CK6125數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄摘要IIABSTRACTIII第一章前言11.1 課題背景及目的11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)11.2.2 我國(guó)數(shù)控車(chē)床的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)21.3 課題研究?jī)?nèi)容及方法51.3.1 課題研究?jī)?nèi)容51.3.2 研究方法51.4 論文構(gòu)成5第二章主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)62.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求62.2 總體設(shè)計(jì)62.2.1 擬定傳動(dòng)方案62.2.2 選擇電機(jī)72.2.3 主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定92.2.4 轉(zhuǎn)速圖11第三章傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)123.1 傳動(dòng)皮帶的設(shè)計(jì)和選定123.1.1 .V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)123.2 軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)143.2.1 I軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14

2、3.2.2 II軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)173.2.3 電磁摩擦離合器的計(jì)算和選擇21第四章主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)234.1 對(duì)主軸組件的性能要求234.2 軸承配置型式244.3 主要參數(shù)的確定244.4 主軸頭的選用254.5 編碼器的選擇與安裝25第五章結(jié)論27參考文獻(xiàn)28致謝29摘要：數(shù)控車(chē)床不僅能夠車(chē)外圓還能用于鏈孔、車(chē)端面、鉆孔與錢(qián)孔。與其他種類(lèi)的機(jī)床相比，車(chē)床在生產(chǎn)中使用最廣。本論文首先介紹了我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過(guò)程與現(xiàn)狀，并分析了其存在的問(wèn)題；對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討；并對(duì)C6140數(shù)控車(chē)床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算。主軸箱有安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪組成。數(shù)控車(chē)床主軸可以獲得

3、在調(diào)速范圍內(nèi)的任意速度，以滿足加工切削要求。目前，數(shù)控車(chē)床的發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)電氣與機(jī)械裝置進(jìn)行無(wú)級(jí)變速。變頻電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)和變速齒輪為主軸提供動(dòng)力。通常變頻電機(jī)調(diào)速范圍35,難以滿足主軸變速要求；串聯(lián)變速齒輪則擴(kuò)大了齒輪的變速范圍。本設(shè)計(jì)將原來(lái)的帶輪不卸荷結(jié)構(gòu)變?yōu)榱藥л喰逗山Y(jié)構(gòu)，使輸入軸在帶處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上的徑向力傳動(dòng)到車(chē)床機(jī)體上，改善了輸入軸的受力情況。關(guān)鍵詞：主軸箱，無(wú)級(jí)調(diào)速，傳動(dòng)系統(tǒng)Abstract:NClathecandoboring,facing,drillingandReaminginadditiontoturning.Theuseoflathesintheproductionth

4、antheothertypesofmachinetoolsandmore.Andcomparedtoothertypesofmachinetools,lathesintheproductionisthemostwidelyused.Inthisdesign,thedevelopmentandcurrentsituationofNCmachineinChinawasintroducedandaseriesofproblemswerepresented.ThedevelopmenttrendtoNClathewasdiscussed.Somecountermeasureswaspresentedf

5、orthedevelopmentofNCmachineinChinaandthentheheadstockofck6125NClathehasbeencalculatlydesigned.Headstocksiscomposedofthehollowspindlewhichisinstalledinprecisionbearingsandaseriesoftransmissiongears.Thespindlecanobtainanyspeedinthespeedrangetomeettheprocessingrequirementsofcutting.Atpresent,thedevelop

6、menttrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedthroughtheelectricalormechanicaldevices.VariableFrequencyMotorconveysthepowerthroughbeltdriveandasetoftransmissiongears.ThespeedrangeofVariableFrequencyMotorisusually3-5,whichisdifficulttomeetthespeedrangerequirementsofthespindlespeed;Thetransmissiongear

7、sistoexpandthescopeofavariable-speedtomeetthespeedrangeofthespindle.Inaddition,inthisdesignthedesignofthebeltdrivehasbeenchangedfromtheoriginalunloadingstructureintotheloadingstructure,transmissedtheforcetothelathebodysothatinputshaftisonlyforcedtorque,improvedtheforcingstateoftheinputshaft.Keywords

8、:headstocks,acontinuouslyvariablespeed,transmissionSysterm前言1.1課題背景及目的我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的數(shù)控化率僅為6%。這些機(jī)床中，役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%,FMC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）。可見(jiàn)我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上

9、的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品國(guó)內(nèi)、外市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。而相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性：1、可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。2、可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。4、可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。5、擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)

