車床主軸箱設(shè)計(jì)說明書

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書目 錄1. 概述和機(jī)床參數(shù)確定11.1機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定11.2機(jī)床動(dòng)力參數(shù)的確定11. 3機(jī)床布局1 2. 主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)22.1確定變速組傳動(dòng)副數(shù)目22.2確定變速組的擴(kuò)大順序32.3繪制轉(zhuǎn)速圖32.4確定齒輪齒數(shù)42.5確定帶輪直徑42.6繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖5 3估算傳動(dòng)件參數(shù) 確定其結(jié)構(gòu)尺寸63.1確定傳動(dòng)轉(zhuǎn)速63.2確定主軸支承軸頸尺寸63.3估算傳動(dòng)軸直徑63.4估算傳動(dòng)齒輪模數(shù)63.5普通V帶的選擇和計(jì)算7 4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)84.1帶輪設(shè)計(jì)84.2齒輪塊設(shè)計(jì)84.3軸承的選擇94.4主軸組件94.5操縱機(jī)構(gòu)、滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)、封裝置設(shè)計(jì)94.6主軸箱體設(shè)計(jì)94.7制動(dòng)結(jié)

2、構(gòu)設(shè)計(jì)9 5.傳動(dòng)件驗(yàn)算105.1齒輪的驗(yàn)算105.2傳動(dòng)軸的剛度驗(yàn)算125.3花鍵鍵側(cè)壓潰應(yīng)力驗(yàn)算155.4滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算155.5主軸組件驗(yàn)算176.總結(jié)187.參考文獻(xiàn)191.概述1機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)床課程設(shè)計(jì)，是在金屬切削機(jī)床課程之后進(jìn)行的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的在于通過機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機(jī)械制圖，零件計(jì)算，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。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)

3、性強(qiáng)，工藝范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，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。1.1 機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定（1） 確定公比及Rn已知最低轉(zhuǎn)速nmin=160rpm，最高轉(zhuǎn)速nmax=2000rpm，變速級(jí)數(shù)Z=12則公比：= （nmax/nmin）1/（Z1） =（2000rpm/160rpm）1/（121）1.26轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍： Rn=nmax/nmin=12.5（2） 求出轉(zhuǎn)速系列根據(jù)最低轉(zhuǎn)速nmin=160rpm，最高轉(zhuǎn)速nmax=2000rpm，公比=1.2

4、6，按機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（陳易新編）表5選出標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列： 2000 1600 1250 1000 800 630 500 400 315 250 200 1601.2機(jī)床動(dòng)力參數(shù)的確定已知電動(dòng)機(jī)功率為N=3kw，根據(jù)金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（陳易新編）附錄2選擇主電動(dòng)機(jī)為Y100L2-4，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)見下表1：表1 Y100L2-4技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)速（r/min）額定功率（kw）滿載時(shí)堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩同步轉(zhuǎn)速（r/min）級(jí)數(shù)電流（A）效率（%）功率因數(shù)額定電流（倍）額定轉(zhuǎn)矩（倍）額定轉(zhuǎn)矩（倍）142036.882.50.817.02.22.2150041.3機(jī)床布局確定結(jié)構(gòu)方案1）主

5、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）制動(dòng)采用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）潤滑系統(tǒng)采用飛濺油潤滑。2）布局采用車床常規(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。主軸的空間位子布局圖2 主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1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=25)12=2方案中1）和2）可省一根軸。但是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)變速傳動(dòng)副，會(huì)增加軸向尺寸。這種方案不宜采用。根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案3）是可

6、取的?？梢允箓鲃?dòng)副傳動(dòng)組放在接近電動(dòng)機(jī)處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件少些，這樣節(jié)省了材料。2.2確定變速組的擴(kuò)大順序12=322的傳動(dòng)副組合，其傳動(dòng)組的順序又可有以下六種形式：1） 12=312326 2） 12=3126233） 12=322126 4） 12=3421225） 12=322621 6） 12=342221 選著中間軸的變速范圍最小的方案，變速范圍小，轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動(dòng)件的尺寸九可以小些，盡量使擴(kuò)大組的順序要與傳動(dòng)順序一致的原則。所以選擇方案1）較為合理。結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖如下： 圖2變速組擴(kuò)大順序2.3繪制轉(zhuǎn)速圖 圖3轉(zhuǎn)速圖2.4確定齒輪齒數(shù)利用查表法由機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)

