機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-普通型機(jī)床的主軸變速箱設(shè)計(jì)說明書

1、目機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的二、機(jī)床的用途和規(guī)格三、機(jī)床的主要參數(shù)確定3.1計(jì)算主軸各級轉(zhuǎn)速 32結(jié)構(gòu)式 33轉(zhuǎn)速圖的擬定3.4. 計(jì)算轉(zhuǎn)速nj3.5. 擬定傳動系統(tǒng)圖3.6. 計(jì)算各傳動副的傳動比3.7 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差四、動力設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1. 皮帶傳動設(shè)計(jì)與計(jì)算4.2. 傳動軸直徑的估算4.3齒輪模數(shù)的初步估算44雙向摩擦片離合器計(jì)算4.5 主軸的軸徑計(jì)算46校核第一根軸強(qiáng)度五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)六、課程設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題七、心得體會八、參考文獻(xiàn)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一、機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)床課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)過的基礎(chǔ)技術(shù)課和專業(yè)課后進(jìn)行的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，她結(jié)合機(jī)床主傳動部件設(shè)計(jì)進(jìn)行的綜合訓(xùn)練。1. 掌握

2、機(jī)床主傳動部件的設(shè)計(jì)過程和方法，包括參數(shù)擬定、傳動設(shè)計(jì)、零件計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析能力。2. 培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和鞏固擴(kuò)大已學(xué)過的知識，以提高理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。3培養(yǎng)學(xué)生收集、閱讀、分析和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料的能力，以提高學(xué)生獨(dú)立工作的能力。4進(jìn)一步訓(xùn)練和提高機(jī)械類的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算、繪圖、國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、編寫技術(shù)文件等。二、機(jī)床的用途和規(guī)格普通車床的規(guī)格和類型有系類型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料做些簡要的介紹。本次設(shè)計(jì)是普通型機(jī) 床的主軸變速箱。已知：nmin=150 rpm, 26,主電機(jī) n0=7. 5 kwo設(shè)計(jì)：ca6140臥式

3、車床12級主軸箱主傳動系統(tǒng)三、運(yùn)動設(shè)計(jì)與計(jì)算3. 1.計(jì)算主軸r級轉(zhuǎn)速vz-ig rn/ig e +i查表取標(biāo) 查表取標(biāo) 查表取標(biāo) 查表取標(biāo) 查表取標(biāo) 查表取標(biāo) 查表取標(biāo) 查表取標(biāo) 查表取標(biāo)查表取alg rn=(z-l)*lg e 二1. 1041故 rn=12. 708m 二 n “血二150 rpm準(zhǔn)值：n】二150 rpmn2=rii* g =150*1. 26=189 rpm準(zhǔn)值：n2=190 rpm%二m* 巾 2二 150*1. 262=238. 14 rpm準(zhǔn)值：rh=236 rpmm二m* 4)'=150*1. 26 -300. 06 rpm準(zhǔn)值：“1 二300 rpm

4、n5=ni* 4)4=150*1. 26 -378. 07 rpm準(zhǔn)值：ru二375 rpmri6=m* 5=150*l. 265=476. 27 rpm準(zhǔn)值：m二475 rpmm二m* 4> 6=150*1 266=600. 23 rpm準(zhǔn)值：m二600 rpmn8二m* 4)j150*l 26 -756. 28 rpm準(zhǔn)值：rh=750 rpmn9二rii* e 鼻150*1 26h=952. 92 rpm準(zhǔn)值：n9=950 rpmmo二m* e *二 150*1. 269=1200. 68 rpm標(biāo)準(zhǔn)值：mo二 1180 rpm查表取m二m* © 匸150*1 2610=

5、1512. 85 rpm標(biāo)準(zhǔn)值：m二 1500 rpmm2二ni* 4)"=150*l 2611=1906. 19 rpm查表取標(biāo)準(zhǔn)值：山2二1900 rpm3. 2.結(jié)構(gòu)式1)12=31*23*267)12=23*31*2613) 12 二23*26*3】2) 12 二 31*26*238) 12=26*31*2314) 12 二26*23*313) 12 二 3i*2*229) 12 二 2(、*32*2i15)12=22344) 12=34*22*2】10)12二2井3|*2|16) 12 二 2g*2i*325) 12 二 32*21*2611) 12 二 21*32*261

