重慶理工大學裝備設(shè)計課程設(shè)計

1、課程設(shè)計任務書學院：機械工程學院專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學生 學姓名：石遠華號：11004020505課程設(shè)計題目：普通機床主軸箱部件設(shè)計 指導教師：羅宏機械制造裝備設(shè)計課程設(shè)計任務書普通車床主軸箱部件設(shè)計最大加工直徑為400 mm的普通車床的主軸箱部件設(shè)計1原始數(shù)據(jù)d環(huán)二400mm n 電機二5 5kw n 電機二1440rpmz=12二950 rpm公比：1.412工藝要求(1) 要求主軸正反轉(zhuǎn)。(2) 加工工件的材料為鋼鐵。(3) 機床精度等級為普通級。3主運動傳動系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計傳動系統(tǒng)圖、主軸箱展開圖、主軸及(廣2個)齒輪零件圖、設(shè)計說明課程設(shè)計說明書目錄一、概述1.1機床課程設(shè)計

2、的冃的41.2車床的規(guī)格系列和用處41.3操作性能要求4二、參數(shù)的擬定2.1確定轉(zhuǎn)速范圍52.2主電機的選擇5三、傳動設(shè)計3.1主傳動方案擬定53.2傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇53.2.1確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目63.2.2傳動式的擬定63.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定63.3轉(zhuǎn)速圖的擬定7四、傳動件的估算4.1三角帶傳動的計算84.2傳動軸的估算104.2.1傳動軸直徑的估算114.3齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算4.3.1齒輪齒數(shù)的確定134.3.2齒輪模數(shù)的計算134.3.3齒寬的確定144.4帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計15五、動力設(shè)計5.1主軸剛度驗算5.1.1 選定前端懸伸量c165.1.2主軸支承跨

3、距l(xiāng)的確定165.1.3計算（2點撓度165.2齒輪校驗19六、結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明6.1結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案206.2展開圖及其布置216.3齒輪塊設(shè)計216.3.1 其他問題226.4主軸組件設(shè)計22七、總結(jié)23一、概述1.1機床課程設(shè)計的目的課程設(shè)計是在學生學完相應課程及先行課程之后進行的實習性 教學環(huán)節(jié)，是大學生的必修環(huán)節(jié)，其目的在于通過機床運動機械變速 傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使學生在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過 程中，得到設(shè)計構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機械制圖，零件計算, 編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設(shè)計思 想，掌握基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)學生具有初步

4、的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè) 計和計算能力。1.2車床的規(guī)格系列和用處普通機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計的是普通型車 床主軸變速箱。主要用于加工回轉(zhuǎn)體。工件最大回正轉(zhuǎn)最高電機功率公比0轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)直徑轉(zhuǎn)速n (kw)級數(shù)d maxnmaxz(mm)(/.)/min4009505.51.4112表1車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)1.3操作性能要求（1）具有皮帶輪卸荷裝置（2）手動操作縱雙向摩擦片離合器實現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止運動要求（3）主軸的變速由變速手柄完成二. 參數(shù)擬定21確定轉(zhuǎn)速范圍查金屬切削機床表得：21.2r/min, 30r/

5、min, 42.5r/min, 60r/min,85r/min, 118r/min, 170r/min, 236r/min, 355r/min, 475r/min, 670i7mim950r/mino2.2主電機的選擇合理的確定電機功率，使機床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生 產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。根據(jù)車床設(shè)計手冊附錄表2選y132s-4,額定功率5.5kw, 滿載轉(zhuǎn)速1440r/min,最大額定轉(zhuǎn)矩2.3n/m。三、傳動設(shè)計3.1主傳動方案擬定擬定傳動方案，包括傳動形式的選擇以及開停、換向、制動、操 作等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動形式指傳動和變速的元件、機構(gòu)以及 組成、安排

