主轴箱设计说明书(张廷雄)

目录1.概述 (2)1.1机床课程设计的目的 (2)1.2车床的规格系列和用处 (2)1.3 操作性能要求 (2)2.参数的拟定 (2)2.1 确定极限转速 (2)2.2 主电机选择 (3)3.传动设计 (3)3.1 主传动方案拟定 (3)3.2 传动结构式的选择 (3)3.3转速图的拟定 (4)4. 传动件的估算 (5)4.1 V带传动的计算 (5)4.2 传动轴的估算 (7)4.3 齿轮齿数的确定和模数的计算 (8)4.4 带轮结构设计................................................................................. 错误!未定义书签。

4.5 片式摩擦离合器的选择和计算 (12)5. 动力设计 (13)5.1主轴刚度验算 (13)5.2 齿轮校验 (15)5.3轴承的校验 (16)6.结构设计及说明 (17)6.1 结构设计的内容、技术要求和方案 (17)6.2 展开图及其布置 (17)6.3 I轴（输入轴）的设计 (17)6.4 齿轮块设计 (18)6.5 传动轴的设计 (19)6.6 主轴组件设计 (20)7.总结 (22)8.参考文献 (22)1.概述1.1机床课程设计的目的机床课程设计，是在金属切削机床课程之后进行的实践性教学环节。

其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，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，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。

1.2车床的规格系列和用处普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。

因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。

本次设计的是普通型车床主轴变速箱。

主要用于加工回转体零件。

1.3 操作性能要求1）具有皮带轮卸荷装置；2）手动操纵双向摩擦片离合器实现主轴的正反转及停止运动要求；3）主轴的变速由变速手柄完成（只画出操纵手柄在床头箱外部的位置及操纵手柄在床头箱上连接固定方式）；4）床头箱的外型尺寸、与床头床身的联接要求参照C618K-I 车床的床头箱。

2.参数的拟定2.1 确定极限转速n R n n =minmax，1-=z n R ϕ 又∵ϕ=1.41∴ 得n R =43.79 取 n R =44；m in n =max n /nR =1800/43.79r/min=40r/min ，根据《金属切削机床》表7-1，查标准转速数列取m in/40min r n =，所以正转转速数列是：40，56，80 ，112 ，160，224，315，450 ，630，900，1250，1800又因为198018001.11.1max max =⨯==正反n n ， 查标准转速数列取min /2000max r n =反所以反转转速数列是：45，63 ，90 ，125 ，180 ，250 ，355，500 ，710 ，1000，1400，20002.2 主电机选择合理的确定电机功率N ，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。

已知电动机的功率是5.5KW ，根据资料，选Y132S-4，额定功率5.5kw ，满载转速1440minr ，最大额定转距2.2。

3.传动设计3.1 主传动方案拟定拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确定。

传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。

传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。

因此，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。

传动方案有多种，传动型式更是众多，比如：传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用增加变速组，也可用背轮机构、分支传动等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。

显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。

此次设计中，我采用集中传动型式的主轴变速箱。

3.2 传动结构式的选择结构式形式对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法。

3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z 的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有1Z 、2Z 、……个传动副。

即 321Z Z Z Z =传动副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z 应为2和3的因子：b a Z 3⨯2= ，可以有三种方案：12=3×2×2；12=2×3×2；12=2×2×3； 3.2.2 传动式的拟定12级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。

在Ⅰ轴如果安置换向摩擦离合器时，为减少轴向尺寸，第一传动组的传动副数不能多，以2为宜。

主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好。

最后一个传动组的传动副常选用2。

综上所述，传动式为12=2×3×2。

3.2.3 结构式的拟定对于12=2×3×2传动式，有6种结构式和对应的结构网。

分别为：6212⨯3⨯2=12， 6132⨯3⨯2=12， 1422⨯3⨯2=12，2412⨯3⨯2=12 3162⨯3⨯2=12 1262⨯3⨯2=12由于本次设计的机床错误!未找到引用源。