6、7)12=222*3.!6) 12 二 32*26*2112) 12 二 21*31*2218) 12 二 21*26*3?確定說明： 考慮到臥式普通車床主傳動系統(tǒng)i軸上通常采用雙向摩擦片 離合器進(jìn)行停車和變向，且它又占了較長的軸向位置。為了使軸i不 致過長，因此軸1-11間只安排了兩級變速器。這樣上式1） -6）的 六個(gè)結(jié)構(gòu)式均不合適。 根據(jù)各變速組應(yīng)按“前多后少”的原則（即級數(shù)“前多后少” 原則，papbpc）o這樣上式13） -18）的六個(gè)結(jié)構(gòu)式均不合適。 又根據(jù)轉(zhuǎn)速擴(kuò)大順序應(yīng)盡可能與傳動順序一致（或射線應(yīng)按 “前密后疏”原則，xkxkxj；且根據(jù)合理分配傳動比使中間軸有較高轉(zhuǎn)速，這樣8

7、） 9） 10） 12）四個(gè)結(jié)構(gòu)式不合適。這樣就剩下12=23*31*26、12=21*32*26兩個(gè)結(jié)構(gòu)式。 驗(yàn)算最后擴(kuò)大組：r 2=d)(p-1)x=4. 00<8合適3. 3.轉(zhuǎn)速圖的擬定1)根據(jù)12二2：曲|*26轉(zhuǎn)速圖擬定說明如下：n 電1iiiiiiv圖表1圖表2從圖表2的變速組可以看出:升速u7=z13/z14=4）3=1.263=2合適。降速u6=zn/z12=l/4）6=1/1. 26=1/4合適。滿足升降速范圍的要求（即沖動副的傳動比應(yīng)在一定范圍內(nèi)的原則：iu21/4; iuw2）。2）根據(jù)12二2】*3夬26轉(zhuǎn)速圖擬定說明如下:圖表3圖表4綜述：擬定轉(zhuǎn)速圖的優(yōu)劣，應(yīng)

8、遵循變速組的變速級數(shù)“前多后少”的原則。即papbpc； 各變速組的擴(kuò)大順序應(yīng)盡可能與運(yùn)動的順序組一直的原則或 射線“前密后疏”的原則。即xo<xi<x2；各變速組最小傳動比應(yīng)采 取遞減的原則。即降速“前慢后快”的原則。綜合考慮選擇12立*3跑6 方案的圖2o3. 4.計(jì)算轉(zhuǎn)速rij對于車、銃、刨床主運(yùn)動多采用單速異步電動機(jī)，其輸出最大功 率級額定功率是規(guī)定的。但主軸是在不同轉(zhuǎn)速下工作，其能傳送的扭 矩隨轉(zhuǎn)速降低而加大。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速最低是，其扭矩最大，則軸徑將最 大。然而，最低幾級轉(zhuǎn)速常用于切削螺紋、較孔、精鎮(zhèn)、切斷等工序, 所需功率較小。而此時(shí)轉(zhuǎn)速最低，也不可能用到全功率（p=fv

9、）。因 此，各類普通機(jī)床都設(shè)計(jì)成只有從高于最低轉(zhuǎn)速的某一級轉(zhuǎn)速開始才 能使用電動機(jī)的全部功率。這個(gè)有可能使用全功率的主軸最低轉(zhuǎn)速， 稱為主軸的“計(jì)算轉(zhuǎn)速”用m表示。同理：各傳動件傳遞全功率是各 自的最低轉(zhuǎn)速，稱為各傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。計(jì)算如下：軸或 齒輪rniiiiz14z13z12zhzioz9計(jì)算 轉(zhuǎn)速nj0035476001180600475150475750600齒輪 或帶輪8zz7z6zbz4z3z2zid2di計(jì)算轉(zhuǎn)速nj00606047560011801180600118011801440對普通機(jī)床、銃床:n n 1（i）z/3_1=1501. 263=300= n 4圖表5 12

10、二23*31*2的轉(zhuǎn)速圖3.5. 擬定傳動系統(tǒng)圖鞏3.6. 計(jì)算各傳動副的傳動比 皮帶傳動：u。二d】/d2二 1180/1440二0.819主電動機(jī)no二7.5 kw , n o=144o rpmo查皮帶設(shè)計(jì)手冊，選取 普通v帶型號b型,同時(shí)查表推薦最小直徑dmin = 160mm,取口二160伽, 則 02二di/uo二 195. 195. 36mm,查表取 d?二200mm。 a變速組參照圖5轉(zhuǎn)速圖:u嚴(yán)z】/z2=l/1/2； u2=z3/z4=1o采用查表法計(jì)算齒輪齒數(shù)畝數(shù)和 傳動4606672788486 .u1餉20:4023:3725:4726:5228:5629:57匸2醫(yī)1

