普通车床主轴变速箱设计说明书.doc

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1、金属切削机床课程设计说明书加Q1162401387获取 Cad装配图，零件图 设计题目：普通车床主轴变速箱设计学 院： 安徽农业大学经济技术学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 00000 学 号： 00000 指导老师： 00000 一、 设计题目：普通车床主轴变速箱设计二、 设计参数：主电机功率： 7.5 KW主轴最高转速： 1360 r/min主轴最低转速： 35 r/min三、 设计要求1、主轴变速箱装配图1张（A0）（展开图和主要的横向剖视图）2、主零件工作图（A3）和传动系统图 (A3)3、设计计算说明书1份20 / 20目录一、传动设计 1.1电机的选择.6 1.2运

2、动参数.6 1.3拟定结构式.6 1.3.1 传动结构式、结构网的选择.6 1.3.2 传动组和传动副数可能的方案.6 1.3.3 结构网和结构式各种方案的选择.6 1.3.4 各方案的分析比较.7 1.4转速图和系统图的拟定.7 1.5确定带轮直径.8 1.5.1确定计算功率.8 1.5.2选择V带类型.8 1.5.3确定带轮直径并验算带速V.8 1.5.4 确定带传动的中心距和带的基准长度.8 1.5.5验算小带轮的包角.8 1.5.6 确定带的根数.8 1.5.7计算带的张紧力.9 1.5.8计算作用在轴上的压轴力.9 1.6确定各变速组传动副齿数.9 1.7绘制传动系统图.10二、动力

3、设计.10 2.1确定传动件计算转速.10 2.1.1主轴计算转速.10 2.1.2各传动轴计算转速.11 2.1.3各齿轮计算转速.11 2.1.4核算主轴转速误差.11 2.2 各传动组齿轮模数的确定和校核.11. 2.3 齿轮强度校核.13 2.3.1校核a传动组齿轮.13 2.3.2 校核b传动组齿轮.14 2.3.3校核c传动组齿轮.14 2.4主轴挠度的校核.15 2.4.1 确定各轴最小直径.15 2.4.2轴的校核.16 2.5片式摩擦离合器的选择及计算.16 2.5.1决定外摩擦片的内径.16 2.5.2选择摩擦片尺寸.17 2.5.3计算摩擦面对数Z.17 2.5.4计算摩

4、擦片片数.18 2.5.5计算轴向压力Q.18三、结构设计.18 3.1带轮的设计.18 3.2主轴换向机构的设计.18 3.3制动机构的设计.19 3.4齿轮块的设计.19 3.5轴承的选择.19 3.6主轴组件的设计.19 3.6.1各部分尺寸的选择.19 3.6.1.1主轴通孔直径.19 3.6.1.2轴颈直径.19 3.6.1.3支承跨距及悬伸长度.20 3.6.2主轴轴承的选择.20 3.7润滑系统的设计.20四、 设计小结.20五、 参考文献.20一、传动设计1.1电机的选择（1）床身上最大回转直径：400mm（2）主电机功率：7.5KW（3）主轴最高转速：1360r/min参考机

5、床主轴变速箱设计指导（以下简称设计指导）P16选择Y100L2-4型异步电动机。1.2运动参数变速范围 Rn=1360/35=38.86对于中型车床，1.26或1.41 此处取1.26 得转速级数Z=17。查设计指导P6标准数列表得转速系列为：33 44 55 69 87 106 132 170 212 265 335 425 530 670 850 1060 1360 1.3拟定结构式1、确定公比根据设计数据，公比=1.262、求出主轴转速级数Z由题目可知，转速级数Z=173、确定结构式(1)确定传动组和传动副数由于总级数为17，先按18设计再减掉一组。共有以下几种方案：18=3*3*2=1

6、8=3*2*3=18=2*3*3根据传动副前多后少原则，以减少传动副结构尺寸选择第一组方案即：18=3*3*2(2)确定结构式按前密后疏原则设计结构式中的级比指数，得到：减掉一组转速为：=对于该结构式中的第二扩大组，因此该方案符合升二降四原则。1.4转速图和系统图的拟定由于车床轴转速一般取7001000 r/min 。在中型通用机床中，通常传动比u = 12.5的范围内，u=u主/uI=1440/850 =1.69 故初选轴转速为850r/min。拟定转速图如图1 1.5确定带轮直径1.5.1确定计算功率Pca 由机械设计表87查得工作情况系数=1.1故Pca P1.17.58.2KW1.5.

