立式车床主传动系统结构三维设计 题目 立式车床主传动系统结构三维设计 - PAGE I - 立式车床主传动系统结构三维设计 - PAGE IV - 摘 要 机床行业的发展是建立在基础工业发展的基础之上的，而立式车床是机床种类中的重要一种。立式车床主轴是垂直存在的，因为其操作台是位于水平位置，所以工件的矫正和固定较为方便，而且操作台和工件的重量主要由床身导轨或者是推力轴承承担着，且主轴不产生变形。根据立式车床的结构可知，立式车床适用于加工较大的盘类零件和体积大而短小的零件。 立式车床的主轴传动系统是其工作部件中的核心环节，其机床的主要传动系统通常是用于驱动车床主轴运动的零件（如：主轴，操作台，滑枕等等），通过主轴箱不同齿轮组的啮合，改变其速度、启动、制停和改变运动方向等，因此，立式车床的主传动系统是其系统设计及整机可靠性的关键。 本文结合立式车床的工况和工作原理，设计了其总体结构，采用三维设计软件，对立式车床的结构进行了详细设计，并利用材料力学、机械设计所学知识，对立式车床的齿轮传动系统及转轴进行了选型设计，最后，对立式车床的进给系统进行了详细设计，对立式车床主传动系统的设计具有重要的意义。 关键词：立式车床；传动系统；三维软件 - PAGE III - THE DESIGN OF CHANGING THE LIONCEL’S INSTALL INSIDE Abstract Machinery for industrial development is based on the basis of industrial development, and vertical bars are an important tool of which kind. There is a axis of vertical lathes, since their action is the part that is situated in a horizontal location conversion and, so, with comfortable and working equipment and parts are principally a bed or a weight that has primary propulsion, which are not deformed.vertical lathes according to the structure to be applied, lathes with disk parts and a larger volume are a large and small part. The vertical rotary transmission system is a central portion of the working component, and the main vertical lathe transmission system is commonly used to drive the rotating disk in the latte. Different gear groups of spindles, tables, slide discs, etc. the covers in the lathe vary the speed, start, stop and direction of the motion. Therefore, the main transmission system of the standing lathe is the system and the key to the design and reliability of the whole machine tool. In this paper, we design the whole structure of a standing rotary table by combining the work conditions and the work principle of a standing rotary table. Finally, the design of an automatic lathe was designed. The design of the transmission system before bed is important. Key Words：Vertical lathe; Transmission system; Three-dimensional software 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘 要 I Abstract II 引 言 1 1 课题背景和概况 3 1.1 国内外研究现状 3 1.2 主要技术指标 3 1.3课题内容概述 3 2 主轴箱运动参数确定 5 2.1 确定各级转速 5 2.2确定结构式 5 2.3设计结构网 5 2.4绘制转速图 6 3 主轴箱传动系统设计 8 3.1 确定各传动副齿轮齿数 8 