车床主轴箱设计参考.docx

《车床主轴箱设计参考.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《车床主轴箱设计参考.docx（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、摘要中型车床主轴箱的设计中型车床主轴箱的设计主要包括三个方面，即根 据设计题目中给出的机床用途、规格、主轴极限转速、 公比或数列转速序列，确定其他相关运动参数，选取 各级主轴转速值；通过分析比拟，选择传输方案；绘 制结构式或结构网络，绘制转速图；确定齿轮齿数和 滑轮直径；画出传动系统图。其次，根据机床的类型 和电机的功率，确定主轴和传动部件的计算转速，初 步确定传动轴和齿轮模块的直径，确定传动带的类型 和数量，确定摩擦片的尺寸和数量。装配草图完成后, 检查传动部件（传动轴、主轴、齿轮和滚动轴承）的刚 度、强度或寿命。最后，在运动设计和动力设计完成 后，要“结构化”主传动方案，设计主轴齿轮箱的装

2、 配图和零件图，重点设计传动轴总成、主轴总成、传 动机构、箱体、润滑密封、传动轴和滑动齿轮零件。 关键词车床，主轴箱，传动系统，主轴组件。.目录目录41、结论102 .设计计算112.1 普通车床的规格112. 1.车床的规格系列和用处11.主动参数参数的拟定1166Hg5动力设计5.1 确定主轴计算转速：计算转速叫是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动件的计算转速可以从 转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。确定主轴计算转速：主轴的计算转速为nJV = nmin?3 =31.5x1.413 =90r/min各传动轴的计算转速：轴III可从主轴90r/min按72/18的传动副找上

3、去，轴III的计算转速125r/min;轴II的计算转速为355r/min;轴I的计算转速为710r/mino3各齿轮的计算转速传动组c中，18/72只需计算z=18的齿轮，计算转速为355r/min; 60/30只需计算z=30的齿轮, 计算转速为250r/min;传动组b计算z = 22的齿轮，计算转速为355r/min;传动组a应计算z=24的 齿轮，计算转速为710r/mino4核算主轴转速误差实=1440 x(126/256 x36/36x42/42 x60/30 = 1417.5r/min标=1400 r/min5实标)*00%= (1417.5 1400).00% = 1.25%

4、5%标1400所以合适。5.2 带轮的设计 电动机转速n=1440r/min,传递功率P=7. 5KW,传动比i=2. 03,确定计算功率取Ka =1.1,那么Pc, = KaP = Llx7.5 = 8.25KW Udr选取V带型根据小带轮的转速和计算功率，选B型带。确定带轮直径和验算带速查表小带轮基准直径4 = 125mm , d2 - 125 xz = 125 x2.03 = 254mm7idxnx 验算带速成v =60x1000其中小-小带轮转速，r/min;4-小带轮直径，mm;3.14x125x1440 6房, v = 9.42m/5 e 5,25,合适。60x10004确定带传动

5、的中心距和带的基准长度设中心距为a。，那么0. 55(4+4)a 9h= 91 J= 29mm710 II 轴的直径： = 1 x 0.98 x 0.99 x 0.99 = 0.922,% = 355r/minni4 ,7.5x0.922 d 9h= 911二34mmV n V 3553 ill 轴的直径：4=% x 0-98 x 0.99 = 0.89,3 = 125 r/min3(7.5x0.89 “d 9h=91 J= 44mmn V 125主轴的直径：%=3 x 0.99 x 0.98 x 0.98 = 0.85,4 = 31.5r/minni 17.5x0.85 d9=91 J= 6

6、1mmV 31 . 5各轴间的中心距确实定：(z, +z2)m (28 + 56)x4、4Tl = !/=168(mm)；4 i-i 114 i-i 11(18 + 72)x5=225(mm)；=(22 + 86)x5 = 280.082(加)； 2cos15.42 5.3. 2传动轴的校核I轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对I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 xl06xP/i = 9.55 xl06 x7.5x 0.96/800 = 86N - mFr = 2xT/d = 2x86/(112x103)= 1535 7N

