普通車床的主軸箱部件設(shè)計課程設(shè)計

1、課程設(shè)計普通車床的主軸箱部件設(shè)計學(xué)生姓名：專業(yè)班級：機(jī)械設(shè)計2012級1班指導(dǎo)教師：學(xué) 院：2015年12月東北林業(yè)大學(xué)課程設(shè)計目錄1 總體設(shè)計1.1 確定機(jī)床運(yùn)動參數(shù)11.1.1 原始參數(shù)11.1.2 確定主電機(jī)11.1.3 主傳動系統(tǒng)方案的擬定11.1.4 確定齒輪的齒數(shù)31.1.5 確定系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖32運(yùn)動設(shè)計52.1確定各軸轉(zhuǎn)速52.1.1 確定主軸計算轉(zhuǎn)速52.1.2 各傳動軸計算轉(zhuǎn)速52.1.3 各齒輪計算轉(zhuǎn)速52.1.4 核算主軸誤差52.2 帶傳動設(shè)計52.2.1 確定計算功率52.1.2 選取V帶型52.1.3 確定帶輪直徑和驗算帶速52.1.4 確定傳動中心距和帶的基準(zhǔn)

2、長度62.1.5 驗算小帶輪的包角62.1.6 確定帶的根數(shù)62.1.7 計算帶的張緊力62.1.8 計算作用在軸上的壓軸力72.3 各傳動齒輪模數(shù)的確定和校核72.3.1 模數(shù)的確定72.3.2 齒輪的校核82.4 確定各軸的最小直徑102.5 軸承的選擇112.5.1 初選軸承的型號112.5.2 軸承壽命校核112.6 軸的校核122.7 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計142.7.1 操縱機(jī)構(gòu)類型的選擇142.7.2 操縱機(jī)構(gòu)的參數(shù)計算142.8 鍵的選擇142.8.1 鍵的類型選擇142.8.2 鍵的校核163主軸組件設(shè)計173.1 主軸內(nèi)孔直徑的確定173.2 主軸外徑的確定173.3 主軸前段懸伸

3、量173.4 主軸組件最佳跨距選擇17 4箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計195變速箱的潤滑20結(jié)論21東北林業(yè)大學(xué)課程設(shè)計1 總體設(shè)計1.1 確定機(jī)床運(yùn)動參數(shù)1.1.1 原始參數(shù)本課程設(shè)計主要是針對有極變速裝置進(jìn)行的。因此，在設(shè)計前期通過查閱機(jī)床設(shè)計圖冊的方式，對各類車床、銑床等主軸變速機(jī)構(gòu)及進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和變速方式進(jìn)行了充分的了解，明確了設(shè)計的內(nèi)容.對車床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計主電機(jī)的功率：3kw最大轉(zhuǎn)速：2000r/min最低轉(zhuǎn)速：400r/min 公比：= 1.26工件材料：鋼鐵材料道具材料：硬質(zhì)合金1.1.2 確定主電機(jī)電機(jī)功率：3kw 電機(jī)型號：Y100L2-4電機(jī)轉(zhuǎn)速：1420r/min1.1.3 主傳動

4、系統(tǒng)方案的擬定擬定傳動方案，包括傳動形式選擇以及開停、制動、換向、操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動形式則指傳動和變速的元件，機(jī)構(gòu)以及組成，安排不同特點(diǎn)的傳動形式，變速類型。傳動方案和形式與結(jié)構(gòu)的復(fù)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(jì)性等多方面統(tǒng)一考慮。確定結(jié)構(gòu)式：方案a:方案b：主變速傳動系從電動機(jī)道主軸，通常為降速傳動，接近電動機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，傳動的轉(zhuǎn)矩較小，尺寸小一些，反之靠近主軸的傳動件轉(zhuǎn)速較低，傳動的轉(zhuǎn)矩較大，尺寸就較大。因此在擬定主變速傳動系時，應(yīng)盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面，傳動副數(shù)少的變速組放在后面，使主變速傳動系中更多的傳

