中型车床主传动系统设计【320mm 7.5KW 1.41 12级】（CAD图纸全套）

毕 业 设 计 (论 文 ) 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学生姓名 学 号 课 题 车床主轴箱设计 指导教师 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 共 59 页 摘要 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 共 59 页 目录 目录 . 3 1、绪论 . 5 2设计计算 . 6 通车床的规格 . 6 床的规格系列和用处 . 6 作性能要求 . 6 . 6 定传动公比 . 6 电动机的选择 . 7 . 8 变速方案拟定 . 8 速结构式、结构网的选择 . 8 定变速组及各变速组中变速副的数目 . 8 速式的拟定 . 9 构式的拟定 . 9 构网的拟定 . 9 构式的拟定 . 10 构式的拟定 . 10 定各变速组变速副齿数 . 12 制变速系统图 . 13 . 14 构设计的内容、技术要求和方案 . 14 开图及其 布 置 . 14 轴（输入轴）的设计 . 15 轮块设计 . 15 动轴的设计 . 16 轴组件设计 . 17 部分尺寸的选择 . 17 轴材料和热处理 . 18 轴轴承 . 18 轴与齿轮的连接 . 19 润滑与密封 . 20 他问题 . 20 . 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 共 59 页 轮的设计 . 20 动轴的直径估算 . 23 定各轴转速 . 23 动轴直径的估算：确定各轴最小直径 . 24 的选择 . 25 动轴的校核 . 25 动轴的校核 . 26 的校核 . 26 变速组齿轮模数的确定和校核 . 27 轮模数的确定： . 27 宽的确定 . 31 轮结构的设 计， . 32 轮结构设计 . 33 式摩擦离合器的选择和计算 . 34 轮校验 . 36 齿轮强度校核 . 36 核 a 变速组齿轮 . 37 核 b 变速组齿轮 . 38 核 c 变速组齿轮 . 39 承的 选用与 校核 . 41 轴轴承的选用 . 41 轴轴承的校核 . 41 . 42 轴的基本尺寸确定 . 43 径尺寸 D . 43 轴孔径 d . 43 轴悬伸量 a . 44 撑跨距 L . 45 轴最佳跨距0. 46 轴刚度验算 . 48 轴前支撑转角的验算； . 48 轴前端位移的验算； . 50 . 53 文工作总结 . 53 题展望 . 54 参考文献 . 55 致 谢 . 56 附录 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 共 59 页 普通车床主轴箱设计 1、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。 本论文从资料查阅 总体设计模块设计 撰写论文历时三个月，具体流程如下所示： 资料查阅、熟悉课题 绘制装配草图 各零部件的尺寸确定 校核各零件的强度 绘制装配图和部分零件图 撰写论文、科技翻译 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 共 59 页 2设计计算 通车床的规格 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 床的主参数（规格尺寸）和基本参数表 工件最大回转直径 最高转速 最低转速 电机功率 P（ 公比 转速级数Z 320 1120 25 2 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转及停止运动要求 3）主轴的变速由变速手柄完成 定传动公比 根据【 1】783为 已知 2 0m a x n， Z=1 = )1( 1 据【 1】77准公比 。这里我们取标准公比系列 =买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 共 59 页 因为 =根据【 1】77先找到最小极限转速 25，再每跳过 5个数（ 取一个转速，即可得到公比为 25，50， 71， 100， 140， 200， 280， 400， 560， 800， 1120. 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，表面粗糙度用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸： 1625具几何参数：0=15o ，0=6o ， r =75o ， r =15o ， =0o ，01= 现以确定粗车是的切削用量为设计： 确定背吃刀量f，根据【 2】 444P 表 8.6 确定切削速度，参【 2】448 .7 机床功率的计 算， 主切削力的计算 根据【 2】449切削力的计算公式及有关参数： 270 4 3242（ N） 切削功率的计算 cP= 310=3242 310 = 依照一般情况，取机床变速效率 = 根据【 3】1672动机的技术数据 ,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， 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 50用买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 共 59 页 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 定功率 载转速 1440 额定转矩 量 81 至此，可得到上表 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。 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。 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 、Z 个变速副。即 321 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 的因子： ，可以有三种方案： 32212,23212,22312 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 共 59 页 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，变速式为 12=2 3 2。 构式的拟定 对于 12=2 3 2传动式，有 6种结构式和对应的结构网。分别为： ， ， ， 由于本次设计的机床 错误 !未找到引用源。 轴装有摩擦离合器，在结构上要求有一齿轮的齿根圆大于离合器的直径。初选1 2 61 2 2 3 2 的方案。 从电动机到主轴主要为降速变速，若 使变速副较多的变速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，节省材料，也就是满足变速副前多后少的原则，因此取 12=2 3 2方案为好。 