CJK6032數(shù)控車床集中傳動步進電機設計畢業(yè)論文

哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） I 摘摘要要 在本次設計中，我采用常規(guī)集中式主傳動設計，可實現(xiàn)二級轉速。主軸 的轉速是由電機經三角皮帶傳遞到軸 I，通過一對齒輪 29/43 帶動軸 II，軸 II 的齒輪與主軸二聯(lián)滑移齒輪通過手柄操作使它們相互嚙合。機床主軸箱內 的傳動齒輪均經淬硬磨齒處理，傳動比穩(wěn)定，運轉噪音低。機床主軸為二支 撐結構，前支撐采用 C 級高精度軸承，潤滑油潤滑，提高了回轉精度，使 機床主軸具有良好的精度和剛性。 機床兩軸進給系統(tǒng)采用步進電機驅動滾珠絲杠的典型傳動方式，在滑板 與床鞍及床鞍與床身之間的滑動面處貼有 TSF 導軌板，滑動磨擦系數(shù)非常 小，有助于提高了機床的快速響應性能及生產效率。進給方面，采用開環(huán)數(shù) 控系統(tǒng)，即步進電機數(shù)控進給方式。采用步進電機開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)已基本能滿 足進給精度的要求。主傳動由于采用了集中傳動發(fā)案，可較好的隔離電機及 變速箱的震動，解決了熱變形對主軸的影響，提高機床的加工精度。在總體 性能上可以達到經濟精密數(shù)控機床之列，達到較好的性價比。 關鍵詞關鍵詞數(shù)控車床；CJK6032；集中傳動；步進電機 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） II Abstract In this design, I have used conventional centralized main drive designed to achieve the 8 speed. Spindle speed is variable frequency electric transmission belt by the triangle to the axis I, through a pair of gear driven 29/43 axis II, Axis II of the gear and spindle gear diad slip through the handle of the operation so that they mesh each other. Spindle of transmission gear box have been hardened gear grinding processing, transmission ratio stability, low noise operation. Spindle support structure for the second, the former supporting the use of C-class high-precision bearings, lubricating oil lubrication, improves turning precision, so that the spindle machine has a good precision and rigidity. Two-axis machine tool feed system uses a stepper motor driver typical ball screw drive in the saddle and skateboards with bed and bed-bed saddle between the sliding surface affixed TSF rail board, sliding friction coefficient is very small, help to improve the machines rapid response performance and production efficiency. Feed, the use of open-loop CNC system, that is stepper motor CNC feed way. Stepper motor using open-loop NC system has been basically able to meet the requirements of precision feed. As a result of the main drive transmission concentrated incidence can better isolate the vibration motor and gearbox to resolve the thermal deformation of the impact of the spindle and improve machining precision machine tools. In the overall performance of the economy can achieve a series of precision CNC machine tools to achieve better cost-effective. Key wordsCNC latheCJK6032focus steppermotor drive 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） III 目錄目錄 摘摘要要I AbstractII 目錄目錄.III 第第 1 章章 緒論緒論. 1 1.1 課題研究現(xiàn)狀,選題的目的和意義1 1.1.1 課題研究現(xiàn)狀.1 1.1.2 選題的目的和意義 1 1.2 國內外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析.2 1.2.1 國內數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀2 1.2.2 國外數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀2 1.3 課題來源與及論文主要工作.3 第第 2 章章 總體方案設計總體方案設計.4 2.1 主傳動的組成部分4 2.2 機床主要部件及其運動方式的選定.5 2.3 機床的主要技術參數(shù). 