畢業(yè)設計-c5225型立式車床工作臺設計論文

濟南大學畢業(yè)設計1-摘要降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品市場競爭力，是當今制造業(yè)界主要的奮斗目標。而降低產(chǎn)品設計成本，提高產(chǎn)品設計水品是提高產(chǎn)品綜合競爭力的關鍵所在。為了滿足廣大客戶的要求，為了適應社會發(fā)展的需求，本文在原有國產(chǎn)C5225型立式車床工作臺傳動系統(tǒng)的基礎上，查閱了大量的國內(nèi)外期刊論文，對C5225型立式車床工作臺傳動系統(tǒng)進行了設計。通過本課題研究取的了以下的研究成果：對C5225型立式車床工作臺傳動系統(tǒng)進行了運動和動力分析，結(jié)構優(yōu)化改進，包括：傳動結(jié)構的設計，工作臺的設計，軸的設計等，并對其進行了強度校核。對工作臺和傳動機構相結(jié)合的系統(tǒng)進行了以效率、經(jīng)歷為最高目標的優(yōu)化設計。在綜合考慮影響C5225型立式車床傳動系統(tǒng)效率的各因素的情況下，提出了滿足功率，轉(zhuǎn)速，回轉(zhuǎn)直徑等約束條件，建立了包含傳動系統(tǒng)參數(shù)在內(nèi)的優(yōu)化設計數(shù)學模型，并給出了相關的理論計算。理論計算顯示，新型機型有更優(yōu)的設計質(zhì)量和更高的使用效率。關鍵詞：工作臺；立式車床；傳動系統(tǒng)；ABSTRACTReducethecostsofproduct,improvethecompetitionofproductmarket,isthemaingoalofthemanufacturingindustry.Andreducethecostofproductdesignandimproveproductdesigntoimproveproductwaterproductisthekeytooverallcompetitiveness.Tomeettherequirementsofourallcustomers,andinordertomeettheneedsofsocialdevelopment,thepaperbasedonthetransmissionsystemoftheoriginalverticallatheC5225.accesstolargenumberofinternationaljournalarticles,anddesignedthetableoftheC5225drive.Bythisresearchandhavethefollowingfindings:MonementanddynamicanalysisthetabledrivesystemoftheverticallathesontheC5225,improvementsthestructuraloptimization,including:transmissionstructuredesign,tabledesign,shaftdesignandsoon,andcarryoutthestrengthcheck.Onthetableandthecombinationoftransmissionlinesystempathtoefficiencythroughtheoptimaldesignforthehighestgoal.InconsideringoftheimpactofC5225transmissionefficiencyofverticallathesunderthecaseofeachfactorwasproposedtomeetthepower,speed,turningdiameterconstraints,includingtransmissionparameters,includingtheestablishmentoftheoptimaldesignmodel,andgivesrelatedtheoreticalcalculations.Theoreticalcalculationsshowthatthenewmodelhasbetterdesignqualityandhigherefficiency.Keywords：table；verticallathe；transmission；目錄摘要………………..…….….……………...=1\*ROMANIABSTRACT………….……..…………….=2\*ROMANII1前言……….…………….….……………..11.1工作臺傳動系統(tǒng)的工作原理………….………….………..11.2工作臺傳動系統(tǒng)特點…….………….………..22C5225型立式車床工作臺傳動系統(tǒng)總體設計……….…..….………….32.1方案的比較選擇…………………..32.1.1傳動方案的選擇…………….…………...42.1.2主軸的支撐設計…………….…………...52.2總體方案…………….………………...………………..33主要零部件的機構設計與校核計算…………………53.1、齒輪設計…………53.1.1、低速齒輪設計…………53.1.2高速齒輪設計……………93.2軸的設計與計算…………….