龍門式數(shù)控鉆床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)(編輯修改稿)
2025-07-24 08:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （4）確定最大動(dòng)負(fù)荷：式中，滾珠絲杠軸向負(fù)荷；負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)；查《數(shù)控機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》[6]中表42得=溫度系數(shù)；同上書中在表43中可得：=1。硬度系數(shù)；同上書中表44中得到：=1。精度系數(shù)；同上書中表45中得到：=1?？煽啃韵禂?shù)；同上在表46中可得：=1；將查得數(shù)值：=。 =1。 =1。 =1。 =1。代入公式得： 確定滾珠絲杠型號(hào)額定動(dòng)負(fù)荷應(yīng)滿足的條件為：額定動(dòng)負(fù)荷最大動(dòng)負(fù)荷查書《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》[7]表F8可得：取公稱直徑 滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為：FF32043；其基本額定動(dòng)負(fù)荷為96000N，足夠用。 珠絲杠副的幾何參數(shù)公稱直徑 螺距 螺旋升角 滾珠直徑 滾道半徑 偏心距 絲杠外徑 絲杠內(nèi)徑 螺母配合外徑 螺母裝配總長度 傳動(dòng)效率計(jì)算式中，為摩擦角；為絲杠螺旋升角。 剛度檢驗(yàn)滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程L的變化量P=100N； L=。E= (材料為鋼)所以絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程總誤差為：查標(biāo)志B級(jí)精度的絲杠允許誤差為50故剛度足夠。四 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)計(jì)算在主傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體機(jī)床進(jìn)行具體分析，一般應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本要求：a) 滿足機(jī)床使用性能的要求b) 滿足機(jī)床傳遞動(dòng)力的要求c) 滿足機(jī)床工作性能的要求d) 滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的要求e) 調(diào)整維修方便，結(jié)構(gòu)簡單、合理、便于加工和裝配。防護(hù)性能好，使用壽命長。而且在設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)按照主變速傳動(dòng)系設(shè)計(jì)的一般原則來設(shè)計(jì)：即傳動(dòng)副前多后少原則；傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相致的原則；變速組的降速要前慢后快，中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 主運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定鉆頭采用高速鋼鉆頭，同《切削加工手冊》查得：（P516）頁取切削速度，進(jìn)給量取。 計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定采用ZK9350型龍門式數(shù)控鉆床主軸轉(zhuǎn)速范圍。取由《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》[11]表310（P97）頁得：由《切削用量手冊》[10]查得：（P61）切削功率 由此可以選取主軸電動(dòng)機(jī)。 主軸電動(dòng)機(jī)型號(hào)由切削功率選取Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》（P167表121）。其參數(shù)如下：Y132M16電機(jī)：極數(shù)為6極，額定功率4KW,滿載轉(zhuǎn)速960r/min,額定轉(zhuǎn)矩2，質(zhì)量73kg，同步轉(zhuǎn)速為60~2530.由上面可以確定:主軸: ,電動(dòng)機(jī): ,， ，,通常，無級(jí)變速裝置作為傳動(dòng)系中的基本組，而分級(jí)變速作為擴(kuò)大組，其公比理論上應(yīng)等于無級(jí)變速裝置的變速范圍。實(shí)際上，由于機(jī)械無級(jí)變速裝置屬于摩擦傳動(dòng)，有相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉(zhuǎn)速。為了得到連續(xù)的無級(jí)變速，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使分級(jí)變速箱的公比略小于無級(jí)變速的變速范圍，即取。使轉(zhuǎn)速之間有一小段重疊，保證轉(zhuǎn)速連續(xù)。 由上面的已知條件可以知道： 主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為： 電動(dòng)機(jī)可達(dá)到的恒功率調(diào)速范圍為：取，由《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》[11]中式（319）(P105)頁可算出變速箱的變速級(jí)數(shù)，取。由于主軸要求恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電機(jī)恒功率變速范圍。