机械制造装备设计课程设计-普通型机床的主轴变速箱设计说明书

1、目机床课程设计的目的二、机床的用途和规格三、机床的主要参数确定3.1计算主轴各级转速 32结构式 33转速图的拟定3.4. 计算转速nj3.5. 拟定传动系统图3.6. 计算各传动副的传动比3.7 验算主轴转速误差四、动力设计与计算4.1. 皮带传动设计与计算4.2. 传动轴直径的估算4.3齿轮模数的初步估算44双向摩擦片离合器计算4.5 主轴的轴径计算46校核第一根轴强度五、结构设计六、课程设计应注意的问题七、心得体会八、参考文献机械制造装备设计课程设计一、机床课程设计的目的机床课程设计是在学生学过的基础技术课和专业课后进行的实践性教学环节，她结合机床主传动部件设计进行的综合训练。1. 掌握

2、机床主传动部件的设计过程和方法，包括参数拟定、传动设计、零件计算、结构设计等。培养结构设计和结构分析能力。2. 培养学生综合能力和巩固扩大已学过的知识，以提高理论联系实际的设计和计算能力。3培养学生收集、阅读、分析和运用设计资料的能力，以提高学生独立工作的能力。4进一步训练和提高机械类的结构设计的基本技能，如计算、绘图、国家标准和规范、编写技术文件等。二、机床的用途和规格普通车床的规格和类型有系类型谱作为设计时应该遵循的基础。因此，对这些基本知识和资料做些简要的介绍。本次设计是普通型机 床的主轴变速箱。已知：nmin=150 rpm, 26,主电机 n0=7. 5 kwo设计：ca6140卧式

3、车床12级主轴箱主传动系统三、运动设计与计算3. 1.计算主轴r级转速vz-ig rn/ig e +i查表取标 查表取标 查表取标 查表取标 查表取标 查表取标 查表取标 查表取标 查表取标查表取alg rn=(z-l)*lg e 二1. 1041故 rn=12. 708m 二 n “血二150 rpm准值：n】二150 rpmn2=rii* g =150*1. 26=189 rpm准值：n2=190 rpm%二m* 巾 2二 150*1. 262=238. 14 rpm准值：rh=236 rpmm二m* 4)'=150*1. 26 -300. 06 rpm准值：“1 二300 rpm

4、n5=ni* 4)4=150*1. 26 -378. 07 rpm准值：ru二375 rpmri6=m* 5=150*l. 265=476. 27 rpm准值：m二475 rpmm二m* 4> 6=150*1 266=600. 23 rpm准值：m二600 rpmn8二m* 4)j150*l 26 -756. 28 rpm准值：rh=750 rpmn9二rii* e 鼻150*1 26h=952. 92 rpm准值：n9=950 rpmmo二m* e *二 150*1. 269=1200. 68 rpm标准值：mo二 1180 rpm查表取m二m* © 匸150*1 2610=

5、1512. 85 rpm标准值：m二 1500 rpmm2二ni* 4)"=150*l 2611=1906. 19 rpm查表取标准值：山2二1900 rpm3. 2.结构式1)12=31*23*267)12=23*31*2613) 12 二23*26*3】2) 12 二 31*26*238) 12=26*31*2314) 12 二26*23*313) 12 二 3i*2*229) 12 二 2(、*32*2i15)12=22344) 12=34*22*2】10)12二2井3|*2|16) 12 二 2g*2i*325) 12 二 32*21*2611) 12 二 21*32*261

6、7)12=222*3.!6) 12 二 32*26*2112) 12 二 21*31*2218) 12 二 21*26*3?确定说明： 考虑到卧式普通车床主传动系统i轴上通常采用双向摩擦片 离合器进行停车和变向，且它又占了较长的轴向位置。为了使轴i不 致过长，因此轴1-11间只安排了两级变速器。这样上式1） -6）的 六个结构式均不合适。 根据各变速组应按“前多后少”的原则（即级数“前多后少” 原则，papbpc）o这样上式13） -18）的六个结构式均不合适。 又根据转速扩大顺序应尽可能与传动顺序一致（或射线应按 “前密后疏”原则，xkxkxj；且根据合理分配传动比使中间轴有较高转速，这样8

7、） 9） 10） 12）四个结构式不合适。这样就剩下12=23*31*26、12=21*32*26两个结构式。 验算最后扩大组：r 2=d)(p-1)x=4. 00<8合适3. 3.转速图的拟定1)根据12二2：曲|*26转速图拟定说明如下：n 电1iiiiiiv图表1图表2从图表2的变速组可以看出:升速u7=z13/z14=4）3=1.263=2合适。降速u6=zn/z12=l/4）6=1/1. 26=1/4合适。满足升降速范围的要求（即冲动副的传动比应在一定范围内的原则：iu21/4; iuw2）。2）根据12二2】*3夬26转速图拟定说明如下:图表3图表4综述：拟定转速图的优劣，应

