軸承內外圈加工專用機床車架與主軸箱設計論文[帶圖紙]

1、<p><b>　　編號</b></p><p><b>　　無錫太湖學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目： 軸承內外圈加工專用機床 </p><p>　　車架與主軸箱設計 </p>

2、;<p>　　信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)</p><p>　　學 號： 　　　　　　　</p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： 　職稱：副教授） </p><p>　?。毞Q： ）</p><p>　　2013年5月25日&

3、lt;/p><p>　　無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）</p><p><b>　　誠 信 承 諾 書</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）軸承內外圈加工專用機床車架與主軸箱設計是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何

4、其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。</p><p>　　班 級： 機械93 </p><p>　　學 號： </p><p>　　作者姓名： </p><p>　　2013 年 5 月 25 日</p><p><b>　　摘 要</b&g

5、t;</p><p>　　本文研究的題目是軸承內外圈加工專用機床車架和主軸箱設計。該課題來源于某機床制造企業(yè)的軸承內外圈加工專用機床生產線改造項目，對于一臺機床而言，機架猶如“骨骼”一樣支撐著整臺機床，而主軸箱則猶如“心臟”一樣為整臺機床提供不竭動力。</p><p>　　本著主軸箱功能單一、輸入功率利用高、車架結構簡單、布局合理的原則，對主軸箱和車架進行了相關尺寸設計并運用UG軟件對零部

6、件進行三維建模、虛擬裝配和運動仿真。</p><p>　　主軸箱設計部分完成對主軸部件的尺寸設計與強度校核、皮帶輪的選用、軸承的選用與壽命計算、鍵銷的選型與強度較核以及主軸箱內的其他零件設計。車架設計部分由于是非標部件，故采用類比同類機床的設計經驗，結合結構簡單，布局合理的原則對車架進行尺寸設計，最后介紹車架的焊接技術。</p><p>　　在完成尺寸設計后，根據尺寸并運用UG軟件完成相關

7、零部件的建模，將所有零部件進行虛擬裝配，最后利用UG的仿真模塊對主軸箱進行運動仿真，分析仿真結果，得出結論，進而完成整篇論文書寫。</p><p>　　關鍵詞：主軸箱；車架；三維建模；虛擬裝配；運動仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The title of this article is desig

8、ning the frame and the headstock of the special machine tool for machining bearing inner and outer ring. The study is based on a project for transforming the production line of the special machine tool for machining bear

9、ing inner and outer ring of a manufactory. The frame is just as “skeleton” to support the whole lathe, and the headstock just as “heart” to offer an inexhaustible driving force for a lathe. </p><p>　　To achi

10、eve the goal of the single function and to improve high utilization for input power, I designed the headstock . The frame has simple structure, and reasonable layout. I would design the related measurement of headstock a

11、nd frame by using UG software. Then I would use UG to do 3D modeling, virtual assembly and motion simulation.</p><p>　　The part of designing the headstock would complete the design of the measurement and str

12、ength check, selection of pulley, the selection and the life calculation of the bearing, key pin selection and strength check, and other parts in the headstock. The frame is non-standard part. According to the experience

13、 of the similar machine tool, and combined with simple structure and rational layout of the principle , I designed the frame. At last, I introduce the frame welding technology.</p><p>　　According to the size

14、, I used UG software to complete the related parts modeling, virtual assembly. Then I did the simulation motion, analyse the results for the conclusion, and complete the whole writing.</p><p>　　Keywords: hea

15、dstock; frame; 3D modeling; virtual assembly; motion simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b&g

16、t;　　目 錄V</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 車架與主軸箱設計的背景與目的1</p><p>　　1.2 軸承內外圈車削加工國內發(fā)展歷史及現狀1</p><p>　　1.3 車架和主軸箱設計的意義1</p><p>　　

17、1.4 研究內容、預期目標及研究方法2</p><p>　　2 總體方案設計3</p><p>　　2.1 車架的類型3</p><p>　　2.2 主軸的類型3</p><p><b>　　3 主軸箱設計5</b></p><p>　　3.1 主軸箱的概述5</p>&

18、lt;p>　　3.2 主軸的概述5</p><p>　　3.2.1 主軸的用途和分類5</p><p>　　3.2.2 主軸的材料5</p><p>　　3.3主軸主要參數設計5</p><p>　　3.3.1 概述5</p><p>　　3.3.2 主軸平均直徑D的確定6</p>&l

19、t;p>　　3.3.3 主軸內孔直徑d的確定7</p><p>　　3.3.4 主軸懸伸量a的確定8</p><p>　　3.3.5 主軸支承跨距l(xiāng)的確定8</p><p>　　3.4 電動機的選擇8</p><p>　　3.5 主軸的傳動設計8</p><p>　　3.5.1轉動方式概述8</

20、p><p>　　3.5.2皮帶輪設計8</p><p>　　3.6 鍵的選擇與校核11</p><p>　　3.6.1概述11</p><p>　　3.6.2 鍵的強度計算11</p><p>　　3.6.3 鍵的尺寸設計13</p><p>　　3.7 軸向定位13</p>

21、<p>　　3.8 主軸的軸承選擇和配置13</p><p>　　3.8.1 概述13</p><p>　　3.8.2 軸承的選擇13</p><p>　　3.8.3 軸承安裝方式14</p><p>　　3.8.4 軸承的預緊14</p><p>　　3.8.5 圓錐滾子軸承校核14<

22、/p><p>　　3.9 軸的校核16</p><p>　　3.10 軸上其他零件的設計與選擇20</p><p>　　3.10.1 滾動軸承的密封裝置20</p><p>　　3.10.2 主軸箱前前端蓋20</p><p>　　3.10.3 主軸箱前后端蓋20</p><p>　　3.

