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1、目 录1绪论21.1金属切削机床在国民经济中的地位21.2本课题研究目的22普通车床主轴箱的设计32.1 原始数据与技术条件32.2 机床主传动系统运动设计32.2.1确定极限转速32.2.2确定公比32.2.3 确定各主轴转速42.2.4 主运动链转速图的拟定42.2.5齿轮齿数的确定62.2.6核算主轴转速误差73传动零件的初步计算73.1计算各传动件的计算转速73.2传动轴直径的初定73.3主轴轴颈直径的确定83.4齿轮模数的初步确定83.5选定轴承93.6 三角带传动的计算和选定93.7直齿圆柱齿轮的强度计算113.8.主轴刚度验算134.总结165.致谢176.参考文献181绪论1.
2、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，金属切学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
3、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本课题研究目的 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，
4、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，或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。2普通车床主轴箱的设计2.1 原始数据与技术条件 主轴转速范围： 变速级数 ：Z=12 电动机功率：N=7.5KW 工
5、件材料：45号钢 刀具材料：YT15 2.2 机床主传动系统运动设计2.2.1确定极限转速 ， 转速调整范围：2.2.2确定公比 机床分级变速机构共有Z=12级，其中，Z级转速分别为。任意两级转速之间的关系为，变速范围 即 求得 按照标准公比取2.2.3 确定各主轴转速查表确定（单位：） 2.2.4 主运动链转速图的拟定1 确定电动机转速 查金属切削机床设计简明手册可确定电动机的转速 因所给电动机的功率N=7.5KW 故选电动机的型号为Y132S2-2 满载时转速为rpm2 传动组和传动副数的确定 传动组和传动副数可能的方案有： 方案（一）： 方案（二）： 在上例两行方案中，第一行方案有时可以
6、省掉一根轴。缺点是一个传动组内有四个传动副。如果用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；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。 第二行的三个方案可根据下述原则比较：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，尺寸也就较小。如果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，大尺寸的零件就可以少些，就省材料了。这就是“前多后少”的原则。 从这个角度考虑，以取的方案较好。3 结构网或结构式各种方案的选择 在中，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，其结构网和结构式见图8-4（1）传动副
7、的极限传动比和传动组的极限变速范围 在降速传动时，为了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。在升速时，为防止产生过大的振动和噪声，常限制最大传动比。如用斜齿齿轮传动，则。因此主传动链任一传动组的最大变速范围一般为 在检查传动组的变速范围时只需检查最后一个扩大组，因为其他组的变速范围都比他小。根据时（8-2），应为图中，方案a、b、c、e的第二扩大组则。其中，则，时可行的，其它两个方案，不如第一个好。所以选择第二个（2）基本组和扩大组的排列顺序 在可行的四种结构网和结构式方案（a）,(b),(c),(e)中，还要进行比较以选择最佳方案。原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。
8、因为如果各方案同号传动轴的最高转速相同，则变速范围最小的，最低转速较高，转矩较小，传动件的尺寸也就小些。比较上面四种方案，方案（a）的中间传动轴变速范围最小，故方案（a）最佳。即如果没有别的要求，则应尽量使扩大顺序与传动顺序一致。 （3） 拟定转速图 电动机和主轴的转速是已经给定的，当选定结构网或结构式后，就可分配各传动组的传动比并确定中间轴的转速。中间轴的转速如果高一些，传动件的尺寸也就小一些，但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。 对于该主轴箱，中间轴的最高转速不应超过电动机的转速。本例所选定的结构式共有三个传动组，变速机构共需四轴，加上电动机共