7、2选择V带类型 据Pca、N1的值由机械设计图811选择A型带。1.5.3确定带轮直径并验算带速V由机械设计表87、表89，取基准直径100mm。验算带速V V /(601000)1001440/(601000)7.5m/s因为5m/sV25m/s,所以带轮合适。定大带轮直径 i1002200mm 据机械设计表87，取基准直径200mm。 1.5.4 确定带传动的中心距和带的基准长度 设中心距为,则 07（）a2（） 于是 210a600,初取中心距为400mm。 带长=1277查表取相近的基准长度，=1430mm。 带传动实际中心距a=a。+(Ld-L。）/2=477mm1.5.5验算小带轮

8、的包角 一般小带轮的包角不应小于。 。合适。1.5.6 确定带的根数 其中： -时传递功率的增量； -按小轮包角，查得的包角系数； -长度系数； 为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于10。 = 6 1.5.7计算带的张紧力 其中： -带的传动功率,KW； v-带速,m/s； q-每米带的质量，kg/m；取q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 =131.4N1.5.8计算作用在轴上的压轴力 Fp=2ZF。Sin（a/2)=1568 N 1.6确定各变速组传动副齿数（1）确定变速组齿轮传动副的齿数变速组a:变速组a有三个传动副，传动比分别为ai

9、1=1/1.26 ai2=1/1.58 ai3=1/2由参考文献1表5-1查得：ai1=1/1.26时：61、63、65、66、68、70、72、74ai2=1/1.58时：62、65、67、69、70、72、73ai3=1/2时：63、66、69、72、75、78可取72, 查表可得轴主动齿轮齿数分别为：32、28、24。根据相应传动比， 可得轴上的三联齿轮齿数分别为：40、44、48。变速组b:变速组b有三个传动副，传动比分别是bi1=1, bi2=1/2, bi3=1/4，查表得：bi1=1时：80、82、84、86、88、90、92bi2=1/2时：81、84、86、87、89、90、

10、92bi3=1/4时：80、81、84、85、86、89、90可取 90，于是可得轴上两联齿轮的齿数分别为：45、30、18。于是根据相应传动比，得轴上两齿轮的齿数分别为：45、60、72。变速组c: 查表8-1,时：84、85、89、90、94、95时： 72、75、78、81、84、87、89、90可取 90.为降速传动，取轴齿轮齿数为18；为升速传动，取轴齿轮齿数为30。于是得,得轴两联动齿轮的齿数分别为18，60；得轴两齿轮齿数分别为72，301.7绘制传动系统图二、动力设计2.1确定传动件计算转速2.1.1主轴计算转速主轴计算转速是第一个三分之一转速范围内的最高一级转速，即nj =

11、nmin=100r/min 即n4=100r/min;2.1.2各传动轴计算转速轴可从主轴100r/min按72/18的传动副找上去，轴的计算转速400r/min；.而变速组C有两个传动副，轴的最低转速为106 r/min时，通过60/30的传动副可使主轴获得250 r/min的转速，250 r/min 105 r/min,能传递全部功率，所以轴的计算转速为106 r/min，轴的计算转速为425r/min；轴的计算转速为850r/min。 2.1.3各齿轮计算转速传动组c中，18/72只需计算z = 18 的齿轮，计算转速为475r/min；60/30只需计算z = 30的齿轮，计算转速为3

12、55r/min；传动组b计算z = 45的齿轮，计算转速为425r/min；传动组a应计算z =32的齿轮，计算转速为850r/min。2.1.4核算主轴转速误差 所以合适。2.2 各传动组齿轮模数的确定和校核一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度下列公式进行计算： 其中， -按接触疲劳强度计算的齿轮模数；-大小齿轮齿数比； -电动机功率kw， = 4.96KW； -齿宽系数，取； -小齿轮齿数 -齿轮传动许用接触应力 -计算齿轮计算转速（r/min）。齿轮材料初选45钢调质+表面淬火（硬度约45HRC），按较高可靠度选择安全系数为1.25，得：变速组a：

13、，取ma=2.5得轴上齿轮的直径： da1=2.5*32=80mm,da2=2.5*28=70mm，da3=2.5*24=60 轴上两联齿轮的直径分别为：Da1=2.5*40=100mm,Da2=2.5*44=110mm, Da3=2.5*48=120mm 变速组b：，取于是轴齿轮的直径分别为： db1=3.5*45=158mm,db2=3.5*30=105mm,db3=3.5*18=63mm 轴上和轴三联齿轮啮合的两齿轮直径分别为： Db1=3.5*45=158mm,Db2=3.5*60=210mm,Db3=3.5*72=252mm变速组c：，取轴上齿轮的直径分别为： dc1=3.5*18=

