12級機床主軸箱課程設計

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1、目錄 1. 前言 1 2．設計目的： 1 3．設計內(nèi)容和要求： 1 3．1．運動設計 1 3．2．動力計算： 2 3．3．結構設計 2 3．4．編寫設計說明書 2 4．設計過程： 2 4．1機床主傳動系統(tǒng)運動設計： 2 4．1．1確定極限轉速 2 4．1．2確定公比 3 4．1．3確定結構網(wǎng)或結構式： 3 4．1．4繪制轉速圖: 4 4．1．5確定各變速組此輪傳動副齒數(shù): 5 4．1．6核算主軸轉速誤差 5 4．1．7傳動系統(tǒng)圖 6 5．主要零件的計算： 6 5．1三角膠帶傳動的計算和選定： 6 5．1．1確定計算功率： 6 5．1．2選擇三角膠帶的型號

2、： 6 5．1．3確定帶輪的直徑、： 7 5．1．4計算膠帶速度： 7 5．1．5計算膠帶的長度： 7 5．1．6 計算實際中心矩A: 7 5．1．7定小帶輪的包角： 7 5．1．8確定三角膠帶的根數(shù)： 8 5．1．9預緊力 8 5．1．10計算帶傳動作用在軸上力 8 5．2傳動件的選擇和計算： 8 5．2． 1傳動軸的計算： 8 5．2．2主軸軸頸的確定： 9 5．2．3主軸軸承設計 9 5．2．4齒輪模數(shù)的計算： 10 6．主軸零件的驗算 12 6．1齒輪的驗算： 12 6．2軸的驗算： 13 6．2．1花鍵軸側擠壓應力的驗算 13 7．潤滑與密封 14

3、 1.前言 金屬切削機床是人類在改造自然的長期實踐生產(chǎn)中，不斷改進生產(chǎn)工具的基礎上產(chǎn)生和發(fā)展起來的。最原始的機床是依靠雙手的往復運動，在工件上鉆孔。最初的加工對象是木料。為加工回轉體，出現(xiàn)了依靠人力使工件往復回轉的原始車床。在原始加工階段，人既是提供機床的動力，又是操縱者。 近些年來，隨著電子技術、計算機技術、信息技術以及激光技術等的發(fā)展并應用于機床領域，使機床的發(fā)展進入了一個新時代。人不僅不需要提供動力，連操縱都交給及其了。人只需要規(guī)定電腦 的工作程序，由電腦去操作機床。緊張、重復性的操作都可由電腦完成，而且不會出錯。自動化、精密化、高效化和多樣化成為這時代機床發(fā)展的特征，用

4、以滿足社會多種多樣越來越高的要求，推動社會生產(chǎn)力的發(fā)展。 機床課程設計是在完成《金屬切削機床》及其相關的課程之后進行的實習性教學環(huán)節(jié)。通過機床主軸傳動系統(tǒng)的機械變速機構的設計，使學生在擬定傳動機構、裝配結構和制造結構的各種發(fā)案以及在機械設計制圖、零件計算和編寫技術等方面得到綜合訓練，以培養(yǎng)學生具有初步的結構分析與結構設計計算能力。 2．設計目的： 通過本課程設計的訓練，使學生初步掌握機床的運動設計（包括主軸箱、變速箱傳動鏈），動力計算（包括確定電機型號，主軸、傳動軸、齒輪的計算轉速），以及關鍵零部件的強度校核，獲得工程師必備設計能力的初步訓練，從而提高分析問題、解決問題盡快適應工程實踐的

