机床主轴箱 .pdf

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1、1 目录、参数的拟定、运动的设计、传动件的估算和验算、展开图的设计、总结名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 25 页 - - - - - - - - - 2 一、参数拟定一、设计题目。最大回转直径 ?400mm 普通车床的主轴变速箱的设计给出条件： 1、电机额定功率 5.5kw 2、nmAx=1700r/min ; nmin=37.5r/min 、确定公比nmax =1700r/min nmin=37.5r/min 3.455.371700minmaxnnR对

2、于中型车床， =1.26 或 =1.41，此处取 =1.41 即1145.31.41zzR得 Z=12 所以查表机床级数分别为：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 37.5 53 75 106 150 212 300 425 600 850 1180 1700 2、确定电机型号功率（ KW）最高转速 (R/MIN) 电机选用Y132S-4 55 1440 二、 运动的设计1、列出结构式2.1 传动组和传动副数的确定传动组和传动副数可以有很多方案; 12=43 12=34 12=322 12=232 12=223 上面的两种方案中， 第一行方案有时可以省掉一根轴。缺点是有一个传

3、动组内有4 个传动副。如果有一个4 联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操作机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。第二行的 3 个方案可以根据下面原则比较：从电动到主轴， 一般为降速传动。 接近电动机处的零件，转速较高，从而转矩较小，尺寸也就小。在 I 轴上如果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 25 页 - - - - - - - - - 3 安置换向摩擦离合器时，为减小轴向尺寸， 第一传动组的传动副数不能多，以2 为宜。在机床设计中，

4、因要求的R=1.41 较大，最后扩大组应取2 更为合适。 由于 I 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。12=232 2.2 在 12=232 中有几种方式：A12=213226B. 12=213422 C12 =233126D. 12=263123 E. 12=2234 21F. 12=263221对于12=232所设计的机构，将会出现两个问题：1. 若第一变速组采用降速传动时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，使得轴上的齿轮直径不能太小，轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使- 轴间中心距加大，而且-轴间的中心距也会加大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。（如上图）

5、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 25 页 - - - - - - - - - 4 2. 如果第一变速组采用升速传动，则轴至主轴间的降速传动只能由后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的极限值，常常需要增加一个定比降速传动组，也不可取。（如上图）3， 采用此方案可解决上述存在的问题，但电机转速通过皮带轮转化到I 轴上的速度 (425r /min)过小，皮带变比过大。应该对上述方案进行调整。（如结构网图）2. 绘出结构网图名师资料总结 - - -精品资料

6、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 25 页 - - - - - - - - - 5 3. 拟定转速图1）电动机功率N：4KW, 电机转速 nd:1440r/min 2）定比传动在变速传动系统中采用定比传动，主要考虑传动、结构和性能等方面要求，以及满足不同用户的使用要求。3）分配降速比 12 级降速为： 37.5 53 75 106 150 212 300 425 600 850 1200 1700 （r/min ） 决定 -间的最小降速传动比：由于齿轮极限传动比限制imax=1/4 ，为了

7、提高主轴的平稳性，取最后一个变速组的降速传动比为1/4 ， 按公比 =1.41， 查表可知：1.414=4。决定其余变速组的最小传动比，根据降速前慢后快的原则， - 轴间变速组取i=1/1.414 - 轴间取 U=1/1.412 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 25 页 - - - - - - - - - 6 画出转速图12 =23 3126结构大体示意图 : 4.计算各传动副的传动比名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

8、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 25 页 - - - - - - - - - 7 41.11i2141.111222i（I 轴到 II 轴）i3=18.1165zz7.11874zzi36.211095zzi（II 轴到 III 轴）241.12212116zzi4141.1114414137zzi（III 轴到 IV 轴）5.计算齿轮齿数1）第一变速组内有两对齿轮，其传动比为i1=12zz=1.41 i2=34zz=12初步定出最小齿轮齿数Zmin和 Smin：根据结构条件，在i=2 一行中找到 Zmin=24 时，同时满足

9、两个传动比的要求，确定Sz=72 Zmin=Z3=24 48247234ZSZZ名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 25 页 - - - - - - - - - 8 Z1=42 3042722Z2)第二变速组有三对传动副i3=18.1165zz7.11874zzi36.211095zzi确定最小齿轮的齿数Zmin和 Smin 81,249minzszz5724819min10zsz5130813087zz4437813765zz3)第三变速组有两对齿轮241.

