絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)_第2頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、目 錄1 緒論11.1 滾珠絲杠副介紹11.2 滾珠絲杠的特點(diǎn)及應(yīng)用11.3 國(guó)內(nèi)外滾珠絲杠的發(fā)展及研究現(xiàn)狀21.4 課題研究背景及意義41.5 論文主要研究?jī)?nèi)容42 主軸箱系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)62.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)62.2 選擇電動(dòng)機(jī)72.3 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)傳動(dòng)比的分配112.4 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)123 主軸箱系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)163.1 v帶和帶輪的設(shè)計(jì)163.2 齒輪的設(shè)計(jì)183.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)273.4 箱體的設(shè)計(jì)293.5 鍵聯(lián)接和軸承的選擇303.6 軸承蓋的設(shè)計(jì)334 主軸箱的裝配工藝性354.1 裝配的概念354.2 裝配的內(nèi)容35結(jié)束語(yǔ)37致謝38參考文獻(xiàn)391

2、 緒論1.1 滾珠絲杠副介紹滾珠絲杠副主要是由螺桿、螺母循環(huán)系統(tǒng)和滾珠組成,如圖1.1所示。圖1.1 滾珠絲杠副滾珠絲杠副是機(jī)床和it、光電、半導(dǎo)體、醫(yī)療等精密設(shè)備上最常用的傳動(dòng)元件,它的主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng),或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換為軸線反覆作用力,同時(shí)具有高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。1.2 滾珠絲杠的特點(diǎn)及應(yīng)用1.1.1 滾珠絲杠副的特點(diǎn)滾珠絲杠副在使用上有很多的優(yōu)點(diǎn),下列詳述了滾珠絲杠副的的各項(xiàng)特點(diǎn)1。(1) 高效率及可逆性由于滾珠絲杠的螺桿軸和螺帽都是點(diǎn)接觸的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以其效率可以達(dá)到90%以上。所以其傳動(dòng)扭矩只有傳統(tǒng)絲杠的1/3。(2) 零背隙及高剛度數(shù)控機(jī)床、半導(dǎo)體設(shè)備等對(duì)于

3、傳動(dòng)絲杠的要求為零背隙、最小彈性變形及高順暢感。滾珠絲杠采用施加預(yù)壓力,來(lái)達(dá)到數(shù)控機(jī)床的重現(xiàn)性及全行程的高剛度。(3) 高精度滾珠絲杠采用了哥德式的溝槽形狀、可以使軸向精度調(diào)整得很小,也能輕松的傳動(dòng)。如果消除軸向間隙,可以使絲杠具有更好的剛度,減少絲杠、螺母和滾珠在承載時(shí)的彈性變形,可以達(dá)到更高的精度。(4) 低起動(dòng)扭矩及順暢度傳統(tǒng)絲杠因?yàn)槭墙饘倥c金屬間的面接觸,所以為了克服起動(dòng)摩擦力,則必須采用較高的起動(dòng)扭矩。然而滾珠絲杠是由鋼珠滾動(dòng)接觸,只需很小的起動(dòng)扭矩就可以克服摩擦力。(5) 靜音及壽命長(zhǎng)高精度的設(shè)備在快速進(jìn)給及重負(fù)載操作下,必須要求低噪音和有較長(zhǎng)的使用壽命。滾珠絲杠的絲杠、螺母和滾珠

4、都經(jīng)過(guò)表面精密加工,在滾動(dòng)摩擦?xí)r產(chǎn)生的磨損極小,保證了低噪音的效果和較長(zhǎng)的使用壽命。(6) 優(yōu)于氣、液壓制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)如果制動(dòng)器中采用滾珠絲杠取代傳統(tǒng)的氣壓或液壓起動(dòng)可以得到許多的優(yōu)點(diǎn),比如:不會(huì)滲漏,不須過(guò)濾,省能源及重現(xiàn)性高。1.2.2 滾珠絲杠副的應(yīng)用范圍滾珠絲杠的應(yīng)用很廣泛,滾珠絲杠的應(yīng)用已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面,在我們周圍很多設(shè)備都離不開(kāi)滾珠絲杠,下面列出了一些滾珠絲杠的應(yīng)用范圍。(1) cnc機(jī)械:cnc加工中心,cnc車床,cnc銑床,cnc放電加工機(jī),cnc磨床,cnc線切割機(jī)等等。(2) 精密工具機(jī):銑床,磨床,道具磨床,齒輪加工機(jī),車銑復(fù)合機(jī)。(3) 產(chǎn)業(yè)機(jī)械:印刷機(jī),造

5、紙機(jī),自動(dòng)化機(jī)械,紡織機(jī),繪圖機(jī),射出成型機(jī)。(4) 電子機(jī)械:量測(cè)儀器,x-y平臺(tái),醫(yī)療設(shè)備,工廠自動(dòng)化設(shè)備,ic封裝機(jī),半導(dǎo)體設(shè)備等等。(5) 輸送機(jī)械:材料搬送設(shè)備,核能反應(yīng)器,高度制動(dòng)器等等。(6) 航天航空工業(yè):飛機(jī)襟翼,機(jī)場(chǎng)負(fù)載設(shè)備,尾翼制動(dòng)器等等。(7) 其他:如天線使用的制動(dòng)器,閥門開(kāi)關(guān)裝置,太陽(yáng)能板伸縮機(jī)構(gòu),電子顯微鏡對(duì)焦機(jī)構(gòu)等等。1.3 國(guó)內(nèi)外滾珠絲杠的發(fā)展及研究現(xiàn)狀滾珠絲杠副早在19世紀(jì)末就發(fā)明的,但是因?yàn)橹圃祀y度過(guò)大,很長(zhǎng)一段時(shí)間沒(méi)能投入實(shí)際使用。美國(guó)通用汽車公司是第一個(gè)使用滾珠絲杠副的企業(yè),它將滾珠絲杠副用于汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上。隨后滾珠絲杠副被逐漸大量使用在汽車,飛機(jī)等

6、行業(yè)。相比起國(guó)外,我國(guó)研究滾珠絲杠副只有不到50年的歷史,我國(guó)與國(guó)外在絲杠發(fā)展水平上還是有較大的差距。不過(guò)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和我國(guó)的不斷努力,我國(guó)在絲杠行業(yè)與國(guó)外正在逐漸縮小差距,有些研究領(lǐng)域已經(jīng)趕超國(guó)外先進(jìn)潮流。1.3.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)在1960成功試制了程控龍門銑床插管式滾珠絲杠副;在1976年成功研制出jcs-014型激光絲杠導(dǎo)程誤差動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x,并批量生產(chǎn);1984年第二代滾珠絲杠測(cè)量?jī)x研制成功;1992年我國(guó)研制成功了第三代3米滾珠絲杠副動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x;2000年,我國(guó)成功研制出了48m/min高速滾珠絲杠副,并在加工中心上得到成功應(yīng)用。我國(guó)在40多年的滾珠絲杠副發(fā)展史中,涌現(xiàn)出了不少

