最大加工直径为500mm的普通车床主轴箱的设计.doc

目 录第一部分 工程训练目的和要求1、 设计目的.42、 设计要求.4第二部分 工程训练内容一、设计任务.4二、说明书 1、主参数的拟定.5 1.1 确定传动结构.5 1.2主电动机的选择.5 2、皮带轮的选择.5 3、齿轮齿数的确定.7 4、传动轴的设计.7 4.1 各轴功率的计算.7 4.2各轴直径的估算.7 5、齿轮模数的确定.9 6、齿轮齿宽的估算.9 7、齿轮强度的估算及传动系统图.10 8、主轴组件的设计.11 8.1主轴内孔莫氏锥度的选.118.2 主轴直径的确定.128.3主轴轴向尺寸的确定13 9、主轴箱各轴的空间布置.15 10、其它零部件的设计.15 10.1 带轮的设计.16 10.2 轴承的选择.16 10.3 密封装置.17 11、标注公差.17 11.1中心距的标注与公差.17 11.2 轴承的配合.17 11.3 键的配合.17 12、主轴组件刚度的计算.18 13致谢20 14参考文献21第一部分工程训练目的和要求一、设计目的：1、使理论能与实践更紧密的结合。2、更好地理解工程设计的步骤和方法，以及结构设计的要领。二、设计要求：1、主轴最低转速40转/分、转速级数为12级、主电机功率为5.5KW、其余自定。2、主电机可以选择Y系列电机、也可使用直流电机或交流变频电机。3、最好采用特殊形式的变速系统。4、所有的图纸都必须符合国家制定的六项基础标准。图面应正确、完整、美观。5、说明书一律用规定的纸张按一定的格式单面书写、要求简明扼要、文字精炼、语句通顺、字迹工整、图文并茂、装订成册。第二部分工程训练内容一、设计任务1、拟定出一个完整的和合理的转速图与传动系统图。2、初算与验算并最后确定有关传动件的结构尺寸。3、进行主运动轴系、变速机构、主轴组件、箱体、操纵机构、润滑和密封等的布置并进行结构设计。4、编写设计说明书。二、说明书1、主参数的拟定1.1 根据金属切削机床课程设计指导书查得公比=1.41。 又根据已知的最低转速=40r/min，且转数级数Z=12,可拟 定结构式为12=322。 查金属切削机床课程设计指导书P6课查得主轴转速为 40r/min、56r/min、80r/min、112r/min、160r/min、224r/min、 315r/min、450r/min、630r/min、900r/min、1250r/min、 1800r/min，并绘制转速图如下：1.2 主电动机的选择 根据金属切削机床课程设计指导书P16可查得选择Y132S-4型电动机，额定功率为5.5KW，满载转速为n=1440r/min。2、 皮带轮的选择 由上述条件可知，电动机转速传到I轴的传动比i=1440/900=1.6，根据金属切削机床课程设计指导书P32查得三角带的传递效率=0.96，则传动比i=1.6x0.96=1.536。 根据金属切削机床课程设计指导书P29查得三角带的型号为B型。可初选小带轮直径D1=140mm（标准值，机械设计P157可查），则大带轮直径D2=ixD1=1.536x140=215.04mm。根据机械设计P157查得大带轮值直径D2标准值为224mm。三角带的速度按机械设计式（8-13）验算带的速度V=D1n1/（60x1000）= *140*1440/（60*1000）=10.56m/s，所以，故带速合适。 根据标准中心距（根据金属切削机床课程设计指导书P29查得）A0=(0.62)*（D1+D2）=(0.6-2)*（140+224）=（218.4728）mm，故可取A0=650mm。则三角带的计算长度=1874.48m。根据金属切削机床课程设计指导书P30，圆整L0=2033mm，其中L=2000mm，Y=33mm（修正值）。三角带的桡曲次数u=1000*2*10.56/2033=10.39次/s40次/s，符合要求。 小带轮包角。根据机械设计公式（8-25） 故主动轮上包角合适。确定三角带根数。根据金属切削机床课程设计指导书P30可知Z=N/(N0C1)=5.5/(2.71*0.98)=2.07。故圆整为Z=2根。3、 齿轮齿数的确定 i1=1/1 i2=1/1.41 i3=1/2 i1=1/1 i2=1/2.82 i1=2 i2=1/4根据金属切削机床课程设计指导书P20查得i1=1/1=36/36 i2=1/1.41=30/42 i3=1/2=24/48总齿数为72。i1=1/1=42/42i2=1/2.82=22/62总齿数为84。i1=2=72/36i2=1/4=22/86总齿数为108。