SK360車床主軸箱改進設(shè)計（三江）

SK360車床主軸箱改進設(shè)計（三江）,sk360,車床,主軸,改進,改良,設(shè)計,三江 三江學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 題目和要求 這次設(shè)計是對江西儀表廠的SK360型車床主軸箱進行改進設(shè)計，主要要求是簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高性能，適應(yīng)市場需求，以提高競爭力，改進為剛性高，噪音低，工藝性好，操作可靠，維修方便，經(jīng)濟實用性的機床。 SK360車床用途廣泛，社會擁有量 ，適用于各種車削工作，如車削各種零件外圓柱表面，端面及鉆孔、鉸孔及車削內(nèi)控，車削各種公制、英制、模數(shù)及徑節(jié)螺紋。棄床頭箱中和這次設(shè)計有關(guān)參數(shù)有： 中心高：190mm 最大工件長度：880mm 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑：Ф360mm 床鞍上最大回轉(zhuǎn)直徑：Ф210mm 主軸孔錐度：莫氏短6 號 主軸孔直徑：Ф37mm。 主軸正轉(zhuǎn)種數(shù)：12種。 主軸正轉(zhuǎn)速范圍：37---1500r/min。 主軸反轉(zhuǎn)種數(shù)：6種。 主軸反轉(zhuǎn)范圍：122---1538r/min。 主電機功率：2.2Kw 1400r/min 現(xiàn)工廠據(jù)用戶要求，提出改進的具體要求是： 1.主軸轉(zhuǎn)速：nmax=1400r/min,nmin=30—45r/min,z=10—12;主電機功率：N=4kw. 主軸孔徑大于原機。 2.控制振動，噪聲和熱變形，提高靜、動態(tài)性能。 3．盡量利用原傳動軸孔位置以便沿用原鏜模工藝裝備，原主軸、進給輸出軸位置不得改變。 4.根據(jù)課題要求，對SK360車床主軸箱結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)進行分析，在參考SK360、CN6136D等Φ360車床基礎(chǔ)上,對原傳動系統(tǒng)和箱體結(jié)構(gòu)進行改進,得到這臺車床. 第二章 傳動設(shè)計 1.SK360車床主軸傳動系統(tǒng)的現(xiàn)狀： SK360的主軸傳動系統(tǒng)如圖2-1所示，它是在C618K型車床基礎(chǔ)上設(shè)計定型的，主要是齒數(shù)方面有所變化，有一定進步，但仍存在以下不足之處： 圖2-1 主軸傳動系統(tǒng) （1）主傳動軸根數(shù)為4，傳動軸多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加加工和裝配程序，傳動效率不高，剛度和精度都要收到影響，增加噪聲； （2）主軸孔徑為38mm，工藝范圍收到限制，滿足不了用戶的需求； （3）工藝裝片式摩擦離合器，操縱機構(gòu)曲折復(fù)雜，工作噪聲大，而且發(fā)熱，裝修不方便； Ⅲ軸裝抱閘制動，產(chǎn)生噪聲和摩擦熱，制動效果不理想，且制動時電機空轉(zhuǎn)，造成空耗，形成了浪費； （4）反向軸Ⅶ采用臂式結(jié)構(gòu)，孔加工工藝性很差，位置精度不易保證，故齒輪齒合不良，并正向時空轉(zhuǎn)，造成空耗和噪聲； （5）主軸傳動齒輪用斜齒輪，雖然能提高強度，但產(chǎn)生軸向力，對加工精度不利； （6）Ⅱ軸兩齒輪塊用集中操縱，雖然操作方便，但加工曲線槽不方便，而增加兩對齒輪和Ⅸ軸，另外為滑移Ⅲ軸而增加Ⅷ軸而造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝修麻煩。 2.幾種傳動方案的比較： 根據(jù)以上對SK360型車床分析和設(shè)計任務(wù)的要求，擬如下幾種傳動方案： （1）三根軸 a.