CK6140数控车床主传动系统设计.docx
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CK6140数控车床主传动系统设计.docx
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CK6140数控车床主传动系统设计
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盛年不重来,一日难再晨。
实时宜自勉,光阴不待人。
东海科学技术学院
机械制造装备设计课程设计
设计题目:
CK6140车床设计说明书
专业:
机电工程系
年级:
大三
指导教师:
张连仲
学生姓名:
陈达昆
学号:
111309221
2014年5月----2014
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第一章概括1
1.0序言1
设计要求2
第二章主传动的设计3
计算转速确实定3
2.2变频调速电机的选择3
转速图的制定3
传动轴的估量4
主轴轴颈确实定6
主轴最正确跨距的选择6
齿轮模数的估量7
同步带传动的设计9
转动轴承的选择11
主要传动件的验算11
总结16
参照文件17
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第一章概括
1.0序言
我国数控机床产量连续高速增添,依据市场需乞降技术发展趋向,应
要点推动高效、精细为中心的数控机床“”级工程,增强民展性能、高可
靠性数控功能零件,踊跃展开复合加工机床、超精细数控机床和可重构制
造系统的工程化研究等机械加工装备家产、建立数字化公司的重要基础,
镄的民展向来备受人们关注。
数控机床以其优秀的柔性的自动化的性能、
优秀而稳固的精度、灵捷而多样化的功能惹起世人瞩目。
它创始了机械产
品向机电一体化发展的先河,所以数控技术成为先进成为先进制造技术的
一项中心技术。
经过连续的开发研究以及对信息技术的深入应用,促使了
数控机床性能和质量的进一步提高,使数控机床成为公民经济和国防建设
发展的重要制造装备.
数控机床是典型的机电一体化课题,经过毕业设计可使所学机械学、力学、电工
学知识获取综合应用。
结构设计及控制系统设计能力都能遇到训练,可有力的提高学
生的剖析问题、解决问题能力及机电一体化水平
CK6140数控车床的导轨经超音频淬火并精磨,耐磨性好,精度高,主
轴采纳变频无级调速控制,可自动达成对零件的内外柱面、端面、随意锥
面、圆弧面及公英制螺纹切削等工序连续加工
在经过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识,生产实习和
实验等实践知识,达到稳固、加深和扩大所学知识的目的。
经过设计剖析比较机床的
某些典型机构,进行选择和改良,学习结构设计,进行设计计算和编写技术文件,达
到学习设计步骤和方法的目的。
经过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料,
达到累积设计知识和提高设计能力的目的。
经过设计获取设计工作的基本技术的训
练,提高剖析和解决工程技术问题的能力,并为进行一般机械的设计创建必定的条件
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1.1设计要求
机床种类:
数控车床
主传动设计要求:
满载功率,
最高转速4000rpm,
最低转速
变速要求:
无级变速
进给传动系统设计要求:
伺服控制,行程1200mm,
最低速度,
最高速度,
最大载荷4500N,精度±3μm
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第二章主传动的设计
2.1计算转速确实定
机床主轴的变速范围:
=,且:
=4000rpm,
所以:
=4000
依据机床的主轴计算转速计算公式:
=得:
=41.5х
2.2变频调速电机的选择
为了简化变速箱及其自动操控机构,希望用双速变速箱,现取Z=2。
为
了提高电机效率,应尽量使
n高min=n低min。
假定所选电机最高转速为
4000
,
4500rpm,额定转速为1500rpm,i1
则有,4500i2
163.4,得i2,
4500
908rpm。
取机床总效率
i1
i2
i2
η=0.98х0.98=0.96,则
p
时的输出功
7.8kw。
