《金屬切削機床》課程設(shè)計車床主軸箱設(shè)計】全套圖紙】

1、中北大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 06/07 學(xué)年第 一 學(xué)期全套圖紙，加153893706學(xué) 院： 機械工程與自動化學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 課程設(shè)計題目： 金屬切削機床課程設(shè)計 （車床主軸箱設(shè)計） 起 迄 日 期： 1 月 4 日 1 月 17 日 課程設(shè)計地點： 機械工程與自動化學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 系 主 任： 下達任務(wù)書日期: 2006年1月4日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的：通過本課程設(shè)計的訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握機床的運動設(shè)計（包括主軸箱、變速箱傳動鏈），動力計算（包括確定電機型號，主軸、傳動軸、齒輪的計算轉(zhuǎn)速），以及關(guān)鍵零部件的強度校核，獲得

2、工程師必備設(shè)計能力的初步訓(xùn)練。同時鞏固金屬切削機床課程的基本理論和基本知識。1運用所學(xué)的理論及實踐知識，進行機床設(shè)計的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力； 2掌握機床設(shè)計（主軸箱或變速箱）的方法和步驟；3掌握設(shè)計的基本技能，具備查閱和運用標準、手冊、圖冊等有關(guān)技術(shù)資料的能力；4基本掌握繪圖和編寫技術(shù)文件的能力2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：1機床的類型、用途及主要參數(shù)車床，工作時間：一班制，電動機功率：，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下：，變速級數(shù)：z=12。2工件材料：45號鋼 刀具材料：yt153設(shè)計部件名稱：主軸箱3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文

3、)、圖紙、實物樣品等：設(shè)計任務(wù)1運動設(shè)計：根據(jù)所給定的轉(zhuǎn)速范圍及變速級數(shù)，確定公比，繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、計算齒輪齒數(shù)。2動力計算：選擇電動機型號及轉(zhuǎn)速，確定傳動件的計算轉(zhuǎn)速、對主要零件（如皮帶、齒輪、主軸、軸承等）進行計算（初算和驗算）。設(shè)計工作量要求：1主軸箱展開圖、剖面圖各一張；2齒輪零件圖一張；3機床傳動系統(tǒng)圖一張；4編寫課程設(shè)計說明書一份。（a415頁） 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書4主要參考文獻：1 陳易新.金屬切削機床課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京:機械工業(yè)出版社,1987.72 范云漲.金屬切削機床設(shè)計簡明手冊. 北京:機械工業(yè)出版社,1994.75設(shè)計成果形式及要求：圖紙和說明書 6工作計

4、劃及進度：2007年1 月 4 日 1 月 5 日 調(diào)查階段 1 月 6 日 1 月14日 設(shè)計階段1月15 日 1 月16日 考核階段1月17日 最終答辯 答辯或成績考核系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄1機床總體設(shè)計- 51.1機床布局-51.2繪制轉(zhuǎn)速圖-71.3確定帶輪直徑-71.4驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差-81.5繪制傳動系統(tǒng)圖-82估算傳動件參數(shù) 確定其結(jié)構(gòu)尺寸-82.1確定傳動見件計算轉(zhuǎn)速-82.2確定主軸支承軸頸尺寸-82.3估算傳動軸直徑-9.2.4估算傳動齒輪模數(shù)-92.5普通v帶的選擇和計算-103機構(gòu)設(shè)計-113.1帶輪設(shè)計-113.2齒輪塊設(shè)計-113.3軸承的選擇-1

5、13.4主軸主件-113.5操縱機構(gòu)-113.6滑系統(tǒng)設(shè)計-123.7封裝置設(shè)計-123.8主軸箱體設(shè)計-123.9主軸換向與制動結(jié)構(gòu)設(shè)計-124傳動件驗算-124 .1齒輪的驗算-124.2傳動軸的驗算-144.3花鍵鍵側(cè)壓潰應(yīng)力驗算-174.4滾動軸承的驗算-174.5主軸組件驗算-185設(shè)計感想-196 參考文獻-201 機床總體設(shè)計輕型車床是根據(jù)機械加工業(yè)發(fā)展需要而設(shè)計的一種適應(yīng)性強，工藝范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低的萬能型車床。它被廣泛地應(yīng)用在各種機械加工車間，維修車間。它能完成多種加工工序；車削內(nèi)圓柱面，圓錐面，成形回轉(zhuǎn)面，環(huán)形槽，端面及內(nèi)外螺紋，它可以用來鉆孔，擴孔，鉸孔等加工。