23、10.4 主軸箱后前端蓋21</p><p>　　3.10.5 主軸后軸承套21</p><p>　　3.10.6 主軸并帽22</p><p>　　3.11 主軸箱箱體設計22</p><p>　　3.11.1 材料的選擇22</p><p>　　3.11.2 制造方法22</p><

24、p>　　3.11.3 鑄造金屬箱體的要點22</p><p>　　3.12 本章小結23</p><p>　　4 車架結構設計24</p><p><b>　　4.1 概述24</b></p><p>　　4.2 車架設計的要求24</p><p>　　4.3 車架常用材料24&

25、lt;/p><p>　　4.4 車架的截面形狀、肋的布置和壁板上的孔24</p><p>　　4.4.1 車架的截面形狀24</p><p>　　4.4.2 肋的布置24</p><p>　　4.4.3 車架壁板上的孔24</p><p>　　4.4.4 車架連接結構設計25</p><p&g

26、t;　　4.4.5 焊接技術25</p><p>　　4.4.6 車架的時效處理25</p><p>　　4.4.7 車架的尺寸結構設計26</p><p>　　4.5 本章小結26</p><p>　　5 基于UG的車架和主軸箱三維建模與虛擬裝配27</p><p>　　5.1 UG軟件介紹27</

27、p><p>　　5.2 主要零部件的三維建模27</p><p>　　5.2.1 車架建模28</p><p>　　5.2.2 主軸箱建模29</p><p>　　5.3 車架和主軸箱的虛擬裝配30</p><p>　　5.3.1 基于UG NX 6的裝配設計簡介30</p><p>　　

28、5.3.2主軸箱與車架的虛擬裝配31</p><p>　　5.4 本章小結33</p><p>　　6 基于UG的運動仿真34</p><p>　　6.1 運動仿真的工作界面34</p><p>　　6.1.1 UG的接口問題34</p><p>　　6.1.2 打開運動仿真主界面34</p>

29、<p>　　6.1.3 運動仿真工作界面介紹35</p><p>　　6.2 主軸箱的運動仿真36</p><p>　　6.2.1 連桿特性的建立36</p><p>　　6.2.2 運動副特性的建立37</p><p>　　6.2.3 分析驗證38</p><p>　　6.3 本章小結38&l

30、t;/p><p>　　7 結論與展望39</p><p><b>　　7.1 結論39</b></p><p>　　7.2 不足之處與展望39</p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　參考文獻41</b><

31、;/p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 車架與主軸箱設計的背景與目的</p><p>　　課題來源于某機床制造企業(yè)為提高加工過程的機械化和自動化水平，提高效率，降低工人的勞動強度，降低企業(yè)成本的需求。軸承內外圈車加工機床是針對企業(yè)發(fā)展需要，針對軸承內外圈車加工而設計的專用機床，此床應用功能簡單，性價比高，適用于生產

32、線加工。本次設計是為了滿足應用功能簡單，性價比高的要求進行設計的。 </p><p>　　對于一個機床來說，車架就是機床的“骨骼”，支撐起整臺機床，而主軸箱則是機床的“心臟”給機床不竭的動力。 </p><p>　　車架與主軸箱是一臺機床必不可少的兩個主要部分。車架在滿足整臺機床的支撐作用的前提下，還要滿足人機工程的相關要求。主軸箱則在滿足動力輸送的前提下，還要滿足結構簡單，功能簡單，效率

33、高的要求。 </p><p>　　1.2 軸承內外圈車削加工國內發(fā)展歷史及現狀</p><p>　　在上古時代的古埃及，曾經使用圓柱形滾木運輸巨大石塊建筑金字塔及紀念碑。中世紀時，著名數學家萊布尼茨寫出了關于滾動和滑動摩擦的第一本著名理論著作。18世紀已經使用鑄鐵或青銅，到19世紀已經大童使用球、滾子和滾動軸承。1820年開始應用小型的推力球座圈，1880年登記了自行車滾動軸承的專利。18

34、83年在歐洲建立了第一個球軸承工廠，同時在美國也建立了第一個球軸承工廠。現在，國際上已經有成千上萬家大、中、小型和微型軸承公司。    我國軸承工業(yè)加工已經有70多年的歷史，目前已具有相當的規(guī)模和發(fā)展基礎，解放以來，經過五十多年的發(fā)展，我國各類軸承的生產量已從1949年的13.8萬套增加到2005年的60億套，累計生產軸承的品種規(guī)格已從100多個增加到66000多個。從軸承生產總量和生產體系來看，我國已成

35、為僅次于日本、美國和法國的世界軸承生產大國。    軸承內外圈的車削加工一般指車削外圓、內孔、端面、滾道、擋邊、斜坡、圓角、止動槽、油溝、油槽等。過去采用的設備水平普遍較低，多采用普通機床C615,C618,C630，六角機床C3180,C3163,C365L，立式機床C512A,C516A</p><p>　　近幾年軸承內外圈加工專用機床在國內外都有很多研究，應用的領域也越來

36、越多，軸承機械，產品主要用于汽車行業(yè)、軍工行業(yè)和其他工業(yè)行業(yè)的軸承生產制造，實現了單機自動化、多機線自動化的生產制造。其中軸承行業(yè)，占據頂端市場份額的90％以上，速度、準確度和耐用性是軸承內外圈加工專用機床加工出來的產品的重要保障。</p><p>　　1.3 車架和主軸箱設計的意義</p><p>　　為了順應當今社會發(fā)展的需要，單機自動化、多機線自動化的生產制造已經成為社會生產的主流。