3.2确定主轴转速误差 9 3.3绘制传动系统图 9 3.4估算传动轴直径 10 3.5估算齿轮模数 11 3.6带传动设计 13 4 关键零部件的强度校核 17 4.1减速器齿轮强度校核 17 4.1.1校核齿面接触疲劳强度 17 4.1.2校核齿根弯曲疲劳强度 18 4.2传动轴强度校核 19 4.2.1传动1轴的强度校核 19 4.2.2输入轴6304轴承校核 21 5 箱体设计及润滑方式的选取 23 5.1 箱体结构设计及材料选择 23 5.2 润滑方式选择 24 5.2.1润滑系统的要求 24 5.2.2润滑剂的选择 24 5.2.3润滑方式的选择 24 6 基于SolidWorks的虚拟装配 26 6.1 SolidWorks软件简介 26 6.2 零件建模 26 6.3 基于SolidWorks的虚拟装配 29 7 进给机构的设计 31 7.1步进电机的选择 31 7.2联轴器的选择与校核 31 7.3 导向机构的设计选择 32 7.3.1 确定导轨长度 32 7.3.2 计算导轨寿命 33 结论与展望 34 致 谢 35 参 考 文 献 36 长春工业大学毕业设计、毕业论文 PAGE 35 PAGE 36 引 言 发展制造业是发展基础工业的基础，虽当前我国制造业发展现状并不乐观，但其依旧且今后也必定是我国主要产业之一，在社会经济中占据重要地位。从本质上来说，制造业属于劳动密集型产业，需大量劳动力参与生产，能为大量工人提供工作岗位，有助于刺激劳动市场，提升社会活力；另外，制造业不仅仅是指加工人们所必须的产品，更包括生产多种自动化加工机床，为其他行业的运行与发展创造重要的载体。毫不夸张的说，机床可被称作制造业的母体，其在极大程度上促进了我国工业的发展与进步。在社会经济快速发展，制造业水平逐渐提升的当下，机械化、自动化技术，乃至各个行业的发展都离不开机床的支持，机床的应用极大的带动了社会经济的创造与发展，但同时，社会对于机床的性能也作出了更高要求。具体来说，目前人们对于机床的要求，除了要利用其生产大量、复杂的机械零件外，还需确保零件加工精度符合要求。 机床行业的发展是建立在基础工业发展的基础之上的，而机床行业本身又会直接影响各个国家的机械行业的发展，与国家经济命脉息息相关，所以，几乎所有的国家都在机床研发事业中投注了大量人力、物力以及精力。相比我国，发达国家对于机床行业的研究更早，大致经过100多年发展历程，机床生产技术更优，且已形成系统性的研发、生产模式，同时，各个机床生产厂也与配套零部件厂达成了亲密的合作关系，以确保机床性能、质量符合工厂生产要求。所以，伴随着整机厂发展，各配套零部件厂也处于飞速发展态势中，零部件加工工艺已发展至趋近成熟，甚至各零部件厂家还立足厂家实际、加工经验，研发出了独特的核心零部件加工模式，以确保所生产的关键零部件的质量。 立体式车床的主轴是垂直存在的，而且配置的组装零件的操作台是圆形结构，由图可知，该车场为单柱立体式的车床。因为其操作台是位于水平位置，所以工件的矫正和固定较为方便，而且操作台和工件的重量主要由床身导轨或者是推力轴承承担着，且主轴不产生变形。由该立体式车床的特点可知它适合适用于加工较大的盘类零件和体积大而短小的零件。 立体式车床中垂直刀架是顺着横梁轨道与刀架座轨道移动，并做横向或者纵向运动。刀架座可以以一定的角度倾斜做斜向运动，侧刀架一般是跟着立柱轨道上下运动，他也可以跟着刀架座进行左右移动，从而完成纵向或者横向运动。立体式车床作为大型的机械设备，可用于制造外形复杂，径向大而横向较小的大型零件和重型零件。比如各大盘类，轮类和套类零件的平面和孔等，也可以利用自带装置对车螺，车球面进行仿型，磨削等加工操作。立体式与卧式车床作比较，零件位于卧式车床的夹层装内，然而立体车床的主轴轴线是垂直存在的，操作台的台面位于水平面内，如此一来零件夹装和矫正会更加便利。同时这样的布局我会减少主轴和轴承所承受的压力，从而使立体式车床操作时保持持续的高精准度。机床的主要传动系统通常是用于推动主运动的控制零件（如：主轴，操作台，滑枕等等）改变速度，启动，制停和改变运动方向等，所以，变速箱主要由定比传动副，变速机构，换向机构，制动机构，操作机构和润滑机构等机构组成。 1 课题背景和概况 1.1 国内外研究现状 上世纪20年代，随着世界工业的发展，金属加工技术及先进的加工设备取得了飞速的突破。机床作为工业设备的母机，在推动世界工业化进程中取得了显著的作用。1920年，研发出了一种新型的技术-齿轮变速箱，车床因此发生了更大的进步。1930年，车床越来越普遍，其中单轮车床，多刀车床等已被广泛运用，但由于制造程序和制造范围在一定程度上的限制，对于发展越来越快的生产，这种较为落后的及时是满足不了的。1952年，世界第一台数控机床成功诞生于美国，随后日本也研发出了数控机床。1970年到1980年间，多种类型的数控机床发展越来越迅速，这种技术在世界上广泛的应用起来。 我国在改革开放以来，能够制造机床的工厂并不算多，这些工厂的技术水平相对比较落后，但这些工厂始终坚持着对机床的研究探索，终于在1950年有了一些成效。我国首先制造出来了一些仿品，其中仿造苏联型号A62型这款机床，是我国当时在车床技术领域最高的成就。