10、12212116zzi4141.1114414137zzi8321104104,211413minzszzz6935104351112zz名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 25 页 - - - - - - - - - 9 变速组第一变速组第二变速组第三变速组齿数和72 81 104 齿轮z1 z2 z3z4z5 z6 z7 z8 z9 z10 z11 z12 z13z14 齿数42 30 24 48 37 44 30 51 24 57 69 35 21 83

11、 6.轴的直径按扭转刚度初步计算传动轴直径：d = 491jnN式中 d 传动轴直径；N 该轴传递功率（ KW ） ；jn该轴计算转速（r/min） ，132minnnj；（41.1）各轴的计算转速分别为253.6r/min， 126.8r/min ，53.6r/min ，13.4r/min 该轴每米长度允许扭转角这些轴都是一般传动轴，取=10/m。代入以上计算转速的值，计算各传动轴的直径：轴： d1 =32mm; 轴： d2 =38mm ；轴： d3 = 46mm ；7.带轮直径1）选择三角带型号根据电机转速1440 r/min 和功率 N=4KW , 查图可确定三角带型号为 B 型。2）确

12、定带轮的最小直径Dmin名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 25 页 - - - - - - - - - 10 查表得 Dmin=140 3）计算大带轮直径D大根据要求的传动比和滑动率确定D大D小1(1)u140)02.01(7101440278.26278mm 8.主轴转速系列的验算1.4110nn）（理理实nn实IV-IIIIV-IIIIII-IIIIIIIII-IIII21ZZZZZnZDDn01.35.375.3763.38min/63.3883215

13、72448242781401440111理理nnnnrn85.2757514.77min/14.77832144374824278140144081.1535396.53min/96.538321513048242781401440333222理理理理nnnnrnnnnnrn名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 25 页 - - - - - - - - - 11 33.030030098.300min/98.30035695724482427814014408

14、9.121221201.216min/01.216832144373042278140144073.015015010.151min/10.151832151303042278140144004.210610616.108min/16.1088321572430422781401440777666555444理理理理理理理理nnnnrnnnnnrnnnnnrnnnnnrn10.01700170008.1683min/08.1683356944373042278140144022.01180118035.1177min/35.1177356951303042278140144085.085085

15、074.842min/74.842356957243042278140144018.060060010.601min/10.601356944374824278140144064.142542548.420min/48.4203569513048242781401440121212111111101010999888理理理理理理理理理理nnnnrnnnnnrnnnnnrnnnnnrnnnnnrn名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 25 页 - - - - -

16、 - - - - 12 转速合格9.片式摩擦离合器的选择和计算离合器的选择与计算：离合器安装在I 轴上1.正转时摩擦片数的确定：1) 确定摩擦片的径向尺寸d=32+(26）= 36mm 2）按扭矩确定摩擦离合面的数目Z：mVnzKKdDPKMzKf1012333其中 Mn 为离合器的扭矩Mn=9550nPd=95507104=53.8Nm 静扭距mNmNKMMnj27.6398.08.532.1取mNMj100d=30mm D1=98mm D=90mm B=30mm b=10mm K安全系数，此处取为1.3 ；P 摩擦片许用压强，取为1.2MPA ；f 摩擦系数，查得f=0.08 ；KV速度修

17、正系数，根据平均圆周速度查表取为1.3 ；mK结合次数修正系数，查表为1.35；ZK摩擦结合面数修正系数，查表取为 1；将以上数据代入公式计算得名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 25 页 - - - - - - - - - 13 Z12.67 圆整为整偶数14，离合器内外摩擦片总数i=Z+1=15。3）计算摩擦离合器的轴向压力Q：Q=SPKV =700001.21.3 = 11000（N）S内外片环行接触面积，S4（D22 D12）=7000mm2; 4）