7、書（陳易新編）表9，求出各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù)表2 各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù)變速組基本組第二擴(kuò)大組第三擴(kuò)大組齒數(shù)和7282 88齒輪Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14齒數(shù)36363240284446363250543425632.5確定帶輪直徑確定計(jì)算功率 K-工作情況系數(shù) 工作時(shí)間一班制 查表得k=1.1N-主動(dòng)帶輪傳動(dòng)的功率計(jì)算功率為Nj=1.13=3.3kw根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速，查普通V帶選型圖，選用的三角帶型號(hào)為A ， 查表得小帶輪直徑推薦植為80100mm ，取100mm，大帶輪直徑D2 =n1/n2D1=1420/1000100=142mm 2.6繪制傳動(dòng)系

8、統(tǒng)圖 圖4傳動(dòng)系統(tǒng)圖3 估算傳動(dòng)件參數(shù) 確定其結(jié)構(gòu)尺寸3.1確定傳動(dòng)轉(zhuǎn)速表4計(jì)算轉(zhuǎn)速圖傳動(dòng)件軸齒輪Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14算轉(zhuǎn)速100063040031510001000100080010006306308006304004006304001603.2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3kw選取前支承軸頸直徑為 D=70-90， 后支承軸頸直徑：，選取。3.3估算傳動(dòng)軸直徑表5估算傳動(dòng)軸直徑計(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)角估計(jì)軸的直徑mmI10000.960.992.85124II6300.980.992

9、.77126III4000.980.992.681293.4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)按齒輪接觸疲勞強(qiáng)度按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度表6估算齒輪模數(shù)傳動(dòng)組基本組第一擴(kuò)大組第二擴(kuò)大小齒輪283225齒數(shù)比1.581.582.52齒寬系數(shù)888傳遞功率P333載荷系數(shù)K111系數(shù)616161系數(shù)111許用接觸應(yīng)力110110110許用齒根應(yīng)力518518518計(jì)算轉(zhuǎn)速1000630400系數(shù)4.364.474.7模數(shù)1.21.522.8模數(shù)1.11.442.5選取模數(shù)m3343.5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A型兩帶輪的中心距范圍內(nèi)選擇。中心距過小時(shí)，

10、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)。算膠帶速度初定中心距A0=169.4484mm ,取480計(jì)算帶的基準(zhǔn)長度： 按上式計(jì)算所得的值查表選取計(jì)算長度L及作為標(biāo)記的V帶的內(nèi)圓長度標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長度為實(shí)際中心距510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22.4 ( 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4根三角膠帶。4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1帶輪設(shè)計(jì)根據(jù)V帶計(jì)算，選用4根A型V帶。由于I軸安裝了摩擦離合器，為了改善它們

11、的工作條件，保證加工精度，采用了卸荷帶輪結(jié)構(gòu)。4.2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)。4.3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。4

12、.4主軸組件本銑床為普通精度級(jí)的輕型機(jī)床，為了簡化結(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。4.5操縱機(jī)構(gòu) 、滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 、封裝置設(shè)計(jì)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)。主軸箱采用飛濺式潤滑。油面高度為65mm左右，甩油輪浸油深度為10mm左右。潤滑油型號(hào)為：HJ

13、30。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。卸荷皮帶輪的潤滑采用毛氈式密封，以防止外界雜物進(jìn)入。4.6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。安裝簡單，定位可靠。4.7制動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本機(jī)床屬于臥式銑床，適用于機(jī)械加工車間和維修車間。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。5. 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

14、應(yīng)力，齒輪模數(shù)及軸承壽命。5.1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7齒輪驗(yàn)算參數(shù)第一傳動(dòng)組第二傳動(dòng)組第三傳動(dòng)組齒輪傳遞功率N2.852.772.68齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速1000630400齒輪的模數(shù)m334齒寬B141624小齒輪數(shù)Z283225大齒輪與小齒輪齒數(shù)比u1.581.582.52壽命系數(shù)111速度轉(zhuǎn)化系數(shù)(接觸載荷)彎曲載荷0.740.780.950.90.920.

