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C6140普通车床主轴变速箱设计【4kw 1.26 150 1900 12级】.doc
C6140普通车床主轴变速箱设计【4kw 1.26 150 1900 12级】（全套含CAD图纸）
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目录目录2第1章绪论5第2章车床转速参数设计621车床主参数和基本参数622确定转速623拟定参数的步骤和方法6231极限切削速度VMAX、VMIN6232主轴的极限转速6第3章运动设计831主电机功率动力参数的确定832确定结构式833确定结构网934绘制转速图和传动系统图935确定各变速组此论传动副齿数1036核算主轴转速误差12第4章传动件的设计1341带传动设计1342选择带型1443确定带轮的基准直径并验证带速1444确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角1545确定带的根数Z1646确定带轮的结构和尺寸1647确定带的张紧装置1648计算压轴力1649计算转速的计算18410齿轮模数计算及验算19411传动轴最小轴径的初定24412传动轴的直径估算254121确定各轴转速254122传动轴直径的估算确定各轴最小直径254123键的选择26413传动轴的校核264131传动轴的校核274132键的校核27414摩擦离合器的选择和计算28415轴承的选用与校核304151各轴轴承的选用304152各轴轴承的校核30416主轴组件设计33417主轴的基本尺寸确定33418主轴刚度验算37第5章结构设计4051结构设计的内容、技术要求和方案4052展开图及其布置4053I轴（输入轴）的设计4154齿轮块设计4155传动轴的设计4256主轴组件设计44561各部分尺寸的选择44562主轴材料和热处理44563主轴轴承45564主轴与齿轮的连接46565润滑与密封47566其他问题47第6章设计部分的调节、润滑、维护保养、技术要求及其它48总结50参考文献51致谢523第1章绪论机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。4第2章车床转速参数设计21车床主参数和基本参数车床的主参数（规格尺寸）和基本参数如下DMIN315、RMIN150R/MIN、P4KW、公比126、Z1222确定转速这里我们取标准公比系列126112MAXIN50R/MIN69061R/MINZN查标准数列取AX9I、因为1261064。首先找到最小极限转速150，再每跳过3个数（1061064）取一个转速，即可得到公比为126的数列150，190，236，300，375，475，600，750，950，1180，1500,190023拟定参数的步骤和方法231极限切削速度VMAX、VMIN根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑允许的切速极限参考值如下表11加工条件VMAXM/MINVMINM/MIN硬质合金刀具粗加工铸铁工件3050硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150300螺纹加工和铰孔38232主轴的极限转速计算车床主轴极限转速时的加工直径，则主轴极限转速应为结合题目条件，取标准数列数值，150R/MINMIN取1265依据题目要求选级数Z12，126考虑到设计的结构复杂程度要适中，故采用常规的扩大传动。各级转速数列可直接从标准的数列表中查出，按标准转速数列为150，190，236，300，375，475，600，750，950，1180，1500,19006第3章运动设计31主电机功率动力参数的确定合理地确定电机功率N，使机床既能充分发挥其性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。根据题设条件电机功率为4KW可选取电机为Y112M4额定功率为4KW，满载转速为1440R/MIN32确定结构式已知ZX3B2AA、B为正整数，即Z应可以分解为2和3的因子，以便用2、3联滑移齿轮实现变速。按照Z12分解为Z213224。对于12232传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为，由于本次设计的机床I轴装有摩擦离合器，在结构上要求有一齿轮的齿根圆大于离合器的直径。初选的方案。1263从电动机到主轴主要为降速变速，若使变速副较多的变速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，也就是满足变速副前多后少的原则，因此取12232方案为好。设计车床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，在降速变速中，一般限制限制最小变速比；为避免扩大传动误差，减少震动噪41MINU声，在升速时一般限制最大转速比。斜齿圆柱齿轮传动较平稳，可取2AX。因此在主变速链任一变速组的最大变速范围52MAXU。在设计时必须保证中间变速轴的变速范围10852MINAXUR最小。综合上述可得主传动部件的运动参数150Z12126MAX190MIN733确定结构网由上选择的结构式12233126画其结构图如下传动组的变速范围的极限值齿轮传动最小传动比UMIN1/4,最大传动比UMAX,决定了一个传动组的最大变2速范围RMAXUMAX/UMIN。8因此，要按照下表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数X,X,值为表21公比极限传动比指数126X值UMIN1/4X14X值UMAXX,22XX值RMINXX8634绘制转速图和传动系统图（1）选择电动机采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（2）绘制转速图8（3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图2312轴最小中心距A1_2MIN1/2ZMAXM2MD轴最小齿数和SZMINZMAX2D/M35确定各变速组此论传动副齿数1SZ100120,中型机床SZ701002直齿圆柱齿轮ZMIN1820,M49图23主传动系统图（7）齿轮齿数的确定。