《金屬切削機(jī)床》課程設(shè)計(jì)車床主軸箱設(shè)計(jì)】全套圖紙】

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 06/07 學(xué)年第 一 學(xué)期全套圖紙，加153893706學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 課程設(shè)計(jì)題目： 金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì) （車床主軸箱設(shè)計(jì)） 起 迄 日 期： 1 月 4 日 1 月 17 日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 系 主 任： 下達(dá)任務(wù)書日期: 2006年1月4日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的：通過本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握機(jī)床的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（包括主軸箱、變速箱傳動(dòng)鏈），動(dòng)力計(jì)算（包括確定電機(jī)型號(hào)，主軸、傳動(dòng)軸、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速），以及關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核，獲得

2、工程師必備設(shè)計(jì)能力的初步訓(xùn)練。同時(shí)鞏固金屬切削機(jī)床課程的基本理論和基本知識(shí)。1運(yùn)用所學(xué)的理論及實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力； 2掌握機(jī)床設(shè)計(jì)（主軸箱或變速箱）的方法和步驟；3掌握設(shè)計(jì)的基本技能，具備查閱和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力；4基本掌握繪圖和編寫技術(shù)文件的能力2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1機(jī)床的類型、用途及主要參數(shù)車床，工作時(shí)間：一班制，電動(dòng)機(jī)功率：，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下：，變速級(jí)數(shù)：z=12。2工件材料：45號(hào)鋼 刀具材料：yt153設(shè)計(jì)部件名稱：主軸箱3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文

3、)、圖紙、實(shí)物樣品等：設(shè)計(jì)任務(wù)1運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)所給定的轉(zhuǎn)速范圍及變速級(jí)數(shù)，確定公比，繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、計(jì)算齒輪齒數(shù)。2動(dòng)力計(jì)算：選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)及轉(zhuǎn)速，確定傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速、對(duì)主要零件（如皮帶、齒輪、主軸、軸承等）進(jìn)行計(jì)算（初算和驗(yàn)算）。設(shè)計(jì)工作量要求：1主軸箱展開圖、剖面圖各一張；2齒輪零件圖一張；3機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖一張；4編寫課程設(shè)計(jì)說明書一份。（a415頁） 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：1 陳易新.金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987.72 范云漲.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.75設(shè)計(jì)成果形式及要求：圖紙和說明書 6工作計(jì)

4、劃及進(jìn)度：2007年1 月 4 日 1 月 5 日 調(diào)查階段 1 月 6 日 1 月14日 設(shè)計(jì)階段1月15 日 1 月16日 考核階段1月17日 最終答辯 答辯或成績(jī)考核系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄1機(jī)床總體設(shè)計(jì)- 51.1機(jī)床布局-51.2繪制轉(zhuǎn)速圖-71.3確定帶輪直徑-71.4驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差-81.5繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖-82估算傳動(dòng)件參數(shù) 確定其結(jié)構(gòu)尺寸-82.1確定傳動(dòng)見件計(jì)算轉(zhuǎn)速-82.2確定主軸支承軸頸尺寸-82.3估算傳動(dòng)軸直徑-9.2.4估算傳動(dòng)齒輪模數(shù)-92.5普通v帶的選擇和計(jì)算-103機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-113.1帶輪設(shè)計(jì)-113.2齒輪塊設(shè)計(jì)-113.3軸承的選擇-1

5、13.4主軸主件-113.5操縱機(jī)構(gòu)-113.6滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)-123.7封裝置設(shè)計(jì)-123.8主軸箱體設(shè)計(jì)-123.9主軸換向與制動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-124傳動(dòng)件驗(yàn)算-124 .1齒輪的驗(yàn)算-124.2傳動(dòng)軸的驗(yàn)算-144.3花鍵鍵側(cè)壓潰應(yīng)力驗(yàn)算-174.4滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算-174.5主軸組件驗(yàn)算-185設(shè)計(jì)感想-196 參考文獻(xiàn)-201 機(jī)床總體設(shè)計(jì)輕型車床是根據(jù)機(jī)械加工業(yè)發(fā)展需要而設(shè)計(jì)的一種適應(yīng)性強(qiáng)，工藝范圍廣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低的萬能型車床。它被廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械加工車間，維修車間。它能完成多種加工工序；車削內(nèi)圓柱面，圓錐面，成形回轉(zhuǎn)面，環(huán)形槽，端面及內(nèi)外螺紋，它可以用來鉆孔，擴(kuò)孔，鉸孔等加工。

