CK6140數(shù)控車床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【7.5KW 41.5 4000 無級(jí)變速】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 目 錄 第1章 概述……………………………………………. .……..1 1.1 設(shè)計(jì)要求………………………………………………..1 第2章 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì) ………………………………………… 2 2.1計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定……………………………………….. 2 2.2變頻調(diào)速電機(jī)的選擇………………………………...…2 2.3轉(zhuǎn)速圖的擬定…………………………………………...2 2.3.1傳動(dòng)比的計(jì)算…………………………………… ...2 2.3.2參數(shù)確定…………………………………………. ..2 2.3.3 主軸箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖……………………………...3 2.3.4 轉(zhuǎn)速圖擬定………………………………………...3 2.4傳動(dòng)軸的估算………………………………………..… 3 2.5主軸軸頸的確定……………………………………..… 5 2.6主軸最佳跨距的選擇……………………………..…… 5 2.7齒輪模數(shù)的估算……………………………………….. 6 2.8 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)………………………………….… 8 2.9 滾動(dòng)軸承的選擇…………………………………….… 10 2.10 主要傳動(dòng)件的驗(yàn)算………………………… .…….… 10 2.10.1 齒輪模數(shù)的驗(yàn)算………………………..…..…… 10 2.10.2 傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算……………………………… 14 2.10.3 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算…………….…………………... 15 總結(jié)……………………………..…………………………….…. 16 參考文獻(xiàn)………………………………………………..……….. 17 設(shè) 計(jì) 說 明 書 設(shè) 計(jì) 說 明 書 題目：CK6140數(shù)控車床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）：XXXXXXX 年級(jí)專業(yè)： XXXXXXX 學(xué) 號(hào)： XXXXXXX 學(xué)生姓名： XXXX 指導(dǎo)教師： XXXXXXXX 2 共24 頁 第 頁 設(shè) 計(jì) 說 明 書 目 錄 第1章 概述……………………………………………. .……..1 1.1 設(shè)計(jì)要求………………………………………………..1 第2章 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì) ………………………………………… 2 2.1計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定……………………………………….. 2 2.2變頻調(diào)速電機(jī)的選擇………………………………...…2 2.3轉(zhuǎn)速圖的擬定…………………………………………...2 2.3.1傳動(dòng)比的計(jì)算…………………………………… ...2 2.3.2參數(shù)確定…………………………………………. ..2 2.3.3 主軸箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖……………………………...3 2.3.4 轉(zhuǎn)速圖擬定………………………………………...3 2.4傳動(dòng)軸的估算………………………………………..… 3 2.5主軸軸頸的確定……………………………………..… 5 2.6主軸最佳跨距的選擇……………………………..…… 5 2.7齒輪模數(shù)的估算……………………………………….. 6 2.8 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)………………………………….… 8 2.9 滾動(dòng)軸承的選擇…………………………………….… 10 2.10 主要傳動(dòng)件的驗(yàn)算………………………… .…….… 10 2.10.1 齒輪模數(shù)的驗(yàn)算………………………..…..…… 10 2.10.2 傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算……………………………… 14 2.10.3 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算…………….…………………... 15 總結(jié)……………………………..…………………………….…. 16 參考文獻(xiàn)………………………………………………..……….. 17 共24 頁 第 頁 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第一章 概述 1.1 設(shè)計(jì)要求 機(jī)床類型：數(shù)控車床 主傳動(dòng)設(shè)計(jì)要求： 滿載功率7.5KW，最高轉(zhuǎn)速4000rpm, 最低轉(zhuǎn)速41.5rpm 變速要求：無級(jí)變速 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求： 伺服控制，行程1200mm，最低速度0.001mm/r，最高速度0.5mm/r， 最大載荷4500N，精度±3μm 第二章 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 2.1 計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 機(jī)床主軸的變速范圍：= ，且：=4000rpm,=41.5rpm 所以：==96.38 根據(jù)機(jī)床的主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：= 得： =41.5х=163.4rpm 2.2變頻調(diào)速電機(jī)的選擇 為了簡(jiǎn)化變速箱及其自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)，希望用雙速變速箱，現(xiàn)取Z=2。