C6140普通车床主轴变速箱设计论文【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 I 摘 要 车床主要是为了进行车外圆、车端面和镗孔等项工作而设计的机床。车削很少在其他种类的机床上进行，而且任何一种其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床还可以用来钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次安装中完成几种加工。因此，在生产中使用的各种车床比任何其他种类的机床都多。 车床的基本部件有：床身、主轴箱组件、尾座组件、溜板组件、丝杠和光杠。 主轴箱安装在内侧导轨的固定位置上，一般在床身的左端。它提供动力，并可使工件在各种速度下回转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮 (类似于卡车变速箱 )所组成。通过变速齿轮，主轴可以在许多种转速下旋转。大多数车床有812 种转速，一般按等比级数排列。而且在现代机床上只需扳动 24 个手柄，就能得到全部转速。一种正在不断增长的趋势是通过电气的或者机械的装置进行无级变速。 由于机床的精度在很大程度上取决于主轴，因此，主轴的结构尺寸较大，通常安装在预紧后的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔，长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸，因此当工件必须通过主轴孔供料时，它确定了能够加工的棒料毛坯的最大尺寸。 关键字 ： 车床；主轴箱组件；主轴；无级变速 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 to do is on of do it do to be a of of in of a is in a on at of It a of at it of a in a of to a be at a of 8 in a on be by to An is to a or of a is on it is of in or a be of of be be 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘要 . I . 绪论 . 1 . 1 . 1 2 车床参数的拟定 . 2 . 2 . 2 . 2 . 3 . 3 3 主传动系统设计 . 6 构网、转速图的确定 . 6 . 6 . 6 动系统扩大顺序的安排 . 7 制转速图 . 7 . 7 . 8 轮齿数的确定及传动系统图的绘制 . 10 . 10 . 14 4 强度计算和结构草图设计 . 17 定计算转速 . 17 轴、齿轮的计算转速 . 17 . 19 轴的设计与计算 . 19 . 22 轮模数的估算和计算 . 24 . 24 轮模数的验算 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 承的选择与校核 . 31 . 31 . 32 轴承间隙调整和预紧 . 33 . 34 承的密封和润滑 . 36 式摩擦离合器的选择与验算 . 36 . 36 . 36 . 37 5 主轴箱的箱体设计 . 39 6 结论与展望 . 40 论 . 40 望 . 40 致 谢 . 41 参考文献 . 42 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 业设计的目的 通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思 、分析方案、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术要求文件和查阅级数资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握机床设计的过程和方法 ，使原有的知识 有了进一步的加深。 （ 1） 课程设计属于机械系统设计课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握机械系统的一般方法。 （ 2） 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。 （ 3） 培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 （ 4） 提高技术总结及编制技术文件的能力。 （ 5） 为进入工厂打下基础。 床主传动系统设计要求 （ 1） 、主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级别，能够实现运动的开停、变速、换向和制动等，以满足机床的运动要求。 （ 2）、主电动机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的传动要求。 （ 3）、主运动的有关机构，特别是主轴组件有足够的精度、抗振性、温升小和噪音小，传动效率高，以满足机床的工作性能要求。 （ 4）、操作灵活可靠，调整维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。 （ 5）、结构紧凑简单、工艺性好、成本低 、以满足经济要求。 