C5225型立式车床横梁提升箱设计.doc
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1、摘 要在立式车床工作时,立式车床通过横梁的提升来实现刀架在垂直方向的运动。本设计是根据设计任务书的要求对C5225型立式车床的横梁提升箱进行结构设计计算。横梁提升箱的设计主要包括三方面的设计,即:首先,根据设计任务书所给的技术参数和结构要求,确定其它有关的运动参数,选定各传动轴的转速值;通过分析比较,选择传动方案;确定齿轮齿数;绘制传动系统图。其次,根据电动机功率,各传动轴及各传动件的计算转速,初定轴的直径、齿轮模数;装配草图完成后要验算传动件(传动轴、齿轮、滚动轴承)的刚度、强度或寿命。最后,完成运动设计和动力设计后,要将传动方案“结构化”,设计横梁提升箱装配图及零件图,侧重进行传动组件、变
2、速机构、箱体、密封与润滑、传动轴的设计。关键词:立式车床;传动;提升箱ABSTRACTwhile the vertical lathe is working, it achieve the movement of knife rest in the vertical direction through the beams lifting. The design is the structural design and calculation of C5225 vertical lathes beam ascending box based on the design specification
3、 requirements. The design of beam ascending box mainly includes three aspects, namely, firstly, determine other relevant motion parameters and select rotate speed of each drive shaft; choose transmission scheme through analysis and comparison; determine the pinion gear; draw the transmission system
4、diagram based on design specification requirements of the technical parameters and structure requirements. Secondly, preliminarily determine axis diameter and module of gear according to motor power and the calculation speed of drive shaft and driving medium; checking driving mediums stiffness stren
5、gth and life, such as, drive shaft, gear, rolling bearing after completion of assembly sketches. Lastly, driving scheme will be structured after completing movement design and power design, also need to design the assembly drawing and parts drawing of beam ascending box, especially the design of dri
6、ving medium, gear shifting mechanism, box, drive shaft, seal and lubrication.Key words:vertical lathe, transmission system , ascending box目 录摘要. . .I ABSTRACT .II1 前言. .11.1 综述.11.2 本次设计的主要研究工作. .22 总体方案的确定. . .32.1 设计参数. . . .3 2.2 确定传动方案. . .32.3 选定电动机. . . .33 传动系统的设计. . . . . .43.1 传动比的确定. . . .
