軸承內外圈加工專用機床車架與主軸箱設計【優(yōu)秀畢業(yè)論文 答辯通過】

需要購買對應 紙 咨詢 14951605 買對 應的 紙 14951605 或 1304139763 編號 無錫 太湖學院 畢業(yè)設計（論文） 題目： 軸承內外圈加工專用機床 車架與主軸箱設計 信機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專業(yè) 學 號： 0923118 學生姓名： 崔譯元 指導教師： 彭勇 （職稱： 副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫 太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 軸承內外 圈加工專用機床車架與主軸箱設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 93 學 號： 0923118 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無錫 太湖學院 信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、 題目 軸承內外圈加工專用機床車架與主軸箱設計 2、專題 二、課題來源及選題依據 該課題來源于某機床制造企業(yè)為提高加工過程的機械化和自動 化水平，提高效率，降低工人的勞動強度，降低企業(yè)成本的需求。 軸承內外 圈車加工機床是針對企業(yè)發(fā)展需要，針對軸承內外圈車加工而設計的專用機床，此床應用功能簡單，性價比高，適用于生產線加工。 此課題主要是設計機床車架和機床主軸箱。機床車架是一臺機床“骨骼”，一臺機床是否可以運作平穩(wěn)，所有機構零件能否裝配合理都要取決于車架的設計。而做為整臺機床的動力傳輸機構 為機床能否順利生產提供了保障，為不同的生產要求提供支持。 三、本設計（論文或其他）應達到的要 求： 根據設計要求和對設計資料的理解，查閱相關中外資料。 根據設計要求運用二維、三維建模軟件 ,對軸承內外圈加工專用機床車架與主軸箱進行設計。 完成總體設計、設計計算，繪制裝配圖和零件圖。 完成裝配 ,并對機構進行運動仿真分析。 閱讀和翻譯英文文獻。 撰寫畢業(yè)設計論文。 四、接受任務學生： 機械 93 班 姓名 崔譯元 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 學科 組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 要 本文研究的題目是軸承內外圈加工專用機床車架和主軸箱設計。該課題來源于某機床制造企業(yè)的軸承內外圈加工專用機床生產線改造項目，對于一臺機床而言，機架猶如“骨骼”一樣支撐著整臺機床，而主軸箱則猶如“心臟”一樣為整臺機床提供不竭動力。 本著主軸箱功能單一、輸入功率利用高、車架結構簡單、布局合理的原則，對主軸箱和車架進行了相關尺寸設計并運用 件對零部件進行三維建模、 虛擬裝配和運動仿真。 主軸箱設計部分完成對主軸部件的尺寸設計與強度校核、皮帶輪的選用、軸承的選用與壽命計算、鍵銷的選型與強度較核以及主軸箱內的其他零件設計。車架設計部分由于是非標部件，故采用類比同類機床的設計經驗，結合結構簡單，布局合理的原則對車架進行尺寸設計，最后介紹車架的焊接技術。 在完成尺寸設計后，根據尺寸并運用 件完成相關零部件的建模，將所有零部件進行虛擬裝配，最后利用 仿真模塊對主軸箱進行運動仿真，分析仿真結果，得出結論，進而完成整篇論文書寫。 關鍵詞： 主軸箱；車架；三維建模；虛擬裝配； 運動仿真 he of is of is on a of of a is to to an a To of to I I of by G G to D of of of of in is to of of I At I to I G to 3D V 目 錄 摘 要 . . 