金属切削机床主轴箱设计项目说明指导书.doc

已知条件：
公比
交流电动机7.5kw，转速1440/970
§1.设计目
通过机床主运动机械变速传动系统得构造设计，在拟定传动和变速构造方案过程中，得到设计构思、方案分析、构造工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文献和查阅技术资料等方面综合训练，树立对的设计思想，掌握基本设计办法，并具备初步构造分析、构造设计和计算能力。
§2.机床重要参数拟定
2.1拟定级数z
已知公比，。
由，可得
级数，查原则数列表，主轴各级转速为（）
15；19；23.6；30；37.5；47.5；60；75；95；118；150；190；
236；300；375；475.
2.2拟定电动机型号
已知电动机功率P=7.5kw。
电机转速nd:
由于nmax =475r/min ，依照N=7.5 KW，由于要使电机转速nd与主轴最高转速相近或相宜，以免采用过大升速或过小降速传动。因此初步定电机为：Y160M-6，电机转速970r/min。
§3.拟定机床传动方案
3.1构造式拟定
16=
依照主变速传动系设计普通原则，从电动机到主轴重要为降速传动，若使传动副较多传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节约材料，也就是满足传动副前多后少原则，因而取方案。在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比 ；在升速时为防止产生过大噪音和震动常限制最大转速比。在主传动链任一传动组最大变速范畴。
3.2绘出构造网
依照构造式，从而拟定构造网如下：

检查传动组变速范畴时，只检查扩大组：
其中，，
因此 ，适当。
3.3 绘制转速图
1.分派降速传动比
在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比 ，现取最后变速组最小降速传动比为1/4；查表，可得。依照降速前慢后快原则，决定别的变速组最小降速传动比，变速组c最小传动比=；变速组b最小传动比=；变速组a最小传动比=
2.拟定各级转速并绘制转速图
由 　　z = 16拟定各级转速：（）
15；19；23.6；30；37.5；47.5；60；75；95；118；150；190；
236；300；375；475.绘制转速图如下：

§4拟定各变速组传动副齿数
4.1变速组a:
变速组a由3个传动副，其传动比分别为：
。后两个传动比不大于1，取其倒数，按u=1，1.26，1.58查表3-9，查出符合三个传动比齿数和分别有：
……62、64、66、68、70、72、74……
……63、65、66、68、70、72、74……
……62、65、67、70、72、73……
符合有70，72，可取70,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为：35、31、27。
于是，，
可得轴Ⅲ上三联齿轮齿数分别为：35、39、43。
4.2变速组b:
变速组b由2个传动副，其传动比分别为：
。后一种传动比不大于1，取其倒数，按u=1，2查表3-9，查出符合两个传动比齿数和分别有：
……72、74、76、78、80、82、84、86……
……72、75、78、81、84、86、87……
符合有72，78，84，86，可取78,于是可得轴Ⅱ齿轮齿数分别为：39，26。
于是，
可得轴Ⅱ上三联齿轮齿数分别为：39、52。
4.3变速组c:
变速组c由2个传动副，其传动比分别为：
。后一种传动比不大于1，取其倒数，按u=1.26，3.16查表3-9，查出符合两个传动比齿数和分别有：
……81、82、83、84、86、88、91、……
……83、84、87、88、91、92……
符合有84，88、91，可取84,于是可得轴Ⅲ齿轮齿数分别为：47、20。
于是，
可得轴Ⅳ上三联齿轮齿数分别为：37、64。
4.4变速组d:
变速组d由2个传动副，其传动比分别为：
。后一种传动比不大于1，取其倒数，按u=1.58，4查表3-9，查出符合两个传动比齿数和分别有：
……88、90、91、93、95、96、98、99、……
……89、90、91、94、95、96、99、100……
符合有90、91、95、96、99、，可取96,于是可得轴Ⅳ齿轮齿数分别为：37、19。
于是，
可得轴Ⅴ上三联齿轮齿数分别为：59、77。
算得各齿轮参数如下：(mm)

