電磁離合器變速式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明

大大 學(xué)學(xué)畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)題題 目目 電磁離合器變速式數(shù)控車床 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 院院 機(jī)械工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班班 級(jí)級(jí) 學(xué)學(xué) 生生 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 二一五 年 五月 三十日大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- -摘摘 要要當(dāng)前,隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展,機(jī)床技術(shù)的進(jìn)步，高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控車床需求量顯著增多，而數(shù)控車床又具有大功率、高轉(zhuǎn)速、自動(dòng)變速、主軸轉(zhuǎn)速范圍廣等特點(diǎn)，所以在機(jī)床行業(yè)，數(shù)控車床成為重要的生產(chǎn)力量。本論文首先介紹了數(shù)控機(jī)床在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的過(guò)程與現(xiàn)狀以及選題目的與意義,并分析了其存在的一些問(wèn)題；對(duì)數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單探討；并對(duì) CK6140 數(shù)控車床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析、設(shè)計(jì)與計(jì)算。主軸箱是由安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪組成。在調(diào)速范圍內(nèi)，數(shù)控車床主軸可以獲得的任意速度，以滿足加工切削要求。目前，數(shù)控車床的發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)電氣與機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)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，主軸箱內(nèi)串聯(lián)變速齒輪來(lái)擴(kuò)大齒輪的變速范圍。本設(shè)計(jì)將帶輪不卸荷結(jié)構(gòu)變?yōu)榱藥л喰逗山Y(jié)構(gòu)，使輸入軸在帶輪處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上的徑向力傳動(dòng)到車床箱體上,改善了輸入軸的受力情況。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：主軸箱；無(wú)級(jí)調(diào)速；傳動(dòng)系統(tǒng) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- -ABSTRACTAt present, with the development of the social productive forces, the progress of machine technology, high-precision, highly automated CNC lathes significant increase in demand, and CNC lathe also has high power, high speed, automatic transmission, a wide range of spindle speed and other characteristics, so machine tool industry, CNC lathe become an important power production.This paper introduces the present situation of CNC machine tools and process development as well as the purpose and significance of the topic, and analyzes some problems of its existence; CNC machine tool development trends were discussed briefly; And CK6140 CNC lathe headstock transmission analyzes, design and calculation.Headstock is componented by precision bearings in the hollow shaft and a series of transmission gear. In the speed range, any speed Spindle available to meet working cutting requirements.At present, the development trend is to provide a continuously variable speed through the electrical or mechanical devices. Variable Frequency Motor conveys the power through belt drive and a set of transmission gears. Spindle speed gear box series to the extended range of the gear .In this design the design of the belt drive has been changed from the original unloading structure into the loading structure, the input shaft of the pulley only by torque, radial force to the drive shaft on the lathe cabinet, improve the force of the input shaft situation.Keyword: headstock ; stepless speed ; transmission Systerm大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘要.IABSTRACT.II1 前言.11.1 選題背景與意義.1 1.1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 1.1.2 發(fā)展趨勢(shì).2 1.2 選題目的及意義.2 1.3 設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容要求.32 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).4 2.1 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案.42.1.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定.42.1.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)有級(jí)變速自動(dòng)變換方式的確定.42.2 計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩.52.3 電機(jī)的選擇.73 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì).113.1 傳動(dòng)皮帶的設(shè)計(jì)和選定.113.2 軸系零部件的設(shè)計(jì).143.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速.143.2.2 確定傳動(dòng)各軸最小直徑.143.2.3軸和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).163.2.4 鍵的校核.173.2.5 齒輪模數(shù)的確定及校核.173.2.6 齒寬的確定.203.3 電磁摩擦離合器的計(jì)算和選擇.214 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).224.1 對(duì)主軸組件的性能要求.224.2 軸承配置形式.224.3 主要參數(shù)的確定.23大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5 編碼器的選擇與安裝.25 6 結(jié)論.26參考文獻(xiàn).27致謝.28大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 0 -1前言1.1選題背景與意義1.1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀從 20 世紀(jì) 70 年代初，我國(guó)的數(shù)控車床進(jìn)入市場(chǎng)，通過(guò)各大機(jī)床廠家的不懈努力，在采取與國(guó)外著名機(jī)床廠家的合作、合資、技術(shù)引進(jìn)、樣機(jī)消化吸收等措施下，使得我國(guó)的機(jī)床制造水平有了巨大的提升，車床產(chǎn)量在金屬切削加工中占有較大的比例。