電機(jī)殼加工專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床立式車(chē)床的主軸箱設(shè)計(jì)含7張CAD圖,機(jī)殼,加工,專(zhuān)用,數(shù)控機(jī)床,立式,車(chē)床,主軸,設(shè)計(jì),cad
電機(jī)殼加工專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)
摘要
對(duì)于特定的電動(dòng)機(jī)的外殼殼體內(nèi)孔、止口的加工，設(shè)計(jì)電機(jī)殼體專(zhuān)用的數(shù)控立式車(chē)床的主軸箱。電機(jī)被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械與機(jī)床設(shè)備的傳動(dòng)上。定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙大小會(huì)直接影響電機(jī)的性能,而其氣隙大小由電動(dòng)機(jī)殼體鐵芯孔與兩端面的止口的同軸度來(lái)決定。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括根據(jù)所給出的額定轉(zhuǎn)速下的工作狀況的切削功率，選用適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)，提高主運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)使用率；主軸箱部分部件的設(shè)計(jì)；箱體的設(shè)計(jì)；其中最主要是主軸中采用了雙列圓柱滾子軸承（錐孔），比其他軸承的回轉(zhuǎn)精度更高，提高了被加工零件的圓度、圓柱度、跳動(dòng)等精度；以及皮帶機(jī)傳動(dòng)中采用球型墊片來(lái)實(shí)現(xiàn)張緊功能。
關(guān)鍵詞: 電動(dòng)機(jī)殼體；專(zhuān)用數(shù)控立車(chē)；主軸箱
The design of special-purpose NCN machine tool for machining the shell of electric machine
Abstract
To design the spindle box of special-purpose NCN vertical lathe for machining holes,seam allowance and end face of the shell of electric machine . The motor is widely used in the transmission of various kinds of machinery and Machine tool equipment. The size of the air gap between stator and rotor can directly affects the performance of the motor，and is determined by the coaxial degree of the motor casing and the seam allowances of the ends.the contents of design include: According to the cutting power of the combined operating mode, to choose the suitable motor to improve the main drive motor utilization;the design of box; The design of a special workbench for special fixtures. The key of the design is that spindle bearing is used with double column roller bearing (conical hole), of which rotation?precision is higher than other bearings,to improve the circular?degree, cylindricity ,beat accuracy and etc.As well as，Ball spacer is used in belt drive to implementation the tensioning function
Key words: The shell of electric machine；Special CNC vertical car；The spindle box
目 錄
摘要
Abstract
1. 前言 1
1.1. 課題研究背景 1
1.2. 課題研究意義 2
1.3. 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 3
1.4. 設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容 8
2. 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10
2.1. 概述 10
2.2. 選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類(lèi)型 12
2.3. 選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型 12
2.4. 確定電機(jī)型號(hào) 13
3. 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21
3.1確定總傳動(dòng)比的范圍 21
3.2轉(zhuǎn)速要求 21
3.3功率要求 22
3.4齒輪副齒數(shù)的確定 24
3.5.帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
3.6齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 32
4 強(qiáng)度的校核 38
4.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 38
4.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 40
總結(jié)
參考文獻(xiàn) 44
致謝 47
前言
1.1課題研究背景
1.1.1組合機(jī)床專(zhuān)用機(jī)床的發(fā)展和特色
世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于1908年在美國(guó)問(wèn)世,30年代后組合機(jī)床在世界各國(guó)得到迅速發(fā)展。至今,它己成為現(xiàn)代制造工程(尤其是箱體零件加工)的關(guān)鍵設(shè)備之一。現(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對(duì)組合機(jī)床提出了愈來(lái)愈高的要求,而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。
專(zhuān)用機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式,生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,可根據(jù)需要靈活配置,能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此專(zhuān)用機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn),在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。
專(zhuān)用機(jī)床一般用于加工箱體類(lèi)或特殊形狀的零件。加工時(shí),工件一般不旋轉(zhuǎn),由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng),來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車(chē)削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn),由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng),也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件(如飛輪、汽車(chē)后橋半軸等)的外圓和端面加工。
1.1.2國(guó)內(nèi)組合機(jī)床專(zhuān)用機(jī)床的現(xiàn)狀
在我國(guó)組合機(jī)床發(fā)展己有幾十年的歷史,其科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ),應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新,進(jìn)行技術(shù)改造,提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。組合機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)是集機(jī)電于一體是綜合自動(dòng)化度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國(guó)的傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制,它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類(lèi)和軸類(lèi)零件(近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔,加工各種螺紋、鍵孔、車(chē)端面和凸臺(tái),在孔內(nèi)撞各種形狀槽,以及銑削平面和成型面等。組合機(jī)床的分類(lèi)繁多,有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)組合機(jī)床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,一種新型的組合機(jī)床—柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到人們的親睞,它應(yīng)用于多工位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換,配以可編程序控制器(PLC)、數(shù)字控制(NC)等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外,近年來(lái)組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。
