立式車床改立式磨床的工作臺裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計

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The design of vertical grinding machines by retrofitting techniques can save large costs of purchasing new machines, thereby reducing production costs and making effective use of existing resources. At the same time, through the design of this topic, we train the quality of the lathe structure design and reconstruction. In particular, the design of gearbox, the ability to find information, independent innovation, and CAD mapping knowledge. Key words: vertical lathe; vertical grinding machine; machine tool modification II 第 1 章 緒 論 1.1 引言 目前，我國中、小型企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都需要有一個新的提高。但是，加工手段卻遠遠不能滿足。有遠見的企業(yè)家根據(jù)國情、廠情，都認(rèn)為只有走技術(shù)改造的道路，按照實際情況對設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)進行改進，通過強化自身，以求自我發(fā)展，才是一條捷徑。而為適應(yīng)生產(chǎn)的需要，大家都在千方百計地從機床上革新挖潛。生產(chǎn)實踐表明，因地制宜的進行機床改裝，不僅投資小、上馬快、效果好，是彌補設(shè)備不足或不配套的好辦法，也是解決設(shè)備“技術(shù)老化”的重要途徑，特別是對中小工廠和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)更具有現(xiàn)實意義。 有遠見的知識分子認(rèn)為“機床的真正價值在于使用”，而機床的使用與工件、夾具、刀具和其他輔具密切相關(guān)，也與操作者的操作技能、維護保養(yǎng)水平和加工方法有這重要的聯(lián)系，因此主張發(fā)揮人的聰明才智，以機床為基礎(chǔ)，對機床—夾具—工件—刀具這一工藝系統(tǒng)進行全面的分析，為實現(xiàn)預(yù)定的目的，采取必要而合理的技術(shù)措施。在采取技術(shù)措施時，不能墨守陳規(guī)，要勇于“改”，即對機床的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行改裝，對機床的使用工藝和裝備進行改革，并且強調(diào)與“巧”，也就是提倡技術(shù)措施恰當(dāng)，不是一味地追求先進，做到改裝方案合理、結(jié)構(gòu)簡單、方法巧妙、經(jīng)濟效果好。這就是我們進行改裝的指導(dǎo)思想。 1.2 研發(fā)的背景及意義 在中國中小型工廠企業(yè)里，立式車床承擔(dān)著較多的工作任務(wù)，而磨削是車床不能完成的任務(wù)之一，為了改進此缺點，并從經(jīng)濟方面考慮，改造立式車床工作臺為立式磨床，以便完成磨削任務(wù)，從而節(jié)約了買專用磨床的花費，提高了車床的工作范圍及效率，并節(jié)約了車間空間。 通過設(shè)計后的立式磨床將是集環(huán)保型、高工作性、高耐久性于一體的改裝設(shè)備。 眾所周知，企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、得到發(fā)展,就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出滿足市場需求、性能合適的產(chǎn)品。 此課題主要是解決立式車床不能完成的磨削任務(wù)，并在特定情況下可以合理利用資源，改裝立式車床工作臺完成立式磨床的工作臺。通過采用改裝技術(shù)來設(shè)計立式磨床，可以省去購買新機器的大筆成本，因而降低生產(chǎn)成本，有效的利用現(xiàn)有資源。同時通過此課題的設(shè)計培養(yǎng)我們對車床結(jié)構(gòu)設(shè)計以及改造的素質(zhì)。特別是變速箱的設(shè)計、查找資料自主創(chuàng)新、及CAD制圖識圖的能力。 1.3 我國機床技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望 在改革開放的20年，中國NC車床的技術(shù)水平提高較快，在設(shè)計、制造、使用上進步很大。2001年中國NC車床產(chǎn)量3900臺，進口約3500臺。1995年中國NC車床擁有量2.1萬臺(占NC機床之33%)。