CM6150型精密普通車床床頭箱設計【含CAD圖紙、說明書】
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課程設計說明書
設計題目:CM6150型精密普通車床床頭箱設計
設計者:
班級學號:
指導教師:
2012年9月3日—2012年9月23日
CM6150型精密普通車床床頭箱設計
[摘要] 本次設計為CM6150型精密普通車床的主軸箱設計。
該機床屬于精密車床。主傳動為分離型傳動,并用精度高的傳動齒輪。主軸支撐采用精密滾動軸承。它能完成普通車床的各種車削工作,加工零件尺寸精度可達1級,光潔度達▽7以上。
首先根據(jù)本次設計的主要參數(shù)進行機床轉速的確定,擬定傳動方案,確定出床頭箱的轉速圖和變速傳動系統(tǒng)圖。選定齒輪的齒數(shù),通過驗算主軸的轉速誤差是否在誤差值的允許范圍內,從而確定設計的齒輪是否達到設計要求。根據(jù)《機床設計手冊》和已經(jīng)確定的主軸箱轉速圖,計算主軸、各傳動軸以及各齒輪的計算轉速,進而確定齒輪的模數(shù)和材料,完成齒輪的設計。接下來針對齒輪的模數(shù)以及傳動軸(中軸)的剛度和強度、軸承壽命等進行校核驗算,達到合格后即初步完成了車床主軸箱的整體設計。
[關鍵詞] 床頭箱 齒輪 軸
目錄
第一章 引言...............................................4
第二章 主要技術參數(shù)......................................5
第三章 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖...............................7
第四章 主要設計零件的計算和驗算...........................9
第五章 課程設計體會.....................................15
第五章 參考資料編目.....................................16
第一章 引 言
本次課程設計任務是CM6150車床主軸箱傳動設計。由于CM6150車床是精密,高精密加工車床,要求車床加工精度高,主軸運轉可靠,并且受外界,振動,溫度干擾要小,因此,為盡量減小變速箱,原電機振動源對主軸箱傳動的影響。
在機床設計開始時需要先確定相關的參數(shù),它是其它設計的根據(jù),影響到產品是否可以滿足實際要求,這是設計的關鍵一步。機床參數(shù)有主基本參數(shù)與基本參數(shù)。主參數(shù)是機車參數(shù)中最重要的,它直接反映機床的加工能力和特性,決定和影響其它基本參數(shù)。
第二章 主要技術參數(shù)
工件最大回轉直徑:
在床面上………………………………………………………………500毫米
在床鞍上………………………………………………………………280毫米
工件最大長度………………………………………………………………1000毫米
主軸孔徑………………………………………………………………… 52毫米
主軸前端孔錐度 ………………………………………………………… 莫氏6號
主軸轉速范圍:
正傳(24級)………………………………………………………………… 10~1600轉/分
反傳(12級)………………………………………………………………… 20~800轉/分
加工螺紋范圍:
公制(44種)………………………………………………………………………0.5~40毫米
英制(20種)…………………………………………………………………… 7∕16~40牙/英寸
模數(shù)(39種)…………………………………………………………………… 0.4~40毫米
徑節(jié)(37種)……………………………………………………………………… 7∕8~80徑節(jié)
進給量范圍:
縱向………………………………………………… 0.028~3.264 毫米/轉
橫向………………………………………………… 0.011~1.232 毫米/轉
主電機:
功率…………………………………………………………… 3.5∕5千瓦
轉速………………………………………………………… 750∕1500轉/分
工件最大長度為1000毫米的機床:
外形尺寸(長×寬×高)……………………………………………2580×945×1295毫米
第三章 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖
1.參數(shù)的確定