目前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床的品種、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。但數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力仍處于較低水平，即使在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也同樣面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)：一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類機(jī)床產(chǎn)品有大量需求，而另一方面卻有很多國(guó)產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)機(jī)床產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，嚴(yán)重影響我國(guó)數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的前景。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營(yíng)上、產(chǎn)品質(zhì)量差和促銷手段低等原因外，一個(gè)最主要的原因就是新產(chǎn)品（包括基型、變型和專用機(jī)床）的開發(fā)周期長(zhǎng)，不能很好的針對(duì)用戶需求提供滿意的產(chǎn)品。下面簡(jiǎn)單介紹分析下數(shù)控車床的一些特點(diǎn)：主軸傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)可分為有級(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，主要用于普通的機(jī)床。無(wú)級(jí)變速形式則可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，從而得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，并且能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速。最重要的是數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)通常采用無(wú)級(jí)變速。與其他普通車床相比，數(shù)控車床的主傳動(dòng)采用交、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，并可一實(shí)現(xiàn)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)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)有以下三種方式。1) 電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)與主軸通過(guò)聯(lián)軸器直接連接，或著是采用內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用直接驅(qū)動(dòng)可以很大程度上簡(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)是主要在主軸轉(zhuǎn)速的變化、輸出轉(zhuǎn)矩與主軸的特性完全一致。但由于主軸的功率和轉(zhuǎn)矩特性決定電機(jī)性能的原因，從而這種變速傳動(dòng)的方式受到一定限制。2) 采用定比傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī)經(jīng)定比傳動(dòng)給主軸。定比傳動(dòng)是通過(guò)用帶傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)，這兩種傳動(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。當(dāng)前，交流、直流電動(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；而許多大、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)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 1 -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。3) 采用分檔變速方式 這種變速方式主要是用于解決主軸電動(dòng)機(jī)的功率特性和機(jī)床主軸功率特性不匹配的問(wèn)題。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)來(lái)保證主軸的功率、轉(zhuǎn)矩要求，進(jìn)而滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，特別是保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩以及擴(kuò)大恒功率的調(diào)速范圍。4) 用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 此方式是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)則通過(guò)齒輪減速后驅(qū)動(dòng)主軸。1.1.2 發(fā)展趨勢(shì)1) 高速、高精密化當(dāng)前數(shù)控機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削等多方向發(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)控車床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 CAD 化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)易于模塊化應(yīng)用 CAD 技術(shù)來(lái)替代人工完成繁瑣的繪圖工作，選擇設(shè)計(jì)方案和動(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。這樣很大程度上提高了工作效率，提高設(shè)計(jì)的成功率，縮短試制周期，降低了設(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)多用多功能，即一臺(tái)數(shù)控車床可以實(shí)現(xiàn)多種銑削加工方式。5) 智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化。1.2 選題目的及意義當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，來(lái)提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還把數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)，提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。在這一背景下，對(duì)于即將畢業(yè)走向社會(huì)的我們來(lái)講，通過(guò)選擇對(duì)數(shù)控車床的畢業(yè)設(shè)計(jì)則有如下目的及意義：大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 2 -1) 通過(guò)設(shè)計(jì)電磁離合器變速式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)，了解變速式數(shù)控車床的工作原理、掌握變速式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法，提高對(duì)變速式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能力。2) 通過(guò)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及查閱相關(guān)資料，提高獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。