普通车床的主轴箱部件设计课程设计

1、课程设计普通车床的主轴箱部件设计学生姓名：专业班级：机械设计2012级1班指导教师：学 院：2015年12月东北林业大学课程设计目录1 总体设计1.1 确定机床运动参数11.1.1 原始参数11.1.2 确定主电机11.1.3 主传动系统方案的拟定11.1.4 确定齿轮的齿数31.1.5 确定系统的传动系统图32运动设计52.1确定各轴转速52.1.1 确定主轴计算转速52.1.2 各传动轴计算转速52.1.3 各齿轮计算转速52.1.4 核算主轴误差52.2 带传动设计52.2.1 确定计算功率52.1.2 选取V带型52.1.3 确定带轮直径和验算带速52.1.4 确定传动中心距和带的基准

2、长度62.1.5 验算小带轮的包角62.1.6 确定带的根数62.1.7 计算带的张紧力62.1.8 计算作用在轴上的压轴力72.3 各传动齿轮模数的确定和校核72.3.1 模数的确定72.3.2 齿轮的校核82.4 确定各轴的最小直径102.5 轴承的选择112.5.1 初选轴承的型号112.5.2 轴承寿命校核112.6 轴的校核122.7 操纵机构的设计142.7.1 操纵机构类型的选择142.7.2 操纵机构的参数计算142.8 键的选择142.8.1 键的类型选择142.8.2 键的校核163主轴组件设计173.1 主轴内孔直径的确定173.2 主轴外径的确定173.3 主轴前段悬伸

3、量173.4 主轴组件最佳跨距选择17 4箱体结构设计195变速箱的润滑20结论21东北林业大学课程设计1 总体设计1.1 确定机床运动参数1.1.1 原始参数本课程设计主要是针对有极变速装置进行的。因此，在设计前期通过查阅机床设计图册的方式，对各类车床、铣床等主轴变速机构及进给机构的结构和变速方式进行了充分的了解，明确了设计的内容.对车床的主轴箱进行设计主电机的功率：3kw最大转速：2000r/min最低转速：400r/min 公比：= 1.26工件材料：钢铁材料道具材料：硬质合金1.1.2 确定主电机电机功率：3kw 电机型号：Y100L2-4电机转速：1420r/min1.1.3 主传动

4、系统方案的拟定拟定传动方案，包括传动形式选择以及开停、制动、换向、操纵等整个传动系统的确定。传动形式则指传动和变速的元件，机构以及组成，安排不同特点的传动形式，变速类型。传动方案和形式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和形式，要从结构、工艺、性能及经济性等多方面统一考虑。确定结构式：方案a:方案b：主变速传动系从电动机道主轴，通常为降速传动，接近电动机的转速较高，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，传动的转矩较大，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

5、动件在高速范围内工作，尺寸小一些，以节省变速箱的造价，减少变速箱的外形尺寸;也就是满足传动副前多后少的原则，确定传动方案。通过验算最后扩大组的变速范围： 所以方案a为优设计结构网：传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围：在降速运动时，为防止齿轮的直径过大而使其径向尺寸过大，常限制最小传动比，升速传动时，为防止产生过大的振动和噪音，常限制最大传动比，斜齿轮比较平稳，可取，故变速组的最大变速范围为。检查变速组的变速范围是否超过极限值时，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

6、计设计结构网如下所示： 由 查表选取标准转速，其标准转速是：400，500，630，800，1250，1600 ，2000由此可以确定系统的转速图 1.1.4 确定齿轮的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中心距，使机床结构庞大，一般推荐。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；受限制的最小齿轮齿数应大于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）之间有误差，但不能过大，确定齿数所造成的转数所造成的转速误差，一般不应超过由系统

7、结构图和转速图可知，系统采用双联滑移齿轮 Sz=60，62，64，66，68，70，72，74. Sz=.50,52,54,66,68,70,72,74 Sz=.44,52,54,60,62,70,72,78 由以上几行可以挑出，72是共同适用的。选取，则从表中可以查出小齿轮齿数分别是36，32，28，即，。1.1.5 确定系统的传动系统图由以上可以确定系统的传动系统图，为2 运动设计2.1 确定各轴转速2.1.1 确定主轴计算转速2.1.2 各传动轴计算转速轴的可从主轴630r/min按的传动副找上去轴的计算转速630r/min轴的计算转速1000r/min轴的计算转速1250r/min2.

