张涛-机械制造装备设计课程设计说明书(1)总结

机械制造装备设计课程设计说明书设计题目：最大加工直径为250mm的普通机床的主轴箱部件设计设计者：指导教师：2014年12月8日蚌埠学院本科课程设计评阅表机械与电子工程系2011级机械设计制造及自动化专业机电3班学生姓名：学号：课题名称：最大加工直径为250mm的普通机床的主轴箱部件设计指导教师评语：指导教师（签名）：2014年12月20日评阅成绩课程设计任务书2014—2015学年第一学期蚌埠学院学院机械设计制造及其自动化专业11机制3班级课程名称：《机械制造装备设计》设计题目：最大加工直径为250mm的普通车床的主轴箱部件设计起止日期：自2014年12月8日至2014年12月20日共2周内一、设计任务:容1、车床最大加工直径为250mm.及2、主要技术参数：任务主电机功率PNmax（r·min-Nmin（r·min-公比Ψ（kw）1）1）41800801.413、加工工件材料为钢材；4、刀具为硬质合金刀具；二、设计工作量1、运动计算：根据给定的转速确定主传动的机构图、转速图、传统系统图、计算齿轮齿数；2、动力计算：选择电动机型号，对主要零件（如带、齿轮、主轴、传动轴、轴承等）进行计算（初算和验算）；3、编写设计计算说明书一份；4、绘制下列图纸：①机床主传动系统图（计算说明书中）；②主轴箱部件展开图及主要剖面图；1.机床用途、性能及结构简单说明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。2.设计部分的基本技术特性和结构分析2.1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：正转最高转电机工件最大回转直径正转最低转速速功率N公比nmin(nmin()D(mm)（kw）)25080180041.412.2确定传动公比已知，∴Z=+1=10因为=1.41=1.066，根据标准数列。首先找到最小极限转速80，再每跳过5个数取一个转速，即可得到公比为1.41的数列：80，112，160，224，315，450，630，900,1250,1800.2.3结构分析式因为我们的级数是10级，为了实现10级，本次设计中，我打算按12级的主轴箱来计算，让里面其中两组数据一样，最终达到10级⑴⑵[3]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；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。在主传动链任一传动组的最大变速范围。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。从而确定结构网如下：检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组：其中，，所以，合适。3.设计部分的运动设计3.1主电机功率——动力参数的确定（1）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。题设条件电机功率为4KW，根据原则条件选择Y-112M-2型Y系列笼式三相异步电动机，额定功率4kW,满载转速2890，额定转矩2.2。（2）分配总降速传动比总降速传动比又电动机转速符合转速数列标准，因而不增加一定比传动副。（3）确定传动轴轴数传动轴轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+0+1=4。3.2确定各级转速并绘制转速图由z=10确定各级转速：1800,1250,900,630,450,315,224,160,112,80r/min。在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按传动顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅲ与Ⅳ轴之间的传动组分别设为a、b、c。现由Ⅳ（主轴）开始，确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的转速：1先来确定Ⅲ轴的转速传动组c的变速范围为，结合结构式，Ⅲ轴的转速只有一和可能：224、315、450、630、900r/min。②确定轴Ⅱ的转速传动组b的级比指数为2，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，轴Ⅱ的转速确定为：450、630、900r/min。③确定轴Ⅰ的转速对于轴Ⅰ，其级比指数为1,可取，，确定轴Ⅰ转速为960r/min。由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比。3.3确定各变速组传动副齿数①传动组a:查表8-1,，，时：时：……57、60、63、66、69、72、75、78…………58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……时：……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……可取于是72,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为：24、30、36。，，可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为：48、42、36。2动组b:同理可得轴Ⅱ上两联齿轮的齿数分别为：24、42。，得轴Ⅲ上两齿轮的齿数分别为：48、30。3动组c:同理可得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为40，80；得轴Ⅳ两齿轮齿数分别80，40。3.4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：4.设计部分的动力计算4.1带传动设计输出功率P=4kw,转速n1=2880r/min,n2=2400r/min（1）确定计算功率:按最大的情况计算P=4kw,K为工作情况系数，查[1]表3.5.