由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專(zhuān)用產(chǎn)品,是根據(jù)用戶(hù)特殊要求而設(shè)計(jì)的,它涉及到加工工藝、刀具、測(cè)量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國(guó)組合機(jī)床及其組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后,國(guó)內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線(xiàn)幾乎都從國(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大,并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此,市場(chǎng)要求我們不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品,由過(guò)去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu),向“柔性”化方向發(fā)展,滿(mǎn)足用戶(hù)需要,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。
1.2課題研究意義
自主創(chuàng)新對(duì)于現(xiàn)在的社會(huì)和企業(yè)來(lái)說(shuō)有重大的戰(zhàn)略意義。 專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床可以大幅度提高生產(chǎn)效率和降低成本，節(jié)約各種資源，是機(jī)床企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要途徑之一。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,可根據(jù)需要靈活配置,能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此專(zhuān)用機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn),在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。
1.3國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述
目前電機(jī)被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器與設(shè)備的傳動(dòng)上。其構(gòu)造分為定子和轉(zhuǎn)子,定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙大小會(huì)直接影響電機(jī)的性能,一般氣隙厚度為0.2mm ~1.5mm之間。而其氣隙大小由電機(jī)殼體鐵芯孔與兩端止口的同軸度決定。隨著電機(jī)規(guī)格的大型化及高壓電機(jī)的發(fā)展,對(duì)電機(jī)殼體兩端止口同軸度的要求越來(lái)越高,傳統(tǒng)的通用型車(chē)床已不能滿(mǎn)足車(chē)削電機(jī)殼體這一特殊零件的加工要求。特別是低效率、低精度及資源浪費(fèi)現(xiàn)象比較突出。盡管部分車(chē)床廠(chǎng)家已紛紛推出了一些加高型專(zhuān)用車(chē)床,但機(jī)床行業(yè)對(duì)電機(jī)行業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展及對(duì)已裝備的通用車(chē)床改造關(guān)注較少。對(duì)此,開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)加工電機(jī)殼體數(shù)控車(chē)床,對(duì)于制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
傳統(tǒng)加工電機(jī)殼體兩端面工藝為加工完一端，然后將電機(jī)殼體翻轉(zhuǎn)再加工另一端。按照組合機(jī)床工序集中的工藝原則，且為了提高兩端面孔的同軸度精度，電機(jī)殼體數(shù)控車(chē)床采用鐵芯孔定位,工件一次裝夾下運(yùn)用兩把刀同時(shí)車(chē)削兩端面,車(chē)止口。兩把刀的入刀點(diǎn),切削用量可以單獨(dú)調(diào)整?？煽勘ＷC了兩端面孔同軸度達(dá)0.02-0.03mm止口對(duì)端面的跳動(dòng)公差可達(dá)≤0.01mm避免了因?yàn)槎窝b夾工件而產(chǎn)生的定位誤差直接影響兩端面孔同軸度精度。
夾具是電機(jī)殼體數(shù)控車(chē)床的重要組成部件。用于實(shí)現(xiàn)被加工零件的定位與夾緊。
夾具采用與心軸同心安裝的彈性漲套(漲套內(nèi)孔為錐孔)漲套裝在主軸內(nèi)由氣缸推動(dòng)的活塞桿帶動(dòng)使夾緊漲套漲緊或松開(kāi),實(shí)現(xiàn)工件的夾緊與松開(kāi)。
錐孔漲套采用剛性漲套，材料選用65Mn，加工工藝切口形式對(duì)著切[2]。
影響組合機(jī)床方案制定的主要因素應(yīng)該從以下幾方面來(lái)考慮:一是被加工零件的加工精度和加工工序;二是被加工零件的特點(diǎn);三是被加工零件的生產(chǎn)批量;四是機(jī)床的使用條件;五是制定工藝方案應(yīng)考慮的問(wèn)題;六是定位基準(zhǔn)及夾具壓點(diǎn)的選擇[4]。
本次設(shè)計(jì)的無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為，選用變頻電機(jī)來(lái)控制皮帶輪實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速作為基本組，再借由機(jī)械分級(jí)調(diào)速箱來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大或者縮小轉(zhuǎn)速的目的中間通過(guò)齒輪傳動(dòng)的方式進(jìn)行傳動(dòng)，從而達(dá)到無(wú)級(jí)變速的目的[8]。
對(duì)于主軸箱設(shè)計(jì)中間隙的密封以及潤(rùn)滑，一般情況下理想的間隙密封中，每增加一次槽形空腔，只要空腔尺寸大于間隙5倍以上，壓力降可提高19%。所以間隙密封的配合表面決不能加工成很光亮，相反應(yīng)有意識(shí)的布滿(mǎn)凹槽。凹槽越多越好，深度只須大于或等于間隙的5倍，凹槽的方向應(yīng)垂直于壓力降方向[22]。
中心高為100mm以上電機(jī)殼的精加工工藝正在由傳統(tǒng)的“調(diào)頭車(chē)”轉(zhuǎn)成“一刀車(chē)”工藝發(fā)展。所謂“調(diào)頭車(chē)”是在立式車(chē)床上先加工電機(jī)殼的一端止口和端面,然后將電機(jī)殼調(diào)頭，二次裝夾,加工另一端的止口和端面。由于兩次裝夾定位,上下止口的同軸度誤差較大所謂“一刀車(chē)”,即在數(shù)控立車(chē)上一次裝夾電機(jī)殼,加工電機(jī)殼的上止口、上端面、鐵芯孔、下端面,可以大幅度提高上下止口和鐵芯孔的同軸度精度和加工效率。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有能夠滿(mǎn)足大、中、小型電機(jī)殼精加工“一刀車(chē)”工藝的典型設(shè)備代表:
1.沈陽(yáng)車(chē)床股份有限公司,生產(chǎn)的VTC125通用型數(shù)控立式車(chē)床,帶一個(gè)垂直刀架,方滑枕結(jié)構(gòu),可以選配刀庫(kù),可選配測(cè)頭,但由于受結(jié)構(gòu)限制,對(duì)下止口和下端面無(wú)法測(cè)量,不適用。沒(méi)有專(zhuān)用夾具,沒(méi)有自動(dòng)上下電機(jī)殼的裝置。
2.瓦房店車(chē)床廠(chǎng),生產(chǎn)的CK5112B/3加高型數(shù)控立式車(chē)床,帶一個(gè)垂直方滑枕刀架，帶半自動(dòng)電機(jī)殼專(zhuān)用夾具。沒(méi)有自動(dòng)換刀,沒(méi)有電機(jī)殼測(cè)量,沒(méi)有自動(dòng)上下電機(jī)殼的裝置?！?5】
目前數(shù)控(普通)鏜銑床主軸箱平衡技術(shù)多采用配重結(jié)構(gòu)[26]。
電機(jī)制造裝配過(guò)程中,要保證電機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量必須保證電機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)殼、端蓋、軸等各類(lèi)配件的加工精度。其中配件的變形問(wèn)題對(duì)電機(jī)各配件同軸度是一項(xiàng)很大的考驗(yàn)。尤其是在隔爆電機(jī)中,各端面止口的配合精度將會(huì)影響到電機(jī)的隔爆性能,對(duì)隔爆間隙產(chǎn)生重要的影響。電機(jī)所出現(xiàn)的振動(dòng)噪音、軸承響、燒軸承、定轉(zhuǎn)子鐵芯掃膛等現(xiàn)象,都與機(jī)座和端蓋的變形有直接的聯(lián)系。