电动机在1500rpm
1500
率为pmin
12.4kw,现取过载系数,则电机功率为
908
p0kpmin
。
可采纳上海德驱驰电气有限公司的UABP160L-4-50-18.5型号沟通主轴电动机,额定功率为,最高转速为4500rpm,同步转速为1500rpm,调频范围为5-150HZ,基频为50HZ。
选配变频器型号:
DRS3000-V4T0150C,售价1380元人民币。
2.3转速图的制定
传动比的计算
设电机轴与中间轴经过齿轮定比传动,取其传动比为i0,
则i1'i1
1.33,i2'
i2
0.27。
i0
i0
参数确立
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第一级变速采纳同步齿形带传动,两级变速组采纳齿轮传动。
选i1'的齿轮副为70/51
选i2'的齿轮副为26/952.3.3主轴箱传动机构简图
转速图制定
2.4传动轴的估量
传动轴除应知足强度要求外,还知足刚度要求,强度要求保证轴在反
复载荷和扭转载荷作用下不发生疲惫损坏。
机床主传动系统精度要求较高,不同意有较大变形。
所以疲惫强度一般不是主要矛盾。
除了载荷较大的情
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况外,能够不用验算轴的强度。
刚度要求轴在载荷下不至于产生过大的变形。
假如刚度不够,轴上的零件因为轴的变形过大而不可以正常工作,或许产生振动和噪音,发热,过早磨损而无效,所以,一定保证传动轴有足够的刚度。
计算转速nj是传动件传达所有功率的最低转速,各个传动轴上的计算
转速能够从转速图直接得出。
主轴:
nj2=163r/min
中间轴:
n
电机轴:
n
j1
j0
=595r/min
=893r/min
各轴功率和扭矩计算:
已知一级齿轮传动效率为0.98,则有:
电机轴功率:
p0=nj0×p额/n额=893×
中间轴功率:
p1=p0
×0.98=11×
主轴功率:
p2=p1
×0.98=10.8×
5
N·mm
电机轴扭矩:
T0=9550p0/nj0=9550××10
中间轴扭矩:
T1=9550p1/nj1=9550××105N·mm
主轴扭矩;
×
5N·mm
T2=9550p2/nj2=9550
×10
表2-1
各轴计算转速、功率、扭矩
轴
电机轴
中间轴
主轴
计算转速(r/min)
893
595
163
功率(kw)
11
扭矩(N·m)
118
173
621
按扭转刚度估量轴的直径
4
Tn
(mm)
式中
d——传动轴直径(mm)
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Tn——该轴传达的额定扭矩(N·mm)
——该轴每米长度同意的扭转角(deg/m),一般传动轴取
=0.5°~1°。
电机轴:
取
4
Tn
4
105
d
查阅电机轴轴颈为d=48mm,知足要求。
中间轴:
取
4
Tn
4
105
d
圆整取d1=40mm
2.5主轴轴颈确实定
主轴组件的静刚度(简称刚度)反应组件抵挡静态外载荷变形的能力。
影响主轴组件曲折刚度的要素好多,如主轴的尺寸和形状,转动轴承的型号,数目,配置形式和欲紧,前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量,传动件的部署方式,主轴组件的制造和装置质量等。
主轴轴承主要应依据精度、刚度和转速来选择,为了提高精度和刚度,主轴轴承间的空隙应当是可调的
为了保证机床工作的精度,主轴尺寸一般都是依据其刚度要求决定的。
故主轴前轴颈的尺寸按统计数据确立。
查阅有关资料:
主轴前轴颈D1=150mm,主轴的后轴颈一般介绍为D1的0.7-0.85倍,取D2=0.8D1=0.8×150=120mm。
表2-2各轴估量直径
轴电机轴中间轴主轴前轴颈主轴后轴颈主轴内孔
直径(mm)48401008032
2.6主轴最正确跨距的选择
①、由前轴颈取=100mm,后轴颈取=80mm,选前轴承为NN3022K型和234422型,后轴承为NN3018K型。
选主轴锥度号为45的轴头,依据结构,定悬伸长度a=120mm。
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②、求轴承刚度:
电机输出额定功率18.5kw时,主轴转速为260r/min,则主轴最大输出转矩
T9550P
9550
1083.9N?
