買文檔就送您 01339828 或 11970985 摘要 車床是應用最廣泛的機械之一，約占機械工具的 65%。本次我接到的課題就是對車床主軸箱結構進行設計，而主軸箱設計最重要的就是主傳動系統(tǒng)的運動設計。主傳動系統(tǒng)的運動設計有確定極限轉速、確定公比、確定轉速等級、確定結構網和結構式繪制轉速圖、確定齒輪和擬定傳動系統(tǒng)圖。主運動部件的結構設計有：帶傳動的設計、確定各種計算轉數、確定齒輪模數、確定各軸最小直徑和設計部分主軸主件。設計完成后軸與軸承的校核：州的校核主要通過軸頸、結構、運動等計算出軸最大承受能力，能夠正常工作的時間。軸承則通過每個不同的軸連接，確定要用的軸 承，選出醉倒的軸承，最后確定軸承軸和軸承是否達到要求。 本論文對車床主軸箱傳動結構著重 進行了設計，車床主軸箱式車床的動力源將動力和運動傳遞給車床主軸和基本環(huán)節(jié)，其機構復雜而巧妙，要實現其全部功能在軟件中的模擬仿真工作量非常大。這次設計的效果沒有預計的完美，有一些硬件上的問題沒有得到解決，在模擬仿真的時候，由于計算機的配置不能達到所需要求，致使運行速度非常慢，不但時間上脫下來，而且所模擬的效果很不理想。我接受的設計任務是對車床的主軸箱進行設計。主軸箱的結構復雜繁多，烤爐到實際硬件條件，在進行三維造型的時候在不 影響模擬仿真的情況下，我省去了很多細節(jié)部件。 本文用簡明的語言有側重的介紹了普通機床中主軸 箱 的設計過程，先通過研究背景及選題意義的介紹，來引出本設計的意義。然后分別從參數擬定、傳動設計、傳動件的估算和驗算、各部件結構設計和主軸組件的買文檔就送您 01339828 或 11970985 驗算 5個部分來進行設計的。以齒輪、帶輪、皮帶輪、軸承、箱體等的參數設計為重點。 關鍵詞 ： 齒輪；結構設計；箱體；軸承 買文檔就送您 01339828 或 11970985 is of 5%of of of so as is a of of to is to on of of s as a in it to or to to to in is in is no in to up on of is of 買文檔就送您 01339828 或 11970985 on to in of by of s to of 文檔就送您 01339828 或 11970985 目 錄 第一章緒論 . 1 床簡介 . 1 內外車床發(fā)展概況 . 2 計目的及思路 . 3 第二章車床參數的擬定 . 4 述 . 4 數的擬定 . 4 定極限轉速 . 4 電機選擇 . 4 第三章運動設計 . 6 動結構式、結構網的選擇確定 . 6 動組及各傳動組中傳動副的數目 . 6 動系統(tǒng)擴大順序的安排 . 6 制結構網 . 7 動組的變速范圍的極限值 . 7 大擴大組的選擇 . 8 速圖的擬定 . 8 電機的選定 . 9 買文檔就送您 01339828 或 11970985 輪齒數的確定及傳動系統(tǒng)圖的 繪制 . 10 輪齒數的確定的要求 . 10 速傳動組中齒輪齒數的確定 . 11 第四章強度計算和結 構草圖設計 . 15 定計算轉速 . 15 軸的計算轉速 . 15 間傳動件的計算轉速 . 15 輪的計算轉速 . 15 動軸的估算和驗算 . 16 動軸直徑的估算 . 16 軸的設計與計算 . 17 軸材料與熱處理 . 21 輪模數的估算和計算 . 21 輪模數的估算 . 21 輪模數的驗算 . 24 承的選擇與校核 . 26 般傳動軸上的軸承選擇 . 27 軸軸承的類型 . 27 承間隙調整 . 28 承的較核 . 28 擦離合器的選擇與驗算 . 30 扭矩選擇 . 30 買文檔就送您 01339828 或 11970985 摩擦片的內徑 d . 30 擇摩擦片尺寸 (自行設計 ) . 30 算摩擦面的對數 Z . 31 擦片片數 . 