卧式车床主轴箱设计.doc
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1、 卧式车床主轴箱设计摘 要金属切削机床在国民经济现代化建设中起着重大的作用。机床技术水平的高低已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志之一。机床工业是机械制造业的“装备部”,对国民经济的发展起着重大作用。本论文设计的主轴箱的变速级数是12级,传动比为1.41,转速从31.5r/min到1440r/min,加工工件的最大直径为400mm,。论文对箱体内结构进行方案设计,并对传动方案、传动路线进行了分析,离合器、带轮、润滑系统、密封装置等进行了设计、计算及校核。本设计的主要内容包括:1.运动设计:确定主轴的转速、拟定合理结构式、结构网和转速图、确定齿轮的齿数、皮带轮的设计计算以及实际转速和标准速
2、偏差的校核等。2.动力设计:估算各传动轴的转速、估算各轴的直径、选择电动机、齿轮强度验算、主轴刚度的校核、轴承寿命的验算、选择离合器。3.结构设计:确定各传动组件的空间布置。关键词:主轴箱,齿轮,摩擦式离合器HORIZONTAL LATHE SPINDLE BOX DESIGNABSTRACTMetal-cutting machine tool in the modernization of the national economy plays an important role. The level of machine technology has become the measure o
3、f a countrys level of industrial modernization of one of the important symbols. Machine tool industry is the machinery manufacturing industry, the Ministry of Equipment, the development of the national economy played a major role.In this paper, the design of the spindle box is a series of 12 speed,
4、1.41 gear ratio, speed from 31.5r/min to 1440r/min, the maximum workpiece diameter of 400mm,. Papers箱体内structure of the program design, and program transmission, transmission line analysis, clutch, pulley, lubrication systems, such as a seal design, calculation and checking.The main elements of the
5、design include: 1. Campaign Design: to determine the speed of the spindle to draw up a reasonable-structured, the structure of network and the speed map to determine the number of teeth of gears, pulleys, as well as the design and calculation of the actual speed and standard deviation of the check,
6、such as speed. 2. Dynamic Design: to estimate the speed of the shaft, to estimate the diameter of the axis, select the motor, gear strength check, the check spindle rigidity, bearing life of the check, select the clutch. 3. Structural Design: To determine the spatial arrangement of drive components.
7、KEY WORDS: Main spindle box,Gear,Friction clutch assembly32目录前言1第1章 设计分析21.1机床主要技术参数21.1.1尺寸参数:21.1.2运动参数:21.1.3动力参数:21.2确定结构方案21.3主传动系统运动设计31.3.1拟订结构式31.3.2绘制转速图31.3.3确定齿轮齿数31.3.4验算主轴转速误差:31.4估算传动件参数,确定其结构尺寸41.4.1确定传动件计算转速41.4.2确定主轴支承轴颈直径41.4.3估算传动轴直径51.4.4估算传动齿模数51.4.5离合器的选择与计算51.4.6普通V带的选择与计算71.5
8、结构设计81.5.1带轮设计81.5.2主轴换向与制动机构设计91.5.3齿轮块设计91.5.4轴承的选择101.5.5主轴组件101.5.6润滑系统设计101.5.7密封装置设计101.6传动件验算101.6.1轴的强度验算101.6.2验算花键键侧压应力121.6.3滚动轴承验算121.6.4直齿圆柱齿轮的强度计算13第2章 主轴箱设计152.1运动设计152.1.1已知条件152.1.2结构分析式152.1.3绘制转速图162.1.4绘制传动系统图192.2动力设计192.2.1确定各轴转速192.2.3各传动组齿轮模数的确定和校核222.3齿轮强度校核232.3.1校核a传动组齿轮24
9、2.3.2校核b传动组齿轮252.3.3校核c传动组齿轮262.4主轴挠度的校核272.4.1确定各轴最小直径272.4.2轴的校核272.5主轴最佳跨距的确定282.5.1选择轴颈直径,轴承型号和最佳跨距282.5.2求轴承刚度282.6各传动轴支承处轴承的选择292.7主轴刚度的校核292.7.1主轴图302.7.2计算跨距30结论32谢 辞33参考文献34前言随着机械的行业的发展,机床设计越来越向高精度的方向发展,但是在机床发展的同时,普通机床依然有这不可忽视的优点,例如低价格,加工种类多,对操作人员的技术要求低,缺点是加工的精度不高,效率不高,本书是设计12级普通车床,车床在机械行业中
10、是举足轻重的角色,它可以加工外圆,螺纹等等,在本书的设计中参考了大量的前人的经验,对设计中出现的力学问题加以计算和解释,也对前人的观点加以考论和论证。本说明书在编写过程中,得到有关老师和同学的大力支持和热情帮助 ,在此,特别对帮助过我的老师和同学表示深深的感谢。由于编写水平有限,书中难免有不足与错误之处,敬请老师批评指正。 第1章 设计分析1.1机床主要技术参数1.1.1尺寸参数:1确定转速范围:主轴最小转速。2确定公比:3转速级数: 1.1.2运动参数:根据工况,确定主轴最高转速有采用YT15硬质合金刀车削碳钢工件获得,主轴最低转速有采用W16Cr4V高速钢刀车削铸铁件获得。nmax=31.
