专用立式车床设计.doc
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1、济南大学毕业设计毕业设计题 目 专用立式车床设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自 0708 学 生 宗文博 学 号 20070403296 指导教师 宋强 二一一年五月三十一日1 前言随着汽车的普及,越来越多的人拥有了便捷的交通工具。汽车是靠车轮来行驶的,通常轮子被视做人类最古老、最重要的发明,以至我们经常把它和火的使用相提并论,虽然轮子的使用只有六千个年头。足见车轮是多么重要。正是因为汽车的普及,车轮的使用更为频繁,更新换代的时间也更加短暂了。车轮的坚固耐磨的同时,还要迅速的大批量生产,才能满足用户们对车轮的需求量。铝合金轮毂以其美观大方、安全舒适等特点博得了越
2、来多私家车主的青睐。现在,几乎所有的新车型都采用了铝合金轮毂,并且很多车主朋友也将原来车上用的钢圈轮毂换成铝合金轮毂。对于高速行驶的汽车来说,因轮毂变形、制动等产生的高温爆胎、制动效能降低等现象已屡见不鲜。而铝台金的热传导系数比钢、铁等大三倍,散热效果自然要好得多,从而增强了制动效能、提高了轮胎和制动盘的使用寿命、有效的保障了汽车的安全行驶。装有铝合金轮毂的汽车一般都采用子午线轮胎。子午线轮胎的缓冲和吸震性能优于普通轮胎。这样,汽车在不平的道路上或高速行驶时,舒适性将大大提高。由于铝合金轮毂重量轻(与同样规格的铝或钢轮毂相差约2kg)、制造精度高,所以在高速转动时变形小、惯性阻力也小。这有利于
3、提高汽车的直线行驶性能、减轻轮胎滚动阻力,从而减少油耗。跟着市场全球化的成长,跨国公司纷纷在我国投资,或加年夜在我国的采购份额。今朝,具有较多优势的轻合金材料已慢慢普遍的应用于各个规模,特殊是伴跟着汽车、摩托车制造业的成长,铝镁合金材料成形及其车轮制造业获得了前所未有的成长机缘。21世纪的经济全球化浪潮,敦促了汽车工业的市场一体化、分工专业化、财富规模化的快速成长,铝镁合金车轮企业也已形成向多家汽车厂供货、跨国供给的场所排场。汽车车轮需求首要来悔改增汽车产量,售后市场车轮需求则与汽车保有量有关。2005年全球汽车车轮需求约4.13亿只,其中铝车轮需求约1.78亿只。中国市场2005年车轮需求约
4、3500万只,其中铝车轮约2000万只。按照中国汽车工业协会有关车轮行业“十一五”成长规划的资料,2004年我国车轮总产销量约5500万件,其中国内OEM量约2900万只,其中乘用车车轮1640万只(钢制车轮540万件,铝车轮约1100万件),商用车车轮1260万件。据测算,2004年全球汽车车轮总需求量约36150万件,其中铝车轮约16296万件。 国外铝合金车轮制造业在20世纪70年月获得快速成长。如北美轻型车铝车轮,1987年只占19,到2001年已占到58.5;日本轿车装车率跨越45;欧洲跨越50。 一般轮毂制造企业最小出产规模不低于年产120万只,产量年夜的企业已跨越万万只。其首要市
5、场为面向年夜中型车辆整车厂配套供货,有的首要面向维修市场,有的两者兼而有之。 北美铝合金车轮市场成长具有代表性。表1给出北美铝、钢车轮2001年、1999年的发卖量和市场据有率。可以看出两年间铝合金车轮市场据有率增添7.2个百分点,发卖量增添近700万只;钢车轮市场据有率亦下降7.2个百分点,发卖量削减近300万只。 北美铝合金车轮外径以16英寸使用最多,2001年轿车使用率占55以上,供给量超万万只;轻型车使用率在59以上,供给量为1275万只;其次使用最多的是外径15英寸的铝轮,分袂占轿车、轻型卡车用量的30和26,供给量均在500万只以上。 跟着我国汽车市场的快速成长,不竭引进手艺,铝合