变速组内取模数相等，据设计要求ZMIN1820,齿数和SZ100120，由表41，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表22。表22齿轮齿数基本组第一扩大组第二扩大组传动比1261115811112611581221代号Z1ZZ2ZZ3ZZ4ZZ5Z5Z6ZZ7Z7齿数30242133404035453149336666331036核算主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过101,即10126N标准转速标准转速实际转速各级转速误差N190015001180950750600475375300236N190215011182195187515603247583743303523572误差222122212123131222221N190150N1911501误差2221转速误差小于26，因此不需要修改齿数。11第4章传动件的设计41带传动设计输出功率P4KW,转速N11440R/MIN,N2750R/MIN计算设计功率PDEDADPK表4工作情况系数AK原动机类类一天工作时间/H工作机101016160101616载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（）；离心式压缩机；75KW轻型运输机101112111213载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（）；发电机；旋75K转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛111213121314载荷变动较大螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械121314141516载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机131415151618根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查机械设计P296表4，12取KA11。即14KWDAEDPK42选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率PD和小带轮的转速N1按机械设计P297图1311选取。根据算出的PD44KW及小带轮转速N11440R/MIN，查图得DD80100可知应选取A型V带。43确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得，小带轮基准直径为80100MM则取DD190MMDDMIN75MM（DD1根据P295表134查得）表3V带带轮最小基准直径MIND槽型YZABCDEMIND2050751252003555002124019,90172875DD所以由机械设计P295表134查“V带轮的基准直径”，得170MM2D13误差验算传动比（为弹性滑动率）2117092749DI误误差符合要求14035I误带速110V76/66DNMS满足5M/S300MM，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料选用灰铸铁，HT200。47确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。48计算压轴力由机械设计P303表1312查得，A型带的初拉力F013059N，上面已得到1515336O，Z3，则1A1A15372SIN309SINN26OOFZ对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小,带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角为32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表73。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575192）槽型项目符号YZABCDE基准宽度BP5385110140190270320基准线上槽深HAMIN162027535488196基准线下槽深HFMIN477087108143199234槽间距E80312031503190425505370644507第一槽对称面至端面的距离FMIN679115162328最小轮缘厚555675101215带轮宽BBZ1E2FZ轮槽数16外径DA32603480118190315366047560038对应的基准直径DD80118190315475600轮槽角极限偏差105V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式（1）实心带轮用于尺寸较小的带轮DD253D时，如图76A。（2）腹板带轮用于中小尺寸的带轮DD300MM时，如图76B。（3）孔板带轮用于尺寸较大的带轮DDD100MM时，如图76C。（4）椭圆轮辐带轮用于尺寸大的带轮DD500MM时，如图76D。（A）（B）（C）（D）图76带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论小带轮选择实心带轮，如图（A）,大带轮选择腹板带轮如图（B）49计算转速的计算（1）主轴的计算转速NJ，由公式NN得，主轴的计算转速NJ300R/MIN，JMIN13/Z取300R/MIN。2传动轴的计算转速轴3600R/MIN轴2950R/MIN，轴1750R/MIN。（2）确定各传动轴的计算转速。若经传动副Z/Z传动主轴，则只有600R/MIN传递617全功率；若经传动副Z/Z传动主轴，全部传递全功率，其中300R/MIN是传递全功率5的最低转速，故其计算转速NJ950R/MIN；轴有1级转速，且都传递全功率，所以其计算转速NJ300R/MIN。