3) 通過(guò)對(duì)變速式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化主傳動(dòng)系統(tǒng)、改造數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用和推廣數(shù)控機(jī)床的改造有著深遠(yuǎn)意義。4) 在這樣一種背景下，通過(guò)本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的能力，解決工程實(shí)際問(wèn)題，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、編碼器選擇、電機(jī)選擇、使用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等基本技能及能力得到訓(xùn)練和提高。我選擇的課題是設(shè)計(jì)CK6140 數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)，用于加工復(fù)雜軸、盤類的零件，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度此外，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)。1.3 設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容要求相關(guān)設(shè)計(jì)要求：1) 數(shù)控車床主軸最高轉(zhuǎn)速為 4500r/min，最低轉(zhuǎn)速為 30r/min，計(jì)算轉(zhuǎn)速為150r/min，最大切削功率為 5.5Kw。采用交流變頻主軸電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，最高轉(zhuǎn)速為 4500r/min，最低轉(zhuǎn)速為 310r/min.；2) 設(shè)計(jì)分級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，用電磁離合器完成數(shù)控車床的調(diào)速。3) 數(shù)控車床作為高度自動(dòng)化的機(jī)電一體化設(shè)備，其主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求: 使用性能要求 首先應(yīng)滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能，進(jìn)而把傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更加合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠。 傳遞動(dòng)力要求 主電動(dòng)機(jī)和傳遞結(jié)構(gòu)能夠提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動(dòng)效率。 工作性能要求 主傳動(dòng)中所有零部件要有足夠的剛度、精度和抗振性，熱變形性穩(wěn)定。此外，還要求主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)整和維修；工藝性好，便于加工和裝配；防護(hù)性能好；使用壽命長(zhǎng)。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 3 -2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案2.1.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)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,主軸就必須通過(guò)自動(dòng)變速，來(lái)維持切削速度的基本恒定。這些自動(dòng)變速即為無(wú)級(jí)變速，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，以及提高切削效率。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，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)，本方案采用三級(jí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)方案如下圖 2.1 所示。圖 2.1 主軸變速箱變速傳動(dòng)示意圖2.1.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)有級(jí)變速自動(dòng)變換方式的確定大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 4 -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。電磁離合器是通過(guò)應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(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，所以它已成為自動(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)中，能簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)，使機(jī)床操作更加方便。通過(guò)安裝在各傳動(dòng)軸上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。電磁離合器分類一般為濕式電磁離合器、摩擦片式和牙嵌式等。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。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本方案選擇濕式電磁離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)系統(tǒng)有變速的自動(dòng)變換方式。2.2 計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩1) 主軸調(diào)速范圍的確定（本小節(jié)公式除非特別說(shuō)明，均出自資料12）數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速范圍 304500r/min則數(shù)控車床總變速范圍 150minmaxnnRn（2.1）已知計(jì)算轉(zhuǎn)速min/ r150n計(jì)主軸的恒功率變速范圍 301504500max計(jì)nnRnp（2.2）電機(jī)的恒功率變速范圍810008000Rdp由于RnpRdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。取，則8fdpR3lgRglZnpf對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)能夠滿足恒線速度切削的要求，故取 Z=3，故傳動(dòng)比分配可取。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 5 -2) 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 （2.3）min/7 .1401.41nnmin/1982.25nn/min44747. 4nnmin/20007 . 0nnmin/150n2100rrrrrnj3)各軸輸入功率 （2.4）KwppKwppKwppKwpped77. 698. 099. 098. 698. 099. 02 . 796. 05 . 7004) 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 （2.5）N.m1147 .41697. 495509550N.m4 .45610497. 495509550N.m23520812. 595509550N.m1217 .41628. 595509550N.m5422110npTnpTnpTnpTT表 2.1 各軸的傳動(dòng)參數(shù)參數(shù) 軸0 軸（電機(jī)軸）I 軸(傳動(dòng)軸）II 軸（主軸)計(jì)算轉(zhuǎn)（minr）2000447 150/450輸入功率（Kw）7.57.26.77轉(zhuǎn)矩（N m）54121456.4/114大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 6 -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)比,畫出數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速圖,見圖 2-2。圖 2.2 轉(zhuǎn)速圖2.3 電機(jī)的選擇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)類型。(2)根據(jù)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等因素，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)荷率一般取 0.80.9。