10、周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。由于以上優(yōu)越性，數(shù)控機(jī)床所占的比例逐漸增大。從2005年的市場(chǎng)消費(fèi)內(nèi)容也可可看出，普通機(jī)床的市場(chǎng)份額在下降，數(shù)控機(jī)床則大幅度增長(zhǎng)，尤其是中高檔數(shù)控機(jī)床供不應(yīng)求。可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)幾年普通機(jī)床的市場(chǎng)份額將不斷下滑，數(shù)控機(jī)床的消費(fèi)會(huì)逐漸擴(kuò)大。2在這樣一種背景下，我的課題選擇為設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控車(chē)床CK20,用于對(duì)轉(zhuǎn)體零件的圓柱面、圓弧面、圓錐面、端面、切槽、及各種公、英制螺紋等進(jìn)行批量、高效、高精度的

11、自動(dòng)加工，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊(cè)等基本技能及能力得到訓(xùn)練和提高。此外，力求完成課題之余，熟悉國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，增強(qiáng)對(duì)如何發(fā)展民族數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的感性認(rèn)識(shí)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)自從1951年計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床上，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)控（NC）和計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）兩個(gè)階段的發(fā)展。目前，數(shù)控系統(tǒng)正處于第六代一一基于PC（PCBASED）。未來(lái)數(shù)控系統(tǒng)將呈以下發(fā)展趨勢(shì)：1、繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的

12、第六代方向發(fā)展基于PC所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。2、向高速化和高精度化發(fā)展3、向智能化方向發(fā)展(1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)向高速化和高精度化發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。(2)引入專(zhuān)家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)。(3)引入故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)(4)引入動(dòng)裝置智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以通

13、過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行3。1.2.2 我國(guó)數(shù)控車(chē)床的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 、研究現(xiàn)狀我國(guó)數(shù)控車(chē)床從20世紀(jì)70年代初進(jìn)入市場(chǎng)，至今通過(guò)各大機(jī)床廠家的不懈努力，通過(guò)采取與國(guó)外著名機(jī)床廠家的合作、合資、技術(shù)引進(jìn)、樣機(jī)消化吸收等措施，使得我國(guó)的機(jī)床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機(jī)床中占有較大的比例。目前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控車(chē)床的品種、規(guī)格較為齊全，質(zhì)量基本穩(wěn)定可靠，已進(jìn)入實(shí)用和全面發(fā)展階段。 )床身按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對(duì)位置，床身有圖1所示的5種布局形式。一般來(lái)說(shuō),中、小規(guī)格的數(shù)控車(chē)床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型數(shù)控車(chē)床或小型精密數(shù)控車(chē)床才采用平床身

14、，立床身采用的較少。平床身工藝性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，對(duì)提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度有好處，但排屑困難；刀架橫滑板較長(zhǎng)，加大了機(jī)床的寬度尺寸，影響外觀。平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護(hù)罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點(diǎn)，床身寬度也不會(huì)太大。斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車(chē)床中被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)檫@種布局形式具有以下特點(diǎn)： 容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化； 機(jī)床外形整齊、美觀，占地面積??； 容易設(shè)置封閉式防護(hù)裝置； 容易排屑和安裝自動(dòng)排屑器； 從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌精度； 宜人性好，便于操作； 便于安裝機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化。2)導(dǎo)軌車(chē)床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)

15、軌兩種。滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車(chē)床已不采用傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動(dòng)導(dǎo)軌和新型塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近，不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以使用油脂潤(rùn)滑。根據(jù)滾動(dòng)體的不同，滾動(dòng)導(dǎo)軌可分為滾珠直線導(dǎo)軌和滾柱直線導(dǎo)軌。后者的承載能力和剛度都比前者高，但摩擦系數(shù)略大。a）后斜床身-斜滑板b）直立床身-直立滑板c）平床身-平滑板d）前斜床身-平滑板圖1.1床身布局型式e）平床身-斜滑板3）主軸傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)

16、床主傳動(dòng)系統(tǒng)可分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。分級(jí)變速傳動(dòng)是在一定范圍能均勻的、離散地分布著有限級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速，主要用于普通機(jī)床。無(wú)級(jí)變速形式可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速。數(shù)控車(chē)床得主傳動(dòng)系統(tǒng)通常采用無(wú)級(jí)變速。與普通車(chē)床相比，數(shù)控車(chē)床的主傳動(dòng)采用交、直主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，并可無(wú)級(jí)調(diào)速，使主軸結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。為了適應(yīng)不同的加工需求數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)有以下三種方式。電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)與主軸通過(guò)聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用直接驅(qū)動(dòng)可大大簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，能有效地提高主軸剛度。這種傳動(dòng)的特點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速的變化、