2002年3月的上海中國數(shù)控機床展(CCMT 2002)，展出200臺整機，包括64臺NC車床，代表了當(dāng)前中國NC車床的最高技術(shù)水平，另有車削中心9臺，占14%。沈陽機床公司與德國合作生產(chǎn)的SSCKZ 63-5型5軸車銑中心，可控制X、Y、Z、B、C軸，床身最大回轉(zhuǎn)直徑φ800mm，主軸2000r/min，主電機37kw，刀庫有12把刀，配西門子840D NC系統(tǒng)。成都寧江機床廠的CKE1112型NC縱切自動車床，加工棒料直徑φ12mm，主軸轉(zhuǎn)速12000r/min，為5軸2聯(lián)動，配用FANUCD-O NC系統(tǒng)。上海第二機床廠的HM-O15型倒置立式車削中心，主軸4000r/min，主電機40kw，采用INDRAMAT NC系統(tǒng)，機床帶自動上下料裝置。在2000年3月的CCMT展上，上海重型機床廠展出自行設(shè)計的SHZ 1044型雙主軸立式車削中心，具有特色，可側(cè)面反映出目前中國NC車床的設(shè)計和制造水平。 1.我國機床技術(shù)任然存在差距 在精度、效率、自動化上存在一定差距；主機設(shè)計基本功差，缺乏創(chuàng)新，模塊化設(shè)計少；重要基礎(chǔ)元部件、NC系統(tǒng)主要依靠進口；缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，設(shè)計、試驗手段較落后；在NC車床的產(chǎn)品水平和總體技術(shù)水平上，差距明顯。努力方向包括狠抓根本，解決主機、元部件先進性。 2.我國機床低端混戰(zhàn)，高端失守狀況仍存在 　　我國機床工具行業(yè)在進進21世紀(jì)后，連續(xù)8 年保持了快速發(fā)展的良好形勢，已經(jīng)連續(xù)4 年在規(guī)模和產(chǎn)值上成為世界第三大機床生產(chǎn)國。國產(chǎn)機床國內(nèi)市場占有率從2000 年的不到40％，進步到2008 年的61％。但目前我國大部分高檔數(shù)控機床依靠進口的局面仍未打破，國產(chǎn)數(shù)控機床中附加值較低的簡單經(jīng)濟型數(shù)控機床占比近 70%，而進口的卻是具有高附加值的高中檔數(shù)控機床，國外公司大約占領(lǐng)我國高檔機床85%的市場份額。為此，機床工具行業(yè)制定了三年振興規(guī)劃：經(jīng)過三年發(fā)展，國產(chǎn)機床國內(nèi)市場占有率進步到70％以上，其中數(shù)控機床占有率進步到40％以上。 　　下游需求決定行業(yè)未來以大、重、高精為發(fā)展方向機床行業(yè)的下游產(chǎn)業(yè)主要可以回納為四大產(chǎn)業(yè)：即汽車產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)機械產(chǎn)業(yè)、軍工產(chǎn)業(yè)（包括航空航天、兵器、船舶、核產(chǎn)業(yè)等）和以電子信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。汽車產(chǎn)業(yè)和航天軍工產(chǎn)業(yè)是機床市場需求最大且需求產(chǎn)品技術(shù)水平最高的市場。汽車行業(yè)需求占據(jù)45-50%，機械占據(jù)20-25%，軍工行業(yè)占15-20%，其他行業(yè)占剩余份額。下游行業(yè)需求多集中在大型、重型、高精度的數(shù)控機床，決定了行業(yè)未來仍將以“高速、精密、智能、復(fù)合”為方向，多軸聯(lián)動加工中心、復(fù)合加工機床、高速精密數(shù)控機床等產(chǎn)品也將繼續(xù)是行業(yè)未來重點發(fā)展的品種。 　 3.政策措施促進行業(yè)發(fā)展 機床行業(yè)在裝備制造業(yè)中具有基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性的地位，一個國家數(shù)控機床的水平高低和擁有量是衡量國家綜合經(jīng)濟實力和國防安全的重要指標(biāo)。近期我國不斷出臺一系列支持政策，包括《裝備制造業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃（2009-2011）》、《高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備重大專項》等，以促進機床行業(yè)平穩(wěn)快速發(fā)展，應(yīng)對金融危機的考驗。 1.4 立式車床改立式磨床工作臺基本設(shè)計思路及關(guān)鍵技術(shù) 1.4.1 設(shè)計要求 本課題主要是改造立式車床的主傳動系統(tǒng)和工作臺，使其能完成磨床的任務(wù)，即改造成立式磨床工作臺。設(shè)計后的機床將達到以下要求： 1. 達到磨床的使用精度，能生產(chǎn)出符合要求的成品； 2. 改立式車床工作臺為立式磨床工作臺，使其達到密封要求，要求潤滑液不下漏到工作臺下箱，為操作者帶來極大的方便； 3. 