C6150车床主轴箱结构设计（含4张CAD图纸）
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C6150车床主轴箱结构设计（含4张CAD图纸）,C6150,车床,主轴,结构设计,CAD,图纸
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沈 阳 化 工 大 学本 科 毕 业 设 计 说 明 书题目：C6150 车床主轴箱结构设计院系：科亚学院机械系专业：机械设计制造及其自动化班级：机制 0804学生姓名：李鹏生指导教师：赵艳春论文提交日期：年月日论文答辩日期：年月日毕业设计任务书毕业设计任务书科亚学院机械制造及其自动化0 0 0 08 8 8 8-04-04-04-04 班班 学生：学生：李鹏生李鹏生毕业设计题目：毕业设计题目：C61C615050 车床车床主轴箱主轴箱结构设计结构设计毕业设计内容：毕业设计内容：1.设计计算书一份2. AutoCAD 软件图纸，三维主轴装配图一张，折合6张 A1（包括装备图、零件图）3.文献综述（不少于 3000 字）4.英文翻译（不少于 3000 字）指指 导导 教教 师：师：2012012012012 2 2 2 年年3 3 3 3月月5日日教研室主任：教研室主任：2012012012012 2 2 2 年年3 3 3 3月月 5 5 5 5日日学学 院院 院院 长：长：2012012012012 2 2 2 年年3 3 3 3月月5 5 5 5日日摘摘摘摘 要要要要C6150 车床C6150主轴箱是车床的主要基础件和支承拌之一，也是较为典型、比较复杂、技术条件要求较为严格、废品率较高的箱体类铸件其底部盛油不得渗漏，上部开口为箱口。床头箱生产一直沿用传统铸造工艺方案，其铸件浇注位置选择箱口朝下，箱底朝上，分型面在铸件中部最大截面处， 两箱手工模板造型。铸件内腔由两壁隔开三个空腔， 是由三个主型芯形成，落在下箱，术质芯盒手工制芯该方案的长处在于主型芯较小，形状较筒单，芯盒制造、制芯都较方便，型芯烘干和下芯位置也一样，下芯、合箱都很方便。本说明书对于 C6150 车床主轴箱进行设计，其中包括：主传动系统的运动设计有:确定极限转速、 确定公比、 确定转速级数、确定结构网和结构式、绘制转速图、确定齿轮齿数和拟定传动系统图。主运动部件的结构设计有：带传动的设计、确定各种计算转速、确定齿轮模数、确定各轴最小直径和设计部分主轴主件。设计完成后轴与轴承的校核：轴的校核主要通过轴颈、结构、运动等计算出轴最大承受的力量，能够正常工作的时间。轴承则通过与每根不同的轴的连接，确定要用的轴承，选出最好的轴承，最终确定轴和轴承是否达到要求。其中最主要的部分则是主轴部件结构： C6150的主轴部件结构的剖面部分是以前支撑为主，后支撑为辅的三支撑部件。前、中支撑分别是深沟球轴承和圆锥滚柱轴承，螺母通过蝶形弹簧来控制预紧力和补偿热膨胀。后支撑是一只单列向心球轴承，它在箱体支撑孔。关键词关键词关键词关键词： 机床, 轴, 床头箱AbstractAbstractAbstractAbstractThe spindle boxis thefoundation and support ofthe lathe isone ofthetypical mix, also, more complex, technical requirements more stringent,thehigher rejectionrateof castingtheboxoilleakage. Not,theopening oftheupper part isthebox. The headstock traditional casting process,thecastingpouring position selection box mouth down, bottom up, parting surfacein thecasting middle maximum cross-section, two boxes of hand shape by template.Casting cavity is composed of twowallthree cavities, which is composed ofthreemaincore formation,fallonalower box, operation box handmadequality core . The scheme hastheadvantage of main coreissmall, relativelysimple, core box core making manufacture, convenient, core drying and corethepositionis thesame,thecore,aboxis very convenient.Main transmission system designis:to determinethemovement speed,and determinethespeed, structure, and structured, rendering speed diagram,thepinion gear transmission system andtheplan.The moving partsofstructure design:belttransmission design andcalculation speed, determinethe gearmodule, each shaft diameter andthedesignofmain shaft parts.One ofthemost important partis thespindle structure: C6150spindlestructure section was previously support, back support supplemented by threesupporting parts. Ago, supportingaredeep grooveballbearing and taperedroller bearing,the nutthroughthebutterfly spring to controlthepretighteningforce and to compensate for thermal expansion. After supportingasingle-rowradialballbearing, whichin thebody supportinghole.KeyKeyKeyKey wordswordswordswords: : : :Machinetool, Check,Berth box目录第一章 引言. 1第二章 设计计算.42.1 设计目的.42.2 运动设计.42.3 动力设计.82.4 齿轮强度校核.122.5 主轴挠度的校核.162.6 主轴最佳跨距的确定.172.7 各传动轴支承处轴承的选择.182.8 主轴刚度校核. 