通過(guò)對(duì)消除焊接殘余應(yīng)力和機(jī)殼加工工藝的研究,確定合理的消除焊接殘余應(yīng)力和加工工藝的方法,達(dá)到更好的消除機(jī)殼焊接殘余應(yīng)力、提高電機(jī)機(jī)殼各端面的止口配合圓度及同軸度的加工精度的目的，保證電機(jī)的整體質(zhì)量[29]。
國(guó)內(nèi)機(jī)床制造廠(chǎng)生產(chǎn)的數(shù)控車(chē)主變速箱大多采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)械二檔變速。在區(qū)域內(nèi)通過(guò)電調(diào)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)無(wú)級(jí)調(diào)速,以滿(mǎn)足不同工件切削時(shí)所需的切削線(xiàn)速度、切削功率、切削鈕矩。通常情況下,數(shù)控臥車(chē)主變速箱為臥式,各傳動(dòng)軸均為水平分布,液壓缸驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)滑移齒輪變速換檔后由于滑移齒輪不受軸向力,因此不會(huì)因液壓控制系統(tǒng)的泄露而使滑移齒輪脫檔。數(shù)控立車(chē)則不同、主變速箱傳動(dòng)軸為立式,因此變速液壓缸驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)滑移齒輪變速換檔也必須在沿垂面內(nèi)完成。因此,主變速箱變速換檔后檔位保護(hù)至關(guān)重要。如果齒輪變速換檔后沒(méi)有可靠的檔位保護(hù)措施,滑移齒輪將在自重力的作用下自由落,其結(jié)果是:輕者滑移齒輪脫檔機(jī)床無(wú)法正常工作，重者會(huì)使機(jī)床嚴(yán)重受損、工件報(bào)廢,甚至造成人員傷亡。因此需要變速箱變速檔位保護(hù)[31]。
電機(jī)殼體又是電機(jī)的重要載體,是電機(jī)的關(guān)鍵組成部分,電機(jī)殼體內(nèi)孔主要包括兩端裝配止口以及用于熱裝定子的定子孔。電機(jī)殼體內(nèi)孔間相互的同軸精度高低，是影響電機(jī)以及整個(gè)機(jī)器的關(guān)鍵。
1.合理的機(jī)加工藝設(shè)計(jì)能夠有效減少誤差
機(jī)加工藝是指利用機(jī)械加工的方法,按照?qǐng)D紙的圖樣、尺寸,使毛坯的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)成為合格零件的全過(guò)程;加工工藝是工藝人員在加工前所做的工作,合理的工藝設(shè)計(jì),能夠提高加工質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等,避免加工過(guò)程發(fā)生加工失誤。
1.1選擇合理的加工設(shè)備,減少電機(jī)殼體在加工過(guò)程中的裝夾次數(shù)
電機(jī)殼體在加工過(guò)程中的任何一次換型、裝夾二次基準(zhǔn)找正,不可避免的產(chǎn)生誤差,而且次數(shù)越多,累計(jì)誤差就越多,電機(jī)殼體的加工同軸度就會(huì)越差;在臥式加工中心相比在立車(chē)或立式加工中心加工,可以減少裝夾次數(shù)。
1.2減少加工過(guò)程人為參與找正
1.3合理的裝夾方案的設(shè)計(jì)
由于電機(jī)殼體的結(jié)構(gòu)屬于薄壁、長(zhǎng)筒型，加工過(guò)程中容易產(chǎn)生振動(dòng)、受力變形；因此在加工中盡量降低其與工作臺(tái)的高度差，可有效減少加工振動(dòng)精磨工裝接觸面，可有效減少夾持應(yīng)力，避免松夾后造成零件的尺寸反彈；粗加工工序與精加工工序應(yīng)當(dāng)分離，并且精加工工序應(yīng)減少夾持力。
2機(jī)床結(jié)構(gòu)的影響
2.1軸的運(yùn)動(dòng)形式
2.2主軸中心與工作臺(tái)中心的位置重合精度也是影響電機(jī)殼體內(nèi)孔對(duì)頭鏜削精度的關(guān)鍵之一
2.3工作臺(tái)形式及其回程間隙的消除[32]。
數(shù)控立式車(chē)床主軸箱結(jié)構(gòu)包括豎直設(shè)置的主軸,在主軸的外側(cè)通過(guò)軸承連接有主軸箱,主軸箱與底座固定連接,即主軸箱設(shè)置在底座上的主軸孔內(nèi),主軸箱與底座之間的定位是靠主軸箱體外圓和端面來(lái)完成的,通過(guò)刮研主軸箱體端面與底座接合面來(lái)調(diào)整機(jī)床縱橫向移動(dòng)與主軸的位置精度,這樣勢(shì)必會(huì)造成主軸箱體端面與外圓的不垂直度增加,造成主軸箱與底座的裝配困難。如果將主軸箱體外圓與底座內(nèi)孔的間隙擴(kuò)大,克服刮研造成的不垂直度,方便裝配,但是,會(huì)使上軸箱體外圓定位的功能喪失,降低主軸箱的剛性,降低抗切削沖擊能力。
本次用新型的數(shù)控立車(chē)主軸箱結(jié)構(gòu)，由于在主軸箱與底座之間設(shè)有套筒,套筒與主軸箱體外圓之間為錐面配合定位,套筒與底座之間為間隙配合,安裝非常方便,部件的位置精度調(diào)整容易,裝配后通過(guò)注膠方式使套筒與底座之間相對(duì)緊固，主軸箱剛性好,抗切削沖擊能力強(qiáng)。
設(shè)計(jì)用新型的數(shù)控立車(chē)主軸箱結(jié)構(gòu),包括主軸、主軸箱、底座,主軸箱套裝在主軸的外側(cè),主軸箱與主軸之間通過(guò)軸承連接,主軸箱外側(cè)套裝有套筒,套筒內(nèi)孔與主軸箱的外圓之間通過(guò)錐面相對(duì)吻合固定,套筒通過(guò)間隙配合的方式安裝于底座的內(nèi)孔并通過(guò)套筒的端面與底座的端面軸向限位,在套筒的外圓周面上加工有環(huán)形槽,環(huán)形槽與底座的內(nèi)孔表面之間形成環(huán)形空腔,在套筒上加工至少兩個(gè)與環(huán)形空腔相連通的注膠孔,在環(huán)形空腔內(nèi)注有定位膠。
本設(shè)計(jì)用新型的數(shù)控立車(chē)主軸箱結(jié)構(gòu),由于在主軸箱與底座之間設(shè)有套筒,套筒與主軸箱體外圓之間為錐面配合定位,套筒與底座之間為間隙配合,安裝非常方便,部件的位置精度調(diào)整容易,裝配后通過(guò)注膠方式使套筒與底座之間相對(duì)緊固,主軸箱剛性好,抗切削沖擊能力強(qiáng)。提供一種具有裝配間隙、安裝方便、主軸箱體與其它部件之的位置精度高、裝配后可消除裝配間隙、剛性強(qiáng)的數(shù)控立車(chē)主軸箱結(jié)構(gòu),克服現(xiàn)有技術(shù)的不足[35]。
加工中心對(duì)高速主軸可靠性和穩(wěn)定性要求較高,相應(yīng)地,對(duì)作為加工中心的主軸箱提出了更高的要求。現(xiàn)有主軸箱一般包括箱體和套設(shè)在箱體內(nèi)的主軸,但現(xiàn)有主軸箱主要存在的問(wèn)題是:主軸箱及主軸工作時(shí)整受力不均勻,大大影響整體可靠性和穩(wěn)定性。主軸與主軸電機(jī)之間的傳動(dòng)比一般為1:1,由于主軸轉(zhuǎn)速較高,因此刀具轉(zhuǎn)速同樣也比較高,這適合高速加工。但是,對(duì)于某些產(chǎn)品來(lái)說(shuō),則需要低速重切削,目前的主軸箱結(jié)構(gòu)不適合低速重切削。
一方面,在工作過(guò)程中,主軸箱等構(gòu)件始終處于內(nèi)、外熱源的作用下,這些熱源主要是主軸本體外環(huán)壁,向各自壁面的四周傳遞,再由它們傳遞到箱體的其他壁面,以自然對(duì)流和輻射將熱量傳到空氣中去,散熱效果不佳,極易導(dǎo)致主軸箱等構(gòu)件產(chǎn)生熱應(yīng)力、熱應(yīng)變?！?8】
目前主軸箱實(shí)際存在的問(wèn)題有：1.主軸的密封問(wèn)題2.主軸箱的拆裝難度3.主軸箱在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)軸向和徑向的跳動(dòng)4.中間軸承潤(rùn)滑效果不好5.裝配后各個(gè)零件之間的預(yù)緊程度不可調(diào)[41]。
關(guān)于密封問(wèn)題，我采用迷宮密封形式來(lái)密封。關(guān)于裝配拆裝問(wèn)題，我選取正確的軸承使得裝配不存在過(guò)定位問(wèn)題。關(guān)于軸向和徑向跳動(dòng)問(wèn)題，在深溝球中間增加內(nèi)環(huán)支撐。關(guān)于中間軸承潤(rùn)滑問(wèn)題，在中間軸承出單獨(dú)開(kāi)潤(rùn)滑孔，增加直通式壓注油杯。關(guān)于預(yù)緊不可調(diào)問(wèn)題，將端蓋出螺紋連接，加長(zhǎng)螺釘長(zhǎng)度，加上球形墊片從而達(dá)到預(yù)緊可調(diào)節(jié)的目的。
1.4設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容
電機(jī)被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器與設(shè)備的傳動(dòng)上。其構(gòu)造分為定子和轉(zhuǎn)子,定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙大小會(huì)直接影響電機(jī)的性能,一般氣隙厚度為0.2mm ~1.5mm之間。而其氣隙大小由電機(jī)殼體鐵芯孔與兩端止口的同軸度決定。隨著電機(jī)規(guī)格的大型化及高壓電機(jī)的發(fā)展,對(duì)電機(jī)殼體兩端止口同軸度的要求越來(lái)越高,傳統(tǒng)的通用型車(chē)床已不能滿(mǎn)足車(chē)削電機(jī)殼體這一特殊零件的加工要求。特別是低效率、低精度及資源浪費(fèi)現(xiàn)象比較突出。盡管部分車(chē)床廠(chǎng)家已紛紛推出了一些加高型專(zhuān)用車(chē)床,但機(jī)床行業(yè)對(duì)電機(jī)行業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展及對(duì)已裝備的通用車(chē)床改造關(guān)注較少。對(duì)此,開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)加工電機(jī)殼體數(shù)控車(chē)床,對(duì)于制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
