机床主轴箱设计专周课程设计.doc

(完整word版)机床主轴箱设计专周课程设计

计 算 及 说 明
结 果
1.概述
1.1课程设计的目的
机床课程设计，是在学习过课程《机械制造装备设计》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，能掌握机械制造工艺基础理论知识，能制订零件加工工艺路线，能正确选择应用机床设备、刀具和量具，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。
通过设计基本技能的训练，培养学生使用手册、图册、有关资料及标准规范的能力；使学生掌握机械设备设计的方法和步骤；提高技术总结及编制技术文件的能力。为以后的毕业设计乃至实际工程设计奠定必要的基础。
1.2课程设计的要求
（1）掌握机械设备设计的基本方法和步骤；
（2）掌握运用有关国家标准、手册、规范、图表等技术资料的能力。
（3）掌握编写技术文件的基本技能。
1.3主要技术参数
机床为CA6136，其主参数（规格尺寸）和基本参数：
（1）加工工件最大回转直径为：。
（2）转速级数。
（3）公比。
（4) 电动机功率。
（5）主轴回转最大转速，最小转速，
额定转速

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2.参数的设定
2.1变速范围

2.2电机的选择
Y系列三相异步电动机高效、节能、起动转矩大、噪声低、振动小、运行安全可靠。选用同步转速1500r/min的电动机，因为电动机额定功率，查〈〈机械设计课程设计〉〉 第141页表16-1得电动机技术数据：
电动机型号
额定功率/kw
满载转速

质量/kg
Y112M-4
4
1440
2.2
2.2
43

3.传动设计
3.1主传动方案的拟定
主传动的布局主要有集中传动式和分离传动式两种。主传动的全部变速机构和主轴组件装在同一箱体内，称为集中传动布局；分别装在变速箱和主轴箱两个箱体内，其间用带、链条等传动时，称为分离传动式布局。
此次设计中，我们采用集中传动式的主轴变速箱。

3.2传动结构式的拟定
3.2.1变速组和传动副数的拟定
经分析确定为
3.2.2结构式的拟定
在的方案中，有以下几种扩大方案
（1） （2）
（3） （4）
（5） （6）

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扩大方案（1）、（2）、（3）、（5）的极限变速范围

而扩大方案（4）、（6）的极限变速范围

因此扩大方案（4）、（6）不宜使用。
同时考虑传动副的前多后少、前疏后密原则，故选扩大方案（1）

即结构式为。
3.3 转速图的拟定……

图1-1

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4. 传动件的计算与选择
4.1带传动的设计与计算
4.1.1确定计算功率
确定车床两班制工作，一天运转16小时，一年工作300天，工作年数10年。
由《机械设计》第156页表8-7查得

4.1.2选择V带的带型
小带轮转速，根据计算功率和小带轮转速，由《机械设计》第157页图8-11选取V带的带型为A型。
4.1.3确定带轮的基准直径并验算带速
根据V带带型，参考《机械设计》第155页表8-6和第157页表8-8确定小带轮的基准直径。
小带轮转速。带速不宜过低或过高，一般在之间，故小带轮转速符合要求。
由计算得出 ，根据 《机械设计》第157页表8-8确定 。
4.1.4确定中心距，并选择带的基准长度
初定中心距，由计算得出，。
计算相应带长
根据 《机械设计》第146页表8-2确定。
计算实际中心距。

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4.1.5验算小带轮上的包角
符合要求。
4.1.6确定带的根数
根据 《机械设计》第152页表8-4a确定，第153页表8-4b确定，第146页表8-2确定，第155页表8-5确定
，故 。
故取根。
4.1.7确定带的初拉力

对于新安装的V带，，
对于运转后的V带，。
4.1.8计算带传动的压轴力

4.1.9带轮结构的设计
4.1.9.1带轮的材料
常用的V带轮材料为HT150或HT200，转速较高时可以采用铸钢或钢板冲压焊接而成，小功略时采用铸铝或塑料。本设计采用HT200。
4.1.9.2带轮结构形式
V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成，根据轮辐结构的不同可以分为实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式。V带轮的结构形式与基准直径有关，当带轮基准直径（d为安装带轮的轴的直径，mm）时，可以采用实心式；当可以采用腹板式；时可以采用孔板式；当时，可以采用轮辐式。本次设计采用腹板式。

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根据《机械设计课程设计》第189页表19-2确定参数得：
，，，
，，，。
故，
，，
，，
， ，
，，
根据《机械设计课程设计》第190页表19-3确定
径向圆跳动

