机床主轴设计最低转速80,公比1.41,级数8-3kw
更新时间:2024-05-09 02:17:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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目录
一、设计目的 .............................................................................................................................. - 2 - 二、设计步骤 .............................................................................................................................. - 2 -
1.运动设计 .......................................................................................................................... - 2 -
1.1已知条件 ............................................................................................................... - 2 - 1.2结构分析式 ........................................................................................................... - 2 - 1.3 绘制转速图 .......................................................................................................... - 3 - 1.4 绘制传动系统图 .................................................................................................. - 5 - 2.动力设计 .......................................................................................................................... - 6 -
2.1 确定各轴转速 ...................................................................................................... - 6 - 2.2 带传动设计 .......................................................................................................... - 6 - 2.3 各传动组齿轮模数的确定和校核 ...................................................................... - 8 - 3. 齿轮齿根弯曲疲劳强度校核 ...................................................................................... - 11 -
3.1校核a传动组齿轮 ............................................................................................. - 11 - 3.2 校核b传动组齿轮 ............................................................................................ - 13 - 3.3校核c传动组齿轮 ............................................................................................. - 14 - 4. 各轴的设计及主轴的校核 .......................................................................................... - 16 -
4.1 确定各轴最小直径 ............................................................................................ - 16 - 4.2主轴的计算及校核 ............................................................................................. - 17 - 4.3多片式摩擦离合器的设计计算 ......................................................................... - 18 - 4.4各轴轴承选择 ..................................................................................................... - 20 -
三、总结 .................................................................................................................................... - 20 - 四、参考文献 ............................................................................................................................ - 21 -
- 1 -
一、设计目的
通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计,在拟定传动和变速的结构方案过程中,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,并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。
二、设计步骤
1.运动设计 1.1已知条件
[1]确定转速范围:主轴最小转速:????????=80r/min 转速级数:??=8
可得调速范围:????=?????1
=11.08
[2]电动机功率:P=3KW [3]公比:φ=1.41
[4]最大转速:????????=????????? ????=80?11.08=886.4r/min 取标准转速:????????=900r/min
1.2结构分析式
⑴ 8?2?2?2 ⑵ 8?2?4
为了使主轴不至于安装过多齿轮,增大其轴向尺寸,因此取12?2x2x2方案。在降速传动中,防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比imin?1;4 - 2 -
在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比imax?2。在主传动链任一传动组的最大变速范围Rmax??imaximin??8~10。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小,
根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下:
检查传动组的变速范围时,只检查最后一个扩大组: R2=????2?(??2?1) 其中φ=1.41,??2=4,??2=2 所以R2=1.414?(2?1)=4 ,合适。
1.3 绘制转速图
⑴选择电动机
一般车床若无特殊要求,多采用Y系列封闭式三相异步电动机,根据原则条件选择Y100L2-4型Y系列笼式三相异步电动机。
其同步转速1430r/min,额定功率3KW ⑵分配总降速传动比 总降速传动比 i=
????????????
80
=1430=0.056
- 3 -
又电动机转速????=1430r/min不符合转速数列标准,因而增加一定比传动副。
[3]确定传动轴轴数
传动轴轴数 = 变速组数 + 定比传动副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。
⑷确定各级转速并绘制转速图
由????????=80r/min,?=1.41,Z=8确定各级转速:
900、630、450、315、224、160、112、80r/min。
由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比i=1430/0=2.27 。下面画出转速图(电动机转速与主轴最高转速相近)。
143
900 630 450 315 224 160 112 80
[5]确定各变速组传动副齿数 ①传动组a:
????1=1/??=1/1.41,????2=1/1 查《实用机床设计手册》表2.3-4,
可取????=70,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为:、29、35。 可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为:、41、35。 ②传动组b:
????1=1/??2=1/2,????2=1/1
查《实用机床设计手册》表2.3-4,
可取 ????=78,于是可得轴Ⅱ上两联齿轮的齿数分别为:26、39。 于是得轴Ⅲ上两齿轮的齿数分别为:52、39。 ③传动组c:
????1=??3=1/2.82,????2=??2=1.41
- 4 -
1
查《实用机床设计手册》表2.3-4, 可取????=91,
????1=1/2.82为降速传动,取轴Ⅲ齿轮齿数为24; ????2=1.41为升速传动,取轴Ⅳ齿轮齿数为38。 得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为24,53; 得轴Ⅳ两齿轮齿数分别为67,38。
1.4 绘制传动系统图
根据轴数,齿轮副,电动机等已知条件可有如下系统图:
29 280
39 26 53 41 35 24 35 39 52 38 67 125
- 5 -
2.动力设计
2.1 确定各轴转速
⑴确定主轴计算转速:主轴的计算转速为 ??????=??????????
???138
=80?