7、4 3.2 运动参数和动力参数的计算.43.3 斜齿轮传动的设计计算.53.4 蜗轮蜗杆传动的设计计算.64 轴的设计.94.1 轴的材料和热处理.94.2确定轴的最小直径.94.3 丝杠的选用.94.4 轴的结构设计.105 典型零件的选择及设计.105.1 轴承的选择.135.2 键的选择.145.3 轴承座的设计.156 箱体的设计.166.1箱体的材料及热处理.166.2 结构设计.167 密封与润滑.167.1 润滑.16 7.1.1 脂润滑.16 7.1.2 油润滑.177.2 密封.178结论.18参考文献.19致谢.201前言1.1综述机械工业肩负着为国家各部门提供各种先进装备
8、的重任,而机床工业则是机械工业的重要组成部分,是为机械工业提供制造技术和装备的工业。机床的拥有数量、产量和机床的质量,是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。因此,机床工业在国家经济发展中占有极其重要的地位。我国是一个传统的机械制造大国,机床在国家经济中的地位尤其重要。为了发展经济,我国在艰难地发展民族机床制造叶的同时,积极地引进了世界先进技术与设备。我们一方面与世界上先进的机床制造企业合作,生产出高水平的各类机床;另一方面直接购买大量的各种类型的车床。这为我国经济的快速发展起到了巨大的作用。但是由于我国购买先进机床周期较短,造成国内现在存在大量的陈旧落后的机床。为此投入少,收效大的机床大修是提
9、高是发展中国机床行业的捷径和有效手段,符合国情。各种机床中,金属切削机床是使用最广泛、数量最多的机床类别,它是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器,是制造机器的机器,所以又称为“工作母机”或“工具机”。立式车床作为金属切削机床的主要类型之一,在机械制造行业中占有十分重要的地位。立式车床属于大型机械设备,用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对小,形状复杂的大型和重型工件。如各种盘、轮和套类工件的圆柱面,端面,圆锥面,圆柱孔,圆锥孔等。亦可借助附加装置进行车螺纹,车球面,仿形,铣削和磨削等加工。与卧式车床相比,立式车床主轴轴线为垂直方向,工作台台面处于水平平面内由导轨支撑,因此工件的夹装和找正比较
10、方便,切削时比较平稳。这种布局减轻了主轴及轴承的载荷,因此立式车床能够较长期的保持工作精度,大量加工实践证明,将卧式车床站起来使用(变成了立式车床)反倒显示出了更多的优越性,如占地面积小、排屑更加方便、承载能力增加等。同时立式车床还具有很好的主轴旋转精度和较强的切削能力,更加有利于实现生产的自动化,所以对立式车床的使用和需求也越来越多,对立式车床结构的改造也越来越多。立式车床的刀架在垂直方向上的运动通过横梁的升降来实现,而横梁的升降运动是由交流电动机(横梁电动机)旋转,经减速后通过两根横梁升降丝杠带动横梁升降。由此可见横梁升降运动是立式车床工作时的一种重要运动,而横梁提升箱则是立式车床上最重要
11、的传动部分之一。横梁提升箱的结构特性对立式车床的加工精度、切削效率、使用寿命等方面有很大的影响,因此,有必要对立式车床上横梁提升箱的结构进行优化。对横梁提升箱的设计从根本上来说是对机床传动系统的设计。设计机床传动系统时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体结构进行具体分析一般应满足的基本要求:满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性,如提升箱的传动轴由足够的转速,满足机床传递动力的要求。电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩,具有较高的传动效率;满足机床工作性能要求。传动中所有零部件具有足够的刚度、精度和抗震性,热变形特性稳定;满足产品的经济性要求。传动链
12、尽可能简短,零件数目要少,以便节约材料,降低成本。立式车床一般可分为单柱式和双柱式,本次设计中的C5225立式车床是双柱立式车床。C5525立式车床由立柱、横梁、滑座、滑枕、刀架、圆形工作台等组成。该机床可以车削圆柱、圆锥和平面,镗圆柱与圆锥孔,粗加工铸铁、钢及有色金属件。机床的操纵都集中在悬挂操纵箱上进行。1.2本次设计主要的研究工作本设计是分析目前市场中存在的车床横梁提升机构存在的不足,根据要求对横梁提升机构做一次全面的改进,设计出能够达到提高传动效率,保证加工精度的目的的传动结构,使立式车床进一步优化。这次设计所要做的主要工作有:1.为横梁提升箱的设计提出合理的方案;2.根据确定的方案,
