机械制造及自动化毕业设计（论文）-主轴箱设计说明书.doc

学校名称：桂林航专所学专业：机械制造及自动化学生姓名： 班级学号： 指导老师： 目录一、 机床的型号及用途2二、 机床的主参数和其他主要技术要求2三、 主传动系统的拟定4四、 齿轮传动设计9五、 带传动设计 19六、 轴的设计及校核 21七、 心得 29八、 参考文献 30一、机床的型号及用途1、规格 选用型号ca6140、规格32010002、用途 ca6140型卧式车床万能性大，适用于加工各种轴类、套筒类、轮盘类零件上的回转表面。可车削外圆柱面、车削端面、切槽和切断、钻中心孔、钻孔、镗孔、铰孔、车削各种螺纹、车削内外圆锥面、车削特型面、滚花和盘绕弹簧等。加工范围广、结构复杂、自动化程度不高，所以一般用于单件、小批生产。二、 机床的主参数和其他主要技术要求1、主参数和基本参数1) 主参数机床主参数系列通常是等比数列。普通车床和升降台铣床的主参数均采用公比为1.41的数列，该系列符合国际iso标准中的优先系列。普通车床的主参数d的系列是：250、320、400、500、630、800、1000、1250mm。2) 基本参数除主参数外，机床的基本是指与被加工工件主要尺寸有关的及与工、夹、量具标准有关的一些参数，这些主参数列入机床的参数标准，作为设计时依据。3）普通车床的基本参数普通车床的基本参数应符合普通车床参数国家标准见参考文献【一】中表2的规定，有下列几项数；刀架上最大工件回转直径（）由于刀架组件刚性一般较弱，为了提高生产效率，国内外车床刀架溜板厚度有所增加，在不增加中心高时，值减少的趋势。我国作为参数标准的值，基本上取,这样给设计留一定的余地，设计时，在刀架刚度允许的条件下能保证使用要求，可以取较大的值。所以查参考文献【一】（表2）得=160。主轴通孔直径d 普通车床主轴通孔径主要用于棒料加工。在机床结构允许的条件下，通孔直径尽量取大些。参数标准规定了通孔直径d的最小值。所以由参考文献【一】（表二）d=36mm。主轴头号普通车床采用短锥法兰式主轴头，这种形式的主轴头精度高，装卸方便。主轴端部及其结构合面得型式和基本尺寸要符合法兰式车床主轴端部尺寸部标注的规定。根据机床主参数值大小采用不同号数的主轴头（415号），号值数等于法兰直径的1/25.4而取其整数值。所以由参考文献【一】（表2）可知主轴头号取4.5装刀基面至主轴中心距离h()为了使用户，提高刀具的标准化程度，根据机械工业部成都工具研究所的刀具杆标准，规定了h=22。最大工件长度l （）最大工件长度l是指尾座在床身处于最后位置，尾座顶尖套退入尾座孔内时容纳的工件长度。为了有利组织生产，采用分段等差的长度数列。所以由参考文献【一】（表2）得l=1000。2、主传动的设计1）主轴极限的确定 由课程设计任务书中给出的条件可知： =40 r/min =1800 r/min 2） 公比的确定 主轴极限转速的确定后，根据机床的使用性能和结构要求，选择主轴转速数列的公比值，因为中型通用机床，常用的公比 为1.26或是1.41，再根据极限转速，按参考文献【一】中表21选出标准转速数列公比=1.41。 3） 主轴转速级数的确定 按任务书要求z=12 按标准转速数列为40、56、80、115、160、225、315、445、625、880、1250、1800r/min4）主传动电动机功率的确定 电动机的额定功率为： =三、主传动系统的拟定1、传动比 第一变速组（），有三对齿轮组成，其传动比如下： = 1/=0.71=1/=0.5 =1/=0.36 第二变速组（），有两对齿轮组成，其传动比如下： =1=1/=0.36 第二变速组（），有两对齿轮组成，其传动比如下： =2.80 =1/=0.362、变速的基本规律a) 基本组的变速范围: b) 第二扩大组的变速范围： 第二扩大组的变速范围： 3、转速图的拟定结构式或结构网的选择：由于几个变速组组成的变速系统，如果把不同传动副数的变速组在传动顺序上的排列加以改变，可以得到若干不同的方案。