11、5r/min nmin= =1440r/min 根据标准数列数值表,选择机床的最高转速为1440r/min,最低转速为31.5/min 公比取1.41,转速级数Z=12。 1.1.3动力参数:电动机功率7.5KW 1.2确定结构方案1.主轴传动系统采用V带、齿轮传动;2.传动形式采用集中式传动;4.变速系统采用多联滑移齿轮变速。1.3主传动系统运动设计1.3.1拟订结构式1. 确定变速组传动副数目:实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合:A12=3*4 B. 12=4*3 C。12=3*2*2 D12=2*3*2 E。12=2*2*3 方案A、B可节省一根传动轴。但是,其中一个
12、传动组内有四个变速传动副,增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。根据传动副数目分配应“前多后少”的原则,方案C是可取的。1.3.2绘制转速图1.验算传动组变速范围:第二扩大组的变速范围是R2 = =8,符合设计原则要求。2.分配降速比:该车床主轴传动系统共设有四个传动组,其中有一个是带传动。根据降速比分配应“前慢后快”的原则及摩擦离合器的工作速度要求,确定各传动组最小传动比。U= = = = 1.3.3确定齿轮齿数传动过程中,会采用三联滑移齿轮,为避免齿轮滑移中的干涉,三联滑移齿轮中最大和次大齿轮之间的齿数差应大于4。1.3.4验算主轴转速误差:主轴各级实际转速值用下式计算: n = nE*
13、(1-)u1 u2 u3 式中 u1 u2 u3 分别为第一、第二、第三变速组齿轮传动比。取0.05转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示: n = | |10(-1)%其中主轴标准转速1.4估算传动件参数,确定其结构尺寸1.4.1确定传动件计算转速1.主轴:主轴计算转速是第一个三分之一转速范围内的最高一级转速,即nj = nmin=74.3r/min 即n4=75r/min;2.各传动轴: 轴可从主轴为75r/min按72/18的传动副找上去,似应为300r/min。但是由于轴上的最低转速106r/min经传动组C可使主轴得到26.5r/min和212r/min两种转速。212
14、r/min要传递全部功率,所以轴的计算转速应为106r/min。轴的计算转速可按传动副B推上去,得300r/min。3.各齿轮:传动组C中,18/72只需计算z =18 的齿轮,计算转速为300r/min;60/30的只需计算z = 30 的齿轮,计算转速为212r/min。这两个齿轮哪个的应力更大一些,较难判断。同时计算,选择模数较大的作为传动组C齿轮的模数。传动组B中应计算z =19的齿轮,计算转速为300r/min。传动组A中,应计算z = 24的齿轮,计算转速为600r/min。1.4.2确定主轴支承轴颈直径参考金属切削机床课程设计指导书表2,取通用机床钢质主轴前轴颈直径D1 = 10
15、0mm,后轴颈直径D2 = (0.70.85)D1,取D2 = 70 mm,主轴内孔直径d = 0.1 Dmax 10 mm ,其中Dmax为最大加工直径。取d = 40mm。1.4.3估算传动轴直径按扭转刚度初步计算传动轴直径: d = 式中d 传动轴直径; N 该轴传递功率(KW); 该轴计算转速(r/min); 该轴每米长度允许扭转角这些轴都是一般传动轴,取=10/m。代入以上计算转速的值,计算各传动轴的直径:轴:d1 = 26mm 轴:d2 = 31mm 轴:d3 = 40mm;1.4.4估算传动齿模数参考金属切削机床课程设计指导书中齿轮模数的初步计算公式初定齿轮的模数: m = 32
16、 式中 N 该齿轮传递的功率(KW); Z 所算齿轮的齿数; 该齿轮的计算转速(r/min)。同一变速组中的齿轮取同一模数,故取()最小的齿轮进行计算,然后取标准模数值作为该变速组齿轮的模数。 1.4.5离合器的选择与计算1.确定摩擦片的径向尺寸:摩擦片的外径尺寸受到外形轮廓的限制,内径又由安装它的轴径d来决定,而内外径的尺寸决定着内外摩擦片的环形接触面积的大小,直接影响离合器的结构与性能。表示这一特性系数是外片内径D1与内片外径D2之比,即一般外摩擦片的内径可取:D1=d+(26)=26+6=32mm;机床上采用的摩擦片值可在0.570.77范围内,此处取=0.6,则内摩擦片外径D2=53.
