機(jī)械制造裝備課程設(shè)計(jì)--普通車(chē)床主軸箱部件設(shè)計(jì)

1、HUNAN UNIVERSITY OFTECHNOLOGV機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)課題：普通車(chē)床（最大加工直徑 250）主軸箱部件設(shè)計(jì)起止日期：2016年12月26日至2016年12月30 日學(xué)生姓名羅俊班級(jí)機(jī)工1304學(xué)績(jī)指導(dǎo)教師（簽字）機(jī)械工程學(xué)院2016年12月28日ii課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)41. 概述61.1機(jī)床課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 61.2車(chē)床的規(guī)格系列和用處 61.3操作性能要求72. 參數(shù)的擬定72.1確定級(jí)數(shù)72.2主電機(jī)的選擇 73傳動(dòng)設(shè)計(jì)83.1主變速方案擬定 83.2變速結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 83.3確定各級(jí)轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖 103.4確定各變速組

2、變速副齒數(shù) 113.5繪制變速系統(tǒng)圖 124、設(shè)計(jì)部分的動(dòng)力計(jì)算 134.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 134.2、計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 1764.3驗(yàn)算主軸的轉(zhuǎn)速誤差n 185、 傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算 205.1傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)205.2齒輪模數(shù)的計(jì)算 215.3齒輪模數(shù)的驗(yàn)算 225.4.計(jì)算個(gè)齒輪的尺寸參數(shù)： 266、主軸剛度的校核 286.1.主軸軸頸的計(jì)算 286.2前錐孔尺寸286.3主軸前端懸伸量的選擇 286.4主軸支撐跨距 L的確定 286.5主軸剛度的校核 286.6軸承的選擇286.7支承的剛度296.8主軸剛度校核 307、箱體設(shè)計(jì)317.1箱體材料的壁厚 317.2箱體的技術(shù)要求 318、密封結(jié)構(gòu)

3、及油滑 3210、總結(jié)33參考文獻(xiàn) 3342湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2016 2017學(xué)年第一學(xué)期機(jī)械工程 學(xué)院（系、部）機(jī)械工程 專(zhuān)業(yè) 機(jī)工1304班級(jí)課程名稱(chēng)：機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：普通車(chē)床（最大加工直徑250）主軸箱部件設(shè)計(jì)起止日期：自 2016年12月26日至2016年12月30日共1 周一、設(shè)計(jì)任務(wù)：1、車(chē)床最大加工直徑為 250mm.2、主要技術(shù)參數(shù)：主電機(jī)功率P（kw）主電機(jī)轉(zhuǎn)速n電（r min-1）Nmax (r min-1)Nmin (r min-1)公比Y414501320301.41及3、加工工件材料為鋼材;任-4、刀具為硬質(zhì)合金刀具;務(wù)二、設(shè)計(jì)工作量1、運(yùn)動(dòng)計(jì)算：

4、根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速確定主傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)圖、轉(zhuǎn)速圖、傳統(tǒng)系統(tǒng)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)，對(duì)主要零件（如帶、齒輪、主軸、傳動(dòng)軸、軸承等） 進(jìn)行計(jì)算（初算和驗(yàn)算）；3、編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份；4、繪制下列圖紙： 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)圖（計(jì)算說(shuō)明書(shū)中）； 主軸箱部件展開(kāi)圖及主要剖面圖； 主軸零件圖。5、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及圖紙必須為計(jì)算機(jī)輸出稿；6、 上交作業(yè)應(yīng)包括電子稿以及打印稿，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)文件格式為word2003版本，平面 圖紙文件格式為 autocad2007或以下版本，3D圖為step文件格式（圖紙要求包括 原始零件模型數(shù)據(jù)）。*3D圖可根據(jù)學(xué)生個(gè)體情況選擇。進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容2016

