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数控车床主轴箱设计.docx
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数控车床主轴箱设计.docx
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第一章 概述
1.1 设计目的……………………………………………………………2
1.2 主轴箱的概述………………………………………………………2
第2章 主传动的设计……………………………………………………………2
2.1 驱动源的选择……………………………………………………………2
2.2 转速图的拟定……………………………………………………………2
2.3 传动轴的估算……………………………………………………………4
2.4 齿轮模数的估算…………………………………………………………3
2.5V 带的选择………………………………………………………………4
第3章 主轴箱展开图的设计……………………………………………………7
3.1 各零件结构尺寸的设计…………………………………………………7
3.1.1 设计内容和步骤……………………………………………………7
3.1.2 有关零件结构和尺寸的设计…………………………………………7
3.1.3 各轴结构的设计………………………………………………………9
3.1.4 主轴组件的刚度和刚度损失的计算…………………………………10
3.1.5 轴承的校核……………………………………………………………13
3.2 装配图的设计的概述…………………………………………………13
总结…………………………………………………………………………………19
参考文献……………………………………………………………………………20
第一章 概述
1-1 设计目的
数控机床的课程设计,是在数控机床设计课程之后进行的实践性教学环节。其目
的在于通过数控机床伺服进给系统的结构设计,使我们在拟定进给传动及变速等
的结构方案过程中得到设计构思、方案分析、结构工艺性、CAD 制图、设计计
算、编写技术文件、查阅技术资料等方面的综合训练,建立正确的设计思想,掌
握基本的设计方法,培养我们初步的结构设计和计算能力。
1-2 主轴箱的概述
主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系统和主轴部件它
与普通车床的主轴箱比较,相对来手比较简单只有两极或三级齿轮变速系统,它
主要是用以扩大电动机无级调速的范围,以满足一定恒功率、和转速的问题。
第二章 2 主传动设计
2-1 驱动源的选择
机床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机 ,直流电动机从额定
转速 nd 向上至最高转速 nmax 是调节磁场电流的方法来调速的,属于恒功率,
从额定转速 nd 向下至最低转速 nmin 时调节电枢电压的方法来调速的属于恒转矩;
交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小,
转动惯量小,动态响应快,没有电刷,能达到的最高转速比同功率的直流调速电
动机高,磨损和故障也少,所以在中小功率领域,交流调速电动机占有较大的优
势,鉴于此,本设计选用交流调速电动机。
根据主轴要求的最高转速 4000r/min,最大切削功率 5kw,选择北京数控设
备厂的 BESK-8 型交流主轴电动机,最高转速是 4500r/min。
2-2 转速图的拟定
根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒
功率转速范围 Rdp=nmax/nd=3
而主轴要求的恒功率转速范围 Rnp=3,远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率
转速范围,所以必须串联变速机构的方法来扩大其恒功率转速范围。
涉及变速箱时,考虑到机床结构的复杂程度,运转的平稳性等因素,取变速
箱的公比
Φ
f 等于交流主轴电动机的恒功率调速范围 Rdp,即
Φ
=Rdp=3,功率特性
图是连续的,无缺口和无重合的。变速箱的 变速级数 Z =2.99.取 Z=3
确定各齿轮齿副的齿数:取 S=116
由 U=1.955 得 Z1= 24 Z1’=68
由 U=1.54 得 Z2=75 Z2’=30
由 U=4.6 得 Z3=48 Z3’=57
由此拟定主传动系统图,转速图以及主轴功率特性图分别如图 2-1,2-2,2-3
图 2-1
图 2-2 图 2-3
2.3 传动轴的估算
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不至于产生过大的变形。如果刚度不够,
轴上的零件由于轴的 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。
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
可以从转速图是直接得出,如表 2-1 所示。
表 2-1 各轴的计算转速
轴
I
II
III
计算转速
1500
530
140
各轴功率和扭矩计算:
已知一级齿轮传动效率为 0.97(包括轴承),同步带传动效率为 0.98,则
I 轴:P1=Pd x 0.98=7.5 x 0.98=7.35KW
II 轴 p2=p1 x 0.97=7.5 x 0.97=7.28KW
III 轴 P3=P2 x 0.97=7.28 x 0.97=7.06KW
II 轴扭矩:T2=9550P2/n2=9550 x x7.28/530=1.31x
5
10
III 轴扭矩:T3=9550 P3/N3=9550 x 7.06/140=4.82x
5
10
[
Φ
]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,其选择的原则如表 2-2 所示。
表 2-2 许用扭转角选取原则
轴
主轴
一般传动轴
较低的轴
[
Φ
](deg/m)
0.5-1
1-1.5
1.5-2
最后所确定各轴所允许的扭转角如表 2-3 所示
轴
I 轴
II 轴
III 轴
[
Φ
](deg/m)
0.5
1
0.5
把以上确定的各轴的输入功率 N=7.5KW,计算转速 nj,允许扭转角[
Φ
]代入扭
转 刚 度 的 估 算 公 式 d=91
[ )]
4
N/ ( nj Φ
, 可 得 传 动 轴 的 估 算 直 径 :
[ ]
4
4
2
7.5
91 91
530 1
j
N
d
n
j
= = =
´
40mm
[ ]
4
4
3
7.5
91 91
140 0.5
j
N
d
n
j
= = =
´
52.06mm
[ ]
4
1
91
j
N
d
n
j
= =
31.39mm.最后取值如下表所示:
轴
I
II
III
估算直径
40
32
53
主轴轴径尺寸的确定:
已知车床最大加工直径为 Dmax=400mm,则
主轴前轴颈直径 D1=0.25Dmax
+
15=85-115mm
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南抖北快东卫
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