為了提高電機(jī)效率，應(yīng)盡量使。 假設(shè)所選電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為4500rpm，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm，，則有，，得，。取機(jī)床總效率η=0.98х0.98=0.96，則kw。電動(dòng)機(jī)在1500rpm時(shí)的輸出功率為kw，現(xiàn)取過載系數(shù)k=1.28，則電機(jī)功率為 。 可選用上海德驅(qū)馳電氣有限公司的UABP160L-4-50-18.5型號(hào)交流主軸電動(dòng)機(jī)，額定功率為18.5kw，最高轉(zhuǎn)速為4500rpm，同步轉(zhuǎn)速為1500rpm，調(diào)頻范圍為5-150HZ,基頻為50HZ。選配變頻器型號(hào)：DRS3000-V4T0150C，售價(jià)1380元人民幣。 2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 2.3.1 傳動(dòng)比的計(jì)算 設(shè)電機(jī)軸與中間軸通過齒輪定比傳動(dòng)，取其傳動(dòng)比為=0.67， 則，。 2.3.2 參數(shù)確定 第一級(jí)變速選用同步齒形帶傳動(dòng)，兩級(jí)變速組采用齒輪傳動(dòng)。選=1.33的齒輪副為70/51 選=0.27的齒輪副為26/95 2.3.3 主軸箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.3.4 轉(zhuǎn)速圖擬定 2.4 傳動(dòng)軸的估算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還滿足剛度要求，強(qiáng)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(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾。除了載荷較大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求軸在載荷下不至于產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不夠，軸上的零件由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，發(fā)熱，過早磨損而失效，因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。 計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，各個(gè)傳動(dòng)軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖直接得出。 主軸： =163r/min 中間軸：=595r/min 電機(jī)軸：=893r/min 各軸功率和扭矩計(jì)算： 已知一級(jí)齒輪傳動(dòng)效率為0.98，則有： 電機(jī)軸功率：=×/=893×18.5/1500=11kw 中間軸功率：=×0.98=11×0.98=10.8kw 主軸功率： =×0.98=10.8×0.98=10.6kw 電機(jī)軸扭矩：=9550/=9550×11/893=1.18×105 N·mm 中間軸扭矩：=9550/=9550×10.8/595=1.73×105 N·mm 主軸扭矩； =9550/=9550×10.6/163=6.21×105 N·mm 表2-1 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率、扭矩 軸 電機(jī)軸 中間軸 主軸 計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min） 893 595 163 功率(kw) 11 10.8 10.6 扭矩(N·m) 118 173 621 按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑 （mm） 式中 ——傳動(dòng)軸直徑（mm） ——該軸傳遞的額定扭矩（N·mm） ——該軸每米長(zhǎng)度允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），一般傳動(dòng)軸取=0.5°~1°。 電機(jī)軸：取=0.8deg/m mm 查閱電機(jī)軸軸頸為=48mm，滿足要求。 中間軸：取=0.8deg/m mm 圓整取d 1=40mm 2.5 主軸軸頸的確定 為了保證機(jī)床工作的精度，主軸尺寸一般都是根據(jù)其剛度要求決定的。故主軸前軸頸的尺寸按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定。查閱相關(guān)資料：主軸前軸頸D 1=150mm，主軸的后軸頸一般推薦為D 1的0.7-0.85倍，取D 2=0.8 D 1=0.8×150=120mm。 表2-2 各軸估算直徑 軸 電機(jī)軸 中間軸 主軸前軸頸 主軸后軸頸 主軸內(nèi)孔 直徑（mm） 48 40 100 80 32 2.6 主軸最佳跨距的選擇 ①、由前軸頸取=100mm，后軸頸取=80mm，選前軸承為NN3022K型和234422型，后軸承為NN3018K型。選主軸錐度號(hào)為45的軸頭，根據(jù)結(jié)構(gòu)，定懸伸長(zhǎng)度a=120mm。 ②、求軸承剛度： 電機(jī)輸出額定功率18.5kw時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為260r/min，則主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩 床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的60%，即240mm，故半徑為0.12m。 