车床主轴箱结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828 或 11970985 摘要 车床是应用最广泛的机械之一，约占机械工具的 65%。本次我接到的课题就是对车床主轴箱结构进行设计，而主轴箱设计最重要的就是主传动系统的运动设计。主传动系统的运动设计有确定极限转速、确定公比、确定转速等级、确定结构网和结构式绘制转速图、确定齿轮和拟定传动系统图。主运动部件的结构设计有：带传动的设计、确定各种计算转数、确定齿轮模数、确定各轴最小直径和设计部分主轴主件。设计完成后轴与轴承的校核：州的校核主要通过轴颈、结构、运动等计算出轴最大承受能力，能够正常工作的时间。轴承则通过每个不同的轴连接，确定要用的轴 承，选出醉倒的轴承，最后确定轴承轴和轴承是否达到要求。 本论文对车床主轴箱传动结构着重 进行了设计，车床主轴箱式车床的动力源将动力和运动传递给车床主轴和基本环节，其机构复杂而巧妙，要实现其全部功能在软件中的模拟仿真工作量非常大。这次设计的效果没有预计的完美，有一些硬件上的问题没有得到解决，在模拟仿真的时候，由于计算机的配置不能达到所需要求，致使运行速度非常慢，不但时间上脱下来，而且所模拟的效果很不理想。我接受的设计任务是对车床的主轴箱进行设计。主轴箱的结构复杂繁多，烤炉到实际硬件条件，在进行三维造型的时候在不 影响模拟仿真的情况下，我省去了很多细节部件。 本文用简明的语言有侧重的介绍了普通机床中主轴 箱 的设计过程，先通过研究背景及选题意义的介绍，来引出本设计的意义。然后分别从参数拟定、传动设计、传动件的估算和验算、各部件结构设计和主轴组件的买文档就送您 01339828 或 11970985 验算 5个部分来进行设计的。以齿轮、带轮、皮带轮、轴承、箱体等的参数设计为重点。 关键词 ： 齿轮；结构设计；箱体；轴承 买文档就送您 01339828 或 11970985 is of 5%of of of so as is a of of to is to on of of s as a in it to or to to to in is in is no in to up on of is of 买文档就送您 01339828 或 11970985 on to in of by of s to of 文档就送您 01339828 或 11970985 目 录 第一章绪论 . 1 床简介 . 1 内外车床发展概况 . 2 计目的及思路 . 3 第二章车床参数的拟定 . 4 述 . 4 数的拟定 . 4 定极限转速 . 4 电机选择 . 4 第三章运动设计 . 6 动结构式、结构网的选择确定 . 6 动组及各传动组中传动副的数目 . 6 动系统扩大顺序的安排 . 6 制结构网 . 7 动组的变速范围的极限值 . 7 大扩大组的选择 . 8 速图的拟定 . 8 电机的选定 . 9 买文档就送您 01339828 或 11970985 轮齿数的确定及传动系统图的 绘制 . 10 轮齿数的确定的要求 . 10 速传动组中齿轮齿数的确定 . 11 第四章强度计算和结 构草图设计 . 15 定计算转速 . 15 轴的计算转速 . 15 间传动件的计算转速 . 15 轮的计算转速 . 15 动轴的估算和验算 . 16 动轴直径的估算 . 16 轴的设计与计算 . 17 轴材料与热处理 . 21 轮模数的估算和计算 . 21 轮模数的估算 . 21 轮模数的验算 . 24 承的选择与校核 . 26 般传动轴上的轴承选择 . 27 轴轴承的类型 . 27 承间隙调整 . 28 承的较核 . 28 擦离合器的选择与验算 . 30 扭矩选择 . 30 买文档就送您 01339828 或 11970985 摩擦片的内径 d . 30 择摩擦片尺寸 (自行设计 ) . 30 算摩擦面的对数 Z . 31 擦片片数 . 31 总结 . 32 参考文献 . 33 致谢 . 34 买文档就送您 01339828 或 11970985 1 第一章 绪论 介 车床是主要用车刀对旋转的工件进行 车削加工 的机床。在车床上还可用 钻头 、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。主要组成部件有： 主轴 箱、交换齿轮箱、 进给箱 、溜板箱、 刀架 、 尾架 、光杠、 丝杆 、 床身 、床脚和冷却装置。我的课题设计是车床主轴箱结构设计，简介主轴箱及其作用。 主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱 。