设计车床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，在降速变速中，一般限制限制最小变速比 41u ；为避免扩大传动误差，减少震动噪声，在升速时一般限制最大转速比 2u。斜齿圆柱齿轮传动较平稳 ， 可 取 u。 因 此 在 主 变 速 链 任 一 变 速 组 的 最 大 变 速 范 围 )108(m i nm a xm a x 在设计时必须保证中间变速轴的变速范围最小。 构网的拟定 根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下：买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 共 59 页 构式的拟定 主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即： 210检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极 限值，其他变速组就不会超过极限值。 1222 其中 ， 62 X ， 22 P )108(R ，符合要求。 构式的拟定 绘制转速图 、选择 系列笼式三相异步电动机。 、分配总降速变速比 总降速变速比 0 1 4 0/25/m 440 不符合转速数列标准，因而增加一定比变速副。 、确定变速轴轴数 变速轴轴数 = 变速组数 + 定比变速副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 共 59 页 、确定各级转速 由 5 、 、 z = 12确定各级转速： 1120、 800、 560、 400、280、 200、 140、 100、 71、 50、 25r/ 、绘制转速图 在五根轴 中，除去电动机轴，其余四轴按变速顺序依次设为、（主轴）。与、与、与轴之间的变速组分别设为 a、 b、 c。现由（主轴）开始，确定、轴的转速： 先来确定轴的转速 变速组 c 的变速范围为 10,8a R，结合结构式， 轴的转速只有一种可能： 100、 140、 200、 280、 400、 560r/ 确定轴的转速 变速组 ，希望中间轴转速较小，因而为了避免升速，又不致变速比太小，可取 4/1/1 41 2/ 22 11/13 转速确定为： 400、 560r/ 确定轴的转速 对于轴，其级比指数为 1,可取 2/1/1 21 速为 800r/ 由此也可确定加在电动机与主轴之间的定变速比 440 i 。下面画出转速图（电动机转速与主轴最高转速相近）。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 共 59 页 传动系统的转速图电动机 定各变速组变速副齿数 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 小齿轮的齿数可以从【 1】表 3般在主传动中，最小齿数应大于 18 20。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。 根据【 1】94P,查表 3 、变速组 a: 2/1/1 21 2/1/1 21 ： 57、 60、 63、 66、 69、 72、 75、 78 ： 58、 60、 63、 65、 67、 68、 70、 72、 73、 77 可取 4,于是可得轴齿轮齿数分别为： 28、 35。 于是 56/281 49/352 可得轴上的三联齿轮齿数分别为： 56、 49。 、变速组 b: 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 共 59 页 根据【 1】94P,查表 3 4/1/1 41 2/12 11/13 ： 87、 89、 90、 91、 92 2/12 ： 87、 89、 90、 91 11/12 ： 86、 88、 90、 91 可取 0，于是可得轴上两 联齿轮的齿数分别为： 18、 30、 45。 于是 72/181 60/302 45/452 轴上两齿轮的齿数分别为：72， 60、 45。 、变速组 c: 根据【 1】94P,查表 3 4/11 22 4/11 ： 、 85、 89、 90、 94、 95、 108 22 ： 84、 87、 89、 90、 108 可取 08. 4/11 降速变速，取轴齿轮齿数为 22； 22 升速变速，取轴齿轮齿数为 36。 于是得 86/221 36/722 联动齿轮的齿数分别为 22， 72； 得轴两齿轮齿数分别为 86， 36。 制变速系统图 根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下系统图： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 共 59 页 构设计的内容、技术要求和方案 设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。 主轴变速箱是机床的重要 部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题：精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。 主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是： 1） 布置传动件及选择结构方案。 2） 检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。 3） 确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各 轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。 开图及其 布 置 展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 共 59 页 这些剖切面平整展开在同一个平面上。 两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，否则齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反 向转动，右边接通得到三级正向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第二种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。 总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其他轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，使制动器尺寸增大。 齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。 