确定变速组的数目和各变速组中传动副的数目该机床的变速范围较大，必须经过较长的传动链减速才能把电动机的转速降到主轴所需的转速，通常采用p=2或3，因此，共需三个变速组。确定不同传动副数的各变速组的排列顺序。根据“前多后少”的原则，选择的方案。确定变速组的扩大顺序。根据“前密后疏”原则，选择的结构式。验算变速组的变速范围。最后扩大组的变速范围，在允许的变速范围内。（最后扩大组的变速范围限制在）4、分配各变速组的最小传动比 主传动系统需要4根轴，再加上电动机轴。 决定轴的最小降速传动比主轴上的齿轮希望更大些，能起到飞轮的作用，所以最后一个变速组的最小降速比为=1/=0.36。 其余变速组的最小传动比根据“前缓后急”的原则，轴间最小变速取1/=0.36,轴i-ii间最小变速组取1/=0.36。 画出各变速组的传动比连线基本组的级比指数，第一扩大组的级比指数，第二扩大组级比指数。5、确定齿轮齿数机床转速图确定后，则各变速组的传动比也确定了，即可进一步确定各变速组中传动副的齿轮数，皮带轮的直径等。齿轮数可通过用计算法、图解法或从表查法确定，必须注意以下几点：1） 齿轮的齿数和不能太大，以免齿轮尺寸过大而引起机床结构增大。一般推荐齿数和，常选在100之内。2） 同一变速组中的各对齿轮，其中心距必须保证相等。3） 最小齿轮的齿数应保证不产生根切现象。对于标准齿轮，其最小齿数（变位齿轮除外）。受结构限制的最小齿数的各齿轮（尤其是最小齿轮），必须能可靠地装到轴上或进行套装。4） 齿轮齿根圆到键槽的壁厚。（为模数）一般，以保证足够强度，防止破裂和热处理变形过大。5） 放有操纵机构滑块的滑移齿轮的最小齿轮的确定，不宜过小，要保证与小齿轮侧面有较好的接触。6） 确定齿轮齿数时，要考虑选用标准模数大小。同一变速组尽可能选用同一模数。7） 两轮间中心距应取得适当不应过小，否则将导致两轴轴承间孔壁过薄或镗穿，以及其他结构之间距离过近或相碰。6、同一变速组内模数的齿轮齿数的确定为了便于设计和制造，主传动系统中所采用的齿轮模数的种类尽可能少一些。在同一变速组内一般都采用相同的模数，这是因为各齿轮副的速度变化不大，受力情况差别不大当各对齿轮模数相同时，且不采用变位齿轮的齿数和也必然相等。采用查表法确定齿轮齿数：参考文献【一】表2-2中横行表示一对齿轮的齿数和，纵列表示一对齿轮的传动比，表中间的数值表示一对齿轮副的小齿轮齿数。当时，表示升速传动，所以小齿轮为从动轮。当时，表示降速传动，所以小齿轮为主动轮，这是要用传动比的倒数查表。查出小齿轮的齿数后，将齿数和减去小齿轮的齿数。表中空白格，表示没有合适的齿数。确定第一变速组（）的三对齿轮齿数 已知： = 1/=0.71； =1/=0.5； =1/=0.36 解： 1）首先在、中找到出现最小齿数的传动比=0.36。 2）为了避免根切现象和结构设计的需要，取 。 3）从参考文献【一】表2-2中找出与=0.36的倒数2.777比较接近的2.82这一行找到时，查到最小齿数和。 4）找到可能采用的齿数和各种数值。这些数值必须同时满足个传动比要求的齿轮数，从向右查表，同时存在满足两个传动比要求的齿数和共有： 84、87、88、91 5）确定合理的齿数和，并根据它决定各齿轮的齿数。 由=1.41的这一行中找出， 则； 由=2.00的这一行中找出， 则； 由=2.82的这一行中找出， 则；所以第一组变速组的三对齿轮齿数分别是35/49、28/56、22/62。确定第二组变速组（）两对齿轮的齿数已知： =1， =1/=0.36。 解： 1）首先在、中找到出现最小齿数的传动比=0.36。 2）为了避免根切现象和结构设计的需要，取。 3）从参考文献【一】表2-2中找出=0.36的倒数2.777比较接近的2.82这一行找到时，查到最小齿数和。 