專業(yè)課程設(shè)計X型龍門銑床主軸箱設(shè)計

1、 龍門銑床主軸箱設(shè)計說明書 學(xué)生姓名：朱立芹 學(xué)號：0401080804 學(xué)院：機械工程學(xué)院 專業(yè)：機械制造及其自動化專業(yè) 題目：專業(yè)課程設(shè)計x2010型龍門銑床主軸箱設(shè)計 指導(dǎo)老師： 日期：2011年9月5日課程設(shè)計任務(wù)書1. 設(shè)計目的本次課程設(shè)計是畢業(yè)課程設(shè)計前一次對我們大學(xué)四年期間機械專業(yè)基礎(chǔ)知識的考核和檢驗。它囊括了理論力學(xué)，材料力學(xué)，機械原理，機械設(shè)計，機械制造裝備設(shè)計等許多機械學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)知識。它不僅僅是對我們專業(yè)知識掌握情況的考核和檢驗，也是一次對我們所學(xué)的知識去分析，去解決生產(chǎn)實踐問題的運用。 通過本專業(yè)課程設(shè)計的訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握機床的運動設(shè)計（包括主軸箱、變速箱傳動鏈）

2、，動力計算（包括確定電機型號，主軸、傳動軸、齒輪的計算轉(zhuǎn)速），以及關(guān)鍵零部件的強度校核，獲得工程師必備設(shè)計能力的初步訓(xùn)練，從而提高分析問題、解決問題盡快適應(yīng)工程實踐的能力。2. 設(shè)計內(nèi)容和要求1運動設(shè)計：根據(jù)所給定的轉(zhuǎn)速范圍及變速級數(shù)，擬定機床主運動傳動結(jié)構(gòu)方案(包括傳動結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速分布圖)和傳動系統(tǒng)圖，確定各傳動副的傳動比，計算齒輪的齒數(shù)，主軸實際轉(zhuǎn)速及與標準轉(zhuǎn)速的相對誤差。2動力計算：選擇電動機型號及轉(zhuǎn)速，確定傳動件的計算轉(zhuǎn)速、對主要零件（如齒輪、主軸、軸承等）進行計算（初算和驗算）。3結(jié)構(gòu)設(shè)計進行主傳動系統(tǒng)的軸系、變速機構(gòu)、主軸組件等的布置和設(shè)計并繪制展開圖、剖面圖、主要零件工作圖。4編

3、寫設(shè)計說明書1）機床的類型、用途及主要參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速范圍：變速級數(shù)：z=12，主電動機：p=13kw，n=1460r/min。工作臺尺寸：1000x3000mm。主軸孔徑：29mm。主軸套筒：直徑250mm，手動調(diào)整距離200mm。主軸箱進給范圍：18級，10500mm/min，快速移動速度1.5m/min，回轉(zhuǎn)角度30。推薦最大刀盤直徑：350mm。2）設(shè)計部件名稱：x2010型龍門銑床主軸箱。3. 設(shè)計工作任務(wù)要求1 專業(yè)課程設(shè)計設(shè)計說明書一份2 主軸箱展開圖一張3主軸箱剖面圖一張4機床傳動系統(tǒng)圖一張5一個零件工作圖（主軸）一張 目錄1、 概述32、 參數(shù)的確定 2.1轉(zhuǎn)速范圍、各級轉(zhuǎn)速等的

4、確定33、 傳動設(shè)計 3.1確定結(jié)構(gòu)式及結(jié)構(gòu)網(wǎng)43.2繪制轉(zhuǎn)速圖53.3繪制傳動系統(tǒng)圖64、 傳動件的估算4.1齒輪齒數(shù)確定7 4.2 各軸和齒輪計算轉(zhuǎn)速9 4.3驗算主軸各級轉(zhuǎn)速相對誤差105、 動力設(shè)計5.1電機型號115.2各軸直徑估算115.3齒輪模數(shù)的估算13 5.4尺寬的確定145.4軸承的選擇156、 結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1齒輪的軸向布置156.2各傳動軸及其上傳動元件的布置156.3主軸及其組件的配置17 6.4傳動件的驗算187、 總結(jié)198、 參考文獻19一、概述在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，金屬切學(xué)機床是加工機器零件的主要設(shè)備，它所擔(dān)負的工作量，約占機器總制造工作量的40%60%。機床的

