CA6140机床变速箱课程设计说明书

1、目录摘要2车床参数的拟定31.1车床主参数和基本参数31.1.1、主轴的极限转速31.1.2、主轴转速级数Z和公比31.1.3、主电机功率一一动力参数的确定3运动方案设计42.1传动结构式和结构网的选择确定42. 1.1传动组及各传动组中传动副的数目42. 1.2传动系统扩大顺序的安排42. 1. 3传动组的变速范鬧的极限值52. 1.4址人扩人组的选择62.2转速图的拟定62. 2. 1主电机的选定6传动件的选择73. 1确定计算转速73. 1. 1主轴的计算转速73. 1. 2中间传动件的计算转速83. 1. 3齿轮的计算转速83. 2带轮的选择83. 3传动轴和主轴的设计103. 3.1

2、传动轴的设计103. 2.1主轴的设计113. 4摩擦离合器的选择123. 4. 1按扭矩选择123.4.2选择摩擦片尺寸123. 4.3计算摩擦面的对数Z 133.4.4摩擦片片数133.5齿轮齿数选择和模数的估算及验算133.5.1齿轮齿数选择133. 5.2齿轮模数的估算和验算 151、齿轮模数的估算153.6轴承的选择与校核183.6.1般传动轴上的轴承选择183. 6.2主轴轴承的类型183. 6.3 轴承间隙调整193. 6. 4轴承的较核19主轴箱的结构设计211齿轮布置21机械加工设备课程设计4.1绘制主传动系统图21总结22参考文献221机械加工设备课程设计摘要普通中型车床主

3、轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所给定的机床用途、 规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动参数，选定主轴各级转速值；通 过分析比较，选择传动方案：拟定结构式或结构网，拟定转速图：确定齿轮齿数及带轮立径：绘 制传动系统图。其次，根据机床类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速，初定传动 轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件 （动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后，完成运动设计和动力设计后，要 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 变速机构、箱体、润滑与密封

4、、传动轴及滑移齿轮零件的设计。【关键词】车床、主轴箱、变速系统、主轴组件。2机械加工设备课程设计车床参数的拟定1.1车床主参数和基本参数1.1. b主轴的极限转速3机械加工设备课程设计#机械加工设备课程设计nniax=1500r/minl】mm=335r/min#机械加工设备课程设计#机械加工设备课程设计转速范WRn= 11 nun卄冷 11 nxax 1500.转】虫氾I韦1 Rn=二=44. 8r/min11 nun 33.5取 0=1.41lg0 lgl41#机械加工设备课程设计#机械加工设备课程设计考虑到设计的结构复杂程度要适中，故采用常规的扩人传动。并选级数Z二12,各级转速数 列可

5、直接从标准的数列表中査出，按标准转速数列为：33.5. 47.5. 67、95、132、190、265. 375、530、750、1060. 15001.1.2主轴转速级数Z和公比已知：Rn二上匚、Rn二"且Z=2a x3b11 mina、b为正整数，即Z应町以分解为2和3的因子，以便用2、3联滑移齿轮实现变速。取Z二12 级贝 iJZ=22x3#机械加工设备课程设计#机械加工设备课程设计人=计=出竺.14严=Rn = 438、mm11 1XUX1】心二1500、1】噺二33.5 Rn二=44.811 min#机械加工设备课程设计#机械加工设备课程设计1.1.3、主电机功率动力参数的

6、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。由给定参数：额定功率为7 5KW,可选取电机为：Y132M4满载转速为1440r/min运动方案设计2. 1传动结构式和结构网的选择确定2.1.1传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z的传动系统由若干个顺序的传递组组成，各传动组分别有Zl、Z2、Z3、个传 动副即Z二ZiZ?Zs传动副数由丁结构的限制以2或3为适合，即变速级数Z应为2和3的因子：即Z=2ax3'实现12级主轴转速变化的传动系统町以写成多种传动副的组合：1)12=3X42)12=4X33)12=3X2X24)12=2X

7、3X25)12=2X2X3按照传动副“前多后少”的原则选择Z=3X2X2区一方案，但主轴换向采用双向片式摩擦 离合器结构，致使I轴的轴向尺寸过人，所以此方案不宜采用，而应选择12=2X3X2。方案4)是比较合理的12=2X3X22.1.2传动系统扩大顺序的安排12=2X3X2的传动副组介，其传动组的扩人顺序又可以有6种形式：1)12=2iX32X262)12=2iX3<X223) 12=2tX3tX2e4)12=2fcX3»X2s5)12=22X3iX2i6)12=2*X32X2i根据级比指数分配要“前密后疏”的原则，应选用Z二2iX3?x26这一方案，然而对于我们所设计的结构

