- 1 -課 程 設(shè) 計 說 明 書專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 課 題 車床主軸箱設(shè)計 指導(dǎo)教師 設(shè)計日期 年 3月 30日 - 2 -機床主軸變速箱設(shè)計任務(wù)書題目：1、床上最大最大工件回轉(zhuǎn)直徑為 630mm. 2、 ；最大轉(zhuǎn)速 800，最下轉(zhuǎn)速 8，變速范圍是100； 3、公比 =1.334、轉(zhuǎn)速級數(shù)為 17，電動機 10KW，1445r/min,內(nèi)容：1、展開圖2、截面圖 3、課程設(shè)計說明書- 3 -班 級： 學(xué) 生： 學(xué) 號：指導(dǎo)老師： - 4 -目錄1.概述 - 1 -1.1 機床主軸箱課程設(shè)計的目的 .- 1 -1.2 設(shè)計任務(wù)和主要技術(shù)要求 .- 1 -1.3 操作性能要求 - 1 -2.參數(shù)的擬定 - 2 -2.1 確定調(diào)速范圍 - 2 -2.2 主電機選擇 - 2 -3.傳動設(shè)計 - 2 -3.1 主傳動方案擬定 - 2 -3.2 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 - 3 -3.2.1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目 .- 3 -3.2.2 傳動式的擬定 .- 3 -3.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定 .- 4 -3.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 - 4 -4. 傳動件的估算 - 5 -4.1 三角帶傳動的計算 - 5 -- 5 -(1)選擇三角帶的型號 - 5 -(2)確定帶輪的計算直徑 ?D， ?- 6 -(3)確定三角帶速度 - 6 -(4)初步初定中心距 - 6 -(5)三角帶的計算基準(zhǔn)長度 ?L- 7 -(6)驗算三角帶的撓曲次數(shù) - 7 -(7)確定實際中心距 A- 7 -(8)驗算小帶輪包角 ?- 7 -(9)確定三角帶根數(shù) Z.- 7 -(10)計算預(yù)緊力 - 8 -4.2 傳動軸的估算 - 8 -4.2.1 主軸的計算轉(zhuǎn)速 .- 9 -4.2.2 各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 .- 9 -4.2.3 各軸直徑的估算 .- 9 -4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算 - 10 -4.3.1 齒輪齒數(shù)的確定 .- 10 -4.3.2 齒輪模數(shù)的計算 .- 11 -4.3.4 齒寬確定 - 16 -4.3.5 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 .- 16 -- 6 -4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 17 -4.5 傳動軸間的中心 - 17 -4.6 片式摩擦離合器的選擇和計算 - 18 -4.6.1 摩擦片的徑向尺寸 .- 18 -4.6.2 按扭矩選擇摩擦片結(jié)合面的數(shù)目 .- 18 -4.6.3 離合器的軸向拉緊力 .- 19 -4.6.4 反轉(zhuǎn)摩擦片數(shù) .- 19 -5. 動力設(shè)計 - 20 -5.1 傳動軸的驗算 - 20 -5.1.1 Ⅰ軸的強度計算 - 21 -5.1.2 作用在齒輪上的力的計算 .- 21 -5.1.3 主軸抗震性的驗算 .- 24 -5.2 齒輪校驗 - 27 -5.3 軸承的校驗 .- 28 -6.結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 - 29 -6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 - 29 -6.2 展開圖及其布置 - 30 -6.3 I 軸（輸入軸）的設(shè)計 .- 30 -- 7 -6.4 齒輪塊設(shè)計 - 31 -6.4.1 其他問題 - 32 -6.5 傳動軸的設(shè)計 - 32 -6.6 主軸組件設(shè)計 - 34 -6.6.1 各部分尺寸的選擇 .- 34 -6.6.2 主軸軸承 .- 35 -6.6.3 主軸與齒輪的連接 .- 36 -6.6.4 潤滑與密封 .- 37 -6.6.5 其他問題 .- 37 -感言 .- 38 -參考文獻(xiàn) .- 38 -- 1 -1.概述1.1 機床主軸箱課程設(shè)計的目的機床課程設(shè)計，是在學(xué)習(xí)過課程之后進(jìn)行的實踐性教學(xué)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)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。1.2 設(shè)計任務(wù)和主要技術(shù)要求普通機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計的是普通型車床主軸變速箱。主要用于加工回轉(zhuǎn)體。車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)：1、床上最大最大工件回轉(zhuǎn)直徑為 630mm. 2、 ；最大轉(zhuǎn)速 800，最下轉(zhuǎn)速 8，變速范圍是 100； 3、公比 =1.334、轉(zhuǎn)速級數(shù)為 17，電動機 10KW，1455r/min, 1.3 操作性能要求1）具有皮帶輪卸荷裝置2）手動操縱雙向摩擦片離合器實現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止運動要求 3）主軸- 2 -的變速由變速手柄完成2.參數(shù)的擬定2.1 確定調(diào)速范圍nR?miax??zn?R= 800/8=1002.2 主電機選擇合理的確定電機功率，使機床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。