C6163普通车床主轴箱的设计

- 1 -C6163普通车床主轴箱的设计摘 要：车类机床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱表面、圆锥表面、成型回转表面和回转体的端面等，有些车床还能加工螺纹面。由于多数机器零件具有回转表面、车床的通用性又较广，因此在机器制造厂中，车床的应用机器广泛，在金属切削机床中所占比重较大，约占机床总台数的 20%-35%。作为主要的车削加工机床，C6163 车床也广泛应用于机械加工行业中，适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其他旋转面，车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作，车身宽于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中频淬火，经久耐用。机床主轴孔径大、操作灵便集中、溜板设有滑移机构。机床结构刚度和传动刚度均比较高，功率利用率也比较高，适于强力高速切削。卧式机床的加工对象主要是轴类零件和直径不太大的盘累零件，故采用卧式布局。其主要部件有：主轴箱、刀架、尾座、进给箱、溜板箱以及床身。本设计主要针对 C6163 机床的主轴箱设计，机床主轴箱是一个比较复杂的传动部件。设计内容主要包括确定机床的主要参数，拟定传动方案和传动系统图，计算和校核了主要零部件，并且利用了专业制图软件进行了零件的设计和处理。关键词：C6163 车床 主轴箱 零件 传动- 2 -C6163 lathe spindle box designAbstract: The lathe class machine tool mainly was used in to process each kind of rotation surface,like inside and outside periphery,the circular cone surface,take shape the rotation surface and the gyre end surface and so on,some lathe also can process whorl.Because the most machine part has the rotation surfce,lathe versatility broader,therefore in machine shop, lathe application extremely aidespread,accounts for the proportion in the metal cutting bed to be biggest,approximately composes the machine tool main station number 20%-35%.As the main turning processing machinetool,the C6163 machine tool was widespread used in the machine-finishing procession,it is used in turning inside and outside the turning the round cylinder,taper and gyre,turning each kind of metric system,the British system,the modulus and the diameter festival thread,and can carry on the drill hole and pulls work and so on fuel tank.The lathe bed width to the common lathe,has a higher rigidity,the facade of the lead after middle frequency quenching,so it will be durable.The machine tool main axle aperture is big,the opration agile centralism,the apron is equipped with quickly moves the organization.machine tool structure rigidity and transmission rigidity quite high,the power use factor quite is also high,is suitable for the force high-speed cutting.The horizontal-type machine tool processing object,mainly is the axis class components and the diameter not too big plate class components,therefore