4.2传动轴直径的估算
4.2.1传动轴输入功率的计算
查〈〈机械设计课程设计〉〉第7、8页表2-2得
－V带的传动效率：0.95
－每对轴承传动效率：0.99
－圆柱齿轮（7级精度）的传动效率：0.98

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4.2.2确定各传动轴的计算转速
主轴计算转速
由转速图得出轴Ⅰ的计算转速，轴Ⅱ的计算转速，轴Ⅲ计算转速，而轴Ⅳ计算转速。

4.2.3轴的材料选择和最小直径估算
根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。根据《机械设计》第370页表15-3得轴Ⅰ，轴Ⅱ，轴Ⅲ，轴Ⅳ。
轴Ⅰ：
轴Ⅱ：
轴Ⅲ：
轴Ⅳ：
按扭转强度法进行最小直径估算，即：。初算轴颈时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大，两个键槽时，d增大，当轴为花键轴时，可将估算的值减小为花键轴的小径。Ⅲ和Ⅳ有键槽并且轴Ⅳ为空心轴，、Ⅱ和Ⅲ为花键轴。根据以上原则各轴的直径取值：，和。

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4.3齿轮的设计与计算
4.3.1齿轮材料的选择
选取齿轮材料均为40Cr，硬度为。
选用7级精度。
4.3.2齿数的计算
变速组（Ⅰ~Ⅱ）：，
，
，
、、的最小公倍数为12，即，则。最小齿轮齿数发生在中，，，取，；
；；；，
，。
同理可得变速组（Ⅱ~Ⅲ）：，
，
变速组（Ⅲ~Ⅳ）：，
，
4.3.3齿轮模数的估算
模数计算公式：
—电动机功率；
—传动比
—小齿轮齿数
—许用接触应力
-齿宽系数；一般之间
—齿轮计算转速

，
，
，

，
，
，
，

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由转速图得出变速组中小齿轮计算转速，变速组中小齿轮计算转速，而变速组中小齿轮计算转速确定。由《金属切削机床设计指导》
表37查得。
变速组：按齿数为24的齿轮计算

同一变速组上齿轮模数统一且选取相近的标准模数，故。
变速组：按齿数为22的齿轮计算

同一变速组上齿轮模数统一且选取相近的标准模数，故。
变速组：通常在变速箱中全部齿轮采用1~2种模数，故 。
齿顶圆直径 ；
齿根圆直径；
分度圆直径 ；
齿顶高 ；
齿根高 ；
标准齿轮：

齿轮的具体值见表1.1

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表1.1齿轮尺寸表 （单位：mm）
齿轮
齿数z
模数m
分度圆d
齿顶圆
齿根圆直径
齿顶高

齿根高

1
24
3
72
78
64.5
3
3.75
2
30
3
90
96
82.5
3
3.75
3
36
3
108
114
100.5
3
3.75
4
48
3
144
150
136.5
3
3.75
5
42
3
126
132
118.5
3
3.75
6
36
3
108
114
100.5
3
3.75
7
22
4
88
96
78
4
5
8
42
4
168
176
158
4
5
9
62
4
248
256
238
4
5
10
42
4
168
176
158
4
5
11
18
4
72
80
62
4
5
12
60
4
240
248
230
4
5
13
72
4
288
296
278
4
5
14
30
4
120
128
110
4
5

4.3.4齿宽的确定

变速组的主动轮齿轮；
变速组的主动轮齿轮；
变速组的主动轮齿轮；
一般一对啮合齿轮，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，应主动轮比从动轮齿宽大（5～10mm）。所以：
， ，
，，
，。

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4.3.5齿轮结构的设计
通过齿轮传动强度的计算，只能确定出齿轮的主要尺寸，如齿数、模数、齿宽、螺旋角、分度圆直径等，而齿圈、轮辐、轮毂等的结构形式及尺寸大小，通常都由结构设计而定。当齿顶圆直径时，可以做成实心式结构的齿轮。当时，可做成腹板式结构，再考虑到加工问题，现决定把齿轮均做成实心结构。
4.4传动轴间的中心距
；
；
。
4.5键的选择
键的材料均为45调质钢。
因为矩形花键定心精度高，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理变形，定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高的精度，故采用矩形花键连接。按规定，矩形花键的定心方式为小径定心。根据《机械设计课程设计》第88页表10-2得矩形花键的基本尺寸系列：
轴花键轴的规格；
轴花键轴的规格；
轴花键轴的规格。
根据《机械设计课程设计》第87页表10-1得：
轴上的键为；
轴上的键为。
4.6轴承的选择
轴： 6206 D=62 B=16 深沟球轴承
6207 D=72 B=17 深沟球轴承
轴： 30207 D=72 B=17 圆锥滚子轴承
轴： 30208 D=80 B=18 圆锥滚子轴承
轴： NF212 D=110 B=22 圆柱滚子轴承
NF217 D=150 B=28 圆柱滚子轴承