6、1.1機床布局（1）確定結(jié)構(gòu)方案1）主軸傳動系統(tǒng)采用v帶，齒輪傳動。2）傳動型采用集中傳動。3）主軸換向，制動采用雙向片式摩擦離合器和帶式制動器。4）變速系統(tǒng)采用多聯(lián)劃移齒輪變速。5）潤滑系統(tǒng)采用飛濺油潤滑。（2）布局采用臥式車床常規(guī)的布局形式。機床主要由主軸箱，皮鞍，刀架，尾架，進給箱，溜扳箱，車身等6個部件組成。（3） 主傳動系統(tǒng)運動設(shè)計確定變速組傳動副數(shù)目實現(xiàn)12級主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副組合：1）12=3 2）12=43 3）12=3 4）12=212=2在上述的方案中1和2有時可以省掉一根軸。缺點是有一個傳動組內(nèi)有四個傳動副。如果用一個四聯(lián)滑移齒輪的話則會增加軸向尺寸

7、；如果用兩個滑移雙聯(lián)齒輪，則操縱機構(gòu)必須互梭以防止兩個滑移齒輪同時嚙合。所以一般少用。3，4，5方案可根據(jù)下面原則比較：從電動機到主軸，一般為降速傳動。接近電動機處的零件，轉(zhuǎn)速較高從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也較小。如使傳動副較多的傳動組放在接近電動機處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可少些，就省材料了。這就是“前多后少”的原則。從這個角度考慮，以取12=3的方案為好。設(shè)計的機床的最高轉(zhuǎn)速 最低轉(zhuǎn)速變速范圍 z=12 公比為=1.414主軸轉(zhuǎn)速共12級分別為31.5 45 63 90 125 180 250 355 500 710 1000 1400則最大相對轉(zhuǎn)速損失率: 選用2.2kw的電動機

8、 型號為yo-31-1 轉(zhuǎn)速為1430r/min（4） 結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇在12=2中，又因基本組和擴大組排列順序的不同而有不同的方案。可能的六種方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見下面的圖。在這些方案中可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。1） 傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍 在降速傳動時，為防止被動齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動比1/4。在升速時，為防止產(chǎn)生過大的震動和噪聲，常限制最大傳動比。因此主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍一般為。方案a b c d是可行的。方案d f是不可行的。2） 基本組和擴大組的排列順序 a 12=3 b 12=3 c 12=3d 12=3 e 1

9、2=3 f 12=3在可行的四種方案 a b c d中，還要進行比較以選擇最佳的方案。原則是中間傳動軸變速范圍最小的方案 。因為如果各方案同號傳動軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速 范圍小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動件的尺寸也就可以小些。比較圖中的方案 a b c e，方案 a的中間軸變速范圍最小故方案 a最佳。如果沒有別的要求則計量使擴大順序和傳動順序一致 圖1 1.2繪制轉(zhuǎn)速圖圖2 轉(zhuǎn)速圖利用查表法求出各傳動粗齒輪齒數(shù)表1 齒輪齒數(shù)變速組第一變速組第二變速組第三變速組齒數(shù)和728490齒輪齒數(shù)36 36 30 42 24 4842 42 22 6260 30 18 721.3確定帶輪直徑確定計算

10、功率 k-工作情況系數(shù) 工作時間為一班制 查表的k=1n-主動帶輪傳動的功率計算功率為根據(jù)計算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速選用的三角帶型號為o 查表的小帶輪直徑推薦植為70大帶輪直徑 1.4驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差主軸各級實際轉(zhuǎn)速值用下列公式計算:式中分別為第一,第二 第三變速組齒輪傳動比. 轉(zhuǎn)速誤差用主軸實際轉(zhuǎn)速與標準轉(zhuǎn)速相對誤差的絕對值表示:主軸轉(zhuǎn)速標準轉(zhuǎn)速r/min1400100071050035525018012590634531.5實際轉(zhuǎn)速r/min14201014710503.8359.87251.9177.5126.788.762.9844.9831.49轉(zhuǎn)速誤差%1.431.400.761.37

11、0.761.391.361.440.00.040.0137 表2 轉(zhuǎn)速誤差表轉(zhuǎn)速誤差用實際轉(zhuǎn)速和標準轉(zhuǎn)速相對誤差應(yīng)小于等于4.1%轉(zhuǎn)速誤差滿足要求。1.5繪制傳動系統(tǒng)圖詳見圖2估算傳動件參數(shù) 確定其結(jié)構(gòu)尺寸2.1確定傳動見件計算轉(zhuǎn)速表3 傳動件計算轉(zhuǎn)速傳動件軸齒輪 iiiiiiiv計算轉(zhuǎn)速71035512590710710710500710355710710355125125250355902.2確定主軸支承軸頸尺寸根據(jù)機床課程設(shè)計指導(dǎo)書主軸的驅(qū)動功率為2.2kw在1.5-2.8 kw范圍內(nèi)選取前支承軸頸直徑為 d=60-80，選取。后支承軸頸直徑：選取 23估算傳動軸直徑. 表4 估算傳動軸