查找相關(guān)改裝資料，掌握機床主傳動部件設(shè)計過程和方法，包括總體方案設(shè)計、動力計算、參數(shù)擬定、傳動系統(tǒng)設(shè)計、立式磨床工作臺的裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作臺與減速箱的裝配設(shè)計、零件設(shè)計等，培養(yǎng)機構(gòu)分析和設(shè)計能力； 4. 綜合運用過去所學(xué)的理論知識，提高聯(lián)系實際和綜合分析的能力； 1.4.2 立式車床改立式磨床工作臺基本設(shè)計思路 1. 參數(shù)擬定 根據(jù)機床類型、規(guī)格和其他特點，了解典型工藝的切削用量，結(jié)合實際條件和情況，并與同類機床對比分析后確定：極限轉(zhuǎn)速Nmax和Nmin、公比φ、主傳動電機功率N。 2. 傳動系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)擬定的參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖分析，確定傳動結(jié)構(gòu)方案和傳動系統(tǒng)圖，計算各傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并驗算主軸的轉(zhuǎn)速誤差。 3. 動力計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 估算齒數(shù)模數(shù)m和軸徑d，選擇和計算正反向離合器、制動器。 4. 主軸變速箱裝配設(shè)計 主軸變速箱裝配圖是以c5112A型結(jié)構(gòu)圖為“底稿”，進行設(shè)計和繪制的。圖上各零部件要表達清楚，并標(biāo)注尺寸和配合。 5. 改造立式車床工作臺 工作臺注意密封，以及改動壓導(dǎo)軌為靜壓導(dǎo)軌。由于靜壓導(dǎo)軌具有一系列的特點，加之又采用了恒流量供油方式，所以使得磨床的摩擦阻力小，工作可靠，動態(tài)特性好，抗振性強，運動剛度好，運動精度高，從而磨削工件精度高。結(jié)構(gòu)如下圖： 圖1.1 靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸圖 1.4.3 技術(shù)關(guān)鍵分析 1.加工范圍 工件最大回轉(zhuǎn)直徑Φ1700mm，最小磨削內(nèi)徑Φ50mm，最大磨削外徑Φ1200mm，園環(huán)寬度100～200mm ，磨削高度有效行程100mm，最大磨削平面Φ1000mm。 2.加工工件的精度要求 尺寸精度IT5，形位精度IT5～IT6內(nèi)圓表面粗糙度Ra0.4。工件及端面粗糙度Ra0.8。 3.加工的材料及硬度 (1)材料Cr12， 9CrWMn，45#，3Cr2W8V。 (2)硬度范圍:HRC25～62。 4.機床結(jié)構(gòu)尺寸及功能要求 (1)機床采用單柱立式結(jié)構(gòu)。 (2)機床采用手動及電動兩種結(jié)構(gòu)。 (3)手動微量進給每次不得大于0.005mm，最大切削進給量f=0.2mm/r，最大切削深度0.1mm。 (4)機床導(dǎo)軌要求全防護。 (5)機床應(yīng)具備干磨和濕磨兩種功能。 (6)磨床臺面具有"T"型槽。 (7)磨頭電機要求密封、防潮、不得進霧狀水汽。 (8)磨頭安裝砂輪:選用國家標(biāo)準(zhǔn)的圓柱，砂瓦結(jié)構(gòu)。 (9)要求機床操作維修方便，簡單。 (10)磨頭刀架回轉(zhuǎn)角度±40° (11)機床工作臺面為Φ1000mm。 (12)最大工件重量1.5噸。 1.5 論文的研究內(nèi)容 1 設(shè)計立式車床的主軸變速箱； 2設(shè)計立式車床的工作臺； 3 改進立式車床的工作臺為立式磨床工作臺。 第 2 章 參數(shù)擬定 機床（機器）設(shè)計的初始，首先需要確定有關(guān)參數(shù)，他們是傳動設(shè)計和機構(gòu)設(shè)計的依據(jù)，影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求。因此，參數(shù)擬定是機床設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)機床類型、規(guī)格和其他特點，了解典型工藝的切削用量，結(jié)合實際條件和情況，并與同類機床對比分析后確定：極限轉(zhuǎn)速Nmax和Nmin、公比φ、主傳動電機功率N。 2.1 主軸極限轉(zhuǎn)速 Nmax==95 (2.1) Nmin===2.5 (2.2) 轉(zhuǎn)速范圍：R==38 (2.3) 考慮到設(shè)計的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度要適中，故采用常規(guī)的擴大傳動，并選級數(shù)Z=16。今以=1.26和1.41代入R=z-1式，得R=32和173，因此取=1.26更合適。 各級轉(zhuǎn)速數(shù)列可以直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。 