1.413?1
=140 r/min
取主轴计算转速为:160 r/min ⑵各传动轴的计算转速:
轴Ⅲ可从主轴160 r/min按24/67的传动副找上去,轴Ⅲ的计算转速
450 r/min;轴Ⅱ的计算转速为450r/min;轴Ⅰ的计算转速为630r/min。
[3]各齿轮的计算转速
传动组c中,只需计算z =24的齿轮,计算转速为140 *67/24=450 r/min; 传动组b计算z = 26的齿轮,计算转速为450r/min; 传动组a应计算z =29的齿轮,计算转速为630r/min。 [4]核算主轴转速误差
??实=1430?
125353953
???=890 r/min
280
35
39
38
??标=900r/min
所以合适。
??实???标
??标
=
890 ?900
900
=1.07%≤10 φ?1 =4.1%
2.2 带传动设计
电动机转速n=1430r/min,传递功率P=3KW,传动比i=1430/630=2.27 ,两班制, 一天运转16.1小时,工作年数10年。
⑴ 定计算功率 取????=1.1,则??????=??????=3.3KW ⑵选取V带型
根据小带轮的转速和计算功率,选A型带。
⑶确定带轮直径和验算带速
查表小带轮基准直径??1=125????,??2=125???=125?2.27 =280????
- 6 -
11
验算带速成v=60?1000 ??????
其中 n1-小带轮转速(r/min);
d1-小带轮直径(mm);
v=
3.14?125?1430600?1000
=9.35 ??/??∈[5,25],合适。
[4]确定带传动的中心距和带的基准长度 设中心距为a0,则
0.55(??1+??2)≤a0≤2(??1+??2)
于是222.75≤a0≤810,初取中心距为??0=400mm。 带长??0=2??0+2 ??1+??2 +=2?400+
3.142
??
??2???1 2
4??0
125+280 +
280?125 2
4?400
=1451 mm
查表取相近的基准长度????,????=1400????。 带传动实际中心距a=??0+
[5]验算小带轮的包角
一般小带轮的包角不应小于120?。 α1≈180?
??2???1??
???????02
=400+
1400?1451
2
=375 mm
?57.3=158 °>120°, 合适
[6]确定带的根数
Z=
其中:
??0=1.93
??0为α1=180°,载荷平稳,i=1,特定基准长度时单根V带的额定功率,
由《实用机床设计手册》图3.2-3,3.2-4得:
??????
??0+???0 ????????
???0=0.09
???0 为i?1时传递功率的增量,由《实用机床设计手册》图3.2-3,
3.2-4得:
????=0.95
- 7 -
????为按小轮包角?;由《实用机床设计手册》表3.2-6查得
????=0.96
????为长度系数;由《实用机床设计手册》表3.2-6查得
为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀,限制根数不大于10。 Z= 1.93+0.09 ?0.95?0.96=1.79 取2
[7]计算带的张紧力F0
??????2.5?????
F0=500 +????2
????????
其中: pca-带的传动功率,3.3KW; v-带速,9.35 m/s;
q-每米带的质量,kg/m;取q=0.1kg/m。 由《实用机床设计手册》表3.2-1查得
??0=500?9.35 ?2?
3.33.3
2.5?0.95
0.95
+0.1?9.35 2=152.64 N
[8]计算作用在轴上的压轴力 F??≈2????0??????
??12
≈2?2?152.64 ???????
158
2
=599.06 N
2.3 各传动组齿轮模数的确定和校核
⑴模数的确定(按齿面接触疲劳计算齿轮模数): a传动组:只需计算齿数最小齿轮模数 计算齿齿轮的模数:
(??+1)??1??2??3??
????=16300
??????12?? ????[????]23
其中: i-公比 ; i=1.41; ??1-工况系数;取1.2
- 8 -
??2?动载荷系数;查《金属切削机床设计指导》表28
按精度等级7,≤HB350,取??2=1.4 ??3?齿向载荷分布系数;查《金属切削机床设计指导》表29 取??3=1.12
P-齿轮所传递的额定功率;P =??????=3?0.95=2.85Kw
??=??带??轴承=0.96?0.99=0.95
????-齿宽系数;取8 ??1?小齿轮齿数;取29 ????-齿轮计算转速;630r/min
[????]-齿轮许用接触应力; 按45#整体淬火[????]=1100MPa
????=16300
取m =2.5 mm。
于是传动组a的齿轮模数取m =2.5 mm,b =20mm。 轴Ⅰ上齿轮的直径:
????1=2.5 *35=87.5mm,????2=2.5 *29=72.5mm 轴Ⅱ上三联齿轮的直径分别为:
′′????1=2.5 *35=87.5mm,????2=2.5 *41=102.5mm
3
1.41+1 ?1.2?1.4?1.12?2.85
=1.98
8?292?1.41?630?11002
b传动组:
按最小齿数26的齿轮计算:
(??+1)??1??2??3??
