普通車床的主軸箱部件設(shè)計課程設(shè)計

1、課程設(shè)計普通車床的主軸箱部件設(shè)計學(xué)生姓名：專業(yè)班級：機械設(shè)計2012級1班指導(dǎo)教師：學(xué) 院：2015年12月目錄1 總體設(shè)計1.1 確定機床運動參數(shù)1 原始參數(shù)1 確定主電機11.1.3 主傳動系統(tǒng)方案的擬定11.1.4 確定齒輪的齒數(shù)31.1.5 確定系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖32運動設(shè)計52.1確定各軸轉(zhuǎn)速5 確定主軸計算轉(zhuǎn)速5 各傳動軸計算轉(zhuǎn)速52.1.3 各齒輪計算轉(zhuǎn)速52.1.4 核算主軸誤差52.2 帶傳動設(shè)計52.2.1 確定計算功率5 選取V帶型52.1.3 確定帶輪直徑和驗算帶速52.1.4 確定傳動中心距和帶的基準(zhǔn)長度62.1.5 驗算小帶輪的包角62.1.6 確定帶的根數(shù)62.1.

2、7 計算帶的張緊力62.1.8 計算作用在軸上的壓軸力72.3 各傳動齒輪模數(shù)的確定和校核72.3.1 模數(shù)的確定72.3.2 齒輪的校核82.4 確定各軸的最小直徑102.5 軸承的選擇112.5.1 初選軸承的型號112.5.2 軸承壽命校核112.6 軸的校核122.7 操縱機構(gòu)的設(shè)計142.7.1 操縱機構(gòu)類型的選擇142.7.2 操縱機構(gòu)的參數(shù)計算142.8 鍵的選擇142.8.1 鍵的類型選擇142.8.2 鍵的校核163主軸組件設(shè)計173.1 主軸內(nèi)孔直徑的確定173.2 主軸外徑的確定173.3 主軸前段懸伸量173.4 主軸組件最佳跨距選擇17 4箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計195變速箱的潤

3、滑20結(jié)論211 總體設(shè)計1.1 確定機床運動參數(shù)1.1.1 原始參數(shù)本課程設(shè)計主要是針對有極變速裝置進(jìn)行的。因此，在設(shè)計前期通過查閱機床設(shè)計圖冊的方式，對各類車床、銑床等主軸變速機構(gòu)及進(jìn)給機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和變速方式進(jìn)行了充分的了解，明確了設(shè)計的內(nèi)容.對車床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計主電機的功率：3kw最大轉(zhuǎn)速：2000r/min最低轉(zhuǎn)速：400r/min 公比：= 1.26工件材料：鋼鐵材料道具材料：硬質(zhì)合金1.1.2 確定主電機電機功率：3kw 電機型號：Y100L2-4電機轉(zhuǎn)速：1420r/min1.1.3 主傳動系統(tǒng)方案的擬定擬定傳動方案，包括傳動形式選擇以及開停、制動、換向、操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定

4、。傳動形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形式，變速類型。傳動方案和形式與結(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，確定傳動方案和形式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)性等多方面統(tǒng)一考慮。確定結(jié)構(gòu)式：方案a:方案b：主變速傳動系從電動機道主軸，通常為降速傳動，接近電動機的轉(zhuǎn)速較高，傳動的轉(zhuǎn)矩較小，尺寸小一些，反之靠近主軸的傳動件轉(zhuǎn)速較低，傳動的轉(zhuǎn)矩較大，尺寸就較大。因此在擬定主變速傳動系時，應(yīng)盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面，傳動副數(shù)少的變速組放在后面，使主變速傳動系中更多的傳動件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小一些，以節(jié)省變速箱的造價，減少變速箱的外形尺寸;也就是滿足傳動

5、副前多后少的原則，確定傳動方案。通過驗算最后擴大組的變速范圍： 所以方案a為優(yōu)設(shè)計結(jié)構(gòu)網(wǎng)：傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍：在降速運動時，為防止齒輪的直徑過大而使其徑向尺寸過大，常限制最小傳動比，升速傳動時，為防止產(chǎn)生過大的振動和噪音，常限制最大傳動比，斜齒輪比較平穩(wěn)，可取，故變速組的最大變速范圍為。檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時，只需檢查最后一個擴大組。因為其他變速組的變速范圍都比最后擴大組的小，只要最后擴大組的變速范圍不超過極限值，其他變速組就不會超過極限值。依據(jù)中間軸變速范圍小的原則設(shè)計設(shè)計結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下所示： 由 查表選取標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，其標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速是：400，500，630，800