12、直徑計算公式軸號計算轉(zhuǎn)速電機至該軸傳動效率輸入功率允許扭轉(zhuǎn)角傳動軸長度mm估計軸的直徑mm 花鍵軸尺寸i7100.962.1121.550019.2ii3550.962.11.550022.8iii1250.962.081.560019.52.4估算傳動齒輪模數(shù)根據(jù)計算公式計算各傳動組最小齒輪的模數(shù)表5 估算齒輪摸數(shù)估算公式傳動組小齒輪齒數(shù)比齒寬系數(shù)傳遞功率p載荷系數(shù)k 系數(shù)系數(shù)許用接觸應(yīng)力許用齒根應(yīng)力計算轉(zhuǎn)速系數(shù)模數(shù)模數(shù)選取模數(shù)m按齒輪接觸疲勞強度按齒輪彎曲疲勞強度第一變速組24272.112161111005187104.571.61.42第二變速組222.8292.11611110051

13、83554.651.91.72第三變速組18472.08161111005183554.92.2232.5普通v帶的選擇和計算設(shè)計功率 （kw） 皮帶選擇的型號為o型兩帶輪的中心距范圍內(nèi)選擇。中心距過小時，膠帶短因而增加膠帶的單位時間彎曲次數(shù)降低膠帶壽命；反之，中心距過大，在帶速較高時易引起震動。計算帶的基準長度：按上式計算所得的值查表選取計算長度l及作為標記的三角帶的內(nèi)圓長度標準的計算長度為實際中心距 a=a=為了張緊和裝拆膠帶的需要，中心距的最小調(diào)整范圍為a002l是為了張緊調(diào)節(jié)量為22.78( h+0.01l) 是為裝拆調(diào)節(jié)量為膠帶厚度.定小帶輪包角求得合格帶速 對于o型帶 選用合格.帶

14、的撓曲次數(shù): 合格帶的根數(shù) 單根三角帶能傳遞的功率小帶輪的包角系數(shù) 取六根三角帶。3結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1帶輪設(shè)計根據(jù)v帶計算，選用6根o型v帶。由于i軸安裝了摩擦離合器，為了改善它們的工作條件，保證加工精度，采用了卸荷帶輪結(jié)構(gòu)。3.2齒輪塊設(shè)計機床的變速系統(tǒng)采用了滑移齒輪變速機構(gòu)。根據(jù)各傳動組的工作特點，基本組的齒輪采用了銷釘聯(lián)結(jié)裝配式結(jié)構(gòu)。第二擴大組，由于傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，則采用了整體式齒輪。所有滑移出論與傳動軸間均采用了花鍵聯(lián)結(jié)。從工藝的角度考慮，其他固定齒輪也采用花鍵聯(lián)結(jié)。由于主軸直徑較大，為了降低加工成本而采用了單鍵聯(lián)結(jié)。3.3軸承的選擇為了安裝方便i軸上傳動件的外徑均小于箱體左側(cè)支承孔直徑并

15、采用0000型向心球軸承為了便于裝配和軸承間隙ii iii iv軸均采用樂2700e型圓錐滾子軸承。v軸上的齒輪受力小線速度較低采用了襯套式滾動軸承。滾動軸承均采用e級精度。3.4主軸主件本車床為普通精度級的輕型機床，為了簡化結(jié)構(gòu)，主軸采用了軸向后端定位的兩支承主軸主件。前軸承采用了318000型雙列圓柱滾子軸承，后支承采用了46000型角接觸球軸承和8000型單向推力球軸承。為了保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸前后軸承均用壓塊式防松螺母調(diào)整軸承的間隙。主軸前端采用了圓錐定心結(jié)構(gòu)型式。前軸承為c級精度，后軸承為d級精度。3.5操縱機構(gòu)為了適應(yīng)不同的加工狀態(tài)，主軸的轉(zhuǎn)速經(jīng)常需要調(diào)整。根據(jù)各滑依齒輪變速傳