設(shè)計(jì)電機(jī)殼體加工線(xiàn)上用的專(zhuān)用數(shù)控立車(chē)的主軸箱，完成電機(jī)殼體止口、端面的加工。
2.主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1概述
數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩部分，他是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分和關(guān)鍵功能部件之一，是數(shù)控裝置和機(jī)械傳動(dòng)部件間的聯(lián)系紐帶。進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接受數(shù)控裝置的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制指令，控制機(jī)床工作臺(tái)的位移和速度，實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接受數(shù)控裝置的主運(yùn)動(dòng)控制指令，控制數(shù)控機(jī)床主軸的速度，提供切削過(guò)程中切削力，實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)。
數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和檢測(cè)裝置三部分組成，如圖3-1。其中，驅(qū)動(dòng)裝置由控制調(diào)節(jié)器和電力變換裝置組成?？刂普{(diào)節(jié)器在半閉環(huán)和全閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，根據(jù)數(shù)控裝置的指令信號(hào)（速度值和位置值）和實(shí)際輸出信號(hào)的誤差來(lái)調(diào)節(jié)控制量，使實(shí)際輸出量跟隨指令信號(hào)的變化。電力變換裝置將固定頻率和幅值的三相（或單相）交流電源變換為受控于調(diào)節(jié)器輸出控制量的可變?nèi)啵ɑ騿蜗啵┙涣麟娫矗瑢?shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩控制，從而驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件按指令要求完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)裝置用于在半閉環(huán)和全閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，為驅(qū)動(dòng)裝置的控制調(diào)節(jié)器提供反饋控制量，圖2-1如運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的相位等。
圖 2 1數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工出理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動(dòng)之一，它的精度對(duì)零件的加工精度有較大的影響。數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有較大的差別。機(jī)床主軸的工作運(yùn)動(dòng)通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不像進(jìn)給驅(qū)動(dòng)需要絲杠或其它直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床通常通過(guò)主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具與工件的快速的相對(duì)切削運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸傳動(dòng)提出了更高的要求：
（1）調(diào)速范圍寬并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速為保證加工時(shí)選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。
（2）恒功率范圍要寬。
(3)具有四象限驅(qū)動(dòng)能力：要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加、減速控制，并且加、減速時(shí)間要短。
(4)具有位置控制能力：即進(jìn)給功能(C軸功能)和定向功能(準(zhǔn)停功能)，以滿(mǎn)足加工中心自動(dòng)換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及車(chē)削中心的某些加工工藝的需要。
(5)具有較高的精度與剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。
(6)良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。
一、交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)
交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有模擬式和數(shù)字式兩種形式，交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與直流主上軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)：
◆運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)和噪聲小聲小。由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須采用微處理器和現(xiàn)代控制理論進(jìn)行控制，因此其運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)和噪◆具有再生制動(dòng)功能交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般都具有再生制動(dòng)功能，在制動(dòng)時(shí)，既可將電動(dòng)機(jī)能量反饋回電網(wǎng)，起節(jié)能的效果，又可以加快制動(dòng)速度
◆轉(zhuǎn)速控制精度提高
特別是對(duì)于全數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)器可直接使用CNC的數(shù)字量輸出信號(hào)進(jìn)行控制，不需要經(jīng)過(guò)D／A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)速控制精度得以提高。
◆可采用參數(shù)設(shè)定方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)調(diào)整與動(dòng)態(tài)優(yōu)化
與數(shù)字式交流何服驅(qū)動(dòng)一樣，在數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，還可采用參數(shù)設(shè)定方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)調(diào)整與動(dòng)態(tài)優(yōu)化，系統(tǒng)設(shè)定靈活、調(diào)整準(zhǔn)確。
◆主軸電動(dòng)機(jī)通常不需要進(jìn)行維修
由于交流主軸電動(dòng)機(jī)無(wú)換向器，主軸電動(dòng)機(jī)通常不需要維修。
◆最高轉(zhuǎn)速更高
主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高不受換向器的限制，最高轉(zhuǎn)速通常比直流主軸電動(dòng)機(jī)更高，可達(dá)到每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)。
2.2選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類(lèi)型
根據(jù)控制要求，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是只需實(shí)現(xiàn)速度控制的交流變頻調(diào)速主軸系統(tǒng)；另一類(lèi)是實(shí)現(xiàn)速度與位置控制的交流主軸伺服系統(tǒng)。
因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)的主軸箱電動(dòng)機(jī)只需要實(shí)現(xiàn)速度控制即可，所以選用交流變頻調(diào)速主軸系統(tǒng)。
2.3選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型
參考文獻(xiàn)【6】，因?yàn)樗休d的為恒功率型的機(jī)械，所以采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī),見(jiàn)表1-1。
表 1-1電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇
2.4選擇電機(jī)型號(hào)
1.確定主切削力
(N)（2.1）
FZ——主切削力，N;
aP——切削深度，mm；
f——進(jìn)給量，mm/r；
v——切削速度，m/mm；
KFz——總修正系數(shù)。
KFz=KmFzKγFzKKFzKλFz（2.2）
KmFz——工件材料系數(shù)
KγFz——前角系數(shù)
KKFz——主偏角系數(shù)
KλFz——刃傾角系數(shù)
各系數(shù)以及指數(shù)查表1-2
表1-2切削各系數(shù)及指數(shù)的選擇
選擇參數(shù)：
1. .選擇工件材料為灰鑄鐵，刀具材料為高速鋼，加工形式為外圓縱車(chē)，所以選擇CFZ=1120,XFZ=1.0,YFZ=0.75,ZFZ=0.