31 總結 . 32 參考文獻 . 33 致謝 . 34 買文檔就送您 01339828 或 11970985 1 第一章 緒論 介 車床是主要用車刀對旋轉的工件進行 車削加工 的機床。在車床上還可用 鉆頭 、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。主要組成部件有： 主軸 箱、交換齒輪箱、 進給箱 、溜板箱、 刀架 、 尾架 、光杠、 絲桿 、 床身 、床腳和冷卻裝置。我的課題設計是車床主軸箱結構設計，簡介主軸箱及其作用。 主軸箱：又稱床頭箱，它的主要任務是將主電機傳來的旋轉運動經過一系列的變速機構使主軸得到所需的正反兩種轉向的不同轉速，同時主軸箱分出部分動力將運動傳給進給箱 。主軸箱中的主軸是車床的關鍵零件。主軸在軸承上運轉的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質量，一旦主軸的 旋轉精度 降低，則機床的使用價值就會降低。 車床的用途：車床 借助于轉動的工件對著刀具來切去材料，使其達到規(guī)格要求。車床主要用于加工各種回轉體表面，如外圓柱面、內圓柱面、錐面、表面、端面、切槽、切斷、車螺紋、鉆孔、鉸孔等；在車床上采用特殊的裝置，還可以進行鏜削、磨削、研磨、拋光等；在一般機械制造企業(yè)中，車床占機床的 65%。在車削過程中，工件隨著車床主軸一起旋轉，刀具與工件始終接觸，基本上無沖擊現象，可以采用很高的切削速度 ，切削過程連續(xù)平穩(wěn)，生產效率高。 車床主軸箱簡介：車床主軸箱是車床的重要的部件，用于布置車床工作主軸及其傳動零件盒相應的附加機構。 車床主軸箱的主要任務是將主電機傳來的旋轉運動經過一系列的變速機構使主軸得到所需的正反兩種轉向的不同轉速，同時主軸箱分出部分動力將運動傳給進給箱。主軸箱中的主軸是車床的關鍵零件。主軸在軸承上運轉的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質量，一旦主軸的 旋轉精度 降低，則機床的使用價值就會降低。而且 主軸箱采用多級齒輪傳動，通過一定的傳動系統(tǒng)，經由主軸箱內各個位置上的傳動齒輪和傳動軸，最后把運動傳到主軸 上，使主軸獲得規(guī)定的轉速和方向。主軸箱各部件的加工工藝直接影響車床的性能。所以這次我設計的車床主軸箱的主要思路集中在傳動結構的設計上，考慮到硬件條件的承受范圍，部分設計并買文檔就送您 01339828 或 11970985 2 沒完成，但是不影響設計的進行和仿真。 車床在 國內的發(fā)展趨勢是由于先天的不足，而始終處于追趕國外的車床發(fā)展，而且的車床發(fā)展更加的局限性和劣質性。隨著科學的進步、時代的更替， 我們中國對于車床的需求日益增加的同時，更加追求其加工多樣性、 自動化、精度機密高。并且中國正處于工業(yè)化中期，從房地產、汽車、航空等行業(yè)到農業(yè)、電子等 產業(yè)，對于車床的需求不斷的在增加。 但是，我國車床的發(fā)展卻背道而馳，我國的車床行業(yè)龐大，但不強，高檔的產品都是從國外購買，自己生產一臺車床，核心科技卻是國外的。而且由于龐大而繁多，競爭激烈，行業(yè)中很多人寧愿去模仿，也不去創(chuàng)新，甚至很多時候會出現惡意競爭而生產劣質車床。大大降低了人們對車床的信任。而國外的車床發(fā)展趨勢是，更加的精密、多元、自動。不求量產，只求創(chuàng)新，所以一直以來，都是國外企業(yè)掌握著核心科技。 這樣國內外的差距越來越大，這樣才使得車床的生產出現了危機。要想解決這危機，我認為需要三點： 1、 政府出臺政策逼迫 車床企業(yè)以客戶為中心；政策中要指出客戶是企業(yè)的核心， 客戶的車床需求可招標的形式進行，客戶的需求 必須達標，客戶不滿意可投訴企業(yè)的專業(yè)性。