6、金车轮的制造和应用也迅猛成长起来。1988年我国第一家铝合金车轮企业戴卡铝轮毂制造有限公司成立,进入20世纪90年月,广东南海中南铝等一批铝合金车轮制造企业迅速成立起来,铝合金车轮迅速在我国获得推广。到2003年,我国摩托车铝车轮装车率已跨越55,汽车装车率已跨越50。今朝全球铝车轮年需求量约1.78亿件,中国约2000万件。国际市场对中国汽车零部件的需求在快速增添,车轮是零部件出口的首要产物,曩昔5年车轮出口的复合增添率达48.1,05年出口额为15.69亿美元,06年上半年出口达10.49亿美元,占零部件出口总额的11。 在2004年,ZCW(万丰奥特)、ZNA(中南铝)、戴卡(戴卡),均
7、获“中国名牌”产物称号。万丰奥特公司建树于1994年,从出产摩托车铝合金车轮起步,经由十年飞速成长,现已成为国内铝合金车轮行业成长最快、势头最猛的企业。其旗下万丰奥威是一家专业出产汽车铝轮的公司,2006年铝合金车轮产能约为540万件,估量2010年将达8001000万件。 镁合金在常温下等闲脆裂,锻造温度须在200以上至400之间。但镁合金在高温下,尤其在跨越400时发生侵蚀氧化以及晶粒粗年夜,锻造温度规模较窄。而镁合金导热系数较年夜(80wm.c)几乎为钢的2倍,接触模具后降温很快,塑性降低,变形抗力增添,充填机能下降,是以镁合金锻造较难,而适合于采用等温锻造。我国已用等温锻造工艺成功的成
8、形了复杂的镁合金飞机上机匣。 以北美铝合金车轮市场为例,在前些年,轮毂直径仍是以1314英寸为主,此刻的主流市场则是以15-16英寸,甚至17英寸。如表4所示。从表4可以看出,16英寸车轮所占市场份额最年夜、增添也最快,从1997年占车轮市场38.3,到1999年上升到45,2001年已占到57.7。其次是15、17英寸车轮,占总市场份额分袂为27.62和11.77。18、19、20英寸年夜直径车轮市场上也有默示。据猜测,未来的几年,18英寸直径车轮将会成为轿车车轮的尺度设置装备摆设。车轮出产商已最先着手放置22、24英寸及以上车轮的出产线,以应付市场的新需求。大直径车轮与轮胎组合,比小直径车
9、轮与轮胎组合,更显现代、霸气和时髦。因为大直径、宽轮毂,使轮胎与地面的接触面积更加宽广,从而增添汽车与地面的附出力和摩擦力,使汽车的性能更好,提高汽车的安全性。一般要求与扁平轮胎相匹配。但大直径、宽轮毂,也会发生使轮胎磨损加速的不利影响。为了减轻车轮重量、提高强度,一般采用锻造工艺、组装式工艺出产车轮,可减轻重量20。还可采用高强度镁合金、钛合金制造车轮。但会使成秘闻应增添。为了降低车轮噪声,有的在轮辐和轮辋之间,加一不凡橡胶连系件。可以年夜年夜降低车轮噪声,并提高汽车独霸不变性。为了使车轮更美不美观,一般采用镀铬、抛光、喷漆、喷粉、加装不锈钢或塑料毂盖、压铸花纹、改良车轮设计图案等法子。以上
10、充分说明了铝合金轮毂的应用之广。而加工零件不算太大的铝合金轮毂用一般的机床也能实现,但是操作繁琐复杂,对技术人员的要求特别高,而且无法保证其精度。鉴于此,特设计一台专用于加工直径为480mm的铝合金轮毂内圆的机床,夹装方便,定位准确,保证精度,更为重要的是,可以使受过一般培训的人员很快的熟悉机床的使用,操作简便,并可一人多机同时工作,且效率大为提高。2整体方案设计2.1内部构造设计的要求为工件转速80r/min, 刀具轴向进给速度为0.5mm/r,切削深度1mm。该立式专用车床由床身、主轴箱、溜板箱、刀架、润滑系统等组成。主轴箱内,主要零部件有蜗轮,蜗杆,两对直齿圆柱齿轮,三根轴,丝杠等部分组
11、成。电动机通过联轴器,带动蜗杆做旋转运动,蜗杆和蜗轮啮合传动,蜗轮安装在主轴上,因此带动主轴转动。主轴上装配有蜗轮,直齿圆柱齿轮及轮毂夹具,轮毂夹具旋放置主轴箱上方,蜗轮位于主轴中间部位,直齿圆柱齿轮装配与主轴下端。一对直齿圆柱齿轮啮合传动,主动轮带动从动轮,从动轮和二轴上的齿轮啮合,齿轮带动二轴转动,二轴和三轴上的齿轮啮合带动三轴转动,三轴上部装配有牙嵌式离合器。因为此车床不同于其他车床,其立式的结构特点,决定了许多结构上不同于其他卧式车床的布局和功能。润滑系统,并没有采用常见的油液飞溅润滑,而是安装了一台油泵,将油池中的润滑油,以油泵为动力,通过管道,输送到箱体上部,利用油的重力自上而下润