主轴箱中的主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的 旋转精度 降低，则机床的使用价值就会降低。 车床的用途：车床 借助于转动的工件对着刀具来切去材料，使其达到规格要求。车床主要用于加工各种回转体表面，如外圆柱面、内圆柱面、锥面、表面、端面、切槽、切断、车螺纹、钻孔、铰孔等；在车床上采用特殊的装置，还可以进行镗削、磨削、研磨、抛光等；在一般机械制造企业中，车床占机床的 65%。在车削过程中，工件随着车床主轴一起旋转，刀具与工件始终接触，基本上无冲击现象，可以采用很高的切削速度 ，切削过程连续平稳，生产效率高。 车床主轴箱简介：车床主轴箱是车床的重要的部件，用于布置车床工作主轴及其传动零件盒相应的附加机构。 车床主轴箱的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中的主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的 旋转精度 降低，则机床的使用价值就会降低。而且 主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经由主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴 上，使主轴获得规定的转速和方向。主轴箱各部件的加工工艺直接影响车床的性能。所以这次我设计的车床主轴箱的主要思路集中在传动结构的设计上，考虑到硬件条件的承受范围，部分设计并买文档就送您 01339828 或 11970985 2 没完成，但是不影响设计的进行和仿真。 车床在 国内的发展趋势是由于先天的不足，而始终处于追赶国外的车床发展，而且的车床发展更加的局限性和劣质性。随着科学的进步、时代的更替， 我们中国对于车床的需求日益增加的同时，更加追求其加工多样性、 自动化、精度机密高。并且中国正处于工业化中期，从房地产、汽车、航空等行业到农业、电子等 产业，对于车床的需求不断的在增加。 但是，我国车床的发展却背道而驰，我国的车床行业庞大，但不强，高档的产品都是从国外购买，自己生产一台车床，核心科技却是国外的。而且由于庞大而繁多，竞争激烈，行业中很多人宁愿去模仿，也不去创新，甚至很多时候会出现恶意竞争而生产劣质车床。大大降低了人们对车床的信任。而国外的车床发展趋势是，更加的精密、多元、自动。不求量产，只求创新，所以一直以来，都是国外企业掌握着核心科技。 这样国内外的差距越来越大，这样才使得车床的生产出现了危机。要想解决这危机，我认为需要三点： 1、 政府出台政策逼迫 车床企业以客户为中心；政策中要指出客户是企业的核心， 客户的车床需求可招标的形式进行，客户的需求 必须达标，客户不满意可投诉企业的专业性。这样企业就得自主提供给客户个性化服务，从简单的 供求关系，转为自主研发的契机为目的的生产。 2、先扶持部分区域后推行全面化；车床的生产在不同的区域有着不同的条件和基础，振兴老工业基地的政策与之相吻合，东北三省，对于车床的生产有着得天独厚的优势，东北有着很多的矿产资源，不必担心车床原料的问题，而且东北的工业基础扎实，发展起来不唐突，没有压力。在东北成功后，可以逐步像全国推行。 3、企业的经济模式与创新模式 进行整改；过去企业之所以创新能力差，是因为国内对于车床的需求量大，企业竞争压力大，往往客户需要的不是多精密的车床，而是多少车床。很多企业为了完成标准，要么模仿，要么去糊弄客户进行量产劣质车床，这时国家应站出来，进行车床经济模式的调控，车床的生产一定比例的钱国家先出给企业，按标准完成后，不收利息收回本钱。 并且每家车床制造企业生产出一种新型车床，可由国家专业人士鉴定为创新产品并有工业潜能的车床，国家帮助其买文档就送您 01339828 或 11970985 3 宣传和推广。这样会大大加大车床制造企业的创新积极性。而创新模式的整改只需要顺势出 台政策，帮助积极创新的企业打开品牌知名度。为了知名度，企业也会积极地去创新。 车 床主轴箱的结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握 基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。掌握车 床 主轴箱结构 设计的过程和方法，使原有的知识有了进一步的加深。 课程设计属于机械装备制造课的延续，通过设计实践，进一步学习掌握机械系统设计和机械装备制造的一般方法； 培养 综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力； 培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力； 提高技术总结及编制技术文件的能力。 