三、车床主要参数（规格尺寸） 最大工件回转直径 D（ 400 刀架上最大回转直径 200 主轴通孔直径 d 50 主轴头号 （ 6 最大工件长度 L 750文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 2 车床参数的拟定 床主参数和基本参数 限切削速度 确定 根据典型的和可能的工艺选取 极限切削速度要考虑： 允许的切速极限参考值如下： 表 2许的切速极限参考值 加 工 条 件 m/m/硬质合金刀具粗加工铸铁工件 30 50 硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件 150 300 螺纹加工和铰孔 3 8 根据 给出条件，取 00 m/螺纹加工和铰孔 时取 m/ 主轴的极限转速 的确定 计算车床主轴极限转速时的加工直径， 按经验分别取 K=D=00=200mm d0中 : 不是指机床上 可 加工的最大和最小直径，而是指实际使用情况下，采用 时常用的经济加工直径。 则主轴极限转速应为： 取标准数列数值，即400r/ 考虑车螺纹和铰孔时，其加工的最大直径0 。 因此，此处选最大直径为 50mm m 51 0 0 01 0 0 0m a xm i nm i n rd m i n/1 2 7 3501 4 1 001 0 0 01 0 0 0m i nm a xm a x rd 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 取标准数列数值，即 速范围 Rn=转速范围 Rn= 虑到设计的机构复杂程度要适中，故采用常规的扩大传动，并选级数 Z=12，今以 和 代入公式 1 R= 此取 更合适。 各级转速数列可直接从标准的数列表中 查出 ， 标准转速数列 表给出了 的从 110000 的数值，因为 。从表中找到440r/可以每个 5 个数值选取一个，得列表如下 45， 63， 90， 125， 180， 250， 355， 500， 710， 1000， 1400 轴转速级数 Z 和公比 的确定 已知 1m Zn 取 Z=12 级 m a x1 n 440 114 40m a x n 综合上述可得：主传动部件的运动参数 440m a x in Z=12 = 主电机 的选择 合理地确定电机功率 N，使机床既能充分发挥其性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。 中型普通车床典型重切削条件下的用量 如表 2 刀具材料： 件材料 45 号钢， 切削方式：车削外圆 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 查 下 表可知：切深 给量 f(s)=r 切削速度 V=90m/ 2型普通车床典型重切削条件下的切削用量 320 400 切削用量 普通型 轻型 普通型 轻型 3 4 给量 f 削速度 v 90 75 100 80 功率估算法用的计算公式 a 主切削力： b 切削功率： c 20 0 903 0 266 1 20 0 c 估算主电机功率： 440 rn d 总 中型机床上，一般都采用三相交流异步电动机作为动力源。可以在系列中选用，在选择电动机型号时，应注意 根据机床切削能力的要求确定电机功率 ，但电动机都已经标准化，因此选取相应的标准值 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。 查机械设计手册 可知： P 值为 我国生产的电机在 Y 系列的额定功率选择 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 表 2 系列的额定功率 电机型号 额定功率 满载转速 同步转速 A B C D E 440 1500 216 140 89 38 +0 + G H K C D 10 33 132 12 280 270 210 315 200 475 图 Y 系列的电机的外形图。 图 Y 系列的电机的外形图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 3 主 传 动 系统 设计 动结构 式、结构网、转速图的确定 动形式的确定 集中传动方式 ： 传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内。 集中 传动 适用于中、大型机床，尤其是 优点是结构紧凑，便于集中操纵，安装调整方便。 利于降低制造成本； 缺点是运转的传动件在运转过程中所产生的振动、热量，会使主轴产生变形，使主轴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。 动组及各传动组中传动副的数目 拟定传动链的基本原则，就是以经济的满足对机床的要求 ，可以满足同样要求的 方案有很多种 ，在进行传动链的可能性分析时，应 根据经济合理的原则，选出有最好的方案。转速图有助于各种方案的比较，并为进一步确定传动系统提供方便。拟定主运动转速图应该按照下列步骤进行： 拟定传动方案，包括传动形式的选择以及开停。换向，操纵等整个传动系统的确定。传动形式则指传动和变速的元件，机构以及组成，安排不同特点的传动形式，变速类型。 传动方案和形式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关，因此，确定传动方案和形式，要从结构、工艺、 性能、以及经济性等多方面统一考虑。 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 .Z、个传动副 。 即 .传动副数由于结构的限制以 2 或 3 为适合，即变速级数 Z 应为 2 和 3 的因子： 即 2 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) 4312 2) 3412 3) 22312 4) 23212 5) 22212 在上述方案中， （ 1）（ 2） 方案有时可以省掉一根轴，缺点是一个传动组内有四个传动副，如果用一个四联滑移齿轮。则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 构必须互销，以防止两个滑移齿轮同时啮合，所以一般少用。 （ 3）（ 4）（ 5） 方案： 按照传动副“前多后少”的原则选择 Z=322 这一方案，但 轴换向采用双向片式摩擦离合器结构，轴的轴向尺寸 不至于过大 ， 以 免加长变速箱尺寸，第一传动组的传动副不宜过多，以 2 为宜 因此 此方案不宜采用，而应 选 择 12=232。 