級變速車床主軸箱設(shè)計.doc

1、16級變速車床主軸箱設(shè)計及實物制作機(jī)械設(shè)計制造及其自動化摘要 作為主要的車削加工機(jī)床，普通車床被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)中。本文主要針對16級變速車床主軸箱的設(shè)計進(jìn)行說明，共包括運動設(shè)計、動力設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計三個部分。設(shè)計的主要內(nèi)容有機(jī)床主要參數(shù)的確定，傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定，最后通過對車床主軸箱零件進(jìn)行計算、校核從而完成此機(jī)床主軸箱的設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要是主軸箱的傳動設(shè)計，根據(jù)已給定的條件,即主軸轉(zhuǎn)速來設(shè)計主傳動系統(tǒng)。實際工作時，操縱變速手柄,通過撥叉撥動主軸箱中的滑移齒輪在軸上移動,實現(xiàn)變速。關(guān)鍵詞 16級變速；主軸箱Design of 16-Level Speed Spindle B

2、ox& the Model MakingMechanical Design , Manufacturing and Automation MajorAbstract：As major turning machines, universal lathe is used widely in mechanical processing industry. In this paper, it focuses on the design of 16-level speed spindle box， and it includes three parts that motion design， d

3、ynamic design and structure design. The main contents of this design is to determine the main parameters， transmission scheme and drive system drawing of the machine tool， and finally complete the design of the spindle box by calculating and checking the parts of the spindle box。 The main structure

4、design is the design of transmission ， under the given conditions， that is, according to spindle speed design the main drive system. Practically work， it control variable speed handles to achieve different speed through the fork that bring along the sliding gear moving on the axis.個人收集整理,勿做商業(yè)用途個人收集整

5、理，勿做商業(yè)用途Keywords: 16-level speed; spindle box; design 目 錄1概述11。1車床的規(guī)格系列和用處11。2操作性能要求12參數(shù)的擬定12。1 確定傳動比和各級轉(zhuǎn)速12.2 主電機(jī)選擇13運動設(shè)計23。1 傳動結(jié)構(gòu)式的擬定23。1。1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目23。1.2 傳動式的擬定23.1.3 結(jié)構(gòu)式的擬定23.2 轉(zhuǎn)速圖的擬定23。3 確定齒輪齒數(shù)33.4 繪制傳動系統(tǒng)圖44動力設(shè)計54。1 傳動軸的估算54。1。1 傳動軸直徑的估算54。1.2 主軸前端直徑的估算64.2 三角帶傳動的計算64.3 齒輪模數(shù)和齒寬的計算84.3.

6、1 齒輪模數(shù)的確定84。3.2 齒寬的確定94。4 多片式摩擦離合器的結(jié)構(gòu)95動力傳動件的校核105.1 主軸剛度驗算105。1。1 選定前端懸伸量C105。1.2 主軸支承跨距L的確定105.1.3 計算C點撓度105.2 齒輪校驗126結(jié)構(gòu)設(shè)計136.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案136。2 展開圖及其布置136。3 齒輪塊設(shè)計146。4 主軸組件設(shè)計146。5 變速操縱機(jī)構(gòu)157機(jī)械加工16參考文獻(xiàn)17附錄17致謝171概述1。1車床的規(guī)格系列和用處普通機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)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

7、于加工回轉(zhuǎn)體.表1 車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)工件最大回轉(zhuǎn)直徑D（mm)正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速Nmax( ）正轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速Nmax( )電機(jī)功率N（kw）轉(zhuǎn)速級數(shù)Z3606020005.5161.2操作性能要求1）具有皮帶輪卸荷裝置2)手動操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2參數(shù)的擬定2.1 確定傳動比和各級轉(zhuǎn)速已知主軸轉(zhuǎn)速范圍是602000r/min，傳動級數(shù)是16級，根據(jù)公式： 則：，由此可得傳動比為1.26。1劃分各級轉(zhuǎn)速為：60r/min，75r/min,95r/min,112r/min，155r/min，195r/min，244r/min，31

8、0r/min，390r/min，500r/min，630r/min，808r/min, 1021r/min, 1290r/min1600r/min, 2000r/min。2。2 主電機(jī)選擇合理的確定電機(jī)功率,使機(jī)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(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。已知電動機(jī)的功率是5.5,選Y132S-4，額定功率5.5，滿載轉(zhuǎn)速1440 ,最大額定轉(zhuǎn)距2.2.3運動設(shè)計3.1 傳動結(jié)構(gòu)式的擬定3.1。1 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、個傳動副。即 傳動副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或4為合適，即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和

