金属切削机床主轴箱设计说明书【精选文档】

已知条件：
公比
交流电动机7.5kw，转速1440/970
§1。

设计目的
通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练,树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力.
§2。

机床主要参数的确定
2.1确定级数z
已知公比，。

由，可得
级数,查标准数列表,主轴各级转速为（）
15；19；23。

6；30;37.5；47.5；60；75；95；118；150;190；
236；300；375；475.
2.2确定电动机型号
已知电动机功率P=7.5kw。

：
电机转速n
d
因为n max=475r/min ，根据N=7.5 KW,由于要使电机转速n d与主轴最高转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。

所以初步定电机为：Y160M—6，电机转速970r/min。

§3.拟定机床的传动方案
3.1结构式的确定
16=
根据主变速传动系设计的一般原则，从电动机到主轴主要为降速传动，若使传动副较多的传动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，也就是满足传动副前多后少的原则，因此取方案。

在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比 ;在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比。

在主传动链任一传动组的最大变速范围。

3.2绘出结构网
根据结构式，从而确定结构网如下：
检查传动组的变速范围时，只检查扩大组：
其中，,
所以 ,合适.
3.3 绘制转速图
1。

分配降速传动比
在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比，现取最后的变速组的最小降速传动比为1/4；查表，可得。

根据降速前慢后快的原则，决定其余变速组的最小降速传动比，变速组c的最小传动比=;变速组b的最小传动比=；变速组a的最小传动比=
2.确定各级转速并绘制转速图
由z = 16确定各级转速:（）
15；19；23.6；30；37。

5；47.5;60；75；95；118;150；190；
236；300；375；475.绘制的转速图如下：
§4确定各变速组传动副的齿数
4.1变速组a：
变速组a由3个传动副，其传动比分别为：。

后两个传动比小于1，取其倒数，按u=1，1.26，1。

58查表3—9，查出符合三个传动比的齿数和分别有：
……62、64、66、68、70、72、74……
……63、65、66、68、70、72、74……
……62、65、67、70、72、73……
符合的有70，72，可取70,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为：35、31、27。

于是,，
可得轴Ⅲ上的三联齿轮齿数分别为：35、39、43。

4。

2变速组b：
变速组b由2个传动副，其传动比分别为：。

后一个传动比小于1，取其倒数，按u=1,2查表3—9，查出符合两个传动比的齿数和分别有：
……72、74、76、78、80、82、84、86……
……72、75、78、81、84、86、87……
符合的有72,78，84,86，可取78,于是可得轴Ⅱ齿轮齿数分别为：39，26。

于是，
可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为：39、52。

4。

3变速组c：
变速组c由2个传动副，其传动比分别为：。

后一个传动比小于1，取其倒数,按u=1.26，3。

16查表3—9,查出符合两个传动比的齿数和分别有：
……81、82、83、84、86、88、91、……
……83、84、87、88、91、92……
符合的有84，88、91，可取84，于是可得轴Ⅲ齿轮齿数分别为:47、20。

于是，
可得轴Ⅳ上的三联齿轮齿数分别为:37、64。

4。

4变速组d:
变速组d由2个传动副，其传动比分别为:。

后一个传动比小于1，取其倒数，按u=1。

58，4查表3—9，查出符合两个传动比的齿数和分别有：
……88、90、91、93、95、96、98、99、……
……89、90、91、94、95、96、99、100……
符合的有90、91、95、96、99、,可取96，于是可得轴Ⅳ齿轮齿数分别为:37、19。

于是，
可得轴Ⅴ上的三联齿轮齿数分别为：59、77。

算得各齿轮的参数如下：（mm)
§5 绘制传动系统图
根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可绘制出如下系统图：
§6.传动零件的初步计算
6.1带传动设计
电动机转速n=970r/min,传递功率P=7。

