2022年级机床主轴箱设计方案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用C6136 型机床主轴箱课程设计说明书系别：机 械 系专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 机自 081姓 名： 方志微学 号： 08指导老师： 季晓明名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目录一、设计目的 . 2 二、机床主要技术要求 . 2 三、确定结构方案 . 2 四、运动设计 . 2 4.1 确定极限转速 . 2 4.2 拟订结构式 . 3 4.3 绘制转速图 . 3 4.4 确定齿轮齿数 . 4 4.5

2、验算主轴转速误差：. 5 4.6 绘制传动系统图 . 5 五、动力设计 . 6 5.1 V 带的传动运算 . 6 5.2 各传动轴的估算 . 7 5.3 齿轮模数确定和结构设计：5.4 摩擦离合器的挑选与运算：. 8 . 9 5.5 结构设计 . 10 六、齿轮强度校核 . 12 6.1、各齿轮的运算转速. 12 6.2、齿轮校核 . 12 七、主轴刚度校核 . 14 八、主轴正确跨度确定 . 15 8.1 运算正确跨度 . 15 8.2 校核主轴挠度 . 15 8.2 主轴图： 略）见附图 九、各传动轴支持处轴承选用2 . 15 . 15 十、键的挑选和校核 . 16 1）、轴 IV 的传递

3、最大转矩 . 16 十一、润滑与密封 . 16 十二、总结 . 16 十三、参考文献 . 17 十四、附 . 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用一、设计目的通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计,在拟定传动和变速的结构方案过程中,得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件运算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练,树立正确的设计思想,把握基本的设计方法,并具有初步的结构分析、结构设计和运算才能；可使我们学会理论联系实际的工作方法,培育独立工作的能力；学会基本的设计的方

4、法；熟识手册、标准、资料的运用；加强机械制图、零件运算、编写技术文件的才能,学会设计说明书的编写；为接下去的毕业设计、毕业论文积存经验；二、机床主要技术要求1 车床类型为 C6136 型卧式车床；2 床身上最大工件回转直径：360mm 3 刀架上的最大回转直径：190mm 4 主轴通孔直径：40mm 5 主轴前锥孔：莫式 5 号6 最大加工工件长度：900mm 7 主电动机功率为 5.5kw 改 4 8 确定公比：=1.26 9 转数级数： Z=18 三、确定结构方案1 主轴传动系统采用V带、齿轮传动；2传动形式采用集中式传动；3主 轴换 向 制 动 采用 双 向 片 式摩 擦 离 合 器和

5、带 式 制 动器 ；4 变速系统采纳多联滑移齿轮变速；四、运动设计4.1 确定极限转速依据工况,确定主轴最高转速有采纳YT15 硬质合金刀车削碳钢工件获得,主轴最低名师归纳总结 转速有采纳W16Cr4V 高速钢刀车削铸铁件获得；第 3 页,共 18 页=- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用依据标准数列数值表,挑选机床的最高转速为 1600r/min ,最低转速为 31.5r/min 电动机选用Y132S-4 型电动机额定功率为5.5KW ,额定转速为1440r/min ；4.2 拟订结构式1）确定变速组传动副数目：2 或 3 为

6、合适,即变速级数Z 应为 2 和 3 的因子,为实现18 级传动副中由于结构的限制以主轴转速变化的传动系统可以以下多种传动副组合： 18=332 18=323 18=233 等18 级转速传动系统的传动组,挑选传动组支配方式时,考虑到机床主轴箱的详细结构、装置性能,应满意前多后少的原就,主轴上的传动副数主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大,因此主轴上的齿轮少些为好；综上所述,传动式为 18=332 2）确定变速组扩大次序：18=33 2 的传动副组合,在降速传动中,为防止齿轮直径过大而径向尺寸,常限制最小传动比在升速时为防止产生过大的噪声和震惊常限制最大转速比；在主传动链任一传动组的最大变速范

7、畴；依据前密后疏的原就,初选结构式如下：在设计时必需保证中间传动轴的变速范畴最小,依据中间传动轴变速范畴小的原就挑选结构网；从而确定结构网如下：检 查 传 动 组 的 变 速 范 围 时 , 只 需 检 查 最 后 一 个 扩 大 组 , 第 二 扩 大 组 的 变 速 范 围是:,其中,符合要求所以4.3 绘制转速图挑选电动机一般车床如无特别要求,多采纳Y 系列封闭式三相异步电动机,依据条件电动机选用名师归纳总结 Y132S-4 型笼式三相异步电动机,其满载转速1440 r/min ；第 4 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料

