机械制造装备10级主轴箱部件设计

1、目录1、概述 11.1 机床课程设计的目的 11.2 立式铣床的规格系列和用处 11.3 操作性能要求 22、参数的拟定 32.1 确定转速范围 32.2 主电机的选择 33、传动设计 43.1 主传动方案拟定 43.2 传动结构式、结构网的选择 4 3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目 4 3.2.2 传动式的拟定 4 3.2.3 结构式的拟定 43.3 转速图的拟定 54、传动件的估算 6 4.1 三角带传动的计算 6 4.2 传动轴的估算 8 4.2.1 传动轴直径的估算 8 4.3 齿轮齿数的确定和模数的计算 9 4.3.1 齿轮齿数的确定 9 4.3.2 齿轮模数的计算 9

2、 4.3.3 齿宽的确定 10 4.4 带轮结构设计 105、动力设计 11 5.1 主轴刚度验算 11 5.1.1 选定前端悬伸量C11 5.1.2 主轴支承跨距L的确定 11 5.2 齿轮校验 116、结构设计及说明 13 6.1 结构设计的内容、技术要求和方案 13 6.2 展开图及其布置13 6.3 齿轮块设计 14 6.3.1 其他问题 15 6.4 主轴组件设计 157、总结168、参考文献 17一、概述1.1机床课程设计的目的课程设计是机械制造装备设计课程的一个重要的实践环节，巩固和扩大学生的基础技术课和专业课程学习中所获得的知识。通过课程设计的实践，可以使学生学会理论联系实际的

3、工作方法，并培养其独立的工作能力；初步了解到机械制造装备设计的方法和步骤；熟悉相关的标准、规格、手册和资料的运用；编写设计说明书，绘制部件 装配图及零件工作图以及如何合理地组织工作，为毕业论文、毕业设计以及科学研究和工程技术工作积累经验。设计过程中，要求学生充分利用所学到的知识，独立地、创造性地进行自己的设计工作，使设计符合先进的设计思想。在设计中，应充分地考虑结构的工艺性、机构的工作可靠性、装拆方便、操纵简单、零件的强度、刚度和寿命。同时要求保证技术安全和维修保养等。本课程设计，要求学生掌握夹具、专用机床主轴箱设计的一般方法和步骤。1.2立式铣床的规格系列和用处1.21立式铣床的参数：立式升

4、降台铣床由端面铣刀、立铣刀、圆柱铣刀、锯片铣刀、圆片铣刀、端面铣刀及各种成形铣刀来加工各种零件。适于加工各种零件的平面、斜面、沟槽、孔等，由于机床具备了足够的功率和刚性以及有较大的调速范围（主轴转速和进给量），因此可充分利用硬质合金刀具来进行高速切削。立式铣床立铣头可在垂直平面内顺、逆回转调整±45°，拓展机床的加工范围。立式铣床工作台X/Y/Z向有手动进给、机动进给和机动快进三种，进给速度能满足不同的加工要求；快速进给可使工件迅速到达加工位置，加工方便、快捷，缩短非加工时间。立式铣床润滑装置可对纵、横、垂向的丝杠及导轨进行强制润滑，减小机床的磨损，保证机床的高效运转；同时

5、，冷却系统通过调整喷嘴改变冷却液 流量的大小，满足不同的加工需求。 主电机功率P（kw）主电机转速n电（r·min-1）转速级数Nmin（r·min-1）公比31440181601.122.22立式铣床的用途：立式升降台铣床是一种具有广泛用途的通用铣床。立式升降台铣床由端面铣刀、立铣刀、圆柱铣刀、锯片铣刀、圆片铣刀、端面铣刀及各种成形铣刀来加工各种零件。适于加工各种零件的平面、斜面、沟槽、孔等，是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。由于机床具备了足够的功率和刚性以及有较大的调速范围（主轴转速和进给量），因此可充分利用硬质合金刀具

6、来进行高速切削。1.3操作性能要求： 【1】 使用本机床前，必须熟悉机床结构，各操作手柄的功能及作用，冷却、润滑、电气系统及操作旋钮、按钮开关的作用等。【2】 启动机床前，应检查各锁紧机构是否锁紧。在启动机床前要确保工件与刀具安装到位，绝对不要在工件与刀具接触的情况下启动机床。只有在机床达到稳定的速度后，才能开始加工。【3】 电源接通后，应检查各旋钮、按钮开关的灵活、可靠性。点动开关为变速时用，调节主轴速度，应在停车状态时进行，根据转速标识牌，分别调节三个变速手柄于A、B、及高、低速档不同位置即可实现。  【4】主轴转速按钮分顺时针旋转按钮、逆