任務要求Nmax=1600rpm,Nmin=10rpm,主軸轉速級數(shù)Z=21,計算得轉速公比=1.26,選擇電機轉速1500r/min/750 r/min,電機功率3.5/5kw。 已知主軸最低轉速nmin為10mm/min,最高轉速nmax為1600mm/min,轉速調整范圍為 Rn=nmax/nmin=160。 選定主軸轉速數(shù)列的公比為φ=1.26。 Z=lgRn/lgφ+1= lg14/lg1.12+1=24。
2.傳動設計
2.1選擇結構式
確定變速組的數(shù)目和各變速組中傳動副的數(shù)目。本次設計使用兩個變速組,各一對齒輪,以及一對內齒輪。內齒輪嚙合時,主軸可以獲得高轉速;由兩對齒輪嚙合傳動時,主軸獲得低轉速。
24=2×3×2×2
2.2繪制轉速圖
(1)選定電動機
一般金屬切削機床的驅動,如無特殊性能要求,多采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。Y系列電動機高效、節(jié)能、起動轉矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠。根據(jù)機床所需功率選擇Y160M-4,其同步轉速為1500r/min。
(2)分配總降速傳動比
總降速傳動比為uII=nmin/nd=10/1600≈6.67×10-3,nmin為主軸最低轉速,考慮是否需要增加定比傳動副,以使轉速數(shù)列符合標準或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸,并分擔總降速傳動比。然后,將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動比。
(3)確定傳動軸的軸數(shù)
傳動軸數(shù)=變速組數(shù)+定比傳動副數(shù)+1=6
(4)繪制轉速圖
先按傳動軸數(shù)及主軸轉速級數(shù)格距l(xiāng)gφ畫出網(wǎng)格,用以繪制轉速圖。在轉速圖上,先分配從電動機轉速到主軸最低轉速的總降速比,在串聯(lián)的雙軸傳動間畫上u(k→k+1)min.再按結構式的級比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動比射線,從而確定了各傳動副的傳動比。
圖一 傳動系統(tǒng)圖
圖二 轉速圖
3.變速箱結構的設計
變速箱結構的設計是在系統(tǒng)設計的基礎上進行的,通過結構的優(yōu)化設計和合理布局各齒輪副、傳動軸、主軸及其裝置,使其達到機床總體設計對主軸箱部位的全部技術要求。
7.1.主軸組件
Ⅴ軸在主軸箱內是關鍵部件之一,其工作性能對加工質量有這直接的影響。采用后端定位。該軸同時受軸向力和徑向力,可以選擇向心球軸承和推力球軸承,前軸承精度要求一般比后軸承高一級,前軸承選用C級精度,后軸承采用D級。換向直徑由電機帶動,制動采用電磁制動器[15]。
7.2傳動軸的結構
軸的長度較短,可以采用兩端定位,軸上的零件固定主要有彈性擋圈、軸用擋圈、軸套、鍵等。
第四章 主要設計零件的計算和驗算
1.傳動軸直徑的計算
按鈕轉剛度對傳動軸直徑進行估算。
(mm) (3-10)
式中:d —— 主軸直徑[mm];
P —— 該軸傳遞的功率[kw];
nj —— 該軸的計算轉速[rpm];
—— 該軸允許的扭轉角[deg/m] [7];
因該軸屬于一般傳動軸,=0.6
Ⅴ軸: 可取50mm
Ⅵ軸: 取80mm
Ⅶ軸:取40mm。
2.帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定
4.1帶輪直徑的確定
本次設計中,存在電動機到Ⅰ軸的一組皮帶輪傳動,傳動比為1:1.4,
一般機床上采用V帶,根據(jù)電動機轉速和功率即可確定帶型號,傳動帶
數(shù)2~5個最佳。根據(jù)帶輪傳遞功率和轉速,對于電動機到I軸選擇A型
帶,變速箱帶輪直徑D2=140mm,軸Ⅴ上帶輪直徑D1=210mm,采用4根帶。
4.2齒輪齒數(shù)的確定
為了便于設計和制造,同一傳動組內各齒輪的模數(shù)常取為相同。此時,各傳動副的齒輪齒數(shù)和相同。
顯然,齒數(shù)和太小,則小齒輪的齒數(shù)少,將會發(fā)生根切,或造成其加工齒輪中心孔的尺寸不夠(與傳動軸直徑有關),或造成加工鍵槽(傳遞運動需要)時切穿齒根;若齒數(shù)和太大,則齒輪結構尺寸大,造成主傳動系統(tǒng)結構龐大。因此,應根據(jù)傳動軸直徑等適當選取。本次設計共有Ⅴ-Ⅶ,,Ⅶ-Ⅵ兩個傳動副。
軸Ⅴ-Ⅶ之間有1對嚙合齒輪,軸Ⅶ-Ⅵ之間有1對嚙合齒輪,u1 = , u2 =,Z1=Zmin ,取Z1=20,=81 ,取齒數(shù)和SZ=101,。=17,=85。
