CK6140數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計

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1、 東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院 機械制造裝備設(shè)計課程設(shè)計 設(shè)計題目：CK6140車床設(shè)計說明書 專 業(yè)： 機電工程系 年 級： 大三 指導(dǎo)教師： 張連仲 學(xué)生姓名： 陳達昆 學(xué) 號：111309221 2014年5月----2014 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 目錄 第一章 概述 1 1.0前言 1 1.1 設(shè)計要求 2 第二章 主傳動的設(shè)計 3 2.1 計算轉(zhuǎn)速的確定 3

2、 2.2變頻調(diào)速電機的選擇 3 2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 3 2.4 傳動軸的估算 4 2.5 主軸軸頸的確定 6 2.6 主軸最佳跨距的選擇 6 2.7 齒輪模數(shù)的估算 7 2.8 同步帶傳動的設(shè)計 9 2.9 滾動軸承的選擇 11 2.10 主要傳動件的驗算 11 總 結(jié) 17 參考文獻 18 2 共24 頁 第 頁 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 第一章 概述 1.0前言 我國數(shù)控機

3、床產(chǎn)量持續(xù)高速增長，根據(jù)市場需求和技術(shù)發(fā)展趨勢，應(yīng)重點推進高效、精密為核心的數(shù)控機床“”級工程，加強民展性能、高可靠性數(shù)控功能部件，積極開展復(fù)合加工機床、超精密數(shù)控機床和可重構(gòu)制造系統(tǒng)的工程化研究等機械加工裝備產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)，鐨的民展一直備受人們關(guān)注。數(shù)控機床以其卓越的柔性的自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目。它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進成為先進制造技術(shù)的一項核心技術(shù)。通過持續(xù)的開發(fā)研究以及對信息技術(shù)的深化應(yīng)用，促進了數(shù)控機床性能和質(zhì)量的進一步提升，使數(shù)控機床成為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要制造裝備. 數(shù)控機床是典型

4、的機電一體化課題，通過畢業(yè)設(shè)計可使所學(xué)機械學(xué)、力學(xué)、電工學(xué)知識得到綜合應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(tǒng)設(shè)計能力都能受到訓(xùn)練，可有力的提高學(xué)生的分析問題、解決問題能力及機電一體化水平 CK6140數(shù)控車床的導(dǎo)軌經(jīng)超音頻淬火并精磨，耐磨性好，精度高，主軸采用變頻無級調(diào)速控制，可自動完成對零件的內(nèi)外柱面、端面、任意錐面、圓弧面及公英制螺紋切削等工序連續(xù)加工 在通過設(shè)計中運用所學(xué)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識，生產(chǎn)實習(xí)和實驗等實踐知識，達到鞏固、加深和擴大所學(xué)知識的目的。通過設(shè)計分析比較機床的某些典型機構(gòu)，進行選擇和改進，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計，進行設(shè)計計算和編寫技術(shù)文件，達到學(xué)習(xí)設(shè)計步驟和方法的

5、目的。通過設(shè)計學(xué)習(xí)查閱有關(guān)設(shè)計手冊、設(shè)計標準和資料，達到積累設(shè)計知識和提高設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計獲得設(shè)計工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進行一般機械的設(shè)計創(chuàng)造一定的條件 1.1 設(shè)計要求 機床類型：數(shù)控車床 主傳動設(shè)計要求：滿載功率7.5KW， 最高轉(zhuǎn)速4000rpm, 最低轉(zhuǎn)速41.5rpm 變速要求：無級變速 進給傳動系統(tǒng)設(shè)計要求：伺服控制，行程1200mm， 最低速度0.001mm/r， 最高速度0.5mm/r， 最大載荷4500N，精度3μm

6、 第二章 主傳動的設(shè)計 2.1 計算轉(zhuǎn)速的確定 機床主軸的變速范圍：Rn=nmaxnmin ，且：nmax=4000rpm, nmin=41.5rpm 所以：Rn==96.38 根據(jù)機床的主軸計算轉(zhuǎn)速計算公式：nj=nminRn0.3 得： nj=41.5х=163.4rpm 2.2變頻調(diào)速電機的選擇 為了簡化變速箱及其自動操縱機構(gòu)，希望用雙速變速箱，現(xiàn)取Z=2。為了提高電機效率，應(yīng)盡量使。 假設(shè)所選電機最高轉(zhuǎn)速為4500rpm，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm，，則有，，得，。取機床總效率η=0.98х0.98=0.96，則kw。電動機在1500rpm時的輸出功