：圖1 主軸箱總體布局 在設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免從動(dòng)輪尺寸過大而增加箱體的徑向尺寸，限制降速最小傳動(dòng)比；為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差，減少振動(dòng)噪聲，直齒圓柱齒輪最大升速比；在滿足主軸恒功率輸出時(shí)的最大傳動(dòng)比為?？梢詫⑵浞纸鉃?。而另一組的最大傳動(dòng)比為?？梢詫⑵浞纸鉃?。所以。在軸III間的變速組中的兩個(gè)傳動(dòng)副中的傳動(dòng)比為：； ；在軸IIIII間的變速組中的兩個(gè)傳動(dòng)副中的傳動(dòng)比為； 設(shè)計(jì)中，變速組中所有齒輪的模數(shù)相同，并是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，所以這4對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)和相同。查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》[11]可得：表39（P94頁） 取則： 同上面的方法可得到IIIII軸傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)和： 各傳動(dòng)齒輪的參數(shù)如表1：表1 主軸箱內(nèi)各傳動(dòng)齒輪參數(shù)序號(hào)齒數(shù)分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑模數(shù)1Z=3614415213442Z=3614415213443Z=24961048644Z=4819220018245Z=251001089046Z=6726827625847Z=1664725448Z=763043122944由上面的傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù)可以得到轉(zhuǎn)速圖如圖2：圖2 轉(zhuǎn)速圖初步計(jì)算齒輪的模數(shù)，由于是初步估算，傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)副的機(jī)械效率可以可以忽略，可用主電動(dòng)機(jī)的額功率直接代入。而且齒輪材料為45鋼，齒部高頻淬火，當(dāng)計(jì)算轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于時(shí)，所得模數(shù)值可能對(duì)于接觸疲勞強(qiáng)度是不夠的，可以按下公式計(jì)算：在機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中推薦齒寬系數(shù) 從中可以得到： 確定中心距：同理可得： 由于在設(shè)計(jì)中采用的是滑移齒輪。從《現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》[8]中可以查得：齒寬： 齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核校核主軸上的嚙合齒輪其 ；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[12]圖61620(P129頁)可得：，從上面可得： ， 從圖622c,按小齒輪齒面硬度均值235HBS，在ML線上查得；同理，在圖622b上，查得： ；取 ，得：將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入彎曲強(qiáng)度校核公式，得：所以齒輪齒根彎曲疲勞足夠。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核從《機(jī)械設(shè)計(jì)》[12]查表65（P122頁）得： 由圖614查得： 由圖613查得： 由圖615，按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕,查得： ,由圖616e,按齒面硬度均值51HRC,在MQ和ML線中間查出:則：將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得：所以，接觸強(qiáng)度滿足。主軸箱中的其它齒輪也是通過上述方法進(jìn)行校核。在此不再展開。 主軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 選擇軸的材料軸的材料選為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。其力學(xué)性能可查得：， ，，由于主軸為空心軸，根據(jù)公式求得其最小直徑：，式中；，即空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取。對(duì)于直徑mm的軸，有鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大。 估算軸的直徑在主軸箱結(jié)構(gòu)中，聯(lián)軸器的效率、齒輪傳動(dòng)效率和滾動(dòng)軸承的效率都比較高，因此在計(jì)算主軸的轉(zhuǎn)矩時(shí)可以忽略。由公式可以得出：由公式可求：考慮到鍵槽對(duì)主軸強(qiáng)度的影響取主軸的直徑為：在主軸上的兩傳動(dòng)齒輪依靠套筒定位。齒輪的周向定位采用A型普通平鍵連接。根據(jù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》[14]可以查得平面鍵截面，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合具有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為。 按彎扭軸上合成強(qiáng)度條件計(jì)算由所確定的結(jié)構(gòu)圖可確定出簡支梁的支承距離，據(jù)此求出齒輪寬度中心所在截面的、及的值。計(jì)算軸上的外力：齒輪的圓周力齒輪的徑向力：軸上的支反力：水平面內(nèi)支反力：垂直面內(nèi)的支反力：計(jì)算軸的彎矩：水平面彎矩：
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