7、著名研究單位和企業(yè),比如北京機(jī)床研究所、南京工藝裝備制造有限公司、山東博特精工股份有限公司等2。目前,國(guó)內(nèi)的不少絲杠生產(chǎn)廠家已經(jīng)制造出了高精度的滾珠絲杠副,不再依賴與國(guó)外進(jìn)口,比如北京機(jī)床研究所研制出的gcbm4016高速滾珠絲杠副,線速度超過(guò)了48m/min。北京機(jī)床研究所的絲杠測(cè)量?jī)x如圖1.2所示。圖1.2 絲杠測(cè)量?jī)x我國(guó)在滾珠絲杠行業(yè)不斷走以科技為先導(dǎo)的發(fā)展道路,已經(jīng)取得了不少的成就。但是在國(guó)際知名度方面還不夠響亮,今后我國(guó)絲杠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在不斷追求精益求精的同時(shí),更要在國(guó)際舞臺(tái)上打響知名度,發(fā)展自己的民族品牌。1.3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀隨著數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展,促進(jìn)了滾珠絲杠副的

8、研究和生產(chǎn)。國(guó)外出現(xiàn)了不少滾珠絲杠副生產(chǎn)廠家,世界上比較知名的滾珠絲杠副生產(chǎn)制造商有:日本的黑田精工kuroda公司、thk公司、nsk公司;韓國(guó)的sbc公司;美國(guó)的sm-saginaw公司;英國(guó)的potax公司等。日本的nsk公司已開(kāi)發(fā)出公稱直徑導(dǎo)程為:20mm60mm、25mm80mm超大導(dǎo)程滾珠絲杠副,快速進(jìn)給速度達(dá)到了180m/min。隨著現(xiàn)在制造技術(shù)的發(fā)展,測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步,國(guó)際上對(duì)滾珠絲杠副產(chǎn)品的質(zhì)量和多樣化的要求越來(lái)越強(qiáng)烈。絲杠測(cè)量?jī)x的研究也向著智能化、高速化、高精度化、多功能化、開(kāi)放化、模塊化的方向發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等也被廣泛地應(yīng)用到了滾珠絲杠副產(chǎn)業(yè)。1

9、.4 課題研究背景及意義由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域?,F(xiàn)在,滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動(dòng)與定位的首選部件。隨著機(jī)械產(chǎn)品向高速、高效、自動(dòng)化方向發(fā)展,對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越多,普通規(guī)格的滾珠絲杠副已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了使用要求。工業(yè)機(jī)器人、加工中心及機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械的出現(xiàn),使其進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度不斷提高,但是大導(dǎo)程滾珠絲杠副的出現(xiàn),滿足了高速驅(qū)動(dòng)的要求3。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)過(guò)于追求對(duì)滾珠絲杠副精度的研究,而在滾珠絲杠副綜合性能的研究上相對(duì)滯后,致使產(chǎn)品在性能上與國(guó)際先進(jìn)水平存在較大的差距,這也是制約我國(guó)數(shù)控機(jī)床向更高檔次發(fā)展的主要原因之一。本課題就是要設(shè)

10、計(jì)絲杠測(cè)量?jī)x的主軸箱,絲杠測(cè)量?jī)x主要用于滾珠絲杠副滾道型面的誤差測(cè)量,主軸箱是其主要部件。通過(guò)分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方式和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的布局,設(shè)計(jì)出合理的主軸箱系統(tǒng),并使其具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容論文以“絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”為題,主要進(jìn)行絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,要求做到結(jié)構(gòu)緊湊、可靠,以提高絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能和精度。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與計(jì)算等過(guò)程,完成絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1) 分析滾珠絲杠副的基本特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外滾珠絲杠產(chǎn)業(yè)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀。(2) 分析絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱系統(tǒng)的特點(diǎn),進(jìn)行總傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括擬

11、定傳動(dòng)方案,選擇合適的電動(dòng)機(jī),分配傳動(dòng)比和計(jì)算傳動(dòng)裝置的動(dòng)力參數(shù)等。(3) 根據(jù)主軸箱系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行各部分零件詳細(xì)的設(shè)計(jì),在此階段會(huì)涉及到帶輪的設(shè)計(jì),齒輪的設(shè)計(jì),軸的設(shè)計(jì),箱體的設(shè)計(jì)等步驟。(4) 在杠測(cè)量?jī)x主軸箱的各部分都設(shè)計(jì)完畢后,進(jìn)行總體裝配設(shè)計(jì),要做到結(jié)構(gòu)合理,并便于裝配與拆卸,即具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。(5) 對(duì)本論文的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行全面總結(jié),總結(jié)設(shè)計(jì)中的不足并提出改進(jìn)意見(jiàn),對(duì)絲杠測(cè)量?jī)x的發(fā)展進(jìn)行展望。2 主軸箱系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主軸箱系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行主軸箱系統(tǒng)的總傳動(dòng)方案設(shè)計(jì),包括選擇哪些傳動(dòng)形式,畫出傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖,選擇合適的電動(dòng)機(jī),確定傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比并進(jìn)行傳動(dòng)比的分配

12、,最后計(jì)算出傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù),為后面的詳細(xì)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。2.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)主軸箱傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方案一般用運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表示。它直觀地反映了工作機(jī)、傳動(dòng)裝置和原動(dòng)機(jī)三者之間的運(yùn)動(dòng)和力的傳遞關(guān)系。傳動(dòng)方案首先應(yīng)該滿足工作機(jī)的性能要求,適應(yīng)工作條件、工作可靠。此外,還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸緊湊、成本低,效率高和便于使用和維護(hù)等。因此,因根據(jù)具體的設(shè)計(jì)任務(wù)側(cè)重地保證主要設(shè)計(jì)要求,選用合理的方案。根據(jù)任務(wù)書中要求測(cè)量工作時(shí)主軸轉(zhuǎn)速為8r/min20r/min,而一般常用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min,可初步估算總傳動(dòng)比可能在50187.5,傳動(dòng)比較大,一般的二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)方案不能達(dá)