6、，1250，1600 ，2000由此可以確定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖 1.1.4 確定齒輪的齒數(shù)確定齒輪齒數(shù)的原則和要求：齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過大；齒輪的齒數(shù)和過大會加大兩軸之間的中心距，使機床結(jié)構(gòu)龐大，一般推薦。最小齒輪的齒數(shù)要盡可能少;但同時要考慮：最小齒輪不產(chǎn)生根切，機床變速箱中標(biāo)準(zhǔn)直圓柱齒輪，一般最小齒數(shù)；受限制的最小齒輪齒數(shù)應(yīng)大于1820；齒輪齒數(shù)應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動比的要求：實際傳動比（齒數(shù)之比）與理論傳動比（轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動比）之間有誤差，但不能過大，確定齒數(shù)所造成的轉(zhuǎn)數(shù)所造成的轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和轉(zhuǎn)速圖可知，系統(tǒng)采用雙聯(lián)滑移齒輪 Sz=60，62，64，66，68，70，72，

7、74. Sz=.50,52,54,66,68,70,72,74 Sz=.44,52,54,60,62,70,72,78 由以上幾行可以挑出，72是共同適用的。選取，則從表中可以查出小齒輪齒數(shù)分別是36，32，28，即，。1.1.5 確定系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖由以上可以確定系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖，為2 運動設(shè)計2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速2.1.1 確定主軸計算轉(zhuǎn)速2.1.2 各傳動軸計算轉(zhuǎn)速軸的可從主軸630r/min按的傳動副找上去軸的計算轉(zhuǎn)速630r/min軸的計算轉(zhuǎn)速1000r/min軸的計算轉(zhuǎn)速1250r/min2.1.3 各齒輪的計算轉(zhuǎn)速傳動組c中28/44 只計算的齒輪，計算轉(zhuǎn)速； 44/25只計算的

8、齒輪，計算轉(zhuǎn)速；傳動組b中主動齒輪z28/44，計算轉(zhuǎn)速為；傳動組a中主動齒輪z32/40，計算轉(zhuǎn)速為。2.1.4 核算主軸誤差所以合適。2.2 帶傳動設(shè)計V帶傳動中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽之間會有打滑，宜可緩和沖擊和隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸較大，機床中常用作電機輸出軸的定比傳動。電動機轉(zhuǎn)速,傳遞功率,傳動比,三班班制一天運轉(zhuǎn)18小時，工作年數(shù)10年。2.2.1 確定計算功率由機械設(shè)計表8-7工作系數(shù)查得由機械設(shè)計（8-21）得2.2.2 選取v帶型根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，選A帶型2.2.3 確定帶輪直徑和驗算帶速帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力越大。為提

9、高帶的使用壽命，小帶輪的直徑不應(yīng)過小，即。查<<機械設(shè)計>>表8-8、圖8-11和由表8-6取小帶輪基準(zhǔn)直徑則直徑系列值實際傳動比傳動比相對誤差：故允許驗算帶速 故帶速合適2.2.4 確定傳動中心距和帶的基準(zhǔn)長度帶輪的中心距，通常根據(jù)機床的總體布局初步選定。一般可在下列范圍內(nèi)選取，根據(jù)機械設(shè)計經(jīng)驗公式（8-20）：設(shè)中心距為，則 于是 初取中心距帶長由機械設(shè)計表（8-2）查取相近的基準(zhǔn)長度，按機械設(shè)計公式（8-23）計算實際中心距2.2.5 驗算小帶輪的包角由機械設(shè)計公式（8-25）得故合適2.2.6 確定帶的根數(shù)由機械設(shè)計公式（8-26）得即取帶數(shù)z=32.2.7 計

