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1、 湖南工业大学机械工程学院机械制造造装备设设计课程程设计设计题目目：普通通车床主主轴箱部部件设计计起止日期期：20011年年11月 26日 至至 220111年 12月 133日学生姓名名张文文班级 机制七七班学号20100332210成绩指导教师师(签字字)机械工程程学院20133年1月月14日日目录1.课程程设计任任务书42.绪论论663设计计计算63.1车车床的规规格系列列和用处处63.2操操作性能能要求74.主动动参数参参数的拟拟定74.1 确定传传动公比比774.2 主电动动机的选选择75.变速速结构的的设计85.1 主变速速方案拟拟定85.2 变速结结构式、结结构网的的选择85.2
2、.1确定定变速组组及各变变速组中中变速副副的数目目885.2.2变速速式的拟拟定95.2.3结构构式的拟拟定95.2.4结构构网的拟拟定95.2.5结构构式的拟拟定105.2.6结构构式的拟拟定105.2.7确定定各变速速组变速速副齿数数1115.2.8绘制制变速系系统图1336.结构构设计1136.1 结构设设计的内内容、技技术要求求和方案案136.2 展开图图及其布布置1446.3 I轴（输输入轴）的的设计1146.4 齿轮块块设计146.5 传动轴轴的设计计1156.6 主轴组组件设计计1166.6.1各部部分尺寸寸的选择择1166.6.2主轴轴材料和和热处理理1666.6.3主轴轴轴承
3、1776.6.4主轴轴与齿轮轮的连接接1886.6.5润滑滑与密封封186.6.6其他他问题187.传动动件的设设计187.1 带轮的的设计1187.2 传动轴轴的直径径估算217.2.1确定定各轴转转速217.2.2传动动轴直径径的估算算：确定定各轴最最小直径径2227.2.3键的的选择2237.3 传动轴轴的校核核2337.3.1传动动轴的校校核2237.3.2键的的校核2447.4 各变速速组齿轮轮模数的的确定和和校核247.4.1齿轮轮模数的的确定2247.4.2齿宽宽的确定定2887.4.3齿轮轮结构的的设计2297.5 带轮结结构设计计3007.6 片式摩摩擦离合合器的选选择和计计
4、算3117.7 齿轮强强度校验验3337.7.1校核核a变速组组齿轮3337.7.2校核核b变速组组齿轮357.7.3校核核c变速组组齿轮367.8 轴承的的选用与与校核377.8.1各轴轴轴承的的选用3377.8.2各轴轴轴承的的校核3378.主轴轴组件设设计398.1 主轴的的基本尺尺寸确定定3398.1.1外径径尺寸DD3998.1.2主轴轴孔径dd3998.1.3主轴轴悬伸量量a4408.1.4支撑撑跨距LL408.1.5主轴轴最佳跨跨距L00的确定定4418.2 主轴刚刚度验算算4438.2.1主轴轴前支撑撑转角的的验算4448.2.2主轴轴前端位位移的验验算459.心得得体会及及参
5、考文文献47湖南工业业大学课程设计计任务书书2011120012学年年第一学期机械工程程学院（系系、部）机械设计制造及自动化专业 机设081班级课程名称称：机机械制造造装备设设计设计题目目：起止日期期：自20011年年11月26日至至20111年12月13日共共2周内容及任务一、设计计任务:1、车床床最大加加工直径径为2550mmm.2、主要要技术参参数：主电机功率P（kw）主电机转速n电（rmin-1）Nmax（rmin-1）Nmin（rmin-1）公比414501400631.413、 加工工件件材料为为钢材；4、 刀具为硬硬质合金金刀具；二、设计计工作量量1、 运动计算算：根据据给定的的
