铣床主轴报告_bdwk

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1、燕山大学机械制造专业综合训练说明书机械制造专业综合训练说明书题目：题目： 数控铣床主轴箱设计数控铣床主轴箱设计 学院（系）：学院（系）： 机械工程学院机械工程学院 年级专业：年级专业：学学 号：号：学生姓名：学生姓名：指导教师：指导教师：教师职称：教师职称：燕山大学课程设计（论文）任务书燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：机械工程学院 基层教学单位：机械制造及其自动化 学 号学生姓名专业（班级）设计题目 数控铣床主轴箱设计设 计 技 术 参 数机床类型：数控铣床满载功率：3 kw最高转速：2250 prm最低转速：17.5 prm变速要求：无级变速设 计 要 求根据机械制造技术装备课程三级

2、项目的设计参数要求，完成以下工作：1. 确定传动系统设计方案。2. 运动参数设计：画出转速图；确定计算转速，确定电机参数。3. 选择外购件：搜集电机样本、计算并确定主电机型号以及配套驱动器，给出生产厂家、成本报价、供货期等。4. 设计装配图；5. 撰写说明书一份。工 作 量1. 主轴箱展开图A0图纸1张；2. 说明书1份（不少于3000字） 。工 作 计 划第第 1 周：周：确定传动系统设计方案，包括运动参数设计：画出转速图；确定计算转速，确定电机参数；选择外购件：搜集电机样本、计算并确定主电机型号以及配套驱动器，给出生产厂家、成本报价、供货期等。第第 2 周周：设计装配图；撰写说明书。参 考

3、 资 料机床设计手册机床设计图册金属切削机床课程设计指导书机械设计手册指导教师签 字基层教学单位 主任签字 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。燕山大学课程设计评审意见表燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日目 录1. 设计要求.1 2. 电机的选取.1 2.1. 计算转速的确定1 2.2. 变频调速电机的初选1 2.3. 电机型号参数及选购3 3. 传动系统总体结构的确定.6 3.1. 传动比的计算6 4. 齿轮模数的估算.8 5. 传动轴轴颈的估算

4、.9 6. 齿轮宽度确定.11 7. 主轴主要参数的选定.11 7.1. 主轴前端直径 D111 7.2. 主轴内径 d12 8. 实际设计参数变化.12 9. 零件的校核.13 9.1. 齿轮模数的验算13 9.2. 花键轴的验算15 总结17 参考文献171. 设计要求表 2-1 数控铣床设计参数 机床类型数控铣床 满载功率3KW 最高转速2250rpm 最低转速17.5rpm 变速要求无级变速2. 电机的选取2.1. 计算转速的确定机床主轴的变速范围：Rn= ，且：nmax=2750rpm,nmin=45rpmminmax nn所以：Rn=128.57.17.52250根据机床的主轴计算

5、转速计算公式：nj=nmin Rn0.3 得：=17.5128.570.3=75.12rpm，取=75rpm.0.376.92主轴的恒功率调速范围为：=30.7522502.2. 变频调速电机的初选为了简化变速箱及其自动操纵机构，先选择双速变速箱试算电机功率，则 取 Z=2。 为使所选电机功率尽可能小，需令 Rnp=FZ则有 F2=30，得=5.47.F主轴在恒功率调速区间内工作时，电机最低转速为 nmnm=547.4rpm1500rmp，即，取整为 547rpm。故此时对应的Fmaxn 5.473000功率为电机提供给主轴恒功率工作区的最小功率 PMIN.PMIN=Pz/，已知主轴功率 Pz