….134軸承的潤滑及密封………………154.1、潤滑方式的選擇……………..154.2、密封方式的設計及選擇………165結(jié)論……….………….……..….……...…..….………...16參考文獻…………….…..….…..……………….………….17致謝….……..…….…………...…………….18附錄…..……....…...…...…...…….………191前言隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國制造業(yè)領域涌現(xiàn)出了許多私營企業(yè)，這些企業(yè)的規(guī)模普遍不大。一些先進的機床，其加工功能雖然豐富，但成本高，對于一些中小型企業(yè)來說購置困難，因此，中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，希望對原有機床進行改造，以提高生產(chǎn)效率。并且工業(yè)現(xiàn)代化所需要的各類裝備和設施，更是離不開高檔車床與基礎制造設備。而我國機床工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀是機床擁有量達、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，突出的任務就是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能提高自動化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動強度，提高經(jīng)濟效益。而且機床是先進制造技術的載體，機械產(chǎn)品質(zhì)量、更新速度、應變能力、效率在相當程度上取決于機床。我國現(xiàn)在對機床的需求將是中檔數(shù)控機床、加工中心和專用機床為主。其他機床相對要少得多了。因此，普通機床的改造，大有可為。而且本次課題的主要要求就是在原先的普通車床的基礎上，進一步改進車床的主傳動工作臺，使機床在使用時，提高其效率，降低成本等。1.1工作臺傳動系統(tǒng)的工作原理C5225型立式車床工作臺傳動系統(tǒng)主要是由電動機，傳動系統(tǒng)和工作臺等部分組成。其工作原理是電動機（在此設計題目中，電動機先不做過多要求及設計，重點在于研究工作臺傳動部分）通過傳動機構驅(qū)動工作臺的主軸做轉(zhuǎn)動，從而帶動工作臺的旋轉(zhuǎn)，其傳動系統(tǒng)圖如下：示圖一C5225型立式車床工作臺系統(tǒng)傳動圖1,3,5齒輪；2軸承；4電機；6工作臺工作時，電機通過減速裝置帶動主軸轉(zhuǎn)動，動力通過主軸再傳遞給支承軸，該軸與工作臺連接，從而帶動了工作臺的旋轉(zhuǎn)，進而進行加工工作。1.2工作臺傳動系統(tǒng)的特點：該工作臺為中型立式車床工作臺。系統(tǒng)中，易磨損件采用了優(yōu)質(zhì)高耐磨合金屬材料，使其使用壽命調(diào)高了幾倍。配置有專門的潤滑裝置，注油簡便，最重要的是延長了軸承的使用壽命。該型系統(tǒng)屬立式機構，密封性好，工作環(huán)境不是很糟糕，粉塵不多；底座可打開，拆裝方便，便于維修。示圖一2C5225型立式車床工作臺總體設計2.1方案的比較選擇2.1.1傳動方案的選擇通過機械設計的學習，機械的傳動主要是有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和蝸輪傳動。選擇齒輪傳動，齒輪傳動是機械傳動中重要的傳動之一，齒輪傳動的主要特點有效率高在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99%。工作可靠、壽命長設計制造合理，使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這也是其他機械傳動所不能比擬的。而且齒輪的傳動形式很多，應用廣泛，傳遞的功率可達數(shù)十萬千瓦，圓周速度可達200m/s。綜上所述以及根據(jù)以往經(jīng)驗C5225型立式車床工作臺傳動方式采用齒輪傳動。2.1.2主軸的支撐設計方案一：在主軸兩端使用角接觸球軸承，角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨承受軸向載荷。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作。由于一個軸承只能承受單向的軸向力，因此一般成對使用。承受軸向載荷的能力與接觸角有關。接觸角大的承受軸向載荷的能力也高。方案二：在主軸兩端采用圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷（30000型以徑向載荷為主，30000B型以軸向載荷為主）。外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。一般成對使用。而工作臺在工作狀態(tài)時主軸轉(zhuǎn)速并不是很高，因此，通過比較，選擇方案二即經(jīng)濟實惠，又能對對主軸傳動起到更好的支撐作用。2.2總體方案（1）傳動機構采用齒輪傳動;（2）主軸采用雙列圓錐滾子軸承（示圖二），傳動軸用圓錐滾子軸承（示圖三）。示圖二示圖三3.