最大加工直徑為 mm的普通車床主軸箱部件設(shè)計(jì)

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1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 課程名稱： 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目:最大加工直徑為 mm的普通車床主軸箱部件設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī) 設(shè) 學(xué)生姓名:

2、 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 徐 華 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院教務(wù)部 制 201 年12 月 30 日 目錄 一．緒論 3 二、設(shè)計(jì)步驟 3 1.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 3 1.1已知條件 3 1.2結(jié)構(gòu)分析式 4 1.3繪制轉(zhuǎn)速圖 4 1.4繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 7 2.動(dòng)力設(shè)計(jì) 8

3、2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 8 2.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 8 2.3 各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核 11 3. 齒輪強(qiáng)度校核 12 3.1校核a傳動(dòng)組齒輪 13 3.2校核b傳動(dòng)組齒輪 14 3.3校核c傳動(dòng)組齒輪 15 4. 主軸撓度的校核 16 4.1確定各軸最小直徑 16 4.2軸的校核 17 5. 主軸最佳跨距的確定 17 5.1 選擇軸頸直徑,軸承型號(hào)和最佳跨距 18 5.2 求軸承剛度 18 6. 各傳動(dòng)軸支承處軸承的選擇 19 7. 主軸剛度的校核 19 7.1 計(jì)算跨距 19 三、總結(jié) 21 四、主要參考文獻(xiàn) 22 一、 緒論

4、 普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì)普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì)普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì)普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì)普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì)，主要包括三方面的設(shè)計(jì)，通過(guò)分析比較，選擇傳動(dòng)方案；擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機(jī)床類型和電動(dòng)機(jī)功率，確定主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，初定傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動(dòng)帶型號(hào)及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗(yàn)算傳動(dòng)件的剛度、強(qiáng)度或壽命。最后，完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)后，要將主傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤(rùn)滑與密封、傳動(dòng)軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì)。

5、 二、設(shè)計(jì)步驟 1.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1.1已知條件 [1]確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速Nmin（r/min）=90r/min、Nmax（r/min）=2000r/min,主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min)=1440、P（kw）=4kw [2]最大加工直徑φ=250mm [3]確定公比： 1.2結(jié)構(gòu)分析式 本次設(shè)計(jì)中，我按12級(jí)的主軸箱來(lái)計(jì)算: ⑴ ⑵ [3] 從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速傳動(dòng)，若使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在較接近電動(dòng)機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動(dòng)副前多后少的原則，因此取方案。在降速傳動(dòng)中，防止齒輪直徑過(guò)大

6、而使徑向尺寸常限制最小傳動(dòng)比 ；在升速時(shí)為防止產(chǎn)生過(guò)大的噪音和震動(dòng)常限制最大轉(zhuǎn)速比。在主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)組的最大變速范圍。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間傳動(dòng)軸的變速范圍最小， 根據(jù)中間傳動(dòng)軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下： 檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí)，只檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組： 其中，， 所以 ，合適。 1.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 ⑴選擇電動(dòng)機(jī) 一般車床若無(wú)特殊要求，多采用Y系列封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)原則條件選擇Y-132M-4型Y系列籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。 ⑵分配總降速傳動(dòng)比 總降速傳動(dòng)比 又電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而不增加一定比傳動(dòng)副。

7、(3)確定傳動(dòng)軸軸數(shù) 傳動(dòng)軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動(dòng)副數(shù) + 1 = 3 + 0 + 1 = 4。 ⑷確定各級(jí)轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖 由 　　取z = 10確定各級(jí)轉(zhuǎn)速： 2000,1400,1000,710,500,355,250,180,125,90r/min。 在五根軸中，除去電動(dòng)機(jī)軸，其余四軸按傳動(dòng)順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的傳動(dòng)組分別設(shè)為a、b、c。現(xiàn)由Ⅳ（主軸）開(kāi)始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速： ① 先來(lái)確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)組c 的變速范圍為，結(jié)合結(jié)構(gòu)式， Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速只有一和可能： 180、250、355、5

8、00、710，1000r/min。 ② 確定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)組b的級(jí)比指數(shù)為2，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致傳動(dòng)比太小，可取 ， 軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：355、500、710r/min。 ③確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速 對(duì)于軸Ⅰ，其級(jí)比指數(shù)為1,可取 ，， 確定軸Ⅰ轉(zhuǎn)速為710r/min。 由此也可確定加在電動(dòng)機(jī)與主軸之間的定傳動(dòng)比。 [5]確定各變速組傳動(dòng)副齒數(shù) ①傳動(dòng)組a: 查表8-1, ，， 時(shí)：……57、60、63、66、69、72、75、78…… 時(shí)：……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77…

