《金属切削机床》课程设计-车床主轴箱设计
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目录第1章概述 (1)1.1 金属切削机床在国民经济中的地位 (1)1.2 机床课程设计的目的 (1)1.3 车床的规格系列和用处 (2)1.4 操作性能要求 (2)第2章题目要求及参数确定 (2)2.1 设计要求 (2)2.2 运动参数确定 (3)2.3 动力参数确定 (3)第3章传动设计 (3)3.1 传动组和传动副的确定 (4)3.2 结构网和结构式各种方案的选择 (4)3.3 拟定转速图 (5)3.4 齿轮齿数的确定 (7)3.5 传动系统图 (8)3.6 轴的计算转速 (9)第4章传动件的估算 (9)4.1 三角带传动的计算 (9)4.2 传动轴直径的估算 (12)4.3 齿轮齿数的确定和模数的计算 (13)4.4 带轮结构设计 (17)4.5 圆柱齿轮的强度计算 (17)4.6 传动轴的验算 (20)4.7 主轴最佳跨距的计算 (23)4.8 主轴刚度验算 (24)4.9 滚动轴承的验算 (27)第5章结构设计及说明 (28)5.1 结构设计的内容、技术要求和方案 (28)5.2 展开图及其布置 (29)5.3 齿轮组设计 (29)5.4 主轴主件设计 (30)第6章总结 (31)参考文献第1章概述1.1 金属切削机床在国民经济中的地位金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，又称为“工作母机”或“工具机”。
在现代机械制造工业中，金属切削机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%—60%。
机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。
机床的“母机”属性决定了它在国民经济中的重要地位。
机床工业为各种类型的机械制造厂提供先进的制造技术和优质高效的机床设备，促进机械制造工业的生产能力和工艺水平的提高。
机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，为适应现代化建设的需要，必须大力发展机械制造工业。
机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础。
机床工业则是机械制造工业的基础。
一个国家机床工业的技术水平，在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。
显然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着重大的作用。
1.2 机床课程设计的目的课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，不仅是巩固学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验大学生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创新能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。
通过本课题设计可以达到以下目的：1．综合运用学过的专业理论知识，能独立分析和拟订某机床主轴箱传动结构，装配结构和制造结构的各种方案，能在机械设计制图，零件计算和编写技术文件等方面得到综合训练，具备设计中等复杂零件的能力。
2．通过本课程设计的训练，能初步掌握机床的运动设计，动力计算以及关键零部件的强度校核，获得工程师必备设计能力的初步训练，从而提高分析问题，解决问题，尽快适应工程实践的能力。
3.熟悉和学会使用各种手册，能善于使用网络搜寻一些设计的相关资料，掌握一定的工艺制订的方法和技巧。
4.进一步提高计算机操作的基本技能﹑CAD及Pro/engineer软件应用能力(造型设计与自动编程)﹑仿真模拟软件的应用。
1.3 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。
表1 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数1.4 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第2章题目要求及参数确定2.1设计要求1）机床的类型、用途及主要参数车床，工作时间：二班制，电动机功率：KWN4=，主轴最高、最低转速如下：max 2000n rpm=，min 160n rpm=变速级数：z=12。
2）工件材料：45号钢 刀具材料：YT153）设计部件名称：主轴箱2.2 运动参数确定回转主运动的机床，主运动的参数是主轴转速。
① 最低转速min n 和最高转max n ：min 160n rpm = m a x 2000n rpm =② 分级变速时的主轴转速数列：机床的分级变速机构共有Z=12级；由主轴转速调整范围 111min max 1602000ϕϕ====-Z n rpmrpm n n R 得公比：φ=1.26。
根据已知公比并查《金属切削机床》表71-确定各级转速（单位：min r ）：160r/min ，200r/min ，250r/min ，315r/min ，400r/min ，500r/min ，630r/min ，800r/min ，1000r/min ，1250r/min ，1600r/min ，2000r/min 。