各计算转速入表31。表31各轴计算转速（3）确定齿轮副的计算转速。齿轮Z装在主轴上其中只有300R/MIN传递全功率，6故ZJ300R/MIN。6依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表32。表32齿轮副计算转速序号Z1Z2Z3Z4Z5NJ750950600600300410齿轮模数计算及验算（1）模数计算。一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即MJ16338可得各组的模数，如321JJMNUZP表33所示。根据和计算齿轮模数，根据其中较大值取相近的标准模数JMW1633816338MMJ321JJNUZP3213JMSNIZKU齿轮的最低转速R/MIN；N顶定的齿轮工作期限，中型机床推存1520TT转速变化系数；NK功率利用系数；N轴号轴轴轴计算转速R/MIN75095060018材料强化系数。QK（寿命系数）的极值SMAXINSSK，齿轮等转动件在接取和弯曲交边载荷下的疲劳曲线指数M和基准顺环次数C0工作情况系数。中等中级的主运动1K动载荷系数；2齿向载荷分布系数；3齿形系数；Y根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为式中N计算齿轮转动递的额定功率NDWNK计算齿轮（小齿轮）的计算转速R/MINJN齿宽系数,MMB/8Z1计算齿轮的齿数，一般取转动中最小齿轮的齿数大齿轮与小齿轮的齿数比，；（）用于外啮合，（）号用II12Z于内啮合命系数；STNNQKK工作期限，；TTMCN06349TK接31025618T弯96103084058NKNK接090055072弯Q接QK弯349084058055094SK接18084090072099时，取，当05MM,可避免渗氮层穿透剥落。563主轴轴承1）轴承类型选择主轴前轴承有两种常用的类型双列短圆柱滚子轴承。承载能力大，可同时承受径向力和轴向力，结构比较简单，但允许的极限转速低一些。与双列短圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承有三种600角双向推力向心球轴承。是一种新型轴承，在近年生产的机床上广泛采用。具有承载能力大，允许极限转速高的特点。外径比同规格的双列圆柱滚子轴承小一些。在使用中，这种轴承不承受径向力。推力球轴承。承受轴向力的能力最高，但允许的极限转速低，容易发热。向心推力球轴承。允许的极限转速高，但承载能力低，主要用于高速轻载的机床。2）轴承的配置大多数机床主轴采用两个支撑，结构简单，制造方便，但为了提高主轴刚度也有用三个支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心度，否则温升和空载功率增大，效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大，可以用两个支撑的主要支撑，第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承（中间支撑或后支撑）保持比较大的游隙（约003007），只有在载荷比较大、轴产生弯曲变形时，辅助支撑轴承才起作用。M轴承配置时，除选择轴承的类型不同外，推力轴承的布置是主要差别。推力轴承布置在前轴承、后轴承还是分别布置在前、后轴承，影响着温升后轴的伸长方向以及结构的负责程度，应根据机床的实际要求确定。在配置轴承时，应注意以下几点每个支撑点都要能承受经向力。两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即负荷都由机床支撑件承受。443）轴承的精度和配合主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。普通精度级机床的主轴，前轴承的选或级，后轴承选或级。选择轴承的CDE精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。轴承与轴和轴承与箱体孔之间，一般都采用过渡配合。另外轴承的内外环都是薄壁件，轴和孔德形状误差都会反映到轴承滚道上去。如果配合精度选的太低，会降低轴承的回转精度，所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。轴承间隙的调整为了提高主轴的回转精度和刚度，主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到合适的负间隙，形成一定的预负载，回转精度和刚度都能提高，寿命、噪声和抗震性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形，过大的预负载对提高刚度没有明显的小果，而磨损发热量和噪声都会增大，轴承寿命将因此而降低。轴承间隙的调整量，应该能方便而且能准确地控制，但调整机构的结构不能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动，当内圈向大端轴向移动时，由于112的内錐孔，内圈将胀大消除间隙。其他轴承调整也有与主轴轴承相似的问题。特别要注意调整落幕的端面与螺纹中心线的垂直度，隔套两个端面的平行度都由较高要求，否则，调整时可能将轴承压偏而破坏精度。隔套越长，误差的影响越小。螺母端面对螺纹中心线垂直度、轴上和孔上套简两端平行度等均有严格的精度要求。564主轴与齿轮的连接齿轮与主轴的连接可以用花键或者平键；轴做成圆柱体，或者锥面（锥度一般取115左右）。锥面配合对中性好，但加工较难。平键一般用一个或者两个（相隔180度布置），两国特键不但平衡较好，而且平键高度较低，避免因齿轮键槽太深导致小齿轮轮毂厚度不够的问题。565润滑与密封主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。45主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种1）堵加密封装置防止油外流。