机械制造装备设计课程设计--24级机床变速箱设计.doc

`机械制造装备课程设计

题目名称
24级机床变速箱设计
专业班级
11机制本
学生姓名

学 号

指导教师

机械与电子工程系

二○一四年十二月十九日

目 录
一、任务书·······································2
二、指导教师评阅表·······························3
三、设计内容·····································4
（一）、设计要求················································4
1.1 已知条件············································4
1.2 功能················································4
（二）、设计意图················································4
（三）、设计步骤················································4
3.1 运动设计············································4
3.2 动力设计············································9
3.3 设计传动带··········································11
3.4 齿轮传动设计········································13
3.5 轴的设计············································27
（四）、箱体的设计··············································35
4.1 机座的结构··········································35
4.2 箱体的结构··········································35
（五）、润滑与密封··············································37
5.1 润滑设计············································37
5.2 润滑油的选择········································37
四、设计小结·····································38
五、参考文献·····································39
42

机械制造装备课程设计任务书

层次： 本科 专业：11机械设计制造及其自动化本4
学生姓名

学号
5111130
指导教师

课题类别
装备设计
设计时间
2014年12月8日至2014年12月19日
课题名称
24级机床变速箱设计（20—1600rpm）
一、机械制造学课程设计的主要内容与要求
机械制造装备课程设计是其在校学习阶段的一个重要教学环节。机械制造装备课程设计的目的是培养学生综合运用所学的基础和专业理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。本课题主要让学生进行24级机床变速箱设计，绘制主轴箱装配图、编写设计说明书。本课题可使学生受到充分运用所学知识解决实际问题的锻炼，能够培养学生的计算能力、绘图能力、文字表述能力、文献检索能力以及综合分析能力，能够使学生的工程意识和技术素质得到显著提高。
二、课程设计工作量要求
1. 主轴箱装配图 （1张）
2. 主轴零件图 （1张）
3. 编写设计说明书1份
三、应收集的资料及主要参考文献
机械设计手册 徐灏
机械制造装备设计课程设计指导书 机械工业出版社
四、进度计划及指导安排
第1天：集中进行课程设计动员（时间：2014年12月8日上午），下达设计任务，查阅收集资料。
第2-3天：进行传动方案设计，绘制转速图。
第4-5天：合理分配传动比，进行相关设计计算和强度校核。
第6-8天：绘制传动系统装配图，撰写课程设计说明书。
第9天：整理设计资料，撰写课程设计总结，提交设计资料。
任务书审定日期 年 月 日 指导教师（签字）
任务书下达日期 年 月 日 学 生 （签字）
蚌埠学院本科课程设计评阅表
机械与电子工程系 2011级 机械设计制造及其自动化专业（班级）： 班
学生姓名

