五邑大學(xué)2016無(wú)絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)

1、五邑大學(xué)無(wú)絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)（1） 機(jī)床的規(guī)格及用途最大加工直徑320mm 無(wú)絲杠車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)nmin=37.5，轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=12 功率N（KW）=4,=1.41.車床是主要用車刀對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床。在車床上還可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進(jìn)行相應(yīng)的加工。（2） 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)確定公比 根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，公比=1.41。求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=12。確定極限轉(zhuǎn)速根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，主軸最低轉(zhuǎn)速為37.5r/min，級(jí)數(shù)為12，且公比=1.41。則 變速范圍由因?yàn)?1.41得=43.79 取=44根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表2-5標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列知：首先找到

2、最小極限轉(zhuǎn)速37.5，再每跳過5個(gè)數(shù)（1.411.064）取一個(gè)轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.41的數(shù)列：37.5，53，75，106，150，212，300，425，600，850，1180，1700.確定結(jié)構(gòu)式主變速傳動(dòng)從電動(dòng)機(jī)到主軸，通常為降速傳動(dòng)，接近電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩較小，尺寸小一些；反之，靠近主軸的傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速較低，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，尺寸就較大。因此在擬定主變速傳動(dòng)系時(shí)，應(yīng)盡可能將傳動(dòng)副較多的變速組安排在前面，傳動(dòng)副較少的變速組放在后面。即Pa>Pb>Pc>>Pj，使主變速傳動(dòng)系中更多的傳動(dòng)件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小一些，以便節(jié)省變速箱的造價(jià)，減小變速

3、箱的外形尺寸。按此原則：12=3×2×2；12=2×3×2；12=2×2×3，三種不同傳動(dòng)方案中以前者為好。(引自機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社）12級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響很大，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副常選用2。綜上所述，傳動(dòng)式為12=3×2×2。對(duì)于12=3×2×2傳動(dòng)式，有6種結(jié)構(gòu)式和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為：12=31×23×26，12=32×21×26，1

4、2=34×21×2212=31×26×23，12=32×26×21，12=34×22×21根據(jù)主變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則，選12=31×23×26，其最后擴(kuò)大組的變速范圍,符合要求，其它變速組的變速范圍也一定符合要求。 繪制轉(zhuǎn)速圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇的電機(jī)型號(hào)：Y112M-2,功率4kW，額定電流8.2A，同步轉(zhuǎn)速3000r/min，滿載轉(zhuǎn)速2890r/min，效率85.5，功率因數(shù)0.87，重量45kg。分配總降速傳動(dòng)比總降速傳動(dòng)比為U=37.5/1700=0.221，若每個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比

5、均取四分之一（為避免從動(dòng)齒輪尺寸過大而增大箱體的徑向尺寸，一般限制降速最小 傳動(dòng)比U主>1/4），則三個(gè)變速組總的降速比可達(dá)（1/4）3=1/64，看來似乎無(wú)須增加 降速定比傳動(dòng)，但是為了中間兩個(gè)變速組做到降速緩慢以利于減少變速箱的徑向尺寸，可大電機(jī)軸與I軸之間增加一降速比傳動(dòng)，用齒輪和皮帶均可，為了便于安裝，維護(hù)方便，在此選用的是皮帶。繪制轉(zhuǎn)速圖因?yàn)榇_定中間各軸轉(zhuǎn)速時(shí)，通常往前推比較方便，所以首先定III軸的轉(zhuǎn)速。 定III軸的轉(zhuǎn)速由于第二擴(kuò)大組的變速范圍為8，選取故這兩對(duì)傳動(dòng)副的最小和最大傳動(dòng)比必然是，。于是可以確定III軸的六級(jí)轉(zhuǎn)速只能是：150，212，300，425，600，8

