数控立式钻铣床改造(5)

本科毕业设计论文

1）主轴材料的选择

考虑到主轴的刚度几强度，选择主轴的材料为40Cr，并经过调质处理。 2）主轴结构的确定

主轴直径的选择，根据机床主电机功率来确定D1

因为 P＝4KW，属于中等以上转速，中等以下载荷的机床，所以可取

D1?60~70mm

根据以下的公式确定主轴内孔直径

K0I0?(D4?d4)/64d4???1?()?1??4 （3-14） 4KID?D/64 其中 K0，I0----空心主轴的刚度和截面惯性矩 K, I ----实心主轴的刚度和截面惯性矩 当??0.7则主轴的刚度急剧下降，故取?<0.7

主轴的结构应根据主轴上应安装的组件以及在主轴箱里的具体布置来确定，在此不在绘出。 其中：D1?69.832 D=31.750 D2?54.0 d＝18 d1?14 L=73 3）主轴的刚度验算 轴的变形和允许值：

轴上装齿轮和轴承处的绕度和倾角（y和?）应该小于弯曲变形的许用值

?y?和???，即y??y? ?????

轴的类型 一般传动轴 ?y?（mm） 变形部位 ???（rad） 0.0025 0.001 4.0003~0.0005l 装向心轴承处 装齿轮处 刚度的要求较高 -0.0002l 安装齿轮轴 （0.01~0.00）m 装单列圆锥滚子轴0.006 承 其中：L表跨距，m表模数 轴的变形计算：

计算轴本身弯曲变形产生的绕度y及倾角?时，一般常将轴简化为集中载荷下

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的简支梁。按材料力学相关公式计算，主轴的直径相差不大且计算精度要求不高的时候，可把轴看作等径轴，采用平均直d来计算，计算花键时同样选择用平均直径。

圆轴： d??dii （3-15）

惯性矩： I=

?di464 （3-16）

矩形花键轴：d1=

D?d （3-17） 2 d2?464i? （3-18）

惯性矩： I??d4?6z(D?d)(D?d)264 （3-19）

轴的分解和变形合成：对于复杂受力的变形，先将受力分解为三个垂直面上的分力，应用弯曲变形公式求出所求截面的两个垂直平面的?和y。然后进行叠加，在同以平面内的可进行代数叠加，在两平面内按几何公式，求出该截面的总绕度和总倾角。

提高轴刚度的一些措施：加大轴的直径，适当减少轴的跨度或增加第三支承，重新安排齿轮在轴上的位置改变轴的布置方位等。 轴的校核计算：

轴的计算简图在xz平面内： 主轴的传动功率：

P主=4?0.996?0.94=3.513KW

9.500?106?3.513主轴转矩： T主==156900N?mm

2502?1.569?105??2614.8N 支点上的力：FtB?2d130T主2?1.569?105FtC?2??2092N

d135T主根据弯矩平衡得：

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RHE?623?Ftc?(623?329)?FtB(623?408)?0 求得：RHE=-84.9

根据力平衡得：RHA?607.7N 4）垂直平面的弯矩图

FRB?FtB?tg?=951.71N FrC?FRC?tg?=761.4N

根据平面内弯矩平衡有：

RNE?623?FrC?(623?329)?FrB(623?408)?0 RNE?88.6N

再根据力平衡得：RNA??101.71N，则可得B、C点得弯矩图： MX 图2-10 垂直平面内的弯矩图 在B点和C 点为最危险截面，要满足要求，B、C点满足即可，在B、C截面得弯矩为：

MB??MBH?MBV=803403.1N2㎜ （3-20） MC??MCH?MCV=675702.3 N2㎜ （3-21）

2222扭矩图为：

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本科毕业设计论文 TX 图2-11 垂直平面内的扭矩图 经分析可知B所在得位置为最危险截面，只要B满足条件即可，则刚度满足。 计算弯矩： MCB?MB??(2TB)2 （3-22）

=862517.2 N2㎜

轴得抗弯截面系数为：

W??d?(D?d)(D?d)zb4（3-23） 32D40694400?20?140?8?10 ?32?80?145983.7mm3所以?ca?Mca?53.96????1? W故满足第三强度理论。 刚度验算：

在水平面内，FtB单独作用时：

pb(3l2?4b2)fc1? （3-24）

48EI2614.8?2.5(3?6232?4?2152) =

48?2.1?105?I =-0.02598mm

其中I=

?(D4?d4)32=2747500

在ftc单独作用下：

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fc2pb(3l2?4b2) （3-25） ?48EI2092?294(3?6232?42942) = 548?2.1?10?I =-0.0182mm 在两力得共同作用下：

fc?fc2?fc1?0.00778mm

在垂直面内有(在FrB单独作用时)

pb(3l2?4b2)fc1? （3-26）

48EI951.71?2.15(3?6232?4?2152) = 548?2.1?10?I =-0.0072mm 其中I=

?(D4?d4)32=2747500

在FrC单独作用下：

fc2pb(3l2?4b2)? （3-27）

48EI761.4?294(3?6232?4?2942) = 548?2.1?10?I =-0.0182mm 在两力的共同作用下：

fc?fc2?fc1?0.0006mm

故在FtB、FrB、FtC、FrC共同作用下，x?1l处为危险截面，其最大绕度为 2fc?fc?2?fc2? ?0.0078031mm （3-28）

而一般的刚度?y??(0.0003~0.0005)l

=0.21~0.35mm ，故fc??y?符合刚度要求，其转角就不验算了。

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