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1、毕 业 设 计 (论 文) 专专 业业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级级 学生姓名学生姓名 学学 号号 课课 题题 车床主轴箱设计车床主轴箱设计 指导教师指导教师 摘要摘要 普通中型车床主轴箱设计普通中型车床主轴箱设计 普通中型车床主轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所 给定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关 运动参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟定结构式 或结构网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。其次， 根据机床类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速，初定传动轴直 径、齿轮模
2、数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后 要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后， 完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化” ，设计主轴变速箱装配 图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、 传动轴及滑移齿轮零件的设计。 【关键词】车床、主轴箱、变速系统、主轴组件。 普通车床主轴箱设计 第 3 页 共 68 页 目录目录 目录目录4 1、绪论、绪论10 2设计计算设计计算11 2.1 普通车床的规格 11 2.1.1 车床的规格系列和用处11 2.1.2 操作性能要求.11 3.主动参数参数的拟定主动参数参数
3、的拟定.11 3.1 确定传动公比11 3.2 主电动机的选择12 4.变速结构的设计变速结构的设计.13 4.1 主变速方案拟定13 4.2 变速结构式、结构网的选择13 4.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目.13 4.2.2 变速式的拟定.14 4.2.3 结构式的拟定.14 4.2.4 结构网的拟定.15 4.2.5 结构式的拟定.15 4.2.6 结构式的拟定.15 4.2.7 确定各变速组变速副齿数.17 4.2.8 绘制变速系统图.18 5.结构设计结构设计.19 5.1 结构设计的内容、技术要求和方案19 5.2 展开图及其布置19 5.3 I 轴（输入轴）的设计20
4、5.4 齿轮块设计20 5.5 传动轴的设计21 5.6 主轴组件设计22 5.6.1 各部分尺寸的选择.22 5.6.2 主轴材料和热处理.23 5.6.3 主轴轴承.23 5.6.4 主轴与齿轮的连接.24 5.6.5 润滑与密封.25 5.6.6 其他问题.25 6.传动件的设计传动件的设计.25 6.1 带轮的设计25 6.2 传动轴的直径估算28 6.2.1 确定各轴转速.28 6.2.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径29 6.2.3 键的选择.30 6.3 传动轴的校核30 6.3.1 传动轴的校核.31 6.3.2 键的校核.31 6.4 各变速组齿轮模数的确定和校核.32
5、 6.4.1 齿轮模数的确定：.32 6.4.2 齿宽的确定.36 6.4.3 齿轮结构的设计，.37 6.5 带轮结构设计38 6.6 片式摩擦离合器的选择和计算39 6.7 齿轮校验41 齿轮强度校核 41 6.7.1 校核 a 变速组齿轮.42 6.7.2 校核 b 变速组齿轮.43 6.7.3 校核 c 变速组齿轮.44 6.8 轴承的选用与校核46 6.8.1 各轴轴承的选用.46 6.8.2 各轴轴承的校核.46 7.主轴组件设计主轴组件设计.47 7.1 主轴的基本尺寸确定48 7.1.1 外径尺寸 D.48 7.1.2 主轴孔径 d48 7.1.3 主轴悬伸量 a49 7.1.
