車(chē)場(chǎng)主軸箱課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 目 錄一 設(shè)計(jì)目的3二 設(shè)計(jì)步驟31.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 31.1已知條件31.2主變速方案擬定31.3變速結(jié)構(gòu)式 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇41.4確定變速組及個(gè)變速組中變速副的數(shù)目41.5繪制轉(zhuǎn)速圖51.6繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖82.動(dòng)力設(shè)計(jì)82.1確定各軸轉(zhuǎn)速82.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)92.3各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核11 3.齒輪強(qiáng)度校核12 3.1校核a傳動(dòng)組齒輪12 3.2校核b傳動(dòng)組齒輪14 3.3校核c傳動(dòng)組齒輪154. 主軸撓度的校核16 4.1確定各軸最小直徑16 4.2軸的校核175. 主軸最佳跨距的確定17 5.1選擇軸頸直徑.軸承型號(hào)和最佳跨距17 5.2求軸承剛度176. 各傳動(dòng)軸支撐處和軸承的選擇1

2、87. 主軸剛度的校核19 7.1主軸圖 19 7.2支撐跨距l(xiāng)19 7.3計(jì)算跨距203 設(shè)計(jì)總結(jié)心得204 參考文獻(xiàn)21一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過(guò)程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫(xiě)技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。二、設(shè)計(jì)步驟1.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1.1已知條件1確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速。2確定公比：3轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)：4電機(jī)功率：1.2 主變速方案擬定 擬定變速方案，包括變速型式的選擇以及開(kāi)停、換向、制動(dòng)、操縱等整個(gè)變速系統(tǒng)的確定

3、。變速型式則指變速和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及組成、安排不同特點(diǎn)的變速型式、變速類(lèi)型。 變速方案和型式與結(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，確定變速方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮。變速方案有多種，變速型式更是眾多，比如：變速型式上有集中變速，分離變速；擴(kuò)大變速范圍可用增加變速組數(shù)，也可采用背輪結(jié)構(gòu)、分支變速等型式；變速箱上既可用多速電機(jī)，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(jì)中，我們采用集中變速型式的主軸變速箱 1.3變速結(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(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的變速不失為有用的方法，

4、但 對(duì)于分析復(fù)雜的變速并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效。 1.4 確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目 數(shù)為z的變速系統(tǒng)由若干個(gè)順序的變速組組成，各變速組分別有、個(gè)變速副。即 變速副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級(jí)數(shù)z應(yīng)為2和3的因子： ，可以有三種方案： （1） （2） （3）從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速傳動(dòng)，若使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在較接近電動(dòng)機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動(dòng)副前多后少的原則，因此取方案。在降速傳動(dòng)中，防止齒輪直徑過(guò)大而使徑向尺寸常限制最小傳動(dòng)比 ；在升速時(shí)為防止產(chǎn)生過(guò)大的噪音和震動(dòng)常限制最大轉(zhuǎn)速比。在主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)組的最大變速范圍

5、。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間傳動(dòng)軸的變速范圍最小， 根據(jù)中間傳動(dòng)軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下：檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí)，只檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組： 其中， 所以 ，合適。1.5 繪制轉(zhuǎn)速圖選擇電動(dòng)機(jī)一般車(chē)床若無(wú)特殊要求，多采用y系列封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)原則條件選擇y-132m-4型y系列籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。分配總降速傳動(dòng)比 總降速傳動(dòng)比 又電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比傳動(dòng)副。3確定傳動(dòng)軸軸數(shù) 傳動(dòng)軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動(dòng)副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。確定各級(jí)轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖由 z = 12確定各級(jí)轉(zhuǎn)速： 2080、1475、1046、74

6、2、526、373、265、188、133、95、67、47.5r/min。在五根軸中，除去電動(dòng)機(jī)軸，其余四軸按傳動(dòng)順序依次設(shè)為、。與、與、與軸之間的傳動(dòng)組分別設(shè)為a、b、c。現(xiàn)由（主軸）開(kāi)始，確定、軸的轉(zhuǎn)速： 先來(lái)確定軸的轉(zhuǎn)速傳動(dòng)組c 的變速范圍為，結(jié)合結(jié)構(gòu)式，軸的轉(zhuǎn)速只有一和可能：188、265、373、526、742、1046r/min。 確定軸的轉(zhuǎn)速傳動(dòng)組b的級(jí)比指數(shù)為3，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致傳動(dòng)比太小，可取 ，軸的轉(zhuǎn)速確定為：526、742、1046r/min。確定軸的轉(zhuǎn)速對(duì)于軸，其級(jí)比指數(shù)為1,可取 ，確定軸轉(zhuǎn)速為1046r/min。由此也可確定加在電動(dòng)機(jī)與

