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（优秀毕业全套设计）立式钻削中心主轴的机械结构设计（整套下载）

，活塞杆及拉杆向下移动，同时压缩碟形弹簧，当拉杆下移到使刀具松开的位置，刀具即可由机械手更换。待新刀装入后，汽缸上腔停止供气，活塞杆在圆柱螺旋弹簧力的作用下上移，在碟形弹簧作用下拉杆带动钢球上移，重新将刀柄拉紧。活塞杆移动的两个极限位置分别设有行程开关，作为刀具夹紧和松开的信号。主轴的验算.主轴刚度验算计算当量直径图主轴尺寸示意图主轴尺寸示意图，如图所示其中当量直径由此计算可得刚度计算主轴前悬伸部分较粗，刚度较高，其变形可以忽略不计。后悬伸部分不影响刚度，也可不计。如主轴前端作用外载荷，则主轴前端挠度为式中外载荷，单位前悬伸，等于外载荷作用点至支承点间的距离，单位跨距，等于前后支撑点间的距离，单位弹性模量，钢为,单位截面惯性矩单位主轴的外径和孔径，单位。图主轴受力示意图将及之值代入上式可得如果，则孔的影响可以忽略，即弯曲刚度所以，当时，则本设计，所以.主轴扭转刚度验算对钻床等以扭转变形为主的主轴，还要验算其扭转刚度。通常要求其扭转角在的长度内不超过，即式中主轴传递最大扭矩，单位计算长度，取，单位。剪切弹性模量，钢料为.截面极惯性矩，对于圆截面，单位为主轴当量直径，。代入上式得故满足扭转刚度的要求。.主轴临界转速验算查机械设计手册•单行本•轴及其连接表阶临界转速的计算公式如式，计算示意图如图。式中外伸端第个圆盘重力，本设计中，外伸端圆盘为带轮，其重力估算如下轴的重力，对实心钢轴，对空心钢轴应乘以。本轴为空心轴，由前面计算知则有空心轴内径与外径之比，轴的全长，支撑跨距，外伸端第个圆盘至支承间的距离，临界系数外伸端长度与轴长之比，当时，查机械设计手册•单行本•轴及其联接表，。图临界转速计算示意图将以上数据代入式可得对于刚性轴，满足临界转速条件。主轴材料和热处理的选择评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围。主轴材料的选择主要根据刚度载荷特点耐磨性热处理变形大小等因素确定。主轴的刚度与材料弹性模量有关，钢的值较大左右，所以主轴材料首先考虑钢料。值得注意的是钢的弹性模量的数值与钢的种类和热处理方式无关，即不论是普通钢或合金钢，其弹性模量基本相同。因此在选择钢料时应首先选用价格便宜的中碳钢如钢，只有在载荷特别重和有较大的冲击时，或者精密机床主轴需要减小热处理后的变形时，或者轴向移动的主轴需要保证其耐磨性时，才考虑选用合金钢。当主轴轴承采用滚动轴承时，轴颈可以不淬硬，但为了提高接触刚度，防止敲碰损伤轴颈的配合表面，不少钢主轴轴颈仍进行高频淬火。当采用滑动轴承时，为减少磨损，轴颈表面必须有很高的硬度。因此，通常在轴颈处进行高频淬火对大直径主轴也可用火焰淬火来提高表面硬度对于受较大冲击的主轴，可用或号钢，并在轴颈表面渗碳淬火及回火。主轴材料常采用的有号钢等，需经渗氮和感应加热淬火。由于本次设计主轴承受载荷为中重载荷，所以材料选用号钢，进行调质处理。.主轴传动部件的设计传动方式的选择主轴上的传动件，主要有齿轮和带。齿轮能传递较大的转矩，是般机床常用的传动副。缺点是线速度不能太高，传动也不够平稳。通常，线速度。为使主轴运行平稳，可采用斜齿轮。螺旋倾角般不宜超过，以免引起有太大的轴向分力。主轴上尽量不要有滑移齿轮或其它活装零件如离合器，以免因轴颈与活装零件孔间有间隙而引起振动。齿轮与主轴最好用圆锥配合。较高速的主轴，用带传动可使运转平稳。在带传动中，常用的有平带传动带传动多楔带传动和同步带传动等。平带传动结构最简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多。