学 号
51111301
课题名称
24级机床变速箱设计（20—1600rpm）
指导教师评语：

指导教师（签名）：
2014年 月 日
评定成绩

三、设计内容
（一）设计要求
1.1 已知条件
机床变速箱级数Z=24，最高转速1600,最低转速20。
1.2 功能
普通车床在机械加工领域有着广泛的应用。可用来加工轮盘类、轴类、套筒类等绝大多数回转体零件。普通车床还可以用来车削端面、钻孔、车削螺纹、切槽和切断、车削特型面、滚花和盘绕弹簧等。普通车床的加工范围很广但是由于其自动化程度较低，所以一般用只适用于较为简单的、小批量的生产加工。
（二）设计意图
通过对普通车床主轴床变速系统的设计，可以使我们更加深入了解我们在课堂上所学的知识。可以对机械变速系统在整体上有个认识。使我们各方面的综合能力得到有效的锻炼。同时也使我们树立了一个正确有效的设计思想，掌握了基本的设计方法，并具有一定的独立设计能力，使我们工程意识和技术素质得到显著提高。
（三）设计步骤
3.1 运动设计
3.1.1 设计条件
主轴最小转速，最高转速
[1]转速范围
[2]转速级数：
[3]确定公比：取标准系列。
3.1.2 确定变速组数和变速组内传动副数
根据文献[6]查表2-5，取最低转速为20r/min并每隔三个数取一个值可得主轴的24级转速数列分别为20、25、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、900、1000、1120、1250、1320、1400、1600r/min。
一般普通车床都采用滑移齿轮变速机构，在这些滑移齿轮变速机构中，双联或三联齿轮是使用频率最高的，可以满足多方面的要求。所以对于24级的传动不同的传动顺序方案有：、、、四种方案。由设计要求可知在没有特殊要求的情况之下，一般采用“前密后疏”的原则。所以应该优先采用的传动顺序方案。
3.1.3 确定结构网
根据已选用的传动顺序方案又可以得出若干种不同的扩大顺序方案。在没有特殊要求的时候，变速组的扩大顺序一般需要与传动顺序一致，因此可以采用传动方案。其结构网如图3-1所示。检验最后扩大组的变速范围：
，满足故在传动组的极限变速范围之内，符合设计要求。

图3-1 结构网

3.1.4 选择电动机转速及型号
由查文献[5]查表14.1可知应选取型号为Y132M—4的Y系列三相异步电动机，其参数如表3-1所示：
表3-1 Y132M-4电动机性能
电动机型号
额定功率/kw
电机转速/(r/min)
同步转速
满载转速
Y132M-4
7.5
1800
1750
3.1.5 分配总降速传动比及拟定转速图
总降速传动比 ，电动机的满载转速不符合转速数列标准，因此需要额外增加一个定比传动副。
确定传动轴轴数：传动轴轴数 = 变速组数 + 定比传动副数。这六根轴，除掉电动机轴，剩下的五根轴按传动顺序分别标记为Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴、Ⅳ轴、Ⅴ轴。Ⅰ轴与Ⅱ轴、Ⅱ轴与Ⅲ轴、Ⅲ轴与Ⅳ轴、Ⅳ轴与Ⅴ轴之间的传动组分别设为a、b、c、d。分别确定Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴、Ⅳ轴的转速：
①确定Ⅳ轴的转速
传动组d有两对传动副，级比指数为12，变速范围为，
根据极限传动比和的传动要求，为了不使最小传动比太小，可以采用升速的向右上方的升4格，降速的向右下方降8格。
②确定Ⅲ轴的转速
传动组c有两对传动副，级比指数为6，Ⅲ轴的最低转速可以为125r/min（），160（）200（)，250(），315()，400()，500()。为了避免升速，不使最小传动比太小并满足降速递减原则，可取Ⅲ轴的最低转速为315r/min。于是确定了Ⅲ-Ⅳ轴间两对传动副的连线。
③确定Ⅱ轴的转速
传动组b有两对传动副，其级比指数为3，因此Ⅱ轴的最低转速可以为315 r/min（），400（），500（）630（）。为了避免升速，不使最小传动比太小并满足降速递减原则，可取Ⅱ轴的最低转速为,630 r/min。于是确定了Ⅱ-Ⅲ轴间两对传动副的连线，Ⅱ轴的三级转速分别为800 r/min,1000 r/min,1250 r/min。
④确定Ⅰ轴的转速
传动组a有三对传动副，级比指数为1，根据极限传动比和的传动要求Ⅰ轴的转速可以为剩下的级数的转速。同样的为了避免升速，且不使最小传动比太小并满足降速递减原则，故确定Ⅰ轴的转速为1250 r/min，于是确定了基本组a的三对传动副的连线。
电动机轴与I轴之间可采用带传动，其传动比。
作平行线及连接线段，最终作出传动系统的转速图即图3-2。

