最大加工直径400mm普通车床主轴箱设计（p=4kw 最低转速31.5 1400公比1.41）（全套含CAD图纸）
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机械制造装备设计课程设计院系机械学院专业机械设计制造及其自动化班级学号指导教师日期目录绪论4一设计目的4二普通车床主动传动系统参数的拟定41已知条件42车床参数和电动机的选择43确定转速级数54车床的规格5三运动设计51拟定传动方案52确定结构式63设计结构网64确定各轴转速75确定转速图96确定各变速组传动副齿轮齿数97绘制传动系统图11四动力设计111带传动设计112齿轮传动设计153轴的设计与校核184主轴设计计算及校核245片式摩擦离合器的选择和计算277键的选用及校核31五轴承端盖设计32六箱体的结构设计321箱体材料322箱体结构32七润滑与密封331润滑设计332润滑油的选择34八总结34参考文献35绪论主传动系统的设计是机床设计中非常重要的组成部分，本次设计主要从机床的级数入手，与结构式，结构网拟定，再到齿轮和轴的设计，再选择主传动配合件对轴和齿轮及配合件进行校核，将主传动方案“结构化”，设计主轴变速箱装配图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑、与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计，完成设计任务。本次突出了机构设计的要求，在保证机床的基本要求下，根据机床设计的原则拟定结构式和结构网，对机床的机构进行精简，力求降低生产成本；主轴和齿轮设计在满足强度要求的同时材料的选择也应采用折中的原则，不选择过高强度的材料从而造成浪费。一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。二普通车床主动传动系统参数的拟定1已知条件最大加工直径为D400MM；主轴最高转速1400R/MIN，MAXN最低转速315R/MIN；电动机的功率为4KWMIN2车床参数和电动机的选择此经济型数控车床根据任务书上提供的条件，电动机的功率为4KW,选择电动机的型号为Y112M4，电动机具体数据如下表所示表1电动机参数表电动机信号额定功率满载转速级数同步转速Y112M44KW1440R/MIN4级1500R/MIN3确定转速级数根据任务书提供的条件，可知传动公比141。根据机械制造装备设计由公式1ZNR则有Z1LGNR转速范围4444NMIAX53140由上述综合可得由此可知机床主轴共124LGLNRZ有12级。因为141106，根据机械制造装备设计查表标准数列。首6先找到最小极限转速315，再每跳过5个数（126106）取一个转速，6即可得到公比为141的数列315、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400R/MIN。4车床的规格根据以上的计算和设计任务书可得到本次设计车床的基本参数表2车床的主参数（规格尺寸）和基本参数表最大加工直径MAXD最高转速AXNIR最低转速MINR电机功率P（KW）公比转速级数Z4001400315414112三运动设计1拟定传动方案拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及其组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济性等多方面统一考虑。2确定结构式由Z12可得321主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近电动机的传动转速较高，传动的转矩较小，尺寸小一些，反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸就较大。因此在拟定主变速传动系时，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副数少的变速组放在后面，使主变速传动系中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小一些，以节省变速箱的造价，减小变速箱的外形尺寸；也就是满足传动副前多后少的原则，因此确定传动方案为12322；由12322传动式可得6种结构式和对应的结构网。