13、到其要求,故選用多級(jí)齒輪傳動(dòng)。本次設(shè)計(jì)方案中選用皮帶輪傳動(dòng)加四級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)方案,電動(dòng)機(jī)安裝在床身內(nèi),床身上安裝絲杠測(cè)量?jī)x的主軸箱,主軸箱與電動(dòng)機(jī)之間通過(guò)一對(duì)皮帶輪進(jìn)行傳動(dòng)。由于本次設(shè)計(jì)中涉及變速,所以需設(shè)計(jì)一對(duì)雙聯(lián)齒輪以實(shí)現(xiàn)變速功能。傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2.1所示。圖2.1 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖帶傳動(dòng)是一種繞性運(yùn)動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪(主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪)和傳動(dòng)帶,見(jiàn)圖2.2,當(dāng)主動(dòng)帶輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),利用帶輪和傳動(dòng)帶間的摩擦或嚙合作用,將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)帶2傳遞給從動(dòng)帶輪3。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn),在近代機(jī)械中應(yīng)用廣泛。圖2.2 帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖齒

14、輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中最重要的傳動(dòng)之一,應(yīng)用廣泛,齒輪傳動(dòng)具有效率高;結(jié)構(gòu)緊湊;工作可靠、壽命長(zhǎng);傳動(dòng)比穩(wěn)定等特點(diǎn)。圓柱齒輪傳動(dòng)不僅具有以上特點(diǎn),還便于裝配和維修;可以進(jìn)行變位切削及各種修行、修緣,從而提高傳動(dòng)質(zhì)量;易于進(jìn)行精密加工,是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣的傳動(dòng)。2.2 選擇電動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)的種類,無(wú)特殊需要,均選用交流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)作為系列化產(chǎn)品。機(jī)械設(shè)計(jì)中僅需根據(jù)工作機(jī)的工作情況,合理選擇電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速,提出具體的電動(dòng)機(jī)型號(hào)。2.2.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型由于絲杠測(cè)量?jī)x的負(fù)載比較平穩(wěn),對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)無(wú)特殊要求,任務(wù)書中要求采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),一般可以選用y系列三相交流異

15、步電動(dòng)機(jī)。y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)具有高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、噪聲小、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。安裝尺寸和功率等級(jí)也完全符合iec標(biāo)準(zhǔn),一般用于無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備4。2.2.2 選擇電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適,對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。功率選得過(guò)大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高,能力又得不到充分發(fā)揮,而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不在滿載下運(yùn)轉(zhuǎn),其效率和功率因素都較低而造成能源的浪費(fèi)。對(duì)于載荷比較穩(wěn)定,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械,通常只需使電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或稍大于所需電動(dòng)機(jī)的工作功率,即,而不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所需電動(dòng)機(jī)工作功率為: (2.1)式中:工作機(jī)所需功率,即輸入工作機(jī)軸的功率; 電動(dòng)機(jī)

16、至工作機(jī)的傳動(dòng)裝置的總效率。工作機(jī)所需功率可由工作的工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得,其計(jì)算公式為 =(137.220)/(23.140.92)=474.9nmm選擇電動(dòng)機(jī)額定功率為0.75kw。2.2.3 選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速額定功率相同的同類型電動(dòng)機(jī),可能有不同的轉(zhuǎn)速。y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)有四種常用的同步轉(zhuǎn)速,即3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min,低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的級(jí)數(shù)多,外廓尺寸及重量都比較大,價(jià)格高,但可使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比及尺寸較?。桓咿D(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則相反。因此確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí),應(yīng)進(jìn)行分析比較,以確定合理的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一般來(lái)說(shuō),如果沒(méi)有特殊要求通常選擇同步轉(zhuǎn)

17、速為1500r/min或1000r/min的電動(dòng)機(jī)5。為了設(shè)計(jì)出合理的傳動(dòng)裝置,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇范圍可以通過(guò)各個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比范圍和工作機(jī)的轉(zhuǎn)速要求來(lái)推算出,即 (2.6)式中:電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍; 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍; 工作機(jī)轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)裝置推薦的傳動(dòng)比范圍28315,任務(wù)書中主軸轉(zhuǎn)速為8r/min20r/min,由式(2.6)可算得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為:=(28315)(820)=224r/min6300r/min符合這一范圍的常用同步轉(zhuǎn)速有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min四種。由于之前已算得電動(dòng)機(jī)的額定功率為0.75kw,符合這一轉(zhuǎn)速范

18、圍的同步轉(zhuǎn)速只有3000r/min、1500r/min、1000r/min三種。以三種方案作比較,結(jié)果如表2.1所示。表2.1 電動(dòng)機(jī)方案表方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)重量總傳動(dòng)比1y80m1-20.753000282517282.52y80m2-40.7515001390181393y90s-60.7510009002191綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、傳動(dòng)比等因素,第3種方案比較合適,選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為y90s-6,其主要技術(shù)參數(shù)列于表2.2。表2.2 y90s-6電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額的功率(kw)滿載時(shí)轉(zhuǎn)速(r/min)電流(a)效率(%)功率因素y90s

19、-60.75900477.50.74y90s-6電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸和安裝尺寸如下圖2.3所示。圖2.3 電動(dòng)機(jī)外形、安裝尺寸簡(jiǎn)圖按圖2.3所示,y90s-6電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸和安裝尺寸如下表2.3所示。表2.3 y90s-6電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸和安裝尺寸habcdefgkaaacabadhdl9014010056245082010621951801552503202.3 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)傳動(dòng)比的分配傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)功率通常要按照實(shí)際所需要的電動(dòng)機(jī)工作功率考慮,而轉(zhuǎn)速則按電動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速(滿載轉(zhuǎn)速)計(jì)算。根據(jù)工作機(jī)轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速,可以求得傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比 (2.7)總傳動(dòng)比為

20、各級(jí)傳動(dòng)比,相乘,即 (2.8)合理地分配傳動(dòng)比,是傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題,它將直接影響到傳動(dòng)系統(tǒng)的外廓尺寸、重量、潤(rùn)滑及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心距等很多方面。合理地分配傳動(dòng)比,可以有效的減少外廓尺寸、重量,使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加合理;合理地分配傳動(dòng)比,可以使?jié)櫥鼮榫鶆颍垢叩退偌?jí)都能達(dá)到良好的潤(rùn)滑效果;合理地分配傳動(dòng)比,可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)效率、傳動(dòng)穩(wěn)定性,提高系統(tǒng)的使用壽命6。但這幾方面的要求不可能同時(shí)滿足,因此在分配傳動(dòng)比時(shí),主要考慮一下幾點(diǎn):(1) 各級(jí)傳動(dòng)比都在各自合理范圍內(nèi),以保證符合各種傳動(dòng)形式的工作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)緊湊。(2) 分配各傳動(dòng)形式的傳動(dòng)比時(shí),應(yīng)注意各傳動(dòng)件尺寸協(xié)調(diào),結(jié)構(gòu)勻稱合理。

