CA6140车床主轴箱的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 主轴箱在整个机床中属于相对重要部件，通过其内部的齿轮传动可以实现多级变速 ,从而人们需要的速度可以从最后传到主轴的速度的到。通常主轴箱传动系统的性能直接影响机床的性能。 本设计介绍普通机床 中 轴的设计过程，文章先简要介绍了车床的发展历史和现状，分析了主轴箱中各个重要部件结构原理和其在做主轴箱里的作用。详细介绍了 的齿轮、轴、主轴和轴承等零件的整个设计过程。具体内容包括选取满足要求相应的功率电机和各个零件的整体结构设计，其中包括材料的定选尺寸的合理安排以及加工需求。对于轴和 齿轮零件运用的有关公式，进行合理的分析对相对较危险的部位进行作图、计算和查表，进行各种校核。最终对各个零部件进行参数拟定、传动设计、传动件的估算和验算、各部件结构设计，绘制零件图和装配图。 床是典型的车削加工机床，其中主轴箱是机床组成的核心部件，主轴箱的作用是将电动机的运动传递到主轴上，实现车削回转运动。本次论文设计主要包括传动方案及传动系统图的拟定，包含转速的设计、结构式的确定及工艺范围；各轴传递功率及力矩的计算；主要部件的设计及校核；主轴箱的主要部件主要包括箱体、传动轴、齿轮及带轮。最终确 定主轴箱的整体结构设计。 关键词： 主轴箱； 结构设计； 轴 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a of to be to of of of in of in of of of a of a of of is a is of is of is on to of of of of of A of 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一章绪论 . 1 通车床发展史 . 1 展趋势 . 3 第二章 轴箱工作原理 . 4 床的结构 . 4 轴箱的主要构造 . 6 第三章传动方案拟定和总体布局 . 9 速组和传动副数的确定 . 9 动比的分配 . 10 第四章各个零部件的选定 . 12 定主轴的极限转速 . 12 机的选择 . 12 算转速范围和定公比并选出各级转速 . 12 机选择 . 13 轮直径和齿轮齿数的确定 . 13 定皮带轮直径 . 13 轮齿数的确定 . 14 算各轴传动的功率 . 17 轴箱的传动系统 . 18 第五章各零部件校核验算 . 19 轴验算转速误差 . 19 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 带的设计校核 . 19 轴上的零部件设计 . 21 轴上的齿轮设计 . 21 轴的设计校核 . 25 承的校核和键的选择 . 27 I 轴上的齿轮设计 . 29 I 轴上的齿轮设计 . 29 I 轴选轴、键和轴承的选择 . 33 上的个部件设计 . 34 上的齿轮设计 . 34 选轴、键和轴承的选择 . 38 V 轴主轴的选取 . 39 轴箱的装配图及箱体 的设计 . 41 结论 . 43 参考文献 . 44 致谢 . 45 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章绪论 通车床发展史 普通车床技术性项目比较多，发展过程比较复杂着重 的对各个方面分析，将对普通车床 个技术性能进行分析其中包括（切速、机床功率、自动化程度粗糙度） 从 1870 年到今日切削速度从最初的十几米 /分发展的两千多米 /分左右。此期间切削刀具是在不断随着科技发展而发展着，从 1870 年出现碳素工具钢先后出现了高速钢、硬质合金、陶瓷刀具和硬质合金涂层刀具到今日的金刚石及立方氮化硼。 提高自动化是今后普通车床的主要发展趋势，提高了自动化可以改善普通车床性能，和缩短非工作的时间，而最终的目的是有效地改善的生产效率以及保证工件质量，能提高生产效率的方法主 要有（ 1）增加刀具的往复速度，减少移动过程中浪费的时间一般纵向移动速度为 4 6 / 横向速度 2 2 m 以后或许会达到10 / 上。（ 2）减少装工件时间，随着科技的发展如今常用的有电气、液压等自动卡盘卡头方便装工件。（ 3） 4）增加附件，可以提高自动化程度，还可增大万能性，扩大其工 件的工艺的可靠性。（ 5）可增加检测，如果在精车过程中加入检测，（通常是机床与计数器与千分尺组合起来）让操作者能在切削加工中直接读出工件的直径与长度 ,缩短了检测时间可大大减少废品的产生。（ 6） 数控机床加工零件是按事先编号的程序加工的。操作者减少繁琐的人为操作，从而改善人们的工作强度，改善工作环境。 如今的加工精度相比 60 年代要改善的好多。圆度加工精度目前可达 工钢件的表面粗糙度达 在的数控机床是由数字指令进行操控加工，脉冲当量就可达到 就会对装置引起的误差进行补偿，从而成就了数控机床具有较高的精度和稳定性。 