8、遵循变速组的变速级数“前多后少”的原则。即papbpc； 各变速组的扩大顺序应尽可能与运动的顺序组一直的原则或 射线“前密后疏”的原则。即xo<xi<x2；各变速组最小传动比应采 取递减的原则。即降速“前慢后快”的原则。综合考虑选择12立*3跑6 方案的图2o3. 4.计算转速rij对于车、铳、刨床主运动多采用单速异步电动机，其输出最大功 率级额定功率是规定的。但主轴是在不同转速下工作，其能传送的扭 矩随转速降低而加大。当主轴转速最低是，其扭矩最大，则轴径将最 大。然而，最低几级转速常用于切削螺纹、较孔、精镇、切断等工序, 所需功率较小。而此时转速最低，也不可能用到全功率（p=fv

9、）。因 此，各类普通机床都设计成只有从高于最低转速的某一级转速开始才 能使用电动机的全部功率。这个有可能使用全功率的主轴最低转速， 称为主轴的“计算转速”用m表示。同理：各传动件传递全功率是各 自的最低转速，称为各传动件的计算转速。计算如下：轴或 齿轮rniiiiz14z13z12zhzioz9计算 转速nj0035476001180600475150475750600齿轮 或带轮8zz7z6zbz4z3z2zid2di计算转速nj00606047560011801180600118011801440对普通机床、铳床:n n 1（i）z/3_1=1501. 263=300= n 4图表5 12

10、二23*31*2的转速图3.5. 拟定传动系统图巩3.6. 计算各传动副的传动比 皮带传动：u。二d】/d2二 1180/1440二0.819主电动机no二7.5 kw , n o=144o rpmo查皮带设计手册，选取 普通v带型号b型,同时查表推荐最小直径dmin = 160mm,取口二160伽, 则 02二di/uo二 195. 195. 36mm,查表取 d?二200mm。 a变速组参照图5转速图:u严z】/z2=l/1/2； u2=z3/z4=1o采用查表法计算齿轮齿数亩数和 传动4606672788486 .u1餉20:4023:3725:4726:5228:5629:57匸2醫1

11、30:3033:3336:3639:3942:4243:43传动比误 差xxx从传动比误差来看，选齿数和s =60, 78, 84较好，但考虑到i轴ii轴之间安装双向摩擦片离合器的径向尺寸较大，取sn二84。这时：zi二28, z?二56, z：二42,二42。 b变速组参照图 5 转速图：u3=z5/z6=1/ =1/1. 26 ； 5二z7/%二 1 ,u5二zg/zio二 1 26 o同样，采用查表法计算齿轮齿数、齿数和 传动比u、666870727482 u3 =265.2629:3730:3831:3932:4033:4136:46u烽133:3334:3435:3536:3637:

12、3741:41u5信 1. 2637:2938:3039:3140:3241:3346:36传动比误差aaaxxaa从传动比误差来看，选齿数和sn二66, 70, 74较好，但考虑到装在ii轴上齿轮的齿顶园碰到i轴上双向摩擦片外径，故取s产70。这时,z5=31, z6=39, z7=35, z8=35, z9=39, z】o二31。 c变速组参照图 5 转速图：u6=z11/z12=l/o5=l/3. 18； u7=z13/z14=1. 16。青数和传动83848891929513. 1820:6320:6421:6722:6922:7023:72u7 二 加.2646:3747:3749:

13、3951:4052:4053:42传动比误 差从传动比误差来看，选齿数和sf84,88,92较好，但考虑到主轴 轴径较大，保证齿轮能套装在主轴上，故取sn=92o这时：zn=22,z12=70, zi3=52, z4=40o3. 7.验算主轴转速误差：二（n实际n理想）/ n理想 wio（ e-i） %=2. 6%o从图5转速图可得：u 3 un 电 u o u1440*160/200*28/56*31/39*22/70二143. 89n 电 u o u1440*160/200*28/56*35/35*22/70二180. 71误差二-0. 05%1440*160/200*28/56*39/3

14、1*22/70二227. 35 误差二-0 04%1440*160/200*42/42*31/39*22/70二287. 79误差二-004%n 电 u o u1440*160/200*42/42*35/35*22/70二362.06误差二-003%n 电 u o u1440*160/200*42/42*39/31*22/70二455.49误差二-0. 04%n 电 u o u1440*160/200*28/56*31/39*52/40二595. 2误差 =-0.01%n 电 u o u1440*160/200*28/56*35/35*52/40二748. 8误差二-0. 001%n 电 u