13、进行设计计算,完成整个传动系统以及重要零部件的结构设计,绘制横梁提升箱的装配图和所设计零件的零件图;3.完成横梁提升箱的设计说明书。2 总体方案的确定2.1设计参数本次设计的横梁提升箱的主要参数有:电机功率7.5 KW;丝杠最大转速38 r/min;提升重量约6吨。2.2确定传动方案 本次设计中,需要用一台电机同时驱动两侧丝杠转动,两侧的传动系统是对称的,故需要用蜗轮蜗杆传动来变向,同时大幅度的减速,经实地考察和验证之后,确定本次设计的传动方案,如下图1.电机 2.联轴器 3.齿轮 4.蜗杆 5.蜗轮 6.丝杠图 1注:传动机构使是对称的,本设计只针对一侧展开设计。2.3选定电动机 电动机的功
14、率选择是否合理对于电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选的过小,不能保证工作机的正常工作或使得电动机长期过载而过早损坏;电动机的功率选择过大,则电动机价格提高,且经常不在满载下运行,电动机功率和效率因数都较低,造成很大的浪费。此系统中,电机启动比较频繁,适用YZR、YZ系列三相异步电动机。它具有较大的过载能力和较高的机械强度,特别适用于短时或断续周期运行、频繁起动和制动、有时过载负荷及有显著的振动与冲击的设备。根据此次设计中负荷的性质选用额定工作制为S4或S5的电动机。综合以上要求选用YZR180L-8型三相异步电动机,额定电压380 V,额定功率7.5 KW,转速729 r/min。3 传
15、动系统的设计3.1传动比的确定总传动比=19.18在蜗轮蜗杆传动中,蜗杆头数多,可提高效率,但过多会给加工带来困难,此次设计中选取蜗杆头数为2,即=2。当蜗轮齿数45HRC,可从表中查得蜗轮的基本许用应力=268 MPa应力循环次数取25寿命系数=0.6687则=0.6687268=179.2 PMa(6)计算中心距=158.256 mm初步所定蜗轮头数为=2,蜗轮齿数为=31,查找蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数匹配表,中心距取为=160 (mm),取模数=8(mm),直径系数=10。直径系数越大,分度圆直径就越大,蜗杆的刚度和强度就相应提高,本次设计中直径系数在选定系数的基础上加1,即=1
16、1,。这时=0.52,从图中查得接触系数=2.53,因此以上计算结果符合要求。同时,考虑到箱体结构以及箱体内零件的安装,蜗轮蜗杆中心距可适宜增大,蜗轮齿数增加2个,即=33。那么中心距为=176(mm)。 4.蜗轮与蜗杆的主要参数与几何尺寸(1)蜗杆轴向齿距=25.133;直径系数=11(mm);齿顶圆直径=88(mm);齿根圆直径=65(mm);分度圆导程角=。(2)蜗轮蜗轮齿数=33; 蜗轮分度圆直径=833=264(mm);蜗轮喉圆直径=+2=264+28=280(mm);蜗轮齿根圆直径=- 2=264 - 28=248(mm);蜗轮咽喉母圆半径=-2=176 - 1/2280=36(m
17、m)。4轴的设计4.1轴的材料和热处理此系统中轴受载荷后允许的弹性变形是很小的,为保证主轴有足够的耐磨性和冲击韧性,一般机床上的传动轴采用价格便宜、性能良好的45号钢并进行调制处理。提高传动轴有关表面硬度,增加耐磨性,在长期使用中不至于丧失精度,这是对传动轴热处理的根本要求。机床传动轴在一定部位上承受着不同程度的摩擦,传动轴与滚动轴承配合使用时,轴颈表面具有适当的硬度可改善装配工艺并保证装配精度,通常硬度为HRC40-50即可满足要求。一般机床的传动轴,淬火时要求无裂纹,硬度均匀;淬硬层深度不小于1 mm,最好1.52 mm,使精磨后仍能保留一点深度的淬硬层,传动轴热处理后变形要小。螺纹表面一
18、般不淬火;淬火部位的空刀槽不能过深,台阶交接处应倒角。局部高频淬火可提高局部接触面的硬度增加其使用寿命。故一般传动轴加工的主要工序可设计为:下料粗车调质精车局部高频淬火圆磨。4.2确定轴的最小直径计算公式为 (4.1)- 轴的传递功率,KW- 轴的转速,r/min- 根据材料查得与电机相连轴和蜗杆轴均选取轴的材料为45钢,调制处理。取=112轴1:=19.26(mm)蜗杆轴:选定齿轮数之后的传动比为=1.2285,所以=729/1.2285=593r/min 于是,=20.36(mm)两轴直径最小值均选定为45 mm。4.3 丝杠的选用丝杠是横梁提升箱的关键部件之一,它的精度直接关系到设备运行
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