8、1.3 各齿轮的计算转速传动组c中28/44 只计算的齿轮，计算转速； 44/25只计算的齿轮，计算转速；传动组b中主动齿轮z28/44，计算转速为；传动组a中主动齿轮z32/40，计算转速为。2.1.4 核算主轴误差所以合适。2.2 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，带与轮槽之间会有打滑，宜可缓和冲击和隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸较大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。电动机转速,传递功率,传动比,三班班制一天运转18小时，工作年数10年。2.2.1 确定计算功率由机械设计表8-7工作系数查得由机械设计（8-21）得2.2.2 选取v带型根据小带轮的转速和

9、计算功率，选A带型2.2.3 确定带轮直径和验算带速带轮的直径越小，带的弯曲应力越大。为提高带的使用寿命，小带轮的直径不应过小，即。查<<机械设计>>表8-8、图8-11和由表8-6取小带轮基准直径则直径系列值实际传动比传动比相对误差：故允许验算带速 故带速合适2.2.4 确定传动中心距和带的基准长度带轮的中心距，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（8-20）：设中心距为，则 于是 初取中心距带长由机械设计表（8-2）查取相近的基准长度，按机械设计公式（8-23）计算实际中心距2.2.5 验算小带轮的包角由机械设计公式（8-25

10、）得故合适2.2.6 确定带的根数由机械设计公式（8-26）得即取带数z=32.2.7 计算带的张紧力查机械设计表（8-3），由机械设计式（8-27）得2.2.8 计算作用在轴上的压轴力根据机械设计式（8-28）得2.3 各传动齿轮模数的确定和校核,2.3.1 模数的确定齿轮模数的选择应参考同类型机床的设计经验。如齿轮模数选择的过小，齿轮经不起冲击，易磨损；如果选择的过大，齿数和将较小，使变速组内的最小齿数小于17，产生根切现象，并且最小齿轮还有可能无法套装到轴上。齿轮可套装在轴上的条件为齿轮的齿槽到孔壁或键槽底部的壁厚应大于或等于2m(m为齿轮模数)，以保证齿轮具有足够的强度。对于已选好模数

11、的齿轮，还要进行弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的计算。在模数相同的传动组中，只需验算齿数最少的齿轮。根据计算出的mw 和 mj 中的大值取相似的标准模数。也可先判断出mw 和 mj 中的大值再进行计算。齿轮材料可选用优质中碳钢，齿面高频淬火处理，提高齿轮的耐磨性和寿命a传动组：32齿齿轮的模数齿面接触疲劳强度计算轮齿弯曲疲劳强度计算 为齿宽系数取值为（5.10）取值为8查表得 计算得传动组a的齿轮模数为3b传动组齿面接触疲劳强度计算轮齿弯曲疲劳强度计算 为齿宽系数取值为（5.10）取值为8查表得 计算得传动组b的齿轮模数为3C传动组齿面接触疲劳强度计算轮齿弯曲疲劳强度计算 为齿宽系数取值为（5.1

12、0）取值为8查表得 计算得传动组c的齿轮模数为3传动组a的分度圆直径 36齿d=mz=84mm 32齿d=mz=96mm 40齿d=mz=120mm传动组b的分度圆直径 28齿d=mz=84mm 44齿d=mz=132mm 36齿d=mz=108mm传动组c的分度圆直径 28齿d=mz=84mm 44齿d=mz=132mm 齿宽2.3.2 齿轮的校核a传动组：32齿齿轮校核：由图查的由图查的因，所以确定动载系数齿轮精度为7级 查表得 工况系数齿轮不对称分布 查图4.21-3得查表4-10,取由图4.22得查图4.23得由由故32齿齿轮弯曲疲劳强度满足要求b传动组：28齿齿轮校核：由图查的由图查