17、輸出轉(zhuǎn)矩與主軸的特性完全一致。但因主軸的功率和轉(zhuǎn)矩特性直接決定主軸電機(jī)的性能，因而這種變速傳動(dòng)的應(yīng)用受到一定限制。采用定比傳動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)定比傳動(dòng)給主軸。定比傳動(dòng)可采用帶傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)，這種傳動(dòng)方式在一定程度上能滿足主軸功率和轉(zhuǎn)矩的要求，但其變速范圍仍和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍相同。目前，交流、直流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍一般只有2-4,而恒轉(zhuǎn)矩范圍則達(dá)100以上；許多大、中型機(jī)床的主軸要求有更寬的恒功率轉(zhuǎn)速范圍。很明顯，這種情況下主軸電動(dòng)機(jī)的功率特性和機(jī)床主軸的要求不匹配：調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率范圍遠(yuǎn)小于主軸要求的恒功率變速范圍。所以這種變速方式多用于小型或高速數(shù)控機(jī)床。采用分檔變速方式采用這種變速方

18、式主要是為了解決主軸電動(dòng)機(jī)的功率特性和機(jī)床主軸功率特性不匹配。變速多采用齒輪副來(lái)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速配合變速機(jī)構(gòu)可確保主軸的功率、轉(zhuǎn)矩要求，滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，特別是保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率的調(diào)速范圍。用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸上述兩種方式的混合傳動(dòng)，高速時(shí)帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸，低速時(shí)另一個(gè)電機(jī)通過(guò)齒輪減速后驅(qū)動(dòng)主軸4）刀架系統(tǒng)按換刀方式的不同，數(shù)控車(chē)床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等多種形式。排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車(chē)床，以加工棒料或盤(pán)類(lèi)零件為主?；剞D(zhuǎn)刀架是數(shù)控車(chē)床最常用的一種典型換刀刀架，通過(guò)刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成

19、四方、六方刀架或圓盤(pán)式刀架。根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置，回轉(zhuǎn)刀架分為立式刀架和臥式刀架兩種。排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架對(duì)刀具的數(shù)目有一定的限制，當(dāng)需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，應(yīng)采用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。5）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)，按其控制方式不同可分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。前者定位精度低，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉；后者控制精度高、快速性能好，但它對(duì)機(jī)床的要求比較高，且造價(jià)較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測(cè)裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)

20、之分。前者由于具有可靠性高、造價(jià)低等特點(diǎn)而被廣泛采用4。2、發(fā)展趨勢(shì)1）高速、高精密化當(dāng)前機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。2）高可靠性3）數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化采用CAD技術(shù)以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。這樣大大提高了工作效率，提高設(shè)計(jì)的一次成功率，從而

21、縮短試制周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。4)功能復(fù)合化擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺(tái)數(shù)控車(chē)床既可以實(shí)現(xiàn)車(chē)削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銃削加工。5)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化5。1.3 課題研究?jī)?nèi)容及方法1.3.1 課題研究?jī)?nèi)容本課題設(shè)計(jì)的數(shù)控車(chē)床的主要參數(shù)如下：床身上最大回轉(zhuǎn)直徑：0250mm；溜板箱上直徑：0130mm最大車(chē)削長(zhǎng)度：500mm；主軸錐度：莫氏6#主軸轉(zhuǎn)速：252500rpm(有級(jí)或無(wú)極變頻調(diào)速)；主軸功率：4Kw課題研究的主要內(nèi)容包括主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編碼盤(pán)的安裝及離合器的使用。1.3.2 研究方法第一步，明確設(shè)計(jì)要求，找出研究的重難點(diǎn)：普通數(shù)

22、控車(chē)床最基本的要求是精度達(dá)標(biāo),穩(wěn)定可靠，操作、維修、保養(yǎng)方便，壽命較長(zhǎng)，此外力求外型美觀。第二步，進(jìn)工廠觀摩，大量收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，吸取專(zhuān)家的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。第三步，初步確定總體設(shè)計(jì)方案：1、軟件方面綜合考慮功能、價(jià)格、技術(shù)先進(jìn)、服務(wù)方便等因素，以及數(shù)控系統(tǒng)所具SINUMERIK有的功能是否與CK6125的性能相匹配，盡量減少過(guò)剩的數(shù)控功能。選擇了802D機(jī)床微機(jī)控制系統(tǒng)。2、硬件方面(1)根據(jù)機(jī)床性能要求，確定機(jī)床支承件結(jié)構(gòu)形式為斜床身結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行總體布局；(2)選擇主電機(jī)。根據(jù)切削力大小及機(jī)床的變速要求，初步確定主電機(jī)型號(hào)；(3)設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)及箱體。由主電機(jī)的變速范圍，確定變速箱的減速級(jí)數(shù)以

