机械装备设计课程设计课程设计-车床主轴箱部件设计P=4kw-转速1400-63

ⅱ类
一天工作时间/h
10~16
10~16
载荷
平稳
液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（ ）；离心式压缩机；轻型运输机
载荷
变动小
带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（ ）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛
载荷
变动较大
螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械
说明书
课程名称机械装备设计课程设计
实验（实践）编号1
实验（实践）名称车床主轴箱设计
实验（实践）学时
实验（实践）时间
设计任务书
车床的主参数（规格尺寸）和基本参数如下：
工件最大回转直径
D (mm)
正转最低转速
nmin( )
正转最高转速
nmin( )
电机
功率
N（kw）
公比
250
63
1400
4
第
机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。
根据V带轮结构的选择条件，电机的主轴直径为d=28mm；
由《机械设计》P293 ，“V带轮的结构”判断：当3d＜dd1(90mm)＜300mm，可采用H型孔板式或者P型辐板式带轮，这次选择H型孔板式作为小带轮。
由于dd2>300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。
总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。
根据 和 计算齿轮模数，根据其中较大值取相近的标准模数：
=16338 =16338 mm
——齿轮的最低转速r/min；
——顶定的齿轮工作期限，中型机床推存： =15～24
——转速变化系数；
——功率利用系数；
——材料强化系数。
——（寿命系数）的极值
齿轮等数C0
——工作情况系数。中等中级的主运动：
——动载荷系数；
——齿向载荷分布系数；
——齿形系数；
根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：
式中：N——计算齿轮转动递的额定功率N=ŋ
——计算齿轮（小齿轮）的计算转速r/min
带轮的材料：选用灰铸铁，HT200。
选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。
由《机械设计》P303表13－12查得，A型带的初拉力F0＝117.83N，上面已得到 =172.63o，z=4，则
对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小, 带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40°，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角为32°、34°、36°、38°（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。
对应的基准直径 d d
≤ 60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤ 80
≤ 118
≤ 190
≤ 315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤ 475
≤ 600
38°
-
＞ 80
＞ 118
＞ 190
＞ 315
＞ 475
＞ 600
极限偏差
± 1
± 0.5
V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式：
（1）实心带轮：用于尺寸较小的带轮(dd≤～3)d时)，如图7 -6a。
结合题目条件，取标准数列数值，
=63r/min
取
考虑到设计的结构复杂程度要适中，故采用常规的扩大传动。各级转速数列可直接从标准的数列表中查出，按标准转速数列为：
63，90，125，180，250，355，500，710,1000,1200，1400
i
第
3.1
合理地确定电机功率N，使机床既能充分发挥其性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。
表4. 包角修正系数
包角
220
210
200
190
180
150
170
160
140
130
120
110
100
90
表5. 弯曲影响系数
带型
Z
A
B
C
D
E
查机械设计手册，取P1KW，△P1KW
由《机械设计》P299表13－8查得，取Ka=0.95
由《机械设计》P293表13－2查得，KL＝1.16
则带的根数
所以z取整数为3根。
由于本次设计的机床 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。初选 的方案。
从电动机到主轴主要为降速变速，若使变速副较多的变速组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足变速副前多后少的原则，因此取12=2×3×2方案为好。
设计车床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，在降速变速中，一般限制限制最小变速比 ；为避免扩大传动误差，减少震动噪声，在升速时一般限制最大转速比 。斜齿圆柱齿轮传动较平稳，可取 。因此在主变速链任一变速组的最大变速范围 。在设计时必须保证中间变速轴的变速范围最小。
图2-3主传动系统图
（7）齿轮齿数的确定。变速组内取模数相等，据设计要求Zmin≥18~20,齿数和Sz≤100～120，由表4.1，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表2-2。
表2-2 齿轮齿数
传动比
基本组
第一扩大组
第二扩大组
1:2
1:1
1:2
2.85：1
代号
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z ’
（2）腹板带轮：用于中小尺寸的带轮(dd≤300mm时)，如图7-6b。
（3）孔板带轮：用于尺寸较大的带轮((dd－d)＞100 mm时)，如图7 -6c。
（4）椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd＞500mm时)，如图7-6d。
（a）（b）（c）（d）
图7-6 带轮结构类型
根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（a）,大带轮选择腹板带轮如图（b）
4.2
（1）主轴的计算转速nj，由公式n =n 得，主轴的计算转速nj=r/min，
取180r/min。