????=16300
??????12?? ????[????]23
其中: i-公比 ; i=2; ??1-工况系数;取1.2
- 9 -
??2?动载荷系数;查《金属切削机床设计指导》表28
按精度等级7,≤HB350,取??2=1.4 ??3?齿向载荷分布系数;查《金属切削机床设计指导》表29 取??3=1.12
P-齿轮所传递的额定功率;P =??????=3?0.92=2.76Kw ??=??带??轴承??轴承??齿轮=0.96?0.99?0.99?0.98=0.92
????-齿宽系数;取8 ??1?小齿轮齿数;取26 ????-齿轮计算转速;450r/min
[????]-齿轮许用接触应力; 按45#整体淬火[????]=1100MPa
2+1 ?1.2?1.4?1.12?2.76 ????=16300=2.25
8?262?2?450?110023
取m =3 mm。
于是传动组b的齿轮模数取m =3 mm,b =24mm。 轴II上齿轮的直径: ????1=3 *39=117mm,????2=3 ?26=78mm 轴III上三联齿轮的直径分别为:
′′????1=3 *39=117mm,????2=3 *52=156mm
c传动组:
按最小齿数24的齿轮计算:
3(??+1)??1??2??3??
????=16300
??????12?? ????[????]2
其中: i-公比 ; i=2.82; ??1-工况系数;取1.2
??2?动载荷系数;查《金属切削机床设计指导》表28
按精度等级7,≤HB350,取??2=1.4
- 10 -
4. 各轴的设计及主轴的校核
4.1 确定各轴最小直径
计算公式:d≥110 n j4
P 式中:d—轴的危险断面处的直径(mm),当轴上有一个键槽时, d值应增大4%-5%;当同一断面上有两个键槽时,d
值应增大7%-10%。当轴为花键时,则轴的内径可比
d值减小7%。
P—该轴传递的额定功率(KW)。 nj—该轴的计算转速(r/min)。
取传递效率,??带=0.96,??轴承=0.99,??齿=0.98
(1)I轴的直径:
I轴传递功率P??=??????带??轴承=3?0.96?0.99=2.85 KW
d≥110 n??=110 630=28.53 mm,
j
4
P42.85
考虑键槽故增大5%并圆整取d=32mm
(2)II轴的直径:
II轴传递功率P????=??????齿??轴承=2.85 ?0.98?0.99=2.77 KW
d≥110 n????=110 450=30.80 mm,
j
4
P42.77
考虑键槽故增大5%并圆整取d=35mm
(3)III轴的直径:
III轴传递功率P??????=??????齿??轴承=2.77 ?0.98?0.99=2.68 KW
??????d≥110 n=110 450 =30.57 mm,
j4
P42.68
考虑键槽故增大5%并圆整取d=35mm
(4)IV轴(主轴)的直径:
IV轴传递功率P????=??????????齿??轴承=2.68 ?0.96?0.99=2.60 KW
d≥110 n????=110 160 =39.29 mm,
j
4
P42.60
圆整取d=42mm
- 16 -
4.2主轴的计算及校核
(1)选择主轴轴颈直径,轴承型号和最佳跨距
最大加工直径400mm,P=3KW.经查《实用机床设计手册》表3.11-6:得: 前轴颈应为70-90mm, 初选D1=85mm,
后轴颈D2=(0.7-0.85)D1,取D2=65mm, 取主轴中空孔直径为0.5D2=32mm, 前轴承为NN3017K,后轴承为NN3013K, 根据结构,初定悬伸长度??1=75mm
根据经验,主轴的跨距L= 3~5 ??1,初定l=350mm
(2)主轴前端位移验算:
为了保证机床的加工精度,必须限制主轴悬伸端处的位移不能超过允许值,近似计算中可不计轴承变形的影响。通过计算和实验可知,主轴端部由主轴变形引起的位移占总位移的50%~80%,一般可取60%。由轴承变形引起的位移占20%~40%。 主轴受力简图如下:
′计算公式:????≥1.66????
′ 其中 ????=??2(??+??) ,????=???? 0.6??2+0.4
??
??
??
??
(1+??)2??????2(1+)??300??4
2????
式中:D-主轴当量外径,简化计算为D=(D1+D2)/2=7.5mm
- 17 -
????=75mm
????=0.4Dmax=0.4*400=160mm L=350mm
??cb??lim
????=????????????????
2??(1+ξ) 查表9-8取当V=50m/min,f=0.1mm/r时,??cb=2.46??/μm.mm, ??=68.8°,??lim=0.015Dmax=6mm。 查表9-9取??=0.03 车削外圆式一般取??=45°
cblim故:????=2??????????????????=
(1+ξ)
????2.46?6
2?0.025(1+0.025)
??????68.8???????45=55.98 N/μm
44
300??300?7.5′
????=2==397.06 ??/????