23、及傳動(dòng)方式。1.4 論文構(gòu)成本論文構(gòu)成如下：第一章闡述課題的研究背景及內(nèi)容。第二章詳細(xì)論述主軸系統(tǒng)包括各傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第三章詳細(xì)介紹液壓卡盤(pán)的設(shè)計(jì)選用。第四章闡述數(shù)控系統(tǒng)的選擇及其設(shè)計(jì)。第五章提供了在本機(jī)床加工一典型零件的程序。第六章總結(jié)本課題設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其有待改進(jìn)之處。論文最后是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的心得和參考文獻(xiàn)。第一章主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求數(shù)控系統(tǒng)的主軸系統(tǒng)除了應(yīng)滿足普通機(jī)床主傳動(dòng)要求外，還提出以下要求：1、具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；2、具有較高的精度和剛度、傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；3、良好的抗振性和熱穩(wěn)定性.2.2 總體設(shè)計(jì)2.2.1 擬定傳動(dòng)方案數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)

24、換刀、自動(dòng)變速；且在切削不同直徑的階梯軸，曲線螺旋面和端面時(shí)，需要切削直徑的變化，主軸必須通過(guò)自動(dòng)變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動(dòng)變速又是無(wú)級(jí)變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無(wú)級(jí)調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣無(wú)級(jí)變速。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較大（R=100：200）,單靠調(diào)速電機(jī)無(wú)法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。因此，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)變速系統(tǒng)常常在無(wú)級(jí)變速電機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速傳動(dòng)，以滿足機(jī)床要求的

25、調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。為簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，本方案僅采用二級(jí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)方案如圖2.1：有級(jí)變速的自動(dòng)變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。液壓變速機(jī)構(gòu)是通過(guò)液壓缸、活塞桿帶動(dòng)撥叉推動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個(gè)液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個(gè)液壓缸（差動(dòng)油缸）實(shí)現(xiàn)三位移動(dòng)。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但變速時(shí)必須主軸停車(chē)后才能進(jìn)行，另外，它增加了數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁閥的機(jī)械動(dòng)作，然后再將壓力油分配到相應(yīng)的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來(lái)了更多的不可靠因素。圖2.1主軸傳動(dòng)圖電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷

26、運(yùn)動(dòng)的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，因而它已成為自動(dòng)裝置中常用的操作元件。電磁離合器用于數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)時(shí)，能簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)，操作方便。通過(guò)若干個(gè)安裝在各傳動(dòng)軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來(lái)改變齒輪的傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。電磁離合器一般分為摩擦片式和牙嵌式6。2.2.2 選擇電機(jī)1、選擇電機(jī)應(yīng)綜合考慮的問(wèn)題(1)根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型。(2)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力額啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般

27、取0.80.9。(3)根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。(4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因素的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類(lèi)型。(5)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素11。2、電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式的選擇由于不同的機(jī)床要求不同的主軸輸出性能(旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動(dòng)態(tài)剛度，振動(dòng)抑制等)，因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際使用需要是緊密相關(guān)的?？偟膩?lái)說(shuō)，選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在價(jià)格與性能之間找出

28、一種理想的折衷9。表1簡(jiǎn)要給出了用戶所期望的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。下面將對(duì)各種交流主軸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析。表1.1理想主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能項(xiàng)目?jī)?nèi)容高性能低速區(qū)要有足夠的轉(zhuǎn)矩寬恒功率范圍，并在高速范圍內(nèi)保排一定轉(zhuǎn)矩高旋轉(zhuǎn)精度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)高加減速起制動(dòng)能力具有強(qiáng)魯棒性，能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化身效率，低噪聲低價(jià)格低購(gòu)買(mǎi)價(jià)格，低維護(hù)價(jià)格，低服務(wù)價(jià)格通用要求耐用性，可維護(hù)性，安全可靠性感應(yīng)電機(jī)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前商用主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流，其功率范圍從零點(diǎn)幾個(gè)kW到上百kW,廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床上。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析本設(shè)計(jì)中決定采用VFNC系列變頻主軸電機(jī)。VFNC系列是高速、高精、高效的伺服系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高

29、速、高精控制，并使機(jī)床更緊湊。3、電動(dòng)機(jī)容量的選擇選擇電動(dòng)機(jī)容量就是合理確定電動(dòng)機(jī)的額定功率。決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過(guò)載能力和起動(dòng)能力三方面因素，但一般情況下電動(dòng)機(jī)容量主要由運(yùn)行發(fā)熱條件而定。電動(dòng)機(jī)發(fā)熱與其工作情況有關(guān)。但對(duì)于載荷不變或變化不大，且在常溫下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)(如本課題中的電動(dòng)機(jī))，只要其所需輸出功率不超過(guò)其額定功率，工作時(shí)就不會(huì)過(guò)熱，可不進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算8,本設(shè)計(jì)中電機(jī)容量按以下步驟確定：(1)確定電機(jī)輸出動(dòng)率Pd(錯(cuò)誤！未找到引用源。)錯(cuò)誤！未找到引用源。傳動(dòng)裝置的總效率=1213(2.2)其中，“1V帶輪傳動(dòng)效率，由資料12,表24查得”1=0.96;”2滾動(dòng)軸承效