已知異步電動機的轉(zhuǎn)速有 3000 、1500 、1000 、750 ，已知 是 7.1KW，根據(jù)《車床設(shè)計手冊》附錄表 2 選 Y132M-4，額定功率 10 ，滿載轉(zhuǎn)速1455r/min ， 。 3.傳動設(shè)計3.1 主傳動方案擬定擬定傳動方案，包括傳動型式的選擇以及開停、幻想、制動、操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動型式則指傳動和變速的元件、機構(gòu)以及組成、安排不同特點的傳動型式、變速類型。- 3 -傳動方案和型式與結(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，確定傳動方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮。傳動方案有多種，傳動型式更是眾多，比如：傳動型式上有集中傳動，分離傳動；擴(kuò)大變速范圍可用增加傳動組數(shù)，也可用背輪結(jié)構(gòu)、分支傳動等型式；變速箱上既可用多速電機，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計中，我們采用集中傳動型式的主軸變速箱。3.2 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復(fù)雜的傳動并想由此導(dǎo)出實際的方案，就并非十分有效。3.2.1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目級數(shù)為 Z 的傳動系統(tǒng)由若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有 、?Z、……個傳動副。即 ? ??321Z?傳動副中由于結(jié)構(gòu)的限制以 2 或 3 為合適，即變速級數(shù) Z 應(yīng)為 2 和 3 的因子： ，可以有多種方案，例： baZ???18=3×3×（ 1+1×1）3.2.2 傳動式的擬定7 級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，選擇傳動組安排方式時，考慮到機床主軸變速箱- 4 -的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸如果安置換向摩擦離合器時，為減少軸向尺寸，第一傳動組的傳動副數(shù)不能多，以 2 為宜。主軸對加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個傳動組的傳動副常選用 2。綜上所述，傳動式為 18=3×3×（1+1 ×1） ，其中有兩個重合，所以為 17 級3.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定由于本次設(shè)計的機床 I 軸裝有摩擦離合器，在結(jié)構(gòu)上要求有一齒輪的齒根圓大于離合器的直徑。所以選的方案。18=3×3×（ 1+1×1）3.3轉(zhuǎn)速圖的擬定正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圖：- 5 -主傳動系圖為：- 6 -4. 傳動件的估算4.1 三角帶傳動的計算三角帶傳動中，軸間距 A 可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，機床中常用作電機輸出軸的定比傳動。(1)選擇三角帶的型號根據(jù)公式Pc=KA P=1.1×10=11kw式中 P---電動機額定功率， --工作aK情況系數(shù) - 7 -查《機械設(shè)計》圖 8-8 因此選擇 B 型帶。(2)確定帶輪的計算直徑 ?D， ?帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑 不宜?D過小，即 。查《機械設(shè)計》表 8-3，minD??查課本表 6-3，小帶輪最小基準(zhǔn)直徑 dmdmin1 =130mm ，再參考課本圖 6-10，取小帶輪基準(zhǔn)直徑 dmd1 =140，則大帶輪的基準(zhǔn)直徑為 dmd2=i×dmd1 =1.67×140=233.8mm，根據(jù)表 6-3 中基準(zhǔn)直徑系列，取標(biāo)準(zhǔn)值 dmd2=230mm 。(3)確定三角帶速度按公式 帶速合適。其中，smssmndv /30~25/74.6/10645106 ????????????dmd1--- 小帶輪直徑，mm ；n 1----小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min。 另外， ，也符合要求。 ssv/]25,[/74.??(4)初步初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機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)經(jīng)驗公式 ????120120.7DADm???即：259mm 740mm0A取 =500mm.0- 8 -(5)三角帶的計算基準(zhǔn)長度 ?L ?????????????ADAL?mmm504)123()014(2502 2??=1584mm由《機械設(shè)計》表 8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計算長度 mLd160?(6)驗算三角帶的撓曲次數(shù)10.640svuL??次符合要求。 (7)確定實際中心距 AmmLad 508214605200 ???????(8)驗算小帶輪包角 ?，主動輪上包角合適。000211857.6812DA??????(9)確定三角帶根數(shù) Z根據(jù)《機械設(shè)計》式 8-22 得:- 9 -0calpzk????查表 6-4 用內(nèi)插法得 基本額定功率 kWP32.0?查表 6-5 用內(nèi)插法得 額定功率的增量 15.0?