182.9 结构设计及说明.20结论.29参考文献.30致谢.31沈阳化工大学本科毕业设计说明书第一章 引言- 1 -第一章第一章 引言引言床头箱概述床头箱概述床头箱是车床的主要基础件和支承拌之一，也是较为典型、比较复杂、技术条件要求较为严格、废品率较高的箱体类铸件其底部盛油不得渗漏，上部开口为箱口。床头箱生产一直沿用传统铸造工艺方案，其铸件浇注位置选择箱口朝下，箱底朝上，分型面在铸件中部最大截面处， 两箱手工模板造型。铸件内腔由两壁隔开三个空腔，是由三个主型芯形成，落在下箱，术质芯盒手工制芯该方案的长处在于主型芯较小，形状较筒单，芯盒制造、制芯都较方便，型芯烘干和下芯位置也一样，下芯、 合箱都很方便。1. 1. 1. 1.主轴的结构分析主轴的结构分析由经验知, 管加工机床绝大多数传动轴都采用双列圆锥滚子轴承, 受力和制造精度是单列轴承所达不到的, 这种选择是合理的、科学的。比日本的MAZAK、比利时、德国、苏联等机床结构好多了, 不但承载能力大, 而且便于调整轴承间隙。实践证明, 这种主轴结构不但精度高, 而且主轴箱体两端温升很小。 主轴上只有一个齿轮,变速在前三根轴上, 主轴制造简单, 齿轮靠近前轴承, 使主轴受力较好, 不易产生弯曲变形。 为了使主轴传动平稳, 减少噪音, 主轴上采用斜齿轮传动, 为使大齿轮和主轴结合牢固, 减少间隙, 传递扭矩大, 装卸方便, 故选用1:15的锥面结合。2 2 2 2 床头箱主轴的选择床头箱主轴的选择为适应高速传动，主轴轴承必须满足以下要求：（1）轴承尺寸公差及旋转精度允差要小，以适应高精度切削要求；（2）用角接触球轴承取代圆柱滚子轴承和推力球轴承承受径向和轴向载荷，并适应高速切削；（3）减小径向截面尺寸，以减小主轴系统的体积并有利于系统的热传导；（4）尽量采用小而多的滚动体，以减小高速旋转惯性力并进而提高轴系的动刚度；（5）采用高强度、轻质保持架，选择合理的引导方式，以适应高速旋转；沈阳化工大学本科毕业设计说明书第一章 引言- 2 -（6）尽量采用配对轴承，以保证轴承的旋转精度与刚度。满足这些要求后，轴承可实现高速旋转而温升低、刚性高。主轴高速旋转所产生的离心力远远大于切削力对滚动体的作用，所以高速主轴的主要设计参数为转速。 为了适用于高速切削。其前支承采用日本NSK7017A5 三联角接触球轴承，特轻系列，=25,后支承采用一对背靠背组配的角接触球轴承日本NSK7014C，轴箱载荷已由前支承承受，后支承的外圈与箱体孔轴向就不再定位了，故箱体孔是光孔。主轴热膨胀时，主轴带着后轴承在箱体孔内移动。后支承背靠背组配为的是实现预紧，后支承并不承受轴向载荷，故采用=15的轴承，前后轴承精度皆为ISO4 相当于P4 级。使主轴具有较好的高速性和更高的精度。3 3 3 3床头箱主轴的结构特点床头箱主轴的结构特点采用防噪音、 防漏油的有力的措施, 且机床的制动采用在电机皮带轮处利用刹车盘、单向油缸制动原理, 使床头箱不但结构简单可靠, 而且便于制造、维修,寿命高,不易损坏。 由于是专用机床,主传动链只有四根轴, 二个三联齿轮变速, 主轴共9种转速, 主传动链短,有利提高机床的制造精度, 降低噪音和发热量。4 4 4 4. . . . 轴承的润滑轴承的润滑脂润滑在使用上最为方便，它不存在漏油问题。润滑脂的使用期限长，如果转速不超过样本所列的极限转速，则一次充填可使用2000 h 以上，只要密封得好，能保证灰尘、屑末、冷却液、润滑油等不进入轴承，一次充填可以用到修理时才更换。 中间不需补充，因此，机床主轴套筒往往没有加油孔。对于脂润滑的主轴组件，由于脂不会外漏，主要是防止外物进入，多用不接触的曲路，防止外物的进入。5 5 5 5. . . . 主轴的材料与热处理主轴的材料与热处理因主轴是空心的, 为了加工简单,产生变形小, 选用标准的高强度无缝钢管进行加工，不需要套料加工, 也不需要锻造毛坯。为提高主轴耐受冲击载荷, 提高韧性,采用调质处理, 轴承及两端孔采用高频淬火。6 6 6 6. . . . 主传动系统的刹车装盆主传动系统的刹车装盆一般主轴的制动是刹车片离合器或刹车带, 这台机床学习和应用了法国克里丹公司在高速车丝机床FT-150的简单而可靠的刹车制动方法,在主电机皮带轮端安装一沈阳化工大学本科毕业设计说明书第一章 引言- 3 -耐磨的刹车盘, 由小直径的单向油缸和弹簧来实现, 作用力很小, 且刹车效果特别好, 既安全又快, 没有噪音, 其结构简便, 成本低。沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 4 -第二章第二章 设计设计计算计算2.12.1 设计设计目的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。2 2. .2 2 运动设计运动设计2.22.2.1.1 已知条件已知条件确定转速范围：主轴最小转速min/20minrn=。确定公比：41. 1=转速级数：12=z2.22.2.2.2 结构分析式结构分析式22312=32212=23212=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，因此取32212=方案。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41mini；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2maxi。在主传动链任一传动组的最大变速范围()108minmaxmax=iiR。