37、如何普及自動化，提高生產效率是現在面臨的首要問題。車架和主軸箱作為機床的兩個重要部件，也要順應這個主流。與此同時，整臺機床的性價比要高也是當代機床發(fā)展的必然趨勢。</p><p>　　1.4 研究內容、預期目標及研究方法</p><p>　　本課題來源于某機床制造企業(yè)生產線改造項目。</p><p>　　本論文的主要內容包括：</p><p>

38、;　?。?） 根據企業(yè)實際生產設備和技術要求，提出軸承內外圈加工專用機床車架和主軸箱的結構方案，并對各個零部件進行設計。</p><p>　　（2） 對軸承內外圈加工專用機床尺寸設計，并利用UG軟件進行三維建模。</p><p>　?。?） 對軸承內外圈加工專用機床進行虛擬裝配。</p><p>　　（4） 將虛擬樣機導入UG軟件運動仿真界面，并在UG中對機構進行運

39、動仿真分析，檢驗所選取方案及其模型的合理性，并對機構進行優(yōu)化設計。</p><p>　?。?） 軸承內外圈加工專用機床車架和主軸箱設計要順應自動化生產線更新的需要，本文將采取類比的研究方法對相關部件進行設計。</p><p><b>　　2 總體方案設計</b></p><p><b>　　2.1 車架的類型</b><

40、;/p><p>　　車架是機器中典型的非標準的零件，是底座、機體、床身、車架、橋架（起重機）、殼體、箱體以及基礎平臺等零件的統稱，起到支撐、容納其他零部件和保證其相對位置的作用。</p><p>　　車架按外形結構不同如圖2.1，可分為梁柱式、框架式、板塊式和箱殼式等。按材料不同可分為金屬車架和非金屬車架，金屬車架的常用制造方法有鑄造和焊接兩種，分別稱為鑄造車架和焊接車架；常用的非金屬車架有塑

41、料車架、花崗巖車架和混凝土車架等[2]。</p><p>　　1，3，5—梁（柱）式車架；2—箱殼式車架；4—平板式車架；6—框架式車架</p><p>　　圖2.1 車架的分類</p><p>　　考慮到實際設計要求，和經濟性要求，綜上所述，本文將采用箱殼式運用焊接方法制造的金屬車架。</p><p><b>　　2.2 主軸的類

42、型</b></p><p>　　用于機床的軸型有很多，常見的應用于軸承內外圈車加工專用機床的最為常見的兩種軸型為直軸和心軸兩種[2]。</p><p>　　直軸的特點：結構簡單，制造方便，最為常用。按外形又分為光軸a和階梯軸b，其中階梯軸最為常用。如圖2.2。</p><p><b>　　圖2.2 直軸</b></p>

43、<p>　　空心軸的特點：空心處可裝設其他零件。在同樣重量下，較之實心軸有較大強度、剛度。加工比較困難。如圖2.3。</p><p><b>　　圖2.3 空心軸</b></p><p>　　考慮到本文主軸箱的經濟要求和傳動效率高的原則，綜上所述，本文采用空心軸。</p><p><b>　　3 主軸箱設計</b&g

44、t;</p><p>　　3.1 主軸箱的概述</p><p>　　主軸箱是機床的重要部件，是用于布置機床工作主軸及其傳動零件和相應的附加機構的部件。</p><p><b>　　3.2 主軸的概述</b></p><p>　　3.2.1 主軸的用途和分類</p><p>　　主軸部件是機床實現旋

45、轉運動的重要執(zhí)行件，主軸部件由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動件、密封件等組成[3]。</p><p>　　由于機床的功能不同，導致主軸部件的結構也不同，但各種主軸部件都有共同特點：在使用上都要求性能相一致的回轉精度、抗振性、剛度、耐磨性等，并且要求溫升低、熱變形小。在結構上要求完善解決工件或刀具的定位裝夾、軸承間隙的調整以及潤滑、主軸及軸承的定位、密封等問題。當然，由于機床的任務、類型和要求不同，導致主軸工作

46、條件的差異。因此，各類不同機床主軸部件需要解決的問題應各有所側重。</p><p>　　3.2.2 主軸的材料</p><p>　　主軸的材料品種很多，設計時主要根據對軸的強度、剛度、耐磨性以及加工、熱處理和經濟性等要求進行選擇。</p><p>　　主軸的常用材料是經過軋制或鍛造的優(yōu)質中碳鋼和合金鋼，其中應用最廣泛的是經調質處理的45鋼。合金鋼對應力集中比較敏感，

47、因而對合金鋼軸表面加工質量要求也比較高，否則不能充分發(fā)揮其高強度的優(yōu)點。</p><p>　　根據同類機床的設計經驗，本文采用40Cr作為主軸的材料。</p><p>　　3.3主軸主要參數設計</p><p><b>　　3.3.1 概述</b></p><p>　　主軸的主要參數是指[4]：主軸平均直徑（或主軸前軸頸

48、直徑）；主軸內孔直徑；主軸懸伸量和主軸支承跨距，如圖3.1。這些參數直接影響到主軸的工作性能。但為簡化問題，主要是從靜剛度條件出發(fā)來確定這些參數。</p><p>　　圖3.1 主軸主要參數示意圖</p><p>　　3.3.2 主軸平均直徑D的確定</p><p>　　主軸的平均直徑對主軸部件有較大的剛度影響。加大直徑，可減少由于主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移

49、和軸承彈性變形引起的軸端位移，提高主軸部件的剛度。但加大直徑受到軸承值的限制，同時造成相配零件尺寸加大、結構龐大、制造困難和重量增加等，因此在滿足剛度的要求下應該去取小值。</p><p>　　設計時主要用類比的分析方法來確定主軸前軸頸直徑（或平均直徑）。</p><p>　　按機床主電動機功率來確定主軸前軸頸直徑，如圖3.2所示統計曲線。</p><p>　　圖3