5、動件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小一些，以節(jié)省變速箱的造價，減少變速箱的外形尺寸;也就是滿足傳動副前多后少的原則，確定傳動方案。通過驗算最后擴(kuò)大組的變速范圍： 所以方案a為優(yōu)設(shè)計結(jié)構(gòu)網(wǎng)：傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍：在降速運(yùn)動時，為防止齒輪的直徑過大而使其徑向尺寸過大，常限制最小傳動比，升速傳動時，為防止產(chǎn)生過大的振動和噪音，常限制最大傳動比，斜齒輪比較平穩(wěn)，可取，故變速組的最大變速范圍為。檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時，只需檢查最后一個擴(kuò)大組。因為其他變速組的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小，只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過極限值，其他變速組就不會超過極限值。依據(jù)中間軸變速范圍小的原則設(shè)

6、計設(shè)計結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下所示： 由 查表選取標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，其標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速是：400，500，630，800，1250，1600 ，2000由此可以確定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖 1.1.4 確定齒輪的齒數(shù)確定齒輪齒數(shù)的原則和要求：齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過大；齒輪的齒數(shù)和過大會加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床結(jié)構(gòu)龐大，一般推薦。最小齒輪的齒數(shù)要盡可能少;但同時要考慮：最小齒輪不產(chǎn)生根切，機(jī)床變速箱中標(biāo)準(zhǔn)直圓柱齒輪，一般最小齒數(shù)；受限制的最小齒輪齒數(shù)應(yīng)大于1820；齒輪齒數(shù)應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動比的要求：實(shí)際傳動比（齒數(shù)之比）與理論傳動比（轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動比）之間有誤差，但不能過大，確定齒數(shù)所造成的轉(zhuǎn)數(shù)所造成的轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過由系統(tǒng)

7、結(jié)構(gòu)圖和轉(zhuǎn)速圖可知，系統(tǒng)采用雙聯(lián)滑移齒輪 Sz=60，62，64，66，68，70，72，74. Sz=.50,52,54,66,68,70,72,74 Sz=.44,52,54,60,62,70,72,78 由以上幾行可以挑出，72是共同適用的。選取，則從表中可以查出小齒輪齒數(shù)分別是36，32，28，即，。1.1.5 確定系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖由以上可以確定系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖，為2 運(yùn)動設(shè)計2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速2.1.1 確定主軸計算轉(zhuǎn)速2.1.2 各傳動軸計算轉(zhuǎn)速軸的可從主軸630r/min按的傳動副找上去軸的計算轉(zhuǎn)速630r/min軸的計算轉(zhuǎn)速1000r/min軸的計算轉(zhuǎn)速1250r/min2.

8、1.3 各齒輪的計算轉(zhuǎn)速傳動組c中28/44 只計算的齒輪，計算轉(zhuǎn)速； 44/25只計算的齒輪，計算轉(zhuǎn)速；傳動組b中主動齒輪z28/44，計算轉(zhuǎn)速為；傳動組a中主動齒輪z32/40，計算轉(zhuǎn)速為。2.1.4 核算主軸誤差所以合適。2.2 帶傳動設(shè)計V帶傳動中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽之間會有打滑，宜可緩和沖擊和隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸較大，機(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動。電動機(jī)轉(zhuǎn)速,傳遞功率,傳動比,三班班制一天運(yùn)轉(zhuǎn)18小時，工作年數(shù)10年。2.2.1 確定計算功率由機(jī)械設(shè)計表8-7工作系數(shù)查得由機(jī)械設(shè)計（8-21）得2.2.2 選取v帶型根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和

9、計算功率，選A帶型2.2.3 確定帶輪直徑和驗算帶速帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力越大。為提高帶的使用壽命，小帶輪的直徑不應(yīng)過小，即。查<<機(jī)械設(shè)計>>表8-8、圖8-11和由表8-6取小帶輪基準(zhǔn)直徑則直徑系列值實(shí)際傳動比傳動比相對誤差：故允許驗算帶速 故帶速合適2.2.4 確定傳動中心距和帶的基準(zhǔn)長度帶輪的中心距，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)機(jī)械設(shè)計經(jīng)驗公式（8-20）：設(shè)中心距為，則 于是 初取中心距帶長由機(jī)械設(shè)計表（8-2）查取相近的基準(zhǔn)長度，按機(jī)械設(shè)計公式（8-23）計算實(shí)際中心距2.2.5 驗算小帶輪的包角由機(jī)械設(shè)計公式（8-25