14、63mm,dc2=3.5*60=210mm轴四上两齿轮的直径分别为： Dc1=3.5*72=252mm,Dc2=3.5*30=105mm2.3 齿轮强度校核：计算公式2.3.1校核a传动组齿轮校核齿数为32的即可，确定各项参数 P=2.88KW,n=850r/min,T=9.55*106*2.88/850=3.22*104N.mm确定动载系数：v=3.14*d*n/(60*1000)=2.14m/s齿轮精度为7级，由机械设计查得使用系数Kv=1.1b=8*2=16mm确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数非对称=1.39b/h=16/(2*2)=4,查机械设计得KFb=1.25确定齿间载荷分配系数:

15、 Ft=2T/d=1200NKA*Ft/b=75100N/mm由机械设计查得确定动载系数: 查表 10-5 计算弯曲疲劳许用应力 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 图10-18查得 ,S = 1.3 ， KFt/(bm)=61.989.3 故合适。2.3.2 校核b传动组齿轮校核齿数为45的即可，确定各项参数 P=2.77KW,n=425r/min,T=9.55*106*2.77/425=6.67*104N.mm确定动载系数：v=3.14*d*n/(60*1000)=1.83m/s齿轮精度为7级，由机械设计查得使用系数b=8*3=24mm确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数非对称=1.41b/h

16、=24/(3*2.8)=2.86,查机械设计得确定齿间载荷分配系数: Ft=2T/d=1687.9NKA*Ft/b=70.3100N/mm由机械设计查得确定动载系数: 查表 10-5 计算弯曲疲劳许用应力 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 图10-18查得 ,S = 1.3 ， KFt/(bm)=35.787.5 故合适。2.3.3校核c传动组齿轮校核齿数为18的即可，确定各项参数 P=2.66KW,n=475r/min,T=9.55*106*2.66/475=4.16*105N.mm确定动载系数：v=3.14*d*n/(60*1000)=0.48m/s齿轮精度为7级，由机械设计查得使用系数

17、b=8*3=24确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数非对称=1.41b/h=24/(3*4)=2,查机械设计得确定齿间载荷分配系数: Ft=2T/d=3311NKA*Ft/b=82.78100N/mm由机械设计查得确定动载系数: 查表 10-5 计算弯曲疲劳许用应力 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 图10-18查得 ,S = 1.3 ， KFt/(bm)=70.184 故合适。2.4主轴挠度的校核2.4.1 确定各轴最小直径1轴的直径：=33mm2轴的直径： =38mm3轴的直径： =54mm 4主轴的直径：=59mm2.4.2轴的校核轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两

18、对齿轮对轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核T=9.55*106*2.88/850=3.22*104N.mm Ft=2T/d=1341NP=F=1836N已知：d=30mm，E=200*109Pa y=0.03*2=0.06mmX=300mm,b=228mm 。轴、轴的校核同上。 2.5片式摩擦离合器的选择及计算 2.5.1决定外摩擦片的内径 结构为轴装式，则外摩擦片的内径比安装轴的轴径D大26 mm有 D+(26)36+(26) 3842mm 取42mm2.5.2选择摩擦片尺寸 参考设计指导P41表摩擦片尺寸及花键规格自行设计摩擦片的尺寸如图所示2.5.3计算摩擦面对数Z

19、Z式中Mn额定动扭矩；Mn955076.6Nm K1.31.5；取 K1.3； f摩擦片间的摩擦系数；查设计指导表12 f0.08（摩擦片材料10钢，油润）P摩擦片基本许用比压；查设计指导表12 P0.8MPa（摩擦片材料10钢，油润）；D摩擦片内片外径 mm；外摩擦片的内径mm； 速度修正系数；根据平均圆周速度（1.62m/s）查设计指导表13近似取为1.2；结合次数修正系数；查设计指导表13取为0.84；接合面修正系数；把数据代入公式得Z10.8 查设计指导表13取Z142.5.4计算摩擦片片数摩擦片总片数（Z1）15片2.5.5计算轴向压力Q QpKv0.81.2478N三、结构设计3.

20、1带轮的设计根据V带计算，选用5根A型V带。由于轴安装摩擦离合器及传动齿轮，为了改善它们的工作条件，保证加工精度，采用卸荷式带轮结构输入。如图所示，带轮支承在轴承外圆上，而两轴承装在和箱体固定的法兰盘上，扭矩从端头花键传入。3.2主轴换向机构的设计主轴换向比较频繁，才用双向片式摩擦离合器。这种离合器由内摩擦片、外摩擦片、滑动套筒、螺母、钢球和空套齿轮等组成。离合器左右两部门结构是相同的。左离合器传动主轴正转，用于切削加工。需要传递的转矩较大，片数较多。右离合器用来传动主轴反转，主要用于退回，片数较少。这种离合器的工作原理是，内摩擦片的花键孔装在轴的花键上，随轴旋转。外摩擦片的孔为圆孔，直径略大