(3)根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件的不同，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)等等諸多因素。2. 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇由于不同機(jī)床有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)。總的來(lái)說(shuō)，選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在價(jià)格與性能之間找出一種理想的折衷。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 7 -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。在決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)我們特別需要考慮電動(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)。而對(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)），只需要考慮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，本設(shè)計(jì)中電機(jī)容量按以下步驟確定。4. 確定電機(jī)輸出功率 Pd dPP切削傳動(dòng)裝置的總效率 (2.6)1213 其中，圓柱直齒輪傳動(dòng)效率，查得0.98；13軸軸承效率，查得20.990.990.98；2軸（主軸）軸承效率，查得30.990.990.98。 4由此，0.980.980.980.980.922。故，5. 選擇電動(dòng)機(jī)額定功率edP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 7.5。Kw6. 電動(dòng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇小功率電動(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)格、車床性能要求等因素來(lái)選擇。本設(shè)計(jì)中的數(shù)控車床主軸的轉(zhuǎn)速范圍要求為 30r/min4500r/min。由于采用三級(jí)變速級(jí)數(shù)，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。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 8 -I 軸上齒輪傳動(dòng)比確定為;II 軸上兩對(duì)直齒輪的傳動(dòng)比分別為，;由此可得電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍:。通過(guò)綜合考慮電動(dòng)機(jī)與主軸功率特性的匹配問(wèn)題（數(shù)控車床主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍），為解決這一問(wèn)題，需要在電動(dòng)機(jī)與主軸之間串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速機(jī)構(gòu)，以便擴(kuò)大其恒功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出功率的要求。主傳動(dòng)系統(tǒng)的采用定比傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速相結(jié)合的傳動(dòng)方式。交流調(diào)頻主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶傳動(dòng)，傳遞給傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸再通過(guò)變速機(jī)構(gòu)傳遞給主軸，從而實(shí)現(xiàn)主軸的變速。變速機(jī)構(gòu)采用齒輪副來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 3.1 所示。這樣通過(guò)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速，配合變速機(jī)構(gòu)便可確保主軸的功率和轉(zhuǎn)矩要求。圖 2.3 主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性如圖 2.3 所示，車床主軸要求的功率特性和轉(zhuǎn)矩特性。這兩條特性曲線是以計(jì)算轉(zhuǎn)速為分界，從至最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域?yàn)楹愎β蕝^(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，任意轉(zhuǎn)jnjnmaxn速下主軸都可以輸出額定的功率，最大轉(zhuǎn)矩則隨主軸轉(zhuǎn)速的下降而上升。從最低轉(zhuǎn)速至的區(qū)域?yàn)楹戕D(zhuǎn)矩區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，最大轉(zhuǎn)矩不再隨轉(zhuǎn)速下降而上升，minnjn任何轉(zhuǎn)速下可能提供的轉(zhuǎn)矩都不能超過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩就是機(jī)床主軸的最大轉(zhuǎn)矩。在區(qū)域內(nèi)，主軸可能輸出的最大功率，則隨主軸轉(zhuǎn)速的下maxMmaxP降而下降。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 9 -7. 確定電機(jī)的型號(hào)由前面信息，可選取 FANUC 交流電機(jī)，型號(hào)為。這種電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)非常12/6000ci平穩(wěn)，采用 160,000,000/rev 的超高分辨率位置編碼器，通過(guò)線圈切換可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高速、高加速控制。表 2.2 交流主軸電機(jī)的參數(shù)主軸型號(hào)連續(xù)輸出功率分鐘額定輸出功率基本速度變速范圍6.57.510r/min30r/min大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 10 -3 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)是由帶和帶輪組合進(jìn)行傳動(dòng)。根據(jù)工作原理可分為兩類：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，曲撓疲勞性好。其應(yīng)用于：帶速 V2530m/s；傳動(dòng)功率 P700kW；傳動(dòng)比i10；軸間距較小的傳動(dòng)。其主要失效形式： 帶在帶輪上打滑，不能傳遞動(dòng)力； 帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷； 帶的工作面磨損。V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是在工作中保證帶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，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)。1) 設(shè)計(jì)功率的確定：caP由表 8-7 查得工況系數(shù)1 . 1KA （3.1）8.25Kw7.51.1P PAcaK2) 選定帶型：根據(jù)和由圖 8-10 確定選用 A 型。caPjn確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速傳 V：1dd 初選帶輪的基準(zhǔn)直徑由表 8-6 和表 8-8 確定：1dd取小帶輪直徑=125mm1dd 驗(yàn)算帶速 V：因?yàn)?5m/sV30m/s,故帶速合適。smndd/54. 6100060100012510006011V大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 11 - 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。2dd=i=2.25125=281.25mm （3.2）2dd1dd由【4】公式(8-15a) 150P11212DnnD式中：-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動(dòng)系數(shù)，一般取 0.02。nn則：，由【4】表 8-8 取圓整為 280mm。mmD276)02. 01 (12566515002157P3) 驗(yàn)算帶速度 V按【4】式（8-13）驗(yàn)算帶的速度150P （3.3）1 13.14 125 14409.4260 100060 1000DnmVs，故帶速合適。