18、摩擦片厚度b = 1，1.5，1.75，2 毫米，一般随摩擦面中径增大而加大。内外片分离时的最小间隙为（0.20.4 ）mm 。2. 反转时摩擦片数的确定：普通车床主轴反转时一般不切削，故反向离合器所传递的扭矩可按空载功率损耗确定。普通车床主轴高速空转功率Pk一般为额定功率Pd的 2040% ，取 Pk = 0.4Pd，计算反转静扭矩为Pk= 1.6KW，代入公式计mVnzKKdDPKMzKf1012333算出 Z=5.1 ，圆整为整偶数 6，离合器内外摩擦片总数为7。三 传动件的估算和验算1三角带传动的计算1）选择三角带的型号根据计算功率KWNKNdWj4.441.1小带轮的转速1440r/

19、min 选择带的型号为B 型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 25 页 - - - - - - - - - 14 2）确定带轮的计算直径21, DD由前面计算结果得1D=140mm 2D=278mm 3)确定三角带速度V 一般应使带速v 在 525m/s 的范围内。11/6 01 0 0 03.141 4 01 4 4 06 01 0 0 01 0.56/DnVmsms符合设计要求。4）确定中心距A、带长 L、验算包角：中心距过大回引起带的颤动，过小则单位

20、时间内带的应力循环次数过多，疲劳寿命降低；包角减小，带的传动能力降低。一般按照下式初定中心距Ao mm418275.0()mmDD275.0(210）（A=313.5836mm 取0A=500mm 由几何关系按下式初定带长L0: mmAddddAL8.1665500413841814.35.050024)()5.02202121200 （与 L0较接近的节线长度LP按下式计算所需中心距，AAo+20LLP考虑安装、调整和补偿初拉力的需要，中心距A的变动范围为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

21、 - - - - 第 14 页，共 25 页 - - - - - - - - - 15 A-0.015PLA+0.03PL）由以上计算得中心距A = 500+|mm484216651633，带长LN为1600mm 。验算包角：= 1800-6.16348414027812Add1200，符合设计要求.计算胶带的弯曲次数u ：u=Lmv1000s-1 40s-1 式中： m 带轮的个数；代入相关的数据计算得：u=Lmv1000s-1=5.6163356.1011000s-1 40s-1 符合设计要求。确定三角胶带的根数Z：根据计算功率PC和许用功率 P0，可求得胶带根数Z，101CNNZN0:单

22、根带在2.31801表得情况下传递的功率。查，特定长度，平稳工作95.0:1包角系数，查表得C31.195.02.34101CNNZ圆整结果为 2，即需用 2 根胶带。根据 V 带计算，选用3 根 B 型 V 带。由于轴安装摩擦离合器及传动齿轮，为了改善它们的工作条件，保证加工精度，采用卸荷式带轮结构。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 25 页 - - - - - - - - - 16 2齿轮模数的估算和计算1齿轮的模数（ mw和 mj）,按弯曲疲劳和接触

23、疲劳计算接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知后方可确定，所以只有在草图画完之后校核用。在画草图之前先估算，在选用标准齿轮模数。齿轮弯曲疲劳估算mmznNmjw332mw齿轮弯曲疲劳， N：计算齿轮传递的额定功率N=Ndkw，nj计算齿轮的计算转速r/min,z 齿轮齿数计算转速132minnnj经过计算，各轴的计算转速分别为253.6r/min，126.8r/min，53.6r/min变速组第一变速组第二变速组第三变速组齿数和72 81 104 齿轮z1 z2 z3z4z5 z6 z7 z8 z9 z10 z11 z12 z13z14 齿数42 30 24

24、 48 37 44 30 51 24 57 69 35 21 83 大齿轮齿数 Z 分别为 42，37，69 98.099.096.016.36.536996.099.098.04323203.38.1263798.096.04323231.26.2534296.043232333333IIIIII齿轮轴承带，mmmmznNmmmmmznNmmmmmznNmjwjwjw经计算弯曲疲劳计算的齿轮模数分别为wm2.31，3.03，3.16 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