这款机床是由沈阳第一机床厂研发制造出来的，一时间轰动了整个中国机床工业。1960年，我国自主研发出国内第一台机床，在沈阳第一机床厂诞生。这成为我国机床工业中一次大的飞跃发展，更加激励起国内机床技术的发展斗志。1870年到1980年间，我国在自主研发的同时还引进国外先进的机床技术，取长补短，又一次大幅度的提高了我国机床工业的进步。目前我国已经生产出多种不同类型的机床以适应国内现代化发展的需求，生产出多种高性能，高效率，高标准要求华的机床。这些机床在全世界的机床技术中也有着重要的地位和精湛的技术水平。 1.2 主要技术指标 1.转速范围：主轴最小转速n=32r/min,最大转速n=1000r/min 2.公比：φ=1.26 3.转速级数：z=16 4.电机的额定功率为22KW，转速为1470r/min 1.3课题内容概述 机床主传动系统用于使主运动的执行零件（如：主轴、工作台、滑枕等）变速、启动，停止和改变运动方向等，因此，变速箱所包含的机构大致由：作为传动连接用的定比传动副，变速机构启动后停止以及换向机构，制动机构，操纵机构和润滑装置等。 本设计内容包括：机床主传动系统方案确定；主传动系统的设计计算；绘制机床主传动系统展开图；主传动系统零部件结构三维建模；主传动系统三维装配、爆炸图生成；撰写设计计算说明书。 2 主轴箱运动参数确定 2.1 确定各级转速 首先，本项目设计的立式车床的主轴传动系统为多级传动方式，需要根据传动级数、公比等参数，确定主轴各级的旋转速度，主轴各级旋转速度是主轴运动的关键，如果设置不合理，将导致不能取得合理的转速效果，进而，影响车床的整体加工精度。 因此，根据本项目任务书要求，最低转速为32r/min，公比为1.26，进而，能够确定主轴的转速数列为32，40，50，63，77，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000。电机转速1470r/min。 2.2确定结构式 根据任务书要求，本项目研究的立式车床的传动级为16级，因此，能够确定传动级的分配方式如下： ﹙1﹚16=4x2x2；（2）16=2x2x2x1x2；（3）16=4x4 以上传动级的分配方式各有优缺点，在我们设计机床传动级分配原则的时候，需要考虑机床的实际的主轴箱结构形式，由于主轴箱结构一般为空间立体性结构，如果主轴上齿轮组合过多，需要增加主轴尺寸，导致整体主轴箱的长度过长，对主轴的力学性能强度都造成了很大的影响，因此，考虑到主轴结构的合理性，本项目立式车床的主轴箱采用方案2的方案，利用就多的传动轴布置，降低了每个传动轴上的齿轮组成个数，能够最大程度地提高主轴箱内部布置的合理性，保证整体结构的力学性能，因此，对于结构式，采用“先疏后密”的原则，采用以下方案。 2.3设计结构网 传动副中极限传动比与传动组的极限变速主要范围：降速传动下，避免因被动齿轮的半径太大导致径向范围过大，一般会将其传动比的范围控制在1/4以上，提速传动时，为避免因运动时产生过大的噪音和振动，一般会将传动比控制在2一下。因斜行齿轮相比来说较为稳定，所以变速组的可变速范围需控制在2.5一下。 依据中间轴变速范围小的原则，设计设计结构网如下所示 图2.1 结构网图 主轴的变速范围是整个变速传动系统里面不同变速组变速范围相乘在一起，主轴的变速档应等于在变速驱动各移位组的移位范围的产品。当检查移位集合的换档范围是否超过限制值，它仅需要检查最后放大集。由于其它移动组的移位范围比最后放大组，只要最后的放大组不超过限制值的移动范围较小，其他换档套不会超过限制值。 本项目设计的最后扩大组，其变速范围为： 符合要求。 2.4绘制转速图 1确定各级转速 由前面计算已知：32，40，50，63，77，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000。 2绘制转速图 在七根轴中，除去电动机轴，其余六轴按变速顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、VI。Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅲ与Ⅳ、Ⅳ与V轴之间的变速组分别设为a、b、c、d、e。根据各轴的结构，最终合理确定转速图如下图所示。 图2.2 转速图 3 主轴箱传动系统设计 3.1 确定各传动副齿轮齿数 3.1 确定各传动副齿轮齿数 1.确定齿轮齿数的原则和要求 （1）齿轮的齿数不应该过大;齿轮的齿数和所述组件的高度增加两个轴之间的中心距离，以使机器结构是巨大的，通常建议小号≤100-120。 （2）最小的齿轮的齿数需要控制在最少范围，但在这同时需要考虑最小齿轮不能产生根切，机床的变速箱内规则的齿轮齿数一般要控制在17以下。 （3）因内部结构因素限制的最小齿轮齿数需控制在18～20以上。 （4）齿轮齿数应满足速度图上传动比的要求：实际传动比（齿数之比）与理论传动比（所需传动比）之间存在误差。速度图），但不能太大，确定齿轮数产生的转速误差一般不应超过±10（φ-1）％ 2.