分别为36121246123依据传动顺序与扩大顺序相一致的原则选择方案为；63123设计结构网传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围在降速传动时，为防止被动齿轮的直径过大而使进径向尺寸过大，常限制最小传动比，1/4，升速传动时，为防止产生过大的振动和噪音，常限制最大传动MIN比，斜齿轮比较平稳，可取，故变速组的最大变速范围2AX52MAXI为/810。检查变速组的变速范围是否超过极限值时，MAXRIIN只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。依据中间轴变速范围小的原则设计设计结构网如下所示图1系统结构网检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组82/05/URMIN主AXMAX主其中，18674126122PX41，；6最后一个扩大组转速符合要求，则其他变速组的变速范围肯定也符合要求。4确定各轴转速1分配总降速变速比总降速变速比0214/53/MIND由电动机转速不符合转速数列标准，因而增加一定比变140RD速副。2确定传动轴数变速轴轴数变速组数定比变速副数13115。3确定各轴转速在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按变速顺序依次设为、（主轴）。与、与、与轴之间的变速组分别设为A、B、C。现由（主轴）开始，确定、轴的转速。已知各级转速如下1400、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、315R/MIN。先来确定轴的转速变速组C的变速范围为，故两个传动副10,841MAX66R的传动比必然是两个极限值、结合结构式，CI2CI轴的转速只有一种可能125、180、250、355、500、710。确定轴的转速变速组B的级比指数为3，希望中间轴转速较小，因而为了避免升速，又不致变速比太小，可取轴的转速确定为8211BI2BI355、500、710。定轴的转速对于轴，其级比指数为1,可取1AI22AI14确定轴转速为710；3AI1电动机与轴的定变传动比；03271/4I5确定转速图图2转速图6确定各变速组传动副齿轮齿数确定齿轮齿数的原则和要求齿轮的齿数和不应过大；齿轮的齿数和过大会加大两轴之间的ZSZS中心距，使机床结构庞大，一般推荐100200ZS最小齿轮的齿数要尽可能少；但同时要考虑最小齿轮不产生根切，机床变速箱中标准直圆柱齿轮，一般最小齿数18；MINZ受结构限制的最小齿轮最小齿数应大于1820；齿轮齿数应符合转速图上传动比的要求实际传动比（齿数之比）与理论传动比（转速图上要求的传动比）之间又误差，但不能过大，确定齿轮数所造成的转速误差，一般不应超过10（1），即）（理实理10N要求的主轴转速；理N齿轮传动实现的主轴转速；实齿轮齿数的确定，当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从机械制造装备设计表39中选取。ZS一般在主传动中，最小齿数应大于1820。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。根据表34（机械制造装备设计主编赵雪松、任小中、于华）查得传动组A由，2/1/1IA41/IA/3IA时I57、60、63、66、69、72、75、78ZS时4/2I63、65、67、68、70、72、73、77Z时1/3IA58、60、62、64、66、68、70、72、74、76ZS可取72,于是可得轴齿轮齿数分别为24、30、36。Z于是，；48/21AI42/302AI36/AI齿轮1I2IIAZSI轴齿数283542轴齿数56494284传动组B由，82/1/31I1/2IB时I69、72、73、76、77、80、81、84、87ZS时70、72、74、76、78、80、82、84、86/2IBZS可取84，于是可得轴上双联齿轮的齿数分别为22、42。ZS于是，得轴上两齿轮的齿数分别为62/1IB42/IB62、42。齿轮1IB2IZS轴齿数2242轴齿数624284传动组C查表81,4/1IC2CI时84、85、89、90、94、951IZS时72、75、78、81、84、87、89、902C取90为降速传动，取轴齿轮齿数为18；为升速传ZS4/1I2CI动，取轴齿轮齿数为30。