铣床主轴箱设计

中北大学课程设计说明书1目录1.题目要求及参数确定-------------------------------------------21.1设计要求--------------------------------------------------------------------21.2运动参数确定-------------------------------------------------------------21.3动力参数的确定------------------------------------------------------------22.运动设计------------------------------------------------------22.1传动组的传动副数的确定--------------------------------------22.2结构网和结构式各种方案的选择-------------------------------32.3拟定转速图----------------------------------------------------42.4齿轮齿数确定--------------------------------------------------52.5传动系统图----------------------------------------------------53.传动零件的初步计算---------------------------------------------63.1传动轴直径初定------------------------------------------------63.2齿轮模数的初步计算-------------------------------------------74.主要零件的验算-------------------------------------------------84.1三角胶带传动的计算和选定------------------------------------84.2圆柱齿轮的强度计算------------------------------------------104.3传动轴的验算、强度验算、弯曲刚度验算---------------------144.4滚动轴承的验算----------------------------------------------165.总结-----------------------------------------------------------------------------176.参考文献-------------------------------------------------------18中北大学课程设计说明书21.题目要求及参数确定1.1设计要求1）机床的类型、用途及主要参数铣床，工作时间：二班制，电动机功率：1.5NKW，主轴最高、最低转速如下：max1250nrpm，min100nrpm变速级数：z=12。2）工件材料：45号钢刀具材料：YT153）设计部件名称：主轴箱1.2运动参数确定回转主运动的机床，主运动的参数是主轴转速。①最低转速minV和最高转速maxV：minV=100rpmmaxV=1250rpm②分级变速时的主轴转速数列：机床的分级变速机构共有Z级。Z=12，min1VVmax12VV。任意两级转速之间的关系应为：jjVV1据minmaxVVRn=φ11，得：φ=1.26。查表得：各轴转速：100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250。1.3动力参数的确定由任务书设定电动机功率：N=1.5KW。查表得应该选择Y系列三相异步电动机电动机的型号为Y90L-4，转速为n=1400rpm。2.运动设计2.1传动组的传动副数的确定传动组和传动副数可能的方案有：12=4*312=3*412=3*2*212=2*3*212=2*2*3在上列各方案中，前两个有时可以省掉一根轴。缺点是有一个传动组内有四个传中北大学课程设计说明书3动副。如果用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。所以一般少用。后三个方案中可根据下述原则比较：从电动机到主轴，一般为降速传动。接近电动机处的零件，转速较高，从而转矩较小，尺寸也就较小。如使传动副较多的传动组放在接近电动机处，则可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可以少些，就省材料了。这就是“前多后少”的原则。从这个角度考虑，以取12=3*2*2的方案为好。2.2结构网和结构式各种方案的选择在12=3*2*2中，又因基本组和扩大组排列顺序的不同而有不同的方案。可能的六种方案，其结构网和结构式见图1。在这些方案中，可根据下列原则选择最佳方案。图1结构网中北大学课程设计说明书4⑴传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围主传动链任一传动的最大变速范围一般为：minmaxmaxuUR≤8～16。在检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组。因为其它传动组的变速范围都比它小max1RRnpnxn。在图１中，方案a,b,c,e是可行的。方案d,f是不可行的。⑵基本组和扩大组的排列顺序在可靠的四种结构网方案a,b,c,e中，还要进行比较以选择最佳方案。原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。因为如果各方案同号传动轴的最高转速相同，则变速范围小的，最低转速较高，转矩较小，传动件的尺寸也就可以小些。方案a的中间传动轴变速范围最小，帮方案a最佳。