齿数
模数
分度圆直径
齿根高
齿顶高
齿根圆直径
齿顶圆直径
中心距

35

3
105

3.75

3
97.5
111

105

35
105
97.5
111

31
93
85.5
99

39
117
109.5
123

27
81
73.5
87

43
129
121.5
135

39

3
117
109.5
123

117

39
117
109.5
123

26
78
70.5
88

52
156
148.5
166

47

4
188

175
196

37
148
138
156

20
80

5

4
70
88
168

64
256
246
264

37

4
148
138
156

192

59
236
226
244

19
76
66
84

77
308
298
316

§5 绘制传动系统图
依照轴数，齿轮副，电动机等已知条件可绘制出如下系统图：

§6.传动零件初步计算
6.1带传动设计
电动机转速n=970r/min,传递功率P=7.5KW,传动比i=970/600=1.62，两班制，
一天运转16小时，工作年数。
1． 拟定计算功率
取1.1，则
2．选用V带型
依照小带轮转速和计算功率，选B型带。
3．拟定带轮直径
查表，小带轮最小基准直径,取，则
大带轮直径为。取原则值
4．计算带速度
验算带速度
其中 -小带轮转速，r/min；
-小带轮直径，mm；
，
符合规定。
5．初定带传动中心距
设中心距为,则
0．55（）a2（）
于是 254.8a728,
初取中心距为400mm。
6．计算带基准长度
带长

查表取相近基准长度，。
7．计算带传动实际中心距
带传动实际中心距
8．验算小带轮包角
普通小带轮包角不应不大于。

符合规定。
9．拟定V带根数

其中： -时传递功率增量；
-按小轮包角，查得包角系数；
-长度系数；
为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不不不大于10。

取Z=4根
10．计算带张紧力

其中： -带传动功率,KW；
v-带速,m/s；
m-每米带质量，kg/m；取q=0.17kg/m。
v = 7.11m/s。

11．计算作用在轴上压轴力

6.2验算主轴转速误差
转速误差：
为主轴实际转速。

，合格
同理
，，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
6.3传动轴直径拟定
1.计算转速
1）各轴计算转速
主轴计算转速
取，Ⅳ轴计算转速：75r/min,Ⅲ轴计算转速:190r/min,Ⅱ轴计算转速：375r/min,Ⅰ轴计算转速：600r/min。

齿轮

计算转速
600
600
600
475
600
375
375
375
375
r/min
齿轮

计算转速
190
190
236
236
75
75
47.5
190
47.5
r/min
2.拟定各传动轴最小直径
普通按扭转刚度初算传动轴直径：
，其中
为该轴传递功率；为该轴每米长度容许扭转角
查机械设计手册，各传动效率分别为：
带传动：，齿轮传动，轴承
1）Ⅰ轴直径：
，=0.75deg/m
，取d=35mm
2）Ⅱ轴直径
=0.75deg/m
,取d=40mm
3）Ⅲ轴直径：
,=0.75deg/m
,取d=45mm
4）Ⅳ轴直径：
,=0.75deg/
,取d=55mm
5)主轴直径：

由主轴所传递功率查表，取主轴前轴颈直径，主轴后轴颈直径，取=80mm。主轴孔径d取主轴平均直径55%--65%，取d=50mm。
6.4齿轮模数初步计算
按下列公式初定模数：
式中：
N为齿轮传递功率，Z式齿轮齿数，n该齿轮计算转速
取齿数至少齿轮计算。Z=19
则，初选齿轮模数m=4
§7.重要零件设计与验算
7.1 齿轮强度计算和模数选定
1.变速组a：
按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。
两齿轮选用45钢，调质解决，齿面硬度217——255HBS。8级精度。按接触疲劳强度设计：
其中： 1）小齿轮传递功率转矩：

2）载荷系数K=1.4
3）齿宽系数；
4）弹性系数
5）齿数比u=Z6/Z5=1.58
6)节点区域系数
7)重叠度
查表，取重叠度系数
8）许用接触应力
由图表查得接触疲劳极限应力=570Mpa，
应力循环次数查表得，寿命系数。取安全系数=1.0，

=81.2mm，则齿轮模数m。
校核齿根弯曲疲劳强度
其中： 1）K=1.4，=113485.8N.mm，=27*3=81,b=,取b=40mm
2）齿形系数
3)应力修正系数

4）重叠度系数=0.72
5）许用弯曲应力
查表=220Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1.25
=176Mpa

