畢業(yè)設(shè)計-xk100立式數(shù)控銑床主軸部件設(shè)計(編輯修改稿)
2025-09-02 11:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)、前支承軸承和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定。由于前端懸伸量對主軸部件的剛度、抗振性影響很大，變形量與a的二次方或三次方成正比例關(guān)系。，因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，設(shè)計時應(yīng)盡量縮短該懸伸量。在確定主軸前端懸伸量時應(yīng)該滿足以下結(jié)構(gòu)要求：主軸前端要留有裝切削液噴頭的位置；軸承的寬度B=27；軸承擋環(huán)的厚度b=8；主軸下支承的安裝位置以及軸肩的寬度。 主軸支承跨距L的確定合理確定主軸主要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。支承跨距過小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支承變形引起主軸前軸端的位移量增大；反之，支承跨距過大，支承變形引起主軸前軸端的位移量盡管減小了，但主軸的彎曲變形增大，也會引起主軸前端較大的位移。因此存在一個最佳跨距，在該跨距時，因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小。一般取=（2～），本文所設(shè)計的主軸暫取L==360，但是實際結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于結(jié)構(gòu)上的原因，以及支承剛度因磨損會不斷降低，主軸主要支承間的實際跨距L往往大于最佳跨距。 計算主軸傳遞的扭矩根據(jù)電機的扭矩—功率特性圖知，當主軸的轉(zhuǎn)速為基準轉(zhuǎn)速時所傳遞的扭矩最大，即n=n=1500r/min，則=10=10=10N 選擇軸的材料和熱處理方法選擇軸的材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理, 其機械性能有設(shè)計手冊查得=700Mpa，=500Mpa，=185Mpa查機械設(shè)計手冊得[]=190Mpa 初選軸承本文所設(shè)計的銑床主要用于銑削平面和打孔，軸承承受徑向載荷，還承受不大的軸向載荷，故選擇單列圓錐滾子軸承背對背的組合。根據(jù)工作要求及后軸頸的直徑(為50mm)，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號為32010的單列圓錐滾子軸承，其尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為dDb=508020。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 擬定軸上零件的裝配方案`本文所設(shè)計的主軸要用原有的主軸箱，根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)、軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，得出如圖所示的軸結(jié)構(gòu)。圖42 主軸的結(jié)構(gòu)如圖42中，拉桿與BT50拉刀抓連接，從右側(cè)裝入內(nèi)孔，然后再裝入BT50刀柄；齒輪、軸承、套筒、軸承套以及電磁鐵固定架從左側(cè)裝入，法蘭蓋從右側(cè)裝入，與軸承套用螺釘連接。 確定軸各段的直徑根據(jù)前面的計算知：最小直徑D=45mm，小軸承用鎖緊螺母進行軸向固定，所以取軸段1外螺紋的直徑M=45mm；根據(jù)軸承的型號以及與軸的配合關(guān)系，取軸段2的直徑=50mm。軸段4處裝小齒輪，承受很大的徑向力，同時主軸是空心的，考慮到主軸的整體剛性，取軸段4的直徑=75mm，小齒輪用鎖緊螺母壓緊，則軸段4的直徑比軸段3的直徑大2～3mm，所以取軸段3處的外螺紋直徑M=72mm。軸段5上有兩個軸套，軸套左側(cè)用于定位小齒輪，中間用來壓緊和定位電磁鐵固定架，考慮到拆卸方便，軸段5要比軸段4大2～3mm，同時要比軸段6小2～3mm因此取軸段5的直徑=78mm，軸段6的直徑=80mm。大齒輪主要靠軸段7的軸肩來定位的，為了保證定位可靠，軸段7要比軸段6的直徑大5～10mm，但是考慮到主軸前端的內(nèi)孔交大，因此取軸段7的直徑為=92mm。 軸段8是前軸頸，主軸的直徑因與軸承的內(nèi)徑相等，考慮到軸承的型號以及與主軸的配合關(guān)系，取軸段8的直徑=95mm，軸承的型號為32109。主軸前端內(nèi)孔采用7：24的錐度，裝BT50的刀柄，內(nèi)孔較大，取軸段10的外徑=127mm，軸段9主要起定位作用，因比軸段10大5～10mm，因此取軸段9的直徑為=137mm。 