4）找到可能采用的齿数和各种数值。这些数值必须同时满足个传动比要求的齿轮数，从向右查表，同时存在满足三个传动比要求的齿数和共有： 、96、99、100、102 5）确定合理的齿数和，并根据它决定各齿轮的齿数。 由的这一行中找出 ， 则； 由的这一行中找出， 则； 所以第二变速组齿轮的齿轮数分别是48/48、25/71。第三变速组（）齿轮的齿数 已知：=1/=0.36，=2.80。 解 ： 1）首先在、中找到出现最小齿数的传动比=0.36。 2）为了避免根切现象和结构设计的需要，取。 3）从参考文献【一】表2-2中找出=0.36的倒数2.777比较接近的2.82这一行找到时，查到最小齿数和。 4）找到可能采用的齿数和各种数值。这些数值必须同时满足个传动比要求的齿轮数，从向右查表，同时存在满足两个传动比要求的齿数和共有： 98、102、103、104、106 5）确定合理的齿数和，并根据它决定各齿轮的齿数。 =103 由 的这一行中找出， 则；由于这两组的传动比是互为倒数关系所以第三组变速组的齿轮的齿数分别是27/76、76/27。绘制传动系统图和转速图：四、齿轮传动设计1、第一变速组齿轮的结构尺寸：已知：电动机功率，v带效率为,轴承(对)效率为传递功率，主动轮转速，最大传动比，载荷平稳，单向回转，单班制工作，工作期限10年，每年按300天计，原动机为电动机。解：材料、热处理方法。可选一般齿轮材料如下：小齿轮选用45号钢，调制处理，；大齿轮选用45号钢，正火处理，硬质差40,在规定的3050范围内。 选择精度等级。减速器为一般齿轮传动，估计圆周速度不大于6，根据参考文献【二】中的表8-4，初选8级精度。 按齿面接触疲劳强度设计齿轮，齿轮承载能力应由齿面接触疲劳强度决定。 a) 载荷系数k：查参考文献【二】中表8-5，取k=1.2.b) 转矩：=（）c) 接触疲劳许用应力: 由参考文献【二】的图8-12查得： 950 ，850。接触疲劳寿命系数:由公式n=得 查参考文献【二】的图8-11，得 按一般可靠性要求，查参考文献【二】的表8-8，取=1.1,则 d) 计算小齿轮分度圆直径： 查参考文献【二】中的表8-10，取 =76.57 取e) 计算圆周速度：因，故所取的八级精度合适。 确定主要参数，第一对齿轮(齿数22/62)主要几何尺寸1) 模数: 2) 分度圆直径： 4）中心距: 5)齿根圆直径： 6）齿顶圆直径： 7）齿宽：经处理后取，则第二对齿轮(齿数28/56)的主要几何尺寸1） 分度圆直径：3) 齿根圆直径： 3）齿顶圆直径： 4）齿宽： 经处理后取，则第三对齿轮（35/49）的主要几何尺寸4) 分度圆直径： 2）齿根圆直径： 3）齿顶圆直径 4）齿宽： 经处理取，则 按齿根弯曲疲劳强度校核。由参考文献【二】中的式（8-5）得出，若则校核合格。a) 齿形系数： 查参考文献【二】中的表8-6得 b) 应力修正系数: 查参考文献【二】中的表8-7得c) 许用弯曲应力由参考文献【二】中的图8-8查得，由参考文献【二】中的表8-6查得由参考文献【二】中的图8-9查得由式可得 故=589 所以齿轮疲劳强度校核合格。2、第二变速组齿轮结构尺寸的设计： 已知：，齿轮效率，轴承效率传递功率，主传动轮最低转速=315r/min，传动比，载荷平稳，但想回转，单班制工作，工作期限10年，每年按300天计，原动机为电动机。解：小齿轮选用45号钢，调质处理，；大齿轮选用45号钢正火处理，硬质差，在规定的3050范围内。选择精度等级。估计圆周速度不大于，根据参考文献【二】中的表8-4，初选8级精度。按齿面接触疲劳强度设计齿轮，齿轮承载能力应由齿面解除疲劳强度决定。 （a） 载荷系数k：参考文献【二】中的表8-5，取。