4、 传动轴的设计4.1 各轴功率的计算根据金属切削机床课程设计指导书P32查得三角带的传动效率1=0.96，齿轮的传动效率2=0.98。轴：P=P电1=5.5*0.96=5.28KW且n=900r/min T=9550*5.28/900=56.03Nm轴: P=P2=5.28*0.98=5.17KW且n=450r/min T=9550*5.17/450=109.72Nm轴：P=P2=5.17*0.98=5.07KW且n=160r/min T=9550*5.07/160=302.62Nm轴: P=P2=5.07x0.98=4.97KW且n=112r/min T=9550x4.97/112=423.78Nm4.2各轴直径的估算根据金属切削机床课程设计指导书P32可知,并查得到取1.则 轴的直径：取 轴的直径：取 轴的直径：取 其中：P-电动机额定功率（kW）；-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；-该传动轴的计算转速（）； -传动轴允许的扭转角（）。由于轴是三联滑移齿轮和轴是双联滑移齿轮，故需选择花键轴，根据金属切削机床课程设计指导书P35可知，选择轴端部为4-20x17x6，中间装配齿轮部位为 6-25x21x5，两端装轴承部位选20，轴向尺寸待定；对于轴，花键轴可选择6-30x26x6，两端装轴承部位选25，轴向尺寸待定。轴需要装平键周向固定齿轮，可选择30，两端装轴承部位选25，轴向尺寸待定。具体尺寸如下图：轴：轴：轴：5、 齿轮模数的确定根据金属切削机床课程设计指导书P36可知：齿轮弯曲疲劳强度：-轴弯曲疲劳强度的估算： 圆整为m1=2.5；-轴弯曲疲劳强度的估算：圆整为m2=3；-轴弯曲疲劳强度的估算：圆整为m3=3；6、 齿轮齿宽的估算：根据机械设计P205可知b=d*d（d为齿宽系数）可算得b1=1*30=30mm，故第一组三联齿轮及与三联齿轮配合的齿轮齿宽全为30mm；同理可得后两组的双联齿轮的齿宽都为30mm。综上所述，课列出齿轮的参数图，如下：标准齿轮=20，ha*=1，c*=0.25齿轮齿数模数m分度圆d齿顶圆齿根圆齿顶高齿根高1362.5909583.752.53.1252362.5909583.752.53.1253302.5758068.752.53.1254422.510511098.752.53.1255242.5606553.752.53.1256482.5120125113.752.53.1257423126132118.533.758423126132118.533.759223667258.533.7510623186192178.533.7511603180186172.533.7512453135141127.533.7513223667258.533.7514833249255241.533.757、 齿轮强度的估算及传动系统图：根据金属切削机床课程设计指导书P19可知，齿根圆到齿轮键槽顶部的距离2.5mm。 (1)对于轴：最小齿轮为齿轮5，Z=24，齿根圆直径=53.75mm，=53.75/2-25/2=26.875-12.5=14.3752*2.5=5,所以轴满足。(2)对于轴：最小齿轮为齿轮9，Z=22，齿根圆直径=58.5mm，=58.5/2-(30/2+3)=29.25-18=11.252*3=6,所以轴满足。=58.5/2-30/2=29.25-15=14.252x3=6,所以轴满足。(4) 对于轴：最小齿轮为齿轮12，Z=45，齿根圆直径=127.5mm，=127.5/2-(80/2+5)=63.75-45=18.752*3=6,所以轴满足。(5) 传动系统图如下：8、 主轴组件的设计8.1 主轴内孔莫氏锥度的选择根据金属切削机床课程设计指导书P33可查得主轴的前轴颈为90mm，又根据金属切削机床课程设计指导书P61和车床最大加工直径500mm，课查得内空心头部孔选择莫氏6号锥度，并查得尺寸如下：打断直径D=63.348mm，锥度=1:19.180，长度L=181mm。8.2 主轴直径的确定根据金属切削机床课程设计指导书P64可查得如下图所示的主轴头部，具体尺寸为D=106.375mm，D2=133.4mm，D3=170mm，B=25mm，Q=28mm，l=14mm，h=5mm，H=11mm，d1=15mm，d2=23mm，d3=9mm。根据金属切削机床课程设计指导书P104的压块锁紧螺母的标准，以及P102、P103圆柱滚子轴承和推力球轴承的标准，可确定个段的直径如下图所示(轴向长度待定)。