15、o u1440*160/200*28/56*39/31*52/40二942. 04误差=-0.01%n ion 电 u o u误差=-0.01%误差二-0. 001%1440*160/200*42/42*31/39*52/40二1190.41440*160/200*42/42*35/35*52/40二1497. 61440*160/200*42/42*39/31*52/40二 1884. 08 误差二-0. 01%从上面计算主轴转速误差可以看出，均未超过允许范围，验算合格。四. 动力设计与计算4- 1.皮带传动设计与计算已知d产160, d2=200,初定中心距a0=600o计算带所需的基准长

16、度：ldo=2a() + n /2 (di+d2) + (d2-d)2/4ao=1765. 87 mm 由表选 5二 1760 mm。计算实际中心距a二乩)+ (l厂lq /2二597 mm在变化范围 573. 6652 8 mm 内。验算小带轮的包角a】a严180 ° - ( d2-d】)*57. 3 °/a=176. 1° >120°计算带的根数z查表的p。二3.62 apo=o. 31心二0.99 kl=0. 94pr=( po+apo) kakl=3. 65 z=p/pr=2. 1 取 3 根4. 2.传动轴直径的估算i轴的轴径：d二 10

17、8*(n/rij)小二20 1 mm 取 d=25 mmoii轴的轴径:d二 108*(n/n.j)w二25. 1 mm 取 d二30 mmoiii轴的轴径:d=108*(n/rij)/=27l mm 取 d=35 mm。4. 3.齿轮模数的初步估算 对于【轴上的齿轮估算:模数m二32*(p/(znj)叫1.9取沪2。对于zi、z2：分度圆 di=zim=56 mm d2=z2m=112 mm 中心距 a= (di+d2) /2=84 mm 齿宽 bi二20 mm b2-20 mm 齿顶圆 daf (zi+2haj m=60 mm da2-(z2+2ha*) m=116 mm 齿根圆 d 门二

18、(z 厂 2h“*-2c*)m二 51 mm df2= (z2-2ha*-2c*)m=107 mm。对于z3、z4：分度圆 d3=z4m=84 mm d4=z4m=84 mm 中心距 a二(d3+d4) /2=84 mm 齿宽 b3=20 mm b4=20 mm 齿顶圆 da3- (z3+2ha*) m=88 mm da4= (z4+2has.) m=88 mm 齿根圆 df3= (z3-2ha*-2c*) m=79 mm df4= (z4_2ha*_2c*) m=79 mm。 对于ii轴上的齿轮估算:模数m=32*(p/(znj) 1/3=2. 3取 m=2. 5 o 对于 zs> z

19、q：分度圆 d5=z5m=77. 5 mm d6=z6m=97. 5 mm 中心距 a= (d5+d6) /2=87. 5 mm 齿宽 b5-20 mm b6=20 mm 齿顶圆 da5= (z5+2ha+) m=82. 5 mm da6-(z6+2ha*) m=102. 5 mm 齿根圆 drs- (z5-2hh*-2c*) m=71. 25 mm df6= (ze-2ha*-2c*) m=91. 25 mmo对于z7、z8：分度圆 d7=z7m=87. 5 mm d8=zsm=87. 5 mm 中心距 a= (d7+d8) /2=87. 5 mm 齿宽 b7=20 mm b8=20 mm

20、齿顶圆 da7= (z7+2ha+) m=92. 5 mm da8二(z8+2ha*) m=92. 5 mm 齿根圆d7二(z7-2ha*-2c*) m=81. 25mmdf8=(z8-2ha*-2c*)m=81. 25 mm。对于 z9、z10：分度圆 dg二zoin二97. 5 mm dio二ziom二77. 5 mm 中心距 a- (d9+dio) /2=87. 5 mm 齿宽 b9=20 mm 呱二20 mm 齿顶圆 da9= (z9+2ha*) m=102. 5 mm daio-(zio+2ha<c)m=82. 5 mm 齿根圆 df9=(z9-2ha*-2c*)m=91. 2

21、5 mm dno= (zi0-2ha*-2c*) m=71.25 mm。 对于iii轴上的齿轮估算：模数m二32*(p/(znj)%28取呼3。 对于 z11、z12：分度圆 dn=ziim=66 mm di2=zi2m=210 mm 中心距 a= (dn+di2)/2=138 mm 齿宽 bn=20 mm bi2=20 mm 齿顶圆 dan= (zn+2hajm=72 mm dai2= (zi2+2ha*) m=216 mm 齿根圆 dfn= (zn-2ha*-2c*) m=58. 5 mm dfi2=(zi2-2ha*-2c*)m=2025 mm。对于 z3、z4：分度圆 dp二zi3in