于是得,；齿轮数据如72/18IC30/6CI下表所示齿轮1I2IZS轴齿数1860轴齿数7230907绘制传动系统图图3传动系统图四动力设计1带传动设计V带传动中，轴间距A可以加大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。电动机转速N1440R/MIN,传递功率P4KW,传动比I203，两班制，一天运转16小时，工作年数10年。1确定计算功率由机械设计表87工作情况系数查得12。156PAK由机械设计公式（821）得842KWKACAP电动机额定功率，工作情况系数因此根据、由机械设计图811普通V带轮选型图选用A型。CAP1N157P2确定带轮的基准直径，D带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的寿命，小带轮的直径不宜过小，即75MM。查机械设计表88、图811DMIN157P和表86取主动小带轮基准直径125MM。15P由机械设计公式815A得式150P12DN式中小带轮转速，大带轮转速，带的滑动系数，一般取002。NN故，MD452801257042由机械设计表88取圆整为250MM。P3验算带速度V，按机械设计式（813）验算带的速度150PV42910625436NDSM所以，故带速合适。SMVS4初定中心距0A带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取根据机械设计经验公式（820）152P702101DAD07（125250）2（125250）即263750；取600MM0A05V带的计算基准长度L由机械设计公式（822）计算带轮的基准长度158P02121042ADA代入数据为179525MM65562由机械设计表82，圆整到标准的基准长度，取整为14PDL1800MMDL6确定实际中心距A按机械设计公式（823）计算实际中心距15860060238MM020LD2517987验算小带轮包角1根据机械设计公式（825）158POOOAD1206835718012故主动轮上包角合适。8确定三角带根数Z根据机械设计式（826）得158P0CALPZK查表机械设计表84D由I203和得153MIN140RN0P003KW查表机械设计表85，098；查表机械设计表82，长度系数092LK732908309214Z取整即带数Z3根；9计算预紧力查机械设计表83，Q01KG/M由机械设计式（827）2052QVKVZPFCA其中带的变速功率,KW；CAV带速,M/S；Q每米带的质量，KG/M；取Q01KG/M。V1440R/MIN942M/S。NF60142908342950（10）计算作用在轴上的压轴力根据机械设计式（828）158PNZFP07839216SIN01432SIN210（11）带轮结构设计V带轮的结构形式与基准直径有关，因为，15DD且所以采用孔板式结构，查3机械设计机械设计基础课程设计表91可得出大带轮结构尺寸如下1057821MINFEHBFAD250386DAB2410389DD2齿轮传动设计1确定模数（1）轴按齿轮弯曲疲劳计算32JWNZPM其中为大齿轮的计算转速；JNZ为大齿轮齿数；由以上计算可知；K83P2JWNM9413548按齿面点蚀计算；取A82；8370JPA由中心距A及齿数计算模数圆整为；2721ZMJ3JM模数取和中较大值。故第一变数组齿轮模数因取M3；WJ2轴按齿轮弯曲疲劳计算32JWNZPM其中为大齿轮的计算转速；JNZ为大齿轮齿数；32JWP4921563按齿面点蚀计算；取A114；327033JNA由中心距A及齿数计算模数圆整为；18421ZMJ03JM模数取和中较大值。故第一变数组齿轮模数因取M30；WJ3轴按齿轮弯曲疲劳计算32JWNZPM其中为大齿轮的计算转速；JNZ为大齿轮齿数；由以上计算可知；K513P32JWNM60297按齿面点蚀计算；取A125；41057033JPA由中心距A及齿数计算模数782901521ZAMJ模数取和中较大值。故齿轮模数因取M4；WJ变速组轴轴轴模数M3342确定齿宽由公式得105为模数；B第一套啮合齿轮M05）（第二套啮合齿轮3）（第三套啮合齿轮421）（一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，应使小齿轮齿宽比相齿合的另一齿轮宽一些。