21、(3) 各傳動(dòng)件彼此不應(yīng)該發(fā)生干涉碰撞現(xiàn)象。由式(2.7)可算得傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比由于設(shè)計(jì)的主軸箱為四級(jí)齒輪傳動(dòng),可由式(2.8)得合理分配各級(jí)傳動(dòng)比可得帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比=2,主軸箱中齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比分別為=2.3,=2.5,=2.7,=2.9。由于涉及到齒輪可以變速,需設(shè)計(jì)雙聯(lián)齒輪,第2對(duì)齒輪需要設(shè)計(jì)成雙聯(lián)齒輪,由2.5變成1.25,這樣總傳動(dòng)比變成45.5,主軸轉(zhuǎn)速也由10r/min變成20r/min,實(shí)現(xiàn)變速功能。2.4 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)各軸由高速至低速依次設(shè)為軸、軸、軸、軸、軸(主軸)。各軸分布圖如下圖2.4所示。圖2.4 各軸分布簡(jiǎn)圖并設(shè),.為相鄰兩軸間的傳動(dòng)比;,.為相鄰兩軸

22、間的傳動(dòng)效率;,.為各軸的輸入功率kw;,.為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩nmm;,.為各軸的轉(zhuǎn)速r/min;則可由電動(dòng)機(jī)軸至主軸方向依次推算,得各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速 (2.9)式中:電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速; 電動(dòng)機(jī)軸至軸的傳動(dòng)比。同理 (2.10) (2.11)其余類推。各軸轉(zhuǎn)速由式(2.9)式(2.11)得:3 主軸箱系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)主軸箱系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算階段,包括v帶和帶輪的設(shè)計(jì)、齒輪的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)、箱體的設(shè)計(jì)及其他零件的設(shè)計(jì)等,它們?yōu)檠b配草圖的設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。3.1 v帶和帶輪的設(shè)計(jì)3.1.1 v帶的設(shè)計(jì)常用的帶傳動(dòng)根據(jù)傳動(dòng)帶的橫截面形狀不同,又可分為平帶傳動(dòng)、v帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)和

23、圓帶傳動(dòng),見(jiàn)圖3.1。圖3.1 帶傳動(dòng)的幾種常見(jiàn)類型其中,v帶的橫截面呈等腰梯形,帶輪上也作出相應(yīng)的輪槽。帶傳動(dòng)時(shí),v帶的兩個(gè)側(cè)面和輪槽接觸。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外,v帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比大,結(jié)構(gòu)緊湊,大多數(shù)v帶已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。v帶傳動(dòng)的上述特點(diǎn)使它獲得了廣泛的應(yīng)用7。這里我們要用到的帶傳動(dòng)類型就選用v帶傳動(dòng),v帶的示意圖見(jiàn)圖3.2。圖3.2 普通v帶的結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)普通v帶是用多種材料制成的無(wú)接頭環(huán)形帶,它的帶型可分為y、z、a、b、c、d、e7種,這里我們選用y型普通v帶,其截面尺寸如下表3.1所示。表3.1 v帶的截面尺寸普通v帶的類型節(jié)寬(mm)頂寬(mm)高度(mm)楔角y5.3

24、64403.1.2 帶輪的設(shè)計(jì)根據(jù)帶輪轉(zhuǎn)速,傳動(dòng)比等已知相關(guān)條件,確定帶輪的材料,結(jié)構(gòu)形式,輪槽、輪輻和輪轂的幾何尺寸、公差和表面粗糙度以及相關(guān)技術(shù)要求8。常用的帶輪材料為ht150或ht200.轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。小功率時(shí)可用鑄鋁或者塑料。帶輪的轉(zhuǎn)速在上面已經(jīng)算出,連著發(fā)動(dòng)機(jī)軸的小帶輪轉(zhuǎn)速為910r/min,即為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;大帶輪的轉(zhuǎn)速為455r/min,傳動(dòng)比為2。這里帶輪的材料選ht200。v帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成,根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同,v帶輪可以分為實(shí)心式、腹板式、孔板式、橢橢圓輪輻式。v帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān),當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為,可采用實(shí)心式。為安裝

25、帶輪的軸的直徑,即為電動(dòng)機(jī)軸的直徑,為24mm;為小帶輪的基準(zhǔn)直徑為36mm。小帶輪的尺寸圖如下圖3.3所示。圖3.3 小帶輪的尺寸圖大帶輪采用孔板式的結(jié)構(gòu),其尺寸圖如下圖3.4所示。圖3.4 大帶輪的尺寸圖v帶輪的輪槽與選用的v帶型號(hào)相對(duì)應(yīng)。v帶輪安裝到輪槽中以后,一般不應(yīng)該超出帶輪外圓,也不應(yīng)該與輪槽底部接觸。輪槽表面的粗糙度為。3.1.3 v帶傳動(dòng)的張緊與安裝v帶傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間以后,會(huì)因?yàn)閹У乃苄宰冃魏湍p而松弛。為了保證帶傳動(dòng)正常工作,應(yīng)定期檢查帶的松弛程度,采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施8。常見(jiàn)的有以下幾種。(1) 定期張緊裝置采用定期改變中心距的方法來(lái)調(diào)節(jié)帶的初拉力,使帶重新張緊。(2) 自

26、動(dòng)張緊裝置將裝有帶輪的電動(dòng)機(jī)安裝在浮動(dòng)的擺架上,利用電動(dòng)機(jī)的自重,使帶輪隨同電動(dòng)機(jī)繞固定軸擺動(dòng),以自動(dòng)保持初拉力。(3) 采用張緊輪的張緊裝置當(dāng)中心距不能調(diào)節(jié)時(shí),可采用張緊輪將帶張緊。v帶傳動(dòng)在安裝時(shí),各帶輪的軸線應(yīng)相互平行,各帶輪相對(duì)應(yīng)的v型槽的對(duì)稱面應(yīng)重合,誤差不得超過(guò)20。3.2 齒輪的設(shè)計(jì)齒輪為絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱中的主要傳動(dòng)零件,由上面?zhèn)鲃?dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)算得的數(shù)據(jù)及任務(wù)書所給的工作條件,為傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算提供了原始數(shù)據(jù)。3.2.1 傳動(dòng)零件的特性及材料選擇在齒輪使用的過(guò)程中,常會(huì)發(fā)生齒輪失效的情況,常見(jiàn)的齒輪失效形式有齒輪折斷、齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、塑性變形等形式,為了對(duì)

