1、 毕业设计（论文）封面 太原科技大学 毕 业 设 计（论 文） 设计 (论文 )题目：卧式车床主轴箱设计 姓 名 ： 学院（系）： 专 业 ： 机电一体化 年 级 ： 指导教师 ： 2015 年 6 月 20 日 第 2 页 共 61 页 卧式车床主轴箱设计 摘 要 金属切削机床又称为“工作母机”或“工具机”，习惯上称为机床。机床在国民经济现代化建设中起着重大的作用。 机床技术水平的高低已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志之一。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺部”，对国民经济的发展起着重大作用。 车床借助于转动的工件对着刀具来切去金属材料。车床主要用于加工各种回转体表面，如外圆
2、柱面、内圆柱面、锥形表面、端面、切槽、切断、车螺纹、钻孔、铰孔等；在车床上采用特殊的装置，还可以进行镗削、磨削、研磨、抛光等。在一般机械制造企业中，车床占机床总数的 20% 35%。 本论文主要设计卧式车床的主轴箱。 设计摘要如下： 确定主传动的运动设计，论证并确定合理的结构网和转速图，拟订传动系统图；根据已知条件对传动件进行设计和计算，对主要传动进行验算；确定传动轴的空间位置及各个零件的装配关系。 关键词： 机床，车床，主轴箱，转速图 第 3 页 共 61 页 HORIZONTAL LATHE HEADSTOCKS DESIGN ABSTRACT The metal-cutting mach
3、ine tool is called “the machine tool” or “the machine”, in custom is called engine bed. The engine bed is playing the significant role in the national economy modernization. The engine bed technical levels height have become weighs one of national industry modernization level important symbols. The
4、machine tool industry is the machine-building industry “the logistics department”, “the total craft department”, to national economy development important function The lathe with the aid of treats the cutting tool in the rotation work piece to slice the metallic material. The lathe mainly uses in pr
5、ocessing each kind of solid of revolution surface, like the outer annulus cylinder, the internal bore cylinder, the cone-shape surface, the end surface, the grooving, the cut-off, the cutting thread, the drill hole, ream and so on; Uses the special installment in the lathe, but may also carry on, th
6、e grinding, the attrition, polishing boring and so on. In the common machine manufacture enterprise, the lathe accounts for the engine bed total 20%35%. Present paper main design horizontal lathes headstock. The design abstract is as follows: The definite master drives movement design, proves and de
7、termined that the reasonable structure network and the speed change diagram, draft the kinematic scheme; To passes on the moving parts according to the datum to carry on the design and the computation, carries on the checking calculation to the main transmission; Definite drive shafts space position
