【導(dǎo)讀】主軸作為主傳動部件對其進(jìn)行研究。主要設(shè)計了數(shù)控加工中心用電主。軸的主軸結(jié)構(gòu)，套筒及支承部件磁懸浮軸承。合及支承部件的布置形式等關(guān)鍵技術(shù)問題。本設(shè)計采用了創(chuàng)新型設(shè)計。以增強(qiáng)冷卻效果。，擬定傳動原理圖?????、精度設(shè)計和剛度設(shè)計?????、滾動軸承的主要類型、性能與特點(diǎn)?????????滾動軸承疲勞壽命計算的基本公式?????????

　　

【正文】 、二軸和主軸上的軸承 預(yù)期壽命 12021~20210 小時。 五、 主軸箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計和精度設(shè)計 ,箱體基本知識 箱體的主要功能 (1)支承并包容各種傳動零件，如 齒輪 、軸、軸承等，使它們能夠保持正常的運(yùn)動關(guān)系和運(yùn)動精度。箱體還可以儲存潤滑劑，實現(xiàn)各種運(yùn)動零件的潤滑。 (2)安全保護(hù)和密封作用，使箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境的影響，又保護(hù)機(jī)器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。 (3)使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。 (4)改善機(jī)器造型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比例，使 整機(jī)造型美觀。 箱體的分類 按箱體的制造方法分，主要有： 1)鑄造箱體 ，常用的材料是鑄鐵，有時也用鑄鋼、鑄鋁合金和鑄銅等。鑄鐵箱體的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)形狀可以較復(fù)雜，有較好的吸振性和機(jī)加工性能，常用于成批生產(chǎn)的中小型箱體。 2)焊接箱體， 由鋼板、型鋼或鑄鋼件焊接而成，結(jié)構(gòu)要求較簡單，生產(chǎn)周期較短。焊接箱體適用于單件小批量生產(chǎn)，尤其是大件箱體，采用焊接件可大大降低成本。 3)其它箱體 ，如沖壓和注塑箱體，適用于大批量生產(chǎn)的小型、輕載和結(jié)構(gòu)形狀簡單的箱體。 ， 設(shè)計的主要問題和設(shè)計要求 箱體設(shè)計首先要考慮箱體內(nèi)零件的布置及與箱體外部零件的關(guān)系，如車床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外還應(yīng)考慮以下問題： 滿足強(qiáng)度和剛度要求。 對受力很大的箱體零件，滿足強(qiáng)度是一個重要問題；但對于大多數(shù)箱體，評定性能的主要指標(biāo)是剛度，因為箱體的剛度不僅影響傳動零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 散熱性能和熱變形問題 。箱體內(nèi)零件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓?，影響其潤滑性能；溫度升高使箱體產(chǎn)生熱變形，尤其是溫度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對箱體的 精度和強(qiáng)度有很大的影響。 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。 如支點(diǎn)的安排、筋的布置、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計等均要有利于提高箱體的強(qiáng)度和剛度。 工藝性好。 包括毛坯制造、機(jī)械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運(yùn)輸、維護(hù)修理等各方面的工藝性。 造型好、質(zhì)量小。 設(shè)計不同的箱體對以上的要求可能有所側(cè)重。 ， 主軸 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計 箱體的形狀和尺寸常由箱體內(nèi)部零件及內(nèi)部零件間的相互關(guān)系來決定，決定箱體結(jié)構(gòu)尺寸和外觀造型的這一設(shè)計方法稱為 結(jié)構(gòu)包容法 ，當(dāng)然還應(yīng)考慮外部有關(guān)零件對箱體形狀和尺寸的要求。 箱體壁厚的設(shè) 計多采用類比法，對同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，參照設(shè)計者的經(jīng)驗或設(shè)計手冊等資料提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定壁厚、筋板和凸臺等的布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于重要的箱體，可用計算機(jī)的有限元法計算箱體的剛度和強(qiáng)度，或用模型和實物進(jìn)行應(yīng)力或應(yīng)變的測定，直接取得數(shù)據(jù)或作為計算結(jié)果的校核手段。 箱體的毛坯、材料及熱處理 (1)箱體的毛坯 ：選用鑄造毛坯或焊接毛坯，應(yīng)根據(jù)具體條件進(jìn)行全面分析決定。鑄造容易鑄造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體毛坯，焊接箱體允許有薄壁和大平面，而鑄造卻較困難實現(xiàn)薄壁和大平面。 焊接箱體一般比鑄造箱體輕，鑄造箱體的熱 影響變形小，吸振能力較強(qiáng)，也容易獲得較好的結(jié)構(gòu)剛度。 (2)箱體的材料和熱處理 箱體的常用材料有： 鑄鐵 多數(shù)箱體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動性好，收縮較小，容易獲得形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強(qiáng)，動態(tài)剛性和機(jī)加工性能好，價格適度。加入合金元素還可以提高耐磨性。具體牌號查閱有關(guān)手冊。 鑄造鋁合金 用于要求減小質(zhì)量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，有足夠的強(qiáng)度和較好的塑性。 鋼材 鑄鋼有一定的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，較好的導(dǎo)熱性和焊接性，機(jī)加工性能也較好，但鑄造時容易氧化與熱裂。 箱體也可用低碳鋼板和型鋼焊接而成。 箱體的熱處理： 鑄造或箱體毛坯中的剩余應(yīng)力使箱體產(chǎn)生變形，為了保證箱體加工后精度的穩(wěn)定性，對箱體毛坯或粗加工后要用熱處理方法消除剩余應(yīng)力，減少變形。常用的熱處理措施有以下三類： A)熱時效。鑄件在 500～ 600176。C 下退火，可以大幅度地降低或消除鑄造箱體中的剩余應(yīng)力。 B)熱沖擊時效。將鑄件快速加熱，利用其產(chǎn)生的熱應(yīng)力與鑄造剩余應(yīng)力疊加，使原有剩余應(yīng)力松弛。 C)自然時效。自然時效和振動時效可以提高鑄件的松弛剛性，使鑄件的尺寸精度穩(wěn)定。 箱體結(jié)構(gòu)參 數(shù)的選擇 (1) 壁厚 鑄鐵、鑄鋼和其它材料箱體的壁厚可以從表 51 中選取，表中 N 用下式計算： N=（ 2L+B+H） /3000 （ mm） 式中 L鑄件長度（ mm）， L、 B、 H 中， L 為最大值； B鑄件寬度（ mm）； H鑄件高度（ mm）； 表 51 鑄造箱體的壁厚 儀器儀表鑄造外殼的最小壁厚參考表 52 選取 (2)加強(qiáng)筋 為改善箱體的剛度，尤其是箱體壁厚的剛度，常在箱壁上增設(shè)加強(qiáng)筋，若箱體中有中間短軸或中間支承時，常設(shè)置橫向筋板。筋板的高度 H 不應(yīng)超過壁厚 t 的（ 34）倍，超過此值 對提高剛度無明顯效果。加強(qiáng)筋的尺寸見表 53。 (3)孔和凸臺 箱體內(nèi)壁和外壁上位于同一軸線上的孔，從機(jī)加工角度要求，單件小批量生產(chǎn)時，應(yīng)盡可能使孔的質(zhì)量相等；成批大量生產(chǎn)時，外壁上的孔應(yīng)大于內(nèi)壁上的孔徑，這有利于刀具的進(jìn)入和退出。