1、普通车床主轴箱设计 第 1 页 共 68 页 安徽建筑工业学院 毕 业 设 计 (论 文 ) 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 05机械 (4)班 学生姓名 夏遵超 学 号 05210010428 课 题 车床主轴箱设计 指导教师 魏常武 2009 年 6 月 1 日 普通车床主轴箱设计 第 2 页 共 68 页 摘要 普通中型车床主轴箱设计 普通中型车床主轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所给定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟定结构式或结构网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘
2、制传动系统图。其次，根据机床类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速，初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后，完 成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计主轴变速箱装配图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计。 【关键词】车床、主轴箱、变速系统、主轴组件。 普通车床主轴箱设计 第 3 页 共 68 页 ABSTRACT The common and medium-sized lather principal a
3、xis box design Common and medium-sized lather principal axis box design, mainly include the design of three aspects, namely:According to design topic give settle of the tool machine use, specification, principal axis extreme limit turn soon and turn soon the few rows male ratio or series, certain ot
4、her relevant sport parameter, make selection principal axis all levels to turn to soon be worth;Pass an analysis comparison, choose to spread to move a project;Draft structure type or structure net, draft to turn soon diagram;Certain wheel gear Chi number and take a diameter;Draw to spread to move s
5、ystem diagram.Secondly, according to the tool machine type and the electric motor power, make sure that principal axis and each calculation which spread to move a piece turn soon, the beginning certainly spreads to move a stalk diameter, wheel gear mold number, make sure to spread to move to take mo
6、del number and number, friction slice size and number;After assemble a grass diagrams completion want to check to spread to move a piece(spread to move stalk, principal axis, wheel gear and roll over bearings) on the whole of just degree, strength or life span.End, design and motive of completion sp
7、ort spread the lord to move the project“the structure turn“ after design, design a principal axis to become soon a box assemble diagram and spare parts diagram and lay particular emphasis on to carry on spread to move stalk module, principal axis module and become soon organization, box a body, lubr
8、icate and seal completely, spread to move stalk and slippery move wheel gear spare parts of design. 【 Keyword】 principal axis box, become soon system, principal axis. 普通车床主轴箱设计 第 4 页 共 68 页 目录 目录 . 4 1、绪论 . 6 2设计计算 . 7 2.1 普通车床的规格 . 7 2.1.1 车床的规格系列和用处 . 7 2.1.2 操作性能要求 . 7 3.主动参数参数的拟定 . 7 3.1 确定传动公比
9、. 7 3.2 主电动机的选择 . 8 4.变速结构的设计 . 9 4.1 主变速方案拟定 . 9 4.2 变速结构式、结构网的选择 . 9 4.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目 . 9 4.2.2 变速式的拟定 . 10 4.2.3 结构式的拟定 . 10 4.2.4 结构网的拟定 . 10 4.2.5 结构式的拟定 . 11 4.2.6 结构式的拟定 . 11 4.2.7 确定各变速组变速副齿数 . 13 4.2.8 绘制变速系统图 . 14 5.结构设计 . 15 5.1 结构设计的内容、技术要求和方案 . 15 5.2 展开图及其 布 置 . 15 5.3 I 轴（输入轴）的
10、设计 . 15 5.4 齿轮块设计 . 16 5.5 传动轴的设计 . 17 5.6 主轴组件设计 . 18 5.6.1 各部分尺寸的选择 . 18 5.6.2 主轴材料和热处 理 . 18 5.6.3 主轴轴承 . 19 5.6.4 主轴与齿轮的连接 . 20 5.6.5 润滑与密封 . 20 5.6.6 其他问题 . 20 6.传动件的设计 . 21 普通车床主轴箱设计 第 5 页 共 68 页 6.1 带轮的设计 . 21 6.2 传动轴的直径估算 . 23 6.2.1 确定各轴转速 . 24 6.2.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径 . 24 6.2.3 键的选择 . 25 6.