10、算帶的張緊力查機械設(shè)計表（8-3），由機械設(shè)計式（8-27）得2.2.8 計算作用在軸上的壓軸力根據(jù)機械設(shè)計式（8-28）得2.3 各傳動齒輪模數(shù)的確定和校核,2.3.1 模數(shù)的確定齒輪模數(shù)的選擇應(yīng)參考同類型機床的設(shè)計經(jīng)驗。如齒輪模數(shù)選擇的過小，齒輪經(jīng)不起沖擊，易磨損；如果選擇的過大，齒數(shù)和將較小，使變速組內(nèi)的最小齒數(shù)小于17，產(chǎn)生根切現(xiàn)象，并且最小齒輪還有可能無法套裝到軸上。齒輪可套裝在軸上的條件為齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽底部的壁厚應(yīng)大于或等于2m(m為齒輪模數(shù))，以保證齒輪具有足夠的強度。對于已選好模數(shù)的齒輪，還要進(jìn)行彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度的計算。在模數(shù)相同的傳動組中，只需驗算齒數(shù)最少的

11、齒輪。根據(jù)計算出的mw 和 mj 中的大值取相似的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。也可先判斷出mw 和 mj 中的大值再進(jìn)行計算。齒輪材料可選用優(yōu)質(zhì)中碳鋼，齒面高頻淬火處理，提高齒輪的耐磨性和壽命a傳動組：32齒齒輪的模數(shù)齒面接觸疲勞強度計算輪齒彎曲疲勞強度計算 為齒寬系數(shù)取值為（5.10）取值為8查表得 計算得傳動組a的齒輪模數(shù)為3b傳動組齒面接觸疲勞強度計算輪齒彎曲疲勞強度計算 為齒寬系數(shù)取值為（5.10）取值為8查表得 計算得傳動組b的齒輪模數(shù)為3C傳動組齒面接觸疲勞強度計算輪齒彎曲疲勞強度計算 為齒寬系數(shù)取值為（5.10）取值為8查表得 計算得傳動組c的齒輪模數(shù)為3傳動組a的分度圓直徑 36齒d=mz=84

12、mm 32齒d=mz=96mm 40齒d=mz=120mm傳動組b的分度圓直徑 28齒d=mz=84mm 44齒d=mz=132mm 36齒d=mz=108mm傳動組c的分度圓直徑 28齒d=mz=84mm 44齒d=mz=132mm 齒寬2.3.2 齒輪的校核a傳動組：32齒齒輪校核：由圖查的由圖查的因，所以確定動載系數(shù)齒輪精度為7級 查表得 工況系數(shù)齒輪不對稱分布 查圖4.21-3得查表4-10,取由圖4.22得查圖4.23得由由故32齒齒輪彎曲疲勞強度滿足要求b傳動組：28齒齒輪校核：由圖查的由圖查的因，所以確定動載系數(shù)齒輪精度為7級 查表得 工況系數(shù)齒輪不對稱分布 由故28齒齒輪彎曲疲

13、勞強度滿足要求c傳動組：28齒齒輪校核：由圖查的由圖查的因，所以確定動載系數(shù)齒輪精度為7級 查表得 工況系數(shù)齒輪不對稱分布 由故28齒齒輪彎曲疲勞強度滿足要求 同理可進(jìn)行a傳動組中其他齒輪和b傳動組、c傳動組齒輪的彎曲疲勞強度校核。經(jīng)計算都滿足要求。2.4 確定各軸的最小直徑當(dāng)軸上由鍵槽時，d值應(yīng)相應(yīng)增大45%；當(dāng)軸為花鍵軸時，可將估算值減小7%為花鍵軸的小徑；空心軸時，需乘以計算系數(shù)b，b值見機械設(shè)計手冊表7-12。（1） 軸的直徑：， 軸自身材料選用45號鋼，（2） 軸的直徑：，（3）軸的直徑：， (4)軸的直徑:, 2.5 軸承的選擇2.5.1 初選軸承型號I軸的軸承型號為7005C角接

14、觸球軸承II軸的軸承型號為7005C角接觸球軸承III軸的軸承型號為7005C角接觸球軸承IV軸的軸承型號為3021圓錐滾子軸承軸承IV軸的軸承型號為NN3000K雙列圓柱滾子軸承2.5.2 軸承壽命校核以I軸的軸承為例7005C角接觸球軸承由手冊查得： 用線性插值法得 查表得 ,考慮軸承工作中有中等沖擊，查得 按壽命的校核：校核軸軸承7005C（角接觸球軸承）基本額定壽命： 用表示軸承的轉(zhuǎn)速(r/min),則以小時數(shù)表示的軸承基本額定壽命為： 經(jīng)過溫度系數(shù)修正后，基本額定壽命計算公式為： 由于工作溫度,取 因為 故選用軸承7005C能滿足工作要求。2.6 軸的校核 III軸受力情況復(fù)雜，故對