7、最大挠度:CDmax尸乂曲片4)48E7-1535.7 x 426 x(3 x 464z 4 x 426?卜(10-3 丫48x210xl0948x210xl09万 X 3()4 X64x(10-3)4=110.68x 1037nm式中；石材料弹性模量；E = 2.1x109MP6z;T 7tg r /id4 3.14x30，4/ 一 轴的；I = 39740.6/Ttm4;6464查1表37 2许用挠度y = 0.03x4 = 0.加；yb 旦所以合格。II轴、III轴的校核同上。5.4各变速组齿轮模数确实定和校核模数确实定：a传动组：分别计算各齿轮模数先计算24齿齿轮的模数：m, = 1

8、O3JO3 az川司ni其中：一公比；=2;N”-电动机功率；N( = 7.5KW;0齿宽系数；齿轮传动许允应力;厂计算齿轮计算转速。K 0a= N lim , 取二 600MPa,平安系数 S 二 1。 j Jmu由应力循环次数选取Kn =0.9i 0.9 x 600司=：二 540Mp。然=。见取A M = = 22P=54Wmxmx3室有=3.72 mm取 m = 4mmo按齿数30的计算，m2 =3.13mm ,可取m二4rmi;按齿数36的计算，m3 =3.39能加，可取m = 4mmo于是传动组a的齿轮模数取m=4mm, b=32mmo轴I上齿轮的直径：= 4x36 = 144 m

9、m； = 4 x 30 = 120 mm； cl. = 4x 24 = 96mm。 1 /ci d轴II上三联齿轮的直径分别为：d = 4 x 36 = 144 mm ； dnl = 4 x 42 = 168 mm ； dn. = 4 x 48 = 192 mm Cl 1C4 /Ci Ob传动组：确定轴II上另两联齿轮的模数。m = Io33d3%Z2Mb2 %按22齿数的齿轮计算： =2.8, rij = 355 r/min可得 m = 4. 8mm;取 m = 5mmo按42齿数的齿轮计算：可得 m = 3. 55mm;于是轴II两联齿轮的模数统一取为m=5mmo于是轴II两联齿轮的直径分

10、别为：dlA = 5x22 = 110mm； dh2 =5x42 = 210mm轴ill上与轴II两联齿轮啮合的两齿轮直径分别为：dh = 5 x 62 = 310 mm ； dh9 = 5 x 42 = 210 mmc传动组：取m = 5mmo轴III上两联动齿轮的直径分别为：dc =5x18= 90 mm ； dc2 = 5 x 60 = 300 mm轴四上两齿轮的直径分别为：dr = 5x72 = 360mm； d? = 5x30 = 150mm。2KT.YFYSa5.5齿轮强度校核：计算公式 bm 5. 5.1校核a传动组齿轮校核齿数为24的即可，确定各项参数 P=8. 25KW, n

11、=710r/min,T = 9.55xlO6xP/H = 9.55xlO6x8.25/71O = l.lxlO5N-m/7iTidn x96x710,确定动载系数：v = 3.57m/s60x100060x1000齿轮精度为7级，由机械设计查得使用系数Ki，= 1.05(3)Z? =(pm xm = 8x4 = 32mm确定齿向载荷分配系数：取齿宽系数=1非对称 K “4=L12 + 0.180 + 0.64 2)必j+0 23x10-3= 1.12 + 0.18(1 + 0.6) + 0.23 x 10-3 * 32 = L42blh = 32/(4x 2) = 4,查机械设计得KF/3 =

12、1.27 2T 2xl.lxl05确定齿间载荷分配系数：Ft = = 2290 Nd 96K F 1 Ox 2290乙，=-=71.56 Y 1Q0N/机由机械设计查得b 32KHp = KEa=2确定动载系数：K KaKKfKh = 1.0x 1.05 x 1.2x 1.27 =1.6(7)查表 10-5L =2.65 % 1 %(8)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=540MpaO图 1078 查得 Kn = 0.9 , S = 1.310.9x540 皿0 1 = = 374Mp.叵I=374=89 3YFaYSa= 28.6 1QQN / m由机械设计查得b 40K

13、Fa=KHa=lA(6)确定动载系数：K = KaKKfKh .27 = 1.397(7)查表 10-5= 2-72 FSa= 1.57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=540MpaO图 10-18 查得 Kn =0.9,S = 1.3r 10.9x540 F = 374Mp(tA. 上U色=87.5,丫/ 2.72 x 1.57KFt _ 1.397 x4040bm 40 x 5= 28.2 100N/m由机械设计查得b 40=KHr/ =1.1 r OCnCt确定动载系数：K = KaK K K偌=1-0x0.9x 1.1 x 1.27 = 1.2573查表10-5L=

