机械专业 毕业设计说明书(轴校核部分).

Harbin University of Commerce

X6132milling machine feed system, lifting platform and platform design

              1 绪  论

1.1机床的用途及性能

X6132、X6132A型万能升降台铣床属于通用机床。主要适用于机械工厂中加工车间、工具车间和维修车间的成批生产、单件、小批生产。

这种铣床可用圆柱铣刀、圆盘铣刀、角度铣刀、成型铣刀和端面铣刀加工各种平面、斜面、沟槽等。如果配以万能铣头、圆工作台、分度头等铣床附件，还可以扩大机床的加工范围。

X6132、X6132A型铣床的工作台可向左、右各回转45 º当工作台转动一定角度，采用分度头时，可以加工各种螺旋面。

X6132型机床三向进给丝杠为梯形丝杠，X6132A型机床三向进给丝杠为滚珠丝杠。

X6132/1、X6132A/1型数显万能升降台铣床是在X6132、X6132A型万能升降台铣床的基础上，在纵向、横向增加两个坐标的数字显示装置的一种变型铣床，该铣床具有普通万能升降台铣床的全部性能外，借助于数字显示装置还能作到加工和测量同时进行，实现动态位移数字显示，既保证了工件加工质量，又减轻了工人劳动强度和提高劳动生产率，配上万能铣头还可以进行镗孔加工。

图1-1  X6132卧式铣床整机外形图

图1-2  X6132卧式铣床整机三维建模外形图

图1-3  X6132卧式铣床所设计部分三维建模外形图

3  X6132-进给系统传动方案和传动系统图的拟定

3.1  转速图的拟定

已知主轴转速为n=10～1000r/min，转速级数Z=21，电动机转速=1410r/min.

3.1.1确定公比

由公式     ==                                   （3-1）

               =

3.1.2 确定变速组和传动副数目

    大多数机床广泛应用滑移齿轮变速，为了满足结构设计和操纵方便的要求，通常采用双联或三联滑移齿轮，因此，主轴转速为21级的变速系统需要3个变速组，即Z=21=3×3×3-6。

3.1.3确定扩大顺序方案

传动顺序确定之后，还可列出若干不同扩大顺序方案。如无特殊要求，应根据“前密后疏”的原则，使扩大顺序与传动顺序一致。

根据式，检查最后扩大组的变速范围：

    ，合乎要求

故可选定上述传动方案是合理的。

3.1.4分配总降速传动比

总降速传动比为uII=nmin/nd=10/1410≈6.67×10－3,nmin为主轴最低转速，考虑是否需要增加定比传动副，以使转速数列符合标准或有利于减少齿轮和及径向与轴向尺寸，并分担总降速传动比。然后，将总降速传动比按“先缓后急”的递减原则分配给串联的各变速组中的最小传动比。

3.2  齿轮齿数的确定

图3-1 Ⅰ轴 17X3 圆锥齿轮

3.2.2.2Ⅱ轴III轴间齿轮副的确定

    由传动转速分布图知:

，根据具体结构情况取，则,

由于结构要求取为40，齿数和，然后确定其两

对齿轮副的齿数。

传动比为的齿轮副：

由于结构要求取为44.

图3-2 二轴装配体

图3-3 4轴装配体

同理可以确定其他个齿轮的齿数。完成进给系统的设计。

3.2.４ 传动系统图绘制

                图3-4 X6132卧式铣床传动系统图

3.2.5绘制转速图与运动链分析

 3.2.5.1绘制转速图

动轴数及主轴转速级数格距lgφ画出网格，用以绘制转速图。在转速图上，先分配从电动机转速到主轴最低转速的总降速比，在串联的双轴传动间画上u(k→k+1)min.再按结构式的级比分配规律画上各变速组的传动比射线，从而确定了各传动副的传动比。

                 图3-5 X6132卧式铣床进给动转速图

3.2.5.2进给运动传动链

    铣床可以在三个垂直的任一方向上实现进给运动及快速移动,进给方向由离合器M3、M4、M5来控制，且互锁；机动进给和快速移动切换由电磁摩擦离合器M1、M2来控制。传动路线为下图所示：

