专用简易镗床主轴箱设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 镗床是一种在工件上加工孔为主的机床，通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔。本文主要针对卧式专用镗床的主轴箱进行设计，以便达到提高生产效率，降低成本等功效。卧式镗床是应用最多、性能最广的一种镗床，适用于单件小批生产，而专用镗床更是针对特定的零件而进行设计的机床，它有利于减少成本、提高生产效率。 本文设计的专用镗床主轴箱一共拥有五级转速，采用滑移齿轮组实现变速。利用拨杆来推动滑移齿轮进行变速，从而使输入轴的转速能够进行合理变速满足输出轴要求的转速。本文主要进行了主轴箱的传动方案设计，其次进行了齿 轮参数的计算以及轴类的参数设计。并完成装配图以清楚表示镗床主轴箱的参数以及零件布局。 此次所设计的简易镗床，具有结构简单、变速可靠、生产效率高等优点，它适用于加工孔距误差较小的孔系。 关键词：镗床，五级变速滑移齿轮，主轴箱。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 a in a on is in so as to is of as a is is a it to is a of to of so of be of a by of to of of it is in 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 一章 绪论 . 1 床概述 . 1 镗床的概念 . 1 镗削加工的特点 . 1 镗床的分类 . 2 轴箱的概念 . 2 用镗床 . 2 用镗床的概念 . 2 用机床的基本要求 . 3 第二章 镗床传动方案的确定 . 5 第三章 主传动系统的总体设计 . 7 动机的选择 . 7 械传动装置运动和动力参数的计算 . 10 各轴的转速、输入功率及扭矩 . 10 齿轮的设计 . 11 第四章 轴的设计 . 23 动轴的设计计算 . 23 轴的设计计算 . 27 连接的选择与计算 . 29 第五章 全文总结 . 31 致谢 . 32 毕业设计小结 . 33 附录 . 35 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 绪论 床概述 镗床的概念 镗床是用来加工尺寸较大、精度要求较高的孔的机床，特别适用于加工分布在零件不同位置上的相互位置精度要求较高的孔系，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件还可以进行钻削、铣削，并且镗床的加工精度和加工表面质量均高于钻床。镗床是大型箱体零件 加工的主要设备。 由于制造武器的需要，在 15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。 1769年 缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774年英国人 年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。 1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工， 20世纪 30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加， 50 年代出现了落地镗铣床。 20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的 设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。 镗削加工的特点 1) 镗孔是对已铸、锻、钻的孔进行加工，以扩大孔径、提高精度、降低表面粗糙度以及孔位置的纠偏； 2) 镗削加工的主运动是镗刀的旋转涌动，进给运动可以是主轴的轴向或径向移动，也可以是工作台的纵向或横向移动。 3) 镗削刀具结构简单、种类多样，具有较好的通用性，但镗削加工（特别是单刃镗刀加工）生产效率较低； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 4) 镗削加工主要适用于批量生产的零件加工及位置精度要求较高的孔的 加工。 镗床的分类 镗床分为卧式镗床、落地镗铣床、金刚镗床和坐标镗床等类型。 1） 卧式镗床：应用最多、性能最广的一种镗床，适用于单件小批生产和修理车间。 2） 落地镗床和落地镗铣床：特点是工件固定在落地平台上，适宜于加工尺寸和重量较大的工件 ,用于重型机械制造厂。 3） 金刚镗床 :使用金刚石或硬质合金刀具，以很小的进给量和很高的切削速度镗削精度较高、表面粗糙度较小的孔，主要用于大批量生产中。 4） 坐标镗床：具有精密的坐标定位装置，适于加工形状、尺寸和孔距精度要求都很高的孔，还可用以进行划线、坐标测量和刻度等工作，用于工具车间和 中小批量生产中。 5） 其他类型的镗床还有立式转塔镗铣床、深孔镗床和汽车、拖拉机修理用镗床等。 本文中设计的镗床主轴箱为卧式镗床主轴箱。 轴箱的概念 主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。主轴箱传动系统的设计，以及主轴箱各部件的加工工艺直接影响机床的性能。 用镗床 用镗床的概念 专用镗床是根据需要加 工零件的特性进行设计的一类专用机床，主要用于对较复杂零件的批量生产。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 用机床的基本要求 评论专用机床的性能的优劣，主要是根据下述的技术、经济指标来判定，目的是希望设计（或者改进设计）和制造出质量好、效益好、重量轻、结构简单、使用方便的专机。 1） 工艺范围 机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力。对于专用机床只能完成一个或者几个工件的特定工序加工。