2.3 动力参数的确定合理的确定电机功率，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4KW ，，根据《金属切削机床课程设计指导书》（陈易新编）附录2选择主电动机为Y112M-2，其主要技术数据见下表2：表2-1 Y112M-2技术参数第3章 传动设计拟定传动方案，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。
3.1 传动组和传动副的确定传动组和传动副数可能的方案有：①12=4×3 ②12=3×4 ③12=3×2×2 ④12=2×3×2 ⑤12=2×2×3在上面的方案中，①②两种方案有时可以省略一根轴。
缺点是有一个传动组内有四个传动副。
如果用一个四联滑移齿轮，则会增大轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。
所以一般少用。
而③④⑤三个方案由“前多后少”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。
如使传动副有较多的传动组在接近电动机处，则使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件少些，可以节省材料。
故③12=3×2×2的方案为好。
3.2 结构网和结构式各种方案的选择在12=3×2×2中，又因基本组和扩大组排列顺序的不同而有不同的方案。
可能有六种方案，如下图所示：63122312⨯⨯= 36122312⨯⨯=（a ）（b ）61222312⨯⨯= 21422312⨯⨯=（b ）（d ）16222312⨯⨯= 12422312⨯⨯=（e ） （f ）图3-1 12级结构网的各种方案（1）传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 由《金属切削机床》（戴曙主编）可知，常限制最小传动比min 1/4i ≥，最大传动比max 2i ≤。
因此主传动链任一传动组的最大变速范围一般为max max min8u R u =≤。
检查传动组变速范围时，只需检查最后一个扩大组，即必须保证max )1(R R n n p x n ≤=-ϕ图3-1中，方案a 、b 、c 、e 的第二扩大组62=x ，22=p ，则6)12(62ϕϕ==-⨯R 。
26.1=ϕ，则max 62426.1R R ≤==，是可行的。
方案d 和f ，42=x ，32=p ，max 8)13(4235.6R R ≤===-⨯ϕϕ，也是可行的。
（2）基本组和扩大组的排列顺序 六种结构网方案经以上验证均可行，需进一步选择最佳方案的原则：中间传动轴（如轴Ⅱ、Ⅲ）变速范围最小因为各方案中，若传动轴的最高转速相同，则变速范围小的，最低转速较高，转矩较小，传动件的尺寸也就可以小些。
方案a) 的中间传动轴变速范围最小，故方案 a) 最佳。
其结构网如下：图3-2 13612322=⨯⨯结构网3.3 拟定转速图电动机和主轴的转速是已定的，当选定了结构网或结构式后，就可分配和传动级的传动比并确定中间轴的转速。
再加上定比传动，就可画出转速图。
中间轴的转速如果能高一些，传动件的尺寸也就可以小一些。
但是，中间轴如果转速过高，将会引起过大的振动、发热和噪声。
通常，希望齿轮的线速度不超过12～15m/s 。
对于中型车、钻、铣等机床，中间轴的最高转速不宜超过电动机的转速。
对于小型机床和精密机床，由于功率较小，传动件不会过大。
这时振动、发热和噪声是应该考虑的问题。
因些更应该注意中间轴的转速，不使过高。
由于所选定的结构式共有三个传动组，变速机构共需4轴，外加电动机轴共5轴。
故转速图需5条竖线。
主轴共12速，故需12条横线。
轴Ⅲ传动组c 的变速范围为661.264ϕ==，两个传动副的传动比可取为：52.21141==ϕc i ，158.1122==ϕc i 因此轴Ⅲ六种转速为：400r/min ，500r/min ，630r/min ，800r/min ，1000r/min ，1250r/min 。
轴Ⅱ转动组b 的级比指数为3，在传动比极限的范围内，轴Ⅱ的转速最高可为1250、1600、2000r/min ，最低可为400、500、630r/min 。
为了避免升速，传动比可取：13112.0b i ϕ==，211b i = 轴Ⅱ额转速确定为800、1000、1250r/min 。
同理，对于轴Ⅰ，可取：12111.58a i ϕ==，2111.26a i ϕ==，311a i = 这样就确定了轴Ⅰ的转速为1250r/min 。
电动机轴与轴Ⅰ的传动比接近于1/2.3=1/6.3ϕ。
最后，可得转速图4：图3-3 12级传动系统的转速图3.4 齿轮齿数的确定利用查表法由《金属切削机床》（戴曙主编）表8-1，可求出各传动组齿轮齿数：表3-1 齿轮齿数第一组齿轮：传动比：1i =1, 2i =1/1.26,3i =1/1.58《金属切削机床》（戴曙主编）表8-1，齿数和z S 取70Z =35，2Z =35，3Z =31,4Z =39,5Z =27,6Z =43；第二组齿轮：传动比：11 i ,,2i =1/2，齿数和z S 取84： 7Z =42，8Z =42，9Z =28, 10Z =56；第三组齿轮：传动比：1i =1.58,2i =1/2.52齿数和z S 取98： 11Z =60，12Z =38，13Z =28，14Z =70；3.5 传动系统图通过以上齿轮的齿数，传动副，级比指数以及传动比确定如下所示传动系统图：图3-4 主传动系图3.6 轴的计算转速（1）主轴 根据《金属切削机床》（戴曙主编）表8-2，中型车床主轴的计算转速是第一个三分之一转速范围内的最高一级转速，即为4315/min n r =。