图3-2 转速图
3.1.6 确定各传动组传动副齿数
①传动组a:
， ，
时：……70、72、75、78、80、81、83……
时：……70、72、73、75、77、78、80、82、83、85、86……
时：……70、72、73、75、77、79、80、82、84、85、87……
以上三行可挑选出70,72,75,80，但根据及三联滑移齿轮中的最大和次大齿数差等条件，最终取80，从而查得各齿轮副中的小齿轮齿数分别为：28、32、33。
于是 ，，。
其中 ，故满足要求。
②传动组b:
， ，查表有
时：……70、72、74、76、78、80、82、84、86、88……
时：……70、72、73、75、77、79、80、82、84、85、87……
可取82，从而查得各齿轮副中的小齿轮齿数分别为： 41、34。
于是 ， 。
③传动组c:
，
时：……70、72、74、75、77、79、81、82、83、84、86、88……
时：……70、72、73、75、77、78、80、82、83、85、86……
可取86，从而查得各齿轮副中的小齿轮齿数分别为：38、33。
于是， ，。
④传动组d:
，
时：……70、72、73、75、77、78、80、82、83、85、86……
时：…… 70、71、73、74、77、78、80、81、84、85、87……
可取85，查得各齿轮副中的小齿轮齿数分别为：33、25。
于是， ，。
3.1.7 确定传动系统简图
根据设计出来的参数可以得到传动系统简图,如图3-3所示。

图3-3 传动系统简图
3.2 动力设计
3.2.1 确定主轴计算转速
由转速图可知：主轴的计算转速是主轴第一个三分之一转速范围内的最高一级转速，从而我们可以得到 r/min。
3.2.2 确定每根轴的计算转速
从转速图可知，、 r/min 、 r/min、 r/min。
3.2.3 确定每个齿轮的计算转速
表3-2 各齿轮副的计算转速
齿轮序号

r/min
1250
630
1250
800
1250
1250
630
400
630
630
400
160
400
160
齿轮序号

r/min
50
160
160
50

3.2.4 工作机的传动效率
从电动机到工作机间的总效率为

由文献[5]查表9-1，有（齿轮8级精度）
于是
于是工作机输出的功率

3.2.5 计算各轴的输入功率

3.2.6计算各轴的输入转矩
电动机的输入转矩
轴I
轴II
轴III
轴IV
轴V
3.3 设计传动带
电动机转速,额定功率,电动机主轴与轴I的传动比，采用两班制，一班8小时，一天运转16小时，工作年数为10年。
[1]确定计算功率
由文献[1]查表8-7，取 ，则
[2]选取普通V带传动并确定其带型
根据小带轮的转速和计算功率 ,应选A型带。
[3]确定带轮基准直径和验算带速
由文献[1]查表8-6及表8-8取小带轮基准直径
则大带轮基准直径
符合V带轮的基准直径系列。
验算带速
因 ，故带速合适。
[4]确定V带的中心距和基准长度
即
初选中心距为=400mm
所需带基准长度

由文献[1]查表8-2，取相近的带的基准长度
带传动实际中心距
中心距变化范围为
[5]验算小带轮的包角：一般小带轮的包角不应小于。
，
故合适。
[6]确定带的根数Z
计算单根V带的额定功率
由文献[1]查表8-4a，得查表8-4b,得
由文献[1]查表8-5，得查表8-2，得
于是
V带的根数 故取3根带。
[7]计算单根V带的初拉力的最小值
查表 得，

故应使带实际初拉力的最小值
[8]计算作用在轴上的压轴力
压轴力的最小值
[9]V带轮的结构设计
V带轮的结构如下图3-4所示，其基本数据如下：

图3-4 V带轮结构图
3.4 齿轮传动设计
3.4.1 基本组设计
轴Ⅰ的输入功率 ，计算转速 r/min ,转矩，最大传动比，转速不高，两班制，工作期限规定为10年，除去节假日每年按300天计算。
一、材料、热处理及精度等级
由于转速不是太高，所以大、小齿轮的材料均选用45号钢，并且进行调制处理。小齿轮的齿面硬度为260HBS，大齿轮的齿面硬度为220HBS，硬质差为40HBS，在规定的30～50 HBS范围内，符合要求。
因载荷平稳，齿轮速度不高，初选8级精度
二、按齿面接触疲劳强度设计齿轮

