金属切削机床主轴箱设计说明书.doc

机械制造设备设计课程设计 已知条件： 公比 交流电动机7.5kw，转速1440/9701.设计目的通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，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。2.机床主要参数的确定2.1确定级数z已知公比，。由，可得级数，查标准数列表，主轴各级转速为（）15；19；23.6；30；37.5；47.5；60；75；95；118；150；190；236；300；375；475.2.2确定电动机型号已知电动机功率P=7.5kw。 电机转速nd: 因为nmax =475r/min ，根据N=7.5 KW，由于要使电机转速nd与主轴最高转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。所以初步定电机为：Y160M-6，电机转速970r/min。3.拟定机床的传动方案 3.1结构式的确定 16= 根据主变速传动系设计的一般原则，从电动机到主轴主要为降速传动，若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足传动副前多后少的原则，因此取方案。在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比 ；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比。在主传动链任一传动组的最大变速范围。3.2绘出结构网根据结构式，从而确定结构网如下：检查传动组的变速范围时，只检查扩大组： 其中， 所以 ，合适。3.3 绘制转速图 1.分配降速传动比 在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比 ，现取最后的变速组的最小降速传动比为1/4；查表，可得。根据降速前慢后快的原则，决定其余变速组的最小降速传动比，变速组c的最小传动比=；变速组b的最小传动比=；变速组a的最小传动比=2.确定各级转速并绘制转速图 由 z = 16确定各级转速：（）15；19；23.6；30；37.5；47.5；60；75；95；118；150；190；236；300；375；475.绘制的转速图如下：4确定各变速组传动副的齿数4.1变速组a:变速组a由3个传动副，其传动比分别为：。后两个传动比小于1，取其倒数，按u=1，1.26，1.58查表3-9, 查出符合三个传动比的齿数和分别有： 62、64、66、68、70、72、74 63、65、66、68、70、72、74 62、65、67、70、72、73符合的有70，72，可取70,于是可得轴齿轮齿数分别为：35、31、27。于是，可得轴上的三联齿轮齿数分别为：35、39、43。4.2变速组b:变速组b由2个传动副，其传动比分别为：。后一个传动比小于1，取其倒数，按u=1，2查表3-9, 查出符合两个传动比的齿数和分别有： 72、74、76、78、80、82、84、86 72、75、78、81、84、86、87符合的有72，78，84，86，可取78,于是可得轴齿轮齿数分别为：39，26。于是，可得轴上的三联齿轮齿数分别为：39、52。4.3变速组c:变速组c由2个传动副，其传动比分别为：。后一个传动比小于1，取其倒数，按u=1.26，3.16查表3-9, 查出符合两个传动比的齿数和分别有： 81、82、83、84、86、88、91、 83、84、87、88、91、92 符合的有84，88、91，可取84,于是可得轴齿轮齿数分别为：47、20。于是，可得轴上的三联齿轮齿数分别为：37、64。4.4变速组d:变速组d由2个传动副，其传动比分别为：。后一个传动比小于1，取其倒数，按u=1.58，4查表3-9, 查出符合两个传动比的齿数和分别有： 88、90、91、93、95、96、98、99、 89、90、91、94、95、96、99、100 符合的有90、91、95、96、99、，可取96,于是可得轴齿轮齿数分别为：37、19。于是，可得轴上的三联齿轮齿数分别为：59、77。算得各齿轮的参数如下：(mm)齿数模数分度圆直径齿根高齿顶高齿根圆直径齿顶圆直径中心距3531053.75397.51111053510597.5111319385.59939117109.5123278173.58743129121.5135393117109.512311739117109.5123267870.58852156148.5166474188175196371481381562080547088168642562462643741481381561925923622624419766684773082983165 绘制传动系统图 根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可绘制出如下系统图：6.传动零件的初步计算 6.1带传动设计电动机转速n=970r/min,传递功率P=7.5KW,传动比i=970/600=1.62，两班制，一天运转16小时，工作年数10年。1 确定计算功率 取1.1，则2选取V带型 根据小带轮的转速和计算功率，选B型带。3确定带轮直径 查表，小带轮最小基准直径,取，则大带轮的直径为。取标准值 4计算带的速度验算带速度 其中 -小带轮转速，r/min； -小带轮直径，mm； ，符合要求。5初定带传动的中心距 设中心距为,则 055（）a2（） 于是 254.8a728,初取中心距为400mm。 6计算带的基准长度带长 查表取相近的基准长度，。 7计算带传动的实际中心距带传动实际中心距8验算小带轮的包角 一般小带轮的包角不应小于。 符合要求。9确定V带的根数 其中： -时传递功率的增量； -按小轮包角，查得的包角系数； -长度系数； 为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于10。 取Z=4根10计算带的张紧力 其中： -带的传动功率,KW； v-带速,m/s； m-每米带的质量，kg/m；取q=0.17kg/m。 v = 7.11m/s。 