7、时针旋转按钮和停止按钮。  【5】工作台的移动，先选择工作台右下边的调节手柄，使其指向纵向、横向或停止。然后在操作面板上选择工作台向前、向后或停止按钮来实现工作台的移动或停止。  【6】 工作台进给时，必须松开需移动导轨的锁紧手柄，暂时不移动的导轨应锁紧。  【7】工作台横向进给时，应先松开工作台下面的锁紧手柄。手动进给，调节手柄应在停止档位。机动进给，调节手柄应在横向档位，调节进给箱的三个变速手柄选择合适的进给速度，进行向前、向后进给。  【8】 工作台纵向进给时，应先松开工作台前面的两个锁紧手柄。手动时，调节手柄应在停止档位。机动

8、进给，调节手柄应在纵向档位，调节进给箱的三个变速手柄选择合适的进给速度，进行向左、向右进给。  【9】工作台升降，应先松开锁紧螺母，若手动，直接转到摇把。若机动，需把摇把取下，点动上升按钮或下降按钮使工作台上升或下降。精确定位必须配合手动操作，定位后，锁紧螺母再工作。 【10】 冷却用的冷却液，通过操作面板上的冷却控制旋钮开关控制，调整喷嘴可控制冷却液流量的大小。  【11】 维护保养。使用时，必须严格按照机床润滑，润滑油清洁，纵、横、垂直丝杠和导轨面，的润滑由手拉油泵供油，每班供油不少于4次，要经常检查油路是否畅通。润滑油池的油量不足时，应及时补充。应

9、定期检查各导轨压板、斜铁的配合间隙，间隙过大时应及时调整二、参数的拟定2.1、 确定转速范围主轴最低转速：160 r/ min 主轴转速公比：1.12 主轴变速级数18级 主电动机功率3KW根据公式： R n=Nmax/Nmin=17 计算得到： Nmin=1100 r/ min 所以参数如下表：主电机功率P（kw）主电机转速n电（r·min-1）Nmax（r·min-1）Nmin（r·min-1）公比3144011001601.122.2 主电机的选择已知条件：主轴最低转速：160 r/ min 主轴转速公比：1.12 主轴变速级数18级 主电动机功率3KW一般

10、机床采用Y系列封闭式三相异步电动机，根据已知条件选择主电机为三相异步电动机。 已知异步电动机的转速有3000 r/min 、1500r/min 、1000r/min、750 r/min，已知额P是3KW，根据机械设计课程设计表12-1选Y100L2-4，额定功率3kw，满载转速1420r/min。三、传动设计3.1 主传动方案拟定 18级立式铣床属于中小型通用机床，所以主传动系采用分级传动方式。该方式传动功率大，变速范围广，传动比准确，工作可靠，特别符合本次设计的要求。3.2 传动结构式、结构网的选择3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目 传动轴

11、数=变速组数+定比传动副数+1=3+1+1=5。 3.2.2 传动式的拟定 主传动各变速组的最大变速范围为： R主max =8 10 最后一个扩大组变速范围最大，故检查第二扩大组变速范围为： R2=9=1.129=3<8满足要求。 由于其调整范围已经达到最大值，故其最大传动比与最小传动比均已确定，即最大传动比： Umax=2最小传动比： Umin=1/4变速级数Z应为2和3的因子，所以可以有3种方案：   （1）18=3×3×2 （2）18=3×2×3 (3)18=2×3×33.2.3 结构式的拟定 由于从电

12、动机到主轴，大多数为降速传动，靠近电动机轴的传动件转速高，计算转速也高，传动的转矩小，传动件的尺寸也小。将传动副多的变速组放在靠近电动机处，可使小尺寸零件多，不仅节省材料，还可使变速箱的结构紧凑。故采用18=3×3×2方案。在降速传动中，为防止齿轮的直径过大而使径向尺寸增大，常限制最小传动比，使imin1/4。在升速传动中，为防止产生过大的振动和噪音，常限制最大传动比imax2。因此，主传动链任一变速组的变速范围一般应满足rmax=imax/imin810。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小。根据中间传动轴变速范围最小原则确定结构式为：18=31×33

13、15;29。 3.3 转速图的拟定 由设计任务书给定条件，转速公比为j =1.12，由参考文献1表3-6查得其转速数列：160 180 200 224 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 r/ min 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: P

14、a=KaP=1.1×3=3.3KW式中P-电动机额定功率，Ka-工作情况系数(查机械设计表5-7)。根据机械设计图5-11， 选择A型带。 (2)确定带轮的计算直径1D1，2D2  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D1不宜过小， 即D1Dmin1。查机械设计表5-8，5-9取主动轮基准直径1D=125mm。 由公式: D2=180mm式中：1n1小带轮转速，2n2大带轮转速，所以D2=180mm。(3)确定三角带速度  按公式： =9.42m/s´´=V带速度一般控制在5m/

15、s<V<25 m/s,所以选择合适。      (4) 初步初定中心距a0  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() 即 213.5mma0610mm(所以取a0=400mm。(5)三角带的计算基准长度L00 公式： 2 =1338mm根据机械设计表5-2V带的基准长度取为L=1400mm。     (6) 确定实际中心距a mm +(7)验算小带轮包角，轮上包角合适  (9)确定三角