1)取载荷系数
2)由文献[1]查表10-7，选取齿宽系数　
3)由文献[1]查表10-6，
由文献[1]查表图10-21d查得，
应力循环次数，

从图10-19查得
查表可安全系数，确定接触疲劳许用应力：

4) 求小齿轮的分度圆直径 ，代入的最小值

5) 计算齿轮最大圆周速度：
因为，所以所取的8级精度符合设计要求。
三、确定齿轮的主要参数
第一对齿轮(齿数)的参数计算
1) 模数:

按标准取模数
2) 分度圆直径：

3) 中心距:

4) 齿轮宽度：
，
经处理后取
四、按齿根弯曲疲劳强度校核

确定公式中各参数值
查文献表10-8可得动载荷系数，对于直齿轮来说
查文献[1]表10-2可得使用系数
查文献[1]表10-4，用插值法得
故载荷系数　
由文献[1]查图10-20c，得小大齿轮的弯曲强度极限

由文献[1]查图10-18，取弯曲疲劳寿命系数
取弯曲疲劳安全系数
则

由文献[1]查表10-5，齿形系数
应力校正系数

故齿轮校核合格。
3.4.2 第一扩大组设计
轴II的输入功率，计算转速 r/min ,转矩，最大传动比，转速不高，两班制，工作期限规定为10年，除去节假日每年按300天计算。
一、材料、热处理及精度等级
由于转速不是太高，所以大、小齿轮的材料均选用45号钢，并且进行调制处理。小齿轮的齿面硬度为260HBS，大齿轮的齿面硬度为220HBS，硬质差为40HBS，在规定的30～50 HBS范围内，符合要求。
因载荷平稳，齿轮速度不高，初选8级精度。
二、按齿面接触疲劳强度设计齿轮

1)取载荷系数
2)由文献[1]查表10-7，选取齿宽系数　
3)由文献[1]查表10-6，
由文献[1]查图10-21d，查得
计算齿轮的应力循环次数

查文献[1]图10-19可得，
可安全系数，计算接触疲劳许用应力

4) 求小齿轮的分度圆直径，代入的最小值

5) 求齿轮的最大圆周速度：
因为，所以取8级精度符合设计要求。
三、确定主要参数
第一对齿轮(齿数)的参数计算
1) 模数:

按标准取模数
2) 分度圆直径：

3) 中心距:

4) 齿轮宽度：
，
经处理后取
第二对齿轮(齿数)的主要几何尺寸
1) 分度圆直径：

2) 中心距：

3) 齿轮宽度：
，
经处理后取
第三对齿轮（齿数）的主要几何尺寸
1)分度圆直径：

2) 中心距：

3) 齿轮宽度：
，
经处理后取
四、按齿根弯曲疲劳强度校核

确定公式中各参数值
查文献[1]图10-8可得动载荷系数，而对于直齿轮来说
查文献[1]表10-2可得使用系数
查文献[1]表10-4，用插值法可得
故载荷系数　
由文献[1]查图10-20c，得小大齿轮的弯曲强度极限

由文献[1]查图10-18，取弯曲疲劳寿命系数
取弯曲疲劳安全系数
则

由文献[1]查表10-5，齿形系数
应力校正系数

故齿轮校核合格。
3.4.3 第二扩大组设计
轴III的输入功率，计算转速,转矩，最大传动比，转速不高，两班制，工作期限规定为10年，除去节假日每年按300天计算。
一、材料、热处理及精度等级
由于转速不是太高，所以大、小齿轮的材料均选用45号钢，并且进行调制处理。小齿轮的齿面硬度为260HBS，大齿轮的齿面硬度为220HBS，硬质差为40HBS，在规定的30～50 HBS范围内，符合要求。
因载荷平稳，齿轮速度不高，初选8级精度。
二、按齿面接触疲劳强度设计齿轮