主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留0103的间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难）。还有一种是在轴承盖M的孔内开一个或几个并列的沟槽（圆弧形或形），效果比上一种好些。在轴上增开了V沟槽（矩形或锯齿形），效果又比前两种好。在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。2）疏导在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。566其他问题主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的扭转变形。当后支承采用推力轴承时，推力轴承承受着前向后的轴向力，推力轴承紧靠在孔的内端面，所以，内端面需要加工，端面和孔有较高的垂直度要求，否则将影响主轴的回转精度。支承孔如果直接开在箱体上，内端面加工有一定难度。为此，可以加一个杯形套孔解决，套孔单独在车床上加工，保证高的端面与孔德垂直度。主轴的直径主要取决于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号钢材的弹性模量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢即可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响，可以选用或其他合金钢。主轴头部需要淬火，硬度为CR405055。其他部分处理后，调整硬度为220250。HRCHBS46第6章设计部分的调节、润滑、维护保养、技术要求及其它1、为了减少车床磨损，延长使用寿命，保证工件加工精度，应对车床的所有摩擦部位进行润滑，并注意日常的维护保养。2、车床的润滑形式常用以下几种，（1）浇油润滑常用于外露的滑动表面，如导轨面和滑板导轨面等。（2）溅油润滑常用于密闭的箱体中。如车床的主轴箱中的传动齿轮将箱底的润滑油溅射到箱体上部的油槽中，然后经槽内油孔流到各润滑点进行润滑。（3）油绳导油润滑常用于进给箱和溜板箱的油池中。利用毛线即吸油又渗油的特性，通过毛线把油引入润滑点，间断地滴油润滑。（4）弹子油杯注油润滑常用于尾座、中滑板摇手柄及三杠（丝杠、光杠、开关杠）支架的轴承处。定期的用油枪端头油嘴压下油杯上的弹子，将油注入。油嘴撤去，弹子又回复原位，封住注油口，以防尘屑入内。（5）黄油杯润滑常用于交换齿轮箱挂轮架的中间轴或不经常润滑处。事先在黄油杯中加满钙基润滑脂，需要润滑时，拧进油杯盖，杯中的油脂就被挤压到润滑点中去。（6）油泵输油润滑常用于转速高、需要大量润滑油连续强制润滑的场合。如主轴箱内许多润滑点就是采用这种方式。3、车床的润滑要求（1）车床上一般都有润滑系统图，应严格按照润滑系统图进行润滑。（2）换油时，应先将废油放尽，然后用煤油把箱体内冲洗干净后，在注入新机油，注油时应用网过滤，且油面不得低于油标中心线。主轴箱内零件用油泵润滑或飞溅润滑。箱内润滑油一般三个月更换一次。主轴箱体上有一个油标，若发现油标内无油输出，说明油泵输油系统有故障，应立即停车检查断油的原因，并修复。（3）进给箱上部油绳导油润滑的储油槽，每班应给该储油槽加一次油。（4）交换齿轮箱中间齿轮轴轴承是黄油杯润滑，每班一次，7天加一次钙基脂。（5）弹子油杯润滑每班润滑一次。导轨工作前后擦净用油枪加油。5、车床日常保养要求（1）每天工作后，切断电源，对车床各表面、各罩壳、导轨面、丝杠、光杠、各47操纵手柄和操纵杆进行擦拭，做到无油污、无铁屑、车床外表整洁。（2）每周要求保养床身导轨面和中小滑板导轨面及转动部位的整洁、润滑。要求油眼畅通、油标清晰，清洗油绳和护床油毛毡，保持车床外表清洁和工作场地整洁。6、车床一级保养要求车场运行500小时后，须进行一级保养。其保养以操作工人为主，在维修工人的配合下进行。保养时必须先切断电源，然后按下述顺序和要求进行。（1）主轴箱的保养A、清洗滤油器、使其无杂物B、检查主轴锁紧螺母有无松动，紧定螺钉是否拧紧。C、调整制动器及离合器摩擦片间隙。（2）交换齿轮箱的保养A、清洗齿轮、轴套，并在油杯中注入新油脂。B、调整齿轮啮合间隙。C、检查轴套有无晃动现象（3）滑板和刀架的保养拆洗刀架和中、小滑板，洗净擦干后重新组装，并调整中、小滑板与镶条的间隙。（4）尾座的保养摇出尾座套筒，并擦净涂油，以保证内外清洁。（5）润滑系统的保养A、清洗冷却泵、滤油器和成液盘。B、保证油路畅通，油孔、油绳、油毡清洁无铁屑C、检查油质，保持良好，油杯齐全，油槽清晰。（6）电器的保养A、清扫电动机、电气箱上的尘屑。B、电器装置固定整齐。（7）外表的保养A、清洗车床外表及各罩盖，保持其内外整洁，无锈蚀、无油污。B、清洗三杠48C、检查并补齐各螺钉、手柄球、手柄。（8）其他部件的润滑保养总结本课题主要设计C6140普通车床主轴变速箱设计传动系统，考虑到电机的恒功率转速范围与主轴要求的恒功率转速范围不匹配问题，在电机与主轴间增加了一根中间传动轴。机械有级变速系统舍弃液压变速，而采用电磁离合器变速，有利于实现自动操作。但是，由于齿轮传动噪声很大，精确度不够高，并且使主轴箱重量和体积偏大，而在本次设计中有级变速基本采用齿轮传动。因此本课题的设计方案还有进一步改进的空间。随着无级变速电机的性能进一步提高及其价格的下降，中档以上的数控机床已经逐渐舍弃机械有级变速系统，而是直接由电机通过皮带将动力传给主轴，这样数控机床的主轴系统进一步简化，速度进一步提高。特别是电主轴的应用，真正将数控机床带入了超高速时代。