27、抗齒輪失效,可以采用減小齒面粗糙度值,適當(dāng)選配主、從動(dòng)齒輪的材料及硬度,進(jìn)行適當(dāng)磨合,以及選用合適的潤(rùn)滑劑等方法9。由輪齒的失效形式可知,設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí),應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力,而齒根要有較高的抗折斷能力。因此,對(duì)齒輪材料性能的基本要求為齒面要硬、齒芯要韌。常用的齒輪材料有鋼、鑄鐵、非金屬材料等。而最常用來(lái)制作齒輪的材料為鋼,鋼材有很多優(yōu)點(diǎn),鋼材韌性好,耐沖擊,還可以通過(guò)熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面的硬度,故最適于用來(lái)制造齒輪。除尺寸過(guò)大或者是結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜只宜鑄造者外,一般都用鍛鋼制造齒輪,常用的是含碳量在0.15%0.6%的碳鋼或合金鋼。對(duì)于

28、強(qiáng)度、速度及精度都要求不高的齒輪,應(yīng)采用軟齒面(硬度hbs)以便于切齒,并使刀具不致迅速磨損變鈍。因此,應(yīng)將齒輪毛坯經(jīng)過(guò)常化(正火)或調(diào)質(zhì)處理后切齒。切制后即成成品。其精度一般為8級(jí),精切時(shí)可達(dá)7級(jí)。這類齒輪制造簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)率高10。3.2.2 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)(1) 按本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案,選用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。(2) 絲杠測(cè)量?jī)x為一般工作機(jī)器,速度不高,根據(jù)表3.2選用7級(jí)精度(gb 10095-88)。表3.2 各類機(jī)械所用的齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍機(jī)器名稱精度等級(jí)機(jī)器名稱精度等級(jí)汽輪機(jī)36拖拉機(jī)68金屬切削機(jī)床38通用減速器68航空發(fā)動(dòng)機(jī)48鍛壓機(jī)床

29、69輕型汽車58起重機(jī)710載重汽車79農(nóng)業(yè)機(jī)械811(3) 材料選擇。由下面的表3.3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,兩者材料硬度差為40hbs。40cr鋼是我國(guó)機(jī)械制造業(yè)使用最為廣泛的鋼之一,調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能,良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性。45號(hào)鋼表面硬度較低,不耐磨,但是調(diào)質(zhì)后可以提高零件表面硬度。表3.3 常用齒輪材料及其力學(xué)特性材料牌號(hào)熱處理方法強(qiáng)度極限(mpa)屈服極限(mpa)硬度齒芯部齒面zg340-640調(diào)質(zhì)7003802412694565036021725530crmnsi11009

30、0031036035simn75045021726938simnmo70055021726940cr700500241286(4) 初選小齒輪齒數(shù)=21,=2.321=48.3,取=48。按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算,公式為 (3.1)確定公式內(nèi)各數(shù)據(jù)的數(shù)值。(1) 試選取得載荷系數(shù)為=1.3。(2) 小齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩為。(3) 式中齒寬系數(shù)查取齒寬系數(shù)表可得=0.4。(4) 鍛鋼的彈性影響系數(shù)為。(5) 為區(qū)域系數(shù),在標(biāo)準(zhǔn)直齒輪時(shí)取2.5。(6) 按齒面硬度小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。(7) 齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)按下式計(jì)算。假設(shè)絲杠測(cè)量?jī)x工作壽命為7

31、年,每年工作300天,每天工作8小時(shí)。 (3.2)式中:齒輪的轉(zhuǎn)速; 齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí),同一齒面嚙合的次數(shù); 齒輪的工作壽命。由式(3.2)可算出應(yīng)力循環(huán)次數(shù):(8) 由接觸疲勞壽命系數(shù)圖查得;。(9) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%,安全系數(shù)=1,其計(jì)算公式為: (3.3)由式(3.3)可算得接觸疲勞許用應(yīng)力:齒輪參數(shù)的計(jì)算。(1) 計(jì)算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值。由式(3.1)得(2) 計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的圓周速度。其計(jì)算公式為: (3.4)由式(3.4)計(jì)算得圓周速度:(3) 計(jì)算齒輪的齒寬。 (3.5)由齒寬計(jì)算公式(3.5)求得齒寬: (4) 計(jì)算齒寬與齒高之比。齒輪的模數(shù)

32、齒輪的齒高 齒輪的齒寬與齒高之比 (5) 計(jì)算載荷系數(shù)。齒輪載荷系數(shù)計(jì)算公式為 (3.6)根據(jù),7級(jí)精度,由動(dòng)載系數(shù)表查得查得動(dòng)載系數(shù);由使用系數(shù)表查得使用系數(shù);在直齒輪中,;在7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承軸非對(duì)稱布置時(shí),用插值法查齒向載荷分布系數(shù)表可得。由,查得;故由式(3.6)求得載荷系數(shù):(6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正算得的分度圓直徑為, (3.7)由式(3.7)求得:7) 計(jì)算模數(shù)。 (3.8)由模數(shù)計(jì)算公式(3.8)得: 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為: (3.9)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。(1) 小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限;(2) 取彎曲疲勞壽命系數(shù),;(3)

33、 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù),由式(3.3)得(4) 計(jì)算載荷系數(shù)。由式(3.6)得(5) 查取齒形系數(shù)。查得齒形系數(shù);。(6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)。查得應(yīng)力校正系數(shù);。(7)計(jì)算大小齒輪并加以比較。計(jì)算后比較可以得出大齒輪的數(shù)值大。由式(3.9)得:齒輪的模數(shù)是由齒根彎曲強(qiáng)度所決定的,按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)為1.379,可以選取的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為1.5,按照接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑,可以算得小齒輪的齒數(shù)為大齒輪齒數(shù),取。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的齒輪傳動(dòng),不但滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,而且滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度,并且做到結(jié)構(gòu)緊湊,避免了浪費(fèi)。幾何尺寸的計(jì)算(1) 計(jì)算分度圓直徑由式(3.8)