8、整理 仅限学习使用安排总降速传动比总降速传动比 不符合转速数列标准,因而需增加肯定传动副确定传动轴轴数传动轴轴数 =变速组数 +定比传动副数 +1=3+1+1=5 确定各级转速并绘制转速图由 z = 18 确定各级转速：1600 、1250、1000 、800、630、 500、 400、 315、 250、 200、160、125、100、 80、 63、50、 40、31.5r/min ；4.4 确定齿轮齿数在保证输出的转速精确的前提下,应尽量削减齿轮齿数,是齿轮结构尺寸紧凑；齿轮齿数的确定原就：实际转速 与标准转速 n 的相对转速误差 为：齿轮副的齿数和；满意结构安装要求,相邻轴承孔德壁

9、厚不小于 3mm；当变速组内各齿轮副的齿数和不相等时,齿数和的差不能大于 3；利用查表法求出各传动组齿轮齿数如下表：变速组第一变速组其次变速组第三变速组齿数和72 90 95 齿轮名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 齿数36 36 32 40 28 44 个人资料整理仅限学习使用63 32 19 76 45 45 30 60 18 72 4.5 验算主轴转速误差：主轴各级实际转速值用下式运算：式子中 u1、u2、 u3 分别为第一、其次、第三变速组齿轮传动比, 取 0.05；转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的

10、肯定值表示：其中 n为主轴标准转速；转速误差表主轴转速n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 标准转速31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 实际转速31.8 40 50 63.6 80 100 127.3 160 200 转速误差 % 0.95 0 0 0.95 0 0 1.84 0 0 主轴转速n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 标准转速250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 实际转速250.6 315 393.8 501.1 630 787.5 1002.3 1260 157

11、5 转速误差 % 0.24 0 1.55 0.2 0 1.6 0.23 0.8 1.56 转速误差满意要求；4.6 绘制传动系统图名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用五、动力设计5.1 V 带的传动运算电动机转速n=1440r/min, 传递功率P=5.5kw,传动比 i=1.8,两班制,一天运转16.1 小时,工作年数 10 年；1）、挑选 V 带型号,P电动机额定功率,工作情形系数）查机械设计,得应挑选 B 型带确定带轮的运算直径,为了防止弯曲应力过大,小带轮的基准直径不能过小,即,查机

12、械设计表 8-6 和表 8-8 得：小带轮基准直径 =150mm, 大带轮基准直径,由表 8-8 取 =270mm 2）、确定 V 带速度按公式 , 5m/minV25m/min, 故合适3）、初步确定中心距依据体会公式=600 ,即 294mm840mm 初步确定中心距4）、 V 带的运算基准长度由机械设计表8-2 选带的基准长度L=2000mm ；5）、确定实际中心距 a 6）、验算小带轮包角 , 主动轮上的包角合适；7）、确定 V 带条数传动比：查机械设计表8-4a 和表 8-4b 得：,查表 8-5 得：,查表 8-2 得：就：名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 1

13、8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用所以取 Z=3 根8）、运算预紧力查机械设计表 8-3 得： q=0.18kg/m 9）、运算压轴力 5.2 各传动轴的估算传动轴除应满意强度要求外,仍应满意刚度的要求,强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲惫破坏；机床主传动系统精度要求较高,不答应有较大变形；因此疲劳强度一般不失是主要冲突,除了载荷很大的情形外,可以不必验算轴的强度；刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形；因此,必需保证传动轴有足够的刚度；1）、主轴运算转速主轴运算转速是第一个三分之一转速范畴内的最高一级转速,即：2）、其余各轴的运算

14、转速 n =125r/min, n=500r/min, n=800r/min 3）、各轴最小直径的确定：实心轴 ：空心轴：其中： P电动机额定功率系数,可查表得到该传动轴的运算转速轴：,K=1.06,A=120 取： 22 轴 ：,取： 25 轴 ：名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用取： 36 轴：取： 40 5.3 齿轮模数确定和结构设计：参考金属切削机床课程设计指导书中齿轮模数的初步运算公式初定齿轮的模数： m = 32 式中 N 该齿轮传递的功率 KW ）； Z 所算齿轮的齿数； 该

15、齿轮的运算转速r/min ）；=30+4=34mm ；名师归纳总结 机床上采纳的摩擦片值可在0.57 0.77 范畴内,此处取=0.6 ,就内摩擦片外径第 10 页,共 18 页D2=57mm ；按扭矩确定摩擦离合面的数目Z：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 其中 T 为离合器的扭矩=9550个人资料整理仅限学习使用=9550=84.9N mm； K 安全系数,此处取为1.3；12 , 离合器内外摩擦片总数 P 摩擦片许用比压,取为1.2MPa； f摩擦系数,查得f=0.06 ；KV 速度修正系数,依据平均圆周速度查表取为1.35；结合次数修正系数,查

