机床主轴箱设计-参考资料

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1．机床主要技术参数：

（1）尺寸参数：

床身上最大回转直径：400mm

刀架上的最大回转直径：200mm

主轴通孔直径：40mm

主轴前锥孔：莫式6号

最大加工工件长度：1000mm

（2）运动参数：

根据工况，确定主轴最高转速有采用YT15硬质合金刀车削碳钢工件获得，主轴最低转速有采用W16Cr4V高速钢刀车削铸铁件获得。

nmax= = 23.8r/min nmin= =1214r/min

根据标准数列数值表，选择机床的最高转速为1180r/min，最低转速为26.5/min

公比取1.41，转速级数Z=12。

（3）动力参数：

电动机功率4KW 选用Y112M-4型电动机

2．确定结构方案：

（1）主轴传动系统采用V带、齿轮传动；

（2）传动形式采用集中式传动；

（3）主轴换向制动采用双向片式摩擦离合器和带式制动器；

（4）变速系统采用多联滑移齿轮变速。

3．主传动系统运动设计：

（1）拟订结构式：

1）确定变速组传动副数目：

实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合：

A．12=3*4 B. 12=4*3 C。12=3*2*2

D．12=2*3*2 E。12=2*2*3

方案A、B可节省一根传动轴。但是，其中一个传动组内有四个变速传动副，增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。

根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案C是可取的。但是，由于主轴换向采用双向离合器结构，致使Ⅰ轴尺寸加大，此方案也不宜采用，而应选用方案D

2）确定变速组扩大顺序：

12=2*3*2的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有以下6种形式：

A．12=21*32*26 B。12=21*34*22

C．12 =23*31*26 D。12=26*31*23

E．22*34*21 F。12=26*32*21

根据级比指数非陪要“前疏后密”的原则，应选用第一种方案。然而，对于所设计的机构，将会出现两个问题：

①第一变速组采用降速传动（图1a）时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，使得Ⅰ轴上的齿轮直径不能太小，Ⅱ轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使Ⅰ-Ⅱ轴间中心距加大，而且Ⅱ-Ⅲ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。这种传动不宜采用。

②如果第一变速组采用升速传动（图1b），则Ⅰ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，使系

统结构复杂。这种传动也不是理想的。

如果采用方案C，即12 =23*31*26，则可解决上述存在的问题（见图1c）。其结构网如图2所示。

（2）绘制转速图：

1）验算传动组变速范围：

第二扩大组的变速范围是R2 = =8，

符合设计原则要求。

2）分配降速比：

该车床主轴传动系统共设有四个传动组，其中有一个是带传动。根据降速比分配应“前慢后快”的原则及摩擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。

U= = =

=

3）绘制转速图：（见附图1）

（3）确定齿轮齿数：

利用查表法求出各传动组齿轮齿数如下表：

变速组第一变速组第二变速组第三变速组

齿数和72 72 106

齿轮z1 z2 z3 z4 z5 z6 z7 z8 z9 z10 z11 z12 z13 z14

齿数24 48 42 30 19 53 24 48 30 42 18 72 60 30

传动过程中，会采用三联滑移齿轮，为避免齿轮滑移中的干涉，三联滑移齿轮中最大和次大齿轮之间的齿数差应大于4。所选齿轮的齿数符合设计要求。

（4）验算主轴转速误差：

主轴各级实际转速值用下式计算：

n = nE* (1-ε)u1 u2 u3

式中u1 u2 u3 分别为第一、第二、第三变速组齿轮传动比。

ε取0.05

转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示：

△n = | |≤10（Φ-1）%

其中主轴标准转速

转速误差表

主轴转速n1 n2 n3 n4 n5 n6

标准转速26.5 37.5 53 75 106 150

实际转速27.3 37.75 53.93 75.78 105.7 151

转速误差% 3.0 0.7 1.8 1.0 0.3 0.67

主轴转速n7 n8 n9 n10 n11 n12

标准转速212 300 425 600 850 1180

实际转速216.53 302 431.43 606.3 845.6 1208

转速误差% 2.1 0.67 1.5 1.1 0.5 2.3

转速误差满足要求。

（5）绘制传动系统图：（见附图2）

4．估算传动件参数，确定其结构尺寸：

（1）确定传动件计算转速：

1）主轴：

主轴计算转速是第一个三分之一转速范围内的最高一级转速，即

nj = nmin =74.3r/min 即n4=75r/min;

2）各传动轴：

轴Ⅲ可从主轴为75r/min按72/18的传动副找上去，似应为300r/min。但是由于轴Ⅲ上的最低转速106r/min经传动组C可使主轴得到26.5r/min和212r/min两种转速。212r/min要传递全部功率，所以轴Ⅲ的计算转速应为106r/min。轴Ⅱ的计算转速可按传动副B推上去，得300r/min。

3）各齿轮：

传动组C中，18/72只需计算z =18 的齿轮，计算转速为300r/min；60/30的只需计算z = 30 的齿轮，计算转速为212r/min。这两个齿轮哪个的应力更大一些，较难判断。同时计算，选择模数较大的作为传动组C齿轮的模数。传动组B中应计算z =19的齿轮，计算转速为300r/min。传动组A中，应计算z = 24的齿轮，计算转速为600r/min。

（2）确定主轴支承轴颈直径：

参考《金属切削机床课程设计指导书》表2，取通用机床钢质主轴前轴颈直径D1 = 80mm，后轴颈直径D2 = （0.7～0.85）D1，取D2 = 65 mm，主轴内孔直径d = 0.1 Dmax ±10 mm ，其中Dmax为最大加工直径。取d = 40mm。

（3）估算传动轴直径：（忽略各传动功率损失）

按扭转刚度初步计算传动轴直径：

d =

式中d ——传动轴直径；

N ——该轴传递功率（KW）；

——该轴计算转速（r/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：

Ⅰ轴：d1 = 26mm；

Ⅱ轴：d2 = 31mm；

Ⅲ轴：d3 = 40mm；

（4）估算传动齿模数：（忽略各传动功率损失）

参考《金属切削机床课程设计指导书》中齿轮模数的初步计算公式初定齿轮的模数：m = 32

式中N ——该齿轮传递的功率（KW）；

Z ——所算齿轮的齿数；

——该齿轮的计算转速（r/min）。

同一变速组中的齿轮取同一模数，故取（）最小的齿轮进行计算，然后取标准模数值作为该变速组齿轮的模数。

传动组C中：m = 2.9 mm ,取标准模数m=3 mm；

传动组B中：m = 2.8 mm，取标准模数m=3 mm；

传动组A中：m = 2.1mm，取标准模数m=2.5 mm。

（5）离合器的选择与计算：

1）确定摩擦片的径向尺寸：

摩擦片的外径尺寸受到外形轮廓的限制，内径又由安装它的轴径d来决定，而内外径的尺寸