铣床主轴箱设计.docx
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1、中北大学课程设计说明书(普通铣床主轴箱设计)目录1.概述-12.参数的拟定-13.传动设计-24. 传动件的估算-55. 动力设计-126.主轴空间位置图-157.结构设计及说明-168.总结-239.参考文献-23 1.概述1.1机床课程设计的目的机床课程设计,是在金属切削机床课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计,使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中,得到设计构思,方案分析,结构工艺性,机械制图,零件计算,编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练,树立正确的设计思想,掌握基本的设计方法,并培养学生具有初步的结构分析,结构设计和计算能力。1.
2、2机床的规格系列和用处普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此,对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通铣床主轴变速箱。1.3 操作性能要求1)具有皮带轮卸荷装置2)主轴的变速由变速手柄,和滑移齿轮完成2.参数的拟定2.1 公比选择 已知最低转速nmin=125rpm,最高转速nmax=1600rpm,变速级数Z=12,转速调整范围: Rn=nmaxnmin=1600125=12.8 ,Rn=Z-1 算得 =1.26 2.2求出转速系列按机床课程设计指导书(陈易新编)表5选出标准转速数列:1600 1250 1000 800 630 500 400 315 250
3、 200 160 125 2.3 主电机选择合理的确定电机功率N,使机床既能充分发挥其使用性能,满足生产需要,又不致使电机经常轻载而降低功率因素。已知电动机的功率是5.5KW,根据机床设计手册选Y132S-4,额定功率5.5KW,满载转速1440rpm,最大额定转距2.2。3.传动设计3.1 主传动方案拟定拟定传动方案,包括传动型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动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,确定传动方案和型式,要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。传动
4、方案有多种,传动型式更是众多,比如:传动型式上有集中传动,分离传动;扩大变速范围可用增加传动组数,也可用背轮结构、分支传动等型式;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,我们采用集中传动型式的主轴变速箱。3.2 传动结构式、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传动不失为有用的方法,但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案,就并非十分有效。3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组组成,各传动组分别有、传动副。即本设计中传动级数为Z=12。传动副中由于结
5、构的限制以2或3为合适,本课程设选择方案: 12=322;12232;122233.2.2 传动式的拟定 12级转速传动系统的传动组,选择传动组安排方式时,考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能以及一个“前多后少”的原则。故离电动机近的传动组的传动副个数最好高于后面的传动组的传动副数。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大,因此主轴上齿轮少些为好。最后一个传动组的传动副常选用2。综上所述,传动式为12=322。3.2.3 结构式、结构网的拟定对于12=322传动式,有6种结构式和对应的结构网。分别为: 根据(1)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围(2)基本组扩大组的排列顺序,初选的方案
6、根据级比指数分配使传动顺序与扩大顺序相一致,方案的结构网如下图所示:图1 结构网3.2.4转速图的拟定上述所选定的结构式共有三个传动组,变速机构共需4轴,加上电动机共5轴,故转速图需5条竖线,如下图所示。主轴共12速,电动机轴与主轴最高转速相近,故需12条横线。中间各轴的转速可以从电动机轴往后推,也可以从主轴开始往前推。通常以往前推比较方便,即先决定轴三的转速。4. 传动件的估算4.1 三角带传动4.1.1 确定计算功率Pca Pca=KNKWN主动带轮传动的功率=5.5KWK工作情况系数工作时间为三班制 K=1.2故 Pca=1.25.5=6.6KW 4.1.2 选择三角胶带的型号小带轮的
7、转速:n1=1400 rpm 选用A型V带4.1.3 确定带轮直径小轮直径D应满足条件: (mm)Dmin=75mm 故=100mm 大轮直径D2=n2n1D1 为大轮的转速=800rpmD2=1440800100=180mm4.1.4 计算胶带速度 =n1D1 60000=3.14100144060000=7.536m/s4.1.5 初定中心距两带轮中心距应在A0=0.72(D1+D2)mm故A0=1100+180=280mm4.1.6 计算胶带的长度Ld0 Ld0=2A0+2(D1+D2)+(D2-D1)24A0=2280+2280+(180-100)24280=1005.5mm 查机械设