21、于花键外径。外圆上有4个凸起，嵌在空套齿轮的缺口之中。内外摩擦片相间安装。移动套筒4时，钢球沿斜面向中心移动并使滑块3、螺母1向左移动，将内片和外片相互压紧。轴的转矩便通过摩擦片间的摩擦力矩传递给齿轮，使主轴正传。同理，当滑块7、螺母8向右时，使主轴反转。处于中间位置时，左、右离合器都脱开，轴以后的各轴停转。摩擦片的间隙可通过放松销6和螺母8来进行调整。摩擦片的轴向定位是由两个带花键孔的圆盘实现。其中一个圆盘装在花键上，另一个装在花键轴的一个环形沟槽里，并转过一个花键齿，和轴上的花键对正，然后用螺钉把错开的两个圆盘连接起来。3.3制动机构的设计根据制动器的设计原理，将其安装在靠近主轴的较高转速

22、的轴，在离合器脱开时制动主轴，以缩短辅助时间。此次设计采用带式制动器。该制动器制动盘是一个钢制圆盘，和轴用花键联接，周边围着制动带。制动带是一条刚带，内侧有一层酚醛石棉以增加摩擦。制动带的一端和杠杆连接。另一端和箱体连接。为了操纵方便并保证离合器和制动器的联锁运动，采用一个操纵手柄控制。当离合器脱开时，齿条处于中间位置，将制动带拉紧。齿条轴凸起的左、右边都是凹槽。左、右离合器中任一个结合时，杠杆都按顺时针方向摆动，使制动带放松。3.4齿轮块的设计机床的变速系统采用了滑移齿轮变速机构。根据各传动轴的工作特点，基本组(传动组b)滑移齿轮采用平键联接装配式齿轮，固定齿轮用独立式；第一扩大组(传动组a

23、)的滑移齿轮采用了整体式滑移齿轮；第二扩大组(传动组c)传动转矩较大用平键联接装配式齿轮，此时平键传递转矩，弹性挡圈轴向固定，简单、工艺性好、结构方便。所有滑移齿轮和传动轴间均采用花键联接。从工艺角度考虑，其他固定齿轮（主轴上的齿轮除外）也采用花键联接。由于主轴直径较大，为了降低加工成本而采用了单键联接。由各轴的圆周速度参考设计指导P53,轴间传动齿轮精度为877Dc，轴间齿轮精度为766 Dc。齿轮材料为45钢，采用整体淬火处理。3.5轴承的选择为了方便安装，轴上传动件的外径均小于箱体左侧支承孔直径，均采用深沟球轴承。为了便于装配和轴承间隙调整，、轴均采用圆锥滚子轴承。滚动轴承均采用E级精度

24、。3.6主轴组件的设计 3.6.1各部分尺寸的选择3.6.1.1主轴通孔直径 参考设计指导P5，取主轴通孔直径d30mm。3.6.1.2轴颈直径 按电机功率在参考文献一图6-15选择主轴前端直径，结合卧式铣镗床主轴端部尺寸标准JB/T 4241.3-1999，选择主轴前端直径为90mm。后轴颈直径选择按照以下经验公式： ，取 。 3.6.1.3支承跨距及悬伸长度 为了提高刚度，应尽量缩短主轴的悬伸长度a，适当选择支承跨距L。取L/a3.24，由头部尺寸取a100mm则L324mm。3.6.2主轴轴承的选择为提高刚度，主轴采用三支承，前支承和中支承为主要支承，后支承为辅助支承。这是因为主轴上的传

25、动齿轮集中在前部；容易满足主轴的最佳跨距要求；箱体上前、中支承的同轴度加工容易保证，尺寸公差也易控制。前轴承选用一个型号为32316的圆锥滚子轴承，中轴承选一个用型号为30214的圆锥滚子轴承，后轴承选用一个型号为6312深沟球轴承。前轴承D级精度，中轴承E级精度，后轴承E级精度。前轴承内圈配合为k5，外圈配合为M6；中轴承内圈配合为js5，外圈配合为K6；后轴承内圈配合为js6，外圈配合为H7。3.7润滑系统的设计主轴箱内采用飞溅式润滑，油面高度为65mm左右，甩油环浸油深度为10mm左右。润滑油型号为：IIJ30。卸荷皮带轮轴承采用脂润滑方式。润滑脂型号为：钙质润滑脂。4.设计小结 这次课程设计用了三个星期，回想起来，花在画图的时间不多，主要还是在设计计算上。能过本次课程设计，我不但巩固了旧的知识，如：机械设、金属切削机床等。利用绘图软件绘图，而且学到了怎样设计变速箱，如何设计每一个细节。课程设计是一次知识综合的考验，要考虑的问题很多，一个人的能力三周时间是不够的，我们通过讨论更加深一层俯了设计的过程。而且老师的指导也是不可或缺的。