smvsm3054) 初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局來(lái)初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。?根據(jù)【4】經(jīng)驗(yàn)公式（8-20）152P (3.4)(2)(7 . 021021DDADD取 2，取=700mm.0A5) 三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度L由【4】公式（8-22）計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長(zhǎng)度158P02122100422ADDDDAL (3.5)由【4】表 8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 L=2300mm146P6) 驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù)，符合要求。100010.3140smvuL次7) 確定實(shí)際中心距A大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 12 -按【4】公式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距158PA= (3.6)8) 驗(yàn)算小帶輪包角1根據(jù)【4】公式（8-25）158P，故主動(dòng)輪上包角合適。OOOoADD1209 .1703 .571801219) 確定三角帶根數(shù)Z根據(jù)【4】式（8-26）得158P (3.7)00calpzpp k k查表【4】表 8-4d 由 i=1.8 和得= 0.15KW,153Pmin15001rn 0p查表【4】表 8-5，=0.98；查表【4】表 8-2，長(zhǎng)度系數(shù)=1.01klk (3.8)39. 401. 198. 0)15. 092. 1 (0 . 9Z取根Z510) 計(jì)算預(yù)緊力查【4】表 8-3，q=0.1kg/m由【4】式（8-27） (3.9)20)5 . 2(500qvkkvZpFca其中：-帶的變速功率,KW；capv-帶速,m/s；q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取 q=0.1kg/m。v=1500r/min=9.42m/s。 NF82.15642. 91 . 0)98. 098. 05 . 2(542. 90 . 95002011)計(jì)算作用在軸上的壓軸力 (3.10)NZFFQ26.156329 .170sin82.156522sin210大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 13 -傳動(dòng)比i=查表【4】表 8-4a 由和得=2.32KW152PmmD1251min15001rn 0p3.2 軸系零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 1. 確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳jn動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定。已知主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為min/150rnj2. 各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速可傳動(dòng)比找上去，軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 675r/min；軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 2000r/min；1jn3. 各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速同一變速組內(nèi)一般只計(jì)算組內(nèi)最小齒輪，也是最薄弱的齒輪，故也只需確定最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。變速組 1 中，21/99 只需計(jì)算 z = 21 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為 675r/min；變速組 2 計(jì)算 z = 37 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為 150r/min；核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 (3.11)min/14.115736/7245/4549/35224/1261500rn實(shí)min/1120rn標(biāo)，所以合適。%5%3 . 4%1001120)11201157(%100)(標(biāo)標(biāo)實(shí)nnn3.2.2 確定傳動(dòng)各軸最小直徑根據(jù)【5】公式（7-1） ，并查【5】表 7-13 得到取 1。 mmnPdj491 軸的直徑：取min/675,96. 011rnj大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 14 - (3.12) mmndj3 .29167596. 05 . 7915 . 79144 軸的直徑：取min/150,922. 099. 099. 098. 0212rnj mmndj61.401150922. 05 . 7915 . 79144其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率（kW） ；-從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的所有傳動(dòng)效率的乘積；-該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（） ；jnminr-傳動(dòng)軸允許的扭轉(zhuǎn)角（） 。 mo 各軸間的中心距的確定：； (3.13)(5 .16623)7734(2)(21mmmzzd；)(19523)6565(mmd；)(11123)3737(mmdVNdTFmNnPTr7 .1535)10112/(862/286800/96. 05 . 71055. 9/1055. 9366最大撓度： (3.14) mmEIblbF34349432222max1068.110106430102104810426446434267 .15354843 (3.15);6 .39740643014. 364;101 . 24449mmdIIMPaEE軸的；材料彈性模量；式中；查【1】表 3-12 許用撓度； mmy12. 0403. 0。 所以合格,yYB大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 15 - 軸、軸的校核同上。3.2.3 和 II 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 軸上的零件主要是電磁離合器和齒輪。其中用凸臺(tái)跟軸用彈性擋圈定位,電磁離合器選用軸間和鎖緊螺母定位。傳動(dòng)軸即需要滿足強(qiáng)度要求，還必須滿足剛度的要求，強(qiáng)度要求是保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(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)度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過(guò)大的變形。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。2. 軸的支承形式該軸不受或只受極小的軸向力，主要受徑向力，故左、右端選用深溝球軸承。圖 3.1 中間傳動(dòng)軸的支承形式3. 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鎖緊螺母固定,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，兩齒輪的另兩端用軸肩，另外兩段采用鎖緊螺母定位。軸右端的軸承左邊利用軸肩定位，右端用一摔油盤（有套筒的作用）和鎖緊螺母進(jìn)行定位。軸的選材和最小直徑mind的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） ，3min0PdAn (3.16)式中，0A由表 153，可取得 110，故： 99.3720812. 51103mind大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 16 -取mind40mm。由于mind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 3-2.圖 3.2 中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸零件示意圖3.2.4 鍵的校核鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表 6-2 查的許用擠壓應(yīng)力,MPap120100取其中間值，。