5、技術(shù)水平直接影響機械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。課程設(shè)計是在學(xué)生學(xué)完相應(yīng)課程及先行課程之后進行的實習(xí)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是大學(xué)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(xué)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(xùn)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(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。該銑床主要用于大中型零件的平面加工。由于機床具有足夠的剛度，可用鑲硬質(zhì)合金端銑刀進行高速銑削。該銑床工作臺只有縱向進給運動。主軸箱做成單獨部件，安裝在立柱及橫梁上，可沿導(dǎo)軌作橫向

6、和垂直進給運動，橫梁可沿立柱導(dǎo)軌作垂直方向的調(diào)整。主軸也可以沿其軸向作調(diào)整。主軸采用手動變速。進給系統(tǒng)的滑移齒輪變速機構(gòu)、離合器的開合、橫梁的卡緊與松開，都采用液壓裝置來控制。調(diào)整工作臺側(cè)面t形槽內(nèi)撞塊，可使工作臺運動實現(xiàn)自動循環(huán)。2、 參數(shù)的擬定2.1確定轉(zhuǎn)速范圍、各級轉(zhuǎn)速已知，z=12，由、，可得=12.6，=1.26.所以查18頁表1.4（機械制造裝備設(shè)計（陳立德主編）得各級轉(zhuǎn)速為：50r/min， 63r/min， 80r/min, 100r/min, 125r/min, 160r/min, 200r/min, 250r/min, 315r/min, 400r/min, 500r/mi

7、n, 630r/min。3、 傳動設(shè)計為了便于集中操作，箱體數(shù)目減少，本方案采用集中傳動式布局，采用直齒滑移輪變速，采用電動機開停及制動方式。3.1確定結(jié)構(gòu)式及結(jié)構(gòu)網(wǎng) 由于結(jié)構(gòu)上的限制，變速組中的傳動副數(shù)目通常選用2或3為宜，即變速級數(shù)z應(yīng)為2和3的因子，故其結(jié)構(gòu)式為：.對于12級傳動，其結(jié)構(gòu)式可為以下三種形式：；。 在電動機功率一定的情況下，所需傳遞的轉(zhuǎn)矩越小，傳動件和傳動軸的集合尺寸就越小。因此，從傳動順序來講，盡量使前面的傳動件多一些，即前多后少原則。故本設(shè)計采用結(jié)構(gòu)式為：。 為了使一根軸上變速范圍不超過允許值，傳動副數(shù)越多，級比指數(shù)應(yīng)小一些?？紤]到傳動順序中有前多后少原則，擴大順序應(yīng)采

8、用前小后大的原則，即所謂的前密后疏原則。故本設(shè)計采用的結(jié)構(gòu)式為：。12：級數(shù)。3，2，2：按傳動順序的各傳動組的傳動副數(shù)。1，3，6：各傳動組中級比間的空格數(shù)，也反映傳動比及擴大順序。 驗算轉(zhuǎn)速范圍：，在允許范圍內(nèi)。該傳動形式反映了傳動順序和擴大順序，且表示傳動方向和擴大順序一致。 結(jié)構(gòu)網(wǎng)只表示各傳動副傳動比的相關(guān)關(guān)系，而不表示數(shù)值， 因而繪制成對稱形式：3.2繪制轉(zhuǎn)速圖繪制x2010龍門銑床轉(zhuǎn)速圖前，有必要先說明：為了結(jié)構(gòu)緊湊，減小振動和噪聲，通常限制：a：最小傳動比imin=1/4;b：最大傳動比imax=2(斜齒輪=2.5);所以，在一個變速組中，變速范圍要小于等于8，對應(yīng)本次設(shè)計，轉(zhuǎn)速