因此可得 ,将来普通车床加工精度不断提高与表面粗糙度不断降低是很好的发展方向。 60年代以后 ,加工精度得到了飞跃的发展。然而就势而言，发展到一定的高度时成本就会很高影响性价比。如今该项是正在经历平缓发展期。尽管如此它任然是发买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 展主流。 普通车床最重要的安全防护装置更加完善了，它不仅起到保护操作者安全作用，同时也有装饰机床的外观 ,美化作用。安全问题对操作着大功率高转速的普车的操作者更为重要。如西德 计中，充分考虑了安全操作，其“三杠”采用全封闭的柔性钢罩，刀架的透明安全防护罩，大型防屑后挡板 ;超载时安全切断，工程塑料制做的手轮与手把，表而上分布着细微的凹凸点，可防打滑，便于调整等等。苏联 16车也设有防屑后挡板，刀架上的透明防护罩，卡盘防护罩及用于丝杠、光杠的半圆形防护第等等。我国沈阳机床三厂的 不仅起到安全防护作月，也修饰了机床的外观。采用安全防护的还有广州机床厂的 噪声问题是一直是机床改造的热门问题，它会涉及操作人员的工作状况和市场竞争力。我国 按沈阳车床研究所在南京召集的 17 个车床厂代表会上所草拟的车床小400500 系列年代水平暂行规定：七十年代车床噪声为 80 分贝，实际目前其合格品是 82分贝，达到 80 分贝却认为是一级品。我们还应积极创造条件，降低噪声。在国外：日本山崎的 床噪声为 79 分贝，西德 列普车，既使在不理想的条件，也不超过 80分贝。 产品质量，包括硬件设施质量和外部感官质量，外观颜色对我们外观的质量有很大的影响，在如今国际机床市场竞争激烈，其外观造型和颜色显得越来越重要。车床已发送到简洁明快的色彩，优雅，大方与当代的方向 发展的趋势，是人们所喜爱，具有鲜明的色彩感，沈阳机床已形成的外观艺术设计工作室，如彩色 床，大面积使用高上亮度和纯度，低奶白色，下部采用高纯度，低明度的橙色，高纯度的黑色，使得 色活泼大方，时代感很受外商喜爱，并通过对国外产品的对比，并选择了根据民族习惯和地区，来配相应的颜色。 卧式车床主要是加 有回转中心且工件并不大的直径、盘类等零件 ， 所以用 卧式布局。 由于大部分人都是 右手的操作，主轴箱 就应该分布 在左上部。 合理布置操作位置、尽量减少操作手柄，操作部件尽量集中，移动次数，减少操 作使操作者方便，减少疲劳，缩短切削时间。床身高度布局，车床高度或因不同高度的操作者可以调整根据车床的高度，可调节车床高度也是一种发展趋势。床表面的形式设计和床体制造成倾斜的形式，使操作者可以更好的观察刀具切削工件而且不需要弯腰。改善操作者的工作买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 强度。 展趋势 普通车床是机床切削加工中比计较常用之一 ,其历史悠久 ,应用很广 ,占切削加工中的主流。 数控车床（ 相比普车，其主要构件并没有太大的改动，唯一有本质区别的是两者之间的进给系统的结构。数控机床是采用伺服电机经滚珠丝杆，传动到滑 板和刀架实现纵向和横向进给运动。可得数控机床进给传动系统结构更简单。 数控车床的加工范围与普通车床相差无几，最大的区别是输入程序数控机床能自动加工并能完成，所以更适合加工形状复杂的零件。 但是 ,从 60 年代后期 ,数控车床较多采用后 ,普通车床的产地与产量发生了变化 ,总的说 :工业发达国家在劳动工资日益高涨、劳工问题日趋严重的压力下 ,其机床厂多转产技术密集的数控机床 ,而把劳动密集的普通机床转嫁给劳力便宜的第三世界发展中国家或地区去生产。那些工业发达国家对普通机床的需要反而要依赖进口了 ,主要是从第三 世界国家或地区进口。尽管普通车床目前不如最为盛行的五十年代 ,在机床总数中的比重处于下降的趋势。 由此可得 ,数控车床在未来的几年或者几十年内还不能完全取代普通车床。有不少加工工艺目前还不宜用数控机床来代替。即使工业发达国家的一些大厂家所用设备中 ,普通机床仍占绝大多数。如无明显经济效益 ,它一般是不会轻易用数控机床来更新普通机床的。数控车床能够更好地提高生产效率 ,数控车床只有不断地提高自动化才能更有竞争力 ,普通车床只有提升加工精度才能有跟好的竞争力。随着科学的不断发展人们的要求也不断的提高人们需要更高的精 度，只有，探求更深入的科学研究，更加彻底地分析的以往经验，只有这样才能提成高设计和制造水平。 数控机床起源于美国， 1948 年，只是提出了用计算机操控机床的想法。 1952 年第一台三坐标数控铣床诞生。直到 50 年代末，第二代由由晶体管原件电路组成数控机床诞生，相比之下有了全方面的提升。 1965 年第三代由集成电路做数控系统数控机床。随着计算机快速发展，第四、第五代数控系统相继诞生，第五代计算机室微型计算机数控系统，它可以又计算机控制。