三軸單速電機 既要三軸，按一般傳動組不用4個傳動副，所以最多是9級，這就考慮軸數(shù)少而變速級數(shù)多的折回變速系統(tǒng)，由于輸入軸和輸出軸不同，當(dāng)用雙折回變速系統(tǒng)和一個三傳動的變速組，其傳動圖如圖2-2 圖2-2 三軸傳動系統(tǒng) 這種傳動方案φ=1.41，Z=12，轉(zhuǎn)速安排合理整齊，設(shè)重復(fù)轉(zhuǎn)速，并傳用單速電機，是比較理想的方案。但有一個小齒輪，在結(jié)構(gòu)上有一定麻煩。 b.三軸和雙速電機 由于雙速電機相當(dāng)一個變速組，對于減少軸根數(shù)可行，從而列出如圖2-3轉(zhuǎn)速圖 圖2-3 三軸雙速電機 這種傳動方案也可行，但要用雙速電機，成本高，并且有一個空檔，造成浪費。 （2）二根軸和雙速電機 用雙速電機和2根軸也可以實現(xiàn)本設(shè)計的要求，雙軸間傳動副為折回機構(gòu)，轉(zhuǎn)速圖如圖2-4所示，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但由于采用雙速電機，一樣有成本高的不足之處。 圖2-4 二軸雙速電機 （3）傳動方案的確定： 根據(jù)以上3種可行性方案的分析，以國情和實用情況的考慮，決定采用第一種方案。 3．電機和帶傳動： 電機：由于功率N=4Kw，而最高轉(zhuǎn)速最好和主軸轉(zhuǎn)速相近 選用電機：Y112M-4，參數(shù)為額定功率4Kw，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min 皮帶：根據(jù)計算功率Nj=Kw Nd=1.2*4=4.8Kw和最小帶輪n1=1440r/min，查表選用B型帶，帶根數(shù)類比原車床用了3根 帶輪：由于受箱體外輪蓋影響，小帶輪不太大，根據(jù)允許值取D1=Φ84mm，D2=1/iD1(1-ε)=202*84*(1-0.03)=170mm. 4．Φ360車床箱體結(jié)構(gòu)的對比： 由于這次設(shè)計是改進設(shè)計，要求與整體聯(lián)系不變，外形尺寸盡量保持，所以要對Φ360車床主軸箱的結(jié)構(gòu)進行分析，從而確定箱體大體結(jié)構(gòu)。 這次改進的另一要求是把主軸孔擴大，因為SK360已經(jīng)把主軸孔徑加大到Φ53mm。在觀察SK360床頭箱與原機床頭箱外形尺寸基本不變，而與整機聯(lián)系的基準(zhǔn)都是與前面相距230±0.5mm的凸臺，所以SK360的箱體最具參考價值，并盡量和它一致，以減少工藝裝備。 5齒輪齒數(shù)的確定： 由于箱體結(jié)構(gòu)參考SK360，為了達到盡量用原有加工工藝裝備和零部件的目的，箱體上軸系孔的位置和尺寸大小應(yīng)盡量保持，并且只用其中的三個主傳動系。 觀察SK360格傳動軸的空間關(guān)系，原Ⅳ軸孔現(xiàn)仍為主軸Ⅲ孔，另Ⅰ和Ⅱ軸之間有一大傳動比，有大齒輪，要求軸距大，為防干涉，取原Ⅰ、Ⅱ軸為Ⅰ和Ⅱ軸孔。 由于中心距已定，為使齒輪和2和不大于100，兵參考其他車床齒輪模數(shù)，選第一傳動組模數(shù)為m1=2.5mm,而第二傳動組模數(shù)為m2=3mm,從而 ZI=125.694/2.5/2=100.55 ZII=147.526/3/2=98 查表當(dāng)i=1，1.4，2，2.8時，都有Z的是102，于是得 Z1=34 Z2=102-34=68 Z3=42 Z4=102-42=60 Z5=51 Z6=102-51=51 Z7=27 Z8=102-27=75 同理，當(dāng)i=0.5，4時，ZII=99，于是 Z9=66 Z10=99-66=33 Z11=20 Z12=99-20=79 從而得到傳動系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖，如圖2-5，其進給部分參考SK360 圖2-5 三軸傳動系統(tǒng) 第三章 展開圖設(shè)計 1．齒輪設(shè)計 a.