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小，根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如图 1：沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 5 -图一结构网检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组：()1222=PXR其中41. 1=，62=X，22=P所以10846. 81641. 12=R，合适。2.22.2.3.3 绘制转速图绘制转速图选择电动机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-132M-4 型 Y 系列笼式三相异步电动机。分配总降速传动比总降速传动比02. 01440/20/min=dnni又电动机转速min/1440rnd=不符合转速数列标准，因而增加一定比传动副。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。确定各级转速并绘制转速图由min/20rnmim=41. 1=z = 12 确定各级转速：1250、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、20r/min。沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 6 -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：轴转速的确定传动组 c 的变速范围为10, 8841. 1max66=R，结合结构式，轴的转速只有一和可能：125、180、250、355、500、710r/min。轴的转速的确定传动组 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，又不致传动比太小，可取8 . 2/1/131=ib，1/12=ib轴的转速确定为：355、500、710r/min。轴的转速的确定对于轴，其级比指数为 1,可取2/1/121=ia，41. 1/1/12=ia，1/13=ia确定轴转速为 710r/min。由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比71/144710/1440=i。下面画出转速图（电动机转速与主轴最高转速相近）见图 2。（）图 2C6150 主运动转速图确定各变速组传动副齿数传动组 a:沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 7 -查1表 8-1,2/1/121=ia，41. 1/1/12=ia，1/13=ia2/1/121=ia时：=zS57、60、63、66、69、72、75、7841. 1/1/12=ia时：=zS58、60、63、65、67、68、70、72、73、771/13=ia时：=zS58、60、62、64、66、68、70、72、74、76可取=zS72,于是可得轴齿轮齿数分别为：24、30、36。于是48/241=ai，42/302=ai，36/363=ai可得轴上的三联齿轮齿数分别为：48、42、36。传动组 b:查1表 8-1,8 . 2/1/131=ib，1/12=ib8 . 2/1/131=ib时：=zS69、72、73、76、77、80、81、84、871/12=ib时：=zS70、72、74、76、78、80、82、84、86可取=zS84，于是可得轴上两联齿轮的齿数分别为：22、42。于是62/221=ib，42/422=ib，得轴上两齿轮的齿数分别为：62、42。传动组 c:查表18-1,4/11=ic,22=ci4/11=ic时：=zS84、85、89、90、94、9522=ci时：=zS72、75、78、81、84、87、89、90可取=zS90.4/11=ic为降速传动，取轴齿轮齿数为 18；22=ci为升速传动，取轴齿轮齿数为 30。于是得72/181=ic,30/602=ci得轴两联动齿轮的齿数分别为 18，60；得轴两齿轮齿数分别为 72，30。2.22.2.4.4 绘制传动系统图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见图 3：沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 8 -?千瓦转分 ?118图 3传动系统图2 2. .3 3 动力设计动力设计2.3.12.3.1 各轴转速的确定各轴转速的确定确定主轴计算转速：主轴的计算转速为min/90r41. 120nn131213zmin=IV各传动轴的计算转速：轴可从主轴 90r/min 按 72/18 的传动副找上去，轴的计算转速125r/min；轴的计算转速为 355r/min；轴的计算转速为 710r/min。各齿轮的计算转速传动组 c 中，18/72 只需计算 z = 18 的齿轮，计算转速为 355r/min；60/30 只需计算 z = 30 的齿轮，计算转速为 250r/min；传动组 b 计算 z = 22 的齿轮，计算转速为 355r/min；传动组 a 应计算 z = 24 的齿轮，计算转速为 710r/min。核算主轴转速误差min/5 .126730/6042/4236/36256/1261250rn=实min/1400rn=标沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 9 -%5%25.1%1001250)12505 .1267(%100)(=标标实nnn所以合适。2.3.22.3.2 带传动设计带传动设计电动机转速 n=1250r/min,传递功率 P=7.5KW,传动比 i=2.03，两班制，一天运转 16.1 小时，工作年数 10 年。确定计算功率取=AK1.1，则25KW. 85 . 71 . 1PKPAca=选取 V 带型根据小带轮的转速和计算功率，选 B 型带。确定带轮直径和验算带速查表2小带轮基准直径mmd961=,mmid88.19403. 296962=验算带速成10006011=ndv其中1n-小带轮转速，r/min；1d-小带轮直径，mm；25, 5/42. 810006012509614. 3=smv，合适。确定带传动的中心距和带的基准长度设中心距为0a,则055（21dd+）a2（21dd+）于是208.45a758,初取中心距为=0a400mm。