以此看出数控机床正在飞跃的发展。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第二章 轴箱工作原理 床的结构 机床结构主要结构如图 1 图 1 机床主要结构 1 2 3 4 5678101主轴箱 主轴箱 是位于车床的 左上部， 内部结构主要是 主轴和变速传动机构。主轴前端 部分是用来装夹夹具的 。主轴箱 主要负责把电机的动力经过主轴箱内的传动变速机构使主轴运动 。 刀架 刀架 沿着刀架导轨在 床身上 实现 纵向移动。刀架部件 是个多层机构组成的 ，它 能实现 装夹车刀， 能使车刀 纵向，横向和斜向 移动 。 尾 座 尾座 位于车床的右上端 上， 使其沿着导轨移动改变位置 。 它可根据不同需要可安装如钻头、顶尖、绞刀等 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 进给箱 进给箱 位于车床的左端 。 最主要是用于设定进给量而加工螺纹 。 溜板箱 溜板箱与刀架的最下层纵向溜板相连，与刀架一起作纵向运动，功用是把进给箱传来的运动传递给刀架，到刀架实现纵向和横向进给，或快速运动，或车螺纹。溜板箱上装有各种手柄和按钮。 床身固定在左右床脚上。在床身上安装着车床的各个主要部件，使它们在工作时保持准确的相对位置或运动轨迹。 卧式车由主传 动系统和进给运动系统如图 2动机直接控制主换向机构，主变速机构控制主轴。主换向机构常用在车螺纹切换刀具。进给传动从主轴开始，到给换向机构、挂轮再由挂轮到进给变换机构到转换机构，再由转向机构到光杠最后到达刀架；或者由丝杠最后到达刀架。车左旋和右旋的主要由进给换向机构来决定。挂轮配合进给变换机构可以确定螺距，转换机构可以调节进给方向，通过电机可以使刀架快速移动。 图 2 式车床内部传动框图 主传动系统的主要设计内容：主轴拥有安全的转速范围，能够实现多级变速。且满足运动的开停、 有级变速、正反向互换和制停。 主轴箱还必须满足机床的动力要求必须达到一定的功率，以便元件和机床结构买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 能够达到相应的强度和刚度要求。 主轴箱的只有达到了一定的精度才能减少变形和降低噪音，尽量实现高效率传动以便满足工作需求。 主轴箱为了满足更好的使用要求还必须有较好的较灵活的操控能力，便于维修和调整，必须保证有良好的密封和润滑效果。 主轴箱结构必须越简单越好，使其有跟好地工艺性而且满足经济要求。 轴箱的主要构造 机床主轴箱内部结构比较 复杂零部件较多 卸荷带轮：这 种带轮把径向载荷变向的传给箱体 双向多片摩擦离合器： 实现主轴转向变换功能的主要结构之一。被动摩擦片处于两个反向旋转的主动摩擦片之间，当同不同的主动摩擦片结合时就实现主轴转向变换，处于分离状态时主轴停止。 摩擦离合器保护机构防止过载。万一机床过载时摩擦片就会与离合器发生打滑以让工作停止以防止机床遭到不必要的损坏，由传递的转矩来确定。 制动器安装在在轴 ，与离合器松开的时候制动主轴，可以减短辅助时间。制动器的结构见图 3和 轴 边围着制动带 15。制动带是一条钢带，内侧有 一层酚醛石棉以增加摩擦。制动带的是一端与杠杆连接，另一端通过调节螺钉 13 等与箱体相连。为了操纵方便并避免出错，制动器和摩擦离合器共用一套操纵机构，也由手柄 18操纵。当离合器脱开时，齿条 22 处于中间位置。 这时齿条轴 22 上的凸起正处于与杠杆 14 下端相接触的位置，使杠杆 14 向逆时针方向摆动，将制动带拉紧。齿条轴 22 凸起的左、右边都是凹槽。左、右离合器中任一个接合时，杠杆 14 都按顺时针方向摆动，使制动带放松。制动带的拉紧程度由调节螺钉 13 调 整 。 调 整 后 应 检 查 在 压 紧 离 合 器 时 制 动 带 是 否 松 开 。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 图 3 制动机构 图 4 变速操纵结构 轴 的双联滑移齿轮和轴 的三联滑移齿轮用一个手柄 操纵。图 5 是其操纵机构，变速手柄每转一转，变换全部 6 种转速，故手柄共均布的 6 个位置。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 5 变速操纵结构 变速手柄装在主轴箱的前壁上，通过链转动轴 4。轴 4 上装有盘形凸轮 3 和曲柄 2。凸轮 3 上有一个条封闭的曲线槽，由两段不同半径的圆弧和直线组成。凸轮上有 1 6 六个变速位置。 图 6 变速机构 如图 6所示。位置 1、 2、 3，杠杆 5上端的滚子处于凸轮槽曲线的大半径圆弧处。 杠杆 5 经拨叉 6 将轴 的双联 滑移齿轮移向左端位置。位置 4、 5、 6 则将双联滑移齿轮移向右端位置。曲柄 2随轴 4转动，带动拨叉 1拨动轴 它处于左、中、右三个位置。