軸 上三聯從動輪齒輪的直徑分別為 aa 9656 2 1 b 變速組 確定軸 上另兩聯齒輪的模數 先計算最小齒數 18 的齒輪 齒面接觸疲勞強度 32 1 10 HPjmHznK 其中 公比 4 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 922 7 5 3 915KW 齒寬系數 m m105 b 齒輪許允接觸應力 由 5 圖 7 6 按 MQ 線查取 HP lim9 HP li 計算齒輪計算轉速 jn K 載荷系數取 1 2 650MPa limH MPaPaP589 065 mH 24 50213 632 根據 6 表 10 4 將齒輪模數圓整為 5mm 齒輪彎曲疲勞強度 34FPjmFznK 其中 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 922 7 5 3 915KW 齒寬系數 m m105 b 齒輪許允齒根應力 由 5 圖 7 11 按 MQ 線查取 FP lim4 FPli 計算齒輪計算轉速 jn K 載荷系數取 1 2 MaF30lim PPFP42 1 m01 38956432 23 根據 6 表 10 4 將齒輪模數圓整為 3mm 所以2FHm 52 于是變速組 b 的齒輪模數取 m 5mm b 40mm 軸 上主動輪齒輪的直徑 mddd bbb 254 150390185 32 軸 上三聯從動輪齒輪的直徑分別為 mmbbb 63672 3 2 1 c 變速組 為了使傳動平穩(wěn) 所以使用斜齒輪 取 螺旋角 n5 o14 計算中心距 a 3 27814cos2 6 cos 21zn 圓整為 280mm 修正螺旋角 oz 42 15802 6 ars2805 ars1 因 值改變不多 所以參數 等值不必修正 KHZ 所以軸 上兩聯動主動輪齒輪的直徑分別為 mdmd ococ 4 372 15s1 42 15s2 軸 上兩從動輪齒輪的直徑分別為 ococ 2 1864 s06 4 s86 2 1 標準齒輪參數 2h105 度 從 7 表 5 1 查得以下公式 齒頂圓直徑 mzdaa 1 齒根圓直徑 chf 2 分度圓直徑 z 齒頂高 ha 齒根高 mcf 齒輪的具體值見表 24 表 3 1 齒輪尺寸表 單位 mm 齒輪 齒數 z 模數 nm分度圓 直徑 d 齒頂圓 直徑 a 齒根圓 直徑 fd 齒頂高 ah齒根高 f 24 4 96 104 86 4 5 60 4 240 248 2304 4 5 47 4 188 196 178 4 5 37 4 148 156 138 4 5 34 4 136 144 126 4 5 54 4 216 224 206 4 5 44 4 176 184 166 4 5 44 4 176 184 166 4 5 25 4 100 108 90 4 5 63 4 252 260 242 4 5 53 4 212 220 202 4 5 42 4 168 176 158 4 5 23 4 92 100 82 4 5 72 4 288 296 278 4 5 25 3 4 2 齒寬的確定 由公式 得 10 5 mb 軸主動輪齒輪 3248 軸主動輪齒輪 軸主動輪齒輪 b0 一般一對嚙合齒輪 為了防止大小齒輪因裝配誤差產生軸向錯位時導致嚙合齒寬減小 而增大輪齒的載荷 設計上 應主動輪比從動輪齒寬大 5 10mm 所以 mb321 mb243 40765 1098 12143 3 4 3 齒輪結構的設計 通過齒輪傳動強度的計算 只能確定出齒輪的主要尺寸 如齒數 模數 齒寬 螺旋角 分度圓直徑等 而齒圈 輪輻 輪轂等的結構形式及尺寸大小 通常都由結 構設計而定 當齒頂圓直徑 時 可以做成實心式結構的齒輪 當mda160 時 可做成腹板式結構 再考慮到加工問題 現決定把齒輪16050amd 8 12 和 14 做成腹板式結構 其余做成實心結構 根據濮良貴主編 機械設計 第 八版 圖 10 39 a 3 5 帶輪結構設計 帶輪的材料 常用的 V 帶輪材料為 HT150 或 HT200 轉速較高時可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接 而成 小功略時采用鑄鋁或塑料 帶輪結構形式 V 帶輪由輪緣 輪輻和輪轂組成 根據輪輻結構的不同可以分為實心式 濮良貴 主編 機械設計 第八版 圖 8 14a 腹板式 濮良貴主編 機械設計 第八版 圖 8 14b 孔板式 濮良貴主編 機械設計 第八版 圖 8 14c 橢圓輪輻式 濮 良貴主編 機械設計 第八版 圖 8 14d V 帶輪的結構形式與基準直徑有關 當帶 輪基準直徑 d 為安裝帶輪的軸的直徑 mm 時 可以采用實心式 當d5 2 26 可以采用腹板式 時可以采用孔板式 