主要零部件的機構設計與校核計算3.1、齒輪設計3.1.1、低速齒輪設計1、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)確定齒輪類型，按工作臺的傳動方案，選用的兩齒輪均為標準圓柱直齒輪材料選擇，大小齒輪材料均為45鋼（調(diào)質(zhì)）確定精度等級，因為C5225型立式車床工作臺傳動為一般的工作系統(tǒng)，速度不是很高，因此，選用7級精度（GB10095-88）根據(jù)齒輪設計準則，選取Ｚ1＝20，傳動比i=9.3，則?。?＝i×20=9.3×20=186。2、按齒輪面接觸強度計算由設計計算公式進行試算，即查[4]試算（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值１）試選2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩3）查圓柱齒輪的齒寬系數(shù)4）查表１０－６[4]得材料的彈性影響系數(shù)5）查圖１０－２１ｄ[4]按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限6）查圖１０－１９[4]得接觸疲勞強度壽命系數(shù)7）計算接觸疲勞強度許用應力(2)計算１）試算小齒輪分度圓直徑，查表10-5[8]得計算公式2)計算齒寬bb=3)計算模數(shù)4)計算載荷系數(shù)根據(jù)v=6.438m/s，7級精度，查動載系數(shù)圖可知；直齒輪，查表使用系數(shù)，可知;查表接觸疲勞強度計算用的齒向載荷分布系數(shù)，可知；由齒高比，查圖彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù);因此載荷系數(shù)K=5)按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式(１０－10a)[4]得6)計算模數(shù)m。m=3、按齒根彎曲強度設計由公式（１０－5）[4]得彎曲強度的設計公式為確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值查圖齒輪的彎曲疲勞強度極限，可知小齒輪的彎曲疲勞強度極限=500MPa;大齒輪的彎曲強度極限=380MPa;查圖彎曲疲勞壽命系數(shù)，可知取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85，=0.88;計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,有公式(１０－12)[4]得=計算載荷系數(shù)K。K=K5)查取齒形系數(shù)查表齒形系數(shù)及應力校正系數(shù)，可知=2.80；=2.088;6)查取應力校正系數(shù)。查表齒輪系數(shù)及應力校正系數(shù)，可知=1.55;=1.857;7)計算大、小齒輪的并加以比較比較后大齒輪的數(shù)值較大（2）設計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒輪的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)5.722，并就近圓整為標準m=6.0mm,按接觸強度算得的分度圓直徑d=161.517mm,算出小齒輪齒數(shù)=大齒輪齒數(shù)，取=252。.這樣設計出的齒輪傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構緊湊，避免浪費。4、幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑（2）計算中心距（3）計算齒輪寬度故取5、結(jié)構設計及繪圖齒輪零件圖小齒輪圖四大齒輪圖五3.1.2高速齒輪設計1、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)確定齒輪類型，按工作臺的傳動方案，選用的兩齒輪均為標準圓柱直齒輪材料選擇，大小齒輪材料均為45鋼（調(diào)質(zhì)）確定精度等級，因為C5225型立式車床工作臺傳動為一般的工作系統(tǒng)，速度不是很高，因此，選用7級精度（GB10095-88）根據(jù)齒輪設計準則，選取Ｚ1＝20，傳動比i=2.5，則?。?＝i×20=2.0×20=50。2、按齒輪面接觸強度計算由設計計算公式進行試算，即查[4]試算公式（-1）（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值１）試選2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩3）查圓柱齒輪的齒寬系數(shù)4）查表１０－６[4]得材料的彈性影響系數(shù)5）查圖１０－２１ｄ[4]按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限6）查圖１０－１９[4]得接觸疲勞強度壽命系數(shù)7）計算接觸疲勞強度許用應力取失效概率為１％，安全系數(shù)為S=1，由公式１０－12[4]得(2)計算１）試算小齒輪分度圓直徑，查表10-5[8]得計算公式2）計算圓周速度vv=3)計算齒寬bb=4)計算模數(shù)5)計算載荷系數(shù)根據(jù)v=9.826m/s，7級精度，查動載系數(shù)圖可知；直齒輪，查表使用系數(shù)，可知;查表接觸疲勞強度計算用的齒向載荷分布系數(shù)，可知；由齒高比，查圖彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù);因此載荷系數(shù)K=6)按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式(１０－10a)[4]得7)計算模數(shù)m。