6、50r/min，可見III軸的最低轉(zhuǎn)速為150r/min。確定II軸轉(zhuǎn)速第一擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)。為避免從動(dòng)齒輪尺寸過大而增加箱體的徑向尺寸，一般限制降速最小傳動(dòng)比，又為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差，減少振動(dòng)噪聲，限制最大升速比。于是，,II軸的最低轉(zhuǎn)速是425/min，三級(jí)轉(zhuǎn)速分別為425，600，850r/min。確定I軸轉(zhuǎn)速同理，軸I可?。篒軸級(jí)比指數(shù)為X0=1,又因?yàn)閹鲃?dòng)的傳動(dòng)比為u=1/1.41l5,帶傳動(dòng)比可能比較大，因?yàn)樵O(shè)計(jì)參數(shù)給出的電機(jī)轉(zhuǎn)速和和主軸的轉(zhuǎn)速相差很大，如果在不換電 機(jī)的情況下，適當(dāng)?shù)脑黾咏邓俦染涂梢詽M足條件。最終確定I軸的轉(zhuǎn)速為1700r/min。根據(jù)以上計(jì)算，繪制轉(zhuǎn)速圖如下：（

7、單位r/min）確定變速組齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù) 速組a： 變速組a有三個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是， 由機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表28查得：符合條件的可取，查表可得軸I主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別為：36、30、24。根據(jù)相應(yīng)的傳動(dòng)比，可得軸II上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：36、42、48。 速組b：變速組b有兩個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是，。查表得：可取，于是可得軸II上主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別是：42,22。于是根據(jù)相應(yīng)傳動(dòng)比，得軸III上三齒輪的齒數(shù)分別是：42,62。 速組c：變速組c有兩個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)比分別是，。查表得：可取，于是可得軸III上主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別是：60,18。于是根據(jù)相應(yīng)傳動(dòng)比，得軸上兩齒輪的齒數(shù)分別是：30,72

8、。確定帶輪直徑確定計(jì)算功率，由機(jī)械設(shè)計(jì)附表88查得工作情況系數(shù)KA=1.2.PCA=KA*P=4.8kW選取帶型。根據(jù)PCA和n1,由圖8-11選用A型帶。確定帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)表8-7推薦的最小基準(zhǔn)直徑，由附表84可選小帶輪的基準(zhǔn)直徑d1=160mm=，則大帶輪的基準(zhǔn)直徑d2=160*1.7=272，由8-9得d2=280mm.驗(yàn)證帶速，即5m/s<V<25m/s，符合要求。 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min主軸轉(zhuǎn)速誤差在標(biāo)準(zhǔn)值范圍之內(nèi)37.536.871.68%5354.422.68%7573.731.7%106104.651.27%150149.50.33

9、%212209.31.27%3002932.33%425412.872.85%600589.81.7%850825.722.86%11801179.60.034%17001651.432.86%（3） 動(dòng)力設(shè)計(jì)（包括零件及組件的結(jié)構(gòu)初算）傳動(dòng)軸的直徑可以按照扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行初步計(jì)算：式中 傳動(dòng)軸直徑 電機(jī)額定功率 該軸的計(jì)算速度 鍵槽系數(shù)系數(shù)（由表5.5查出，取1.0）主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是等公比傳動(dòng)，由機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表29中所述各個(gè)傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖可以得到I、II、III、軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速分別為850,425,150，106r/min。各傳動(dòng)軸直徑由表210可知，A92，K1.041.

10、05，則AK95.6896.6，這里取AK96I軸：，取=30mmII軸：，取=35mmIII軸：，取=45mm軸，取=50mm2、 齒輪模數(shù)的初步計(jì)算（1）齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定只需計(jì)算變速組內(nèi)最小的也是強(qiáng)度最弱的齒輪即可。a變速組內(nèi)最小齒輪齒數(shù)是z=24，只有一個(gè)轉(zhuǎn)速1700r/min，取為計(jì)算轉(zhuǎn)速.b變速組內(nèi)最小齒輪齒數(shù)是z=22，使III軸獲得6級(jí)轉(zhuǎn)速，150r/min是III軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，所以該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速為1180r/min。c變速組內(nèi)的最小齒輪齒數(shù)是z=18，使主軸獲得12級(jí)轉(zhuǎn)速，106r/min是主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，所以該齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速為600r/min。（2）模數(shù)的計(jì)算變速組a:查