9、需五轴，故转速图共需五条竖线。主轴共12速，故需12条横线。 中间各轴的转速可以从主轴开始往前推，先确定轴III的转速。传动组C的变速范围为，可知两个传动副的传动比必然是极限值： ， ，这样就确定了轴III的六种转速只有一种可能,即为425，600，850，1180，1700，2360。 随后确定轴II的转速：传动组b的级比指数为3，在传动比极限范围内，轴II的转速最高可为1180，1700，2360，最低转速为425，600，850。为了避免升速，又不使传动比太小，故可取 轴II的转速可取为850，1180，1700。 同理对于轴I，可取 故可确定轴I转速为1700。转速图如下：2.2.5齿
10、轮齿数的确定 当传动比采用标准公比的整数次方时，齿数和以及小齿轮齿数可从表中查得。如传动组a， 。查为 1，1.4和2的三行。有数字的即为可能方案。结果如下： =70,72,74,76, =70,72,73,75,77 =70,72,74,76, 从以上三行中可以挑出=70和72是共同适用的，如取=72，则从表中查出小齿轮齿数分别为36，30，24。即 。同理 ； 。2.2.6核算主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差一般不应超过，即： 主轴转速合格。3传动零件的初步计算3.1计算各传动件的计算转速3.1.1 主轴 根据表，中型机床的主轴计算转速为第一个三分之一转速范围内的 最高一级转速，
11、 即为。3.1.2各传动轴 轴III可以从主轴为按传动副找上去，近似为，但是由于轴II上最低转速为经传动组c可以使主轴得到两种转速。要传递全部的功率，所以轴III计算转速，同理可得轴II计算转速。3.1.3 各齿轮 传动组C中只需计算的齿轮，计算转速为；只需计算，。Z=27两个齿轮哪一个的应力更大一些，较难判断，可同时计算，选择模数较大的作为传动组C齿轮的模数，传动组b应计算，；传动组a应计算，。3.2传动轴直径的初定 查2,传动轴直径按刚度用如下公式进行概算： mm 或 mm 其中d传动轴直径mm该轴传递的额定扭矩， 该轴传递的功率该轴的计算转速该轴每米长度允许扭转角 选取为轴 I： ,取为
12、28mm 轴 II：,取为35mm 轴III：,取为42mm3.3主轴轴颈直径的确定 查表 根据主轴驱动功率可确定车床主轴前轴颈的直径范围 故取80mm。后轴颈的直径,取65mm.3.4齿轮模数的初步确定 一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮按简化的接触疲劳强度公式计算 式中：按疲劳接触强度计算的齿轮模数 驱动电机功率 计算齿轮的计算转速 大齿轮齿数和小齿轮齿数之比小齿轮齿数齿宽系数，（B为齿宽，m为模数），许用接触应力 传动组c模数： 在一个传动组中，按工作负荷最大的齿轮确定齿轮的模数，从等强度的观点出发，可减薄其它齿轮的宽度，使各齿轮基本上处于在相近的接触应力或弯曲应力状
13、态下工作，这样一来还可以缩短该传动组的轴向尺寸。 对于各个传动轴，应选择传动组C的模数作为齿轮的模数。 故选取标准模数m=4. 3.5选定轴承查双列圆柱滚子轴承和圆锥磙子轴承轴I： 6006 d=30 D=55 B=13 轴II： 30207 d=35 D=72 B=16 轴III： 30208 d=40 D=80 B=18 轴IV: 前端7013AC d=65 D=100 B=18 后端 3182118 d=90 D=140 B=37 3.6 三角带传动的计算和选定 三角带的选用应保证有效地传递最大功率并有足够的使用寿命（一定的疲劳强度）。计算是按一定的已知条件-传递的功率、主、被动带轮的转
14、速和工作情况-确定带轮的直径、中心距、胶带型号、长度和根数及作用在支承轴上的径向力。3.6.1确定计算功率式中：N 主动带轮传递的功率K 工作情况系数查3表8-7有K=1.2 则=1.25.5=7.153.6.2选择三角带的型号 根据计算功率=7.15和小带轮的转速=2990有3图8-11选定 选择三角带的型号是A型3.6.3确定带轮的直径、 小袋轮的直径应满足： 为、三角带带轮的最小计算直径，尽量选用较大的直径，以减小胶带的弯曲应力，从而提高胶带的使用寿命。查3表8-6选择胶带带轮的直径=85mm大轮直径=*85=1. 76*85=149.5，查3表8-8取整数有=150mm 其中、是小轮及