uses the horizontal-type layout.Its major component includes:headstock,toolslide,tailstock,feedbox,apron and bed.This design mainly aims at the headstock of the C6163 machine tool.The headsyock of machine tool is a quite complex transmission part.The design content mainly includes determines the machine tools main - 3 -parameter.Draws up the transmission plan and the transmission scheme,Calculated and examined the main spare,And used specialized charting software to carry on the components design and processing.Keywords: C6163 lathe Headstock Parts Transmission- 4 -一、概 述1.1金属切削机床在国民经济中的地位作为主要的车削加工机床，普通车床是车床中应用最广泛的一种，广泛的应用于机械加工行业中，约占车床类总数的 65%，对普通车床主轴箱的设计符合我国国情，即适合我国目前的经济水平、教育水平和生产水平，又是国内许多企业提高生产设备自动化水平和精密程度的主要途径，在我国有着广阔的市场。机床是装备工业的基本生产手段，机床工业是关系国计民生、国防建设的基础工业和战略性产业，在世界范围内备受各方密切关注。我国机床工业在国家正确方针政策指引下，经历经济恢复时期及“十五”计划阶段，特别是改革开放 20 年来的艰巨努力，建立起较大的规模、较完整的体系，奠定了有利的技术基础，具备相当的竞争实力。整体上说，我国机床工业已跨入世界行列的第一方阵。2004 年在重组素有“中国金牌出口基地”之称的云南 CY 集团有限公司后，成功并购了具有 150 多年重型机床制造历史的德国希斯公司，标志公司已经开始步入国际化经营轨道。2005 年控股交大昆机，公司未来的发展格局是形成沈阳、昆明、欧洲三大产业集群，发展目标是打造世界知名品牌，创建世界知名公司。总量供给能力不凡，近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的必要强化，国家装备制造业对机床这种基础性、战略性生产制造手段，提出了大量急迫的需求。特别是 2002 年，我国机床市场消费金额上升到 59 亿美元，跃居世界第一位。面对这一巨大需求，我国机床工业奋力迎战，2002 年市场自我满足率达到 48；（世界机床工业发达国家和地区同年相应的本国、本地区市场自我满足率分别是：日本 86。意大利 67、德国 59。中国 48、西班牙 44、瑞士 42、韩国 35、法国 33、中国台湾省 32、美国 30、加拿大 19、英国 11。 ）一定程度体现出我国机床工业在总量供给方面的能力凡。回顾我国机械制造业的基础装备供应的历史情况，根据全国工业普查资料,50 年来经过更新后的机床拥有量约 378 万台，其中金切机床 294 万台，锻压机床 84 万台，拥有量中我国自供装备占绝大部分；包括重型超重型金属切削机床与锻压设备、高精度精密机床与数控机床、上千条自动半自动生产线。以装备重大工程项目为例，当年在遭受禁运与封锁的环境下，为了装备一个年产 10 万辆载重汽车（包括军用）的工程项目，机床工业全力以赴,提供了按台数计占 96（按投资金额计占 80）的各种装备：包括专机及 30 条自动生产线共 7664 台（套、线） ，受到小平同志的赞许，称为”聚宝盆” 。 我国机床工业正在与海外公司进行生产、技术合作，引进技术及人才、融资合资，以及接受独资办厂等方面陆续开展工作，见诸成效的超过百项，对适应市场 需求、提升产品性能水平产生了良好效果，应当进一步加大步伐。经营模式为我所用，从而有效地吸收先进的企业经营方式、方法，提升产品适应世界市场的性能，带动出口。这是我国“人世”后加人世界经济大循环中值得积极而慎重采取的一种措施。我国机床工业从整体上说，已跨入世界行列的第一方阵，但摆在我们面前的将是更为激烈的竞争。任重道远，时不我待，必须奋力前进，迎接更大的挑战。1.2机床课程设计的目的大学四年的学习生活即将结束，大学学习生活中的最后一个环节也是最重要一个环节毕业设计，是对所学知识和技能的综合运用和检验。毕业设计作为我在大学校园里的最后一堂课、最后一项测试，它既是一次锻炼，也是一次检验，机械系统设- 5 -计课程设计是专业课最后一个实践性教学环节，是机械零件课程设计的延伸，是机械系统设计的一次全面训练，其目的是：（1） 联系生产实际，运用所学过的知识，培养独立的分析问题、解决问题的能力。（2） 利用 “机械设计”“机械原理”等前序课的知识，学会并掌握机械系统设计的特点及方法，学会并掌握机械系统设计中“参数设计”、“方案设计”及“结构设计”的方法。