切削力 背向力 故總作用力為 該力作用于頂在頂尖間的工件上，主軸和尾架各承受一半，故主軸端受力為F/2=5049.3N。 在估算時(shí)，先假定初值l/a=3,l=3х120=360mm。前后支承的支反力和分別為： ==2700х=3600N ==2700х=900N 軸向力==2755N 根據(jù)《金屬切削機(jī)床》式（10—5）、（10—6）可求出前、后軸承剛度 軸承NN3022K徑向剛度：=2070N/μm 軸承NN3018K徑向剛度：=1530.3N/μm 軸承234422軸向剛度：=833N/μm ③、求最佳跨距： ==1.35 初步計(jì)算時(shí)，可假設(shè)主軸的當(dāng)量外徑為前、后軸承頸的平均值，=（100+80）mm/2=90mm。故慣性矩為 I=0.05х（-）=497.3х η===0.184 查《金屬切削機(jī)床》圖（10—24）主軸最佳跨距計(jì)算線圖，/a=1.7。可根據(jù)/a=2再計(jì)算支反力和支撐剛度，求最佳跨距，經(jīng)過進(jìn)一步的迭代過程，最終取得最佳跨距為l=300mm。 2.7 齒輪模數(shù)的估算 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(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算： （mm） 式中 ——按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)（mm）； ——齒輪傳遞的功率（kw）； ——小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）； ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比； ——小齒輪齒數(shù)； ——齒寬系數(shù)，=B/m，=6~10； ——許用接觸應(yīng)力（Mpa）。 齒輪材料及熱處理的選擇： 電機(jī)軸、傳動(dòng)軸上齒輪： Z=44、66、70、26，20Cr滲碳、淬火、低溫回火，HRC56-62 主軸上齒輪： Z=51、95, 20Cr滲碳、高頻淬火、低溫回火，HRC56-62 取齒寬系數(shù)=8，查得=1650Mpa，則 對(duì)44/66的齒輪傳動(dòng)副的Z=44的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為893r/min 取m=2mm 對(duì)70/51的齒輪傳動(dòng)副的Z=51的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為821r/min 對(duì)26/95的齒輪傳動(dòng)副的Z=26的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為595r/min 為了保證中心距，主軸與中間軸之間傳動(dòng)組模數(shù)需要相等，取m=3mm。 取齒寬系數(shù)，齒寬，當(dāng)m=2時(shí)，B=2×8=16mm，大齒輪B=16mm，小齒輪b=22mm。當(dāng)m=3時(shí)，B=3×8=24mm，大齒輪B=24mm，主軸傳動(dòng)組齒輪小齒輪比大齒輪齒寬大1~2mm，小齒輪b=25mm。 表2-3 各齒輪齒數(shù)、模數(shù) 齒輪 Z 1 Z2 Z 3 Z4 Z5 Z6 齒數(shù) 44 66 70 51 26 95 模數(shù) 2 2 3 3 3 3 齒寬 22 16 24 25 25 24 2.8 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 同步帶具有傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，不打滑，效率高，初拉力以及適用功率的范圍，不需要潤(rùn)滑等特點(diǎn)。 同步帶的設(shè)計(jì)功率為18.5kw，根據(jù)同步帶選型圖，選定帶型為H型帶，節(jié)距為12.7mm。小帶輪的齒數(shù)，根據(jù)表格查得，在帶速和安裝尺寸允許的情況下，盡可能選取較大值，現(xiàn)初取=32。小帶輪的節(jié)圓直徑 大帶輪的齒數(shù)，大帶輪節(jié)圓直徑，帶速，其中查得H型帶的，所以符合要求。初定軸間距，，即，初取。 帶長(zhǎng)及其齒數(shù) 查得帶長(zhǎng)代號(hào)為510，基本尺寸為=1295.4mm，節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù)為=102。實(shí)際軸間距為。 小帶輪嚙合齒數(shù) 基本額定功率 基本額定功率是各帶型基準(zhǔn)寬度的額定功率，=76.2mm，為寬度為的帶的許用工作拉力（N）,查表得=2100N，m為寬度為的帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量（kg/m）, 查表得m=0.448 kg/m。 所需帶寬 為嚙合齒數(shù)系數(shù)，根據(jù)取=1 ，應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)值，一般應(yīng)小于，查表得，應(yīng)選帶寬代號(hào)為300的H型帶，其中 ，極限偏差為±1.5mm。 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 小帶輪：；; 大帶輪：；; 2.9 滾動(dòng)軸承的選擇 為了增加主軸的剛度，主軸前端支承采用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸軸承，后支承采用圓錐孔雙列圓柱滾子軸，中間采用深溝球軸承輔助支承。考慮到其他軸的高速且沒有軸向力，其余軸均采用深溝球軸承。 2.10 主要傳動(dòng)件的驗(yàn)算 2.10.1 齒輪模數(shù)的驗(yàn)算 一般對(duì)高速傳動(dòng)的齒輪以驗(yàn)算接觸疲勞強(qiáng)度為主，對(duì)低速傳動(dòng)的齒輪以驗(yàn)算彎曲疲勞強(qiáng)度為主，對(duì)硬齒面軟齒芯的滲碳淬火齒輪，一定要驗(yàn)算彎曲疲勞強(qiáng)度。 對(duì)于44/66和70/51的齒輪副驗(yàn)算接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度,26/95的齒輪副驗(yàn)算彎曲疲勞強(qiáng)度。 