5、.12.26-2016.12.29參考文獻(xiàn)，畫(huà)圖2011.12.30-2016.12.4任務(wù)書(shū)的編寫(xiě)2016.12.05-2016.12.13任務(wù)書(shū)、圖紙的整理排版主要參考資料1. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)馮辛安等著機(jī)械工業(yè)出版社2. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)陳立德編高等教育出版社3. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)陳立德編高等教育出版社4. 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（上下冊(cè)）機(jī)械工業(yè)出版社5. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)戴曙者機(jī)械工業(yè)出版社指導(dǎo)教師（簽字）：2016年12月26日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日1. 概述1.1機(jī)床課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容普通中型車(chē)床主軸箱設(shè)計(jì)，主要包括三方面的設(shè)計(jì)，即:根據(jù)設(shè)計(jì)題目所給 定的機(jī)床用

6、途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級(jí)數(shù)，確定其他有關(guān)運(yùn)動(dòng) 參數(shù)，選定主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速值；通過(guò)分析比較，選擇傳動(dòng)方案；擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu) 網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機(jī)床 類(lèi)型和電動(dòng)機(jī)功率，確定主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速， 初定傳動(dòng)軸直徑、齒輪模 數(shù)，確定傳動(dòng)帶型號(hào)及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗(yàn)算傳動(dòng)件 （傳動(dòng)軸、主軸、齒輪、滾動(dòng)軸承）的剛度、強(qiáng)度或壽命。最后，完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 和動(dòng)力設(shè)計(jì)后，要將主傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖， 側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤(rùn)滑與密封、傳動(dòng)軸及滑移 齒輪零件的設(shè)計(jì)。【關(guān)鍵詞】車(chē)床、

7、主軸箱、變速系統(tǒng)、主軸組件。1.2車(chē)床的規(guī)格系列和用處普通機(jī)床的規(guī)格和類(lèi)型有系列型號(hào)作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。 因此，對(duì)這 些基本知識(shí)和資料作些簡(jiǎn)要介紹。本次設(shè)計(jì)的是普通型車(chē)床主軸變速箱。主要用 于加工回轉(zhuǎn)體。主電機(jī)功率P （kW主電機(jī)轉(zhuǎn)速n電NnaxNnin公比32=l42N 0.9218丿4.18計(jì)算V帶對(duì)軸的壓力Q由式5-28得V帶對(duì)軸的壓力Q為：a165Q = 2ZF0Si n 1 = 2 3 142 Sin 845N224.2、計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算4.21主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj =nmin ;:3=30 1.413 = 85r / m i n4.2.2傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是軸川經(jīng)18

8、/72的傳動(dòng)副獲得，此時(shí)軸川的轉(zhuǎn)速335r/min, 但變速組C有兩個(gè)傳動(dòng)副，軸川的最低轉(zhuǎn)速是 118r/min。通過(guò)60/30使主軸獲 得轉(zhuǎn)速為236r/min且能傳遞全部功率。故 nj hi =118r/min煩是經(jīng)過(guò)軸U的最低轉(zhuǎn)速335r/min獲得。故山| =335r/min同理 n” 二 670r / min綜上得各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速如下表軸In叭主）計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min67033511885表4-1計(jì)算轉(zhuǎn)速圖4.2.3各傳動(dòng)副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。變速組C軸川的相應(yīng)轉(zhuǎn)速335r/min就是主動(dòng)齒輪Z18的傳動(dòng)副Z18/Z72產(chǎn)生二二,計(jì)算轉(zhuǎn)速n向8 =335r/minZ60/Z30產(chǎn)生最低主軸轉(zhuǎn)速2

9、36二二，所以對(duì)應(yīng)的軸川最低118為主動(dòng)齒輪Z60的計(jì)算轉(zhuǎn)速“118r/min變速組b 主動(dòng)齒輪Z22、Z42的計(jì)算轉(zhuǎn)速為njczi8 = 335r/min 變速組a主動(dòng)齒輪Z24、Z30、Z36的計(jì)算轉(zhuǎn)速為njcz24.30.36 二 670/ min64.3驗(yàn)算主軸的轉(zhuǎn)速誤差nd（-名）n實(shí)際=門(mén)電U iU 2U 3d21- ； _ 118 0.99d2250二 0.46731.410.52.82U3 = 2 0.251234567891011123042.56085118170236335475670950132029.842.359.784.1119.3168.2238.6338.54

