最大加工直徑為250mm的普通車床的主軸箱部件設(shè)計(jì)[4kw 1400 31.5 1.41]【含CAD圖紙和說明書】
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機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)
院 系:機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)
班 級:
學(xué) 號:
姓 名:
指導(dǎo)老師:
日 期:
目錄
一.設(shè)計(jì)目的
二.普通車床主動傳動系統(tǒng)參數(shù)的擬定
1.已知條件;
2.車床參數(shù)和電動機(jī)的選擇;
3.確定轉(zhuǎn)速級數(shù);
4.車床的規(guī)格;
三.運(yùn)動設(shè)計(jì)
1. 擬定傳動方案;
2. 確定結(jié)構(gòu)式;
3. 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)網(wǎng);
4. 確定各軸轉(zhuǎn)速;
5.確定轉(zhuǎn)速圖;
6. 確定各變速組傳動副齒輪齒數(shù);
7. 繪制傳動系統(tǒng)圖;
四.動力設(shè)計(jì)
1. 帶傳動設(shè)計(jì);
2. 齒輪傳動設(shè)計(jì);
3. 軸的設(shè)計(jì)與校核;
4. 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核;
5. 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算;
6.軸承的選用及校核;
7.鍵的選用及校核;
五.軸承端蓋設(shè)計(jì)
六.箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1. 箱體材料
2. 箱體結(jié)構(gòu)
七.潤滑與密封
1. 潤滑設(shè)計(jì)
2. 潤滑油的選擇
八.總結(jié)
九.參考文獻(xiàn)
緒論
主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)中非常重要的組成部分,本次設(shè)計(jì)主要從機(jī)床的級數(shù)入手,與結(jié)構(gòu)式,結(jié)構(gòu)網(wǎng)擬定,再到齒輪和軸的設(shè)計(jì),再選擇主傳動配合件對軸和齒輪及配合件進(jìn)行校核,將主傳動方案“結(jié)構(gòu)化”,設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖,側(cè)重進(jìn)行傳動軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤滑、與密封、傳動軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì),完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
本次突出了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求,在保證機(jī)床的基本要求下,根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的原則擬定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng),對機(jī)床的機(jī)構(gòu)進(jìn)行精簡,力求降低生產(chǎn)成本;主軸和齒輪設(shè)計(jì)在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)材料的選擇也應(yīng)采用折中的原則,,不選擇過高強(qiáng)度的材料從而造成浪費(fèi)。
一.設(shè)計(jì)目的
通過機(jī)床主運(yùn)動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中,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、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練,樹立正確的設(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.普通車床主動傳動系統(tǒng)參數(shù)的擬定
1.已知條件:
最大加工直徑為D=250mm; 主軸最高轉(zhuǎn)速=1400r/min,
最低轉(zhuǎn)速=31.5r/min; 電動機(jī)的功率為4KW
2.車床參數(shù)和電動機(jī)的選擇:
此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床根據(jù)任務(wù)書上提供的條件,電動機(jī)的功率為4KW,選擇電動機(jī)的型號為Y112M-4,電動機(jī)具體數(shù)據(jù)如下表所示:
電動機(jī)參數(shù)表
電動機(jī)信號
額定功率
滿載轉(zhuǎn)速
級數(shù)
同步轉(zhuǎn)速
Y112M-4
4KW
1440r/min
4級
1500r/min
3.確定轉(zhuǎn)速級數(shù):
根據(jù)任務(wù)書提供的條件,可知傳動公比=1.41。
根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》由公式:
則有: Z=+1
轉(zhuǎn)速范圍===44.44
由上述綜合可得 由此可知機(jī)床主軸共有12級。
因?yàn)?1.41=1.06,根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》查表標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速31.5,再每跳過5個(gè)數(shù)(1.26~1.06)取一個(gè)轉(zhuǎn)速,即可得到公比為1.41的數(shù)列:31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400 r/min。
4.車床的規(guī)格:
根據(jù)以上的計(jì)算和設(shè)計(jì)任務(wù)書可得到本次設(shè)計(jì)車床的基本參數(shù):