16、動組的特點，分別采用了集中變速操縱機構(gòu)和單獨操縱機構(gòu)。3.6滑系統(tǒng)設(shè)計主軸箱采用飛濺式潤滑。油面高度為65mm左右，甩油輪浸油深度為10mm左右。潤滑油型號為：hj30。3.7封裝置設(shè)計i軸軸頸較小，線速度較低，為了保證密封效果，采用了皮碗式接觸密封。而主軸直徑大，線速度較高，則采用了非接觸式 密封。卸荷皮帶輪的潤滑采用毛氈式密封，以防止外界雜物進入。3.8主軸箱體設(shè)計箱體外形采取了各面間直角連接方式，使箱體線條簡單，明快。并采用了箱體底面和兩個導(dǎo)向塊為定位安裝面，并用螺釘和壓板固定。安裝簡單，定位可靠。3.9主軸換向與制動結(jié)構(gòu)設(shè)計本機床屬于萬能性的輕型車床，適用于機械加工車間和維修車間。主軸

17、換向比較頻繁，采用雙向片式摩擦離合器。這種離合器結(jié)構(gòu)簡單。工作原理是，移動滑套，鋼球沿斜面向中心移動并使滑塊，螺母左移，壓緊摩擦片，實現(xiàn)離合器嚙合。摩擦片間間隙可通過放松銷，螺母來進行調(diào)整。制動器采用了帶式制動器，并根據(jù)制動器設(shè)計原則，將其放置在靠近主軸的較高轉(zhuǎn)速的iii軸上。為了保證離合器與制動器的聯(lián)鎖運動，采用一個操縱手柄控制。4傳動件驗算以ii軸為例，驗算軸的彎曲剛度，花鍵的擠壓應(yīng)力，齒輪模數(shù)及軸承壽命。4 .1齒輪的驗算驗算變速箱中齒輪強度應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大齒數(shù)最小的齒輪進行接觸壓力和彎曲壓力計算，一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸壓力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲壓 力對硬齒面

18、軟齒心滲碳淬火的齒輪要驗算齒根彎曲壓力。接觸壓力的驗算公式： 彎曲應(yīng)力的驗算公式： 表6齒輪驗算第一傳動組第二傳動組第三傳動組齒輪傳遞功率n211221208齒輪計算轉(zhuǎn)速710355355齒輪的模數(shù)m 223齒寬b151822小齒輪數(shù)z242218大齒輪與小齒輪齒數(shù)比u22824壽命系數(shù)111速度轉(zhuǎn)化系數(shù)(接觸載荷)彎曲載荷0.740.850.980.90.920.92功率利用系數(shù)（接觸載荷）彎曲載荷0.580.580.580.780.780.78材料利用系數(shù)（接觸載荷）彎曲載荷0.760.760.760.770.770.77工作情況系數(shù)1.51.51.5動載荷系數(shù)111齒向載荷分布系數(shù)1.0

19、51.051.05齒形系數(shù)y0.420.4080.378其中壽命系數(shù) 工作期限系數(shù) t-齒輪在機床工作期限（的總工作時間h ，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認為，p為該變速組的傳動副數(shù)。穩(wěn)定工作用量載荷下的極限值=1。高速傳動件可能存在情況，此時取，大載荷低速傳動件可能存在時取計算值。第一傳動組和第三傳動組的齒輪是經(jīng)過淬火的許用接觸應(yīng)力為1100mp許用彎曲應(yīng)力為320mp第二傳動組的齒輪是經(jīng)過高頻淬火其許用接觸應(yīng)力為1370mp許用彎曲應(yīng)力為354mp.4.2傳動軸的驗算對于傳動軸要進行強度和剛度的驗算，軸的剛度驗算包括滾動軸承處的傾角驗算和齒輪的齒向交角的驗算。如果是花鍵還要進行鍵側(cè)壓潰應(yīng)力計算。（1） 軸的強度驗算由于機床變速箱中各軸的應(yīng)力都比較小，驗算時，通常采用復(fù)合應(yīng)力公式進行計算：特性等因素；w-軸的危險斷面的抗彎斷面模數(shù)矩形花鍵軸：軸ii的經(jīng)過驗算軸合格。對軸i傾角進行驗算 圖3剪力圖和彎矩圖左軸承 右軸承傾角允許值=0.0014.3花鍵鍵側(cè)壓潰應(yīng)力驗算花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為： 式中：經(jīng)過驗算合格。4.4滾動軸承的驗算機床的一般傳動軸用的軸承，主要是因為疲勞破壞而失效，故應(yīng)進行疲勞壽命驗算。滾動軸承的疲勞壽命驗算： 經(jīng)過計算p=745.356 合格。4.5主軸組件驗算前軸承軸徑，后軸承軸徑求軸承剛度 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 根據(jù)主電