6、不同特點的傳動形式、變速類型。傳動方案和形式與結(jié)構(gòu)的復雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān) 系。因此，確定傳動方案和形式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟等方 面統(tǒng)一考慮。傳動方案有多種，傳動形式更是眾多，比如：傳動形式上有集中 傳動、分離傳動；擴大變速范圍可用增加傳動組數(shù)，也可用背輪結(jié)構(gòu)、 分支傳動等形式；變速箱上既可用多速電機，也可用交換齒輪、滑移 齒輪、公用齒輪等。顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計 中，我們釆用集中傳動形式的主軸變速箱。3.2傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用 的方法，但對于分析復雜的傳動并想由此導出實際的方案，

7、就并非十 分有效。321確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目級數(shù)為z的傳動系統(tǒng)由若干個順序的傳動組組成,各傳動組分別 有乙、z2> 個傳動副。傳動副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級數(shù)z應為2 和3的因子：z = 2" x3"有以下三種方案：12=3x2x2.322傳動式的擬定12級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，選擇傳動組安排方式時，考慮到 機床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。主軸對加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上的齒輪少 些為好。最后一個傳動組的傳動副常選用2。綜上所述，傳動式為12=3x2x2。3.2.3結(jié)構(gòu)式的擬定傳動副應前多后少的原則，故12=3x2x

8、2傳動式，有6種結(jié)構(gòu) 式和對應的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。又因為傳動順序應前密后疏，變速組的降速要前 慢后快，所以結(jié)構(gòu)式為：12=3,x23x26電illiv食36:3636:3630:42a奄b隸c x170950670475355236118856042.53021.2r/min傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖傳動系統(tǒng)圖四、傳動件的估算4.1 v帶傳動的計算v帶傳動中，軸間距a可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽 間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡 單，但尺寸大，機床中常用作電機輸出軸的定比傳動。(i)選擇v帶的型號根據(jù)公式：pa = kp =1x5.5 = 6o5kw式中p-電動機額定功率，k“一工作

9、情況系數(shù) 查機械設(shè)計圖8-8因此選擇a型帶，尺寸參數(shù)為b=80mm, 二11mm, h二 10, 0 = 40°。(2)確定帶輪的計算直徑d帶輪的直徑越小帶的彎曲應力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪 的直徑卩不宜過小,即d > dniin o查機械設(shè)計表8-3, 8-7取主動 輪基準直徑00m式中:3-小帶輪轉(zhuǎn)速，陽一大帶輪轉(zhuǎn)速，£-帶的滑動系數(shù)，一般取0.02。 所以d2 =xl00(l-0.02) = 297.14m/n ,由機械設(shè)計a表8-7取圓整為315mm。(3)確定v帶速度按公式心煮歸唱牆t"咳(4)初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機床的總體布局初

10、步選定，一般可在下 列范圍內(nèi)選?。?根據(jù)經(jīng)驗公式0.7(0,+p2)<a)<2(+d2)mm取 4)=500mm.(5) v帶的計算基準長度厶。厶=2血+號(q+p)+氣尹2厶=2x500 +丄匕 x(100 + 315) +(3"' "°)=1674.99加加°2 v74x500由機械設(shè)計表8-2,圓整到標準的計算長度l "750mm(6) 驗算v帶的撓曲次數(shù)型嚴“0.31s40嘆，符合要求。(7) 確定實際中心距a=500 + (1750-1675)-2 = 538mm(8)驗算小帶輪包角aa嚴 180° _2

11、iz2lx57.5° 二 157.1° > 120°,主動輪上包角合適。a(9)確定v帶根數(shù)z根據(jù)機械設(shè)計式8-22得a)+傳動比i = 21 = 1440/475 = 3.03 v2查表 8-5c, 8-5d 得幾二 0. 05kw, a)= 0. 47kw查表 8-8, ©二0. 98；查表 8-2,二0.96= 4.3z =6.05"(1.32 + 0.15)x0.98x1.01所以取z = 5根 (10)計算預緊力查機械設(shè)計表8-4, q=0. lkg/m=500-vz2 5-1 二 128.07n丿offi=2 吒 siny =