6、=3kW，取主轴传动总效率为0 0mPnn=0.75，代入得电机额定功率 P010.96kW，为使电动机在 547rpm 时得到足够 大的输出功率，电动机在 1500rpm 时的功率应为 10.96kW。根据实际电机功率 分布可选的最小额定功率 P0=11.5kW，对应无极变速主运动链图：图 2-1 二联传动路线图所需电机功率太高，浪费太大，且长期在低速范围内工作对电机损害较大。故在变速箱机构变化差别不大的情况下，考虑使用三速变速箱，以缩小所 需电机的额定功率。即令 Z=3，则有： 为使所选电机功率尽可能小，需令 Rnp=FZ则有 F3=30，得=3.107.F住传动链如下图 2-2 三联传动

7、路线图主轴在恒功率调速区间内工作时，电机最低转速为 nm。nm=965.6rpm1500rmp，即，取整为 965rpm。故此时对应的Fmaxn 3.1073000功率为电机提供给主轴恒功率工作区的最小功率 PMIN.PMIN=Pz/，已知主轴功率 Pz=3kW，取主轴传动总效率为0 0mPnn=0.75，代入得电机额定功率 P06.21kW，为使电动机在 965rpm 时得到足够 大的输出功率，电动机在 1500rpm 时的功率应为 6.21kW。根据实际电机功率分 布可选的最小额定功率 P0=7.5kW。此时所选电机与主轴所需功率相差不是非常 大。为了保持变速箱结构的简洁性，综合考虑接受额

8、定功率 7.5kW 的电机。2.3. 电机型号参数及选购YVF2 系列变频调速专用三相异步电动机系列电动机是变频调速专用三相 异步电动机与变频器联合使用，可实现转速 150-2750r/pm(4 极）范围内的无级 调整，是那些有大范围无极调速需求的机械设备的理想动力。 经查阅市场资料初选安徽耀达电机有限公司的 YV2-132M-4 7.5kW 变频调 速电机，报价 13301380 元，半年有效。 根据要求参考三相交流异步变频调速电动机型号选择 YVF2-132M-4 7.5KW交流变频电机具体参数如下： 表 2-1 YVF2-132M-4 变频交流电机具体参数表 额定功 率/kW额定电 流/

9、A额定转 矩/Nm恒转矩变 频范围 /Hz恒功率变 频范围 /Hz堵转/额 定转矩堵转/额 定电流最大/ 额定 转矩最小/ 额定 转矩7.515.347.7550501002.09.02.81.4表 2-2 YVF2-132M-4 变频交流电机外形尺寸图 2-3 电机外形尺寸代码交流变频器选择深圳市创研华科技术有限公司的英威腾 7.5KW 变频器，型 号为 GD200-7R5G/011P-4，市场报价 1000 元/台，具体参数如下：表 2-3 GD200-7R5G/011P-4 变频器功能描述功能描述规格指标规格指标输入电压（V）AC 3 相 400V15% 输入 输入频率（Hz）50Hz/

10、60Hz，允许范围 4763Hz安装尺寸AA/2BCDEFGHK216108178893880103313212外形尺寸ABACADHDY2/YD2YVF2YEJ227027521035510570625输出电压（V）0输入电压 输出 输出频率（Hz）0400Hz控制方式V/f电机类型异步电机调速比异步电机 1:100启动转矩异步电机：0.5Hz/150%技术控制性能过载能力G 型机：150%额定电流60s180%额定电流 10s200%额定电流 1sP 型机：120%额定电流60s频率设定方式数字设定、模拟量设定、脉冲频率设定、多段速运行设定、简易 PLC 设定、PID 设定、MODBUS

11、通讯设定、可实现设定的组合和设定通道的切换自动电压调整功能当电网电压变化时，能自动保持输出电压恒定故障保护功能提供过流、过压、欠压、过温、缺相、过载等 30 多种故障保护功能，可记录故障时变频器运行的详细状态，并具有故障自动复位功能运行控制性能转速追踪再启动功能实现对旋转中的电机的无冲击平滑启动端子模拟量输入分辨率10mV端子开关量输入分辨率2ms模拟输入2 路（Al1、Al2）010V/020mA，1 路（Al3）-1010V模拟输出2 路（AO1、AO2）010V/020mA数字输入8 路普通输入，最大频率 1kHz1 路高速输入，最大频率 50kHz数字输出1 路高速脉冲输出，最大频率