（b） 转矩: （c） 接触疲劳许用应力 ： 由参考文献【二】中的图8-12查得：， 接触疲劳寿命系数：由公式得 查参考文献【二】中的图8-11得： 按一般可靠性要求查参考文献【二】中的表8-8，取，则 （d）计算小齿轮分度圆直径：由参考文献【二】中的表8-10，取 = 取(e)计算圆周速度： 因，故所取的八级精度合适。确定主要参数，计算主要几何尺寸。（a） 齿数：， （b） 模数：m=d1z1=7525=3（c） 分度圆直径： （d） 齿根圆直径：（e） 齿顶圆直径： （f） 中心距： （g） 齿宽 ： 经整理后取 ，则第二对齿轮（48/48）的主要几何尺寸（a） 分度圆直径： （b） 齿根圆直径： （c） 齿顶圆直径： （d） 齿宽： 经整理后取，则按齿根弯曲疲劳强度校核由参考文献【二】的式（8-5）得出,若则校核合格。（a） 齿形系数：查参考文献【二】的表8-6得 ，（b） 应力修正系数：查参考文献【二】的表8-7得 ，（c） 许用弯曲应力：由参考文献【二】中的图8-8查得，由参考文献【二】中的表8-8查得由参考文献【二】中的图8-9查得由参考文献【二】的式（8-5）可得： 故 齿根弯曲强度校核合格。3、第三变速组的齿轮设计：已知：，齿轮效率，轴承效率，传递功率，主传动最小转速，传动比，载荷平稳，单向回转，单班制工作，工作期限10年，每年按300天计原动机为电动机。解：2、 小齿轮选用45号钢，高频淬火，;大齿轮选用45号钢，高频淬火，硬质差，在规定的3050的范围内。3、 选择精度等级。估计圆周速度不大于，根据参考文献【二】中的表8-4，初选八级精度。4、 按齿面接触疲劳强度设计齿轮，齿轮承载能力应由齿面接触疲劳强度决定。 1. 载荷系数：查参考文献【二】中的表8-5取。2. 转矩： （c）接触疲劳许用应力： 由参考文献【二】的图8-12查得 ：， 接触疲劳寿命系数：由公式得 查参考文献【二】中 的图8-11，得 ，按一般可靠性要求，查参考文献【二】表 8-8，取，则（d）计算小齿轮分度圆直径： 查参考文献【二】中的表8-10，取=0.3 所以取(e)计算圆周速度：确定主要参数，计算主要几何尺寸。（a） 齿数：，则（b） 模数：m=d1z1=8127=3（c） 分度圆直径： （d） 齿根圆直径： （e） 齿顶圆直径： （f）中心距： （g）齿宽： 经整理后取，则第二对齿轮（76/27）的主要几何尺寸（a） 分度圆直径： （b）齿根圆直径： （c）齿顶圆直径： (d)齿宽： 经整理后取，则 按齿根弯曲疲劳强度校核。由参考文献【二】的式（8-5）得出，若则校核合格。（a） 齿形系数：查参考文献【二】的表8-6得： ，（b） 应力修正系数:查参考文献【二】的表8-7得： ，（c） 许用弯曲应力： 由参考文献【二】的图8-8查得，由参考文献【二】的表8-8查得由参考文献【二】的图8-9查得,由参考文献【二】的式8-5可得： 故 齿根弯曲疲劳强度校核合格。五、带传动设计 已知：电动机功率，转速，传动比，每天工作16小时。1、确定计算功率和选择带型号 （1）确定计算功率 由参考文献【二】的表10-4得： 由参考文献【二】中式（10-10）得：(2)选择带型号由文献【二】的图10-9得：选用a型v带2、确定带轮基准直径，并验算带速（1） 确定带轮基准直径 由文献【二】的图10-9得，推荐的小带轮基准直径为80100，并按文献【二】中表10-6，考虑带轮直径大对带的工作寿命有利，取=95。则 根据文献【二】的表10-6取标准值（2）验算带速 在范围内，合适。3、确定带长和中心距（1） 初定中心距 根据文献【二】中公式（10-11）得： 得 取（2） 确定v带的基准长度 由文献【二】中公式（10-12）得 根据文献【二】的表10-2取（3） 确定实际中心距根据文献【二】中公式（10-13）得 （4） 验算小带轮包角 由文献【二】中式（10-14）得 ，合适。4、确定v带的根数 由文献【二】中表10-7查取，；从文献【二】中表10-5查取，查表10-2取；由文献【二】中式（10-15）得参照文献【二】中表10-3，取。