查表 6-6 用內(nèi)插法得 包角修正系數(shù) 98.?aK查表 6-2 得 V 帶基準(zhǔn)長度的修正系數(shù) .0L為避免 V 型帶工作時各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于 10 。12.5908.)15.032.(????z取 z=5 根(10)計算預(yù)緊力查《機械設(shè)計》表 8-4，q=0.18kg/m20 2.517.8.50.895932.capFqvvzkN????????????(11)計算壓軸力 NFZFp3.1282/168sin507i)()(0mimin???- 10 -4.2 傳動軸的估算傳動軸除應(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。4.2.1 主軸的計算轉(zhuǎn)速主軸的計算轉(zhuǎn)速是低速第一個三分之一變速范圍的最高一級轉(zhuǎn)速： min/34.18813minrjz??????4.2.2 各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速軸Ⅴ：有 18 級轉(zhuǎn)速，其中 80r/min 通過齒輪獲得 63r/min，剛好能傳遞全部功率：所以：n V =136r/min同理可得：n Ⅳ =340r/min ，n Ⅲ =159r/min ，nⅡ =516r/min,nⅠ =880r/min- 11 -4.2.3 各軸直徑的估算4jPdKAmN??其中：P-電動機額定功率K-鍵槽系數(shù)A-系數(shù)-從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；?-該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。jn計算轉(zhuǎn)速 是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從j轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系確定。Ⅰ軸： ， 取 30mmmd4.2375.08194???Ⅱ軸： , 取 35mm9.8.164Ⅲ軸：, 取 35mmmd3.475.0194???Ⅳ軸 , 取 40md357.0419???- 12 -Ⅴ軸：, 取 50mmmd3.475.03194???Ⅵ軸：P 為 10kw，查的 d 取 110mm此軸徑為平均軸徑，設(shè)計時可相應(yīng)調(diào)整。4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算4.3.1 齒輪齒數(shù)的確定當(dāng)各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機械設(shè)計手冊推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標(biāo)準(zhǔn)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zS3-6（機械制造裝備設(shè)計）中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應(yīng)大于 18～20。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。第一組齒輪：50/33，50/49,37/63,43/57 第二組齒輪：33/48,19/62,49/31第三組齒輪：26/52，48/85第四組齒輪：- 13 -22/55第五組齒輪：20/84.3.2 齒輪模數(shù)的計算(1)Ⅰ-Ⅱ 齒輪彎曲疲勞的計算：1dN7.5096kw7.2????33.2.054jmzn??（機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo) P36， 為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，可根據(jù)轉(zhuǎn)速圖jn確定）齒面點蝕的計算：337.2700956jNAm??取 A=90，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：12902.4553jmZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取j2.05?2.5?(2) Ⅱ-Ⅲ齒輪彎曲疲勞的計算：2N7.5096.80.9kw6.1????- 14 -336.91222.0jNmzn?????齒面點蝕的計算：336.917720.5NAmn??取 A=121，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：1212.7563jmZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 j2.75?所以取 3m(3)Ⅲ-Ⅳ 齒輪彎曲疲勞的計算：3N7.5096.80.9.9kw1kw???33.7122.64580jmzn????齒面點蝕的計算：，336.71700.98NAn??取 A=162，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：1262.835jmZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。- 15 -取 所以取2.83m??3m?(4)Ⅳ-Ⅴ 齒輪彎曲疲勞的計算：3N7.5096.80.9.908.kw1kw????33.5122.3780jmzn????齒面點蝕的計算：，336.517070.8NAn??取 A=161，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：12613.97jmZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取3.69??4?(5)Ⅴ-Ⅵ 齒輪彎曲疲勞的計算：3N7.5096.80.98kw.1kw???336.122.895jmzn????齒面點蝕的計算：- 16 -，336.17070.89NAmn??