10、）得故合適2.2.6 確定帶的根數(shù)由機(jī)械設(shè)計公式（8-26）得即取帶數(shù)z=32.2.7 計算帶的張緊力查機(jī)械設(shè)計表（8-3），由機(jī)械設(shè)計式（8-27）得2.2.8 計算作用在軸上的壓軸力根據(jù)機(jī)械設(shè)計式（8-28）得2.3 各傳動齒輪模數(shù)的確定和校核,2.3.1 模數(shù)的確定齒輪模數(shù)的選擇應(yīng)參考同類型機(jī)床的設(shè)計經(jīng)驗。如齒輪模數(shù)選擇的過小，齒輪經(jīng)不起沖擊，易磨損；如果選擇的過大，齒數(shù)和將較小，使變速組內(nèi)的最小齒數(shù)小于17，產(chǎn)生根切現(xiàn)象，并且最小齒輪還有可能無法套裝到軸上。齒輪可套裝在軸上的條件為齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽底部的壁厚應(yīng)大于或等于2m(m為齒輪模數(shù))，以保證齒輪具有足夠的強(qiáng)度。對于已選好模數(shù)

11、的齒輪，還要進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度的計算。在模數(shù)相同的傳動組中，只需驗算齒數(shù)最少的齒輪。根據(jù)計算出的mw 和 mj 中的大值取相似的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。也可先判斷出mw 和 mj 中的大值再進(jìn)行計算。齒輪材料可選用優(yōu)質(zhì)中碳鋼，齒面高頻淬火處理，提高齒輪的耐磨性和壽命a傳動組：32齒齒輪的模數(shù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計算 為齒寬系數(shù)取值為（5.10）取值為8查表得 計算得傳動組a的齒輪模數(shù)為3b傳動組齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計算 為齒寬系數(shù)取值為（5.10）取值為8查表得 計算得傳動組b的齒輪模數(shù)為3C傳動組齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計算 為齒寬系數(shù)取值為（5.1

12、0）取值為8查表得 計算得傳動組c的齒輪模數(shù)為3傳動組a的分度圓直徑 36齒d=mz=84mm 32齒d=mz=96mm 40齒d=mz=120mm傳動組b的分度圓直徑 28齒d=mz=84mm 44齒d=mz=132mm 36齒d=mz=108mm傳動組c的分度圓直徑 28齒d=mz=84mm 44齒d=mz=132mm 齒寬2.3.2 齒輪的校核a傳動組：32齒齒輪校核：由圖查的由圖查的因，所以確定動載系數(shù)齒輪精度為7級 查表得 工況系數(shù)齒輪不對稱分布 查圖4.21-3得查表4-10,取由圖4.22得查圖4.23得由由故32齒齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求b傳動組：28齒齒輪校核：由圖查的由圖查

13、的因，所以確定動載系數(shù)齒輪精度為7級 查表得 工況系數(shù)齒輪不對稱分布 由故28齒齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求c傳動組：28齒齒輪校核：由圖查的由圖查的因，所以確定動載系數(shù)齒輪精度為7級 查表得 工況系數(shù)齒輪不對稱分布 由故28齒齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求 同理可進(jìn)行a傳動組中其他齒輪和b傳動組、c傳動組齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度校核。經(jīng)計算都滿足要求。2.4 確定各軸的最小直徑當(dāng)軸上由鍵槽時，d值應(yīng)相應(yīng)增大45%；當(dāng)軸為花鍵軸時，可將估算值減小7%為花鍵軸的小徑；空心軸時，需乘以計算系數(shù)b，b值見機(jī)械設(shè)計手冊表7-12。（1） 軸的直徑：， 軸自身材料選用45號鋼，（2） 軸的直徑：，（3）軸的直徑：， (

14、4)軸的直徑:, 2.5 軸承的選擇2.5.1 初選軸承型號I軸的軸承型號為7005C角接觸球軸承II軸的軸承型號為7005C角接觸球軸承III軸的軸承型號為7005C角接觸球軸承IV軸的軸承型號為3021圓錐滾子軸承軸承IV軸的軸承型號為NN3000K雙列圓柱滾子軸承2.5.2 軸承壽命校核以I軸的軸承為例7005C角接觸球軸承由手冊查得： 用線性插值法得 查表得 ,考慮軸承工作中有中等沖擊，查得 按壽命的校核：校核軸軸承7005C（角接觸球軸承）基本額定壽命： 用表示軸承的轉(zhuǎn)速(r/min),則以小時數(shù)表示的軸承基本額定壽命為： 經(jīng)過溫度系數(shù)修正后，基本額定壽命計算公式為： 由于工作溫度,