5、能力。 3．設計內(nèi)容和要求： 3．1．運動設計： 根據(jù)所給定的轉速范圍及變速級數(shù)，擬定機床主運動傳動結構方案(包括傳動結構式、轉速分布圖)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)，主軸實際轉速及與標準轉速的相對誤差。 3．2．動力計算： 選擇電動機型號及轉速，確定傳動件的計算轉速、對主要零件（如皮帶、齒輪、主軸、軸承等）進行計算（初算和驗算）。 3．3．結構設計 進行主傳動系統(tǒng)的軸系、變速機構、主軸組件等的布置和設計并繪制展開圖、剖面圖、主要零件工作圖。 3．4．編寫設計說明書 1）機床的類型、用途及主要參數(shù) 主軸轉速范圍 =1400，=31.5 變速級數(shù)：z=

6、12，電動機功率：。 2）工件材料：45號鋼 刀具材料：YT15 3）設計部件名稱：車床主軸箱 4．設計過程： 4．1機床主傳動系統(tǒng)運動設計： 4．1．1確定極限轉速 =1400，=31.5 ==44.44 4．1．2確定公比 =1.41 4．1．3確定結構網(wǎng)或結構式： ①傳動組和傳動副數(shù)的確定： 傳動組和傳動副數(shù)可能的方案有： 在上列的兩行方案中，第一行方案有時可以省掉一根軸。缺點是有一個傳動組內(nèi)有四個傳動副。如果用一個四聯(lián)滑移齒輪，會增加軸向尺寸；如果用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機構必須互鎖以防止兩個滑

7、移齒輪同時嚙合。所以一般少用。 第二行的三個方案可根據(jù)下述原則比較：從電動機到主軸，一般為降速傳動。接近電動機處的零件，轉速較高，從而轉矩較小，尺寸也就較小。如使傳動副較多的傳動組放在接近電動機處，則可使小尺寸的零件多些，小尺寸的零件少些，就省材料了。這就是“前多后少“原則。從這個角度考慮原則方案為好。 ②結構網(wǎng)或結構式的各種方案的選擇： 在中，又因基本組和擴大組的不同而不同的方案?？赡艿牧N方案： a: b: c: d: e: f: 主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍一般為 = a.b.c.e符合要求。 再根據(jù)原則“選擇中間傳動軸變速范圍最小的方案。因

8、為各方案同號傳動軸的最高轉速相同，則變速范圍小的，最低速較高，轉矩較小，傳動件的尺寸也就可以小些。故方案a較佳。 ③擬定轉速圖： 先決定軸III的轉速： 傳動組c： 這樣就確定了軸III的六種轉速只有一種可能，即為125、180、250、355、500、710。 隨后決定軸II的轉速。傳動組b的級比指數(shù)是3，在傳動比極限值得范圍內(nèi)，軸II的轉速最高可為500、710、1000，最低可為180、250、355，可取 ，軸II的轉速確定為：355、500、710。 同理軸I的轉速可?。? ，軸I的轉速確定為710 4．1．4繪制轉速圖: ①確

9、定電動機的轉速： 由給定的電動機功率，參照表12-1[6]，選取電動機的轉速為1430，其型號為：Y100L1---4。 ②繪制轉速圖： 選定的結構共有三個傳動組，變速機構共需4軸，加上電動機5軸，轉速圖需5條豎線，主軸12轉速，需12條橫線。 圖1 12級傳動系統(tǒng)的轉速圖 4．1．5確定各變速組此輪傳動副齒數(shù): =、、、60、63、66、69、72、75、、、 =、、、60、63、65、67、68、70、72、73、75、、、 =、、、60、62、64、66、68、70、72、74、、、 取=72，查出齒輪的齒數(shù)分別為

10、：36、30、24即36/36，30/42，24/48， 同理：42/42，22/62， 60/30, 18/72 4．1．6核算主軸轉速誤差 經(jīng)計算，主軸工作在最高轉速時，實際傳動比與理論傳動比之間的差距最大，轉速誤差為：（0.993-0.979）/0.979=0.0143=1.43%，而10（1.41-1）%=4.1%，得1.43%<4.1%，則主軸轉速誤差較小。 4．1．7傳動系統(tǒng)圖 圖2 12級傳動系統(tǒng)圖 5．主要零件的計算： 5．1三角膠帶傳動的計算和選定： 5．1．1確定計算功率：