車床的主參數(shù)(規(guī)格尺寸)和基本參數(shù)表
最大加工直徑
最高轉(zhuǎn)速
()
最低轉(zhuǎn)速
()
電機(jī)功率P
(kW)
公比
轉(zhuǎn)速級數(shù)Z
250
1400
31.5
4
1.41
12
三.運(yùn)動設(shè)計(jì)
1. 擬定傳動方案:
擬定傳動方案,包括傳動型式的選擇以及開停、換向、制動、操縱等整個(gè)傳動系統(tǒng)的確定。傳動型式則指傳動和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及其組成、安排不同特點(diǎn)的傳動型式、變速類型。傳動方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān),和工作性能也有關(guān)系。因此,確定傳動方案和型式,要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)性等多方面統(tǒng)一考慮。
2. 確定結(jié)構(gòu)式:
由Z=12可得:
主變速傳動系從電動機(jī)到主軸,通常為降速傳動,接近電動機(jī)的傳動轉(zhuǎn)速較高, 傳動的轉(zhuǎn)矩較小,尺寸小一些,反之,靠近主軸的傳動件轉(zhuǎn)速較低,傳遞的轉(zhuǎn)矩較大,尺寸就較大。因此在擬定主變速傳動系時(shí),應(yīng)盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面,傳動副數(shù)少的變速組放在后面,使主變速傳動系中更多的傳動件在高速范圍內(nèi)工作,尺寸小一些,以節(jié)省變速箱的造價(jià),減小變速箱的外形尺寸;也就是滿足傳動副前多后少的原則,因此確定傳動方案為:12=3×2×2;
由12=3×2×2傳動式可得6種結(jié)構(gòu)式和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為:
依據(jù)傳動順序與擴(kuò)大順序相一致的原則選擇方案為 :;
3. 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)網(wǎng):
傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍:在降速傳動時(shí),為防止被動齒輪的直徑過大而使進(jìn)徑向尺寸過大,常限制最小傳動比,1/4,升速傳動時(shí),為防止產(chǎn)生過大的振動和噪音,常限制最大傳動比,斜齒輪比較平穩(wěn),可取,故變速組的最大變速范圍為/≤8~10。檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時(shí),只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌兯俳M的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小,只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過極限值,其他變速組就不會超過極限值。
依據(jù)中間軸變速范圍小的原則設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下所示:
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖
檢查傳動組的變速范圍時(shí),只檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組:
其中,, ;
最后一個(gè)擴(kuò)大組轉(zhuǎn)速符合要求,則其他變速組的變速范圍肯定也符合要求。
4. 確定各軸轉(zhuǎn)速:
1>.分配總降速變速比
總降速變速比
由電動機(jī)轉(zhuǎn)速不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn),因而增加一定比變速副。
2>.確定傳動軸數(shù)
變速軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比變速副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。
3>.確定各軸轉(zhuǎn)速
在五根軸中,除去電動機(jī)軸,其余四軸按變速順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(主軸)。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c?,F(xiàn)由Ⅳ(主軸)開始,確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速。
已知各級轉(zhuǎn)速如下:
1400、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5r/min。
⑴先來確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速
變速組c 的變速范圍為,故兩個(gè)傳動副的傳動比必然是兩個(gè)極限值: 、結(jié)合結(jié)構(gòu)式,Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速只有一種可能:125、180、250、355、500、710。
⑵確定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速
變速組b的級比指數(shù)為3,希望中間軸轉(zhuǎn)速較小,因而為了避免升速,又不致變速比太小,可取 軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為:355、500、710。
⑶定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速
對于軸Ⅰ,其級比指數(shù)為1,可?。?== == =確定軸Ⅰ轉(zhuǎn)速為710;
電動機(jī)與軸Ⅰ的定變傳動比;
5.確定轉(zhuǎn)速圖:
6. 確定各變速組傳動副齒輪齒數(shù):
確定齒輪齒數(shù)的原則和要求:
①齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過大;齒輪的齒數(shù)和過大會加大兩軸之間的中心距,使機(jī)床結(jié)構(gòu)龐大,一般推薦≤100~200.