5 2.4 各組成部件的特性與所應達到的要求 6 第第 3 章章 機床主傳動設計機床主傳動設計.7 3.1 主要技術參數(shù)的確定. 7 3.1.1 尺寸參數(shù)錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 3.1.2 運動參數(shù).8 3.1.3 主軸轉速的確定.8 3.1.4 轉速范圍及公比的確定.9 3.1.5 結構式與結構網的確定9 3.1.6 轉速圖的擬定.10 3.2 傳動系統(tǒng)圖的擬定11 3.3 電動機的選擇12 3.4 傳動裝置各軸運動和動力參數(shù)的確定 12 3.5 齒輪傳動的設計計算錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 3.6 普通 V 帶傳動的設計計算26 3.7 軸的設計計算26 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） IV 第第 4 章章 進給系統(tǒng)的設計計算進給系統(tǒng)的設計計算38 4.1 縱向進給系統(tǒng)的設計計算.38 第第 5 章章 軸承、密封圈、墊片選擇軸承、密封圈、墊片選擇41 5.1 軸承的選擇41 5.2 滾動軸承的校核41 5.3 密封圈、墊片的選擇. 43 第第 6 章章 機床裝配通用技術要求機床裝配通用技術要求.43 6.1 主軸和軸的裝配.43 6.2 軸承裝配.43 6.3 齒輪的裝配.43 6.4 密封件裝配.44 6.5 其它部件組裝裝配45 結結論論46 致致謝謝47 參考文獻參考文獻48 附錄附錄 1.55 附錄附錄 2.56 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -1- 第第 1 章章 緒論緒論 1.1 課題研究現(xiàn)狀課題研究現(xiàn)狀,選題的目的和意義選題的目的和意義 1.1.1 課題研究現(xiàn)狀課題研究現(xiàn)狀 數(shù)控鏜床又稱數(shù)字控制（Numbercalcontrol,簡稱 NC）機床。它是 20 世紀 50 年代初發(fā)展起來的一種自動控制機床，而數(shù)控鏜床是其中的一類實用性很強 的機床形式。數(shù)控鏜床是基于數(shù)字控制的。數(shù)控機床，就是采用了數(shù)控技術的 機床。是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號碼， 或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。此種程序控制系統(tǒng)，即數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng) 是一種控制系統(tǒng)，它自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字值，并將其譯碼，從 而使機床動作和加工零件。數(shù)控機床的組成：主機，CNC,驅動裝置，數(shù)控機 床的輔助裝置，編程機及其他一些附屬設備。1）主機是數(shù)控機床的主體，是 用于完成各種切削加工的機械部分。根據(jù)不同的零件加工要求，有車床、銑 床、鉆床、鏜床、磨床、重型機床、電加工機床及其它類型。與普通機床不同 的是，數(shù)控機床的主機結構上具有以下特點：由于大多數(shù)數(shù)控機床采用了高 性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此，數(shù)控機床的機械傳動結構得到了簡化，傳 動鏈較。為了適應數(shù)控機床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控機床機械結構具有較高 的動態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。更多地采用高效傳動部件， 如滾珠絲杠副，直線滾動導軌等。2）CNC 裝置 這是數(shù)控機床的核心。用于實 現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以 及實現(xiàn)各種控制功能?，F(xiàn)代數(shù)控機床的數(shù)控裝置都具有下面一些功能。 1.1.2 選題的目的和意義選題的目的和意義 鏜床是典型金屬切削機床，通過畢業(yè)設計可使所學機械學、力學、電工學 知識得到綜合應用。結構設計及控制系統(tǒng)設計能力都能受到訓練，可有力的提 高學生的分析問題、解決問題能力。經過此課題的設計，掌握鏜床的主軸變速 系統(tǒng)，及進給系統(tǒng)的運動原理。從而掌握在加工過程中機床動作的運動原理。 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -2- 1.2 國內外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析國內外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 1.2.1 國內數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀國內數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀 我國數(shù)控機床產量持續(xù)高速增長，根據(jù)市場需求和技術發(fā)展趨勢，應重點 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，積極開展復合加工機床、超精密數(shù)控機床和可重構制造系統(tǒng)的工程化研 究等機械加工裝備產業(yè)、構建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎。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)了機械產品向機電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術成為先進成為先進 制造技術的一項核心技術。通過持續(xù)的開發(fā)研究以及對信息技術的深化應用， 促進了數(shù)控機床性能和質量的進一步提升，使數(shù)控機床成為國民經濟和國防建 設發(fā)展的重要制造裝備。 近 8 年來，我國數(shù)控金切機床（簡稱數(shù)控機床）產量一直以年均增長超過 27速度發(fā)展。據(jù)初步統(tǒng)計，2004 年數(shù)控機床的產量為 51860 臺，同比增長 40.8，數(shù)控機床的消費量約 74000 臺，同比增長 30。數(shù)控機床需求的旺盛 也促進了 2004 年內建的三資和民營機床廠以及數(shù)控機床品種的明顯增加。 1.2.2 國外數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀國外數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀 當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高 精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經濟的發(fā)展。長期以來， 歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨 微電子、計算機技術的進步，數(shù)控機床在 20 世紀 80 年代以后加速發(fā)展，各方 用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進 技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入 WTO 后，正式參與世界市場激 烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又 艱巨的任務。 數(shù)控機床出現(xiàn)至今的 50 年，隨科技、特別是微電子、計算機技術的進步 而不斷發(fā)展。美、德、日三國是當今世上在數(shù)控機床科研、設計、制造和使用 上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。 美國的特點是，政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門不斷提出機床的發(fā) 展方向、科研任務和提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究“效率”和 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -3- “創(chuàng)新”，注重基礎科研。德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方 面大力扶植。特別講究“實際”與“實效”，堅持“以人為本”，師徒相傳，不斷提 高人員素質。日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振 法”、“機電法”、“機信法”等)引導發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套上學習 德國，在質量管理及數(shù)控機床技術上學習美國，甚至青出於藍而勝於藍。 1.3 課題來源與及論文主要工作課題來源與及論文主要工作 本課題來源與哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院。 本論文主要工作如下： 通過分析現(xiàn)有鏜床，進行合理的理論計算與實際結合，設計出符合技術要 求的鏜床，其中包括： 1）在機械運動設計的基礎上進行傳動設計，確定作用在機械系統(tǒng)上各構 件的載荷并進行機械的功率計算和壽命計算； 2）根據(jù)擬定的運動方案進行尺寸綜合確定，以滿足根據(jù)該機械的用途， 功能和工藝性要求而提出的傳動系統(tǒng)要求； 3）依據(jù)執(zhí)行機構對輸入運動和動力的要求，以及機械的用途、工作環(huán) 境、成本、效率等條件，設計傳動系統(tǒng)。 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -4- 第第 2 章章 總體方案設計總體方案設計 機床工業(yè)是機器制造業(yè)的重要部門，肩負著為農業(yè)、工業(yè)、科學技術和國 防現(xiàn)代化提供技術裝備的任務，是使現(xiàn)代化工業(yè)生產具有高生產率和先進的技 術經濟指標的保證。設計機床的目標就是選用技術先進。經濟效果顯著的最佳 可行方案，以獲得高的經濟效益和社會效益。 因此，從事機床設計的人員，應不斷地把經過實踐檢驗的新理論、新技 術、新方法應用到設計中，做到既要技術先進、經濟效益好、效率高。要不斷 的吸收國外的成功經驗，做到既要符合我國國情，又要趕超國際水平。要不斷 的開拓創(chuàng)新，設計和制造出更多的生產率高、靜態(tài)動態(tài)性能好、結構簡單、使 用方便、維修容易、造型美觀、耗能少、成本低的現(xiàn)代化機床。設計本著以上 原則進行，盡量向低成本、高效率、簡化操作、符合人機工程的方向考慮。 2.1 主傳動的組成部分主傳動的組成部分 主傳動由動力源、變速裝置及執(zhí)行元件等組成。主傳動系統(tǒng)屬于外聯(lián)系傳 動鏈。 主傳動包括動力源（電動機） 、變速裝置、定比傳動機構、主軸組件、操 縱機構等部分組成。 