6、转速确确定主传传动的机机构图、转转速图、传传统系统统图、计计算齿轮轮齿数；2、 动力计算算：选择择电动机机型号，对对主要零零件（如如带、齿齿轮、主主轴、传传动轴、轴轴承等）进进行计算算（初算算和验算算）；3、 编写设计计计算说说明书一一份；4、 绘制下列列图纸： 机床床主传动动系统图图（计算算说明书书中）； 主轴轴箱部件件展开图图及主要要剖面图图； 主轴轴零件图图。5、 设计说明明书及图图纸必须须为计算算机输出出稿；6、 上交作业业应包括括电子稿稿以及打打印稿，设设计说明明书文件件格式为为worrd20003版版本，平平面图纸纸文件格格式为aautoocadd20007或以以下版本本，3DD图
7、为sstepp文件格格式（图图纸要求求包括原原始零件件模型数数据）。*3D图图可根据据学生个个体情况况选择。进度安排排起止日期期工作内容容20111.111.266-20011.11.29参考文献献，画图图20111.111.300-220111.122.4任务书的的编写20111.122.055-220111.122.133任务书、图图纸的整整理排版版主要参考考资料1. 机械制制造装备备设计 冯辛安等著 机械工业出版社2. 机械制制造装备备设计课课程设计计 陈立立德编 高高等教育育出版社社3. 机械制制造装备备设计 陈立德编 高等教育出版社4. 现代实实用机床床设计手手册（上上下册） 机械械
8、工业出出版社5. 金属切切削机床床设计 戴曙著 机械工业出版社指导教师师（签字字）：姚姚建民220111年 111月 266 日系（教研研室）主主任（签签字）：年 月 日摘要普通中型型车床主主轴箱设设计普通中型型车床主主轴箱设设计，主主要包括括三方面面的设计计，即：根据设设计题目目所给定定的机床床用途、规规格、主主轴极限限转速、转转速数列列公比或或级数，确确定其他他有关运运动参数数，选定定主轴各各级转速速值；通通过分析析比较，选选择传动动方案；拟定结结构式或或结构网网，拟定定转速图图；确定定齿轮齿齿数及带带轮直径径；绘制制传动系系统图。其其次，根根据机床床类型和和电动机机功率，确确定主轴轴及各
9、传传动件的的计算转转速，初初定传动动轴直径径、齿轮轮模数，确确定传动动带型号号及根数数，摩擦擦片尺寸寸及数目目；装配配草图完完成后要要验算传传动件（传传动轴、主主轴、齿齿轮、滚滚动轴承承）的刚刚度、强强度或寿寿命。最最后，完完成运动动设计和和动力设设计后，要要将主传传动方案案“结构化化”，设计计主轴变变速箱装装配图及及零件图图，侧重重进行传传动轴组组件、主主轴组件件、变速速机构、箱箱体、润润滑与密密封、传传动轴及及滑移齿齿轮零件件的设计计。【关键词词】车床床、主轴轴箱、变变速系统统、主轴轴组件。2.绪论论机床技术术参数有有主参数数和基本本参数，他他们是运运动传动动和结构构设计的的依据，影影响到
10、机机床是否否满足所所需要的的基本功功能要求求，参数数拟定就就是机床床性能设设计。主主参数是是直接反反映机床床的加工工能力、决决定和影影响其他他基本参参数的依依据，如如车床的的最大加加工直径径，一般般在设计计题目中中给定，基基本参数数是一些些加工件件尺寸、机机床结构构、运动动和动力力特性有有关的参参数，可可归纳为为尺寸参参数、运运动参数数和动力力参数。通用车床床工艺范范围广，所所加工的的工件形形状、尺尺寸和材材料各不不相同，有有粗加工工又有精精加工；用硬质质合金刀刀具又用用高速钢钢刀具。因因此，必必须对所所设计的的机床工工艺范围围和使用用情况做做全面的的调研和和统计，依依据某些些典型工工艺和加加
