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正文內(nèi)容

機床主軸設計及ansys分析畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-08-08 01:57本頁面
  

【正文】 產(chǎn)品的一個必經(jīng)環(huán)節(jié)。一項工程圖的繪制往往是需要數(shù)次的修改后才能完成的。他們用草圖表達設計思想,手法不一。但是由于項目的多樣性,多變性,使手工繪圖周期長,效率低,從而阻礙了建設的發(fā)展。隨著計算機的迅猛發(fā)展,工程界的迫切需要,計算機輔助繪圖(Computer Aided Drafting)應運而生。進入80年代,微型計算機的迅猛發(fā)展,使計算機輔助工程設計逐漸成為現(xiàn)實。計算機繪圖是通過編制計算機輔助繪圖軟件,將圖形顯示在屏幕上,用戶可用光標對圖形進行編輯及修改。由于微機和各種外部設備的進一步發(fā)展,計算機輔助繪圖軟件的開發(fā)也得到長足的發(fā)展。這時,各種設計數(shù)字,文字,圖形等都能存放在計算機的內(nèi)存或外存里,并能快速地檢索及調用。CAD能夠減輕設計人員的計算畫圖等重復性勞動,使其專著于設計本身,縮短設計周期和提高設計質量。AUTOCAD,PRO/E,SOLIDWORKS,UG等軟件已經(jīng)開發(fā)出來了幾代產(chǎn)品。 國內(nèi)外機床動靜態(tài)特性研究現(xiàn)狀主軸單元的動靜態(tài)特性包括主軸的變形、共振頻率、臨界轉速和動態(tài)響應等,其對主軸速度和精度性能有極大的影響,早在上世紀20年代就開始了有關研究。六十年代初,開始出現(xiàn)最佳跨距計算,使主軸的結構設計有了很大的改進,由于計算方法和手段的限制,對動力學模型通過簡化后,只能圖解法或解析法分析,方法繁瑣,計算精度低。美國工程師們進行了機床動態(tài)設計與控制相結合的研究,Michigan大學T.jiang應用有限元法和動態(tài)分析的基礎上,用數(shù)學模型來模擬機床的連接形式,建立了機床整機的動力學模型,并對機床結合面連接件的位置和數(shù)量進行了拓撲優(yōu)化。 蘭州理工大學吳暉對Q3808A無心車床的主軸系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)的動力學特性進行了研究[2]。建立了機床傳動系統(tǒng)基于Riccati傳遞矩陣法的動力學模型以及與之相應的數(shù)學模型,獲得了傳動系統(tǒng)扭轉振動時有關其固有頻率方面的信息。東南大學倪曉宇,基于ANSYS軟件針對機床組件進行有限元分析和優(yōu)化設計的專用軟件系統(tǒng)的研究與開發(fā)[4]。機床動靜態(tài)分析的原理方法是具有共性的,用動靜態(tài)分析的原理方法來分析具體的機床是有其特殊性的,所以,在有限元方法在數(shù)控車床設計中的應用方面做一些探討是有意義的。3.ANSYS對主軸進行應力分析,得到主軸的應力狀態(tài),用于指導實踐。 研究內(nèi)容 數(shù)控車床主軸結構設計1.主軸組件的基本要求。在本論文第二章有詳細敘述。要綜合考慮軸承的搭配,如何選用合適的軸承,軸承的使用壽命等問題。3.主軸的主要參數(shù)設計。在本論文第五章有詳細敘述。主軸是數(shù)控車床的關鍵部位,其結構優(yōu)劣對數(shù)控車床的性能有很大的影響,因此,在設計的過程中要多加注意。零件的定位,材料的熱處理等也會影響到數(shù)控車床的整體性能,故在設計時也需要多加注意。主軸組件通常由主軸、軸承和安裝在主軸上的傳動件等組成。所以主軸組件的工作性能,對加工質量和機床生產(chǎn)率有重要影響。 特殊要求主軸是直接帶著工件進行切削的,機床的加工質量,在很大程度上要靠主軸組件保證。 旋轉精度主軸的旋轉精度上是指裝配后,在無載荷,低轉速的條件下,主軸前端工件或刀具部位的徑向跳動和軸向跳動。還決定于主軸轉速,支撐的設計和性能,潤滑劑及主軸組件的平衡。 靜剛度 主軸組件的靜剛度(簡稱剛度)反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。各類機床主軸組件的剛度目前尚無統(tǒng)一的標準。振動表現(xiàn)為強迫振動和自激振動兩種形式。目前,尚未制定出抗振性的指標,只有一些實驗數(shù)據(jù)可供設計時參考。主軸組件受熱伸長,使軸承間隙發(fā)生變化。主軸箱因溫升而變形,使主軸偏離正確位置。由于受熱膨脹是材料固有的性質,因此高精度機床要進一步提高加工精度,往往受熱變形的限制。 耐磨性主軸組見的耐磨性是指長期保持原始精度的能力,即精度保持性。為了提高耐磨性,一般機床主軸上的上述部分應淬火至硬度HRC60左右,深約1mm[5]。因此,選材的依據(jù)一般不用強度。各種材料的彈性模量幾乎相同,因此剛度也不是選材的依據(jù)。普通機床的材料通常是45號或60號優(yōu)質中碳鋼,數(shù)控機床需調質處理[6]。前軸承到主軸前端的距離(稱懸伸量)應盡可能小一些。主軸中孔用與通過棒料,拉桿或其它工具。數(shù)控車床主軸關鍵零部件的設計與應力分析第三章 主軸軸承的選擇 軸承的選型主軸軸承是主軸組件的重要組成部分,它的類型、結構、配置、精度、安裝、調整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。滾動軸承摩擦阻力小,可以欲緊,潤滑維護簡單,能在一定的轉速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。