5、计算v带的预拉力和轴向压力 （1）单根v带的初拉力 由文献【二】中表10-1查得，由式（10-16）得（2） 计算v带作用在轴上的压力由文献【二】中式（10-17）得 六、轴的设计及校核1、轴的设计计算（1）选择轴的材料 由文献【二】中的表11-1和表11-3选用45号钢，调质处理，硬度，。（2）按扭矩初算轴径 根据文献【二】中式（11-2），并查表11-2，取c=115，则 考虑有键槽和轴承，轴加大5%：，取d=25。（3）轴的结构设计 段：与轴承6205配合取直径， ； 段：考虑轴肩取直径，齿轮与轴的固定选用a键； 段：考虑轴肩取直径，齿轮与轴的固定选用a键；iv段：考虑轴肩取直径，齿轮与轴的固定选用a键； v段：仅作轴肩取直径，； vi段：与轴承配合取直径，； vii段：过度作用取直径，；ix段：与带轮配合取，；轴的总长。（4）验算轴的疲劳强度a) 画出轴的受力简图（a）已知小齿轮， =（）求圆周力，径向力b) 画水平面的弯矩图（b）轴承支反力，水平面弯矩c) 画垂直平面弯矩图（c）轴承支反力，垂直面弯矩d) 画合成弯矩图（d）e) 画转矩图（e）f) 画当量弯矩图（f）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取，截面c处的当量弯矩校核危险截面c的强度该轴强度足够。2、轴的设计计算 （1）选择轴的材料 由文献【二】中的表11-1和表11-3选用45号钢，调质处理，硬度，。（2）按扭矩初算轴径 根据文献【二】中式（11-2），并查表11-2，取c=115，则 考虑有花键轴加大7%，取（3）轴的结构设计段：与轴承6206配合取直径，； 段：考虑轴肩取直径，齿轮与轴的固定选用a键； 段：仅作轴肩取直径，； 段：考虑轴肩取直径，齿轮与轴的固定选用a键； 段：与滑移齿轮配合，故采用花键轴，,，； 段：与轴承6206配合取直径，；轴的总长。 （4）验算轴的疲劳强度a) 画出轴的受力简图（a）已知小齿轮， 求圆周力，径向力b) 画水平面的弯矩图（b）轴承支反力，水平面弯矩c) 画垂直平面弯矩图（c）轴承支反力，垂直面弯矩d) 画合成弯矩图（d）e) 画转矩图（e）f) 画当量弯矩图（f）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取，截面c处的当量弯矩校核危险截面c的强度，该轴强度足够。3、轴的设计 （1）选择轴的材料 由文献【二】中的表11-1和表11-3选用45号钢，调质处理，硬度，。 （2）按扭矩初算轴的直径 根据文献【二】中式（11-2），并查表11-2，取c=109，则 考虑有键槽，取（3）轴的结构设计段：与轴承6207配合取直径，；段：与滑移齿轮配合并作轴肩，故采用花键轴，； 段：与轴承6208配合取直径，；轴的总长。（4）验算轴的疲劳强度a) 画出轴的受力简图（a）已知小齿轮， 求圆周力，径向力b) 画水平面的弯矩图（b）轴承支反力，水平面弯矩c) 画垂直平面弯矩图（c）轴承支反力，垂直面弯矩d) 画合成弯矩图（d）e) 画转矩图（e）f) 画当量弯矩图（f）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取，截面c处的当量弯矩校核危险截面c的强度，该轴强度足够。4、主轴的设计 （1）选择轴的材料 由于主轴承受的扭矩较大并且是空心轴，由文献【二】中的表11-1和表11-3所以选用调质处理，硬度，。（2）按扭矩初算轴的直径 ，齿轮效率，轴承效率，根据文献【二】中式（11-2），并查表11-2，取c=100，则 考虑有键槽并且是空心轴故取（3）轴的结构设计 段：考虑到段要切螺纹并且在轴承以外故取， ，密封圈选用b045062； 段：; 段：采用双轴承结构，圆锥轴承3