8、 and each components assembly relations. KEY WORDS: Engine bed, Lathe, Headstock, Speed change diagram 第 4 页 共 61 页 目 录 前 言 . 6 第 1 章 运动设计 .10 1.1 主轴变速范围的确定 .10 1.2 公比的确定 .10 1.3 主轴转速级数的确定 .10 1.4 结构式、结构网的确定 . 11 1.4.1 确定结构式 . 11 1.4.2 确定结构网 .12 1.5 绘制转速图 .13 1.5.1 选定电 动机 .13 1.5.2 变速组分析 .13 1.5.3 确
9、定轴数，绘制转速图 .13 1.6 各变速组齿轮传动副齿数的确定 .15 1.6.1 轴 轴变速组齿轮 .15 1.6.2 轴 轴变速组齿轮 .16 1.6.3 轴 轴变速组齿轮 .16 1.6.4 轴 轴变速组齿轮 .16 1.6.5 高速分支轴 轴变速组齿轮 .17 1.6.6 低速分支轴 轴变速组齿轮 .17 1.7 核算转速误差 .18 1.8 绘制传动系统图 .19 第 2 章 传动零件的初步计算 .21 2.1 带传动计算 .21 2.2 各轴传递功率的计算 .25 2.3 各轴计算转速的确定 .26 2.4 传动轴直径 的估算 .28 2.5 齿轮模数的初步计算 .32 2.6
10、主轴尺寸参数的确定 .35 第 5 页 共 61 页 第 3 章 零件的验算 .39 3.1 对轴 轴小齿轮的验算 .39 3.1.1 接触疲劳强度的验算 .39 3.1.2 弯曲疲劳强度的验算 .41 3.2 主轴刚度的验算 .42 3.2.1 刚度标准 .42 3.2.2 主轴上的载荷 .42 3.2.3 主轴前端挠度的验算 .44 3.2.4 主轴前轴承倾角的验算 .51 3.3 主轴前轴承疲劳强度的验算 .53 第 4 章 离合器的计算 .55 结 论 .58 谢 辞 .59 参考文献 .60 第 6 页 共 61 页 前 言 1.金属切削机床及其在国民经济中的地位 金属切削机床是用切
11、削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”或“工具机”，习惯上简称为机床。 现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量的产品，日益广泛地使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、切削加工和各种特种加工设备等。由于切削加工是将金属毛坯加工成具有一定形状、尺寸和表面质量的零件的主要加工方法，在加工精密零件时，目前主要是依靠 切削加工来达到所需的加工精度和表面质量。机床是现代化机械制造业中最重要的加工设备。所以，金属切削机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器
12、总制造工作量的 40% 60%。机床的技术性能直接影响机械产品的质量、劳动生产率及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平 1 。 机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础，而机床工业则是机械制造工业的基础。一个国家机床工业的技术水平在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。显然，金属切削机床在国民经 济现代化建设中起着重大的作用。 机床技术水平的高低已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志之一。 一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造工业为各部门提供现代化的先进技术设备与武备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化
13、的机械制造业必须要由一个现代化的机床制造业作后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺部”，对国民经济的发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。 2.机床的工艺范围 第 7 页 共 61 页 机床可实现三个主要功能： 1.牢固地支持工件或者刀架和刀具； 2.提供工件和刀具之间的相对运动； 3.提供一定范围的走刀和切削速度。 机床的工艺范围是指适应不同生产要求的能力。它大致包含这些内容：机床可以完成的工序种类；所加工零件的类型、材料和尺寸范围；机床的生产率和加工零件的单件成本；毛坯种类；适用的规模；加工精
14、度和表面粗糙度。 3.车床简介 （ 1） .车床的用途 车床借助于转动的工件对着刀具来切去金属材料。车床主要用于加工各种回转体表面，如外圆柱面、内圆柱面、锥形表面、端面、切槽、切断、车螺 纹、钻孔、铰孔等；在车床上采用特殊的装置，还可以进行镗削、磨削、研磨、抛光等。在一般机械制造企业中，车床占机床总数的 20% 35%。在车削过程中，工件随机床主轴一起旋转，刀具与工件始终接触，基本上无冲击现象，可以采用很高的切削速度，切削过程连续、平稳，生产效率高。根据零件的使用要求，车削加工等级可达到 IT11IT6，表面粗糙度 Ra 值为 12.5 0.8 m2 。 （ 2） .卧式车床的工艺范围 卧式车