箱體壁上的開孔會降低箱體的剛度，實驗證明，剛度的降低程度與孔的面積大小成正比。 在箱壁上與孔中心線垂直的端面處附加凸臺，可以增加箱體局部的剛度；同時可以減少加工面。當(dāng)凸臺直徑 D與孔徑 d的比值 D/d≤2和凸臺高度 h與壁厚 t的比值 t/h≤2時，剛度增加較大；比值大于 2 以后 ，效果不明顯。如因設(shè)計需要，凸臺高度加大時，為了改善凸臺的局部剛度，可在適當(dāng)位置增設(shè)局部加強(qiáng)筋。見圖 54。 圖 54 (4)連接和固定 箱體連接處的剛度主要是結(jié)合面的變形和位移，它包括結(jié)合面的接觸變形，連接螺釘?shù)淖冃魏瓦B接部位的局部變形。為了保證連接剛度，應(yīng)注意以下幾個方面的問題： 1 重要結(jié)合面表面粗糙度值 Ra應(yīng)不大于 ，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。 2 合理選擇聯(lián)結(jié)螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力。為了保證結(jié)合面之間的壓強(qiáng)，又不使螺釘直徑太大，結(jié)合面的實際接觸面積在允 許范圍內(nèi)盡可能減小。如圖 199。 3 合理設(shè)計聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)及應(yīng)用見表 55。 表 55 六、 拉刀裝置設(shè)計 ， 刀具自動夾緊機(jī)構(gòu) 在數(shù)控銑床上多采用氣壓或液壓裝夾刀具，常見的刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)主要由拉桿、 拉桿端部的夾頭、蝶形彈簧、活塞、氣缸等組成 。夾緊狀態(tài)時，蝶形彈簧通過拉桿及夾頭，拉住刀柄的尾部，使刀具錐柄和主軸錐孔緊密配合；松刀時，通過氣缸活塞推動拉桿，壓縮蝶形彈簧，使夾頭松開，夾頭與刀柄上的拉釘脫離，即可拔出刀具，進(jìn)行新、舊刀具的交換，新刀裝入后，氣缸活塞后移，新 刀具又被蝶形彈簧拉緊。 需注意的是，不同的機(jī)床，其刀 具自動夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不同，與之適應(yīng)的刀柄及拉釘規(guī)格亦不同。 為實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，主軸上必須帶有刀具的自動卡緊機(jī)構(gòu)，通常刀桿都是采用 7： 24 的大錐柄和主軸錐孔配合定心，從而保證刀具回轉(zhuǎn)中心每次裝卡后與主軸回轉(zhuǎn)中心都同軸，而且大錐度的錐柄不僅有利于定心，也為松卡帶來方便。另外，主軸端面有一鍵塊，通過它既可傳遞主軸的扭矩，又可用于刀具的周向定位。實現(xiàn)自動拉馬的具體機(jī)構(gòu)是由一組碟形彈簧配以一液壓裝置組成的。使用碟簧拉緊刀具，而用氣壓缸放松刀具，從而保證在工 作中，即使突然斷電，刀桿也不會自行松脫。 拉刀裝置的工作原理 該拉刀裝置的工作原理如圖 61所示，當(dāng)?shù)毒哂扇斯に偷?7： 24主軸錐孔后，刀柄后部的拉釘便被送入到主軸中心的拉桿的前端，當(dāng)增壓氣缸接收到刀具已被放入主軸錐孔的信號時，增壓氣缸活塞推桿便向上運(yùn)動，拉桿在碟形彈簧 (在松刀時已被壓縮處于儲能狀態(tài) )能量釋放反作用力下，也跟著向上運(yùn)動，拉桿前端的卡爪 (卡爪在圓周方向等分割成 6片 )由于受到卡爪彈簧的緊箍力作用，而與拉桿緊緊相連，因此彈簧卡爪也跟著向上運(yùn)動，卡爪末端從~35mm開放的圓柱孔經(jīng)過錐孔進(jìn)入 ~27mm的主軸圓柱孔， 6片卡爪在 ~27mm的主軸圓柱孔中縮小了直徑，從而抱住拉釘，同時把拉釘向上拉。由于碟形彈簧力一直作用在拉桿上，所以拉釘一直被緊緊拉住 (該拉力大約 2萬 N左右 )。當(dāng)增壓氣缸接到準(zhǔn)備取走主軸錐孔內(nèi)的刀具信號時，增壓氣缸活塞推桿便向下運(yùn)動，克服碟形彈簧反作用力，把拉桿向下推，卡爪末端從 ~27mm圓柱孔經(jīng)過內(nèi)錐孔進(jìn)入開放的 ~35mm圓柱孔內(nèi)，此時 6片卡爪由于彈簧的作用向外擴(kuò)張，就能把刀具從主軸上取走。