10、77.2672.9954.51345.8誤差率%0.670.470.511.11.11.110.460.430.470.2表4-2轉(zhuǎn)速誤差表允許誤差：X （申一 1）% = 4.1%，可知轉(zhuǎn)速誤差全在允許誤差范圍內(nèi)，所以 合格。加上V帶尺寸，所以變速傳動(dòng)系圖如下:圖4-1加上帶輪尺寸后的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖5、傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算5.1傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)5.1.1各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速軸In叭主）計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min67033511885表5-1各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速5.1.2各軸的計(jì)算功率式中：N從=N主 選取 v帶=0.95 齒輪=0.97M =4 0.95=3.8kwN| =4 0.95 0.97 = 3.69kwN川-4 0.

11、95 0.97 0.97=3.58kw5.1.3.傳動(dòng)軸直徑的估算I iG- 公式 d =914 . mmY n j護(hù)】轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑式中：N=Mn kWNd電機(jī)額定功率，為7.5kw; n從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效 率的乘積，帶輪的效率取0.95，齒輪的效率取0.97 , nj該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn) 速r/min , 每米長(zhǎng)度上的轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。（D取=1.3計(jì)算轉(zhuǎn)速nJ是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸得計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系而確定；第一根軸：N=40.95=3.8 kwJ n= 9l4n/.dmm 口9143.8kw6

12、70r/min 1.3=23.4mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選d=25mm第二根軸:d根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選d=28mm第三根軸:dmm=36mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選d=40mm主軸的直徑根據(jù)書(shū)中范圍選擇 90mm5.2齒輪模數(shù)的計(jì)算結(jié)構(gòu)確定以后，齒輪的工作條件，空間安排，材料和精度等級(jí)等都已確定, 才可能核心齒輪的接觸和疲勞強(qiáng)度值是否滿(mǎn)走要求。應(yīng)滿(mǎn)足：m _ 323 P zn式中：m-估算的齒輪模數(shù)（mmP-齒輪傳遞的功率（kw）z-一對(duì)嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)n-小齒輪轉(zhuǎn)數(shù)（r/min ）a變速組:m_323 p =3233.8=1.84VznY 30x670b變速組:m _ 323 PX zn= 2.5c變速組:心2瞪=323

13、.5818 118-3.8根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果，取a變速組模數(shù)為2,取b變速組模數(shù)為3,取a變速組 模數(shù)為4。5.3齒輪模數(shù)的驗(yàn)算選材為40&，調(diào)質(zhì)處理，精度等級(jí)為7級(jí)，許用應(yīng)力：公式為5叫罟冊(cè)mmEj =650Mpa 275Mpa,根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算，公式為：K1K2K3KsN勺zy n 丘 jmm 根據(jù)彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算，公式為 mo=2751一 MnwJ式中：N計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)遞的額定功率N=?N k? ，M二5.28kw，N廠5.23kwN皿=5.17kw W 二 5.12kwnj計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/mi nZ 112 Anj 400r / minnj 主二n 理3 =37.5.4

14、13 =105r/mi nn j800r/min nj 皿=140r/minm齒寬系數(shù)，?m二b/m , 丫m二8Z i計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取各變速組中最小齒輪的齒數(shù):Za1 = 3，厶1 = 21, Zc1 = 22.工作期限系數(shù)變速組數(shù)值接觸a1.97b1.57c1.10彎曲a0.85b0.76c0.64表5-2各變速組工作期限系數(shù)KKTKKKq = 0.49n 齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/minT 預(yù)定的齒輪工作期限，中型機(jī)床推 薦:T=1500020000h,取 16000h;m=3 （接觸）和m=6（彎曲）；C0= 107 （彎曲）變速組abc數(shù)值0.860.930.95表5-3轉(zhuǎn)速變化系數(shù)軸

15、數(shù)值接觸I0.64n0.60川0.60IV0.55彎曲I0.77n0.75川0.75V0.72表5-4材料化系數(shù)變速組abc數(shù)值1.41.21表5-4材料化系數(shù)變速組abc數(shù)值1.011.041.03表5-5齒向載荷分布系數(shù)變速組abc數(shù)值0.4440.4020.408表5-6齒形系變速組數(shù)值接觸a0.6b0.51c0.36彎曲a0.46b0.46c0.46表5-7壽命系數(shù)計(jì)算依據(jù)變速組m數(shù)值(mm接觸a2.56b3.58c4.0彎曲a0.12b0.27c0.35表5-8根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算各齒輪模數(shù)m經(jīng)計(jì)算校核，所選模數(shù)均在允許的范圍內(nèi)，合格。故最終確定使用的模數(shù)如下:變速組a