16級轉(zhuǎn)速如下Nmax=80；63；50；40；31.5；25；20；16；12.5；10；8；6.3；5；4；3.15；2.5= Nmin 2.2 動力參數(shù)的確定 用類比法選擇電動機功率P=11kw 滿載轉(zhuǎn)速為730r/min，進給電機P=1.3kw 滿載轉(zhuǎn)速為940r/min，總切削力為3500kgf，最大轉(zhuǎn)矩為1750公斤力.米 第 3 章 運動設(shè)計 根據(jù)擬定的參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖分析，確定傳動結(jié)構(gòu)方案和傳動系統(tǒng)圖，計算各傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并驗算主軸的轉(zhuǎn)速誤差。 3.1 主傳動方案擬定 擬定傳動方案，包括傳動型式的選擇以及開停、換向、制動、操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動型式則指傳動和變速的元件、機構(gòu)以及組成、安排不同特點的傳動型式、變速類型。 傳動方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定傳動方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟等多方面統(tǒng)一考慮。 傳動方案有多種，傳動型式更是眾多，比如：傳動型式上有集中傳動，分離傳動；擴大變速范圍可用增加傳動組數(shù)，也可用背輪結(jié)構(gòu)、分支傳動等型式；變速箱上既可用多速電機，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。 顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計中，我們采用集中傳動型式的主軸變速箱。 3.2 傳動結(jié)構(gòu)式、機構(gòu)網(wǎng)的選擇 16級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，選擇傳動組安排方式時，考慮到機床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。 主軸對加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個傳動組的傳動副常選用2。 綜上所述，結(jié)構(gòu)式：16=2[1]2[2] 2[4] 2[8] 轉(zhuǎn)速圖： 圖3.1 轉(zhuǎn)速圖 3.3 傳動比、帶輪及齒輪齒數(shù)確定 3.3.1 各齒輪齒數(shù)確定 由轉(zhuǎn)速圖得每對齒輪相應(yīng)的傳動比如下表： 表3.1各軸轉(zhuǎn)速圖 各軸傳動比 i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 i8 i9 i10 i11 數(shù)值 1.26 1.58 1.26 1.26 1.26 2 2.51 2 3.16 1 3.16 選取齒數(shù)應(yīng)注意： 1. 不產(chǎn)生根切。一般取Zmin18—20。 2. 保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽壁厚δ2m，一般取δ5mm則Zmin6.5+2T/m。 3. 同一傳動組的各對齒輪副的中心距應(yīng)當(dāng)相等。若模數(shù)相同時，則齒數(shù)和也要相同。 查表可得個齒輪齒數(shù)如下表： 表3.2齒輪齒數(shù) 齒輪代號 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 齒數(shù) 34 30 47 37 47 28 24 56 20 19 52 齒輪代號 Z1° Z2° Z3° Z4° Z5° Z6° Z7° Z8° Z9° Z10° Z11° 齒數(shù) 43 47 37 47 37 56 60 28 64 19 165 皮帶輪零件圖： 圖3.2 皮帶輪零件圖 3.3.2 驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差 主軸轉(zhuǎn)速在使用上并不要求十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響。但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實際轉(zhuǎn)速相差太大。由確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計理論值難以完全相符，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過 ，即 Δn= （3.1） Δn1= =1.16%=2.6% Δn2= =0.26%=5.8% Δn3= =1.62%=2.6% Δn4= =1.60%=2.6% Δn5= =1.62%=2.6% Δn6= =0.8%=10% Δn7= =0.8%=15.1% Δn8= =2.3%=10% Δn9= =0%=0% Δn10= =0.8%=21.6% 綜上驗算，符合要求 軸零件圖： 圖3.3 皮帶輪零件圖 第 4 章 動力計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 估算齒數(shù)模數(shù)m和軸徑d，選擇和計算正反向離合器、制動器。