因此我們可設(shè)計兩個控制按鈕來實現(xiàn)。 圖 61 主軸自動松刀裝配圖 圖 62 此次設(shè)計的拉刀裝置的動力系統(tǒng)采用液壓回路提供動力設(shè)計的液壓回路圖為下圖 63： 圖 63 增壓回路 七、 繪制主傳動系統(tǒng)裝配圖和零件圖 八、 結(jié)論 主運(yùn)動驅(qū)動電動機(jī)功率的確定： 利用估算公式 P= ?mcp確定主電機(jī)功率選為7kw，主電機(jī)轉(zhuǎn)速為 15004500（轉(zhuǎn) /分）； 加工中心 主傳動設(shè)計： 1） 確定公比、變速組和傳動副數(shù)目、傳動順序方案、擴(kuò)大順序方案，選用 三級傳動 結(jié)構(gòu)式方案，轉(zhuǎn)速圖的擬定。 2）基本變速組、第一擴(kuò)大組的模 數(shù)相等，我們這里用計算法來確定齒輪的齒數(shù)。第二擴(kuò)大組的模數(shù)不相等，但可跟據(jù)各齒輪副的中心距相等來確定其齒數(shù)。 3）主傳動的布局 — 整體流線型結(jié)構(gòu)；變速方式 — 孔盤變速；開停裝置 — 直接控制電機(jī)開停裝置；制動裝置 — 電磁離合器制動；換向裝置 — 電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；軸與齒輪的計算轉(zhuǎn)速的確定； 齒輪設(shè)計： 1）確定 6Z =36, 7Z =50所需要的模數(shù)， m=） 驗算齒根彎曲強(qiáng)度，經(jīng)計算滿足強(qiáng)度要求； 主軸組件的計算： 1） 主軸組 件結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。包括 主軸直徑 D、內(nèi)徑 d、懸伸量 a和支承跨距 L等。 D1=90mm， d= 35mm, a=80mm, L0=227mm, L合理=250mm。 2）主軸的結(jié)構(gòu)和組件的布置。 3）主軸組件的剛度驗算，經(jīng)過計算滿足強(qiáng)度要求。主軸的驗算主要是剛度的驗算，與一般軸著重于強(qiáng)度的情況不同，通常能滿足剛度要求的主軸也能滿足強(qiáng)度的要求。剛度分為彎曲剛度與扭轉(zhuǎn)剛度兩種。彎曲剛度用軸在受力時產(chǎn)生的撓度（ y）及傾角（θ）來度 量；扭轉(zhuǎn)剛度用軸在受力時每 1m長度產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角（ ? ）來度量。主軸的直徑相差不大且計算精度要求不高，所以我們把軸看著等徑軸，采用平均直徑（各直徑之和除以直徑數(shù)）來進(jìn)行計算。我們將軸簡化為集中載荷下的簡支梁。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我對大學(xué) 三 年所學(xué)的 基礎(chǔ)課程知識 和專業(yè)課的知識進(jìn)行了一次總的復(fù)習(xí)，特別是對 加工中心 的知識如 加工中心 的總體設(shè)計、傳動系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等有了一個比較深入的理解，使自己的綜合專業(yè)水平達(dá)到一個新的臺階。通過這次設(shè)計，還提高了自己應(yīng)用 Word 軟件和 autoCAD 繪圖軟件的基本能力，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下了 比較好 的基礎(chǔ)。 主要參考文獻(xiàn) [1] 顧熙棠，遲建山，胡寶珍 .《金屬切削機(jī)床》（下冊） .上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社 [2] 《機(jī)床設(shè)計手冊》編寫組編 .《機(jī)床設(shè)計手冊》第二冊（上） .北京：機(jī)械工出版社， [3] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱市教育局《專用機(jī)床設(shè)計與制造》編寫組 .《專用機(jī)床設(shè)計與制造》 . 哈爾濱：黑龍江人民出版社， 1979. 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