16、bcm數(shù)值(mm234表5-8齒輪模數(shù)54計(jì)算個(gè)齒輪的尺寸參數(shù):計(jì)算公式 d=mz,ha- m,hf ha” c” m ,常取 h c =0.25，大齒輪齒寬bmm, 取8,小齒輪寬度b比大齒輪大5mm,齒頂圓直徑 da=(z + 2ha*)m， 齒根圓直徑 df = (z -2ha* -c*)m，計(jì)算結(jié)果如下表：變速組齒輪齒數(shù)模數(shù)(mm直徑d(mm直徑df(mrh直徑da(mrh齒寬b(mmaa3627267.57616a；3627267.57616a22424843.55221a24829691.510016a33026055.56421a34228279.58816bb423126119

17、.2513224b423126119.2513224b22236659.257229b；623186179.2519224cq60424023124832c；30412011112837c；72428827929632表5-9各齒輪參數(shù)表6、主軸剛度的校核在設(shè)計(jì)主軸組件時(shí)，主軸的跨距希望是合理的跨距，但是由于結(jié)構(gòu)的限制， 主軸的實(shí)際跨距往往不能等于十分合理的跨距，為此要對(duì)主軸組件進(jìn)行校核。通 常，對(duì)一般的機(jī)床進(jìn)行試驗(yàn)，如果能滿(mǎn)足剛度要求，也就能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。6.1.主軸軸頸的計(jì)算查機(jī)械裝備設(shè)計(jì)表3-6可以確定前支承軸頸為 D仁93m后支承軸頸為d2=(0.70.9)D

18、1=6381mm取 D2=70mm主軸內(nèi)徑 d/D 小于 0.50.6D，其中 D為主軸的平均直徑:D= ( D1+D2 /2=80mm6.2前錐孔尺寸前錐孔用來(lái)裝頂尖或其他工具椎柄， 要求能自鎖，目前用得最多的是莫氏錐 孔。通過(guò)查表可以選取為莫氏號(hào)為 5號(hào)。6.3主軸前端懸伸量的選擇主軸前端懸伸量a是指主軸定位基面至前支承徑向反力的作用點(diǎn)之間的距離。在滿(mǎn)足剛度要求的前提下，應(yīng)盡量減少 a值，以提高主軸的剛度。初步確定a=D1=90mm 6.4主軸支撐跨距L的確定主軸支撐跨距L是指兩支承兩支反力作用點(diǎn)之間的距離。確定支承跨距時(shí)， 要考慮其對(duì)主軸剛度的影響，一般推薦值為L(zhǎng)/a=35,，則L=5.

19、0 9450mm6.5主軸剛度的校核機(jī)床主軸為空心軸，由力學(xué)知識(shí)可知，外徑為D內(nèi)徑為d的空心軸慣性矩為:二 44人二打 -d ），故192cm45選主軸材料為45號(hào)鋼，其彈性模量為E=2 10 Mpa 。6.6軸承的選擇主軸前端選擇雙列短圓柱滾子軸承，后端選擇圓錐滾子軸承和推理軸承。6.7支承的剛度主軸最大輸出扭矩:N5 12Mn =95509550465.7 N.mnj105床身上得最大加工直徑為最大回轉(zhuǎn)直徑的60% 即 200 x(50%= 120 mm 故半。徑 r 為 0.06m,Pz465.70.06= 7762NPy =0.5PZ =3881N故總切削力為：,Pz2 Py，7762