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12612232=⨯⨯的方案。

值max )12(6)1(2841.122R R p n x ≤==ψ=-- ,符合要求.3.3转速图的拟定图3-1正转转速图图3-2 反转转速图图3-3主传动系图4. 传动件的估算 4.1 V 带传动的计算V 角带传动中，轴间距A 可以加大。

由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。

带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。

查<<机械设计>>表8-7，取2.1=A K ，计算如下:(1)选择三角带的型号根据公式确定计算功率kw kw P K P A ca 6.65.52.1=⨯== 式中：P---电动机额定功率，a K --工作情况系数根据计算功率ca p 和小带轮转速1n 查《机械设计》图8-11，因此选择B 型带，则横截面积2143mm A =，节宽mm b p 14=，顶宽mm b 17=，高度mm h 11=，楔角o 40=ϕ(2)确定带轮的计算直径1d d ，2d d带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。

为提高带的寿命，小带轮的直径1d d 不宜过小，即1min d d d ≥。

查《机械设计》表8-6，8-8取主动轮基准直径1d d =132mm 。

由公式()12121d d n d d n ε=- 式中：1n -小带轮转速，2n -大带轮转速，ε-带的滑动系数，一般取0.02。

所以()2144013210.02248.4750d d mm =⨯-=， 由《机械设计》表8-8取圆整为250mm(3)确定三角带速度按公式11 3.1413214409.95601000601000d d n m V s π⨯⨯===⨯⨯ （符合s m v /25~5=）(4)初定中心距带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取：根据经验公式()()120120.72d d d d d d a d d mm +<<+ 即7644.267≤≤o a ，取0a =600mm.(5)初选长度o Lod d d d o o a d d d d a L 4)()(2221221-+++≈π由《机械设计》表8-2，圆整到标准的基准长度 mm L d 1800= (6)确定实际中心距amm L L a a o d o 23.597254.180518006002=-+=-+=(7)验算小带轮包角αo o o d d o ad d a 1207.1683.57180121>=⨯--=，主动轮上包角合适。

(8)确定三角带根数Z根据《机械设计》式8-22得 La o o A r ca k k p p p K p p Z )(∆+==传动比121440/750 1.9n i n === 查表8-5a ，8-5b 得0p ∆= 0.40KW,0p = 2.2KW 查表8-5，k α=0.98；查表8-2，l k =0.95即得 7.395.098.0)4.02.2(9=⨯⨯+=Z所以取4根(9)计算单根V 带预拉力54.18056004)132250()250132(214.360022=⨯-+++⨯≈o L查《机械设计》表8-3，q=0.18kg/m 则N qv k vz p F a ca o 2.19395.918.0)198.05.2(495.99500)15.2(50022min =⨯+-⨯⨯⨯=+-=（10）计算带传动的压轴力p FN SinF a SinzF F op o p 1.153827.1682.19342221=⨯⨯⨯==4.2 传动轴的估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。

机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。

因此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。

刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。

因此，必须保证传动轴有足够的刚度。

4.2.1 传动轴直径的估算d ≥ 其中：P-电动机额定功率K-键槽系数 A-系数η-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；j n -该传动轴的计算转速。

计算转速j n 是传动件能传递全部功率的最低转速。

各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。

查《机械制造装备设计》表3-11取I ，IV 轴的K=1.05，A=92；II ，III 轴是花键轴，取K=1.06，A=77。

所以mm mm d 73.2690096.05.5)05.192(41=⨯⨯=， 取32mm mm mm d 51.2463098.099.096.05.5)06.177(42=⨯⨯⨯⨯=, 取30mmmm mm d 27.3416098.099.098.099.096.05.5)06.177(43=⨯⨯⨯⨯⨯⨯= , 取42mm此轴径为平均轴径，设计时可相应调整。

IV 轴：根据电动机功率为5.5KW ，最大加工直径为400 mm ，由《金属切削机床设计》表3-11，初选主轴前轴颈直径D 1=80mm而主轴后轴颈直径D 2≈（0.7～0.8）D 1 取D 2=60 mm普通车床内孔直径d ≈（0.55～0.6）D 1 取d=45 mm主轴平均直径D=221D D +=70mm4.3 齿轮齿数的确定和模数的计算 4.3.1 齿轮齿数的确定当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。