CM6132机械系统设计课程设计精密车床主轴箱及变速箱系统设计.doc
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1、目录目录 绪论绪论 .1 1 1概述概述 .5 5 1.1机床主轴箱课程设计的目的 .5 1.2设计任务和主要技术要求 .5 1.3 操作性能要求.6 2.技术参数确定与方案设计技术参数确定与方案设计.6 6 2.1原始数据 .6 2.2开展CM6132功能原理设计.6 3运动设计运动设计 .7 7 3.1确定转速极速 .7 3.1.1计算主轴最高转速.9 3.1.2计算主轴最低转速.10 3.1.3确定主轴标准转速数列.11 3.2 主电动机的选择.12 3.3变速结构的设计 .14 3.3.1 主变速方案拟定.14 3.3.2 拟定变速结构式.14 3.3.3拟定变速结构网.15 3.3.
2、4 验算变速结构式.16 3.4绘制转速图 .17 3.5 齿轮齿数的估算.20 3.6 主轴转速误差.23 4.动力设计动力设计.2626 4.1电机功率的确定 .26 4.2确定各轴计算转速 .26 4.3 带轮的设计.27 4.4传动轴直径的估算 .30 4.5齿轮模数的确定 .33 4.6主轴轴颈的直径 .36 4.6.1主轴悬伸量a.36 4.6.2主轴最佳跨距的确定和轴承的选择.36 0 L 4.6.3主轴组件刚度验算.37 5. 结构设计结构设计 .3838 5.1齿轮的轴向布置 .39 5.2传动轴及其上传动元件的布置 .40 5.2.1 I轴的设计 .42 5.2.2 II轴
3、的设计.42 5.2.3 III轴的设计.42 5.2.4 带轮轴的设计.42 5.2.5 轴的设计.43 5.2.6主轴的设计.43 5.2.7 主轴组件设计.43 5.3齿轮布置的注意问题 .44 5.4主轴与齿轮的连接 .44 5.5 润滑与密封.45 5.6 其他问题.45 6.总结总结.4646 7.致谢致谢.4747 8.参考资料参考资料.4747 1概述概述 1.1机床主轴箱课程设计的目的机床主轴箱课程设计的目的 机床课程设计,是在学习过课程机械系统设计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 传动和变速的结构方案过程中,得到设计
4、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设计任务和主要技术要求设计任务和主要技术要求 本次课程设计任务是CM6132车床主传动设计。由于CM6132车床是精密、 高精密加工车床,要求车床加工精度高,主轴运转可靠,并且受外界,振动, 温度干扰要小,因此,本次设计是将车床的主轴箱传动和变速箱传动分开设计 ,以尽量减小变速箱,原电机振动源对主轴箱传动的影响。 本次课程设计包括CM6132车床传动设计,动力计算,结构设计以及主轴校 核等内容,其中还
5、有A0大图纸的CM6132车床主传动的装配图。 本次课程设计是毕业课程设计前一次对我们大学四年期间机械专业基础知 识的考核和检验。它囊括了理论力学,材料力学,机械原理,机械设计,机械 制造装备设计等许多机械学科的专业基础知识,因此称之为专业课程设计。它 不仅仅是对我们专业知识掌握情况的考核和检验,也是一次对我们所学的知识 去分析,去解决生产实践问题的运用。 1.3 操作性能要求操作性能要求 1)具有皮带轮卸荷装置 2)手动操纵双向摩擦片离合器实现主轴的正反转及停止运动要求 3)主轴的变速由变速手柄完成 2.技术参数确定与方案设计技术参数确定与方案设计 2.1原始数据原始数据 (1)机床主参数:
6、Dmax=320mm。 (2)刀具材料:高速钢或硬质合金。 (3)工件材料:钢或铸铁。 2.2开展开展CM6132功能原理设计功能原理设计 画出车削加工的运动功能图,写出车削加工的运动功能结构式。 图1 车床运动功能图和运动功能式 绘出传动原理图。 图2 车削加工的传动原理图 3运动设计运动设计 根据机床的规格、用途和常用的切削用量,以及与同类型机床的类别分析 ,确定机床主运动的极限转速、主轴转速的合理分布,从而确定主运动传动系 统的公比和级数。拟定传动系统的结构方案(结构式、结构网设计),分配分 变速组的传动比,确定齿轮齿数,绘制其传动系统图,并计算校核其转速误差 。 3.1确定转速极速确定
7、转速极速 调查和分析所设计机床上可能进行的工序,从中选择要求最高、最低转速 的典型工序。按照典型工序的切削速度和刀具直径(或工件直径)计算最高、 最低转速(即极限转速)和。计算公式如下: = 1000 = 1000 式中:分别为主轴最高、最低转速 、 (r/min); 分别为最高、最低切削速度; 、 (m/min) 分别为最大、最小计算直径。 、 (m) 应当指出,通用机床的并不是机床上可能加工的最大和最小 和 直径,而是指常用的经济加工的最大和最小直径。对于通用机床,一般取: =kD = 式中:D可能加工的最大直径(mm); K 系数,根据对现有同类型机床使用情况的调查确定(摇臂钻床,k=1
8、.0;普通车 床,K=0.5); 计算直径范围(=0.20.25)。 就本课程设计的Dmax=320mm的精密卧式车床设计,取K=0.5、=0 .25。 =kD=0.5320mm=160mm; =0.25160mm=40mm。 min d d R max d 3.1.1计算主轴最高转速计算主轴最高转速 根据设计要求,及其刀具和工件的材料,查资料可知,用硬质合金刀具加 工易切碳钢时,主轴转速最高,一般=150250m/min。按经验,并考 虑切削用量资料,取=250m/min。 则=1990r/min 1000 1000 250 160 根据标准公比的标准数列表,取=2000r/min。 3.1