一般来说，工艺范围窄，则专用机床结构简单，容易实现自动化，生产效率也高；工艺范围太宽，则会使专用机床的结构趋于复杂，不能充分发挥各部件的性能， 甚至会影响专用机床的主要性能的提高、增加专用机床的成本。 2） 加工精度 专用机床应该保证被加工工件达到规定的精度（包括尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度等），并能在专用机床长期使用中保持其精度。 3） 生产率和自动化程度 生产率通常是指在单位时间所能加工出的工件数量。要提高专用机床的生产率，必须缩短单个工件加工过程的总时间，包括切削加工时间、装卸工件等辅助时间以及分摊到每个工件上的准备和终了时间。 为了提高劳动生产率、减轻工人的劳动强度以及更好的保证加工精度和精度的稳定性，各种专用机床应当尽量提高自动化程度。设计专用机 床时应根据实际情况确定其自动化程度和实现自动化所采用的手段。 4） 可靠性 机床的可靠性是指机床整个使用寿命周期内完成规定功能的能力。对于专用机床来说，它也是一项重要的技术经济指标。要求专用机床不轻易发生或尽可能少发生故障。所谓故障是指专用机床或其零件失去所规定功能的事件。从可靠性考虑，不仅要求专用机床在使用过程中不易发生故障，而且要求其发生故障后容易维修。 5） 操作方便、工作安全 操作系统要简便可靠，以减轻操作人员的劳动强度。要有各种保险装置以消除由于误操作而引起的危险，以避免人身及设备事故的发生。 6） 造型美观、减少 污染 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 要求所设计的专用机床不仅使用性能好、尺寸小、价格低廉而且外形美观，富于时代特点，并且尽可能降低噪声，减轻对环境的污染。 上述各项基本要求之间既相互联系又相互制约，在设计时应加以综合考虑。 章的主要内容 本篇论文的主要内容是专用镗床的主轴箱设计，其中涉及了镗床传动方案的确定，主传动系统的总体设计以及轴的设计三部分。根据对于传动方案的确定，通过对电动机的选择，齿轮参数的计算，从动轴及主轴参数的计算从而确定主轴箱的设计。其中最重要的是对于传动方案的选择以及传动方案的设计。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第二章 镗床传动方 案的确定 （ 1） 蜗杆传动： 蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分。蜗杆传动，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，涡轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，涡轮转过两个齿。 （ 2） 塔轮传动： 通常两个塔轮配套使用。动力和运动由主动轴输入，通过带和塔轮装置由从动轴输出。当带所处的主动轮和从动轮直径相等时，实现等速传动。改变带的位置，当带处于主动轮直径小于从动轮直径位置时，实现减速传动；处于 主动轮直径大于从动轮直径位置时，实现增速传动。塔轮传动可用于需要有级变速而功率较小的地方。由于塔轮传动装置尺寸较大，虽然结构简单，在机械传动中已很少采用。 （ 3） 齿轮传动： 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对位置不远的两轴之间的运动和动力。齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、结构紧凑、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。 例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达 300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。 根据毕业设计任务书要求的简易镗床主轴具备 5级转速，并且主轴能够正反转， 刀具随主轴上作旋转运动，转速分别为 分别为 100、 160、 220、 300、 360r/作台随丝杠上作直线进给运动。根据镗床的运动特点，刀具在切削加工过程中买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 需要多种转速（如镗孔、车削内外螺纹、攻丝、铣削端面或者平面等）。镗床最大的特色是设计考虑到设计的简易性、操 作可行性，经过诸多方面的考虑，而采用 滑移齿轮 最适合。认为利用滑移齿轮结构能够简便的将电动机转速降为多种转速从而满足设计要求。故本设计中的主运动为：电动机经过滑移齿轮进行传动，再通过主轴使刀具做旋转运动，以实现刀具的切削运动。 主轴箱转速图如图所示： 主轴箱内布局如图所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第三章 主传动系统的总体设计 电动机的选择 按工作要求，由于三相异步电动机构造简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，重量较轻，成本较低，固选用 结构形式：基本安装 座带底角，端盖无凸缘， 电动机输出功率按式（ 1）为 wP a (1) 由式（ 2） 9550550 (2) 因此 电动机的工作功率 W 工作机（主轴）所需功率 主轴的扭矩 n 主轴的转速 机械传动装置的总效率按式（ 3）为 = 7654321 （ 3） 机械传动装置的总效率（由电动机至工作机的输入端） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 式中 1 输入轴上轴承传动效率 2 第一级圆柱齿轮传动效率 3 第二级圆柱齿轮传动效率 4 中间轴上轴承传 动效率 5 输出轴上轴承传动效率 查表得 1 =2 =4 = 则 = 2534634221 = 3642 根据实用机床设计手册可得公式（ 1），（ 2） （ 1） 切削力，单位为 N。 大加工直径，单位为 由毕业设计任务书可得 50因此 378 N T= （ 2） 切削力，单位为 N。 T主轴的扭矩，单位 由毕业设计任务书可得 S= 2/= 3) 3 7 8 则 5 0 3 6 3 由于主轴的工作转速为 100、 160、 220、 300、 360 次设计采用的是滑移齿轮传动机构。