傳動軸除了滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此疲勞強度一般不是主要矛盾。除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷（彎曲、軸向、扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲、失穩(wěn)、轉(zhuǎn)角）。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于周的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪音、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫出草圖之后，再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗算彎曲剛度。 4.1 動力計算 軸的最小直徑計算公式： （4.1） 式中:nj--計算轉(zhuǎn)速; P--各軸輸入功率; [φ]--每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角，Ⅰ軸[φ]取2；傳動軸取1.5；主軸取1。 計算轉(zhuǎn)速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系確定。 各軸的計算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖可知如下表： 表4.1計算轉(zhuǎn)速 計算轉(zhuǎn)速nj Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ 數(shù)值 260 166 130 65 26 8 8 2.5 效率計算： Ⅰ軸：1==0.96 Ⅱ軸：2=1=0.960.990.995=0.946 Ⅲ軸：3=2=0.9460.990.995=0.932 Ⅳ軸：4=3=0.9320.990.995=0.918 Ⅴ軸：5=4=0.9180.9920.995=0.895 Ⅵ軸：6=5=0.8950.990.995=0.882 Ⅶ軸：7=62=0.8820.99520.97=0.842 Ⅷ軸：8=7=0.8420.990.995=0.83 表4.2各軸效率 各軸效率 1 2 3 4 5 6 7 8 數(shù)值 0.96 .946 0.932 0.918 0.895 0.882 0.842 0.82 已知各軸效率，用公式Pi=12iP可知各軸輸入功率計算。 表4.3各軸輸入功率 各軸輸入功率 1 2 3 4 5 6 7 8 數(shù)值 21.12 19.98 18.6 17.1 15.3 13.5 11.4 9.4 Ⅰ軸最小直徑： 擴大10%~15%，得Dmin1=31.7取35. Ⅱ軸最小直徑： 擴大10%~15%，得Dmin2=37.6，取40. Ⅲ軸最小直徑： 擴大10%~15%,得Dmin3=39.19 取45. Ⅳ軸最小直徑： 擴大10%~15% 得Dmin4=45.7 取50 Ⅴ軸最小直徑： 擴大10%~15% 得Dmin5=53.5 取50 Ⅵ軸最小直徑： 擴大10%~15% 得Dmin6=72.1 取75 Ⅶ軸最小直徑： 擴大10%~15% 得Dmin7=69.1 取70. Ⅷ軸最小直徑： 擴大10%~15% 得Dmin8=65.8 取110 主軸內(nèi)外徑之比為0.6時，其強度和剛度接近實軸，一般把主軸做成空心，減輕其重量并便于送料。所以Ⅷ軸內(nèi)徑為1100.6=66 取70 得各軸最小直徑如下表： 表4.4各軸最小直徑Dmin 各軸最小直徑Dmin Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ 數(shù)值 35 40 45 50 50 75 70 75 4.2齒輪模數(shù)的計算 一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪按簡化的接觸疲勞強度公式計算 （4.2） 式中：——按疲勞接觸強度計算的齒輪模數(shù) ——驅(qū)動電機功率 ——計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速 ——大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比 ——小齒輪齒數(shù) ——齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)）， ——許用接觸應(yīng)力Mpa 傳動組a模數(shù)： 取大值ma=4。 傳動組b模數(shù)： 傳動組c模數(shù)： 傳動組d模數(shù)： 為保證傳動軸之間中心距一致，取大值mb=mc=md=5 4.3齒輪參數(shù)的確定 根據(jù)《機械原理》 表6-3查得以下公式8.