12、滑,安全可靠,供油充分及时,没有供油的盲点存在。同时,为了使箱体底部的油能聚集在一起容易被油泵重新吸收,所以在机床的底部,加工有凸台,这样,不仅使落下来的油聚集到一处,还减小了轴的长度,节省材料。设计进给系统时,要考虑到立式车床的布局特点,导轨垂直安放,所以要防止导轨因重力而下滑,所以应采用有自锁效应的丝杠。2.2 系统设计因为主轴的速度要求是80r/min,而电机的速度是750r/min,所以主轴要减速,主要是依靠蜗轮蜗杆,蜗轮蜗杆能传递较大的传动比。主轴和丝杠间多设计一根轴,除了防止降速比过大以外,还有防止立柱与工件的干涉的原因。因为存在内链,要求刀具的轴向进给量是1mm/r,所以根据导程
13、估算,可以确定主轴和丝杠的传动比为i=9,以便满足进给要求。退刀时要求电机停止转动,离合器需要处于离开的状态,手动旋转丝杠进给手柄,通过锥齿轮的啮合传动来完成退刀。结构原理图和尺寸联图如图2.1和图2.2. 图2 .1 结构原理图图2 .2 尺寸联系图2.3 传动的特点 蜗轮蜗杆传动平衡,冲击小,传动比大,并且结构紧凑,在做减速动力传动时,传动比的范围为5-70;由于蜗杆蜗轮啮合轮齿间的相对滑动速度较大,摩擦磨损大,传动效率较低,通常容易出现发热现象,常需要较贵的减磨耐磨材料来制造蜗轮,故成本很高;当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角是机构反行程具有的自锁性。 齿轮机构是在各种机构中被应用
14、最广泛的一种传动机构。它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力,并且具有传递功率的范围大,传动的效率高,传动比准确,使用寿命长,工作可靠等优点;但也存在对制造和安装精度要求高以及成本较高等缺点。 螺旋结构有螺杆,螺母和机架构成。一般情况下,它是将旋转运动转换为直线运动。螺旋机构的主要特点是能够获得较大的减速比和力的增益,还可有自锁性。他的主要缺点是机械效率一般较低,特别是具有自锁性时,效率将低于40%。3 传动系统的设计3.1 选取电机3.1.1 计算切削力: (3.1) (3.2) (3.3)根据机械制造技术基础(第3版)表2-2,可知高速钢刀具参数为,刀尖圆弧半径,取1.0
15、(3.4)2.1.2 计算切削功率 (3.5)3.1.3 电动机的功率 (3.6)8级精度的一般齿轮传动效率为0.97弹性联轴器和离合器的效率为0.99四头蜗杆的效率为0.85球轴承的效率为0.99滚子轴承的效率为0.98螺旋传动的效率为0.4 (2.7) (3.8)3.1.4 选择电动机选择同步转速为750r/min,8级的Y132M电机,该电机满载转速为710r/min,重达79kg,功率为3kW.该类电机具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部之我点,B级绝缘,工作环境温度不超过C,相对温度不超过95%,海拔高度不超过1000m,额定电压380V,频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上
16、。选用机座不带底脚,端盖有凸缘的电动机。3.2设计普通圆柱蜗杆传动已知,蜗杆头数,蜗轮齿数,实际传动比3.2.1 选择蜗杆类型采用,阿基米德蜗杆(ZA型),设计使用寿命为100000h。3.2.2选取蜗轮蜗杆材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度低,故蜗杆用45钢,又希望传动效率高,耐磨性好,所以蜗杆螺旋齿面要求淬火处理,硬度为45-55HRC,蜗轮材料用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。齿圈用青铜制造,轮芯用灰铸铁HT100制造。3.2.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,而校核齿根弯曲疲劳强度,根据机械设计(第八版)(以下简称机设)公式