16、表为1；将以 上数据代入公式运算得=9.38 圆整为 整偶数i=Z+1=13 ；2）、运算摩擦离合器的轴向压力 Q： Q=SPKV =1256*1.2*1.3 =1959.36N）摩擦片厚度 b = 1,1.5,1.75,2 毫 M ,一般随摩擦面中径增大而加大；内外片分别时的最小间隙为 0.20.4）mm；3）、反转时摩擦片数的确定：一般车床主轴反转时一般不切削,故反向离合器所传递的扭矩可按空载功率损耗确定；普通车床主轴高速空转功率 Pk 一般为额定功率 Pd 的 20 40%,取 Pk = 0.4Pd,运算反转静扭矩为 Pk = 2.2KW ,代入公式运算出 Z 5.7,圆整为整偶数 6,

17、离合器内外摩擦片总数为7；5.5 结构设计1）、带轮结构设计：、带轮的材料常用的 V 带轮材料为 HT150 或 HT200,转速较高时可以采纳铸钢或钢板冲压焊接而成,小功略时采纳铸铝或塑料,本机床选用材料为 HT200 ；、带轮结构形式依据 V 带运算,选用 3 根 A 型 V 带；由于轴安装摩擦离合器及传动齿轮,为了改善它们的工作条件,保证加工精度,采纳卸荷式带轮结构；V 带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成,依据轮辐结构的不同可以分为实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式；V 带轮的结构形式与基准直径有关,当带轮基准直径d 为安装带轮的轴的直径,mm）时；可以采纳实心式,当可以采纳腹板式,时可以采纳孔

18、板式,当时,可以采纳轮辐式；带轮宽度：；分度圆直径：D=90mm 是深沟球轴承6210 轴承外径,其他尺寸见带轮零件图；、 V 带轮的论槽V 带型号向对应,见【4】表 8-10 V 带轮的轮槽与所选的 mm 槽型与相对应得V 带的工作面与A 11.0 2.75 8.7 9 V 带绕在带轮上以后发生弯曲变形,使V 带工作面夹角发生变化；为了使大论的轮槽工作面紧密贴合,将V 带轮轮槽的工作面得夹角做成小于；V 带安装到轮槽中以后,一般不应当超出带轮外圆,也不应当与轮槽底部接触；为此规定名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - -

19、 了轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度个人资料整理仅限学习使用；轮槽工作表面的粗糙度为；、 V 带轮的技术要求 铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上不答应有傻眼、裂缝、缩孔及气 泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下,答应对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进 行 修 补 ； 转 速 高 于 极 限 转 速 的 带 轮 要 做 静 平 衡 , 反 之 做 动 平 衡 ； 其 他 条 件 参 见中的规定；2）、主轴换向与制动机构设计：本机床是适用于机械加工车间和修理车间的一般车床；主轴换向比较频繁,才用双向片式 摩擦离合器；这种离合器由内摩擦片、外摩擦片、止推片、压块和空套齿轮组成；

20、离合器 左右两部门结构是相同的；左离合器传动主轴正转,用于切削加工；需要传递的转矩较大,片数较多；右离合器用来传动主轴反转,主要用于退回,片数较少；这种离合器的工 作原理是,内摩擦片的花键孔装在轴的花键上,随轴旋转；外摩擦片的孔为圆孔,直径略大于花键外径；外圆上有4 个凸起,嵌在空套齿轮的缺口之中；内外摩擦片相间安装；用杆通过销向左推动压块时,将内片与外片相互压紧；轴的转矩便通过摩擦片间的摩擦 力矩传递给齿轮,使主轴正传；同理,当压块向右时,使主轴反转；压块处于中间位置 时,左、右离合器都脱开,轴以后的各轴停转；制动器安装在轴,在离合器脱开时制动主轴,以缩短帮助时间；此次设计采纳带式制动 器；

21、该制动器制动盘是一个钢制圆盘,与轴用花键联接,周边围着制动带；制动带是一条 刚带,内侧有一层酚醛石棉以增加摩擦；制动带的一端与杠杆连接；另一端与箱体连接；为了操纵便利并保证离合器与制动器的联锁运动,采纳一个操纵手柄掌握；当离合器脱开 时,齿条处于中间位置,将制动带拉紧；齿条轴凸起的左、右边都是凹槽；左、右离合器 中任一个结合时,杠杆都按顺时针方向摇摆,使制动带放松；3）、齿轮块设计：机床的变速系统采纳了滑移齿轮变速机构；依据各传动轴的工作特点,基本组、第一扩大 组以及其次扩大组的滑移齿轮均采纳了整体式滑移齿轮；全部滑移齿轮与传动轴间均采纳 花键联接；从工艺角度考虑,其他固定齿轮主轴上的齿轮除外