11、 =1.23=3.6 ——主動帶輪傳動的功率[] ——工作情況系數(shù)，查表 5．1．2選擇三角膠帶的型號： 初步由圖決定選用型 5．1．3確定帶輪的直徑、： 小輪直徑應滿足：，為三角膠帶帶輪的最小計算直徑，盡量選用較大的直徑，以減小膠帶的彎曲應力，從而提高膠帶的使用壽命。根據(jù)表8-4[5]查得=63[],取80。，計算取=160。 5．1．4計算膠帶速度： =6 5．1．5計算膠帶的長度： 初定中心距A0,取0.7（D1+D2）

12、 5．1．6 計算實際中心矩A: =309.22 5．1．7定小帶輪的包角： 經(jīng)計算 =,符合設計要求。 5．1．8確定三角膠帶的根數(shù)： ,根數(shù)取整，取z=2； 5．1．9預緊力 ﹒ = 5．1．10計算帶傳動作用在軸上力 = 5．2傳動件的選擇和計算： 5．2． 1傳動軸的計算： 式中，d——傳動軸受扭部分的直徑 N——該軸傳遞的功率（kw） ——電動機的功率

13、——電動機到該傳動軸的傳動功率—見表 主軸為空心軸： 式中：---最大加工直徑 5．2．2主軸軸頸的確定： 主軸前軸頸=60~80 主軸后軸頸 5．2．3主軸軸承設計 1）軸承類型的選擇 主軸前軸承有兩種常用的類型： 雙列短圓柱滾子軸承。承載能力大，可同時承受徑向力和軸向力，結構比較簡單，但允許的極限轉速低一些。 與雙列短圓柱滾子軸承配套使用承受軸向力的軸承有三種： 600角雙向推力向心球軸承。是一種新型軸承，在近年生產(chǎn)的機床上廣泛采用。具有承載能力大，允許極限轉速高的特點。外徑比同規(guī)格的雙列圓柱滾子軸承小一些。在使用中，這種軸承

14、不承受徑向力。 推力球軸承。承受軸向力的能力最高，但允許的極限轉速低，容易發(fā)熱。 向心推力球軸承。允許的極限轉速高，但承載能力低，主要用于高速輕載的機床。 2）軸承的配置 大多數(shù)機床主軸采用兩個支撐，結構簡單，制造方便，但為了提高主軸剛度也有用三個支撐的了。三支撐結構要求箱體上三支撐孔具有良好的同心度，否則溫升和空載功率增大，效果不一定好。三孔同心在工藝上難度較大，可以用兩個支撐的主要支撐，第三個為輔助支撐。輔助支撐軸承（中間支撐或后支撐）保持比較大的游隙（約0.03～0.07），只有在載荷比較大、軸產(chǎn)生彎曲變形時，輔助支撐軸承才起作用。 軸承配置時，除選擇軸承的類型不同外，推力軸承

15、的布置是主要差別。推力軸承布置在前軸承、后軸承還是分別布置在前、后軸承，影響著溫升后軸的伸長方向以及結構的負責程度，應根據(jù)機床的實際要求確定。 在配置軸承時，應注意以下幾點： ① 每個支撐點都要能承受徑向力。 ② 兩個方向的軸向力應分別有相應的軸承承受。 ③ 徑向力和兩個方向的軸向力都應傳遞到箱體上，即負荷都由機床支撐件承受。 3）軸承的精度和配合 主軸軸承精度要求比一般傳動軸高。前軸承的誤差對主軸前端的影響最大，所以前軸承的精度一般比后軸承選擇高一級。 普通精度級機床的主軸，前軸承的選或級，后軸承選或級。選擇軸承的精度時，既要考慮機床精度要求，也要考慮經(jīng)濟性。 軸承與軸和軸承