m=3、按齒根彎曲強度設計由公式（１０－5）[4]得彎曲強度的設計公式為確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值查圖齒輪的彎曲疲勞強度極限，可知小齒輪的彎曲疲勞強度極限=500MPa;大齒輪的彎曲強度極限=380MPa;查圖彎曲疲勞壽命系數(shù)，可知取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85，=0.88;計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,有公式(１０－12)[4]得=計算載荷系數(shù)K。K=K5)查取齒形系數(shù)查表齒形系數(shù)及應力校正系數(shù)，可知=2.80；=2.35;6)查取應力校正系數(shù)。查表齒輪系數(shù)及應力校正系數(shù)，可知=1.55;=1.68;7)計算大、小齒輪的并加以比較比較后大齒輪的數(shù)值較大（2）設計計算對比計算結(jié)果，可取由彎曲強度算得的模數(shù)7.471，并就近圓整為標準m=7.5mm,按接觸強度算得的分度圓直徑d=245.791mm,算出小齒輪齒數(shù)=大齒輪齒數(shù)。.這樣設計出的齒輪傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構緊湊，避免浪費。4、幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑（2）計算中心距（3）計算齒輪寬度故取5、結(jié)構設計及繪圖齒輪零件圖大齒輪圖六3.2傳動軸的設計與計算設定軸上的功率，轉(zhuǎn)速，并計算轉(zhuǎn)矩T根據(jù)任務書上要求，P=55KW,n=320r/min;T=9550000=9550000N=6.405N2、初步確定軸的最小直徑按公式（15-2）[4]初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)查表材料的值，于是取=126，則輸出軸的最小直徑顯然是安裝圓錐滾子軸承的。而為了保險起見取=80mm。3、軸的結(jié)構設計（1）擬定軸上零件的裝配方案通過上述分析。主軸的主要零件分配從上到下分別是圓錐滾子軸承，低級轉(zhuǎn)速小齒輪，高轉(zhuǎn)速大齒輪，圓錐滾子軸承。（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1）為了滿足圓錐滾子軸承的軸向定位，Ⅰ-Ⅱ軸端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑d=88mm.根據(jù)齒輪的設計，則Ⅱ-Ⅲ段的長度為79+55+84mm=219mm.而與圓錐滾子軸承嚙合的兩端，查表軸承表可得出Ⅰ-Ⅱ段的長度為31mm,Ⅲ-Ⅳ段32mm.2)初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。根據(jù)兩端直徑，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度級的但列圓錐滾子軸承30316，其尺寸為3）軸承端蓋的總寬度為20mm,此是根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑劑的要求。4)取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離a=16mm。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。（3）軸上的零件軸向地位汲取現(xiàn)有機床工作臺傳動系統(tǒng)中的主軸，其上的零件軸向定位采用花鍵連接，即主軸為花鍵軸，其尺寸規(guī)格為。圓錐滾動軸承與軸的定向定位是由過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6.(4)確定軸上圓角和道教尺寸參考零件倒角與圓角半徑的推薦值，取軸端倒角為245°，各軸肩處的圓角半徑為R4。4、繪制軸的工作簡圖圖示七4軸承的選取潤滑及密封4.1潤滑方式的選擇潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中潤滑劑不僅能降低摩擦阻力，還起著散熱，減小接觸應力，吸收震動，防銹蝕等作用。