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與MPap110mmmmmmbLl16822輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得mmmmhk5 . 375 . 05 . 0 (3.17)MPaMPaMPakldTpp1103 .10230165 . 31086210233式中：；】表鍵【，弱材料的許用擠壓應(yīng)力鍵、軸、輪轂三者中最；鍵的直徑，；為鍵的寬度，為鍵的公稱長(zhǎng)度，圓頭平鍵鍵的工作長(zhǎng)度，。為鍵的高度此處度；鍵與輪轂鍵槽的接觸高傳遞的轉(zhuǎn)矩264,5 . 0;,pMPammdmmbmmLbLlmmlmmhhkkmNT可見連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為：20031096914TGB鍵3.2.5齒輪模數(shù)的確定及校核1. 選定齒輪類型,精度等級(jí),材料及齒數(shù)。2. 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)屬于金屬切削車床類,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) 選齒輪齒，=20。齒輪模數(shù)的估算。通常在相同變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，若齒輪材料相同，則選擇負(fù)荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件按【5】大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 17 -表 7-17 進(jìn)行估算模數(shù)和，并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為簡(jiǎn)化工藝HmFm制造，變速傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過(guò) 23 種模數(shù)。先計(jì)算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動(dòng)，查【4】表 10-8 齒輪精度選用 7 級(jí)精度，再由【4】表 10-1 選擇小齒輪材料為 40C (調(diào)質(zhì))，r硬度為 280HBS：根據(jù)【5】表 7-17；有公式：A.齒面接觸疲勞強(qiáng)度： (3.18)322) 1(16020HPjmHznKPmB.齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： (3.19)3430FPjmFznKPm1 變速組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù) 20 的齒輪。齒面接觸疲勞強(qiáng)度： (3.20)322) 1(16020HPjmHznKPm其中: -公比 ； = 2； P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.96 7.5=7.2KW； -齒寬系數(shù)=；mm105mb -齒輪許允接觸應(yīng)力，由【5】圖 7-6 按 MQ 線查HPlim9 . 0HHPlimH取; -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;jnK-載荷系數(shù)取 1.2。=650MPa，limHMPaMPaHP5859 . 0650mmmH96. 2675576228732 . 72 . 1160203221根據(jù)【6】表 10-4 將齒輪模數(shù)圓整為 3mm。齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： (3.21)3430FPjmFznKPm其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.96 7.5=7.2KW； -齒寬系數(shù)=；mm105mb大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 18 - -齒輪許允齒根應(yīng)力，由【5】圖 7-11 按 MQFPlim4 . 1FFPlimF線查?。?計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; jnK-載荷系數(shù)取 1.2。，MPaF300limMPaMPaFP4204 . 1300mmmF53. 24202867572 . 72 . 143031根據(jù)【6】表 10-4 將齒輪模數(shù)圓整為 2.5mm 。所以11FHmmmmm31于是變速組 1 的齒輪模數(shù)取 m = 3mm，b = 30mm。軸上主動(dòng)輪齒輪的直徑： (3.22)mmmmdmmdaa60203d138463102343a321；軸上從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：。；mmmmdmmdaaad2979931956532317733,21標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)：*20h1c0.25度，從【7】表 3-3 查得以下公式齒頂圓直徑 ； (3.23)mhzdaa)2+(=*1齒根圓直徑；mchzdaf)22(1分度圓直徑 ；mzd =齒頂高 ；mhhaa*=齒根高 ； mchhaf)+(=*齒輪的具體值見表大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 19 -表 3.1 齒輪尺寸表 （單位：mm）齒輪齒數(shù)z模數(shù)nmm分度圓直徑 d齒頂圓直徑ad齒根圓直徑fd齒頂高ah齒根高fh1343102105983424631381411343532036063563447732312342273456531951981913469932973002933476531951981913483731111141073498373111114107343.2.6 齒寬的確定 1. 由公式得： (3.24)105(mmmb軸主動(dòng)輪齒輪；mmb30310軸主動(dòng)輪齒輪；mmb30310軸主動(dòng)輪齒輪；mmb302. 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通過(guò)齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等的結(jié)構(gòu)形式，其他通常都由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定。當(dāng)齒頂圓直徑時(shí)，可以做成實(shí)心式結(jié)構(gòu)的齒輪。當(dāng)時(shí)，可做成腹mmda160160500ammdmm板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問(wèn)題，現(xiàn)決定把所有齒輪做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 20 -3.3 電磁摩擦離合器的計(jì)算和選擇本課題中數(shù)控機(jī)床得轉(zhuǎn)速較高，對(duì)工作可靠性要求高，根據(jù)資料中的結(jié)構(gòu)選擇原則，選取濕式多片電磁離合器。形式選定后，應(yīng)進(jìn)一步確定其規(guī)格。其規(guī)格選擇計(jì)算的基本原則是使其計(jì)算轉(zhuǎn)矩cT小于或等于其薄弱環(huán)節(jié)的失效條件限制的許用轉(zhuǎn)矩T，即maxmax cnTTTTTT (3.25) nn其中T-理論轉(zhuǎn)矩；cT-計(jì)算轉(zhuǎn)矩；nT-公稱轉(zhuǎn)矩； T-許用轉(zhuǎn)矩；maxT-最大轉(zhuǎn)矩；maxT-許用最大轉(zhuǎn)矩； n-許用轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)矩由于各類聯(lián)軸器，離合器實(shí)際工況不同，在確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩cT時(shí)應(yīng)將理論轉(zhuǎn)矩T乘以不同系數(shù) K。本機(jī)床承受長(zhǎng)期平穩(wěn)載荷，故： cTKTT (3.26)式中，cT，nT， T-分別為離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，公稱，許用轉(zhuǎn)矩，N/m；T-離合器理論轉(zhuǎn)矩,N/m；K離合器工況系數(shù)離合器接合頻率系數(shù)mK離合器滑動(dòng)速度系數(shù)VK本文中為金屬切學(xué)機(jī)床，由表 15.2-3 查得 K=1.4，由表 15.2-4 查得 =1.00，由表 15.2-4 查得=1.08 從而得到：mKVK (3.27)mNKKKTTvmc6 .30408. 112354 . 1根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查資料選取規(guī)格為 DLMS-16A 的濕式多片電磁離合器，相關(guān)尺寸可從資料中查取。