取K=1.1pd=kAP=1.1X4=3.3kw（2）选择V带的型号:根据pd,n1=2880r/min参考[1]图表3.16及表3.3选小带轮直径，查表选择A型V带d1=100mm（3）确定带轮直径d1,d2小带轮直径d1=100mm验算带速v=d1n1/(60X1000)=X100X2880/(60X1000)=12.6m/s从动轮直径d2=n1d1/n2=2880X100/2400=236mm取d2=224mm查[1]表3.3计算实际传动比i=d2/d1=224/100=2.24（4）定中心矩a和基准带长Ld[1]初定中心距a00.7(d1+d2)a02(d1+d2))226.8a0648取ao=300mm[2]带的计算基准长度Ld0≈2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0≈2x300+/2(10+224)+(224-100)2/4X300≈650mm查[1]表3.2取Ld0=630mm[3]计算实际中心距a≈a0+(Ld-Ld0)/2=300+(630-650)=290mm[4]确定中心距调整范围amax=a+0.03Ld=290+0.03X630=308.9mmamin=a-0.015Ld=290-0.015X630=240.55mm（5）验算包角:1=1800-（d2-d1）/aX57.30=1800-(180-90)/290X57.30=1724>1240（6）确定V带根数：确定额定功率：P0由查表并用线性插值得P0=0.15kw查[1]表37得功率增量P0=0.13kw查[1]表38得包角系数K=0.99查[1]表3得长度系数Kl=0.81确定带根数：Z=P/｛（P+△P）×K×K｝=3.65/(1.05+0.13)X0.99X0.81=2.89取Z=34.2计算转速的计算（1）主轴的计算转速nj，由公式n=n得，主轴的计算转速nj=735r/min，取800r/min。(2).传动轴的计算转速轴3=1250r/min轴2=2400r/min，轴1=2400r/min。（2）确定各传动轴的计算转速。各计算转速入表3-1。表3-1各轴计算转速轴号Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴计算转速r/min240024001250（3）确定齿轮副的计算转速。齿轮Z装在主轴上其中只有800r/min传递全功率，故Zj=800r/min。依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表3-2。表3-2齿轮副计算转速序号ZZZZZn24002400240012508004.3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mj=16338可得各组的模数，如表3-3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：=16338=16338mm——齿轮的最低转速r/min；——顶定的齿轮工作期限，中型机床推存：=15～24——转速变化系数；——功率利用系数；——材料强化系数。——（寿命系数）的极值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：——动载荷系数；——齿向载荷分布系数；——齿形系数；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N=ŋ——计算齿轮（小齿轮）的计算转速r/min——齿宽系数,Z1——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，（-）号用于内啮合：命系数；：工作期限，=；==3.49==1.8=0.84=0.58=0.90=0.55=0.72=3.490.840.840.900.580.55=0.94=1.80.72=0.99时，取=，当<时，取=；==0.85=1.5；=1.2=1=0.378许用弯曲应力，接触应力，()=354=17506级材料的直齿轮材料选；24热处理S-C59=16338=16338mm=2.7mm=275mm=275=2.2mm根据标准齿轮模数系数选用模数为:主轴齿轮模数为3，传动轴齿轮模数m=2.5，中间轴齿轮模数m=3;根据有关文献，也为了便于统一，在这里传动齿轮统一取m=3表3-3模数组号基本组第一扩大组第二扩大组模数mm333（2）基本组齿轮计算。基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径Z127Z1`Z2216369Z2`3327818199878710591.573.573.555.5齿宽24242424按基本组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB～246HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB～246HB，平均取240HB。计算如下：①齿面接触疲劳强度计算：接触应力验算公式为弯曲应力验算公式为：式中N----传递的额定功率（kW），这里取N为电动机功率，N=5kW;-----计算转速（r/min）.=800（r/min）;m-----初算的齿轮模数（mm）,m=3（mm）;B----齿宽（mm）;B=24（mm）;z----小齿轮齿数；z=21;u----小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=1.6;-----寿命系数；=----工作期限系数；T------齿轮工作期限，这里取T=15000h.;-----齿轮的最低转速（r/min）,----基准循环次数，接触载荷取=500（r/min）=，弯曲载荷取=m----疲劳曲线指数，接触载荷取m=3；弯曲载荷取m=6;----转速变化系数，查【5】2上，取=0.60----功率利用系数，查【5】2上，取-----材料强化系数，查【5】2上，=0.78=0.60-----工作状况系数，取=1.1-----动载荷系数，查【5】2上，取=1------齿向载荷分布系数，查【5】2上，Y------齿形系数，查【5】2上，Y=0.386；=1----许用接触应力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650Mpa；=275Mpa；---许用弯曲应力（MPa），查【4】，表4-7，取根据上述公式，可求得及查取值可求得：=635Mpa=78Mpa（3）第一扩大组齿轮计算。