7、率為kw，現(xiàn)取過載系數(shù)k=1.28，則電機功率為 。 可選用上海德驅(qū)馳電氣有限公司的UABP160L-4-50-18.5型號交流主軸電動機，額定功率為18.5kw，最高轉(zhuǎn)速為4500rpm，同步轉(zhuǎn)速為1500rpm，調(diào)頻范圍為5-150HZ,基頻為50HZ。選配變頻器型號：DRS3000-V4T0150C，售價1380元人民幣。 2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 2.3.1 傳動比的計算 設(shè)電機軸與中間軸通過齒輪定比傳動，取其傳動比為=0.67， 則，。 2.3.2 參數(shù)確定 第一級變速選用同步齒形帶傳動，兩級變速組采用齒輪傳動。選=1.33的齒輪副為70/51 選=0.27的齒輪副為26

8、/95 2.3.3 主軸箱傳動機構(gòu)簡圖 2.3.4 轉(zhuǎn)速圖擬定 2.4 傳動軸的估算 傳動軸除應(yīng)滿足強度要

9、求外，還滿足剛度要求，強度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不是主要矛盾。除了載荷較大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求軸在載荷下不至于產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不夠，軸上的零件由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪音，發(fā)熱，過早磨損而失效，因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。 計算轉(zhuǎn)速是傳動件傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，各個傳動軸上的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖直接得出。 主軸： =163r/min 中間軸：=595r/min 電機軸：=893r/min 各軸功率和扭矩計算： 已知一級齒輪傳動效率為

10、0.98，則有： 電機軸功率：=/=89318.5/1500=11kw 中間軸功率：=0.98=110.98=10.8kw 主軸功率： =0.98=10.80.98=10.6kw 電機軸扭矩：=9550/=955011/893=1.18105 Nmm 中間軸扭矩：=9550/=955010.8/595=1.73105 Nmm 主軸扭矩； =9550/=955010.6/163=6.21105 Nmm 表2-1 各軸計算轉(zhuǎn)速、功率、扭矩 軸 電機軸 中間軸 主軸 計算轉(zhuǎn)速（r/min） 893 595 163 功率(kw) 11 10.8 10.6

11、 扭矩(Nm) 118 173 621 按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑 （mm） 式中 ——傳動軸直徑（mm） ——該軸傳遞的額定扭矩（Nmm） ——該軸每米長度允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），一般傳動軸取=0.5~1。 電機軸：取=0.8deg/m mm 查閱電機軸軸頸為=48mm，滿足要求。 中間軸：取=0.8deg/m mm 圓整取d 1=40mm 2.5 主軸軸頸的確定 主軸組件的靜剛度（簡稱剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號，數(shù)量，配置形式和欲緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，

12、傳動件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。 主軸軸承主要應(yīng)根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來選擇，為了提高精度和剛度， 主軸軸承間的間隙應(yīng)該是可調(diào)的 為了保證機床工作的精度，主軸尺寸一般都是根據(jù)其剛度要求決定的。故主軸前軸頸的尺寸按統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定。查閱相關(guān)資料：主軸前軸頸D 1=150mm，主軸的后軸頸一般推薦為D 1的0.7-0.85倍，取D 2=0.8 D 1=0.8150=120mm。 表2-2 各軸估算直徑 軸 電機軸 中間軸 主軸前軸頸 主軸后軸頸 主軸內(nèi)孔 直徑（mm） 48 40 100 80 32 2.6 主軸最佳跨距的選擇 ①、由前軸頸取D