17、(11-12),传动中心距 (3.9)(1)确定作用在蜗轮上的转矩=4,初步估算效率,则 (3.10)(2)确定载荷系数K 蜗杆的工作载荷可视为工作稳定,受小冲击,所以取载荷分布不均系数,根据机设表11-5可选使用系数;并且转速不是很高,受冲击不大,可取动载系数;则 (3.11)(3)确定弹性影响系数上面选用了铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配对,所以。(4)确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值,由机设图11-18中可查得。(5)确定许用接触应力蜗轮的材料是铸锡磷青铜,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从机设表11-7中查得蜗轮的基本许用应力。应力循环次数 (3.12)寿命系数 (
18、3.13)则 (3.14)(6)计算中心距 (3.15)取中心距,因,故由机设表11-2中取模数,蜗杆分度圆直径。这时,从机设图11-18中可查得接触系数,所以,因此,以上计算结果可用。3.2.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1)蜗杆 轴向齿距;直径系数;齿顶圆直径;齿根圆直径;分度圆导程角;杆轴向齿厚;(2)蜗轮蜗轮齿数,变位系数;验算传动比,这时传动比误差为,这是允许的。蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径3.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度 (3.16)当量齿数 (3.17)根据以及,查机设图11-19中可查得齿形系数。螺旋角系数 (3.18)许用弯曲应力在机设表11
19、-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力。寿命系数 (3.19) (3.20) (3.21)弯曲强度是满足要求的3.2.6验算效率 (3.22)已知;与相对滑动速度有关。 (3.23)根据机设表11-18中用插值法查得、,代入公式,得,大于原估计值,所以按估算值即可。3.3 直齿圆柱齿轮的设计由于该机床负载相对比较平稳,冲击小,故选用直齿齿轮进行传动。由初步对导程的估算,可得主轴与丝杠的传动比为1:9,故主轴与丝杠间用两对齿轮副进行传动,传动比为.选用8级精度直齿圆柱齿轮,设计工作寿命为100000h,选小齿轮的材料为40Cr,调质,硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢,调
20、质,硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。由于齿根的弯曲疲劳计算相对复杂,所以通常用于高精度的齿轮传动,在此,只按齿面接触疲劳强度进行计算。选小齿轮齿数为,大齿轮齿数,小齿轮的转速2.3.1 按齿面接触强度设计 (3.24)(1)确定公式内的各计算数值初步选定载荷系数。(2)计算小齿轮传递的转矩。(3.25)1)根据机设表10-7选取齿宽系数。2)根据机设表10-6查得材料的弹性影响系数。3)根据机设图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限。4)计算应力循环次数。 (3.26) (3.27)5)根据机设图10-19取接触疲劳寿命系数;.6)计算接
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