11、工对象象，兼顾顾其他的的可能工工艺加工工的要求求，拟定定机床技技术参数数，拟定定参数时时，要考考虑机床床发展趋趋势和同同国内外外同类机机床的对对比，使使拟定的的参数最最大限度度地适应应各种不不同的工工艺要求求和达到到机床加加工能力力下经济济合理。机床主传传动系因因机床的的类型、性性能、规规格和尺尺寸等因因素的不不同，应应满足的的要求也也不一样样。设计计机床主主传动系系时最基基本的原原则就是是以最经经济、合合理的方方式满足足既定的的要求。在在设计时时应结合合具体机机床进行行具体分分析，一一般应满满足的基基本要求求有：满满足机床床使用性性能要求求。首先先应满足足机床的的运动特特性，如如机床主主轴油
12、足足够的转转速范围围和转速速级数；满足机机床传递递动力的的要求。主主电动机机和传动动机构能能提供足足够的功功率和转转矩，具具有较高高的传动动效率；满足机机床工作作性能要要求。主主传动中中所有零零部件有有足够的的刚度、精精度和抗抗震性，热热变形特特性稳定定；满足足产品的的经济性性要求。传传动链尽尽可能简简短，零零件数目目要少，以以便节约约材料，降降低成本本。3.设计计计算3.1车车床的规规格系列列和用处处普通机床床的规格格和类型型有系列列型号作作为设计计时应该该遵照的的基础。因因此，对对这些基基本知识识和资料料作些简简要介绍绍。本次次设计的的是普通通型车床床主轴变变速箱。主主要用于于加工回回转体
13、。表1.11 车床床的主参参数（规规格尺寸寸）和基基本参数数表工件最大大回转直直径(mm)最高转速速( )最低转速速( )电机功率率P（kWW）公比转速级数数Z32011200257.51.411123.2 操作性性能要求求1）具有有皮带轮轮卸荷装装置2）手动动操纵双双向片式式摩擦离离合器实实现主轴轴的正反反转及停停止运动动要求3）主轴轴的变速速由变速速手柄完完成4.主动动参数参参数的拟拟定4.1 确定传传动公比比根据【11】公式式（3-2）因因为已知知 ， ZZ=+11也即Z=12因为=11.411=1.06，首首先找到到最小极极限转速速31.5，再再每跳过过5个数数取一个个转速，即即可得到
14、到公比为为1.441的数数列255，355.5，550，771，1100，1140，2200，2280，4400，5560，8800，111200.31.55 455 633 900 1225 1800 2550 3355 5000 7110 10000 114000 4.2 主电动动机的选选择合理的确确定电机机功率PP，使机机床既能能充分发发挥其使使用性能能，满足足生产需需要，又又不致使使电机经经常轻载载而降低低功率因因素。现在以常常见的中中碳钢为为工件材材料，取取45号号钢，正正火处理理，车削削外圆，表表面粗糙糙度=3.22mm。采采用车刀刀具，可可转位外外圆车刀刀，刀杆杆尺寸：16mmm
15、255mm。刀刀具几何何参数：=155，=6，=755，=155，=0，=-110，bb=0.33mm，rr=1mmm。现以确定定粗车是是的切削削用量为为设计： 确定背吃吃刀量和和进给量量f，根根据【22】表88-500，取4mmm，f取取0.66。 确定切削削速度，参参【2】表8-57，取V=1.7。 机床功率率的计算算，主切削力力的计算算 根根据【22】-表8-59和和表8-60，主主切削力力的计算算公式及及有关参参数：F=9.81 =9.812270440.9920.95 =32242（NN）切削功率率的计算算 =3224211.7=5.55（kWW）依照一般般情况，取取机床变变速效率率
16、=0.8.=6.86(kW)根据【33】表112-11 YY系列（IIP444）电动动机的技技术数据据,Y系系列（IIP444）电动动机为一一般用途途全封闭闭自扇冷冷式笼型型异步电电动机，具具有防尘尘埃、铁铁屑或其其他杂物物侵入电电动机内内部的特特点，BB级绝缘缘，工业业环境温温度不超超过+440，相对对湿度不不超过995%，海海拔高度度不超过过10000m，额额定电压压3800V，频频率500Hz。适适用于无无特殊要要求的机机械上，如如机床，泵泵，风机机，搅拌拌机，运运输机，农农业机械械等。根据以上上要求，我我们选取取Y1332M-4型三三相异步步电动机机，额定定功率77.5kkW,满满载转