22、二 156 mm 血二zmin二 120 mm 中心距 a= (di3+di4)/2二 138 mm 齿宽 bi3=20 mm bi4=20 mm 齿顶圆 dai3=(zi3+2ha*)m=162 mm dai尸(zi4+2hajm二 126 mm 齿根圆 dn3= (zi3-2ha*-2c*) m=148. 5 mm dfi4-(zi4_2ha*_2c*)ni=112. 5 mm。4. 4.双向摩擦片离合器计算片式摩擦片离合器目前在机床中广泛应用，因为它可以再转速接通或断开，具有结合平稳、没有冲击、结构紧凑的特点，部分零件已 标准化，多用于机床主传动。离合器传递额定静扭矩：mjnkmn二k*

23、9550*n/m* n =118. 45 n*m。外摩擦片的内径d取80mmo摩擦面对数 i8mnk/(n (d12-d22)drfp)=7. 6 取 i=8。4. 5.主轴的轴径计算主轴的直径对刚度影响较大，通常前端直径口按传递功率确定。如下表:2. 633. 75.5. 577411643车床70907010595130110145铳床609060 9575 10090105对于卧式机床主轴直径建议去如下:3kw4kw5. 5kw7. 5kw7585100100主轴后端直径d2=(0. 75085)d1o为了通过棒料或安装工具，主轴需做成空心，主轴内孔直径d二(075085) dp, dp

24、=1/2(d1+d2)o对于卧式机床建议取如下值:p3kw4kw5. 5kw7. 5kwd)7585100110d255656570d30404550查表可知前端轴径di二110 mm后端轴径d2=70 mm主轴内孔直径d二50 mm。4. 6.校核第一根轴强度第一根轴上的皮带轮必须采用卸荷装置，这样在该处只传递扭 矩，不受弯矩，可减小弯矩变形，大大提高机床的运动精度。正转时，受力较大。双滑移齿轮受轴向力f(和径向力f”找出其 中最大的一对进行计算，一般选靠双向摩擦离合器处的那一对齿轮。 按“机械设计”或“材料力学”上对轴的强度校核方法进行校核。由于机床主轴箱中各轴的受力都比较小，验算时，通常

25、用复合应 力公式进行计算:rb=(m2+0.5t2)7wlrblmpa,(其中，m为该轴上的主轮被动轮的圆周力、径向力所引起的最大弯矩；心为许用应力, 考虑应力集中和载荷循环等因素川为轴的危险断面的抗弯断面系数;w为花键轴的抗弯断面系数:w-jil4/32d+(zb(d-d)(d+d)2)/32d,(其 中，d为花键轴的内径，d为花键轴的外径，b为花键轴键宽，z为花 键轴的键数，t为在危险界面上的最大扭矩)。齿轮的圆周力pi二2t/d,直齿圆柱齿轮的径向力pfo 5pto求得齿轮的作用力，即可计算轴承处的支撑反力，由此求得最大 弯矩。用上诉公式对传动轴的强度进行校核，均符合设计要求。五、结构设

26、计主轴箱受力较大，易变形，相对壁厚较厚。主轴前轴承处壁厚为 32. 5mm,主轴后端壁厚为30mm,主轴箱底、箱盖、隔墙壁厚为20mm。52周向定位釆用：平键、销、紧定螺钉等。轴向定位采用轴肩、 周环、六角螺母、紧定螺钉、轴套、轴盖等。六、课程设计应注意的问题1 皮带传动最好采用降速传动，i二12,不要升速传动，但传动 比不要过大；应采用卸荷装置的皮带传动，承受皮带拉力的支撑套应 一定厚度，不得小于8mm,或内外径差为1516；皮带轮槽一般为 35mm,不得少于3个多于7个，如超过时可改用皮带型号达到要求。2第一根轴上的双联齿轮齿数应适当增大，其齿顶圆也增大，以 保证与轴上双向摩擦片离合器相匹

27、配；且该轴转速适当取高一些，以 保证双向摩擦片离合器的径向尺寸小一些。当正转时总片数不要超过 20片（适当加大摩擦片",可减少片数）；当反转时，按正转一半计 算，通常反转时功率取空载时的功率，为电动机的0. to. 5倍。3双向摩擦片离合器端部采用2个垫片，要有一定的厚度§ <5mm,以承受轴向力。第一根轴靠近皮带轮的支撑孔要设计大一点， 以便轴上双联齿轮的安装，即支撑孔直径要略大于双联齿轮的最大齿 顶圆直径。4. 第二根与第三根轴上三联滑移齿轮最好放在第二根轴上。为了 使第二根轴上的齿轮不与第一根轴上的摩擦片相碰，建议第二、第三 轴应为降速传动，这样第二根轴上的齿轮就会比第三根上的齿轮大一 些。5. 为了滑移齿轮在滑动过程中互不干涉，一定要考虑轴向尺寸， 齿宽最小可取18mm,最大不超过30mm,以保证轴向尺寸