22、）也采纳花键联接；由于主轴直径较大,为了降低加工成本而采纳了单键联接；轴采纳的花键分别为：轴：6 26 30 6 7667b；轴间传动齿轮精度为8778b,轴间齿轮精度为轴承的挑选：为了便利安装,轴上传动件的外径均小于箱体左侧支承孔直径,均采纳深沟球轴承；为 了便于装配和轴承间隙调整,、轴均采纳圆锥滚子轴承；滚动轴承均采纳 E 级精度；4）、主轴组件：本车床为一般精度级的轻型机床,为了简化结构、主轴采纳了轴向后端定位的两支承主轴 组件；前支承采纳双列圆柱滚子轴承,后支承采纳角接触球轴承和单向推力球轴承；为了 保证主轴的回转精度,主轴前后轴承均采纳压块式防松螺母调整轴承的间隙；主轴前端采 用短圆

23、锥定心结构型式；前轴承为 C 级精度,后轴承为 D 级精度 5）、润滑系统设计：主轴箱内采纳飞溅式润滑,油面高度为65mm 左右,甩油环浸油深度为10mm 左右；润滑油型号为： IIJ30 ；卸荷皮带轮轴承采纳脂润滑方式；润滑脂型号为：钙质润滑脂；6）、密封装置设计：轴轴颈较小,线速度较低,为了保证密封成效,采纳皮碗式接触密封；而主轴直径大、线速度较高,就采纳了非接触式密封；卸荷皮带轮的润滑采纳毛毡式密封,以防止外界杂 物进入；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用六、齿轮强度校核6.1、各

24、齿轮的运算转速各变速组内一般只运算组内最小齿轮,也是最薄弱的齿轮,故也只需确定最小齿轮的运算转速；1）、第一变速组中,32/40 只需运算 z = 28 的齿轮,运算转速为800r/min ；2）、其次变速组运算z = 18 的齿轮,运算转速为400r/min ；3）、第三变速组应运算z = 19 的齿轮,运算转速为125r/min ；6.2、齿轮校核校核 a 传动组齿轮,只需校核齿数 28 的强度；由机械设计查得：动载系数：查表 10-5 得：齿轮弯曲疲惫强度极限取安全系数 s=1.3 校核 b 传动组齿轮：只需校核齿数 18 的强度由机械设计查得：名师归纳总结 - - - - - - -第

25、 13 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用查表 10-5 得齿轮弯曲疲惫强度极限取安全系数 s=1.3校核 c 传动组齿轮：只需校核齿数 19 的强度由机械设计查得：查表 10-5 得齿轮弯曲疲惫强度极限名师归纳总结 取安全系数s=1.3 第 14 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用七、主轴刚度校核由于机床主轴箱中各轴的应力都比较小,验算时,通常采纳复合应力公式进行运算；轴材料选用45 钢,调质处理,由表查得：轴许用应力,轴的校核：名师归纳总结 - -

26、- - - - -第 15 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用轴、轴的校核如上,经校核符合要求；八、主轴正确跨度确定8.1 运算正确跨度前支撑为圆锥孔双列圆柱滚子轴承和推力球轴承,后支撑为圆锥孔双列圆柱滚子轴承；L=780 8.2 校核主轴挠度对于机床刚度要求,取阻尼比当 v=50m/min,s=0.1mm/r 时,8.2 主轴图： 略）见附图 2 九、各传动轴支持处轴承选用名师归纳总结 轴： 30205-圆锥滚子轴承30000 型 25、6205-深沟球轴承60000 型 25 第 16 页,共 18 页轴： 30205-圆锥滚子轴承

27、30000 型 25 轴： 30207-圆锥滚子轴承30000 型 35 轴：前端： NN 3017 K- 圆锥孔双列圆柱滚子轴承 85 51117-推力球轴承51000 型 85 后端： NN 3011 K- 圆锥孔双列圆柱滚子轴承 55 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用十、键的挑选和校核1）、轴 IV 的传递最大转矩由挤压强度条件：式中： T 转矩； d 轴径； h 键的高度； l 键的工作长度查表取许用挤压应力为,采纳 B 型键 轴径键处 d=63mm 查表得 b=18mm h=10mm 取键长 L=45mm ；十一、润滑与密封主轴转速高,必需保证充分润滑,一般常用单独的油管将油引到轴承处；主轴是两端外伸的轴,防止漏油更为重要而困难；防漏的措施有两种： 1）堵 加密封装置防止油外流；主轴转速高,多采纳非接触式的密封装置,形