《金屬切削機(jī)床》課程設(shè)計(jì)車床主軸箱的設(shè)計(jì)【全套圖紙】

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 06/07 學(xué)年第 一 學(xué)期全套圖紙，加153893706學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)：03021408s03 課程設(shè)計(jì)題目： 金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì) （車床主軸箱設(shè)計(jì)） 起 迄 日 期： 1 月 4 日 1 月 17 日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 講師 系 主 任： 下達(dá)任務(wù)書(shū)日期: 2006年1月4日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)1設(shè)計(jì)目的：通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握機(jī)床的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（包括主軸箱、變速箱傳動(dòng)鏈），動(dòng)力計(jì)算（包括確定電機(jī)型號(hào)，主軸、傳動(dòng)軸

2、、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速），以及關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核，獲得工程師必備設(shè)計(jì)能力的初步訓(xùn)練。同時(shí)鞏固金屬切削機(jī)床課程的基本理論和基本知識(shí)。1運(yùn)用所學(xué)的理論及實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力； 2掌握機(jī)床設(shè)計(jì)（主軸箱或變速箱）的方法和步驟；3掌握設(shè)計(jì)的基本技能，具備查閱和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力；4基本掌握繪圖和編寫(xiě)技術(shù)文件的能力2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1機(jī)床的類型、用途及主要參數(shù)車床，工作時(shí)間：三班制，電動(dòng)機(jī)功率：，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下：，變速級(jí)數(shù)：z=12。2工件材料：45號(hào)鋼 刀具材料：yt153設(shè)計(jì)部件名稱：主軸箱3設(shè)計(jì)

3、工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：設(shè)計(jì)任務(wù)1運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)所給定的轉(zhuǎn)速范圍及變速級(jí)數(shù)，確定公比，繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、計(jì)算齒輪齒數(shù)。2動(dòng)力計(jì)算：選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)及轉(zhuǎn)速，確定傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速、對(duì)主要零件（如皮帶、齒輪、主軸、軸承等）進(jìn)行計(jì)算（初算和驗(yàn)算）。設(shè)計(jì)工作量要求：1主軸箱展開(kāi)圖、剖面圖各一張；21號(hào)傳動(dòng)軸零件圖一張；3機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖一張；4編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。（a415頁(yè)） 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)4主要參考文獻(xiàn)：1 陳易新.金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987.72 范云漲.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,

4、1994.75設(shè)計(jì)成果形式及要求：圖紙和說(shuō)明書(shū) 6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2007年1 月 4 日 1 月 5 日 調(diào)查階段 1 月 6 日 1 月14日 設(shè)計(jì)階段1月15 日 1 月16日 考核階段1月17日 最終答辯 答辯或成績(jī)考核系主任審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 目 錄1. 總體設(shè)計(jì)框架52. 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)52.1擬定結(jié)構(gòu)式52.2結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式方案選擇62.2.1 傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍62.2.2 基本組和擴(kuò)大組排列62.3轉(zhuǎn)速圖72.4確定齒輪齒數(shù)72.5確定帶輪直徑82.6驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差82.7傳動(dòng)系統(tǒng)圖93計(jì)算傳動(dòng)件參數(shù) 確定其結(jié)構(gòu)尺寸93.1確定傳動(dòng)見(jiàn)件計(jì)

5、算轉(zhuǎn)速93.2確定主軸支承軸頸尺寸103.3計(jì)算傳動(dòng)軸直徑103.4計(jì)算傳動(dòng)齒輪模數(shù)103.5 v帶的選擇和計(jì)算114結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)124.1帶輪設(shè)計(jì)124.2齒輪塊設(shè)計(jì)124.3軸承的選擇124.4主軸主件124.5操縱機(jī)構(gòu)、滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)、封裝置設(shè)計(jì)134.6主軸箱體設(shè)計(jì)134.7主軸換向與制動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)135.傳動(dòng)件驗(yàn)算135.1齒輪的驗(yàn)算135.2傳動(dòng)軸的驗(yàn)算155.3計(jì)算撓度、傾角175.4花鍵鍵側(cè)壓潰應(yīng)力驗(yàn)算185.5滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算195.6主軸組件驗(yàn)算206.參考文獻(xiàn)211.總體設(shè)計(jì)框架（1）采用的方案 1）主軸傳動(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）主軸換向，制動(dòng)采用雙向片