錄 . V 1 緒論 . 1 架與主軸箱設計的背景與目的 . 1 承內外圈車削加工國內發(fā)展歷史及現狀 . 1 架和主軸箱設計的意義 . 1 究內容、預期目標及研究方法 . 2 2 總體方案設計 . 3 架的類型 . 3 軸的類型 . 3 3 主軸箱設計 . 5 軸箱的概述 . 5 軸的概述 . 5 軸的用途和分類 . 5 軸的材料 . 5 軸主要 參數設計 . 5 述 . 5 軸平均直徑 D 的確定 . 6 軸內孔直徑 D 的確定 . 7 軸懸伸量 A 的確定 . 8 軸支承跨距 L 的確定 . 8 動機的選擇 . 8 軸的傳動設計 . 8 動方式概述 . 8 帶輪設計 . 8 的選擇與校核 . 11 述 . 11 的強度計算 . 11 的尺寸設計 . 13 向定位 . 13 軸的軸承選擇和配置 . 13 述 . 13 承的選擇 . 13 承安裝方式 . 14 承的預緊 . 14 錐滾子軸承校核 . 14 的校核 . 16 上其他零件的設計與選擇 . 20 動軸承的密封裝置 . 20 軸箱前前端蓋 . 20 軸箱前后端蓋 . 20 軸箱后前端蓋 . 21 軸后軸承套 . 21 軸并帽 . 22 軸箱箱體設計 . 22 料的選擇 . 22 造方法 . 22 造金屬箱體的要點 . 22 章小結 . 23 4 車架結構設計 . 24 述 . 24 架設計的要求 . 24 架常用材料 . 24 架的截面形狀、肋的布置和壁板上的孔 . 24 架的截面形狀 . 24 的布置 . 24 架壁板上的孔 . 24 架連接結構設計 . 25 接技術 . 25 架的時效處理 . 25 架的尺寸結構設計 . 26 章小結 . 26 5 基于 車架和主軸箱三維建模與虛擬裝配 . 27 G 軟件介紹 . 27 要零部件的三維建模 . 27 架建模 . 28 軸箱建模 . 29 架和主軸箱的虛擬裝配 . 30 于 X 6 的裝配設計簡介 . 30 軸箱與車架的虛擬裝配 . 31 章小結 . 33 6 基于 運動仿真 . 34 動仿真的工作界面 . 34 G 的接口問題 . 34 開運動仿真主界面 . 34 運動仿真工作界面介紹 . 35 軸箱的運動仿真 . 36 桿特性的建立 . 36 動副特性的建立 . 37 析驗證 . 38 章小結 . 38 7 結論與展望 . 39 論 . 39 足之處與展望 . 39 致 謝 . 40 參考文獻 . 41 軸承內外圈加工專用機床車架與主軸箱設計 1 1 緒論 架與主軸箱設計的背景與目的 課題來源于某機床制造企業(yè)為提高加工過程的機械化和自動化水平，提高效率，降低工人的勞動強度，降低企業(yè)成本的需求。軸承內外圈車加工機床是針對企業(yè)發(fā)展需要，針對軸承內外圈車加工而設計的專用機床，此床應用功能簡單，性價比高，適用于生產線加工。本次 設計是為了滿足應用功能簡單，性價比高的要求進行設計的。 對于一個機床來說，車架就是機床的“骨骼”，支撐起整臺機床，而主軸箱則是機床的“心臟”給機床不竭的動力。 車架與主軸箱是一臺機床必不可少的兩個主要部分。車架在滿足整臺機床的支撐作用的前提下，還要滿足人機工程的相關要求。主軸箱則在滿足動力輸送的前提下，還要滿足結構簡單，功能簡單，效率高的要求。 承內外圈車削加工國內發(fā)展歷史及現狀 在上古時代的古埃及，曾經使用圓柱形滾木運輸巨大石塊建筑金字塔及紀念碑。中世紀時，著名數學家萊布尼茨寫出了關于滾動 和滑動摩擦的第一本著名理論著作。 18 世紀已經使用鑄鐵或青銅，到 19 世紀已經大童使用球、滾子和滾動軸承。 1820 年開始應用小型的推力球座圈， 1880 年登記了自行車滾動軸承的專利。 1883 年在歐洲建立了第一個球軸承工廠，同時在美國也建立了第一個球軸承工廠?