8、将会出现两个问题：第一变速组采用降速传动时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，使得【轴上的齿轮直径不 能太小，II轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使丨-II轴间中心距加大，而且丨-II轴间的中 心距也会瞿大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。这种传动不宜采用。如果笫一变速组采用升速传动，则I轴至主轴间的降速传动只能同后两个变速 组承担。为了避免出现降速比小于允许的杉限值，常常需要增加一个定比降速传动组, 使系统结构复杂。这种传动也不是理想的。如果采用Z二23><3X26这一方案则町解决上述存在的问题。以上两种方案的结构网图如12-2C33X3C11X2L61.图2 1结构网2.1.3

9、传动组的变速范围的极限值齿轮传动最小传动比Umin>l/4, M人传动比Umax<2,决定了一个传动组的最人变速范I韦I rmax=umax/umin 8 因此，要按照下表，淘汰传动组变速范困超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数x,x值为：6机械加工设备课程设计表21极限鬲谕数1. 11X 值：Umin=一=1/404X值：Umax二矿，=22(X+ X)值：rmin二严=862.1.4最大扩大组的选择止常连续的顺序扩大组的传动的传动结构式丿、j： Z二Zll Z2Z1 Z3Z1Z2 最后扩人组的变速范鬧按照r<8原则，导出系统的加人级数Z和变速范闌R>为:表2.

10、 2231.41Z=12R>=44Z=9Ra二 15. 6最后扩人组的传动副数冃Z3=2时的转速范鬧远比23二3时人。因此 在机床设计中因要求 的R较人，瑕后扩人组应取2更为合适。同时，般后传动组与域后扩人组往往是一致的。安装在 主轴与主轴前传动轴的具冇极限或接近传动比的齿轮副承受Ai人扭距，在结构上可获得较为满 意的处理，这也就是最后传动组的传动副经常为2的另一原因。2.2转速图的拟定运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选择电 机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转速图，使主运动逐步具体化。2. 2. 1主电机的选定1、电机功率N：中

11、型机床上，一般都采用三相交流异步电动机作为动力源。根据机床切削能力的要求确定电机功率：N二7. 5KW2、电机转速:选用时，要使电机转速皿与主轴最高转速1】心和I轴转速相近或相宜，以免采用过人的升速或过小的降速传动。nd =1440r/min3、分配降速比：该车床主轴传动系统共设有四个传动组其中有一个是带传动。根据降速比分配应“前慢后快” 的原则以及靡擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。u ,ft=nnun/ nE =33. 5/1440=1/48分配总降速传动比时，要考虑是否增加定比传动副，以使转速数列符合标准和有利于减小齿 数和减小径向与轴向尺寸，必须按“前慢后快”的原则给串联

12、的各变速器分配最小传动比。a决定轴的最小降速传动比主轴上的齿轮希望人一些，能起到飞轮的作用，所以般后一个 变速组的最小降速传动比取极限1/4,公比屮二1.41, 1.4f=4,因此从IV轴的最下点向上4格, 找到III上对应的点，连接对应的两点即为II卜IV轴的最小传动比。b决定其余变速组的最小传动比根据“前慢后快”的原则，Ml II-III间变速组取umin=l/屮3, 即从1【1轴向上3格，同理，轴I-I【间取u二1/屮2,连接各线，画出转速图如图2. 2所示。ElID传动件的选择3. 1确定计算转速3.1.1主轴的计算转速nj=nmin 屮9机械加工设备课程设计z=12nj=nmin屮

13、3=33. 5X2. 82=95r/min3.1.2中间传动件的计算转速III轴上的6级转速分别为:132、190、265、375、530、750r/min.主轴在95r/min以上都可 以传递全部功率。III轴经传递到主轴，这时从132r/min以上的转速全部功率，所以确定最低转速 132r/min为II【轴的计算转速。按上述的方法从转速图中分别可找到计算转速：I【轴为375r/min, I轴为75 Or/min,电动机轴为1440r/min.3.1.3齿轮的计算转速可以确定每个齿轮的转速如下表3.1所示：表3. 1齿轮Z1Z2ZsZiZsZeZrZ&z?Z10Zi 1Z12Z13Z