16、與箱體孔之間，一般都采用過渡配合。另外軸承的內(nèi)外環(huán)都是薄壁件，軸和孔德形狀誤差都會反映到軸承滾道上去。如果配合精度選的太低，會降低軸承的回轉精度，所以軸和孔的精度應與軸承精度相匹配。 4） 軸承間隙的調整 為了提高主軸的回轉精度和剛度，主軸軸承的間隙應能調整。把軸承調到合適的負間隙，形成一定的預負載，回轉精度和剛度都能提高，壽命、噪聲和抗震性也有改善。預負載使軸承內(nèi)產(chǎn)生接觸變形，過大的預負載對提高剛度沒有明顯的小果，而磨損發(fā)熱量和噪聲都會增大，軸承壽命將因此而降低。 軸承間隙的調整量，應該能方便而且能準確地控制，但調整機構的結構不能太復雜。雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對外圈可以移動，當內(nèi)圈向

17、大端軸向移動時，由于1：12的內(nèi)錐孔，內(nèi)圈將脹大消除間隙。 其他軸承調整也有與主軸軸承相似的問題。特別要注意：調整落幕的端面與螺紋中心線的垂直度，隔套兩個端面的平行度都由較高要求，否則，調整時可能將軸承壓偏而破壞精度。隔套越長，誤差的影響越小。 螺 母端面對螺紋中心線垂直度、軸上和孔上套簡兩端平行度等均有嚴格的精度要求。 5．2．4齒輪模數(shù)的計算： ——按接觸疲勞強度估算的齒輪模數(shù)（mm） ——驅動電動機功率（kw） ——被估算齒輪的計算轉速() ——大處輪與小齒輪齒數(shù)之比，>1,外嚙合為+,內(nèi)嚙合為-號, ——齒輪齒數(shù) ——齒寬系數(shù)，

18、 ——許用接觸應力（），查表 ①求計算轉速： a:主軸 車床主軸的計算轉速是第一個三分之一轉速范圍內(nèi)的最高一級轉速為90r/min b:各傳動軸 軸III可從主軸90r/min按72/18的傳動副找上去為355r/min，但由于軸III 的最低轉速125r/min經(jīng)傳動組c可使主軸得到31.5r/min和250 r/min兩種轉速。250 r/min要傳遞全部功率，所以軸III得計算轉速應為125r/min，軸II的計算轉速可按傳動組b推上去，得355r/min. c:各齒輪 傳動組c中，22/56只需計算z=18的齒輪，計算轉速為355r/min;60/30只需計算z=30

19、,計算轉速為250r/min,選擇較大的模數(shù)作為傳動組c齒輪的模數(shù)。 計算得z=18時,模數(shù)較大，=3.2mm,取=2.5mm 傳動組b中，z=22，=355r/min,=2.84,取=3mm 傳動組a中，z=24，=710r/min, =2.23,取=2.5mm, 表1 齒輪參數(shù) 齒數(shù) 分度圓 直徑 齒寬 模數(shù) 齒頂圓 直徑 齒根圓 直徑 36 90 20 2.5 95 83.75 24 60 20 2.5 65 53.75 30 75 20 2.5 80 68.75 48 120 20 2.5

20、 125 113.75 42 105 20 2.5 110 98.75 42 126 24 3 132 118.5 22 66 24 3 126 58.5 62 186 24 3 192 178.5 60 240 32 4 248 230 18 72 32 4 80 62 30 120 32 4 128 110 72 288 32 4 296 278 6．主軸零件的驗算 6．1齒輪的驗算： 在驗算變速箱的齒輪強度時，選相同模數(shù)中承受載荷最大的、齒數(shù)最小的齒輪進行