扩大组齿轮几何尺寸见下表齿轮齿数Z330Z3`38Z426Z4`42分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽90114120106.52478126132118.524968482.52470.524（4）第二扩大组齿轮计算。扩大组齿轮几何尺寸见下表齿轮齿数Z5Z5`38Z6Z6`616138分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径183189175.5114120106.5114120106.5183189175.5齿宽24242424按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB～246HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB～246HB，平均取240HB。同理根据基本组的计算，查文献【6】，可得=0.62，=0.77，=0.60，=1.1，=1，=1，m=3.5，=355；可求得：=619Mpa=135Mpa4.4传动轴最小轴径的确定由【5】式6，传动轴直径按扭转刚度用下式计算：d=1.64（mm）或d=91（mm）式中d---传动轴直径（mm）Tn---该轴传递的额定扭矩（N*mm）T=9550000；N----该轴传递的功率（KW）----该轴的计算转速---该轴每米长度的允许扭转角，各轴最小轴径如表3-3。表3-3最小轴径==。轴号最小轴径mmⅠ轴Ⅱ轴35404.5主轴合理跨距的计算由于电动机功率P=3kw，根据【1】表3.24，前轴径应为60~90mm。初步选取d1=80mm。后轴径的d2=（0.7~0.9）d1，取d2=60mm。根据设计方案，前轴承为NN3016K型，后轴承为圆锥滚子轴承。定悬伸量a=124mm，主轴孔径为30mm。轴承刚度，主轴最大输出转矩T=9550=9550×=424.44N.m设该机床为车床的最大加工直径为250mm。床身上最常用的最大加工直径，即经济加工直径约为最大回转直径的50%，这里取75%，即180mm，故半径为0.09m；切削力（沿y轴）背向力（沿x轴）Fc==4716NFp=0.5Fc=2358N总作用力F==5272.65N此力作用于工件上，主轴端受力为F=5272.65N。先假设l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分别为RA=F×=5272.65×=7908.97NRB=F×=5272.65×=2636.325N根据文献【1】式3.7得：Kr=3.39得前支承的刚度：KA=1689.69N/；KB=785.57N/；==2.15主轴的当量外径de=(80+60)/2=70mm，故惯性矩为I==113.8×10-8m4η===0.14查【1】图3-38得=2.0，与原假设接近，所以最佳跨距合理跨距为（0.75-1.5），取合理跨距l=360mm。=124×2.0=240mm根据结构的需要，主轴的实际跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主轴的刚度，增大轴径：前轴径D=100mm，后轴径d=80mm。前轴承采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用背对背安装的角接触球轴承。4.6轴承的选择I轴：与带轮靠近段安装双列角接触球轴承代号7007C另一安装深沟球轴承6012II轴：对称布置深沟球轴承6009III轴：后端安装双列角接触球轴承代号7015C另一安装端角接触球轴承代号7010C中间布置角接触球轴承代号7012C4.7键的规格I轴安装带轮处选择普通平键规格：BXL=10X56II轴选择花键规格：Nd=8X36X40X7III轴选择键规格：BXL=14X904.8变速操纵机构的选择选用左右摆动的操纵杆使其通过杆的推力来控制II轴上的三联滑移齿轮和二联滑移齿轮。4.9主轴合理跨距的计算设机床最大加工回转直径为ø250mm,电动机功率P=4kw，,主轴计算转速为800r/min。已选定的前后轴径为:定悬伸量a=85mm。轴承刚度，主轴最大输出转矩:＝设该车床的最大加工直径250mm。床身上最常用的最大加工直径，即经济加工直径约为最大回转直径的50%，这里取45%，即125mm切削力（沿y轴）背向力（沿x轴）Fc=250.346/0.125=2781NFp=0.5Fc=1390N总作用力F==3109N此力作用于工件上，主轴端受力为F=3109N。先假设l/a=2，l=3a=255mm。前后支承反力RA和RB分别为RA=F×=3109×NRB=F×=3109×N根据《主轴箱设计》得：=3.39得前支承的刚度：KA=1376.69N/；KB=713.73N/；==1.93主轴的当量外径de=(85+65)/2=75mm，故惯性矩为I==1.55×10-6m4η===0.38查《主轴箱设计》图得=2.5，与原假设接近，所以最佳跨距=85×2.5=212.5mm合理跨距为（0.75-1.5），取合理跨距l=250mm。根据结构的需要，主轴的实际跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主轴的刚度，增大轴径：前轴径D=85mm，后轴径d=55mm。后支承采用背对背安装的角接触球轴承。4.10轴承寿命校核由П轴最小轴径可取轴承为7008c角接触球轴承,ε=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。对Ⅱ轴受力分析得：前支承的径向力Fr=2642.32N。由轴承寿命的计算公式：预期的使用寿命[L10h]=15000h=L10h=×=×h≥[L10h]=15000h轴承寿命满足要求。5.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，则杯中的油脂就被挤压到润滑点中去。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。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c、检查并补齐各螺钉、手柄球、手柄。（8）其他部件的润滑保养6.设计心得两周的课程设