4.3檢查主軸各級轉速
主軸Ⅴ:n理=1600r/min,n實=1632r/min
(n實- n理)/ n理=2.0%<2.6%
主軸Ⅶ:n理=800r/min,n實=808r/min
(n實- n理)/ n理=1.0%<2.6%
主軸Ⅵ:n理=1600r/min,n實=1648r/min
(n實- n理)/ n理=2.2%<2.6%
所以齒輪齒數(shù)符合要求。
4.4齒輪的計算轉速
主軸計算轉速為1600r/min,Ⅴ軸的轉速在750r/min以上時才能傳遞全部功率,所以Ⅴ軸的計算轉速為1000r/min,Ⅶ軸的轉速在1000r/min以上時能傳遞全部功率,Ⅶ軸的計算轉速為1000r/min。
4.5 各軸傳遞功率的確定
各軸的傳遞功率N=η*Pe。在確定各軸效率時,不考慮軸承的影響,但在選取各軸齒輪傳遞效率時,取小值以彌補軸承帶來的誤差。一般機床上格傳動元件的效率見下表。
效率
傳動元件
V帶
8級精度圓柱齒輪
0.95
0.97
表一
機械傳動效率表
床頭箱圓柱齒輪傳動選取8級精度。求的各軸的傳遞功率為
5.0=4.56kw; 4.56*0.95=4.33kw; 4.33*=4.07kw;
4.6齒輪模數(shù)的確定
由中心距A及齒數(shù)Z1,Z2,可求齒輪模數(shù)為:
m=2A/(Z1+Z2)???????????????????????????????????????????????????????? ?
根據(jù)生產實踐經(jīng)驗,按齒面點蝕估算的齒輪中心距有如下公式:
A>=370(P/Nj)^(1/3)?????????????????????????????????????????????????(5)
式中,Nj:大齒輪的計算轉速,單位為r/min。
?????? P:該齒輪傳遞功率,單位為KW。
對于最小齒數(shù)和,則有各軸應滿足的最低模數(shù)。
計算可知模數(shù)取m=3。
3.齒輪的強度驗算
變速箱中的齒輪,不必都做強度驗算??稍谙嗤?shù)和材料的齒輪中,選取一個承受載荷最大并且齒數(shù)最小的齒輪,驗算他的接觸和彎曲疲勞強度。
按接觸疲勞強度計算齒輪模數(shù)mj[9];
(3-12)
式中:P——齒輪所傳遞的額定功率[kw],;
Pd——電動機功率;
——從電動機到所計算齒輪的傳動效率;
Z1——小齒輪齒數(shù);
i——齒輪對的傳動比,,Z2為大輪齒數(shù),i后面的“+”用于外嚙合,“-”用于內嚙合;
——齒寬系數(shù),(B為齒寬,m為模數(shù)),通常取6至10;
nj——齒輪的計算轉速[rpm];
k1——工作狀況系數(shù),考慮載荷的沖擊影響:沖擊性機床(如刨床、插床) k1=1.6至1.8
k2——動載荷系數(shù)
k3——齒向載荷分布系數(shù);
——許用接觸應力;
查表得:
第一變速組:
以Z3為例
滿足強度要求[10]。
4.主軸的強度驗算
軸上各元件的作用點位置如圖所示
作用點圖和彎矩圖
這種情況下,主軸上的固定齒輪受力。
由高速軸的受力分析知:
轉矩?
?
(1)、合成彎矩
(2)、扭矩
(3)、當量彎矩
由手冊查材料45剛的強度參數(shù)
C截面當量彎曲應力:
所以軸的強度符合標準。
第五章 課程設計體會
本次課程設計是在指導老師李老師的悉心指導下完成的。在選題,方案制定與實施,到說明書撰寫的整個過程,李老師都給了我耐心的指導和細致的關懷,在近三周的畢業(yè)設計生活中,李老師淵博的專業(yè)知識,嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度,認真負責的工作作風,以及對學生無微不至的關心和愛護,令我終身難忘,使我終身受益。李老師高尚的人格,為人處事的方式,讓我欽佩不已,也在影響著我。在此謹向李老師致以深深的敬意和忠心的感謝!
課程設計,是對我們專業(yè)知識以及心理素質的檢驗,也是我們對專業(yè)知識的復習,對于提高我們對專業(yè)知識的運用具有很大幫助。
第六章 參考資料編目
【1】 張鐵,李琳,李杞儀主編.創(chuàng)新思維與設計[M].北京.國防工業(yè)出版社,2005.
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【7】 盧秉恒.機械技術基礎[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.12
傳動系統(tǒng)圖
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