這樣企業(yè)就得自主提供給客戶個性化服務，從簡單的 供求關系，轉為自主研發(fā)的契機為目的的生產。 2、先扶持部分區(qū)域后推行全面化；車床的生產在不同的區(qū)域有著不同的條件和基礎，振興老工業(yè)基地的政策與之相吻合，東北三省，對于車床的生產有著得天獨厚的優(yōu)勢，東北有著很多的礦產資源，不必擔心車床原料的問題，而且東北的工業(yè)基礎扎實，發(fā)展起來不唐突，沒有壓力。在東北成功后，可以逐步像全國推行。 3、企業(yè)的經濟模式與創(chuàng)新模式 進行整改；過去企業(yè)之所以創(chuàng)新能力差，是因為國內對于車床的需求量大，企業(yè)競爭壓力大，往往客戶需要的不是多精密的車床，而是多少車床。很多企業(yè)為了完成標準，要么模仿，要么去糊弄客戶進行量產劣質車床，這時國家應站出來，進行車床經濟模式的調控，車床的生產一定比例的錢國家先出給企業(yè)，按標準完成后，不收利息收回本錢。 并且每家車床制造企業(yè)生產出一種新型車床，可由國家專業(yè)人士鑒定為創(chuàng)新產品并有工業(yè)潛能的車床，國家?guī)椭滟I文檔就送您 01339828 或 11970985 3 宣傳和推廣。這樣會大大加大車床制造企業(yè)的創(chuàng)新積極性。而創(chuàng)新模式的整改只需要順勢出 臺政策，幫助積極創(chuàng)新的企業(yè)打開品牌知名度。為了知名度，企業(yè)也會積極地去創(chuàng)新。 車 床主軸箱的結構設計，在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱技術資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握 基本的設計方法，并具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。掌握車 床 主軸箱結構 設計的過程和方法，使原有的知識有了進一步的加深。 課程設計屬于機械裝備制造課的延續(xù)，通過設計實踐，進一步學習掌握機械系統(tǒng)設計和機械裝備制造的一般方法； 培養(yǎng) 綜合運用機械制圖、機械設計基礎、精度設計、金屬工藝學、材料熱處理及結構工藝等相關知識，進行工程設計的能力； 培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關資料及設計標準規(guī)范的能力； 提高技術總結及編制技術文件的能力。 設計 基本思路： 了解了車床主軸箱功能及工作原理之后，我自然把 重點放在傳動結構上進行設計，所以方案的確定圍繞著傳動結構的設計。伴隨科學技術的不斷發(fā)展與進步，對于車床的性能，精度，自動化程度等也提出的要求越來越高，因而如何更加合理的設計車床主軸箱的結構就變得尤為重要，我分析了車床主 軸箱設計要求和采用的變速方式，然后進行了 車床主軸箱傳動結構設計。 傳統(tǒng)車床主軸箱傳動結構采用四種： 1、 帶有變速齒輪 的主傳動 大、中型 車床 采用這種變速方式。通過少數幾對齒輪降速，擴大輸出轉矩，以滿足主軸低速時對輸出轉矩特性的要求 2、通過帶傳動的主傳動主要應用于轉速較高、變速范圍不大的車床 。 電動機本 身的調速就能滿足要求，可以避免齒輪傳動引起的振動與噪音 3、用兩個電機分別驅動主軸 上述兩種方式的混合傳動，高速時帶輪直接驅動主軸，低速時另一個電機通過齒輪減速后驅動主軸 4、內裝 電動機 主軸傳動結構 大大簡化主軸箱體與主軸的結構，有效提高主軸部件的剛度 ，但主軸輸出轉矩小， 電動機 發(fā)熱對主軸影響較大。我通過許多實驗確定，我的設計中傳動結構采用：帶有變速齒輪的主傳動。這樣的結構設計簡單，可實現。 