2. 選擇工件材料為鑄鐵工件材料，高速鋼刀具nF=0.55，且HB=300
KmF=(HB190)nF=(300/190)0.55=1.29
3. 選擇切角為10 o，主偏角為45 o，刃傾角為0o，所以KγFz=1，KKFz=1，KλFz=1.
4. 選擇切削用量三要素，見(jiàn)文獻(xiàn)[19]表1.5-31,及表1-3。
表1-3各加工材料的背吃刀量，轉(zhuǎn)速，進(jìn)給量的選用
選擇參數(shù)：
硬度HBS=220~260，材料狀態(tài)為未經(jīng)處理，背吃刀量選8mm，高速鋼車(chē)刀，切削速度選15m/min，進(jìn)給量選0.50mm/r。
將KmF=1.29，KγFz=1，KKFz=1，KλFz=1代入公式（2.2）得
KFZ=1.29
將CFZ=1120,XFZ=1.0,ZFZ=0,ap=8mm，v=14m/min，f=0.50mm/r，KFZ=1.29代入公式(2.1)得
FZ=6872.67N
2.確定計(jì)算轉(zhuǎn)速
已知：主軸下極限轉(zhuǎn)速nmin=16r/min，主軸上極限轉(zhuǎn)速nmax=160r/min，
所以，計(jì)算轉(zhuǎn)速
nc=nmin（nmaxnmin）0.35=16x（160/16）0.35=35.82r/min（2.3）
3.確定切削速度
主軸在計(jì)算轉(zhuǎn)速工況下的切削速度V，m/min
V=ncdπ1000==134.97m/min （2.4）
d——最大加工直徑，mm；
4.確定主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率
pE=pmη (kW) （2.5）
pE——主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率，kw；
pm——切削功率，kw；
η——主傳動(dòng)鏈的總效率，一般通用機(jī)床可取0.7~0.85結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)速較低時(shí)取大值，反之取小值；取。
pm=FZV60000(kw)（2.6）
FZ——主切削力，N;
V——切削速度，m/min；
將FZ=6872.67N 和V=134.97m/min代入式2.5和式2.6得
Pm=15.46KW PE=19.33KW
5.選擇主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)
選擇YVP系列變頻電機(jī)，型號(hào)為YVP-180L-4。恒功率運(yùn)行頻率50-100Hz并選取與之對(duì)應(yīng)的變頻器的型號(hào)為JP5C-D,參照表1-4查技術(shù)參數(shù)
表1-4電機(jī)的選擇及變頻器選擇電機(jī)的安裝尺寸
一.變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)
1. 效率高，節(jié)能顯著
2. 調(diào)速平滑在5-100Hz范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速
3. 低頻啟動(dòng)時(shí)力矩對(duì)負(fù)載沖擊小
4. 啟動(dòng)電流小，不用附加啟動(dòng)設(shè)備
5. 體積小，重量輕，安裝尺寸合Y系列相同
6. 在風(fēng)罩內(nèi)裝有軸流風(fēng)機(jī)，在各種轉(zhuǎn)速下，均有良好的冷卻效果
7. 應(yīng)用范圍廣50Hz以上為恒功率以下為恒轉(zhuǎn)矩
8. 較電磁調(diào)速結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，維護(hù)方便
二.電動(dòng)機(jī)的使用條件：
1. 環(huán)境溫度不超過(guò)-15~+40攝氏度
2. 海拔不超過(guò)1000m
3. 電機(jī)防護(hù)等級(jí)IP44
4. 電源電壓380（220）V+(-)10%頻率50Hz+（-）2%
三.主要的性能指標(biāo)
1.調(diào)頻范圍恒功率負(fù)載50~100Hz，恒轉(zhuǎn)矩5~50Hz
2.工作制：連續(xù)
3.接法3KW及以下用Y接法，使變頻器輸出為三相220V，4KW及以上為三角接法
4.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩>125%
5.絕緣等級(jí)：F級(jí)電機(jī)內(nèi)部最高耐溫為110攝氏度
3.主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1確定總傳動(dòng)比的范圍
已知電動(dòng)機(jī)的額定功率P為22kw，額定轉(zhuǎn)矩T為143m·N，則額定轉(zhuǎn)速的公頻轉(zhuǎn)速或小帶輪設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為
n=
主軸的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速nc=35.82r/min，所以總傳動(dòng)比
i總=ncn=1469.23/35.82=41.017 （3-2）
而且任務(wù)書(shū)的要求是63r/min及無(wú)級(jí)變速，所以
i總=ncn=1469.23/63=23.32 （3-3）
所以總傳動(dòng)比的范圍是23.32~41.017
3.2轉(zhuǎn)速要求
根據(jù)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速應(yīng)大于主軸轉(zhuǎn)速或略低于主軸轉(zhuǎn)速的使用要求，電機(jī)的基本參數(shù)中，給出了額定轉(zhuǎn)速n0頻率范圍的最大最小值。其中n0為對(duì)應(yīng)工頻50 Hz時(shí)的轉(zhuǎn)速，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為：
n電機(jī)max=n0=1470x（100/50）=3000r/min （3-4）
n電機(jī)min=n0=1470x（50/50）=1500r/min （3-5）
R=n電機(jī)max/n電機(jī)min=2《Rn=10為滿(mǎn)足轉(zhuǎn)速要求，應(yīng)串聯(lián)有級(jí)變速組。
3.3功率要求
雖然在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)電機(jī)可以工作，但應(yīng)注意在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)低速段工作時(shí)，電機(jī)的功率因數(shù)很低，接近最低轉(zhuǎn)速時(shí)，效率只有百分之幾，電機(jī)發(fā)熱較大，耗費(fèi)功率較多，不宜應(yīng)用于經(jīng)常使用條件下，只有在偶爾短期使用才可以。