50、.2 機床統計曲線</p><p>　　高速機床主軸和徑向截面要求小的主軸，可按區(qū)域Ⅱ來確定的值。根據電機功率和相關要求與經驗結合曲線圖，得=70mm。</p><p>　　根據同類機床的經驗此主軸可分為四段如圖3.3，因定位軸肩的高度h一般為=（0.07～0.1），為與零件相配處的軸的直徑[5]。</p><p>　　故=70+0.1×70×2

51、=84mm。</p><p><b>　　圖3.3 四段軸圖</b></p><p>　　對于其他軸肩高度屬于非定位軸肩，是為了加工和裝配方便而設置的，其高度沒有嚴格的規(guī)定，一般取為1～2mm。</p><p>　　故=70-2=68mm；</p><p>　　=68-2=66mm； </p><p&

52、gt;　　=66-2=64mm。</p><p>　　3.3.3 主軸內孔直徑d的確定</p><p>　　主軸內孔直徑與機床的類型有關，主要用來通過棒料，通過拉桿、鏜桿或頂出頂尖等。確定孔徑的原則是，為減輕主軸重量，在滿足對空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下，應盡量取大值。</p><p>　　主軸本身的剛度正比于抗彎斷面慣性矩，即</

53、p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　根據（3.1）式，可繪出主軸孔徑對剛度的影響曲線如圖3.4。</p><p>　　圖3.4 孔徑對剛度的影響曲線</p><p>　　由圖可知，當時內孔對主軸剛度幾乎無影響，可忽略不計，所以常取孔徑的極限值為：</p><p><b

54、>　?。?.7</b></p><p>　　此時＞0.75，即剛度削弱小于25%。若孔徑再大，主軸剛度就會急劇下降。</p><p>　　普通機床=0.55～0.6</p><p>　　式中d1——前軸頸內孔直徑。</p><p>　　由已知條件=70mm，所以=×（0.55～0.6）=70×（0.55～

55、0.6）mm=38.5～42mm。</p><p>　　根據同類機床經驗得=40mm。</p><p>　　因為此機床正常加工無需內孔，但出于減輕軸的重量考慮，同時類比同類機床得=30mm。</p><p>　　3.3.4 主軸懸伸量a的確定</p><p>　　主軸懸伸量是指主軸前端面到前支承徑向反力作用中點（一般即為前徑向支承中點）的距離

56、[5]。它主要取決于主軸端部結構型式和尺寸（大多有軸端標準）、前支承的軸承配置和密封裝置等，有的還與機床其他參數有關，如工作臺的行程等，因此主要有結構設計決定。</p><p>　　懸伸量值對主軸部件的剛度、抗振性影響很大。因此，確定懸伸量的原則，是在滿足結構要求的前提下盡可能取小值，同時應在設計時采取措施縮減a值。</p><p>　　與同類機床相類比初步確定0≤≤50（mm）。<

57、/p><p>　　3.3.5 主軸支承跨距l(xiāng)的確定</p><p>　　支承跨距是指主軸相鄰兩支承的支承反力作用點之間的距離。合理確定支承跨距，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。</p><p>　　根據同類機床的主軸跨距，此機床的合理跨距=300mm。</p><p>　　3.4 電動機的選擇</p><p>　　

58、該機床只要是用于加工深溝球軸承系列的內外圈的專用機床[7]。</p><p>　　軸承內外圈的材料： GCr15</p><p>　　刀具材料： YT15[8] </p><p>　　最大車削直徑：

59、52mm</p><p>　　軸承內外圈的加工生產類型 大批量生產</p><p>　　根據實際需求和以往經驗，我將選擇變頻調速電機。變頻調速電機我選擇了4級電機，基頻工作點設計在50Hz頻率0-50Hz（轉速0-1480r/min）范圍內電機作恒轉矩運動。</p><p>　　本文電動機的輸出功率為3kW，轉速為1000r/mi

60、n。</p><p>　　3.5 主軸的傳動設計</p><p>　　3.5.1轉動方式概述</p><p>　　主軸旋轉運動轉動方式的選擇，決定于主軸轉速的高低，所傳遞扭矩的大小，對運轉平穩(wěn)性的要求及結構緊湊、裝卸維修方便等。</p><p>　　機床主軸的常用傳動方式有：齒輪傳動、帶傳動、電動機直接傳動、空氣渦輪傳動、渦輪蝸桿傳動和鏈傳動

61、等。</p><p>　　本文根據同類機床傳動設計經驗，初步選擇使用帶傳動。</p><p>　　查《機床設計手冊》表6.1-4得出將帶輪裝于前、后支承間，主軸受力情況較好，適用于精度較高的高速小型機床。</p><p>　　3.5.2皮帶輪設計</p><p>　　本節(jié)設計步驟和相關圖表均參考文獻[2],《袖珍機械設計師手冊》 。</

62、p><p>　　3.5.2.1 概述</p><p>　　帶傳動是最常用的一種機械傳動，其特點是結構簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、能實現兩軸距離較遠的傳動。</p><p>　　帶傳動的類型很多，主要有以摩擦傳動為傳動方式的V帶傳動、平帶傳動和圓帶傳動以及以嚙合傳動為傳動方式的同步帶傳動和特種同步帶傳動。</p><p>　　本文根據同類機床設計經

63、驗選用普通V帶傳動。</p><p>　　普通V帶是用多種材料制成的無接頭環(huán)形帶。帶輪的材料則經常采用HT150或HT200。</p><p>　　本文選用HT200。</p><p>　　3.5.2.2 V帶傳動設計計算</p><p>　　V帶傳動設計的主要依據是保證帶在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強度和使用壽命。</p>

64、<p>　　本文電動機輸出功率P=3kW，電機轉速，主軸轉速。</p><p><b>　　(1) 計算功率</b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　根據參考文獻[2]查表15-6，得KA=1.4。</p><p>　　由公式（3.2）得kW。<