（3） 加强机械设计中基本技能的训练。加强计算能力，加强运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力，加强机械绘图的能力。（4） 巩固和加强机械零件的设计及制造工艺方向的知识。该设计既有机床结构方面内容，又有机加工方面内容，有利于将大学所学的知识进行综合运用。通过该设计可以拓宽我的知识面，增强实践能力，对普通机床和数控机床都能有进一步的了解。1.3车床的规格系列和用处按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、 转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。卧式车床加工尺寸公差等级可达 IT8IT7，表面粗糙度 Ra 值可达 1.6m。近年来，计算机技术被广泛运用到机床制造业，随之出现了数控车床、车削加工中心等机电一体化的产品。1.普通车床：加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。可进行各种车削工作，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹。该机床刚性好、功率大、操作方便。2.转塔车床和回转车床：具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。 3.自动车床：按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。4.多刀半自动车床：有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高 35 倍。5.仿形车床：能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环(见仿形机床)，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高 1015 倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。6.立式车床：主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，分单柱和双柱两大类。7.铲齿车床：在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。 8.专门化车床：加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。- 6 -9.联合车床：主要用于车削加工,但附加一些特殊部件和附件后还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有一机多能的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站上的修配工作。10.数控车床：数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在中国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。11.马鞍车床：马鞍车床在车头箱处的左端床身为下沉状，能够容纳直径大的零件。车床的外形为两头高，中间低，形似马鞍，所以称为马鞍车床。马鞍车床适合加工径向尺寸大，轴向尺寸小的零件，适于车削工件外圆、内孔、端面、切槽和公制、英制、模数、经节螺纹，还可进行钻孔、镗孔、铰孔等工艺，特别适于单件、成批生产企业使用。马鞍车床在马鞍槽内可加工较大直径工件。机床导轨经淬硬并精磨，操作方便可靠。车床具有功率大、转速高，刚性强、精度高、噪音低等特点。C6163 床身上最大回转直径 630mm 横拖板上最大回转直径 360mm 中心距 750 1000 1500 2000 3000 4000 5000 6000 8000 1000 12000mm 马鞍上最大回转直径 ， 800 mm 花盘前马鞍有效长度 300mm 床身宽度 490mm 主轴孔径 70mm 主轴端部尺寸 C-8 or D-8 主轴锥孔 C-8 or D-8 主轴转速范围(级数)16-800(18 STEPS)公制螺纹范围(种数)1-240mm(54kinds)英制螺纹范围(种数)28-1inch(37Kinds)模数螺纹范围(种数)0.5-60 OP(45Kinds)径节螺纹范围(种数)30-1t.p.i.(27Kinds)纵向螺纹范围(种数)0.05-1.42mm/r(72Kinds)横向螺纹范围(种数)0.015-0.48mm/r(72Kinds)快速进给:纵向/横向 6/2m/min1.4 操作性能要求普通车床是能对轴、盘、环等多种类型工件进行多种工序加工的卧式车床，常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹，采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的 65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。