11、3 传动轴的校核 . 26 6.3.1 传动轴的校核 . 26 6.3.2 键的校核 . 27 6.4 各变速组齿轮模数的确定和校核 . 27 6.4.1 齿轮模数的确定： . 27 6.4.2 齿宽的确定 . 31 6.4.3 齿轮结构的设计， . 32 6.5 带轮结构设计 . 33 6.6 片式摩擦离合器的选择和计算 . 34 6.7 齿轮校验 . 36 齿轮强度校核 . 37 6.7.1 校核 a 变速组齿轮 . 37 6.7.2 校核 b 变 速组齿轮 . 38 6.7.3 校核 c 变速组齿轮 . 40 6.8 轴承的 选用与 校核 . 41 6.8.1 各轴轴承的选用 . 41
12、6.8.2 各轴轴承的校核 . 41 7.主轴组件设计 . 42 7.1 主轴的基本尺寸确定 . 43 7.1.1 外径尺寸 D . 43 7.1.2 主轴孔径 d. 43 7.1.3 主轴悬伸量 a . 44 7.1.4 支撑跨距 L . 45 7.1.5 主轴最佳跨距 0L 的确定 . 46 7.2 主轴刚度验算 . 48 7.2.1 主轴前支撑转角的验算； . 48 7.2.2 主轴前端位移的验算； . 50 8.总结和展望 . 53 8.1 本文工作总结 . 53 8.2 课题展望 . 54 参考文献 . 55 致 谢 . 56 附录 . 57 普通车床主轴箱设计 第 6 页 共 68
13、 页 普通车床主轴箱设计 机械与电气工程学院 机械设计制造及其自动化专业 05 机械 4 班 夏遵超 指导老师 魏常武 1、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
14、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
15、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。 本论文从资料查阅 总体设计模块设计 撰写论文历时三个月，具体流程如下所示： 资料查阅、熟悉课题 绘制装配草图 各零部件的尺寸确定 校核各零件的强度 绘制 装 配图和部分零件图 撰写论文、科技翻译 普通车床主轴箱设计 第 7 页 共 68 页 2设计计算 2.1 普通车床的规格 2.1.1 车床的规格系列和用处 普通机床的规格和类型有系列型号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
16、。本次设计的是普通型车床主轴变速箱。主要用于加工回转体。 表 1.1 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数表 工件最大回转直径 maxD (mm) 最高转速 maxn ( minr ) 最低转速 minn ( minr ) 电机功率 P（ kW） 公比 转速级数Z 320 1120 25 7.5 1.41 12 2.1.2 操作性能要求 1）具有皮带轮卸荷装置 2）手动操纵双向片式摩擦离合器实现主轴的正反转及停止运动要求 3）主 轴的变速由变速手柄完成 3.主动参数参数的拟定 3.1 确定传动公比 根据【 1】 78P 公式（ 3-2）因为已知 8.44251120m inm a x nnR n
17、， znR Z=lglgnR+1 普通车床主轴箱设计 第 8 页 共 68 页 = )1( Z nR =11 8.44 =1.4129 根据【 1】 77P 表 3-5 标准公比 。这里我们取标准公比系列 =1.41. 因为 =1.41=1.066 ，根据【 1】 77P 表 3-6标准数列。首先找到最小极限转速 25，再每跳过 5 个数（ 1.26 1.066 ）取一个转速，即可得到公比为 1.41 的数列： 25，35.5， 50， 71， 100， 140， 200， 280， 400， 560， 800， 1120. 3.2 主电动机的选择 合理的确定电机功率 P，使机床既能充分发挥其
18、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。 现在以常见的中碳钢为工件材料，取 45 号钢，正火处理，车削外圆，表面粗糙度 aR =3.2mm。采用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸： 16mm 25mm。刀具几 何参数： 0 =15o ， 0 =6o ， r =75o ， r =15o ， =0o ， 01 =-10o ， b1r =0.3mm，re =1mm。 现以确定粗车是的切削用量为设计： 确定背吃刀量 pa 和进给量 f，根据【 2】 44P 表 8-50， pa 取 4mm， f 取 0.6 rmm 。 确定切削 速度，参【 2】 448P 表 8-57，取 Vc =
19、1.7 sm 。 机床功率的计算， 主切削力的计算 根据【 2】 449P - 450P 表 8-59和表 8-60，主切削力的计算公式及有关参数： FZ =9.81 Fcn60 FcC FcZa FcZf FcZv FcK =9.81 15.060 270 4 75.06.0 15.07.1 0.92 0.95 =3242（ N） 切削 功率的计算 cP = cF cv 310 =3242 1.7 310 =5.5（ kW） 依照一般情况，取机床变速效率 =0.8. ZP = 8.05.5 =6.86(kW) 普通车床主轴箱设计 第 9 页 共 68 页 根据【 3】 167P 表 12-1
20、 Y系列（ IP44）电动机的技术数据 ,Y 系列（ IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点， B级绝缘，工业环境温度不超过 +40，相对湿度不超过 95%，海拔高度不超过 1000m，额定电压 380V，频率 50Hz。适用于无特殊要求的机械上 ，如机床，泵，风机，搅拌机，运输机，农业机械等。 根据以上要求，我们选取 Y132M-4型三相异步电动机，额定功率 7.5kW,满载转速 1440 minr ，额定转矩 2.2，质量 81kg。 至此，可得到上表 1.1中的车床参数。 4.变速结构的设计 4.1 主变速方案拟定 拟定变速
21、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。 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。 4.2 变速结构式
22、、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。 4.2.1 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 、Z 个变速副。即 321 ZZZZ 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 的因普通车床主轴箱设计 第 10 页 共 68 页 子： baZ ，可以有三种方案： 32212,23212,22312 4.2.2 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
23、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=2 3 2。 4.2.3 结构式的拟定 对于 12=2 3 2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 错误 !未找到引用源。 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 1 2 612 2 3 2 的方案。 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，
24、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=2 3 2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 41min u ；为避免扩大传动误差，减少震动噪声，在升速时一般限制最大转速比 2max u 。斜齿圆柱齿轮传动较平稳 ， 可取 5.2max u 。 因 此在 主变 速链 任一 变速 组的 最大 变速 范 围 )108(25.0)5.22(m i nm a xm a x uuR 。在设计时必须保证中间变速轴的变速范围最小。 4.2.4 结构网的拟定 根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下：