②最小齒輪的齒數(shù)要盡可能少;但同時(shí)要考慮:
※最小齒輪不產(chǎn)生根切,機(jī)床變速箱中標(biāo)準(zhǔn)直圓柱齒輪,一般最小齒數(shù)≥18;
※受結(jié)構(gòu)限制的最小齒輪最小齒數(shù)應(yīng)大于18~20;
※齒輪齒數(shù)應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動比的要求:實(shí)際傳動比(齒數(shù)之比)與理論傳動比(轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動比)之間又誤差,但不能過大,確定齒輪數(shù)所造成的轉(zhuǎn)速誤差,一般不應(yīng)超過10%(-1)%,
即:%
-要求的主軸轉(zhuǎn)速;
-齒輪傳動實(shí)現(xiàn)的主軸轉(zhuǎn)速;
齒輪齒數(shù)的確定,當(dāng)各變速組的傳動比確定以后,可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù),如傳動比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí),變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表3-9中選取。一般在主傳動中,最小齒數(shù)應(yīng)大于18~20。采用三聯(lián)滑移齒輪時(shí),應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系:三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4,以保證滑移是齒輪外圓不相碰。
根據(jù)表3-4(《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》主編趙雪松、任小中、于華)查得
①傳動組a:
由,,
時(shí):
……57、60、63、66、69、72、75、78……
時(shí):
……63、65、67、68、70、72、73、77……
時(shí):
……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……
可取72,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為:24、30、36。
于是,,;
齒輪
I軸齒數(shù)
28
35
42
84
Ⅱ軸齒數(shù)
56
49
42
②傳動組b:
由,
時(shí):……69、72、73、76、77、80、81、84、87……
時(shí):……70、72、74、76、78、80、82、84、86……
可取 84,于是可得軸Ⅱ上雙聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為:22、42。
于是 ,,得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為:62、42。
齒輪
Ⅱ軸齒數(shù)
22
42
84
Ⅲ軸齒數(shù)
62
42
③傳動組c:
查表8-1,,
時(shí):……84、85、89、90、94、95……
時(shí): ……72、75、78、81、84、87、89、90……
取 90.為降速傳動,取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為18;為升速傳動,取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為30。于是得,;齒輪數(shù)據(jù)如下表所示:
齒輪
Ⅲ軸齒數(shù)
18
60
90
Ⅳ軸齒數(shù)
72
30
7. 繪制傳動系統(tǒng)圖:
四.動力設(shè)計(jì)
1. 帶傳動設(shè)計(jì):
V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(jié)構(gòu)簡單,但尺寸大,機(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動。電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=4kW,傳動比i=2.03,兩班制,一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時(shí),工作年數(shù)10年。
(1)確定計(jì)算功率:
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7工作情況系數(shù)查得=1.2。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式(8-21)得:
P--電動機(jī)額定功率, --工作情況系數(shù)
因此根據(jù)、由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 圖8-11普通V帶輪選型圖選用A型。
(2)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑,
帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命,小帶輪的直徑不宜過小,即=75mm。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8、圖8-11和表8-6取主動小帶輪基準(zhǔn)直徑=125mm。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式(8-15a)得式:
式中:
-小帶輪轉(zhuǎn)速,-大帶輪轉(zhuǎn)速,-帶的滑動系數(shù),一般取0.02。
故 ,
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8取圓整為250mm。
(3)驗(yàn)算帶速度V,
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》式(8-13)驗(yàn)算帶的速度
V=
所以,故帶速合適。
(4)初定中心距
帶輪的中心距,通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定,一般可在下列范圍內(nèi)選
取: 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》經(jīng)驗(yàn)公式(8-20)
0.7x(125+250)≤≤2x(125+250)
即:263≤≤750; 取=600mm.
(5) V帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式(8-22)計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長度:
代入數(shù)據(jù)為: =1795.25mm
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2,圓整到標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)長度,取整為=1800mm
(6)確定實(shí)際中心距
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式(8-23)計(jì)算實(shí)際中心距
=+=600+=602.38mm
(7)驗(yàn)算小帶輪包角
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式(8-25)
故主動輪上包角合適。
(8)確定三角帶根數(shù)
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式(8-26)得
查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-4d由 i=2.03和得= 0.03KW
查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-5,=0.98;查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2,長度系數(shù)=0.92
取整即帶數(shù)Z=3 根;
(9)計(jì)算預(yù)緊力
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-3,q=0.1kg/m