设计 基本思路： 了解了车床主轴箱功能及工作原理之后，我自然把 重点放在传动结构上进行设计，所以方案的确定围绕着传动结构的设计。伴随科学技术的不断发展与进步，对于车床的性能，精度，自动化程度等也提出的要求越来越高，因而如何更加合理的设计车床主轴箱的结构就变得尤为重要，我分析了车床主 轴箱设计要求和采用的变速方式，然后进行了 车床主轴箱传动结构设计。 传统车床主轴箱传动结构采用四种： 1、 带有变速齿轮 的主传动 大、中型 车床 采用这种变速方式。通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性的要求 2、通过带传动的主传动主要应用于转速较高、变速范围不大的车床 。 电动机本 身的调速就能满足要求，可以避免齿轮传动引起的振动与噪音 3、用两个电机分别驱动主轴 上述两种方式的混合传动，高速时带轮直接驱动主轴，低速时另一个电机通过齿轮减速后驱动主轴 4、内装 电动机 主轴传动结构 大大简化主轴箱体与主轴的结构，有效提高主轴部件的刚度 ，但主轴输出转矩小， 电动机 发热对主轴影响较大。我通过许多实验确定，我的设计中传动结构采用：带有变速齿轮的主传动。这样的结构设计简单，可实现。 买文档就送您 01339828 或 11970985 4 第二章 车床参数的拟定 车床的规格系列和用处 ： 普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通型车床 要用于加工回转体。车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（ 143 表 1 工件最大回转直径 正转最高转速 电机功率 N（ 公比 转速级数Z 反转 400 1400 2 级数 2； n反 定极限转速 （ 2 1 （ 2 又 = 得 取 5； m i n/i n/45/1 4 0 0/m a xm i n n = ，去标准转速列 in . 主电机选择 合理的确定电机功率 N，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。 已知电动机的功率是 据车床设计手册附录表 2选 定功买文档就送您 01339828 或 11970985 5 率 满载转速 1440 最大额定转距 文档就送您 01339828 或 11970985 6 第三 章 构网的选择确定 级数为 Z 的传动系统由若干个顺序的 传递组组成，各传动组分别有 3、 个传动副 . 即 ： Z= 传动副数由于结构的限制以 2或 3为适合，即变速级数 和 3的因子： 即 ： Z=2a 3b 实现 12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副的组合 : 1) 12=34 2) 12=43 3) 12=322 4) 12=232 5) 12=223 按照传动副 “前多后少 ”的原则选择 Z=322这一方案 ，但主轴换向采用双向片式摩擦离合器结构，致使 轴的轴向尺寸过大，所以此方案不宜采用，而应先择12=232。 因此 方案 4）是比较合理的 12=232 动系统扩大顺序的安排 12=232的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有 6种形式： 1) 12=213 22 6 2) 12=213 42 2 3) 12=233 12 6 4) 12=263 12 3 5) 12=223 42 1 6) 12=263 22 1 买文档就送您 01339828 或 11970985 7 根据级比指数分配 要 “前密后疏 ”的原则，应选用 Z= 12 23 62这一方案，然而对于我们所设计的结构将会出现两个问题： 第一变速组采用降速传动时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，使得 轴上的齿轮直径不能太小， 轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使 - 轴间中心距加大，而且 - 轴间的中心距也会辊大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。这种传动不宜采用。 如果第一变速组采用升速传动，则 轴至主轴间的降速传动 只能同后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的杉限值，常常需要增加一个定比降速传动组，使系统结构复杂。