6、1.1機(jī)床布局（1）確定結(jié)構(gòu)方案1）主軸傳動(dòng)系統(tǒng)采用v帶，齒輪傳動(dòng)。2）傳動(dòng)型采用集中傳動(dòng)。3）主軸換向，制動(dòng)采用雙向片式摩擦離合器和帶式制動(dòng)器。4）變速系統(tǒng)采用多聯(lián)劃移齒輪變速。5）潤(rùn)滑系統(tǒng)采用飛濺油潤(rùn)滑。（2）布局采用臥式車床常規(guī)的布局形式。機(jī)床主要由主軸箱，皮鞍，刀架，尾架，進(jìn)給箱，溜扳箱，車身等6個(gè)部件組成。（3） 主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)確定變速組傳動(dòng)副數(shù)目實(shí)現(xiàn)12級(jí)主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以寫成多種傳動(dòng)副組合：1）12=3 2）12=43 3）12=3 4）12=212=2在上述的方案中1和2有時(shí)可以省掉一根軸。缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副。如果用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪的話則會(huì)增加軸向尺寸

7、；如果用兩個(gè)滑移雙聯(lián)齒輪，則操縱機(jī)構(gòu)必須互梭以防止兩個(gè)滑移齒輪同時(shí)嚙合。所以一般少用。3，4，5方案可根據(jù)下面原則比較：從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。接近電動(dòng)機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也較小。如使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在接近電動(dòng)機(jī)處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可少些，就省材料了。這就是“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮，以取12=3的方案為好。設(shè)計(jì)的機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速 最低轉(zhuǎn)速變速范圍 z=12 公比為=1.414主軸轉(zhuǎn)速共12級(jí)分別為31.5 45 63 90 125 180 250 355 500 710 1000 1400則最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率: 選用2.2kw的電動(dòng)機(jī)

8、 型號(hào)為yo-31-1 轉(zhuǎn)速為1430r/min（4） 結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇在12=2中，又因基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同而有不同的方案?？赡艿牧N方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見下面的圖。在這些方案中可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。1） 傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍 在降速傳動(dòng)時(shí)，為防止被動(dòng)齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動(dòng)比1/4。在升速時(shí)，為防止產(chǎn)生過大的震動(dòng)和噪聲，常限制最大傳動(dòng)比。因此主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)組的最大變速范圍一般為。方案a b c d是可行的。方案d f是不可行的。2） 基本組和擴(kuò)大組的排列順序 a 12=3 b 12=3 c 12=3d 12=3 e 1

9、2=3 f 12=3在可行的四種方案 a b c d中，還要進(jìn)行比較以選擇最佳的方案。原則是中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案 。因?yàn)槿绻鞣桨竿?hào)傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速 范圍小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小些。比較圖中的方案 a b c e，方案 a的中間軸變速范圍最小故方案 a最佳。如果沒有別的要求則計(jì)量使擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致 圖1 1.2繪制轉(zhuǎn)速圖圖2 轉(zhuǎn)速圖利用查表法求出各傳動(dòng)粗齒輪齒數(shù)表1 齒輪齒數(shù)變速組第一變速組第二變速組第三變速組齒數(shù)和728490齒輪齒數(shù)36 36 30 42 24 4842 42 22 6260 30 18 721.3確定帶輪直徑確定計(jì)算

10、功率 k-工作情況系數(shù) 工作時(shí)間為一班制 查表的k=1n-主動(dòng)帶輪傳動(dòng)的功率計(jì)算功率為根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速選用的三角帶型號(hào)為o 查表的小帶輪直徑推薦植為70大帶輪直徑 1.4驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差主軸各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速值用下列公式計(jì)算:式中分別為第一,第二 第三變速組齒輪傳動(dòng)比. 轉(zhuǎn)速誤差用主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差的絕對(duì)值表示:主軸轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min1400100071050035525018012590634531.5實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min14201014710503.8359.87251.9177.5126.788.762.9844.9831.49轉(zhuǎn)速誤差%1.431.400.761.37

11、0.761.391.361.440.00.040.0137 表2 轉(zhuǎn)速誤差表轉(zhuǎn)速誤差用實(shí)際轉(zhuǎn)速和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差應(yīng)小于等于4.1%轉(zhuǎn)速誤差滿足要求。1.5繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖詳見圖2估算傳動(dòng)件參數(shù) 確定其結(jié)構(gòu)尺寸2.1確定傳動(dòng)見件計(jì)算轉(zhuǎn)速表3 傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速傳動(dòng)件軸齒輪 iiiiiiiv計(jì)算轉(zhuǎn)速71035512590710710710500710355710710355125125250355902.2確定主軸支承軸頸尺寸根據(jù)機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書主軸的驅(qū)動(dòng)功率為2.2kw在1.5-2.8 kw范圍內(nèi)選取前支承軸頸直徑為 d=60-80，選取。后支承軸頸直徑：選取 23估算傳動(dòng)軸直徑. 表4 估算傳動(dòng)軸