12、 1255.21774.4帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計查機械設(shè)計“159161頁，當dd > 300mm可采用輪輻式。d是 軸承外徑，查機械零件手冊確定選用滾動軸承61909 gb 276-89, d二50mm, d二65mm, b-7mm0帶輪內(nèi)孔尺寸是軸承外徑尺寸100mm齒 機械設(shè)計表8-10確定參數(shù)得：b(l =u,ha= 2.75, hf = 8.7, £ = 15, / = 9,0 二 34°°帶輪寬度：b = (z 一 l)w + 2 f = (3 1)x15 + 2x15 = 18mm分度圓直徑：dd = 3 15777,77； d(jmm = 100mm,

13、 l = b = 6qmm,4.2傳動軸的估算傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度的要求，強度要求 保證軸在反復載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系 統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不失是主 要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要 求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有 足夠的剛度。傳動軸直徑的估4.2.1按抗扭剛度估算軸的直徑d叫#其中：p-電動機額定功率k-鍵槽系數(shù)a-系數(shù)-從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；勺-為主軸第一個（低的）。三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速。按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應的傳動關(guān)系確定。查機械

14、制造裝備設(shè)計表2-10取iv為單鍵軸，軸的k二1.05,=(77x1.05)5.5x0.96x0.99x0.98236=28.02m/?7,取 30mm=(77x1.05)/5.5x0.96x0.99x0.98x0.99 步mm = 39.96m/?2v85取 48mm6/ =(92xl05)45.5x0.96x0-99x0.98x0.99x0.98=51.82mm取 80mma=92; i, ii, iii 軸是花鍵軸，取 k=1.08, a=77o軸號iiiiiiivn.(r/min)</4752368560d,=(92xl.05屮囂% = 3j 36mm此軸徑為平均軸徑，設(shè)計時可相

15、應調(diào)整。4.3齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算4.3.1齒輪齒數(shù)的確定當各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機械設(shè)計手冊推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標準公比的整數(shù)次方時，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和義及小齒輪的齒數(shù)可以從表3-6 (機械制造裝備設(shè)計) 中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應大于1820。采用三聯(lián)滑移 齒輪時，應檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒第一組齒輪：傳動比：嶼=厶=1, 口2丄f = 1/1.41 , 口3丄= 1/2(p s(p-查機械制造裝備設(shè)計表2-8,齒數(shù)和sz取84z二42, z2 =35zs=2&

16、 z4=42, z5=49, z6=56；第二組齒輪：傳動比：u. = 1, a = 1/2.820(p齒數(shù)和取 84：z7二42, z8 =22, z9二42, z10二62；第三組齒輪：傳動比：比蘭= 2.0/1, u。丄= 1/3.981 0齒數(shù)和s一取84：z11二56, z12 =17, z13=28, z14=67;4.3.2齒輪模數(shù)的計算仃)一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最重的小齒輪按簡化的接觸疲勞強度公式計算m-16338(ptnxzxix j-|2xrijmm齒輪材料為40cr,熱處理方式為高頻淬火(g54), w=3"mpa,(t = 280mpaiv

17、式中：® 按疲勞接觸強度計算的齒輪模數(shù)加切n(l驅(qū)動電機功率kwn.計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速少加z大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比冷1z.小齒輪齒數(shù)(pm齒寬系數(shù)，(pm = (b為齒寬，m為模數(shù)),m%=6口10匕許用接觸應力m%傳動組a模數(shù):16338?1.6x2.06x272xl.6x6002xl250= 1.93傳動組b模數(shù):3x2.0叫 i63386x242x2x6002x800= 2.39傳動組c模數(shù):5x2.0叫一 1633 8勺 § % 8? % 4 x 6002 x 4004.12根據(jù)標準模數(shù)表取叫=3,伽=3, mc = 5 (4)標準齒輪：a = 20 度，h；