49参考文献【1】冯辛安主编机械制造装备设计第2版大连理工大学北京机械工业出版社,200712【2】黄如林主编切削加工简明实用手册北京化学工业出版社,20047【3】吴宗泽主编机械设计课程设计手册第三版清华大学北京高等教育出版社,200612【4】濮良贵主编机械设计第八版北京高等教育出版社,20078【5】金属切削机床设计4【6】范思冲主编画法几何及机械制图东南大学北京机械工业出版社,20057【7】郑文纬,吴克坚主编机械原理第七版东南大学机械学学科组北京高等教育出版社,20061【8】减速器实用技术手册编辑委员会编减速器实用技术手册北京机械工业出版社,1992【9】戴曙主编金属切削机床北京机械工业出版社,20051【10】机床设计手册编写组主编机床设计手册北京机械工业出版社,19808【11】华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编上海上海科学技术出版社,19796【12】哈尔滨工业大学理论力学教研室编理论力学（）第六版北京高等教育出版社,200612【13】刘鸿文主编材料力学第四版北京高等教育出版社,200611【14】机械设计手册编委会主编机械设计手册单行本联轴器、离合器与制动器北京机械工业出版社,20073【15】成大先主编机械设计手册第四版第二卷北京化学工业出版社,20039【16】曹金榜等主编机床主轴变速箱设计指导北京机械工业出版社,1995【17】李洪主编机械制造工艺金属切削机床设计指导沈阳东北工学院出版社,1996【18】陈易新编金属切削机床课程设计指导书北京机械工业出版社，1993【19】翁世修等编金属切削机床设计指导上海上海交通大学出版社,1995【20】方键主编结构设计北京化学工业出版社，200650致谢在这里我要感谢那些所有曾经寄予我关心和帮助的人，这篇论文的完成和他们中的任何一位都是分不开的。首先，我要向我的指导老师XX老师致以由衷的感谢和诚挚的敬意，他的指导为我们提供了设计的主题思想，在设计过程中，他在自己的繁忙工作之余指导我们，检查并排除了我们设计过程中的诸多漏洞。无论是理论的运用，还是零部件的设计计算，都给我们解惑答疑，我都有很大的收获。在论文的编写过程中，他给我提出宝贵的意见，并且给与细致的指导，不断地完善和改进。最重要的是XX老师教会我们许多分析、解决问题的方法，这在书本中无法学到的，他的教诲培养了我科学的思维方法和一丝不苟的工作态度，渊博的学识更使我受益匪浅。其次，我要感谢的是我的同伴们同设计组的所有同学。在整个设计过程中，我们配合的非常默契，遇到不清楚地地方一起讨论、翻阅资料，共同克服困难，出谋划策寻求最简洁最佳的解决方案。正是由于我们的努力，整个设计才能进行的那么顺利。同时我要感谢机房的李老师，他每天按时地为我们开机房的门，为我们提供了很好的上机环境。同时也给与我们很多指导和帮助。再次，我要感谢大学四年所有教过我的老师和我们的辅导员，感谢他们四年来对我的谆谆教诲和无私帮助。还要感谢我们机械所有的同学，正是可爱的你们，我的大学生活才如此的丰富多彩最后要感谢的，是我的家人，是他们养育我，教我做人做事的道理，同时将这篇论文献给他们。感谢他们在生活上给我的支持和照顾，在学习上给我的关心和鼓励，我才能安心、顺利的完成大学学业。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396目录目录2第1章绪论5第2章车床转速参数设计621车床主参数和基本参数622确定转速623拟定参数的步骤和方法6231极限切削速度VMAX、VMIN6232主轴的极限转速6第3章运动设计831主电机功率动力参数的确定832确定结构式833确定结构网934绘制转速图和传动系统图935确定各变速组此论传动副齿数1036核算主轴转速误差12第4章传动件的设计1341带传动设计1342选择带型1443确定带轮的基准直径并验证带速1444确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角1545确定带的根数Z1646确定带轮的结构和尺寸1647确定带的张紧装置1648计算压轴力1649计算转速的计算18410齿轮模数计算及验算19411传动轴最小轴径的初定24412传动轴的直径估算254121确定各轴转速254122传动轴直径的估算确定各轴最小直径254123键的选择26413传动轴的校核264131传动轴的校核274132键的校核27414摩擦离合器的选择和计算28下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396415轴承的选用与校核304151各轴轴承的选用304152各轴轴承的校核30416主轴组件设计33417主轴的基本尺寸确定33418主轴刚度验算37第5章结构设计4051结构设计的内容、技术要求和方案4052展开图及其布置4053I轴（输入轴）的设计4154齿轮块设计4155传动轴的设计4256主轴组件设计44561各部分尺寸的选择44562主轴材料和热处理44563主轴轴承45564主轴与齿轮的连接46565润滑与密封47566其他问题47第6章设计部分的调节、润滑、维护保养、技术要求及其它48总结50参考文献51致谢52下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q19721639678第1章绪论机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。9第2章车床转速参数设计21车床主参数和基本参数车床的主参数（规格尺寸）和基本参数如下DMIN315、RMIN150R/MIN、P4KW、公比126、Z1222确定转速这里我们取标准公比系列126112MAXIN50R/MIN69061R/MINZN查标准数列取AX9I、因为1261064。首先找到最小极限转速150，再每跳过3个数（1061064）取一个转速，即可得到公比为126的数列150，190，236，300，375，475，600，750，950，1180，1500,190023拟定参数的步骤和方法231极限切削速度VMAX、VMIN根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑允许的切速极限参考值如下表11加工条件VMAXM/MINVMINM/MIN硬质合金刀具粗加工铸铁工件3050硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150300螺纹加工和铰孔38232主轴的极限转速计算车床主轴极限转速时的加工直径，则主轴极限转速应为结合题目条件，取标准数列数值，150R/MINMIN取12610依据题目要求选级数Z12，126考虑到设计的结构复杂程度要适中，故采用常规的扩大传动。