1、普通中型车床主轴箱设计11.概述1.1 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 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。本次设计的是普通型车床主轴变速箱。主要用于加工回转体。车床的主参数（规格尺
2、寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）工件最大回转直径D max(mm)正转最高转速nmax( )ir电机功率N（kw）公比 转速级数Z反转11 400 1600 5.5 1.41 12 级数 Z 反=Z 正/2；n 反 max1.1n 正max1.3 操作性能要求1）具有皮带轮卸荷装置2）手动操纵双向摩擦片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4）床头箱的外型尺寸、与床头床身的联接要求与 C618K-I 车床的床头箱相同2.参数的拟定2.1 确定极限转速， nRmiax zn又 =1.41 得 =45.07. 取 =45；nnRminax/140
3、/3.79/mi32/irr2.2 主电机选择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 5.5 ，满kw载转速 1440 ，最大额定转距 2.2。minr3.传动设计普通中型车床主轴箱设计23.1 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、幻想、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
4、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
5、分别有 、 、个传动副。Z即 321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： ，ba可以有三种方案： 12=322；12=232；12=223；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。在轴如果安置换向摩擦离合器时，为减少轴向尺寸，第一传动组的传动副数不能多，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。最后一个传动组的传动副常选用 2。综上所述，传动式为 12=232。3.2.3 结构式的拟定对于 12=232 传动式，有 6 种结构式和
6、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。12633.3 转速图的拟定图 3-1 正转转速图普通中型车床主轴箱设计3图 3-2 反转转速图普通中型车床主轴箱设计4图 3-3 主传动系图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)选择三角带的型号根据公式 1.56.0caPKKW式中 P-电动机额定功率， -工作情况系数 a查机械设计图
7、8-8 因此选择 A 型带，尺寸参数为 B=80mm， =11mm，h=10， 。db40(2)确定带轮的计算直径 ，D带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的寿命，小带轮的直径 不宜过小，即D。查 机械设计表 8-3，8-7 取主动轮基准直径 =125 。minD m普通中型车床主轴箱设计5由公式 12Dn式中：-小带轮转速， -大带轮转速， -带的滑动系数，一般取 0.02。nn所以 ，由机械设计 A表 8-7 取园整为 224mm。2140.20.58Dm(3)确定三角带速度按公式 13.419.4266nVs(4)初定中心距带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列
8、范围内选取： 根据经验公式取 ，取 =600mm.120120.7DADm1568m0A(5)三角带的计算基准长度 LAL20 4153.1426257.930m由机械设计表 8-2，圆整到标准的计算长度 80L(6)验算三角带的挠曲次数，符合要求。 10.3140smvuL次(7)确定实际中心距 A0068752642m（ ）(8)验算小带轮包角 ，主动轮上包角合适。000118.91DA(9)确定三角带根数 Z根据机械设计式 8-22 得 0calpzk传动比 124/81.vi查表 8-5c，8-5d 得 = 0.15KW, = 1.32KW0p0普通中型车床主轴箱设计6查表 8-8，
9、=0.98；查表 8-2， =0.96klk6.05Z4.31.32981.所以取 根5(10)计算预紧力查机械设计表 8-4，q=0.1kg/m 20 2.516.50.754749813.capFqvvzkN4.2 传动轴的估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。4.2.1 传动轴直径的估算4jPdKAmN其中：P-电动机额定功率K