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5. 传动件的校核
5.1齿轮的校核
在验算算速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大，齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。故选取齿轮1、7、11进行校验。

5.1.1校验变速组齿轮
5.1.1.1选取校核所需要的参数
1）齿轮的工作应力循环次数：

2）计算载荷系数
由查《机械设计》第194页图10-8得。根据《机械设计》第193页表10-2得。根据《机械设计》第196页表10-4得。直齿轮《机械设计》第198页图10-13得；
则计算载荷系数，

3）查取齿形系数和应力校正系数
根据《机械设计》第200页表10-5得，。
4）由《机械设计》第201页表10-6查得材料的弹性影响系数
，。

5）计算弯曲疲劳许用应力
由《机械设计》第208页图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。
由《机械设计》第206页图10-18取弯曲疲劳寿命系数 。取弯曲疲劳安全系数S=1.4

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6）计算接触疲劳许用应力
由《机械设计》第207页图10-19取弯曲疲劳寿命系数 。
由《机械设计》第209页图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限。
取失效概率为1%，安全系数S=1
。
7）校核弯曲疲劳强度
已知，

8）校核接触疲劳强度

故变速组齿轮符合要求。
同理可验证变速组、变速组齿轮符合要求。

5.2键的校核
轴上的键：由《机械设计》第106页表6-2得
，
，
，键联接强度足够。
同理可验证轴上的键联接强度符合要求。

5.3轴承的校核
Ⅰ轴上的轴承为6206型深沟球轴承，
Ⅰ轴传递的转矩 ：，
齿轮受力，

变速组、变速组、变速组齿轮符合要求。

轴上的键、轴上的键联接强度符合要求。
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结 果
根据受力分析可以得出轴承的径向力为

因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，根据《机械设计》第321页表13-6查得，取。

轴承的寿命：由《机械设计课程设计》查得基本额定动载荷为 。
由《机械手册》第318页，表13-3查得。

故所选轴承满足寿命要求。
同理可验证其他轴上的键轴承符合要求。

所选轴承满足寿命要求
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6.润滑与密封
主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。
主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种：
1）堵——加密封装置防止油外流。
主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留0.1～0.3的间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难）。还有一种是在轴承盖的孔内开一个或几个并列的沟槽（圆弧形或形），效果比上一种好些。在轴上增开了沟槽（矩形或锯齿形），效果又比前两种好。
在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。
2）疏导——在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。
7.拆装与调整
在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙，因为游隙大小将影响轴承的正常工作。当轴直径为30~50mm时，可取游隙为40~70mm。
在安装齿轮后，必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，侧隙和接触斑点是由传动精度确定的，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时，可以对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的啮合位置。
8. 设计小结
机械设计课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。开始着手时，十分茫然，完全理不清头绪。在翻阅了书本和查阅老师给的材料后，才逐步要了思路。设计过程虽然不是很顺利，
但经过自己的努力和老师和同学的帮助后，我才完成了本次机械设计。虽然经过多次修改，但设计的结果还是存在着很多问题，但是体验了机械设计的过程，了解了机械设计的方法，能为以后学习或从事机械设计提供一定的基础。 再次感谢XXX老师对我的指导和教诲。

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9. 参考文献
1.《机械设计课程设计》殷玉枫主编，机械工业出版社，2008年。
2.《机械设计》濮良贵 纪名刚主编，高等教育出版社， 2006年。
3.《机械制造装备设计课程设计》陈立德主编，高等教育出版社，2007年。
4.《机械制造装备设计》李庆余、孟广耀主编，机械工业出版社，2008年。
4.《理论力学》盛冬发主编，北京大学出版社，2006年。
5.《材料力学》单辉祖主编，高等教育出版社，2007年。
6.《机械制图》张彤主编，北京理工大学出版社，2008年。
7.《互换性与测量技术基础》韩进宏主编，中国林业出版社，2008年。
8.《金属切削机床设计指导》，瓮世修、王良申主编，上海交通大学出版社，1987年。
9.《机械原理》，刘会英、杨志强、张明勤主编，机械工业出版社，2007年。

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