3确定齿轮参数标准齿轮参数20H1C025度，从机械原理表51查得以下公式齿顶圆直径；MZDAA1齿根圆直径；CHF2分度圆直径；齿顶高；HA齿根高；CF齿轮的具体值见下表表3齿轮数值表模数齿数齿宽分度圆直径齿顶圆直径AD齿根圆直径F齿顶高AH齿根高F36241081141005362410811410053242472786453375482414415013653024909682542241261321185222466725854224126132118562241861921785342241261321185337518247280626024240248230722428829627843024120128110454确定轴间中心距；10821MD；6；7DV3轴的设计与校核（1）确定主轴的计算转速由转速图可知主轴的计算转速是低速第一个三分之一变速范围的最高以转速，即MIN/90RNV同理可得各传动轴的计算转速轴计算转速R/MIN71035512590（2）确定各齿轮的计算转速传动组C中，18/72只需计算Z18的齿轮，计算转速为355R/MIN；60/30只需计算Z30的齿轮，计算转速为250R/MIN；传动组B计算Z22的齿轮，计算转速为355R/MIN；传动组A应计算Z24的齿轮，计算转速为710R/MIN。（3）核算主轴转速误差MIN/514730/642/256/140RN实MINR标1407标标实即主轴转速合适。（4）各轴的功率取各传动件效率如下带传动效率9601轴承传动效率2齿轮传动效率73则有各传动轴传递功率计算如下KWPPD80960421653723KD12312P909604343（5）计算各轴的输入转矩由机械原理可知转矩计算公式为MDDNPT5326140950NNPTMDD135799521D29870695002312MNNPTMD461594953132D23570965003441V32NTMD以上计算数据总结如下传动轴电机轴传动功率KW438365351337传递转矩MN2653511398212678435723（6）传动轴的直径估算当轴上有键槽时，D值应相应增大45当轴为花键轴时，可将估算的D值减小7为花键轴的小径空心轴时，D需乘以计算系数B，B值见机械设计手册表712。轴有键槽，轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花键轴,有键槽并且轴为空心轴根据以上原则各轴的直径取值A轴的设计计算（1）选择轴的材料由文献1中的表111和表113选用45号钢，调质处理，硬度，。275HBSMPAPABMPAS（2）按扭矩初算轴径根据文献1中式（112），并查表112，取C115，则120783153MNCD考虑有键槽和轴承，轴加大5所以取D22MMB轴的设计计算（1）选择轴的材料由文献1中的表111和表113选用45号钢，调质处理，硬度，。275HBSMPAPABMPAS（2）按扭矩初算轴径根据文献1中式（112），并查表112，取C115，则253613MNCD考虑有键槽，轴加大5D256所以取最小D30MMC轴的设计计算（1）选择轴的材料由文献1中的表111和表113选用45号钢，调质处理，硬度，。275HBSMPAPABMPAS2）按扭矩初算轴径根据文献1中式（112），并查表112，取C115，则953412533MNCD有键槽和轴承，轴加大5；取D38MM706根据以上计算各轴的直径取值如下表示轴轴轴轴最小轴径值223038（7）轴的结构设计及校核计算（1）确定轴各段直径和长度图4II轴尺寸图段安装圆锥滚子轴承，1L；MLD21301段安装两个个双联齿轮块，同时利用轴肩定位轴承，由轴肩计算公2式30707H所以取；有结构确定M6622段安装圆锥滚子轴承，3L；LD1303（2）轴的强度校核轴的校核主要校核危险截面已知轴齿轮6、齿轮8数据如下；右左MLMZDKNT1705126432198662；右左MLZDKNT32506219882求圆周力；径向力；DTFT2TANRF；KNFDTTTTT20183TAN06297AN819567T58690R8R6轴承支反力；右左BATTBATTLFL齿轮6对轴的支反力；