15、床的工艺范围很广，它能完成多种多样的加工工序：加工各种轴类、套同类和盘 类零件上的回转表面，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成型回转面；车削端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工作。 卧式车床的万能性较大，但结构较复杂而且自动化程度低，在加工形状比较复杂的工件时，换刀较麻烦，加工过程中的辅助时间较多，所以适用于单件、小批量生产及修理车间等。 （ 3） .车床主轴箱的简介 主轴箱内部装有主轴和变速、传动机构。主轴箱的功能是支承主轴，将动力经变速、传动机构传给主轴，使主轴按规定的转速带动工件转动。主轴右端安装用来装夹工件的顶尖或卡盘等。主轴径向及轴向跳动会影响工件的旋 转平稳性，
16、是衡量车床精度的主要指标。 4.本设计的目的和要求 第 8 页 共 61 页 （ 1） .本设计的目的 本设计是在学完大学的基础技术课和专业课之后进行的一个实践性教学环节。本设计主要设计普通车床的主轴箱。其目的： 1 .培养综合运用和巩固扩大已学过的知识，以提高理论联系实践的综合分析、设计和计算能力。 2 .培养收集、阅读、分析和运用资料的能力，以提高独立工作的能力。 3 .使自己在拟定传动和变速的结构方案过程中，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。 4 .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
17、构设计和计算能力。 5 .使自己掌握机床设计的方法和步骤，以提高结构设计与编制技术文件的能力。 （ 2） .本设计的要求 有关设计图纸和设计计算说明书的具体技术要求如下： 1 . 部件装配图 部件装配图，用以表明该部件的全部机构、机构工作原理、每个零件的功用、形状、尺寸、位置、相互联接的方法、配合性质及运动关系。零件要标注零件号、参数和数量。并用罗马字标注各轴轴号。 主轴箱展开图，是将传动关系，通过各轴线转折的纵向展开而成的轴系装配图。展开图上要 标注配合件的配合尺寸和配合性质、影响轴向转配尺寸的轴向尺寸。主轴箱展开图用一张 A0 号图纸绘制。 横向剖面（或剖视）图是确定各轴的空间位置并表明操
18、纵机构、制动及润滑装置等的布置与结构的装配图。允许作阶梯剖视或局部剖面，以尽可能地表示出操纵机构。在横向剖面图上还要标注啮合齿轮的中心距，主轴轴线至基面的距离，箱体剖面轮廓尺寸等。横向剖面图有 A-A 剖面图和 B-B 剖面图，用 A0 号图纸绘制。 主轴部件图主要确定主轴上安装零件形状、大小，及各部件间的安装尺寸，公差等。主轴部件图用 A1 号图纸绘制。 第 9 页 共 61 页 2 . 零件工作图 任何 机器都是由零件组成的，机器零件又是按着它的设计图纸进行制造和检验的，所以零件工作图是机器制造的基本依据。它应正确简明地表示出零件的形状、大小、构造、精度、表面粗糙度、形位公差和技术条件等。
19、在设计中绘制了两张零件图，拨叉零件图和齿轮零件图，二者均用 A3 号图纸绘制。 3 . 设计说明书 设计说明书用以论证设计方案的正确性，是整个设计的依据。 5.本设计的内容 本设计的内容包括： 1 .运动设计 根据给定的机床用途、规格、极限转速，确定公比、求出主轴转速级数、确定结构式和结构网、绘制转速图、确定传动副的传动比及齿 轮的齿数、计算主轴实际转速与标准转速的相对误差并核算主轴实际转速与标准转速的相对误差是否在合理范围内、绘制传动系统图。 2 .动力设计 根据给定的电动机功率，进行带传动的计算，确定皮带型号及根数、计算各轴传递的功率、计算出传动件的计算转速、估算传动轴的直径、初步计算齿轮
20、的模数、确定主轴尺寸参数；验算齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度、验算主轴刚度、验算主轴前轴承疲劳寿命、计算摩擦片式离合器的尺寸和摩擦片数。 3 .结构设计 进行主传动传动轴系、变速机构、主轴组件、箱体、操纵结构、润滑与密封等的布置和结构设计。 即绘制装配图（包括主轴箱展开图、剖面图、主轴组件图）和零件工作图。 4 .编写设计说明书 第 10 页 共 61 页 第 1 章 运动设计 1.1 主轴变速范围的确定 根据设计任务书，得知 m in/2800m ax rn ， min/16min r 。 变速范围可由下式求得： minmaxnnRn （ 1-1） 由（ 1-1）式计算得变速范围为： minmaxnnRn 175 min/16min/2800 rr 1.2 公比的确定 规定标准公比 1， 并且规定相对速度损失的最大值不大于 50%，则相应 不大于 2，所以 21 。 为了简化机床设计和使用，规定了几个标准值这些是 2 或 10 的某次方根。 对于中小型通用机床，常取公比 =1.26 或 1.41。 本设计考虑到适当减小相对速度损失，选取 =1.26。 1.3 主轴转速级数的确定 确定了变速范围和公比后，可由下式求出主轴转速级数 z： 1lglg nRz（ 1-2） 式中： nR 变速范围； 传动系统的公比。 由（ 1-2）式计算得主轴转速级数为：