9、4的因子：，可以有三種方案:16=4×2×2;16=2×2×2×2；16=4×43.1.2 傳動式的擬定16級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，選擇傳動組安排方式時，要考慮到機(jī)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，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個傳動組的傳動副常選用2。除此之外，雖然16=4×2×2、16=4×4兩種方案的傳動軸比較少，但是，這兩種傳動組內(nèi)有四個變速傳動副，增大了傳動軸的軸向尺寸，這兩種方案不宜采用。綜上所述,傳動式為16=2×2×2×

10、2。3。1.3 結(jié)構(gòu)式的擬定對于傳動式16=2×2×2×2，有24種結(jié)構(gòu)式和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為： 根據(jù)傳動比指數(shù)分配“前疏后密”的原則應(yīng)采用第一種方案。即：的方案。3。2 轉(zhuǎn)速圖的擬定根據(jù)已確定的結(jié)構(gòu)方案繪出轉(zhuǎn)速圖如下：圖1 16級變速車床轉(zhuǎn)速圖3.3 確定齒輪齒數(shù)當(dāng)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)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(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時,變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以在參考書中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應(yīng)大于17.3第一組齒輪：傳動比： ， 取 ， ，最小公倍數(shù)為16，即=

11、16,則=16k由 取k=5 則=35 =80 =45 第二組齒輪：傳動比： ， 取 ， ，最小公倍數(shù)為8,即=8，則=8k由 取k=6 則=18 =48 =30 第三組齒輪：傳動比： , 取 , ，最小公倍數(shù)為10,即=10,則=10k由 取k=6 則=18 =60 =42 第四組齒輪：傳動比： , 取 ， 選擇 則=12 =12k 取k=6 則=18 =72 =54 綜上可得：表2 各變速組齒輪齒數(shù)變速組第一變速組第二變速組第三變速組第四變速組齒數(shù)和S8048607296齒數(shù)名ZZ1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16齒數(shù)354540401830242

12、41842303018546432 3.4 繪制傳動系統(tǒng)圖根據(jù)上面所計算個傳動齒輪齒數(shù)繪制傳動系統(tǒng)圖如下：圖2 16級變速傳動系統(tǒng)圖4動力設(shè)計4。1 傳動軸的估算傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求,強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)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(qiáng)度一般不是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強(qiáng)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。4.1。1 傳動軸直徑的估算由公式: 4 其中：P電動機(jī)額定功率 系數(shù) n該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速從電機(jī)到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積;對于空

13、心軸課采用公式: 4其中： ,即空心軸的內(nèi)徑d1與外徑d之比通常取計算轉(zhuǎn)速n是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系確定，當(dāng)取各級效率為1時，所得的軸頸大于最小軸徑，以下計算軸頸時均取效率為1.則:因為在一軸上要安裝離合器,所以一軸直徑應(yīng)大一些,取;又因為軸2、3、4均為花鍵軸內(nèi)徑分別取為：、；主軸最小直徑為，以上軸徑為平均軸徑,設(shè)計時可相應(yīng)調(diào)整。4.1.2 主軸前端直徑的估算由通用機(jī)床主軸前端軸頸尺寸可知：主軸前端軸頸D1與直徑的關(guān)系，即=0.25 3 已知:=360mm則：=0。25=0。25×360±1510

14、5mm再查參考書選車床最大回轉(zhuǎn)直徑=360mm,即為最大加工直徑，因此主軸內(nèi)空直徑d=0.1±10，取d=35mm 54.2 三角帶傳動的計算三角帶傳動中，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(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動。（1)選擇三角帶的型號根據(jù)公式：式中P-電動機(jī)額定功率,工作情況系數(shù) 查參考書可因此選擇A型帶。4(2）確定帶輪的計算直徑,帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即。取主動輪基準(zhǔn)直徑=140mm。4由公式 式中:-小帶輪轉(zhuǎn)速，大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動系數(shù)