这种传动也不是理想的。 如果采用 Z=3213 62这一方案则可解决上述存在的问题。 制结构网 图 1结构网 动组的变速范围的极限值 齿轮传动最小传动比 1/4,最大传动比 ,决定了一个传动组的最大变速范围 。 因此，要按照下表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。 极限传动比及指数 X,X,值为： 买文档就送您 01339828 或 11970985 8 表 2 公比 极限传动比指数 值： x1 =1/4 4 X,值： x, =2 2 (X+ X,)值： x+x =8 6 正常连续的顺序扩大组的传动的传动结构式为： Z= 1 1 最后扩大组的变速范围 按照 r 8 原则，导出系统的最大级数 ： 表 3 3 =12 4 Z=9 后扩大组的传动副数目 时的转速范围远比 时大 因此，在机床设计中，因要求的 后扩大组应取 2更为合适。 同时，最后传动组与最后扩大组往往是一致的。安装在主轴与主轴前一传动轴的具有极限或接近传动比的齿轮副承受最大扭距，在结构上可获得较为满意的处理，这也就是最后传动组的传动副经常为 2的另一原因。 转速图的拟定 运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选择电机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转速图，使主运动逐步具体化 。 买文档就送您 01339828 或 11970985 9 1电机功率 N： 中型机床上，一般都采用三相交流异步电动机作为动力源。根据机床切削能力的要求确定电机功率： N= 电机转速 选用时，要使电机转速轴转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。 440r/分配降速比 : 该车床主轴传动系统共设有四个传动组其中有一个是带传动。根据降速比分配应 “前慢后快 ”的原则以及摩擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。 u 总 = （ 3 =28/1440=1/配总降速传动比时，要考虑是否增加定比传动副，以使转速数列符合标准和有利于减小齿数和减小径向与轴向尺寸，必须按 “前慢后快 ”的原则给串联的各变速器分配最小传动比。 a 决定轴 - 的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些，能起到飞轮的作用，所以最后一个变速组的最小降速传动比取极限 1/4，公比 =，因此从 轴的最下点向上 4 格，找到 上对应的点，连接对应的两点即为 - 轴的最小传动比。 b 决定其余变速组的最小传动比根据 “前慢后快 ”的原则，轴 - 间变速组取，即从 轴向上 3格，同理，轴 - 间取 u=1/3，连接各线。 买文档就送您 01339828 或 11970985 10 c 根据个变速组的传动比连线按基本组的级比指数 ，第一扩大组的级比指数 ，第二扩大组的级比指数 ,画出传动系统图如 图 2所示 图 2转速图 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 可用计算法或查表确定齿轮齿数，后者更为简便，根据要求的传动比 u 和初步定出的传动副齿数和表即可求出小齿轮齿数。 选择时应考虑： 组小齿轮应保证不产生根切。对于标准齿轮，其最小齿数 17 免齿轮尺寸过大而引起机床结构增大，一般推荐齿数和00选用在 100之内。 图 3 齿轮的壁厚 买文档就送您 01339828 或 11970985 11 中心距必须保证相等。 大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚 5. 保证主轴的转速误差在规定的范围之内。 速传动组中齿轮齿数的确定 （ 1） 确定齿轮齿数 1. 用计算法确定第一个变速组中各齿轮的齿数 j=3 j = （ 3 其中 ： 主动齿轮的齿数 被动齿轮的齿数 一对齿轮的传动比 一对齿轮的齿数和 为了保证不产生根切以及保证最小齿轮装到轴上或套筒上具有足够的强度，最小齿轮必然是在降速比最大的传动副上出现。 把 取 0则 2021 =58 齿数和1+0+58=78 同样根据公式 ： 4Z =39 2. 