XK5040數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書題目：數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：機(jī)械工程學(xué)院機(jī)制系年級(jí)專業(yè)：10級(jí)機(jī)制一班學(xué)號(hào)：100101010106學(xué)生姓名：曹微指導(dǎo)教師：王敏婷目錄第一章概述 頁第一章概述1.1設(shè)計(jì)要求機(jī)床類型：數(shù)控銑床滿載功率4KW，最高轉(zhuǎn)速2250rpm,最低轉(zhuǎn)速40rpm變速要求：無級(jí)變速進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：行程1500，最低速度0.001mm/r，最高速度0.5mm/r，最大載荷4500N，精度±3第二章主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)要求機(jī)床類型滿載功率最高轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速變速要求數(shù)控銑床4kw2250rpm40rpm無極調(diào)速56,252.電機(jī)的選取2.1計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定機(jī)床主軸的變速范圍：Rn=nmaxnmin，且：nmax=2250所以：Rn=225040根據(jù)機(jī)床的主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：nj=n得：nj=40х56.250.3=134.0選：nj=1342.2主軸轉(zhuǎn)速圖的確定因?yàn)門T則主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性圖如下主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性2.3確定電機(jī)功率圖初步給定i1進(jìn)而確定最佳傳動(dòng)比i2綜合如下圖：2.4確定電機(jī)的功率：因?yàn)椋篜又：P即?。篜時(shí)，得4得P根據(jù)電機(jī)標(biāo)稱功率的系列選擇：標(biāo)稱功率為P此時(shí)電動(dòng)機(jī)過載系數(shù)λ此時(shí)將傳動(dòng)比i2=4.66修正為因此選用上海皓天電機(jī)制造有限公司YVF2-160M-4變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，連續(xù)輸出功率為11kw，售價(jià)2330元人民幣。變頻器選擇日利普電子科技有限公司的變頻器，變頻器型號(hào)：RLPB-15R0G-4-4-485-Z，售價(jià)2100元人民幣。2.7傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)2.7.1各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)速nj是傳動(dòng)件傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，各個(gè)傳動(dòng)軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖是直接得出，如表3-1所示。表3-1各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速軸Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸計(jì)算轉(zhuǎn)速1501501342.7.2各軸功率和扭矩的計(jì)算已知一級(jí)齒輪傳動(dòng)效率為0.98（包括軸承），第=2\*ROMAN=3\*ROMANⅢ軸的輸出功率為P3=4kw；則：Ⅱ軸的輸出功率為：PⅠ軸的輸出功率為：P則各軸輸入功率為Ⅰ軸：PⅡ軸：P=2\*ROMAN=3\*ROMANⅢ軸：P3=4.08kw各軸輸入轉(zhuǎn)矩Ⅰ軸：Ⅱ軸：=2\*ROMAN=3\*ROMANⅢ軸：T3=9550·P32.7.3扭轉(zhuǎn)角的選擇[[φ]是每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）,可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取，其選擇的原則如表3-2所示。