1)取载荷系数
2)由文献[1]查表10-7，选取齿宽系数　
3)由文献[1]查表10-6，
由文献[1]查图10-21d，查得，
应力循环次数

查文献[1]图10-19可得
可以取安全系数，计算接触疲劳许用应力：

4) 求小齿轮的分度圆直径，代入的最小值

5) 计算齿轮最大的圆周速度：
因为，所以取8级精度符合设计要求。
三、确定主要参数
第一对齿轮(齿数)的参数计算
1) 模数：

按标准系列取模数m=3mm
2) 分度圆直径：

3) 中心距：

4) 齿轮宽度：

经处理后取
第二对齿轮(齿数)的主要几何尺寸
1) 分度圆直径：

2) 中心距：

3) 齿轮宽度：
，
经处理后取
四、按齿根弯曲疲劳强度校核

确定公式中各参数值
查文献[1]图10-8可得动载荷系数，而对于对于直齿轮来说
查文献[1]表10-2可得使用系数
查文献[1]表10-4，用插值法可得
故载荷系数　
由文献[1]查图10-20c，查得小大齿轮的弯曲强度极限

由文献[1]查图10-18，取弯曲疲劳寿命系数
取弯曲疲劳安全系数
则

由文献[1]查表10-5，齿形系数
应力校正系数

故齿轮校核合格。
3.4.4 第三扩大组设计
轴IV的输入功率，计算转速,转矩，最大传动比，转速不高，两班制，工作期限规定为10年，除去节假日每年按300天计算。
一、材料、热处理及精度等级
由于转速不是太高，所以大、小齿轮的材料均选用45号钢，并且进行调制处理。小齿轮的齿面硬度为260HBS，大齿轮的齿面硬度为220HBS，硬质差为40HBS，在规定的30～50 HBS范围内，符合要求。
因载荷平稳，齿轮速度不高，初选8级精度。
二、按齿面接触疲劳强度设计齿轮

1)取载荷系数
2)由文献[1]查表10-7，选取齿宽系数　
3)由文献[1]查表10-6，
由文献[1]查图10-21d，查得，
应力循环次数

查文献[1]图10-19，可以得到查
可以取安全系数，计算接触疲劳许用应力：

4) 计算小齿轮的分度圆直径，代入的最小值

5) 计算齿轮的最大圆周速度：
因为，所以取8级精度符合设计要求。
三、确定主要参数
第一对齿轮(齿数)的参数计算
1) 模数：

按标准系列取模数
2) 分度圆直径：

3) 中心距：

4) 齿轮宽度：
，
经处理后取
第二对齿轮(齿数)的主要几何尺寸
1) 分度圆直径：

2) 中心距：

3) 齿轮宽度：
，
经处理后取 ,
四、按齿根弯曲疲劳强度校核

确定公式中各参数值
查文献[1]图10-8可得动载荷系数，而对于直齿轮来说
查文献[1]表10-2可得使用系数
查文献[1]表10-4，用插值法可得
故载荷系数　
由由文献[1]查图10-20c，查得小大齿轮的弯曲强度极限

由文献[1]查图10-18，取弯曲疲劳寿命系数
取弯曲疲劳安全系数
则

由文献[1]查表10-5，齿形系数
应力校正系数

故齿轮校核合格。
3.4.5 第四扩大组齿轮设计
轴V的输入功率，计算转速,转矩，最大传动比，转速不高，两班制，工作期限规定为10年，除去节假日每年按300天计算。
一、材料、热处理及精度等级
由于转速不是太高，所以大、小齿轮的材料均选用45号钢，并且进行调制处理。小齿轮的齿面硬度为260HBS，大齿轮的齿面硬度为220HBS，硬质差为40HBS，在规定的30～50 HBS范围内，符合要求。
因载荷平稳，齿轮速度不高，初选8级精度。
二、按齿面接触疲劳强度设计齿轮