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式(8-27)
其中:-帶的變速功率,kw;
v-帶速,m/s;
q-每米帶的質(zhì)量,kg/m;取q=0.1kg/m。
v = 1440r/min = 9.42m/s。
(10)計(jì)算作用在軸上的壓軸力
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式(8-28)
(11)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān),因?yàn)?,所以采用孔板式結(jié)構(gòu),查[3]機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表9-1可得出大帶輪結(jié)構(gòu)尺寸如下:
2. 齒輪傳動設(shè)計(jì):
1.確定模數(shù):
(1)Ⅰ-Ⅱ軸:
按齒輪彎曲疲勞計(jì)算:
其中:為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速;
Z為大齒輪齒數(shù);
由以上計(jì)算可知:
=
按齒面點(diǎn)蝕計(jì)算:
;取A=82;
由中心距A及齒數(shù)計(jì)算模數(shù):
圓整為;
模數(shù)取和中較大值。故第一變數(shù)組齒輪模數(shù)因取m=3;
(2) Ⅱ-Ⅲ軸:
按齒輪彎曲疲勞計(jì)算:
其中:為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速;
Z為大齒輪齒數(shù);
=
按齒面點(diǎn)蝕計(jì)算:
;取A=114;
由中心距A及齒數(shù)計(jì)算模數(shù):
圓整為;
模數(shù)取和中較大值。故第一變數(shù)組齒輪模數(shù)因取m=3.0;
(3)Ⅲ-Ⅳ軸:
按齒輪彎曲疲勞計(jì)算:
其中:為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速;
Z為大齒輪齒數(shù);
由以上計(jì)算可知:
=
按齒面點(diǎn)蝕計(jì)算:
;取A=125;
由中心距A及齒數(shù)計(jì)算模數(shù):
模數(shù)取和中較大值。故齒輪模數(shù)因取m=4;
變速組
Ⅰ-Ⅱ軸
Ⅱ-Ⅲ軸
Ⅲ-Ⅳ軸
模數(shù)m
3
3
4
2.確定齒寬:
由公式得:
第一套嚙合齒輪
第二套嚙合齒輪
第三套嚙合齒輪
一對嚙合齒輪,為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷,設(shè)計(jì)上,應(yīng)使小齒輪齒寬比相齒合的另一齒輪寬一些。
3.確定齒輪參數(shù):
標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù):
從《機(jī)械原理》表5-1查得以下公式
齒頂圓直徑 ;
齒根圓直徑;
分度圓直徑 ;
齒頂高 ;
齒根高 ;
齒輪的具體值見下表:
模數(shù)
齒數(shù)
齒寬
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒頂高
齒根高
3
36
24
108
114
100.5
3
3.75
36
24
108
114
100.5
24
24
72
78
64.5
48
24
144
150
136.5
30
24
90
96
82.5
42
24
126
132
118.5
3
22
24
66
72
58.5
3
3.75
42
24
126
132
118.5
62
24
186
192
178.5
42
24
126
132
118.5
4
18
24
72
80
62
4
5
60
24
240
248
230
72
24
288
296
278
30
24
120
128
110
4.確定軸間中心距:
;
;
;
3. 軸的設(shè)計(jì)與校核:
(1)確定主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速:
由轉(zhuǎn)速圖可知:主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是低速第一個(gè)三分之一變速范圍的最高以轉(zhuǎn)速,即
同理可得各傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速:
軸
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min
710
355
125
90
(2)確定各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速:
傳動組c中,18/72只需計(jì)算z = 18 的齒輪,計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min;60/30只需計(jì)算z = 30的齒輪,計(jì)算轉(zhuǎn)速為250r/min;
傳動組b計(jì)算z = 22的齒輪,計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min;
傳動組a應(yīng)計(jì)算z = 24的齒輪,計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。
(3)核算主軸轉(zhuǎn)速誤差:
即主軸轉(zhuǎn)速合適。
(4)各軸的功率:
取各傳動件效率如下:
帶傳動效率:
軸承傳動效率:
齒輪傳動效率:
則有各傳動軸傳遞功率計(jì)算如下:
(5)計(jì)算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩:
由機(jī)械原理可知轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為:
以上計(jì)算數(shù)據(jù)總結(jié)如下:
傳動軸
電機(jī)軸
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
傳動功率kw
4
3.8
3.65
3.51
3.37
傳遞轉(zhuǎn)矩
26.53
51.13
98.21
267.84
357.23
(6)傳動軸的直徑估算:
當(dāng)軸上有鍵槽時(shí),d值應(yīng)相應(yīng)增大4~5%;當(dāng)軸為花鍵軸時(shí),可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時(shí),d需乘以計(jì)算系數(shù)b,b值見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表7-12。軸有鍵槽,軸和軸因?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸,Ⅳ有鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸.根據(jù)以上原則各軸的直徑取值:
a.Ⅰ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算:
(1)選擇軸的材料
由文獻(xiàn)[1]中的表11-1和表11-3選用45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度,,,。
(2)按扭矩初算軸徑
根據(jù)文獻(xiàn)[1]中式(11-2),并查表11-2,取C=115,則
考慮有鍵槽和軸承,軸加大5%:
所以取d=22mm
b. Ⅱ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算:
(1)選擇軸的材料
由文獻(xiàn)[1]中的表11-1和表11-3選用45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度,,,。
(2)按扭矩初算軸徑
根據(jù)文獻(xiàn)[1]中式(11-2),并查表11-2,取C=115,則
考慮有鍵槽,軸加大5%:
所以取最小d=30mm
c. Ⅲ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算:
(1)選擇軸的材料
由文獻(xiàn)[1]中的表11-1和表11-3選用45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度,,,。
(2)按扭矩初算軸徑
根據(jù)文獻(xiàn)[1]中式(11-2),并查表11-2,取C=115,則
有鍵槽和軸承,軸加大5%:; 取d=38mm.