14、14计算转速750750106037537537537526519013213237526595其中 I 轴上有：Zi、Z? II 轴有：Z3、Z” Zs、Ze > Zt III轴白：Zs Zio Zii、Z12 主 轴上有：Z13. Z14 o 一共14个齿轮其配对情况如卜：Z1-Z3 x Z2-Z4 、 Zs-Zs Z7-Z11Zi 1 -Zi3 Z12-Z11 o3. 2带轮的选择三角带传动中,轴间距A可以加人。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，但尺寸人，机床中常用作电机输出轴的定比传动。1、选择三角带的型号由己知条件町知电动机的

15、计算功率为8. 25KW o資机械设计图8-10 W此选择B型带，尺寸参数为B二60mm, bd =14inm, h=15. 0=40。2、确定带轮的计算直径D, D2带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的卷命，小带轮的直径D】不宜过小，即查表取主动轮基准直径DlGOm机械加工设备课程设计由公式 D, = -D1(l-)式中：1】厂小带轮转速，11? -人带轮转速，&-带的滑动系数，一般取0.02。1440所以 Dr =x 160(1 0.02) = 301 mm,取园整为 300mm。-7503、确定三角带速度按公式'=HDg =3.14x160x1440 “2哆 &#

16、39;60x100060x1000人4、初定中心距带轮的中心距，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：根据经验公式0.7(耳+。2)<4 v2(E+D2)mm 取 2x(160+301)二922mm,取 =781iran.5、三角带的计算基准长度耳D = 24 + f(D】 + D】3 14Lq = 2x784 + x(160 + 300) = 2291.77nm2圆整并查表得其长度为：L二2273mm= 224Q1111)6、确定实际中心距AA = Aq + (L L°)/2 = 7 84+ (227、2240片 2 = 80Q111117、验算小带轮包角a

17、a a 180° - D2P1 x57.5° = 169.8 >120° ,主动轮上包角合适。 A8、确定三角带根数Z根据机械设计式8-22得叫 一 &25_23NoC； 3.6x0.98所以取Z二3根3. 3传动轴和主轴的设计3. 3. 1传动轴的设计传动轴直径按扭转刚度用卜列公式估算传动轴直径:其中：N-该传动轴的输入功率N = NdKWNl电机额定功率；n一从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积n)该传动轴的计算转速r/min0每米长度上允许的扭转角(deg/m),可根据传动轴的要求选取如表32所示表3. 2刚度要允许的扭转A、主轴一般的传

18、动轴较低的传动轴00. 5111.51.52对干-般的传动轴，取切二1,仏=°另1N =叫“ =7.5 X 0.96 = 7.2 KW llj =750 r/min d】=91fp = 28.48 mmV750xl取 Q = 30 mmN2 = Nd = 7.5 x0.96x0.98= 7.056KW=375 r/mind = 9ull2- V375xl=33. 7 mm取=35111111N3 = Nd = 7.5 x096x098x098= 6.9KWI 6.9n_ =132 山=91= 43.5 mmJ3 V132xld3 =45mm采用花键轴结构，即将估算的传动轴近径d减小7

19、%为花键轴的直径，在选相近的标准花键。d/ =28. 48X0. 93=27d/ =33.7X0.93=32d/ =43.5X0. 93=41查表可以选取花键的型号其尺寸Z-Dxdxb分别为4 轴取 6-28X23X6d?轴取 8-32X28X7山轴取 8-42X36X103. 2.1主轴的设计主轴组件结构复杂，技术要求髙。安装工件的主轴参与切削成形运动，此，它的荊度和性能 性能直接彫响加工质屋（加工楕度与表面粗槌度）。1、主轴直径的选择査机床主轴设计指导P33的表选取前支承轴颈直径为Di=100 mm后支承轴颈直径D：=0. 8DL80mm2、主轴内径的选择车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡

20、盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆必须是空心轴。确定孔径的原则是在满足对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的 求尽可能取大些。推荐：普通车床d/D（或占/Dj二0.550.6其中D主轴的平均直径，D= （Di+D：） /2d一一前轴颈处内孔直径d=0. 55D=55mm所以，内孔直径取55mm3、前锥孔尺寸前锥孔用来装顶尖或其它工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏锥孔。根据机床主轴设计 指导5-6表选择如下：莫氏锥度号取5号标准英氏锥度尺寸大端直径D=44. 3994、主轴前端悬伸量的选择确定主轴悬伸量a的原则是在满足结构要求的前提F,尽町能取小值。主轴悬伸量与前轴颈直径之比a/D=O