9、圖中，一個軸上的傳動副間最大不能相差6格，可知上述結(jié)構(gòu)式是符合要求的。c：前緩后急原則；即傳動在前的傳動組，其降速比小，而在后的傳動組，其降速比大。3.3繪制傳動系統(tǒng)圖4、 傳動件的估算4.1齒輪齒數(shù)確定 本設(shè)計中，各軸由電動機直接帶動，未經(jīng)過帶傳動驅(qū)動。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)和及小齒輪的齒數(shù)可以從表1-7（機械制造裝備設(shè)計陳立德主編）中選取。為了便于設(shè)計和制造，同一傳動組內(nèi)各齒輪的模數(shù)常取為相同。此時，各傳動副的齒輪齒數(shù)和相同。顯然，齒數(shù)和太小，則小齒輪的齒數(shù)少，將會發(fā)生根切，或造成其加工齒輪中心孔的尺寸不夠（與傳動軸直徑有關(guān)），或造成

10、加工鍵槽（傳遞運動需要）時切穿齒根；若齒數(shù)和太大，則齒輪結(jié)構(gòu)尺寸大，造成主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大。因此，應(yīng)根據(jù)傳動軸直徑等適當選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應(yīng)大于1820。采用三聯(lián)滑移齒輪時，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。軸與軸間的傳動比為、，當各對齒數(shù)和相等時主動齒輪齒數(shù)為35、31、27，從動齒輪齒數(shù)為35、39、43。齒數(shù)和為70。軸與軸間的傳動比為、，當各對齒數(shù)和相等時主動齒輪齒數(shù)為39、26，從動齒輪齒數(shù)為39、52。齒數(shù)和為78。軸與軸間的傳動比為、，當各對齒數(shù)和相等時主動齒輪齒數(shù)為49、23，從動齒輪齒數(shù)為3

11、1、57。齒數(shù)和為80。軸與軸間為降速傳動，傳動比為，主動齒輪齒數(shù)為29，從動齒輪齒數(shù)為57，齒數(shù)和為86。電機軸（即軸）與軸間傳動比為，主動齒輪齒數(shù)為24，從動齒輪齒數(shù)為44，齒數(shù)和為68。第一變速組第二變速組第三變速組707880齒數(shù)2731354339352639523923495731傳動過程中，會采用三聯(lián)滑移齒輪，為避免齒輪滑移中的干涉，三聯(lián)滑移齒輪中最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于4。所選齒輪的齒數(shù)符合設(shè)計要求。4.2 各軸和齒輪計算轉(zhuǎn)速 此機床為大型機床，主軸計算轉(zhuǎn)速n為主軸第二個三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最低一級轉(zhuǎn)速r/min。取n=125r/min。 軸有12級轉(zhuǎn)速，其中轉(zhuǎn)速250

12、r/min通過齒輪副29/57可獲得軸計算轉(zhuǎn)速125r/min，需傳遞全部功率，故軸的250r/min轉(zhuǎn)速也應(yīng)能傳遞全部功率，是計算轉(zhuǎn)速。軸有6級轉(zhuǎn)速，其中最低轉(zhuǎn)速250r/min通過雙聯(lián)滑移齒輪可使軸獲得兩級轉(zhuǎn)速：100r/min和400r/min。400r/min比軸的計算轉(zhuǎn)速高，需傳遞全部功率，故軸的最低轉(zhuǎn)速也應(yīng)能傳遞全部功率，是計算轉(zhuǎn)速。由于軸的最低轉(zhuǎn)速是其計算轉(zhuǎn)速，所以前面的各軸的最低轉(zhuǎn)速均應(yīng)是它們的計算轉(zhuǎn)速，所以有：軸計算轉(zhuǎn)速為500r/min，軸計算轉(zhuǎn)速為800r/min，電機軸的計算轉(zhuǎn)速為1460r/min。各變速組內(nèi)一般只計算最小的，也是強度最薄弱的齒輪，故也只需確定最小齒輪

13、的計算轉(zhuǎn)速。軸軸間齒輪z=29在250r/min時可以使軸獲得計算轉(zhuǎn)速125r/min，所以齒輪z=29的計算轉(zhuǎn)速為250r/min。軸軸間變速組的最小齒輪是z=23，經(jīng)該齒輪傳動，使軸獲得6級轉(zhuǎn)速：100r/min，125r/min，160r/min，200r/min，250r/min，320r/min。軸的計算轉(zhuǎn)速為250r/min，故z=23的齒輪在630r/min時應(yīng)能傳遞全部功率，是計算轉(zhuǎn)速。軸軸間變速組的最小齒輪是z=26，經(jīng)該齒輪傳動，使軸獲得3級 轉(zhuǎn)速：250r/min，320r/min，400r/min。軸的計算轉(zhuǎn)速為250r/min，故z=26齒輪在500r/min時應(yīng)能傳