9、.2计算主轴最低转速计算主轴最低转速 根据设计要求,及其刀具和工件的材料,查资料可知,用高速钢刀具加工 灰铸铁时,主轴转速最低。按经验,并考虑切削用量资料,取=13.8m/ min。 则=27.5r/min 1000 1000 13.8 160 用高速钢刀具,精车合金钢材料的梯形螺纹(丝杠),加工丝杠的最大直径 为32mm,取=1.5m/min。 则=14.9r/min 1000 1000 1.5 32 综合同类型机床,取=19r/min。 3.1.3确定主轴标准转速数列确定主轴标准转速数列 主轴变速范围 =105 = 2000 19 Z=18 =1.31 1 17 105 由于我国机床专业标
10、准GC58- 60规定了的七个标准公比:1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。取=1. 26。 查标准数列表,按常规计算各轴转速为:19、23.6、30、37.5、47.5、60、 75、95、118、150、190、236、300、375、475、600、750、950、1180、1500 、1900。可看出共有21级转速,且无法达到最高转速=2000r/min。 故综合同类型机床对其转速进行调整,使其满足=2000r/min, =19r/min,Z=18.求出各级转速为:19、38、50、62、76、100、125、20 0、250、305、390、500、610
11、、785、1000、1580、2000。 3.2 主电动机的选择主电动机的选择 合理的确定电机功率P,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。 现在以常见的中碳钢为工件材料,取45号钢,正火处理,车削外圆,表面 粗糙度=3.2mm。采用车刀具,可转位外圆车刀,刀杆尺寸:16mm 25mm。 a R 刀具几何参数:=15 ,=6 ,=75 ,=15 ,=0 ,=- 0 o 0 o r o r o o 01 10 ,b=0.3mm,r =1mm。 o 1r e 现以确定粗车是的切削用量为设计: 确定背吃刀量和进给量f, 取3mm,f取0.2。 p a p
12、a rmm 确定切削速度,取V =1.7。 c sm 机床功率的计算, 主切削力的计算 :主切削力的计算公式及有关参数: F =9.81 Z Fc n 60 Fc C Fc Z a Fc Z f Fc Z v Fc K =9.81270 30.92 0.95 15 . 0 600.20.75 15. 0 7 . 1 =1038(N) 切削功率的计算 =1038 1.7=1.8(kW) c P c F c v 3 10 3 10 依照一般情况,取机床变速效率=0.8. =2.3(kW) Z P 1.8 0.8 根据Y系列三相异步电动机的技术数据,Y系列三相异步电动机为一般用途 全封闭自扇冷式笼型
13、异步电动机,具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机内 部的特点,B级绝缘,工业环境温度不超过+40,相对湿度不超过95%,海拔 高度不超过1000m,额定电压380V,频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上, 如机床,泵,风机,搅拌机,运输机,农业机械等。 根据以上计算,为满足转速和功率要求,选择Y系列三相异步电动机型号 为:Y100L2-4,其技术参数见下表3-1. 表3-1 Y100L2-4型电动机技术数据 电动机型 号 额定功率 /KW 满载转速 /rmp 额定转矩 /N.m 最大转矩 /N.m Y100L2-4314302.22.3 至此,可得到下表3-2中的车床参数。 表3-2 车床的
14、主参数(规格尺寸)和基本参数表 工件最大回 转直径 (mm) max D 最高转速 ( max n )minr 最低转速 ( min n )minr 电 机功率 P (kW) 公 比 转速 级数Z 32020001931 .26 18 3.3变速结构的设计变速结构的设计 3.3.1 主变速方案拟定主变速方案拟定 拟定变速方案,包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个 变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同 特点的变速型式、变速类型。 变速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 ,确定变速方案和型式,要从结构、工艺、性能及经济等多方面
15、统一考虑。 变速方案有多种,变速型式更是众多,比如:变速型式上有集中变速,分 离变速;扩大变速范围可用增加变速组数,也可采用背轮结构、分支变速等型 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 采用分离变速型式的主轴变速箱。 3.3.2 拟定变速结构式拟定变速结构式 由于结构上的限制,变速组中的传动副数目通常选用2或3为宜,故其结构 式为:Z=2n3m.对于18级传动,其结构式可为以下三种形式: 18=332;18=323;18=233; 在电动机功率一定的情况下,所需传递的转矩越小,传动件和传动轴的集 合
16、尺寸就越小。因此,从传动顺序来讲,尽量使前面的传动件多以些,即前多 后少原则。故本设计采用结构式为:18=332。 从轴I到轴II有三队齿轮分别啮合,可得到三种不同的传动速度;从轴II到 轴III有三对齿轮分别啮合,可得到三种不同的传动速度,故从轴I到轴III可得到 33=9种不同的传动速度;同理,轴III到轴IV有两对齿轮分别啮合,可得到两 种不同的传动速度,故从轴I到轴IV共可得到332=18种不同的传动转速。 设计车床主变速传动系时,为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺 寸,在降速变速中,一般限制限制最小变速比 41 min u ;为避免扩大传动误差,减少震动噪声,在升速时一般限制最
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