6、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(rùn)滑系統(tǒng)采用飛濺油潤(rùn)滑。（2）布局采用臥式車床常規(guī)的布局形式。（2）主要部件機(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。2主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21擬定結(jié)構(gòu)式確定變速組傳動(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(xiě)成多種傳動(dòng)副組合：1）12=3 2）12=43 3）12=3 4）12=2 5）12=2方案中1和2可以省掉一根軸，但傳動(dòng)復(fù)雜，所以一般少用。3、4、5方案可根據(jù)下面原則比較：從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。接近電動(dòng)機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也較小。如使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在接近電動(dòng)機(jī)

7、處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可少些。對(duì)以上原則考慮，以取12=3的方案為好。設(shè)計(jì)的機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速 最低轉(zhuǎn)速變速范圍 z=12 公比為=1.26主軸轉(zhuǎn)速共12級(jí)分別為160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000則最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率:選用1.5kw的電動(dòng)機(jī) 型號(hào)為y100l2-4 轉(zhuǎn)速為1420r/min2.2結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式方案的選擇在12=2中的六種方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見(jiàn)下面的圖。選擇原則如下：2.2.1 傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍 在降速傳動(dòng)時(shí)，為防止被動(dòng)齒輪的直徑過(guò)大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動(dòng)比1/

8、4。在升速時(shí)，為防止產(chǎn)生過(guò)大的震動(dòng)和噪聲，常限制最大傳動(dòng)比。因此主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)組的最大變速范圍一般為。方案a、b、c、d是可行的。方案d、f是不可行的。2.2.2 基本組和擴(kuò)大組的排列順序 a： 12=3 b: 12=3 c: 12=3d： 12=3 e: 12=3 f: 12=3在四種方案 a、b、c、d中選擇最佳的方案。原則是中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案 。因?yàn)槿绻鞣桨竿?hào)傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速 范圍小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小些。比較圖中的方案 a b c e，方案 a的中間軸變速范圍最小，故方案 a最佳。盡量使擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致。圖1-12級(jí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)

9、的6種方案2.3轉(zhuǎn)速圖2.4確定齒輪齒數(shù)圖2-轉(zhuǎn)速圖表1-各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù)變速組第一變速組第二變速組第三變速組齒數(shù)和728490齒輪齒數(shù)36 36 32 40 28 4428 56 42 4226 66 57 352.5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)間為三班制 查表的k=1.2n-主動(dòng)帶輪傳動(dòng)的功率計(jì)算功率為根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速選用三角帶型號(hào)為a 型。查表的小帶輪直徑推薦植為100取為120mm 大帶輪直徑 2.6驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差主軸各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速值的計(jì)算公式為:式中：、分別為第一、第二、第三變速組齒輪傳動(dòng)比. 轉(zhuǎn)速誤差用主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差的絕對(duì)值表示:表2

10、-轉(zhuǎn)速誤差表主軸轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min2000160012501000800630500400315250200160實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min2038163181278.51019.797.3639.2493.2394314.1246.3197.4157.0轉(zhuǎn)速誤差%192.02.3190.31.41.41.30.31.21.31.8轉(zhuǎn)速誤差用實(shí)際轉(zhuǎn)速和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差應(yīng)2.6%滿足要求。2.7傳動(dòng)系統(tǒng)圖 3-傳動(dòng)系統(tǒng)圖3計(jì)算傳動(dòng)件參數(shù)確定其結(jié)構(gòu)尺寸31確定傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速表3-傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速傳動(dòng)件軸齒輪 iiiiiiiv計(jì)算轉(zhuǎn)速710355125907107107105007103557107103

11、55125125250355903.2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(shū)主軸的驅(qū)動(dòng)功率為1.5kw，選取前支承軸頸直徑：。后支承軸頸直徑： ?。?33估算傳動(dòng)軸直徑表4-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)角傳動(dòng)軸長(zhǎng)度mm估計(jì)軸的直徑mm 花鍵軸尺寸i12500.982.941.540020ii8000.98*0.9952.871.540022.3iii4000.9*0.995*0.992.771.550026.33.4計(jì)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5-估算齒輪摸數(shù)傳動(dòng)組小齒輪齒數(shù)比齒寬