普通车床主要组成部件有：主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置。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。主轴箱中等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。进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。刀架：有两层滑板(中、小滑板)、床鞍与刀架体共同组成。用于安装车刀并带动- 7 -车刀作纵向、横向或斜向运动。尾架：安装在床身导轨上，并沿此导轨纵向移动，以调整其工作位置。尾架主要用来安装后顶尖，以支撑较长工件，也可安装钻头、铰刀等进行孔加工。床身：是车床京都要求很高的带有导轨(山形导轨和平导轨)的一个大型基础部件。用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。冷却装置：冷却装置主要通过冷却水泵将水箱中的切削液加压后喷射到切削区域，降低切削温度，冲走切屑，润滑加工表面，以提高刀具使用寿命和工件的表面加工质量。- 8 -二、参数的拟定2.1基本参数和转速范围的确定1、基本参数主参数 D床身上最大加工直径（mm）刀架上最大工件回转直径 (D800mm 时)831.026.Dd或 =360mm通过主轴孔最大奉料直径 =70mm10床身宽度 =500mm82.4DB通用机床主轴短部结构形状序号 简 图 结 构 特 点 应用范围1 前端短锥面定位，定心精度高；法兰上的螺孔用于紧固卡盘，并有一沉孔，以安装端而键传递转矩。内孔为莫氏内锥孔，用以安装顶尖、心轴等；头部悬伸较短，刚性好；装卸卡盘方便大多数车床、六角车床、多刀车床的主轴2 a,b 为定位面，与卡盘配合有间隙，定位面易磨损，定心精度低；螺纹用于锁紧卡盘，内锥孔用于安装顶尖、心轴和弹簧夹头等；轴端悬伸长，刚性差；装拆卡盘较方便车床、仪表机床（在新设计的机床上已逐渐淘汰）3 长锥为定位面，定心精度高；与卡盘连接时用套在主轴上的螺母拉紧，长锥上的键用以传递扭矩；轴端悬伸较长，刚性较差；装拆卡盘较方便车床4 7：24 锥孔作定位面，供安装铣刀或铣刀心轴的尾椎，再用拉杆从主轴后端拉紧，四个螺孔供安装端铣刀用，两个长槽供安装端面键以传递扭矩铣床5 模氏锥孔作定位面并传递一定的转矩，锥孔内部的退锥槽，借助楔铁使刀具安装可靠，尾部的退锥槽便于拆卸刀具，并与刀具钻床、镗床- 9 -扁尾一起传递扭矩。2、尺寸参数机床主轴端部结构形状：主轴中心孔前段锥度，MT#80。为装配方便，车床主轴直径通常是从前向后逐段递减。一般车、铣床主轴后轴颈的直径 ， 为前轴颈尺寸。dd)9.07(21主轴前轴颈尺寸应按所传递的功率确定，初选时可参照下表初定。主轴前轴径的直径 mm功率 KWDi机床 1.47-2.5 2.6-3.6 3.7-5.5 5.6-7.3 7.4-11 11-14.7 14.8-18.4 18.5-22 22-29.5卧式车床 60-80 70-90 70-105 95-130 110-145 140-165 150-190 220 230铣床 50-90 60-90 60-95 75-100 90-105 100-115 - - -外圆磨床 - 50-90 55-70 70-80 75-90 75-100 90-100 105 105主轴前端面到前支撑径向支反力作用点之间的距离为主轴悬伸量，减小悬伸量对提高主轴组件的刚度与抗振性有明显效果。主轴悬伸量的选择，可参照下表确定。主轴悬申量与前轴颈直径之比机床和主轴的类型 /D通用和精密车床，自动车床和短主轴端铣床，用滚动轴承支承，适用于高精度和普通精度要求0.6-1.25中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬申不太长（不是细长）的精密镗床和内圆磨床，用滚动轴承和滑动轴承支撑，适用于绝大部普通生产的要求。1.25-2.5孔加工机床，专用加工细长深孔的机床，由加工技术决定，需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动，因切削较重而不适用于有高精度要求的机床。2.5主轴最佳跨距可据下列经验公式初定式中 L 0最佳跨距 a悬伸量aL)53(0（悬伸量大的机床 )21(若实际跨距 L 实 与最佳跨距 L0不能相等时，可取合理跨距 。0)5.17(LL合若 L 实 L 0时，应适当加强主轴刚度；反之，L 实 L0时，应适当加强轴承刚度。其他传动轴的径向尺寸，可按该轴所传递的扭矩初定，轴向尺寸必须保证各轴间齿轮不相干涉。滑移齿轮在一对齿轮彻底脱开后，下一对才能进行啮合，并且留有 1-2mm 间隙的实际需要的基础上，据结构要求确定。3、运动参数可通过类比、试验和计算等方法综合确定，课程设计中可参照下列经验公式及数据- 10 -初定。