右左KNLFBATTBATT458017089159齿轮8对轴的支反力；右左KNLFBATTTT352680356297B垂直面的弯矩；齿轮；齿轮右左KNFLMTAC28473526810971062由以上计算可知危险截面在轴的右端齿轮6处，跨距282MM；直径为48MM段；轴承的支反力；右左KNLFBARRBARR261710539673水平面弯矩；左MAC539R1合成弯矩；KNMCCC8110932510736537922已知转矩为转矩产生的剪力按脉动循环变化，取；KNT82截面C处的当量弯矩；60431292CM校核危险截面C的强度；MPAKNDC563041291/16则有该轴强度满足要求。同理可知，按照此方法校核其他传动轴，经检验，传动轴设计均符合要求。图5转矩图4主轴设计计算及校核主轴上的结构尺寸虽然很多，但起决定作用的尺寸是外径D、孔径D、悬伸量A和支撑跨距L。图6主轴设计图1主轴前后轴颈直径的选择主轴的外径尺寸，关键是主轴前轴颈直径。一般按照机床类型、1D主轴传递的功率或最大加工直径，参考表37选取。最大回转直径400MM车床，P4KW查机械制造装备设计表37，前轴颈应,初选,后轴颈取。10571DMD901128506M6022主轴内孔直径的确定很多机床的主轴是空心的，为了不过多的削主轴刚度，一般应保证D/D轴上的键的选用和强度校核轴与齿轮的联接采用普通平键联接，轴径D48MM；齿轮快厚度L785MM；传递扭矩；选用A型平键，初选键型号为MNT267840，。查机械设计表79得9106,74GBL。由机械设计式（714）和式（715）得MPAAP,MPAPADHL1086270148/2704/由上式计算可知挤压强度满足。BLT3/6/2由上式计算可知抗剪切强度满足。主轴上的键的选用和强度校核主轴与齿轮的联接采用普通平键联接，轴径D80MM；齿轮快厚度L95MM；传递扭矩；选用A型平键，由于主轴空心所MNT35720以选择键，。查机械设计表79916,842GB80L得。由机械设计式（714）和式（715）MPAAP10得MPAPADHLTP10431/3572/由上式计算可知挤压强度满足。BL07580/2由上式计算可知抗剪切强度满足。五轴承端盖设计为螺钉直径；为轴承外径；由结构确定；36430532030415251DDMDDED图8轴承端盖零件图参照机械设计及机械制造基础课程设计减速器端盖设计方案来设计主轴箱端盖，材料采用HT150，依据轴承外径确定各端盖的结构尺寸，如图所示依据该参数设计各轴承端盖，详见装配图纸图案。六箱体的结构设计1箱体材料箱体多采用铸造方法获得，也有用钢板焊接而成。铸造箱体常用材料为HT1533,强度要求较高的箱体用HT2040，只有热变形要求小的情况下才采用合金铸铁，采用HT2040。与床身做成一体的箱体材料应根据床身或导轨的要求而定。箱体要进行时效处理。2箱体结构1、箱体结构设计要点（1）根据齿轮传动的中心距、齿顶圆直径、齿宽等几何尺寸，确定减速器的箱体的内部大小。由中心距确定箱体的长度，由齿顶圆直径确定箱体的高度。由齿宽来确定箱体的宽度。（2）依据铸造（或焊接）箱体的结构尺寸、工艺要求，确定箱体的结构尺寸，绘制箱体。如箱盖，箱座及螺栓的尺寸。（3）根据齿轮的转速确定轴承润滑的方法与装置，选择轴承端盖的类型。（4）附件设计与选择。同时，可以进行轴系的结构设计，选择轴承。图4箱体的尺寸名称符号尺寸关系箱座壁厚15主轴左侧凸缘厚1B73箱座凸缘厚32主轴右侧凸缘厚2B37外箱壁至轴承端面距离1L1250C齿轮顶圆与内箱壁距离118齿轮端面与内箱壁距离2102、铸造工艺性要求为了便于铸造以及防止铸件冷却时产生缩孔或裂纹，箱体的结构应有良好的铸造工艺性。3、加工工艺性对结构的要求由于生产批量和加工方法不同，对零件结构有不同要求，因此设计时要充分注意加工工艺对结构的要求。4、装配工艺对结构的要求为了更快更省力地装配机器，必须充分注意装配工艺对接否设计的要求。七润滑与密封1润滑设计（1）普通机床主轴变速箱多用润滑油，其中半精加工、精加工和没有油式摩擦离合器的机床，采用油泵进行强制的箱内循环或箱外循环润滑效果好。粗加工机床多采用结构简单的飞溅润滑点。（2）飞溅润滑要求贱油件的圆周速度为068米/秒，贱油件浸油深为1020毫米
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