齿轮齿数的确定 当确定每个变速组的传动比时，可以确定齿轮齿的数量。固定比率驱动的齿轮齿数可以根据《机械设计手册》中推荐的方法确定。对于换挡组的齿轮中的齿数，如果齿轮比是标准公共比的整数幂，则换挡组中每对齿轮的齿数和小齿轮的齿数可以从《机械制造装备设计》的表2-8中选择。通常，在主驱动器中，最小齿数应大于18~20。当使用三滑动齿轮时，应检查滑动齿轮之间的齿数：三滑动齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以确保外圈滑动时齿轮不接触。 1.第一组齿轮的降速比分别为：， 查表取，，则，， 2．第二组齿轮的降速比分别是：， 故齿数最小的齿轮在降速比为之中，查表有， ，则，， 3．第三组齿轮的降速比分别是：， 故齿数最小的齿轮在降速比为之中，查表有， ，则，， 4．第四组齿轮的降速比分别是： 故齿数最小的齿轮在降速比为之中，查表有， 5．第五组齿轮的降速比分别是：， 故齿数最小的齿轮在降速比为之中，查表有， ，则，，。 3.2确定主轴转速误差 主轴各级实际转速值用下列公式计算: 式中分别为第一,第二 第三变速组齿轮传动比. 转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示: 表3-1 主轴箱各级传动转速表 主轴转速 标准转速r/min 1000 800 630 500 400 315 250 200 实际转速r/min 1000 785.7 625 491 400 314.3 250 196.4 转速误差% 0 1.8 0.8 1.8 0 0.2 0 1.8 主轴转速 标准转速r/min 160 125 100 77 63 50 40 32 实际转速r/min 156.25 122.8 97.7 76.7 62.5 49.1 39.1 31.5 转速误差% 2.4 1.8 2.4 0.3 0.8 1.8 2.4 1.56 转速误差用实际转速和标准转速相对误差应小于等于2.6% 转速误差满足要求。 3.3绘制传动系统图 根据转速图及各级齿轮数，确定传动系统图，如图3.1所示。 图3.1 传动系统图 3.4估算传动轴直径 根据设计要求，驱动电机的功率为22kw，能够确定各轴的功率 (滚子轴承)=0.99 (9级精度的齿轮)=0.96 为(联轴器)=0.98 (带传动)=0.96 Ⅰ轴： Ⅱ轴： Ⅲ轴： IV轴： V轴： 由于已经确定了各轴的实际传动功率和各轴的传动转速，因此，根据功率、转速及扭矩的关系，能够确定各轴的传递扭矩 (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) 根据轴的传递扭矩，能够估算处各轴的直径，一般传动轴取，因此，确定各轴直径如下。 ，取d1=40mm ，取d2=50mm ，取d3=50mm ，取d3=55mm ，取d3=60mm 3.5估算齿轮模数 齿轮传动是立式车床的主轴箱传动的主要执行元件，由于本项目的齿轮较多，而且，各级啮合的齿轮的齿数各不相同，因此，需要根据各级齿轮的传动比、传动功率计转速等参数，保证齿轮的强度，防止因为齿轮过载导致齿轮表面磨损，甚至齿轮断裂等问题。 一般同一变速组中的齿轮取同一模数,选择负荷最重的小齿轮按简化的接触疲劳强度公式进行初算: (3.6) 式中:mj—根据载荷公式确定的齿轮最小模数 Nd—齿轮传动组的功率 nj—齿轮传动组的转速 i—传动比 Z1—小齿轮齿数;
m—齿宽系数 [σj]—许用接触应力 （1）一组齿轮模数确定 齿数26，根据齿轮材料，确定接触强度为600MPa，根据传动系统图，确定转速为1200rpm，传递功率20.7kw，
m = 8，将数据代入3.6式，能够计算得出 (3.7) 经过计算得出齿轮根据接触强度确定的最小模数为3.95，因此，取一组齿轮模数为4。 （2）一组齿轮模数确定 齿数21，根据齿轮材料，确定接触强度为600MPa，根据传动系统图，确定转速为800rpm，传递功率19.5kw，
m = 8，将数据代入3.6式，能够计算得出 (3.8) 经过计算得出齿轮根据接触强度确定的最小模数为3.95，因此，取二组齿轮模数为5。 （3）第三变速组 齿数21，根据齿轮材料，确定接触强度为600MPa，根据传动系统图，确定转速为400rpm，传递功率18.3kw，
m = 8，将数据代入3.6式，能够计算得出 (3.9) 经过计算得出齿轮根据接触强度确定的最小模数为3.95，因此，取三组齿轮模数为5。 （4）第四变速组 齿数18，根据齿轮材料，确定接触强度为600MPa，根据传动系统图，确定转速为200rpm，传递功率17.2kw，
m = 8，将数据代入3.6式，能够计算得出 (3.10) 经过计算得出齿轮根据接触强度确定的最小模数为4.5，因此，取三组齿轮模数为5。 （5）第五变速组 齿数18，根据齿轮材料，确定接触强度为600MPa，根据传动系统图，确定转速为77rpm，传递功率16.2kw，
m = 8，将数据代入3.6式，能够计算得出
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