取 A=172，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：1273.456jZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取3.89m??4m?(4)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：**20h1c0.25???度 ， ，從機械原理 表 10-2 查得以下公式齒頂圓 mhzdaa)2+(=*1齒根圓 *1fac??分度圓 zd=齒頂高 mha*齒根高 caf)+(=*齒輪的具體值見表齒輪尺寸表齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) m 分度圓 d 齒頂圓- 17 -ad1 34 2.5 85 902 54 2.5 135 1403 39 2.5 97.5 102.54 49 2.5 122.5 127.55 34 3 102 1086 54 3 162 1687 44 3 132 1388 44 3 132 1389 25 3 75 8110 63 3 189 19511 26 3 78 8412 65 3 195 20113 56 3 168 17414 35 3 105 11115 23 4 92 10016 72 4 288 29617 53 4 212 22018 42 4 168 176- 18 -19 44 4 176 18420 56 4 224 232齒輪 齒根圓 fd齒頂高 ah齒根高 fh1 91.25 91.25 91.252 141.25 141.25 141.253 103.75 103.75 103.754 128.75 128.75 128.755 109.5 109.5 109.56 169.5 169.5 169.57 139.5 139.5 139.58 139.5 139.5 139.59 82.5 82.5 82.510 196.5 196.5 196.511 85.5 85.5 85.512 202.5 202.5 202.513 175.5 175.5 175.514 112.5 112.5 112.5- 19 -15 102 102 10216 298 298 29817 222 222 22218 178 178 17819 186 186 18620 234 234 2344.3.4 齒寬確定由公式 得：??6~10,mB??為 模 數(shù)第一套嚙合齒輪 ?2.5I m??第二套嚙合齒輪 ?6~10380IB第三套嚙合齒輪 ?I??第四套嚙合齒輪 ?6~10420IVBm第五套嚙合齒輪 ???一對嚙合齒輪，為了防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，應(yīng)主動輪比小齒輪齒寬大所以 ， ， ，127,15Bm?317Bm?41556789108,,- 20 -11213149,8,,9BmBm??151617,4,251819202,3,9BB??4.3.5 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng) 時，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問題，現(xiàn)16050amd?敲定把齒輪 14 做成腹板式結(jié)構(gòu)。其余做成實心結(jié)構(gòu)。齒輪 14 計算如下：， ， ，??01~4272anDdMm???486Ddm?31.6.813Ddm?????03.5.3182????103/2180,2C?4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計查《機械設(shè)計》P156 頁，當(dāng) 。D 是軸承外徑，30dm?時 ,采 用 腹 板 式查《機械零件手冊》確定選用深溝球軸承 6211，d=55mm,D=100mm。帶輪內(nèi)孔尺寸是軸承外徑尺寸 100mm。齒《機械設(shè)計》表 8-10 確定參數(shù)得：min8.5,2.0,9.,12,85.,38dafbhef???????帶輪寬度： ????5764Bzf?????分度圓直徑： ，280dm?- 21 -1'.9.81085/242dDmCB????6,L4.5 傳動軸間的中心 md15021?????I.?dIV5.20?mI`.71?dIV20??4.6 片式摩擦離合器的選擇和計算片式摩擦離合器目前在機床中應(yīng)用廣泛，因為它可以在運轉(zhuǎn)中接通或脫開，具有結(jié)合平穩(wěn)、沒有沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機床主傳動。4.6.1 摩擦片的徑向尺寸摩擦片的外徑尺寸受到輪廓空間的限制，且受制于軸徑 d，而摩擦片的內(nèi)外徑又決定著內(nèi)外摩擦片的環(huán)形接觸面積的大小，直接影響離合器的結(jié)構(gòu)和性能。一般外摩擦片的外徑可?。?mD)6~2(1??- 22 -d 為軸的直徑，取 d=55，所以55+5=60mm?1D特性系數(shù) 是外片內(nèi)徑 與內(nèi)片外徑 D2之比?1取 =0.7，則內(nèi)摩擦片外徑m7.850612??4.6.2 按扭矩選擇摩擦片結(jié)合面的數(shù)目一般應(yīng)使選用和設(shè)計的離合器的額定靜扭矩 和額定動扭矩 滿足工作要求，jMd由于普通機床是在空載下啟動反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭矩來計算。即：??2017.340.65.189nMKZfDbp????取 Z=94.6.3 離合器的軸向拉緊力由 ，得：?KpSQ??][N6.31594.029?查《機床零件手冊》 ，摩擦片的型號如下：內(nèi)片：Dp=72.85，查表?。?D=85mm，d=55mm- 23 -b=1.5mm,B=9.7mmH=23.5mm, =0.5mm?外片：Dp=72.85，查表?。?D=87mm，d=56mmb=1.5mm,B=20mmH=48mm,H1=42mm=0.5mm?內(nèi)外片的最小間隙為：0.2～0.4mm4.6.4 反轉(zhuǎn)摩擦片數(shù) 49507.61.3.9882jnjNMKm????????20.813.146753.40nKZfDbp????