X6132型萬能升降臺銑床主軸箱設(shè)計

1、x6132型萬能升降臺銑床主軸箱設(shè)計 學(xué)生姓名：施悅琳 學(xué) 號：0401080803 班 級：機自0808 專 業(yè)：機械工程及自動化 題 目：x6132型萬能升降臺銑床主軸箱設(shè)計 指導(dǎo)教師：紀(jì)小剛 時 間：2011年9月5號2011年9月23號緒論 設(shè)計的過程是通過分析、創(chuàng)造和綜合而達(dá)到滿足特定功能目標(biāo)的一種活動。在此過程中需不斷的對設(shè)計方案進行評論，根據(jù)評價的結(jié)果進行修改，在設(shè)計的過程中不斷地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。金屬切削機床是機械制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備，隨著社會不斷發(fā)展和科學(xué)不斷進步對機床設(shè)計要求越來越高，計算機輔助設(shè)計和計算機輔助工程應(yīng)用。使得機床的設(shè)計理論和方法由人工繪圖向計算機繪圖，由定性設(shè)

2、計向定量設(shè)計。由表態(tài)和線性分析向動態(tài)和非線性分析，由可行性設(shè)計向最佳設(shè)計過度。 金屬切削機床的基本功能是提供切削加工所必需運動和動力。機床基本工作原理是通過刀具與工件之間相對運動，由刀具切除工件加工表面多余的金屬材料，形成工件加工表面的幾何形狀、尺寸，并達(dá)到其精度要求。x6132萬能升降臺銑床是一個十分典型的普通車床，廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)中。主軸箱的設(shè)計不僅要滿足機床總體布局變速箱的形狀和尺寸的限制、達(dá)到18級轉(zhuǎn)速，還要便于裝配、調(diào)整、潤滑和維修。 根據(jù)指導(dǎo)教師的推薦、重點選用金屬切削機床以及輔助類書刊包括材料力學(xué)、機械制造裝備設(shè)計、機械制圖、機械設(shè)計等圖書。其中，金屬切削機床設(shè)計無疑是系統(tǒng)化介紹

3、和設(shè)計車床的資料。它從機床設(shè)計的步驟，機床的標(biāo)準(zhǔn)化，機床的總體布局到主要參數(shù)的確定。在主要的傳動設(shè)計中，參考齒輪齒數(shù)和齒輪直徑的確定，是主軸箱的尺寸，軸的軸徑，以及傳動精度等一系列布局。在結(jié)構(gòu)式，結(jié)構(gòu)網(wǎng)確定之后，要對傳動件的結(jié)構(gòu)、材料、構(gòu)造等進行計算和設(shè)計及齒輪模數(shù)確定等。 傳動件包括齒輪、傳動軸、離合器、制動裝置等。其中齒輪的構(gòu)造中三聯(lián)滑移齒輪，對齒輪的拼裝，齒輪太窄或太寬時的處理，齒輪在軸上的定位問題都有比較全面的論述。 傳動軸在反復(fù)彎曲載荷和扭曲載荷下不發(fā)生疲勞破壞。在剛度方面，軸的彎曲和扭曲載荷下不致產(chǎn)生過大的變形。高速旋轉(zhuǎn)的軸還應(yīng)計算器臨界轉(zhuǎn)速，以免發(fā)生共振，傳動軸首先要估算直徑，然

4、后再進行剛度驗算。提高剛度時可以采用加大軸的直徑縮短軸的長度，使軸上的主動和被動傳動件盡可能的靠近，使傳動件靠近軸。 文獻(xiàn)資料室一個設(shè)計者必備的工具，選擇全面的實用的工具是設(shè)計者必備的素質(zhì)。其實，整個設(shè)計的過程就是將大學(xué)四年學(xué)習(xí)的知識融會貫通的過程，很多當(dāng)時不會用的感覺泛泛的東西通過設(shè)計將變得更具體，可行，學(xué)會應(yīng)用資料，為我所用，能將那些規(guī)格化的鼓勵的零件經(jīng)過計算，設(shè)計成一臺可以實現(xiàn)運轉(zhuǎn)的機械，就是我們設(shè)計的根本意圖所在了。 我們設(shè)計還是比較初級模型，在實踐中，只有不斷的改進，才能達(dá)到高的生產(chǎn)效率，然而，基礎(chǔ)的知識和原理是設(shè)計的源頭，就我個人而言，我希望能通過這次專業(yè)課程設(shè)計對自己未來從事的工