15、取 因為 故選用軸承7005C能滿足工作要求。2.6 軸的校核 III軸受力情況復(fù)雜，故對此軸進(jìn)行校核I軸對II軸的作用力，取齒數(shù)為28：44的傳動副傳動力大齒輪傳遞的扭矩圓周力徑向力IV軸對III軸的作用力，取齒數(shù)為28:44的傳動副傳動力小齒輪傳遞的扭矩圓周力徑向力水平受力圖： 水平彎矩圖垂直受力圖： 垂直彎矩圖：合成彎矩圖：齒輪單向旋轉(zhuǎn)當(dāng)量彎矩最大危險截面處唯一：45號鋼，符合要求。2.7 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計2.7.1 操縱機(jī)構(gòu)類型的選擇機(jī)床的操縱機(jī)構(gòu)用于控制機(jī)床各執(zhí)行件的啟起動、停止、制動、變速、換向等。其中，用來控制機(jī)床速度變換的機(jī)構(gòu)成為變速操縱機(jī)構(gòu)。例如，控制齒輪變速組中不同齒輪的接合

16、、脫開，以實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動速度的變換。變速操縱機(jī)構(gòu)可采用手動式機(jī)械操縱機(jī)構(gòu)或自動式液壓操縱機(jī)構(gòu)。機(jī)械操縱機(jī)構(gòu)以采用分散操縱機(jī)構(gòu)或中等復(fù)雜的集中操縱機(jī)構(gòu)為宜。變速操縱機(jī)構(gòu)中應(yīng)有定位機(jī)構(gòu)，要注意防止操縱機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉;操作要方便、省力、安全、可靠。手動操縱機(jī)構(gòu)是由人直接操縱控制手柄、手輪等，靠機(jī)械傳動來實(shí)現(xiàn)操縱要求。手動操縱機(jī)構(gòu)按照控制的執(zhí)行件數(shù)量不同，可以分為單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)和集中操縱機(jī)構(gòu)。單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)又稱為分散式操縱機(jī)構(gòu)，是一個操縱件只控制一個執(zhí)行件的操縱機(jī)構(gòu)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、制造維修方便，可靈活安排手柄位置。本設(shè)計中采用三組擺動式單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。2.7.2 操縱機(jī)構(gòu)的計算,故合適2.8 鍵的

17、選擇2.8.1 鍵的類型選擇鍵的規(guī)格I軸圓頭平鍵 8×7×18II軸圓頭平鍵 6×6×22帶輪圓頭平鍵 8×7×20IV軸圓頭平鍵 9×7×202.8.2 鍵的校核 以I軸為例校核鍵的強(qiáng)度鍵，軸，輪轂的材料都是鋼材取許用擠壓應(yīng)力鍵的工作長度圓頭平鍵鍵與輪轂的接觸高度所以該平鍵合適。其他軸的平鍵同理進(jìn)行校核。3 主軸組件設(shè)計3.1 主軸內(nèi)孔直徑的確定主軸孔徑過小，使從中通過的棒料或拉桿直徑受到限制，而且深孔加工也較為困難。主軸孔徑可減小主軸重量，提高固有頻率。為了擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，主軸孔徑也應(yīng)適當(dāng)增大。但是，當(dāng)主軸

18、外徑一定時，增大孔徑受到結(jié)構(gòu)和剛度要求的限制：孔徑增大會減小主軸的壁厚，如果軸壁過薄，就要影響主軸正常工作。對于中型機(jī)床主軸后軸頸的直徑與孔徑之差不要小于2025mm，主軸尾端最薄處的直徑差不要小于1015mm。同時，孔徑的增大會削弱主軸的剛度，主軸端部的剛度與截面慣性矩成正比。主軸孔徑d確定后，可根據(jù)主軸的使用及加工要求選擇錐孔的錐度。錐孔僅用于定心是，錐度應(yīng)取大些；若錐孔除用于定心外，還要求自鎖，借以傳遞轉(zhuǎn)矩時，錐度應(yīng)小些。主軸的孔徑選為3.2 主軸外徑的確定主軸外徑的大小對主軸部件的性能有較大影響。增大主軸外徑D ，可使主軸組件的剛度和抗振性得到較大的提高。對于空心主軸，增大外徑還能擴(kuò)大