8.3 主轴轴向尺寸根据金属切削机床课程设计指导书P64确定主轴前轴颈的宽度分别是B=22mm，Q=25mm，l=13mm，但在前轴颈的左部需要安装锁紧环和轴承端盖，故需要一定的长度，根据需要取此处85的长度为52mm。根据金属切削机床课程设计指导书P103确定圆柱滚子轴承3182121的宽度为41mm。根据金属切削机床课程设计指导书P102确定推力球轴承2268120+的宽度为60mm，两轴承的左部需要轴向定位，故需要压块锁紧螺母M100x2的定位，查得压块锁紧螺母宽度为22mm，螺纹总长度为27mm，另需两个套筒定位一个11mm，另一个10mm,所以100处的长度为108mm。根据齿轮的布局，齿轮12和齿轮14装在80处，两齿轮装在此处的轴向长度为140mm，另需压块锁紧螺母轴向定位，查得压块锁紧螺母宽度为22mm，螺纹总长度为30mm，故80处轴向长度为173mm。在主轴的尾部需要圆柱滚子轴承3192114的支承，查得3192114的宽度为30mm，另70与75相交处的锥度为1:12，故此处长度根据计算为60mm。在圆柱滚子轴承3192114左部需要套筒和压块锁紧螺母M68x2轴向定位，还需安装轴承端盖，查得压块锁紧螺母宽度为22mm，螺纹总长度为22mm，所以68处总轴向长度为27mm。根据主轴箱的布局，得出75处的轴向长度为366mm。在主轴尾部连接进给运动，需安装齿轮和定位装置，整根主轴的长度为959mm，圆整值为960mm,故62的长度为71mm。总体长度分布如下图：9、 主轴箱各轴的空间布局A=1/2De()+（815）+30（壁厚）=1/2*255+10+30=167.5mmB=1/2De()+（815）+25（壁厚）=1/2*255+10+25=162.5mmC=1/2De()+（815）+30（壁厚）=1/2*192+10+30=136mmD=1/2De()+（3050）+25（壁厚）=1/2*192+40+25=161mmE=1/2De()+（815）+25（壁厚)=1/2*125+10+25=97.5mmF=1/2D大带轮+（510）=1/2*224+10=122mmG=1/2D大带轮+（510）=1/2*224+10=122mmR3=A-=90mmR2=A-=126mmR1=A-=157.5mm其中测量H=253.47mm1/2D（大带轮）+1/2D(主轴尾部直径）=112+31=143mm具体布局如下图所示：10、 其它零部件的设计10.1 带轮的设计根据机械设计P160可查得带轮的各尺寸如下图所示：10.2 轴承的选择轴：根据机械设计课程设计P169选择深沟球轴承6206与皮带轮和法兰套配合，选择深沟球轴承6204与轴配合。轴：根据机械设计课程设计P169选择深沟球轴承6205与轴配合。轴：根据机械设计课程设计P169选择深沟球轴承6205与轴配合。主轴：根据金属切削机床课程设计指导书P103确定圆柱滚子轴承3182120和P102确定推力球轴承2268120+前端支承，主轴的尾部需要圆柱滚子轴承3192114支承。10.3密封装置根据机械设计课程设计P186可选择毡圈如下：轴：dxDxB=35x49x7主轴: dxDxB=75x94x8（左） dxDxB=90x112x9（右）11、 标注公差11.1 中心距标注与公差根据机械设计课程设计P224查得第-齿轮中心距极限偏差为900.027mm，第-齿轮中心距极限偏差为1260.0315mm，第-齿轮中心距极限偏差为157.50.0315mm。11.2 轴承的配合所有轴承与轴的配合均为过渡配合，查阅互换性与测量技术基础P158可知道以下配合，深沟球轴承可选用的公差配合；双列向心圆柱滚子轴承可选用；60角双向推力向心球轴承可选用11.3 键的配合根据机械设计课程设计P164查得平键的配合公差为8x7x25和18x11x100。根据机械设计课程设计P165查得花键的配合公差为4*17*20*6和6*21*25*5和6*26*30*612主轴刚度验算 机床在切削加工过程中，主轴的负荷较重，而允许的变形由很小，因此决定主轴结构尺寸的主要因素是它的变形大小。对于普通机床的主轴，一般只进行刚度验算。通常能满足刚度要求的主轴，也能满足强度要求。只有重载荷的机床的主轴才进行强度验算。对于高速主轴，还要进行临界转速的验算，以免发生共振。 主轴弯曲刚度的验算；验算内容有两项：其一，验算主轴前支撑处的变形转角，是否满足轴承正常工作的要求；其二，验算主轴悬伸端处的变形位移y，是否满足加工精度的要求。对于粗加工机床需要验算、y值；对于精加工或半精加工机床值需验算y值；对于可进行粗加工由能进行半精的机床（如卧