X532臥式銑床計(jì)算說(shuō)明書(shū)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄第1章 機(jī)床的規(guī)格及用途本設(shè)計(jì)機(jī)床為臥式升降臺(tái)銑床，其級(jí)數(shù)Z=17，最小轉(zhuǎn)數(shù)nmin=35.5r/min，轉(zhuǎn)速公比為，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率N=7.5 kw。主要用于加工鋼以及鑄鐵有色金屬；采用高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷材料做成的刀具。第2章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1 確定極限轉(zhuǎn)速由已知最小轉(zhuǎn)數(shù)nmin=35.5r/min，級(jí)數(shù)Z=17，得到主軸極限轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍。2.2 確定公比由題給條件，轉(zhuǎn)速公比，由參考文獻(xiàn)1，查得其轉(zhuǎn)速數(shù)列為：35.5，45，56，71，90，112，140，180，274，280，355，450，560，710，900，1120，1400。2.3 求出主

2、軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)由參考文獻(xiàn)1，轉(zhuǎn)速級(jí)速為 (2-1)其中： 轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍轉(zhuǎn)速公比將，代入，得。2.4 確定結(jié)構(gòu)式在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單變速系統(tǒng)時(shí)，變速級(jí)數(shù)應(yīng)選為的形式，其中為正整數(shù)。故，即選用2對(duì)三聯(lián)齒輪，1對(duì)兩聯(lián)齒輪進(jìn)行變速。為實(shí)現(xiàn)要求的z=17，采用一級(jí)共速。由參考文獻(xiàn)2，主變速傳動(dòng)系設(shè)計(jì)的一般原則是：傳動(dòng)副前多后少原則，傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原則，變速組降速要前慢后快。因此，確定其變速結(jié)構(gòu)式如下：(2-2)其最末擴(kuò)大組的調(diào)整范圍，滿足要求。由于其調(diào)整范圍已經(jīng)達(dá)到最值，故其最大傳動(dòng)比與最小傳動(dòng)比均已確定，即：最大傳動(dòng)比：(2-3)最小傳動(dòng)比： (2-4)2.5 繪制轉(zhuǎn)速圖2.5.1 選用電動(dòng)機(jī)由參考文獻(xiàn)

3、1，選用Y系列封閉自扇冷式鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)，其級(jí)數(shù)級(jí)，同步轉(zhuǎn)速，電機(jī)型號(hào)。2.5.2 確定傳動(dòng)軸的軸數(shù)傳動(dòng)軸數(shù) = 變速組數(shù)+定比傳動(dòng)副數(shù)+1 = 3+1+1 = 5。2.5.3 繪制轉(zhuǎn)速圖圖 21 轉(zhuǎn)速圖2.6 傳動(dòng)系統(tǒng)圖2.7 齒輪齒數(shù)的確定對(duì)于定比傳動(dòng)的齒輪齒數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)，由傳動(dòng)比為。取齒數(shù)比為。對(duì)于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，由參考文獻(xiàn)2，根據(jù)各級(jí)變速組傳動(dòng)比，在滿足各傳動(dòng)比的各總齒數(shù)和中選擇，得各傳動(dòng)組各齒輪齒數(shù)為：I II組內(nèi)： 24：30 21：33 18：36II III組內(nèi)：36：23 26：33 17：42III IV組內(nèi)：55：35 18：722.8 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差由參考文獻(xiàn)

4、1，實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過(guò)，即。經(jīng)過(guò)核算，17級(jí)轉(zhuǎn)速各設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的實(shí)際轉(zhuǎn)速為：35.5：=35.43，45：=45.36，56：=57.29，71：=70.91，90：=90.25，112：=113.45，140：=140.87，180：=179.29，224：225.39，=226.47280：=281.43，355：356.37，450：445.7，560：=567.27，710：=713.14，900：896.47，1120：1125.91，1400：1406.75?？梢?jiàn)，僅有設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速56的實(shí)際轉(zhuǎn)速誤差略超過(guò)允許值。但是考慮到差距都不大，故選用本設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行繪制。 第