1、動力源 電動機，它給執(zhí)行件提供動力，并使其獲得一定的運動速度和方向。 2、定比傳動機構 具有固定傳動比的傳動機構，用來實現(xiàn)降速、升速或運動聯(lián)接，本設計中 采用齒輪和帶傳動。 3、變速裝置 傳遞動力、運動以及變換運動速度的裝置，本設計中采帶輪和齒輪降速同 時用兩個電磁離合器控制齒輪轉速換接機構使主軸獲 2 級轉速。 4、主軸組件 機床的執(zhí)行件之一，它由主軸支承和安裝在主軸上的傳動件等組成， 5、開停裝置 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -5- 用來實現(xiàn)機床的啟動和停止的機構，本設計中采用直接開停電動機來實現(xiàn) 主軸的啟動和停止。 6、操縱機構 控制機床主軸的開停、換向、變速及制動的機構。本設計中，開停、換向 和制動采用電控制；進給采用液壓控制。 7、潤滑與密封 為了保證主傳動的正常工作和良好的使用壽命，必須有良好的潤滑裝置和 可靠的密封裝置。本設計中采用箱內循環(huán)強制潤滑，主軸組件采用唇形密封。 8、箱體 上述個機構和裝置都裝在箱體中，并應保證其相互位置的準確性。本設計 中采用灰口鑄鐵 HT200 鑄造箱體。 2.2 機床主要部件及其運動方式的選定機床主要部件及其運動方式的選定 主運動的實現(xiàn)主運動的實現(xiàn) 主軸的轉速是由電機經皮帶傳遞到軸 I，通過一對齒輪 33/47 帶動軸 II,軸 II 的齒輪與電磁離合器連接，通過控制電磁離合器的啟停進行變速。將變速后 的速度通過軸 II 上的齒輪與主軸上的齒輪嚙合，實現(xiàn)主運動。 進給運動的實現(xiàn)進給運動的實現(xiàn) 本次所設計的機床進給運動采液壓系統(tǒng)控制，其動力由液壓缸通過導桿傳 遞給鏜頭。 機床其它零部件的選擇機床其它零部件的選擇 考慮到生產效率以及生產的經濟性，機床附件如油管、行程開關等，以及 標準件選擇外購形式。 2.3 機床的主要技術參數(shù)機床的主要技術參數(shù) 鏜床主軸最高轉速為 n=500r/min，鏜床最低轉速為 n=355r/min。 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -6- 2.4 各組成部件的特性與所應達到的要求各組成部件的特性與所應達到的要求 1床身 機床是用 HT200 澆鑄而成，由牢固的橫向十字筋組成，床身震動低，是 經過超音頻淬火和精密磨削加工的。 2床頭箱結構 床頭箱是用 HT200 澆鑄而成，它由四顆螺釘固定在床身上。在床頭箱 里，鏜床使用的是皮帶，它最大的優(yōu)點是在任何速度下噪聲非常小。 3進給系統(tǒng) 機床進給系統(tǒng)采用液壓缸活塞桿推動導桿實現(xiàn)傳動機床主傳動設計 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -7- 第第 3 章章 主要技術參數(shù)的確定主要技術參數(shù)的確定 機床的主要技術參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是機床參數(shù)中最主要 的，它必須滿足以下要求： 1）直接反映出機床的加工能力和特性； 2）決定其他基本參數(shù)值的大?。?3）作為機床設計的出發(fā)點； 4）作為用戶選用機床的主要依據(jù)。 對于專用機床，主參數(shù)通常都以機床的最大加工尺寸表示，只有在不適用 于用工件最大尺寸表示時，才采用其他尺寸或物理量。如臥式鏜床的主參數(shù)用 主軸直徑，拉床用額定拉力等。為了更完整地表示出機床的工作能力和加工范 圍，有時在主參數(shù)后面標出另一參數(shù)值，稱為第二主參數(shù)。如最大工件長度、 最大跨度、主軸數(shù)和最大加工模數(shù)等。 除主參數(shù)外，機床的主要技術參數(shù)還包括下列基本參數(shù)： 1）與工件尺寸有關的參數(shù)； 2）與工、夾、量具標準化有關的參數(shù)； 3）與機床結構有關的參數(shù)； 4）與機床運動特性和動力特性有關的參數(shù)。 這些基本參數(shù)可以歸納為尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)三種。 機床主要尺寸參數(shù)內容 機床的主參數(shù)主要決定于工件的尺寸。對于各類通用機床，已在調查研究 各種工件的基礎上制定出了機床的參數(shù)標準，設計時應該遵照執(zhí)行。專用機床 的主參數(shù)則基本上可以根據(jù)工件尺寸決定。 主參數(shù)系列采用優(yōu)先數(shù)系，這樣做有如下好處： （1）優(yōu)先數(shù)按等比級數(shù)分級，能在較寬的范圍內以較少的品種，經濟合 理地滿足用戶的需要，即可把產品的品種規(guī)格限制在必需的最少范圍內。 （2）優(yōu)先數(shù)系具有各種不同公比的系列，因而可以滿足較密和較疏的分 級要求。隨著形勢的發(fā)展，可以通過插入中間值使較疏的系列變成較密的系 列，而原來的項值保留不變。在參數(shù)范圍很寬時，根據(jù)經濟性和需要量等不同 的條件，還可以分段選用最合適的基本系列（即選用不同的公比） ，以復合系 列的形式組成最佳系列。 （3）優(yōu)先數(shù)系是國際上統(tǒng)一的數(shù)值制度，有利于國際的標準化。 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -8- 其他尺寸參數(shù)一般根據(jù)主參數(shù)來確定。但由于機床的使用情況比較復雜， 這些尺寸參數(shù)的確定還有相似分析法和圖解分析法及回歸分析法。 由此可以得到 CA6102 鏜床的尺寸參數(shù)如下表所示： 參數(shù)項目單位數(shù)值 主軸行程mm100 主軸直徑mm40 最大工件孔徑mm62 機床外行尺寸（長寬高）mm16145401500 3.1.1 運動參數(shù)運動參數(shù) 運動參數(shù)包括機床主運動（切削運動）的速度范圍和級數(shù)，進給量范圍和 級數(shù)以及輔助運動的速度等，它是由加工表面成形運動的工藝要求所決定的。 