參見《機械原理》P165頁表6-3。高等教育出版社.朱理主編. 齒頂圓 （4.3） 齒根圓 （4.4） 分度圓 （4.5） 齒頂高 （4.6） 齒根高 （4.7） 得： 表4.5齒輪參數(shù) 齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) m 分度圓 d 齒頂圓 齒根圓 齒頂高 齒根高 Z1 34 4 136 140 131 4 5 Z1° 43 4 172 176 167 4 5 Z2 30 4 120 124 115 4 5 Z2° 47 4 188 192 183 4 5 Z3 47 5 235 240 228.75 5 6.25 Z3° 37 5 185 190 178.75 5 6.25 Z4 37 5 185 190 178.75 5 6.25 Z4° 47 5 235 240 228.75 5 6.25 Z5 47 5 235 240 228.75 5 6.25 Z5° 37 5 185 190 178.75 5 6.25 Z6 28 5 140 145 133.75 5 6.25 Z6° 56 5 280 285 273.75 5 6.25 Z7 24 5 120 125 113.75 5 6.25 Z7° 60 5 300 305 293.75 5 6.25 Z8 56 5 280 285 273.75 5 6.25 Z8° 28 5 140 145 133.75 5 6.25 Z9 20 5 100 105 93.75 5 6.25 Z9° 64 5 320 325 313.75 5 6.25 Z10 19 10 190 200 177.5 10 12.25 Z10° 19 10 190 200 177.5 10 12.25 Z11 52 8 416 424 406 8 10 Z11° 165 8 1320 1328 1310 8 10 4.4齒輪校核 在驗算算速箱中的齒輪應(yīng)力時，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗算。這里要驗算的是齒輪2，齒輪7，齒輪12這三個齒輪。 齒輪Z9的齒數(shù)為20，模數(shù)為5，齒輪的應(yīng)力： 4.4.1接觸應(yīng)力： （4.8） u----大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比； ---齒向載荷分布系數(shù)； ----動載荷系數(shù)； ----工況系數(shù)； ----壽命系數(shù)。 查《機械設(shè)計》表6-2及圖6.9及6.10得 假定齒輪工作壽命是48000h，故應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 查《機械設(shè)計》圖6.6和6.7得，所以： 4.4.2彎曲應(yīng)力： （4.9） 查《金屬切削手冊》有Y=0.378，代入公式求得：=158.5Mpa 大齒輪、小齒輪的硬度為60HRC，故有，從表6.9讀出。因為：，故滿足要求，另外齒輪計算方法如上，均符合要求。 4.5 主軸強度校核 傳動軸除應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。因此必須保證傳動軸有足夠的剛度。傳動方案確定后，要進行方案的結(jié)構(gòu)化，確定各零件的實際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對傳動件的先進行估算，如傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)，離合器，帶輪的根數(shù)和型號等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進行主要零件的驗算，最后才能畫正式裝配圖。 ?有經(jīng)驗的設(shè)計師可以省略畫草圖這一中間步驟直接進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和驗算。但對缺少設(shè)計經(jīng)驗的學(xué)生，先畫草圖可以避免大的反復(fù)，有利于設(shè)計的進行 主軸的受力分析： 圖 4.1 主軸受力圖 由直齒輪傳過來的扭矩可知：齒輪上所受切向力Ft和徑向力Fr分別為： N N 對B點求矩： 對A點求矩： 則Mr=90FBr=509FAr=3.9106Mpa Mt=81FBt=61Fat=22.4106Mpa 所以：Mpa 則Mpa 所以小于 其中，強度滿足要求。 第 5 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等）、主軸組件、操縱機構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計由于時間的限制，一般只畫展開圖。 主軸變速箱是機床的重要部件。設(shè)計時除考慮一般機械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題。 