圖3-1電機(jī)特性曲線(xiàn)
主軸要求的恒功率調(diào)速范圍：Rn=160/63=3.17 （3-6）
電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍：R=n電機(jī)max/n電機(jī)min=2
主軸要求的恒功率調(diào)速范圍大于電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍，故必須配以有級(jí)變速箱。
如取變速箱公比：
,則由于無(wú)級(jí)變速時(shí)，Rnp=得變速級(jí)數(shù)
Z=lgRp/lg=1.67=2 （3-7）
為簡(jiǎn)化變速箱>Rp此時(shí)=3.2
缺口處的功率
P實(shí)=R P電機(jī)/=2x22/3.2=13.75KW （3-8）
此時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速圖和功率曲線(xiàn) 如圖3-2
圖3-2主軸轉(zhuǎn)速圖及主軸功率特性圖
主軸的轉(zhuǎn)速誤差
（3-9）符合
3.4齒輪副齒數(shù)的確定
選取總齒數(shù)為S=155的齒輪副組合，具體齒數(shù)為傳動(dòng)比為
i=7.35，小齒輪齒數(shù)為19，大齒輪為136。
3.5帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》的第三篇《機(jī)械傳動(dòng)》的第八章《帶傳動(dòng)》
1.設(shè)計(jì)功率Pd，kw
Pd=KAP （3-10）
KA---工況系數(shù)，查文獻(xiàn)[6]3.2-5。
選擇條件：工況為金屬切削機(jī)床；軟啟動(dòng)；每天工作時(shí)間小于10h。
取KA=1.1
P---傳遞功率，kw。
P=22KW
所以
Pd=24.2kw
2.選定帶型
根據(jù)Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》由圖3-3選取。
選擇條件：Pd=24.2kw；n1=1469.23r/min。
帶型為SPA
圖3-3窄V帶選型圖
3.傳動(dòng)比i
初定i=3.2
4.小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1，mm
按表3-2選定。
選擇條件：帶型為SPA。
dd1=125mm
dd1>=ddmin
表3-2 V帶基準(zhǔn)直徑系列選用
5.驗(yàn)算帶速v
V===9.62m/s （3-11）
V=9.62m/s
V=9.62m/s在5~25m/s之內(nèi)符合
6.大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2，mm
由dd2=idd1計(jì)算得
dd2=392mm，查表3-2加以調(diào)整得
dd2=400mm
7..初定軸間距a0，mm
0.7（dd1+dd2）≤a0<2（dd1+dd2） （3-12）
計(jì)算條件：dd1=125mm；dd2=400mm。
所以
367.5≤a0<1050，mm
取
a0=800mm
8.計(jì)算相應(yīng)的帶長(zhǎng).Ld0，mm
.Ld0=2a0+π2（dd1+dd2）+（dd2-dd1）24a0 （3-13）
將a0，dd2，dd1帶入公式（3-13）得
Ld0=2447.88mm 由表3-2選取相近的
Ld=2500mm
9.計(jì)算中心距a及其變動(dòng)范圍
a≈a0+Ld-Ld02 （3-14）
將a0，Ld0，Ld帶入公式（3-13）得
a=800+=826mm
a=826mm
amin=a-0.015Ld=788.5mm
amax=a+0.03Ld=901mm （3-15）
變化范圍為788.5~901mm
10. 驗(yàn)算小帶輪上的包角α0，°
α0=180°-dd2-dd1a×57.3 （3-16）
帶入得α0=161 °>120°
α0=161 °
11. 確定帶的根數(shù)Z
z=Pd（?P1+P1）KaKL （3-17）
Ka——小帶輪包角修正系數(shù)，查表3-3。
選擇條件：α0=161°
所以Ka=0.95
KL-----帶長(zhǎng)修正系數(shù)，查表3-3。
選擇條件：Ld=2500mm
所以KL=1
計(jì)算條件：Pd=24.2kw；?P1=0.59kw；P1=4.1kw；Ka=0.95；KL=1
所以z=5.43
取
Z=6
表3-3小帶輪包角修正系數(shù)及基準(zhǔn)帶長(zhǎng)的選取
12.確定帶的初拉力F0，N
F0=500(2.5Ka-1) Pdzv+mv2 (3-18)
m----v帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量（kg/m），查表3-2-9，取m=0.12kg/m
將ka，z，m，v，Pd帶入公式（3-18）得
F0=361.555N
13.作用在軸上的力Fr，N
Fr=2F0zsinα02 （3-19）
將F0，α0帶入公式（3-19）得
Fr=1467.21N
14帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸如設(shè)計(jì)圖
3.6齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
本章圖表參考《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》第5章《錐齒輪傳動(dòng)》，除特殊說(shuō)明的圖表。參照《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》第二章96頁(yè)傳動(dòng)軸的估算。
1. 傳動(dòng)軸的估算
（1）I軸 材料選?。?
采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。
（2）.直徑的估算
式中 K——鍵槽系數(shù)，按表3-4選??；
A——系數(shù)，按表3-4中的軸每米長(zhǎng)允許的扭轉(zhuǎn)角選取；
P——電動(dòng)機(jī)額定功率（KW）；
——從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算軸的傳動(dòng)效率；
Nj——傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）。
選取條件 單鍵 K=1.04 A=92 帶輪傳動(dòng)傳動(dòng)效率0.91-0.99 選取0.95
將K,A,P,Nj，帶入式子（3-20）得
選取
d=50mm
（3）主軸 材料選?。?