根據(jù)以上計(jì)算各軸的直徑取值如下表示:
軸
軸
軸
軸
最小軸徑值
22
30
38
(7)Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核計(jì)算:
(1)確定軸各段直徑和長度:
段:安裝圓錐滾子軸承,
段:安裝兩個(gè)個(gè)雙聯(lián)齒輪塊,同時(shí)利用軸肩定位軸承,由軸肩計(jì)算公式 所以取;
段:安裝圓錐滾子軸承,
(2)軸的強(qiáng)度校核:
軸的校核主要校核危險(xiǎn)截面已知Ⅱ軸齒輪6、齒輪8數(shù)據(jù)如下:
求圓周力:;徑向力;
軸承支反力:
齒輪6對軸的支反力:
齒輪8對軸的支反力:
垂直面的彎矩:
由以上計(jì)算可知危險(xiǎn)截面在軸的右端齒輪6處,,跨距282mm;直徑為48mm段;
軸承的支反力:
水平面彎矩:
合成彎矩:
已知轉(zhuǎn)矩為:轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的剪力按脈動循環(huán)變化,取截面C處的當(dāng)量彎矩:
校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度
則有該軸強(qiáng)度滿足要求。
同理可知,按照此方法校核其他傳動軸,經(jīng)檢驗(yàn),傳動軸設(shè)計(jì)均符合要求。
轉(zhuǎn)矩圖
4. 主軸設(shè)計(jì)計(jì)算及校核:
主軸上的結(jié)構(gòu)尺寸雖然很多,但起決定作用的尺寸是:外徑D、孔徑d、懸伸量a和支撐跨距L。
1.主軸前后軸頸直徑的選擇:
主軸的外徑尺寸,關(guān)鍵是主軸前軸頸直徑。一般按照機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑,參考表3-7選取。最大回轉(zhuǎn)直徑250mm車床,P=4KW查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表3-7,前軸頸應(yīng),初選,后軸頸取。
2.主軸內(nèi)孔直徑的確定:
很多機(jī)床的主軸是空心的,為了不過多的削主軸剛度,一般應(yīng)保證d/D <0.7。
??;經(jīng)計(jì)算選取內(nèi)孔直徑d=40mm。
3.主軸前端伸長量a:
減小主軸前端伸長量對提高提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、和抗震性有顯著效果,因此在主軸設(shè)計(jì)時(shí),在滿足結(jié)構(gòu)的前提下,應(yīng)最大限度的縮短主軸懸伸量a。根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長度;
取a=100mm。
4.支撐跨距L:
最佳跨距;取值
合理跨距;取值。
5.主軸剛度校驗(yàn):
機(jī)床在切削加工過程中,主軸的負(fù)荷較重,而允許的變形由很小,因此決定主軸結(jié)構(gòu)尺寸的主要因素是它的變形大小。對于普通機(jī)床的主軸,一般只進(jìn)行剛度驗(yàn)算。通常能滿足剛度要求的主軸,也能滿足強(qiáng)度要求。只有重載荷的機(jī)床的主軸才進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。對于高速主軸,還要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算,以免發(fā)生共振。
一彎曲變形為主的機(jī)床主軸(如車床、銑床),需要進(jìn)行彎曲剛度驗(yàn)算,以扭轉(zhuǎn)變形為主的機(jī)床(如鉆床),需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算。當(dāng)前主軸組件剛度驗(yàn)算方法較多,沒能統(tǒng)一,還屬近似計(jì)算,剛度的允許值也未做規(guī)定??紤]動態(tài)因素的計(jì)算方法,如根據(jù)部產(chǎn)生切削顫動條件來確定主軸組件剛度,計(jì)算較為復(fù)雜?,F(xiàn)在仍多用靜態(tài)計(jì)算法,計(jì)算簡單,也較適用。
主軸彎曲剛度的驗(yàn)算;驗(yàn)算內(nèi)容有兩項(xiàng):其一,驗(yàn)算主軸前支撐處的變形轉(zhuǎn)角,是否滿足軸承正常工作的要求;其二,驗(yàn)算主軸懸伸端處的變形位移y,是否滿足加工精度的要求。對于粗加工機(jī)床需要驗(yàn)算、y值;對于精加工或半精加工機(jī)床值需驗(yàn)算y值;對于可進(jìn)行粗加工由能進(jìn)行半精的機(jī)床(如臥式車床),需要驗(yàn)算值,同時(shí)還需要按不同加工條件驗(yàn)算y值。