14、2.91L53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=54Q MpaO图 1078 查得 K/v =0.9,s = 1.3 I 0.9x540 皿:= 374Mp0JL 4.374 _必丫/ = 30.99 84= 30.99 0.5故根据式(10-8)ksks=149.3N/jum3 X 1()4 X (力力)_ 3 X 1()4 X(80.564 - 454 )x 10-%+-75 x 0.035x(1 + 0.035) x(887 + 75)xW9对于机床的刚度要求，取阻尼比一= 0.035当 v=50m/min, s=0. 1 mm/r 时，kch 2.46 N / Hl

15、 in、/3 68.8,取/m = 0.02Dniqx =0.02 x 687 x 50% = 6.87mm 11111IlldaKbxcos68.8 =84.36N加计算KaL = 0.3DnriX = 206.1mm,力口上悬伸量共故81.1根机2=Kb 0.64a2=Kb 0.64a+ 0.4QQ 1 1 2= 84.36x 0.6-752+ 0.4 281.1?1 +l 687 J75 V1 HI 687；=T 6.5 N / jjmKs =1.66Ka =l.66 x 76.5 = 127.0N/zm152.3N/zm可以看出，该机床主轴是合格的.8总结机床产品设计的好坏，直接影响其

16、本钱，质量，研制周期与市场的竞争能力。本文的设计主要是从车 床主轴箱的角度入手，使设计产品在给定的数值要求下到达最合理的经济和性能。6月2日，为期三个月的设计任务圆满完成了，虽然设计的过程比拟繁琐，而且刚开始还有些不知 所措，甚至是害怕与退缩，尽管“雄关漫道真如铁”，但是在我“而今迈步从头越“，再加上老师的悉心指 导，我终于顺利地完成了这次设计任务。我们专业课已经学过车床相关的知识，尤其是机械制造装备设计这颗中详尽的讲述了机床主传 动系的设计，并且在大二的时候我们还做过二级减速器的课程设计，所以刚开始我对自己的课题满腹信心, 但是当我仔细的审题后发现，并不是我想象的那么容易。一开始的主电动机的

17、选择就让我吃尽了苦头，本 来想直接参照CA6140车床的电动机型号，但是资料上并没有给出CA6140车床主电动机选用Y-132M-4的 理由，所以我并没有随意参照选用。而是查阅了相关金属切削用量的相关资料，在车床最大切削用量的情 况下（最大输出功率）选用了 Y-112M-4电动机。另外，在主变速传动系设计中，我一味的追求主变速传动系设计的一般原那么，采用了典型的结构式12 =3| x23 X26，但是当我涉与到离合器的选择时，才发现，先前设计的I轴纵向尺寸过大，而且齿轮1、齿轮3的分度圆直径小于离合器的横向尺寸，这有迫使 我不得不重新考虑结构式的设计，经过考虑才最终敲定了结构式12 = 2j

18、x32 x 26 o这次设计是经过反复修改完成的，巩固和深化了课堂理论教学，锻炼和培养了我综合运用所学知识 和理论的能力，加强了我独立分析和解决问题的能力。在设计过程中，我也遇到了一些问题，除了上面的, 比方在一些设计局部，计算并不完全严格，在保证平安可靠的基础上，尽量让一些普通车床的参考数据符 合工艺要求。在这个过程中不断发现问题，解决问题，使我加深了对大学所学课程的理解和综合运用，并 进一步巩固。设计过程培养了我认真仔细的态度，对我以后的学习和工作都有积极的意义，也将是我大学 积累的一笔非常珍贵的财富。1新安，主编。机械制造设备设计第二版工业大学:机械工业，2007年12月2黄儒林主编。简

19、明实用的切割手册:化学工业，2004年7月3吴主编。机械设计课程设计手册，第3版。清华大学:高等教育，2006年12月4溥主编著机械设计第八版:高等教育，2007年8月金属切削机床的设计46戴舒，主编。金属切削机床:机械工业，2005年1月7机床设计手册编写组主编。机床设计手册:机械工业，1980年8月8程主编。机械设计手册，第四版，第二卷:化学工业，2003年9月L介绍机床技术参数包括主参数和基本参数，它们是运动传递和结构设计的基础，影响机床是否满足所需 的基本功能要求。参数公式是机床的性能设计。主参数是直接反映机床加工能力的依据，决定和影响其他 基本参数，如车床的最大加工直径。一般在设计题