主軸極限轉速和變速范圍 對于主運動為回轉運動的機床，主軸極限轉速為： 3.1.2 主軸轉速的確定主軸轉速的確定 （1）主軸最高轉速 Max N的確定 根據(jù)設計給定參數(shù)，用硬質合金鏜刀對連桿大端軸承孔鏜削時，主軸轉速 為最高，n=500r/min （2）主軸最低轉速 Min N的確定 根據(jù)設計給定參數(shù)，用硬質合金鏜刀對連桿大端軸承孔鏜削時，主軸轉速 為最高，n=350r/min 3.1.3 轉速范圍及公比轉速范圍及公比的確定的確定 根據(jù)最高轉速與最底轉速可初步得出主軸轉速范圍 Min Max n N N R = 500 350 1.42 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -9- 由設計手冊取標準值得 =1.41 根據(jù)標準公比及初算 Min N，查表取 Min N=355r/min，則最高轉速 Max N=500r/min 則主軸轉速范圍 500 1.408 355 Max n Min N R N 且驗算公比得=1.41 1.42,滿足要求。 3.1.4 結構式與結構網的確定結構式與結構網的確定 （1）結構式的確立）結構式的確立 結構式的方案： 2=112 在上述方案中，從電機到主軸，一般為降速傳動。接近電機處的零件，轉 速較高，從而轉矩較小，尺寸也就較小。如使傳動副較多的傳動組放在接近電 機處，則可使小尺寸的零件多些，而大尺寸的零件可以少些，這樣就節(jié)省省材 料，經濟上就占優(yōu)勢，且這也符合“前多后少”的原則。根據(jù)設計要求確定如下 結構式： 2=1（2） 1（3）2（4） 基本組擴一組擴二組 （2）構網的擬定）構網的擬定 1）傳動副的極限傳動比范圍和傳動組的極限變速范圍）傳動副的極限傳動比范圍和傳動組的極限變速范圍 在降速傳動時，為防止被動齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常限制最 小傳動比 max i1/4。在升速時，為防止產生過大的振動和噪聲，常限制最大傳 動比 max i2。 2）基本組和擴大組的排列順序）基本組和擴大組的排列順序 原則是選擇中間傳動軸變速范圍最小的方案。因為如果各方案同號傳動軸 的最高轉速相同，則變速范圍小的，最低轉速高，轉矩小，傳動件的尺寸也就 小些。 根據(jù)前面求得的公比=1.41,按照以上原則，選擇最佳方案，本次設計采 用的結構網如下圖所示： 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -10- 3.1.5 轉速圖的擬定轉速圖的擬定 電動機和主軸的轉速是已定的，當選定了結構式和結構網后，就可分配各 傳動組的傳動比，并確定中間軸的轉速。再加上定比傳動，就可畫出轉速圖。 中間軸的轉速如果能高一些，傳動件的尺寸也就可以小一些。但是，中間軸如 果轉速過高，將會引起過大的振動、發(fā)熱和噪聲。因此，要注意限制中間軸的 轉速，不使過高。 本次設計所選用的結構式共有三個傳動組，變速機構共需 3 根軸，加上電 動機軸共 4 根軸，故轉速圖上需 4 條豎線；主軸共 2 種轉速，電動機軸與軸 1 之間采用定比傳動。轉速圖如下圖所示： 3.1.6 計算傳動裝置總傳動比及傳動比計算傳動裝置總傳動比及傳動比i并分配傳動比并分配傳動比 （1）總傳動比 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -11- w n i n 高速 1400 2.8 500 w n i n 低速 1400 3.73 355 （2） ，分配傳動比 采用優(yōu)先系數(shù)1.41 3.2 傳動系統(tǒng)圖的擬定傳動系統(tǒng)圖的擬定 根據(jù)以上分析及計算，擬定如下傳動系統(tǒng)圖： 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -12- 3.3 電動機的選擇電動機的選擇 電動機的功率計算 1，按刀具微調鏜刀，90主偏角硬質合金刀。 2，加工工件，直徑 62mm 的軸承大端孔，材料為 ZSNSb4Cu4,硬度為 HBS20 3，主軸轉數(shù) 500r/min 4，進給量 0.05 mm 5，切削功率及切削率 Fc 按公式(2 1),(22) 6，切削厚度h=0.05xsin90=0.05mm 材料切除)(ppQn f aDa (22) =x500x0.05x0.4x(62-0.4) =1.934x104mm3/min 查圖 1-16，當以 0.05mm 的切削厚度切削巴氏合金，單位材料切除率的切 削 功率在（34.5）x10-5kwmin/mm3范圍內考慮到工件材料的中等強度，故 取 Pc=3.68x10-5kwmin/mm3 切削功率 ccPp Q =3.68x10-3x1.93x103+ =0.071kw 工件直徑及轉數(shù)計算的切削速度 1000 c D n V (24) 62 300 1000 c xx V =1.62m/s 切削力 60000c c c P F V =43.91N 工作機的有效功率0.071wPkw 33 123 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -13- 一，選擇電動機類型 按工作要求和工作條件選用 Y 系列三相鼠籠型異步電動機，其結構為全封閉風 扇 結構，電壓為 380v 2，選擇電動機的容量 工作機的 有效功率為 從電動機到工作機間的總功率為 33 123 式中， 123 , 分別為帶傳動效率，齒輪傳動效率和軸承傳動效率， 1 0.92， 2 0.97， 3 0.98則 23 0.87 0.970.980.81xx 所以電動機所需功率為 w d P P 0.071 0.088 0.81 kw 綜合考慮電動機和變速箱傳動裝置的尺寸，質量及價格因素。決定選用同 步轉數(shù)為 1500r/min 的電動機。