8、计表82,选基准长度Ld。得到Ld=990mm4.1.7 计算实际中心距AAA0+Ld-Ld02=280+990-1005.52=272.5mm中心距的变动范围: Amin=A-0.015Ld=257.65 Amax=A+0.03Ld=302.2 4.1.8 定小带轮的包角 1180-D2-D1A180120 1180-180-100272.5180=163.171204.1.9 确定三角胶带的根数ZZ=Pca(P0+P0)KKL(包角系数)查机械设计表8-8 =0.96(长度系数)查表8-2 =0.89(单根V带基本额定功率)8-4 小带轮节圆直径100 =1.32(8-5) 传动比 i=1
9、8 P0=0.15(计算功率) (工作情况系数)=1.2 Z=6.6(1.32+0.15)0.960.89=5.25 故 Z=6根4.1.10 作用在支撑轴上的压轴力压轴力Fp=2ZF0sin12初拉力F0=5002.5-kPcak2v+qv2=123.03N FP=26sin163.172=1457.83N计算G值新安装的V带 G=1.5F0+F016=12.47N运转后的V带 G=1.3F0+F016=10.93N最小极限值 G=F0+F016=8.62N4.2 传动轴的估算 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
10、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。4.2.1 传动轴直径的估算(1).确定各变速齿轮传动副的齿数轴: ia1=1 ia2=11.26 ia3=11.58取SZ=52,则从表中查出小齿轮齿数分别为20,23,26ia1=2626 ia2=2329 ia3=2032 轴: ib1=1.26:1 ib2=11.58 取SZ=54 小齿轮齿数为21,24ib1=3024 ib2=2133 轴: ic1=1.58:1 ic2=12.36 取SZ=60 小
11、齿轮齿数为 17, 23 ic1=3623 ic2=1742 为(V带传动效率)=0.96 (深沟球轴承)=0.99 (7级精度的齿轮)=0.99为(十字滑块联轴器)=0.98轴:P=P12=5.2272 KW n1=800rpm 轴:P=P1223=5.1230 KW n2=500rpm 轴:P=P12332=5.0211 KW n3=315rpm轴:P=P23=4.9209 KW n4=125rpm T=9551045.2272800=62339.7NmmT=9551045.1230500=97849.3NmmT=9551045.0211315=152224.0NmmT=9551044.9
12、209125=375964.4Nmm传动轴为,轴, 一般传动轴取d=1.644T=1.64462339.70.5=30.82mm 取d=35 轴承6007d=1.644T=1.64497849.30.5=34.49mm 取d=35 轴承6007d=1.644T=1.644152224.00.5=38.52mm 取d=40 轴承6008d=1.644T=1.644375964.40.5=48.29mm 取d=50 轴承6007:D=35 d=52 B=146008:D=40 d=68 B=15 4.2.2齿轮模数的计算(1)I-齿轮弯曲疲劳的计算m323PcaZnj=3236.620800=2.
13、20mm齿面点蚀的计算: A3703Pcanj=69.17由中心距A及齿数计算出模数 mj=2AZ1+Z2=2.66所以取mj=3(2)-齿轮弯曲疲劳的计算N2=5.1230KWm323PcaZnj=2.51A3703Pcanj=80.36 mj=2AZ1+Z2=2.97取mj=3 (3)-齿轮弯曲疲劳的计算N3=5.021 KW m323PcaZnj=3.13A3703Pcanj=93.11mj=2AZ1+Z2=3.15 取m=4(4)标准齿轮: ,齿轮参数表齿轮齿数模数m分度圆d齿顶圆齿根圆齿顶高齿根高1203606652.533.752233697561.533.753263788470
14、533.7543239610288.533.755293879379.533.756263788470.533.757213636955.533.758303909682.533.7593339910591.533.7510243727864.533.75111746876584512364144152134451342416817615845142349210082454.2.3 齿宽的确定公式m (,m为模数)第一套啮合齿轮:B=6103=1830 mm 第二套啮合齿轮:B=6103=1830mm第三套啮合齿轮:B=6104=2440 mm B1=25 B2=20 B3=25 B4=25
15、 B5=20 B6=25 B7=20 B8=25 B9=20 B10=25 B11=25 B12=30 B13=25 B14=304.2.4 带轮结构设计当mm时,采用腹板式,D是轴承外径,采用轴承 由机械设计表8-10确定参数 bd=11,ha=15,hf=8.7,e=15,fmin=9,带轮宽度:B=(z-1)e+2f=(6-1)15+29=93大带轮:d=35, d1=2d=70 dd=180 B1.5dL=2d=70小带轮:d=38,d1=76 dd=100 B1.5d L=2d=76 5. 动力设计5.1主轴刚度验算5.1.1 选定前端悬伸量C,参考机械装备设计P121,根据主轴端部
16、的结构,前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸,这里选定C=120mm.5.1.2 主轴支承跨距L的确定 根据金属切削机床表10-6前轴颈应为6090mm。初步选取90mm.后轴颈(0.70.9),取80mm.根据设计方案,选前轴承为30218型,后轴承为30216型。根据结构,定悬伸长度a120mm。5.1.3求轴承刚度主轴最大输出转矩(未考虑机械效率)T=9550Pn=95505.5125Nm=420.2Nm切削力: Fc=420.20.12=3501.67N背向力:Fp=0.5Fc=1750.83N 故总此作用力:F=Fc2+Fp2=3914.99N此力主轴颈和后轴颈个承受一般,故主轴端受
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