12、50kHz；1 路 Y 端子开路集电极输出外围接口继电器输出2 路可编程继电器输出，触电容量：3A/AC250V，1A/DC30VRO1A 常开，RO1B 常闭，RO1C 公共端RO2A 常开，RO2B 常闭，RO2C 公共端安装方式壁挂、法兰和落地式安装运行环境温度-1050，40以上降额使用防护等级IP20冷却方式强制风冷制动单元30G/37P（含）一下内置，其他选配外置制动电阻选配外置其它EMC 滤波器内置 C3 滤波器：满足 IEC61800-3 C3 等级要求；可选配外置滤波器：满足 IEC61800-3 C2 等级要求3. 传动系统总体结构的确定3.1. 传动比的计算电机轴与中间轴

13、通过齿轮定比传动，在三速变速箱内： 其中，电机需要经过三级变速，才可以获得所需的转速范围。 此时三对传动副的传动比 i1，i2，i3 的公比为 F=3.107。考虑到传动比中 升速过大会带来振动以及降速过大会带使结构不紧凑的问题，一般限制各级传 动比在 0.25i2 的范围内。根据电机调速范围的分布情况可知 i1i2i3。 假设 i1=2,则 i2=i1/F=0.64，i3=i2/F=0.2070.25. 显然在公比 F=3.107 的情况下三级传动比的分配与最优范围有较大差距。 考虑到所选电机额定功率为 7.5kW。比计算得最小功率 6.21kW 大一些，故其功 率覆盖范围会相应扩大，可重新

14、调节传动比公比 F 来缩小传动比差距，尽量保 持最优范围 0.252. 具体做法如下： 因为 F=（i0i1/i0i3）1/2，且已知 i0i1=2250/3000=0.75 令机床在计算转速 nj 工作时得到的实际功率最小 Pmin=P0nj/（i0i3n0）Pz/，可求得 i0i375/15007.50.75/3=0.094，则 F=（i0i1/i0i3）1/2=（0.75/0.094）1/2=2.824，取 F=2.83. 则当传动比 i3=0.25 为最小值时，i2=i3F=0.252.83=0.71，i1=i2F=0.712.83=2.00，刚好在最优范围之内，故采用。 根据各种传动

15、比常用齿数表可确定：i1=2，i2=1/1.43，i3=1/4. 确定中间轴各齿轮齿数（齿数和 Sz=90）： i1 对应大齿轮齿数：60 ；i2 对应小齿轮齿数：37；i3 对应小齿轮齿数： 18。 得到最终速度匹配图：图 3-1 无极变速主运动链4. 齿轮模数的估算由于机床主轴齿轮一般在高速、中载、无猛烈冲击的条件下工作，而且 要求热处理变形小，所以选择齿轮材料为 45，高频淬火，HRC5257，许用接触应力 j=1370，许用弯曲应力。pa283wM按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数 只有在齿轮的各参数都已知方可确定，故只有在装配草图画完后校验用。在 画草图时用经验公式估算，根据估算的结果然后选用标准齿轮的模数。 齿轮模数的估算有两种方法，第一种是按齿轮的弯曲疲劳进行估算，第 二种是按齿轮的齿面点蚀进行估算，而这两种方法的前提条件是各个齿轮的 齿数必须已知，所以必须先给出各个齿轮的齿数。 根据齿轮不产生根切的基本条件：齿轮的齿数不小于 17，在该设计中， 即最小齿轮的齿数不小于 17。 由转速图得出各对齿轮的计算转速如下： 齿轮传动组中：60/30 只需计算 Z=30 的齿轮，其计算转速是 803r/min；37/53 只需计算 Z=37 的齿轮，其计算转速是 396r/min；18/72 只需计算 Z=18 的齿轮，其计算转速是 30