11、閱資料得以下計(jì)算公式，進(jìn)行齒輪尺寸的初步確定，試選荷載系數(shù)=2.0。I軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：齒寬系數(shù)=1應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：接觸疲勞壽命系數(shù)=0.90,=0.92.接觸疲勞強(qiáng)度極限,分別按合金MQ線和調(diào)質(zhì)碳鋼MQ線的延長(zhǎng)線及齒面硬度得:小齒輪,大齒輪接觸疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)S=1.試算d1，取許用接觸疲勞強(qiáng)度=534N/mm2,為計(jì)算許用應(yīng)力，則:再次d1取40mm.計(jì)算齒輪模數(shù)m,則：確定變速級(jí)a齒輪模數(shù)為m=2變速組b:試選荷載系數(shù)=2.0。I軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：齒寬系數(shù)=1應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：接觸疲勞壽命系數(shù)=0.91,=0.95.接觸疲勞強(qiáng)度極限,分別按合金MQ線和調(diào)質(zhì)碳鋼MQ線的延長(zhǎng)線

12、及齒面硬度得:小齒輪,大齒輪接觸疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)S=1.試算d1，取許用接觸疲勞強(qiáng)度=551N/mm2,為計(jì)算許用應(yīng)力，則:再次d1取45mm.計(jì)算齒輪模數(shù)m,則：確定變速級(jí)a齒輪模數(shù)為m=2.25。變速組c:試選荷載系數(shù)=2.0。I軸上小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：齒寬系數(shù)=1應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：接觸疲勞壽命系數(shù)=0.95,=0.94.接觸疲勞強(qiáng)度極限,分別按合金MQ線和調(diào)質(zhì)碳鋼MQ線的延長(zhǎng)線及齒面硬度得:小齒輪,大齒輪接觸疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)S=1.試算d1，取許用接觸疲勞強(qiáng)度=546N/mm2,為計(jì)算許用應(yīng)力，則:再次d1取50mm.計(jì)算齒輪模數(shù)m,則：確定變速級(jí)a齒輪模數(shù)為m=3。綜上：變

13、帶組 a,b, c 的模數(shù)分別是2，2.25，3.3、確定機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)尺寸主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸前、后軸頸D1和D2，主軸內(nèi)孔直徑d，主軸前端懸伸量a和主軸主要支撐間的跨距L。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸的剛度.主軸前軸頸直徑D1的選取D1一般按機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑，由表31選?。河晒β史秶?.75.5，則本車床的前軸頸直徑D1=70105，在此選為D1=80.則車床后軸頸的直徑D2=(0.70.85)D1，考慮到主軸最小軸頸為45，要保證軸的強(qiáng)度滿足要求（因?yàn)橹鬏S是空心的),在此選后軸頸的直徑為D2=65。主軸內(nèi)孔直徑的確定因?yàn)檐嚧矁?nèi)孔用來通過棒料或安裝夾緊機(jī)構(gòu)

14、，臥式機(jī)床的內(nèi)孔d通常不小于主軸平均直徑的55%60% ，則知d=3336d=，于是選取d=35.主軸前端懸伸量a的確定軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸承徑向支反力作用中點(diǎn)（或前徑向支承中點(diǎn)）的距離。它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)、前支承軸承和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。由于前端懸伸量對(duì)主軸部件的剛度、抗振性影響很大，因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量縮短該懸伸量。綜上：初選a=100mm主軸主要支承間跨距L的確定 合理確定主軸主要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。支承跨距過小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支承變形引起主軸前軸端的位移量增大；反之，支承跨距過大，支承變形引起主軸前軸端的位移量盡管減小了，但主軸的彎曲變形增大，也會(huì)引起主軸前端較大的位移。因此存在一個(gè)最佳跨距L0，在該跨距時(shí)，因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小。一般取L0=(023.5)a=，本文所設(shè)計(jì)的主軸暫取L=2.5a=250.但是實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)上的原因，以及支承剛度因磨損會(huì)不斷降低，主軸主要支承間的實(shí)際跨距L往往大于最佳跨距L0.4、確定皮帶類型及根數(shù)由前面帶輪直徑計(jì)算知：小帶輪的基準(zhǔn)直徑d1=160mm=，大帶輪的基準(zhǔn)直徑為d2=280m。并且已確定為V帶傳動(dòng)，選的是A型帶。確定V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距。根據(jù)步確定中心距為：考慮到