車床主軸箱課程設(shè)計(jì)

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1、機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 機(jī) 電 一 體 化 目錄 1主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.1結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇 1.2繪制轉(zhuǎn)速圖 1.3確定帶輪直徑 1.4驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差 1.5繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2估算傳動(dòng)齒輪模數(shù) 2.1普通V帶的選擇和計(jì)算 3．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1帶輪設(shè)計(jì) 3.2齒輪塊設(shè)計(jì) 3.3軸承的選擇 3.4主軸主件 3.5操縱機(jī)構(gòu) 3.6滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.7封裝置設(shè)計(jì) 3.8主軸箱體設(shè)計(jì) 4．傳動(dòng)件驗(yàn)算 4 .1齒輪的驗(yàn)算 4.2 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算 4. 3傳動(dòng)軸直徑的估算 5.

2、傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算 6.花鍵鍵側(cè)壓潰應(yīng)力驗(yàn)算 7.滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算 8.主軸組件驗(yàn)算 9.設(shè)計(jì)感想 10.參考文獻(xiàn) 1主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 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： a）12=3 b）12=43 c）12=3 d）12=2 e）12=2 在上述的方案中a和b有時(shí)可以省掉一根軸。缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副。如果用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪的話則會(huì)增加軸向尺寸；如果用兩個(gè)滑移雙聯(lián)齒輪，則操縱機(jī)構(gòu)必須互梭以防止兩個(gè)滑移齒輪同時(shí)嚙合。所以一般少用。 根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目

3、分配應(yīng)“前多后少”的原則。方案c是可取的。但是由于主軸換向采用雙用離合器結(jié)構(gòu)，致使I軸尺寸加大，此方案不宜采用，從這個(gè)角度考慮，以取12=2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=1.414 主軸轉(zhuǎn)速共12級(jí)分別為31.5 45 63 90 125 180 250 355 500 710 1000 1400則最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率: 選用5.5kw的電動(dòng)機(jī) 型號(hào)為Y132S-4 轉(zhuǎn)速為1440r/min 1.1結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇 在12=2中，又因基本組和擴(kuò)大組排列順序的

4、不同而有不同的方案?？赡艿牧N方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見下面的圖。在這些方案中可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。 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)齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動(dòng)比1/4。在升速時(shí)，為防止產(chǎn)生過大的震動(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） 基本組和擴(kuò)大組的排列順序 a 12= b 12= c 12= d 12= e 12= f 12= 在可行的四種方案 a b c d中，還

5、要進(jìn)行比較以選擇最佳的方案。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。如果沒有別的要求則計(jì)量使擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致 1.2繪制轉(zhuǎn)速圖 圖2 轉(zhuǎn)速圖 利用查表法求出各傳動(dòng)粗齒輪齒數(shù) 表1 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)

6、和 55 70 105 齒輪 齒數(shù) 32 23 18 35 35 35 29 41 23 47 33 72 1.3確定帶輪直徑 確定計(jì)算功率 -工作情況系數(shù) 若工作時(shí)間為二班制 查表的k=1.2 -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)速選用的三角帶型號(hào)為B 查表的小帶輪直徑推薦植為140mm，136mm 大帶輪直徑 ---小帶輪轉(zhuǎn)速 ---大帶輪轉(zhuǎn)速 初定中心距 mm 取600 1.4驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差 主軸各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速值用下列公式計(jì)算: 式中分別為第一,第二 第三變速組齒輪傳動(dòng)比. 轉(zhuǎn)

7、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: 主軸轉(zhuǎn)速 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min 1400 1000 710 500 355 250 180 125 90 63 45 31.5 實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min 1420 1014 710 503.8 359.87 251.9 177.5 126.7 88.7 62.98 44.98 31.49 轉(zhuǎn)速誤差% 1.43 1.4 0 0.76 1.37 0.76 1.39 1.36 1.44 0..0 0.04 0.0137