12、直徑計(jì)算公式軸號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)速電機(jī)至該軸傳動(dòng)效率輸入功率允許扭轉(zhuǎn)角傳動(dòng)軸長(zhǎng)度mm估計(jì)軸的直徑mm 花鍵軸尺寸i7100.962.1121.550019.2ii3550.962.11.550022.8iii1250.962.081.560019.52.4估算傳動(dòng)齒輪模數(shù)根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算各傳動(dòng)組最小齒輪的模數(shù)表5 估算齒輪摸數(shù)估算公式傳動(dòng)組小齒輪齒數(shù)比齒寬系數(shù)傳遞功率p載荷系數(shù)k 系數(shù)系數(shù)許用接觸應(yīng)力許用齒根應(yīng)力計(jì)算轉(zhuǎn)速系數(shù)模數(shù)模數(shù)選取模數(shù)m按齒輪接觸疲勞強(qiáng)度按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度第一變速組24272.112161111005187104.571.61.42第二變速組222.8292.11611110051

13、83554.651.91.72第三變速組18472.08161111005183554.92.2232.5普通v帶的選擇和計(jì)算設(shè)計(jì)功率 （kw） 皮帶選擇的型號(hào)為o型兩帶輪的中心距范圍內(nèi)選擇。中心距過小時(shí)，膠帶短因而增加膠帶的單位時(shí)間彎曲次數(shù)降低膠帶壽命；反之，中心距過大，在帶速較高時(shí)易引起震動(dòng)。計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：按上式計(jì)算所得的值查表選取計(jì)算長(zhǎng)度l及作為標(biāo)記的三角帶的內(nèi)圓長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度為實(shí)際中心距 a=a=為了張緊和裝拆膠帶的需要，中心距的最小調(diào)整范圍為a002l是為了張緊調(diào)節(jié)量為22.78( h+0.01l) 是為裝拆調(diào)節(jié)量為膠帶厚度.定小帶輪包角求得合格帶速 對(duì)于o型帶 選用合格.帶

14、的撓曲次數(shù): 合格帶的根數(shù) 單根三角帶能傳遞的功率小帶輪的包角系數(shù) 取六根三角帶。3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1帶輪設(shè)計(jì)根據(jù)v帶計(jì)算，選用6根o型v帶。由于i軸安裝了摩擦離合器，為了改善它們的工作條件，保證加工精度，采用了卸荷帶輪結(jié)構(gòu)。3.2齒輪塊設(shè)計(jì)機(jī)床的變速系統(tǒng)采用了滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。根據(jù)各傳動(dòng)組的工作特點(diǎn)，基本組的齒輪采用了銷釘聯(lián)結(jié)裝配式結(jié)構(gòu)。第二擴(kuò)大組，由于傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，則采用了整體式齒輪。所有滑移出論與傳動(dòng)軸間均采用了花鍵聯(lián)結(jié)。從工藝的角度考慮，其他固定齒輪也采用花鍵聯(lián)結(jié)。由于主軸直徑較大，為了降低加工成本而采用了單鍵聯(lián)結(jié)。3.3軸承的選擇為了安裝方便i軸上傳動(dòng)件的外徑均小于箱體左側(cè)支承孔直徑并

15、采用0000型向心球軸承為了便于裝配和軸承間隙ii iii iv軸均采用樂2700e型圓錐滾子軸承。v軸上的齒輪受力小線速度較低采用了襯套式滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承均采用e級(jí)精度。3.4主軸主件本車床為普通精度級(jí)的輕型機(jī)床，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，主軸采用了軸向后端定位的兩支承主軸主件。前軸承采用了318000型雙列圓柱滾子軸承，后支承采用了46000型角接觸球軸承和8000型單向推力球軸承。為了保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸前后軸承均用壓塊式防松螺母調(diào)整軸承的間隙。主軸前端采用了圓錐定心結(jié)構(gòu)型式。前軸承為c級(jí)精度，后軸承為d級(jí)精度。3.5操縱機(jī)構(gòu)為了適應(yīng)不同的加工狀態(tài)，主軸的轉(zhuǎn)速經(jīng)常需要調(diào)整。根據(jù)各滑依齒輪變速傳

16、動(dòng)組的特點(diǎn)，分別采用了集中變速操縱機(jī)構(gòu)和單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。3.6滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)主軸箱采用飛濺式潤(rùn)滑。油面高度為65mm左右，甩油輪浸油深度為10mm左右。潤(rùn)滑油型號(hào)為：hj30。3.7封裝置設(shè)計(jì)i軸軸頸較小，線速度較低，為了保證密封效果，采用了皮碗式接觸密封。而主軸直徑大，線速度較高，則采用了非接觸式 密封。卸荷皮帶輪的潤(rùn)滑采用毛氈式密封，以防止外界雜物進(jìn)入。3.8主軸箱體設(shè)計(jì)箱體外形采取了各面間直角連接方式，使箱體線條簡(jiǎn)單，明快。并采用了箱體底面和兩個(gè)導(dǎo)向塊為定位安裝面，并用螺釘和壓板固定。安裝簡(jiǎn)單，定位可靠。3.9主軸換向與制動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本機(jī)床屬于萬能性的輕型車床，適用于機(jī)械加工車間和維修車間。主軸