即如果没有别的要求，则应尽量使扩大顺序与传动顺序一致。2.3拟定转速图电动机和主轴的转速是已定的，当选定了结构网或结构式后，就可分配和传动级的传动比并确定中间轴的转速。再加上定比传动，就可画出转速图。中间轴的转速如果能高一些，传动件的尺寸也就可以小一些。但是，中间轴如果转速过高，将会引起过大的振动、发热和噪声。通常，希望齿轮的线速度不超过12～15m/s。对于中型车、钻、铣等机床，中间轴的最高转速不宜超过电动机的转速。对于小型机床和精密机床，由于功率较小，传动件不会过大。这时振动、发热和噪声是应该考虑的问题。因些更应该注意中间轴的转速，不使过高。中北大学课程设计说明书5本机床所选定的结构式共有三个传动组，变速机构共需4轴。加上电动机轴共5个轴。故转速图共需5个竖线，主轴共12级转速，电动机轴转速与主轴最高转速相近，帮需12条横线。现拟定转速图如：图22.4齿轮齿数的确定因传动比i采用标准公比的整数次方，齿数和Sz以及小齿轮齿数可以从表8-1中查得。①在传动组a中，ia1=1,ia2=1/1.26,ia3=1/1.59。则，查I为1，1.26，1.59的三行。有数字的即为可能方案。取Sz为68，则从表中查出小齿轮齿数为34、30、27。即ia1=34/34,ia2=30/38,ia3=27/41。②在传动组b中，ib1=1,ib2=1/2则查I为1，2的两行。有数字的即为可能方案。取Sz为72，则从表中查出小齿轮齿数为36、图2转速图中北大学课程设计说明书624。即ib1=36/36,ib2=24/48。③在传动组c中，ic1=1.59/1,ic2=1/2.5则查I为4这一行。取Sz为78，则从表中查出小齿轮齿数为31、22。即ic1=47/31,ic2=22/56。2.5传动系统图的确定3.传动零件的初步计算3.1传动轴直径的初定根据传动轴传递功率的大小,用简化的扭转刚度公式计算:d≥4][91njN(NdN)式中d-传动轴受扭部分直径(mm)N-该轴传递的功率(kw)Nd-电动机的功率(kw)图3传动系统图中北大学课程设计说明书7η-电动机到该传动轴的传动效率jn-被估算的传动轴的计算转速(r/min)[Φ]-该传动轴每米长度允许扭转角(deg/m)一般传动轴取[Φ]=0.5～1本设计取0.8则轴d≥3dzNA取d4=32取d3=22取d2=18取d1=163.2齿轮模数的初步计算初步计算齿轮模数时,按简化的接触疲劳强度公式进行.一般同一变速组中的齿轮取同一模数,选择负荷最重的小齿轮进行计算.则mmnzNmjimdj3221116300式中mj-按接触疲劳强度估算的齿轮模数（mm）;Nd-驱动电动机功率（mm）;Nj-被估算齿轮的计算转速(r/min)；中北大学课程设计说明书8u-大齿轮与小齿轮齿数之比,u＞1,外啮合为+,内啮合为-;1Z-齿轮齿数;m-齿宽系数,mBm=6～10,B为齿宽,m为模数，本设计中m取8；[σ]-许用接触应力(aMP),查表3-9，取45钢，整淬，σ=1100。则C传动组取cm=3。则B传动组取bm=3。则A传动组取am=3。4.主要零件的验算4.1三角胶带传动的计算和选定①确定计算功率Pca由表8-6[5]查得工作情况系数KA=1.2,故:5.12.1pKaPcaKw=1.8Kw②选取V带型号根据caP、n1由图8-8[5]确定选用A型普通V带。③确定带轮基准直径由表8-3[5]和表8-7[5]取主动基准直径mmdd1001。根据式（8-15），从动轮基准直径mmidddd288100500144012中北大学课程设计说明书9根据表8-7[5]，取2dd=169mm。按式（8-20）验算带的速度smsmndVd/15/10006011带的速度合适。④确定A带的基准长度和传动中心距根据217.0dddd＜0a＜212dddd,初步确定中心距mma5000。根据式（8-20）计算带所需的基准长度mmaddddaLddddd1411422'0221210由表8-2选带的基准长度mmLd1400。按式（8-21）计算实际中心距ammLLaadd5.4942'0⑤验算主动轮上的包角α1由式（8-6）得：901735.575.3911002801805.57180121addadd主动轮上的包角合适。⑥计算A带的根数z计算单根V带的额定功率rP中北大学课程设计说明书10由dd1=100mm和n1=2880r/min，查表8-4a得0P=2.05kw。根据n1=2880r/min,i=1.69和A型带，查表8－4b得KWP3.00查表8－5得aK＝0.98，表8－2得LK＝0.96，于是rP＝LaKKPP00＝2.21rPPzca=1.63取2⑦计算预紧力F0由式(8-23)知2015.2500qvKvzPFaca查表8-4得q=0.1kg/m，故：NF1340计算作用在轴上的压轴力pF由式（8-4）得NazFFp5352173sin134222sin2104.2圆柱齿轮的强度计算在验算算速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大，齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮5，齿轮9，齿轮13这三个齿轮齿轮13的齿数为22，模数为3，齿轮的接触应力的验算公式为：][)(11020883213jjsjMPuBnNKKKKuZm中北大学课程设计说明书11弯曲应力的验算公式为：][)(1020823215wjswMPBYnZmNKKKK式中：N——齿轮传递的功率（KW），(dNN)dN——电动机的额定功率（KW）；η——从电动机到所计算齿轮的机械效率；jn——齿轮的计算转速（r/min）;m——初算的齿轮模数；B——齿宽（mm）;Z——小齿轮齿数；u——大齿轮与小齿轮齿数之比，u≥1，“+”号用于外啮合，“-”号用于内啮合；sK——寿命系数；qNnTsKKKKKKT——工作期限系数：KT=m60n1T/C0T——齿轮在机床工