第一傳動組，已知m2=2.5，未變位嚙合角α0=20，傳動中心距A=125.694，ha*=1，c*=0.25 （1）未變位時中心距A0=ZεI/2 Mi=102/2*2.5=127.5mm （2）嚙合角α=arc cos(A0/A*cosα0)= arc cos(127.5/125.694*cos20)=170361 （3）變位系數(shù)和：XΕi=（invα-invα0）*IΕi/I =（inv170361-inv200）*102/2 =-0.249 （4）變位系數(shù)：查表得 X1=1.0,X2=-1.249 X3=1.0,X4=-1.249 X5=1.1,X6=-1.349 X7=1.1,X8=-1.349 （5）分度園直徑：d1=85mm d2=170mm d3=105mm d4=150mm d5 =d6=127.5mm d7=67.5mm d8=187.5mm （6）齒頂園直徑：da1=95mm da2=168.76mm da3=115mm da4=148.76mm da5=125.76mm da6=138mm da7=78mm da8=185.76mm （7）齒根圓直徑：df1=83.75mm df2=157.51mm df3=103.75mm df4=137.51mm df5=114.51mm df6=126.75mm df7=66.75mm df8=174.51mm b．第二轉(zhuǎn)速組 MⅡ=3mm，α0=200，ha*=1，c*=0.25，A=147.526 （1）未變位時中心距：A=IεⅡ/Im2=99/2*3=148.5mm （2）嚙合角：α=arc cos(A0/A*cosα0)= arc cos(148.5/147.526*cos200)=180561 （3）變位系數(shù)和：IεⅡ=（invα-invα0）*IΕi/I =（inv180561-inv200）*99/2 =-0.117 （4）變位系數(shù)：查表得 X9=1.1,X10=-1.217 X11=1.2,X12=-1.317 （5）分度園直徑：d9=198mm d10=99mm d11=60mm d12=237mm （6）齒頂園直徑：da9=210.6mm da10=98.3mm da11=73.2mm da12=235.1mm （7）齒根圓直徑：df9=197.1mm df10=84.2mm df11=59.7mm df12=221.6mm 齒輪13：m13=1.5 Z=67 X13=-0.6 d13=100.5mm da13=101.7mm df13=106.05mm 齒輪14：m13=1.5 Z=55 X14左=-0.36 X14右=-0.36 d14=82.5mm da14左=84.42mm da14右=86.58mm df14左=77.67mm df14右=79.83mm 齒輪15：m15=1.5 Z=90 X15=-0.36 d15=135mm da15=136.92mm df15=139.83mm 2．制動器設(shè)計 選擇材料： 1. 銜鐵 材料08 2. 制動片 甲醛苯酚 查表：f=0.35 [P]=3.5kgf/mm2 由于受皮帶輪結(jié)構(gòu)：取制動片外徑D2=130mm D1=90mm 從而軸向力： Q=π/4(D22- D12)[P]= π/4(1302-902)*3.5=2.4*105N 線圈和匝數(shù)在根據(jù)資料計算 3．I軸及其組件設(shè)計： 在皮帶輪，制動器，各齒輪結(jié)構(gòu)尺寸確定的情況下，可以進行展開圖設(shè)計，先安排軸齒輪，由于箱體尺寸已確定，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安排可以參考SK360。在空間允許的情況下，齒輪盡量左移，因為右部還有一個二個傳動副的傳動組，并且中間墻壁左移，可以提高Ⅰ軸剛度。Ⅰ軸靠右肩和彈性擋圈定位，其支撐軸采用原型號，以便充分利用原有零件。Ⅰ軸左端由于制動Ⅲ的結(jié)構(gòu)安裝，不用原來的卸荷裝置，以減少軸端變形。另外，風(fēng)扇及其部件用原結(jié)構(gòu)。 