取 Z=45. 動力設(shè)計- 1 -課 程 設(shè) 計 說 明 書專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 課 題 車床主軸箱設(shè)計 指導(dǎo)教師 設(shè)計日期 年 3月 30日 - 2 -機床主軸變速箱設(shè)計任務(wù)書題目：1、床上最大最大工件回轉(zhuǎn)直徑為 630mm. 2、 ；最大轉(zhuǎn)速 800，最下轉(zhuǎn)速 8，變速范圍是100； 3、公比 =1.334、轉(zhuǎn)速級數(shù)為 17，電動機 10KW，1445r/min,內(nèi)容：1、展開圖2、截面圖 3、課程設(shè)計說明書- 3 -班 級： 學(xué) 生： 學(xué) 號：指導(dǎo)老師： - 4 -目錄1.概述 - 1 -1.1 機床主軸箱課程設(shè)計的目的 .- 1 -1.2 設(shè)計任務(wù)和主要技術(shù)要求 .- 1 -1.3 操作性能要求 - 1 -2.參數(shù)的擬定 - 2 -2.1 確定調(diào)速范圍 - 2 -2.2 主電機選擇 - 2 -3.傳動設(shè)計 - 2 -3.1 主傳動方案擬定 - 2 -3.2 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 - 3 -3.2.1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目 .- 3 -3.2.2 傳動式的擬定 .- 3 -3.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定 .- 4 -3.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 - 4 -4. 傳動件的估算 - 5 -4.1 三角帶傳動的計算 - 5 -- 5 -(1)選擇三角帶的型號 - 5 -(2)確定帶輪的計算直徑 ?D， ?- 6 -(3)確定三角帶速度 - 6 -(4)初步初定中心距 - 6 -(5)三角帶的計算基準(zhǔn)長度 ?L- 7 -(6)驗算三角帶的撓曲次數(shù) - 7 -(7)確定實際中心距 A- 7 -(8)驗算小帶輪包角 ?- 7 -(9)確定三角帶根數(shù) Z.- 7 -(10)計算預(yù)緊力 - 8 -4.2 傳動軸的估算 - 8 -4.2.1 主軸的計算轉(zhuǎn)速 .- 9 -4.2.2 各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 .- 9 -4.2.3 各軸直徑的估算 .- 9 -4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算 - 10 -4.3.1 齒輪齒數(shù)的確定 .- 10 -4.3.2 齒輪模數(shù)的計算 .- 11 -4.3.4 齒寬確定 - 16 -4.3.5 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 .- 16 -- 6 -4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 17 -4.5 傳動軸間的中心 - 17 -4.6 片式摩擦離合器的選擇和計算 - 18 -4.6.1 摩擦片的徑向尺寸 .- 18 -4.6.2 按扭矩選擇摩擦片結(jié)合面的數(shù)目 .- 18 -4.6.3 離合器的軸向拉緊力 .- 19 -4.6.4 反轉(zhuǎn)摩擦片數(shù) .- 19 -5. 動力設(shè)計 - 20 -5.1 傳動軸的驗算 - 20 -5.1.1 Ⅰ軸的強度計算 - 21 -5.1.2 作用在齒輪上的力的計算 .- 21 -5.1.3 主軸抗震性的驗算 .- 24 -5.2 齒輪校驗 - 27 -5.3 軸承的校驗 .- 28 -6.結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 - 29 -6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 - 29 -6.2 展開圖及其布置 - 30 -6.3 I 軸（輸入軸）的設(shè)計 .- 30 -- 7 -6.4 齒輪塊設(shè)計 - 31 -6.4.1 其他問題 - 32 -6.5 傳動軸的設(shè)計 - 32 -6.6 主軸組件設(shè)計 - 34 -6.6.1 各部分尺寸的選擇 .- 34 -6.6.2 主軸軸承 .- 35 -6.6.3 主軸與齒輪的連接 .- 36 -6.6.4 潤滑與密封 .- 37 -6.6.5 其他問題 .- 37 -感言 .- 38 -參考文獻(xiàn) .- 38 -- 1 -1.概述1.1 機床主軸箱課程設(shè)計的目的機床課程設(shè)計，是在學(xué)習(xí)過課程之后進(jìn)行的實踐性教學(xué)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)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。1.2 設(shè)計任務(wù)和主要技術(shù)要求普通機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計的是普通型車床主軸變速箱。主要用于加工回轉(zhuǎn)體。車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)：1、床上最大最大工件回轉(zhuǎn)直徑為 630mm. 2、 ；最大轉(zhuǎn)速 800，最下轉(zhuǎn)速 8，變速范圍是 100； 3、公比 =1.334、轉(zhuǎn)速級數(shù)為 17，電動機 10KW，1455r/min, 1.3 操作性能要求1）具有皮帶輪卸荷裝置2）手動操縱雙向摩擦片離合器實現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止運動要求 3）主軸- 2 -的變速由變速手柄完成2.參數(shù)的擬定2.1 確定調(diào)速范圍nR?miax??zn?R= 800/8=1002.2 主電機選擇合理的確定電機功率，使機床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。