14、遞全部功率，是計算轉(zhuǎn)速。軸軸間變速組的最小齒輪是z=27，經(jīng)該齒輪傳動，使軸獲得一級轉(zhuǎn)速:500r/min。軸的計算轉(zhuǎn)速為500r/min，故z=27齒輪在800r/min時應(yīng)傳遞全部功率，是計算轉(zhuǎn)速。而由轉(zhuǎn)速圖可看出電機軸與軸間的齒輪z=24也傳遞了全部功率，是計算轉(zhuǎn)速。傳動件軸軸軸軸軸軸z=29z=23z=26z=27z=24計算轉(zhuǎn)速125250250500800146025063050080014604.3驗算主軸各級轉(zhuǎn)速誤差為各變速組齒輪傳動比。=0.02。各級轉(zhuǎn)速n1n2n3n4n5n6標準轉(zhuǎn)速506380100125160實際轉(zhuǎn)速50.363.6880.11100.6127.351

15、60.22轉(zhuǎn)速誤差0.6%1.1%0.14%0.6%1.8%0.14%各級轉(zhuǎn)速n7n8n9n10n11n12標準轉(zhuǎn)速200250320400500630實際轉(zhuǎn)速197.04249.44313.81394.1498.88627.62轉(zhuǎn)速誤差1.5%0.22%1.97%1.5%0.22%0.38%經(jīng)計算知轉(zhuǎn)速相對誤差滿足要求。五、動力設(shè)計5.1電機型號對于無特殊要求的機床，本設(shè)計選擇y160l-4型三相異步電動機。額定功率為15kw。5.2各軸直徑估算傳動軸除應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，強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。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因

16、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。參考指導(dǎo)書目，取龍門銑床鋼制主軸前軸頸直徑為，后軸頸直徑，取。主軸內(nèi)孔直徑，其中為最大加工直徑為350mm，取d=29mm。估算傳動軸直徑（忽略各傳動功率損失）：齒輪選擇：出了主軸上的齒輪要求精度較高，使用7級精度外，其他傳動齒輪均采用8級精度。傳動效率分別為0.98、0.97。、軸上由于僅需承受徑向載荷，且軸的轉(zhuǎn)速較高，所以均采用深溝球軸承；軸由于要承受主軸傳來的軸向載荷，可采用圓錐滾子軸承；主軸前端可采用雙列向心短圓柱滾子軸承來承受較大徑向載

17、荷，同時配一對推力球軸承來分擔(dān)軸所受軸向載荷；中部輔助支承處加一個深溝球軸承；后端也采用一對深溝球軸承。滾子軸承的傳動效率為0.98，球軸承的傳動效率為0.99。聯(lián)軸器傳動效率為0.99。由此得出各軸的傳遞功率：軸：軸：軸：軸：軸：主軸：按扭轉(zhuǎn)剛度估算各軸直徑：k為鍵槽系數(shù)，a為系數(shù)，按軸每米長允許的扭轉(zhuǎn)角選取。n為軸傳動功率,n為軸計算轉(zhuǎn)速。、軸均為花鍵軸，軸較長，為花鍵軸和單鍵組合，軸為單鍵軸。軸軸軸軸軸a9280777777k1.031.051.071.081.07n12.2411.0610.309.609.22n1460800500250250計算出各軸直徑分別為：28.7mm，28.