20、2 38812 =8678N，估算時(shí)，先取rl/a=5，即I。的初值為450mm前后支承的支反力RA和RB分別為：l0 +a450+90a90R -P-867810413.6NRB = P 86781735.6NI。450；I。4500A-QB間隙為0時(shí)，軸承的徑向位移為P，根據(jù)軸承計(jì)算公式:0.8930.0625 FrA0.8930.0625 10473.6d 0.81540。.815= 12.0mm0.8930.0625 FrB0.8930.0625 1735.6d 0.81540。.815=2.4mmg設(shè)有5mm的預(yù)緊量時(shí)的位移。相對(duì)過(guò)盈量;0g_ -12.0=0.4mmQB52.1mm

21、2.4=0.8, - B = 0.5實(shí)際位移量為：1A = Ba “0A = 0.96mm% =九ob =1.2mm由圖3-5查得向心滾子軸承和推力軸承的彈性系數(shù)為:A軸承剛度:KzAF rA1A10413.69.6= 108.5N / cm、pb 1.2KzAKzB= 0.75El 2 107 1923 =53KzAa31 08.5 1 05 93= 0.49查線(xiàn)圖3-32.a（主軸最佳跨距），則確定l(0 為 450mm6.8主軸剛度校核當(dāng)D/d咗0.5時(shí)，孔對(duì)剛度的影響可以忽略不計(jì)，貝冋按公式:Ks300 D4a2(1 a)4300 992 (459)= 450N由于這種機(jī)床屬于高效通用

22、機(jī)床，主軸的剛度要求可 根據(jù)自激震動(dòng)穩(wěn)定性決定。查表3-5，取阻尼比 為0.03.查表3-4，當(dāng)v為90m/s，s為0.35mm/min時(shí),Kab =1.63N /um.mm取 blim 0.02Dmax0.02 200 = 4mm。根據(jù)KyKabbim.COS2 (1 )1.63y2 0.03 (1 0.03)cos78.2=21.57N根據(jù)式KA =21.57Ka=Kb-0.62a B2a a(1 罕)20.4J，有-0.6漢23029020.4=98.20 N / um98.2,Ks =163.67 N / um v Ks = 450N / um根據(jù)式 0.6，合格7、箱體設(shè)計(jì)在箱體內(nèi)要

23、裝有各種機(jī)構(gòu)，并保證其較準(zhǔn)確的箱體位置，以便能夠正確運(yùn)轉(zhuǎn)。 同時(shí)也要保證箱體的密封防己潤(rùn)滑的外流和灰塵的侵入，箱體應(yīng)用足夠的強(qiáng)度和 剛度說(shuō)明。7.1箱體材料的壁厚（放軸承處的壁厚和其它位置的壁厚）箱體材料一般工程用鑄造碳剛碑號(hào) ZG200-400壁厚。a. 放軸承處壁厚30mmb. 起它地方壁厚15mm7.2箱體的技術(shù)要求保證傳動(dòng)件經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)和機(jī)床加工精度，基準(zhǔn)面平直，主軸平基準(zhǔn)面應(yīng)保持平行，同軸線(xiàn)的孔要同心另處應(yīng)保證安裝在箱體內(nèi)零件與箱壁不加工面之間有足夠 間隙，以防相碰。8、密封結(jié)構(gòu)及油滑所有密封標(biāo)準(zhǔn)件，有調(diào)整式法蘭盤(pán)端蓋，墊圈毛氈等。主軸箱潤(rùn)滑方式是飛濺潤(rùn)滑適用潤(rùn)滑點(diǎn)比較集中的地方，這種潤(rùn)滑比較方 便，為了獲的良好的，潤(rùn)滑效果，濺油齒輪浸入油面深度以1225mm為宜，濺油齒輪浸入深度不應(yīng)大于23倍齒高濺油件外緣至也深度 H 3060mm.主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤(rùn)滑，一般常用單獨(dú)的油管將油引到軸承處。主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種：1）堵加密封裝置防止油外流。主軸轉(zhuǎn)速高，多采用非接觸式的密封裝置，形式很多，一種軸與軸承蓋之間 留0.10.3 mm的間隙（間隙越小，密封效果越好，但工藝?yán)щy）。還有一種是 在軸承蓋的孔內(nèi)開(kāi)一個(gè)或幾個(gè)并列的溝槽 （圓弧形或v形），效果比上一種好些。 在軸上增開(kāi)了溝槽（矩形或鋸齒形），效果又比前兩