30、率，由資料12,表2-4查得q=0.99;”3圓柱齒輪傳動(dòng)效率，由資料12,表24查得=98；由此，'1三二=匚三二.產(chǎn)二二二二0.88故，錯(cuò)誤！未找到引用源。(3)選擇電動(dòng)機(jī)額定功率ped如前所述，電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取0.80.9,所以電動(dòng)機(jī)額定功率選取為5.5Kw。(4)電動(dòng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇由資料10,表2219,小功率電動(dòng)機(jī)一般選為380V電壓。所以本電機(jī)的電壓可選為380V。同一類(lèi)型、功率相同的電動(dòng)機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速。一般而言，轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)，其尺寸和重量小，價(jià)格較低，但會(huì)使傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比、結(jié)構(gòu)尺寸和重量增加。選用轉(zhuǎn)速低的電動(dòng)機(jī)則情況相反。要綜合考慮電機(jī)性能、價(jià)

31、格、車(chē)床性能要求等因素來(lái)選擇10。本課題中數(shù)控機(jī)床的主軸的轉(zhuǎn)速范圍要求為25r/min2500r/min。由于只有一根中間傳動(dòng)軸，傳動(dòng)鏈較短，因此變速級(jí)數(shù)較少，故對(duì)電動(dòng)機(jī)恒功率變速范圍以及整個(gè)變速范圍要求較高。V帶輪傳動(dòng)比確定為錯(cuò)誤！未找到引用源。I軸上齒輪傳動(dòng)比確定為錯(cuò)誤!未找到引用源。II軸上兩對(duì)直齒輪的傳動(dòng)比分別為錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。，=:所以兩條傳動(dòng)鏈中，高速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比錯(cuò)誤！未找到引用源。4,低速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比錯(cuò)誤！未找到引用源。，由此可得電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍：nmaK>2500X2,4=6000r/min,nmiI1<25X9,6=240r/min(5)確定

32、電機(jī)的型號(hào)由前面信息，可選取VFNC系列變頻主軸電機(jī)型號(hào)VFNC132M-33.3-5.5-4。VFNC系列變頻主軸電機(jī)的特點(diǎn)：1.雙功率設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)短時(shí)重載切削。2.恒功率范圍寬，可實(shí)現(xiàn)1:6倍恒功率設(shè)計(jì)3.導(dǎo)入基頻33.3Hz設(shè)計(jì)(是我司基頻制設(shè)計(jì)原理”在機(jī)床主軸電機(jī)上的成功應(yīng)用)，達(dá)成低速力矩大，確保低速?gòu)?qiáng)力切削，超寬恒功率調(diào)速范圍，保障高速切削光潔度。降低變頻器功率，節(jié)省成本和電源容量。VFNC系列變頻主軸電機(jī)特別適合數(shù)控車(chē)床類(lèi)機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)，配合高性能矢量變頻器或主軸驅(qū)動(dòng)器，更能發(fā)揮其優(yōu)良的主軸特性，成為性能與經(jīng)濟(jì)性具佳的數(shù)控車(chē)床類(lèi)機(jī)床的變頻主軸驅(qū)動(dòng)方案。電機(jī)參數(shù)如下表所示：表2.2電

33、機(jī)參數(shù)型號(hào)S1-100%連續(xù)額定S6-50%ED轉(zhuǎn)動(dòng)慣量G錯(cuò)誤！未找到引用源。（錯(cuò)誤！未找到引用源。）恒轉(zhuǎn)矩范圍恒功率范圍額定功率Kw額定電流A額定轉(zhuǎn)矩Nm額定功率Kw額定電流A額定轉(zhuǎn)矩Nm0.05241-33.3Hz,301000r/minS1-100%,10006000r/minS6-50%,10004500r/minVFNC132M-33.3-5.5-45.514.1545.519.274機(jī)座長(zhǎng)為470mm,電機(jī)軸徑為48mm,軸伸為60mm,中心高115mm,其余安裝尺寸及其外形由資料7得。2.2.3主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定、計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定（本小節(jié)公式除非

34、特別說(shuō)明，均出自資料12）數(shù)控車(chē)床主軸轉(zhuǎn)速范圍252500r/min則數(shù)控車(chē)床總變速范圍Rn=9一=100nmin估算主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，由于采用的是無(wú)級(jí)調(diào)速，所以采用以下的公式：n計(jì)=nmin（'max嚴(yán)=2525。產(chǎn)=99.53min（2.3）nmin25因?yàn)閿?shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大于計(jì)算轉(zhuǎn)速的實(shí)際值同時(shí)為了便于計(jì)算故取：n計(jì)=104r/min主軸的恒功率變速范圍Rn=nmax="00：-24pn計(jì)104電機(jī)的恒功率變速范圍RdD=6000=6dp1000由于Rp>>Rp,電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要用聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速