18、8mm，31.2mm，36.8mm，57.4mm。分別取：30mm，36mm，36mm，40mm，62mm。此軸徑為平均直徑，設(shè)計時可相應(yīng)調(diào)整。5.3傳動齒模數(shù)估算 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計算，初定計算公式為n-該齒輪傳遞的功率；z-齒輪齒數(shù)；-該齒輪計算轉(zhuǎn)速。 計算出得各變速組取模數(shù)值分別為：3、4、4、4、5。標準齒輪：從機械原理 表10-2查得以下公式：齒頂圓 齒根圓 分度圓 齒頂高 齒根高 齒輪的具體值見表齒輪齒數(shù)z模數(shù)m分度圓d齒頂圓齒根圓齒頂高齒根高127410811698452314124132114453354140148130454434172

19、180162455394156164146456354140148130457264104112944583941561641464595242082161984510394156164146451123492100824512494196204186451357422823621845143141241321144515243727864.533.7516443132138124.533.7517295145155132.556.2518575285295272.556.255.4尺寬的確定 由公式得：-軸嚙合齒輪 -軸嚙合齒輪 -軸嚙合齒輪 -軸嚙合齒輪 -軸嚙合齒輪 一對嚙合齒輪，為了防

20、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，小齒輪比大齒輪齒寬大510mm。所以?。?38mm，=36mm；=32mm，=32mm；=30mm，=36mm；=38mm，=30mm；=28mm，=30mm；=40mm，=30mm；=30mm，=36mm；=40mm，=32mm；=36mm，=30mm。6、 結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1齒輪的軸向布置本次設(shè)計中有多處使用了滑移齒輪，而滑移齒輪必須保證當一對齒輪完全脫離后，令一對齒輪才能進入嚙合，否則會產(chǎn)生干涉或變速困難。所以與之配合的固定齒輪間的距離應(yīng)保證留有足夠的空間，至少不少于齒寬的兩倍，并留有=12mm的間隙。6.2各傳動軸

21、及其上傳動元件的布置軸：左采用深溝球軸承，型號為6004，右采用深溝球軸承，型號為6006。平鍵連接，尺寸為10x8。軸：左端采用深溝球軸承，型號為6006，中間采用深溝球軸承，型號為6007，右端采用深溝球軸承，型號為6008。右半軸與固定齒輪用平鍵連接，左半軸采用花鍵連接三聯(lián)滑移齒輪，花鍵尺寸為。軸的左端部還有用于驅(qū)動供給潤滑油的齒輪，圖中未畫出。軸：花鍵軸上固定了4個齒輪，左右端都用套筒定位。采用的均為深溝球軸承，型號為6006?；ㄦI尺寸為。軸：軸較長，采用三支承結(jié)構(gòu)。雙聯(lián)滑移齒輪均采用單鍵連接式，并用花鍵與軸連接固定。三軸承均采用深溝球軸承?；ㄦI尺寸為。軸：用花鍵軸固定了3個圓柱齒輪，

22、左端用套筒定位，右端用端蓋固定好軸承外圈。采用的軸承為圓錐滾子軸承，型號為30211 ?；ㄦI尺寸為調(diào)整6.3主軸及其組件的配置 主軸前端可采用雙列向心短圓柱滾子軸承來承受較大徑向載荷，同時配一對推力球軸承來分擔(dān)軸所受軸向載荷；中部輔助支承處加一個深溝球軸承；后端也采用一對深溝球軸承。主軸套筒可由手柄操控作軸向移動，以適應(yīng)主軸軸向微調(diào)的需要。主軸前支承用雙列向心短圓柱滾子軸承，用螺母來調(diào)整其徑向間隙，軸向力由兩個推力軸承來承受，通過螺母調(diào)整其軸向間隙。6.4傳動件的驗算軸的強度驗算：由于機床主軸箱中各軸的應(yīng)力都不是很大，驗算時，通常用復(fù)合應(yīng)力公式進行計算：-許用應(yīng)力，考慮應(yīng)力集中和載荷循環(huán)特性等因素。w-軸的危險斷面的抗彎斷面系數(shù)。花鍵軸的抗彎斷面系數(shù)d-花鍵軸內(nèi)徑；d-花鍵軸外徑；b-花鍵軸鍵寬；z-花鍵軸的鍵數(shù)。t-在危險斷面上的最大扭矩n-該軸傳遞的最大功率；n-該軸的計算轉(zhuǎn)速。m-該軸上的主動被動輪的圓周力、徑向力所引起的最大彎矩。齒輪圓周力：d-齒輪節(jié)圓直徑。