確定各軸段的長度軸段4和6的長度要比輪轂寬度（38mm）短2～3mm，故這兩處軸段的長度取為36mm。其中軸段4不包括退刀槽的長度。軸段1和3有外螺紋，裝徑向鎖緊螺母，故軸段1和3的長度比鎖緊螺母長2～3mm，軸段3的長度為 軸段7主要與軸承套配合，壓緊軸承，為了保證軸承套與大齒輪之間有一定的間隙，取軸段7的長度為25mm；軸段8是后軸頸，所選軸承的寬度B=32mm，軸承擋環(huán)的寬度T=8mm，故取軸段8的長度為44mm。軸段9是一個軸肩，主要起定位作用，取軸段9的長度為11即可；主軸的前端面要裝端面鍵，同時主軸前端要留下裝切削液噴頭的位置，因此取軸段10的長度為69mm。主軸內(nèi)孔要裝拉桿、拉刀抓及BT50刀柄，整體裝配起來應(yīng)該讓拉桿不要伸出主軸內(nèi)孔太長，否則銑床的整體動剛度不好，根據(jù)主軸和主動軸的整體裝配關(guān)系，軸段5的長度為209mm。綜上所述，主軸的跨距L＝373mm，懸伸量ａ=96mm 軸向零件的周向固定齒輪、電磁鐵固定架與軸的周向定位均采用半圓鍵聯(lián)接。對于齒輪，由手冊查得半圓鍵的截面尺寸寬高直徑=101332(GB/T10982003)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為29。7mm(標準鍵長見GB109679)；對于電磁鐵固定架，由手冊查得半圓鍵的截面尺寸寬高直徑=6922(GB/T10982003)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，(標準鍵長見GB109679)，軸承與軸的周向定位是采用過盈配合來保證的。 確定軸上倒角和退刀槽的尺寸取主軸前端的倒角為445176。，其余倒角145176。；所有退刀槽的尺寸為21 主軸剛度的計算軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至會破壞銑床的工作性能。因此在設(shè)計重要軸時，必須檢驗軸的變形量，這在軸的設(shè)計中稱為剛度計算剛度計算包括扭轉(zhuǎn)剛度計算和彎曲剛度計算兩種。前者以扭轉(zhuǎn)角ψ來度量；后者以撓度y和截面轉(zhuǎn)角θ來度量。本文以彎曲剛度校核，查機械設(shè)計手冊知：[y]=；圓錐滾子軸承處的偏轉(zhuǎn)角[θ]＝。 主軸的簡化和彎曲剛度的計算如主軸前后軸承頸之間有數(shù)段組成，則當量直徑dd=式中：；；…；、—分別為各段的直徑和長度 —總長，=++…+（mm）== mm主軸切削力的計算根據(jù)公式P=得：=，則當線速度最小時,切削力最大======撓度的計算主軸的前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不計。后懸伸部分不影響剛度。當主軸前端作用一外載，則撓度y=（mm）=10（μm）式中 —典型切削工藝的切削力 —前懸伸，等于載荷作用點至前支承點間的距離（mm）—跨距，等于前后支承之間的距離（mm） Ｅ—彈性模量，鋼取Ｅ＝210（Mpa） I—截面慣性矩，I=（）（mm） ，—主軸的外徑和孔徑（mm）將E和I的值待人，可得y===79μm≤=偏轉(zhuǎn)角主軸切削工件時承受很大的切削力，主軸前端產(chǎn)生彎曲變形，查機床設(shè)計手冊得＝式中 —主軸前端偏轉(zhuǎn)角(rad) 、Ｅ、Ｉ與前面相同代入數(shù)據(jù)得＝(2373+369)＝ rad所以 ≤[θ]= rad綜上所述 主軸的剛度滿足條件，不必重新設(shè)計。第五章 齒輪傳動設(shè)計與計算一般，設(shè)計齒輪傳動時，已知的條件是：傳遞的功率P=，轉(zhuǎn)速n=40r／min—4000r／min，傳動比暫取i=；預定的壽命5年，每年工作300天，每天24小時。設(shè)計開始時，往往不知道齒輪的尺寸和參數(shù)，無法準確定出某些系數(shù)的數(shù)值，因而不能進行精確的計算。所以通常需要先初步選擇某些參數(shù)，按簡化計算方法初步確定出主要尺寸，然后再進行精確的校核計算。當主要參數(shù)和幾何尺寸都已經(jīng)合適之后，再進行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并繪制零件工作圖。5．1主要參數(shù)的選擇模數(shù)m 模數(shù)由強度計算或結(jié)構(gòu)設(shè)計確定，要求圓整為標準值，傳遞動力的齒輪傳動m≥2。初步確定模數(shù)時，對于軟齒面齒輪(齒面硬度)350HBS）外嚙合傳動m=（～）a；載荷平穩(wěn)，中心距過大時取小值，本文所設(shè)計的主軸傳動采用已有的箱體，可以知道中心距a=150mm，因此取模數(shù)m==，將模數(shù)圓整到標準值，取m=螺旋角β β角太小，將失去斜齒輪的優(yōu)點
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