5、3章 傳動(dòng)零件的初步計(jì)算3.1 傳動(dòng)軸直徑初定由參考文獻(xiàn)1,傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用式(3.1)進(jìn)行計(jì)算: () (3.1)其中: 傳動(dòng)軸直徑(mm) 該軸傳遞的功率() 該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速() 該軸每米長(zhǎng)度允許扭轉(zhuǎn)角(),本例中,取0.5由圖知,各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為:,由于本計(jì)算為初定,各軸傳遞功率為電機(jī)功率乘以其中的效率,故各軸取電機(jī)功率可能造成傳動(dòng)軸直徑較大,但是不會(huì)造成軸強(qiáng)度不夠的情況.故各軸的帶入：得：取各軸最小軸徑為，3.2 主軸軸頸直徑的確定由參考文獻(xiàn)3，功率為4kW的臥式銑床選用前軸頸軸徑為,后軸頸選用前軸頸的70%左右，取。3.3 齒輪模數(shù)計(jì)算3.3.1 初算齒輪模數(shù)一般同一變速組中的

6、齒輪取同一模數(shù),選擇各組負(fù)荷最重的小齒輪,由參考文獻(xiàn)1,其計(jì)算得到的齒輪模數(shù)為: (3.2)其中: 按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù) 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率(kW) 大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比,外嚙合取“+”號(hào),內(nèi)嚙合取“-”號(hào) 小齒輪齒數(shù) 齒寬系數(shù),(為齒寬,為模數(shù)),此處,均選用 許用接觸應(yīng)力(),查表可得對(duì)于第一個(gè)變速組,小齒輪最小齒數(shù)是,其計(jì)算轉(zhuǎn)速為帶入式(3.2)得對(duì)于第二個(gè)變速組,小齒輪最小齒數(shù)是,其計(jì)算轉(zhuǎn)速為帶入式(3.2)得對(duì)于第三個(gè)變速組,小齒輪最小齒數(shù)是,其計(jì)算轉(zhuǎn)速為帶入式(3.2)得3.3.2 對(duì)各種限制的討論對(duì)于第3變速組,由于主軸軸徑是由標(biāo)準(zhǔn)查得,其值較大,前軸徑為,后軸徑為,即

7、安裝齒輪處軸外徑約為,由參考文獻(xiàn)1,軸上的小齒輪還考慮到齒根賀到它的鍵槽深處的最小尺寸應(yīng)大于基圓齒厚,以防斷裂,即其最小齒數(shù)應(yīng)滿足： (3.3)其中：齒輪花鍵孔的外徑(mm),單鍵槽的取孔中心至鍵槽槽底的尺寸兩倍 齒輪模數(shù)對(duì)于主軸,選用單鍵槽,查得,若,若,滿足要求,考慮尺寸配合及強(qiáng)度要求，第3變速組的模數(shù)取.考慮到花鍵滑動(dòng)與定位較容易,除主軸外,其余軸均選用花鍵連接.對(duì)于第3變速組,在軸III上,選用花鍵,將帶入,若,則,大于已確定的最小齒數(shù).若,則,小于18.驗(yàn)證第2變速組,18.85.,小于最小齒數(shù)23.在II軸上,選用花鍵,將代入,驗(yàn)證第2變速組,得,小于最小齒數(shù)17,滿足要求.故第2