13、的因，所以确定动载系数齿轮精度为7级 查表得 工况系数齿轮不对称分布 由故28齿齿轮弯曲疲劳强度满足要求c传动组：28齿齿轮校核：由图查的由图查的因，所以确定动载系数齿轮精度为7级 查表得 工况系数齿轮不对称分布 由故28齿齿轮弯曲疲劳强度满足要求 同理可进行a传动组中其他齿轮和b传动组、c传动组齿轮的弯曲疲劳强度校核。经计算都满足要求。2.4 确定各轴的最小直径当轴上由键槽时，d值应相应增大45%；当轴为花键轴时，可将估算值减小7%为花键轴的小径；空心轴时，需乘以计算系数b，b值见机械设计手册表7-12。（1） 轴的直径：， 轴自身材料选用45号钢，（2） 轴的直径：，（3）轴的直径：， (

14、4)轴的直径:, 2.5 轴承的选择2.5.1 初选轴承型号I轴的轴承型号为7005C角接触球轴承II轴的轴承型号为7005C角接触球轴承III轴的轴承型号为7005C角接触球轴承IV轴的轴承型号为3021圆锥滚子轴承轴承IV轴的轴承型号为NN3000K双列圆柱滚子轴承2.5.2 轴承寿命校核以I轴的轴承为例7005C角接触球轴承由手册查得： 用线性插值法得 查表得 ,考虑轴承工作中有中等冲击，查得 按寿命的校核：校核轴轴承7005C（角接触球轴承）基本额定寿命： 用表示轴承的转速(r/min),则以小时数表示的轴承基本额定寿命为： 经过温度系数修正后，基本额定寿命计算公式为： 由于工作温度,

15、取 因为 故选用轴承7005C能满足工作要求。2.6 轴的校核 III轴受力情况复杂，故对此轴进行校核I轴对II轴的作用力，取齿数为28：44的传动副传动力大齿轮传递的扭矩圆周力径向力IV轴对III轴的作用力，取齿数为28:44的传动副传动力小齿轮传递的扭矩圆周力径向力水平受力图： 水平弯矩图垂直受力图： 垂直弯矩图：合成弯矩图：齿轮单向旋转当量弯矩最大危险截面处唯一：45号钢，符合要求。2.7 操纵机构的设计2.7.1 操纵机构类型的选择机床的操纵机构用于控制机床各执行件的启起动、停止、制动、变速、换向等。其中，用来控制机床速度变换的机构成为变速操纵机构。例如，控制齿轮变速组中不同齿轮的接合

16、、脱开，以实现机床运动速度的变换。变速操纵机构可采用手动式机械操纵机构或自动式液压操纵机构。机械操纵机构以采用分散操纵机构或中等复杂的集中操纵机构为宜。变速操纵机构中应有定位机构，要注意防止操纵机构发生干涉;操作要方便、省力、安全、可靠。手动操纵机构是由人直接操纵控制手柄、手轮等，靠机械传动来实现操纵要求。手动操纵机构按照控制的执行件数量不同，可以分为单独操纵机构和集中操纵机构。单独操纵机构又称为分散式操纵机构，是一个操纵件只控制一个执行件的操纵机构。其特点是结构简单、动作可靠、制造维修方便，可灵活安排手柄位置。本设计中采用三组摆动式单独操纵机构。2.7.2 操纵机构的计算,故合适2.8 键的

17、选择2.8.1 键的类型选择键的规格I轴圆头平键 8×7×18II轴圆头平键 6×6×22带轮圆头平键 8×7×20IV轴圆头平键 9×7×202.8.2 键的校核 以I轴为例校核键的强度键，轴，轮毂的材料都是钢材取许用挤压应力键的工作长度圆头平键键与轮毂的接触高度所以该平键合适。其他轴的平键同理进行校核。3 主轴组件设计3.1 主轴内孔直径的确定主轴孔径过小，使从中通过的棒料或拉杆直径受到限制，而且深孔加工也较为困难。主轴孔径可减小主轴重量，提高固有频率。为了扩大机床的使用范围，主轴孔径也应适当增大。但是，当主轴