Y8014 電動機型號額定功率/kw滿載轉數(shù) （r/min） 啟動轉矩 額定轉矩 最大轉矩 額定轉矩 Y801-42.2KW14002.22.2 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -14- 型號HABCDEF GD GKABADAC/2HDKBBHAL Y112M- 4 8019010050284015.512245150851705013015285 3.4 傳動裝置各軸運動和動力參數(shù)的確定傳動裝置各軸運動和動力參數(shù)的確定 1 各軸的轉數(shù) I 軸1000 /min m I I n nr i II 軸710 /min I II II n nr i 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -15- III 軸500 /min II III III n nr i 高速 355 /min II III III n nr i 低速 二，各軸的輸出功率 I 軸 1 0.50 Id Ppkw II 軸 23 0.48 III PPkw III 軸 23 0.46 IIIII PPkw 1，各軸的輸入轉矩 電動機的輸入轉矩 Td為 6 9.55 10 d d m p Txx n =2.2x104Nmm I 軸 IdII TTi =2.86x104Nmm II 軸 23IIIII TTi =3.8x104Nmm III 軸 23IIIIIIII TTi =5.13x104Nmm高速 23IIIIIIII TTi =7.2x104Nmm低速 將上述計算結果匯總于表以備查用。匯表如下所視： 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -16- 軸名功率 p/kw轉矩 T/（Nmm）轉速 n（r/min）傳動比 i效率 電機軸0.5519.96940 10.97 I 軸1.9062.86x10 4 1000 3.540.97 II1.8493.8x10 4 710 2.5290.97 III 高1.7945.13x10 4 500 10.95 III 低1.7057.210 4 355 3.5 齒輪傳動的設計計算齒輪傳動的設計計算 由于直齒圓柱齒輪具有加工和安裝方便、生產效率高、生產成本低等優(yōu) 點，而且直齒圓柱齒輪傳動也能滿足設計要求，所以本次設計選用漸開線直齒 圓柱齒輪傳動；主軸箱中的齒輪用于傳遞動力和運動，它的精度直接與工作的 平穩(wěn)性、接觸誤差及噪聲有關。為了控制噪聲，機床上主傳動齒輪都選用較高 的精度，但考慮到制造成本，本次設計都選用 6-7 級的精度。具體設計步驟如 下： 大小齒輪選用 45 號鋼，采用軟齒面，小齒輪調質處理，齒輪硬度為 217256HBW, 平均硬度為 236HBW；大齒輪正火處理齒面硬度為 162217HBW，平均硬 度為 190HBW 大小齒輪平均硬度差為 46HBW，在 3050HBW 選用 7 級精度 2，初步計算傳動主要尺寸（高速級）按齒面接觸疲勞強度進行設計 由 2 2 3 3 21 () EH H ZZZZ k Tu d du 式中各參數(shù)； 1，小齒輪傳遞的轉矩 T1=2.86x104Nmm 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -17- 2，初取載荷系數(shù) kt=1.4 （3）由表 8.64取齒寬系數(shù)d=0.1 4 由表 8.5 【4】查得彈性系數(shù) ZE=189.8 Map 5 初選螺旋角=0，由圖 8.14 【4】查節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH=2.5 6 齒數(shù)比 u=iI=1.41 7 初選 Z1=34,則 Z2=48 由式（8.1）4的端面重合度 12 11 1.883.2() cos a ZZ = 11 1.883.2() cos01.72 3448 由圖 8.154查的重合度系數(shù)z=0.875 8 由圖 8.24 【4】查的螺旋角系數(shù) z=1 9 許用接觸應力由式 NH H ZLim S H 算的 由圖 8.28 【4】 （e） ， （a）得接觸疲勞極限應為 lim1H =570Map lim2H =390Map 小齒輪與大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)分別為 N1=60 h n a L =60x710x1.0x2x8x250x5=8.52x108 N2= 1 III N i = 8 8 8.52 10 6.04 10 1.41 x x 由圖 8.294查的壽命系數(shù) ZN1=1.02，ZN2=1.04，由表 8.78 【4】取安全系數(shù) SH=1.0 11 1 1.02 570 581 1.0 NHLim H H Zx Map S 22 2 1.04 390 406 1.0 NHLim H H Zx Map S 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -18- 故取 2 406 HH Map 初選小齒輪 1 的分度圓直徑 1 2 2 3 21 () EH tt H ZZZZd k Tu mm du = 4 2 3 2 1.4 3.8 10 1.24 1 189.8 2.5 0.875 () 0.21.41406 xxxxx =91.92 3 確定傳動尺寸 （1） 計算載荷系數(shù)，由表 8.3 【4】查得使用系數(shù) kA=1.1 （2） 因 1 () 60 1000 d n V m s x = 91.92 710 60 1000 xx x =3.42 由圖 8.7 【4】查得動載荷系數(shù) kv=1.15 由圖 8.11 【4】查得齒向載荷分布系數(shù) k=1 .