5、作進行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后的工作、學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。由于能力所限、設(shè)計中難免有許多不妥之處，懇請老師多多指教。目錄一、 概述41.1金屬切削機床在國民經(jīng)濟中的地位41.2機床課程設(shè)計的目的41.3車床的規(guī)格系列和用處41.4 操作性能要求5二、傳動設(shè)計52.1 主傳動方案擬定52.2 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇52.2.1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目52.2.2 確定傳動順序62.2.3 確定擴大順序6 2.2.4 確定變速組中的極限傳動比及變速范圍.6 2.2.5 確定最小傳動比.7三、 傳動件的估算93.1 帶輪設(shè)計93.2 齒輪齒數(shù)的確定和

6、計算轉(zhuǎn)速的計算113.2.1 齒輪齒數(shù)的確定113.2.2 齒輪計算轉(zhuǎn)速的計算143.3 軸及傳動軸的計算轉(zhuǎn)速163.4 齒數(shù)模數(shù)的確定16 3.5 傳動軸直徑的確定.17 3.6 主軸軸徑的確定.18四、驗算主要零件184.1齒輪模數(shù)驗算184.2 傳動軸剛度驗算204.3 軸承壽命驗算22五、結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明245.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案24六、總結(jié)24七、參考文獻(xiàn)24一、概述1.1 金屬切削機床在國民經(jīng)濟中的地位金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，又稱為“工作母機”或“工具機”。在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，金屬切學(xué)機床是加工機器零件的主要設(shè)備

7、，它所擔(dān)負(fù)的工作量，約占機器總制造工作量的40%60%。機床的技術(shù)水平直接影響機械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。1.2機床課程設(shè)計的目的專業(yè)課程設(shè)計是在學(xué)生學(xué)完相應(yīng)課程及先行課程之后進行的實習(xí)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)，其目的在于通過機床運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使學(xué)生在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機械制圖，零件計算，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。1.3車床的規(guī)格系列和用處 規(guī)格系列： 表1 x6132萬能升降臺銑床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸

8、）和基本參數(shù)最低轉(zhuǎn)速nmin( )最低轉(zhuǎn)速nmax( )主電機轉(zhuǎn)速( )主電機功率n（kw）公比轉(zhuǎn)速級數(shù)z 30150014507.51.2618 1.4 操作性能要求用處：該機床用于銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。工作臺可繞垂直軸在 水平面范圍整，如采用分度頭附件，還可加工螺旋表面。二、傳動設(shè)計2.1 主傳動方案擬定擬定傳動方案，包括傳動型式的選擇以及開停、幻想、制動、操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動型式則指傳動和變速的元件、機構(gòu)以及組成、安排不同特點的傳動型式、變速類型。傳動方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定傳動方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟等多方面統(tǒng)一

9、考慮。傳動方案有多種，傳動型式更是眾多，比如：傳動型式上有集中傳動，分離傳動；擴大變速范圍可用增加傳動組數(shù)，也可用背輪結(jié)構(gòu)、分支傳動等型式；變速箱上既可用多速電機，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計中，我們采用集中傳動型式的主軸變速箱。2.2 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復(fù)雜的傳動并想由此導(dǎo)出實際的方案，就并非十分有效。 2.2.1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目 一定變速組組數(shù)的變速系統(tǒng)可由不同數(shù)目的變速組組成。變速傳動裝置總變速級數(shù)應(yīng)等于各變速組變速級數(shù)的連