19、機(jī)床的使用范圍。因此，現(xiàn)代機(jī)床的主軸外徑有增大的趨勢。但是，增大主軸的外徑尺寸，主軸上安裝的元件尺寸也會相應(yīng)增大，造成結(jié)構(gòu)空間的增大，要達(dá)到相同的公差，制造就更加困難，采用的軸承成本也較高，受到軸承允許的速度參數(shù)限制。對于電機(jī)功率為3kW的車床，主軸前軸徑可取75mm。后軸頸D2?。?.70.85）D1，取D2=60mm。3.3 主軸前端伸長量a：主軸懸伸量是指主軸前端至前支撐點(diǎn)的距離，它的大小對主軸組件的剛度和抗振性有顯著影響。懸伸量小，軸端位移就小，剛度得到提高。在主軸尺寸參數(shù)中，主軸懸伸量對主軸組件靜動態(tài)特性的影響最大。主軸懸伸量的大小往往受到結(jié)構(gòu)限制，主要取決于主軸前端部的結(jié)構(gòu)型式及尺

20、寸、刀具或夾具的安裝方式、前軸承的類型及配置、潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等。主軸設(shè)計時，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)最大限度地縮短主軸的懸伸量a.在參考同類型機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計后，選取主軸懸伸量約為50mm。3.4 主軸組件最佳跨距選擇支承跨距L 是指主軸相鄰兩支承的支反力作用點(diǎn)之間的距離。合理確定主軸支承跨距L 是獲得主軸部件的最大靜剛度的重要條件之一主軸采用二支承結(jié)構(gòu)。前支承對主軸組件的剛度和抗振性影響要比后支距的影響大得多，因此可按主軸的最佳支距L0來選取，前、后支距可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況適當(dāng)確定。軸前支承采取圓錐孔雙列圓柱滾子軸承（NN3000K型）后支承采取圓錐滾子軸承（30211型）初步設(shè)計時，主

21、軸的當(dāng)量直徑D 可取為前后軸徑外徑的平均值，即：慣性矩軸承的剛度通過查取現(xiàn)代機(jī)床使用設(shè)計手冊圖4-1-17獲得：前軸承剛度KA=1600N/m ，中軸承剛度KA=1350N/m由平方根疊加法，取帶入式中得， 結(jié)合主軸的結(jié)構(gòu)，最終選取主軸前后支距為300mm4 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計變速箱箱體時變速箱的重要組成部分，它的主要作用時支持和固定軸系零件，保證軸系零件的運(yùn)轉(zhuǎn)、潤滑和密封。設(shè)計機(jī)體時應(yīng)綜合考慮傳動質(zhì)量、加工工藝及制造成本等諸多要素。鑄造機(jī)體一般常用灰鑄鐵制成，因灰鑄鐵有其優(yōu)點(diǎn)：它鑄造性能好，容易獲得各種復(fù)雜形狀；具有較大的內(nèi)摩擦力、抗振性；當(dāng)加入少量合金元素或作孕育處理時耐磨性好：價格便宜、成本低

22、。其主要缺點(diǎn)是需要制作木模，制造周期長，有時產(chǎn)生鑄造缺陷。減速箱箱體采用整體式結(jié)構(gòu)，材料選用灰鑄鐵HT150：強(qiáng)度和耐磨性好，但鑄造工藝較差，可用于承受重載荷的床身。箱體的一般技術(shù)要求制定如下：1) 機(jī)床上各種鑄件的牌號和力學(xué)性能及機(jī)械加工余量、尺寸公差、質(zhì)量公差都應(yīng)符合圖樣、工藝文件和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2) 鑄件上的型砂和粘結(jié)物應(yīng)清理干凈，飛翅、毛刺、澆口、冒口應(yīng)鏟平，鑄件應(yīng)平整。3) 鑄件不應(yīng)有裂紋、重要部位及外表面不應(yīng)有砂眼、氣孔、縮松。對不影響質(zhì)量的鑄件缺陷，允許按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行修補(bǔ)。4) 機(jī)床的重要鑄件必須在粗加工后進(jìn)行時效處理，重要高精度鑄件還必須在半精加工后進(jìn)行第二次時效處理千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。- 27 -東北林業(yè)大學(xué)課程設(shè)計5 變速箱的潤滑潤滑對機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著重要的作用，其作用為：控制摩擦、減少磨損、降