17、換向比較頻繁，采用雙向片式摩擦離合器。這種離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。工作原理是，移動(dòng)滑套，鋼球沿斜面向中心移動(dòng)并使滑塊，螺母左移，壓緊摩擦片，實(shí)現(xiàn)離合器嚙合。摩擦片間間隙可通過放松銷，螺母來進(jìn)行調(diào)整。制動(dòng)器采用了帶式制動(dòng)器，并根據(jù)制動(dòng)器設(shè)計(jì)原則，將其放置在靠近主軸的較高轉(zhuǎn)速的iii軸上。為了保證離合器與制動(dòng)器的聯(lián)鎖運(yùn)動(dòng)，采用一個(gè)操縱手柄控制。4傳動(dòng)件驗(yàn)算以ii軸為例，驗(yàn)算軸的彎曲剛度，花鍵的擠壓應(yīng)力，齒輪模數(shù)及軸承壽命。4 .1齒輪的驗(yàn)算驗(yàn)算變速箱中齒輪強(qiáng)度應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸壓力和彎曲壓力計(jì)算，一般對(duì)高速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒面接觸壓力，對(duì)低速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒根彎曲壓 力對(duì)硬齒面

18、軟齒心滲碳淬火的齒輪要驗(yàn)算齒根彎曲壓力。接觸壓力的驗(yàn)算公式： 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式： 表6齒輪驗(yàn)算第一傳動(dòng)組第二傳動(dòng)組第三傳動(dòng)組齒輪傳遞功率n211221208齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速710355355齒輪的模數(shù)m 223齒寬b151822小齒輪數(shù)z242218大齒輪與小齒輪齒數(shù)比u22824壽命系數(shù)111速度轉(zhuǎn)化系數(shù)(接觸載荷)彎曲載荷0.740.850.980.90.920.92功率利用系數(shù)（接觸載荷）彎曲載荷0.580.580.580.780.780.78材料利用系數(shù)（接觸載荷）彎曲載荷0.760.760.760.770.770.77工作情況系數(shù)1.51.51.5動(dòng)載荷系數(shù)111齒向載荷分布系數(shù)1.0

19、51.051.05齒形系數(shù)y0.420.4080.378其中壽命系數(shù) 工作期限系數(shù) t-齒輪在機(jī)床工作期限（的總工作時(shí)間h ，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為，p為該變速組的傳動(dòng)副數(shù)。穩(wěn)定工作用量載荷下的極限值=1。高速傳動(dòng)件可能存在情況，此時(shí)取，大載荷低速傳動(dòng)件可能存在時(shí)取計(jì)算值。第一傳動(dòng)組和第三傳動(dòng)組的齒輪是經(jīng)過淬火的許用接觸應(yīng)力為1100mp許用彎曲應(yīng)力為320mp第二傳動(dòng)組的齒輪是經(jīng)過高頻淬火其許用接觸應(yīng)力為1370mp許用彎曲應(yīng)力為354mp.4.2傳動(dòng)軸的驗(yàn)算對(duì)于傳動(dòng)軸要進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算，軸的剛度驗(yàn)算包括滾動(dòng)軸承處的傾角驗(yàn)算和齒輪的齒向交角的驗(yàn)算。如果是花鍵還要進(jìn)行鍵側(cè)壓潰應(yīng)力計(jì)算。（1） 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算由于機(jī)床變速箱中各軸的應(yīng)力都比較小，驗(yàn)算時(shí)，通常采用復(fù)合應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算：特性等因素；w-軸的危險(xiǎn)斷面的抗彎斷面模數(shù)矩形花鍵軸：軸ii的經(jīng)過驗(yàn)算軸合格。對(duì)軸i傾角進(jìn)行驗(yàn)算 圖3剪力圖和彎矩圖左軸承 右軸承傾角允許值=0.0014.3花鍵鍵側(cè)壓潰應(yīng)力驗(yàn)算花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為： 式中：經(jīng)過驗(yàn)算合格。4.4滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算機(jī)床的一般傳動(dòng)軸用的軸承，主要是因?yàn)槠谄茐亩?，故?yīng)進(jìn)行疲勞壽命驗(yàn)算。滾動(dòng)軸承的疲勞壽命驗(yàn)算： 經(jīng)過計(jì)算p=745.356 合格。4.5主軸組件驗(yàn)算前軸承軸徑，后軸承軸徑求軸承剛度 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 根據(jù)主電