軸承常用的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑兩類，選用哪一類潤滑方式，這與軸承的轉(zhuǎn)速有關，一般用滾動軸承的DN值表示軸承速度的大小。本次設計采用軸承分別為圓錐滾子軸承及雙向圓柱軸承，而此傳動機構為閉式齒輪傳動，又因為齒輪的圓周速度，所以采用將大齒輪的輪齒浸入油池中進行浸油潤滑，高速級大齒輪也能浸到油。軸承利用大齒輪的轉(zhuǎn)動把油濺到箱壁的油槽里輸送到軸承機型潤滑。4.2密封方式的設計及選擇C5225型立式車床工作臺傳動系統(tǒng)的軸承采用的是閉式軸承座，原密封處因檢修人員的技術因素容易造成毛氈填充量過多或過少，過多時，軸承受熱、升溫快，軸承使用壽命約半年；過少時，粉塵容易進入軸承座，軸承易被破壞，需每月清洗一次，即使這樣；軸承也要半年左右更換一次。根據(jù)以上分析，同時結(jié)合軸承座的結(jié)構特點。我們采用了新的密封方案。改進后的密封形式必須符合技術上的使用經(jīng)濟合理、滿足生產(chǎn)需要。具體說來必須滿足三個條件：(1)密封處與軸承摩擦系數(shù)要小，發(fā)熱少，溫度低；(2)必須保證密封性能良好；(3)更換密封不能影響正常生產(chǎn)。綜上所述的分析以及又由于I，II軸都是低轉(zhuǎn)速軸，所以采用毛氈密封同時安裝時要注意如下幾點事項；（1）安裝時拆下軸承座透蓋上的螺栓，在軸上透蓋處纏一圈毛氈，毛氈的外徑與寬度稍大于對開透蓋密封位置的直徑及寬度的兩毫米；（2）為保證透蓋壓緊時毛氈相對軸的密封嚴密。在新舊透蓋之間加一石棉墊；安裝對開式透蓋的時候，要確保開口與毛氈接口處有一個夾角，以防密封不嚴；（3）用螺栓首先緊固對開處，再依次對稱的緊固其余螺栓，保證毛氈不因未先緊固開口處螺栓被擠出；（4）安裝完畢后，運行15分鐘，測量密封處溫度，如無過快升溫，在運行兩小時，停車測量溫度，一端為45度，另一端為69度左右，則說明安裝正確。5結(jié)論歷時一個多月的畢業(yè)設計已漸漸接近尾聲，通過這段時間的畢業(yè)設計，我有了不少的收獲，更是學到了不少的東西。通過這次畢業(yè)設計，我不但對大學中所學過的知識，更加以比較系統(tǒng)的綜合，鞏固和理解；而且，對知識比以前有了更深入的了解，學到了很多先進的專業(yè)技能。同時也深深認識到自己知識的貧乏和不足，以及對實際運用能力的缺乏，真正認識到知識的博大精深，意識到知識的學習，積累永遠沒有止境的。所以，我對自己的潛力更加增強了信心，同時，更堅定了自己不斷進取的念頭。本次設計通過查閱國內(nèi)外有關的資料，以及各種專利文獻；經(jīng)過多次實習，觀察，借鑒前人的設計成果。使自己對于破碎機，尤其是立軸反擊式破碎機等設備有了更深刻的了解和認識，并且，在原有設計的基礎上，把自己的一些想法，思路應用于設計中，如：齒輪的結(jié)構設計，軸的結(jié)構設計等等。本次設計充分調(diào)動了我們的主觀能動性，我在整個設計過程中投入了極大的熱情，與同組成員積極配合協(xié)作，并積極的與導師探討各種問題。在整個設計的過程中我們了解實踐了機械設計的整個過程。從接到任務書到方案設計，從整體到局部，反復推敲，反復修改，改進，使本設計方案不斷完善。同時，從繪制總裝圖到零件圖，邊計算，邊改進，邊畫圖，分析各種零部件的各種關系，充分協(xié)調(diào)整體與布局的關系，反反復復的認真比較，推敲之后，本次設計才得到最終完成。由于本次設計的時間較短，工作量較大。要真正掌握設計要領以及各方面的實踐經(jīng)驗，使自己的設計合理，經(jīng)濟，先進，實用。這使我深深認識到，自己還需要一段很長時間的磨練。展現(xiàn)在自己面前的是一片任自己馳騁的沃土，也分明感到了沉甸甸的責任，在今后的工作和生活中，我將繼續(xù)努力學習，深入實踐，不斷提升自我。由于我知識水平和實踐經(jīng)驗有限，設計中難免存在許多不足之處，請各位老師以及各位同學批評指正。我一定會細心改正，以更加好學。參考文獻1、毛兆杰。搖臂深孔加工設備的設計研究【D】南京理工大學，20042、劉杰，陳福斌。C6132-1型普通車床主傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計【J】四川兵工學院，1999，（01）3、孫玉鑫，李信，侯和順。選擇車床主軸部件結(jié)構參數(shù)的綜合線圖法【J】東北重型機械學院學報，1984，（Z1）4、劉金聲，從普通車床技術性能分析看其發(fā)展趨勢【J】,河北理工學院學報，1988，（01）5、孫庚午，論重型普通車床的技術發(fā)展[J],河北理工學院學報，1988，（01）6、黃建華，在普通車床上加工鍵槽【J】，機械工程是，2002，（05）7、鄭曉溪，王丹平，淺談在普通車床上進行數(shù)控改裝【J】。機械設計與制造，1995，（03）8、杜國臣，C616普通車床的數(shù)控改造【J】，機械制造，1998，（09）9、蔡樹煌，機床傳動系統(tǒng)動態(tài)特性分析【J】安徽工學院學報，1985，（04）10、劉杰，陳福斌，C6132-1型普通車床主傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計【J】長沙水電師院學報（自然科學），1989，（02）11、宋繼良，周軍山，關學志，齒輪變速箱齒輪齒數(shù)方案的優(yōu)化數(shù)法【