m
n
163
60%,即240mm,故半径为
床身上最大加工直径约为最大展转直径的
。
切削力
Fc
背向力
Fp
c
4516.2N
故总作使劲为
F
Fc
2
Fp
2
10098.6N
该力作用于顶在顶尖间的工件上,主轴和尾架各蒙受一半,故主轴端受力为。
在估量时,先假定初值l/a=3,l=3х120=360mm。
前后支承的支反力和分别为:
==2700х=3600N
==2700х=900N
轴向力==2755N
依据《金属切削机床》式(10—5)、(10—6)可求出前、后轴承刚度
轴承NN3022K径向刚度:
=2070N/μm
轴承NN3018K径向刚度:
μm
轴承234422轴向刚度:
=833N/μm
③、求最正确跨距:
=
初步计算时,可假定主轴的当量外径为前、后轴承颈的均匀值,=
(100+80)mm/2=90mm。
故惯性矩为
I=0.05х(
-
)=497.3х
η=
=
查《金属切削机床》图(10—24)主轴最正确跨距计算线图,/a=1.7。
可根
据/a=2再计算支反力和支撑刚度,求最正确跨距,经过进一步的迭代过程,最后获得最正确跨距为l=300mm。
2.7齿轮模数的估量
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机床主传动系统中,齿轮副的极限传动比:
1.升速传动中,最大传动比umax≤2。
过大,简单惹起震动和噪音。
2.降速传动中,最小传动比umin≥1/4。
过小,则使主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大,将致使结构宏大。
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,按简化的接触疲惫强度公式进行计算:
3
u
1Nd
(mm)
mj16338
2
mz12u
j
nj
式中
mj——按接触疲惫强度计算的齿轮模数(
mm);
Nd——齿轮传达的功率(kw);
nj——小齿轮的计算转速(r/min
);
u——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比;
z1——小齿轮齿数;
m——齿宽系数,m=B/m,m=6~10;
j——许用接触应力(Mpa)。
齿轮资料及热办理的选择:
电机轴、传动轴上齿轮:
Z=44、66、70、26,20Cr渗碳、淬火、低温回火,HRC56-62主轴上齿轮:
Z=51、95,20Cr渗碳、高频淬火、低温回火,HRC56-62取齿宽系数m=8,查得j=1650Mpa,则
对44/66的齿轮传动副的
Z=44的齿轮,计算转速为893r/min
3
3
u
1Nd
1.51
取
mj16338
16338
mz12u
j
2
nj
8442
16502
893
m=2mm
对70/51的齿轮传动副的Z=51的齿轮,计算转速为821r/min
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33
m
u
1Nd
16338
1.44对26/95
16338
mz1
2u
j
2
nj
85121.3716502
821
的齿轮传动副的Z=26的齿轮,计算转速为595r/min
3
3
m
u
1Nd
16338
3.651
2.27为了保
16338
2
26
2
1650
2
mz1
2
u
j
nj
8
595
证中心距,主轴与中间轴之间传动组模数需要相等,取
m=3mm。
取齿宽系数m
8,齿宽B
m?
m,当m=2时,B=2×8=16mm,大齿轮
B=16mm,小齿轮b=22mm。
当m=3时,B=3×8=24mm,大齿轮B=24mm,主轴传动组齿轮小齿轮比大齿轮齿宽大1~2mm,小齿轮b=25mm。
Z1
表2-3
各齿轮齿数、模数
Z
齿轮
Z
Z3
Z
Z
2
4
5
6
齿数
44
66
70
51
26
95
模数
2
2
3
3
3
3
齿宽
22
16
24
25
25
24
2.8同步带传动的设计
同步带拥有传动比较正确,不打滑,效率高,初拉力以及合用功率的范围,不需要润滑等特色。
同步带的设计功率为,依据同步带选型图,选定带型为H型带,节距为。
小带轮的齿数z1zmin,依据表格查得zmin22,在带速和
安装尺寸同意的状况下,z1尽可能选用较大值,现初取z1=32。
小带轮的节
z1pd
圆直径d1
大带轮的齿数z2z1i
z1
n1
32
4500
48,大带轮节圆直径
n2
3000
z2pd48
,
带
d2
v
d1n1
3.14129.36150010.15m/s
vmax,其中查得
60
1000
60
1000
vmax
40m/s,所以切合要求。
初定轴间距
c0,0.7d1d2
c0
速
H型带的
2d1d2,