15、88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0.760.730.730.770.750.75工作情況系數(shù)1.11.11.1動(dòng)載荷系數(shù)111齒向載荷分布系數(shù)1.051.051.05齒形系數(shù)Y0.450.4250.378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，載荷低速傳動(dòng)件可能存在時(shí)取計(jì)算值。5.2傳動(dòng)軸的剛度驗(yàn)算對(duì)于一般傳動(dòng)軸要進(jìn)行剛度的驗(yàn)算，軸的剛度驗(yàn)算包括滾動(dòng)軸承

16、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。以軸為例，驗(yàn)算軸的彎曲剛度、花鍵的擠壓應(yīng)力 圖5 軸受力分析圖 圖5中F1為齒輪Z4（齒數(shù)為35）上所受的切向力Ft1，徑向力Fr1的合力。F2為齒輪Z9（齒數(shù)40）上所受的切向力Ft2，徑向力Fr2的合力。各傳動(dòng)力空間角度如圖6所示，根據(jù)表11的公式計(jì)算齒輪的受力。表8 齒輪的受力計(jì)算傳遞功率Pkw轉(zhuǎn)速nr/min傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩TNmm齒輪壓力角齒面摩擦角齒輪35齒輪40切向力Ft1N合力F1NF1在X軸投影Fz1NF1在Z軸投影Fz1N分度圓直徑d1mm切向力Ft2N合力F2NF1在X軸投影Fz2NF1在Z軸投影Fz2N分度

17、圓直徑d2mm1.46100013946206398.4443.360.3439.270348.6387.8214.632380從表8計(jì)算結(jié)果看出，軸在X、Z兩個(gè)平面上均受到兩個(gè)方向相反力的作用。根據(jù)圖7所示的軸向位置，分別計(jì)算出各平面撓度、傾角，然后進(jìn)行合成。根據(jù)機(jī)械制造工藝、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)（李洪主編）書中的表2.4-14,表2.4-15計(jì)算結(jié)果如下: a=100 b=230 c=130 f=200 l=330 E=2.1105MPa n=l-x=150 圖7軸撓度、傾角分析圖 （1）xoy平面內(nèi)撓度 （2）zoy平面內(nèi)撓度 （3）撓度合成 查表得其許用應(yīng)力為0.0003330=0.0

18、99，即0.00480.099，則撓度合格。（4）左支承傾角計(jì)算和分析 a. xoy平面力作用下的傾角 b. zoy平面力作用下的傾角 c. 傾角合成 查表得其許用傾角值為0.0006，則左支承傾角合格。（5）右支承傾角計(jì)算和分析 a. xoy平面力作用下的傾角 b. zoy平面力作用下的傾角 c. 傾角合成 查表得其許用傾角值為0.0006，則右支承傾角合格。5.3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： 經(jīng)過驗(yàn)算合格。5.4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?，故進(jìn)行疲勞壽命驗(yàn)算。滾動(dòng)軸承的疲勞壽命驗(yàn)算根據(jù)表11所示的軸受力狀態(tài)，分別計(jì)算出左（A端）、右（B端）兩支承端支反力。在xoy平面內(nèi)： 在zoy平面內(nèi)： 左、端支反力為： 兩支承軸承受力狀態(tài)相同，但左端受力大，所以只驗(yàn)算左端軸承。軸承壽命經(jīng)過計(jì)算F=155.5 合格。5.5主軸組件驗(yàn)算前軸承軸徑，后軸承軸徑，求主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 根據(jù)主電動(dòng)機(jī)功利為1.5，則床身上最大回轉(zhuǎn)直徑D=320mm刀架上最大回轉(zhuǎn)直徑主軸通孔直徑d,最大工件長度1000mm。床身上最大加工直徑為最大回轉(zhuǎn)直徑的60%也就是192mm故半徑為0.096mm。切削力（沿y軸）背向力（沿x軸） 故總的作用力此力作用