车床主轴箱设计说明书

中北大学课程设计任务书15/16 学年第一学期学院：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：王前学号：1202014233 课程设计题目：《金属切削机床》课程设计（车床主轴箱设计）起迄日期： 12 月 21 日～ 12 月 27 日课程设计地点：机械工程与自动化学院指导教师：马维金讲师系主任：王彪下达任务书日期: 2012年12月21日课程设计任务书课程设计任务书目录1.机床总体设计 (5)2. 主传动系统运动设计 (5)2.1拟定结构式 (5)2.2结构网或结构式各种方案的选择 (6)2.2.1 传动副的极限传动比和传动组的极限变速围 (6)2.2.2 基本组和扩大组的排列顺序 (6)2.3绘制转速图 (7)2.4确定齿轮齿数 (7)2.5确定带轮直径 (8)2.6验算主轴转速误差 (8)2.7 绘制传动系统图 (8)3．估算传动件参数确定其结构尺寸 (10)3.1确定传动见件计算转速 (10)3.2确定主轴支承轴颈尺寸 (10)3.3估算传动轴直径 (10)3.4估算传动齿轮模数 (10)3.5普通V带的选择和计算 (11)4．结构设计 (12)4.1带轮设计 (12)4.2齿轮块设计 (12)4.3轴承的选择 (13)4.4主轴主件 (13)4.5操纵、滑系统设计、封装置设计 (13)4.6主轴箱体设计 (13)4.7主轴换向与制动结构设计 (13)5.传动件验算 (14)5.1齿轮的验算 (14)5.2传动轴的验算 (16)5.3花键键侧压溃应力验算 (19)5.4滚动轴承的验算 (20)5.5主轴组件验算 (20)5.6主轴组件验算 (13)6.参考文献 (14)1.机床总体设计轻型车床是根据机械加工业发展需要而设计的一种适应性强，工艺围广，结构简单，制造成本低的万能型车床。

它被广泛地应用在各种机械加工车间，维修车间。

它能完成多种加工工序；车削圆柱面，圆锥面，成形回转面，环形槽，端面及外螺纹，它可以用来钻孔，扩孔，铰孔等加工。

机床结构布局：（1）确定结构方案 1）主轴传动系统采用V 带，齿轮传动。

2）传动型采用集中传动。

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）变速系统采用多联划移齿轮变速。

5）润滑系统采用飞溅油润滑。

（2）布局采用卧式车床常规的布局形式。

机床主要由主轴箱，皮鞍，刀架，尾架，进给箱，溜扳箱，车身等6个部件组成。

2．主传动系统运动设计 2．1拟定结构式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：1）12=34⨯ 2）12=4⨯3 3）12=322⨯⨯ 4）12=223⨯⨯ 5）12=232⨯⨯在上述的方案中1和2有时可以省掉一根轴。

缺点是有一个传动组有四个传动副。

如果用一个四联滑移齿轮的话则会增加轴向尺寸；如果用两个滑移双联齿轮，则操纵必须互梭以防止两个滑移齿轮同时啮合。

所以一般少用。

3、4、5方案可根据下面原则比较：从电动机到主轴，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，尺寸也较小。

如使传动副较多的传动组放在接近电动机处，则可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可少些，就省材料了。

这就是“前多后少”的原则。

从这个角度考虑，以取12=322⨯⨯的方案为好。

设计的机床的最高转速max 2000n rpm = 最低转速min 160n rpm = 变速围maxmin12.5n n R n == Z=12 1118004540n R ϕ=== 公比为Φ=1.41 主轴转速共12级分别为40 56.4 79.5 112.1 158.1 222.9 314.3 443.2624.9 881.1 1242.4 0则最大相对转速损失率:max 1.411100%29%1.41A -=⨯= 选用3kw 的电动机 型号为Y100L2-4 转速为1420r/min2.2结构网或结构式各种方案的选择在12=232⨯⨯中，又因基本组和扩大组排列顺序的不同而有不同的方案。

可能的六种方案，其结构网和结构式见下面的图。

在这些方案中可根据下列原则选择最佳方案。

2.2.1 传动副的极限传动比和传动组的极限变速围在降速传动时，为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常限制最小传动比≥min i 1/4。

在升速时，为防止产生过大的震动和噪声，常限制最大传动比2≤i 。

因此主传动链任一传动组的最大变速围一般为108minmaxmax -≤=u u R 。

方案a 、b 、c 、d 是可行的。

方案d 、f 是不可行的。

2.2.2 基本组和扩大组的排列顺序a ： 12=363122⨯⨯ b: 12=361222⨯⨯ c: 12=316222⨯⨯ d ： 12=336122⨯⨯ e: 12=321422⨯⨯ f: 12=312422⨯⨯在可行的四种方案 a 、b 、c 、d 中，还要进行比较以选择最佳的方案。

原则是中间传动轴变速围最小的方案 。

因为如果各方案同号传动轴的最高转速相同，则变速 围小的，最低转速较高，转矩较小，传动件的尺寸也就可以小些。

比较图中的方案 a b c e ，方案 a 的中间轴变速围最小，鼓方案 a 最佳。

如果没有别的要求，则计量使扩大顺序和传动顺序一致。

a)c)e).b)d)f)a)c)e)图1-12级结构网的务种方案2.3绘制转速图图2-转速图电动机IIIIIIIV20001600125010008006305004003152502001601420(r/min)(r/min)120:13636:3642:4228:4432:4028:5657:3526:662.4确定齿轮齿数利用查表法求出各传动组齿轮齿数。