表3-2許用扭轉(zhuǎn)角選取原則軸一般傳動(dòng)軸要求高的軸要求低的軸[φ]（deg/m）0.5-10.25-0.51-2最后所確定各軸所允許的扭轉(zhuǎn)角如表3-3所示軸Ⅰ軸Ⅱ軸=2\*ROMAN=3\*ROMANⅢ軸[φ]（deg/m）52.7.4各軸直徑的估算把以上確定的各軸傳動(dòng)軸的輸入功率、允許扭轉(zhuǎn)角[]代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公式：d=914Nddd計(jì)算出的軸頸要進(jìn)行圓整，電機(jī)軸根據(jù)所選電機(jī)確定，YVF2-160M-4型號(hào)交流主軸電動(dòng)機(jī)電機(jī)軸d1=42mm，滿足要求；為便能夠采用標(biāo)準(zhǔn)量具和刀具，Ⅱ軸做成花鍵軸，故選擇花鍵軸外徑花鍵軸尺寸平均直徑當(dāng)量直徑極慣性矩慣性矩635.535.9316368781844綜合考慮，估算各軸直徑如表3-4表3-4各軸估算直徑軸Ⅰ軸Ⅱ軸=2\*ROMAN=3\*ROMANⅢ軸估算直徑4238602.7.5主軸軸頸尺寸的確定為保證機(jī)床的工作精度，主軸尺寸一般都是根據(jù)其剛度要求確定的，對(duì)于通用機(jī)床的主軸尺寸參數(shù)通常由結(jié)構(gòu)上的需要而定。故主軸前軸頸的尺寸可通過查表得到：主軸的驅(qū)動(dòng)功率為4kW，機(jī)床類型為數(shù)控銑床，則主軸前軸頸取D1主軸的后軸頸一般為前軸頸的0.7～0.85倍，為了保證主軸剛度，取后軸頸D2=（根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6.1-36?。簝?nèi)孔選擇：銑床主軸結(jié)構(gòu)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取，選7：24圓錐連接的主軸端部錐度號(hào)為30的軸頭，內(nèi)孔為17mm。2.7.6主軸最佳跨距的選擇=1\*GB3①、由前軸頸取D1=65mm，后軸頸取D2=50mm，選前軸承為NN3013型和234413型，后軸承為NN3010型。選主軸錐度號(hào)為30的軸頭，根據(jù)結(jié)構(gòu)，定懸伸長(zhǎng)度a=73mm。軸承類型子分類國內(nèi)新型號(hào)規(guī)格(dxDxB)圓柱滾子軸承雙列圓柱滾子軸承NN301365×100×26圓柱滾子軸承雙列圓柱滾子軸承NN301050×80×23球軸承雙向推力角接觸球軸承234413-M-SP65×100×44=2\*GB3②、求軸承剛度：主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩：T設(shè)定工作臺(tái)面積為320х1250（mm2），端銑刀的計(jì)算直徑為200mm，端銑刀寬度60mm，故半徑為0.1m最大圓周切削力P該銑床進(jìn)給系統(tǒng)末端傳動(dòng)副有消隙機(jī)構(gòu)，應(yīng)采用不對(duì)稱順銑，則作用端銑刀上的切削分力與銑削圓周力的比例關(guān)系大致為：PPP垂直于進(jìn)給方向的鉛直分力:P平行于進(jìn)給方向的水平分力:P軸向分力:P則端銑刀徑向作用力:P=此力作用在工件和端銑刀上，主軸和工作臺(tái)各承受一半，故主軸端受力約為P在估算時(shí)，先假定初值la=3,前后支承的支反力RA和RFF軸向力R根據(jù)《金屬切削機(jī)床》公式（如下）球軸承K滾子軸承K式中Ka、Kr——軸向和徑向剛度（可求出前、后軸承剛度軸承NN3013徑向剛度：Kra=1074.5N/μm軸承NN3010徑向剛度：Krb=935.4N/μm軸承234413-M-SP軸向剛度：K=3\*GB3③、求最佳跨距：K初步計(jì)算時(shí)，可假設(shè)主軸的當(dāng)量外徑de為前、后軸承頸的平均值，d故慣性矩為Iη查《金屬切削機(jī)床》圖（10—24）主軸最佳跨距計(jì)算線圖，l0/a=2.3?？筛鶕?jù)l0/a=22.8齒輪的設(shè)計(jì)2.8.1材料和熱處理工藝由于機(jī)床主軸齒輪一般在高速、中載、無猛烈沖擊的條件下工作，而且要求熱處理變形小，所以選擇齒輪材料為40Cr，高頻淬火，HRC50～55。2.8.2初步計(jì)算齒輪的模數(shù)一般同一變速組中的齒輪去同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算：m式中：mj——按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)（mm）Nd——驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（kW）；μ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)比μ≥1，外嚙合取“+”號(hào)，內(nèi)嚙合取“—”號(hào)；ψm——齒寬系數(shù)，ψZ1бj——許用接觸應(yīng)力（Mpa）nj電機(jī)軸與中間軸的齒輪副Z1中，i=1，Nd=4kw，ψm=10，Z1mj1=16338中間軸與主軸的齒輪副Z2中，i=1，Nd=4kw，ψm=10，Zmj2=中間軸與主軸的齒輪副Z3中，i=4.5，Nd=4kw，ψm=10，Z1mj3=一般上使中間軸和主軸之間的兩對(duì)齒輪模數(shù)相等，故選取m表4-1各齒輪副的齒數(shù)和模數(shù)齒輪ZZZZZZ齒數(shù)555555552090模數(shù)2233332.8.3齒輪寬度確定機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中推薦的齒寬系數(shù)ψm=bm=6～10,取ψm=104-2各齒輪副的齒寬齒輪ZZZZZZZ齒寬b2020303040302.8.4中心距的確定=1\*GB3①齒輪Z11和齒輪Z12a1分度圓直徑：在此處鍵入公式。