1、普通车床主轴箱设计第 1 页 共 29 页课程设计课程名称： 金属切削机床 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 年 级： 任课教师： 2011 年 1 月 15 日贵州大学机械工程学院普通车床主轴箱设计第 2 页 共 29 页目录目录 .2一、绪论 .4二、设计计算 .51 机床课程设计的目的 .52 机床主参数和基本参数 .53 操作性能要求 .5三、主动参数的拟定 .61 确定传动公比 .62 主电动机的选择 .6四、变速结构的设计 .61 主变速方案拟定 .62 变速结构式、结构网的选择 .71. 确定变速组及各变速组中变速副的数目 .72. 变
2、速式的拟定 .73. 结构式的拟定 .74. 结构网的拟定 .85. 结构式的拟定 .86. 结构式的拟定 .97. 确定各变速组变速副齿数 .108. 绘制变速系统图 .11五、结构设计 .121.结构设计的内容、技术要求和方案 .122.展开图及其布置 .123.I 轴（输入轴）的设计 .124.传动轴的设计 .135.主轴组件设计 .141. 内孔直径 d.142. 轴径直径 .153. 前锥孔直径 .154. 主轴悬伸量 a 和跨距 .155. 主轴轴承 .156. 主轴和齿轮的联接 .167. 润滑和密封 .168. 其它问题 .16六、传动件的设计 .171 带轮的设计 .172
3、传动轴直径的估算 .20普通车床主轴箱设计第 3 页 共 29 页1 确定各轴计算转速 .202 传动轴直径的估算 .213 各变速组齿轮模数的确定 .224 片式摩擦离合器的选择和计算 .25七、本文工作总结 .27参考文献 .28致 谢 .29普通车床主轴箱设计第 4 页 共 29 页一、绪论机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归
4、纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应
5、满足的基本要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。普通车床主轴箱设计第 5 页 共 29 页二、设计计算1 机床课程设计的目的 课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，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
6、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。2 机床主参数和基本参数根据机床主轴变速箱设计指导查得车床主参数和基本参数为3 操作性能要求（1）具有皮带轮卸荷装置（2）手动操作纵双向摩擦片离合器实现主轴的正反转及停止运工件最大回转直径D max(mm)主轴最高转速Nmax( )inr电机功率N（kw）主轴最低转速Nmin( )minr系列 主轴转速级数最大工件长度400 1320 5.5 30 轻型 12 7502000普通车床主轴箱设计第
7、6 页 共 29 页动要求（3）主轴的变速由变速手柄完成三、主动参数参数的拟定1 确定传动公比 根据【1】 公式（3-2）因为已知 ， 78P 43012minaxRznR Z= +1lgnR = = =1.41)1(Zn4根据【1】 表 3-5 标准公比 。这里我们取标准公比系列 =1.41.7P因为 =1.41=1.06 ，根据【1】 表 3-6 标准数列。首先找到最小极限转速67P30，再每跳过 5 个数（1.261.06 ）取一个转速，即可得到公比为 1.41 的数6列：30，42.5，60，85，118，170，236,335，475，670，950，1320。2 主电动机的选择给定
8、主电机的功率是 5.5kw，查机床主轴变速箱设计指导 ，选取电动机型号为Y132S-4，额定功率 5.5KW，满载转速 1440r/min，同步转速 1500r/min。四、变速结构的设计1 主变速方案拟定拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。变速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，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。普通车床主轴箱设计第 7 页 共 29 页变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分
9、离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；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，我们采用集中变速型式的主轴变速箱。2 变速结构式、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变速不失为有用的方法，但对于分析复杂的变速并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。1.确定变速组及各变速组中变速副的数目数为 Z 的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有 、Z个变速副。即 321Z变速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： ，可
10、以有三种方案： baZ1,32,312. 变速式的拟定12 级转速变速系统的变速组，选择变速组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在轴如果安置换向摩擦离合器时，为减少轴向尺寸，第一变速组的变速副数不能多，以 2 为宜。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。最后一个变速组的变速副数常选用 2。综上所述，变速式为 12=232。3. 结构式的拟定对于 12=232 传动式，有 6 种结构式和对应的结构网。分别为：， ， ，由于本次设计的机床 I 轴装有摩擦离合器，在结构上要求有一齿轮的齿根圆大于离合器的直径。初选 的方案。1263普通车床主轴箱设计第 8
11、 页 共 29 页从电动机到主轴主要为降速变速，若使变速副较多的变速组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足变速副前多后少的原则，因此取 12=232 方案为好。设计车床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，在降速变速中，一般限制限制最小变速比 ；为避免扩大传动误41minu差，减少震动噪声，在升速时一般限制最大转速比 。斜齿圆柱齿轮传动2ax较平稳，可取 。因此在主变速链任一变速组的最大变速范围5.2maxu。在设计时必须保证中间变速轴的变)108(.)(inamax R速范围最小。4. 结构网的拟定根据中间变速轴变速范围小的原则选择
12、结构网。从而确定结构网如下：5.结构式的拟定主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即： inR210检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。122PXR普通车床主轴箱设计第 9 页 共 29 页其中 ， ， 41.62X2P ，符合要求。)108(62R6.结构式的拟定绘制转速图、选择 Y132S-4 型 Y 系列笼式三相异步电动机。、分配总降速变速比总降速变速比 028.14/3/mind、确定变速轴轴数变速轴轴数 = 变速组数 + 定比变
13、速副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。、确定各级转速由 、 、z = 12 确定各级转速：in/0rnmi4.1320、950、670、475、335、236、170、118、85、60、42.5、30r/min。、绘制转速图在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按变速顺序依次设为、（主轴） 。与、与、与轴之间的变速组分别设为a、b、c。现由（主轴）开始，确定、轴的转速： 先来确定轴的转速变速组 c 的变速范围为 ，结合结构式，10,841.max66R轴的转速只有一种可能：118、170、236、335、475、670r/min。 确定轴的转速变速组 b 的级比指数为 2，希望中间轴转
14、速较小，因而为了避免升速，又不致变速比太小，可取， ，4/1/1i 2/14./2ib1/3ib轴的转速确定为：400、560r/min。确定轴的转速对于轴，其级比指数为 1,可取， 12./ia57.1/ia确定轴转速为 750r/min。由此也可确定加在电动机与主轴之间的定变速比 。下面92.1750/4i画出转速图（电动机转速与主轴最高转速相近） 。普通车床主轴箱设计第 10 页 共 29 页传 动 系 统 的 转 速 图电 动 机 7. 确定各变速组变速副齿数齿轮齿数的确定，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
15、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 及zS小齿轮的齿数可以从机械加工设备表 81 各种常用传动比的适用齿数中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于 18。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。根据【1】 ,查表 3-9 各种常用变速比的使用齿数。94P、变速组 a: ， ； 12./ia57./ia可取 84,于是可得轴齿轮齿数分别为：43、35。zS于是 ， ， 48/31ai 6/32ai可得轴上的三联齿轮齿数分别为：48、57。、变速组 b:根据【1】 ,查表 3-9 各种常用变速比的使用齿数, 94P ， ,/1/1ib2/ib1/3i