34、計(jì)算得(2) 計(jì)算中心距中心距計(jì)算公式為: (3.10)由式(3.10)求得中心距(3) 計(jì)算齒輪的寬度 取,。3.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖為了便于設(shè)計(jì),現(xiàn)將上述算得的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)幾何尺寸列于表3.4中。表3.4 齒輪參數(shù)名稱代號(hào)計(jì)算結(jié)果小齒輪大齒輪齒數(shù)2558模數(shù)1.5分度圓直徑37.587齒頂高1.51.8753.375齒根高齒全高齒頂圓直徑40.590齒根圓直徑33.7583.25基圓直徑32.2481.75中心距62.25齒輪寬度2015通過(guò)齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,只能確定出齒輪的主要尺寸,如上表3.4中所示的齒數(shù)、模數(shù)、分度圓直徑等,而不能確定齒輪的結(jié)構(gòu)形式,比如齒圈、輪輻、

35、輪轂等。齒輪的幾何尺寸、材料、加工方法、使用要求等因素都會(huì)影響到齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須對(duì)上面的各方面因素進(jìn)行綜合考慮。通常是先根據(jù)齒輪的直徑大小,選擇是用實(shí)心式還是腹板式,還是其他結(jié)構(gòu)形式,然后在根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。上述計(jì)算的一對(duì)齒輪中,小齒輪可以設(shè)計(jì)成實(shí)心式結(jié)構(gòu),大齒輪可以設(shè)計(jì)成腹板式結(jié)構(gòu),這樣設(shè)計(jì)可以減輕齒輪的重量,并可使齒輪的固有頻率降低,從而降低齒輪嚙合時(shí)的噪聲。繪制零件圖如下圖3.5所示。圖3.5 大齒輪零件圖重復(fù)上述計(jì)算齒輪的過(guò)程,可分別計(jì)算求出第2、3、4對(duì)齒輪的尺寸參數(shù)。第3對(duì)齒輪的尺寸參數(shù)列于下表3.5。表3.5 第3對(duì)齒輪參數(shù)名稱代號(hào)計(jì)算結(jié)

36、果小齒輪大齒輪齒數(shù)2362模數(shù)2.5分度圓直徑57.5155齒頂高2.5齒根高3.125齒全高5.625齒頂圓直徑62.5160齒根圓直徑51.25148.75基圓直徑54145.65中心距106.25齒輪寬度2823第4對(duì)齒輪的尺寸參數(shù)列于下表3.6。表3.6 低速級(jí)齒輪參數(shù)名稱代號(hào)計(jì)算結(jié)果小齒輪大齒輪齒數(shù)2264模數(shù)3分度圓直徑66192齒頂高3齒根高3.75齒全高6.75齒頂圓直徑72198齒根圓直徑58.5184.5基圓直徑62.2180.42中心距129齒輪寬度3126主軸箱軸第2對(duì)齒輪為雙聯(lián)齒輪,雙聯(lián)齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于一般普通齒輪,這里拿出來(lái)單獨(dú)考慮。雙聯(lián)齒輪就是兩同軸而又相隔一

37、定距離的齒輪做成一體既為雙聯(lián)齒輪,常見(jiàn)的雙聯(lián)齒輪見(jiàn)圖3.6,一般為同模數(shù),多用于變速箱的移滑齒輪。它的作用就是改變輸出軸的轉(zhuǎn)速或速度。齒輪箱里,有移滑齒輪就可以有多種轉(zhuǎn)速或速度,沒(méi)有移滑齒輪就只有一種轉(zhuǎn)速或速度。使用雙聯(lián)齒輪不僅可以實(shí)現(xiàn)變速,還減少空間,減少主軸箱的體積,便于實(shí)現(xiàn)集中控制。雙聯(lián)齒輪的撥動(dòng)一般使用撥叉來(lái)控制,在雙聯(lián)齒輪中間設(shè)計(jì)一個(gè)撥叉槽,撥叉后面固定在撥叉桿上,撥叉叉子部分卡在撥叉槽中,用操作桿控制撥叉桿的移滑來(lái)實(shí)現(xiàn)撥動(dòng)雙聯(lián)齒輪。圖3.6 常見(jiàn)雙聯(lián)齒輪本次設(shè)計(jì)方案中的雙聯(lián)齒輪尺寸參數(shù)見(jiàn)表3.7,零件圖見(jiàn)圖3.7。表3.7 雙聯(lián)齒輪參數(shù)名稱代號(hào)計(jì)算結(jié)果小齒輪大齒輪齒數(shù)22,3455

38、,43模數(shù)2分度圓直徑44,68110,86齒頂高2齒根高2.5齒全高4.5齒頂圓直徑48,72114,90齒根圓直徑39,63105,81基圓直徑43.23,69.16166.80,103.74中心距77齒輪寬度2318圖3.7 雙聯(lián)齒輪零件圖3.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)軸是支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩或彎矩的機(jī)械零件,它是組成機(jī)器的主要零件之一。軸一般為金屬圓桿狀,各段可以有不同的直徑,機(jī)器中作為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件就裝在軸上。3.3.1 軸的分類和材料根據(jù)軸線形狀不同,軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據(jù)軸的承載情況,又可分為:轉(zhuǎn)軸,工作時(shí)既承受彎矩又承受扭矩,是機(jī)械中最常見(jiàn)的軸,如各種減速器

39、中的軸等;心軸,用來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件只承受彎矩而不傳遞扭矩,有些心軸轉(zhuǎn)動(dòng),如鐵路車輛的軸等,有些心軸則不轉(zhuǎn)動(dòng),如支撐滑輪的軸等;傳動(dòng)軸,主要用來(lái)傳遞扭矩而不承受彎矩,如起重機(jī)移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的長(zhǎng)光軸、汽車的驅(qū)動(dòng)軸等11。長(zhǎng)期承受交變應(yīng)力作用下的疲勞破壞是軸的主要失效形式。因此,對(duì)軸的材料要求是具有較好的強(qiáng)度、韌性,與軸上零件有相對(duì)滑動(dòng)的部分還應(yīng)具有較好的耐磨性。軸的材料主要是用碳素鋼或合金鋼,也可以采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵。在工程中一般廣泛采用35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼,對(duì)于輕載和不重要的軸也可以采用q235、q275等普通碳素鋼。合金鋼常用于高溫、高速、重載以及結(jié)構(gòu)要求緊湊的軸中,它有較高的力學(xué)性能,

40、但價(jià)格較貴,對(duì)應(yīng)力集中敏感,所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須盡量減少應(yīng)力集中。球墨鑄鐵比較耐磨,價(jià)格低,但可靠性差,一般用于形狀復(fù)雜的軸。本次設(shè)計(jì)中由于主軸箱傳遞的功率不大,對(duì)其重量和尺寸也無(wú)特殊要求,故選擇常用材料45鋼,調(diào)質(zhì)處理。3.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸,為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。它與軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式,載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況,軸承的類型與尺寸,軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸,對(duì)軸的變形等因素有關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì),必要時(shí)可做幾個(gè)方案進(jìn)行比較,以便選出最佳設(shè)計(jì)方案,以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則:1、節(jié)約材料