各级转速数列可直接从标准的数列表中查出，按标准转速数列为150，190，236，300，375，475，600，750，950，1180，1500,190011第3章运动设计31主电机功率动力参数的确定合理地确定电机功率N，使机床既能充分发挥其性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。根据题设条件电机功率为4KW可选取电机为Y112M4额定功率为4KW，满载转速为1440R/MIN32确定结构式已知ZX3B2AA、B为正整数，即Z应可以分解为2和3的因子，以便用2、3联滑移齿轮实现变速。按照Z12分解为Z213224。对于12232传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为，由于本次设计的机床I轴装有摩擦离合器，在结构上要求有一齿轮的齿根圆大于离合器的直径。初选的方案。1263从电动机到主轴主要为降速变速，若使变速副较多的变速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，也就是满足变速副前多后少的原则，因此取12232方案为好。设计车床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，在降速变速中，一般限制限制最小变速比；为避免扩大传动误差，减少震动噪41MINU声，在升速时一般限制最大转速比。斜齿圆柱齿轮传动较平稳，可取2AX。因此在主变速链任一变速组的最大变速范围52MAXU。在设计时必须保证中间变速轴的变速范围10852MINAXUR最小。综合上述可得主传动部件的运动参数150Z12126MAX190MIN1233确定结构网由上选择的结构式12233126画其结构图如下传动组的变速范围的极限值齿轮传动最小传动比UMIN1/4,最大传动比UMAX,决定了一个传动组的最大变2速范围RMAXUMAX/UMIN。8因此，要按照下表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数X,X,值为表21公比极限传动比指数126X值UMIN1/4X14X值UMAXX,22XX值RMINXX8634绘制转速图和传动系统图（1）选择电动机采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（2）绘制转速图13（3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图2312轴最小中心距A1_2MIN1/2ZMAXM2MD轴最小齿数和SZMINZMAX2D/M35确定各变速组此论传动副齿数1SZ100120,中型机床SZ701002直齿圆柱齿轮ZMIN1820,M414图23主传动系统图（7）齿轮齿数的确定。变速组内取模数相等，据设计要求ZMIN1820,齿数和SZ100120，由表41，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表22。表22齿轮齿数基本组第一扩大组第二扩大组传动比1261115811112611581221代号Z1ZZ2ZZ3ZZ4ZZ5Z5Z6ZZ7Z7齿数30242133404035453149336666331536核算主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过101,即10126N标准转速标准转速实际转速各级转速误差N190015001180950750600475375300236N190215011182195187515603247583743303523572误差222122212123131222221N190150N1911501误差2221转速误差小于26，因此不需要修改齿数。16第4章传动件的设计41带传动设计输出功率P4KW,转速N11440R/MIN,N2750R/MIN计算设计功率PDEDADPK表4工作情况系数AK原动机类类一天工作时间/H工作机101016160101616载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（）；离心式压缩机；75KW轻型运输机101112111213载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（）；发电机；旋75K转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛111213121314载荷变动较大螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械121314141516载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机131415151618根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查机械设计P296表4，17取KA11。即14KWDAEDPK42选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率PD和小带轮的转速N1按机械设计P297图1311选取。根据算出的PD44KW及小带轮转速N11440R/MIN，查图得DD80100可知应选取A型V带。43确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得，小带轮基准直径为80100MM则取DD190MMDDMIN75MM（DD1根据P295表134查得）表3V带带轮最小基准直径MIND槽型YZABCDEMIND2050751252003555002124019,90172875DD所以由机械设计P295表134查“V带轮的基准直径”，得170MM2D18误差验算传动比（为弹性滑动率）2117092749DI误误差符合要求14035I误带速110V76/66DNMS满足5M/S300MM，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料选用灰铸铁，HT200。47确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。