支撐主軸組件的剛度驗(yàn)算,可按兩支撐結(jié)構(gòu)近似計(jì)算。如前后支撐為緊支撐、中間支撐位松支撐,可舍棄中間支撐不計(jì)(因軸承間隙較大,主要起阻尼作用,對剛度影響較?。蝗羟爸兄挝痪o支撐、后支撐為松支撐時(shí),可將前中支距當(dāng)做兩支撐的之距計(jì)算,中后支撐段主軸不計(jì)。
機(jī)床粗加工時(shí),主軸的變形最大,主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角有可能超過允許值,故應(yīng)驗(yàn)算此處的轉(zhuǎn)角。因主軸中(后)支撐的變形一般較小,故可不必計(jì)算。
主軸在某一平面內(nèi)的受力情況如圖:
在近似計(jì)算中可不計(jì)軸承變形的影響,則該平面內(nèi)主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角用下式計(jì)算;
切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承支承的距離S=a+W,對于普通車床,W=0.4H,(H是車床中心高,設(shè)H=200mm)。
則:
當(dāng)量切削力的計(jì)算:
主軸慣性矩
式中:
∴
因?yàn)?;所以可知主軸前支撐轉(zhuǎn)角滿足要求。
5. 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算:
片式摩擦離合器目前在機(jī)床中應(yīng)用廣泛,因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中接通或脫開,具有結(jié)合平穩(wěn)、沒有沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn),部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,多用于機(jī)床主傳動。
【1】 摩擦片的徑向尺寸
摩擦片的外徑尺寸受到輪廓空間的限制,且受制于軸徑d,而摩擦片的內(nèi)外徑又決定著內(nèi)外摩擦片的環(huán)形接觸面積的大小,直接影響離合器的結(jié)構(gòu)和性能。
一般外摩擦片的外徑可?。?
d為軸的直徑,取d=25,所以
25+5=30mm
特性系數(shù)是外片內(nèi)徑與內(nèi)片外徑D2之比
取=0.69,則內(nèi)摩擦片外徑
【2】 按扭矩選擇摩擦片結(jié)合面的數(shù)目
一般應(yīng)使選用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭矩和額定動扭矩滿足工作要求,由于普通機(jī)床是在空載下啟動反向的,故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭矩來計(jì)算。根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》有公式。即:
式中 ——速度修正系數(shù),由表10.7。
——每小時(shí)結(jié)合數(shù)修正系數(shù),干式取 1 ;濕式按表10.8選取。
——摩擦面對數(shù)修正系數(shù)。
取Z=7
故摩擦片總數(shù)為Z+1=8片,內(nèi)摩擦片為9片。
用同樣的方法可以算出反轉(zhuǎn)摩擦片數(shù):外摩擦片4片,內(nèi)摩擦片5片。
【3】離合器的軸向拉緊力
由得:
查《機(jī)床零件手冊》,摩擦片的型號如下:
內(nèi)片:Dp=72.85,查表?。篋=44mm,d=26mm
b=3mm,B=9.7mm
H=23.5mm,=0.5mm
外片:Dp=72.85,查表?。篋=86mm,d=30mm
b=2mm,B=20mm
H=48mm,H1=42mm
=0.5mm
內(nèi)外片的最小間隙為:0.2~0.4
6.軸承的選用及校核:
1】各傳動軸軸承選取的型號:
① 主軸
前支承: NN3018K 型 圓錐孔雙列圓柱滾子軸承:9014037;
后支撐:352212 雙列圓錐滾子軸承:6011066;
② Ⅰ軸
帶輪處:308 深溝球軸承軸409023;
軸與箱體處:305 GB276-89:256217;
齒輪:7305C 角接觸軸承GB292-83:255215;
③ Ⅱ軸
前、后支承:7306E 圓錐滾子軸承GBT297-84 :307219;
④ Ⅲ軸
前、后支承:7308E 圓錐滾子軸承GBT297-84 :409023;
2】各傳動軸軸承的校核:
假定:按兩班制工作,工作期限10年,每年按300天計(jì),T=48000h。
依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》軸承校核公式如下:
Ⅰ軸軸承校核:
已知選用軸承為:深溝球軸承 305 GB276-89:256217;
基本額定動載荷;由于該軸的轉(zhuǎn)速為定值710r/min;依據(jù)設(shè)計(jì)要求應(yīng)對Ⅰ軸末端軸承進(jìn)行校核。
最小齒輪直徑;
Ⅰ軸傳遞轉(zhuǎn)矩
齒輪受到的切向力
齒輪受到的軸向力
齒輪受到的徑向力