17、速速14440，额额定转矩矩2.22，质量量81kkg。 至此此，可得得到上表表1.11中的车车床参数数。5.变速速结构的的设计5.1 主变速速方案拟拟定拟定变速速方案，包包括变速速型式的的选择以以及开停停、换向向、制动动、操纵纵等整个个变速系系统的确确定。变变速型式式则指变变速和变变速的元元件、机机构以及及组成、安安排不同同特点的的变速型型式、变变速类型型。变速方案案和型式式与结构构的复杂杂程度密密切相关关，和工工作性能能也有关关系。因因此，确确定变速速方案和和型式，要要从结构构、工艺艺、性能能及经济济等多方方面统一一考虑。变速方案案有多种种，变速速型式更更是众多多，比如如：变速速型式上上有
18、集中中变速，分分离变速速；扩大大变速范范围可用用增加变变速组数数，也可可采用背背轮结构构、分支支变速等等型式；变速箱箱上既可可用多速速电机，也也可用交交换齿轮轮、滑移移齿轮、公公用齿轮轮等。显然，可可能的方方案有很很多，优优化的方方案也因因条件而而异。此此次设计计中，我我们采用用集中变变速型式式的主轴轴变速箱箱。5.2 变速结结构式、结结构网的的选择结构式、结结构网对对于分析析和选择择简单的的串联式式的变速速不失为为有用的的方法，但但对于分分析复杂杂的变速速并想由由此导出出实际的的方案，就就并非十十分有效效。5.2.1 确确定变速速组及各各变速组组中变速速副的数数目数为Z的的变速系系统由若若干
19、个顺顺序的变变速组组组成，各各变速组组分别有有、个变变速副。即即变速副中中由于结结构的限限制以22或3为为合适，即即变速级级数Z应应为2和和3的因因子： ，可以以有三种种方案： 5.2.2 变变速式的的拟定12级转转速变速速系统的的变速组组，选择择变速组组安排方方式时，考考虑到机机床主轴轴变速箱箱的具体体结构、装装置和性性能。在轴如如果安置置换向摩摩擦离合合器时，为为减少轴轴向尺寸寸，第一一变速组组的变速速副数不不能多，以以2为宜宜。主轴对加加工精度度、表面面粗糙度度的影响响很大，因因此主轴轴上齿轮轮少些为为好。最最后一个个变速组组的变速速副数常常选用22。综上所述述，变速速式为112=223
20、2。5.2.3 结结构式的的拟定对于122=232传动动式，有有6种结结构式和和对应的的结构网网。分别别为：， ， ，由于本次次设计的的机床I轴装有有摩擦离离合器，在在结构上上要求有有一齿轮轮的齿根根圆大于于离合器器的直径径。初选选的方案案。从电动机机到主轴轴主要为为降速变变速，若若使变速速副较多多的变速速组放在在较接近近电动机机处可使使小尺寸寸零件多多些，大大尺寸零零件少些些，节省省材料，也也就是满满足变速速副前多多后少的的原则，因因此取112=2232方案案为好。设计车床床主变速速传动系系时，为为避免从从动齿轮轮尺寸过过大而增增加箱体体的径向向尺寸，在在降速变变速中，一一般限制制限制最最小
21、变速速比 ；为避免免扩大传传动误差差，减少少震动噪噪声，在在升速时时一般限限制最大大转速比比。斜齿齿圆柱齿齿轮传动动较平稳稳，可取取。因此此在主变变速链任任一变速速组的最最大变速速范围。在在设计时时必须保保证中间间变速轴轴的变速速范围最最小。5.2.4 结结构网的的拟定根据中间间变速轴轴变速范范围小的的原则选选择结构构网。从从而确定定结构网网如下：5.2.5 结结构式的的拟定主轴的变变速范围围应等于于住变速速传动系系中各个个变速组组变速范范围的乘乘积，即即：检查变速速组的变变速范围围是否超超过极限限值时，只只需检查查最后一一个扩大大组。因因为其他他变速组组的变速速范围都都比最后后扩大组组的小，
