中北大学--车床主轴箱设计说明书

中北大学金属切削机床课程设计说明书第1页共22页1.概述1.1金属切削机床课程设计的目的机床课程设计，是在金属切削机床课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，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，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。1.2机床课程设计的要求机床的类型、用途及主要参数车床，工作时间：二班制，电动机功率：5.5NKW，主轴最高、最低转速如下：rpmn1400max，rpmn5.31min，变速级数：z=12。工件材料：45号钢刀具材料：YT15设计部件名称：主轴箱1.3车床的规格系列和用处普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通车床主轴变速箱。1.4操作性能要求1)具有皮带轮卸荷装置2)主轴的变速由变速手柄，和滑移齿轮完成2.参数的拟定2.1确定极限转速根据公式maxminlg1lgnnZ主轴转速max1400nrpmmin31.5nrpm中北大学金属切削机床课程设计说明书第2页共22页转速调整范围(1)1maxminnnXPZnnRn11140031.5=1.4144.4nR2.2确定公比=1.41则可得到31.5，45，63，90，125，180，250，355，500，710，1000，1400（共12级）2.3选择电机合理的确定电机功率N，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。已知电动机的额定功率是5.5KW，根据《车床设计手册》附录表2选Y132S-4，额定功率5.5kw，满载转速1440minr，最大额定转距2.2。3.传动设计3.1主传动方案拟定拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。传动方案有多种，传动型式更是众多，比如：传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中传动型式的主轴变速箱。3.2传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。3.2.1确定传动组及各传动组中传动副的数目中北大学金属切削机床课程设计说明书第3页共22页级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有Z、Z、……个传动副。传动副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z应为2和3的因子：baZ，可以有三种方案：12=3×2×2；12=2×3×2；12=2×2×3；3.2.2传动式的拟定12级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能以及一个“前多后少”的原则。故离电动机近的传动组的传动副个数最好高于后面的传动组的传动副数。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好。最后一个传动组的传动副常选用2。综上所述，传动式为12=3×2×2。3.2.3结构式、结构网的拟定对于12=3×2×2传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为：136123222161232226112322163123224121232242112322根据(1)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围（2）基本组扩大组的排列顺序，初选13612322的方案。第2扩大组26X,22P,则662max1.418.00RR（2-1）是可行的。从而确定结构网如下：中北大学金属切削机床课程设计说明书第4页共22页3.3转速图的拟定III轴:114ci221ci这样就确定了Ⅲ轴的六种转速，即710、500、355、250、180，、125r/min。Ⅱ轴的转速传动组b的级比指数为3112.8bi211bi这样就确定了Ⅱ轴的三种转速，即710、500、355r/min。I轴:111ai211.41ai312ai这样就确定了I轴的转速，即710r/min。绘制转速图如下：3.4传动系统图的绘制3.4.1齿轮齿数的确定当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和zS及小齿轮的齿数可以从《金属切削机床》表8－1中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于18～20。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。中北大学金属切削机床课程设计说明书第5页共22页第一组齿轮：传动比：1011u，11111.41u,22112u查表，齿数和zS取72Z=36，2Z=36，3Z=30，4Z=42，5Z=24，6Z=48；第二组齿轮：传动比：1011u,8.2113u齿数和zS取84：7Z=42，8Z=42，9Z=22，10Z=62；第三组齿轮：传动比：2121u,41142u齿数和zS取90：11Z=60，12Z=30，13Z=18，14Z=72，3.4.2绘制传动系统图根据各轴齿轮齿数及其它已知条件得如下系统图：中北大学金属切削机床课程设计说明书第6页共22页4.