雖然與滑動軸承相比,滾動軸承的噪聲大,滾動體的數(shù)目有限,剛度是變化的,抗震性略差,但總體來說,數(shù)控機床主軸組件在可能的條件下,應盡量使用滾動軸承,特別是大多數(shù)立式主軸和主軸在套筒內(nèi)能夠作軸向移動的主軸。由于滾動軸承有許多優(yōu)點,加之加工精度的提高,所以,一般情況下數(shù)控機床應盡量采用滾動軸承,只有要求加工表面粗糙度數(shù)值和小時,且主軸又是水平的機床時才用滑動軸承,而本設計內(nèi)容為小型加工中心主軸組件設計,所以要選用滾動軸承了。主軸支承分徑向和推力支承。主軸軸承,可選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承和角接觸球軸承。為了提高精度和剛度,主軸軸承的間隙應該是可調的。下面簡述幾種常用的數(shù)控機床主軸軸承的結構特點和適用范圍。NNU4900K系列雙列圓柱滾子軸承內(nèi)圈可分離,NN3000K雙列圓柱滾子軸承外圈可分離。 雙列圓柱滾子軸承雙向推力角接觸球軸承BTAA/BTAB。角接觸球軸承(70C/70AC),這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。a1=15176。的編號為7000AC型(舊代號為46100型),屬于特輕型;或編號為7190AC型(舊代號為46900型),屬于超輕型。的編號為7000C型(舊代號為36100型),屬于特輕型;或編號為7190C型;或編號為7190C型(舊代號為1036900型),屬于超輕型。的軸向剛度較高,但徑向剛度和允許的轉速略低,多用于車、鏜、銑加工中心等主軸;α=15176。這種軸承為點接觸,剛度較低。 雙列圓柱滾子軸承3.2軸承精度軸承的精度,分為0五級,其中2級最高,0級為普通精度級。高精度主軸可用P2級。P6級和P0級一般不用。由于軸承的工作精度主要決定于旋轉精度,箱體孔和主軸軸頸是根據(jù)一定的間隙和過盈要求配作的。 不同精度等級的機床。 主軸軸承精度機床精度等級前軸承后軸承普通精度等級P5或P4(SP)P5或P4(SP)精密級P4(SP)或P2(UP)P4(SP)高精度級P2(UP)P2(UP) 軸承間隙調整和欲緊主軸軸承的內(nèi)部間隙,必須能夠調整。軸承欲緊后,內(nèi)部無間隙,滾動體從各個方向支承主軸,有利于提高運動精度。欲緊后,滾動體和滾道都有了一定的變形,參加工作的滾動體將更多,各滾動體的受力將更均勻。如主軸產(chǎn)生振動,則由于各個方向都有滾動體支承,可以提高抗振性。本設計為小型加工中心主軸組件設計,功率相對較小,所以取中欲緊。 本設計軸承結構選用第四章 傳動系統(tǒng)的設計按照設計要求以及工作條件,選用Y系列三相異步電動機,臥式封閉結構,電壓380V。由于此處的傳動系統(tǒng)為7級精度圓柱直齒輪傳動,根據(jù)機械設計手冊[8]取η=,所以 Pr=Pwη== (42)為滿足Pm≥Pr的條件,根據(jù)已知條件,主軸轉速為1450r/min,選同步轉速為3000 r/min的電動機,其型號為Y132S12。表41電動機數(shù)據(jù)表電動機型號額定功率(Kw)同步轉速(r/min)滿載轉速(r/min)總傳動比Y132S12300029002 綜上,滿載轉速為2900r/min,電動機中心高H=132mm。,精度等級、材料及齒數(shù)1.根據(jù)傳動方案,選用直齒圓柱齒輪傳動。3.材料選擇。4.選小齒輪齒數(shù)z1=24,大齒輪齒數(shù)z2=uz1=224=48。6.設計計算 m≥321041242= (423) 對比計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù),=1. 5,按接觸強度算得的分度圓直徑 d1=,算出小齒輪的齒數(shù) z1=d1m==27 (424) z2=uz1=227=54 (425)1.計算分度圓直徑 d1=mz1=27= (426) d2=mz2=54=81mm (427)2.計算中心距 a=d1+d22= (428)3.計算齒輪寬度 b=?dd1= (429)取B2=41mm,B1=46mm Ft=2T1d1=2= (430) KAFtb=1=100Nmm (431)T1為以計算得出的小齒輪傳動轉矩。數(shù)控車床主軸關鍵零部件的設計與應力分析第五章 主軸主要參數(shù)的計算及校核主軸的構造和形狀主要決定于軸上所安裝的傳動件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝方法等。為了便于裝配,常把主軸做成階梯形。主軸頭部已標準化。 主軸的主要參數(shù)的計算主軸的主要參數(shù)包括主軸的平均直徑D(或前軸頸直徑D1),主軸內(nèi)徑d(對于空心主軸而言),前端的懸伸量a和主軸支承跨距L等。 前軸頸直徑D1主軸前軸頸直徑D1的增大能大大提高主軸的剛度,但也會使主軸上的傳動件和軸承的徑向尺寸加大。D1可根據(jù)機床主電動機功率來確定。 主軸前軸頸直徑D1的大?。▎挝唬簃m)功率(Kw)D1機床~2~3~5~~11車床60~8070~9070~10595~130110~145銑床及加工中心50~9060~9060~9575~10090~105外圓磨床——50~6055~7070~8075~90已知功率P=,且為數(shù)控車床,查上表可取D1=100mm主軸后軸頸直徑D2小于前軸頸直徑D1,一般D2= (~)
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