12、系數(shù)傳遞功率p載荷系數(shù)k系數(shù)系數(shù)許用接觸應(yīng)力許用齒根應(yīng)力計(jì)算轉(zhuǎn)速系數(shù)模數(shù)模數(shù)選取模數(shù)m第一變速組281.672.941611110051812504.361.351.242第二變速組281.992.87161111005188004.471.371.312第三變速組262.572.77161111005184004.71.941.8723.5 v帶的選擇和計(jì)算設(shè)計(jì)功率 （kw） 即：皮帶選擇的型號(hào)為a型兩帶輪的中心距。中心距過(guò)小時(shí)，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(guò)大，在帶速較高時(shí)易引起震動(dòng)。計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：按上式計(jì)算所得的值查表選取計(jì)算長(zhǎng)度l及作為標(biāo)記的三角帶

13、的內(nèi)圓長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度為實(shí)際中心距 a=a=mm為了張緊和裝拆膠帶的需要，中心距的最小調(diào)整范圍為：a，002l=20.5是為了張緊調(diào)節(jié)量為,( h+0.01l)是為裝拆調(diào)節(jié)量,h為膠帶厚度.定小帶輪包角求得合格帶速 對(duì)于a型帶 ,所以合格.帶的撓曲次數(shù): 合格帶的根數(shù) 其中：?jiǎn)胃菐軅鬟f的功率小帶輪的包角系數(shù) 取3根三角帶。4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41帶輪設(shè)計(jì)根據(jù)v帶計(jì)算，選用3根a型v帶。由于i軸安裝了摩擦離合器，為了改善它們的工作條件，保證加工精度，采用了卸荷帶輪結(jié)構(gòu)。42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

14、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)。43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軸均采用了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。44主軸組件普通精度級(jí)的輕型機(jī)床，為了簡(jiǎn)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3182000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

15、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。45操縱機(jī)構(gòu)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)?；到y(tǒng)設(shè)計(jì)主軸箱采用飛濺式潤(rùn)滑。油面高度為65mm左右，甩油輪浸油深度為10mm左右。潤(rùn)滑油型號(hào)為：hj30。封裝置設(shè)計(jì)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(rùn)滑采用毛氈式密封。46主軸箱體設(shè)計(jì)箱體外形采取了各面間直角連接方式，

16、使箱體線條簡(jiǎn)單，明快。主軸箱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(jiǎn)單，定位可靠。47主軸換向與制動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主軸換向比較頻繁，采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙向片式摩擦離合器。其工作原理是，移動(dòng)滑套，鋼球沿斜面向中心移動(dòng)并使滑塊、螺母左移，壓緊摩擦片，實(shí)現(xiàn)離合器嚙合。摩擦片間間隙可通過(guò)放松銷，螺母來(lái)進(jìn)行調(diào)整。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)度時(shí)，應(yīng)選擇相同

17、模數(shù)承受載荷最大齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。一般對(duì)高速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度，對(duì)低速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。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。 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式： 第一傳動(dòng)組第二傳動(dòng)組第三傳動(dòng)組齒輪傳遞功率n2.942.872.77齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速1250800400齒輪的模數(shù)m222齒寬b141624小齒輪數(shù)z282826大齒輪與小齒輪齒數(shù)比u1.61.92.5壽命系數(shù)111速度轉(zhuǎn)化系數(shù)(接觸載荷)彎曲載荷0.740.780.980.90.920.88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

18、荷）彎曲載荷0.760.730.730.770.750.75工作情況系數(shù)1.51.51.5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)y0.4380.4400.430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，大載低速傳動(dòng)件可能存在時(shí)取計(jì)算值。52傳動(dòng)軸的剛度驗(yàn)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

19、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分度圓直徑d2mm2.8780034261206778.6866.34117.6858.3288815.7907.6756756845.3計(jì)算撓度、傾角從表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)計(jì)算結(jié)果如下: m=69 e=201 c=102.5 f=167.5 l=270 e=2.1105mpa n=l-x=151.25 軸撓度、傾角分析如右圖（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0.0003270=0.081，即0.00480.081，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.