25、16 页，共 25 页 - - - - - - - - - 17 齿面点蚀的估算mmnNAj3370其中jn为大齿轮的计算转速， A 为齿轮中心距。mmmmnNAmmmmnNAmmmmnNAjjj79.1556.53437037091.1168.126437037079.926.2534370370333333经计算齿轮中心距分别为92.79mm，116.91mm，155.79mm 由中心距 A 及齿轮齿数21, zz求出模数：mmmmZZAmmmmmZZAmmmmmZZAmmmZZAmjjjj0.310479.1552278.28491.1162258.27279.9222221212121

26、IIIIII经计算齿轮模数jm2.58，2.78，3.0 2.31，3.03，3.16取大值得齿轮模数2.58，3.03，3.16 查表取标准齿轮模数：2.5，3.0，3.0 4）验算1.根据接触疲劳齿轮模数32321)1(16300nizNkkkkimjmzj名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 25 页 - - - - - - - - - 18 kwNNkw73.396.099.098.04kw80.399.096.0484.396.04NIIIIIImi

27、n/150nmin/355nmin/r710IIIIIIrrn，21,24,24321zzz42183,36.22457,2244832341iizzi8m基准循环次数劳曲线指数：弯曲交变载荷下的疲预定齿轮的工作期限，：齿轮最低转速00321321Cmh2000015000T:min/rn6035.070.058.089.097.034.073.058.062.029.161.076.058.085.062.104.1,5.1,4.1TCnTkkkkkkkkkkkkmTzzzqwnTz97.0102200001506029.1102200003556062.1102200007106038II

28、I38TII38ITTkkk89.0k62.0k85.0k:IIInIInI，转速变化系数nk58.0: 功率利用系数Nk70.073.076.0:IIIIIIqqqqkkkk，材料强化系数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 25 页 - - - - - - - - - 19 mm89.21501100421873.335.004.15.14.11416300)1(16300mm90.1355125036.224880.334.004.15.14.1136.

29、216300)1(1630003.27101100224884.361.004.15.14.11216300)1(1630032232III2321IIIIII32232II2321IIII32232123211I）（）（）（jjmzjjjmzjjjmzjnizNkkkkimnizNkkkkimmmnizNkkkkim2.根据弯曲疲劳计算齿轮模数mmnzYNkkkkmwjmsw27532104.1,5.1,4.1321kkk46.0,9.0minmaxsskk有46.0,46.0,61.0321ssskkkkwNNkw73.396.099.098.04kw80.399.096.0484.396

30、.04NIIIIII21,24,24321zzzY: 齿形系数 0.420，0.420，0.395 8m计算转速132minnnj经过计算，各轴的计算转速分别为253.6r/min， 126.8r/min， 53.6r/min MPaw320名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 25 页 - - - - - - - - - 20 .01mm43206.538395.02173.346.004.15.14.1275275.90mm23208.1268420.02

31、480.346.004.15.14.1275275.53mm23206.2538420.02484.361.004.15.14.12752753IIIIII3213III3IIII3213II3II3213ImmnzYNkkkkmmmnzYNkkkkmmmnzYNkkkkmwjmswwjmswwjmsw有弯曲疲劳强度计算可知，轴III 上齿轮 m=3.0 过小。应选择标准模数 m=4.0的齿轮综上： I 轴齿轮模数 2.5，II 轴齿轮模数 3.0，III 轴齿轮模数 4.0 1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z齿数42 30 24 48 37 44 30 51

32、24 57 69 35 21 83 模 数2.5 3.0 4.0 分度圆直径105 75 60 120 111 142 90 153 72 171 276 140 84 332 齿根高fh(*ahc)m=1.252.5=3.125 (*ahc)m=1.253=3.75 (*ahc)m=1.254=5 齿顶高ah*ahm=12.5=2.5 *ahm=13=3 *ahm=14=4 齿高5.625 6.75 9 齿顶圆直径ad107.5 77.5 62.5 122.5 114 145 93 156 75 174 280 144 88 336 齿根圆直径fd101.9 71.9 56.9 116.9

33、107.25138.25 86.25 149.2568.25 167.25271 135 79 327 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 25 页 - - - - - - - - - 21 中心距90 126.5 208 齿宽20 24 32 3、传动轴验算1）传动轴直径的估算491jNdnmm 轴： d1 = 32mm; 轴： d2 = 38mm；轴： d3 = 46mm ；2）传动轴强度的验算选 III 轴校核：小齿轮z=21，d=mz=2.521=5