41、,減輕重量,盡量采用等強(qiáng)度外形尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀;2、易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整;3、采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施;4、便于加工制造和保證精度。(1) 各軸直徑的確定初估軸徑后,按軸(見(jiàn)圖3.8)上零件的安裝順序,從左端開(kāi)始確定直徑,該軸1段安裝帶輪,故直徑取10mm。2段為非定位軸肩,取12mm。3段安裝深溝球軸承,故該段直徑為15mm。4段安裝齒輪為了便于安裝,取4段為18mm。5段為定位軸肩,取直徑為22mm。6段為定位軸肩,高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度,取直徑為17mm。7段安裝深溝球軸承61804,該段直徑和3段一樣為15mm。圖3.9 軸尺

42、寸圖(2) 軸段長(zhǎng)度的確定軸段安裝帶輪,取長(zhǎng)度為帶輪寬度為18mm。2段為1段與3段之間的軸肩,根據(jù)實(shí)際情況取長(zhǎng)度為40mm。3段為深溝球軸承的寬度和箱體內(nèi)壁到齒輪端面的距離加上1.5mm,總長(zhǎng)為21.5mm。4段應(yīng)比齒輪寬略小1.5mm,為18.5mm。5段為軸肩長(zhǎng)度,為5mm。6段長(zhǎng)度為172mm。7段為深溝球軸承的寬度,為7mm。(3) 軸上零件的周向固定為了保證良好的對(duì)中性,齒輪與軸選用過(guò)盈配合h7/r6。齒輪與離合器軸均采用普通平鍵聯(lián)接,根據(jù)下面的表3.8查得安裝帶輪的軸段使用33的鍵,安裝齒輪的軸段使用66的鍵。(4) 軸上倒角與圓角為了保證深溝球軸承的內(nèi)圈端面緊靠定位軸肩的端面,

43、根據(jù)軸承手冊(cè)的推薦,軸的左右端倒角均為245。計(jì)算完第軸的數(shù)據(jù),接下來(lái)要計(jì)算第、軸的各段直徑和各段長(zhǎng)度。計(jì)算方法與上面類似,這里就不一一寫出計(jì)算過(guò)程了,第、軸的尺寸圖如下圖3.9所示。圖3.9 、軸的尺寸圖3.4 箱體的設(shè)計(jì)絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱的箱體是用來(lái)支持和固定軸系零件的,在一臺(tái)機(jī)器的總重量中占有很大的比例,同時(shí)也在很大程度上影響著機(jī)器的工作精度及抗振性能。所以正確選擇箱體零件的材料和正確設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)形式及尺寸,是減小機(jī)器重量、節(jié)約金屬材料、提高工作精度、增強(qiáng)機(jī)器剛度及耐磨性等的重要途徑。絲杠測(cè)量?jī)x的箱體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,剛度要求也較高,因而通常都為鑄造。鑄造的材料常用便于施工又價(jià)廉的鑄鐵。箱體的結(jié)

44、構(gòu)形狀和尺寸大小,決定于安裝在它的內(nèi)部或外部的零件和部件的形狀和尺寸及其相互配置、受力與運(yùn)動(dòng)情況等。設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使所裝的零零件便于裝拆與操作。為此,在主軸箱的一側(cè),可以開(kāi)一個(gè)敞開(kāi)的空心矩形截面,便于主軸箱中齒輪等零件的安裝與拆卸。然后用一塊鋼板來(lái)密封這個(gè)矩形截面,可以采用螺栓連接。箱體的一些結(jié)構(gòu)尺寸,如壁厚、凸臺(tái)高度等,對(duì)箱體的工作能力,材料消耗、質(zhì)量和成本,均有重大影響。對(duì)于這些,可以按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和比照現(xiàn)用的類似的主軸箱部件進(jìn)行設(shè)計(jì),本次設(shè)計(jì)方案中,壁厚設(shè)計(jì)為8mm。在關(guān)于增強(qiáng)箱體的剛度方面,應(yīng)該盡量采用完全封閉的結(jié)構(gòu),但考慮到實(shí)際情況,比如箱體底部與導(dǎo)軌的接觸,一面敞開(kāi)的空心矩形截面,安裝軸

45、的箱體上凸臺(tái)設(shè)計(jì)等情況,不可能完全封閉。但在設(shè)計(jì)時(shí),不必要的孔數(shù)應(yīng)盡量減少。箱體底部接觸的是燕尾槽型導(dǎo)軌,所以箱體底部應(yīng)該按照導(dǎo)軌的形狀尺寸設(shè)計(jì)成燕尾槽型的,以便于與導(dǎo)軌相互配合。箱體底部?jī)蓚?cè)還要設(shè)計(jì)一對(duì)底座,以便于固定在床身上,底座與床身可以采用螺栓固定。由于整個(gè)箱體采用鑄造加工,需要考慮到鑄造圓角,整個(gè)箱體的頂部可以采用r為8mm的鑄造圓角,頂端得內(nèi)部采用r為3mm的鑄造圓角,其他部位則分別采用r為1mm3mm的鑄造圓角。由于要考慮到有雙聯(lián)齒輪的變速操作,箱體上要為操作手柄做相關(guān)的設(shè)計(jì)工作。箱體上還要有考慮到有銘牌,上面需要向用戶提供絲杠測(cè)量?jī)x的一些技術(shù)數(shù)據(jù)和使用指導(dǎo)等。另外,在機(jī)器工作時(shí)

46、,絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱內(nèi)總要產(chǎn)生振動(dòng)并引發(fā)出噪聲,對(duì)周圍的人員、設(shè)備、產(chǎn)品質(zhì)量等都會(huì)帶來(lái)?yè)p害與污染,因而隔振也是設(shè)計(jì)箱體時(shí)應(yīng)該同時(shí)考慮的問(wèn)題。設(shè)計(jì)的箱體的的三維造型圖如下圖3.10所示。圖3.10 箱體三維造型圖3.5 鍵聯(lián)接和軸承的選擇3.5.1 平鍵的選擇鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件,通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩,有的還能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動(dòng)的導(dǎo)向。一般常用的鍵連接都是普通平鍵連接,圖3.11為普通平鍵連接的結(jié)構(gòu)形式。鍵的兩端面是工作面,工作時(shí),靠鍵同鍵槽側(cè)面的擠壓來(lái)傳遞扭矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間則留有間隙。平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、對(duì)中性較好等優(yōu)點(diǎn),因而得到廣泛