21、. 61. 5a二(0. 61. 5)Di二66165 mm所以，悬伸量取100mm5、主轴材料与热处理材料为45钢，调质到220250HBS,主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥而等部位局部淬硕j 至HRC5055,轴径应淬硬。3. 4摩擦离合器的选择3. 4.1按扭矩选择Mj AKM唇=Kx9550 Nm式中Mj-离介器的额定静力矩(Kgm)K-安全系数Mz 一运转时的最大负载力矩查机械设计手册表，取K二1.3 n =0. 96则KMnwe= Kx9550x = 1.3x9550x7.2x=U4.4 Nmf 唤n37503. 4. 2选择摩擦片尺寸尺寸如下表3. 3所示表3. 3片数静力矩dD

22、DiBb17100309098301012机械加工设备课程设计3. 4. 3计算摩擦面的对数Zz_ 12MnKxlQ3 fp(D3-d3)KvKmKz式中：f靡擦片间的摩擦系数；p一许用压强MPa；D摩擦片内片外径mm； d摩擦片外片内径mm：Kr一一速度修正系数；Kz接合而数修正系数：Km接个次数修正系数；K安全系数。分别查表f = 0.06p= 1.0 1. 2 D = 90mm d =30mm Ky = 0.63瓦=0.85 Km = 1. 0Z_12x114.4x1.3 3.14x0.06xl.0x(903-353)x0.63x1.0x0 85=133. 4. 4摩擦片片数摩擦片总数为

23、(z+1)片，即14片，根据貝体情况设内为8片，外6片。计算轴向压力QQ = #(dJ dJIpk4=4272. 9N且摩擦离合器选择和两级减速齿轮做成一体的方案。3.5齿轮齿数选择和模数的估算及验算3. 5.1齿轮齿数选择1、齿轮齿数的确定的要求町用计算法或查表确定齿轮齿数，后者更为简便，根据要求的传动比u和初步定出的传动副 齿数和邑，查表即可求出小齿轮齿数。选择时应考虑：.传动组小齿轮应保证不产生根切。对于标准齿轮，其最小齿数机械加工设备课程设计1) .齿轮的齿数和Q不能太大，以免齿轮尺寸过人而引起机床结构增人，一般推荐齿数和100-120,常选用在100之内。2) .同一变速组中的各对齿

24、轮，其中心距必须保证相等。3) .保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚4) .保证主轴的转速误差在规定的范闱之内。2.确定齿轮齿数1).用计算法确定第一个变速组中各齿轮的齿数Z,+Zj，二Zj/Z/ =Ui 其中Zi一一主动齿轮的齿数Z/ 一一被动齿轮的齿数5 对齿轮的传动比对齿轮的齿数和为了保证不产生根切以及保证最小齿轮装到轴上或套筒上貝有足够的强度，最小齿轮必然是 在降速比最大的传动副上出现。把乙的齿数取人些:取N二乙2=35贝Iu3 1/2=69齿数和 乂 =Z2+Zf35+69=104同样根据公式Z,二61、Z3=432).用查表法确定第二变速组的齿数a TT先在th、

25、U2、u$中找出最小齿数的传动比thb为了避免根切和结构需要，取c査表找到ul/1.411的倒数2. 8的行找到722査表最小齿数和为84 依次可以査得Z$=35Zs=49N 二 28Ze=56Z：=22Zio=62同理可得其它的齿轮如下表所示:表3. 4变速组第一变速组第二变速组第三变速组齿数和104841104914机械加工设备课程设计齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14齿数61354369352822495662732237883. 5.2齿轮模数的估算和验算1.齿轮模数的估算根据齿轮弯曲疲劳的估算:机械加工设备课程设计机械加工设备课程设计齿面点蚀的估算

26、:A> 37031mm机械加工设备课程设计机械加工设备课程设计其中斗为人齿轮的计算转速，A为齿轮中心距。2 A由中心距A及齿数Z、N求出模数：111 =mmZi+Z?根据估算所得1】匚和1】中较人的值，选取相近的标准模数。1）齿数为35与69的齿轮N二7 2KW,n-32VS = 2mm= 37 = 78.82A 2x78.8叫n=1.5 mm35+69取模数为32）齿数为43与61的齿轮N二7 2KW机械加工设备课程设计I7.2m-32V5 = 265iran=37=131.116机械加工设备课程设计#机械加工设备课程设计2A 2x131.1、 +111, = 2.57 mm勺 + %