65、/p><p><b>　　(2) 選擇帶型</b></p><p>　　根據和，查參考文獻[2]中圖15-1得出本文應選用A型。</p><p>　　(3) 小帶輪的基準直徑 </p><p>　　為了提高V帶的壽命，宜選取較大直徑，基于這個原則，查參考文獻[2]中表15-7和圖15.1，取mm。</p>&l

66、t;p>　　(4) 大帶輪的基準直徑</p><p>　　mm，查參考文獻[2]中表15-7，取mm。</p><p><b>　　(5) 帶速</b></p><p><b>　　m/s</b></p><p><b>　　(6) 初定中心距</b></p>

67、<p><b>　　mmmm</b></p><p>　　208.6mm596mm</p><p>　　根據結構要求選定mm。</p><p>　　(7) 初算膠帶基準長度</p><p>　　由參考文獻[2]中表15-3選取基準長度mm。</p><p><b>　　(8

68、) 實際中心距</b></p><p><b>　　安裝時調整范圍</b></p><p><b>　　(9) 小帶輪包角</b></p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　(10) 單根V帶傳遞的額定功率</p><p&

69、gt;　　根據mm和mm，由參考文獻[2]中表15-9c查得A型帶kW。</p><p>　　(11) 單根V帶的額定功率增量</p><p>　　由參考文獻[2]中表15-9c查得kW</p><p>　　(12) V帶的根數</p><p>　　(13) 單根V帶的預拉力</p><p><b>　　(

70、3.3)</b></p><p>　　由公式（3.3），并根據參考文獻[2]中表15-11查得=0.1kg/m。</p><p><b>　　原式</b></p><p>　　(14) 作用在軸上的力</p><p>　　(15) 帶輪的結構和尺寸</p><p><b>　

71、　如圖3.5。</b></p><p>　　圖3.5 皮帶輪的尺寸圖</p><p>　　3.6 鍵的選擇與校核</p><p><b>　　3.6.1概述</b></p><p>　　鍵是一種標準零件，通常用來實現軸與輪轂之間的周圍固定以傳遞轉矩，有的還能實現軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。鍵的連接主要

72、類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。</p><p>　　本文采用平鍵（A型）連接。其主要特點：鍵的兩側面是工作面，工作時，靠鍵同鍵槽側面的擠壓來傳遞轉矩。鍵的上表面和輪轂的槽底面間則留有間隙。平鍵連接具有結構簡單、裝拆方便、對中性較好等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。</p><p>　　鍵的材料采用抗拉強度不小于600MPa的鋼，通常為45鋼[6]。</p>&l

73、t;p>　　故本文鍵的材料選擇45鋼。</p><p>　　3.6.2 鍵的強度計算</p><p>　　平鍵連接傳遞轉矩時，連接中各零件的受力如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 平鍵連接的受力情況</p><p>　　對于本文實際情況，鍵的主要失效形式是工作面被壓潰。</p><p>　　假定載荷在

74、鍵的工作面上均勻分布，則強度條件為[6]：</p><p><b>　　（3.4）</b></p><p>　　式中：—傳遞的轉矩，N·m；</p><p>　　—鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，此處為鍵的高度，單位mm；</p><p>　　—鍵的工作長度，單位mm，圓頭平鍵，這里為鍵的公稱長度，單位mm；為鍵的寬

75、度，單位mm；</p><p>　　—軸的直徑，單位mm；</p><p>　　—鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，單位MPa，見表3-1。</p><p>　　表3-1 鍵連接的許用擠壓應力</p><p><b>　　由公式（3.4）</b></p><p><b>　　故滿

76、足要求。</b></p><p>　　3.6.3 鍵的尺寸設計</p><p><b>　　如圖3.7。</b></p><p>　　圖3.7 鍵的尺寸圖</p><p><b>　　3.7 軸向定位</b></p><p>　　由于平鍵只能起到周向定位的作用，而

77、周向又沒有軸肩的定位，故本文采用M10×20的緊定螺釘。</p><p>　　3.8 主軸的軸承選擇和配置</p><p><b>　　3.8.1 概述</b></p><p>　　主軸軸承是主軸部件的重要組成部分，它的類型、結構、配置、精度、安裝、調整、潤滑和冷卻等狀況，都直接影響主軸部件的工作性能。</p><

78、p>　　軸承可分為滑動軸承和滾動軸承，按照本文要求和同類機床的設計經驗，本文采用滾動軸承。常用的滾動軸承有：深溝球軸承、調心軸軸承、角接觸軸承、圓柱滾子軸承、調心滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承、滾針軸承、帶座外球面球軸承、直線運動滾動支承等。</p><p>　　3.8.2 軸承的選擇</p><p>　　主軸部件上的軸承應具有旋轉精度高、剛度高、承載能力強、抗振性好、極限轉速高

79、、適應變速范圍大、摩擦功耗小、噪聲低、壽命長等性能，同時應該滿足制造簡單，使用維修方便、成本低、結構尺寸小等要求。</p><p>　　本文所設計的主軸的載荷較大，轉速較高并且要承受以徑向載荷為主的軸向與徑向聯合載荷，所用軸承在滿足上述條件的情況下，還必須能夠限制軸一個方向的位移，故初步選擇圓錐滾子軸承系列（GB/T 297—1994）的軸承。但必須注意的是，圓錐滾子軸承在徑向載荷作用下會產生附加軸向力，所以本文

80、將成對使用[6]。</p><p>　　根據同類機床的設計經驗，又因為主軸裝配軸承部位的直徑、，所以由參考文獻[3]中表12-24 單列圓錐滾子軸承（外形尺寸摘自GB/T 297-1994）。針對、分別選用圓錐滾子軸承32214、32213。</p><p>　　3.8.3 軸承安裝方式</p><p>　　由于圓錐滾子軸承既能承受徑向力，又能承受軸向力，所以由這