48计算压轴力由机械设计P303表1312查得，A型带的初拉力F013059N，上面已得到2015336O，Z3，则1A1A15372SIN309SINN26OOFZ对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小,带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角为32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表73。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575192）槽型项目符号YZABCDE基准宽度BP5385110140190270320基准线上槽深HAMIN162027535488196基准线下槽深HFMIN477087108143199234槽间距E80312031503190425505370644507第一槽对称面至端面的距离FMIN679115162328最小轮缘厚555675101215带轮宽BBZ1E2FZ轮槽数21外径DA32603480118190315366047560038对应的基准直径DD80118190315475600轮槽角极限偏差105V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式（1）实心带轮用于尺寸较小的带轮DD253D时，如图76A。（2）腹板带轮用于中小尺寸的带轮DD300MM时，如图76B。（3）孔板带轮用于尺寸较大的带轮DDD100MM时，如图76C。（4）椭圆轮辐带轮用于尺寸大的带轮DD500MM时，如图76D。（A）（B）（C）（D）图76带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论小带轮选择实心带轮，如图（A）,大带轮选择腹板带轮如图（B）49计算转速的计算（1）主轴的计算转速NJ，由公式NN得，主轴的计算转速NJ300R/MIN，JMI13/Z取300R/MIN。2传动轴的计算转速轴3600R/MIN轴2950R/MIN，轴1750R/MIN。（2）确定各传动轴的计算转速。若经传动副Z/Z传动主轴，则只有600R/MIN传递622全功率；若经传动副Z/Z传动主轴，全部传递全功率，其中300R/MIN是传递全功率5的最低转速，故其计算转速NJ950R/MIN；轴有1级转速，且都传递全功率，所以其计算转速NJ300R/MIN。各计算转速入表31。表31各轴计算转速（3）确定齿轮副的计算转速。齿轮Z装在主轴上其中只有300R/MIN传递全功率，6故ZJ300R/MIN。6依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表32。表32齿轮副计算转速序号Z1Z2Z3Z4Z5NJ750950600600300410齿轮模数计算及验算（1）模数计算。一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即MJ16338可得各组的模数，如321JJMNUZP表33所示。根据和计算齿轮模数，根据其中较大值取相近的标准模数JMW1633816338MMJ321JJNUZP3213JMSNIZKU齿轮的最低转速R/MIN；N顶定的齿轮工作期限，中型机床推存1520TT转速变化系数；NK功率利用系数；N轴号轴轴轴计算转速R/MIN75095060023材料强化系数。QK（寿命系数）的极值SMAXINSSK，齿轮等转动件在接取和弯曲交边载荷下的疲劳曲线指数M和基准顺环次数C0工作情况系数。中等中级的主运动1K动载荷系数；2齿向载荷分布系数；3齿形系数；Y根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为式中N计算齿轮转动递的额定功率NDWNK计算齿轮（小齿轮）的计算转速R/MINJN齿宽系数,MMB/8Z1计算齿轮的齿数，一般取转动中最小齿轮的齿数大齿轮与小齿轮的齿数比，；（）用于外啮合，（）号用II12Z于内啮合命系数；STNNQKK工作期限，；TTMCN06349TK接31025618T弯96103084058NKNK接090055072弯Q接QK弯349084058055094SK接18084090072099时，取，当05MM,可避免渗氮层穿透剥落。563主轴轴承1）轴承类型选择主轴前轴承有两种常用的类型双列短圆柱滚子轴承。承载能力大，可同时承受径向力和轴向力，结构比较简单，但允许的极限转速低一些。与双列短圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承有三种600角双向推力向心球轴承。是一种新型轴承，在近年生产的机床上广泛采用。具有承载能力大，允许极限转速高的特点。外径比同规格的双列圆柱滚子轴承小一些。在使用中，这种轴承不承受径向力。推力球轴承。承受轴向力的能力最高，但允许的极限转速低，容易发热。向心推力球轴承。允许的极限转速高，但承载能力低，主要用于高速轻载的机床。2）轴承的配置大多数机床主轴采用两个支撑，结构简单，制造方便，但为了提高主轴刚度也有用三个支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心度，否则温升和空载功率增大，效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大，可以用两个支撑的主要支撑，第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承（中间支撑或后支撑）保持比较大的游隙（约003007），只有在载荷比较大、轴产生弯曲变形时，辅助支撑轴承才起作用。M轴承配置时，除选择轴承的类型不同外，推力轴承的布置是主要差别。推力轴承布置在前轴承、后轴承还是分别布置在前、后轴承，影响着温升后轴的伸长方向以及结构的负责程度，应根据机床的实际要求确定。在配置轴承时，应注意以下几点每个支撑点都要能承受经向力。两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即负荷都由机床支撑件承受。