1)取载荷系数
2)由文献[1]查表10-7，选取齿宽系数　
3)由文献[1]查表10-6，
由文献[1]查图10-21d，查得，
应力循环次数

查文献[1]图10-19可以得到
可以取安全系数，计算齿轮的接触疲劳许用应力：

4) 计算小齿轮的分度圆直径，代入的最小值

5) 计算齿轮的最大圆周速度：
因为，所以取8级精度符合设计要求。
三、确定主要参数
第一对齿轮(齿数)的参数计算
1) 模数：

按标准系列取模数
2) 分度圆直径：

3) 中心距：

4) 齿轮宽度：
，
经处理后取
第二对齿轮(齿数)的主要几何尺寸
1) 分度圆直径：

2) 中心距：

3) 齿轮宽度：
，
经处理后取 ,
四、按齿根弯曲疲劳强度校核

确定公式中各参数值
查文献[1]查图10-8就可以得到动载荷系数，而对于直齿轮来说
查文献[1]表10-2可以得到使用系数
查文献[1]表10-4，用插值法可以得到
故载荷系数　
由由文献[1]查图10-20c，查得小大齿轮的弯曲强度极限

由文献[1]查图10-18，取弯曲疲劳寿命系数
取弯曲疲劳安全系数
则

由文献[1]查表10-5，齿形系数
应力校正系数

所以主轴上的齿轮强度符合设计要求。
3.5 轴的设计
3.5.1 轴Ⅰ的设计
1) 选择轴的材料及热处理
查文献[1]表15-1可以得到：轴Ⅰ选用45号钢，调质处理，硬度217~255HBS，

2) 按扭矩的大小初步确定轴径
查文献[1]表15-3，可以取，则
考虑到轴上有键槽和轴承，所以轴颈需要加大15%：
最后取
3) 轴的结构设计

图3-6 Ⅰ轴结构图
4) 确定轴各段直径和长度
Ⅰ段直径 (离合器右段及花键和套筒的总长)
Ⅱ段直径（选择轴承内径，选用圆锥滚子轴承30205，宽度15mm，外径52mm.）（轴承宽及套的筒长）
Ⅲ段直径（安装齿轮段及变速时齿轮的滑移的距离的范围）
Ⅳ段直径（选择轴承内径，可以选用圆锥滚子轴承30205，他的宽度为15mm，外径52mm.）（轴承宽及套筒长）
所以总长
5) 轴的强度校核
已知小齿轮.圆周力为，径向力为
在危险截面上的内力矩

平面内弯矩：

平面内弯矩：

总的合成弯矩：

取，由强度理论得危险截面处的计算应力：
因此该轴强度足够。
3.5.2 轴II的设计计算
1) 选择轴的材料及热处理
由文献[1]查表15-1，轴II选用45号钢，调质处理，硬度217~255HBS，
2) 按扭矩初算轴径
由文献[1]查表15-3，取，则
考虑有键槽和轴承，轴颈加大9%：
所以取
3) 轴的结构设计

图3-7 Ⅱ轴结构图
4) 确定轴各段直径和长度
Ⅰ段直径（选择左端轴承内径,选用圆锥滚子轴承30205，宽度15mm，外径52mm.）（轴承内径及套筒长）
Ⅱ段轴肩高 ,考虑到要用花键连接，选键的型号为，所以直径，（第一传动组、第二传动组滑移齿轮安装，中间轴承宽度，选中间轴承为N307E，宽21mm，外径80mm，且考虑箱体铸造时的方便）
Ⅲ段直径（选择右端轴承内径，选用圆锥滚子轴承30205，宽度15mm，外径52mm.）（轴承内径及套筒长）
所以总长。
5) 轴的强度校核
已知小齿轮，圆周力为，径向力为,在危险截面上的内力矩