21、接觸和彎曲疲勞強度驗算。一般對高速傳動齒輪主要驗算接觸疲勞強度，對低速傳動齒輪主要驗算彎曲疲勞強度。經(jīng)分析本設計中=22齒輪承受載荷最大，且轉速低，進行彎曲應力驗算。 經(jīng)查表和得： =125 6．2軸的驗算： 6．2．1花鍵軸側擠壓應力的驗算 ，，，,, 6．2．2主軸組件的剛度驗算 1）變形量的允許值 ①驗算軸端撓度 普通： 經(jīng)驗： ②前軸承處的傾角 ③傳動件（齒輪）處傾角 齒向交

22、角 2）切削力 ，， ， 7．潤滑與密封 主軸轉速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨的油管將油引到軸承處。主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種： 1）堵——加密封裝置防止油外流。 主軸轉速高，多采用非接觸式的密封裝置，形式很多，一種軸與軸承蓋之間留0.1～0.3的間隙（間隙越小，密封效果越好，但工藝困難）。還有一種是在軸承蓋的孔內(nèi)開一個或幾個并列的溝槽（圓弧形或形），效果比上一種好些。在軸上增開了溝槽（矩形或鋸齒形），效果又比前兩種好。 在有大量切屑、灰塵和冷卻液的環(huán)境中工作時，可采用曲路密封，

23、曲路可做成軸向或徑向。徑向式的軸承蓋要做成剖分式，較為復雜。 2）疏導——在適當?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱? 小結 通過本次金屬切削機床課程設計我學到了：在設計過程當中,我通過查閱有關資料和運用所學的專業(yè)或有關知識，比如零件圖設計、金屬切削機床、以及所學軟件AUTOCAD、PRO/E的運用，設計了零件的工藝、編制了零件的加工程序等。我利用此次課程設計的機會對以往所有所學知識加以梳理檢驗，同時又可以在設計當中查找自己所學的不足從而加以彌補。使我對專業(yè)知識得到進一步的了解和系統(tǒng)掌握。而且： （1） 通過本次設計活動將理論與實踐結合起來，鞏固和加

24、深所學的理論知識； （2） 在整個設計過程中的各個環(huán)節(jié)可以更好的培養(yǎng)我們的創(chuàng)新思維能力、觀察分析力、工程實踐能力及綜合能力。 （3） 加強了對自己專業(yè)的深刻認識，對金屬切削機床有了新的認識。 通過課程設計來檢查和考驗我們在這幾年中的所學，同時對于我們自身來說，這次課程設計很貼切地把一些實踐性的東西引入我們的設計中和平時所學的理論知識相關聯(lián)。為我們無論是在將來的工作或者是繼續(xù)學習的過程中打下一個堅實的基礎。 致謝 通過這次實踐機會，我熟悉了機床主軸箱的結構及其功能，將理論知識運用到實踐中，并且學會利用圖書資料及網(wǎng)絡材料

25、查詢自己需要的知識，總體上提高了設計能力。。本次設計是在馬老師的悉心指導下完成的。她學識淵博、工作務實、積極進取的勇氣和魄力、以及對學生從嚴要求的治學態(tài)度都深深感染了我，值得我終身學習。她無私的奉獻精神是我畢生學習和追求的目標。在今后的學習和生活之中，老師的教誨必將激勵我不斷奮發(fā)向上。 同時也要感謝與我相關的課題組的同學，他們在設計中給了我很大的幫助，和他們的討論時常使我豁然開朗，他們給了我很多很好的設計建議，使我的設計加快了進程。 在此向所有給予我?guī)椭椭С值睦蠋熀屯瑢W表示深深的謝意！ 參考文獻 [1] 戴曙.金屬切削機床.機械工業(yè)出版社.2007 [2] 陳易新. 機床課程設計指導書. 哈爾濱工業(yè)大學，1981 [3] 曹桄、高學滿主編.金屬切削機床掛圖.上海交通大學出版社，1984 [4] 任殿閣、張佩勤主編.機床設計指導.遼寧科學技術出版社，1991 [5] 濮良貴﹑紀名剛.機械設計.高等教育出版社，2001 [6] 吳宗澤﹑羅圣過.機械設計課程設計手冊，2006