9、… 時(shí)：……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76…… 可取72,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：24、30、36。 于是，， 可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：48、42、36。 ② 動(dòng)組b: 同理可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：24、42。 ，得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：48、30。 ③ 動(dòng)組c: 同理可得軸Ⅲ兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為40，80； 得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別80，40。 1.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動(dòng)機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖： 2.動(dòng)力設(shè)計(jì) 2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 ⑴確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 ⑵各傳動(dòng)

10、軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 軸Ⅲ可從主軸按80/40的傳動(dòng)副找上去，軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速180r/min ；軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min；軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。 [3]各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)組c中，40/80只需計(jì)算z = 40的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min ；傳動(dòng)組b計(jì)算z = 42的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min；傳動(dòng)組a應(yīng)計(jì)算z = 24的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。 [4]核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 所以合適。 2.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1450r/min,傳遞功率P=4KW,傳動(dòng)比i

11、=2.03，兩班制， 一天運(yùn)轉(zhuǎn)16.1小時(shí)，工作年數(shù)10年。 ⑴確定計(jì)算功率 取1.1，則 ⑵選取V帶型 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率，選b型帶。 ⑶確定帶輪直徑和驗(yàn)算帶速 查表小帶輪基準(zhǔn)直徑, 驗(yàn)算帶速成 其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min； -小帶輪直徑，mm； ，合適。 [4]確定帶傳動(dòng)的中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 設(shè)中心距為,則 0．55（）a2（） 于是 208.45a758,初取中心距為400mm。 帶長(zhǎng)

12、 查表取相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，。 帶傳動(dòng)實(shí)際中心距 [5]驗(yàn)算小帶輪的包角 一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。 。合適。 [6]確定帶的根數(shù) 其中： -時(shí)傳遞功率的增量； -按小輪包角，查得的包角系數(shù)； -長(zhǎng)度系數(shù)； 為避免V型帶工作時(shí)各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于10。 [7]計(jì)算帶的張緊力 其中： -帶的傳動(dòng)功率,KW；

13、 v-帶速,m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 [8]計(jì)算作用在軸上的壓軸力 2.3 各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核 ⑴模數(shù)的確定： a傳動(dòng)組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù) 先計(jì)算24齒齒輪的模數(shù)： 其中: -公比 ； = 2； -電動(dòng)機(jī)功率； = 4KW； -齒寬系數(shù)； -齒輪傳動(dòng)許允應(yīng)力;

14、 -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速。 ， 取= 600MPa,安全系數(shù)S = 1。 由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選取 ，取S=1，。 取m = 2.5mm。 按齒數(shù)30的計(jì)算，，可取m = 2.5mm； 按齒數(shù)36的計(jì)算，, 可取m = 2.5mm。 于是傳動(dòng)組a的齒輪模數(shù)取m = 2.5mm，b = 32mm。 軸Ⅰ上齒輪的直徑： 。 軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為： b傳動(dòng)組： 確定軸

15、Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)。 按22齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得m = 4mm； 按42齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得m = 4mm； 于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取為m = 4mm。 于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的直徑分別為： 軸Ⅲ上與軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪嚙合的兩齒輪直徑分別為： c傳動(dòng)組： 取m = 2.5mm。 軸Ⅲ上兩聯(lián)動(dòng)齒輪的直徑分別為： 軸四上兩齒輪的直徑分別為： 3. 齒輪強(qiáng)度校核： 計(jì)算公式 3.1校核a傳動(dòng)組齒輪 校核齒數(shù)為24的即可，確

16、定各項(xiàng)參數(shù) ⑴ P=4.4KW,n=710r/min, ⑵確定動(dòng)載系數(shù)： 齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù) ⑶ ⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 非對(duì)稱 ,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 ⑸確定齒間載荷分配系數(shù): 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得 ⑹確定動(dòng)載系數(shù): ⑺查表 10-5 ⑻計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 圖10-18查得 ,S = 1.3 ， 故合適。 3.2 校核b傳動(dòng)組齒輪 校核齒數(shù)為22的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) ⑴ P=8.25KW,n=

17、355r/min, ⑵確定動(dòng)載系數(shù)： 齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù) ⑶ ⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 非對(duì)稱 ,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 ⑸確定齒間載荷分配系數(shù): 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得 ⑹確定動(dòng)載系數(shù): ⑺查表 10-5 ⑻計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 圖10-18查得 ,S = 1.3 ， 故合適。 3.3校核c傳動(dòng)組齒輪 校核齒數(shù)為18的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) ⑴ P=8.25KW,n=35