34、2.5mm rmmfmmaNfaFNdTFmNnPTpprt/4.0,46.38224.04190019002213105.5209.582209.5815096.099.096.049550955075.075.03其中NFFtNH54.715300214661300972213300971NFFtNH46.149730020322133002032NFFNFFrNVrNV63.25863002036.382230020397.1235300976.38223009721mmNFMmmNFMNHHNVV38.694079754.7159709.1198899797.12359711名师资料总

35、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 25 页 - - - - - - - - - 22 58.37350058095.05.1385315.0)2(4)(5.0:T6.13853196.11988938.69407:M350032)(dDdw:)2(4I222222222222242MPawTMwTwMmmNMMMmmDzbdDwwTwMcaVHca扭矩，弯矩）（抗弯截面系数四展开图设计1.反向机构利用机械传动实现主轴反转需要一个惰轮，将惰轮装在有两个支承的传动轴上，

36、轴的刚性较好，有利于降低噪音。2.输入轴1）带轮装在轴端。2）卸荷装置将带轮装在轴承上，轴承装在套筒上，传给轴的只是扭矩，径向力由固定在箱体上的套筒承受。本设计采用将带轮装在轴承外圈上，扭矩从端头传入。3.空套齿轮结构齿轮块设计1）选用 7 级精度2）固定齿轮采用焊接连接，工艺简单，连接后齿轮能达到一定的定心精度。3）机床的变速系统采用了滑移齿轮变速机构。根据各传动轴的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 25 页 - - - - - - - - - 23 工

37、作特点， 基本组、 第一扩大组以及第二扩大组的滑移齿轮均采用了整体式滑移齿轮。所有滑移齿轮与传动轴间均采用花键联接。从工艺角度考虑，其他固定齿轮（主轴上的齿轮除外）也采用花键联接。 由于主轴直径较大， 为了降低加工成本而采用了单键联接。各轴采用的花键分别为：轴： 632266 轴： 640306 轴： 8504074.传动轴轴承设计1）I 轴：圆锥滚子轴承II 轴：圆锥滚子轴承III 轴：圆锥滚子轴承IV 轴：双列圆柱滚子轴承，圆锥滚子轴承2）采用轴肩，轴承盖等定位5主轴组件的设计1）内孔直径 32mm（见下计算）2）轴颈直径 79mm 3）前锥孔采用莫氏锥孔，选莫氏锥度号为6 号。4）支承跨

38、距 L 和外伸长度 a：L/a=3 5)头部尺寸：选B 型 5 号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 25 页 - - - - - - - - - 24 6）轴承的配置双列圆柱滚子轴承：此种轴承承载能力大，内孔有1/12 锥度，摩擦系数小，温升低，但不能承受轴向力，必须和能承受轴向力的轴承配合使用。圆锥滚子轴承：载能力大，可同时承受径向力和轴向力，结构比较简单，但允许的极限转速低一点。配置轴承时，应注意：每个支承点都要能承受径向力，两个方向的轴向力应分别有相

39、应的轴承承受。径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上， 即负荷都有机床支承承受，主轴采用两个支承，机构简单，制造方便。6.主轴刚度的验算：mm115851525.04001maxmmDDmmDnax68mmD77.3mm56.71.51.1DD,1.5)D(1D85mmD1211取有取32.4mm7.92D6.055.0d,6.055.054mmD54.447.60.8)D(0.7D2212）（有取Dd取 d=32mm mmlmmammDa3001005.21225.106)5.225.1(1取支承跨距取计算伸长量444448mm99757864326814.364dD100.2）（）（IE

40、A名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 25 页 - - - - - - - - - 25 2222228264)3268(14.34d-D(mmA）NfaFpr6.38224.041900190075.075.0载荷点挠度：mmalEIaFyrp000026.0)100300(99757810231006.3822)(38220.0000001999757810233001006.38223000000096.099757810263001006.382268B8EIalFEIalFrrA右支承：左支承：满足要求查表：radradmmyBA001.0 ,0006.0 ,0002.0五 总结名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 25 页 - - - - - - - - -