20、目中给出。基本参数是与被加工零件的尺寸、机床结构、 运动和功率特性有关的一些参数，可概括为尺寸参数、运动参数和功率参数。一般车床的工艺范围很广，加工的工件形状、尺寸、材质都不一样，包括粗加工和精加工；采用硬 质合金刀具和高速钢刀具。因此，需要对所设计机床的工艺范围和使用情况进行全面的调查和统计，根据 一些典型的工艺和加工对象，并考虑到其他可能的工艺要求，拟定机床的技术参数。在拟定参数时，应考 虑机床的开展趋势和与国外同类机床的比拟，使拟定的参数能最大限度地适应各种工艺要求，并在机床加 工能力下经济合理。由于机床的类型、性能、规格、尺寸不同，对机床主传动系统的要求也不同。设计机床主传动系统 时最

21、基本的原那么是以最经济合理的方式满足既定的要求。设计时要结合具体机床具体分析。一般应满足的 基本要求是:满足机床性能要求。首先要满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数; 满足机床的动力传递要求。主电机和传动机构能提供足够的功率和扭矩，传动效率高；满足机床的工作性 能要求。主传动中各部件具有足够的刚度、精度和抗冲击能力，热变形特性稳定；满足产品的经济要求。 传动链要尽量短，零件要少，这样才能节省材料，降低本钱。2.运动设计计算2.1 普通车床规格常见机床的规格和类型都有一系列的型号作为设计的依据。所以，简单介绍一下这些基础知识和资料。 本设计是普通车床主轴齿轮箱。主要用于加工回

22、转体。表1.1车床主要参数（规格）及基本参数表工件最大回转直径D （mm）max最高转速max（）最低转速“min（ r/）电机功率P （kW）公比。转速级数Z2001320307.51.4112 3.主动参数参数的拟定 3.1确定传动公比0根据鸟8公式(3一2)因为根据鸟8公式(3一2)因为nR=4min7-lgR+1 L十Ilg。：.(P =二必 44.8 =1.4129根据1外7表3-5标准公比。这里我们取标准公比系列。=1.41.因为9二1.41=LOG，,根据I?：表3-6标准数列。首先找到最小极限转速25,再每跳过5个数(1.261.066 )取一个转速，即可得到公比为 1.41

23、的数列：25, 35.5, 50, 71, 100, 140, 200, 280, 400, 560, 800, 1120. 3.2主电动机的选择合理确实定电机功率P,使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载 而降低功率因素。现在以常见的中碳钢为工件材料，取45号钢，正火处理，车削外圆，外表粗糙度3. 2mm。采用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸：16mm X 25nlm。刀具几何参数：九二倍,，出二6”，勺产75工K：二15“，4 二o”, Yoi 二一10 ，b 力=0.3mm,1二1mm。现以确定粗车是的切削用量为设计：确定背吃刀量和进给量f,根据心表8-50,

24、Q八取4mm,千取0.6利舞。 确定切削速度，参&8表8-57,取V-1.7g/s。机床功率的计算，主切削力的计算 根据2舄股一乙50表8-59和表8-60,主切削力的计算公式与有关参数：F z =9.81 X 60，X CFc X aZFc X fZhc X vZfc x KFc=9. 81 X 6O-015 X270X4X 0.6,75 X 1.7-015 X0.92X0. 95二3242 (N)切削功率的计算P 二 F X V. X IO-3 =3242X1.7X IO-3 =5, 5 (kW) c ( c依照一般情况，取机床变速效率=0.8.Pz 二5.5=6. 86 (kW) 0.8

25、根据367表12T 丫系列(IP44)电动机的技术数据,Y系列(IP44)电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机部的特点，B级绝缘，工业环 境温度不超过+40,相对湿度不超过95%,海拔高度不超过1000m,额定电压380V,频率50Hz。适 用于无特殊要求的机械上，如机床，泵，风机，搅拌机，运输机，农业机械等。根据以上要求，我们选取Y132M-4型三相异步电动机，额定功率7.5kW,满载转速1440min ,额定转矩2. 2,质量81kg。此时，可以得到上表1.1中的车床参数。4.变速结构设计4.1 主变速计划的制定拟定传动方案，包括传动类型的选择