， =maxinin10dvmaxninax10dv式中，v min、v max 、d max、d min为经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。nmin 、n max机床的最低、最高转速其中常用经济加工切削速度。硬质合金刀具精车中碳钢 ;或min/20v。高速钢刀具粗车铸铁端面， 。高速钢刀具精车丝杠i/150 in/15mv。.v经济合理的工件或刀具直径可按照以下几种经验公式估定。普通车床 d max=（0.5- 0.7）D d min=(0.08-0.12)D 1式中 D 主参数（床身上最大加工直径）或取 Rd=dmin/dmax=4-6普通车床 d max=0.5D Rd = dmax/dmin=0.2-0.5 2车螺纹可取 0.1D 3根据工况，确定主轴最高转速有采用 YT15 硬质合金刀车削碳钢工件获得，主轴最低转速有采用 W16Cr4V 高速钢刀车削铸铁件获得。nmax= = 13.22r/min nmin= =770.79r/min mi10axdvmaxin10dv标准转速可参照机床与数控P15 表 1-4 标准转速系列选取。可选择机床的最高转速为 800r/min，最低转速为 16r/min。公比 取 1.26，转速级数 Z=18。2.2 主电机选择 电机功率可按下式估算P=PC/ 总 （KW） P C 消耗于切削的功率 总 总效率对于主运动为回转运动的机床 总 =0.7-0.85主运动为直线运动的机床 总 =0.6-0.7车、镗、磨等工序的切削功率 P c=FZV/60000 (kw)钻、扩等工序的切削功率 P c=Tn/9550 (kw)FZ切削力的切向分力（N）(查切削用量手册)V切削速度（m/min）T主轴最大扭矩（Nm）n主轴计算转速（r/min）或据下列公式及数据估算电机功率 P（数据较陈旧） FZ=fts （公斤力）f单位切削面积上的切削力硬质合金刀具加工中碳钢 f= 200（公斤力/mm 2）硬质合金刀具加工铸铁 f= 180（公斤力/mm 2）t切削深度（mm）s进给量（mm）车、镗、磨 P c= FZV/6120 （kw）- 11 -对于间断工作的机床，允许电机短时超载，则电机额定功率可按下式计算：P r=P/K (kw)式中，P r额定功率P算得的功率K超载系数 连续工作的电机 K=1.0间断工作的电机 K=1.1-1.251、电动机类型的选择：一般车床若无特殊要求，多采用 Y 系列封闭式三相异步电动机，根据原则条件选择 Y 系列笼式三相异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率： 总 = 带 2 轴承 齿轮 2 轴承 齿轮 2 轴承=0.960.9820.970.9820.970.982=0.80(2)电机所需的工作功率：P 工作 =FV/1000 总=58015/10000.8=11KW3、确定电动机转速：符合 11Kw 额定功率的三相异步电动机的转速有 750、1000、1500 和3000r/min。根据机械设计课程设计指导书表 14.1 查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第 2 方案比较适合，则选 n=1000r/min 。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y160L-6。其主要性能：额定功率：11KW，满载转速 970r/min，额定转矩 2.0。三 、传动设计- 12 -3.1 主传动方案拟定、传动结构式、结构网的选择1.确定结构方案：（1） 主轴传动系统采用 V 带、齿轮传动；（2） 传动形式采用集中式传动；（3） 主轴换向制动采用双向片式摩擦离合器和带式制动器；（4） 变速系统采用多联滑移齿轮变速。2主传动系统运动设计：（1） 拟订结构式：a 确定变速组传动副数目：实现 18 级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合：A18=2*9 B.18=9*2 C。18=3*6D18=6*3 E.18=3*3*2 F.18=2*3*3 G.18=3*2*3 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，根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案 E 是可取的。方案 A、B、C、D 可节省一根传动轴。但是，其中一个传动组内有多个变速传动副，增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。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41min 2maxi传动链任一传动组的最大变速范围 。108minaxaR为满足结构设计和操纵方便的要求，大多数专机中用滑移齿轮变速方式，18 级转速要有 3 个变速组，Z=3*3*2，再由“前多后少” ， “前密后疏”原则，则选择 Z=3*31*22的方案。该机床的主传动系统的总降速比 u=16/800=1/50。