10、乘積，即，式中z主軸總變速級數(shù)；p、q、r各組變速機構(gòu)的變速級數(shù)（即為每組傳動副數(shù)）。 減少變速組的數(shù)目可以縮短傳動鏈，但在總變速級數(shù)不一定的情況下，勢必會增加各變速組內(nèi)傳動副數(shù)目p，并且降速過快，會導(dǎo)致齒輪的徑向尺寸增大。18級轉(zhuǎn)速的變速系統(tǒng)，其變速級和傳動副數(shù)的組合方案為：首先應(yīng)該確定，預(yù)使主軸得到18級轉(zhuǎn)速需要幾個變速組，以及他們各需要幾個傳動副。方案：變速組數(shù)目為3個，傳動軸數(shù)最少為4根，但齒輪對數(shù)目為，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，同時由于機床結(jié)構(gòu)原因，通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪進行變速。方案：雖然變速組數(shù)目為2個，傳軸軸數(shù)最少為3根，但齒輪對數(shù)目為3+6=9、9+2=11，比方案中多。同時使變速箱的

11、軸向尺寸增加，使操縱機構(gòu)變得復(fù)雜，難以實現(xiàn)。綜上所述，主軸為18級轉(zhuǎn)速的變速系統(tǒng)，應(yīng)采用由3個變速組所組成的方案，即應(yīng)選擇方案。2.2.2確定傳動順序在一般情況下，變速系統(tǒng)為降速的，電動機轉(zhuǎn)速往往比主軸變速范圍內(nèi)大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，現(xiàn)對上述方案進行分析。方案：變速組a有3對傳動副，在靠近主軸處為低速的變速組b為2對，變速組c也為2對。根據(jù)扭矩公式可知，當(dāng)傳動件傳遞的功率一定，轉(zhuǎn)速高時所傳遞的扭矩小，則軸、齒輪等傳動件尺寸相應(yīng)的可小一些。因此，從傳動順序來說，應(yīng)盡量使前面的傳動件多些，可節(jié)省材料，減輕重量，故第一方案為最佳方案。2.2.3確定擴大順序當(dāng)傳動順序確定后，由于基本組、擴大組的排列順序不同，

12、可得出不同的排列方案，其結(jié)構(gòu)式為：射線開口大勢必造成低轉(zhuǎn)速較低，其結(jié)果是使傳動件的尺寸較大。因此，在網(wǎng)上表現(xiàn)為前后傳動組的射線間開口笑，后面?zhèn)鲃咏M的射線間開口大，這時各變速組的變速范圍是逐漸增大的，故方案為最佳方案。2.2.4確定變速組中的極限傳動比及變速范圍在主傳動系統(tǒng)中，對于降速，為了防止被動齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常應(yīng)限制最小傳動比。對于升速，為了防止產(chǎn)生過大的振動和噪聲，常應(yīng)限制最大傳動比。由于齒輪副的極限傳動比有了限制，則變速組的最大變速范圍相應(yīng)地也應(yīng)有一定的限制。在主運動中： 因此，一般只要最后擴大組的變速范圍不超過限制范圍，則其余的變速組也不會超過。通常，最后擴大組的傳動

13、副數(shù)為2，可以減少最后擴大組的變速范圍，以利于不超過限制范圍。因此，設(shè)計傳動系統(tǒng)時，rn值的擴大，由于受到值的限制，就不能通過無限增加變速組的數(shù)目來實現(xiàn)。驗算：方案，其最后擴大組的變速范圍，合格。2.2.5確定最小傳動比在設(shè)計傳動系統(tǒng)時，電動機與主軸的轉(zhuǎn)速已經(jīng)確定。當(dāng)降速時，分配傳動比應(yīng)使各個中間傳動軸的最低轉(zhuǎn)速適當(dāng)?shù)馗咝Ｒ驗閚高后，在傳遞一定功率下，傳遞的扭矩就小，相應(yīng)的使傳動件的尺寸也小。未來使更多的傳動件在相對高速下工作，減少變速箱的結(jié)構(gòu)尺寸，除了在傳動順序上前多后少，擴大順序上前密后疏，對于降速運動最小傳動比應(yīng)采取前緩后急的原則，即在傳動順序上，越靠前最小傳動比越小，最后變速組的最小

14、傳動比常取1/4。據(jù)上所述，主運動轉(zhuǎn)速圖為： 傳動系統(tǒng)圖為： 三、 傳動件的估算3.1 帶輪設(shè)計1、確定計算功率 查表8-6 知= 2、選擇帶型 根據(jù)計算功率 和小帶輪轉(zhuǎn)速由圖8-9知選擇v帶b型。 3、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑和 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 根據(jù)機械設(shè)計8-11圖，取主動輪基準(zhǔn)直徑=150mm 根據(jù)式（8-15）從動輪基準(zhǔn)直徑 =1.933112=290mm 根據(jù)表8-8取=290mm 按式（8-13）驗算帶的速度 帶的速度合適 4確定a型v帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距 根據(jù)初步確定中心距：初定中心距 根據(jù)式（8-22）計算帶所需的基準(zhǔn)長度 由表8-2選帶的基本長度ld=1600mm 按式（