  由传动路线可知：

  三个进给方向各有21级进给量

       纵向、横向为10~1000mm/min

       垂直为3.3~333mm/min

       进给方向由电机正反转来实现。

图3-6电磁式默察离合器平面及三维图

绘制完传动系统图后，利用三维建模软件Solidworks进行三维建模，建模如下图：

图3-7 进给系统总装图

图3-8 进给系统总装平面图

3.2.6   机床调速系统——孔盘操纵机构分析

3.2.6.1孔盘操纵机构工作原理简介：

                  图3-8 进给系统孔盘调速总装平面图

     X6132主运动、进给运动变速操纵机构采用集中式孔盘操纵机构控制。

     其工作原理是利用孔盘上不同孔的组合，使其控制的齿条实现不同位置的组合形式，从而达到带动上面的拨叉拨动相应的滑移齿轮实现不同位置的传动。其工作原理如下图所示：

X6132的变操纵机构工作原理

1外拉,逆时针旋转,带动5转动,使6旋转,带动10向右运动,使12脱离各组齿条轴.转动4到合适转速,使心轴上齿轮传动带动12转到相应的孔的位置,然后反向操纵1复位. 

图3-9  主运动孔盘操纵机构

                图3-10    进给系统孔盘调速机构

图3-11   进给系统孔盘调速机构三维建模

5.3  传动轴的验算

5.3.1花键轴的校核

对于传动轴，除重载轴外，一般无须进行强度校核，只进行刚度验算。

对花键轴 (III轴)

5.3.1.1 轴的抗弯断面惯性矩：

                          (5-2)

=

式中 d—花键轴的小径（mm）；

i—花轴的大径（mm）；

b、N—花键轴键宽，键数；

传动轴上弯曲载荷的计算，一般由危险断面上的最大扭矩求得：

    =

式中 N—该轴传递的最大功率（kw）;

    —该轴的计算转速（r/min）。

传动轴上的弯矩载荷有输入扭矩齿轮和输出扭矩齿轮的圆周力、径向力，齿轮的圆周力

                       （5-3）

式中 D—齿轮节圆直径（mm）,D=mZ=26x2.5。

    齿轮的径向力：

式中 α—为齿轮的啮合角，α＝20º；

ρ—齿面摩擦角，；

β—齿轮的螺旋角；β＝0

故N

 5.3.1.2花键轴键侧挤压应力的验算

 花键键侧工作表面的挤压应力为：

                               （5-4）

    式中—花键传递的最大转矩（）；

          D、d—花键轴的大径和小径（mm）；

          L—花键工作长度；

           N—花键键数；

           K—载荷分布不均匀系数，K=0.7～0.8；

       故此花键轴(III轴)校核合格。

   5.4 传动轴的验算II轴的校核

 5.4.1 II轴的受力分析：

由《机械设计》中的公式：

                                                     （5-5）

式中：                   T—轴的转矩N.m.

P—轴传递的功率Kw.

—轴的转速r/min.

所以II轴的转矩： 

有公式：

可求得各齿轮啮合处所受的切向力，根据《机械设计》中

公式：

 对锥齿轮有相关公式:

对锥齿轮受力计算公式：

对标准直齿圆柱齿轮受力计算公式：

可求得各齿轮啮合处的各个力，再有理论力学相关公式求得A 、B两点的支撑力。受力如下图：

5.4.2 II轴的弯矩和扭矩的绘制：

5.4.３ II轴的危险截面分析及校验：

有II轴所受弯矩和扭矩图可以知道该轴的危险截面 

按第三强度理论校核

     由《机械设计》[3]公式：

因为该轴材料为45钢，调质处理，查表知

所以：

故该轴安全。

5.5 Ⅱ圆锥滚子轴承疲劳强度校核

    机床传动轴用滚动轴承，主要是因疲劳破坏而失效，故应进行疲劳验算。其额定寿命的计算公式为：

C—滚动轴承的额定负载（N）,根据《轴承手册》或《机床设计手册》查取，单位用（kgf）应换算成（N）；

—速度系数， 为滚动轴承的计算转速（r/mm）                                     —寿命系数， 

—寿命系数，对球轴承=3，对滚子轴承=；

工作情况系数，对轻度冲击和振动的机床（车床、铣床、钻床、磨床等多数机床），；

—功率利用系数，查表3—3；

—速度转化系数，查表3—2；

—齿轮轮换工作系数，查《机床设计手册》；

P—当量动载荷，按《机床设计手册》。

故轴承校核合格