带长021221004)()(22addddaL+=mm14054004)125254()254125(214. 340022=+=查表取相近的基准长度dL，mmLd1400=。带传动实际中心距mmLLaad5 .397200=+=验算小带轮的包角沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 10 -一般小带轮的包角不应小于120 。1204 .1613 .57180121=add。合适。确定带的根数LcakkpppZ)(00+=其中：0p-1i时传递功率的增量；k-按小轮包角，查得的包角系数；Lk-长度系数；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。490. 095. 0)46. 019. 2(25. 8=+=Z计算带的张紧力0F20)5 . 2(500qvkkvZpFca+=其中：cap-带的传动功率,KW；v-带速,m/s；q-每米带的质量，kg/m；取 q=0.17kg/m。v = 1440r/min = 9.42m/s。NF7 .19342. 917. 0)95. 09 . 05 . 2(442. 925. 850020=+=计算作用在轴上的压轴力NZFFQ153024 .161sin7 .193422sin210=2.3.32.3.3 各传动组齿轮模数的确定和校核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 24 齿齿轮的模数：沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 11 -3221)1(16338jmdnzNm+=其中:-公比 ；= 2；dN-电动机功率；dN= 7.5KW；m-齿宽系数；-齿轮传动许允应力;jn-计算齿轮计算转速。SKNlim=， 取lim= 600MPa,安全系数 S = 1。由应力循环次数选取9 . 0=NKMPa54016009 . 0=90. 0=NK，取 S=1， MPaMPaSKHN540160090. 01lim=。mmm72. 371054022485 . 7)12(163383221=+=取 m = 4mm。按齿数 30 的计算，mmm13. 32=，可取 m = 4mm；按齿数 36 的计算，mmm39. 33=, 可取 m = 4mm。于是传动组 a 的齿轮模数取 m = 4mm，b = 32mm。轴上齿轮的直径：mmdmmdmmdaaa96244120304144364321=；。轴上三联齿轮的直径分别为：mmdmmdmmdaaa192484168424144364321=；b 传动组：确定轴上另两联齿轮的模数。322)1(16338jmdnzNm+=按 22 齿数的齿轮计算：沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 12 -min/3558 . 2rnj=，可得 m = 4.8mm；取 m = 5mm。按 42 齿数的齿轮计算：可得 m = 3.55mm；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：mmdmmdbb21042511022521=；轴上与轴两联齿轮啮合的两齿轮直径分别为：mmdmmdbb21042531062521=；c 传动组：取 m = 5mm。轴上两联动齿轮的直径分别为：mmdmmdcc3006059018521=；轴四上两齿轮的直径分别为：。；mmdmmdcc15030536072521=2.42.4 齿轮强度校核齿轮强度校核计算公式bmYYKTSaFaF12=2.42.4.1.1 校核校核 a a 传动组齿轮传动组齿轮校核齿数为 24 的即可，确定各项参数 P=8.25KW,n=710r/min,mmNnPT=566101 . 1710/25. 81055. 9/1055. 9确定动载系数：smdnv/57. 310006071096100060=齿轮精度为 7 级，由2查得使用系数05. 1=vK沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 13 -mmmbm3248=确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数1=d非对称()2231.120.18 10.60.23 10HddKb=+42. 1321023. 0)6 . 01(18. 012. 13=+=4)24/(32/=hb,查机械设计得27. 1=FK确定齿间载荷分配系数:NdTFt229096101 . 1225=mNbFKtA/10056.713222900 . 1=由2查得1.2HFKK=确定动载系数:6 . 127. 12 . 105. 10 . 1=HFvAKKKKK查表 3中 10-565. 2=FaY58. 1=SaF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=。由3中图 10-18 查得9 . 0=NK,S = 1.3aFMp3743 . 15409 . 0=3 .8958. 165. 2374=SaFaFYY，3 .896 .2843222906 . 1=bmKFt故合适。2.42.4.2.2校核校核 b b 传动组齿轮传动组齿轮校核齿数为 22 的即可，确定各项参数 P=8.25KW,n=355r/min,mmNnPT=5661022. 2355/25. 81055. 9/1055. 9确定动载系数：smdnv/04. 2100060355110100060=沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 14 -齿轮精度为 7 级，由2查得使用系数0 . 1=vKmmmbm4058=确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数1=d非对称()2231.120.18 10.60.23 10HddKb=+42. 1401023. 0)6 . 01(18. 012. 13=+=9 . 2)8 . 25/(40/=hb,查2得27. 1=FK确定齿间载荷分配系数:NdTFt40401101022. 2225=mNbFKtA/1001014040400 . 1=由机械设计查得1 . 