493）轴承的精度和配合主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。普通精度级机床的主轴，前轴承的选或级，后轴承选或级。选择轴承的CDE精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。轴承与轴和轴承与箱体孔之间，一般都采用过渡配合。另外轴承的内外环都是薄壁件，轴和孔德形状误差都会反映到轴承滚道上去。如果配合精度选的太低，会降低轴承的回转精度，所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。轴承间隙的调整为了提高主轴的回转精度和刚度，主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到合适的负间隙，形成一定的预负载，回转精度和刚度都能提高，寿命、噪声和抗震性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形，过大的预负载对提高刚度没有明显的小果，而磨损发热量和噪声都会增大，轴承寿命将因此而降低。轴承间隙的调整量，应该能方便而且能准确地控制，但调整机构的结构不能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动，当内圈向大端轴向移动时，由于112的内錐孔，内圈将胀大消除间隙。其他轴承调整也有与主轴轴承相似的问题。特别要注意调整落幕的端面与螺纹中心线的垂直度，隔套两个端面的平行度都由较高要求，否则，调整时可能将轴承压偏而破坏精度。隔套越长，误差的影响越小。螺母端面对螺纹中心线垂直度、轴上和孔上套简两端平行度等均有严格的精度要求。564主轴与齿轮的连接齿轮与主轴的连接可以用花键或者平键；轴做成圆柱体，或者锥面（锥度一般取115左右）。锥面配合对中性好，但加工较难。平键一般用一个或者两个（相隔180度布置），两国特键不但平衡较好，而且平键高度较低，避免因齿轮键槽太深导致小齿轮轮毂厚度不够的问题。565润滑与密封主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。50主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种1）堵加密封装置防止油外流。主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留0103的间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难）。还有一种是在轴承盖M的孔内开一个或几个并列的沟槽（圆弧形或形），效果比上一种好些。在轴上增开了V沟槽（矩形或锯齿形），效果又比前两种好。在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。2）疏导在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。566其他问题主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的扭转变形。当后支承采用推力轴承时，推力轴承承受着前向后的轴向力，推力轴承紧靠在孔的内端面，所以，内端面需要加工，端面和孔有较高的垂直度要求，否则将影响主轴的回转精度。支承孔如果直接开在箱体上，内端面加工有一定难度。为此，可以加一个杯形套孔解决，套孔单独在车床上加工，保证高的端面与孔德垂直度。主轴的直径主要取决于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号钢材的弹性模量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢即可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响，可以选用或其他合金钢。主轴头部需要淬火，硬度为CR405055。其他部分处理后，调整硬度为220250。HRCHBS51第6章设计部分的调节、润滑、维护保养、技术要求及其它1、为了减少车床磨损，延长使用寿命，保证工件加工精度，应对车床的所有摩擦部位进行润滑，并注意日常的维护保养。2、车床的润滑形式常用以下几种，（1）浇油润滑常用于外露的滑动表面，如导轨面和滑板导轨面等。（2）溅油润滑常用于密闭的箱体中。如车床的主轴箱中的传动齿轮将箱底的润滑油溅射到箱体上部的油槽中，然后经槽内油孔流到各润滑点进行润滑。（3）油绳导油润滑常用于进给箱和溜板箱的油池中。利用毛线即吸油又渗油的特性，通过毛线把油引入润滑点，间断地滴油润滑。（4）弹子油杯注油润滑常用于尾座、中滑板摇手柄及三杠（丝杠、光杠、开关杠）支架的轴承处。定期的用油枪端头油嘴压下油杯上的弹子，将油注入。油嘴撤去，弹子又回复原位，封住注油口，以防尘屑入内。（5）黄油杯润滑常用于交换齿轮箱挂轮架的中间轴或不经常润滑处。事先在黄油杯中加满钙基润滑脂，需要润滑时，拧进油杯盖，杯中的油脂就被挤压到润滑点中去。（6）油泵输油润滑常用于转速高、需要大量润滑油连续强制润滑的场合。如主轴箱内许多润滑点就是采用这种方式。3、车床的润滑要求（1）车床上一般都有润滑系统图，应严格按照润滑系统图进行润滑。（2）换油时，应先将废油放尽，然后用煤油把箱体内冲洗干净后，在注入新机油，注油时应用网过滤，且油面不得低于油标中心线。主轴箱内零件用油泵润滑或飞溅润滑。箱内润滑油一般三个月更换一次。主轴箱体上有一个油标，若发现油标内无油输出，说明油泵输油系统有故障，应立即停车检查断油的原因，并修复。（3）进给箱上部油绳导油润滑的储油槽，每班应给该储油槽加一次油。（4）交换齿轮箱中间齿轮轴轴承是黄油杯润滑，每班一次，7天加一次钙基脂。（5）弹子油杯润滑每班润滑一次。导轨工作前后擦净用油枪加油。5、车床日常保养要求（1）每天工作后，切断电源，对车床各表面、各罩壳、导轨面、丝杠、光杠、各52操纵手柄和操纵杆进行擦拭，做到无油污、无铁屑、车床外
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