18、= l, c" = 0.25從機械原理 表10-2查得以下公式齒頂圓 da =(z + 2h)m齒根圓 df =(z + 2力:+ 2c )m分度圓d = mz齒頂高h(l = hm齒根高 hf = (h + c )m齒輪的具休值見表齒輪尺寸表齒輪齒數(shù)z模數(shù)m分度圓d齒頂圓da齒根圓齒頂高ha齒根高hf1423126132118. 533. 75235310511197.533. 753283849076.533. 754423126132118. 533. 755493147163139. 533. 756563168174160. 533. 75742312613211&

19、533. 758223667278. 533. 75942312613211&533. 7510623186192178. 533. 7511565280290267.556. 2512175859581. 556. 2513285140150127.556. 2514675335345322.556. 254.3.4齒寬確定由公式b =(pmm (%” = 6 10,加為模數(shù))得：第一套嚙合齒輪d =(610)x3 = 1830m第二套嚙合齒輪二(610)x3 = 1830加加第三套嚙合齒輪b/ =(610)x5 = 3050mt7一對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)牛軸向錯位

20、時導致 嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計上，應主動輪比小齒輪齒寬大所以b = timm. b2 = 22mm, b. = timm b4 = 20mm. b5 = 20mm, b（）= 20mmb1 = 22mm. bs = 22mmb9 = 20mm, b） = 20mmbn = 3qmm, bn = 32mmb3 = 32mm、b14 = 30mm4.3.5核算主軸轉(zhuǎn)速誤差實際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差一般不超過±10（少1）%,即:實際傳動比理論傳動比理論傳動比|<10（p- ）%= 10（1.41-1 ）%=± 4.1%1.413245 1.41t71i-

21、0.23%在此范圍內(nèi)五、動力設(shè)計5.1主軸剛度驗算5.1.1選定前端懸伸量c參考機械裝備設(shè)計p121,根據(jù)主軸端部的結(jié)構(gòu)，前支承軸承配置和密封裝置的型式和尺寸，這里選定c二120mni5.1.2主軸支承跨距l(xiāng)的確定般最佳跨距厶° =（23）c = 240420加加，考慮到結(jié)構(gòu)以及支承剛 度因磨損會不斷降低，應取跨距l(xiāng)比最佳支承跨距厶大一些，再考慮 到結(jié)構(gòu)需要，這里取l=600mmo5.1.3計算c點撓度1）周向切削力e的計算pt =2x955x10sndjni其中 m 二5.5kw,q = 0.96x0.987,d. = (0.5 0.6) dmax = (0.5 0.6)x400

22、= 200x240%“ 取 q = 240,竹=31.5/7 min故幾=2x955xl0°x0.82x5.5240x35.5= 1.15xl04,故 p = 1.12£ = 1.736x104n。片=0.45 弓=6.98xlo?n,號=0.35/=5.43x101)驅(qū)動力q的計算參考車床主軸箱指導書，n0 = 2.12x107 nzn其中n = ndt = 5.5x0.96x0.987 = 4.58kw, z = 12,m = 3,n = 35.5r/min所以4 58q = 22xl()7x = 13xl0°n4x72x35.53)軸承剛度的計算這里選用43

23、82900系列雙列圓柱子滾子軸承根據(jù) c = 22.222 xl.50103xj0-8 求得:c=22.222xl.5°-,03x70°-8= &48x1 o'n/加加= 22.222xl.50103 xl00°-8 =9.224xlo5/v/mm4）確定彈性模量，慣性距i； / ；和長度a、b,s。 軸的材產(chǎn)選用40cr,查簡明機械設(shè)計手冊p6,有e = 2 jxiowrz 主軸的慣性距i為：=4.27xl06m/74主軸c段的慣性距ic可近似地算:64= 6.25xlo6mm4 切削力p的作用點到主軸前支承支承的距離s二c+w,對于普通車床,w