已知異步電動機的轉(zhuǎn)速有 3000 、1500 、1000 、750 ，已知 是 7.1KW，根據(jù)《車床設(shè)計手冊》附錄表 2 選 Y132M-4，額定功率 10 ，滿載轉(zhuǎn)速1455r/min ， 。 3.傳動設(shè)計3.1 主傳動方案擬定擬定傳動方案，包括傳動型式的選擇以及開停、幻想、制動、操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動型式則指傳動和變速的元件、機構(gòu)以及組成、安排不同特點的傳動型式、變速類型。- 3 -傳動方案和型式與結(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，確定傳動方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮。傳動方案有多種，傳動型式更是眾多，比如：傳動型式上有集中傳動，分離傳動；擴(kuò)大變速范圍可用增加傳動組數(shù)，也可用背輪結(jié)構(gòu)、分支傳動等型式；變速箱上既可用多速電機，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計中，我們采用集中傳動型式的主軸變速箱。3.2 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復(fù)雜的傳動并想由此導(dǎo)出實際的方案，就并非十分有效。3.2.1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目級數(shù)為 Z 的傳動系統(tǒng)由若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有 、?Z、……個傳動副。即 ? ??321Z?傳動副中由于結(jié)構(gòu)的限制以 2 或 3 為合適，即變速級數(shù) Z 應(yīng)為 2 和 3 的因子： ，可以有多種方案，例： baZ???18=3×3×（ 1+1×1）3.2.2 傳動式的擬定7 級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，選擇傳動組安排方式時，考慮到機床主軸變速箱- 4 -的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸如果安置換向摩擦離合器時，為減少軸向尺寸，第一傳動組的傳動副數(shù)不能多，以 2 為宜。主軸對加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個傳動組的傳動副常選用 2。綜上所述，傳動式為 18=3×3×（1+1 ×1） ，其中有兩個重合，所以為 17 級3.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定由于本次設(shè)計的機床 I 軸裝有摩擦離合器，在結(jié)構(gòu)上要求有一齒輪的齒根圓大于離合器的直徑。所以選的方案。18=3×3×（ 1+1×1）3.3轉(zhuǎn)速圖的擬定正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圖：- 5 -主傳動系圖為：- 6 -4. 傳動件的估算4.1 三角帶傳動的計算三角帶傳動中，軸間距 A 可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，機床中常用作電機輸出軸的定比傳動。(1)選擇三角帶的型號根據(jù)公式Pc=KA P=1.1×10=11kw式中 P---電動機額定功率， --工作aK情況系數(shù) - 7 -查《機械設(shè)計》圖 8-8 因此選擇 B 型帶。(2)確定帶輪的計算直徑 ?D， ?帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑 不宜?D過小，即 。查《機械設(shè)計》表 8-3，minD??查課本表 6-3，小帶輪最小基準(zhǔn)直徑 dmdmin1 =130mm ，再參考課本圖 6-10，取小帶輪基準(zhǔn)直徑 dmd1 =140，則大帶輪的基準(zhǔn)直徑為 dmd2=i×dmd1 =1.67×140=233.8mm，根據(jù)表 6-3 中基準(zhǔn)直徑系列，取標(biāo)準(zhǔn)值 dmd2=230mm 。(3)確定三角帶速度按公式 帶速合適。其中，smssmndv /30~25/74.6/10645106 ????????????dmd1--- 小帶輪直徑，mm ；n 1----小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min。 另外， ，也符合要求。 ssv/]25,[/74.??(4)初步初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。焊鶕?jù)經(jīng)驗公式 ????120120.7DADm???即：259mm 740mm0A取 =500mm.0- 8 -(5)三角帶的計算基準(zhǔn)長度 ?L ?????????????ADAL?mmm504)123()014(2502 2??=1584mm由《機械設(shè)計》表 8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計算長度 mLd160?(6)驗算三角帶的撓曲次數(shù)10.640svuL??次符合要求。 (7)確定實際中心距 AmmLad 508214605200 ???????(8)驗算小帶輪包角 ?，主動輪上包角合適。000211857.6812DA??????(9)確定三角帶根數(shù) Z根據(jù)《機械設(shè)計》式 8-22 得:- 9 -0calpzk????查表 6-4 用內(nèi)插法得 基本額定功率 kWP32.0?查表 6-5 用內(nèi)插法得 額定功率的增量 15.0?查表 6-6 用內(nèi)插法得 包角修正系數(shù) 98.?aK查表 6-2 得 V 帶基準(zhǔn)長度的修正系數(shù) .0L為避免 V 型帶工作時各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于 10 。