传动件的估算4.1三角带传动的计算三角带传动中，轴间距A可以加大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。（1）选择三角胶带的型号根据公式caaPKP式中P---电动机额定功率，aK--工作情况系数。小带轮的转速：11440nrpm查《机械设计》图8-8，因此选择选用A型三角胶带。（2）确定计算功率jNjNKN[KW]N——主动带轮传动的功率N=5.5KWK——工作情况系数工作时间为两班K=1.2故1.25.56.6jN（3）确定带轮直径12,DD小轮直径D应满足条件:1minDD(mm)取得1D=125mm大轮直径1222nDDn2n为大轮的转速2n=710rpm21440125250710Dmm（4）计算v带速度113.1412514409.426000060000Dnm/s中北大学金属切削机床课程设计说明书第7页共22页（5）初定中心距0A两带轮中心距应在012(0.62)()ADDmm故0500Amm（6）计算v带的长度0L22100120()2()24DDLADDA23.1412525003751596.8624375mm查表8-2，选标准计算长度L及作为标记的三角v带的内周长度WLNL=1600（7）计算v带的弯曲次数111000[]40[]mSSL带轮的个数m=2100029.4212.47401600次/S符合要求（8）计算实际中心距A22218()8aaDDA(mm)122()216003.14(125250)2022.5aLDD222022.52022.58125501.68A为了张紧和装拆胶带的需要，中心距的最小调整范围为：0.02(0.01)LhLA（9）定小带轮的包角01a0211180180120DDaA中北大学金属切削机床课程设计说明书第8页共22页011801800.249165.61203.14a（10）确定三角胶带的根数Z00100()jaaLNPZNCPPKKaK（包角系数）查《机械设计》表8-8aK=0.99LK（长度系数）查表8-2LK=1.010P（单根V带基本额定功率）8-5a小带轮节圆直径1400P=6.60P(8-5b)传动比i=2P=0.17caP（计算功率）caAPKPAK（工作情况系数）AK=1.2可得1.25.56.6caP6.63.69(1.930.17)0.990.86Z故Z=4根（11）作用在支撑轴上的径向力为Q102sin2QSZ0S（胶带初拉力）0S=200故Q=4.2传动轴的估算491[]jNdmmn其中：N-该轴传递的功率jn-该传动轴的计算转速。[]-该传动轴每米长度允许的扭转角。本设计主轴取为1.5，其它轴取为1计算转速jn是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。168.122004sin1592.62中北大学金属切削机床课程设计说明书第9页共22页415.50.969126.77101dmmmm取30mm425.50.960.989131.63551dmmmm,取32mm435.50.960.980.989140.841251dmmmm取40mm445.50.960.980.980.989151.831.51.5dmmmm取50mm此轴径为平均轴径，设计时可相应调整。4.3齿轮的计算4.3.1齿轮模数的计算(1)Ⅰ-Ⅱ齿轮弯曲疲劳的计算：kwNNd17.598.096.05.5115.23554817.5323233mmZnNmjw（jn为大齿轮的计算转速，可根据转速图确定）齿面点蚀的计算：4.9035517.537037033mmnNAj取A=90，由中心距A及齿数计算出模数：5.272902221ZZAmj根据计算选取两个中的较大值，选取相近的标准模数。所以取m＝3(2)Ⅱ-Ⅲ齿轮弯曲疲劳的计算：2N5.50.960.980.98kw5.07kw335.0732322.7862125jNmmmzn中北大学金属切削机床课程设计说明书第10页共22页齿面点蚀的计算：335.07370370127.13125NAmmn取A=127，由中心距A及齿数计算出模数：3841272221ZZAmj根据计算选取相近的标准模数，所以取3m(3)Ⅲ-Ⅳ齿轮弯曲疲劳的计算：3N5.50.960.980.980.98kw4.97kw16.45.317297.4323233mmznNmjw齿面点蚀的计算：93.1995.3197.437037033mmnNA取A=200由中心距A及齿数计算出模数：44.4902002221ZZAmj根据计算选取两个中的较大值，选取相近的标准模数。所以取5m。4.3.2齿宽确定由公式5~10,mmBmm为模数得：第一套啮合齿轮5~10318~30IBmm第二套啮合齿轮5~10318~30IIBmm第三套啮合齿轮5~10525~50IIIBmm一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，应使小齿轮齿宽比相齿合的另一齿轮宽一些。所以1225,30BmmBmm，330Bmm，425Bmm，567891030,25,25,30,30,25BmmBmmBmmBmmBmmBmm，中北大学金属切削机床课程设计说明书第11页共22页1112131425,30,30,25BmmBmmBmmBmm4