5KW，传动比i=970/600=1。

62，两班
制,
一天运转16小时，工作年数10年。

1．确定计算功率
取1。

1，则
2．选取V带型
根据小带轮的转速和计算功率，选B型带.
3．确定带轮直径
查表,小带轮最小基准直径,取，则
大带轮的直径为。

取标准值
4．计算带的速度
验算带速度
其中 -小带轮转速,r/min；
—小带轮直径，mm；
,
符合要求。

5．初定带传动的中心距
设中心距为，则
0．55（）a2（）
于是 254。

8a728,
初取中心距为400mm。

6．计算带的基准长度
带长
查表取相近的基准长度，。

7．计算带传动的实际中心距
带传动实际中心距
8．验算小带轮的包角
一般小带轮的包角不应小于。

符合要求。

9．确定V带的根数
其中： -时传递功率的增量;
-按小轮包角，查得的包角系数；
—长度系数；
为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于10.
取Z=4根
10．计算带的张紧力
其中：—带的传动功率，KW；
v-带速，m/s;
m—每米带的质量,kg/m；取q=0。

17kg/m。

v = 7。

11m/s.
11．计算作用在轴上的压轴力
6。

2验算主轴转速误差
转速误差：
为主轴的实际转速。

，合格
同理
，，合格
，合格
,合格
，合格
,合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
，合格
,合格
，合格
，合格
6。

3传动轴直径的确定
1.计算转速
1）各轴计算转速
主轴的计算转速
取，Ⅳ轴的计算转速：75r/min，Ⅲ轴的计算转速：190r/min，Ⅱ轴的计算转速：375r/min，Ⅰ轴的计算转速：600r/min。

2.确定各传动轴的最小直径
一般按扭转刚度初算传动轴直径：
，其中
为该轴传递的功率；为该轴每米长度允许扭转角
查机械设计手册，各传动的效率分别为：
带传动：，齿轮传动，轴承
1）Ⅰ轴的直径：
，=0.75deg/m
,取d=35mm
2）Ⅱ轴的直径
=0.75deg/m
,取d=40mm
3）Ⅲ轴的直径:
,=0。

75deg/m
，取d=45mm
4）Ⅳ轴的直径:
,=0。

75deg/
,取d=55mm
5）主轴的直径：
由主轴所传递的功率查表，取主轴前轴颈的直径，主轴后轴颈的直径,取=80mm。

主轴孔径d取主轴平均直径的55％--65％,取d=50mm。

6。

4齿轮模数的初步计算
按下列公式初定模数:
式中：
N为齿轮传递的功率,Z式齿轮齿数，n该齿轮的计算转速
取齿数最少的齿轮计算。

Z=19
则，初选齿轮模数m=4
§7。

主要零件的设计与验算
7.1 齿轮强度计算和模数的选定
1。

变速组a:
按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。

两齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度217——255HBS。

8级精度。

按接触疲劳强度设计：
其中： 1）小齿轮传递功率的转矩:
2）载荷系数K=1。

4
3）齿宽系数；
4）弹性系数
5)齿数比u=Z6/Z5=1。

58
6)节点区域系数
7)重合度
查表，取重合度系数
8）许用接触应力
由图表查得接触疲劳极限应力=570Mpa，
应力循环次数查表得，寿命系数。

取安全系数=1。

0，
=81。

2mm,则齿轮模数m。

校核齿根弯曲疲劳强度
其中： 1）K=1。

4， =113485.8N。

mm， =27＊3=81，b=，取b=40mm
2)齿形系数
3)应力修正系数
4）重合度系数=0。

72
5）许用弯曲应力
查表=220Mpa,寿命系数=1。

0,安全系数=1。

25
=176Mpa
符合要求
2。

变速组b：
按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。

两齿轮选用45钢，调质—表面淬火处理，齿面硬度40—-50HRC。

8级精度.按接触疲劳强度设计：
其中: 1）小齿轮传递功率的转矩：
2)载荷系数K=1.4
3）齿宽系数；
4）弹性系数
5）齿数比u=Z10/Z9=2
6)节点区域系数
7)重合度
查表，取重合度系数
8）许用接触应力
由图表查得接触疲劳极限应力=1100Mpa,
应力循环次数查表得，寿命系数.取安全系数=1。