11、30:3033:3336:3639:3942:4243:43傳動比誤 差xxx從傳動比誤差來看，選齒數(shù)和s =60, 78, 84較好，但考慮到i軸ii軸之間安裝雙向摩擦片離合器的徑向尺寸較大，取sn二84。這時(shí)：zi二28, z?二56, z：二42,二42。 b變速組參照圖 5 轉(zhuǎn)速圖：u3=z5/z6=1/ =1/1. 26 ； 5二z7/%二 1 ,u5二zg/zio二 1 26 o同樣，采用查表法計(jì)算齒輪齒數(shù)、齒數(shù)和 傳動比u、666870727482 u3 =265.2629:3730:3831:3932:4033:4136:46u烽133:3334:3435:3536:3637:

12、3741:41u5信 1. 2637:2938:3039:3140:3241:3346:36傳動比誤差aaaxxaa從傳動比誤差來看，選齒數(shù)和sn二66, 70, 74較好，但考慮到裝在ii軸上齒輪的齒頂園碰到i軸上雙向摩擦片外徑，故取s產(chǎn)70。這時(shí),z5=31, z6=39, z7=35, z8=35, z9=39, z】o二31。 c變速組參照圖 5 轉(zhuǎn)速圖：u6=z11/z12=l/o5=l/3. 18； u7=z13/z14=1. 16。青數(shù)和傳動83848891929513. 1820:6320:6421:6722:6922:7023:72u7 二 加.2646:3747:3749:

13、3951:4052:4053:42傳動比誤 差從傳動比誤差來看，選齒數(shù)和sf84,88,92較好，但考慮到主軸 軸徑較大，保證齒輪能套裝在主軸上，故取sn=92o這時(shí)：zn=22,z12=70, zi3=52, z4=40o3. 7.驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差：二（n實(shí)際n理想）/ n理想 wio（ e-i） %=2. 6%o從圖5轉(zhuǎn)速圖可得：u 3 un 電 u o u1440*160/200*28/56*31/39*22/70二143. 89n 電 u o u1440*160/200*28/56*35/35*22/70二180. 71誤差二-0. 05%1440*160/200*28/56*39/3

14、1*22/70二227. 35 誤差二-0 04%1440*160/200*42/42*31/39*22/70二287. 79誤差二-004%n 電 u o u1440*160/200*42/42*35/35*22/70二362.06誤差二-003%n 電 u o u1440*160/200*42/42*39/31*22/70二455.49誤差二-0. 04%n 電 u o u1440*160/200*28/56*31/39*52/40二595. 2誤差 =-0.01%n 電 u o u1440*160/200*28/56*35/35*52/40二748. 8誤差二-0. 001%n 電 u

15、o u1440*160/200*28/56*39/31*52/40二942. 04誤差=-0.01%n ion 電 u o u誤差=-0.01%誤差二-0. 001%1440*160/200*42/42*31/39*52/40二1190.41440*160/200*42/42*35/35*52/40二1497. 61440*160/200*42/42*39/31*52/40二 1884. 08 誤差二-0. 01%從上面計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速誤差可以看出，均未超過允許范圍，驗(yàn)算合格。四. 動力設(shè)計(jì)與計(jì)算4- 1.皮帶傳動設(shè)計(jì)與計(jì)算已知d產(chǎn)160, d2=200,初定中心距a0=600o計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長

16、度：ldo=2a() + n /2 (di+d2) + (d2-d)2/4ao=1765. 87 mm 由表選 5二 1760 mm。計(jì)算實(shí)際中心距a二乩)+ (l廠lq /2二597 mm在變化范圍 573. 6652 8 mm 內(nèi)。驗(yàn)算小帶輪的包角a】a嚴(yán)180 ° - ( d2-d】)*57. 3 °/a=176. 1° >120°計(jì)算帶的根數(shù)z查表的p。二3.62 apo=o. 31心二0.99 kl=0. 94pr=( po+apo) kakl=3. 65 z=p/pr=2. 1 取 3 根4. 2.傳動軸直徑的估算i軸的軸徑：d二 10

17、8*(n/rij)小二20 1 mm 取 d=25 mmoii軸的軸徑:d二 108*(n/n.j)w二25. 1 mm 取 d二30 mmoiii軸的軸徑:d=108*(n/rij)/=27l mm 取 d=35 mm。4. 3.齒輪模數(shù)的初步估算 對于【軸上的齒輪估算:模數(shù)m二32*(p/(znj)叫1.9取滬2。對于zi、z2：分度圓 di=zim=56 mm d2=z2m=112 mm 中心距 a= (di+d2) /2=84 mm 齒寬 bi二20 mm b2-20 mm 齒頂圓 daf (zi+2haj m=60 mm da2-(z2+2ha*) m=116 mm 齒根圓 d 門二