8、 表2 轉(zhuǎn)速誤差表 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)小于等于4.1% 轉(zhuǎn)速誤差滿足要求。 1.5繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2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) 齒輪彎曲疲勞的估算 mm （1） 齒面點(diǎn)蝕的估算 ----主軸第一節(jié)三分之一范圍內(nèi)最高轉(zhuǎn)速為90，A為齒輪中心距。 由中心距A及齒數(shù)和求出模數(shù)。 （2） N---計(jì)算齒輪傳遞的額定功率等于 三角帶的效率取0.96（機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書p32） 各軸的傳遞功率為 =0.96*5.5=5.28KW ====5.28KW

9、5.28*0.96=5.07KW 主軸箱內(nèi)共有24個(gè)齒輪，同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，故取（）最小的齒輪進(jìn)行計(jì)算，然后取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值作為該變速組齒輪的模數(shù)。 傳動(dòng)組C中：m = 2.9 mm ,取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3 mm； 傳動(dòng)組B中：m = 2.4 mm，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5 mm； 傳動(dòng)組A中：m = 2.1mm，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5 mm。 2.1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B型 兩帶輪的中心距范圍內(nèi)選擇。中心距過小時(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，中心距過大，在帶速較高時(shí)易引起震動(dòng)。

10、 取600mm 計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度： 2007.86 圓整2033 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= 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 0.02L是為了張緊調(diào)節(jié)量為40.66mm ( 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 帶速 對(duì)于B型帶 選用合格. 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) 2.13， 取3根三角帶。 3．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1帶輪設(shè)計(jì) 根據(jù)

11、V帶計(jì)算，選用3根B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)。 3.2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)。 3.3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

12、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。 3.4主軸主件 本車床為普通精度級(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。 3.5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)。 3.6滑

13、系統(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。 3.7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，以防止外界雜物進(jìn)入。 3.8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(jiǎn)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(jiǎn)單，定位可靠。 4．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。 4 .1齒輪的驗(yàn)算 在驗(yàn)算主軸箱

14、中的齒輪強(qiáng)度時(shí)，選擇相同模數(shù)中承受載荷最大的、齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算。一般對(duì)高速傳動(dòng)齒輪主要驗(yàn)算接觸疲勞強(qiáng)度，對(duì)低速傳動(dòng)齒輪主要驗(yàn)算彎曲疲勞強(qiáng)度。 根據(jù)以上分析，現(xiàn)在對(duì)Ⅰ軸上齒數(shù)為18模數(shù)為2.5的齒輪驗(yàn)算接觸疲勞強(qiáng)度，對(duì)VI軸上齒數(shù)為18模數(shù)為3的齒輪驗(yàn)算彎曲疲勞強(qiáng)度。 接觸壓力的驗(yàn)算公式： 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式： 式中：N —— 傳遞的額定功率[KW]（此處忽略齒輪的傳遞效率）； —— 計(jì)算轉(zhuǎn)速； —— 齒寬系數(shù) =，此處值為6 ； z1 —— 為齒輪齒數(shù)；

15、 i—— 大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，“+”用于外嚙合，“—”用于內(nèi)嚙合，此處為外嚙合，故取“+”; —— 壽命系數(shù)： = 由表7得=0.27 KT —— 工作期限系數(shù)： KT = T—— 預(yù)定的齒輪工作時(shí)間，取2000h； n—— 齒輪的最低轉(zhuǎn)速，此處為1000r/min； K n —— 轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，由表4得K n = 0.71； KN—— 功率利用系數(shù)，由表5得KN = 0.58； Kq —— 材料強(qiáng)化系

16、數(shù)，由表6得Kq = 0.64； —— 工作狀況系數(shù)，考慮載荷沖擊的影響，取 = 1.2； —— 動(dòng)載荷系數(shù)，由表8得 = 1.4； —— 齒向載荷分布系數(shù)，由表9得 = 1 ； Y------齒形系數(shù)，由表10得Y=0.378； —— 許用接觸應(yīng)力，由表11得 = 1100[MPa]； 代入以上各數(shù)據(jù)計(jì)算得 mj = 2.0mm ,故所選模數(shù)2.5 mm 滿足設(shè)計(jì)要求。 其余各參數(shù)意義同上，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 mw =