買文檔就送您 01339828 或 11970985 4 第二章 車床參數的擬定 車床的規(guī)格系列和用處 ： 普通機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設計時應該遵照的基礎。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設計的是普通型車床 要用于加工回轉體。車床的主參數（規(guī)格尺寸）和基本參數（ 143 表 1 工件最大回轉直徑 正轉最高轉速 電機功率 N（ 公比 轉速級數Z 反轉 400 1400 2 級數 2； n反 定極限轉速 （ 2 1 （ 2 又 = 得 取 5； m i n/i n/45/1 4 0 0/m a xm i n n = ，去標準轉速列 in . 主電機選擇 合理的確定電機功率 N，使機床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產需要，又不致使電機經常輕載而降低功率因素。 已知電動機的功率是 據車床設計手冊附錄表 2選 定功買文檔就送您 01339828 或 11970985 5 率 滿載轉速 1440 最大額定轉距 文檔就送您 01339828 或 11970985 6 第三 章 構網的選擇確定 級數為 Z 的傳動系統(tǒng)由若干個順序的 傳遞組組成，各傳動組分別有 3、 個傳動副 . 即 ： Z= 傳動副數由于結構的限制以 2或 3為適合，即變速級數 和 3的因子： 即 ： Z=2a 3b 實現 12級主軸轉速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副的組合 : 1) 12=34 2) 12=43 3) 12=322 4) 12=232 5) 12=223 按照傳動副 “前多后少 ”的原則選擇 Z=322這一方案 ，但主軸換向采用雙向片式摩擦離合器結構，致使 軸的軸向尺寸過大，所以此方案不宜采用，而應先擇12=232。 因此 方案 4）是比較合理的 12=232 動系統(tǒng)擴大順序的安排 12=232的傳動副組合，其傳動組的擴大順序又可以有 6種形式： 1) 12=213 22 6 2) 12=213 42 2 3) 12=233 12 6 4) 12=263 12 3 5) 12=223 42 1 6) 12=263 22 1 買文檔就送您 01339828 或 11970985 7 根據級比指數分配 要 “前密后疏 ”的原則，應選用 Z= 12 23 62這一方案，然而對于我們所設計的結構將會出現兩個問題： 第一變速組采用降速傳動時，由于摩擦離合器徑向結構尺寸限制，使得 軸上的齒輪直徑不能太小， 軸上的齒輪則會成倍增大。這樣，不僅使 - 軸間中心距加大，而且 - 軸間的中心距也會輥大，從而使整個傳動系統(tǒng)結構尺寸增大。這種傳動不宜采用。 如果第一變速組采用升速傳動，則 軸至主軸間的降速傳動 只能同后兩個變速組承擔。為了避免出現降速比小于允許的杉限值，常常需要增加一個定比降速傳動組，使系統(tǒng)結構復雜。這種傳動也不是理想的。 如果采用 Z=3213 62這一方案則可解決上述存在的問題。 制結構網 圖 1結構網 動組的變速范圍的極限值 齒輪傳動最小傳動比 1/4,最大傳動比 ,決定了一個傳動組的最大變速范圍 。 因此，要按照下表，淘汰傳動組變速范圍超過極限值的所有傳動方案。 極限傳動比及指數 X,X,值為： 買文檔就送您 01339828 或 11970985 8 表 2 公比 極限傳動比指數 值： x1 =1/4 4 X,值： x, =2 2 (X+ X,)值： x+x =8 6 正常連續(xù)的順序擴大組的傳動的傳動結構式為： Z= 1 1 最后擴大組的變速范圍 按照 r 8 原則，導出系統(tǒng)的最大級數 ： 表 3 3 =12 4 Z=9 后擴大組的傳動副數目 時的轉速范圍遠比 時大 因此，在機床設計中，因要求的 后擴大組應取 2更為合適。 