22、只只要最后后扩大组组的变速速范围不不超过极极限值，其其他变速速组就不不会超过过极限值值。其中，符合合要求。5.2.6 结结构式的的拟定绘制转速速图、选择择Y1332M-4型YY系列笼笼式三相相异步电电动机。、分配配总降速速变速比比 总降速速变速比比 又电动动机转速速不符合合转速数数列标准准，因而而增加一一定比变变速副。、确定定变速轴轴轴数 变速轴轴轴数 = 变变速组数数 + 定比变变速副数数 + 1 = 3 + 11 + 1 = 5。、确定定各级转转速由、zz = 12确确定各级级转速：11220、8800、5560、4400、2280、2200、1140、1100、771、550、335.5
23、5、255r/mmin。、绘制制转速图图在五根轴轴中，除除去电动动机轴，其其余四轴轴按变速速顺序依依次设为为、（主轴轴）。与、与、与轴之间间的变速速组分别别设为aa、b、cc。现由由（主轴轴）开始始，确定定、轴的转转速： 先来确定定轴的转转速变速组cc 的变变速范围围为，结结合结构构式，轴的转转速只有有一种可可能：100、1140、2200、2280、4400、5560rr/miin。 确定定轴的转速速变速组bb的级比比指数为为2，希希望中间间轴转速速较小，因因而为了了避免升升速，又又不致变变速比太太小，可可取，轴的转转速确定定为：4400、5560rr/miin。确定轴轴的转速速对于轴，其级
24、级比指数数为1,可取，确定轴转速为为8000r/mmin。由此也可可确定加加在电动动机与主主轴之间间的定变变速比。下下面画出出转速图图（电动动机转速速与主轴轴最高转转速相近近）5.2.7 确确定各变变速组变变速副齿齿数齿轮齿数数的确定定，当各各变速组组的传动动比确定定以后，可可确定齿齿轮齿数数。对于于定比传传动的齿齿轮齿数数可依据据机械设设计手册册推荐的的方法确确定。对对于变速速组内齿齿轮的齿齿数，如如传动比比是标准准公比的的整数次次方时，变变速组内内每对齿齿轮的齿齿数和及及小齿轮轮的齿数数可以从从【1】表表3-99中选取取。一般般在主传传动中，最最小齿数数应大于于1820。采采用三联联滑移齿
25、齿轮时，应应检查滑滑移齿轮轮之间的的齿数关关系：三三联滑移移齿轮的的最大齿齿轮之间间的齿数数差应大大于或等等于4，以以保证滑滑移是齿齿轮外圆圆不相碰碰。根据【11】,查查表3-9各种种常用变变速比的的使用齿齿数。、变速速组a:，； 时：57、660、663、666、669、772、775、778时：58、660、663、665、667、668、770、772、773、777可取844,于是是可得轴轴齿轮齿齿数分别别为：228、335。于是， 可得轴上的三三联齿轮轮齿数分分别为：56、449。、变速速组b:根据【11】,查查表3-9各种种常用变变速比的的使用齿齿数, ，,时：87、889、990
26、、991、992时：87、889、990、991时：86、888、990、991可取 990，于于是可得得轴上两联联齿轮的的齿数分分别为：18、330、445。于是 ，得轴轴上两齿齿轮的齿齿数分别别为：772，660、445。、变速速组c:根据【11】,查查表3-9各种种常用变变速比的的使用齿齿数,时：、855、899、900、944、955、1008时： 844、877、899、900、1008可取 1108.为降速变变速，取取轴齿轮齿齿数为222；为升速变变速，取取轴齿轮齿齿数为336。于是得,得轴两两联动齿齿轮的齿齿数分别别为222，722；得轴两两齿轮齿齿数分别别为866，366。5.