15、此軸進(jìn)行校核I軸對II軸的作用力，取齒數(shù)為28：44的傳動副傳動力大齒輪傳遞的扭矩圓周力徑向力IV軸對III軸的作用力，取齒數(shù)為28:44的傳動副傳動力小齒輪傳遞的扭矩圓周力徑向力水平受力圖： 水平彎矩圖垂直受力圖： 垂直彎矩圖：合成彎矩圖：齒輪單向旋轉(zhuǎn)當(dāng)量彎矩最大危險截面處唯一：45號鋼，符合要求。2.7 操縱機構(gòu)的設(shè)計2.7.1 操縱機構(gòu)類型的選擇機床的操縱機構(gòu)用于控制機床各執(zhí)行件的啟起動、停止、制動、變速、換向等。其中，用來控制機床速度變換的機構(gòu)成為變速操縱機構(gòu)。例如，控制齒輪變速組中不同齒輪的接合、脫開，以實現(xiàn)機床運動速度的變換。變速操縱機構(gòu)可采用手動式機械操縱機構(gòu)或自動式液壓操縱機構(gòu)

16、。機械操縱機構(gòu)以采用分散操縱機構(gòu)或中等復(fù)雜的集中操縱機構(gòu)為宜。變速操縱機構(gòu)中應(yīng)有定位機構(gòu)，要注意防止操縱機構(gòu)發(fā)生干涉;操作要方便、省力、安全、可靠。手動操縱機構(gòu)是由人直接操縱控制手柄、手輪等，靠機械傳動來實現(xiàn)操縱要求。手動操縱機構(gòu)按照控制的執(zhí)行件數(shù)量不同，可以分為單獨操縱機構(gòu)和集中操縱機構(gòu)。單獨操縱機構(gòu)又稱為分散式操縱機構(gòu)，是一個操縱件只控制一個執(zhí)行件的操縱機構(gòu)。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、制造維修方便，可靈活安排手柄位置。本設(shè)計中采用三組擺動式單獨操縱機構(gòu)。2.7.2 操縱機構(gòu)的計算,故合適2.8 鍵的選擇2.8.1 鍵的類型選擇鍵的規(guī)格I軸圓頭平鍵 8×7×18II軸圓

17、頭平鍵 6×6×22帶輪圓頭平鍵 8×7×20IV軸圓頭平鍵 9×7×202.8.2 鍵的校核 以I軸為例校核鍵的強度鍵，軸，輪轂的材料都是鋼材取許用擠壓應(yīng)力鍵的工作長度圓頭平鍵鍵與輪轂的接觸高度所以該平鍵合適。其他軸的平鍵同理進(jìn)行校核。3 主軸組件設(shè)計3.1 主軸內(nèi)孔直徑的確定主軸孔徑過小，使從中通過的棒料或拉桿直徑受到限制，而且深孔加工也較為困難。主軸孔徑可減小主軸重量，提高固有頻率。為了擴大機床的使用范圍，主軸孔徑也應(yīng)適當(dāng)增大。但是，當(dāng)主軸外徑一定時，增大孔徑受到結(jié)構(gòu)和剛度要求的限制：孔徑增大會減小主軸的壁厚，如果軸壁過薄，就要

18、影響主軸正常工作。對于中型機床主軸后軸頸的直徑與孔徑之差不要小于2025mm，主軸尾端最薄處的直徑差不要小于1015mm。同時，孔徑的增大會削弱主軸的剛度，主軸端部的剛度與截面慣性矩成正比。主軸孔徑d確定后，可根據(jù)主軸的使用及加工要求選擇錐孔的錐度。錐孔僅用于定心是，錐度應(yīng)取大些；若錐孔除用于定心外，還要求自鎖，借以傳遞轉(zhuǎn)矩時，錐度應(yīng)小些。主軸的孔徑選為3.2 主軸外徑的確定主軸外徑的大小對主軸部件的性能有較大影響。增大主軸外徑D ，可使主軸組件的剛度和抗振性得到較大的提高。對于空心主軸，增大外徑還能擴大機床的使用范圍。因此，現(xiàn)代機床的主軸外徑有增大的趨勢。但是，增大主軸的外徑尺寸，主軸上安裝