4． Ⅱ軸及其組件設(shè)計： 類比SK360，軸徑用Φ40，左邊是光軸，其定位與Ⅰ軸相同，右邊是花鍵軸， 有兩滑移齒輪，兩端支撐用原結(jié)構(gòu)，另加一中支撐，以提高Ⅱ軸剛度。Ⅱ軸由兩端圓錐滾子軸承定位。 5．主軸組件設(shè)計： 由于SK360是C618-2A改進型，孔徑已擴為Φ53，主軸及其組件基本上參 考SK360結(jié)構(gòu)。主軸后端定位，前后支持可以分別調(diào)整。 6．Ⅵ和Ⅴ軸： 由于和整機連接關(guān)系不變，并原結(jié)構(gòu)沒有什么明顯不好，故而用原結(jié)構(gòu)。 離心式離合器： 小型車床通過電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)是常見的，其主軸箱也較為簡單。但這種方法在中型車床卻不多見，主要因為中型車床主電機功率大，傳動鏈長，傳動及主軸慣量大，因而啟動、制動力矩較大。電機帶主軸系統(tǒng)直接啟動時，電機處于一定負荷下啟動，因而瞬時啟動電流很大，頻繁正反轉(zhuǎn)會引起電機過熱，甚至燒電機。能否解決這一問題，成為新型短鏈主傳動能否在中型車床上使用的技術(shù)關(guān)鍵。 為了解決這一問題，我們經(jīng)過多次考慮后，選用LL-12A帶制動離心式離合器。該裝置安裝在電機軸上，其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1 LL-12A型帶制動離心式離合器 電機不轉(zhuǎn)動時，離心塊不靠拉簧8的拉力架緊貼在軸套1上，軸套通過平鍵與電動機Ⅰ輸動軸連接。電動機啟動瞬間，皮帶輪4不立即隨軸套1轉(zhuǎn)動，從而避開了帶負荷啟動而產(chǎn)生的過大沖擊電流。 第四章 截面圖設(shè)計 截面圖主要是表示主軸箱各軸空間位置，并于展開圖配合，以表示操縱機構(gòu)，潤滑等。 1．操縱機構(gòu) 為簡化機構(gòu)，本車床群補采用普通的擺式單獨操縱機構(gòu)，并且手柄，手柄座，鋼球，壓縮彈簧，圓錐銷，定位板和螺釘盡量用統(tǒng)一規(guī)格，以便裝配和制造方便。在設(shè)計操縱機構(gòu)時，應(yīng)注意使偏移量小，以便操縱省力，并注意滑移齒輪的齒輪長度應(yīng)足夠長，以防止自鎖，如齒輪3.另外，操縱機構(gòu)應(yīng)安全可靠，不能相互碰撞和干涉。 2．潤滑系統(tǒng) 本車床潤滑系統(tǒng)參考C618K-2A型，右箱使用風(fēng)扇飛濺潤滑，左邊箱靠Ⅰ軸上齒輪濺油。 3．箱體和箱蓋 改進后的車床在箱體上比較大的改進在于Ⅳ、Ⅴ軸右支撐做成的整體式，中間墻壁也是整塊，提高箱體剛度。箱體和槽箱蓋都開有回油槽以密封。 第五章 傳動件驗算： 1．小齒輪的模數(shù)：已知 Z=20,n=710r/min,N=4Kw （1）查表得載荷系數(shù)K中使用系數(shù)KA=1.25，KV=1.0 動載系數(shù)KV=0.37 εx=[1.88-3.2(1/20+1/79)]cos00=1.68 取φd=0.6,查表得：Kα=1.15，Kβ=1.07 K= KAKVKαKβ=1.54 （2）轉(zhuǎn)矩T T=9.55*106*P/n=9.55*106*4/710=5.38*104N*mm （3）查表得 YFa=1.85 Yfa=1.95 （4）Yε=0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.72=0.69 （5）查表得σFmin=440MP YN=1.0 YX=1.0 取SF=1.0 [σ]F=440MP （6）m> =1.58 合格 2．軸承壽命計算： 左右軸承是T606 C=47000KN 中支軸承是208 C=25600KN P左=718.1N P中=856.2N P右=494.8N Lhw左=16670/n(C/P)a=1.05*108h Lhw中=16670/n(C/P)a=3.57*108h Lhw右=16670/n(C/P)a=7.67*108h 可知軸承壽命可靠 結(jié)束語 這次設(shè)計歷時14周，課題來自江西儀表廠，要求對Φ360車床主軸箱進行改進設(shè)計。