18、(z 廠 2h“*-2c*)m二 51 mm df2= (z2-2ha*-2c*)m=107 mm。對于z3、z4：分度圓 d3=z4m=84 mm d4=z4m=84 mm 中心距 a二(d3+d4) /2=84 mm 齒寬 b3=20 mm b4=20 mm 齒頂圓 da3- (z3+2ha*) m=88 mm da4= (z4+2has.) m=88 mm 齒根圓 df3= (z3-2ha*-2c*) m=79 mm df4= (z4_2ha*_2c*) m=79 mm。 對于ii軸上的齒輪估算:模數(shù)m=32*(p/(znj) 1/3=2. 3取 m=2. 5 o 對于 zs> z

19、q：分度圓 d5=z5m=77. 5 mm d6=z6m=97. 5 mm 中心距 a= (d5+d6) /2=87. 5 mm 齒寬 b5-20 mm b6=20 mm 齒頂圓 da5= (z5+2ha+) m=82. 5 mm da6-(z6+2ha*) m=102. 5 mm 齒根圓 drs- (z5-2hh*-2c*) m=71. 25 mm df6= (ze-2ha*-2c*) m=91. 25 mmo對于z7、z8：分度圓 d7=z7m=87. 5 mm d8=zsm=87. 5 mm 中心距 a= (d7+d8) /2=87. 5 mm 齒寬 b7=20 mm b8=20 mm

20、齒頂圓 da7= (z7+2ha+) m=92. 5 mm da8二(z8+2ha*) m=92. 5 mm 齒根圓d7二(z7-2ha*-2c*) m=81. 25mmdf8=(z8-2ha*-2c*)m=81. 25 mm。對于 z9、z10：分度圓 dg二zoin二97. 5 mm dio二ziom二77. 5 mm 中心距 a- (d9+dio) /2=87. 5 mm 齒寬 b9=20 mm 呱二20 mm 齒頂圓 da9= (z9+2ha*) m=102. 5 mm daio-(zio+2ha<c)m=82. 5 mm 齒根圓 df9=(z9-2ha*-2c*)m=91. 2

21、5 mm dno= (zi0-2ha*-2c*) m=71.25 mm。 對于iii軸上的齒輪估算：模數(shù)m二32*(p/(znj)%28取呼3。 對于 z11、z12：分度圓 dn=ziim=66 mm di2=zi2m=210 mm 中心距 a= (dn+di2)/2=138 mm 齒寬 bn=20 mm bi2=20 mm 齒頂圓 dan= (zn+2hajm=72 mm dai2= (zi2+2ha*) m=216 mm 齒根圓 dfn= (zn-2ha*-2c*) m=58. 5 mm dfi2=(zi2-2ha*-2c*)m=2025 mm。對于 z3、z4：分度圓 dp二zi3in

22、二 156 mm 血二zmin二 120 mm 中心距 a= (di3+di4)/2二 138 mm 齒寬 bi3=20 mm bi4=20 mm 齒頂圓 dai3=(zi3+2ha*)m=162 mm dai尸(zi4+2hajm二 126 mm 齒根圓 dn3= (zi3-2ha*-2c*) m=148. 5 mm dfi4-(zi4_2ha*_2c*)ni=112. 5 mm。4. 4.雙向摩擦片離合器計(jì)算片式摩擦片離合器目前在機(jī)床中廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗梢栽俎D(zhuǎn)速接通或斷開，具有結(jié)合平穩(wěn)、沒有沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，部分零件已 標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動。離合器傳遞額定靜扭矩：mjnkmn二k*

23、9550*n/m* n =118. 45 n*m。外摩擦片的內(nèi)徑d取80mmo摩擦面對數(shù) i8mnk/(n (d12-d22)drfp)=7. 6 取 i=8。4. 5.主軸的軸徑計(jì)算主軸的直徑對剛度影響較大，通常前端直徑口按傳遞功率確定。如下表:2. 633. 75.5. 577411643車床70907010595130110145銃床609060 9575 10090105對于臥式機(jī)床主軸直徑建議去如下:3kw4kw5. 5kw7. 5kw7585100100主軸后端直徑d2=(0. 75085)d1o為了通過棒料或安裝工具，主軸需做成空心，主軸內(nèi)孔直徑d二(075085) dp, dp