13、1=100mm，后軸頸取D2=80mm，選前軸承為NN3022K型和234422型，后軸承為NN3018K型。選主軸錐度號為45的軸頭，根據(jù)結(jié)構(gòu)，定懸伸長度a=120mm。 ②、求軸承剛度： 電機輸出額定功率18.5kw時，主軸轉(zhuǎn)速為260r/min，則主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩 床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的60%，即240mm，故半徑為0.12m。 切削力 背向力 故總作用力為 該力作用于頂在頂尖間的工件上，主軸和尾架各承受一半，故主軸端受力為F/2=5049.3N。 在估算時，先假定初值l/a=3,l=3х120=360mm。前后支承的支反

14、力RA和RB分別為： RA=F2l+al=2700х420+140420=3600N RB=F2al=2700х140420=900N 軸向力RC=pa=2755N 根據(jù)《金屬切削機床》式（10—5）、（10—6）可求出前、后軸承剛度 軸承NN3022K徑向剛度：KA=2070N/μm 軸承NN3018K徑向剛度：KB=1530.3N/μm 軸承234422軸向剛度：KC=833N/μm ③、求最佳跨距： KAKB=20701530.3=1.35 初步計算時，可假設(shè)主軸的當(dāng)量外徑de為前、后軸承頸的平均值，de=（100+80）mm/2=90mm。故慣性矩為 I=0.05

15、х（0.14-0.0274）=497.3х10-8m4 η=EIKAa3=2.1х1011х497.3х10-82070х0.143х106=0.184 查《金屬切削機床》圖（10—24）主軸最佳跨距計算線圖，l0/a=1.7?？筛鶕?jù)l0/a=2再計算支反力和支撐剛度，求最佳跨距，經(jīng)過進一步的迭代過程，最終取得最佳跨距為l=300mm。 2.7 齒輪模數(shù)的估算 機床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比： 1.升速傳動中，最大傳動比umax≤2。過大，容易引起震動和噪音。 2.降速傳動中，最小傳動比umin≥1/4。過小，則使主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 一般同一

16、變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算： （mm） 式中 ——按接觸疲勞強度計算的齒輪模數(shù)（mm）； ——齒輪傳遞的功率（kw）； ——小齒輪的計算轉(zhuǎn)速（r/min）； ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比； ——小齒輪齒數(shù)； ——齒寬系數(shù)，=B/m，=6~10； ——許用接觸應(yīng)力（Mpa）。 齒輪材料及熱處理的選擇： 電機軸、傳動軸上齒輪： Z=44、66、70、26，20Cr滲碳、淬火、低溫回火，HRC56-62 主軸上齒輪： Z=51、95, 20Cr滲碳、高頻淬火、低溫回火，HRC56-62 取齒寬系數(shù)=8，查得

17、=1650Mpa，則 對44/66的齒輪傳動副的Z=44的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為893r/min 取m=2mm 對70/51的齒輪傳動副的Z=51的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為821r/min 對26/95的齒輪傳動副的Z=26的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為595r/min 為了保證中心距，主軸與中間軸之間傳動組模數(shù)需要相等，取m=3mm。 取齒寬系數(shù)，齒寬，當(dāng)m=2時，B=28=16mm，大齒輪B=16mm，小齒輪b=22mm。當(dāng)m=3時，B=38=24mm，大齒輪B=24mm，主軸傳動組齒輪小齒輪比大齒輪齒寬大1~2mm，小齒輪b=25mm。 表2-3 各齒輪齒數(shù)、模數(shù) 齒輪 Z 1 Z2 Z

18、 3 Z4 Z5 Z6 齒數(shù) 44 66 70 51 26 95 模數(shù) 2 2 3 3 3 3 齒寬 22 16 24 25 25 24 2.8 同步帶傳動的設(shè)計 同步帶具有傳動比較準確，不打滑，效率高，初拉力以及適用功率的范圍，不需要潤滑等特點。 同步帶的設(shè)計功率為18.5kw，根據(jù)同步帶選型圖，選定帶型為H型帶，節(jié)距為12.7mm。小帶輪的齒數(shù)，根據(jù)表格查得，在帶速和安裝尺寸允許的情況下，盡可能選取較大值，現(xiàn)初取=32。小帶輪的節(jié)圓直徑 大帶輪的齒數(shù)，大帶輪節(jié)圓直徑，帶速，其中查得H型帶的，所以符合要求。初定軸間距，，即，初取。 帶