35、范圍。取Sf=Rdp=6,則ZgRnp=1.77對(duì)于數(shù)控車(chē)床,為了加工端面時(shí)滿足包p1gl線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取Z=2故前面?zhèn)鲃?dòng)比分配可取。各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速n0=nj=100r/minni=-n-416.7r/min2.4nnn=一=208r/min2nml=104r/min2nm2=416.7r/min0.5各軸輸入功率P0=ped=5.5Kw5=P00.96-5.28Kwp=50.990.98=5.12Kwpm=pnM0.99x0.98=4.97Kw各軸輸入轉(zhuǎn)矩T0=54N.mTi=9550包=955028=121N.mni416.7pn5.12T=9550=9550=23

36、5N.mnn2081 p加4.97T皿=9550-=9550456.4N.mnm1042 pm4.97T皿=9550黑2=9550父=114N.mnm416.7將以上計(jì)算結(jié)果整理后列于表2.2,供以后計(jì)算選擇，供以后計(jì)算使用:表2.3各軸的傳動(dòng)參數(shù)、索數(shù)軸0軸（電機(jī)軸）I軸（傳動(dòng)軸）II軸（中間傳動(dòng)軸）III軸（主軸）計(jì)算轉(zhuǎn)（r/.）/min1000416.7208104/416.7輸入功率（Kw）5.55.285.124.79轉(zhuǎn)矩（Nm）54121235456.4/114傳動(dòng)比23錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。，%=：2.2.4轉(zhuǎn)速圖由電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍（包括恒功率變速范圍）和各軸傳動(dòng)

37、比，作數(shù)控車(chē)床的轉(zhuǎn)速圖，見(jiàn)圖2-2.電機(jī)軸圖2.2轉(zhuǎn)速圖0.7(ddi+dd2)a0E2(ddi+dd2)第二章傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)3.1 傳動(dòng)皮帶的設(shè)計(jì)和選定(如無(wú)特殊說(shuō)明，本小節(jié)公式均出自資料14)帶傳動(dòng)是由帶和帶輪組成傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)。根據(jù)工作原理可分為兩類(lèi)：摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)。摩擦帶傳動(dòng)是機(jī)床主要傳動(dòng)方式之一，常見(jiàn)的有平帶傳動(dòng)和V帶傳動(dòng);嚙合傳動(dòng)只有同步帶一種。普通V帶傳動(dòng)是常見(jiàn)的帶傳動(dòng)形式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40。、相對(duì)高度進(jìn)似為0.7、梯形截面環(huán)行帶。其特點(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲

38、勞性好。其應(yīng)用于：帶速VW2530m/s;傳動(dòng)功率Pv700kW;傳動(dòng)比iw10軸間距小的傳動(dòng)。一.主要失效形式1 .帶在帶輪上打滑，不能傳遞動(dòng)力；2 .帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷；3 .帶的工作面磨損。保證帶在工作中不打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其它帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。4 .1.1.V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)功率Pca的確定：由表8-7查得工況系數(shù)Ka=1.1PCa=KaP=1.1M5.5=6.05Kw(2)選定帶型：根據(jù)Pca和nj由圖8-10確定選用A型。確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1并驗(yàn)算帶速傳V:1初選帶輪的基準(zhǔn)直徑

39、dd1由表8-6和表8-8確定:取小帶輪直徑dd1=125mm2驗(yàn)算帶速v=1Z601000二1251000601000=6.54m/sV：因?yàn)?m/sV30m/s,故帶速合適。3計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2dd2=i?dd1=2.4x125=300mm根據(jù)表8-8圓整為dd2=315mm確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld1初定帶輪距錯(cuò)誤！未找到引用源。得：即:0.7乂(125+315)<a0<2(125+315)308<a0<880初取a0=500mm2>計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：Ld0=2a。(ddidd2)2(dd2-ddJji=2500-(125315)4a0(3

40、15-125)24a°=1708.85mm由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=1800mm3計(jì)算實(shí)際中心距a：L一L”a:a0LdLd0=(5002安裝時(shí)所需最小軸間距：1800-1708-85)=545mmamin=a-0.015Ld0=518mm張緊或補(bǔ)償伸長(zhǎng)所需最大軸間距：amax=a0.03Ld0=599mm(5)驗(yàn)算小帶輪包角0(1:80_dd2-dd157.3,=180-(315-125)73-a545所以小帶輪包角合適。(6)計(jì)算帶的根數(shù)Z。1單根V帶的基本額定功率P,:根據(jù)dd1和nj=1000r/min查表8-4a得基本額定功率P1=1.428Kw。再根據(jù)nj=1000r