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即0.7129.36194.04226.38mmc0,初取
c0400mm。
带长L0及其齿数z
d2
2
L0
2c0
d1
d1
d2
4c0
2
2
2
400
400
2
4
查得带长代号为510,基本尺寸为L0,节线长上的齿数为z=102。
实质轴间距为a0
Lp
L0
。
c0
2
400
2
小带轮啮合齿数
zment
z1
R0z1
z2z1
2
32a
ent
32
3
32
48
32
2
2
15
基本额定功率P0
P0
(Tamv2)v
2100
2
1000
1000
基本额定功率是各带型基准宽度
bs0的额定功率,
bs0,Ta为宽度为bs0的带
的许用工作拉力(N),查表得Ta=2100N,m为宽度为bs0的带单位长度的质量(kg/m),
查表得m=0.448kg/m。
所需带宽bs
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Pd
bsbs0
68.6mm
KzP0
Kz为啮合齿数系数,依据
zm6取Kz=1
,bs应选用标准值,一般应小于
d1,查
表得,应选带宽代号为
300的H型带,此中bs,极限误差为±。
带轮的结构尺寸
小带轮:
z1
32;d1
129.36mm;da
大带轮:
z2
48;d1
;da
2.9转动轴承的选择
为了增添主轴的刚度,主轴前端支承采纳圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触轴承,后支承采纳圆锥孔双列圆柱滚子轴,中间采纳深沟球轴承协助支承。
考虑到其余轴的高速且没有轴向力,其余轴均采纳深沟球轴承。
主要传动件的验算
齿轮模数的验算
一般对高速传动的齿轮以验算接触疲惫强度为主,对低速传动的齿轮以验算曲折疲惫强度为主,对硬齿面软齿芯的渗碳淬火齿轮,必定要验算曲折疲惫强度。
关于44/66和70/51的齿轮副验算接触疲惫强度和曲折疲惫强度,26/95的齿轮副验算曲折疲惫强度。
AAAAAAAA
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接触疲惫强度计算齿轮模数
mj
2088103
u1K1K2K3KSN
j
zm
MPa
uBnj
接触曲折强度计算齿轮模数
mw
j
191105K1K2K3KsN
wzm2BYnjMPa
w
式中N——传达的额定功率(kw),NNd;
Nd——电机额定功率(kw);
——从电机到所计算齿轮的传达效率;
nj——齿轮的计算转速(r/min);
m——初算的齿轮模数(mm)
B——齿宽(mm)
u——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比;
zz——小齿轮齿数;
K1——工况系数,考虑载荷冲击的影响,中等冲击取1.2~1.6;
K2——动载荷系数
K3——齿向载荷散布系数
Y——齿形系数
Ks——寿命系数:
KsKTKnKNKq
KT——工作限期系数:
AAAAAAAA
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m
60n1T
KT
C0
T——齿轮在机床工作限期内的总工作时间
n1——齿轮的最低转速(r/min);
C0——基准循环次数,钢和铸铁件:
接触载荷取C0=107,曲折载
荷取C0=2×108;
m——疲惫曲线指数,钢和铸铁件:
接触载荷取m=3;曲折载荷时,对正火、调质及整体淬硬件取m=6,对表面淬硬(高频、渗碳、氮化等)取m=9;
Kn——转速变化系数
KN——功率利用系数
Kq——资料增强系数
w
j
——许用曲折应力(Mpa)
——许用接触应力(Mpa)。
①验算26/95齿轮传动组,验算Z=26齿轮:
查阅有关资料得:
K1、K2、K3、Ks、m=8、、w=297Mpa、
j=1650Mpa
接触疲惫强度:
2088103
u
1K1K2K3KSN
j
zm
uBnj
MPa
2088
103
1
26
22
595
MPa
459MPaj1650MPa
曲折疲惫强度:
AAAAAAAA
共享知识分享快乐
w
191105K1K2K3KsN
MPa
zm2BYnj
191
105
26
2
22
595
MPa
43.8MPa
w
297MPa
均知足要求。
②验算44/66齿轮传动组,验算Z=44齿轮:
查阅有关资料得:
K1、K2、K3=1、Ks、m=8、、j=1650Mpa、
w=297Mpa
接触疲惫强度:
2088
103
u
1K1K2K3KSN
j
zm
uBnj
MPa
2088
103
1
1
曲折疲
44
2
22
893
MPa
659MP
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