15、8-21）計算實際中心距 5、驗算主動輪上的包角 由（8-6）得： 主動輪的包角合適6、計算v型帶的根數(shù)z由式（8-22）由 查表8-4a和表8-4b 得 查表8-5得： 查表8-2得 7、計算預(yù)緊力由式8-27知 查表8-3得q=0.18kg/m 故：8、計算作用在軸上的壓軸力式（8-28） =2z3.2 齒輪齒數(shù)以及計算轉(zhuǎn)速的確定當(dāng)各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機械設(shè)計手冊推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從表3-6（機械制造裝備設(shè)計）中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應(yīng)大

16、于1820。采用三聯(lián)滑移齒輪時，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。3.2.1齒輪齒數(shù)的確定第一組齒輪：傳動比，查機械制造裝備設(shè)計表1.7可得相應(yīng)的齒數(shù)和的值可取60，78.,我們可取的值為60，則各齒輪相對應(yīng)的齒數(shù)為 檢查主軸各級轉(zhuǎn)速誤差：檢驗式為式中 第一對齒輪 符合要求第二對齒輪 符合要求第三對齒輪 符合要求第二組齒輪：傳動比，查機械制造裝備設(shè)計表1.7可得相應(yīng)的齒數(shù)和的值可取70,77.,我們可取的值為70，則各齒輪相對應(yīng)的齒數(shù)為 檢查主軸各級轉(zhuǎn)速誤差：檢驗式為式中 第一對齒輪 符合要求第二對齒輪 符合要求第三對齒

17、輪 符合要求第三組齒輪：傳動比，查機械制造裝備設(shè)計表1.7可得相應(yīng)的齒數(shù)和的值可取85,89,90,95.,我們可取的值為89，則各齒輪相對應(yīng)的齒數(shù)為 檢查主軸各級轉(zhuǎn)速誤差：檢驗式為式中 第一對齒輪 符合要求第二對齒輪 符合要求3.2.2齒輪計算轉(zhuǎn)速的確定齒輪的計算轉(zhuǎn)速。齒輪裝在軸上，從轉(zhuǎn)速圖可以看出，共有118r/min750r/min共9級轉(zhuǎn)速，經(jīng)齒輪/傳動主軸得到235r/min1500r/min這9級轉(zhuǎn)速能傳遞全部功率，故齒輪的這9級轉(zhuǎn)速也能傳遞全部功率，其中最低轉(zhuǎn)速118r/min正好為齒輪的計算轉(zhuǎn)速。齒輪的計算轉(zhuǎn)速。齒輪裝在軸（主軸）上，有235r/min1500r/min共9級轉(zhuǎn)

18、速，都能傳遞全部功率，其最低轉(zhuǎn)速235r/min即為齒輪的計算轉(zhuǎn)速。齒輪的計算轉(zhuǎn)速。齒輪裝在軸上，有118r/min750r/min共9級轉(zhuǎn)速。其中375r/min750r/min的4級轉(zhuǎn)速能傳遞全部功率，而118r/min300r/min的5級轉(zhuǎn)速不能傳遞全部功率。因此，齒輪的計算轉(zhuǎn)速即為375r/min。其余依次類推，各齒輪的計算轉(zhuǎn)速如下。齒輪序號計算轉(zhuǎn)速1450695695475695375695300300齒輪序號計算轉(zhuǎn)速47530023530011811823537595齒輪的具體值見表齒輪尺寸表齒輪齒數(shù)z模數(shù)m分度圓d齒頂圓齒根圓齒頂高齒根高32349210082454374148