41、/min、i=2.4和A型帶查表8-4b得AP1=0.12Kw查表8-5得Ka=0.95查表82得Kl=1.01于是,=160_90Pr=(F0R)*Ka*KL=(1.4280.12)0.951.012>計(jì)算帶的根數(shù)z。1.485Pr1.485：4.07取z=5根。計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值(F0)min：(Fo)二500(2.5-Ka)KaZVqV2=500一，一_20.16.54(2.5-0.95)6.050.9556.54155N應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力F0.(F0)min計(jì)算壓軸力FP壓軸力的最小值為:(Fp)min=2Z(F°)minsin11526N(9)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺

42、寸：由表8-10可查得為了減輕傳動(dòng)軸上載荷，采用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)，使帶輪上的載荷由軸承支撐進(jìn)而傳給箱體，軸只承受轉(zhuǎn)矩，裝配裝置參見(jiàn)裝配圖。3.2 軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1 I軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如無(wú)特殊說(shuō)明，本小節(jié)公式均出自資料14)I軸上的零件主要是齒輪1。一端用凸臺(tái)定位，另一端用緊定螺釘定位。1 .選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù).根據(jù)選定的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng).(1)本次設(shè)計(jì)屬于金屬切削機(jī)床類(lèi)，一般齒輪傳動(dòng)，故選用6級(jí)精度.(2)材料選擇.由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS.(3

43、)選小齒輪齒數(shù)Z1=35，大齒輪齒數(shù)z2=2乂35=702 .按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(10-9a)進(jìn)行13t算，即：KKQQKtT1U-1/ZE22/QCXd1t-2.323；-()(2.5)du二h確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值(1)試選載荷系數(shù)Kt=1.3(2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由上文可知為121N/m(3)由表10-7選取齒寬系數(shù)4d=0.3(4)由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)Ze=189.8MPa1/2(5)由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限0Hlim1=600MPa;大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限:一Hlim2=550MPa;(6)由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次:

44、_9(2.6)Ni=60nijLh=60416.7150000=1.2510N=1.251092=6.25109(7)由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90；KHN2=0.95(8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由式(10-12)得:，=HNLHhm1=0.90600Mpa=540MPaSK,一(2.7)二H2-HN2'-Hlm2=0.95550MPa=528MPaS2)計(jì)算(1)小齒輪分度圓直徑%,代入oH中較小的值：d1t-2-323K>uu1.(J2=2.323僧105210.32(189.8)2mm'528(2.8)=108.

45、305mm3.14108.305416.7八“c,=2.362m/s(2)計(jì)算圓周速度V.(2.9)601000a口V-601000(3)計(jì)算齒寬b:b="*d1t=0.3108.305=32.492mm(2.10)(4)計(jì)算齒寬與齒高之比b/h：模數(shù)mt=d1tZ1=108.30535mm=3.09mm(2.11)齒高h(yuǎn)=2.25mt=2.253.09=6.96mm(2.12)bh=32.4926.96=4.67(2.13)(5)計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)v=4.67m/s,6級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.04；直齒輪，假設(shè)KAFt/b<100N/mmo由表10-3查得Kh

46、0t=Kf0f=1.2；由表10-2查得使用系數(shù)Ka=1.25；由表10-4查得6級(jí)精度，小齒輪懸臂支承時(shí)：KhBT.110.18(16.7d2)d20.1510%(2.14)將數(shù)據(jù)代入得:Kh=1.110.18(16.70.52)0.520.1510”32.4921.237(2.15)由b/h=7.78,KHp=1.237,查圖10-13得KfP=1.18；故載荷系數(shù)：K=KaKvKh：Kh1=1.251.041.21.237=1.930(2.16)(6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式(10-10a)得：d1-d1t3K-Kt-108.30531.9301.3-123.55mm(

47、2.17)(7)計(jì)算模數(shù)m.m=d1乙=123.5535=3.53mm3 .按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：由式(10-5)得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：2KT1工工a、m-32(r,)1dzi二f(2.18)(2.19)1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值(1)由圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限仃FE1=500MPa;大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限仃FE2=380MPa;(2)由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.82,KFn2=0.85；(3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力KfN1"-'FE1S0.825001.4=292.86MPa(2.20)取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由式(10-12)得

48、:(4)計(jì)算載荷系數(shù)K:K=KAKVKF-."產(chǎn)1.251.041.21.18=1.841(2.21)(5)查取齒形系數(shù)由表10-5查得YFa1=2.45；YFa2=2.24。(6)查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得YSa1=1.65；YSa2=1.75。(7)計(jì)算大小齒輪的YFaYSa并加以比較:%丫Fa1YSa1二F12.451.65292.86=0.01380(2.22)YFa2YSa2、F22.241.75230.71=0.01699大齒輪的數(shù)值大。2)設(shè)計(jì)計(jì)算:一50.01699mm=2.31mm21.8411.2110520.5352對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模