27、43 + 61取模数为32、齿轮模数的验算结构确定以后，齿轮的工作条件、空间安排、材料和精度等级等都已确定，才可能孩验齿轮 的接触疲劳和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据齿轮的接触疲劳计算齿轮模数公式为：11L = loJOQImm根据齿轮的弯曲疲劳强度计算齿轮模数公式为：KK 火 K,Nq z沁宀心mm#机械加工设备课程设计#机械加工设备课程设计式中：N计算齿轮传递的额定功率Nj计算齿轮（小齿轮）的计算转速r/minTm-一齿宽系数Tm = , Wm常取6丄0； mZ -一计算齿轮的齿数，一般収传动中绘小齿轮的齿数;i-一大齿轮与小齿轮的齿数比，i = >l； u+"用于外啮合

28、，号用于内啮合; Z1Ks-寿命系数，Ks = KrKnKKqi3.5#机械加工设备课程设计#机械加工设备课程设计Kt-一工作期限系数，Kt =3.6齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷卜的疲劳曲线指数m和基准循坏次数Co n-一齿轮的最低转速r/min;T一-预定的齿轮工作期限.中型机床推荐："1500020000h;1<-一转速变化系数Kn-功率利用系数Kq-材料强化系数。幅值低的交变我荷町使金属材料的晶粒边界强化，起看阻止疲劳细 缝扩展的作用：瓦（寿命系数）的极限KSnwx,KSimix当Ks则取匕%喚时，UXKs =KSram:K-一工作情况系数。中等冲击的主运动：K二1.

29、21.6：K厂一动我荷系数K3-齿向戦荷分布系数Y一一齿形系数：兀、O-J-一许用弯曲、接触应力MPa1）齿数为22与88的齿轮N = 7.056 KWd =mz =3x22= 66mm才d nx60x375节圆速度V = 2.98m/s60000 60000由表8町得：取精度等级为7级。K2=1.2K=1.2（P = = x 7 = 0. 35* z *20由表9得：K3=lKn=0. 71瓦=0.60 Kq =0.78Ks = 4. 5 x 0. 71 x 0. 60 x 0. 78 = 1. 49由表7可知 Ks >«唤所以取Ks=0. 6由表11许用应力知，可取齿轮材料

30、为45整淬17机械加工设备课程设计18机械加工设备课程设计勺=1100MPaaj =320MPa由表10可知町査得Y=0. 395(f 土 1)也心3mj = 163001113 =1630Q(+ 1)x1.2x1.2x1x0.6x7.05622 r 88r7 x 222x_x1100-x37522= 1.83% =275I1.2x1.2x1xQ.6x7.056 =0 134V 22x0.45x7x375x320所以模数取3适合要求。同样町以校核其它齿轮的模数也符合要求。3. 6轴承的选择与校核机床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升。空载功率和噪音等方面，球轴承 都比滚锥轴承优越。

31、而且滚锥轴承对轴的刚度、支承孔的加工精度要求都比较高，异常球轴承用 得更多。但滚锥轴承的内外圈町以公开。装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时， 也常采用这种轴承。选择轴承的型式和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其它结构条件。 即要满足承载能力要求，又要符合孔的加工工艺，町以用轻、中、或重系列的轴承来达到支承孔 直径的安排要求。花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径，一般传动轴承选 用G级精度。3. 6. 1 一般传动轴上的轴承选择传动轴IIIIII轴承型号620662076209轴承尺寸30X6234X7244X85在传动轴上选择6200系列的深沟球轴承，其貝体的型

32、号和尺寸如下表3. 5所示表3. 53. 6. 2主轴轴承的类型主轴的前轴承选取3182100系列双列向心短圆柱滚子轴承。这种轴承承載能力人，内孔佇1: 12锥度，磨擦系数小，温升低，但不能承受轴向力，必须和能承受轴向力的轴承配合使用，因19机械加工设备课程设计此整个部件支承结构比较复杂。3. 6.3轴承间隙调整为了提高主轴回转精度和刚度，主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到合适的负间隙，形 成一定的预负載，回转精度和刚度都能提高，卷命、噪声和抗振性也有改善。预负载使轴承内产 生接触变形，过人的预负載对提高刚度没有明显效果，而磨损发热量和噪声都会增人，轴承寿命 将因此而降低。调整结构形式如下图所示：20机械加工设备课程设计#机械加工设备课程设计图3. 1调整说明：转动调整螺母，使内圈向大端移动。特点：结构简单。移动量完全靠经验，旦调整过紧，难以把内圈退回。3. 6. 4轴承的较核1)滚动轴承的疲劳寿命验算>T（h）CfnL = 50q5KaKhpKKiF 丿n一额定殍命(h)c额定动我荷(N)9一动载荷凶)T滚动轴承的许用寿命(h), -般取1000015000(h)寿命指数，对球轴承£二