轴（输入轴）的设计 将运动带入变速箱的带轮一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强 轴的刚度或使轴部受带轮的拉力（采用卸荷装置）。 I 轴上装有摩擦离合器，由于组成离合器的零件很多，装配很不方便，一般都是在箱外组装好 们采用的卸荷装置一般是把轴承装载法兰盘上，通过法兰盘将带轮的拉力传递到箱壁上。 车床上的反转一般用于加工螺纹时退刀。车螺纹时，换向频率较高。实现正反转的变换方案很多，我们采用正反向离合器。正反向的转换在不停车的状态下进行，常采用片 式摩擦离合器。由于装在箱内，一般采用湿式。 在确定轴向尺寸时，摩擦片不压紧时，应留有 间隙，间隙应能调整。 离合器及其压紧装置中有三点值得注意： 1） 摩擦片的轴向定位：由两个带花键孔的圆盘实现。其中一个圆盘装在花键上，另一个装在花键轴上的一个环形沟槽里，并转过一个花键齿，和轴上的花键对正，然后用螺钉把错开的两个圆盘连接在一起。这样就限制了轴向和周向的两个自由度，起了定位作用。 2） 摩擦片的压紧由加力环的轴向移动实现，在轴系上形成了弹性力的封闭系统，不增加轴 承轴向复合。 3） 结构设计时应使加力环推动摆杆和钢球的运动是不可逆的，即操纵力撤消后，有自锁作用。 端的齿轮是空套在轴上，当离合器接通时才和轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与轴回转方向是相反的，二者的相对转速很高（约为两倍左右）。结构设计时应考虑这点。 齿轮与轴之间的轴承可以用滚动轴承也可以用滑动轴承。滑动轴承在一些性能和维修上不如滚动轴承，但它的径向尺寸小。 空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。 轮块设计 齿 轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的。也就是买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 共 59 页 说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。 齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素： 1） 是固定齿轮还是滑移齿轮； 2） 移动滑移齿轮的方法； 3） 齿轮精度和加工方法； 变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周速度会增加一 倍，噪声约增大 6 工作平稳性和接触误差对振动和噪声的影响比运动误差要大，所以这两项精度应选高一级。 为了控制噪声，机床上主传动齿轮都要选用较高的精度。大都是用 7 6 6，圆周速度很低的，才选 8 7 7。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就应选6 5 5。当精度从 7 6 6提高到 6 5 5时，制造费用将显著提高。 不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。 8级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。 7级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此 ，需要淬火的 7级齿轮一般滚（插）后要剃齿，使精度高于 7，或者淬火后在衍齿。 6 级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须磨齿才能达到 6级。 机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。 滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。 选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面。尽可能做到省工、省料又易于保证精度。 齿轮磨齿时，要求有较大的空刀（砂轮）距离，因此多联齿轮不便于做成整体的，一般都做成组合的齿轮块。 有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮的。 要保证正确啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠。滑移齿轮在轴向位置由操纵机构中的定位槽、定位孔或其他方式保证，一般在装配时最后调整确定。 动轴的设计 机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支撑。轴上要安装齿轮、离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。 首先传动轴应有足够的强度、刚度。如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大；两轴中心距误差和轴芯线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。 传 动轴可以是光轴也可以是花键轴。成批生产中，有专门加工花键的铣床和磨床，工艺上并无困难。所以装滑移齿轮的轴都采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也常采用花键轴。 花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。 轴的部分长度上的花键，在终端有一段不是全高，不能和花键空配合。这是买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 共 59 页 加工时的过滤部分。一般尺寸花键的滚刀直径刀5 85 机床传动轴常采用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升、空载功率和噪声等方面，球轴承都比滚锥轴承 优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支撑孔的加工精度要求都比较高。因此球轴承用的更多。但是滚锥轴承内外圈可以分开，装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选择轴承的型号和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其他结构条件。 同一轴心线的箱体支撑直径安排要充分考虑镗孔工艺。成批生产中，广泛采用定径镗刀和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工精度。还常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔的工艺。下面分析几种镗孔方式：对于支撑跨距长的箱体孔，要从两边同时进行加工；支撑跨距比较 短的，可以从一边（丛大孔方面进刀）伸进镗杆，同时加工各孔；对中间孔径比两端大的箱体，镗中间孔必须在箱内调刀，设计时应尽可能避