11计算作用在轴上的压轴力 6.2验算主轴转速误差 转速误差： 为主轴的实际转速。，合格 同理，合格，合格，合格，合格，合格，合格，合格，合格，合格，合格，合格，合格，合格，合格，合格6.3传动轴直径的确定1.计算转速1）各轴计算转速主轴的计算转速取，轴的计算转速：75r/min,轴的计算转速:190r/min,轴的计算转速：375r/min,轴的计算转速：600r/min。齿轮计算转速600600600475600375375375375r/min齿轮计算转速190190236236757547.519047.5r/min2.确定各传动轴的最小直径一般按扭转刚度初算传动轴直径： ，其中为该轴传递的功率；为该轴每米长度允许扭转角查机械设计手册，各传动的效率分别为：带传动：，齿轮传动，轴承1）轴的直径： ，=0.75deg/m，取d=35mm2）轴的直径=0.75deg/m,取d=40mm3）轴的直径： ,=0.75deg/m ,取d=45mm4）轴的直径： ,=0.75deg/,取d=55mm5)主轴的直径：由主轴所传递的功率查表，取主轴前轴颈的直径，主轴后轴颈的直径，取=80mm。主轴孔径d取主轴平均直径的55%-65%，取d=50mm。6.4齿轮模数的初步计算按下列公式初定模数：式中：N为齿轮传递的功率，Z式齿轮齿数，n该齿轮的计算转速取齿数最少的齿轮计算。Z=19则，初选齿轮模数m=47.主要零件的设计与验算7.1 齿轮强度计算和模数的选定 1.变速组a：按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。两齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度217255HBS。8级精度。按接触疲劳强度设计：其中: 1）小齿轮传递功率的转矩： 2）载荷系数K=1.43）齿宽系数；4）弹性系数5）齿数比u=Z6/Z5=1.586)节点区域系数7)重合度查表，取重合度系数8）许用接触应力由图表查得接触疲劳极限应力=570Mpa，应力循环次数查表得，寿命系数。取安全系数=1.0，=81.2mm，则齿轮模数m。校核齿根弯曲疲劳强度其中： 1）K=1.4, =113485.8N.mm, =27*3=81,b=,取b=40mm 2）齿形系数 3)应力修正系数 4）重合度系数=0.72 5）许用弯曲应力 查表=220Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1.25=176Mpa 符合要求2.变速组b：按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。两齿轮选用45钢，调质-表面淬火处理，齿面硬度4050HRC。8级精度。按接触疲劳强度设计：其中: 1）小齿轮传递功率的转矩： 2）载荷系数K=1.43）齿宽系数；4）弹性系数5）齿数比u=Z10/Z9=26)节点区域系数7)重合度查表，取重合度系数8）许用接触应力由图表查得接触疲劳极限应力=1100Mpa，应力循环次数查表得，寿命系数。取安全系数=1.0，=56.1mm，则齿轮模数m，取m=3校核齿根弯曲疲劳强度其中： 1）K=1.4, =176229.3N.mm, =26*3=78,mm，b=mm 2）齿形系数 3)应力修正系数 4）重合度系数=0.72 5）许用弯曲应力 查表=320Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1.25=256Mpa 符合要求3.变速组c：按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。两齿轮选用45钢，调质-表面淬火处理，齿面硬度4050HRC。8级精度。按接触疲劳强度设计：其中: 1）小齿轮传递功率的转矩： 2）载荷系数K=1.43）齿宽系数；4）弹性系数5）齿数比u=Z14/Z13=3.26)节点区域系数7)重合度查表，取重合度系数8）许用接触应力由图表查得接触疲劳极限应力=1100Mpa，应力循环次数查表得，寿命系数。取安全系数=1.0，=61.2mm，则齿轮模数m，取m=4校核齿根弯曲疲劳强度其中： 1）K=1.4, =271527.5N.mm, =20*4=80mm，b=mm 2）齿形系数 3)应力修正系数 4）重合度系数=0.72 5）许用弯曲应力 查表=320Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1.25=256Mpa 符合要求4.变速组d：按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。两齿轮选用45钢，调质-表面淬火处理，齿面硬度4050HRC。8级精度。按齿根弯曲疲劳强度设计：其中: 1）小齿轮传递功率的转矩： 2）载荷系数K=1.43）齿宽系数；4）齿形系数 5)应力修正系数 6）重合度重合度系数=0.727）许用弯曲应力 查表=320Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1.25=256Mpa=3.84,取模数m=4校核接触疲劳强度其中： 1）K=1.4, =327213.2N.mm, =19*4=76mm，b=mm2）弹性系数3）齿数比u=Z18/Z17=44)节点区域系数 5）重合度系数=0.886）许用接触应力由图表查得接触疲劳极限应力=1100Mpa，应力循环次数查表得，寿命系数。取安全系数=1.0，符合要求7.2 主轴挠度的校核 通过受力分析，在主轴的两对啮合齿轮副中，靠近中间的一对齿轮对主轴中点处的挠度影响最大，所以，选择啮合的齿轮来进行校核：挠度计算公式为：，其中1） 主轴传递的转矩 2） 主轴两支承间的跨距l=530mm, a=298mm , b=232mm3） 主轴的弹性模量：主轴选用的是45钢，弹性模量为4） 主轴的惯性矩： 5）许用挠度 y=0.0002l=0.0002*530=0.106mm符合要求7.3摩擦离合器的计算1确定摩擦面的对数 摩擦面的对数式中：1）转矩T=1134853.8N.mm 2）安全系数K=1.3 3) 摩擦片平均直径 4）摩擦片接触宽度b=10mm 5）摩擦系数f=0.1 6）许用压强p=1.2MPa,基本