81、種軸承組合的支承結構一般比較簡單，調整也比較方便。</p><p>　　圓錐滾子軸承可以在支承中單一使用，也可以成對使用，也有和其他類型軸承組合使用的。</p><p>　　本文將成對使用圓錐滾子軸承，以抵消派生軸向力，因需要承受一定的軸向力，故采用反裝式，如圖3.8。</p><p><b>　　圖3.8 軸承反裝</b></p>

82、<p>　　3.8.4 軸承的預緊</p><p>　　圓錐滾子軸承常用螺母預緊，后支承一般用彈簧預緊，而本文用的是并帽預緊方式。</p><p>　　3.8.5 圓錐滾子軸承校核</p><p>　　機床經濟加工直徑mm。</p><p><b>　　主切削力[12]：</b></p>&l

83、t;p>　　一般情況下，最大，和小一些。</p><p><b>　　切深抗力：</b></p><p><b>　　進給抗力：</b></p><p>　　、、三力之間的空間關系如圖3.9。</p><p>　　圖3.9 、、三力之間的空間關系</p><p><

84、;b>　　為了方便計算</b></p><p><b>　　≈730N</b></p><p>　　(1) 求兩軸承受到的徑向載荷</p><p>　　將軸系受到的空間力系分解為鉛垂面如圖3.10（a）和水平面如圖3.10（b）兩個平面力系。</p><p>　　圖3.10 軸承受力分析</p&g

85、t;<p><b>　　由力分析可知：</b></p><p>　　(2) 求軸承的計算軸向力</p><p>　　對于圓錐滾子軸承，按表13-7[6]，軸承派生軸向力，其中，，；，[10]。</p><p>　　(3) 求軸承當量動載荷</p><p>　　因為 </p

86、><p><b>　　當時，</b></p><p>　　當時，[6] </p><p><b>　　所以</b></p><p>　　(4) 驗算軸承壽命</p><p>　　因為，所以按軸承1的受力大小驗算</p><p>　　查參考

87、文獻[5]中表13-3得＇=20000~30000h<</p><p>　　故所選的軸承滿足壽命條件。</p><p><b>　　3.9 軸的校核</b></p><p>　　通過軸的結構設計，軸上零件的位置，以及支反力和外載荷的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎矩、扭矩強度條件對軸的強度進行校核計算。&l

88、t;/p><p>　　(1) 做出軸的計算簡圖</p><p>　　軸所受的載荷是從零件傳來的，計算時，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用</p><p>　　點取載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點算起。</p><p>　　在做計算簡圖時，應先求出軸上受力零件的載荷（若為空間力系，應該把空間力系分</p&g

89、t;<p>　　解為圓周力、徑向力、軸向力，然后把它們全部轉化到軸上），并將其分解為水平分力和垂直分力如圖3.11（a）、（b）所示。然后求出各支承處的水平反力和垂直反力。</p><p>　　圖3.11 軸的受力分析</p><p><b>　　(2) 做出彎矩圖</b></p><p>　　根據上述簡圖，分別求出各面的力、彎矩

90、大小畫出彎矩圖。</p><p>　　水平面：如圖3.12。</p><p>　　圖3.12 x軸的彎矩圖</p><p><b>　　由</b></p><p>　　得 </p><p><b>　　由</b></p><

91、;p>　　得 </p><p><b>　　C點Z軸的彎矩</b></p><p>　　垂直面：如圖3.13。</p><p>　　圖3.13 z軸的彎矩圖</p><p>　　由 </p><p>　　即

92、 </p><p>　　得 、</p><p><b>　　B點X軸的彎矩</b></p><p><b>　　B點的合成彎矩</b></p><p><b>　　如圖3.14。</b></p><p&

93、gt;　　圖3.14 彎矩合成圖</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　因為</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　(3) 做出扭矩圖</b></p><p>&

94、lt;b>　　如圖3.15。</b></p><p><b>　　圖3.15 扭矩圖</b></p><p>　　(4) 軸的危險面分析</p><p>　　如圖3.16是對軸危險面的劃分。</p><p>　　圖3.16 軸危險面示意圖</p><p>　　對于截面1、2，由于

95、扭矩一樣，軸的外徑一樣大，所以扭轉切應力取決于內</p><p>　　孔徑，內孔徑越大，扭轉切應力越大，故截面2為危險截面。</p><p>　　而對于截面2、3、4，由于扭矩一樣，軸的內孔徑一樣大，所以扭轉切應力</p><p>　　取決于外徑，外徑越小，扭轉切應力越大，故截面3為危險截面。</p><p>　　綜上所述，截面3為危險截面。

96、</p><p>　　(5) 軸的強度校核</p><p><b>　　1) 扭矩：</b></p><p>　　計算危險截面3并與[10]比較即：</p><p><b>　　滿足扭轉強度條件。</b></p><p><b>　　2) 彎矩：</b>

97、</p><p>　　根據分析由圖3.14得B點彎矩最大所以只需要計算B點彎矩即可，結果與比較。</p><p><b>　　滿足彎矩強度要求。</b></p><p>　　綜上所述，本文設計的軸滿足要求。</p><p>　　3.10 軸上其他零件的設計與選擇</p><p>　　3.10.1

98、滾動軸承的密封裝置</p><p>　　軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。</p><p>　　密封裝置可分為接觸式的氈圈油封、唇形密封圈、密封環(huán)和非接觸式的隙縫密封、甩油密封、曲路密封兩大類。</p><p>　　本文采用氈圈油封。這種密封結構簡單，經濟適用。</p><p>　　3.10.