17、2.79，所選模數(shù)為3，符合設(shè)計(jì)要求。用相同方法驗(yàn)算其他齒輪均符合設(shè)計(jì)要求。 320 三組傳動(dòng)齒輪是經(jīng)過淬火的許用接觸應(yīng)力為1100MPa，許用彎曲應(yīng)力為320 MPa。 4.1 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算 片式摩擦離合器目前在機(jī)床中應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)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(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動(dòng)。 4.2傳動(dòng)軸直徑的估算 傳動(dòng)軸直徑估算直徑用公式 N---該傳動(dòng)軸的輸入功率 N= kw --電機(jī)額定功率 --從電動(dòng)機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積； --該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（90,300,

18、250,250,500,1000,1000,） 30mm 30mm =35mm 42mm =40mm =40mm =53mm 5.傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算 軸II的 圖3剪力圖和彎矩圖 經(jīng)過驗(yàn)算軸合格。 對(duì)軸I傾角進(jìn)行驗(yàn)算 左軸承 右軸承 傾角允許值[=0.001 6.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： 式中： 經(jīng)過驗(yàn)算合格。 7.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?yīng)進(jìn)行疲勞壽命驗(yàn)算。 滾動(dòng)軸承的疲勞壽命驗(yàn)算：

19、 經(jīng)過計(jì)算P=745.356 合格。 8.主軸組件驗(yàn)算 前軸承軸徑，后軸承軸徑 求軸承剛度 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 根據(jù)主電動(dòng)機(jī)功利為2.2，在1.5-2.2Kw范圍內(nèi)。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(zhǎng)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 此力作用于頂尖間的工件上，主軸和尾架各承受一半，故主軸端受力為F/2=1359.35 主軸孔徑初選為40 根據(jù)結(jié)構(gòu)選懸伸

20、長(zhǎng)度a=100mm 在計(jì)算時(shí)，先假定初值l/a=3 l=3 前后支承的支反力 軸承的剛度 初步計(jì)算時(shí)，可假定主軸的當(dāng)量外徑為前后軸承的軸徑的平均值。 故慣性矩為： I= 前軸承為軸承代號(hào)為NN3014 后軸承為軸承代號(hào)為7011AC和型號(hào)為51211 最佳跨距 9.設(shè)計(jì)感想 經(jīng)過一星期的努力,我終于將機(jī)床課程設(shè)計(jì)做完了.在這次作業(yè)過程中,我遇到了許多困難,一遍又一遍的計(jì)算,一次又一次的設(shè)計(jì)方案修改這都暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足.至于畫裝配圖和零件圖,由于前期計(jì)算比較充

21、分,整個(gè)過程用時(shí)不到一周,在此期間,我還得到了許多同學(xué)和老師的幫助.在此我要向他們表示最誠(chéng)摯的謝意.我的收獲還是很大的.也不僅僅對(duì)制圖有了更進(jìn)一步的掌握Auto CAD和 ,Word這些僅僅是工具軟件,熟練掌握也是必需的.對(duì)我來(lái)說(shuō),收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個(gè)過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗(yàn),沒有感性的認(rèn)識(shí),空有理論知識(shí),有些東西很可能與實(shí)際脫節(jié).總體來(lái)說(shuō),我覺得做這種類型的作業(yè)對(duì)我們的幫助還是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識(shí)都系統(tǒng)地聯(lián)系起來(lái),從中暴露出自身的不足,以待改進(jìn).有時(shí)候,一個(gè)人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會(huì)更完美! 10.參考文獻(xiàn) [1]曹金榜編. 機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 [2] 范云漲主編. 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 [3] 吳宗澤主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 高等教育出版社 [4] 陳易新編 .機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 . 機(jī)床教研室 [5] 戴曙主編. 金屬切削機(jī)床. 機(jī)械工業(yè)出版社