6、4 支撑跨距 L .50 7.1.5 主轴最佳跨距的确定51 0 L 7.2 主轴刚度验算53 7.2.1 主轴前支撑转角的验算；.53 7.2.2 主轴前端位移的验算；.55 8.总结和展望.58 8.1 本文工作总结 58 8.2 课题展望 59 参考文献60 致 谢61 附录62 普通车床主轴箱设计 第 5 页 共 68 页 普通车床主轴箱设计普通车床主轴箱设计 机械与电气工程学院 机械设计制造及其自动化专业 05 机械 4 班 夏遵超 指导老师 魏常武 1、绪论、绪论 机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据， 影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是
7、机床性能设计。主 参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的 最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结 构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。 通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加 工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床 工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼 顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床 发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同 的工艺要求和达到机床加工能
8、力下经济合理。 机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的 要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式 满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本 要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油 足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构 能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主 传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品 的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。 2设计计算设计计算 2.1
9、 普通车床的规格普通车床的规格 2.1.1 车床的规格系列和用处车床的规格系列和用处 普通机床的规格和类型有系列型号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。 表 1.1 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数表 工件最大回转直 径 (mm) max D 最高转速 ( ) max nminr 最低转速 ( ) min nminr 电机功 率 P（kW ） 公比 转速级数 Z 3201120257.51.4112 2.1.2 操作性能要求操作性能要求 1）具有皮带轮卸荷装置 2）手动操纵双向片式摩擦离合器实现主轴的正反
10、转及停止运动要求 3）主轴的变速由变速手柄完成 3.主动参数参数的拟定主动参数参数的拟定 3.1 确定传动公比确定传动公比 根据【1】公式（3-2）因为已知 ， 78 P 8 . 44 25 1120 min max n n Rn z n R Z=+1 lg lg n R 普通车床主轴箱设计 第 7 页 共 68 页 =1.4129 )1(Z n R 11 8 . 44 根据【1】表 3-5 标准公比。这里我们取标准公比系列=1.41. 77 P 因为=1.41=1.06 ，根据【1】表 3-6 标准数列。首先找到最小极限转速 6 77 P 25，再每跳过 5 个数（1.261.06 ）取一个
11、转速，即可得到公比为 1.41 的数 6 列：25，35.5，50，71，100，140，200，280，400，560，800，1120. 3.2 主电动机的选择主电动机的选择 合理的确定电机功率 P，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。 现在以常见的中碳钢为工件材料，取 45 号钢，正火处理，车削外圆，表面 粗糙度=3.2mm。采用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸：16mm 25mm。刀 a R 具几何参数：=15 ，=6 ，=75 ，=15 ，=0 ，=- 0 o 0 o r o r o o 01 10 ，b=0.3mm，r =1mm。 o
12、1re 现以确定粗车是的切削用量为设计： 确定背吃刀量和进给量 f，根据【2】表 8-50，取 4mm，f 取 0.6 p a 444 P p a 。rmm 确定切削速度，参【2】表 8-57，取 V =1.7。 448 P c sm 机床功率的计算， 主切削力的计算 根据【2】-表 8-59 和表 8-60，主切削力的计算 449 P 450 P 公式及有关参数： F =9.81 Z Fc n 60 Fc C Fc Z a Fc Z f Fc Z v Fc K =992 0.95 15 . 0 60 75 . 0 6 . 0 15 . 0 7 . 1 =3242（N） 切削功率的计算 =32
13、42 1.7=5.5（kW） c P c F c v 3 10 3 10 依照一般情况，取机床变速效率=0.8. =6.86(kW) Z P 8 . 0 5 . 5 根据【3】表 12-1 Y 系列（IP44）电动机的技术数据,Y 系列 167 P （IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、 铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B 级绝缘，工业环境温度不超过 +40，相对湿度不超过 95%，海拔高度不超过 1000m，额定电压 380V，频 率 50Hz。适用于无特殊要求的机械上，如机床，泵，风机，搅拌机，运输 机，农业机械等。 根据以上要求，我们选取 Y132M-
14、4 型三相异步电动机，额定功率 7.5kW,满 载转速 1440，额定转矩 2.2，质量 81kg。minr 至此，可得到上表 1.1 中的车床参数。 4.变速结构的设计变速结构的设计 4.1 主变速方案拟定主变速方案拟定 拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个 变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同 特点的变速型式、变速类型。 变速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， 确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。 变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分 离变速；扩大
15、变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型 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 采用集中变速型式的主轴变速箱。 4.2 变速结构式、结构网的选择变速结构式、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变速不失为有用的方法， 但对于分析复杂的变速并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。 4.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目确定变速组及各变速组中变速副的数目 数为 Z 的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有、 Z 个变速副。即 Z 321 ZZZZ 变速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 普通车床主轴箱设计 第 9 页 共 68 页 子： ，可以有三种方案： ba Z 32212, 23212, 22312 4.2.2 变速式的拟定变速式的拟定 12 级转速变速系统的变速组，选择变速组安排方式时，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，第一变速组的变速 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 后一个变速组的变速副数常选用 2。 综上所述，