99、2 主軸箱前前端蓋</p><p><b>　　尺寸如圖3.17。</b></p><p>　　圖3.17 主軸箱前前端蓋尺寸圖</p><p>　　3.10.3 主軸箱前后端蓋</p><p><b>　　尺寸如圖3.18。</b></p><p>　　圖3.18 主軸箱前

100、后端蓋</p><p>　　3.10.4 主軸箱后前端蓋</p><p><b>　　尺寸如圖3.19。</b></p><p>　　圖3.19 主軸箱后前端蓋</p><p>　　3.10.5 主軸后軸承套</p><p><b>　　尺寸如圖3.20。</b></p

101、><p>　　圖3.20 主軸鍵銷尺寸圖 </p><p>　　3.10.6 主軸并帽</p><p><b>　　尺寸如圖3.21。</b></p><p>　　圖3.21 主軸并帽尺寸圖</p><p>　　3.11 主軸箱箱體設計</p><p>　　3.11.1 材料的

102、選擇</p><p>　　本文采用HT200作為箱體的材料。</p><p>　　3.11.2 制造方法</p><p>　　根據材料的選擇要依據箱體形狀及大小、生產批量和使用要求。對于結構復雜的車架體采用鑄造加工方法，即通常采用鑄鐵材料。而對于結構簡單的車架則一般采用普通碳素鋼進行焊接制造。</p><p>　　本文根據以往經驗和實際要求，

103、采用主軸箱箱體鑄造制造，箱體蓋板采用螺釘連接。</p><p>　　3.11.3 鑄造金屬箱體的要點 </p><p>　　3.11.3.1 最小壁厚</p><p>　　鑄件的最小壁厚與強度、剛度、材料、尺寸大小及工藝水平等因素有關。</p><p>　　對砂型鑄造，灰鑄鐵件的最小壁厚可按當量尺寸從表3-2中選取。當量尺寸為</p&

104、gt;<p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　式中，分別為鑄件的長、寬和高的最大尺寸，單位m。</p><p>　　表3-2 鑄鐵車架最小壁厚</p><p>　　根據表3-2和公式（3.5）得所以外壁厚和內壁厚均為6mm，根據經驗箱體的壁厚取20mm。</p><p>　　3.11.3

105、.2 加強筋的安置</p><p>　　由于主軸箱軸前端因切削而產生切削力，且前端需要安裝三爪卡盤應力集中，故在主軸前端支承表面安置加強筋，以增加抗變形系數。</p><p>　　3.11.3.3 箱體的其他設計</p><p>　　主軸箱箱體的其他設計尺寸如圖3.22。</p><p>　　圖3.22 主軸箱箱體尺寸圖</p>

106、<p><b>　　3.12 本章小結</b></p><p>　　本章主要進行了主軸箱的主軸部件結構設計、受力分析、數據計算、校核；傳動裝置-皮帶輪的選擇、數據計算；軸承的選型、受力分析、壽命計算；主軸箱箱體的結構設計等內容。</p><p><b>　　4 車架結構設計</b></p><p><b&

107、gt;　　4.1 概述</b></p><p>　　本文將采用箱殼式運用焊接方法制造的金屬車架。</p><p>　　4.2 車架設計的要求</p><p>　　車架作為非標準零件，同樣應滿足零件設計的一般要求，即功能要求、加工工藝性要求。車架設計用著重考慮車架的剛度、強度、精度、尺寸穩(wěn)定性、吸振性及耐磨性等，還要求造型美觀、質量輕、成本低、結構及工藝性

108、合理。</p><p>　　4.3 車架常用材料</p><p>　　車架材料的選擇要依據車架形狀及大小、生產批量和使用要求。對于結構復雜的車架體采用鑄造加工方法，即通常采用鑄鐵材料。而對于結構簡單的車架則一般采用普通碳素鋼進行焊接制造。</p><p>　　本文設計的車架結構簡單，所以將采用普通碳素鋼進行焊接制造。</p><p>　　4.

109、4 車架的截面形狀、肋的布置和壁板上的孔</p><p>　　4.4.1 車架的截面形狀</p><p>　　車架的抗拉或抗壓強度和剛度，一般僅與斷面面積的大小有關，而與斷面形狀無關。但零件的抗彎、抗扭強度和剛度除了 與其截面面積有關外，還取決于截面形狀，即與其截面慣性矩成正比。合理改變截面形狀，增大其慣性矩和截面系數，可提高車架零件的強度和剛度，從而充分發(fā)揮材料的作用。</p>

110、;<p>　　選擇車架截面形狀時應考慮如下幾個方面。</p><p>　　(1) 截面形狀應與車架所受載荷種類相適應。</p><p>　　(2) 截面形狀應與車架材料特性相適應。鋼材應盡量使用拉、壓代替其受彎，鑄鐵應盡可能受壓。</p><p>　　(3) 截面變化應符合等強度原則。</p><p>　　4.4.2 肋的布置&

111、lt;/p><p>　　采用肋板和肋條是提高車架零件剛度的重要措施之一。肋板又叫隔板，是指車架零件兩外壁之間起連接作用的內壁，它的功能是加強車架四壁之間的聯系使它們起到一個整體的作用；肋條也叫加強肋，一般布置在內壁上。肋板和肋條的布置是在減輕車架整體重量的前提下，來加強空心斷面車架的整體剛度或局部剛度，同時也可防止薄壁振動以減少噪聲。</p><p>　　(1) 為有效地提高車架的抗彎剛度，肋

112、一般放置在彎曲平面內。</p><p>　　本文則在應力相對集中地兩板焊接處，并且在支承重量大的地方放置。</p><p>　　(2) 平板式車架肋板的布置則常采用對開式。</p><p>　　4.4.3 車架壁板上的孔</p><p>　　車架內部由于要安裝電氣裝置、液壓系統和傳動裝置等，或由于車架加工工藝方面的要求，常常需要在車架的壁上或