15、大轮的转速3.6.4计算胶带速度v 满足要求。3.6.5初定中心距 两带轮的中心距应在范围内选定，中心距过小时，胶带短因而增加胶带的单位时间的弯曲次数降低交代受命；反之，中心距过大，在带速较高时易引起振动。 所以=1.28*（85+150）=300mm3.6.6 计算胶带的长度 mm 由上式计算出的值查3表8-2选择标准长度=1000mm3.6.7计算实际中心距A 考虑到安装调整和补偿张紧力的需要，带传动的中心距一般设计成可调整的，其调整范围 3.6.8验算小带轮包角 小带轮包角 所以小带轮包角合适。3.6.9确定V带根数 单跟V带的基本功率1.63kw 单跟三角胶带能传递的功率 查表13得=
16、0.53 小带轮包角系数 查表14得=1 则z= 所以取z=53.6.10作用在支承轴上的径向力Q 则3.7直齿圆柱齿轮的强度计算 在验算变速箱中的齿轮强度时，选用模数中承载最大的，齿数最小的齿轮进行接触和弯曲疲劳强度验算。一般对高速传动齿轮主要验算接触疲劳强度，对于低速传动齿轮主要验算弯曲疲劳强度，对硬齿面软齿芯淬火齿轮，一定要验算弯曲疲劳强度。在此例中应II轴的齿数为24的齿轮按接触疲劳强度计算齿轮模数式中：N 传递的额定功率 = 计算转速 =1700 齿宽系数： ，B 齿宽，m 模数=610 取=10 Z小齿轮齿轮; 大齿轮与小齿轮的齿数之比，“+”号用于外啮合，“-”号用于内啮合 =2
17、 转速变化系数查表19 =0.58 许用接触应力 从表26选取 =1100 齿向载荷分布系数查表24得=1.04 材料强化系数 查表20 =0.55 m 疲劳曲线指数 查表16 m=3 基准循环次数 查表16 = 工作情况系数，考虑冲击的影响：主运动（中等冲击）取=1.2 动载荷系数，从表23选取 则=1.2 齿轮的最低转速 =160 T 齿轮在机床工作期限（）内的总工作时间h见表17，同一变速组内的齿轮总工作时间可近似为，P为该变速组的传动副数；P=2 =20000则T=20000/2=10000 工作期限系数 寿命系数 = 则= 符合要求。3.8.主轴刚度验算3.8.1选定前端悬伸量C，根
18、据主轴端部的结构，前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸，这里选定C=120mm.3.8.2 主轴支承跨距L的确定 一般最佳跨距 ，考虑到结构以及支承刚度因磨损会不断降低，应取跨距L比最佳支承跨距大一些，再考虑到结构需要，这里取L=600mm。3.8.3 计算C点挠度 1 周向切削力的计算其中:, 故，故。 2 驱动力Q的计算其中所以 3 轴承刚度的计算 这里选用3182118系列双列圆柱滚子轴承 根据求得： 117.0 所以 符合要求 4 确定弹性模量，惯性距I；和长度。 1) 轴的材产选用40Cr，查简明机械设计手册P6，有 2) 主轴的惯性距I为： 主轴C段的惯性距Ic可近似地算： 3)
19、切削力P的作用点到主轴前支承支承的距离S=C+W，对于普通铣床，W=0.4H， （H是车床中心高，设H=200mm)。 则： 4) 根据齿轮、轴承宽度以及结构需要，取b=60mm 5) 计算切削力P作用在S点引起主轴前端C点的挠度 代入数据并计算得=0.1299mm。 6) 计算驱动力Q作用在两支承之间时，主轴前端C点子的挠度 计算得：=-0.0026mm 5 求主轴前端C点的终合挠度 水平坐标Y轴上的分量代数和为，计算得：=0.0297mm.。综合挠 度。综合挠度方向角，又 。因为，所以此轴满足要求。4总结在课程设计当中，我也遇到了一些问题,在同学和老师的帮助下，一个个后解决掉，设计过程也培
20、养了我们认真细心的态度，让我们在实践中更加注重细节的培养。 在此过程中不断发现问题和解决问题，使我加深了对大学所学课程理解，综合应用，并得到进一步的巩固，这对以后的学习和工作都有积极的意义，同时也培养了我们具有团队合作的精神。总之，这次的课程设计让我学到了很多东西。5致谢在此次课程设计中，是在指导老师精心指导和大力支持下完成的。指导老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。另外，我还要特别感谢同学们对我设计和说明书的指导，他们为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于机床设计一些教科书上没有的的知识，使我对机床的设计也产生了浓厚的兴趣，在将来的工作中也有很大的好处。 最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢。6参考文献1 戴曙. 金属切削机床. 机械工业出版社，1993.52 范云涨. 陈兆年主编.金属切削机床设计简明手册.机械工业出版社.19943 濮良贵 纪名刚主编.机械设计.高等教育出版社.北京.20014 黄鹤汀主编. 金属切削机床设计. 北京. 机械工业出版社，2005 5 冯开平 左宗义主编.画法几何与机械制图.华南理工出版社.2001.96 唐金松主编.简明机械设计手册.上海科技技术出版社.上海.1992.06
