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毕业设计论文


取 S2=108 由 u=0.42 由 u=0.22 得 Z2=76 得 Z3=63

各轴之间的距离,可由后面齿轮设计里面的齿轮直径列表求出 现将它们列出如表 4-3 所示。 各轴的中心距 轴 距离(mm) ⅠⅡ 129 ⅡⅢ 162

a 1=129 mm a 2=162 mm

由此拟定主传动系统图如图如下

25

设计内容

主要结论

63 32

轴 57

轴 45 76 29
传动轴除应满足强度要求外,还应满足刚度要求。强度要求保证轴在 反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较 高,不允许有较大的变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷比 较大的情况外,可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下(弯曲,轴 向,扭转)不致产生过大的变形(弯曲,失稳,转角) 。如果刚度不够, 轴上的零件如齿轮,轴承等由于轴的变形过大而不能正常工作,或者产生 振动和噪音,发热,过早磨损而失效。因此,必须保证传动轴有足够的刚 度。通常,先按扭转刚度轴的直径,画出草图后,再根据受力情况,结构 布置和有关尺寸,验算弯曲刚度。计算转速 nj 是传动件传递全部功率时的 最低转速,各个传动轴上的计算转速可以从转速图上直接得出如表 2-1 所 示。

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表 3-1 轴 计算转速 (r/min) Ⅰ 1500

各轴的计算转速 Ⅱ 750 III 173

已知一级齿轮传动效率为 0.97(包括轴承) ,则: Ⅰ轴:P1=Pd×0.99=7.5×0.99=7.42 KW Ⅱ轴:P2=P1×0.97=7.42×0.97=7.20 KW III 轴:P3=P2×0.97=7.20×0.97=6.98 KW Ⅰ轴扭矩:T1=9550P1/n1 =9550×7.42/1500=47.24 N.m Ⅱ轴扭矩:T2=9550P2/n2 =9550×7.20/750=91.68N.m III 轴扭矩:T3=9550P3/n3 =9550×6.98/173=385.31N.m [θ ]是每米长度上允许的扭转角(deg/m) ,可根据传动轴的要求选取其选 取的原则如表 2-2 所示。 表 3-2 轴 [θ ](deg/m) 主轴 0.5-1 许用扭转角选取原则 一般传动轴 1-1.5 较低的轴 1.5-2

根据表 2-2 确定各轴所允许的扭转角如表 2-3 所示。 表 3-3 轴 [θ ](deg/m) Ⅰ 1 Ⅱ 1 许用扭转角的确定 III 1

把以上确定的各轴的输入功率 N=7.5KW、计算转速 nj(如表 2-1) 、允 许扭转角[θ ](如表 2-3)代入扭转刚度的估算公式 d1=21.68 ×
3

M 2 ? ( ?T ) 2

? ?1

.

1
3

1?? 4

查表得

1
3

1?? 4

=1.23

可得各个传动轴的估算直径 Ⅰ轴: d1=54.8mm

又因为此处轴上有一个

27

键槽所以 d1=d×(1+5%)=58.8 ㎜

因此取

d1=60mm

设计内容

主要结论

28

Ⅱ轴 d2=43.32mm

取 d1=45mm

d1=60mm d1=45mm

第二节 主轴组件的设计

主轴组件主要包括:主轴、主轴支撑和安装在主轴上的传动件、密封 件等,因为主轴带动工件或刀具直接参加工件表面形成运动,所以它的工 作性能对加工质量和生产率产生直接影响,是机床最重要的部件之一。 主轴的设计与计算 一. 主轴组件的设计要求 1.回转精度 主轴组件的回转精度,是指主轴的回转精度。当主轴做回转运动时, 线速度为零的点的连线称为主轴的得回转中心线。回转中心线的空间位 置,每一瞬间都是变化的,这些瞬间回转中心线的平均空单位转移不为理 想回转中心线。瞬时回转中心线相对于理想回转中心线在空间位置的距 离,就是主轴的回转误差,而回转误差的范围,就是主轴的回转精度。纯 径转误差、角度误差和轴向误差,它们很少单独存在。当径向误差和角度 误差同时存在构成径向跳动,而轴向误差和角度误差同时存在构成端面跳 动。由于主轴的回转误差一般都是一个空间旋转矢量,它并不是在所有的 情况下都表示为被加工工件所得的加工形状。 2. 主轴刚度 主轴组件的刚度是指受外力作用时,主轴组件抵抗变形的能力。通常 抵以主轴前端产生单位位移时,在位移方向上所施加的作用力大小来表 示。主轴组件的刚度越大,主轴受力的变形就越小。主轴组件的刚度不足, 在切削力及其他力的作用下,主轴将产生较大的弹性变形,不仅影响工件 的加工质量,还会破坏齿轮、轴承的正常工作条件,使其加快磨损,降低 精度。主轴部件的刚度与主轴结构尺寸、支撑跨距、所选轴承类型及配置 形势、砂间隙的调整、主轴上传动元件的位置等有关。

设计内容
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主要结论

3. 主轴抗振性 主轴组件的抗振性是指切削加工时,主轴保持平稳的运转而不发生振 动的能力。主轴组件抗振性及在必要时安装阻尼(消振)器。另外,使主 轴固有频率远远大于激振力的频率。 4. 主轴温升 主轴组件在运转中,温升过高会起两方面的不良结果:一是主轴组件 和箱体因热膨胀而变形,主轴的回转中心线和机床其他件的相对位置会有 变化,直接影响加工精度;其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好 的间隙和破坏正常润滑条件,影响轴承的正常工作。严重时甚至会发生: “抱轴” 。数控机床在解决温升问题时,一般采用恒温主轴箱。 5. 主轴的耐磨性 主轴组件必须有足够的耐磨性,以便长期保持精度。主轴上易磨损的 地方是刀具或工件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。为了提高耐磨 性,主轴的上述部位应该淬硬,或者经过氮化处理,以提高硬度增加耐磨 性。主轴轴承也需要有良好的润滑,提高其耐磨性。 以上这些要求,有的还是矛盾的,例如高刚度和高速,高速和高精度 等,这就要具体问题具体分析,例如设计高效数控机床的主轴组件的主轴 应满足高速和高刚度的要求; 设计高精度数控机床时, 主轴应满足高刚度、 低温升的要求。同时,主轴结构要保证个部件定位可靠,工艺性能好等要 求。 6. 提高主轴组件抗振性的措施 (1)尽量缩短主轴前轴承结构的长度, 适当增大跨矩; (2)尽量提高前轴承的刚度和阻尼; (3)提高前轴承的精度,把推力轴承放在前支撑初可提高抗振性; (4)对高速旋转的零件作静、动平衡,提高齿轮、主轴的制造精度 都可适当减少强迫振动源。

设计内容
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主要结论

(5)对于非连续切削过程的铣削,滚削等加装飞轮可减少振动; (6)应用阻尼器消耗振动能量是有效的措施;考虑系统的固有频率, 避免共振。 7. 减少主轴组件热变形的措施 (1)把热源移至机床以外。 (2)改善主传动的润滑条件。如进行箱外循环润滑,用低粘度的润 滑油、油雾润滑等,特别注意前轴承的润滑情况。 (3)采用冷却散热装置。例如用热管冷却减少机床各部位的温差,进 行热补偿。如可以在结构设计采用一些自动补偿的装置设法使热变形朝不 影响加工精度的方向发展。还可以在工艺上减少热变形的影响。如先空运 转一段时间再加工。把粗、精加工分开等。

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