26、和整个传动系统如起停、换向、制动和运行确实定。变速型是 指从组成和布置上看具有不同特点的变速型和变速部件及机构。变速方案和类型与结构的复杂程度和工作性能密切相关。因此，在确定变速方案和类型时，需要考 虑结构、技术、性能、经济等多方面的因素。变速的方案有很多种，变速的类型也有很多种，比方:集中式变速和别离式变速；扩大传动范围可增 加传动组数，或采用后轮结构、分支传动等。齿轮箱可与多速电机、交换齿轮、滑动齿轮、普通齿轮等一 起使用。显然，可能的方案有很多，优化的方案随条件而异。在本次设计中，我们采用了集中变速的主轴齿 轮箱。4. 2变速结构公式和结构网络的选择结构公式和结构网络是分析和选择简单级数

27、变速的有用方法，但对于分析复杂变速并试图从中推 导出实用方案却不是很有效。4. 2.1确定传动组和每个传动组中的传动对数。数为z的变速系统由假设干个顺序的变速组组成，各变速组分别有Z、Z2 个变速副。即Z = z.z?z14 J变速副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z应为2和3的因子：Z = 2x3,可 以有三种方案：12 = 3x2x2,12 = 2x3x2,12 = 2x2x3结构分析式 12 = 3x2x2(2)12 = 2x2x3 3 12 = 2x3x2从电动机到主轴主要为降速传动，假设使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些, 大尺寸零件少些，节省材料，也

28、就是满足传动副前多后少的原那么，因此取12 = 2x2x3方案。在降速1传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比W ；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比Lqx 2 o在主传动链任一传动组的最大变速围Ill U A=Gm”xmin)4810。在设计时必须保证中间传动轴的变速围最小，111 Cl A 111 Cl A /111 111 z 4. 2.4结构网的拟定从而确定结构网如下：根据中间变速轴变速围小的原那么选择结构网。传动系史的瞬闪4. 2.5结构式的拟定主轴的变速围应等于住变速传动系中各个变速组变速围的乘积，即：R“=RR岛&检查变速组的变速围是否超过极限值时，

29、只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速围都比最后扩 大组的小，只要最后扩大组的变速围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。R? = X2 x(/ -1)其中 = L41, X2 = 6 , P?=2R2 = 1.41 X6x 1 = 8.46 (8 - 10),符合要求。 4. 2. 6结构式的拟定绘制转速图、选择Y132M-4型Y系列笼式三相异步电动机。(2)、分配总降速变速比总降速变速比 i = mm /d =25/1440 = 0.017又电动机转速” =1440 r/min不符合转速数列标准，因而增加一定比变速副。、确定变速轴轴数变速轴轴数二变速组数+定比变速副数+ 1=3

30、+ 1 + 1=5。(4)、确定各级转速由几加m = 25r/min、0 = 1.41、z = 12 确定各级转速：1120、800、560、400、280、200、140、100、71、50、35.5. 25r/mino、绘制转速图在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按变速顺序依次设为I、II、III、IV (主轴)。I与II、II与 III、川与IV轴之间的变速组分别设为a、b、co现由IV (主轴)开始，确定I、II、III轴的转速：先来确定川轴的转速变速组C的变速围为06 = 1 .4J6 = 8 = 80,结合结构式，III轴的转速只有一种可能：100、 140、 200、 280、

31、400、 560r/mino确定轴II的转速变速组b的级比指数为2,希望中间轴转速较小，因而为了防止升速，又不致变速比太小，可取%=1/04=1/4, %=1/1.412=1/2,=1/1 = 1轴II的转速确定为:400、560r/min0确定轴I的转速对于轴I,其级比指数为1,可取aiX =1/ =1/2, %2 = 1/ = 1/141确定轴I转速为800r/mino由此也可确定加在电动机与主轴之间的定变速比i = 1440/800 = l.8。下面画出转速图（电动机 转速与主轴最高转速相近）。传动系统的转速图(2)、变速组b：根据1q4,查表3-9各种常用变速比的使用齿数，v biA =1/=1/4, bi2 = /