因此軸承當(dāng)量動載荷
因此該軸承符合要求,選取合適。同理可校核其他傳動軸軸承,經(jīng)校核各軸軸承選取均合適。
7.鍵的選用及校核:
<1>Ⅲ軸上的鍵的選用和強(qiáng)度校核:
Ⅲ軸與齒輪的聯(lián)接采用普通平鍵聯(lián)接,軸徑d=48mm;齒輪快厚度L=78.5mm;傳遞扭矩;選用A型平鍵,初選鍵型號為,。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表7-9得。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式(7-14)和式(7-15)得
由上式計(jì)算可知擠壓強(qiáng)度滿足。
由上式計(jì)算可知抗剪切強(qiáng)度滿足。
<2>主軸上的鍵的選用和強(qiáng)度校核
主軸與齒輪的聯(lián)接采用普通平鍵聯(lián)接,軸徑d=80mm;齒輪快厚度L=95mm;傳遞扭矩;選用A型平鍵,由于主軸空心所以選擇鍵,。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表7-9得。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式(7-14)和式(7-15)得
由上式計(jì)算可知擠壓強(qiáng)度滿足。
由上式計(jì)算可知抗剪切強(qiáng)度滿足。
五.軸承端蓋設(shè)計(jì)
參照《機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》減速器端蓋設(shè)計(jì)方案來設(shè)計(jì)主軸箱端蓋,材料采用HT150,依據(jù)軸承外徑確定各端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸,如圖所示:
(依據(jù)該參數(shù)設(shè)計(jì)各軸承端蓋,詳見裝配圖紙圖案)
六.箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 、箱體材料
箱體多采用鑄造方法獲得,也有用鋼板焊接而成。鑄造箱體常用材料為HT15-33,強(qiáng)度要求較高的箱體用HT20-40,只有熱變形要求小的情況下才采用合金鑄鐵,采用HT20-40。與床身做成一體的箱體材料應(yīng)根據(jù)床身或?qū)к壍囊蠖?。箱體要進(jìn)行時(shí)效處理。
2 、箱體結(jié)構(gòu)
1、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(1) 根據(jù)齒輪傳動的中心距、齒頂圓直徑、齒寬 等幾何尺寸,確定減速器的箱體的內(nèi)部大小。由中心距確定箱體的長度,由齒頂圓直徑確定箱體的高度。由齒寬來確定箱體的寬度。
(2) 依據(jù)鑄造(或焊接)箱體的結(jié)構(gòu)尺寸、工藝要求,確定箱體的結(jié)構(gòu)尺寸,繪制箱體。如箱蓋,箱座及螺栓的尺寸。
(3) 根據(jù)齒輪的轉(zhuǎn)速確定軸承潤滑的方法與裝置,選擇軸承端蓋的類型。
(4) 附件設(shè)計(jì)與選擇。同時(shí),可以進(jìn)行軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),選擇軸承。
箱體的尺寸
名稱
符號
尺寸關(guān)系
箱座壁厚
15
主軸左側(cè)凸緣厚
73
箱座凸緣厚
32
主軸右側(cè)凸緣厚
37
外箱壁至軸承端面距離
齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離
18
齒輪端面與內(nèi)箱壁距離
10
2、鑄造工藝性要求
為了便于鑄造以及防止鑄件冷卻時(shí)產(chǎn)生縮孔或裂紋,箱體的結(jié)構(gòu)應(yīng)有良好的鑄造工藝性。
3、加工工藝性對結(jié)構(gòu)的要求
由于生產(chǎn)批量和加工方法不同,對零件結(jié)構(gòu)有不同要求,因此設(shè)計(jì)時(shí)要充分注意加工工藝對結(jié)構(gòu)的要求。
4、裝配工藝對結(jié)構(gòu)的要求
為了更快更省力地裝配機(jī)器,必須充分注意裝配工藝對接否設(shè)計(jì)的要求。
七.潤滑與密封
1、潤滑設(shè)計(jì)
(1) 普通機(jī)床主軸變速箱多用潤滑油,其中半精加工、精加工和沒有油式摩擦離合器的機(jī)床,采用油泵進(jìn)行強(qiáng)制的箱內(nèi)循環(huán)或箱外循環(huán)潤滑效果好。粗加工機(jī)床多采用結(jié)構(gòu)簡單的飛濺潤滑點(diǎn)。
(2) 飛濺潤滑
要求賤油件的圓周速度為0.6~8米/秒,賤油件浸油深為10~20毫米(不大于2~3倍輪齒高)。速度過低或浸油深度過淺,都達(dá)不到潤滑目的,速度過高或浸油深度過深,攪油功率損失過大產(chǎn)生熱變形大,且油液容易氣化,影響機(jī)床的正常工作。油的深度要足夠,以免油池底部雜質(zhì)被攪上來。