????(??+????)7.52?(35+7.5)2(1+????
????=???? 0.62+0.4
????(1+
????2
)??
????2 )??
=55.98 ? 0.6?
1602
752+0.4?
1+350 1+350 75
1602
2 =185.12 N/μm
′????≥1.66????
可以看出,主轴的刚度是合格的。
4.3多片式摩擦离合器的设计计算
查取教材10.6,选用材料为铜-铜基粉末冶金材料,并选择干式型离合器。
(1)确定外离合器的直径??1
对于轴装式,??1=??+ 2?6 ????=85+(2-6)=87-91 最终取??1=88mm (2)确定内摩擦片的外径??2
??2=
其中??取0.57-0.75,此处取0.6 则??2=
??10.6
??1 ??=
88
0.6
=117.33 mm
圆整取??2=118mm
(3)计算摩擦面中径????及摩擦面平均线速度????
- 18 -
????=
??1+??2
2
=
88+118
2
=103mm =3.40 m/s
??
v=60000=
??????3.14?630?103
60000
(4)计算摩擦片对数Z
??????=
12??????103
3
????[p](??2
?
3??1)????????
式中???安全系数,取1.3-1.5,此处取1.4 ???摩擦系数,查表10.6,取0.28 p ?材料的许用压强,查表10.6,取1
?????速度修正系数,查表10.7得:0.86
?????每小时结合数修正系数,对于干式型离合器,取1 ?????摩擦面对数修正系数 ????-离合器传递的扭矩。 ????=
9550?????
=
9550?3
630
=45.48 N.m
=3.14?0.28?1? 1183?883 ?0.86?1=1.05
12?45.48 ?1.4?103
??????=
12??????103
3???3)????????[p](??2????1
查表10.9取Z=3 (5)计算主动片数??1和被动片数??2 ??1=2+1=2+1=2.5,取3 ??2=2=2=1.5,取2
总片数i=??1+??2=3+2=5 (6)计算轴向压力
22
Q=4(??2???1)[p]????=
??
3.144
??3??
3
? 1182?882 ?1?0.86=4172.12 N
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4.4各轴轴承选择
主轴:根据外径D1=85,D2=65
后端选择双列圆柱滚子轴承NN3017K,其内径为85,外径为130 前端选择双列圆柱滚子轴承NN3013K,其内径为65,外径为100 I轴:根据计算I轴外径为32
选择圆锥滚子轴承30205,其内径为25,外径为52 II轴:根据计算II轴外径为35
选择圆锥滚子轴承30206,其内径为30,外径为62 III轴:根据计算III轴外径为35
选择圆锥滚子轴承30206,其内径为30,外径为62
三、总结
金属切削机床的课程设计任务完成了,虽然设计的过程比较繁琐,而且刚开始还有些不知所措,但是在同学们的共同努力下,再加上老师的悉心指导,我终于顺利地完成了这次设计任务。本次设计巩固和深化了课堂理论教学的内容,锻炼和培养了我综合运用所学过的知识和理论的能力,是我独立分析、解决问题的能力得到了强化.
- 20 -
四、参考文献
[1]工程学院机械制造教研室 主编.金属切削机床指导书.
[2]濮良贵 纪名刚主编.机械设计(第七版).北京:高等教育出版社,2001年6月
[3]毛谦德 李振清主编.《袖珍机械设计师手册》第二版.机械工业出版社,2002年5月
[4]《减速器实用技术手册》编辑委员会编.减速器实用技术手册.北京:机械工业出版社,1992年
[5]戴曙主编.金属切削机床.北京:机械工业出版社,2005年1月
[6]《机床设计手册》编写组 主编.机床设计手册.北京:机械工业出版社,1980年8月
[7]华东纺织工学院哈尔滨工业大学天津大学主编.机床设计图册.上海:上海科学技术出版社,1979年6月
- 21 -
四、参考文献
[1]工程学院机械制造教研室 主编.金属切削机床指导书.
[2]濮良贵 纪名刚主编.机械设计(第七版).北京:高等教育出版社,2001年6月
[3]毛谦德 李振清主编.《袖珍机械设计师手册》第二版.机械工业出版社,2002年5月
[4]《减速器实用技术手册》编辑委员会编.减速器实用技术手册.北京:机械工业出版社,1992年
[5]戴曙主编.金属切削机床.北京:机械工业出版社,2005年1月
[6]《机床设计手册》编写组 主编.机床设计手册.北京:机械工业出版社,1980年8月
[7]华东纺织工学院哈尔滨工业大学天津大学主编.机床设计图册.上海:上海科学技术出版社,1979年6月
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