d齒頂圓直徑：d齒根圓直徑：d=2\*GB3②齒輪Z21和齒輪Z22a2分度圓直徑：d齒頂圓直徑：d齒根圓直徑：d=3\*GB3③齒輪Z31和齒輪Z32a3分度圓直徑：dd齒頂圓直徑：dd齒根圓直徑：dfd2.8.5直齒圓柱齒輪的應(yīng)力驗(yàn)算在驗(yàn)算變速箱中齒輪應(yīng)力時(shí)，選相同模數(shù)中承受載荷最大的、齒數(shù)最少的齒輪進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗(yàn)算。一般對(duì)高速傳動(dòng)齒輪主要驗(yàn)算接觸應(yīng)力，對(duì)低速傳動(dòng)齒輪主要驗(yàn)算彎曲應(yīng)力，對(duì)硬齒面軟齒芯的滲碳淬火齒輪，一定要驗(yàn)算彎曲應(yīng)力。接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式：б彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式：б式中：N——傳遞的額定功率（kw）,N=ηNdNd——電動(dòng)機(jī)功率（kwη——從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算齒輪的傳遞效率；m——初算的齒輪模數(shù)（mm）；B——齒寬（mm）Z——小齒輪齒數(shù)；μ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)比μ≥1，外嚙合取“+”號(hào)，內(nèi)嚙合取“—”號(hào)；ksks=kTkT——齒輪在機(jī)床工作期限內(nèi)的總工作時(shí)間；n1C0——m——疲勞曲線指數(shù)；knkNkqk1k2k3——工作狀況系數(shù)，考慮載荷沖擊的影響，主運(yùn)動(dòng)取k3=1.2～Y——齒形系數(shù)；бjбw=1\*GB3①、齒輪副Z1模數(shù)，選Z11=30齒輪，按接觸應(yīng)力驗(yàn)算：T=15000h,n1=150,kkn=0.82，kNk1.9=ksmaxμ=1，k1=1.2，k2=1.4，k3=1.15，ks=0.86，N=4kw，б按彎曲應(yīng)力計(jì)算：T=15000h,n1=150,kkn=0.99，kNks0.85=ksmaxk1=1.2，k2=1.4，N=4kw，b=20，Z1=55，Y=0.49,б=300綜上所述，無論從接觸應(yīng)力還是彎曲應(yīng)力，均符合要求，故取m1=2=2\*GB3②、齒輪副Z2和Z3模數(shù)相等，選Z31=20齒輪按接觸應(yīng)力驗(yàn)算：T=15000h,n1=150,C0kkn=0.71，kNk1.9=ksmax>ks>kμ=4.5，k1=1.1，k2=1.4，k3=1.04，ks=1.14，N=4kw，b=40，Z1=2б按彎曲應(yīng)力計(jì)算：T=15000h,n1=150,kkn=0.86，kNksks<kk1=1.2，k2=1.4，k3=1.04，ks=0.6，Y=0.42，N=4kw，B=40，Z1=20，m=3，б=176.綜上所述，無論從接觸應(yīng)力還是彎曲應(yīng)力，均符合要求，故取m2=m3總結(jié)經(jīng)過為期四周的不懈努力，我們順利完成了對(duì)數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在這四周的時(shí)間里，按照設(shè)計(jì)要求、結(jié)合所學(xué)設(shè)計(jì)理論，一步一步，認(rèn)真地分析、計(jì)算，終于完成了這個(gè)課程設(shè)計(jì)。雖然在本次課程設(shè)計(jì)過程中，我們明顯感覺本次課程設(shè)計(jì)難度較高，但是我們還是把它完成了。通過本次課程設(shè)計(jì)，使我們以前所學(xué)的多門知識(shí)得到了一次綜合運(yùn)用，也使我們進(jìn)一步理解了各門學(xué)科之間的相互聯(lián)系。同時(shí)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)前的最后一次課程設(shè)計(jì)，可以說是畢業(yè)設(shè)計(jì)前的一次練兵，也為以后的設(shè)計(jì)工作打下了一定的基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計(jì)在提高我們解決實(shí)際問題能力的同時(shí)，也讓我們認(rèn)識(shí)到了自己的許多不足之處，還有待提高。另外，在本次設(shè)計(jì)過程中，老師不辭辛苦指導(dǎo)我們，給予了我們很大的幫助，在此深表感謝！當(dāng)然，由于我們水平有限，整個(gè)設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免，懇請(qǐng)老師不吝指正。參考文獻(xiàn)1、