每一个变速组都的最小降速均为 1/4 时，则 3 个变速组的总降速比达到1/4*1/4*1/4=1/64，所以不需要增加一个降速传动。1）分配各变速组的最小传动比I1 总降速比 U= = = =nmaxi8016517I2 设第一、二、三变速组分别为 a、b、c，- 13 -= = ， = = ， = =ucmin416bmin51.3uamin415.23.2转速图的拟定：1确定传动轴轴数传动轴轴数 = 变速组数 + 定比传动副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。2确定各级转速并绘制转速图由 z = 18 确定各级转速：min/6rni26.800、630、500、400、315、250、200、160、125、100、80、63、50、40、31.5、25、20、16r/min。在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按传动顺序依次设为、。与、与、与轴之间的传动组分别设为 a、b、c。现由（主轴）开始，确定、轴的转速： 先来确定轴的转速传动组 c 的变速范围为 ，结合结构式，426.1轴的转速只有一个可能：63、80、100、125、160、200、250、315、400r/min。 确定轴的转速传动组 b 的级比指数为 3 轴的转速确定为：200、250、315r/min。确定轴的转速对于轴，其级比指数为 1, 确定轴转速为 500r/min。由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比 。下面画出转速250/1i图（电动机转速与主轴最高转速相近） 。1）画出各变速组连线据 Z= 1 . PabacPbawaPc1-w则 18= 1 3*33012- 14 -验算传动组变速范围：检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组：校核升速传动比 2，结合图 1 所示得出 = =2 满足要求umax 326.12）画出全部传动比连线：- 15 -确定各变速组传动副齿数传动组 a:， ， 。58.1/21ia2/1/32ia51.2/43ia查机械制造装备设计表 2.1，确定最小齿轮的齿数和 Zmin 及最小齿数和 Smin最小齿数必在 的齿轮副中，据 Zmin=22，在 U=2.51 行查得5./43iZmin=22 时 Szmin=77。找出可能采用的齿数和 Sz 诸数值查表得 Sz=78、95、98、99、101选 Sz=78，得 23Z确定各齿轮的齿数：由 u=1.58 行找出 ，则301Z483071S1Zz由 u=2 行，找出 ，则62 526782由 u=2.51 行，找出 ，则3Z3于是可得轴齿轮齿数分别为：30、26、22，轴上的三联齿轮齿数分别为：48、52、56。传动组 b:， ， 。26.11ib58.1/2ib16.3/53ib查机械制造装备设计表 2.1，确定最小齿轮的齿数和 Zmin 及最小齿数和 Smin最小齿数必在 的齿轮副中，据 Zmin=22，在 U=3.16 行查得6./53iZmin=22 时 Szmin=91。找出可能采用的齿数和 Sz 诸数值查表得 Sz=91、95、99、100选 Sz=91，得 23Z确定各齿轮的齿数：由 u=1.26 行找出 ，则 ;15Z1S91540zZ由 u=1.58 行，找出 ，则52 6392由 u=3.16 行，找出 ，则3Z3于是可得轴齿轮齿数分别为：51、35、22，轴上的三联齿轮齿数分别为：40、56、69。传动组 c: - 16 -=2, 1ic33.98/1/c62i查机械制造装备设计表 2.1，确定最小齿轮的齿数和 Zmin 及最小齿数和 Smin最小齿数必在 的齿轮副中，据 Zmin=22，在 U=3.98 行查得./62iZmin=22 时 Szmin=109。找出可能采用的齿数和 Sz 诸数值查表得 Sz=110、114、119、120应尽可能小，其已经超过了 100，所以选最小的 ，得出 。确定zS 10zS2zZ各齿轮的齿数：由 u=2 行找出 ，则731Z371Z由 u=3.98 行，找出 ，则28202于是可得轴齿轮齿数分别为：73、22，轴上的三联齿轮齿数分别为：37、88。综上整理有下表：变速组 a 变速组 b 变速组 c 变速组齿数和 78 91 110轴 30 22 26轴 48 56 52 22 51 35轴 69 40 56 22 73轴 88 37传动过程中，会采用三联滑移齿轮，为避免齿轮滑移中的干涉，三联滑移齿轮中最大和次大齿轮之间的齿数差应大于 4。所选齿轮的齿数符合设计要求。确定带轮直径如图 1，由电机转速 ， ，设带轮传动比为min/10rn电 in/16ir带u则 =16/1000*56/22*69/22*88/22=100/196带u查机械设计表 8-8 可得 =200，mind40ax此时传动比 u=200/400 比 100、196 略小一点，但由于带轮在工作中会出现滑动，所以取 =200， 很接近预定值。