0，
=56。

1mm，则齿轮模数m，取m=3
校核齿根弯曲疲劳强度
其中： 1）K=1。

4, =176229。

3N.mm, =26*3=78,mm,b=mm
2）齿形系数
3）应力修正系数
4)重合度系数=0。

72
5）许用弯曲应力
查表=320Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1.25
=256Mpa
符合要求
3。

变速组c：
按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。

两齿轮选用45钢,调质—表面淬火处理，齿面硬度40-—50HRC.8级精度。

按接触疲劳强度设计：
其中: 1）小齿轮传递功率的转矩：
2）载荷系数K=1。

4
3）齿宽系数；
4)弹性系数
5）齿数比u=Z14/Z13=3。

2
6)节点区域系数
7）重合度
查表，取重合度系数
8)许用接触应力
由图表查得接触疲劳极限应力=1100Mpa，
应力循环次数查表得，寿命系数.取安全系数=1。

0，
=61.2mm,则齿轮模数m，取m=4
校核齿根弯曲疲劳强度
其中： 1)K=1。

4， =271527。

5N.mm， =20＊4=80mm，b=mm
2)齿形系数
3）应力修正系数
4）重合度系数=0。

72
5)许用弯曲应力
查表=320Mpa，寿命系数=1。

0,安全系数=1。

25
=256Mpa
符合要求
4。

变速组d：
按变速组内最小齿轮算各齿轮模数。

两齿轮选用45钢，调质—表面淬火处理,齿面硬度40——50HRC。

8级精度.按齿根弯曲疲劳强度设计：
其中: 1）小齿轮传递功率的转矩：
2）载荷系数K=1。

4
3）齿宽系数；
4）齿形系数
5）应力修正系数
6）重合度
重合度系数=0。

72
7）许用弯曲应力
查表=320Mpa，寿命系数=1.0，安全系数=1。

25
=256Mpa
=3.84，取模数m=4
校核接触疲劳强度
其中: 1)K=1.4， =327213。

2N。

mm， =19＊4=76mm，b=mm
2）弹性系数
3）齿数比u=Z18/Z17=4
4)节点区域系数
5）重合度系数=0.88
6）许用接触应力
由图表查得接触疲劳极限应力=1100Mpa,
应力循环次数
查表得，寿命系数。

取安全系数=1。

0，
符合要求
7.2 主轴挠度的校核
通过受力分析，在主轴的两对啮合齿轮副中,靠近中间的一对齿轮对主轴中点处的挠度影响最大，所以，选择啮合的齿轮来进行校核：
挠度计算公式为：，其中
1）主轴传递的转矩
2）主轴两支承间的跨距l=530mm， a=298mm ， b=232mm
3）主轴的弹性模量：
主轴选用的是45钢，弹性模量为
4）主轴的惯性矩:
5）许用挠度［y］=0。

0002l=0。

0002*530=0.106mm
符合要求
7.3摩擦离合器的计算
1．确定摩擦面的对数
摩擦面的对数
式中：1）转矩T=1134853。

8N。

mm
2）安全系数K=1.3
3）摩擦片平均直径
4）摩擦片接触宽度b=10mm
5)摩擦系数f=0.1
6)许用压强[p]=1.2MPa,基本许用压强
，取Z=10
2．轴向压紧力
轴向压紧力其中：
速度系数=1.2
参考文献：
1.冯辛安。

机械制造装备设计机械工业出版社. 2007
2.王启义，蔡群礼，胡宝珍。

金属切削机床设计。

东北工学院出版社。

1989
3.黄鹤汀，俞光. 金属切削机床设计。

上海科学技术文献出版社。

1985
4.顾熙棠，金瑞祺,刘谨。

金属切削机床. 上海科学技术出版社. 1993
5.陈铁鸣. 机械设计. 哈尔滨工业大学出版社。

2006
6.吴宗泽，罗圣国。

机械设计课程设计手册. 高等教育出版社。

2006。