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 21 -4 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 對(duì)主軸組件的性能要求主軸組件是數(shù)控機(jī)床重要部件之一，它的性能對(duì)整機(jī)性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，并且轉(zhuǎn)速范圍變化又很大，所以對(duì)主軸組件的主要性能提出以下要求：1) 回轉(zhuǎn)精度 是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當(dāng)主軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，連接線速度到零點(diǎn)被稱為主軸旋轉(zhuǎn)的中心線。旋轉(zhuǎn)中心線的空間位置，在理想情況下應(yīng)該是固定的。實(shí)際上，由于各種因素的主軸組件的影響，旋轉(zhuǎn)中心線的空間位置是變化的每一刻，理想的旋轉(zhuǎn)中心線的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心線平均空間位置。旋轉(zhuǎn)相對(duì)于在空間提供了理想的旋轉(zhuǎn)中心線的距離的中心線，即，主軸旋轉(zhuǎn)誤差，旋轉(zhuǎn)誤差范圍瞬間是主軸的旋轉(zhuǎn)精度。純徑向誤差，角度誤差和軸向誤差，他們很少獨(dú)自一人。當(dāng)徑向和角度誤差存在，構(gòu)成徑向，軸向和角度誤差存在，構(gòu)成了跳動(dòng)。由于主軸的旋轉(zhuǎn)矢量的旋轉(zhuǎn)誤差通常是一個(gè)空間，它并不像形狀通過(guò)加工工件獲得所有的情況下被表示。2) 剛度 剛性主軸組件指由外力，變形的主軸組件的阻力。通常，以產(chǎn)生主軸前端部的位移，這個(gè)力的大小，在施加位移的方向被表示。更大的剛性主軸總成，主軸受力和變形小。剛性不足主軸組件，力和其它力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的質(zhì)量，而且也損壞齒輪，軸承正常工作條件下，加速磨損，降低精度。3) 溫升 主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中，溫升過(guò)高會(huì)引起兩方面的不良后果：一是主軸組件和箱體因熱彭漲而變形，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會(huì)因溫度過(guò)高，而影響軸承的正常工作。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生“抱軸” 。數(shù)控機(jī)床一般采用恒溫主軸箱來(lái)解決恒溫問(wèn)題。4) 耐磨性 主軸組件必須有足夠的耐磨性，才能長(zhǎng)期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動(dòng)式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬或氮化處理。主軸軸承也需有良好的潤(rùn)滑，以提高耐磨性。以上這些要求，有的還是矛盾的。這就要具體問(wèn)題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。4.2 軸承配置型式本課題中數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)速較高，卻要求徑向剛度好，所以軸承的配置型式選擇為剛度速度型。兩個(gè)軸承均采用圓錐滾子軸承，以承受較大的傳動(dòng)力。如下圖所示：大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 22 -圖 4.1 主軸支承型式4.3 主要參數(shù)的確定主軸的主要參數(shù)是指：主軸平均直徑 D（或主軸前軸頸直徑1D） ；主軸內(nèi)孔直徑d；主軸懸伸量 a 和主軸支承跨距l(xiāng)。這些參數(shù)直接影響主軸的工作性能，但為簡(jiǎn)化問(wèn)題，主要是由靜剛度條件來(lái)確定這些參數(shù)，即選擇 D、d、a、l 使主軸獲得最大靜剛度，同時(shí)兼顧其它要求，如高速性、抗振性等。1. 主軸前軸頸直徑1D的確定主軸平均直徑對(duì)主軸部件剛度影響較大。加大直徑1D，可減少主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形引起的軸端位移，從而提高主軸部件剛度。但加大直徑受到軸承 dn 值的限制，同時(shí)造成相配零件尺寸加大、制造困難、結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等，因此在滿足剛度要求下應(yīng)取較小值。按車床主電動(dòng)機(jī)功率來(lái)確定，由資料16圖 6.183 可取。 2. 主軸內(nèi)孔直徑 d 的確定確定孔徑的原則是，為減輕主軸重量，在滿足對(duì)空心主軸孔頸要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下，應(yīng)取較大值。對(duì)于數(shù)控機(jī)床，/0.60.5d D ，本課題中車床主軸尾端需要安裝皮帶輪，軸徑較小，故取/0.55d D ，即 d=60mm。3. 主軸懸伸量a的確定主軸懸伸量a是指主軸前端到支承徑向的反力作用中點(diǎn)的距離，它對(duì)主軸部件的剛度和抗振性影響很大。因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡可能取小值。減小a的常見措施有：圖 4.2大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 23 - 盡量采用短的錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)。 配置在前支承時(shí)，應(yīng)安裝在徑向軸承的內(nèi)側(cè)。 合理設(shè)計(jì)前支承的調(diào)整結(jié)構(gòu)和密封裝置形式，盡量采用主軸端部的法蘭盤和軸肩等構(gòu)成密封裝置。 改變軸端夾具的結(jié)構(gòu)來(lái)減小 a 值。4. 支承跨距l(xiāng)的確定支承跨距l(xiāng)是指相鄰兩支承的支承反力作用點(diǎn)之間的距離。合理確定l是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。當(dāng)0ll時(shí)，主軸部件具有最大剛度，0l即為主軸部件的最佳跨距。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，往往由于結(jié)構(gòu)上的限制而使0ll，這就造成主軸部件的剛度損失。合理跨距(0.75 1.5)ratll,通常取0ratlll。因?yàn)?D、a 一定時(shí)，l越大，軸承的徑向跳動(dòng)對(duì)主軸前端的徑向跳動(dòng)影響越小，且加大l可較小振動(dòng)。當(dāng)需要l遠(yuǎn)大于0l時(shí)，可采用三支承結(jié)構(gòu)。本方案采用兩支承結(jié)構(gòu)。如圖 4.3圖 4.3 主軸零件圖5. 主軸頭的選用如前文所述，采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)有利于減小主軸懸伸量a。本課題選用 C 型法蘭式主軸端部，代號(hào)為 6，其基本尺寸由資料16表 6.131 可獲得。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 24 -5 編碼器的選擇與安裝在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時(shí)，進(jìn)刀速度應(yīng)與車床主軸轉(zhuǎn)速之間保持一個(gè)恒定的比例關(guān)系，為此要在車床主軸上安裝一個(gè)主軸位置信號(hào)的反饋元件。即主軸脈沖發(fā)生器。在選用簡(jiǎn)易數(shù)控裝置時(shí)，應(yīng)選用含有螺紋加工功能的系統(tǒng)軟件和相應(yīng)的主軸脈沖發(fā)生器。光電編碼器由于是數(shù)字信號(hào)，所以噪聲容限大，容易實(shí)現(xiàn)高分辨率，檢測(cè)精度高，且體積小、重量輕、易安裝，在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中得到了廣泛地應(yīng)用。本課題選用增量式實(shí)心軸編碼器 PZF58。其技術(shù)參數(shù)如下表:編碼器的安裝通常采用兩種方式:同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件；異軸安裝較同軸安裝麻煩，需配一對(duì)同步平帶輪及同步平帶。在加工螺紋時(shí)，將其裝上，不使用時(shí)將其斷開，避免磨損和信號(hào)干擾，延長(zhǎng)主軸脈沖發(fā)生器的使用壽命。本課題采用異軸安裝方式，利用同步齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)電編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)。