由圖 8.4 【4】查得齒間載荷分配系數(shù) k=1.2 故載荷系數(shù) Av kkk kk =1.1x1.15x1.11x1.2=1.68 1 3 1t t k d d mm k = 3 1.68 91.92 1.4 x=97.68mm 3 確定模數(shù) m d m mm z = 97.68 34 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -19- =2.87（取 m=3） 4 計算傳動尺寸，中心距 12 1 () 2 a m ZZ mm = 1 3 (3448) 2 x x =123mm d1=mZ=3x34 =102mm d2=mZ=3x48 =144mm 由 b2= 1d d =0.2x102=20.4 取 b2=21mm b1=b2+（510）mm，取 b2=26mm 校核齒根彎曲疲勞強度 2 FFS F k T Y Y Y Y b m d 式中各參數(shù)； 1 k=1.4； T2=2.86x104N mm T3=3.8x104N mm 2 齒寬 b1=26mm b2=21mm d1=102mm，d2=144mm 3 齒形系數(shù) F Y和應力修正系數(shù) S Y 由圖 8.19 查得 1F Y=2.47 2F Y=2.35 由圖 8.20 查得 1S Y=2.47 2S Y=2.35 4 由圖 8.21 查得重合度系數(shù)Y=0.72 5 由圖 8.26 查得螺旋角系數(shù)Y=1.0 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -20- 6 由圖 8.28 【4】 （f） （b）查得彎曲疲勞極限應力為 1FLim =220Map， 2FLim =170Map 由圖 8.304查得壽命系數(shù) 12 1.0 NN YY 由表 8.7 查得安全系數(shù) F S=1.25 故 11 1 NFLim F F Y Map S 1.0 220 1.25 x =176 22 2 NFLim F F Y Map S 1.0 170 1.25 x =136 1 2 F FS k T Y Y Y Y Map b m d 2 1.4 28000 2.47 1.65 0.72 0.86 21 3 102 xx xxxx x x =109.5 1F 22 2 1 11 Fs F F FS YY Map YY 2.5 1.68 109.5 2.47 1.65 x x x 1061 2F II 軸 計算低速級 二，選擇齒輪材料， 熱處理方式和精度等級 大小齒輪選用 45 號鋼，采用軟齒面，小齒輪調質處理，齒輪硬度為 217256HBW, 平均硬度為 236HBW；大齒輪正火處理齒面硬度為 162217HBW，平均硬 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -21- 度為 190HBW 大小齒輪平均硬度差為 46HBW，在 3050HBW 選用 7 級精度 2，初步計算傳動主要尺寸（高速級）按齒面接觸疲勞強度進行設計 由 2 2 3 3 21 () EH H ZZZZ k Tu d du 式中各參數(shù)； 3，小齒輪傳遞的轉矩 T1=3.8x104Nmm 4，初取載荷系數(shù) kt=1.4 （3）由表 8.64取齒寬系數(shù)d=0.4 4 由表 8.5 【4】查得彈性系數(shù) ZE=189.8 Map 5 初選螺旋角=0，由圖 8.14 【4】查節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH=2.5 6 齒數(shù)比 u=iIII=2 7 初選 Z1=27,則 Z2=uZ3=27x2=54 由式（8.1）4的端面重合度 34 11 1.883.2() cos a ZZ = 11 1.883.2()1.01.702 2754 x 由圖 8.154查的重合度系數(shù)z=0.876 8 由圖 8.24 【4】查的螺旋角系數(shù) z=1 9 許用接觸應力由式 NH H ZLim S H 算的由“”可知 由圖 8.28 【4】 （e） ， （a）得接觸疲勞極限應為 lim1H =570Map lim2H =390Map H S1.0 而 2 3 NN 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -22- 故 32NN ZZ=1.04（允許有局部點蝕） N4= 3 III N i = 8 8 6.04 10 3.02 10 2 x x 由圖 8.294查的壽命系數(shù) ZN1=1.02，ZN2=1.04，由表 8.78 【4】取安全系數(shù) SH=1.0 33 3 1.04 570 592.8 1.0 NHLim H H Zx Map S 44 4 1.08 390 421.2 1.0 NHLim H H Zx Map S 故取 4421.2 H Map 初選小齒輪 3 的分度圓直徑 dt3 2 3 3 3 21 () EH t t H ZZZZ k T u d mm du = 4 2 3 2 1.4 3.8 102 1 189.8 2.5 0.876 () 0.22421.2 xxxxx =74.83 3 確定傳動尺寸 （3） 計算載荷系數(shù)，由表 8.3 【4】查得使用系數(shù) kA=1.1 （4） 因 1 33 () 60 1000 d n V m s x = 74.83 710 60 1000 xx x =2.78 由圖 8.7 【4】查得動載荷系數(shù) kv=1.16 由圖 8.11 【4】查得齒向載荷分布系數(shù) k=1.08 .