符合规定
2.变速组b：
按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。
两齿轮选用45钢，调质-表面淬火解决，齿面硬度40——50HRC。8级精度。按接触疲劳强度设计：
其中： 1）小齿轮传递功率转矩：

2）载荷系数K=1.4
3）齿宽系数；
4）弹性系数
5）齿数比u=Z10/Z9=2
6)节点区域系数
7)重叠度
查表，取重叠度系数
8）许用接触应力
由图表查得接触疲劳极限应力=1100Mpa，
应力循环次数查表得，寿命系数。取安全系数=1.0，

=56.1mm，则齿轮模数m，取m=3
校核齿根弯曲疲劳强度
其中： 1）K=1.4，=176229.3N.mm，=26*3=78,mm，b=mm
2）齿形系数
3)应力修正系数

4）重叠度系数=0.72
5）许用弯曲应力
查表=320Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1.25
=256Mpa

符合规定
3.变速组c：
按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。
两齿轮选用45钢，调质-表面淬火解决，齿面硬度40——50HRC。8级精度。按接触疲劳强度设计：
其中： 1）小齿轮传递功率转矩：

2）载荷系数K=1.4
3）齿宽系数；
4）弹性系数
5）齿数比u=Z14/Z13=3.2
6)节点区域系数
7)重叠度
查表，取重叠度系数
8）许用接触应力
由图表查得接触疲劳极限应力=1100Mpa，
应力循环次数查表得，寿命系数。取安全系数=1.0，

=61.2mm，则齿轮模数m，取m=4
校核齿根弯曲疲劳强度
其中： 1）K=1.4，=271527.5N.mm，=20*4=80mm，b=mm
2）齿形系数
3)应力修正系数

4）重叠度系数=0.72
5）许用弯曲应力
查表=320Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1.25
=256Mpa

符合规定
4.变速组d：
按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。
两齿轮选用45钢，调质-表面淬火解决，齿面硬度40——50HRC。8级精度。按齿根弯曲疲劳强度设计：
其中： 1）小齿轮传递功率转矩：

2）载荷系数K=1.4
3）齿宽系数；
4）齿形系数
5)应力修正系数

6）重叠度
重叠度系数=0.72
7）许用弯曲应力
查表=320Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1.25
=256Mpa
=3.84,取模数m=4
校核接触疲劳强度
其中： 1）K=1.4，=327213.2N.mm，=19*4=76mm，b=mm
2）弹性系数
3）齿数比u=Z18/Z17=4
4)节点区域系数
5）重叠度系数=0.88
6）许用接触应力
由图表查得接触疲劳极限应力=1100Mpa，
应力循环次数
查表得，寿命系数。取安全系数=1.0，

符合规定
7.2 主轴挠度校核
通过受力分析，在主轴两对啮合齿轮副中，接近中间一对齿轮对主轴中点处挠度影响最大，因此，选取啮合齿轮来进行校核：
挠度计算公式为：，其中
1） 主轴传递转矩

2） 主轴两支承间跨距l=530mm， a=298mm ， b=232mm
3） 主轴弹性模量：
主轴选用是45钢，弹性模量为
4） 主轴惯性矩：

5）许用挠度 [y]=0.0002l=0.0002*530=0.106mm

符合规定
7.3摩擦离合器计算
1．拟定摩擦面对数
摩擦面对数
式中：1）转矩T=1134853.8N.mm
2）安全系数K=1.3
3) 摩擦片平均直径
4）摩擦片接触宽度b=10mm
5）摩擦系数f=0.1
6）许用压强[p]=1.2MPa,基本许用压强
,取Z=10
2．轴向压紧力
轴向压紧力其中：
速度系数=1.2

参照文献：
1. 冯辛安. 机械制造装备设计 机械工业出版社.
2. 王启义，蔡群礼，胡宝珍. 金属切削机床设计. 东北工学院出版社. 1989
3. 黄鹤汀，俞光. 金属切削机床设计. 上海科学技术文献出版社. 1985
4. 顾熙棠，金瑞祺，刘谨. 金属切削机床. 上海科学技术出版社. 1993
5. 陈铁鸣. 机械设计. 哈尔滨工业大学出版社.
6. 吴宗泽，罗圣国. 机械设计课程设计手册. 高等教诲出版社.