精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。 主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計時整個機床設(shè)計的重點，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。 5.2 展開圖及其布置 展開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開并將這些剖切面平整展開在同一個平面上。 齒輪在軸上布置很重要，關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。 5.3 齒輪塊設(shè)計 齒輪是變速箱中的重要元件。齒輪同時嚙合的齒數(shù)是周期性變化的。也就是說，作用在一個齒輪上的載荷是變化的。同時由于齒輪制造及安裝誤差等，不可避免要產(chǎn)生動載荷而引起振動和噪音，常成為變速箱的主要噪聲源，并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性。在齒輪塊設(shè)計時，應(yīng)充分考慮這些問題。 齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式很多，取決于下列有關(guān)因素： 1. 是固定齒輪還是滑移齒輪； 2. 移動滑移齒輪的方法； 3. 齒輪精度和加工方法； 變速箱中齒輪用于傳遞動力和運動。它的精度選擇主要取決于圓周速度。采用同一精度時，圓周速度越高，振動和噪聲越大，根據(jù)實際結(jié)果得知，圓周速度會增加一倍，噪聲約增大6dB。 工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪聲的影響比運動誤差要大，所以這兩項精度應(yīng)選高一級。 不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構(gòu)要求也有所不同 5.4 其他問題 滑移齒輪進出嚙合的一端要圓齒，有規(guī)定的形狀和尺寸。圓齒和倒角性質(zhì)不同，加工方法和畫法也不一樣，應(yīng)予注意。 選擇齒輪塊的結(jié)構(gòu)要考慮毛坯形式（棒料、自由鍛或模鍛）和機械加工時的安裝和定位基面。盡可能做到省工、省料又易于保證精度。 齒輪磨齒時，要求有較大的空刀（砂輪）距離，因此多聯(lián)齒輪不便于做成整體的，一般都做成組合的齒輪塊。有時為了縮短軸向尺寸，也有用組合齒輪的。 皮帶輪入油容易損壞，所以必須做好密封工作。因此在軸承兩邊加入擋油環(huán)進行保護是非常必要的。 在設(shè)計主軸組件時，主軸的跨距希望是合理跨距，但由于結(jié)構(gòu)，限制，主軸的實際跨距往往不等于合理跨距，為此要對主軸組件進行驗算，對一般的機床全部軸主要進行剛度驗算，通常如果能滿足剛度要求也就能滿足強度要求。 結(jié) 論 立式車床跟立式磨床雖然是不同的機床，但是它們并不是沒有共同點的這就奠定了將立式車床改成立式磨床的基礎(chǔ)，在了解了二者的特點后，結(jié)合它們的相同點和不同點，將發(fā)現(xiàn)改造的過程并不復(fù)雜。目前國內(nèi)尚無定型的立式磨床產(chǎn)品，而進口大規(guī)模立式磨床費用很高，所以將車床改造成磨床這將減少生產(chǎn)需要的成本，經(jīng)濟實用，是很值得研究和發(fā)展的一項技術(shù)。 改裝過程中變動壓導(dǎo)軌為靜壓導(dǎo)軌時，需要在下箱體和大齒輪上開圓形槽，以使得潤滑油不至于過多流入軸承，進而發(fā)生發(fā)泄。改裝注意油路的密封。因為靜壓潤滑油要比動壓的油多的多，并且磨床工作臺也需要密封，保證磨削時，冷卻液不至于流進箱體。 在變速箱設(shè)計的過程中，由于經(jīng)驗的不足，導(dǎo)致設(shè)計出來的轉(zhuǎn)速圖不符合實際要求，出現(xiàn)了帶齒輪軸的結(jié)構(gòu)，而次結(jié)構(gòu)最大的不足就是當(dāng)齒輪損壞時，要更換零件需要把整根軸一起換掉，這樣即不方便也不經(jīng)濟，經(jīng)過改進后的轉(zhuǎn)速圖出現(xiàn)新的問題，軸間距過小，這就造成了齒輪直徑超出軸與軸之間中心距的長度，顯然這種設(shè)計也是錯誤的，經(jīng)過反復(fù)摸索，終于找到解決方案：增大模數(shù)，以加大中心距，從而避免了軸與齒輪相碰的現(xiàn)象。 參考文獻 [1] 盧秉恒主編.機械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社.2001 [2] 黃鶴汀主編. 金屬切削機床設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，2005 [3] 馮辛安主編.機械制造裝備設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社.1999.12 [4] 張磊、陳榕林編著.機床改裝技術(shù)—方法 經(jīng)驗 絕招 技巧. 北京：機械工業(yè)出版 社.1993.10 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