12.5908.)15.032.(????z取 z=5 根(10)計算預(yù)緊力查《機械設(shè)計》表 8-4，q=0.18kg/m20 2.517.8.50.895932.capFqvvzkN????????????(11)計算壓軸力 NFZFp3.1282/168sin507i)()(0mimin???- 10 -4.2 傳動軸的估算傳動軸除應(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。4.2.1 主軸的計算轉(zhuǎn)速主軸的計算轉(zhuǎn)速是低速第一個三分之一變速范圍的最高一級轉(zhuǎn)速： min/34.18813minrjz??????4.2.2 各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速軸Ⅴ：有 18 級轉(zhuǎn)速，其中 80r/min 通過齒輪獲得 63r/min，剛好能傳遞全部功率：所以：n V =136r/min同理可得：n Ⅳ =340r/min ，n Ⅲ =159r/min ，nⅡ =516r/min,nⅠ =880r/min- 11 -4.2.3 各軸直徑的估算4jPdKAmN??其中：P-電動機額定功率K-鍵槽系數(shù)A-系數(shù)-從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；?-該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。jn計算轉(zhuǎn)速 是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從j轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系確定。Ⅰ軸： ， 取 30mmmd4.2375.08194???Ⅱ軸： , 取 35mm9.8.164Ⅲ軸：, 取 35mmmd3.475.0194???Ⅳ軸 , 取 40md357.0419???- 12 -Ⅴ軸：, 取 50mmmd3.475.03194???Ⅵ軸：P 為 10kw，查的 d 取 110mm此軸徑為平均軸徑，設(shè)計時可相應(yīng)調(diào)整。4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算4.3.1 齒輪齒數(shù)的確定當(dāng)各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機械設(shè)計手冊推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標(biāo)準(zhǔn)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zS3-6（機械制造裝備設(shè)計）中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應(yīng)大于 18～20。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。第一組齒輪：50/33，50/49,37/63,43/57 第二組齒輪：33/48,19/62,49/31第三組齒輪：26/52，48/85第四組齒輪：- 13 -22/55第五組齒輪：20/84.3.2 齒輪模數(shù)的計算(1)Ⅰ-Ⅱ 齒輪彎曲疲勞的計算：1dN7.5096kw7.2????33.2.054jmzn??（機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo) P36， 為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，可根據(jù)轉(zhuǎn)速圖jn確定）齒面點蝕的計算：337.2700956jNAm??取 A=90，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：12902.4553jmZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取j2.05?2.5?(2) Ⅱ-Ⅲ齒輪彎曲疲勞的計算：2N7.5096.80.9kw6.1????- 14 -336.91222.0jNmzn?????齒面點蝕的計算：336.917720.5NAmn??取 A=121，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：1212.7563jmZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 j2.75?所以取 3m(3)Ⅲ-Ⅳ 齒輪彎曲疲勞的計算：3N7.5096.80.9.9kw1kw???33.7122.64580jmzn????齒面點蝕的計算：，336.71700.98NAn??取 A=162，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：1262.835jmZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。- 15 -取 所以取2.83m??3m?(4)Ⅳ-Ⅴ 齒輪彎曲疲勞的計算：3N7.5096.80.9.908.kw1kw????33.5122.3780jmzn????齒面點蝕的計算：，336.517070.8NAn??取 A=161，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：12613.97jmZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取3.69??4?(5)Ⅴ-Ⅵ 齒輪彎曲疲勞的計算：3N7.5096.80.98kw.1kw???336.122.895jmzn????齒面點蝕的計算：- 16 -，336.17070.89NAmn??取 A=172，由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)：1273.456jZ????