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 形式： 1) 621 23212 2） 613 23212 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613 23212 这一方案则可解决上述存在的问题。 制 转速图 车床主传动系统转速结构图如图 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 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 配降速比 设计机床 主轴变速传动时，为了避免从动齿轮过大而增加箱体 的径向尺寸，一般限制降速 最小 传动比 1/4,为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比 ,因此 决定了一个传动组的最大变速范围 8/m a x 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。 总的传动比： 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 =， 613 23212 最末一级 间的间隔为 6 级 b 中间轴传动比 i n 1440 电总um in 总 44m 641 cc 速 结构网 132:280 44:31 25:50 1800r/400 1000 710 500 355 250 180 125 90 31,5 45 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 可按先快后慢的原则，确定最小传动比，根据基比指数确定其他 传动比 轴最小传动比 m m in cb 因为 所以 轴最小传动 轴采用升速传动，加大齿轮外径，使主动轮齿根直径大于离合器外毂。 因此，皮带轮的传动比为 . 432 1121 21 1 22m i aa 1 皮bb 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 动原理 图 轮齿数的确定及传动系统图的绘制 轮 确定 因为床头箱内部紧凑，而第一轴除皮带轮外的受力不大，没有必要为抵消皮带的拉力而选用大的轴承和轴，所以用卸荷式带轮结构更划算。 1、选择三角带型号 根据计算功率 车床的启动载荷轻，工作载荷稳定，两班制工作时，取 =、选择 V 带的带型 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 根据计算功率和电机额定转速查机械设计图 811 选用 B 型。 3、确定小带轮的基准直径v 皮带轮的直径越小，带的弯曲应力就越大，为了提高带的使用寿命，小带轮直径不宜过小。 1） 初选小带轮的基准直径1 由表 86 和表 832 2）验算带速 v d/ 电 因为 5m/s查表 82 选 带的基准长度 600按下列公式计算实际中心距 a 0 6、 验算小带轮的包角 1 1 2 35 0 0 81 8 1 8 0 12 因此，小带轮包角取值合理。 7、 计算带的根数 Z 1） 计算单根 r 由 d 、 型带查表 8 由 d 、 2i 和 4b 得 查表 85 得 95.0 8 2得 K ()( 00 2） 计算单根 的根数为 3。 8、 计算单根 0Y Z A B C D E 上表知道 B 型带的单位长度质量 q=m 0 0) 0 0m i n)( 220 应使带的实际初拉力0F 0计算压轴力纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 压轴力的最小值 p 1 3 6 02 3s i 8322s i nm i n)(2m i n)( 0 带轮结构 工作 表如 下表所示。 带型号 带长 心距 带轮直径 根数 作用于轴上的压力 大带轮 小带轮 B 1600 530 280 132 3 1360N 主轴箱的动力是从主电机经过皮带轮和三角带传递给轴，并且输进主轴箱，为防止轴在三角带的张力作用下产生变形，设计时将皮带轮先通过花键套、滚动轴承和法兰安装在箱体上。从而使张力由床身承受，扭矩由花键套传递给轴。轴不在因皮带轮的张力而产生弯曲变形，故轴上的零件的动作条件得到改善。如下图所示 卸荷式皮带轮 1 23 4买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 轮齿数的确定的 要求 1）确定齿轮齿数 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： 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100 中心距必须保证相等。 4 采用三联滑移齿轮时，最大齿轮齿数与次大齿轮齿数差应该大于或等于 4。 . 5 保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚 6 保证主轴的转速误差在规定的范围之内。 查机械制造装备设计 表 3一变速组： 时， 685 70、 72、 75、 84. 22 时， 69 72、 75、 84. 符合条件的 72、 75 和 84。 因此选 84于是得变速组 49、 35； 28、 56 第 二 变速组： 80 82、 84、 85、 87、 89、 90. 22 ， 81 84、 86、 87、 89、 90. 33 ， 80 81、 84、 87、 88、 91. 符合条件的 84 87 因此选 87于是得变速组 b 的 三 个传动副的主从齿轮数分别为： 36、 51； 29、 58；23、 64。 