1=HFKK确定动载系数:397. 127. 11 . 10 . 10 . 1=HFvAKKKKK查表3中 10-572. 2=FaY57. 1=SaF计算弯曲疲劳许用应力小齿轮的弯曲疲劳强度极限aFEMp540=。9 . 0=NK,S = 1.3aFMp3743 . 15409 . 0=5 .8757. 172. 2374=SaFaFYY，5 .872 .285404040397. 1=bmKFt故合适。2.42.4.3.3 校核校核 c c 传动组齿轮传动组齿轮校核齿数为 18 的即可，确定各项参数 P=8.25KW,n=355r/min,mmNnPT=5661022. 2355/25. 81055. 9/1055. 9沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 15 -确定动载系数：smdnv/67. 110006035590100060=齿轮精度为 7 级，由2查得使用系数9 . 0=vKmmmbm4058=确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数1=d非对称()2231.120.18 10.60.23 10HddKb=+42. 1401023. 0)6 . 01(18. 012. 13=+=2)45/(40/=hb,查2得27. 1=FK确定齿间载荷分配系数:NdTFt4930901022. 2225=mNbFKtA/1001234049300 . 1=由2查得1 . 1=HFKK确定动载系数:2573. 127. 11 . 19 . 00 . 1=HFvAKKKKK查表 3中 10-591. 2=FaY53. 1=SaF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=。由3中图 10-18 查得9 . 0=NK,S = 1.3aFMp3743 . 15409 . 0=8453. 191. 2374=SaFaFYY，8499.3054049302573. 1=bmKFt故合适。沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 16 -2.52.5 主轴挠度的校核主轴挠度的校核2.52.5.1.1 确定各轴最小直径确定各轴最小直径轴的直径：min/710,96. 011rn=mmnd5050096. 05 . 7915 .79144=轴的直径：min/355,922. 099. 099. 098. 0212rn=mmnd50511922. 05 . 7915 .79144=轴的直径：min/125,89. 099. 098. 0323rn=mmnd5011889. 05 . 7915 .79144=主轴的直径：min/5 .31,85. 098. 098. 099. 0434rn=mmnd722085. 05 . 7915 .79144=2.52.5.2.2 轴的校核轴的校核轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核NdTFmNnPTt1750)1096/(8 .962/25 .86500/96. 05 .71055. 9/1055. 9366=,228,33010200,50:2590922mmbmmxPaEmmdNFFFPtt=+=已知 mmy12.0403.0=()()() ()()mmlIEbxlxbFYB334349432222221098. 0106851064361020061033022868533022828526=沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 17 - 所以合格,yYB=eidd()()()()mNaladdkAAies/3 .149107588775104556.8010310392124442444=+=+=对于机床的刚度要求，取阻尼比035. 0=当 v=50m/min,s=0.1mm/r 时,8 .68,/46. 2=mmNkcb,取mmDb87. 6%5068702. 002. 0maxlim=()mNKB36.848 .68cos035. 01035. 0287. 646. 2=+=计算AKmNlalaaaKKmmmmDLABABBA/5 .766877516871 .28114 . 0751 .2816 . 036.84114 . 06 . 01 .281,1 .2063 . 022222222max=+=+=加上悬伸量共长沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 20 -mNmNKKAs/3 .152/0 .1275 .7666. 166. 1=可以看出，该机床主轴是合格的。2.2.9 9 结构设计及说明结构设计及说明2.2.9 9.1.1结构设计的内容、技术要求和方案结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等） 、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计由于时间的限制，一般只画展开图。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题。精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是：（1）布置传动件及选择结构方案。（2）检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。（3）确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。2.2.9 9.2.2 展开图及其布置展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序， 假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 21 -外径，负责齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。总布置时需要考虑制动器的位置。 