(3) 進(jìn)油量的大小和方向
回油要保證暢通,進(jìn)油方向要注意角接觸軸承的泵油效應(yīng),即油必須從小端進(jìn)大端出。
箱體上的回油孔的直徑應(yīng)盡可能的大些,一般應(yīng)大于進(jìn)油孔的直徑。箱體上放置油標(biāo),一邊及時(shí)檢查潤滑系統(tǒng)工作情況。
(4) 放油孔
應(yīng)在箱體適當(dāng)位置上設(shè)置放油孔,放油孔應(yīng)低于油池底面,以便放凈油,為了便于接油最好在放油孔處接長管。
(5) 防止或減少機(jī)床漏油
① 箱體上外漏的最低位置的孔應(yīng)高出油面。
② 軸與法蘭蓋的間隙要適當(dāng),通常直徑方向間隙1~1.5毫米。
③ 主軸上常采用環(huán)形槽和間隙密封,效果要好,槽形的方向不能搞錯(cuò)。
④ 箱蓋處防漏油溝應(yīng)設(shè)計(jì)成溝邊向箱體油溝內(nèi)側(cè)偏一定距離,大約為3~5毫米。
2、潤滑油的選擇
潤滑油的選擇與軸承的類型、尺寸、運(yùn)轉(zhuǎn)條件有關(guān),速度高選粘度低的,反之選粘度高的。潤滑油粘度通常根據(jù)主軸前頸和主軸最高轉(zhuǎn)速選擇。
八.總結(jié)
金屬切削機(jī)床主軸箱的課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成了,雖然設(shè)計(jì)的過程比較繁瑣,而且剛開始還有些不知所措,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)過的知識和理論的能力,是我獨(dú)立分析、解決問題的能力得到了強(qiáng)化。通過本次設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多東西,不但包括一些設(shè)計(jì)的方法,更重要的是,我學(xué)會了如何獨(dú)立思考,解決問題。在設(shè)計(jì)中,會不斷地遇到問題,這是就要我們?nèi)ハ朕k法解決,讓我們?nèi)ゲ橘Y料,查手冊。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我學(xué)會的一個(gè)解決問題的重要方法就是查設(shè)計(jì)手冊。
設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的過程,通過這個(gè)過程,我們學(xué)會了分析問題、解決問題的一些基本的方法,讓我們系統(tǒng)回顧了大學(xué)四年學(xué)過的知識,也為我們將來的工作打下了基礎(chǔ)。
九.參考文獻(xiàn)
[1]機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 趙雪松主編 華中科技大學(xué)出版社
[2]機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴主編 高等教育出版社
[3]機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 王昆主編 高等教育出版社
[4]機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 陳立德編 高等教育出版社
[5]機(jī)械原理第七版 孫恒主編 高等教育出版社
[6]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版-軸及其連接 機(jī)械工業(yè)出版社
[7]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版-機(jī)械傳動 機(jī)械工業(yè)出版社
[8]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版-軸承 機(jī)械工業(yè)出版社
[9]畫法幾何及機(jī)械制圖第六版 朱冬梅主編 高等教育出版社
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最大加工直徑為250mm的普通車床的主軸箱部件設(shè)計(jì)[4kw
1400
31.5
1.41]【含CAD圖紙和說明書】
最大
加工
直徑
mm
妹妹
- 資源描述:
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最大加工直徑為250mm的普通車床的主軸箱部件設(shè)計(jì)[4kw 1400 31.5 1.41]【含CAD圖紙和說明書】,4kw 1400 31.5 1.41,含CAD圖紙和說明書,最大加工直徑為250mm的普通車床的主軸箱部件設(shè)計(jì)[4kw,1400,31.5,1.41]【含CAD圖紙和說明書】,最大,加工,直徑,mm,妹妹
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