采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理
（4）.主軸直徑的估算
式中 K——鍵槽系數(shù)，按表3-4選??；
A——系數(shù)，按表3-4中的軸每米長(zhǎng)允許的扭轉(zhuǎn)角選取；
P——電動(dòng)機(jī)額定功率（KW）；
——從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算軸的傳動(dòng)效率；
Nj——傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）。
選取條件 單鍵 K=1.04 A=92 傳動(dòng)效率=0.95x0.95
將K,A,P,Nj，帶入式子（3-21）得
選取
d=100mm
表3-4鍵槽系數(shù)K及系數(shù)A的選取
[?]/（°）·m-1
0.25
0.5
1.0
1.5
2.0
A
130
110
92
83
77
無(wú)鍵
單鍵
單鍵
雙鍵
花鍵
K
1.0
1.04-1.05
1.04-1.05
1.07-1.1
1.05-1.09
（5） 模數(shù)的確定
Ni=Nd=22x0.95KW=20.9KW （3-22）
（6）齒面點(diǎn)蝕計(jì)算
m=2A/(z1+z2)=(2x131.74)/(19+136)=1.699
綜合以上選取模數(shù)m的最大值，查表3-5
表3-5錐齒輪端面模數(shù)的選取
選取
m=4.5
（7）.錐齒輪齒型的基本參數(shù)
齒形角α 20°
齒頂高系數(shù)ha*=1
節(jié)錐角δ ∑=90° δ1=arctan（1/i）=8° δ2=90°-δ1=82°
錐距 R R=d1/2sinδ1
齒寬 b b=ΦRR 查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ΦR=0.3
B=91.61
齒距p p=mπ=4.5π
徑向變位系數(shù) x1 ∑=90°
x1=-x2=0.46（1-（1/i2））=0.45
齒頂高 ha ha1=m（1+x1）=6.525mm
Ha2=m（1-x1）=2.475mm
齒根高 hf hf =m（1.2-x1）=3.375mm
hf2 =m（1.2+x1）=7.425mm
齒高h(yuǎn) h=2.2m=9.9mm
頂隙c c=0.2m=0.9m
齒頂圓直徑 da1=d1+2ha1cosδ1=99mm
da2=d2+2ha2cosδ2=613mm
分度圓 d1=85.5mm d2=612mm
（8）.最大圓周速度Vmax，m/s
Vmax=nmax d2π/60000 （3-24）
nmax——大齒輪的最大轉(zhuǎn)速m/s
將nmax,d2帶入公式（3-24）得
Vmax=（160x612π）/600000=5.13m/s
Vmax=5.13m/s
（9）齒輪精度
根據(jù)表3-6，機(jī)器類(lèi)型為金屬切削機(jī)床所以精度為3~8級(jí)
根據(jù)表3-6，
表3-6齒輪精度等級(jí)的選用
機(jī)器類(lèi)型
精度等級(jí)范圍
機(jī)器類(lèi)型
精度等級(jí)范圍
汽輪機(jī)
3-6
拖拉機(jī)
6-8
金屬切削機(jī)床
3-8
通用減速器
6-8
航空發(fā)動(dòng)機(jī)
4-8
鍛壓機(jī)床
6-9
輕型汽車(chē)
5-8
起重機(jī)
7-10
載重汽車(chē)
7-9
農(nóng)用機(jī)器
8-11
齒輪精度為7級(jí)
（10） 齒輪材料
根據(jù)文獻(xiàn)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》【6】表3-5-14
選擇小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì)（T235） 表面硬度280HBS 大齒輪45鋼（調(diào)質(zhì)）240HBS
4.強(qiáng)度校核
4.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
該校核所涉及的圖表均以文獻(xiàn)9《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的為準(zhǔn)
已知電動(dòng)機(jī)的額定功率P為22kw，額定轉(zhuǎn)矩T為143m·N，則額定轉(zhuǎn)速即公頻轉(zhuǎn)速為
n=（3-25）
齒輪傳動(dòng)比i齒=7.35，帶傳動(dòng)比i帶=3.2。則，主軸恒功率工作的實(shí)際最低轉(zhuǎn)速為
nmin=ni齒i帶=1469.23/（7.35x3.2）=62.47m/s
因此，按nmin工況下，對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行校核。
（1） 齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件式.
查文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第三篇《機(jī)械傳動(dòng)》第十章齒輪傳動(dòng)223頁(yè)得
(3-26)
（2）初選KH=1.3
（3）T1——小齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩
T1=9.55X106P/nj=9.55x106x22/460N mm=4.567x105N mm （3-27）
（4）齒寬系數(shù)ΦR
選取齒寬系數(shù) ΦR=0.3
（5）區(qū)域系數(shù)ZH
由圖10-20查的區(qū)域系數(shù)ZH=2.5
（6）彈性影響系數(shù)ZE
由表10-5查的材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2。
（7）計(jì)算接觸疲勞許應(yīng)應(yīng)力[σ]
由圖10-25d查的小齒輪和大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=600MPa，σHlim2=550MPa
（8）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1=60nJLh=60x460x1x（2x8x360x15）=2.385x109（3-28）
N2=N1/u=2.385x109/7.35=3.244x108（3-29）
（9）接觸疲勞壽命系數(shù)
由表10-23查取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90 KHN2=0.95
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1,由式得
[σ]2=524MPa
取[σ]1和[σ]2中較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即
[σH]=524MPa
將ZH=2.5，ZE=189.8MPa1/2， ΦR=0.3，T1，KH=1.3帶入式（3-26）得
[σ]=523.24MPa《[σH]=524MPa
所以校核成功
4.2按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
（1）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件式
查文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第三篇《機(jī)械傳動(dòng)》第十章齒輪傳動(dòng)225頁(yè)得
（2） 初選KH=1.3
（3）T1——小齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩
T1=9.55X106P/nj=9.55x106x22/460N mm=4.567x105N mm
（4）齒寬系數(shù)ΦR
選取齒寬系數(shù) ΦR=0.3
（5）計(jì)算YFaYSa/[σ]
（6）分錐角計(jì)算
分錐角δ1=arctan（1/u）=arctan（1/7.35）=7.73°
分錐角δ2=90-δ1=90°-7.73°=82.27°
可得當(dāng)量齒數(shù)Zv1=z1/cosδ1=19/cos7.73°=19.17，Zv2=1011
（7）齒形系數(shù)YFa
由圖10-17查的齒形系數(shù)YFa1=2.65，YFa2=2.06
（8）應(yīng)力修正系數(shù)Ysa
由圖10-18查的應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.59，Ysa2=1.97
（9）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度極限
查圖10-24c查的小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度極限
σHlim1=500MPa，σHlim2=380MPa
(10)彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN
由圖10-22取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.82，KFN2=0.89
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.7，由式（3-32）得
[σ]1=KFN1σFlim1/S=0.82X500/1.7MPa=241Mpa （3-32）
[σ]2=KFN2σFlim2/S=0.89x380/1.7MPa=199Mpa
將KFN，Ysa，ΦR，KH=1.3，T1，，YFa，帶入式（3-31）得
小齒輪的齒根彎曲疲勞
=（1.3x4.567x10^5x2.65x1.59）/（0.3x（1-0.5x0.3）^2x4.5^3x19^2(7.35^2+1)^0.2）=47.30MPa《[σ]1=241MPa
=（1.3x4.567x10^5x2.06x1.97）/（0.3x（1-0.5x0.3）^2x4.5^3x136^2(7.35^2+1)^0.2）=0.90MPa《[σ]2=199Mpa
所以校核成功
總結(jié)
我通過(guò)這次設(shè)計(jì)的立車(chē)主軸箱加無(wú)極調(diào)速，讓我學(xué)習(xí)到了很多，而且也讓我知道了我還有很多不足之處。首先非常感謝姚平喜姚老師悉心教導(dǎo)，還有就是關(guān)于他讓我們?cè)O(shè)計(jì)的都是有實(shí)際意義的，例如我設(shè)計(jì)的針對(duì)電機(jī)外殼的專(zhuān)用車(chē)床，目前我所知道的太多太多地方有用到電機(jī)了，這種大眾化又貼近實(shí)際的設(shè)計(jì)很適合現(xiàn)在社會(huì)。要想在社會(huì)可以立足就得在大部分人都在用的東西中來(lái)發(fā)展，像姚老師講的平遙的電機(jī)外殼制造廠(chǎng)中，他在改進(jìn)別的東西時(shí)，偶爾看到廠(chǎng)家的制造電機(jī)外殼的機(jī)床很耗能，介于這種損耗，設(shè)計(jì)出這種專(zhuān)用車(chē)床。
姚老師設(shè)計(jì)理念，讓我感觸很多，就如：選用電機(jī)時(shí)，所采用的根據(jù)切削力來(lái)確定，這樣既滿(mǎn)足不同的刀具，而且還能滿(mǎn)足加工的電機(jī)的不同的要求。我們?cè)O(shè)計(jì)的不只是制造一種電機(jī)外殼，而是在加工范圍內(nèi)所有的電機(jī)外殼，所以姚老師的理念開(kāi)闊了我的思維方式。
在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于軸承、齒輪等的零部件的運(yùn)用以及校核，讓我更加加深了對(duì)這些零件用法功能的理解。還有就是對(duì)于主軸箱這一機(jī)床主要部分的理解更加進(jìn)了一步。
在這幾個(gè)月之內(nèi)，我深刻理解到在做任何事情前都制定計(jì)劃，也就是先做規(guī)劃，然后動(dòng)手做，做好充足的準(zhǔn)備可以做到事半功倍。定好每天目標(biāo)，腳踏實(shí)地的去完成。希望今后都能有計(jì)劃，有目標(biāo)的對(duì)待所遇到的事情。
參考文獻(xiàn)
[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版[M].