15、，一般取0。02。所以,取為250mm.4（3)確定三角帶速度按公式 在規(guī)定的5m/s 范圍內(nèi)，合理。 (4）初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選取： 根據(jù)經(jīng)驗公式 取mm,取=800mm.(5）三角帶的計算基準(zhǔn)長度 圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計算長度 4(6）驗算三角帶的撓曲次數(shù),符合要求. (7）確定實際中心距（8)驗算小帶輪包角，主動輪上包角合適。(9)確定三角帶根數(shù)由公式得: 4傳動比: 查表85c,8-5d 得= 0。15KW，= 1.32KW查表8-8，=0.98;查表8-2，=0.96所以取Z=4根（10）計算預(yù)緊力查表8-4,q=0。1kg/m 4綜上

16、所述可得：表3 皮帶參數(shù)和帶輪尺寸帶型號帶長/mm帶根數(shù)帶輪直徑/mm中心距/mm預(yù)緊力/N大帶輪小帶輪A22404250140811。9692.34。3 齒輪模數(shù)和齒寬的計算4。3。1 齒輪模數(shù)的確定(1) 一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式計算 6式中:按疲勞接觸強(qiáng)度計算的齒輪模數(shù)-驅(qū)動電機(jī)功率 計算齒輪的轉(zhuǎn)速-大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比 小齒輪齒數(shù)-齒寬系數(shù),（B為齒寬，m為模數(shù)),許用接觸應(yīng)力 傳動組a模數(shù):2。21傳動組b模數(shù):2。76傳動組c模數(shù)：3.61傳動組d模數(shù)：4。02由于在第一軸上要安裝離合器，且離合器的直徑較大,為保證裝配關(guān)系

17、，一軸上的最小齒輪的分度圓應(yīng)比離合器大兩個模數(shù)；在最后變速組中，兩傳動副可采用不同的齒輪模數(shù)，大模數(shù)齒輪，抗彎能力強(qiáng),傳遞轉(zhuǎn)矩大,用于低速傳動中，高速則采用小模數(shù)多齒數(shù)齒輪,增加嚙合重合度,提高運動的平穩(wěn)性，減小振動和噪音,所以在第四傳動組中采用兩個模數(shù)的齒輪。故各傳動組選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：。 4.3。2 齒寬的確定由公式（）6得:第一套嚙合齒輪第二套嚙合齒輪第三套嚙合齒輪第四套嚙合齒輪一對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計上，應(yīng)主動輪比小齒輪齒寬大，所以取各齒輪齒寬如下： 表4 各齒輪齒寬齒輪Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z1

18、2Z13Z14Z15Z16齒寬242424242830302830302828323235324。4 多片式摩擦離合器的結(jié)構(gòu)普通車床的換向裝置常常采用多片式摩擦離合器，設(shè)計中的換向裝置如下圖所示7:圖3 離合器5動力傳動件的校核5。1 主軸剛度驗算5.1。1 選定前端懸伸量C參考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=120mm。 85.1。2 主軸支承跨距L的確定一般最佳跨距 ，考慮到結(jié)構(gòu)以及支承剛度因磨損會不斷降低，應(yīng)取跨距L比最佳支承跨距大一些，再考慮到結(jié)構(gòu)需要，這里取L=600mm。85.1。3 計算C點撓度1）周向切削力的計算: 4其中取故，故

19、。2）驅(qū)動力Q的計算 8其中：所以：3）軸承剛度的計算這里選用圓錐孔雙列圓柱子滾子軸承根據(jù)求得： 4)確定彈性模量，慣性距I；和長度。軸的材產(chǎn)選用40Cr，查P6，有 5 主軸的慣性距I為：主軸C段的慣性距Ic可近似地算：切削力P的作用點到主軸前支承支承的距離S=C+W,對于普通車床，W=0.4H，（H是車床中心高，設(shè)H=200mm)。則：根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，取b=60mm計算切削力P作用在S點引起主軸前端C點的撓度：代入數(shù)據(jù)并計算得=0。1299mm。計算驅(qū)動力Q作用在兩支承之間時,主軸前端C點子的撓度：計算得：=0。0026mm求主軸前端C點的終合撓度水平坐標(biāo)Y軸上的分量代數(shù)和

20、為：，計算得：=0.0297mm。綜合撓度。綜合撓度方向角，又。因為,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(yīng)力時，選相同模數(shù)中承受載荷最大,齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗算。這里要驗算的是齒輪最后一個齒輪。齒輪13的齒數(shù)為18,模數(shù)為4，齒輪的應(yīng)力:1）接觸應(yīng)力： u-大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比；-齒向載荷分布系數(shù)；-動載荷系數(shù);-工況系數(shù);-壽命系數(shù)查表10-4及圖10-8及表102分布得 4假定齒輪工作壽命是48000h，故應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為:查圖1018得，4所以:2）彎曲應(yīng)力:查有Y=0.378，7代入公式求得：=158.5Mpa 查圖10-21e,齒輪的材產(chǎn)選，