根據(jù)計算選取兩個中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取3.89m??4m?(4)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：**20h1c0.25???度 ， ，從機械原理 表 10-2 查得以下公式齒頂圓 mhzdaa)2+(=*1齒根圓 *1fac??分度圓 zd=齒頂高 mha*齒根高 caf)+(=*齒輪的具體值見表齒輪尺寸表齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) m 分度圓 d 齒頂圓- 17 -ad1 34 2.5 85 902 54 2.5 135 1403 39 2.5 97.5 102.54 49 2.5 122.5 127.55 34 3 102 1086 54 3 162 1687 44 3 132 1388 44 3 132 1389 25 3 75 8110 63 3 189 19511 26 3 78 8412 65 3 195 20113 56 3 168 17414 35 3 105 11115 23 4 92 10016 72 4 288 29617 53 4 212 22018 42 4 168 176- 18 -19 44 4 176 18420 56 4 224 232齒輪 齒根圓 fd齒頂高 ah齒根高 fh1 91.25 91.25 91.252 141.25 141.25 141.253 103.75 103.75 103.754 128.75 128.75 128.755 109.5 109.5 109.56 169.5 169.5 169.57 139.5 139.5 139.58 139.5 139.5 139.59 82.5 82.5 82.510 196.5 196.5 196.511 85.5 85.5 85.512 202.5 202.5 202.513 175.5 175.5 175.514 112.5 112.5 112.5- 19 -15 102 102 10216 298 298 29817 222 222 22218 178 178 17819 186 186 18620 234 234 2344.3.4 齒寬確定由公式 得：??6~10,mB??為 模 數(shù)第一套嚙合齒輪 ?2.5I m??第二套嚙合齒輪 ?6~10380IB第三套嚙合齒輪 ?I??第四套嚙合齒輪 ?6~10420IVBm第五套嚙合齒輪 ???一對嚙合齒輪，為了防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，應(yīng)主動輪比小齒輪齒寬大所以 ， ， ，127,15Bm?317Bm?41556789108,,- 20 -11213149,8,,9BmBm??151617,4,251819202,3,9BB??4.3.5 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng) 時，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問題，現(xiàn)16050amd?敲定把齒輪 14 做成腹板式結(jié)構(gòu)。其余做成實心結(jié)構(gòu)。齒輪 14 計算如下：， ， ，??01~4272anDdMm???486Ddm?31.6.813Ddm?????03.5.3182????103/2180,2C?4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計查《機械設(shè)計》P156 頁，當(dāng) 。D 是軸承外徑，30dm?時 ,采 用 腹 板 式查《機械零件手冊》確定選用深溝球軸承 6211，d=55mm,D=100mm。帶輪內(nèi)孔尺寸是軸承外徑尺寸 100mm。齒《機械設(shè)計》表 8-10 確定參數(shù)得：min8.5,2.0,9.,12,85.,38dafbhef???????帶輪寬度： ????5764Bzf?????分度圓直徑： ，280dm?- 21 -1'.9.81085/242dDmCB????6,L4.5 傳動軸間的中心 md15021?????I.?dIV5.20?mI`.71?dIV20??4.6 片式摩擦離合器的選擇和計算片式摩擦離合器目前在機床中應(yīng)用廣泛，因為它可以在運轉(zhuǎn)中接通或脫開，具有結(jié)合平穩(wěn)、沒有沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機床主傳動。4.6.1 摩擦片的徑向尺寸摩擦片的外徑尺寸受到輪廓空間的限制，且受制于軸徑 d，而摩擦片的內(nèi)外徑又決定著內(nèi)外摩擦片的環(huán)形接觸面積的大小，直接影響離合器的結(jié)構(gòu)和性能。一般外摩擦片的外徑可?。?mD)6~2(1??- 22 -d 為軸的直徑，取 d=55，所以55+5=60mm?1D特性系數(shù) 是外片內(nèi)徑 與內(nèi)片外徑 D2之比?1取 =0.7，則內(nèi)摩擦片外徑m7.850612??4.6.2 按扭矩選擇摩擦片結(jié)合面的數(shù)目一般應(yīng)使選用和設(shè)計的離合器的額定靜扭矩 和額定動扭矩 滿足工作要求，jMd由于普通機床是在空載下啟動反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭矩來計算。即：??2017.340.65.189nMKZfDbp????取 Z=94.6.3 離合器的軸向拉緊力由 ，得：?KpSQ??][N6.31594.029?查《機床零件手冊》 ，摩擦片的型號如下：內(nèi)片：Dp=72.85，查表取： D=85mm，d=55mm- 23 -b=1.5mm,B=9.7mmH=23.5mm, =0.5mm?外片：Dp=72.85，查表?。?D=87mm，d=56mmb=1.5mm,B=20mmH=48mm,H1=42mm=0.5mm?內(nèi)外片的最小間隙為：0.2～0.4mm4.6.4 反轉(zhuǎn)摩擦片數(shù) 49507.61.3.9882jnjNMKm????????20.813.146753.40nKZfDbp????取 Z=45. 動力設(shè)計