顺次地转动手柄，就可使两个滑移齿轮的位置实现 6个组合，使轴 到 6种转速。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第三章传动方案拟定和总体布局 速组和传动副数的确定 主轴箱变速可能的方案有： (a) 12=4 3 , (b) 12=3 4 (c) 12=2 3 2 , (d) 12=2 2 3 ， (e) 12=3 2 2 在上列方案中 (a)(b)可以省掉一根轴。 缺点是有一个传动组内有四个传动副 . 就必须用四联滑移齿轮，就会使轴横向尺寸非常大；或是用两个双联滑移齿轮，则两两会发生干涉，所以不推荐使用。 C、 d、 电动机到主轴，一般降速传动组故应把传动副较的传动组放在前面接近电动机处，使其转速较高，从而扭矩较小，尺寸也就可以少些 . 这就前密后疏原则从这个角度考虑以取 12=3 2 2 方案为好。 结构网或结构式的选择： a 631 22312 ， (b) 612 22312 ， (c) 162 22312 (d) 361 22312 ， (e) 214 22312 ， (f) 124 22312 为了让传动结构紧密，尺寸尽量要小，在外界各种因素都满足要求的前提下电机到主轴总的趋势是降速趋势，所以要按前慢后快的原则即选： 631 22312 其传动系统结构网如图 7 图 7 传动系统结构网图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 动比的分配 分配降速比时，应注意传动比的取值范围：齿轮传动副中最大传动比2， 最小传动比1 导致传动比太大 ，使振动、噪音等负面影响加大，传动比过小，使传动齿轮之间的直径相差悬殊，从而使结构太大。 确定皮带转动的转动比范围 i =1 i = 由于主电机额定转速 1440 / ， 可知第轴的转速 1 1440 =710 / 确定主轴上的总传动比： 1m i n m i n m i na b ci i i i i总 皮 2最小传动比411 631 22312 主轴上的齿轮数 相隔 6极（总 6 ）则： 6 62i=31 512 2114 中间轴的传动比的确定，可按先缓后急原则，先确定最小传动比，然后根据级此指数确定其他转动比： 轴小传动比为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 1 =1bi=3 轴传动比为 =2ai=41=1=1 由此可得和轴的传动比。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 第四章各个零部件的选定 定主轴的极限转速 主轴的极限转速 m 000d 000d (4 极限切削速度 80m ax 和 0m in 式中 D 机床加工最大直径 K 系数卧式车床 K=0.5 .0 3 m 000d = m 4 3 8 01 0 0 0 r取标准列数值 440m ax 000d = m 201000 r机的选择 算转速范围和定公比并选出各级转速 nR=(4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 = 1121 (4 由上得选 12 级变速，并算出各级转速数列： 45 ， 63 ， 90 ， 125 ， 180 ， 250 ， 355 ， 500 ， 710 ， 1000 ， 1440 机选择 电机选择一个合理的功率很有必要既要保证不过载和功率不足且还要满足工作需求。 普通卧式 床典型切削条件如下： 刀具材料： 件材料： 45 号钢 切削方式：车削外圆 查 数控机床系统设计 可知：若以切深 给量 切削速度 0 为例则 车床的主切削力 (4 车床的切削功率 0302661200 (4 主电机功率 (4 综上所得可选电机 定功率 ，满载转速 440 r 轮直径和齿轮齿数的确定 定皮 带轮直径 设计功率 C （ 4 其中： 工况系数取 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 P (所需传递功率） 可初选带为 表：带轮的最小基准直径 25 ， D 所以取： 281 大轮直径 )1(12 取 （ 4 5 3)1 2 82 轮齿数的确定 在同一变速组内各齿轮副受力和速度相差无几，为了方便维修制造一般模数相同。而得 / (4 (4式中 分别为任一齿轮副主齿轮和被动齿轮的齿数 任一齿轮副的传动比 任一传动比次数和 由上式可得： 1 11 (4确定齿数的注意事项： 0100 820 2z z z（如图 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 图 8 三联齿轮 2 )2( 2 )2(1 2 )(11 (4%1(10 图 3 6. 