[2] 劉麗華 加工電機(jī)殼體兩端面的專(zhuān)用數(shù)控車(chē)床[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),(2010)08:74-76
[3] 大連組合機(jī)床研究所編.組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1975
[4] 姜夢(mèng)飛 專(zhuān)用組合機(jī)床設(shè)計(jì)方案的制定與分析[J] 2014.11.15
[5] 曹金榜張玉峰 機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[M].
[6] 實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 1997.04
[7] 張展 聯(lián)軸器離合器與制動(dòng)器設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M]. 2009
[8] 關(guān)慧珍 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M]. 第四版 2014.12（ 2017.5重?。?
[9] 濮良貴 陳國(guó)定 吳立言 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 第九版2013.5（2016.12重?。?
[10] 吳宗澤 高志 羅圣國(guó) 李威 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版[M]. 2012.5（2015.12重?。?
[11] 呂明 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第三版[M]. 2015.11（2016.8重?。?
[12] 劉品 張也晗 機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)基礎(chǔ)第九版[M]. 2016.5
[13] 張滿(mǎn)囤 曹新國(guó) 林建平 組合機(jī)床總體方案CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 1999.8.30
[14] 葛序風(fēng) 組合機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 2018.03.01
[15] 李安玲 何強(qiáng) 李麗麗 張國(guó)燁 組合機(jī)床主軸箱輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)[J]. 2017.07.20
[16] 翟仕儒 馮娜 李海林 數(shù)控立車(chē)無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)[J]. 2002
[17] 理論力學(xué)第七版[M]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室 編 2009.03
[18] 叢鳳延 遲建山 組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M] 1994.10
[19] 切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)[M] 第三版
[20] 柯達(dá) 箱體零件機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)[J]. 科技視界2014第四期
[21] 裘愉弢 組合機(jī)床[M]. 大連組合機(jī)床研究所 1995.12
[22] 滕林祥 葉孝強(qiáng) 車(chē)床主軸箱潤(rùn)滑的改進(jìn)[J]. 潤(rùn)滑與密封 1987.05
[23] 洪辰浩 論組合機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].2017.03.28
[24] 裘愉弢 國(guó)外組合機(jī)床技術(shù)動(dòng)態(tài)[J]. 1990.08.29
[25] 趙冕 趙建偉 電機(jī)殼止口與端面精加工立式車(chē)床及其加工方法[J]. 2017.05.05
[26] 方傳濤 李國(guó)志 新型主軸箱平衡補(bǔ)償技術(shù)[J]. 2011.04.15
[27] 李立強(qiáng) 馬蕾 姜輝 數(shù)控立車(chē)專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)[J]. 2001.01.23
[28] 鐘瑜 新型非摩擦連續(xù)作用無(wú)級(jí)變速器的分析與設(shè)計(jì)[J]. 2007.04.01
[29] 王濤 張鵬 鄧忠剛 改善電機(jī)機(jī)殼變形的方法[J]. 2015.06.25
[30] 王其柞 薛偉 機(jī)床無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)[J]. 1991.03.17
[31] 路喜君 王冠田 周丹 數(shù)控立車(chē)變速箱變速檔位保護(hù)改進(jìn)[J]. 2014.03.15
[32] 黃樹(shù)有 電機(jī)殼體內(nèi)孔加工同軸度的改善[J]. 2015.08.25
[33] 王正剛 機(jī)械制造裝備及其設(shè)計(jì)[M].無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2012
[34] 王越 現(xiàn)代機(jī)械制造裝備[M]. 無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng) 2009
[35] 劉其然 王升陽(yáng) 楊國(guó)曉 姜曉 孫娜 石揚(yáng) 王薈 數(shù)控立車(chē)主軸箱結(jié)構(gòu)[J]. 2011.12.22
[36] 宋保通 車(chē)床無(wú)級(jí)變速主軸箱[J]. 2009.08.12
[37] 蒲凡 胡光忠 唐勇明 王旭旭 立式加工中心主軸箱結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化[J]. 2016.08.25
[38] 沈麗明 加工中心主軸箱結(jié)構(gòu)[J]. 2017.08.29
[39] 張桂英 一種數(shù)控立車(chē)[J]. 2014.03.26
[40] 蓋麗亞 幾種重型數(shù)控立車(chē)典型主軸結(jié)構(gòu)[J].2015.07.06
[41] 尚偉成 某大型設(shè)備主軸箱的性能改進(jìn)[J]. 2014.6.15
[42] 李秀敏 組合機(jī)床的行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展思考[J].2003.04.15
48
致謝
本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文是在我指導(dǎo)老師姚老師親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇到設(shè)計(jì)完成，姚老師給予了我耐心指導(dǎo)與細(xì)心關(guān)懷，有了姚老師耐心講解與細(xì)心關(guān)懷我才不會(huì)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中迷失方向，失去前進(jìn)動(dòng)力。姚老師的嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和精益求精的工作作風(fēng)以及不拘一格的教課風(fēng)格，這些都是我所需要學(xué)習(xí)的，感謝姚老師給予了我這樣一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，謝謝!
感謝和我同甘共苦的宿舍舍友與我的同學(xué)們的幫助，感謝指導(dǎo)支持我的朋友與老師，感謝你們給我?guī)?/div>
收藏