常用的平带有帆布芯平带编织平带棉织毛织和缝合棉布带锦纶片复合平带等数种。其中以帆布芯平带应用最广，它的规格可查阅国家标准或手册。在般机械传动中，应用最广泛的是带传动。带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，这是带传动性能上的最主要优点。再加上带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，以及带多已标准化并能大量生产等优点，因而带传动的应用比平带传动广泛得多。多楔带兼有平带和带的优点柔性好，摩擦力大，能传递的功率大，并解决了多根带长短不而使各带受力不均的问题。多楔带主要用于传递功率较大而结构要求紧凑的场合，传动比可达，带速可达。传动带易拉长和磨损，设计时必须注意能调节中心距磨损后易于更换有可靠的防护装置以防止与油接触受侵蚀。当线速度时，可用形带多楔带或同步齿形带时，可用橡胶或皮革平带时，可用丝天然丝锦纶丝或涤纶丝织带。由于本设计为较高速主轴，线速度，故选用多楔带传动。多楔带带轮的设计计算基本设计参数由设计要求本次设计选用传动比为。.设计功率查现代机械传动手册.，。工况系数。.带型的选择根据所算的设计功率，查现代机械传动手册表.，选用型多楔带。.小带轮直径的确定根据带型与设计功率，查现代机械传动手册表.，小带轮节圆直径。.大带轮基准直径的确定根据带型与设计功率，查现代机械传动手册查现代机械传动手册，可知通常按现代机械传动手册表.圆整得。.带速的计算，查现代机械传动手册表.，进行动平衡。.初定中心距取。.所需基准长度查现代机械传动手册表.选取近似值.实际中心距.小带轮包角.楔数式中工作情况系数，查表.，传递的功率每楔的基本额定功率，查表当时，弯曲影响系数，查表.，传动比系数，查表.，小带轮转速，小轮包角系数，见图.，.带长系数，见表.，。计算得，取。多楔带的选择及带轮尺寸参数的确定.多楔带带轮的参数多楔带的带轮常采用制造，当带速超过时，常采用或号钢制造。查现代机械传动手册表.，具体参数见表，表带轮参数表带型槽间距实际槽深轮槽角最小边距.带型最小槽顶圆角半径最大槽根圆角半径节线差带轮宽度带轮宽度带轮示意图如图所示。图带轮示意图.多楔带的选择查现代机械传动手册表.，可得多楔带参数，具体见表。表多楔带参数表带型节距带高计算齿高楔角楔根楔顶.宽度。传动带在主轴上的位置查机床设计手册卷表.，主轴采用带传动时，为了便于更换带和防止皮带沾油，带轮通常装在主轴后支承外侧。如图所示。.带轮.多楔带.主轴图传动件位置示意图根据设计要求，主电动机功率为.，。查数控机床机器人机械系统设计指导表，选取交流变频调速电机，其基本参数如表。表电机参数表型号极数额定功率额定电流同步转速.查表，其外形安装尺寸如下表。表电机安装尺寸参数表机座号具体外形如图所示。图电机外形尺寸图.主轴轴承主轴轴承的选用主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型结构配置精度安装调整润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。常用的主轴轴承有滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承的摩擦力小，可以预紧，润滑维护简单，能在定的转速和载荷变动范围内稳定工作。滚动轴承由专业化工厂生产，选购维修方便。但与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体数目有限，刚度是变化的，抗震性略差并且对转速有很大限制。