如图 9 齿轮分布 由于传动比已知，可算出适用齿数， 且两轴之间啮合的齿轮齿数和相同。 轴 1和轴 2啮合齿轮选取如表 1： 表 1 i 11 60 . 62 . 64 . 66 . 68 . 70 . 72 . 74 . 76 . 78 63 . 65 . 67 . 68 . 70 . 72 . 73 . 75 . 77 3 63 . 66 . 69 . 72 . 75 . 78 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 由上表可得 72，则小齿轮齿数为 36 . 30 . 24 大齿轮齿数为 36 . 42 . 48 轴 2和轴 3啮合齿轮选取如表 2： 表 2 轴 2 和轴 3 啮合齿轮选取 i 211 60 . 62 . 64 . 66 . 68 . 70 . 72 . 74 . 76 . 78 . 80 . 84 . 86 23161 . 65 . 68 . 69 . 72 . 73 . 76 . 77 . 80 . 84 . 85 . 88 由上表可得 取 72 . 76 . 80 . 84 轴 3 和轴 4 啮合齿轮选取： 1 22 = 24 由于 2动比最大故小齿轮选 18大齿轮 72 两齿轮的相同 得另外一对齿轮齿数为 30 . 60 为了使轴 3上的齿轮和轴 2上的齿轮碰撞，故 2 84轴 2和轴 3啮合处的小齿轮为22 . 42 大齿轮为 42 . 62 12级变级转速图如图 10 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 图 10 转速图 算各轴传动的功率 4其中： P 传动轴输入功率 第一根轴 = 第二根轴 12 = 第三根轴 23 第四根轴 34 = 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 轴箱的传动系统 由电机传出动力经过 I、 的不同齿轮啮合组合即可得到不同转速最终传到主轴 图 11 图 11 传动系统买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 第五章各零部件校核验算 轴验算转速误差 由于理论值和实际值难以保持一致，初步验算主轴转速看误差是否会过大不符合设计要求。 由公式： a b cN i i i i 电 皮 (5 表 3 可得转速误差均符合要求 n 理 n 实际 n 1400 1417 000 1012 10 00 55 50 80 25 0 3 5 带的设计校核 已知已选用 B 型带轮，和大小带轮直径确定 v ： 0 01 0 ( 1 )n 理论实际理论买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 100060 11 =100060 = (5在 55 范围内，带速适合。 确定中心距 a 和带的基准长度 初选中心距 500 ，符合 )(2)(带长 02122100 4)()(22 =2004 (5000实际长度 (Y 是修正值取 44） 实际长度 L =2044实际中心距 2 其中8 )(4 21 ,8 )(212 (5带人数据的 27 验算小带轮包角 1a ; 01201 a 000 28253180 0120 (5在要求范围内，包角合适 确定带的根数 z: 1281 D 4401 ,查表机械设计 5因 (1 2 d 查表机械设计 5因 01 170a ，查表机械设计 58.0044， 查表机械设计 5K 得： (11 (5买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 2 2 = z =3 根。 轴上的零部件设计 轴上的齿轮设计 （ 1） 分析要求 齿数比： u=i=2 1161 1055.9 n (5根据转速图可知 101 第一根轴上传递的功率 = (5圆周速度估计：属于中等速度速，中度载荷载 。 （ 2） 材料选择、热处理方式 选择小齿轮材料为 40质 ),硬度为 280齿轮材料为 45 钢 (调质 )硬度为240者材料硬度差为 40 （ 3） 初选齿数：小齿轮齿数 24，大齿轮齿数 48 （ 4） 初算小齿轮分度圆直径 根据 2131 12 . 3 2 ( )t (5确定公式内的各计算数值 ： 试选载荷系数 A (5由机械设计表 3.0d 由机械设计表 3 由机械设计图 3齿面硬度查得： 小齿轮的接触疲劳强度极限 ;6001 大齿轮的接触疲劳强度极限 502 ; 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 计算应力循环次： N 一般机床工作时间 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0小时。