md30 mdDmd10 301 同 時 當 時 可以采用輪輻式 帶輪寬度 fezB78925 2 1 分度圓直徑 d4 D 90mm 是深溝球軸承 6210 軸承外徑 其他尺寸見帶輪零件圖 V 帶輪的輪槽與所選的 V 帶型號向對應 見濮良貴主編 機械設計 第八版 表 8 10mm d 與 相對應得 槽 型 dbminahinfeminfo32 o4o36 o8 A 11 0 2 75 8 7 3 015 9 18 1 V 帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形 使 V 帶工作面夾角發(fā)生變化 為了使 V 帶的 工作面與大論的輪槽工作面緊密貼合 將 V 帶輪輪槽的工作面得夾角做成小于 o40 V 帶安裝到輪槽中以后 一般不應該超出帶輪外圓 也不應該與輪槽底部接觸 為此規(guī)定了輪槽基準直徑到帶輪外圓和底部的最小高度 minifah和 輪槽工作表面的粗糙度為 2 36 1R或 V 帶輪的技術要求 鑄造 焊接或燒結的帶輪在輪緣 腹板 輪輻及輪轂上不允許有傻眼 裂縫 縮 孔及氣泡 鑄造帶輪在不提高內部應力的前提下 允許對輪緣 凸臺 腹板及輪轂的 表面缺陷進行修補 轉速高于極限轉速的帶輪要做靜平衡 反之做動平衡 其他條件 參見 中的規(guī)定 921 357 TGB 3 6 片式摩擦離合器的選擇和計算 片式摩擦離合器目前在機床中應用廣泛 因為它可以在運轉中接通或脫開 具有 結合平穩(wěn) 沒有沖擊 結構緊湊的特點 部分零件已經標準化 多用于機床主傳動 按扭矩選擇 即 根據 15 和 14 表 6 3 20 計算轉矩 tcT mNt 86 09 608 5790 27 查 15 表 6 3 21 得 4 1 mNTc 23 860 摩擦盤工作面的平均直徑 PDdDP 817 4 5 212 式中 d 為軸的直徑 摩擦盤工作面的外直徑 1mP25 0825 1 摩擦盤工作面的內直徑 DdP7 61 7 02 摩擦盤寬度 b m25 02 5 21 摩擦面對數 m 查 15 表 6 3 17 摩擦副材料為淬火鋼 對偶材料為淬火鋼 摩 擦因數取 0 08 許用壓強取 許用溫度 120 21cN m78 610 8 75 60 1 4 3213 81 221 PcDTz 圓整為 7 摩擦面片數 z 7 1 8 摩擦片脫開時所需的間隙 因為采用濕式所以 5 0 2 許用傳遞轉矩 cpTcTvPcp KmD 121 8 mNTcp 2 1345 6318 008 7654 3 因為 snvm49 30860 1 6 8 1TvKK 壓緊力 Q 28 NmDTQpc 2 491708 132 摩擦面壓強 p p 421 22109 65 3 cmNcp Tc需 傳 遞 的 轉 矩 365 表工 作 儲 備 系 數 見 6 11 m 干 式摩 擦 面 對 數 通 常 濕 式外 摩 擦 盤 數1i內 摩 擦 盤 數 2 1mizz21 摩 擦 盤 總 數 7365 表摩 擦 因 數 查 cp2 表查 許 用 壓 強 N211 表摩 擦 片 修 正 系 數 見 K365 表速 度 修 正 系 數 見 v 表 結 合 次 數 修 正 系 數 見T 根據 14 表 22 7 7 選用帶滾動軸承的多片雙聯摩擦離合器 因為安裝在箱內 所以采取濕式 結構形式見 14 表 22 7 7 圖 a 表 5 2 特征參數 轉動慣量 2mkg 圖 號 許用轉距 mNT 重量 kg 內部 外部 接合 力 N 脫開 力 N 圖 a 120 4 7 0 0035 0 0050 170 100 表 5 3 主要尺寸 圖 許用轉矩 D maxA B c maxE F G 29 號 mNT 閉 式 開 式 圖 a 120 18 32 108 100 18 32 60 45 70 表 5 4 主要尺寸 圖 號 H J 1l2L 12L3R S a 1s 圖 a 85 47 51 81 152 65 64 35 10 20 11 3 7 齒輪校驗 在驗算算速箱中的齒輪應力時 選相同模數中承受載荷最大 齒數最小的齒輪進接 觸應力和彎曲應力的驗算 這里要驗算的是齒輪 1 齒輪 5 齒輪 11 這三個齒輪 齒輪強度校核 計算公式 彎曲疲勞強度 FSaFtbmYK 接觸疲勞強度 HtEHubdKFZ 5 21 3 7 1 校核 I 組變速組齒輪 彎曲疲勞強度 校核齒數為 28 的齒輪 確定各項參數 FSaFtFbmY 2 n 800r min kWP 796 0 1086 2 7105 9 15 56 mNnT 確定動載系數 VK smdv 6 410682106 齒輪精度為 7 級 由濮良貴主編 機械設計 第八版 圖 10 8 查得動載系數 由濮良貴主編 機械設計 第八版 使用系數 8 vK 0 1 AK mb4