21、大齒輪、小齒輪的硬度為60HRC,故有,從圖10-21e讀出.4因為：,故滿足要求，另外其余齒輪計算方法如上，均符合要求.6結(jié)構(gòu)設(shè)計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(jī)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,用一張展開圖和多張橫截面圖表示,詳見裝配圖.36.2 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面上。展開圖如下所示:圖4 主軸箱展開圖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

22、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。在齒輪塊設(shè)計時，應(yīng)充分考慮這些問題。3設(shè)計中都采用整體式雙聯(lián)滑移齒輪,因為整體式滑移齒輪具有結(jié)構(gòu)簡單，剛性好的特點，所以在車床主軸箱設(shè)計中常常用。詳見裝配圖。6。4 主軸組件設(shè)計主軸組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高。安裝工件(車床）或者刀具（車床、鉆床等）的主軸參予切削成形運動，因此它的精度和性能直接影響加工質(zhì)量(加工精度和表面粗糙度），設(shè)計時主要圍繞著保證精度、剛度和抗振性，減少溫升和熱變形等幾個方面考慮.主軸形狀與各部分尺寸不僅和強(qiáng)度、剛度有關(guān)，而

23、且涉及多方面的因素.1） 內(nèi)孔直徑車床主軸由于要通過棒料，安裝自動卡盤的操縱機(jī)構(gòu)及通過卸頂尖的頂桿，必須是空心軸。為了擴(kuò)大使用范圍，加大可加工棒料直徑,車床主軸內(nèi)孔直徑有增大的趨勢。2） 軸頸直徑設(shè)計時，一般先估算或擬定一個尺寸,結(jié)構(gòu)確定后再進(jìn)行核算。3） 前錐孔直徑前錐孔用來裝頂尖或其他工具錐柄，要求能自鎖,目前采用莫氏錐孔.4） 支撐跨距及懸伸長度為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長度。選擇適當(dāng)?shù)闹慰缇啵话阃扑]?。?35，跨距小時，軸承變形對軸端變形的影響大。所以,軸承剛度小時，應(yīng)選大值,軸剛度差時，則取小值。36.5 變速操縱機(jī)構(gòu)在設(shè)計主軸箱中有七個滑移齒輪組，操縱這些華裔齒輪共用了

24、三套操縱機(jī)構(gòu)，一套用于車削左、右螺紋，另外兩套用于實現(xiàn)16級變速。變速操縱機(jī)構(gòu)采用最為常用的凸輪連桿機(jī)構(gòu).凸輪的曲線槽是由兩個不同半徑的圓弧和過渡直線組成的封閉曲線，連桿通過滾子和曲線溝槽相連。轉(zhuǎn)動手柄可以使凸輪轉(zhuǎn)動，凸輪轉(zhuǎn)動一周能夠使受其控制的兩個連桿分別有兩個位置的變換，并且在一個連桿變動時另一個不發(fā)生改變,從而實現(xiàn)四個轉(zhuǎn)動比的轉(zhuǎn)變。操縱機(jī)構(gòu)詳見裝配圖。以下為其中一套變速操縱機(jī)構(gòu)控制的四個傳動路線: 圖5 凸輪四個轉(zhuǎn)動位置7機(jī)械加工在課程設(shè)計當(dāng)中要制作的實物是一個六級變速的機(jī)床主軸箱模型。以下就幾個六級變速的操作部分的部件加工制作過程簡單說明，包括：撥叉、凸輪、滾子。1） 撥叉：根據(jù)撥叉的零件圖(兩個零件）我把它的加工步驟分為以下幾個：下料銑各個面-畫線鉆孔-數(shù)控銑滑槽-數(shù)控銑圓弧線切割加工2） 凸輪：根據(jù)凸輪的零件圖和它的工作原理可知，在凸輪的主要工作面為它的封閉曲面,所以在加工的時候最主要的就是加工凸輪的封閉曲面和找它的中心孔.因為要加工曲面封閉溝槽在普通的機(jī)床上面是難以完成的，只能在數(shù)控機(jī)床上面才能加工。所以凸輪的加工