mind40ax3.3 绘制传动系统图根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下系统图：- 17 - 18 -四、动力设计4.1 确定各轴转速及检查 确定主轴计算转速：主轴的计算转速为min/50.8r26.1n383zmi IV各传动轴的计算转速： 轴可从主轴 50.8r/min 按 73/37 的传动副找上去，轴的计算转速63r/min；轴的计算转速为 200r/min；轴的计算转速为 500r/min。3各齿轮的计算转速传动组 c 中，22/88 只需计算 z = 22 的齿轮，计算转速为 200r/min；73/37 只需计算 z = 37 的齿轮，计算转速为 125r/min；传动组 b 计算 z = 22 的齿轮，计算转速为 200r/min；传动组 a 应计算 z = 22 的齿轮，计算转速为 500r/min。4核算主轴转速误差主轴各级实际转速值用下式计算：n = nE* (1-)u 1 u2 u3 21d式中 u 1 u2 u3 分别为第一、第二、第三变速组齿轮传动比。 取 0.05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 = | |10（-1）%其中 主轴标准转速nmin/7863/40/518/340/210 r实min8r标 %573.108)76(%10)( 标 标实- 19 -转速误差表主轴转速 n1 n2 n3 n4 n5 n6标准转速 16 20 25 31.5 40 50实际转速 15.66 19.93 24.91 30.69 39.06 48.83转速误差% 2.12% 0.35% 0.36% 2.57% 2.35% 2.34%主轴转速 n7 n8 n9 n10 n11 n12标准转速 63 80 100 125 160 200实际转速 62.61 79.69 99.61 123.57 157.27 196.58转速误差% 0.62% 0.39% 0.39% 1.14% 1.71% 1.71%主轴转速 n13 n14 n15 n16 n17 n18标准转速 250 315 400 500 630 800实际转速 242.21 308.28 385.35 503.81 628.89 786.11转速误差% 3.11% 2.13% 3.66% 0.76% 0.18% 1.73%转速误差满足要求， 所以合适。4.2带传动设计电动机转速 n=1000r/min,传递功率 P=11KW,传动比 i=2，两班制，一天运转 16.1 小时，工作年数 10 年。- 20 -确定计算功率 取 1.1，则AK12.KW.PKAca选取 V 带型根据小带轮的转速和计算功率，查机械设计图 8-11 选 B 型带。确定带轮直径和验算带速由以上已得小带轮基准直径 ,md201mid40220验算带速成 061nv其中 -小带轮转速，r/min；1-小带轮直径，mm；d，合适。25,/47.106024.3smv4确定带传动的中心距和带的基准长度设中心距为 ,则0a055（ ） a 2（ ）21d21d于是 330 a 1200,初取中心距为 700mm。0a带长 0212104)()(2dLm285.70)()7(.372查机械设计表 8-2 取相近的基准长度 ， 。dL带传动实际中心距 mLad357.682005验算小带轮的包角一般小带轮的包角不应小于 。1。合适。 1204.635.71802ad6确定带的根数- 21 -LcakpZ)(0其中： - 时传递功率的增量；1i-按小轮包角 ，查得的包角系数；k-长度系数；L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。305.196)3.07.(2Z7计算带的张紧力 F20)5.2(qvkvZpFca其中： -带的传动功率,KW；cav-带速,m/s；q-每米带的质量，kg/m；取 q=0.18kg/m。v = 1000r/min = 10.47m/s。NF 7.3284.108.)96.052(347.1050 8计算作用在轴上的压轴力ZQ 92.3sin.82sin2104.3 各传动组齿轮模数的确定和校核模数的确定：a 传动组：分别计算各齿轮模数先计算 22 齿齿轮的模数： 321)1(68jmdnzN其中: -公比 ； = 2.545；-电动机功率； = 11KW；dNd-齿宽系数；m- 22 -齿轮传动许允应力;-计算齿轮计算转速。jn， 取 = 600MPa,安全系数 S = 1。SKNlimlim由应力循环次数选取 9.0MPa5416.，取 S=1， 。90.NK MPaSKHN540160.1limmm9.054.28)(1632取 m = 5mm。按齿数 30 的计算， ，可取 m = 5mm；7.42按齿数 26 的计算， , 可取 m = 5mm。83于是传动组 a 的齿轮模数取 m = 5mm，b = 40mm。轴上齿轮的直径：。mddd aaa 13026515031025 321 ；轴上三联齿轮的直径分别为：mmaaa 4886321 ；b 传动组：确定轴上另两联齿轮的模数。