19、15613845520480887045640416016815045717468765845843417217216245943417217216245102741081169845113141241241144512394156156146451320480887045145042002081904515593177183169.533.7516303909682.533.75171847280624518714284292274453.3軸及傳動軸的計算轉(zhuǎn)速主軸的計算轉(zhuǎn)速。由械制造裝備設(shè)計中表1.8可查出傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。從轉(zhuǎn)速圖上可以看出，軸共有9級轉(zhuǎn)速：118r/min1500r/m

20、in之間的所有轉(zhuǎn)速都傳遞全部功率。此時，軸若經(jīng)齒輪副/傳動主軸，它只有在375r/min750r/min的那4級轉(zhuǎn)速時才能傳遞全部功率；若經(jīng)過齒輪副/傳動主軸。則118r/min750r/min的9級轉(zhuǎn)速能傳遞全部功率，因此，其中的最低轉(zhuǎn)速118r/min即為軸的計算轉(zhuǎn)速。其余，依次類推。各軸的計算轉(zhuǎn)速如下：軸序號計算轉(zhuǎn)速1450750300118953.4齒數(shù)模數(shù)的確定一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪按簡化的接觸疲勞強度公式計算 式中：按疲勞接觸強度計算的齒輪模數(shù) 驅(qū)動電機功率 計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速 大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比 小齒輪齒數(shù)齒寬系數(shù)，（b為齒寬，m為模數(shù)），

21、許用接觸應(yīng)力 傳動組1模數(shù)： 傳動組2模數(shù)： 傳動組3模數(shù)： 故選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 3.5傳動軸直徑的計算傳動軸的直徑可按下列扭轉(zhuǎn)剛度公式進行計算 取取由機械設(shè)計手冊3.19-317表知取花鍵軸尺寸為取由機械設(shè)計手冊表取花鍵軸尺寸為取由機械設(shè)計手冊表3.19-317 取花鍵軸尺寸為將計算結(jié)果列成表格形式，如：軸號花鍵軸尺寸備注7.214102635平鍵6.7775030.1456-423610花鍵6.3743037.3456-484212花鍵67552506-555014花鍵 3.6主軸軸頸的確定 根據(jù)功率n=7.5kw 在5.57.5之間 知 主軸軸頸選75100 取d=75mm 四、驗算主要零件

22、 4.1齒輪模數(shù)驗算 一般按接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度驗算，選取某軸上承受載荷最大的齒輪和同材料同模數(shù)齒輪中齒輪最少齒寬最小的齒輪進行驗算。驗算對象主軸前軸的小齒輪 即第iv軸（1）、按接觸疲勞強度驗算 由258頁5.4-84材料彈性系數(shù) 由表5.4-85齒輪材料性能系數(shù) 由表5.4-80查得 -嚙合角影響系數(shù) 非變位齒輪 =14.84（2）按彎曲疲勞強度驗算（防止齒根折斷） -齒形系數(shù) 非變位外嚙合直齒輪圓柱齒輪 =1 =1.29 =0.85 259頁表5.4-85查得 =1.04 =1 =0.85=30.65 所以 所以 合格4.2傳動軸剛度驗算（軸） （1）計算軸的平均直徑，畫出計算簡圖

23、?；ㄦI軸： （2）計算該周傳遞的扭矩 6.374kw 375r/min =162324.533mm (3)、求作用在齒輪處b點的力 切向力： 徑向力： (4)、求作用在齒輪處c點的力 切向力： 徑向力： (5)、計算撓度應(yīng)用552頁表5.8公式 e=2.1n/mm i=81844mm校： = =0.5=0.0164mm = =0.5=0.0207mm = =0.5=0.0316mm(6)、計算傾角，應(yīng)用【1】552頁表5.8-16公式 a: =rad =0.5=0.00028 rad =rad =0.5=0.00034 rad d: =rad =0.5=-0.00021 rad =rad =0.5=-0.00034 rad =+=0.0741 =+=0.0043 =+=0.1015 =+=0.012 =+=0.00126 rad =+=0.00006 rad =+=-0.00101 rad =+=-0.00009 rad=rad =rad由551頁表5.8-14查得【y】=（0.00030.0005）l=0.1032mm故【q】=0.0025 rad 所以 合格 4.3、軸承壽命的驗算 軸承的壽命應(yīng)滿足 -額定壽命t工作期限 h ；通常取t=10000h額定壽命的計算公式：=式中：n-軸承（即