19、的元件尺寸也會相應(yīng)增大，造成結(jié)構(gòu)空間的增大，要達(dá)到相同的公差，制造就更加困難，采用的軸承成本也較高，受到軸承允許的速度參數(shù)限制。對于電機功率為3kW的車床，主軸前軸徑可取75mm。后軸頸D2?。?.70.85）D1，取D2=60mm。3.3 主軸前端伸長量a：主軸懸伸量是指主軸前端至前支撐點的距離，它的大小對主軸組件的剛度和抗振性有顯著影響。懸伸量小，軸端位移就小，剛度得到提高。在主軸尺寸參數(shù)中，主軸懸伸量對主軸組件靜動態(tài)特性的影響最大。主軸懸伸量的大小往往受到結(jié)構(gòu)限制，主要取決于主軸前端部的結(jié)構(gòu)型式及尺寸、刀具或夾具的安裝方式、前軸承的類型及配置、潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等。主軸設(shè)計時，在滿

20、足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)最大限度地縮短主軸的懸伸量a.在參考同類型機床的機構(gòu)設(shè)計后，選取主軸懸伸量約為50mm。3.4 主軸組件最佳跨距選擇支承跨距L 是指主軸相鄰兩支承的支反力作用點之間的距離。合理確定主軸支承跨距L 是獲得主軸部件的最大靜剛度的重要條件之一主軸采用二支承結(jié)構(gòu)。前支承對主軸組件的剛度和抗振性影響要比后支距的影響大得多，因此可按主軸的最佳支距L0來選取，前、后支距可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況適當(dāng)確定。軸前支承采取圓錐孔雙列圓柱滾子軸承（NN3000K型）后支承采取圓錐滾子軸承（30211型）初步設(shè)計時，主軸的當(dāng)量直徑D 可取為前后軸徑外徑的平均值，即：慣性矩軸承的剛度通過查取現(xiàn)代機床使用設(shè)計手

21、冊圖4-1-17獲得：前軸承剛度KA=1600N/m ，中軸承剛度KA=1350N/m由平方根疊加法，取帶入式中得， 結(jié)合主軸的結(jié)構(gòu)，最終選取主軸前后支距為300mm4 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計變速箱箱體時變速箱的重要組成部分，它的主要作用時支持和固定軸系零件，保證軸系零件的運轉(zhuǎn)、潤滑和密封。設(shè)計機體時應(yīng)綜合考慮傳動質(zhì)量、加工工藝及制造成本等諸多要素。鑄造機體一般常用灰鑄鐵制成，因灰鑄鐵有其優(yōu)點：它鑄造性能好，容易獲得各種復(fù)雜形狀；具有較大的內(nèi)摩擦力、抗振性；當(dāng)加入少量合金元素或作孕育處理時耐磨性好：價格便宜、成本低。其主要缺點是需要制作木模，制造周期長，有時產(chǎn)生鑄造缺陷。減速箱箱體采用整體式結(jié)構(gòu)，材料選

22、用灰鑄鐵HT150：強度和耐磨性好，但鑄造工藝較差，可用于承受重載荷的床身。箱體的一般技術(shù)要求制定如下：1) 機床上各種鑄件的牌號和力學(xué)性能及機械加工余量、尺寸公差、質(zhì)量公差都應(yīng)符合圖樣、工藝文件和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2) 鑄件上的型砂和粘結(jié)物應(yīng)清理干凈，飛翅、毛刺、澆口、冒口應(yīng)鏟平，鑄件應(yīng)平整。3) 鑄件不應(yīng)有裂紋、重要部位及外表面不應(yīng)有砂眼、氣孔、縮松。對不影響質(zhì)量的鑄件缺陷，允許按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行修補。4) 機床的重要鑄件必須在粗加工后進(jìn)行時效處理，重要高精度鑄件還必須在半精加工后進(jìn)行第二次時效處理千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。5 變速箱的潤滑潤滑對機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)起著重要的作用，其作用為：控制摩擦、減少磨損、降低溫度、防止