同時，最后傳動組與最后擴大組往往是一致的。安裝在主軸與主軸前一傳動軸的具有極限或接近傳動比的齒輪副承受最大扭距，在結構上可獲得較為滿意的處理，這也就是最后傳動組的傳動副經常為 2的另一原因。 轉速圖的擬定 運動參數確定以后，主軸各級轉速就已知，切削耗能確定了電機功率。在此基礎上，選擇電機型號，確定各中間傳動軸的轉速，這樣就擬定主運動的轉速圖，使主運動逐步具體化 。 買文檔就送您 01339828 或 11970985 9 1電機功率 N： 中型機床上，一般都采用三相交流異步電動機作為動力源。根據機床切削能力的要求確定電機功率： N= 電機轉速 選用時，要使電機轉速軸轉速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動。 440r/分配降速比 : 該車床主軸傳動系統(tǒng)共設有四個傳動組其中有一個是帶傳動。根據降速比分配應 “前慢后快 ”的原則以及摩擦離合器的工作速度要求，確定各傳動組最小傳動比。 u 總 = （ 3 =28/1440=1/配總降速傳動比時，要考慮是否增加定比傳動副，以使轉速數列符合標準和有利于減小齒數和減小徑向與軸向尺寸，必須按 “前慢后快 ”的原則給串聯的各變速器分配最小傳動比。 a 決定軸 - 的最小降速傳動比主軸上的齒輪希望大一些，能起到飛輪的作用，所以最后一個變速組的最小降速傳動比取極限 1/4，公比 =，因此從 軸的最下點向上 4 格，找到 上對應的點，連接對應的兩點即為 - 軸的最小傳動比。 b 決定其余變速組的最小傳動比根據 “前慢后快 ”的原則，軸 - 間變速組取，即從 軸向上 3格，同理，軸 - 間取 u=1/3，連接各線。 買文檔就送您 01339828 或 11970985 10 c 根據個變速組的傳動比連線按基本組的級比指數 ，第一擴大組的級比指數 ，第二擴大組的級比指數 ,畫出傳動系統(tǒng)圖如 圖 2所示 圖 2轉速圖 齒輪齒數的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 可用計算法或查表確定齒輪齒數，后者更為簡便，根據要求的傳動比 u 和初步定出的傳動副齒數和表即可求出小齒輪齒數。 選擇時應考慮： 組小齒輪應保證不產生根切。對于標準齒輪，其最小齒數 17 免齒輪尺寸過大而引起機床結構增大，一般推薦齒數和00選用在 100之內。 圖 3 齒輪的壁厚 買文檔就送您 01339828 或 11970985 11 中心距必須保證相等。 大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚 5. 保證主軸的轉速誤差在規(guī)定的范圍之內。 速傳動組中齒輪齒數的確定 （ 1） 確定齒輪齒數 1. 用計算法確定第一個變速組中各齒輪的齒數 j=3 j = （ 3 其中 ： 主動齒輪的齒數 被動齒輪的齒數 一對齒輪的傳動比 一對齒輪的齒數和 為了保證不產生根切以及保證最小齒輪裝到軸上或套筒上具有足夠的強度，最小齒輪必然是在降速比最大的傳動副上出現。 把 取 0則 2021 =58 齒數和1+0+58=78 同樣根據公式 ： 4Z =39 2. 用查表法確定第二變速組的齒數 a 首先在 u1 b 為了避免根切和結構需要，取 4 c 查表找到 ，這些數值必須同時滿足各傳動比要求的齒輪齒數 買文檔就送您 01339828 或 11970985 12 能同時滿足三個傳動比要求的齒數和有 ： 2 96 99 102 e 確定合理的齒數和 02 依次可以查得 ： 7 5 4 8 2 0 同理可得其它的齒輪如下表 4所示： 表 4 變速組 第一變速組 第二變速組 第三變速組 齒數和 78 102 114 齒輪 2 4 6 8 10 12 14 齒數 20 58 39 39 24 78 34 68 42 60 23 91 76 38 （ 2） 驗算主軸轉速誤差 由于確定的齒輪齒數所得的實際轉速與傳動設計的理論轉速難以完全相符，需要驗算主軸各級轉速，最大誤差不得超過 10(。 