18、5r/min, ⑵確定動(dòng)載系數(shù)： 齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù) ⑶ ⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 非對(duì)稱 ,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 ⑸確定齒間載荷分配系數(shù): 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得 ⑹確定動(dòng)載系數(shù): ⑺查表 10-5 ⑻計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 圖10-18查得 ,S = 1.3 ， 故合適。 4. 主軸撓度的校核 4.1 確定各軸最小直徑 [1]Ⅰ軸的直徑： [2]Ⅱ軸的直徑： [3]Ⅲ軸的直徑： [4]主軸的直徑： 4

19、.2軸的校核 Ⅰ軸的校核：通過(guò)受力分析，在一軸的三對(duì)嚙合齒輪副中，中間的兩對(duì)齒輪對(duì)Ⅰ軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來(lái)進(jìn)行校核 。 Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。 5. 主軸最佳跨距的確定 250mm車床，P=4KW. 5.1 選擇軸頸直徑,軸承型號(hào)和最佳跨距 前軸頸應(yīng)為75-105mm,初選=100mm,后軸頸取,前軸承為NN3020K,后軸承為NN3016K,根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長(zhǎng)度 5.2 求軸承剛度 考慮機(jī)械效率 主軸最大輸出轉(zhuǎn)距 床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的60%,取50%即200,故半徑為0.1. 切削力 背向力 故總的

20、作用力 次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半, 故主軸軸端受力為 先假設(shè) 前后支撐分別為 根據(jù) 。 6. 各傳動(dòng)軸支承處軸承的選擇 主軸 前支承：NN3020K;中支承：N219E;后支承：NN3016K Ⅰ軸 前支承：30207;后支承：30207 Ⅱ軸 前支承：30207;中支承：NN3009;后支承：30207 Ⅲ軸 前支承：30208;后支承：30208 7. 主軸剛度的校核 7.1 計(jì)算跨距 前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承 當(dāng)量

21、外徑 主軸剛度：由于 故根據(jù)式（10-8） 對(duì)于機(jī)床的剛度要求，取阻尼比 當(dāng)v=50m/min,s=0.1mm/r時(shí),, 取 計(jì)算 可以看出，該機(jī)床主軸是合格的. 三、總 結(jié) 經(jīng)過(guò)一周的時(shí)間，在徐老師的悉心指導(dǎo)下，我們的這次課程設(shè)計(jì)終于做完了。從徐老師那里，我不僅學(xué)到了許多書(shū)本上的知識(shí)，同時(shí)也學(xué)會(huì)了許多做人的道理。徐老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)、孜孜不倦的學(xué)習(xí)精神無(wú)不給我留下了深刻的印象。對(duì)我在學(xué)業(yè)上的嚴(yán)格要求和教誨的確使我受益非淺。而且，指導(dǎo)老師以他淵博的學(xué)識(shí)和前瞻的眼光，

22、為學(xué)生開(kāi)闊了研究視野，豐富了專業(yè)知識(shí)。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和謙遜無(wú)私的高尚品質(zhì)。一絲不茍的敬業(yè)精神，鞭策著學(xué)生不斷進(jìn)取、前進(jìn)。我堅(jiān)信，這一切一切必將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)、工作和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在此，學(xué)生向徐老師謹(jǐn)致我最崇高的敬意和最誠(chéng)摯的謝意。 再一次對(duì)所有給予過(guò)我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)、和朋友們致以深深的謝意!我相信，我將會(huì)以更大的熱情和信心投入到今后的學(xué)習(xí)中去，為了所有曾經(jīng)幫助過(guò)我的人們，我將永遠(yuǎn)努力。不斷進(jìn)光陰荏苒，課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)瞬即逝。在本次設(shè)計(jì)完成之際?；叵脒^(guò)去的點(diǎn)點(diǎn)滴滴我深深的感到此次可承受設(shè)計(jì)不僅僅是增長(zhǎng)了我們的學(xué)識(shí)，提高我們的能力。更多的是對(duì)我們從事學(xué)習(xí)研究的一種責(zé)任心的培養(yǎng)。是對(duì)我們細(xì)心和耐心的考驗(yàn)。 四、主要參考文獻(xiàn)： [1] 馮辛安主編.《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》 第2版 大連理工大學(xué) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.12 [2] 黃如林主編.《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.7 [3] 吳宗澤主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第三版 清華大學(xué) 北京：高等教育出版社,2006.12 [4] 濮良貴主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)》 第八版 北京：高等教育出版社,2007.8 [5] 鄭文緯,吳克堅(jiān)主編. 《機(jī)械原理 》 第七版 東南大學(xué)機(jī)械學(xué)學(xué)科組 北京：高等教育出版社,2006.1