对于长期连续运转，载荷变化较小，且在常温下工作的电动机，选择电动机时，只需要使电动机的额定功率 于或略大于电动机所需要买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 的输出功率 动机便不会过热。 根据容量和转速以及前文转速图可以得出。，由机械设计课程设计查出有三种使用的电动机型号，因此有三种传动方案，如图表： 方案 电动机型号 额定功率 w 电动机 转速 r/ 2 900 2 6 60 3 440 综合考虑电动机和传动装置的尺寸和齿轮传动比，可见第三方案比较适合。因此选定电动机型号为 2。 i 并分配传动比 由于该传动装置共有五级转速，分别为： 100、 160、 220、 300、 360 故传动比由 i =wm 式中 i 高速轴传动比 i 低速轴传动比 得出在五种转速时得到的不同传动比分别如下表： 100 r 160 r 220 r 300 r 360 r i 29 18 5 4 3 3 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 机械传动装置运动和动力参数的计算 各轴的转速、输入功率及扭矩 该传动装置从电动机到工作机共有三轴，依次为 该传动装置共有五级转速，分别为： 100、 160、 220、 300、 360 当转速为 100 ： 1） 各轴的转速： 轴 I： m 轴 m 0 02 m 轴 m 055 0 023 2） 各轴的输入功率 轴 I： 轴 轴 3） 各轴的输入转矩 电动机的输出转矩 9550轴 I： 0 5 09 5 5 0 311131 轴 轴 固可得高速轴（输入轴）轴 I、中间轴轴 速轴（输出轴）轴 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 不同转速时各轴参数 100r/60r/20r/00r/60r/ I 转速 2900 r 2900 r 2900 r 2900 r 2900 r 轴 速 500 r 644 r 659 r 900 r r 轴 速 100 r 160 r 220 r 300 r 358 r 轴 I 输入功率 轴 入功率 轴 入功率 轴 I 转矩 13.6 13.6 13.6 13.6 13.6 轴 矩 41.8 轴 矩 齿轮的设计 由于本次设计需要进行 100、 160、 220、 300、 360 级转速的转换，并要求主轴能够正反转，固需要进行多组齿轮的设计。 00 的齿轮设计： 1）中间轴与输出轴选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （ 1）按简图所示的传动方案，选用直齿轮圆柱齿轮传动 （ 2）本次设计专用镗床需要一定精度，固选用 7级精度齿轮 （ 3）材料选择。由机械设计表 10择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮为 45钢（调质），硬度为 240者材料硬度差为 40 （ 4）选小齿轮齿数 221 z ，则大齿轮齿数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 （ 5）按软齿而齿轮非对称安装，查机械设计表 10步设计齿轮主要尺寸 （ 1） 设计准则：先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度计算。两者比较校核。 （ 2）按齿面接触疲劳强度计算 由机械设计课本可得公式（ 1） 3 21 )(（ 1） 1)试选载荷系数 5.1u。 2)计算小齿轮传递的扭矩 T 451151 机械设计表 10d。 4)由机械设计 表 10P 。 5)由机械设计图 10001 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 502 。 6)由机械设计可得公式（ 2） 0（ 2） 式中 N应力循环次数； n齿轮的转速，单位为 r/ j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数； 齿轮的工作寿命，单位为 h。 由式（ 2）计算应力循环次数 可得 101 102 5 2 53 0 082(12 9 0 06060 hn 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 7）由机械设计课本图 10算接触疲劳需用应力。 由机械设计课本得公式（ 3） （ 3） 式中 S疲劳强度安全系数； 命系数； 齿轮的疲劳极限。 取失效概率为 1%，安全系数 S=1 固 M P 1l i M P 2l i 1） 计算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值。 ( 43 211 2） 计算圆周速度 v。 t 1 3） 计算齿宽 b。 4）计算齿宽与齿高之比 模数： 0 计算载荷系数。 根据 ， 7级精度，由机械设计课本图 10文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 15.11 K; 由机械设计课本表 10K 由机械设计课本表 10级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 由 78.9械设计课本图 10 固载荷系数 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由机械设计课本可以得公式（ 4） 311 （ 4） 固 311 7） 计算模数 m。 按齿根弯曲强度设计 由机械设计课本可得公式（ 5） 3 211 )(2（ 5） 1）由机械设计课本图 10001 ；大齿轮的弯曲强度极限 802 ； 2）由机械设计课本图 10算弯曲疲劳许用应力 由机械设计课本可得公式（ 6） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 （ 6） 取弯曲疲劳安全系数 S=式（ 6）得 M P 111 M P 222 4） 计算载荷系数 K。 