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù) 接觸彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù) 式中 ——傳遞的額定功率（kw），； ——電機(jī)額定功率（kw）； ——從電機(jī)到所計(jì)算齒輪的傳遞效率； ——齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）； ——初算的齒輪模數(shù)（mm） ——齒寬（mm） ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比； ——小齒輪齒數(shù)； ——工況系數(shù)，考慮載荷沖擊的影響，中等沖擊取1.2~1.6； ——?jiǎng)虞d荷系數(shù) ——齒向載荷分布系數(shù) ——齒形系數(shù) ——壽命系數(shù)： ——工作期限系數(shù)： ——齒輪在機(jī)床工作期限內(nèi)的總工作時(shí)間 ——齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）； ——基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，鋼和鑄鐵件：接觸載荷取=107 ，彎曲載荷取=2×108 ； ——疲勞曲線指數(shù)，鋼和鑄鐵件：接觸載荷取m=3；彎曲載荷時(shí)，對(duì)正火、調(diào)質(zhì)及整體淬硬件取m=6，對(duì)表面淬硬（高頻、滲碳、氮化等）取m=9； ——轉(zhuǎn)速變化系數(shù) ——功率利用系數(shù) ——材料強(qiáng)化系數(shù) ——許用彎曲應(yīng)力（Mpa） ——許用接觸應(yīng)力（Mpa）。 ① 驗(yàn)算26/95齒輪傳動(dòng)組，驗(yàn)算Z=26齒輪： 查閱相關(guān)資料得： =1.4、=1.3、=1.04、=0.27、=8、=0.43、=297Mpa、=1650Mpa 接觸疲勞強(qiáng)度： 彎曲疲勞強(qiáng)度： 均滿足要求。 ② 驗(yàn)算44/66齒輪傳動(dòng)組，驗(yàn)算Z=44齒輪： 查閱相關(guān)資料得： =1.4、=1.3、=1、=0.27、=8、=0.481、=1650Mpa、=297Mpa 接觸疲勞強(qiáng)度： 彎曲疲勞強(qiáng)度： 均滿足要求。 Z=44的齒輪模數(shù)m=4>3.88，滿足要求。 ③ 驗(yàn)算70/51齒輪傳動(dòng)組，驗(yàn)算Z=51齒輪： 查閱相關(guān)資料得： =1.4、=1.3、=1、=0.27、=0.488 =1650Mpa、=297Mpa 接觸疲勞強(qiáng)度： 彎曲疲勞強(qiáng)度： 均滿足要求。 2.10.2 傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算 傳動(dòng)軸彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算其最大撓度y，安裝齒輪和軸承處的傾角θ。驗(yàn)算支承處傾角時(shí)，只需驗(yàn)算支反力最大的支承點(diǎn)，若該處的傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的允許值，則齒輪處的傾角就不必驗(yàn)算，因?yàn)橹С刑幍膬A角一般都大于軸上其他部位的傾角。當(dāng)軸上有多個(gè)齒輪時(shí)一般只要驗(yàn)算受力最大齒輪處的撓度。剛度驗(yàn)算時(shí)應(yīng)選擇最危險(xiǎn)的工作條件，一般是軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速低、傳動(dòng)齒輪的直徑小且位于軸的中央，此時(shí)軸的總變形量最大。 驗(yàn)算中間軸的剛度： 受力簡(jiǎn)圖如下： 中間軸的Z=26的齒輪受力最大，變形撓度最大，右支承是支反力最大的支承點(diǎn)，則Z=26齒輪受力： 圓周力 KN 徑向力 KN F==1.2KN 齒輪處軸的撓度為 右支承處軸的傾角為 2.10.3 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算 機(jī)床的一般傳動(dòng)軸用的滾動(dòng)軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命驗(yàn)算。 按計(jì)算動(dòng)負(fù)荷C j的計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算 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)控車床主傳動(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)畢業(yè)設(shè)計(jì)。雖然在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我們明顯感覺本次畢業(yè)設(shè)計(jì)難度較高，但是我們還是把它完成了。 通過本次畢業(yè)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)前的最后一次畢業(yè)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)。本次畢業(yè)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、《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社 2、《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 3、《機(jī)械設(shè)計(jì)》 許立忠 周玉林 主編 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 4、《機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》 韓曉娟 主編 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 5、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 成大仙 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 17 共 17 頁 第 頁