16、 =172.69°120° (10)确定V带根数ZV带的根数Z可按公式计算，即 查机械设计第五章的知识得到： 所以计算出Z=1.75，由于V带的根数一般取3-8根为宜，所以确定Z=3。(10) 计算预紧力 计入离心力和包角的影响，可得单根V带的最小初拉力为 查机械设计得，q=0.18kg/m ÷ =98.3Nèøæö=´-+´ç(11)计算压轴力 = 588.36N 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

17、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（1） 确定各变速齿轮传动副的齿数 轴: 取,则从表中查出小齿轮齿数分别为33,25,18 轴: 取 小齿轮齿数为38,32 轴： 取，小齿轮齿数为34,25 IV轴： 取，小齿轮齿数为37,27（2） 确定各传动轴及主轴的直径为(V带传动效率)=0.96 (滚子轴承)=0.98 (9级精度的齿轮)=0.96为(十字滑块联轴器)=0.98轴： 1000

18、轴： 500轴： 315轴： 200V轴： 160N·mmN·mmN·mmN·mmN·mm传动轴为,轴, 一般传动轴取4.3 齿轮齿数的确定和模数的计算4.3.1 齿轮齿数的确定 mm齿面点蚀的计算: 取A=50,由中心距A及齿数计算出模数,所以取m=2.54.3.2 齿轮模数的计算KW取A=60，取m=3KW 取A=145 取m=3.5 4.3.3 齿宽的确定公式m （，m为模数）第一套啮合齿轮：mm 第二套啮合齿轮：mm第三套啮合齿轮：mm反转啮合齿轮：mm 4.4 带轮结构设计当mm时，采用腹板式，D是轴承外径，采用轴承 由机械设计表8-

19、10确定参数,=19, =12.5, ,带轮宽度：B= 分度圆直径： （d为轴直径）mmL=B=445、 动力设计 5.1 主轴刚度验算5.1.1 选定前端悬伸量C参考机械装备设计，根据主轴端部的结构，前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸，这里选定C=120mm.5.1.2 主轴支承跨距L的确定 根据金属切削机床得到前轴颈应为6090mm。初步选取90mm.后轴颈（0.70.9），取80mm.根据设计方案，选前轴承为30218型，后轴承为30216型。根据结构，定悬伸长度a120mm。 5.2 齿轮校验 验算齿轮强度，应选择相同模数承受载荷最大的齿数最小的齿轮，进行接触应力和弯曲应力验算。一般

20、对高速传动的齿轮验算齿面接触应力，对低速传动的齿轮验算齿根弯曲应力。对硬齿面、软齿芯渗碳淬火的齿轮，一定要验算齿根弯曲应力。接触应力的验算公式为（MPa）（3-1）弯曲应力的验算公式为 （3-2） 式中 N-齿轮传递功率（KW），N=； T-齿轮在机床工作期限（）内的总工作时间（h），对于中型机床的齿轮取=1500020000h，同一变速组内的齿轮总工作时间可近似地认为T=/P，P为变速组的传动副数； -齿轮的最低转速（r/min）;-基准循环次数；查表3-1 m疲劳曲线指数，查表3-1；速度转化系数，查表3-2；功率利用系数，查表3-3；材料强化系数，查表3-4；的极限值，见表3-5，当时，

21、则取=；当时，取=；工作情况系数，中等冲击的主运动，取=1.21.6；动载荷系数，查表3-6；齿向载荷分布系数，查表3-9；Y标准齿轮齿形系数，查表3-8；许用接触应力（MPa）,查表3-9；许用弯曲应力（MPa），查表3-9。如果验算结果或不合格时，可以改变初算时选定的材料或热处理方法，如仍不满足时，就得采取调整齿宽或重新选择齿数及模数等措施。齿轮校核：应选模数相同，齿数最小的齿轮验算齿轮3，齿轮9，齿轮13齿轮3的齿数z=24，模数m=2六、结构设计及说明 6.1 结构设计的内容、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

22、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。课程设计由于时间的限制，一般只画展开图。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）

23、 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。 6.2 展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这些剖切面平整展开在同一个平面上。I轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，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，负责齿轮无法加工。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，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，通过空心

24、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，是制动尺寸增大。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。 6.3 齿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

25、）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6dB。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766，圆周速度很低的，才选877。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就应选655。当精度从766提高到655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

26、，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。6.3.1 其他问题 主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。 主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种： 1）堵加密封装置防止油外流。 主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留0.10.3的间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难）。还有一种是在轴承盖的孔内开一个或几个

27、并列的沟槽（圆弧形或形），效果比上一种好些。在轴上增开了沟槽（矩形或锯齿形），效果又比前两种好。 在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。 2）疏导在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。 6.4 主轴组件设计 主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具（铣床、钻床等）的主轴参予切削成形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度），设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几个方面考虑。7、 总结 这次课程设计的题目是18级立式铣床的主轴箱部件设计，是对机械制造装备设计这门课程的检验