47、應(yīng)用12。圖3.11 普通平鍵連接鍵的選擇主要包括鍵的類型選擇和尺寸選擇。本次課程設(shè)計(jì)中平鍵都是普通平鍵連接,鍵的尺寸大小主要取決于軸徑d,不同軸徑則鍵的大小也不同,軸徑與鍵的大小關(guān)系見(jiàn)下面表3.8。表3.8 普通平鍵的主要尺寸軸的直徑68810101212171722223030383844鍵寬b鍵高h(yuǎn)223344556687108128鍵的長(zhǎng)度系列l(wèi)6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,45,.根據(jù)鍵的選擇標(biāo)準(zhǔn),可分別選擇各軸上使用的平鍵的規(guī)格。軸分別選用3312與6614的平鍵;軸選擇3310的平鍵;軸選擇8722的平鍵;軸選擇10820與108

48、25的平鍵;軸選擇10820的平鍵。3.5.2 花鍵的選擇花鍵分為內(nèi)畫鍵和外花鍵,見(jiàn)圖3.12,內(nèi)外花鍵均為多齒零件,在內(nèi)圓柱表面上的花鍵為內(nèi)畫鍵,在外圓柱表面上的花鍵為外花鍵,花鍵連接是平鍵連接在數(shù)目上的發(fā)展。花鍵可以是固定連接,也可以是滑動(dòng)連接13。圖3.12 矩形花鍵連接由于結(jié)構(gòu)形式和制造工藝不同,與平鍵連接相比,花鍵連接在強(qiáng)度、工藝和使用方面有下列特點(diǎn):因?yàn)樵谳S上與轂孔上均勻地制出較多的齒和槽,故受力比較均勻;齒數(shù)較多,總接觸面積較大,因而可以承受較大的載荷;導(dǎo)向性好,這對(duì)動(dòng)連接很重要;可以用磨削的方法提高加工精度和連接質(zhì)量14?;ㄦI常用于定心精度要求高、傳遞轉(zhuǎn)矩大或經(jīng)?;频倪B接的場(chǎng)

49、合,本次設(shè)計(jì)方案中的雙聯(lián)齒輪與軸的連接就需要用到花鍵連接。矩形花鍵的基本尺寸有小徑d、大經(jīng)d、鍵槽寬b。鍵寬規(guī)定為偶數(shù),一般可選為6。上述設(shè)計(jì)中、軸就需要設(shè)計(jì)成花鍵軸,其中軸中的矩形花鍵小徑為20mm,大徑為23mm;軸中小徑為28mm,大徑為32mm。對(duì)于矩形花鍵的形位公差有如下規(guī)定:因?yàn)樾绞腔ㄦI連接的定心尺寸,必須保證其配合性質(zhì),所以內(nèi)、外花鍵小徑d的極限尺寸應(yīng)遵守包容原則,即花鍵孔和軸的小徑不能超過(guò)最大實(shí)體邊界;為保證裝配性和鍵側(cè)受力均勻,規(guī)定花鍵的位置度公差應(yīng)遵守最大實(shí)體原則,即不能超過(guò)實(shí)效邊界。3.5.3 滾動(dòng)軸承的選擇滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一,它是依靠主要元件間的滾

50、動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)的零件。滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,并由專業(yè)的工廠大量制造及供應(yīng)各種常用規(guī)格的軸承,滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小,功率消耗少,啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)15。常見(jiàn)的滾動(dòng)軸承實(shí)物圖見(jiàn)圖3.13。圖3.13 滾動(dòng)軸承實(shí)物圖常見(jiàn)的滾動(dòng)軸承有深溝球軸承、圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承、推力球軸承等,不同的滾軸軸承有不同的性能和特點(diǎn),本次設(shè)計(jì)的絲杠測(cè)量?jī)x主軸箱中選用常見(jiàn)的深溝球軸承。深溝球軸承主要承受徑向載荷,也可同時(shí)承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小,在高轉(zhuǎn)速時(shí),可用來(lái)承受純軸向載荷。深溝球軸承一般都大量生產(chǎn),價(jià)格最低。在、軸的選用的深溝球軸承型號(hào)分別為61803、61804、61805、61806、618

51、07。軸承與軸的連接見(jiàn)圖3.14。圖3.14 軸承cad連接圖除了使用深溝球軸承,在第軸,即主軸上還需使用一對(duì)可用承受軸向載荷的軸承,這里選用角接觸球軸承。角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷,也可以單獨(dú)承受軸向載荷。由于一個(gè)軸承只能承受單向的軸向力,因此,一般成對(duì)使用。承受軸向載荷的能力與接觸角有關(guān)。接觸角大的,承受軸向載荷的能力也高,這里選用60角接觸球軸承。滾動(dòng)軸承選用好以后,還要考慮到滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑。潤(rùn)滑對(duì)于滾動(dòng)軸承具有重要意義,軸承中的潤(rùn)滑劑不僅可以降低摩擦力,還可以起著散熱、減小接觸應(yīng)力,吸收振動(dòng),防止銹蝕等作用。軸承常用的潤(rùn)滑方式有油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑兩類,本次設(shè)計(jì)的主軸箱采用油

52、潤(rùn)滑的方式,潤(rùn)滑油的主要性能指標(biāo)是粘度,轉(zhuǎn)速越高,應(yīng)選用粘度越低的潤(rùn)滑油;載荷越大,應(yīng)選用高粘度的潤(rùn)滑油。3.6 軸承蓋的設(shè)計(jì)軸承蓋用于固定軸承,調(diào)整軸承間隙并承受軸向力。軸承蓋一般有嵌入式和凸緣式兩種,但嵌入式軸承蓋設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單但是密封性差,目前這種結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)實(shí)踐中已很少采用。凸緣式軸承高調(diào)整軸承間隙比較方便,密封性能也好,所以用得較多。這種端蓋大多數(shù)采用鑄造件,所以要考慮鑄造工藝,盡量使整個(gè)厚度均勻。為了調(diào)整軸承間隙,端蓋與箱體之間應(yīng)該放置若干08p的軟鋼片或紫銅片組成的調(diào)整墊片。軸承蓋的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)3.15。圖3.15 軸承蓋零件圖4 主軸箱的裝配工藝性機(jī)械裝置的裝配是機(jī)械制造中最后的工藝環(huán)節(jié),它將最終保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。如果裝配工藝制定不合理,即使所有零件都符合質(zhì)量要求,也不能裝配出合格的產(chǎn)品。只有做好裝配的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,選擇適當(dāng)?shù)难b配方法,才能高質(zhì)量、高效率、低成

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