由圖 8.4 【4】查得齒間載荷分配系數(shù) k=1.1 故載荷系數(shù) Av kkk kk =1.1x1.16x1.08x1.1=1.51 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -23- 3 3 3t t k d d mm k = 3 1.51 74.83 1.4 x=76.84mm 3 確定模數(shù) m d m mm z = 76.84 27 =2.84（按表 8.1 【4】取 m=3） 4 計算傳動尺寸，中心距 34 1 () 2 a m ZZ mm = 1 3 (2754) 2 x x =121.5mm 對齒輪 3 采用正變位圓整中心距，a ，=123mm 則 變位系數(shù) 123 121.5 0.5 3 x 3 3 (2 ) d m Zx mm 3 (272 0.5)xx 84 3 4 d m Z mm =3x54=102 由 b4= 3d d =0.4x84=33.6 取 b4=35mm b4=b3+（510）mm，取 b3=30mm I 軸計算同上， 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -24- 2 5 5 3 21 () EH t t H ZZZZ k T u d mm du = 4 2 3 2 1.4 2.86 10 1.41 1 189.8 2.5 0.876 () 0.21.41430 xxxxx =74.53mm 模數(shù) m=2.5 中心距 56 1 () 2 a m ZZ mm = 1 2.5 (3347) 2 xx 100 齒寬 b6= 5d d =16.5 故取 17mm，b5=22mm 校核齒根彎曲疲勞強度 2 FFS F k T Y Y Y Y b m d 式中各參數(shù)； 1 k=1.4； T2=2.86x104N mm T3=3.8x104N mm 2 齒寬 b1=26mm b2=21mm d1=102mm，d2=144mm 3 齒形系數(shù) F Y和應力修正系數(shù) S Y 由圖 8.19 查得 1F Y=2.47 2F Y=2.35 由圖 8.20 查得 1S Y=2.47 2S Y=2.35 4 由圖 8.21 查得重合度系數(shù)Y=0.72 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -25- 5 由圖 8.26 查得螺旋角系數(shù)Y=1.0 6 由圖 8.28 【4】 （f） （b）查得彎曲疲勞極限應力為 1FLim =220Map， 2FLim =170Map 由圖 8.304查得壽命系數(shù) 12 1.0 NN YY 由表 8.7 查得安全系數(shù) F S=1.25 故 11 1 NFLim F F Y Map S 1.0 220 1.25 x =176 22 2 NFLim F F Y Map S 1.0 170 1.25 x =136 1 2 F FS k T Y Y Y Y Map b m d 2 1.4 28000 2.47 1.65 0.72 0.86 35 2.5 84 xx xxxx xx =92.3 1F 22 2 1 11 Fs F F FS YY Map YY 2.5 1.68 109.5 2.47 1.65 x x x 1061 2F 4、齒輪其他參數(shù)的計算 根據(jù)機械原理中關于漸開線圓柱齒輪參數(shù)的計算公式幾相關參數(shù)的規(guī) 定，齒輪的其它參數(shù)都可以由以上計算所得的參數(shù)計算出來，本次設計中，這 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -26- 些參數(shù)在此不在一一計算。 5、齒輪結構的設計 不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結構的要求也不同，7 級精度的齒輪，用較高精度的滾齒機或插齒機可以達到。但淬火后，由于變 形，精度將下降。因此，需要淬火的 7 級齒輪一般滾或插后要剃齒，使精度高 于 7 級，或者淬火后再珩齒。6 級精度的齒輪，用精密滾齒機可以達到。淬火 齒輪，必須才能達到 6 級。機床主軸箱中的齒輪齒部一般都需要淬火。 齒輪基本參數(shù) 名稱代號 計算公式 小齒輪大齒輪 模數(shù)m2.5 壓力角20 分度圓直徑d48170 齒頂高ha2.5 齒根高hf2.75 齒全高h5.25 齒頂圓直徑da52174 齒根圓直徑df43165 頂隙c0.5 標準中心距a109 傳動比i3.54 3.6 普通普通 V 帶傳動設計計算帶傳動設計計算 1 ）確 定 設 計 功 率 由 表 7.6 【4】 查 得 工 做 情 況 系 數(shù) KA=1.3 ， 則 d P kw=KAP=1.1x5.5=6.05 2 選取帶型 Pd，n 由圖 7.11 查取 A 型帶 3 確定帶輪的基準直徑 根據(jù)表 7.7 取笑基準直徑為 dd1=125mm，則大帶輪 直徑為 dd2= idd1=176mm 根據(jù) 7.3 【4】取 dd2=176mm 其傳動比誤差 i5%故可用。 驗算帶的速度 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -27- 11 60 1000 d c Dn V x = 125 1400 60 1000 xx x =9.158 S，故aa安全 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -36- 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -37- 6 校核鍵連接強度 齒輪處鍵連接的拉應力 4 p T Map dhl = 4 12920 27 8 40 x x x =1.54 取鍵軸及小帶輪的材料為鋼，查表 6.1 得 p在120 150Map，顯然 p p 故強度足夠。 哈爾濱工業(yè)大學華徳應用技術學院畢業(yè)設計（論文） -38- 第第 4 章章 進給系統(tǒng)的設計計算進給系統(tǒng)的設計計算 本設計采用成熟技術，YT4543 動力滑臺液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特點是： 采用容積節(jié)流調速回路，無溢流功率損失，系統(tǒng)系統(tǒng)效率高，且能保證穩(wěn) 定的低速運動，較好的速度剛性和較大的調速范圍。 (1) 在回油路上設置背壓閥，提高滑臺運動的平穩(wěn)性。把調速閥設置在進 油路上，具有啟動沖擊小。 (2) 限壓式變量泵加上差動連接的快進回路。即解決了快慢速相差懸殊的 問題，又使能量利用經濟合理。 (3) 采用三位五通電