表1-各传动组齿轮齿数2.5确定带轮直径确定计算功率 kN N j =K-工作情况系数 工作时间为两班制 查表的k=1.1 N-主动带轮传动的功率计算功率为 1.03 3.0j N kw kw =⨯=根据计算功率和小带轮的转速选用三角带型号为A 型。

查表的小带轮直径推荐植为100 取1D 为120mm 大带轮直径 1212136n D D mm n =⨯= 2.6验算主轴转速误差主轴各级实际转速值的计算公式为:c b ad d E u u u d d n n ⨯⨯⨯-⨯⨯=)1(21ε式中：a u 、a u 、a u 分别为第一、第二、第三变速组齿轮传动比. 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:)%1(10-≤-=∆ϕ实际标准实际n n n n表2-转速误差表转速误差用实际转速和标准转速相对误差应 2.6%由计算结果可知满足要求。

2.7 绘制传动系统图图3-传动系统图3．估算传动件参数确定其结构尺寸3．1确定传动见件计算转速表3-传动件计算转速3.2确定主轴支承轴颈尺寸根据《机床课程设计指导书》主轴的驱动功率为4kw ，选取 前支承轴颈直径：180D mm =。

后支承轴颈直径：21(0.70.85)56~68D D =-= 取： 260D mm = 3．3估算传动轴直径表4-估算传动轴直径3.4估算传动齿轮模数根据计算公式计算各传动组最小齿轮的模数 估算公式为：按齿轮接触疲劳强度：3221)1(267uz n u KP A m HP c m H H σψ±=按齿轮弯曲疲劳强度：31267FPc m FSF Z n KPY m σψ=表5-估算齿轮摸数3.5普通V 带的选择和计算设计功率 P K P A d =（kw ） 即： 1.033d P kw =⨯= 皮带选择的型号为A 型两带轮的中心距12(0.62)()330O A D D mm mm =-+=。

中心距过小时，胶带短因而增加胶带的单位时间弯曲次数降低胶带寿命；反之，中心距过大，在带速较高时易引起震动。

计算带的基准长度：22122()2()1062.124od d o d d d od d L A d d mm A π-=+++=按上式计算所得的值查表选取计算长度L 及作为标记的三角带的圆长度1000N L = 标准的计算长度为1025N L L Y mm =+=实际中心距 A=122()20502561246a L D D ππ=-+=-⨯=A=311.4mm为了紧和装拆胶带的需要，中心距的最小调整围为：A LL h 02.0)01.0(++-，0．02L=20.5是为了紧调节量为,( h+0.01L)是为装拆调节量,h 为胶带厚度.定小带轮包角o ooA D D 1201801801201≥⨯--=πα求得01177o α=合格带速 1112014208.29/6000060000D n v m s ππ⨯⨯===对于A 型带s m v /255ππ ,所以合格. 带的挠曲次数:1111000100028.2917.4401025mv u s s s L ---⨯⨯⎢⎥⎢⎥⎢⎥===≤⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 合格 带的根数 1c n n Z c j =其中：-o n 单根三角带能传递的功率-1c 小带轮的包角系数331.41Z ==⨯ 取3根三角带。

4．结构设计 4．1带轮设计根据V 带计算，选用3根A 型V 带。

由于I 轴安装了摩擦离合器，为了改善它们的工作条件，保证加工精度，采用了卸荷带轮结构。

4．2齿轮块设计机床的变速系统采用了滑移齿轮变速。

根据各传动组的工作特点，基本组的齿轮采用了销钉联结装配式结构。

第二扩大组，由于传递的转矩较大，则采用了整体式齿轮。

所有滑移出论与传动轴间均采用了花键联结。

从工艺的角度考虑，其他固定齿轮也采用花键联结。

由于主轴直径较大，为了降低加工成本而采用了单键联结。

4．3轴承的选择为了安装方便I轴上传动件的外径均小于箱体左侧支承孔直径并采用0000型向心球轴承为了便于装配和轴承间隙II III轴均采用了2700E型圆锥滚子轴承。

V轴上的齿轮受力小线速度较低采用了衬套式滚动轴承。

滚动轴承均采用E级精度。

4．4主轴组件本车床为普通精度级的轻型机床，为了简化结构，主轴采用了轴向后端定位的两支承主轴主件。

前轴承采用了3182000型双列圆柱滚子轴承，后支承采用了46000型角接触球轴承和8000型单向推力球轴承。

为了保证主轴的回转精度，主轴前后轴承均用压块式防松螺母调整轴承的间隙。

主轴前端采用了圆锥定心结构型式。

前轴承为C级精度，后轴承为D级精度。

4．5操纵为了适应不同的加工状态，主轴的转速经常需要调整。

根据各滑依齿轮变速传动组的特点，分别采用了集中变速操纵和单独操纵。

滑系统设计主轴箱采用飞溅式润滑。

油面高度为65mm左右，甩油轮浸油深度为10mm左右。

润滑油型号为：HJ30。

封装置设计I轴轴颈较小，线速度较低，为了保证密封效果，采用了皮碗式接触密封。