加工中心主轴组件在可能条件下，尽量使用滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴装在套筒内能够做轴向移动的主轴。本次设计选用圆锥滚子轴承。查实用机床设计手册表.选用型号为的圆锥滚子轴承，其基本参数表。表轴承基本参数表极限转速油润滑前支承轴承寿命校核轴承寿命式中对滚动轴承滚动轴承额定动负荷,查实用机床设计手册表.，轴承转速,根据设计要求此处当量动负荷，。对钻削中心整体以及设计要求进行分析，可知滚动轴承在此处主要承受轴向负荷。径向负荷极小.对轴向负荷进行估算取式中轴承所受径向负荷轴承所受轴向负荷径向系数轴向系数。查实用机床设计手册表.选取将以上数据代入轴承寿命计算公式可得般精密机床轴承寿命为所以，选用该轴承满足要求。后支承轴承所受力比前支承轴承力小，后支承轴承不必校验。主轴轴承的配置.主轴轴承安装位置根据对设计要求和已选轴承分析，为适应高刚度要求，前支承采用两个超精密级圆锥滚子轴承的组合方式，且因轴承精度较高，能保证高的回转精度。前后支承都采用了圆锥滚子轴承，背靠背安装，前面两个轴承小口朝向主轴前端，后个轴承小口朝向主轴尾部。前支承既承受径向载荷，又承受两个方向的轴向载荷。后支承为圆锥滚子轴承，也是背靠背安装。后支承仅承受径向载荷，故可以不必进行校核。轴承的组合形式，根据载荷大小和刚度设计以及结构设计要求，具体组合形式见图。图轴承配置示意图.主轴轴承的精度配置在加工中心上，主轴轴承精度般有三种﹑﹑级。对于精密级主轴，前支承常采用级轴承，后支承常采用级轴承。普通精度级主轴前支承常采用级轴承，后支承采用级轴承。本设计采用前支承级轴承，后支承采用级轴承。滚动轴承调整和预紧方法如图所示，本设计采用隔套调整的方法。采用两个隔套调整，通过改变两个调整套的宽度差达到调整轴承间隙的目的。这种调整方法不必拆卸轴承，预紧力的大小全凭操作人员的经验确定。因轴承精度高，能保证较高的回转精度，轴承的预紧采用修磨内圈的方式。隔套的选取查实用机床设计手册表.,查得内隔套,材料为，具体参数参考表，结构图如图所示。表内隔套基本参数表型号平行度.图隔套示意图主轴轴承的润滑.润滑方式的选择主轴组件的润滑密封是加工中心使用和维护过程中值得重视的两个问题。良好的润滑效果可以减低摩擦﹑降低轴承的工作温度。密封不仅要防止灰尘和切削液进入，还要防止润滑油的泄漏。润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型﹑速度和工作负荷。如果选择的合适，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命。以往加工中心主轴轴承的润滑方式，大多采用油脂封入式润滑方式。但这种润滑方式的转速有定的限度，为了适应主轴转速向高速化发展的需要，相继开发了新型润滑和冷却方式。在加工中心上，主轴轴承的润滑方式主要有油脂润滑﹑油液润滑﹑油液循环润滑﹑油雾润滑﹑油气润滑等方式。滚动轴承的润滑基于弹性流体动力润滑方式。滚动体和滚道接触处压强很高，会产生接触变形。接触区是小块面积的接触，而不是条线或个点的接触。润滑剂在高压下被压缩，黏度急剧升高。瞬时局部高黏度的油可以在接触区形成油膜，把滚动体和滚道分隔开。滚动体滚道的接触面积小，所以需要的润滑剂也很少。滚动轴承可以用润滑脂或润滑油润滑。在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低速度较高时，用润滑油较好。本次设计主轴转速较高，所以选用油润滑。主轴轴承速度较高时，宜采用油润滑。它不仅摩擦阻力消，冷却效果好，还具有冲洗作用。滚动轴承的润滑所需油量是很少的，约每分钟滴。油量增加，