10、-键槽系数A-系数-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；-该传动轴的计算转速。jn计算转速 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j轴的计算转速和相应的传动关系确定。查机械制造装备设计表 3-8 取 I，IV 轴的 K=1.05，A=100；II，III 轴是花键轴，取K=1.06，A=2.0。所以 ， 取 28mm415.096(92.)25.381dm, 取 30mm42.8(.) 7.4m, 取 40mm435.096.0.9(91.) 38.5125d 普通中型车床主轴箱设计7此轴径为平均轴径，设计时可相应调整。4.3 齿轮齿数的确定和模数的计
11、算4.3.1 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 及小齿轮的齿数可以从表 3-6（机械制造装备设计）中选取。一般在主传动中，最小齿数zS应大于 1820。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。第一组齿轮：传动比： , 10u21.4u查机械制造装备设计表 3-6，齿数和 取 84zS=42， =42， =35， =49；Z23Z4第二组齿轮：传动
12、比： , ，10u21241u齿数和 取 90：zS=18， =72， =45， =45， =30， =60；5Z67Z89Z10第三组齿轮：传动比： ,21u241齿数和 取 110：zS=73， =37， =22， =88，1Z1213Z14反转齿轮：传动比： ，12n8065u215098nu取 ，得153Z1613Z72528u4.3.2 齿轮模数的计算(1)- 齿轮弯曲疲劳的计算： 1dN5.096kw5.普通中型车床主轴箱设计8335.2821.4960jNmzn（机床主轴变速箱设计指导 P36， 为大齿轮的计算转速，可根据转速图确定）jn齿面点蚀的计算： 335.287070.1
13、76jAm取 A=79，由中心距 A 及齿数计算出模数：1291.84jmZ根据计算选取两个中的较大值，选取相近的标准模数。取 所以取j.03(2) -齿轮弯曲疲劳的计算： 2N5.96.08.9kw5.1233512.74jmzn齿面点蚀的计算： 335.1200.8NAmn取 A=123，由中心距 A 及齿数计算出模数：122.790jmZ根据计算选取两个中的较大值，选取相近的标准模数。取 所以取j.733(3)- 齿轮弯曲疲劳的计算： 3N5.096.80.9.9kw4.23422.61jmzn齿面点蚀的计算： ，334.92707015.8NAmn取 A=136，由中心距 A 及齿数计
14、算出模数：1262.40jmZ根据计算选取两个中的较大值，选取相近的标准模数。普通中型车床主轴箱设计9取 所以取2.64m3(4)标准齿轮： *0h1c0.25度 ， ，从机械原理 表 10-2 查得以下公式齿顶圆 mzdaa)+(=1齿根圆 *2f分度圆 齿顶高 ha齿根高 cf)+(=*齿轮的具体值见表齿轮尺寸表齿轮 齿数z模数m分度圆d齿顶圆 a齿根圆 fd齿顶高 ah齿根高 f1 42 3 126 132 118.5 3 3.752 42 3 126 132 118.5 3 3.753 35 3 105 111 97.5 3 3.754 49 3 147 153 139.5 3 3.7
15、55 18 3 54 60 46.5 3 3.756 72 3 216 222 198.5 3 3.757 45 3 135 141 127.5 3 3.758 45 3 135 141 127.5 3 3.759 30 3 90 96 82.5 3 3.7510 60 3 180 186 172.5 3 3.7511 73 3 219 225 211.5 3 3.7512 37 3 111 117 103.5 3 3.7513 22 3 66 72 58.5 3 3.75普通中型车床主轴箱设计1014 88 3 264 270 256.5 3 3.7515 35 3 105 111 97.5
16、 3 3.7516 23 3 69 75 61.5 3 3.7517 32 3 96 102 88.5 3 3.754.3.4 齿宽确定由公式 得：610,mB:为 模 数第一套啮合齿轮 380I m:第二套啮合齿轮 I第三套啮合齿轮 61IB反转啮合齿轮 V0380I m: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，应主动轮比小齿轮齿宽大所以 ， ， ，128,1Bm31B41，56789100,5,25,mBm1121314,5678,BmB4.3.5 齿轮结构设计当 时，可做成腹板式结构，再考虑到加工问题，现敲定把齿轮 14 做成1050adm腹板式结构。其余做成实心结构。齿轮 14 计算如下：， ，01427142anDMm:486Ddm，3.6.83d030.5.21385m:103/0,mC4.4 带轮结构设计查机械设计P156 页，当 。D 是轴承外径，查机械零件手册3d时 ,采 用 腹 板 式确定选用深沟球轴承 6211，d=55mm,D=100mm。带轮内孔尺寸是轴承外径尺寸 100mm。齿机械设计表 8-10 确定参数得：