圖 5.1 編碼器安裝示意圖大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 25 -6 結(jié)論本文通過(guò)學(xué)習(xí)分析數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)，讓自己更加了解了機(jī)械行業(yè)中高精度，高自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床的價(jià)值與力量。數(shù)控車床的主要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括一個(gè)主軸電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器和主軸部件，用普通工具，通過(guò)變速主軸馬達(dá)的絕大多數(shù)承擔(dān)變速功能相比，省去了復(fù)雜的齒輪換檔機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一些或雙極三檔變速機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，以擴(kuò)大可變速馬達(dá)的范圍。設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題：1、起初對(duì)于數(shù)控車床傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)沒(méi)有十分明確的概念，不能在最短的時(shí)間內(nèi)初步設(shè)計(jì)出機(jī)器的零部件草圖，耽誤了很多不必要的時(shí)間。2.運(yùn)用 CAD、CAXA 進(jìn)行零件設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)一些不能熟練應(yīng)用操作，造成了設(shè)計(jì)時(shí)間的浪費(fèi)，加長(zhǎng)了設(shè)計(jì)的時(shí)間。3.對(duì)數(shù)控車床控制部分，變頻器的使用了解不多，查閱了大量資料后才弄明白。耽誤了一些時(shí)間。設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題與解決的方法：1. 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用多級(jí)齒輪變速來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速后，通過(guò)帶輪輸送到輸入軸，再經(jīng)過(guò)齒輪有級(jí)變速擴(kuò)大變速范圍，滿足機(jī)床變速范圍的要求。2.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)，使輸入軸帶輪處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上的徑向力傳動(dòng)到車床機(jī)體上改善了輸入軸的受力情況。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 26 -參 考 文 獻(xiàn)1師鴻飛,鄒翠波,張彩虹.我國(guó)數(shù)控車床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)J.CAD/CAM 與制造業(yè)信息化,2004, 17(06).2劉鎖. 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.民營(yíng)科技,2013,20(08).3于國(guó)明.數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,1992,27(10).4劉淑華,韓松,高文治.淺談數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),1999,30（9）.5韓鳳益,鄭堤,李香勻.數(shù)控車床傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)J.吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1990,01（10）.6巴實(shí).電磁離合器在簡(jiǎn)易數(shù)控及仿形機(jī)床中的應(yīng)用J.機(jī)床,1976,31(03).7王昕,呂長(zhǎng)松.數(shù)控車床故障分析與提高可靠性的措施J.機(jī)床與液壓,2008,15（09）.8周孝友.簡(jiǎn)單精確的自動(dòng)執(zhí)行元件_干式電磁離合器J.裝備機(jī)械,1981,30（06）.9易守華.CK6140 數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)改造D.湖南:湖南大學(xué),2012（9）.10關(guān)慧貞,朱武君.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)J.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),1998,20（07）.11王濤.數(shù)控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)理論和方法研究D.天津:天津大學(xué),2008（08）.12李研.國(guó)內(nèi)外數(shù)控車床可靠性對(duì)比分析D.吉林:吉林大學(xué),2006（05）.13康霞明.CA6510 車床片式電磁離合器剖析J.特鋼技術(shù),2002,25（08）.14王昆等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M.北京:高等教育出版社,1995:1-11,47-49,14015良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001:100-106,147-156,200-203,301-318,335-345,355-362.16周撫群.大型數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)J.裝備機(jī)械,1991,30(12).17馮桂安等.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999:113-135.18Yiqiang Wang, Yazhou Jia, Junyi Yu, Yuhua Zheng, Shangfeng Yi, “Failure probabilistic model of CNC lathes”,Reliability Engineering & System Safety, Volume 65, Issue 3, September 1999, Pages 30731419M. Mori (2), H. Mizuguchi, M. Fujishima, Y. Ido, N. Mingkai, K. Konishi,” Design optimization and development of CNC lathe headstock to minimize thermal deformation”, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Volume 58, Issue 1, 2009, Pages 331334.大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 27 -致 謝在本論文的完成過(guò)程中，我要感謝很多人的幫助和指點(diǎn)，要是沒(méi)有他們的幫助我不可能完成論文。首先我要感謝我的母校的辛勤培育，其次感謝院系各位老師四年來(lái)的諄諄教誨，沒(méi)有他們給我機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械原理等基礎(chǔ)知識(shí)，我的論文不可能這么順利完成。本論文是在宋強(qiáng)老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成。宋老師平時(shí)工作繁忙，但仍抽出時(shí)間來(lái)指導(dǎo)我的設(shè)計(jì)。她待人誠(chéng)懇熱情，在學(xué)習(xí)和生活上都給與我很多的指導(dǎo)和照顧。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，積極地幫我設(shè)定了工作進(jìn)程，熱心的答疑，給與我極大的幫助和鼓勵(lì)，在此表示衷心的感謝。同時(shí)也感謝所有老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)上給我的幫助。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我的同學(xué)也給與了我很多的幫助，尤其是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分和繪圖等細(xì)節(jié)部分，同學(xué)熱心的給我講解。在此對(duì)他們表示感謝。另外，還要感謝我宿舍的舍友們，在我繁忙的設(shè)計(jì)期間他們?cè)谏钌辖o與我很多的幫助和照顧，并積極地提供一些硬件設(shè)備幫助，給予精神支持。