19、長及其齒數(shù) 查得帶長代號為510，基本尺寸為=1295.4mm，節(jié)線長上的齒數(shù)為=102。實際軸間距為。 小帶輪嚙合齒數(shù) 基本額定功率 基本額定功率是各帶型基準寬度的額定功率，=76.2mm，為寬度為的帶的許用工作拉力（N）,查表得=2100N，m為寬度為的帶單位長度的質(zhì)量（kg/m）, 查表得m=0.448 kg/m。 所需帶寬 為嚙合齒數(shù)系數(shù)，根據(jù)取=1 ，應(yīng)選取標準值，一般應(yīng)小于，查表得，應(yīng)選帶寬代號為300的H型帶，其中 ，極限偏差為1.5mm。 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 小帶輪：；; 大帶輪：；; 2.9 滾動軸承的選擇 為了增加主軸的剛度，主

20、軸前端支承采用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸軸承，后支承采用圓錐孔雙列圓柱滾子軸，中間采用深溝球軸承輔助支承。考慮到其他軸的高速且沒有軸向力，其余軸均采用深溝球軸承。 2.10 主要傳動件的驗算 2.10.1 齒輪模數(shù)的驗算 一般對高速傳動的齒輪以驗算接觸疲勞強度為主，對低速傳動的齒輪以驗算彎曲疲勞強度為主，對硬齒面軟齒芯的滲碳淬火齒輪，一定要驗算彎曲疲勞強度。 對于44/66和70/51的齒輪副驗算接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度,26/95的齒輪副驗算彎曲疲勞強度。 接觸疲勞強度計算齒輪模數(shù) 接觸彎曲強度計算齒輪模數(shù) 式中 ——傳遞的額定功率（kw），；

21、——電機額定功率（kw）； ——從電機到所計算齒輪的傳遞效率； ——齒輪的計算轉(zhuǎn)速（r/min）； ——初算的齒輪模數(shù)（mm） ——齒寬（mm） ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比； ——小齒輪齒數(shù)； ——工況系數(shù)，考慮載荷沖擊的影響，中等沖擊取1.2~1.6； ——動載荷系數(shù) ——齒向載荷分布系數(shù) ——齒形系數(shù) ——壽命系數(shù)： ——工作期限系數(shù)： ——齒輪在機床工作期限內(nèi)的總工作時間 ——齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）； ——基準循環(huán)次數(shù)，鋼和鑄鐵件：接觸載荷取=107 ，

22、彎曲載荷取=2108 ； ——疲勞曲線指數(shù)，鋼和鑄鐵件：接觸載荷取m=3；彎曲載荷時，對正火、調(diào)質(zhì)及整體淬硬件取m=6，對表面淬硬（高頻、滲碳、氮化等）取m=9； ——轉(zhuǎn)速變化系數(shù) ——功率利用系數(shù) ——材料強化系數(shù) ——許用彎曲應(yīng)力（Mpa） ——許用接觸應(yīng)力（Mpa）。 ① 驗算26/95齒輪傳動組，驗算Z=26齒輪： 查閱相關(guān)資料得： =1.4、=1.3、=1.04、=0.27、=8、=0.43、=297Mpa、=1650Mpa 接觸疲勞強度： 彎曲疲勞強度： 均滿足要求。 ② 驗算44/66齒輪傳動組，驗算Z=44齒輪： 查閱相關(guān)資料得

23、： =1.4、=1.3、=1、=0.27、=8、=0.481、=1650Mpa、=297Mpa 接觸疲勞強度： 彎曲疲勞強度： 均滿足要求。 Z=44的齒輪模數(shù)m=4>3.88，滿足要求。 ③ 驗算70/51齒輪傳動組，驗算Z=51齒輪： 查閱相關(guān)資料得： =1.4、=1.3、=1、=0.27、=0.488 =1650Mpa、=297Mpa 接觸疲勞強度： 彎曲疲勞強度： 均滿足要求。 2.10.2 傳動軸剛度的驗算 傳動軸彎曲剛度驗算，主要驗算其最大撓度y，安裝齒輪和軸承處的傾角θ。驗算支承處傾角時，只需驗算支反力最大的支承點，若