24、=0.4h, （h是車床中心高，設(shè)h=200mm） o貝 lj: s = 120 + 0.4x200 = 200mm 根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，取b二60mm 計算切削力p作用在s點引起主軸前端c點的撓度lschf3ei(l + s)(厶+ c)代入數(shù)據(jù)并計算得y仰二0. 1299mm。 計算驅(qū)動力q作用在兩支承之間時，主軸前端c點了的撓度yarn, = qmm-bc（2l-b）（l-b）（厶+ c）（厶一b） be6ellcji計算得：ycmq =_0. 0026mm 求主軸前端c點的終合撓度兒水平坐標 y 軸上的分量代數(shù)和為 兒.=y 即 cos ep + 兒陽 cos 0 + 兒”

25、 cos otn,其中0=66。0=270閥=1抄, 計 算 得：ycy -0. 0297mm.九=0.0928加加。綜合撓度 ye = j）叮 + yj = 0.11 smm。 綜合撓度方向角仏二如c/gh = 72.25。, 又y = 0.0002l = 0.0002x600 = 0.12mm o 因為 yc<y,所以此軸滿足 要求。5.2齒輪校驗在驗算算速箱中的齒輪應力時，選相同模數(shù)中承受載荷最大， 齒數(shù)最小的齒輪進接觸應力和彎曲應力的驗算。這里要驗算的是齒 輪2,齒輪7,齒輪12這三個齒輪。齒輪12的齒數(shù)為18,模數(shù)為4,齒輪的應力:1）接觸應力:門2088xlo4qf =（u

26、+ l）g，dzmubnjkp 齒向載荷分布系數(shù)；k、,動載荷系數(shù)；ka工況系數(shù);ks壽命系數(shù)查機械裝備設(shè)計表10-4及圖10-8及表10-2分布得=1.15,比陽=1.20;匕=1.05, ka =1.25 假定齒輪工作壽命是48000h,故應力循環(huán)次數(shù)為n = 60/yl/? =6ox5ooxlx 48000 = 1.44xl09 次查機械裝備設(shè)計圖10t8得kfn = 0.9,khn = 0.9 ,所以:7?+ 1 xi5x1.05x1.25x0.9x7.5x0.96x0.9822088 x10318x4=1.024x1 o'mpd18丿72x21x500182）彎曲應力：二 1

27、91xl0g 伸 “zm2bynj查金屬切削手冊有y=0. 378,代入公式求得：幺二158.5mpa查機械設(shè)計圖10-21e,齒輪的材產(chǎn)選400（滲碳），大齒輪、小齒輪的硬度為60hrc,故有匕= 1650mpa,從圖10-21e讀出aw = 920mpa 因為：©vsv0j，故滿足要求，另外兩齒輪計算方法如上，均 符合要求。六、結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明6.1結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒 輪、離合器和制動器等）、主軸組件、操縱機構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和 箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面 圖表示。課程設(shè)計由于吋間的限制

28、，一般只畫展開圖。主軸變速箱是機床的重要部件。設(shè)計時除考慮一般機械傳動的 有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸 前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠 原則，遵循標準化和通用化的原則。主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計時整個機床設(shè)計的重點，由于結(jié)構(gòu)復雜，設(shè) 計中不可避免耍經(jīng)過反復思考和多次修改。在正式畫圖前應該先畫 草圖。6-2展開圖及其布置展開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，假想將各軸沿其 軸線剖開并將這些剖切面平整展開在同一個平而上。i軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將 兩級變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的

29、直徑受到離合器內(nèi)徑的約 束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負責齒輪無法加工。這 樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同 軸線的軸上，左邊部分接通，得到一級反向轉(zhuǎn)動，右邊接通得到三 級反向轉(zhuǎn)動。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們釆用第一種方案, 通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)。齒輪在軸上布置很重要，關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向 尺寸有利于提高剛度和減小體積。6.3齒輪塊設(shè)計齒輪是變速箱中的重要元件。齒輪同時嚙合的齒數(shù)是周期性 變化的。也就是說，作用在一個齒輪上的載荷是變化的。同時由 于齒輪制造及安裝誤差等，不可避免要產(chǎn)生動載荷而引起振動和 噪音，常成為變速箱的主要噪聲源，并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性。在 齒輪塊