制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其他轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，是制动尺寸增大。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。2.2.9 9.3.3 轴（输入轴）的设计轴（输入轴）的设计将运动带入变速箱的带轮一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴部受带的拉力（采用卸荷装置） 。轴上装有摩擦离合器，由于组成离合器的零件很多，装配很不方便，一般都是在箱外组装好轴在整体装入箱内。我们采用的卸荷装置一般是把轴承装载法兰盘上，通过法兰盘将带轮的拉力传递到箱壁上。车床上的反转一般用于加工螺纹时退刀。车螺纹时，换向频率较高。实现政反转的变换方案很多，我们采用正反向离合器。正反向的转换在不停车的状态下进行， 常采用片式摩擦离合器。由于装在箱内，一般采用湿式。在确定轴向尺寸时，摩擦片不压紧时，应留有 0.20.4mm的间隙，间隙应能调整。离合器及其压紧装置中有三点值得注意：（1）摩擦片的轴向定位：由两个带花键孔的圆盘实现。其中一个圆盘装在花键上，另一个装在花键轴上的一个环形沟槽里，并转过一个花键齿，和轴上的花键对正，然后用螺钉把错开的两个圆盘连接在一起。这样就限制了轴向和周向德两个自由度，起了定位作用。（2）摩擦片的压紧由加力环的轴向移动实现，在轴系上形成了弹性力的封闭系统，不增加轴承轴向复合。（3）结构设计时应使加力环推动摆杆和钢球的运动是不可逆的，即操纵力撤消后，有自锁作用。沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 22 -轴上装有摩擦离合器，两端的齿轮是空套在轴上，当离合器接通时才和轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与轴回转方向是相反的，二者的相对转速很高（约为两倍左右） 。结构设计时应考虑这点。齿轮与轴之间的轴承可以用滚动轴承也可以用滑动轴承。 滑动轴承在一些性能和维修上不如滚动轴承，但它的径向尺寸小。空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。2.2.9 9.4.4 齿轮块设计齿轮块设计齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的。也就是说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素：（1）是固定齿轮还是滑移齿轮；（2）移动滑移齿轮的方法；（3）齿轮精度和加工方法；变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周速度会增加一倍，噪声约增大 6dB。工作平稳性和接触误差对振动和噪声的影响比运动误差要大， 所以这两项精度应选高一级。为了控制噪声，机床上主传动齿轮都要选用较高的精度。大都是用 766，圆周速度很低的， 才选 877。 如果噪声要求很严， 或一些关键齿轮， 就应选 655。当精度从 766 提高到 655 时，制造费用将显著提高。不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。8 级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。7 级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的 7 级齿轮一般滚（插）后要剃齿，使精度高于 7，或者沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 23 -淬火后在衍齿。6 级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须磨齿才能达到 6 级。机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。2.9.4.12.9.4.12.9.4.12.9.4.1 其他问题其他问题滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面。尽可能做到省工、省料又易于保证精度。齿轮磨齿时，要求有较大的空刀 （砂轮）距离， 因此多联齿轮不便于做成整体的，一般都做成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮的。要保证正确啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠。滑移齿轮在轴向位置由操纵机构中的定位槽、定位孔或其他方式保证，一般在装配时最后调整确定。2.2.9 9.5.5 传动轴的设计传动轴的设计机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支撑。轴上要安装齿轮、离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。首先传动轴应有足够的强度、刚度。如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良， 轴承工作条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大；两轴中心距误差和轴芯线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。传动轴可以是光轴也可以是花键轴。 成批生产中， 有专门加工花键的铣床和磨床，工艺上并无困难。所以装滑移齿轮的轴都采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也常采用花键轴。花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。轴的部分长度上的花键，在终端有一段不是全高，不能和花键空配合。这是加工时的过滤部分。一般尺寸花键的滚刀直径刀D为 6585mm。沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 24 -机床传动轴常采用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升、空载功率和噪声等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支撑孔的加工精度要求都比较高。因此球轴承用的更多。但是滚锥轴承内外圈可以分开，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。选择轴承的型号和尺寸， 首先取决于承载能力，但也要考虑其他结构条件。同一轴心线的箱体支撑直径安排要充分考虑镗孔工艺。成批生产中，广泛采用定径镗刀和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工精度。还常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔的工艺。下面分析几种镗孔方式：对于支撑跨距长的箱体孔，要从两边同时进行加工；支撑跨距比较短的，可以从一边（丛大孔方面进刀）伸进镗杆，同时加工各孔；对中间孔径比两端大的箱体，镗中间孔必须在箱内调刀，设计时应尽可能避免。既要满足承载能力的要求，又要符合孔加工工艺，可以用轻、中或重系列轴承来达到支撑孔直径的安排要求。两孔间的最小壁厚，不得小于 510mm，以免加工时孔变形。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。 一般传动轴上轴承选用G级精度。传动轴必须在箱体内保持准确位置，才能保证装在轴上各传动件的位置正确性，不论轴是否转动，是否受轴向力，都必须有轴向定位。对受轴向力的轴，其轴向定位就更重要。回转的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位）在选择定位方式时应注意：（1）轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。（2）轴承的间隙是否需要调整。（3）整个轴的轴向位置是否需要调整。（4）在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。（5）加工和装配的工艺性等。2.2.9 9.6.6 主轴组件设计主轴组件设计沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 25 -主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具（铣床、钻床等）的主轴参予切削成形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度） ，设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几个方面考虑。2.9.6.2.9.6.2.9.6.2.9.6.1 1 1 1 各部分尺寸的选择各部分尺寸的选择主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。（1）内孔直径车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆，必须是空心轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。（2）轴颈直径前支撑的直径是主轴上一主要的尺寸，设计时，一般先估算或拟定一个尺寸， 结构确定后再进行核算。（3）前锥孔直径前锥孔用来装顶尖或其他工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏锥孔。（4）支撑跨距及悬伸长度为了提高刚度，应尽量缩短主轴的外伸长度a。选择适当的支撑跨距L，一般推荐取：aL=35，跨距L小时，轴承变形对轴端变形的影响大。所以，轴承刚度小时，aL应选大值，轴刚度差时，则取小值。跨距L的大小，很大程度上受其他结构的限制，常常不能满足以上要求。安排结构时力求接近上述要求。2.9.6.2.9.6.2.9.6.2.9.6.2 2 2 2 主轴轴承主轴轴承（1）轴承类型选择主轴前轴承有两种常用的类型：沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 26 -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0.030.07mm） ，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。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：1每个支撑点都要能承受经向力。2两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。3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。（3）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C或D级，后轴承选D或E级。选择轴承的精度时，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。沈阳化工大学本科毕业设计说明书第二章 设计计算- 27 -（4）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 1：12 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。2.9.6.2.9.6.2.9.6.2.9.6.3 3 3 3 主轴与齿轮的连接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1：15 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。2.9.2.9.2.9.2.9.6.46.46.46.4 润滑与密封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。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：
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