24、該處的傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的允許值，則齒輪處的傾角就不必驗算，因為支承處的傾角一般都大于軸上其他部位的傾角。當(dāng)軸上有多個齒輪時一般只要驗算受力最大齒輪處的撓度。剛度驗算時應(yīng)選擇最危險的工作條件，一般是軸的計算轉(zhuǎn)速低、傳動齒輪的直徑小且位于軸的中央，此時軸的總變形量最大。 驗算中間軸的剛度： 受力簡圖如下： 中間軸的Z=26的齒輪受力最大，變形撓度最大，右支承是支反力最大的支承點，則Z=26齒輪受力： 圓周力 KN 徑向力 KN F==1.2KN 齒輪處軸的撓度為 右支承處軸的傾角為 2.10.3 滾動軸承的驗算 機床的一般傳動軸用的滾動軸承，主要是因疲勞破壞而

25、失效，故應(yīng)進行疲勞壽命驗算。 按計算動負荷C j的計算式進行計算 總 結(jié) 機床的課程設(shè)計任務(wù)完成了，雖然設(shè)計的過程比較繁瑣，而且剛開始還有些不知所措，但是在同學(xué)們的共同努力下，再加上老師的悉心指導(dǎo)，我終于順利地完成了這次設(shè)計任務(wù)。本次設(shè)計鞏固和深化了課堂理論教學(xué)的內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運用所學(xué)過的知識和理論的能力，是我獨立分析、解決問題的能力得到了強化. 使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在此要感謝我們的指導(dǎo)老師張老

26、師對我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我們的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益 參考文獻 1、《機床設(shè)計手冊》

27、 機械工業(yè)出版社 2、《機床設(shè)計圖冊》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 3、《機械設(shè)計》 許立忠 周玉林 主編 中國標準出版社 4、《機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)手冊》 韓曉娟 主編 中國標準出版社 5、《機械設(shè)計手冊》 成大仙 主編 機械工業(yè)出版社 6、《機械制造裝備設(shè)計課程設(shè)計》關(guān)慧貞等 機械工業(yè)出版社 7、《機床課程設(shè)計指導(dǎo)書》 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 8、《金屬切削機床設(shè)計》

28、 各種版本 9、《機械制造裝備設(shè)計》 各種版本 10、《機械制造裝備設(shè)計課程設(shè)計》陳立德 高教出版社 機床裝備課程設(shè)計設(shè)計參考條件 序號 電機功率P 電機轉(zhuǎn)速n0 主軸最低轉(zhuǎn)速nmin 公比φ 轉(zhuǎn)速級數(shù)z 1 3 1450 20 1.26 8 2 3 1450 30 1.41 8 3 3 1450 40 1.26 8 4 3 1450 80 1

29、.41 12 5 3 1450 90 1.26 12 6 3 1450 100 1.41 12 7 4 1450 20 1.26 8 8 4 1450 30 1.41 8 9 4 1450 40 1.26 8 10 4 1450 80 1.41 12 11 4 1450 90 1.26 12 12 4 1450 100 1.41 12 13 5 1450 20 1.26 8

30、 14 5 1450 30 1.41 8 15 5 1450 40 1.26 8 16 5 1450 80 1.41 12 17 5 1450 90 1.26 12 18 5 1450 100 1.41 12 19 5.5 1450 20 1.26 8 20 5.5 1450 30 1.41 8 21 5.5 1450 40 1.26 8 22 5.5 1450 80 1.41 12

31、 23 5.5 1450 90 1.26 12 24 5.5 1450 100 1.41 12 25 7.5 1450 20 1.26 8 26 7.5 1450 30 1.41 8 27 7.5 1450 40 1.26 8 28 7.5 1450 50 1.41 8 29 7.5 1450 60 1.26 12 30 7.5 1450 80 1.41 12 31 7.5 1450 90 1.26 12 32 7.5 1450 100 1.41 12 33 7.5 1450 100 1.26 12 19 共 17 頁 第 頁