113、內部肋板上開出各種孔。這些孔的形狀、大小及位置對車架的剛度均有接強度與剛度，連接剛度是機器總體剛度的組成部分，因此直接影響機器的工作性能。車架與其他零部件或地基間多采用螺栓連接。影響連接剛度的主要因素有：連接處的結構、連接件及墊片的剛度、結合面的表面精度、連接螺栓的數量、大小及排列形式，預緊力的大小等。</p><p>　　為改善車架連接剛度，設計時應注意如下幾點。</p><p>　　(

114、1) 結合面的表面結構中的粗糙度應不低于，結合面應在同一平面內，滿足一定的平面度要求。</p><p>　　(2) 固定螺栓的直徑應足夠大，數量足夠，螺栓的布置應均勻、對稱。</p><p>　　(3) 改善連接部位的受力狀態(tài)，并對螺栓施加足夠的預緊力。</p><p>　　根據上述要點，本文鋼板的表面精度要求定在。床架腳四角均布采用螺釘固定。鋼板之間則采用焊接方法

115、焊接制造。</p><p>　　4.4.4 車架連接結構設計</p><p>　　車架結構設計中須保證車架與其上零部件的連接以及車架與地基之間的連-焊接技術的介紹和車架的時效處理等。</p><p>　　4.4.5 焊接技術</p><p>　　4.4.5.1 概述</p><p>　　焊接方法可分為熔焊和壓焊兩種焊接

116、方法。熔焊可分為：氣焊、電弧焊、真空電子束焊、電渣焊、激光焊、釬焊等。壓焊可分為：電阻焊、閃光焊、加壓氣焊等。</p><p>　　4.4.5.2 Q235-A的焊接要求</p><p>　　本文采用Q235-A普通碳素鋼具有良好的焊接性。在普通條件下可焊接，焊接后的變形容易矯正。當厚度大于20mm，結構剛度最大，車間的溫度低于-5℃時要預熱。</p><p>　　

117、4.4.5.3 Q235-A的焊接</p><p><b>　　(1) 焊接電源</b></p><p>　　焊接Q235-A時對焊接電源沒有什么特殊要求，一般的交、直流弧焊機都可以焊接。本文采用交流弧焊機。</p><p><b>　　(2) 焊接方法</b></p><p>　　根據工件的不同加

118、工要求，可選用手工電弧焊、CO2氣體保護焊、埋弧焊等焊接方法。本文采用手工電弧焊。</p><p><b>　　(3) 焊材的選擇</b></p><p>　　對于Q235-A材料的焊接一般采用E4315、E4316、E5015、E5016焊條。</p><p>　　本文采用E5015焊條。</p><p>　　4.4.

119、6 車架的時效處理</p><p>　　制造車架時，焊接（或鑄造）、熱處理及加工等都會產生高溫，因各部分冷卻速度不</p><p>　　同而收縮不均勻，使金屬內部產生內應力。如果不進行時效處理，將因內應力的逐漸重新分布而變形，使車架喪失原有的精度。</p><p>　　時效處理就是在精加工之前，使車架充分變形，消除內應力，提高其尺寸的穩(wěn)定性。常見的方法有自然時效、人

120、工時效和振動時效等幾種，其中人工時效應用最廣。</p><p>　　本文采用人工時效對車架進行時效處理。</p><p>　　4.4.7 車架的尺寸結構設計</p><p>　　具體尺寸設計如圖4.1，4.2，4.3。</p><p>　　圖4.1 車架框架臺面板尺寸圖</p><p>　　圖4.2 車架框架后側及左側

121、尺寸圖</p><p>　　圖4.3 車架框架前側及右側尺寸圖</p><p><b>　　4.5 本章小結</b></p><p>　　本章主要研究了車架的分類、設計要點以及本文采用材料的選擇，制造方法等內容。</p><p>　　5 基于UG的車架和主軸箱三維建模與虛擬裝配</p><p>　

122、　5.1 UG軟件介紹 </p><p>　　Unigraphics NX(簡稱UG)，是由美國Unigraphics Solutions(UGS)公司推出的面向制造業(yè)的高端軟件。UG是當今應用最廣泛、最具競爭力的CAE/CAD/CAM大型集成軟件之一。其囊括了產品設計、零件裝配、模具設計、NC加工、工程圖設計、模流分析、自動測量和機構仿真等多種功能。</p><p>　　UG的主要客戶

123、包括，通用汽車，通用電氣，福特，波音麥道，洛克希德，勞斯萊斯，普惠發(fā)動機，日產，克萊斯勒，以及美國軍方。幾乎所有飛機發(fā)動機和大部分汽車發(fā)動機都采用UG進行設計，充分體現UG在高端工程領域，特別是軍工領域的強大實力。在高端領域與CATIA并駕齊驅[14]。</p><p>　　UG面向過程驅動的技術是虛擬產品開發(fā)的關鍵技術，在面向過程驅動技術的環(huán)境中，用戶的全部產品以及精確地數據模型能夠在產品開發(fā)全過程的各個環(huán)節(jié)保

124、持相關，從而有效地實現了并行工程。伴隨著UG版本的不斷更新和功能的不斷擴充，促使該軟件朝著專業(yè)化和智能化方向發(fā)展，其主要技術如下所述。</p><p>　　(1) 智能化的操作環(huán)境</p><p>　　UG NX具有良好的用戶界面，絕大多數功能都可通過圖標來實現，并且在進行對象操作時，具有自動推理的功能。同時，每個操作步驟中，在繪圖區(qū)上方的信息欄和提示欄中提示操作信息，便于用戶做出正確的選