用查表法确定第二变速组的齿数 a 首先在 u1 b 为了避免根切和结构需要，取 4 c 查表找到 ，这些数值必须同时满足各传动比要求的齿轮齿数 买文档就送您 01339828 或 11970985 12 能同时满足三个传动比要求的齿数和有 ： 2 96 99 102 e 确定合理的齿数和 02 依次可以查得 ： 7 5 4 8 2 0 同理可得其它的齿轮如下表 4所示： 表 4 变速组 第一变速组 第二变速组 第三变速组 齿数和 78 102 114 齿轮 2 4 6 8 10 12 14 齿数 20 58 39 39 24 78 34 68 42 60 23 91 76 38 （ 2） 验算主轴转速误差 由于确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计的理论转速难以完全相符，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过 10(。 主轴各级实际转速值用下式计算 ： 1uau bu c （ 3 其中 ： 滑移系数 =0.2 ua ub uc 2/45 转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示 n=实际标准实际 n 10( （ 3-5）n 实 1=1440 n= (28 =同样其他的实际转速及转速误差如下 表 5： : 买文档就送您 01339828 或 11970985 13 表 5 主轴转速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 准转速 28 40 56 80 112 160 224 315 450 630 900 1250 实际转速 速误差 速误差满 足要求。 （ 3） 齿轮的布置 为了使变速箱结构紧凑以及考虑主轴适当的支承距离和散热条件，其齿轮的布置如下图 （ 4） 绘制主传动系统图 按照主传动转速图以及齿轮齿数绘制主传动系统图如下 图 5所示 ： 图 : 4 齿轮结构的布置 买文档就送您 01339828 或 11970985 14 图 5主传动系统图 买文档就送您 01339828 或 11970985 15 第四 章 定计算转速 1.3/ (4 z=1 3 (4=289r/中间传动件的计算转速 轴上的 6级转速分别为： 112、 160、 224、 315、 450、 630r/9r/ 轴经 时从 112r/上的转速全部功率，所以确定最低转速 112r/ 轴的计算转速。按上述的方法从转速图中分别可找到计算转速： 轴为 315r/ 轴为 900r/动机轴为 1440r/ 轴上，从转速图可见 种转速，其要传递全部的功率的计算转速为 112r/ 同样可以确定其余齿轮的转速如下表 6所示： 表 6 齿轮 计算转速 900 315 900 900 315 112 315 112 315 112 150 160 112 112 买文档就送您 01339828 或 11970985 16 传动轴直径按扭转刚度用下列公式估算传动轴直径： 4 94 （ 4中： N该传动轴的输入功率 （ 4 机额定功率； 从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积 传动轴的计算转速 r/ 每米长度上允许的扭转角 (m),可根据传动轴的要求选取如表 7所示 表 7 刚度要求 允许的扭转角 主 轴 一般的传动轴 较低的传动轴 1 对于一般的传动轴，取 = （ 4 =00 r/ 0 04 009 =d 321 =d 2 买文档就送您 01339828 或 11970985 17 =25 r/ 42 =d =37 362 =d 3 50 0 04 001 =d 63 =d 采用花键轴结构，即将估算的传动轴直径 d 减小 7%为花键轴的直径，在选相近的标准花键。 7.0 2.0 表可以选取花键的型号其尺寸 )741144( 分别为 1d 轴取 627 2d 轴取 866 3 8680 轴的设计与计算 主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件的主轴参与切削成形运动，此，它的精度和性能性能直接影响加工质量（加工精度与表面粗糙度）。 买文档就送您 01339828 或 11970985 18 （ 1） 主轴直径的选择 查表可以选取前支承轴颈直径 0 支承轴颈直径 1=63 77 选取 0 2） 主轴内径的选择 车床主轴由于要 通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆必须是空心轴。 确定孔径的原则是在满足对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求尽可能取大些。 老