27、2.8 绘绘制变速速系统图图根据轴数数，齿轮轮副，电电动机等等已知条条件可有有如下系系统图：6.结构构设计6.1 结构设设计的内内容、技技术要求求和方案案设计主轴轴变速箱箱的结构构包括传传动件（传传动轴、轴轴承、带带轮、齿齿轮、离离合器和和制动器器等）、主主轴组件件、操纵纵机构、润润滑密封封系统和和箱体及及其联结结件的结结构设计计与布置置，用一一张展开开图和若若干张横横截面图图表示。主轴变速速箱是机机床的重重要部件件。设计计时除考考虑一般般机械传传动的有有关要求求外，着着重考虑虑以下几几个方面面的问题题：精度度方面的的要求，刚刚度和抗抗震性的的要求，传传动效率率要求，主主轴前轴轴承处温温度和温
28、温升的控控制，结结构工艺艺性，操操作方便便、安全全、可靠靠原则，遵遵循标准准化和通通用化的的原则。主轴变速速箱结构构设计时时整个机机床设计计的重点点，由于于结构复复杂，设设计中不不可避免免要经过过反复思思考和多多次修改改。在正正式画图图前应该该先画草草图。目目的是：1） 布置传动动件及选选择结构构方案。2） 检验传动动设计的的结果中中有无干干涉、碰碰撞或其其他不合合理的情情况，以以便及时时改正。确定传动动轴的支支承跨距距、齿轮轮在轴上上的位置置以及各各轴的相相对位置置，以确确定各轴轴的受力力点和受受力方向向，为轴轴和轴承承的验算算提供必必要的数数据。6.2 展开图图及其布布置展开图就就是按照照
29、传动轴轴传递运运动的先先后顺序序，假想想将各轴轴沿其轴轴线剖开开并将这这些剖切切面平整整展开在在同一个个平面上上。I轴上装装的摩擦擦离合器器和变速速齿轮。有有两种布布置方案案，一是是将两级级变速齿齿轮和离离合器做做成一体体。齿轮轮的直径径受到离离合器内内径的约约束，齿齿根圆的的直径必必须大于于离合器器的外径径，否则则齿轮无无法加工工。这样样轴的间间距加大大。另一一种布置置方案是是离合器器的左右右部分分分别装在在同轴线线的轴上上，左边边部分接接通，得得到一级级反向转转动，右右边接通通得到三三级正向向转动。这这种齿轮轮尺寸小小但轴向向尺寸大大。我们们采用第第二种方方案，通通过空心心轴中的的拉杆来来
30、操纵离离合器的的结构。总布置时时需要考考虑制动动器的位位置。制制动器可可以布置置在背轮轮轴上也也可以放放在其他他轴上。制制动器不不要放在在转速太太低轴上上，以免免制动扭扭矩太大大，使制制动器尺尺寸增大大。齿轮在轴轴上布置置很重要要，关系系到变速速箱的轴轴向尺寸寸，减少少轴向尺尺寸有利利于提高高刚度和和减小体体积。6.3 I轴（输输入轴）的的设计将运动带带入变速速箱的带带轮一般般都安装装在轴端端，轴变变形较大大，结构构上应注注意加强强轴的刚刚度或使使轴部受受带轮的的拉力（采采用卸荷荷装置）。I轴上装有摩擦离合器，由于组成离合器的零件很多，装配很不方便，一般都是在箱外组装好I轴在整体装入箱内。我们采用的卸荷装置一般是把轴承装载法兰盘上，通过法兰盘将带轮的拉力传递到箱壁上。车床上的的反转一一般用于于加工螺螺纹时退退刀。车车螺纹时时，换向向频率较较高。实实现正反反转的变变换方案案很多，我我们采用用正反向向离合器器。正反反向的转转换在不不停车的的状态下下进行，常常采用片片式摩擦擦离合器器。由于于装在箱箱内，一一般采用用湿式。在确定轴轴向