平面内弯矩：

平面内弯矩：

总的合成弯矩：

取，由强度理论得危险截面处的计算应力：
因此该轴强度足够。
3.5.3 轴III的设计
1) 选择轴的材料及热处理
由文献[1]查表15-1，得轴III选用45号钢，调质处理，硬度217~255HBS，
2) 按扭矩大小初步确定轴径
由文献[1]查表15-3，取，则
考虑有键槽和轴承，轴颈加大10%：
所以取。
3) 轴的结构设计

图3-8 Ⅲ轴结构图
4）确定轴各段直径和长度
Ⅰ段直径（选择左端轴承内径,选用圆锥滚子轴承30206，宽度16mm，外径62mm.）（轴承内径及套筒长）
Ⅱ段轴肩高,考虑到要用键连接，所以直径
Ⅲ段直径（选择右端轴承内径，选用圆锥滚子轴承30206，宽度16mm，外径62mm.）（轴承内径及套筒长）
所以总长。
5) 轴的强度校核
已知小齿轮，圆周力为，径向力为
在危险截面上的内力矩

XOZ平面内弯矩

XOY平面内弯矩

合成弯矩

取，由强度理论得危险截面处的计算应力：。
因此该轴强度足够。
3.5.4 轴IV的设计
1) 选择轴的材料及热处理
由文献[1]查表15-1，得轴III选用45号钢，调质处理，硬度217~255HBS，
2) 按扭矩初步确定轴径
由文献[1]查表15-3，取，则
考虑有键槽和轴承，轴颈加大10%：
所以取
3) 轴的结构设计

图3-8 IV轴结构图
4）确定轴各段直径和长度
Ⅰ段直径（选择左端轴承内径,选用圆锥滚子轴承30206，宽度16mm，外径62mm.）（轴承内径及套筒长）
Ⅱ段轴肩高,考虑到要用键连所以直径
Ⅲ段直径（选择右端轴承内径，选用圆锥滚子轴承30206，宽度16mm，外径62mm.）（轴承内径及套筒长）
所以总长。
5) 轴的强度校核
已知小齿轮，圆周力为，径向力为
在危险截面上的内力矩

XOZ平面内弯矩：

XOY平面内弯矩：

总的合成弯矩：

取，由强度理论得危险截面处的计算应力：
因此该轴强度足够。
3.5.5 主轴结构设计
1) 选择轴的材料及热处理
由于主轴承受的扭矩较大并且是空心轴，由文献[1]查表15-1，主轴选用35SiMn调质处理，硬度229~286HBS，
2) 按扭矩初算轴径
由文献[1]查表15-3，取，则
考虑到主轴上有键槽和轴承，主轴为空心轴，故轴颈应加大70%：，再考虑到主轴空心轴的内径
所以取
3) 轴的结构设计

图3-9 主轴结构图
确定轴各段直径和长度
Ⅰ段直径
Ⅱ段直径，（考虑到密封和端盖）
Ⅲ段直径（轴承的安装，选圆柱滚子轴承N213E，宽度23mm，内径65mm ,外径120mm）
Ⅳ段（考虑变速时齿轮的滑移及箱体铸造时的方便）
Ⅴ段（选择主轴右端轴承，选轴承N216E，宽26mm，内径80，外径140mm）
Ⅵ段直径（考虑端盖的安装，挡油环安装螺纹的加工）
Ⅶ段直径（用于安装卡盘等机构）
VIII段工艺椎体，锥度为
所以轴的总长
4）验算轴的强度
已知齿轮，圆周力为，径向力为
其中在危险截面上的内力矩