8、變速組選用模數(shù)4.對(duì)于第1變速組,在軸II上,若,得,小于第1變速組在軸II上的最小齒數(shù).在軸I上,選用花鍵,若,得,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸I上的最小齒數(shù)18.若,得,仍然大于最小齒數(shù)18.若,得,小于最小齒數(shù)18.故第1變速組選用模數(shù).3.3.3 其余驗(yàn)證1. 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)最小齒數(shù),除II-III之間的z=17的齒輪外，所有齒輪均滿足此條件，故該設(shè)計(jì)可以滿足條件.2. 機(jī)床主傳動(dòng)的最小極限傳動(dòng)比為,中型機(jī)床的最大齒數(shù)和,以上設(shè)計(jì)均滿足此要求. 第4章 零件的驗(yàn)算4.1 第2變速組的驗(yàn)證計(jì)算第2變速組的最小齒輪齒數(shù)為,與之相嚙合的大齒輪齒數(shù)為.由參考文獻(xiàn)1,對(duì)于傳遞一定速度和功率的一般驅(qū)動(dòng)用齒輪,第1,

9、2級(jí)變速組選用7級(jí)齒輪,主軸選用6級(jí)齒輪4.1.1 小齒輪的彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算由參考文獻(xiàn)4,對(duì)于直齒圓柱齒輪,彎曲應(yīng)力需要滿足下式： (4. 1)式中: 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度() 載荷系數(shù), .對(duì)于平穩(wěn)的原動(dòng)機(jī)與工作機(jī),有使用系數(shù),由于,查表得,設(shè)軸的剛性大,查得齒向載荷分布系數(shù),則齒間載荷分配系數(shù)故載荷系數(shù)齒輪所受切向力(),由于軸II最小轉(zhuǎn)速為,代入,得到最大切向力齒寬(mm),此處齒形系數(shù),查圖得齒輪齒根應(yīng)力修正系數(shù),查圖得重合度系數(shù).,其中,代入得.許用彎曲應(yīng)力(MPa),本齒輪采用45鋼滲碳淬火,查表得彎曲疲勞極限應(yīng)力：, ,取彎曲系數(shù),代入,得.代入公式,得滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度.4.1.2

10、 大齒輪的接觸強(qiáng)度驗(yàn)算由參考文獻(xiàn)4,對(duì)于直齒圓柱齒輪,接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為： (4. 2)式中：材料彈性系數(shù),由表查得; 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),查表得; 重合度系數(shù),其查表可得;傳動(dòng)比,由前可知;齒輪所受切向力(),由于該對(duì)齒輪進(jìn)入嚙合時(shí),軸III的最小轉(zhuǎn)速為,代入,得到最大切向力：載荷系數(shù), .對(duì)于平穩(wěn)的原動(dòng)機(jī)與工作機(jī),有使用系數(shù),由于,查表得,設(shè)軸的剛性大,查得齒向載荷分布系數(shù),則齒間載荷分配系數(shù)故載荷系數(shù)許用接觸應(yīng)力,其中為試驗(yàn)齒輪的齒面接觸疲勞極限,由參考文獻(xiàn)4P146知,為接觸強(qiáng)度壽命系數(shù),取,其余系數(shù)與前述相同,故代入計(jì)算得：滿足接觸疲勞強(qiáng)度的要求4.2 傳動(dòng)軸II的驗(yàn)證計(jì)算齒輪傳動(dòng)軸

11、的抗彎剛度驗(yàn)算,包括軸的最大撓度,滾動(dòng)軸承處及齒輪安裝處的傾角驗(yàn)算.其值均應(yīng)小于允許變形量及,允許變形量見(jiàn)參考文獻(xiàn)3上910頁(yè)表3.10-7,得由參考文獻(xiàn)1,對(duì)于傳動(dòng)軸II,僅需要進(jìn)行剛度計(jì)算,無(wú)須進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算.4.2.1 傳動(dòng)軸II的載荷分析對(duì)傳動(dòng)軸II的受力進(jìn)行簡(jiǎn)化,得到下示載荷分布圖：圖 41 軸II的受力分析其中是變速組1的驅(qū)動(dòng)力,且3個(gè)驅(qū)動(dòng)力不能同時(shí)作用,是變速組2的驅(qū)動(dòng)阻力,且3個(gè)驅(qū)動(dòng)阻力不能同時(shí)作用.其彎曲載荷由下式計(jì)算： (4. 3)式中：該齒輪傳遞的全功率(),如前述原因,此處均取. 該齒輪的模數(shù),齒數(shù); 該傳動(dòng)軸的計(jì)算工況轉(zhuǎn)速(),(或) 該軸輸入扭矩的齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速() 該