17、3mm。2.按扭矩确定摩擦离合面的数目Z:Z其中T为离合器的扭矩 T=955*104=955*104*=5.1*104Nmm;K安全系数,此处取为1.3;P摩擦片许用比压,取为1.2MPa;f摩擦系数,查得f=0.08; S内外片环行接触面积,S(D22 D12)=1426.98mm2; 诱导摩擦半径,假设摩擦表面压力均匀分布,则=21.77mm;KV速度修正系数,根据平均圆周速度查表取为1.3;结合次数修正系数,查表为1.35;摩擦结合面数修正系数, 查表取为1;将以上数据代入公式计算得Z12.67圆整为整偶数14,离合器内外摩擦片总数i=Z+1=15。3.计算摩擦离合器的轴向压力Q: Q=
18、SPKV =1426.98*1.2*1.3 = 2226.1(N)摩擦片厚度b = 1,1.5,1.75,2毫米,一般随摩擦面中径增大而加大。内外片分离时的最小间隙为(0.20.4)mm。4.反转时摩擦片数的确定:普通车床主轴反转时一般不切削,故反向离合器所传递的扭矩可按空载功率损耗确定。普通车床主轴高速空转功率Pk一般为额定功率Pd的2040%,取Pk = 0.4Pd,计算反转静扭矩为Pk = 1.6KW,代入公式计算出Z5.1,圆整为整偶数6,离合器内外摩擦片总数为7。1.4.6普通V带的选择与计算1.确定计算功率Pc ,选择胶带型号: Pc = KAP 式中 P额定功率(KW); KA工
19、作情况系数,此处取为1.2。 带入数据计算得PC = 9 (KW),根据计算功率PC和小轮转数n1,即可从三角胶带选型图上选择胶带的型号。此次设计选择的为B型胶带。2.选取带轮节圆直径、验算带速:为了使带的弯曲应力b1不致过大, 应使小轮直径d1dmin, d1也不要过大,否则外轮廓尺寸太大。此次设计选择d1 = 140mm。大轮直径d2 由计算按带轮直径系列圆整为315mm。验算带速,一般应使带速v在525m/s的范围内。 v=10.5m/s,符合设计要求。3.确定中心距a、带长L、验算包角:中心距过大回引起带的颤动,过小则单位时间内带的应力循环次数过多,疲劳寿命降低;包角减小,带的传动能力
20、降低。一般按照下式初定中心距a0 0.75(d1+d2)a02(d1+d2),此次设计定为450mm。由几何关系按下式初定带长L0: L02 a0+0.5 (d1+d2)+ (mm)按相关资料选择与L0较接近的节线长度LP 按下式计算所需中心距, aa0+ 考虑安装、调整和补偿初拉力的需要,中心距a的变动范围为 (a-0.015 a+0.03) 由以上计算得中心距a = 434.14mm,带长为1600mm。验算包角:= 1800-*57.30 = 156.91200,符合设计要求. 4.计算胶带的弯曲次数u : u=s-140s-1 式中:m 带轮的个数; 代入相关的数据计算得:u = 13
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