平面内弯矩：

平面内弯矩：

总的合成弯矩：

取，由强度理论得危险截面处的计算应力：其中，因此主轴的强度足够。

（四）箱体的设计
4.1 机座的结构
机座的形式很多，分类方法也各部相同。但就其一般的构造形式而言，可分为四类：卧式机座、立式机座、门式机座和环式机座。对于普通车床而言，以卧式和立式居多。
4.2 箱体的机构
4.2.1 箱体的材料
对于普通车床，箱体结构通常采用铸造。箱体的材料常常即要求便于施工，又价格低廉，所以通常采用球墨铸铁、普通灰铸铁以及变性灰铸铁等；对于那些要求强度高、刚度大的机械，箱体的材料通常采用铸钢；对于那些减小质量具有很大意义的机械（如运行式机器），采用铝合金等轻金属。
4.2.2 箱体的设计
（一） 箱体的设计概要
刚度是箱体类零件工作能力的最主要指标，其次是强度和抗振性能。此外，对于具体的机械，还应该符合特殊要求，并力求具有良好的工艺性。如图4-1为主轴箱展开图。
箱体的结构及尺寸取决于内外部零部件的形状和尺寸。由以上设计出的各几何尺寸（齿顶圆直径、齿宽以及各轴间的中心距等）确定箱体的机构和尺寸大小（表4-1为箱体的尺寸）。
（二） 铸造工艺要求
箱体应具有良好的铸造工艺性，铸件冷却时不应产生缩孔和裂纹。
（三） 加工工艺对结构的要求
由于声场和加工方法不尽相同，对零件的结构也有不同的要求，因此要特别注意加工工艺对结构的要求。
（四） 装配工艺对结构的要求
为了缩短装配时间，提高工作效率，必须对装配工艺有较高要求。

图4-1 主轴箱展开图

表4-1 箱体的尺寸
名称
符号
尺寸关系
箱座壁厚

25
箱盖壁厚

18
箱盖凸缘厚

12
箱座凸缘厚

12
箱座底的凸缘厚

40
底部螺钉数目

20
外箱壁距离轴承端面的长度

齿轮顶圆到内箱壁的间距

齿轮端面与内箱壁的间距

箱体盖的厚度与箱座的肋厚

（五）润滑与密封
5.1 润滑设计
普通机床主轴变速箱多用润滑油进行润滑，而且多为闭式齿轮传动，有密闭的箱体，齿轮工作环节较为清洁。采用润滑油进行润滑时应该保证回油路的畅通，进油方向一定要注意到角接触轴承的泵油效应，即润滑油必须从小端进大端出。为了方便润滑，箱体上的回油孔的直径应尽可能的大些。箱体上需要放置油标，以便及时检查润滑系统工作情况。应在箱体适当位置上设置放油孔，放油孔应低于油池底面，以便放净油，为了便于接油最好在放油孔处接长管。
5.2 润滑油的选择
润滑油的选择与轴承的类型、尺寸、以及齿轮的工作条件有关，速度高选粘度低的，反之选粘度高的。由于我们的主轴转速较低可以选择粘度高一点的。

四、设计小结
经过两周的奋战我的课程设计终于完成了。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。而且也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
最后还要非常感谢我们的指导老师王月英书记对我们悉心的指导，感谢王书记给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大,为即将到来的毕业设计打下一个好的基础。

五、参考文献
[1] 濮良贵,纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社,2010.
[2] 工程学院机械制造教研室.金属切削机床指导书[M]. 2010.
[3] 周开勤.机械零件手册[G].第五版.高等教育出版社,2001.
[4] 《机床设计手册》编写组.机床设计手册[G].北京:机械工业出版社,1980.
[5] 宋宝玉.机械设计课程设计指导书[M].高等教育出版社,2006.
[6] 周堃敏.机械系统设计[M].高等教育出版社,2009.
[7] 杨汝清.现代机械设计[M].上海科科学技术文献出版社,2000.
[8] 黄天铬, 邓先礼, 梁锡昌.机械系统学[M].重庆出版社,1997.
[9] 刘鸿文.材料力学[M].高等教育出版社,2004.
[10] 刘孝民.机械设计基础[M].华南理工大学出版社,2006.
[11] 东北工学院编写组.机械零件设计手册[G].1980.
[12] 华东纺织工学院, 哈尔滨工业大学, 天津大学.机床设计图册[G].上海科学技术出版社,1979.
[13] 朱龙英,李贵三.机械设计[M].高等教育出版社,2012.

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