12、軸輸出扭矩的齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速()將六種驅(qū)動(dòng)力/驅(qū)動(dòng)阻力分別帶入式(2.13),可得到各驅(qū)動(dòng)力為：對(duì)于輸出驅(qū)動(dòng)阻力,由于各種情況轉(zhuǎn)速不定,故應(yīng)在選定校核用軸II速度以后計(jì)算. 4.2.2 傳動(dòng)軸II的最大撓度計(jì)算為了計(jì)算上的簡(jiǎn)便,可以近似地以該軸的中點(diǎn)撓度代替最大撓度,其最大誤差不超過(guò)3%.由參考文獻(xiàn)1,若兩支承的齒輪傳動(dòng)軸為實(shí)心的圓形鋼軸,忽略其支承變形,在單在彎曲載荷作用下,其中點(diǎn)撓度為： (4. 4)式中：兩支承間的跨距(mm),對(duì)于軸II,. 該軸的平均直徑(mm),本軸的平均直徑.,齒輪的工作位置至較近支承點(diǎn)的距離(mm)輸入扭矩的齒輪在軸的中點(diǎn)引起的撓度() 輸出扭矩的齒輪在軸的中點(diǎn)引起

13、的撓度()其余各符號(hào)定義與之前一致.對(duì)于輸入的三個(gè)驅(qū)動(dòng)力,計(jì)算其分別作用時(shí)對(duì)于軸中點(diǎn)的撓度值對(duì)于,其輸入位置,故對(duì)于,其輸入位置,故對(duì)于,其輸入位置,故故引起的中點(diǎn)撓度最大,在計(jì)算合成撓度時(shí)使用,進(jìn)行計(jì)算.此時(shí)軸II轉(zhuǎn)速為此時(shí)對(duì)之前計(jì)算的輸出驅(qū)動(dòng)阻力進(jìn)行計(jì)算,各力為帶入式(4. 4), 對(duì)于輸出的三個(gè)驅(qū)動(dòng)阻力,計(jì)算其分別作用時(shí)對(duì)于軸中點(diǎn)的撓度值.對(duì)于,其輸入位置,故對(duì)于,其輸入位置,故對(duì)于,其輸入位置,故故引起的中點(diǎn)撓度最大,在計(jì)算合成撓度時(shí)使用,進(jìn)行計(jì)算.由參考文獻(xiàn)1,中點(diǎn)的合成撓度可按余弦定理計(jì)算,即： (4.5)式中：被驗(yàn)算軸的中點(diǎn)合成撓度(mm); 驅(qū)動(dòng)力和阻力在橫剖面上,兩向量合成時(shí)

14、的夾角(deg), 在橫剖面上,被驗(yàn)算的軸與其前、后傳動(dòng)軸連心線的夾角(deg),按被驗(yàn)算的軸的旋轉(zhuǎn)方向計(jì)量,由剖面圖上可得值.嚙合角,齒面磨擦角,得代入計(jì)算,得：滿足要求.4.2.3 傳動(dòng)軸II的在支承處的傾角計(jì)算由參考文獻(xiàn)1,傳動(dòng)軸在支承點(diǎn)A,B處的傾角時(shí),可按下式進(jìn)行近似計(jì)算： (4.6)代入,得滿足要求,故不用計(jì)算其在齒輪處的傾角.4.3 主軸組件的靜剛度驗(yàn)算4.3.1 計(jì)算條件的確定1. 變形量的允許值(1) 驗(yàn)算主軸軸端的撓度,目前廣泛采用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為:(4.7)式中：兩支承間的距離,在本主軸中,.故取(2) 由參考文獻(xiàn)1,對(duì)于工作臺(tái)寬度為的臥式銑床,其主軸前端靜剛度為.(3) 根