，F在，國際上已經有成千上萬家大、中、小型和微型軸承公司。 我國軸承工業(yè)加工已經有 70 多年的歷史，目前已具有相當的規(guī)模和發(fā)展基礎，解放以來，經過五十多年的發(fā)展，我國各類軸承的生產量已從 1949 年的 套增加到 2005 年的 60 億套，累計生產軸承的品種 規(guī)格已從 100 多個增加到 66000 多個。從軸承生產總量和生產體系來看，我國已成為僅次于日本、美國和法國的世界軸承生產大國。 軸承 內外圈 的車削加工一般指車削外圓、內孔、端面、滾道、擋邊、斜坡、圓角、止動槽、油溝、油槽等。過去采用的設備水平普遍較低，多采用普通機床 618,角機床 3163,式機床 516A 和 。隨著機床、刀具、數字控制系統(tǒng)等現代加工技術的發(fā)展，傳統(tǒng)車削加工的應用領域已經得到了極大的發(fā)展，設備發(fā)展到專用單功能機床、 多刀仿形機床、半自動機床、多軸自動機床、數控機床、自動化車削短線等，提高了自動化程度和生產效率，使加工質量穩(wěn)定可 靠 1。 近幾年軸承內外圈加工專用機床在國內外都有很多研究，應用的領域也越來越多， 軸承機械，產品主要用于汽車行業(yè)、軍工行業(yè)和其他工業(yè)行業(yè)的軸承生產制造，實現了單機自動化、多機線自動化的生產制造。其中軸承行業(yè)，占據頂端市場份額的 90以上，速度、準確度和耐用性是 軸承內外圈加工專用機床加工 出來的產品的重要保障。 架和主軸箱設計的意義 為了順應當今社會發(fā)展的需要， 單機自動化、多機線 自動化的生產制造 已經成為社會生產的主流。如何普及自動化，提高生產效率是現在面臨的首要問題。車架和主軸箱作為機床的兩個重要部件，也要順應這個主流。與此同時，整臺機床的性價比要高也是當代機床發(fā)展的必然趨勢。 無錫太湖學院學士學位論文 2 究內容、預期目標及研究方法 本課題來源于 某機床制造企業(yè) 生產線改造項目。 本論文的主要內容包括： （ 1） 根據企業(yè)實際生產設備和技術要求，提出軸承內外圈加工專用機床車架和主軸箱的結構方案，并對各個零部件進行設計。 （ 2） 對軸承內外圈加工專用機床尺寸設計，并利用 件進行三維建模。 （ 3） 對軸承 內外圈加工專用機床進行虛擬裝配。 （ 4） 將虛擬樣機導入 件運動仿真界面，并在 對機構進行運動仿真分析，檢驗所選取方案及其模型的合理性，并對機構進行優(yōu)化設計。 （ 5） 軸承內外圈加工專用機床車架和主軸箱設計要順應自動化生產線更新的需要，本文將采取類比的研究方法對相關部件進行設計。 軸承內外圈加工專用機床車架與主軸箱設計 3 2 總體方案設計 架的類型 車架是機器中典型的非標準的零件，是底座、機體、床身、車架、橋架（起重機）、殼體、箱體以及基礎平臺等零件的統(tǒng)稱，起到支撐、容納其他零部 件和保證其相對位置的作用。 車架按外形結構不同如圖 分為梁柱式、框架式、板塊式和箱殼式等。按材料不同可分為金屬車架和非金屬車架，金屬車架的常用制造方法有鑄造和焊接兩種，分別稱為鑄造車架和焊接車架；常用的非金屬車架有塑料車架、花崗巖車架和混凝土車架 等 2。 1， 3， 5 梁（柱）式車架； 2 箱殼式車架； 4 平板式車架； 6 框架式車架 圖 架的分類 考慮到實際設計要求，和經濟性要求，綜上所述，本文將采用箱殼式運用焊接方法制造的金屬車架。 軸的類型 用于機床的軸型有很多，常見 的應用于軸承內外圈車加工專用機床的最為常見的兩種軸型為直軸和心軸兩種 2。 直軸的特點：結構簡單，制造方便，最為常用。按外形又分為光軸 a 和階梯軸 b，其中階梯軸最為常用。如圖 無錫太湖學院學士學位論文 4 圖 軸 空心軸的特點：空心處可裝設其他零件。在同樣重量下，較之實心軸有較大強度、剛度。加工比較困難。如圖 圖 心軸 考慮到本文主軸箱的經濟要求和傳動效率高的原則，綜上所述，本文采用空心軸。 