第 三 变速组： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 21 ， 81 84、 86、 87、 89、 90、 92、 93、 95、 104、 105. 42 81 84、 85、 86、 89、 90、 91、 94、 95、 104、 105. 符合条件的 95 104 和 105 因此选 105于是得变速组 70、 35； 21、 84 表 3速组 第一变速组 第二变速组 第三变速组 齿数和 84 87 105 齿轮 2 4 6 8 10 12 14 齿数 49 35 28 56 36 51 29 58 23 64 70 35 21 84 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 cb 1( 其中 滑移系数 =ua ub 别为各级的传动比 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( =同样其他的实际转速 及转速误差 如下 : 表 3轴转速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 准转速 5 63 90 125 180 250 355 500 710 1000 1440 实际转速 401 转速误差 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 转速误差满足要求。 3） 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 示 图 传动系统图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 4 强度计算和结构草图设计 定计算转速 轴、齿轮的计算转速 主轴 的计算转速： 计算转速 1. 25r/ 2. 可使主轴获得 250r/级转速， 3. 其中 250r/于 要传递全部功率， 4. 所以 25r/计算转速 1. 25r/ 55r/来， 需要传递全部功率， 2. 所以 55r/ I 轴 计算转速 55r/ 10r/来， 需要传递全部功率， 所以， 10r/速组 c 最小齿轮 z=21， 装在第 ， 使主轴获得 80r/ 6 级， 其中主轴的计算转速为 90r/ 故 z=21 齿轮计算转速为 355r/轮 z=84， 装在第 轴 上， 获得 80r/ 6 级， 其中主轴的计算转速为 90r/ 故 z=84 齿轮计算转速为 90r/轮 z=70， 装在第 ， 使主轴获得 2501400r/ 6 级， 其中主轴的计算转速为 355r/ 故 z=70， 齿轮计算转速为 125r/轮 z=35， 装在第 轴 上， 获得 2501400r/ 6 级， 其中主轴的计算转速为 90r/ m 31213m i n j 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 故 z=35 齿轮计算转速为 250r/速组 b 最小齿轮 z=23， 装在第 。 25、 355r/ 其中 25r/ 故 z=23 齿轮计算转速为 355r/ 齿轮 z=64， 装在第 上。 25、 355r/ 其中 25r/ 故 z=64 齿轮计算转速为 355r/ z=29， 装在第 。 80、 500r/ 其中 25r/ 故 z=29 齿轮计算转速为 355r/ 齿轮 z=58， 装在第 上。 80、 500r/ 其中 25r/ 故 z=58 齿轮计算转速为 180r/ z=36， 装在第 。 50、 710r/ 其中 25r/ 故 z=36 齿轮计算转速为 355r/ 齿轮 z=52， 装在第 上。 50、 710r/ 其中 转速为 125r/ 故 z=52 齿轮计算转速为 250r/速组 a 最小齿轮 z=28， 55r/ 其中 55r/ 故 z=28 齿轮计算转速为 710r/轮 z=56 55r/ 其中 55r/ 故 z=56 齿轮计算转速为 355r/轮 z=49， 000r/ 其中 55r/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 故 z=49 齿轮计算转速为 710r/轮 z=35 000r/ 其中 55r/ 故 z=35 齿轮计算转速为 1000r/的估算和验算 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， 因此 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） 。 1）主轴直径的选择 查表可以选取前支承轴颈直径 05 支承轴颈直径 1=选取 5 ） 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。 推荐：普通车床 d/D(或 1)=中 D 主轴的平均直径， D= (2)/2 前轴颈处内孔直径 d=(=54以，内孔直径取 52轴锥孔对支撑轴径 A、 轴端允差 轴端 300度的接触率大于 70%，表面粗糙度 度要求 3）前锥孔尺寸 前锥孔用来装顶尖或其它工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏锥孔。选择如下： 莫氏锥度号取 6 号 标准莫氏锥度尺寸 大端直径 D=）主轴前端悬伸量的选择 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 轴悬伸量指主轴前端面到前支撑径向反力作用点（一般即为前径支撑中点）的距离，它主要取决于主轴前端部结构形式和尺寸，前支撑轴配置和密封等。因此，主要由结构设计确定。 悬伸量与主轴部件的刚度和抗振性成反比，故应取小值 主轴悬 伸量与前轴颈直径之比a/a=(1=66 以，悬伸量取 120）主轴合理跨距和最佳 跨距 主 轴跨距是决定主轴系统精度刚度的重要影响因素，目的是找出在切削力的作用下，主轴前端的柔度值最小的跨距称为最优跨距（0L） 根据表 3金属切削机床设计计算