主軸各級實際轉速值用下式計算 ： 1uau bu c （ 3 其中 ： 滑移系數 =0.2 ua ub uc 2/45 轉速誤差用主軸實際轉速與標準轉速相對誤差的絕對值表示 n=實際標準實際 n 10( （ 3-5）n 實 1=1440 n= (28 =同樣其他的實際轉速及轉速誤差如下 表 5： : 買文檔就送您 01339828 或 11970985 13 表 5 主軸轉速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 準轉速 28 40 56 80 112 160 224 315 450 630 900 1250 實際轉速 速誤差 速誤差滿 足要求。 （ 3） 齒輪的布置 為了使變速箱結構緊湊以及考慮主軸適當的支承距離和散熱條件，其齒輪的布置如下圖 （ 4） 繪制主傳動系統(tǒng)圖 按照主傳動轉速圖以及齒輪齒數繪制主傳動系統(tǒng)圖如下 圖 5所示 ： 圖 : 4 齒輪結構的布置 買文檔就送您 01339828 或 11970985 14 圖 5主傳動系統(tǒng)圖 買文檔就送您 01339828 或 11970985 15 第四 章 定計算轉速 1.3/ (4 z=1 3 (4=289r/中間傳動件的計算轉速 軸上的 6級轉速分別為： 112、 160、 224、 315、 450、 630r/9r/ 軸經 時從 112r/上的轉速全部功率，所以確定最低轉速 112r/ 軸的計算轉速。按上述的方法從轉速圖中分別可找到計算轉速： 軸為 315r/ 軸為 900r/動機軸為 1440r/ 軸上，從轉速圖可見 種轉速，其要傳遞全部的功率的計算轉速為 112r/ 同樣可以確定其余齒輪的轉速如下表 6所示： 表 6 齒輪 計算轉速 900 315 900 900 315 112 315 112 315 112 150 160 112 112 買文檔就送您 01339828 或 11970985 16 傳動軸直徑按扭轉剛度用下列公式估算傳動軸直徑： 4 94 （ 4中： N該傳動軸的輸入功率 （ 4 機額定功率； 從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積 傳動軸的計算轉速 r/ 每米長度上允許的扭轉角 (m),可根據傳動軸的要求選取如表 7所示 表 7 剛度要求 允許的扭轉角 主 軸 一般的傳動軸 較低的傳動軸 1 對于一般的傳動軸，取 = （ 4 =00 r/ 0 04 009 =d 321 =d 2 買文檔就送您 01339828 或 11970985 17 =25 r/ 42 =d =37 362 =d 3 50 0 04 001 =d 63 =d 采用花鍵軸結構，即將估算的傳動軸直徑 d 減小 7%為花鍵軸的直徑，在選相近的標準花鍵。 7.0 2.0 表可以選取花鍵的型號其尺寸 )741144( 分別為 1d 軸取 627 2d 軸取 866 3 8680 軸的設計與計算 主軸組件結構復雜，技術要求高。安裝工件的主軸參與切削成形運動，此，它的精度和性能性能直接影響加工質量（加工精度與表面粗糙度）。 買文檔就送您 01339828 或 11970985 18 （ 1） 主軸直徑的選擇 查表可以選取前支承軸頸直徑 0 支承軸頸直徑 1=63 77 選取 0 2） 主軸內徑的選擇 車床主軸由于要 通過棒料，安裝自動卡盤的操縱機構及通過卸頂尖的頂桿必須是空心軸。 確定孔徑的原則是在滿足對空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求盡可能取大些。 老