7、主軸之間的定傳動(dòng)比。下面畫(huà)出轉(zhuǎn)速圖。 5確定各變速組傳動(dòng)副齒數(shù) 傳動(dòng)組a: 查表得, ，時(shí)：57、60、63、66、69、72、75、78時(shí)：58、60、63、65、67、68、70、72、73、77時(shí)：58、60、62、64、66、68、70、72、74、76可取72,于是可得軸齒輪齒數(shù)分別為：24、30、36。于是，可得軸上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：48、42、36。傳動(dòng)組b: 查表得, ，時(shí)：69、72、73、76、77、80、81、84、87時(shí)：70、72、74、76、78、80、82、84、86可取 84，于是可得軸上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：22、42。于是 ，得軸上兩齒輪的齒數(shù)分別為：6

8、2、42。傳動(dòng)組c:查表得,時(shí)：84、85、89、90、94、95時(shí)： 72、75、78、81、84、87、89、90可取 90.為降速傳動(dòng)，取軸齒輪齒數(shù)為18；為升速傳動(dòng)，取軸齒輪齒數(shù)為30。于是得,得軸兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為18，60；得軸兩齒輪齒數(shù)分別為72，30。1.6 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動(dòng)機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖：2.動(dòng)力設(shè)計(jì)2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 軸可從主軸133r/min按72/18的傳動(dòng)副找上去，軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速188r/min；軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為373r/min；軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為742r/min。3各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速

9、 傳動(dòng)組c中，18/72只需計(jì)算z = 18 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為373r/min；60/30只需計(jì)算z = 30的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為265r/min；傳動(dòng)組b計(jì)算z = 22的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為373r/min；傳動(dòng)組a應(yīng)計(jì)算z = 24的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為742r/min。4核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 所以合適。2.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率p=7.5kw,傳動(dòng)比i=1.4，兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16.1小時(shí)，工作年數(shù)10年。確定計(jì)算功率 取1.1，則選取v帶型 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率，選b型帶。確定帶輪直徑和驗(yàn)算帶速 查表小帶輪基準(zhǔn)直徑, 驗(yàn)算帶速成 其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速，r/m

10、in； -小帶輪直徑，mm； ，合適。4確定帶傳動(dòng)的中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 設(shè)中心距為,則 055（）a2（） 于是 165a600,初取中心距為400mm。 帶長(zhǎng) 查表取相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，。 帶傳動(dòng)實(shí)際中心距5驗(yàn)算小帶輪的包角 一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。 。合適。6確定帶的根數(shù) 其中： -時(shí)傳遞功率的增量； -按小輪包角，查得的包角系數(shù)； -長(zhǎng)度系數(shù)； 為避免v型帶工作時(shí)各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于10。 7計(jì)算帶的張緊力 其中： -帶的傳動(dòng)功率,kw； v-帶速,m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 8計(jì)算作用

11、在軸上的壓軸力 2.3 各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核 （1）模數(shù)的確定：a傳動(dòng)組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)先計(jì)算24齒齒輪的模數(shù)：其中: -公比 ； = 2； -電動(dòng)機(jī)功率； = 7.5kw； -齒寬系數(shù)； -齒輪傳動(dòng)許允應(yīng)力; -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速。 ， 取= 600mpa,安全系數(shù)s = 1。 由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選取 ，取s=1，。 取m = 4mm。 按齒數(shù)30的計(jì)算，可取m = 4mm； 按齒數(shù)36的計(jì)算，, 可取m = 4mm。 于是傳動(dòng)組a的齒輪模數(shù)取m = 4mm，b = 32mm。 軸上齒輪的直徑： 。 軸上三聯(lián)齒輪的直徑分別為： b傳動(dòng)組： 確定軸上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)。 按22齒數(shù)的齒輪計(jì)

12、算： 可得m = 4.8mm； 取m = 5mm。 按42齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得m = 3.55mm； 于是軸兩聯(lián)齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取為m = 5mm。于是軸兩聯(lián)齒輪的直徑分別為： 軸上與軸兩聯(lián)齒輪嚙合的兩齒輪直徑分別為： c傳動(dòng)組： 取m = 5mm。軸上兩聯(lián)動(dòng)齒輪的直徑分別為： 軸四上兩齒輪的直徑分別為： 3. 齒輪強(qiáng)度校核：計(jì)算公式3.1校核a傳動(dòng)組齒輪校核齒數(shù)為24的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) p=8.25kw,n=742r/min,確定動(dòng)載系數(shù)：齒輪精度為7級(jí)，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得使用系數(shù)確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)非對(duì)稱 ,查機(jī)械設(shè)計(jì)得確定齒間載荷分配系數(shù): 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得確定動(dòng)載系數(shù): 查表得

13、 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 查得 ,s = 1.3 ， 故合適。3.2 校核b傳動(dòng)組齒輪校核齒數(shù)為22的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) p=8.25kw,n=373r/min,確定動(dòng)載系數(shù)：齒輪精度為7級(jí)，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得使用系數(shù)確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)非對(duì)稱 ,查機(jī)械設(shè)計(jì)得確定齒間載荷分配系數(shù): 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得確定動(dòng)載系數(shù): 查表得 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 查得 ,s = 1.3 ， 故合適。3.3校核c傳動(dòng)組齒輪校核齒數(shù)為18的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) p=8.25kw,n=373r/min,確定動(dòng)載系數(shù)：齒輪精度為7級(jí)，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得