取齿形系数。 由机械设 计课本表 10查取应力校正系数 由机械设计课本表 10计算大小齿轮的 加以比较 0 1 4 2 3 1 11 F Y 0 1 6 4 8 8 0 2 22 F Y 可得大齿轮的数值较大 由公式（ 5）可得 (2 3 2 43 211 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿 轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 m=2接触强度算得分度圆直径 ，算出小齿轮齿数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 大齿轮齿数： z 这样设计出的齿轮，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 几何尺寸计算 0230111 4 821 7 4222 042 3 48602 21 06011 固取大齿轮 02 ，小齿轮 51 。 1）中间轴与输出轴选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （ 1）按简图所示的传动方案，选用直齿轮圆柱齿轮传动 （ 2）本次设计专用镗床需要一定精度，固选用 7级精度齿轮 （ 3）材料选择。由机械设计表 10择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮为 45钢（调质），硬度为 240者材料硬度差为 40 （ 4）选小齿轮齿数 221 z ，则大齿轮齿数 1 1 （ 5）按软齿而齿轮非对称安装，查机械设计表 10步设计齿轮主要尺寸 （ 1） 设计准则：先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度计算。两者比较校核。 （ 2）按齿面接触疲劳强度计算 由机械设计 课本可得公式（ 1） 3 21 )(（ 1） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 1)试选载荷系数 5.1522110 u。 2)计算小齿轮传递的扭矩 T 451151 机械设计 表 10d。 8)由机械设计表 10P 。 9)由机械设计图 10001 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 502 。 10)由机 械设计可得公式（ 2） 0（ 2） 式中 N应力循环次数； n齿轮的转速，单位为 r/ j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数； 齿轮的工作寿命，单位为 h。 由式（ 2）计算应力循环次数 可得 91 530082(15006060 hn 7）由机械设计课本图 10算接触疲劳需用应力。 由机械设计课本得公式（ 3） （ 3） 式中 S疲劳强度安全系数； 命系数； 齿轮的疲劳极限。 取失效概率为 1%，安全系数 S=1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 固 M P 1l i M P 2l i 1） 计算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值。 61 ( 43 211 2） 计算圆周速度 v。 t 1 4） 计算齿宽 b。 4）计算齿宽与齿高之比 模数： 2 2 计算载荷系数。 根据 ， 7级精度，由机械设计课本图 105.11 K; 由机械设计课本表 10K 由机械设计课本表 10级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 由 78.9械设计课本图 10 固载荷系数 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由机械设计课本可以得买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 公式 （ 4） 311 （ 4） 固 311 8） 计算模数 m。 按齿根弯曲强度设计 由机械设计课本可得公式（ 5） 3 211 )(2（ 5） 1）由机械设计课本图 10001 ；大齿轮的弯曲强度极限 802 ； 2）由机械设计课本图 10算弯曲疲劳许用应力 由机械设计课本可得公式（ 6） （ 6） 取弯曲疲劳安全系数 S=式（ 6）得 M P 111 M P 222 5） 计算载荷系数 K。 取齿形系数。 由机械设计课本表 10查取应力校正系数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 由机械设计课本表 10计算大小齿轮的 加以比较 0 1 4 2 3 1 11 F Y 0 1 6 4 8 8 0 2 22 F Y 可得大齿轮的数值较大 由公式（ 5）可得 6 (2 3 2 43 211 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由 齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 m=3接触强度算得分度圆直径 ，算出小齿轮齿数 303 大齿轮齿数： 1503052 z 这样设计出的齿轮，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 几何尺寸计算 033011 5 031 5 022 702 450902 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 09011 固取大齿轮 02 ，小齿轮 51 。 由于本次设计的专用机床共拥有五级转速，分别为： 100、 160、 220、 300、360 固根据 100 计算出的齿数可求出在其它转速时，齿轮所 需要的齿数。并根据齿轮在该转速时的参数，来选定齿轮的材料。 又由前文计算可得输入轴 41 7 430211 中心距 2041 a ，中间轴