49、數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)2.31并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=123.55mm,算出小齒輪齒數(shù)：4=123.5/2.5=50大齒輪齒數(shù)z2=uz1=250=100這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4 .幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算分度圓直徑：d1=z1m=502.5mm=125mmd2=z2m=1002.5mm=250mm2）計(jì)算中心

50、距：a=（d1d2）2-（125250）/2-187.5mm3）計(jì)算齒輪寬度：b=dd1=0.3125=37.5mm取B2=40mm,B1=45mm。5驗(yàn)算:5=193621.211051251.25193640=60.5N/m：100N/mm3.2.2 II軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如無(wú)特殊說(shuō)明，本小節(jié)公式均出自資料14）1 .軸的支承形式該軸不受或只受極小的軸向力，而右端所受徑向力矩明顯高于左端，故左端選用深溝球軸承，而右端選用一對(duì)角接觸球軸承背靠背安裝，如圖所示：圖2.4中間軸的支承形式2 .軸上零件的軸向定位II軸上的主要零件主要有三對(duì)直齒圓柱齒輪及其中兩直齒圓柱齒輪對(duì)應(yīng)的電磁離合器。滾子軸承的左端

51、靠在端蓋上，右端用軸肩定位。與電機(jī)軸上齒輪相嚙合的齒輪左端用圓螺母固定，右端用軸肩定位.另外兩齒輪所對(duì)應(yīng)的電磁離合器位于它們中間，相互緊靠，兩齒輪的另兩端用螺釘鎖緊擋圈定位。軸右端的軸承左邊利用軸肩定位，右端用一摔油盤(pán)（有套筒的作用）和圓螺母進(jìn)行定位。（1）軸的選材和最小直徑dmin得確定軸的材料選擇為：45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)處理）。軸的最小尺寸，由式（152）,式中，A0由表153,可取得110,故:min,11035.12.20831.99取dmin=35mm。由于dmin取值較計(jì)算值大的多，所以不用再按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算和進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校合。軸的零件圖如圖2-5.圖2.5中間軸零件圖（2）齒輪的

52、設(shè)計(jì)齒輪1和2的直徑相差較大，對(duì)齒輪1（小齒輪）在模數(shù)和選材及熱處理方面要求較高，所以首先進(jìn)行該對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)。1 .選定齒輪的精度等級(jí)和材料，初選齒數(shù)本數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行速度較高，精度等級(jí)選擇6級(jí)精度；由表101,小齒輪材料選擇為40cr,調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為280HBS;大齒輪材料選擇為45鋼，調(diào)制后表面淬火，硬度為240HBS。小齒輪的齒數(shù)初選為Z1=24,Z2=Z1i3=24X2=482 .按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)按式（109a）試算：小2.323"（白2確定公式內(nèi)的各計(jì)算值:初選載荷系數(shù)Kt=1.6;計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由前文可知小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為235;由表107及其說(shuō)明，可選

53、定齒寬系數(shù)句=0.25；由表106,查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MP；/2;由圖10-21d,按齒面接觸硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度0Hlim1=650MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度仃Hlm2=600MPa；兩齒輪的設(shè)計(jì)壽命為50000h,由式1013,計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：9Ni=60nljLh=60208150000=0.62410N2V0.6241092=0.312109由圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)KhN=0.9,KhN=0.95;12計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%,安全系數(shù)s=1。由式（1012）,KHN10Hlim1仃H=0.9X650/1=585MPaSKhN20Hl

54、im29H2=0.95x600/1=570MPaS將以上參數(shù)代入公式進(jìn)行計(jì)算算小齒輪分度圓直徑d1t,代入H-中較小的值:dit.2.323189.90.25570)2=146.23mm計(jì)算圓周速度v：-4田1v=6010003.14146.232086104m/s=1.59m/s計(jì)算齒寬：b=d=0.25146.23mm=36.56mm計(jì)算齒寬與齒高之比：齒輪模數(shù)mt=d1tz=146.2324mm=6.09mm齒高h(yuǎn)=2.25mt=2.256.09mm=13.7mmbh=36.5613.7=2.67計(jì)算載荷系數(shù)K由圖108,查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.04；由表103,查得KH=Kf=1.2;H不F不由表102,查得使用系數(shù)Ka=1.25;小齒輪精度為6級(jí)，相對(duì)支撐作對(duì)稱(chēng)分布。由表10-4,Kh:=1.110.18；0.1510%=1.110.18(10.60.42)0.420.1510，36.56=1.15由b/h=4.27,KHg=1.15，查圖10-13,得KF歹1.12,故，動(dòng)載系數(shù)：K=KaKvKf：.K一=