机床主轴传动系统结构设计.docx

摘要普通车床主轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所给定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟定结构式或结构网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。其次，根据机床类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速,初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后，完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计主轴变速箱装配图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑和密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计。【关键词】车床;主轴箱;变速系统;主轴组件。AbstractOrdinarylathespindleboxdesign,mainlyincludesthreeaspects,namely:accordingtothedesigntopicgivenmachineusage,specifications,spindlespeed,speedratioorseriestoidentifyotherrelatedmovementparametersandselectspindlealllevelsvelocityvalue;throughanalysisandcomparisontoselecttransmissionscheme;drawstructuresorstructuralnetwork,definespeeddiagram;determinetoothnumberofgearandbeltwheeldiameteranddrawtransmissionsystemdiagram.Secondly,accordingtothetypeofmachineandelectricmotorpower,identifycalculationspeedoftheprincipalaxisandthetransmissionparts,initiallydecidethediameterofthetransmissionshaft,thegearmodulus,confirmthetransmissionbelttypeanditsnumber;AfterassemblySketchesfinishneedtochecktransmissionparts,(transmissionshaft,chiefshaft,gear,rollingbearing)stiffness,intensityorlifespan.Finally,aftercompletionofthekinematicdesignanddynamicdesignstillneedtomakemaindrivesystembe"structured"anddesignspindlegearboxassemblydrawingandpartsdrawing,emphasizesonthetransmissionshaftcomponent,maincomponents,transmissionmechanism,box,lubricationandseal,transmissionshaftandtheslipgearpartsdesign.Keywordslathe;spindlebox;transmissionsystem;spindleassembly.引言机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性,如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。1绪论1.1设计的目的及其研究意义本课题是以普通车床为研究目标，从其主轴箱及主传动系统结构入手，对其系统结构设计、结构组成分析、分级变速分析、传动件的计算分析的几个方面进行研究。为优化传动系统结构和改善传动系统的精度及稳定特性提供必要的理论依据通过本课题的研究，使机床结构更加紧凑，性能更加优越。我国车床进入市场到现在，通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取和国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，己进入实用和全面发展阶段。但是在这些机床中，大都处于单机运行状态，并且相当一部分处于效率不高，加工不精密的状态。本项目的研究，有利于改善机床的性能，使得产品的加工更加高效，更加精密。1.2国内外的研究现状近年来我国企业的机床占有率逐年上升，在大中企业己有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些机床中相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。和国外的机床相比，我国机床还存在以下几方面的问题：产品质量、可靠性及服务等能力不强。国产机床在质量、交货期和服务等方面和国外著名品牌相比存在较大的差距。国产车床的技术含量和生产水平和国际上先进水平也有较大差距。在交货期方面，绝大多数企业由于任务重拖期交货。服务体系不健全，在市场开拓、成套技术服务、快速反应能力等方面不能满足市场快节奏和个性化的要求。自主创新能力不足。长期以来，我国机床制造业的基础、共性技术研究工作主要在行业性的研究院所进行。能力薄弱，技术创新投入不足，引进消化吸收能力差，低水平生产能力过剩，自主创新能力不高，缺乏优秀技术人才。虽然国产机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进技术，但缺乏对基础共性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，企业的市场响应速度慢。功能部件发展滞后。机床是由各种功能部件(主轴单元及主轴头、滚珠丝杠副、回转工作台等)在床身、立柱等基础机架上集装而成的，功能部件是机床的重要组成部分。虽不可否认我国其中个别产品的制造水平接近国际先进水平。但整体上，我国机床功能部件发展缓慢、品种少、产业化程度低，精度指标和性能指标的综合情况还不过硬。目前，许多功能部件仅能满足中低档机床的配套需要，但是很大一部分还是还依赖进口。因此,我们应该尽快研究机床行业的核心技术。1.3设计方案本课题主要通过数据分析，校核计算，设计出机床主轴传动系统及分级变速系统等各单元部件的布置结构。(1)设定普通机床主轴箱的整体尺寸；(2)通过给定的技术参数来初步设定主分轴、齿轮数等的结构尺寸；(2)对传动系统进行理论力学分析，精确计算选定尺寸及材料；(3)由电机转速传动至进给系统的参数反馈，校核所选定主轴和转动轴尺寸的合理性；(4)完成整体结构设计，绘制装配图及零件图。2机床总体设计2.1设计参数本次设计的车床的主参数(规格尺寸)和基本参数如表2.1所示工件最大回转直径CU(I三1)最高转速-(小血)最低转速k(rnin电机功率P(kW)公比尹转速级数Z3202000427.51.4112表2.12.2主轴箱展开图图展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。I轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，否则齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级正向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第二种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其他轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，使制动盛尺寸增大。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。主轴箱分布图如图2.1所示图2.12.3电动机的确定合理的确定电机功率P,使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。现在以常见的中碳钢为工件材料，取45号钢，正火处理，车削外圆，表面粗糙度%=3.2mm。采用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸：16mmx25mm。刀具几何参数:0=15o,0=6o,=75",k；=15",2=0°,0l=-10,brl=0.3mm,re=lmmo现以确定粗车是的切削用量为设计：确定背吃刀量。,和进给量f,%取4mm,f取0.6妨"。确定切削速度，参，取V,=1.7m/s。机床功率的计算，主切削力的计算公式:Fz=9.81×60,ft×Cfr×az×fz×vZf<XKFC=9.81x60«"×270×4×0.6075x广旬"xo.92×0.95=3242(N)切削功率的计算?=5X匕X103=3242XL7×1O3=5.5(kW)依照一威情况，取机床变速效率"=0.8.R=-=6.86(kW)0.8查机械设计课程设计指导书P142可得，选择电动机型号为Y132M-4,满载时，其转速为1440r/min。因此初选电动机合格。3主运动参数的拟定3.1确定传动比根据机械制造装备设计知4=警=47.6,%=柄7.Z=+l/.9=<Z-近=网行*L42'in根据机械制造装备设计表2-4标准公比0。这里我们取标准公比系列*=1.41.根据机械制造装备设计表2-5标准数列。给定的最低转速为45rmin,在标准数列中，可以选择最低转速为45,因此可以得到公比为1.41的数列:45,64,90,127,180,254,358,505,715,1004,1415,1955.3.2主传动系统方案确定3.2.1传动布局选择有变速要求的主传动，可分为集中传动式和分离式传动式两种布局方式把主轴组件和主传动的全部变速机构集中于一个箱体内，被称为集中传动式布局，一般将该部件成为主轴变速箱；而把主轴组件和主传动的大部分变速机构分离装于两个箱体内，被称为分离传动式布局。由于集中传动式布局结构简单，偏于实现集中操纵，箱体数少，在机床上安装、调整方便。大多机床采用这种布局，因此，本设计也将采用此种布局。3.2.2变速方式选择机床主传动的变速方式可分为无级变速和有级变速两种。无级变速是指在一定速度(