(2).传动轴的计算转速
轴3=500r/min轴2=710 r/min，轴1=1000r/min。
（2）确定各传动轴的计算转速。各计算转速入表3-1。
表3-1各轴计算转速
轴号
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
计算转速r/min
（2）绘制转速图：
图2-2转速图
（3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图2-3：
1-2轴最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)
轴最小齿数和:Szmin>(Zmax+2+D/m)
3.5
(1)Sz 100-120,中型机床Sz=70-100
(2)直齿圆柱齿轮Zmin 18-20,m 4
1000
500
500
（3）确定齿轮副的计算转速。齿轮Z 装在主轴上其中只有180r/min传递全功率，故Z j=180r/min。
依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表3-2。
表3-2齿轮副计算转速
序号
Z
Z
Z
Z
Z
n
1000
1000
500
500
180
4.3
（1）模数计算。一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即mj=16338 可得各组的模数，如表3-3所示。
e
8 ± 0.3
12 ± 0.3
15 ± 0.3
19 ± 0.4
25.5 ± 0.5
37 ± 0.6
44.5 ± 0.7
第一槽对称面至端面的距离
f min
6
7
9
11.5
16
23
28
最小轮缘厚
5
5.5
6
7.5
10
12
15
带轮宽
B
B =( z -1) e + 2 f z —轮槽数
外径
d a
轮 槽 角
32°
1误差验算传动比： （ 为弹性滑动率）
误差 符合要求
② 带速
满足5m/s<v<25~30m/s的要求，故验算带速合适。
4.1.4
由式
可得0.7（100+140） 2（100+140）
即168 480，选取 =300mm
所以有：
由《机械设计》P293表13－2查得Ld＝1000mm
实际中心距
符合要求。
由《机械设计》P298表13－7查得，小带轮基准直径为80～100mm
则取dd1=100mm>ddmin.=75 mm（dd1根据P295表13-4查得）
表3V带带轮最小基准直径
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
由《机械设计》P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得 =140mm
Z5
Z5’
Z
Z
Z7
Z7’
齿数
30
42
24
48
44
62
53
53
35
71
115
41
41
115
3.6
实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过±10( -1)％,即
〈10( -1)％=4.1％
第
4.1
输出功率P=4kW,转速n1=1440r/min,n2=1000r/min
表4工作情况系数
工作机
原动机
ⅰ类
机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。
通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。
表 普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
项目
符号
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基准宽度
b p
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基准线上槽深
h amin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基准线下槽深
h fmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽间距
第
车床的主参数（规格尺寸）和基本参数如下：
工件最大回转直径
D (mm)
正转最低转速
nmin( )
正转最高转速
nmin( )
电机
功率
N（kw）
公比
250
63
1400
4
2.2
根据【1】 公式（3-2）因为已知 ， ，
∴Z= +1=10
根据【1】 表3-5 标准公比 。这里我们取标准公比系列
因为 6，根据【1】 表3-6标准数列。首先找到最小极限转速63，再每跳过5个数取一个转速，即可得到公比为1.41的数列：63，90，125，180，250，355，500，710,1000,1400
载荷
变动很大
破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机
根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查《机械设计》P296表4，
取KA＝1.1。即
普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按《机械设计》P297图13－11选取。
根据算出的Pd1＝1440r/min ，查图得：dd=80～100可知应选取A型V带。
根据题设条件电机功率为4KW
可选取电机为：Y112M-4额定功率为4KW，满载转速为1440r/min.
已知Z= x3b
a、b为正整数，即Z应可以分解为2和3的因子，以便用2、3联滑移齿轮实现变速。
对于Z=11级 按照Z=12
对于12=2×3×2传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为：
， ， ，
2.3.1
根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：
允许的切速极限参考值如下：
加 工 条 件
Vmax(m/min)
Vmin(m/min)
硬质合金刀具粗加工铸铁工件
30～50
硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件
150～300
螺纹加工和铰孔
3～8
2.3.2
计算车床主轴极限转速时的加工直径，则主轴极限转速应为
综合上述可得：主传动部件的运动参数
=63 Z=11
3.3
根据“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,结构紧凑的原则,选取传动方案 ,易知第二扩大组的变速范围r=φ(P3-1)x4=3.95〈8 满足要求，其结构网如图2-1。
图2-1结构网
3.4
（1）选择电动机：采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。