軸承內外圈加工專用機床車架與主軸箱設計 5 3 主軸箱設計 軸箱的概述 主軸箱是機床的重要 部件，是用于布置機床工作主軸及其傳動零件和相應的附加機構的部件。 軸的概述 軸的用途和分類 主軸部件是機床實現旋轉運動的重要執(zhí)行件，主軸部件由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動件、密封件等組成 3。 由于機床的功能不同，導致主軸部件的結構也不同，但各種主軸部件都有共同特點：在使用上都要求性能相一致的回轉精度、抗振性、剛度、耐磨性等，并且要求溫升低、熱變形小。在結構上要求完善解決工件或刀具的定位裝夾、軸承間隙的調整以及潤滑、主軸及軸承的定位、密封等問題。當然，由于機床的任務、類型和要 求不同，導致主軸工作條件的差異。因此，各類不同機床主軸部件需要解決的問題應各有所側重 。 軸的材料 主軸的材料品種很多，設計時主要根據對軸的強度、剛度、耐磨性以及加工、熱處理和經濟性等要求進行選擇。 主軸的常用材料是經過軋制或鍛造的優(yōu)質中碳鋼和合金鋼，其中應用最廣泛的是經調質處理的 45 鋼。合金鋼對應力集中比較敏感，因而對合金鋼軸表面加工質量要求也比較高，否則不能充分發(fā)揮其高強度的優(yōu)點。 根據同類機床的設計經驗，本文采用 40為主軸的材料。 軸主要參數設計 述 主軸的主要 參數是指 4：主軸平均直徑 D （或主軸前軸頸直徑 1D ）；主軸內孔直徑 d ；主軸懸伸量 a 和主軸支承跨距 l ，如圖 些參數直接影響到主軸的工作性能。但為簡化問題，主要是從靜剛度條件出發(fā)來確定這些參數。 無錫太湖學院學士學位論文 6 圖 軸主要參數示意圖 軸平均直徑 D 的確定 主軸的平均直徑對主軸部件 有較大的剛度影響。加大直徑 D ，可減少由于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，提高主軸部件的剛度。但加大直徑受到軸承時造成相配零件尺寸加大、結構龐大、制造困難和重量增加等，因此在滿足剛度的要求下應該去取小值。 設計時主要用類比的分析方法來確定主軸前軸頸直徑 1D （或平均直徑 D ）。 按機床主電動機功率 N 來確定主軸前軸頸直徑 1D ，如圖 示統(tǒng)計曲線。 圖 床 1統(tǒng)計曲線 高速機床主軸和徑向截面要求小的主軸，可按區(qū)域來確定 2D 的值。根據電機功率和相關要求與經驗結合曲線圖，得 1D =70 根據同類機床的經驗此主軸可分為四段如圖 定位軸肩的高度 h 一般為 h =（ d ， d 為與零件相配處的軸的直徑 5。 故5D=70+70 2=84 圖 段軸圖 軸承內外圈加工專用機床車架與主軸箱設計 7 對于其他軸肩高度屬于非定位軸肩，是為了加工和裝配方便而設置的，其高度沒有嚴格的規(guī)定，一般取為 1 2 故 2D =708 3D=686 4D =664 軸內孔直徑 d 的確定 主軸內孔直徑與機床的類型有關，主要用來通過棒料，通過拉桿、鏜桿或頂出頂尖等。確定孔徑 d 的原則是，為減輕主軸重量，在滿足對空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下，應盡量取大值。 主軸本身的剛度 K 正比于抗彎斷面慣性矩 I ，即 4（實空實空 （ 根據（ ，可繪出主軸孔徑 d 對剛度的影響曲線如圖 圖 徑 d 對剛度的影響曲線 由圖可知，當 d 對主軸剛度幾乎無影響，可忽略不計，所以常取孔徑 此時空K 剛度削弱小于 25%。若孔徑再大，主軸剛度就會急劇下降。 普通機床 11=中 前軸頸內孔直徑。 由已知條件 1D =70以 1d = 1D （ =70 （ 42 根據同類機床經驗得 1d =40 因為此機床正常加工無需內孔，但出于減輕軸的重量考慮，同時類比同類機床得無錫太湖學院學士學位論文 8 2d =30 軸懸伸量 a 的確定 主軸懸伸量 a 是指主軸前端面到前支承徑 向反力作用中