14、使用系數(shù)確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)非對(duì)稱,查機(jī)械設(shè)計(jì)得確定齒間載荷分配系數(shù): 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得確定動(dòng)載系數(shù): 查表得 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 圖10-18查得 ,s = 1.3 ， 故合適。4. 主軸撓度的校核4.1 確定各軸最小直徑1軸的直徑：2軸的直徑：3軸的直徑：4主軸的直徑：4.2軸的校核軸的校核：通過(guò)受力分析，在一軸的三對(duì)嚙合齒輪副中，中間的兩對(duì)齒輪對(duì)軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來(lái)進(jìn)行校核 。軸、軸的校核同上。5. 主軸最佳跨距的確定400mm車(chē)床，p=7.5kw.5.1 選擇軸頸直徑,軸承型號(hào)和最佳跨距前軸頸應(yīng)為75-100m

15、m,初選=100mm,后軸頸取,前軸承為nn3020k,后軸承為nn3016k,根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長(zhǎng)度5.2 求軸承剛度考慮機(jī)械效率主軸最大輸出轉(zhuǎn)距床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的60%,取50%即200,故半徑為0.1.切削力 背向力 故總的作用力 次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半,故主軸軸端受力為 先假設(shè) 前后支撐分別為根據(jù) 。6. 各傳動(dòng)軸支承處軸承的選擇 主軸 前支承：nn3020k;中支承：n219e;后支承：nn3016k 軸 前支承：30207;后支承：30207 軸 前支承：30207;中支承：nn3009;后支承：30207 軸 前支承：30208;后支承：3

16、02087. 主軸剛度的校核7.1 主軸圖: 7.2支撐跨距l(xiāng)支撐跨距l(xiāng)，當(dāng)前，多數(shù)機(jī)床的主軸采用前后兩個(gè)支撐，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、裝配方便，容易保證精度，但是，由于兩支撐主軸的最佳支距一般較短，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難于實(shí)現(xiàn)，故采用三支撐結(jié)構(gòu)。如圖所示，三支撐主軸的前中支距，對(duì)主軸組件剛度和抗震性的影響，要比前后支距地影響大得多，因此，需要合理確定。為了使主軸組件獲得很高的剛度可抗震性，前中之距可按兩支撐主軸的最佳只距來(lái)選取。 由于三支撐的前后支距對(duì)主軸組件的性能影響較小，可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況適當(dāng)確定。如果為了提高主軸的工作平穩(wěn)性，前后支距可適當(dāng)加大，如取。采用三支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，一般不應(yīng)該把三個(gè)支撐處的軸承同時(shí)預(yù)緊，否

17、則因箱孔及有關(guān)零件的制造誤差，會(huì)造成無(wú)法裝配或影響正常運(yùn)作。因此為了保證主軸組件的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，在三支撐中，其中兩個(gè)支撐需要預(yù)緊，稱為緊支撐；另外一個(gè)支撐必須具有較大的間隙，即處于“浮動(dòng)”狀態(tài)，稱為松支撐，顯然，其中一個(gè)緊支撐必須是前支撐，否則前支撐即使存有微小間隙，也會(huì)使主軸組件的動(dòng)態(tài)特性大為降低。試驗(yàn)表明，前中支撐為緊支撐、后支撐位松支撐，要比前后支撐位緊支撐、中支撐為松支撐的結(jié)構(gòu)靜態(tài)特性顯著提高。 7.3計(jì)算跨距前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承當(dāng)量外徑主軸剛度：由于故根據(jù)式得對(duì)于機(jī)床的剛度要求，取阻尼比當(dāng)v=50m/min,s=0.1mm/r時(shí),取 計(jì)算 可以看出，該

18、機(jī)床主軸是合格的.三、總結(jié) 為期兩周的機(jī)械加工設(shè)備課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，課程設(shè)計(jì)作為課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實(shí)踐更加接近，加深了理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化了生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的感性認(rèn)識(shí)。雖然設(shè)計(jì)的過(guò)程比較繁瑣，而且剛開(kāi)始還有些不知所措，但是在同學(xué)們的共同努力下，再加上老師的悉心指導(dǎo)，我們終于順利地完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)。 本次課程設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段：第一階段是機(jī)床主軸箱各類(lèi)零件的選擇和計(jì)算，第二階段是主軸箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。第一階段運(yùn)用了帶輪設(shè)計(jì)、齒輪設(shè)計(jì)、軸設(shè)計(jì)、軸承設(shè)計(jì)等一些基礎(chǔ)知識(shí)，第二階段運(yùn)用了整體空間布局設(shè)計(jì)的知識(shí)。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)床主軸箱的結(jié)構(gòu)有了一個(gè)比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)了一些基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用，并且學(xué)會(huì)了查相關(guān)手冊(cè)、選擇使用工藝裝備等等。 總的來(lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)，使我們?cè)诨纠碚摰木C合運(yùn)用及正確解決實(shí)際問(wèn)題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。提高了我們的思考、解決問(wèn)題創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了較好的基礎(chǔ)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鞏固和深化了我們課堂理論教學(xué)的內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的知識(shí)和理論的能力，使我獨(dú)立分析、解決