18、外径一定时，增大孔径受到结构和刚度要求的限制：孔径增大会减小主轴的壁厚，如果轴壁过薄，就要影响主轴正常工作。对于中型机床主轴后轴颈的直径与孔径之差不要小于2025mm，主轴尾端最薄处的直径差不要小于1015mm。同时，孔径的增大会削弱主轴的刚度，主轴端部的刚度与截面惯性矩成正比。主轴孔径d确定后，可根据主轴的使用及加工要求选择锥孔的锥度。锥孔仅用于定心是，锥度应取大些；若锥孔除用于定心外，还要求自锁，借以传递转矩时，锥度应小些。主轴的孔径选为3.2 主轴外径的确定主轴外径的大小对主轴部件的性能有较大影响。增大主轴外径D ，可使主轴组件的刚度和抗振性得到较大的提高。对于空心主轴，增大外径还能扩大

19、机床的使用范围。因此，现代机床的主轴外径有增大的趋势。但是，增大主轴的外径尺寸，主轴上安装的元件尺寸也会相应增大，造成结构空间的增大，要达到相同的公差，制造就更加困难，采用的轴承成本也较高，受到轴承允许的速度参数限制。对于电机功率为3kW的车床，主轴前轴径可取75mm。后轴颈D2取（0.70.85）D1，取D2=60mm。3.3 主轴前端伸长量a：主轴悬伸量是指主轴前端至前支撑点的距离，它的大小对主轴组件的刚度和抗振性有显著影响。悬伸量小，轴端位移就小，刚度得到提高。在主轴尺寸参数中，主轴悬伸量对主轴组件静动态特性的影响最大。主轴悬伸量的大小往往受到结构限制，主要取决于主轴前端部的结构型式及尺

20、寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。主轴设计时，在满足结构要求的前提下，应最大限度地缩短主轴的悬伸量a.在参考同类型机床的机构设计后，选取主轴悬伸量约为50mm。3.4 主轴组件最佳跨距选择支承跨距L 是指主轴相邻两支承的支反力作用点之间的距离。合理确定主轴支承跨距L 是获得主轴部件的最大静刚度的重要条件之一主轴采用二支承结构。前支承对主轴组件的刚度和抗振性影响要比后支距的影响大得多，因此可按主轴的最佳支距L0来选取，前、后支距可根据结构情况适当确定。轴前支承采取圆锥孔双列圆柱滚子轴承（NN3000K型）后支承采取圆锥滚子轴承（30211型）初步设计时，主

21、轴的当量直径D 可取为前后轴径外径的平均值，即：惯性矩轴承的刚度通过查取现代机床使用设计手册图4-1-17获得：前轴承刚度KA=1600N/m ，中轴承刚度KA=1350N/m由平方根叠加法，取带入式中得， 结合主轴的结构，最终选取主轴前后支距为300mm4 箱体结构设计变速箱箱体时变速箱的重要组成部分，它的主要作用时支持和固定轴系零件，保证轴系零件的运转、润滑和密封。设计机体时应综合考虑传动质量、加工工艺及制造成本等诸多要素。铸造机体一般常用灰铸铁制成，因灰铸铁有其优点：它铸造性能好，容易获得各种复杂形状；具有较大的内摩擦力、抗振性；当加入少量合金元素或作孕育处理时耐磨性好：价格便宜、成本低

22、。其主要缺点是需要制作木模，制造周期长，有时产生铸造缺陷。减速箱箱体采用整体式结构，材料选用灰铸铁HT150：强度和耐磨性好，但铸造工艺较差，可用于承受重载荷的床身。箱体的一般技术要求制定如下：1) 机床上各种铸件的牌号和力学性能及机械加工余量、尺寸公差、质量公差都应符合图样、工艺文件和相应标准的规定。2) 铸件上的型砂和粘结物应清理干净，飞翅、毛刺、浇口、冒口应铲平，铸件应平整。3) 铸件不应有裂纹、重要部位及外表面不应有砂眼、气孔、缩松。对不影响质量的铸件缺陷，允许按有关规定进行修补。4) 机床的重要铸件必须在粗加工后进行时效处理，重要高精度铸件还必须在半精加工后进行第二次时效处理千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。- 27 -东北林业大学课程设计5 变速箱的润滑润滑对机械设备的正常运转起着重要的作用，其作用为：控制摩擦、减少磨损、降