32)1(168jmdnzN按 22 齿数的齿轮计算：i/0.rnj，可得 m = 4.72mm；取 m = 5mm。按 40 齿数的齿轮计算：可得 m = 3.97mm；按 35 齿数的齿轮计算：- 23 -可得 m = 4.15mm；于是轴两联齿轮的模数统一取为 m = 5mm。于是轴两联齿轮的直径分别为：；ddbb 2045102521 ； mdb1753轴上与轴两联齿轮啮合的两齿轮直径分别为：；mmbb 1346921； ；b28063c 传动组：取 m = 5mm。轴上两联动齿轮的直径分别为：ddcc 3657102521 ；轴上两齿轮的直径分别为：。； mmcc 1848214.4 齿轮强度校核：计算公式 bYKTSaFF121、校核 a 传动组齿轮校核齿数为 22 的即可，确定各项参数 P=12.1KW,n=500r/min, mNnPT 566 103.25/1.05.9/105.9确定动载系数： sdv /8齿轮精度为 7 级，由机械设计查得使用系数 5.vK mbm4058确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数 1d非对称 231.2.60.HdKb78.43.)0(8.,查机械设计得45/(40/hb 21FK确定齿间载荷分配系数: NdTFt 480.25- 24 -由机械设计查得mNbFKtA /105.40182.HF确定动载系数: 6.127.05.1HFvAK查表 10-5 72.FaY57.1Sa计算弯曲疲劳许用应力由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 。 aFEMp540图 10-18 查得 ,S = 1.39.0NKaFMp374.1590， 6.8.2SaFY故合适。3.94.54016.bmKt2、校核 b 传动组齿轮校核齿数为 22 的即可，确定各项参数 P=12.1KW,n=200r/min, mNnPT 566 1078.2/1.05.9/105.9确定动载系数： sdv /齿轮精度为 7 级，由机械设计查得使用系数 .vK mbm4058确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数 1d非对称 231.2.60.HdKb42.)(8.0.,查机械设计得9)5/(4/hb 71FK- 25 -确定齿间载荷分配系数: NdTFt 105978.52由机械设计查得mNbFKtA /107.2640159.HF确定动载系数: 397.12.0.1HFvAK查表 10-5 72.FaY57.1Sa计算弯曲疲劳许用应力由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 。 aFEMp540图 10-18 查得 ,S = 1.39.0NKaFMp374.1590， 5.8.2SaFY故合适。.74.3401937. bmKt3、校核 c 传动组齿轮校核齿数为 22 的即可，与验证 b 用相同方法验算，c 组齿轮也符合设计要求4.5主轴挠度的校核1、 确定各轴最小直径1轴的直径： min/50,96.11rnnd3.91442轴的直径： min/20,9.098.12 rnmnd430.9144 3轴的直径： in/63,89.0.923 r- 26 -mnd576389.0191444主轴的直径： min/8.50,.98.0. 44 rnnd68.501914（1）轴的强度验算由于机床主轴箱中各轴的应力都比较小，验算时，通常用复合应力公式进行计算： Rb = R b MPaWTM225.0Rb 许用应力，考虑应力集中和载荷循环特性等因素。 W 轴的危险断面的抗弯断面系数；花键轴的抗弯断面系数 W = +Dd324dzb32)(2其中 d 花键轴内径；D 花键轴外径；b 花键轴键宽；z 花键轴的键数。T 在危险断面上的最大扭矩T = 955*104 jnNN 该轴传递的最大功率； 该轴的计算转速；jnM 该轴上的主动被动轮的圆周力、径向力所引起的最大弯矩。齿轮的圆周力：P t = 2T/D,D 为齿轮节圆直径。直齿圆柱齿轮的径向力 Pr = 0.5 Pt.求得齿轮的作用力，即可计算轴承处的支承反力，由此得到最大弯矩。对于轴、， R b = 70MPa；对于轴 ，R b = 65MPa- 27 -由上述计算公式可计算出： 轴，R b=53.6MPaR b；轴，R b=48.3MPaR b；轴，R b=61.1MPaR b。故传动轴的强度校验符合设计要求（2）验算花键键侧压应力花键键侧工作表面的挤压应力为： MPalzdDTjy)(82maxjy式中： 花键传递的最大扭矩；maxTD、d 花键的外径和内径；z 花键的齿数； 载荷分布不均匀系数，通常取为 0.75。使用上述公式对三传动轴上的花键校核，结果符合设计要求。 （3）滚动轴承验算：机床的一般传动轴用的滚动轴承，主要是由于疲劳破坏而失效，故应对轴承进行疲劳寿命验算。下面对按轴颈尺寸及工作状况选定的滚动轴承型号进行寿命验算：Lh=500 T)(PKfClsn式中，L h 额定寿命；C 滚动轴承尺寸表所示的