24、=1/2(d1+d2)o對于臥式機(jī)床建議取如下值:p3kw4kw5. 5kw7. 5kwd)7585100110d255656570d30404550查表可知前端軸徑di二110 mm后端軸徑d2=70 mm主軸內(nèi)孔直徑d二50 mm。4. 6.校核第一根軸強(qiáng)度第一根軸上的皮帶輪必須采用卸荷裝置，這樣在該處只傳遞扭 矩，不受彎矩，可減小彎矩變形，大大提高機(jī)床的運(yùn)動精度。正轉(zhuǎn)時(shí)，受力較大。雙滑移齒輪受軸向力f(和徑向力f”找出其 中最大的一對進(jìn)行計(jì)算，一般選靠雙向摩擦離合器處的那一對齒輪。 按“機(jī)械設(shè)計(jì)”或“材料力學(xué)”上對軸的強(qiáng)度校核方法進(jìn)行校核。由于機(jī)床主軸箱中各軸的受力都比較小，驗(yàn)算時(shí)，通常

25、用復(fù)合應(yīng) 力公式進(jìn)行計(jì)算:rb=(m2+0.5t2)7wlrblmpa,(其中，m為該軸上的主輪被動輪的圓周力、徑向力所引起的最大彎矩；心為許用應(yīng)力, 考慮應(yīng)力集中和載荷循環(huán)等因素川為軸的危險(xiǎn)斷面的抗彎斷面系數(shù);w為花鍵軸的抗彎斷面系數(shù):w-jil4/32d+(zb(d-d)(d+d)2)/32d,(其 中，d為花鍵軸的內(nèi)徑，d為花鍵軸的外徑，b為花鍵軸鍵寬，z為花 鍵軸的鍵數(shù)，t為在危險(xiǎn)界面上的最大扭矩)。齒輪的圓周力pi二2t/d,直齒圓柱齒輪的徑向力pfo 5pto求得齒輪的作用力，即可計(jì)算軸承處的支撐反力，由此求得最大 彎矩。用上訴公式對傳動軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核，均符合設(shè)計(jì)要求。五、結(jié)構(gòu)設(shè)

26、計(jì)主軸箱受力較大，易變形，相對壁厚較厚。主軸前軸承處壁厚為 32. 5mm,主軸后端壁厚為30mm,主軸箱底、箱蓋、隔墻壁厚為20mm。52周向定位釆用：平鍵、銷、緊定螺釘?shù)取］S向定位采用軸肩、 周環(huán)、六角螺母、緊定螺釘、軸套、軸蓋等。六、課程設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題1 皮帶傳動最好采用降速傳動，i二12,不要升速傳動，但傳動 比不要過大；應(yīng)采用卸荷裝置的皮帶傳動，承受皮帶拉力的支撐套應(yīng) 一定厚度，不得小于8mm,或內(nèi)外徑差為1516；皮帶輪槽一般為 35mm,不得少于3個(gè)多于7個(gè)，如超過時(shí)可改用皮帶型號達(dá)到要求。2第一根軸上的雙聯(lián)齒輪齒數(shù)應(yīng)適當(dāng)增大，其齒頂圓也增大，以 保證與軸上雙向摩擦片離合器相匹

27、配；且該軸轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，以 保證雙向摩擦片離合器的徑向尺寸小一些。當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)總片數(shù)不要超過 20片（適當(dāng)加大摩擦片",可減少片數(shù)）；當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)，按正轉(zhuǎn)一半計(jì) 算，通常反轉(zhuǎn)時(shí)功率取空載時(shí)的功率，為電動機(jī)的0. to. 5倍。3雙向摩擦片離合器端部采用2個(gè)墊片，要有一定的厚度§ <5mm,以承受軸向力。第一根軸靠近皮帶輪的支撐孔要設(shè)計(jì)大一點(diǎn)， 以便軸上雙聯(lián)齒輪的安裝，即支撐孔直徑要略大于雙聯(lián)齒輪的最大齒 頂圓直徑。4. 第二根與第三根軸上三聯(lián)滑移齒輪最好放在第二根軸上。為了 使第二根軸上的齒輪不與第一根軸上的摩擦片相碰，建議第二、第三 軸應(yīng)為降速傳動，這樣第二根軸上的齒輪就會比第三根上的齒輪大一 些。5. 為了滑移齒輪在滑動過程中互不干涉，一定要考慮軸向尺寸， 齒寬最小可取18mm,最大不超過30mm,以保證軸向尺寸