15、據(jù)不產(chǎn)生切削自激振動(dòng)的條件來(lái)確定主軸組件的剛度.由參考文獻(xiàn)1,(1)、(2)、(3)可以任選一種,進(jìn)行判定.此處,選用驗(yàn)算主軸軸端的撓度2. 切削力的確定最大圓周切削力須按主軸輸出全功率和最大扭矩確定,其計(jì)算公式為： (4.8)式中：電動(dòng)機(jī)額定功率(kW),此處.主傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率,為各傳動(dòng)副、軸承的效率.由參考文獻(xiàn)3,對(duì)于普通機(jī)床的主變速系統(tǒng),總效率,此處,為方便起見(jiàn),起主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速),由前知,主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為.計(jì)算直徑,對(duì)于銑床,為最大端銑刀計(jì)算直徑,由參考文獻(xiàn)1,對(duì)于升降臺(tái)寬度為的臥式銑床,其端銑刀的計(jì)算直徑及寬度分別為,.將參數(shù)值帶入(4.8)式,得驗(yàn)算主軸組件剛度時(shí),須求出作用在垂

16、直于主軸軸線的平面內(nèi)的最大切削合力.對(duì)于升降臺(tái)式銑床的銑削力,一般按端銑計(jì)算,不妨設(shè)本銑床進(jìn)給系統(tǒng)的末端傳動(dòng)副有消隙機(jī)構(gòu),應(yīng)采用不對(duì)稱順銑,則各切削分力與的比值可大致認(rèn)為,.則,即與水平面成角,在水平面的投影與成角.3. 切削力的作用點(diǎn)設(shè)切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承的距離為,則 (4.9)式中：主軸前端的懸伸長(zhǎng)度,此處 對(duì)于普通升降臺(tái)銑床代入,切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承的距離為4.3.2 兩支承主軸組件的靜剛度驗(yàn)算由于主軸上的大齒輪比小齒輪對(duì)主軸的剛度影響較大,故僅對(duì)大齒輪進(jìn)行計(jì)算.主軸受力如圖所示：圖 42 主軸縱向視圖力的分布圖 43主軸部件橫向視圖力的分布為了計(jì)算上的簡(jiǎn)便,主軸部件前端撓度

17、可將各載荷單獨(dú)作用下所引起的變形值按線性進(jìn)行向量迭加,由參考文獻(xiàn)1其計(jì)算公式為：(1) 計(jì)算切削力作用在點(diǎn)引起主軸前端占的撓度 (4.10)式中：抗拉彈性模量,鋼的為段慣性矩,對(duì)于主軸前端,有為AB段慣性矩,有其余各參數(shù)定義與之前保持一致.代入計(jì)算,得其方向如圖4-3所示,沿方向,.(2)計(jì)算力偶矩作用在主軸前端點(diǎn)產(chǎn)生的撓度 (4.11)式中各參數(shù)定義與之前保持一致.力偶矩代入,得：其方向在H平面內(nèi),如圖4-3所示,.(3)計(jì)算驅(qū)動(dòng)力作用在兩支承之間時(shí),主軸前端點(diǎn)的撓度 (4.12)式中各參數(shù)定義與之前保持一致.驅(qū)動(dòng)力代入得,其方向如圖4-3所示,角度(4) 求主軸前端點(diǎn)的綜合撓度H軸上的分量代數(shù)和為： (4.13)代入,得：V軸上的分量代數(shù)和為： (4.14)代入,得：綜合撓度為：故滿足對(duì)主軸的剛度要求.第5章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的說(shuō)明如圖所示,主軸前端的運(yùn)動(dòng)速度大于毛氈圈以及骨架密封圈允許的速度范圍,故采用迷宮密封,后端的運(yùn)動(dòng)速度小于毛氈圈的允許速度范圍,故采用毛氈圈進(jìn)行潤(rùn)