在龐老師的指導(dǎo)和自己的努力下，終于完成了這次設(shè)計。 在分析課題的基礎(chǔ)上，在設(shè)計課程中緊緊圍繞簡化機構(gòu)，降低功率，提高剛度，減少噪聲，工藝性好，操作可靠，維修方便，經(jīng)濟實用而展開，多參考其他車床的傳動系統(tǒng)，主要改善機構(gòu)，在這些方面收到一定效果。 這次設(shè)計是改進設(shè)計，好處就是機床大體結(jié)構(gòu)形狀比較明確，困難在于怎樣盡量保持原來加工制造工藝裝備和充分利用原有零部件，如為利用原兩端面加工設(shè)備而沿用原孔系中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ孔和Ⅳ孔和箱體總外形。而要改進地方盡力滿足要求，如制動Ⅰ軸皮帶輪。用電磁離合器實現(xiàn)，比原抱閘制動可靠，換向機構(gòu)采用電機換向和原來的片式摩擦離合器換向比，具有簡單、噪聲低。溫升少等優(yōu)點。而在提高剛度方面，加大了主軸孔徑，中間墻壁用整塊，對提高箱體剛度有明顯作用，Ⅰ軸右支撐左移，可提高Ⅰ軸剛度，Ⅱ軸用中支撐，對剛度提高顯著。操縱機構(gòu)都用簡單的擺式，裝修方便，簡單。另外，改進中用了大量的原零部件，基本上滿足了要求。 但仍有很多不足之處，如Ⅱ軸上有小齒輪，使Ⅰ軸軸徑不能在加大，并使操作復(fù)雜。 總之，希望各位老師多多指導(dǎo)。 致 謝 本論文是在導(dǎo)師龐偉導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。龐老師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)將使學(xué)生受益終生。本人能夠順利完成本課題預(yù)定的各項任務(wù)與龐導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)是分不開的，在此，謹(jǐn)向龐老師致以最真摯的感謝。 感謝大學(xué)四年學(xué)習(xí)中給予我指導(dǎo)和支持的所有老師和朋友，他們給了我很多的關(guān)心和幫助，在我的學(xué)業(yè)當(dāng)中起了很重要的作用。還要感謝我的同學(xué)宋勇、圣華明、吉來等，在我的畢業(yè)設(shè)計過程中給予了我很大的幫助，在此表示衷心的感謝！ 在此論文完成之際，我還要向養(yǎng)育和教誨我的父母親說一聲：感謝你們在這十幾年漫漫求學(xué)路上的支持。 參考文獻 [1] 邱宜懷.機械設(shè)計.高等教育出版社, 2002 [2] 曹金榜，張玉峰.機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo).機械工業(yè)出版社, 1987 [3] 戴曙.金屬切屑機床設(shè)計. 機械工業(yè)出版社, 1985 [4] 翁世修，王良申. 金屬切屑機床設(shè)計指導(dǎo).上海交通大學(xué)出版社, 1988 [5] 吳圣莊. 金屬切屑機床概論.機械工業(yè)出版社 [6] 范云漲，陳兆年.金屬切屑機床設(shè)計簡明手冊.機械工業(yè)出版社, 1995 [7] 年大華.機械原理.高等教育出版社, 1994 [8] 王世剛，張春宜等.機械設(shè)計實踐.哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2001 [9] 顧維邦.金屬切屑機床.機械工業(yè)出版社, 1984 [10] 機床設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社, 1978 [11] SK360江西儀表廠使用說明書.江西儀表廠 [12] Physical Modeling of Natural Ventilation Through Screens and Windows In Greenhouses. 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