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1、中北大学课程设计说明书主轴箱设计1.概述11.1机床课程设计的目的11.2车床的规格系列和用处11.3 操作性能要求12.参数的拟定12.1 公比选择12.2 主电机选择13.传动设计23.1 主传动方案拟定23.2 传动结构式、结构网的选择23.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目33.2.2 传动式的拟定33.2.3 结构式的拟定34. 传动件的估算44.1 三角带传动的计算44.2 传动轴的估算64.2.1 传动轴直径的估算64.3 齿轮齿数的确定和模数的计算74.3.1 齿轮齿数的确定74.3.2 齿轮模数的计算74.3.4齿宽确定94.4 带轮结构设计105. 动力设计105.
2、1主轴刚度验算105.1.1 选定前端悬伸量105.1.2 主轴支承跨距L的确定105.1.3求轴承刚度105.1.4 求最佳跨距115.2 齿轮校验115.3轴承的校验126.主轴空间位置图137.主轴箱位置展开图138.结构设计及说明148.1 结构设计的内容、技术要求和方案148.2 展开图及其布置148.3 I轴（输入轴）的设计158.4 齿轮块设计158.4.1其他问题168.5 传动轴的设计168.6 主轴组件设计178.6.1 各部分尺寸的选择188.6.2 主轴轴承188.6.3 主轴与齿轮的连接208.6.4 润滑与密封208.6.5 其他问题209.总结2010.参考文献2
3、11一.概述1.1机床课程设计的目的机床课程设计，是在金属切削机床课程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，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。1.2车床的规格系列和用处普通机床的规格和类型有系列型谱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。本次设计的是普通铣床主轴变速箱。1.3 操作性能要求1）具有皮带轮卸荷装置2）主轴的变速由变速手
4、柄，和滑移齿轮完成二.参数的拟定2.1 公比选择， Z=12 =1.26；2.2 主电机选择合理的确定电机功率N，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。已知电动机的功率是5.5KW，根据机床设计手册7选Y132S-4，额定功率5.5，满载转速1440 ，最大额定转距2.2。三传动系统设计： 图13.1 主传动方案拟定拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动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，确定传动方案和型
5、式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。传动方案有多种，传动型式更是众多，比如：传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等型式；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，我们采用集中传动型式的主轴变速箱。3.2 传动结构式、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传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有、
6、个传动副。即本设计中传动级数为Z=12。传动副中由于结构的限制以2或3为合适，本课程设计选择方案： 12=322；12232；122233.2.2 传动式的拟定 12级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能以及一个“前多后少”的原则。故离电动机近的传动组的传动副个数最好高于后面的传动组的传动副数。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。最后一个传动组的传动副常选用2。 综上所述，传动式为12=322。3.2.3 结构式的拟定（1）对于12=322传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为： 图2传动副的极限传动比和传动组的极
7、限变速范围 主传动链任一传动的最大变速范围一般为：810。在检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组。因为其它传动组的变速范围都比它小。方案中第二扩大组，则最后一个扩大组的变速范围，是可行的，方案中，不如前者好。 在图2中，方案a,b,c,e的第二扩大组x2=6;p2=2,则26*(2-1) 6。因1.26,则R2=1.266=4,是可行的。方案d,f中，不如前者好。基本组和扩大组的排列顺序在可靠的四种结构网方案a,b,c,e中，还要进行比较以选择最佳方案。原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。因为如果各方案同号传动轴的最高转速相同，则变速范围小的，最低转速较高，转矩较小，传动件的尺寸
8、也就可以小些。方案a的中间传动轴变速范围最小，帮方案a最佳。即如果没有别的要求，则应尽量使扩大顺序与传动顺序一致。根据(1)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围（2）基本组扩大组的排列顺序，选定的方案。 转速图的拟定：查询转速标准数列表7-1，得到主轴的各级转速如下图 图3转速图四. 传动件的估算4.1 三角带传动的计算三角带传动中，轴间距A可以加大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。(1)选择三角带的型号 根据公式 式中P-电动机额定功率，-工作情况系数 查机械设计图8-8因此选择A型带，尺寸
9、参数为B=95mm，=11mm，h=10，。(2)确定带轮的计算直径，带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的寿命，小带轮的直径不宜过小，即。查机械设计表8-3，8-7取主动轮基准直径=100。由公式 式中： -小带轮转速，-大带轮转速，-带的滑动系数，一般取0.02。所以，取为较大值180mm，一可增大包角，二可以满足传动比的要求。(3)确定三角带速度按公式 (4)初定中心距带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取： 根据经验公式 取，取=400mm. (5)三角带的计算基准长度 由机械设计表8-2，圆整到标准的计算长度 (6)验算三角带的挠曲次数 ，符合要求
10、。 (7)确定实际中心距(8)验算小带轮包角，主动轮上包角合适。(9)确定三角带根数根据机械设计式8-26得传动比查表8-4a，8-4b得= 0.15KW,= 1.14KW查表8-5，=0.98；查表8-2，=0.93 取 根（10）单根三角带的初拉力最小值查表3表8-3得A型带的单位长度质量。所以（11）作用在支承轴上的径向力4.2 传动轴的估算 传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至
11、发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。4.2.1 传动轴直径的估算 其中：N-该轴传递的功率；该轴每米长度允许扭转角；-该传动轴的计算转速。计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。查机械课程设计指导书表2-2取I，II，III，IV轴的0.5；根据计算转速的概念和转速图可判断： 所以 ， 取30mm, 取35mm , 取50mm此轴径为平均轴径，设计时可相应调整。 表1 估算传动轴直径计算公式轴号计算转速电机至该轴传动效率输入功率估计轴的最小直径mmI8000.965.2830II500 0.9034.773
12、5III2500.854.05504.3 齿轮齿数的确定和模数的计算4.3.1 齿轮齿数的确定当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从表3-6（机械制造装备设计）中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于1820。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。第一组齿轮：传动比： ，, 查表，齿数和取72=36，=36，=28，=44，=32，=40；第二组齿
13、轮：传动比：, 齿数和取84：=42，=42，=28，=56；第三组齿轮：传动比：,齿数和取88：=54，=34，=25，=63，表2 各传动组齿轮齿数变速组第一变速组第二变速组第三变速组齿数和 72 84 88齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14齿数3636284432404242285654342563通过以上齿轮的齿数，传动副，级比指数以及传动比确定如下所示传动系统图：核算主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差一般不应超过，即： 主轴转速合格。4.3.2 齿轮模数的计算式中：按接触疲劳强度计算的齿轮模数mm；驱动电机功率KW；该传动轴的计算转速i大齿轮齿数与小齿轮齿数之比i1；小齿轮齿数；齿宽系数，（B为齿宽，m为模数），610；
